传感器系统误差与目标航迹的分布式估计

精确估计传感器的系统误差, 对提高整个跟踪系统的性能具有十分重要的意义. 已有的研究方法一般是把系统误差加到状态向量中形成扩维状态向量, 利用Kalman滤波进行估计. 由于这种方法计算量很大, 许多工作致力于研究状态向量和系统误差的解耦问题, 但均未实现系统误差的分布式估计和解决计算量问题, 且无法真正实现分布式航迹融合. 考虑了传感器测量有系统误差时的多传感器分布式航迹融合问题, 实现了状态向量和系统误差的解耦、系统误差的分布式估计与分布式航迹融合. 仿真结果表明此方法能给出精度较高的系统误差和状态向量估计.     

基于D-S理论的分布交互式多传感器联合概率数据互联算法

为了解决杂波环境下利用分布式多传感器系统跟踪多机动目标的问题，提出了一种分布交互式多传感器联合概率数据互联算法,该算法对每个传感器应用交互式联合概率数据互联法滤波，并将模型概率、状态估计等滤波结果送至融合中心．融合中心首先对各目标进行航迹相关判别并应用D-S证据理论对不同传感器关于同一目标的各模型概率进行融合，然后依此模型概率计算各目标状态估计并反馈至各传感器．最后给出了该算法的分析，仿真结果表明本算法能够很好地解决杂波环境下多传感器多机动目标的跟踪问题．     

基于小波变换的图像扩散滤波方法

图像的非线性扩散滤波基于热扩散方程, 其关键是确定适当的扩散量与扩散方向. 在已有的滤波模型中, 扩散系数依赖于梯度, 因而容易受到噪声的干扰. 为了克服这一缺陷, 首先给出了一种新的计算扩散系数的多尺度方法. 然后建立了一类用于图像恢复的非线性小波扩散（NWD）模型. NWD模型有较强的抗噪能力, 但同已有的模型一样, 需要较大的计算量. 为此, 通过NWD模型的简化, 给出了线性小波扩散（LWD）模型. LWD模型由输运与扩散两部分组成. 由于存在输运, 所以其滤波是各向异性的, 能够较好地保持边缘, 尽管在边缘点处扩散是各向同性的. LWD模型的优点是简单易于分析, 具有较小的计算量. 最后给出了所提模型与已有模型相比较的数值实验结果.     

基于星敏感器估计卫星姿态的预测Kalman滤波算法

提出了一种实时的姿态估计算法, 即预测Kalman滤波算法. 该算法能够只利用星敏感器所提供的矢量观测信息来准确地估计卫星的三轴运动姿态, 算法的实现包括力矩模型误差预测和姿态估计两步. 预测Kalman滤波算法具有良好的滤波性能, 不仅估计精度高而且鲁棒性能强,这一点已通过仿真测试得到了验证.     

可控环境生产系统建模、仿真与控制研究进展

可控环境生产系统属于复杂系统,目前对这类系统的建模及控制问题没有形成系统的方法与理论,因此在对这类系统进行控制时,缺乏理论依据.本文在回顾过去几十年可控环境生产系统建模与控制的各种方法的基础上,探讨了当前可控环境生产系统在系统建模、仿真及控制中存在的问题,如支持生产可使用的作物生长数学模型信息的不完整性,水肥系统的模型信息的时间尺度问题,环境模型的动态时变特性以及作物、土壤、大气相关变量的作用关系,耦合的多环境因子的控制问题、包括能耗在内的冲突多目标控制问题和考虑模型误差和气候突变等不确定性的鲁棒控制问题等.在此基础上,根据系统的特性:多变量,非线性,多模型(作物模型,土壤模型,大气模型)、模型之间强耦合、大尺度、能量有限、分布参数、冲突多目标等的特点,提出了该系统有效建模、仿真、控制急需解决的瓶颈问题和可能的研究趋势.     

一种新的顺序数据同化方法

将Monte Carlo方法和H∞滤波技术结合起来,提出了一种适用于非线性系统在不知道观测资料误差统计特性情况下的Monte Carlo H∞滤波顺序数据同化新方法.分别利用Lorenz（1963）系统和浅水方程组对在实际应用中遇到的观测误差时间相关和空间相关问题与集合Kalman滤波同化方法进行了对比数值试验.在观测误差时间或者空间相关且不知道相关统计特性的情况下,新方法的同化结果比集合Kalman滤波方法的更好.结果表明Monte Carlo H∞滤波同化方法对非线性系统是有效和适用的,它不依赖于观测资料的误差估计,对观测误差统计特性的变化具有较好的鲁棒性.另外,新方法中用搜索法寻找到的最小水平因子是随流型演变的.     

时滞线性系统Kalman滤波

研究时滞离散系统的线性最小均方差估计．针对具有即时观测和两个延迟观测的线性系统，通过构造重组新息序列，提出了时滞系统的Kalman滤波的一种新算法．其计算归结为三个与原系统有相同维数的标准Kalman滤波器．该方法具有很大的推广应用价值，可用来解决控制理论中一些疑难问题，如H∞固定时滞平滑估计，预演控制及时滞系统的H∞滤波和控制等．     

交叉敏感情况下多传感器系统的动态特性研究

讨论了具有交叉敏感的传感器组成的多传感器系统的动态特性及其对系统检测精度的影响. 提出了将该多传感器系统看作一个线性滤波器与一个无记忆非线性函数的串联系统, 即Wiener系统, 把后续的信息融合系统看作一个无记忆非线性函数与一个线性滤波器的串连, 即Hammerstein系统. 在静态标定的基础上, 用盲解卷积技术求得Hammerstein的线性滤波器系数矩阵. 针对盲解卷积技术复现信号幅值不确定性的缺点, 提出了一种根据逆滤波器系数矩阵与静态标定的线性矩阵的同一性校正滤波器系数矩阵的方法, 以获得多传感器系统的近似逆向动态模型, 提高了多传感器系统在实际检测过程中的检测精度, 降低了动态检测结果失真度, 满足了实际情况的需要. 最后的仿真结果表明, 输入信号频率接近采样频率1/10时, 用盲解卷积技术获得的幅值复现误差是未经过动态补偿的幅值复现误差的1/20, 是各传感器单独动态补偿后幅值复现误差的1/2, 快速性提高了2倍. 金属氧化物半导体甲烷传感器的动态补偿结果表明, 在温度阶跃响应下, 补偿后的甲烷检测误差小于补偿前的1/2, 因此这种方法拓宽了多传感器系统的带宽.     

基于博弈论的开放环境下场景规约监控语义

在开放环境中,环境和系统本身行为的改变可能使得软件系统的实现不再满足原来规约,从而最终导致软件失效的发生.运行时监控是一种轻量级的形式化动态验证技术,已成为开放环境下检测软件失效的基本手段.针对基于场景的规约属性序列图,从博弈论的角度定义其多值监控语义:满足、无限可控、系统有限可控、系统紧急可控、环境有限可控、环境紧急可控和违例.通过多值监控语义的定义,监控器能够根据当前轨迹尽可能早地检测到系统失效或异常,并提供足够信息为失效的预防和恢复服务.实例研究表明了属性序列图多值监控语义的实用价值,并显示了其广泛的应用前景.     

基于自主运动状态估计及信息交互的多移动机器人协作定位

主要研究了未知动态环境中多移动机器人利用环境信息交互完成协作定位的问题.考虑移动机器人自身运行状态对协作定位的影响,提出基于自主运动状态估计的协作定位周期自适应选择算法.为避免机器人相互直接观测需要配备特定标识的局限,并充分利用处于同一场景中多机器人观测信息的可交互性,论文提出基于MbICP算法的多机器人观测信息交互方法,同时利用扩展Kalman滤波实现多机器人变速运行中的协作定位.通过应用于Pioneer3-DX机器人平台所获得的协作定位实验结果及数据分析,验证了所提方法的有效性和实用性.     

一种多跳无线传感器网络中基于SMAC协议的性能分析模型

本文针对基于SMAC协议的多跳无线传感器网络,将节点建模为一个带关闭机制的有限队列单服务台系统,并考虑节点睡眠机制和竞争退避机制建立了二维Markov节点状态模型.基于该模型可准确推导出网络平均丢包率、网络吞吐量、数据包平均延时以及网络平均功率消耗等网络性能的表达式.通过与仿真实验给出的网络性能结果进行对比,发现模型给出的网络性能表达式有效逼近了仿真结果曲线,从而验证了模型的准确性.同时,运用该模型能准确分析多跳无线传感器网络在能量效率和QoS性能的折中关系,并为占空比、缓存队列容量等网络协议参数的优化提供理论指导.     

基于属性测度的辐射源识别方法研究

对辐射源识别问题进行了研究, 提出了一种采用属性测度理论对辐射源进行识别的新方法. 给出了对雷达侦察设备上报的辐射源参数数据进行属性识别的方法、步骤和多指标权系数的确定方法. 针对战场环境下多传感器系统获取的雷达辐射源信息具有时间上的冗余性, 文中又将该方法推广到多传感器系统. 将属性测度与D-S证据理论相结合, 利用文中给出的属性测度计算方法构造证据理论中的基本概率赋值函数. 最后以雷达辐射源用途识别和体制识别为例, 对单传感器和多传感器的情况分别进行计算机仿真实验, 结果验证了这一方法的正确性和有效性.     

结构包含密集模态时主动振动控制中作动器/传感器的优化配置

分析了已有的作动器/传感器配置方法的不足,针对包含密集模态的挠性结构,分析其可控/可观度的特殊性,提出了针对密频系统的作动器/传感器优化配置准则.通过可控性Gram阵的分块解析形式,避免了求解高阶Lyapunov矩阵方程,并利用了轻阻尼疏频系统自然平衡的条件,降低了求解可控度,即可控性矩阵奇异值的计算量.在此基础上用遗传算法寻优,得到元件的优化配置方式.最后通过算例与另外两种基于可控度的优化配置方法对比,证明依本文方法配置密频系统的作动器/传感器,振动控制效果最优.     

面向场景变化的动态自适应同时定位与地图构建

在动态变化的复杂环境中,如何使同时定位与地图构建(SLAM)系统根据场景变化持续可靠地进行定位和地图构建,成为其能否走向实际应用的关键所在,也是目前SLAM研究领域中重点研究和待解决的问题之一.针对这一问题,本文提出了一个可扩展的、面向场景变化的同时定位与地图构建框架—SceneSLAM,支持场景检测和SLAM算法的有效复用和自动化调度;根据当前场景检测结果,动态自适应地调用依赖不同传感器数据的SLAM算法,从而提高SLAM系统适应环境变化和持续稳定工作的能力;在SceneSLAM框架基础之上,提出了能够有效检测室内、室外、黑暗场景的场景检测模型,以及应对光线变化的室内、室外场景的动态自适应SLAM模型;在模型切换时自动地进行坐标转换和尺度转换,从而获得具备全局一致性和尺度一致性的定位与地图构建结果.最后,基于ROS平台实现了一个动态适应场景变化的SLAM原型系统,实验中利用Turtlebot机器人,在室内、室外、黑暗场景中进行实验,验证了本文所提出方法的有效性.     

地理要素多尺度表达的基本问题

地理要素的多尺度表达问题是目前GIS亟待解决的问题之一.针对国内外该领域的研究进展,探讨了多尺度表达的内涵,从多尺度空间数据库建库的角度,重点评述了GIS地理要素多尺度表达领域在形式化描述、数据结构、数据存储、智能缩放显示等方面的研究历程和现状,剖析了目前存在的目标内连、一致性维护、动态查询、协同更新等方面的学术问题,指出了未来几年内多尺度表达研究的方向和重点,对多尺度GIS的研究和开发具有一定的借鉴意义.     

基于多活性代理的复杂信息系统研究

文中在系统理论指导下分析了信息系统（特别是在激烈对抗环境下,需要多种功能动态运筹发挥作用的复杂信息系统）的特点,提出了基于多活性代理的复杂信息系统研究方法．首先,给出了多活性代理方法的基本描述,初步得到了代理的“活性”表征及丧失的定性定量描述与分析,并从系统功能发挥剖面给出了多活性代理的基本动力学表征;其次,从系统自组织功能剖面给出了活性自组织机理的两集合模型;再次,给出了信息安全与对抗领域多活性代理复杂信息系统构建的功能模型,以及在此模型基础上多活性代理的3层次协商、协调模型;分析了基于Swarm群体结构的多活性代理复杂信息系统的3层次机理模型;最后,通过2个具体实例说明了如何利用多活性代理方法分析信息安全对抗领域复杂信息系统．多活性代理理论的提出将衔接应用基础层和应用层研究,对信息安全与对抗领域复杂信息系统的构建和分析提供基本的研究方法与理论支持．     

多尺度非均质多孔介质模拟及参数灵敏度分析

针对多孔介质非均质固有的多尺度性和单一观测资料的局限性, 提出了将确定性和随机性方法相结合以模拟非均质体, 并以海岸平原沉积环境为例, 来说明并检验. 首先, 依据转移概率矩阵, 判断和划分非平稳不整合面, 并综合水文地层学分析, 建立了区域(大)尺度确定性层序模型. 其次, 利用岩心记录剖面和CPT资料, 确定了水文沉积相的水平平均长度, 建立了各沉积系统的Markov模型, 得到了局部(中等)尺度随机水文相模型. 最后, 层序模型和相模型相结合, 生成了融合定量与定性观测资料,兼具确定性与随机性的多尺度非均质模型. 此外, 为进一步研究模型参数的不确定性对溶质运移的影响, 重建了代表两类非均质模型的多个虚拟体, 并分别用来模拟地下水流和污染物运移的过程. 灵敏度分析表明, 水文相水平平均长度的拉长, 一般会导致污染物弥散云的第1, 2阶空间矩趋于增大.     

工程场地地震动随机场的物理模型

提出了工程场地地震动随机场的物理模型,并利用实测地震动验证了其正确性.首先,阐释了工程场地地震动场双尺度建模的基本思路;其次,以地震点源模型和均匀各向同性传播介质模型为基础,阐明基岩表面地震波场具有二维球面波场形式,并给出了基岩表面地震波场一般形式;假设工程场地内的地震波为平面波,建立场地滤波模型,获得了工程场地表面地震动场的基本表达式;再次,引入震源、传播途径和局部工程场地的具体物理模型并考虑基本物理参量的随机性,建立了工程场地地震动随机场的物理模型.利用波群叠加方法,对SMART-1台站组记录的强震地震动时程数据进行了样本层面的建模.研究结果表明,本文所发展的地震动随机场物理模型能够反映真实地震动的空间相关性.     

基于PTST方法构造高阶平衡的正交多尺度函数

提出了仿酉两尺度相似变换（PTST）的概念. 讨论了PTST的性质, 并证明了PTST能保持所给的正交多尺度函数的正交性、逼近阶和光滑性. 更重要的是, 基于PTST, 提出一种构造高阶平衡多尺度函数的方法, 即平衡已存在的正交非平衡多尺度函数. 给出相应的PTST变换矩阵的显示构造. 另外, 也讨论了平衡多尺度函数的对称性. 最后给出若干构造算例.     

Vicsek模型的连通与同步

多个体系统的集体行为是复杂系统研究的重要切入点，而Vicsek模型是研究多个体系统的一个基本模型，它具备了复杂系统的一些关键特征，如动态行为、局部相互作用和变化的邻居关系等．该模型看起来简单，但模型中的非线性耦合关系使得问题的完整理论分析非常困难．Jadbabaie等人对模型中的线性化的角度更新方程进行了分析，并证明了如果由所有个体的位置形成的邻居图满足某种连通性条件时，系统最终会同步．该文引起了大量相关问题的后续研究，但一个未解决的关键问题是：系统究竟在什么条件下才具有这种连通性？文中将给出一个保证Vicsek模型同步的充分条件，该条件完全加在系统参数上．进一步，将通过反例说明当初始角度的范围为[0，2π）时，邻居图的连通性不再是动态Vicsek模型同步的充分条件，从而揭示了Vicsek模型与其线性化模型之间的根本差别．