基於魯棒濾波理論的非線性系統融合狀態估計方法研究

《基於魯棒濾波理論的非線性系統融合狀態估計方法研究》是依託浙江大學，由劉妹琴擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於魯棒濾波理論的非線性系統融合狀態估計方法研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：劉妹琴
• 項目類別：面上項目

項目摘要

信息融合估計理論一直是控制、信號處理等領域的基本問題，也是現在研究非常廣泛的信息融合理論的一個重要理論基礎。結合信息融合技術和狀態估計理論，發展基於信息融合的狀態融合估計方法是信息融合的一個研究方向，成為高精度、高可靠性狀態估計的必由之路。本項目採用魯棒濾波理論和改進的變結構多模型算法對一類不確定非線性系統的狀態進行融合估計。首先，用一個統一模型來表示變結構多模型（VSMM）的模型集中的基本模型，分別設計集中式和分散式魯棒融合濾波器對帶有不同類型的多感測器（如存在非線性或測量數據丟失等）的基本模型的狀態進行融合估計；然後，用VSMM來描述不確定環境下的非線性系統，在單模型估計的基礎上，利用神經網路來求解MSA問題，並改進現有的VSMM算法以適合魯棒融合估計，進一步提高估計的精度。本項目研究擴展了VSMM的套用範圍，也為複雜環境下多感測器系統的融合估計和多目標跟蹤的研究提供新的思路。

結題摘要

信息融合估計理論一直是控制、信號處理等領域的基本問題，也是現在研究非常廣泛的信息融合理論的一個重要理論基礎。結合信息融合技術和狀態估計理論，發展基於信息融合的狀態融合估計方法是信息融合的一個研究方向，成為高精度、高可靠性狀態估計的必由之路。本項目組利用2011年結題的國家自然科學基金項目中提出的非線性系統的“統一模型”以及模型相關性質，繼續研究基於魯棒濾波理論的非線性系統融合狀態估計方法，首先將具有統一非線性運算元的動態系統轉化為統一模型，分別設計集中式和分散式魯棒融合濾波器對帶有不同類型的多感測器（如存在非線性或測量數據丟失等）的統一模型的狀態進行融合估計；然後提出用以統一模型為基本模型的變結構多模型（VSMM）來描述不確定性環境下的非線性系統，並改進現有的VSMM算法以適合魯棒融合估計，並提高估計精度。我們利用上述理論和方法解決了複雜環境下的多機動目標跟蹤問題，包括多擴展目標跟蹤和水下目標跟蹤，進一步完善了狀態估計理論。本項目組已經完成了計畫書中的全部研究內容，並取得超過預期的成果。發表標註資助號的論文38篇（期刊論文18篇，SCI收錄15篇，會議論文20篇）。項目負責人獲得國家優秀青年科學基金的資助，在科學出版社出版學術專著1部（《目標跟蹤前沿理論與套用》），以第一完成人獲得浙江省科學技術獎二等獎1項，分別於2013年和2015年在中國自動化大會作上專題特邀報告。項目負責人領導的研究團隊除了完成本項目的研究內容外，有了新的研究方向的拓展，提出基於水下無線感測器網路的融合估計和目標探測、跟蹤方法，並研究感測器網路的關鍵技術以提高探測和跟蹤的精度，解決了感測器通訊等問題對精度的影響。同時積極開展國際合作研究，項目負責人與美國Oklahoma State University盛衛華副教授合作申請了海外及港澳學者合作研究基金項目並獲得批准。