[发明专利]一种复合分层抗干扰滤波器

摘要

一种复合分层抗干扰滤波器，涉及一类多源干扰系统的复合分层抗干扰滤波器设计；该发明针对一类含有随机干扰、能量有界干扰和外部模型描述干扰的多源干扰系统。首先，构造干扰观测器估计并抵消多源干扰系统中的外部模型描述干扰；其次，构造具有H_∞和保成本性能指标的滤波器，其中H_∞性能指标抑制系统中能量有界干扰，保成本性能指标抑制系统中随机干扰，并能优化估计误差方差的上界；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。本发明具有抗干扰性强、滤波精度高等优点，可用于航空航天器导航与控制系统等。

主权项

1、一种复合分层抗干扰滤波器，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中的外部模型描述干扰；其次，构造具有H_∞和保成本性能指标的滤波器抑制多源干扰系统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V∈Rq1×p]]>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，x^(t)w^(t)]]>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，K=K1K2∈R(n+p)×m]]>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，A‾=AB1V0W∈R(n+p)×(n+p),]]>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d1(t)∈Rq1]]>的增益阵，表示q₁维实向量空间，q₁为自然数；C＝(C0)∈R^m×(n+p)；(4)基于凸优化算法求解多源干扰系统的复合分层抗干扰滤波器得到增益阵列K=P1-1R1,]]>其中P₁、R₁由以下凸优化问题求得：minxT(0)wT(0)P1xT(0)wT(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，λ为非线性权重参数，γ为干扰抑制度；Φ₁₁＝(P₁A-R₁C)+(P₁A-R₁C)^T+λ²U₀^TU₀，U0=U000,]]>U为∑₁中非线性项f(x(t))的Lipschitz参数阵，B‾=B2-K1B3B4-K2B3,]]>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，B2∈Rn×q2,]]>B3∈Rn×q2]]>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。