傳感器網(wǎng)絡中的分布式H∞濾波方法.pdf

1、近年來，隨著電子與無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，傳感器網(wǎng)絡在許多領(lǐng)域都得到了廣泛應用。許多實際工程問題都可以建模成一個動態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)估計問題，設計一個有效的、可靠性高的分布式濾波算法是傳感器網(wǎng)絡研究中的一個重要方向。如何實現(xiàn)整個網(wǎng)絡的快速信息融合以及處理復雜網(wǎng)絡環(huán)境造成的信息缺失是問題的關(guān)鍵所在。本文針對傳感器網(wǎng)絡的特點研究了分布式H∞濾波的設計問題，主要工作包括：
　?、盘岢隽艘环N基于二維系統(tǒng)理論的分布式H∞濾波設計方法。針對分布式濾

2、波問題的特點，建立了由測量更新和一致性更新兩個步驟組成的節(jié)點濾波器，并采用保守性更小的平均H∞指標來約束整個網(wǎng)絡的估計性能。通過構(gòu)造一個與原系統(tǒng)相似的二維Roesser模型，將問題轉(zhuǎn)化成一個二維系統(tǒng)的濾波問題。利用二維系統(tǒng)的穩(wěn)定性理論和有界實引理，得到了所有節(jié)點濾波器漸近穩(wěn)定的充分條件，并且能夠保證估計誤差滿足預先設定的平均H∞性能約束。通過重復執(zhí)行一致性更新步驟，可以使各節(jié)點的輸出估計在每個采樣周期內(nèi)都能達到一致性。
　?、七M一

3、步研究了傳感器網(wǎng)絡存在信息丟失以及具有多個拓撲模式情況下的分布式H∞濾波問題。利用一組Bernoulli隨機序列對測量丟失和通信失敗現(xiàn)象進行建模，借助前面建立的設計方法最終可以得到一個帶有乘性噪聲的二維濾波誤差系統(tǒng)。為了保證分布式濾波器可以適應網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的變化，將一個切換信號引入到一致性更新步驟中，建立了一個多模式節(jié)點濾波器，并最終得到一個二維切換誤差系統(tǒng)。根據(jù)乘性噪聲系統(tǒng)和切換系統(tǒng)的穩(wěn)定性理論，可以給出所有節(jié)點濾波器都保持穩(wěn)定的充分

4、條件。濾波器參數(shù)可以通過求解一組弱耦合的線性矩陣不等式得到。
　?、茄芯苛藗鞲衅骶W(wǎng)絡中稀疏信號的分布式估計問題。通過將偽測量方法與經(jīng)典H∞濾波結(jié)合，根據(jù)Krein空間Kalman濾波理論，提出了一種集中式稀疏信號估計方法，稱為l1-正規(guī)化H∞濾波，并利用其信息形式在各網(wǎng)絡節(jié)點上建立了等價的節(jié)點濾波器。在網(wǎng)絡強連通的條件下，通過在每個節(jié)點上嵌入一個高通一致性濾波器可以建立一個分布式濾波算法，使各節(jié)點能夠不斷融合相鄰節(jié)點發(fā)送過來的數(shù)據(jù)