[发明专利]接入约束下保持系统能观性的通用性数据接入传输方法

说明书

技术领域

本发明属于通信领域，涉及一种接入约束下保持系统能观性的通用性数据接入传输方法。

背景技术

在网络化控制、信号传输、图像处理等领域中，往往需要同时传输多维数据。由于为每维数据单独提供信道会造成通信资源的浪费，因此在通信时常常采用复用技术来传输数据，如时分复用、频分复用、码分复用等。复用技术可以实现多维数据在同一信道中的同时传输，有效地提高通信资源的利用率。

在实际中通信资源是有限的，即信道能够同时传输的数据维数是有限的，因此当需要传输的数据维数超出允许范围时，将面临接入约束问题。此时由于所有数据无法同时通过信道进行传输，需要对数据进行降维或采取选择性接入传输的策略。本发明即是一种有限接入约束下选择性接入传输策略的设计方法。

状态估计问题在许多科学与工程领域都会遇到，如控制、通信、信号处理、计量经济等。由于观测噪声、环境扰动等因素的影响，系统真实状态通常无法得到，此时需要基于观测数据与状态之间的相关性重构出系统状态。其中，对于初始状态的重构问题，能观性是其前提，系统能观则表示任意初始状态都能被重构出来。但是在接入约束下，由于观测数据无法通过信道全部传输，系统能观性将受到影响，信息的缺失有可能导致系统不能观，即无法重构出系统初始状态。

为了保持系统的能观性，已经有专家提出了可行的数据接入传输方法。该方法针对信道同一时刻只能传输一维数据的情形，基于系统能观性指数选择性地接入传输数据。该方法能够保证系统在最短时间内能观，但由于需要知道系统参数，不同系统将得到不同的数据接入传输方法，因此不便于推广。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种接入约束下保持系统能观性的通用性数据接入传输方法，以保持系统的能观性，从而能够基于接收数据重构出系统初始状态。

本发明方法针对基于状态空间描述的能观线性动态系统：

x(k+1)＝Ax(k)+w(k)，y(k)＝Cx(k)+v(k)

其中，k为时刻，A为定常可逆矩阵，C为定常观测矩阵；x(k)为n维的系统状态向量；y(k)为m维的系统输出向量；w(k)表示过程噪声，为n维的零均值、协方差Σ_w的高斯白噪声向量；v(k)表示观测噪声，为m维的零均值、协方差Σ_v的高斯白噪声向量；初始状态x(0)服从零均值、协方差Σ₀的高斯分布；x(0)、w(k)、v(k)相互独立。

其特征在于该方法针对接入约束问题首先选择性地接入传输数据，数据接入传输方法与系统参数无关且能保持系统能观性，然后基于接收到的数据重构出系统初始状态。其中，接入约束描述为信道同一时刻只能传输λ维数据，1≤λ<m。具体包括：

(1)基于信道能够同时传输的数据维数选择性地接入传输系统输出。

具体的数据接入传输方法如下：

①将m维系统输出无重复地分为组，每组维数不超过λ，其中，表示不小于m/λ的最小整数。

②同一时刻只接入传输一组系统输出，每组系统输出连续接入传输n次，不同组系统输出依次接入传输，直到所有组均已接入，并依此形成一个周期。

(2)基于接收到的数据采用平滑算法估计系统初始状态。

本发明的有益效果是，本发明提供了一种通用性的数据接入传输方法来保持系统的能观性，该方法与系统的具体参数无关，简单易实现，并能保证接入约束下的系统在一个传输周期内能观。

附图说明

图1为基于系统输出估计初始状态示意图；

图2为基于接收到的数据估计系统初始状态示意图；

图3是g^T＝[1,1,1,1,1,1]时互信息的取值情况示意图；

图4是g^T＝[1,0,0,0,0,0]时互信息的取值情况示意图。

具体实施方式

本发明保持系统能观性的数据接入传输方法具体如下：

(1)对象建模：运用机理建模等建模方法建立能观对象的状态空间模型，如下

x(k+1)＝Ax(k)+w(k)，y(k)＝Cx(k)+v(k)