Субоптимальный фильтр для оценки параметра случайного процесса

 

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано при оценке состояния нелинейных объектов в условиях действия немарковских шумов. Цель изобретения - повышение точности фильтрации при воздействии немарковскил шумов и упрощение. Поставленняя цель достигается исключ - нием группы контуров фильтрации путем осуществления операции предельного перехода в уравнениях фильтр и обеспечением формирования составляющих апостериорной дисперсии, учитывающих действие немапковских шумов в нелинейной системе. Фильтр содержит функциональные преобразователи, умножители , вычктатели, сумматоры, - чтеграторы, преобразователь отгенки параметра в апостериорную составляющую оценки производной с переменным коэффициентом усиления, блоки оценки дисперсии немарковского шума , блоки умножения на постоянную величину, делитель, блок фильтрации. 1 ил. Р

ССЮЗ СОВЕТСИИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИМ

РЕСПУБЛИН

С 06 F 15/36

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТЯРЬГГИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4671749/24 (22) 13. 02. 89 (46) 07.01.91. Бюл. Р 1 (/2) С.В.Соколов (53) 681,3(088.8) .(56) Авторское свидетельство СССР

У 1405551, кл. Г 06 F 15/36, 1986.

Казаков И.F.. Статистическая теория систем управления в пространстве состояний. — М: Наука, 1975, с.171. (54) СУБОПТИМАЛЬНЫЙ ФИЛЬТР ЛЯ ОЦЕН- .

КИ ПАРАМЕТРА СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА (57) Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано при оценке состояния нелинейных объектов в условиях действия немарковских шумов.

Цель изобретения — повышение точности фильтрации при воздействии неИзобретение относится к специализированной вычислительчой технике и может быть использовано при оценке состояния нелинейных объек-ов в условиях действия немарковских шумов.

Пель изобретения — повышение точности фильтрации при воздействии немарковских шумов и упрощения.

Поставленная цель достигается исключением (М-1) контура фильтрации за счет осуществления операции предельного перехода в уравнениях фильтра и введением в блок переменного коэффициента двух групп линейных дифференциальных контуров.

Показано при синтезе прототипа, что субоптимальное оценивание выходного марковского сигнала Уу динамиЯУ 61щ7 марковских шумов и упрощение. Поставленная цель достигается исключением группы контуров фильтрации пу— тем осуществления операции предельного перехода в уравнениях фильтра и обеспечением формирования составляющих апостериорной дисперсии, учитывающих действие немапковских шумов в нелинейной системе. Фильтр со„:.ержит функциональные преобразователи, умножители, вычитатели, сумматоры, . итеграторы, преобразователь оценки параметра в апостериорную составляющую оценки производной с переменным коэффициентом усиления, блокч оценки дисперсии немарковского шума, блоки умножения на постоянную величину, делитель, блок фильтрации.

1 ил. ческой нелинейной стохастической системы по сигналу наблюдения 2, снимаемого с нелинейного измерителя с мультипликативной помехой, может быть реализовано последовательным соединением соответствующей совокупности контуров оценки.

В описании фильтра рассматривается случай белых гауссовских шумов, Более общим по отношению к данному случаю является наличие в реальных системах объект — наблюдатель как указанньж шумов, так и немарковских шумов, представляющих собой конечный ряд временных функций со случайными постоянными гауссовскими коэффициентами. При выводе предполагается, что в уравнение состояния нелинейного

1619307 {1, (P — известные аналитические функции.. (() Е (Т, t! q

3f, " доз л 2 Я л

R = 2((Y,t) — К (Y,t)) Rg + К, +, f (Y t) + л л л М

+, (, ) "y + 2К.л < (,t) Î R, CP (t) - 2f (Y, t) R .. y ();

Pj 3 5 . gj в, = и ((, — т,! ), df( "- =(а

ЯУ. g Y р1 4 6 J 5 я, л З л л

К .= (— (!, ) -К (,t))R — (К t) У (tj В

3Y ". сР ) 1

j = ОМ.

R(3 (О) = RO((О) = 0

9, "в(, 1

16, — "Dg ° ",, 1, M+1 объекта добавляется немарковская составляющая шума

Ph

Х. К; q;(t), =o а в уравнении наблюдателя немарковская составляющая шума измерителя

Я

2 P>с .(t) где О, Я вЂ” случайные гауссовские коэффициенты, некоррелированные между собой, „(у С)+К (Z+ К (Y t)) л К =M(Y);

3f л л.

К+ (К (Y,t) f (Y t)-, -o

На чертеже представлена функциональная схема фильтра.

Фильтр содержит функциональные преобразователи 1 и ?, Умно тель 3, вы- 40 читатель 4, сумматор 5, интегратор 6, преобразователь 7 оценки параметра в апостериорную составляющую оценки производной с регулируемым коэффициентом усиления, 45

Преобразователь 7 содержит первую группу блоков 8 оценки дисперсии немарковского шума, состоящих из блоков 9 умножения на постоянную величину, умножителей 10, сумматоров 11 и иктеграторов 12 контура, группу умножителей t3 сумматор 14, вторую группу блоков 15 оценки немарковского шума, состоящих из блоков 16 умножения на постоянную величину, умножителей 17, сумматоров 18, интеграторов 19, rpyn-

S5 пу умножителей 20, сумматор 21, функциональные преобразователи 22, умножители 23, вычитатели 24, делитель 25, Используя методику синтеза субоптимального фильтра .и методику синтеза оптимального линейного фильтра для рассматриваемого класса помех и с целью увеличения точности оценивания с увеличением номера приближения, совершая предельный переход, получают совокупность выражений, характеризующую искомый субоптимальный фильтр в окончательной Форме: блоки 26 умножения на два, сумматор

27, интегратор 28, элементы 1-6 образуют блок 29 фильтрации.

Коэффициенты умножения в блоках умножения на постоянную величину выбираются равными:

B функциональных преобразователях реализуются следующие нелинейные функции: 1 — f (Х) 2 — и (Х); дк, 221- — (Х); 22 — - f (Х), 22 — -f (X), 224 — -Е, (Х) ГЦ;

22- f (Х) G<, 22 - — (X) .

5 т 1 6 х фильтр работает следующим образом.

На вход блока — вход уменьшаемого вычитателя 4 поступает сигнал

161(1l наблюдения Zg. В вычитятеле - форми-руется текушее значение "обновляющего" процессе }Х вЂ” 1 (У,t)} в умножителе 3 происходит его умножение ня текущее значение коэффици5 ента К, поступающее с выхода преобразователя 7, и формируется апосте-„:и— орная составляющая оценки, которая в с мме с априорной составляющей

f 1(Y, t) с выходя функж анального греобразователя 1 обеспечивает равенство выходного сигнала сумматора 5 текущему значению производной оценки гд

У . Сигнал У<, проходя через инте гря- 1< тор 6, обеспечивает формирование на выходе блока 29 фильтрации текущей

Л оценки У р которая поступает также на входы всех преобразователей 1, 2 и 22. 7Q

50

Формула изобретения

Субоптимальный фильтр для оценки параметра случайного процесса, содержащий блок фильтрации, содержащий два функциональных преобразователя, умножитель, вычитатель, сумматор, интегратор и преобразователь оценки параметра в апостериорную составляющую оценки производной с регулируемым коэффициентом усиле-ния, причем в блоке фильтрации первый, второй входы и выход сумматора соединены соответственно с выходом первого функционального преобразователя, выходом умножителя и входом интегратора, выход которога является выходом фильтра, а т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности фильтрации при воздействии немарковских шумов и упрощения, преобразователь оденки параметра в апостериорную составляющую оценки производной с регулируемым коэффициентом усиления содержит две группы блоков оценки дисперсии немаркавского шума, две группы умножителей, три сумматора, шесть функциональных преобразователей, девять умножителей, два вычитателя, делитель, три блока умножения,ня. два, интегратор, причем блок оценки дисперсии немаркавскага шума содержит два умнажителя, сумматор, блок умножения на постоянную величину, интегратор, первые входы первых умножи— телей блоков оценки дисперсии немарковского шума первой группы являются входяни задания шумовых функций объекта фильтря, первые входы первых умножителей блоков оцеьк-."..-сиc персии немярковскаго шумя второй гручпы являются входами задания шу- . мовых функций измерителя фильтра, вы-ход интегратора соединен с входамк первагс и второго функциональны« преобразователей, выход второго ф -нк— ционяльнага преобразователя соединен с входом вычитаемого вычитятеля, выход ко гарсгo соединен с первым входом умножителя, = вход уменьшяема -«i Reляется информационным вхсдом фильтря, в преобрязсвателе оценки параметра в япастериарну,с с«.cтявляющую оценки производной с регулируемым коэффициентом усиления выход и рваго умнажителя каждого блока оценки дисперсии немарковского шума первой и второй групп через первый блок умножения на постоянную величину соответствующего блока оценки дисперси. . немарковского шумя соединен с первым входом сумматора блока оценки дисперсии немарковского шума, второй вход каторага соединен с выходом второго рмножителя саответствующегo блока оценки дисперсии немарковского шума соответствующей группы, выход которого через интегратор соответствующего блока оценки дисперсии немярковскога шума соответствующей группы соединен с

5 первым входом второго умнажителя блока оценки дисперсии немарковского шума соответствующей группы, первые входы умножителей первой группы соединены с выходами интеграторов соответствующих блоков оценки дисперсии немарковского шумя первой группы, а вторые входы подключены к входам задания шумовых функций объекта фильтра, первые входы умножителей второй группы соединены с выходами интеграторов соответствующих блоков оценки дисперсии немярковскога шума второй группы, а вторые входы подключены к входам задания шумовых функций измерителя фильтра, выходы умножителей первой группы соединены с соответствующими входами первого сумматора, выходы умножителей второй группы соединены с соответствующими входами второго сумматора, вьжод первого сумматора соединен с первым входам первого умнажителя, второй вход которого соедичен с первым вхо.дом второго умножителя и с выходом

1619307

Техред М.Моргентал Корректор А.Осауленко

Редактор М.Бланар

Заказ 50 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101 первого функционального преобразователя, а выход — с первым входом третьего умножителя и с входом вычитаемого первого блока вычитания, вход уменьшаемого которого соединен с. выходом четвертого умножителя, первый вход которого соединен с первым входом пятого умножителя и выходом второго функционального преобразователя, выход первого блока вычитания соединен с входом делимого делителя, .вход делителя которого соединен с первым входом шестого умножителя и выходом третьего функционального преобразователя, а выход — с вторыми входами второго, третьего, пятого умножителей и с первым и вторым входами седьмого уйножителя, вы" ход которого соединен с первым входом третьего сумматора,,выход третьего умножителя через первый блок умножения на два соединен с,вторым входом третьего сумматора, выходы пятого умножителя и четвертого функционального у5 преобразователя соединены соответственно с входами вычитаемого и уменьшаемого второго вычитателя, выход ко- торого соединен с вторыми входами умножителей блоков оценки дисперсии немарковского шума первой и второй групп и через второй блок умножения на два - с первым входом восьмого умножителя, выход которого соединен с третьим входом третьего сумматора, а второй вход — с вторым входом четвертого умножителя и выходом интегратора, вход которого соединен с выходом третьего сумматора, четвертый вход которого соединен с выходом пятого функционального преобразователя, выход второго сумматора соединен с первым входом девятого умножителя, второй вход которого соединен с выходом шестого функционального преобразователя, а выход через третий блок умножения на два соединен с пятым входом третьего сумматора, входы с первого по шестой функциональных преобразователей соединены с выходом интегратора блока фильтрации, выход делителя соединен с вторым входом умножителя блока фильтрации.