基于多项式预测滤波的实时信号网络传输技术及应用研究

论文摘要

网络控制系统的不断发展使实时信号网络传输问题越来越重要。最大限度地兼顾信号传输的实时性和可靠性,是网络控制系统发展必须解决的问题。本文的主要研究内容包括:(1)提出了一个基于多项式预测滤波理论的实时信号传输方法,通过构建虚拟传感器,将网络的不确定性转化为系统的不确定性。通过预测的方法缓解网络传输不确定性造成的不良影响,改善信号传输的实时性。发送端只发送重建信号所必需的采样值,减少数据发送对网络带宽的占用;在接收端,使用多项式预测滤波器预测恢复没有发送、丢失、迟到以及错误的数据并重建源信号,信号就像来自于本地的虚拟传感器。实现了信号的传输与使用分离,将网络传输过程中产生的不良影响转化为本地虚拟传感器信号的误差。用户不必直接考虑复杂的网络特性,而只需关注虚拟传感器的输出误差。(2)提出了一种基于多项式预测滤波理论的网络控制系统建模方法,通过预测的方法对网络控制系统中传输的传感器采样和控制信号量进行补偿。采用增广状态空间的方法对所提出的网络控制系统模型的稳定性进行分析,得出网络控制系统渐进稳定的充分必要条件。最后通过实例验证,表明采用此方法改善了网络控制系统对网络影响的鲁棒性。

论文目录

• 提要
• 第1章 概述
• 1.1 前言
• 1.2 课题提出的背景
• 1.3 研究现状
• 1.3.1 研究方法概述
• 1.3.2 研究方法对比分析
• 1.4 基于多项式预测滤波的实时信号网络传输原理
• 1.5 研究目的及意义
• 1.6 本文使用的符号定义
• 1.7 本章小结
• 第2章 相关技术背景知识
• 2.1 引言
• 2.2 多项式信号模型
• 2.3 多项式预测滤波理论
• 2.3.1 概述
• 2.3.2 牛顿型多项式预测滤波器
• 2.3.3 FIR型多项式预测滤波器
• 2.3.4 扩充型FIR预测滤波器
• 2.3.5 IIR型多项式预测方法
• 2.3.6 非线性自适应预测滤波器
• 2.3.7 存在的问题及改进方法
• 2.4 多项式预测理论的应用
• 2.4.1 参数测量预测与补偿
• 2.4.2 控制延迟的补偿
• 2.4.3 无线通讯系统中的应用
• 2.4.4 多项式预测在实时信号网络传输的可应用性
• 2.5 信源信道联合编码
• 2.6 问题讨论
• 2.7 小结与展望
• 第3章 信号采样与数据发送策略
• 3.1 前言
• 3.2 模型与量化误差
• 3.3 信道编码
• 3.4 数据发送规则
• 3.5 发送端算法
• 3.6 本章小结
• 第4章 网络传输不确定性
• 4.1 前言
• 4.2 实时网络传输协议
• 4.3 时钟同步方法
• 4.3.1 时钟同步方法研究概述
• 4.3.2 时钟同步算法与误差分析
• 4.4 时延分析
• 4.5 单包与多包传输方式
• 4.6 路由与数据包乱序
• 4.7 数据包丢失
• 4.8 信道衰减与误码
• 4.9 本章小结
• 第5章 接收端信号重建与误差分析
• 5.1 前言
• 5.2 采样数据预测恢复
• 5.3 信号重建与虚拟传感器重采样
• 5.4 接收端算法
• 5.5 传输误差分析
• 5.6 实例分析
• 5.6.1 实验环境
• 5.6.2 实验内容
• 5.6.3 结论
• 5.7 本章小结
• 第6章 基于多项式预测滤波理论的网络控制系统研究
• 6.1 前言
• 6.2 发展现状及研究趋势
• 6.3 网络传输对控制系统的影响
• 6.3.1 网络诱导时延
• 6.3.2 数据包丢失
• 6.3.3 单包传输与多包传输
• 6.3.4 数据包乱序
• 6.3.5 多频率采样
• 6.4 网络控制系统建模概述
• 6.4.1 模型参数与假设
• 6.4.2 基本建模方法
• 6.4.3 考虑时延的建模方法
• 6.4.4 考虑丢包的建模方法
• 6.4.5 考虑多包传输的建模方法
• 6.4.6 考虑时延与丢包兼顾的建模方法
• 6.4.7 其它模型
• 6.5 网络不确定性影响的解决方法初探
• 6.5.1 网络资源调度
• 6.5.2 降低传输负载
• 6.5.3 网络时延补偿
• 6.5.4 预测器在网络控制系统的应用
• 6.6 基于多项式预测滤波理论的网络控制系统建模
• 6.6.1 基本思想
• 6.6.2 缓冲堆栈更新策略
• 6.6.3 多频率采样与乱序数据处理
• 6.6.4 模型描述
• 6.6.5 稳定性分析
• 6.7 实例分析
• 6.8 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 本文的主要研究结果和创新点
• 7.2 进一步的研究内容
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢
• 中文摘要
• Abstract