[发明专利]一种复合分层抗干扰滤波器

权利要求书

1.一种复合分层抗干扰滤波器的设计方法，其特征在于包括以下步骤：

首先，构造干扰观测器估计并抵消多源干扰系统∑₁中的外部模型描述干扰；其次，构造具有鲁棒H_∞和保成本性能指标的滤波器抑制多源干扰系统∑₁中随机干扰和能量有界干扰；基于干扰观测器、鲁棒H_∞和保成本滤波器，构造复合分层抗干扰滤波器；最后，基于凸优化算法求解复合分层抗干扰滤波器增益阵列；具体步骤如下：

(1)构造干扰观测器为：

w^·(t)=Ww^(t)+K2(y(t)-y^(t))d^1(t)=Vw^(t)]]>

其中，为干扰观测器状态变量，为干扰观测器输出变量，待定观测器增益阵为K₂∈R^p×m，R^p×m表示p×m维实矩阵空间，p和m均为自然数；为复合分层抗干扰滤波器输出；W∈R^p×p和分别表示外部干扰模型∑₂的系统矩阵和输出矩阵，q₁为自然数；y(t)∈R^m为多源干扰系统∑₁的输出变量；

(2)构造鲁棒H_∞和保成本滤波器为：

x^·(t)=Ax^(t)+Ff(x^(t))+K1(y(t)-y^(t))y^(t)=Cx^(t)]]>

其中，为鲁棒H_∞和保成本滤波器的状态变量，A∈R^n×n为多源干扰系统∑₁的系统阵，K₁∈R^n×m为待定滤波器增益阵；为滤波器的非线性项，其增益阵为F∈R^n×n，为复合分层抗干扰滤波器输出，C∈R^m×n为多源干扰系统的输出阵；n和m均为自然数；

(3)基于干扰观测器、鲁棒H_∞和保成本滤波器，构造复合分层抗干扰滤波器：

x^·(t)w^·(t)=A‾x^(t)w^(t)+Ff(x^(t))0+K(y(t)-y^(t))y^(t)=C‾x^(t)w^(t)]]>

其中，为复合分层抗干扰滤波器的状态变量，为复合分层抗干扰滤波器输出，为待定滤波器增益阵列，K₁∈R^n×m为待定滤波器增益阵，K₂∈R^p×m为待定观测器增益阵，W和V分别表示外部干扰模型∑₂的系统矩阵和输出矩阵，A为多源干扰系统∑₁的系统阵，，R^(n+p)×(n+p)表示(n+p)×(n+p)维实矩阵空间，B₁为多源干扰系统∑₁中外部模型描述干扰的增益阵，表示q₁维实向量空间，q₁为自然数；

(4)基于凸优化算法求解多源干扰系统∑₁的复合分层抗干扰滤波器得到增益阵列其中P₁、R₁由以下凸优化问题求得：

min((x^T(0) w^T(0)) P₁(x^T(0) w^T(0))^T)

-P1P1(A‾+αI)-R1C‾*-r2P1<0]]>

Φ11P1B‾C1TP1FC2T*-γ2I000**-I00***-λ2I0****-I<0]]>

其中，x(0)、w(0)为给定初始值，C₁∈R^(n+p)×(n+p)、C₂∈R^(n+p)×(n+p)为估计误差闭环系统∑₃的可调输出阵，r、α为区域极点配置参数，α＞0，α＞r；λ为非线性权重参数，取值在[0.1 10]之间；γ为干扰抑制度，取值在[0.1 1]之间；U为∑₁中非线性项f(x(t))的Lipschitz参数阵，K₁∈R^n×m为待定滤波器增益阵，K₂∈Rw为待定观测器增益阵，分别为系统∑₁中状态和输出系统的能量有界干扰增益阵，B₄为外部干扰模型∑₂的能量有界干扰增益阵；符号*表示对称矩阵中相应部分的对称块，q₂为自然数。