带未知输入系统的分布式融合滤波及应用

论文摘要

含未知输入、干扰或偏差的随机系统的状态估计问题广泛出现在控制、通信、信号处理和故障诊断中。在多传感器环境中,不同的传感器可能受到不同干扰输入的影响。研究含未知输入系统的状态和输入估计问题无论在理论上还是在工程实践中都具有重要意义。本文研究含未知输入系统分布式信息融合状态估计算法,包括带随机偏差的信息融合估值器的设计、带未知输入的信息融合估值器的设计、以及带未知噪声统计信息和带随机系统偏差的自校正信息融合估值器的设计。对带随机偏差的离散线性随机系统,采用动态系统增广的方法,转化为多模型多传感器系统的特殊情形。基于通用的线性最小方差最优加权融合估计算法,分别获得了分布式最优加权融合Kalman状态滤波器和系统偏差滤波器。当系统含有未知噪声统计信息时,基于相关函数给出了分布式噪声统计辨识算法,进而给出了具有两段融合结构的自校正信息融合Kalman状态滤波器和系统偏差滤波器。对带未知输入的离散线性随机系统,在没有未知输入的任何先验信息的条件下,给出了不依赖于未知输入的线性无偏最小方差状态滤波器。当系统带有多个传感器时,推导了任两个局部估计误差之间的互协方差阵的计算公式,基于线性最小方差最优加权融合算法,对系统或/和传感器带未知输入的离散线性系统,分别给出了分布式最优加权信息融合状态滤波器。对传感器不带偏差、带随机偏差或不知任何先验信息的未知输入的多传感器系统,推得了任两个传感器之间的局部估计误差互协方差阵,进而给出了线性最小方差融合状态滤波器。将故障检测技术应用于多传感器系统,提出了带故障检测的分布式信息融合估计算法,并给出了相应的分布式融合结构。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 多传感器信息融合技术
• 1.2.1 信息融合技术的国内外研究状况
• 1.2.2 信息融合的结构
• 1.2.3 信息融合的方法
• 1.2.4 信息融合中的状态估计
• 1.3 含未知输入系统状态估计的研究概况
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 预备知识
• 2.1 引言
• 2.2 线性最小方差最优加权信息融合算法及其计算量比较
• 2.3 基于正常系统的多传感器 Kalman 滤波器
• 2.4 分块矩阵的求逆和矩阵迹的求导公式
• 2.5 本章小结
• 第3章 带随机偏差系统的分布式信息融合滤波器
• 3.1 引言
• 3.2 带随机系统偏差的分布式信息融合 Kalman 滤波器
• 3.2.1 问题的阐述
• 3.2.2 局部单传感器滤波器
• 3.2.3 最优融合滤波器
• 3.3 带随机传感器偏差的分布式信息融合 Kalman 滤波器
• 3.3.1 问题的阐述
• 3.3.2 局部单传感器滤波器
• 3.3.3 最优融合滤波器
• 3.4 带系统和传感器随机偏差系统的信息融合 Kalman 滤波器
• 3.4.1 问题的阐述
• 3.4.2 局部单传感器滤波器
• 3.4.3 最优融合滤波器
• 3.5 带未知随机系统偏差系统的自校正信息融合Kalman 滤波器
• 3.5.1 引言
• 3.5.2 问题的阐述
• 3.5.3 信息融合噪声统计辨识
• 3.5.4 自校正信息融合滤波器
• 3.6 仿真研究
• 3.7 本章小结
• 第4章 带未知输入系统的信息融合状态滤波器
• 4.1 引言
• 4.2 系统带未知输入的离散随机线性系统的分布式融合滤波器
• 4.2.1 问题的阐述
• 4.2.2 局部单传感器滤波器
• 4.2.3 任两个传感器子系统之间的滤波误差互协方差阵的计算
• 4.2.4 最优融合滤波器
• 4.3 传感器带未知输入的离散随机线性系统的分布式融合滤波器
• 4.3.1 问题的阐述
• 4.3.2 局部单传感器滤波器
• 4.3.3 任两个传感器子系统之间的滤波误差互协方差阵的计算
• 4.3.4 最优融合滤波器
• 4.4 系统和传感器都带有未知输入系统的信息融合滤波器
• 4.4.1 问题的阐述
• 4.4.2 局部单传感器滤波器
• 4.4.3 任两个传感器子系统之间的滤波误差互协方差阵的计算
• 4.4.4 最优融合滤波器
• 4.5 仿真研究
• 4.6 本章小结
• 第5章 带故障诊断的分布式融合状态估计
• 5.1 引言
• 5.2 问题的阐述
• 5.3 故障诊断方法
• 5.3.1 故障诊断 WSSR 法
• 5.3.2 故障诊断 U 检验法
• 5.4 带不同偏差系统的分布式融合估计算法
• 5.4.1 问题的阐述
• 5.4.2 任两个传感器子系统之间的滤波误差互协方差阵的计算
• 5.4.3 最优融合滤波器
• 5.5 带故障诊断与隔离的信息融合结构
• 5.6 仿真研究
• 5.7 本章小结
• 结语
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文