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事件触发机制在光电探测网中的应用:波门修正与节能策略
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更新于2024-06-27
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该文档主要探讨了一种带波门修正的事件触发机制在光电探测网中的应用,旨在解决探测器网络中能量效率和传输数据量的问题。随着探测器网络在环境监测、战场监视等多个领域的广泛应用,如何高效利用有限的能量成为研究的重点。文中指出,数据传输是消耗探测器能量的主要因素,因此减少传输数据量可以有效节能并缓解网络拥塞。 为实现这一目标,文献回顾了先前的研究成果,包括Ribeiro提出的量测新息符号卡尔曼滤波算法(SOI-KF)、Msechu的量测新息量化卡尔曼滤波算法以及You和Zhang等人关于网络化线性系统的新息量化估计方法。这些方法通过减少传输的数据量来降低能量消耗,但在目标机动或其他异常情况下可能导致估计性能下降。 为解决这个问题,文章引入了事件触发机制,该机制最初由Doherty在1990年的报告中提出,并在后续研究中得到广泛应用。赵国荣和Wu等人分别研究了基于数据驱动传输策略的分布式融合估计和单探测器情况下的通信频率与估计精度关系。文章提出的事件触发机制通过设定特定的触发条件,仅在必要时传输1bit量化的新息,从而在保持估计精度的同时,减少了通信负载。 文章的具体贡献在于设计了一种带波门修正的事件触发条件,当量测值与预测值差异超过预设阈值时,探测器发送1bit量化信息到融合中心。这种方法旨在平衡传输效率和估计质量,确保在节省能源的同时,避免因突发情况导致的估计性能下降。 这篇文档深入研究了事件触发机制在光电探测网络中的应用,特别是在处理目标机动等特殊情况下的优化策略。通过1bit量化和事件触发,它为能量受限的探测器网络提供了一种有效降低数据传输量的方法,有助于提升整个网络的能效和稳定性。
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估计增益阵的第 l 列
Wl,k=Pk|k−1CTl,0√1+Cl,0Pk|k−1(Cl,0)T
相应的新息第 l 个分量为
bl,k=ρq,k
end for
k 时刻融合中心估计值
^xxk|k=^xxk|k−1+Wk⋅sskWk=[W1,k⋯Wl,k⋯Wm,k]ssk=[(1−r1,k)⋅s1,k+r1,k⋅b1,k+⋯+(1−rm,k)⋅sm,k+rm,k⋅bm,k]T
(7)
相应的估计误差协方差阵
Pk|k=Pk|k−1−WkCr0Pk|k−1−ϱq,kPk|k−1(Cr1)TCr1Pk|k−1CPk|k−1CT+R=Pk|k−1−Pk|k−1(Cr0)TCr0Pk|k−1CiPk|k−1CT+R−ϱq,kPk|k−1CTr1Cr1Pk|k−1CPk|k−1CT+R
其中 Cr0=(I−Rf,k)C,Cr1=Rf,kC,Rf,k=diag{rl,k}.
当探测器数目大于 1 时, 定义各探测器量测新息偏序关系后, 可按标准批处理算法形
式对算法 1 进行拓展, 进而得到多探测器情形下的状态估计算法, 因篇幅限制, 不再赘述.
2.3 仅发送新息分量符号的状态估计算法
光电探测网的一个重要用途在于其可通过激光、红外、可见光等谱段的光电探测器实
现目标信息的采集, 进而为防空火控系统提供量测信息.目前现有单体防空火控系统中, 通
信系统能力有限, 随着近年来对单体火控系统组网的需求越来越大, 防空火控通信系统负担
不断加重.在此应用背景下, 本文利用量化滤波算法, 尽可能地减轻防空火控系统中通信系
统的负担.与此同时, 本文所提出的事件触发机制可进一步协调各光电探测器与融合中心间
的量化通信过程, 在减轻通信系统负担的同时, 保证融合中心精度指标满足要求.在防空火
控系统中, 各探测器每时刻发送至融合中心的数据量越多, 融合中心估计精度越高.因此, 今
后可从系统通信资源限制与系统估计精度指标需求两个方面考虑, 采取尽可能多的量化位
数.
1 bit 量化作为一般量化模式中最基本也是最简单的形式, 仅取量测新息符号发送至融
合中心.在一般量化模式中, 所需通信资源最少.同时其在防空火控系统物理意义层面, 量测
新息三个方向分量的正负号可以表征此时火控系统跟踪波门与目标实际运动位置间的超前
或滞后关系.因此 1 bit 量化不仅可节省通信资源, 并可利用所得分量符号信息对跟踪波门中
心的预测位置进行修正, 但同时也会带来量化意义下的精度损失.
当量化位数为 1 bit 时, 上文中近似状态估计算法量测更新步骤中 rk=1 时, 估计算法可
简化为
^xxk|k=^xxk|k−1+√2πPk|k−1CT√CPk|k−1CT+RbkPk|k=Pk|k−1−2πPk|k−1CTCPk|k−1CPk|k−1CT+R
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