[发明专利]一种多径衰落信道下非线性网络化系统滤波器及设计方法

说明书

一种多径衰落信道下非线性网络化系统滤波器设计方法，包括步骤：根据对非线性网络化系统的分析，建立离散T‑S模糊非线性模型；建立L阶Rice衰落模型来描述无线通信信道的多径衰落现象；构建非脆弱H_∞滤波器。

技术领域

本发明属于无线网络技术领域，特别涉及一种多径衰落信道下非线性网络化系统滤波器及设计方法。

背景技术

基于无线网络技术构建的无线网络控制系统应用于一些特殊的极端或高危环境，例如在军事领域，以网络化控制系统为基础的大规模攻防系统，通过对武器平台的协作控制，使得进攻和防御更加有效。在这类应用中，无线通信的信道衰减现象是普遍存在的。通常通信地面站发射的无线电波束较宽，在其传输过程中由于地物、地貌和海况等诸多因素的影响，接收机收到的信号是经折射、反射和直射等多条路径到达的电磁波。由于每条路径的强度、传播时间以及发射信号带宽的不同，多径电磁波合成的接收信号在幅值、相位甚至波形上都有可能会发生很大变化，引起畸变这种现象称为多径效应。这种多径信道衰减无疑会降低信号的质量和可靠性，影响系统的性能指标，甚至导致系统整体性能的恶化。因此，充分考虑通信信道衰减这一客观因素，寻找能保证系统达到所要求性能指标且易于实现的滤波算法具有重要的理论和实践意义。

在实际应用中，滤波器实现的时候，总存在一些不可避免的扰动或者漂变，例如字长有限、元器件老化和舍入误差等，这使得设计好的滤波器参数并不能被准确地设定。一旦滤波器参数发生了摄动，即使是幅度很小的变化，都有可能会导致系统性能的严重下降甚至彻底失效。传统的鲁棒滤波只是针对系统模型的参数不确定或结构不确定性进行滤波器的设计，却忽略了滤波器自身的增益不确定性的影响，也就是说传统的滤波器具有高度的脆弱性。这种滤波器参数的偏离在实际现实中是不可避免的，所以非脆弱滤波器的设计问题引起了研究人员的广泛关注。

发明内容

本发明提供一种网络化控制系统的非脆弱H_∞滤波器设计方法、滤波方法和滤波器。考虑网络化控制系统在存在多径信道衰落测量和滤波器参数摄动情况，设计了非脆弱H_∞滤波器，使得网络化控制系统在上述情况下仍能保持均方稳定，且具有指定的扰动抑制能力。

本发明实施例之一，一种多径衰落信道下非线性网络化系统滤波器设计方法，包括以下步骤：

根据对非线性网络化系统的分析，建立离散T-S模糊非线性模型；

建立L阶Rice衰落模型来描述无线通信信道的多径衰落现象；

构建非脆弱H_∞滤波器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和显著效果：

1)本发明实现了多径衰落信道下非线性网络化系统的非脆弱H_∞滤波信息处理方法的设计，且该方法算法较简单，计算效率高，易于编程实现。

2)综合考虑了随机信道衰落测量、滤波器参数摄动和外部扰动对滤波性能的影响，并将其纳入到统一模型框架下，建立了网络化滤波误差系统模型，为复杂网络化控制系统的建模提供了新思路。

3)融合Lyaponov函数方法、随机分析技术和线性矩阵不等式方法，得到了能保证滤波误差系统指数渐近稳定且满足干扰抑制性能要求的滤波器存在的线性矩阵不等式充分条件，同时给出了所设计滤波器参数的解析表达式。而且还可以通过求解一个凸优化问题优化系统的性能指标，使网络化系统具有更好的抗干扰性能。

4)本发明在滤波信息处理方法的设计中充分考虑了实际中统计特性未知的外部扰动、多径信道衰落和参数摄动对系统的影响，所以所得设计结果更符合实际使用情况。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：