自確認傳感器理論及應(yīng)用研究.pdf

1、自確認傳感器是一種在輸出測量值的同時，給出測量值精度及自身工作狀態(tài)的下一代新型傳感器。它是結(jié)合了測量理論，故障檢測技術(shù)及數(shù)字通信技術(shù)的智能測量單元。本文針對自確認傳感器中其觀測噪聲方差未知，存在動態(tài)測量偏差以及狀態(tài)方程未知情況下的狀態(tài)估計等問題開展研究，試圖通過采用一些新的數(shù)學(xué)方法，引入新的建模方法，為自確認傳感器尋求新的實現(xiàn)途徑和方法，無疑對自確認傳感器的發(fā)展具有重要的理論意義和實際工程應(yīng)用價值。
　　 眾所周知，在傳感器觀測

2、噪聲方差未知情況下，卡爾曼濾波等基于模型的濾波算法是可能失效的。為了解決這一問題，我們通過分析不準確的觀測噪聲對卡爾曼濾波性能的影響，并根據(jù)小波分析可以實時分離信號和噪聲的特性，提出了首先利用小波分解的方法實時估計出傳感器觀測噪聲方差，再利用估計出的觀測噪聲方差進行狀態(tài)估計的未知觀測噪聲的卡爾曼濾波算法。最后給出了提出算法在多傳感器數(shù)據(jù)融合中的應(yīng)用。理論分析和仿真結(jié)果均表明，本文提出的算法可以實時準確的估計出傳感器觀測噪聲方差，從而有效

3、地避免了由于觀測噪聲方差不準確導(dǎo)致的卡爾曼濾波失效。
　　 我們知道無論何種精度的實際傳感器，在復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境中，隨著應(yīng)用時間的延續(xù)，傳感器或多或少都會普遍存在動態(tài)測量偏差。無疑傳感器動態(tài)測量偏差的存在都將或多或少直接影響其測量結(jié)果及相應(yīng)狀態(tài)估計的準確度。為了解決這個問題，本文開展了單傳感器動態(tài)測量偏差的實時估計研究。通過采用多項式預(yù)測模型分別對傳感器動態(tài)測量偏差及系統(tǒng)狀態(tài)進行建模，并引入一個與偏差相關(guān)的可控可測物理量，解決了擴

4、展狀態(tài)卡爾曼濾波算法中可觀測性條件難以滿足的問題。理論分析及仿真結(jié)果表明，本文方法可以同時準確地估計出系統(tǒng)狀態(tài)和傳感器動態(tài)測量偏差。
　　 在研究了單傳感器動態(tài)測量偏差估計算法的基礎(chǔ)上，本文進一步研究了多傳感器動態(tài)測量偏差的實時估計問題。盡管多傳感器多目標跟蹤的具體應(yīng)用可以滿足可觀測性條件，但對未知傳感器動態(tài)測量偏差的建模仍然是一個難題。本文通過多項式預(yù)測模型建立了傳感器偏差的偽測量模型，提出了多傳感器時變偏差的實時估計算法。理

5、論分析及仿真結(jié)果表明，本文算法與文獻中現(xiàn)有的算法相比，傳感器動態(tài)測量偏差估計結(jié)果更加準確，估計方差更小。
　　 準確的狀態(tài)方程是基于模型的狀態(tài)估計算法準確有效的重要前提，但實際應(yīng)用中，未知狀態(tài)的先驗信息是難以準確獲得，這樣會導(dǎo)致建立的狀態(tài)模型存在大的模型不確定性。針對機動目標跟蹤的具體應(yīng)用，本文從牛頓運動定律出發(fā)，利用多項式預(yù)測模型為機動目標建立了一個自確認的狀態(tài)方程。分析表明該模型不需要已知目標的具體運動參數(shù)，就可以自確認地描