[发明专利]一种基于FIR滤波器的水声通信系统故障估计方法

权利要求书

1.一种基于FIR滤波器的水声通信系统故障估计方法，其特征在于，包括：

构建水下通信系统的数学模型；

确定在有限时域内，受扰动和故障共同作用下该时间域内所有的输出；

将所有与待检测故障信息无关的量都视为扰动，利用FIR滤波器对水下通信系统产生的故障进行估计；

引入权重矩阵构造估计误差，所述估计误差为：故障估计信息与实测故障信息的差值；

根据估计误差确定评价指标，求得使得评价指标取得最小值时的最优滤波器增益，从而产生最优故障估计；

所述水下通信系统的数学模型为：

其中，分别表示水声通信过程的信源信号、信宿输出信号、未知加性扰动信号和待检测故障信号；A(k)，A_σ(k)，B_d(k)，B_f(k)，C(k)，D_d(k)，D_f(k)分别为已知恰当维数时变矩阵；{σ(k)}是一类均值为0，方差为1的白噪声标量，用来刻画信号在水声信道中干扰；x₀是一个与{σ(k)}无关的任意恰当维数的随机向量，表征水声通信过程的信源信号的初始状态。

2.如权利要求1所述的一种基于FIR滤波器的水声通信系统故障估计方法，其特征在于，利用FIR滤波器对水下通信系统产生的故障进行估计，具体为：

其中，为故障估计矩阵，P(k)为滤波器增益矩阵，Y(k)为受扰动和故障共同作用下该时间域内所有的输出。

3.如权利要求1所述的一种基于FIR滤波器的水声通信系统故障估计方法，其特征在于，引入权重矩阵构造估计误差，具体为：

其中，为故障估计矩阵，W_f为权重矩阵，F(k)为由故障向量构成的矩阵。

4.如权利要求1所述的一种基于FIR滤波器的水声通信系统故障估计方法，其特征在于，所述最优滤波器增益具体为：

P^*(k)＝W_fE(H_fs^T(k))(R^-1(k))^T

其中，W_f为权重矩阵，R(k)为正定矩阵；

上式中，f_ii、f_ij均为定义的矩阵。

5.如权利要求4所述的一种基于FIR滤波器的水声通信系统故障估计方法，其特征在于，所述正定矩阵R(k)具体为：

R(k)＝E(H_os(k)H_os^T(k))+E(H_ds(k)H_ds^T(k)+E(H_fs(k)H_fs^T(k)))

其中，

上式中，a_ii、a_ij、b_ii、b_ij均为定义的矩阵。

6.如权利要求4所述的一种基于FIR滤波器的水声通信系统故障估计方法，其特征在于，如果出现R(k)不满足正定条件的情形，采用R^*(k)＝R(k)+γI来代替R(k)以获得一个次优解，其中γ是一个尽可能小的正实数。