广义未知扰动下上限滤波研究及其在目标跟踪中的应用

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61903299
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0303.系统建模理论与仿真技术
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

In complex battlefield environment, the coexistence of different factors such as system biases, deceive jamming, model approximation and many others, always leads to model mismatch between the prior nominal measurement equation and the ground truth. Such mismatch is depicted as the generalized unknown disturbance added to the nominal measurement model. Meanwhile, the system modeling has to face with different complex features, such as parameter multi-modal, additive/multiplicative noise, model nonlinearity, unknown noise parameters, and so on. In this proposal, a series of adaptive upper-bound filtering methods are developed, by considering data inaccuracy caused by model mismatch and modeling uncertainties due to complex features simultaneously. Firstly, the novel recursive minimum upper-bound filtering mechanisms are established for Markovian jump nonlinear systems and discrete-time nonlinear systems with multiplicative noises, in the case of generalized unknown disturbances. Secondly, considering the coexistence of noise parameter uncertainty and unknown disturbances, the joint framework of state estimation and unknown noise parameter learning is designed, along with the idea of upper-bound filtering. Thirdly, in multi-sensor cooperative tracking, a new centralized fusion estimation is put forward through multiple parameters optimization in the structure of upper-bound filtering. Then, the distributed information filtering-type implementation, which is based on maximizing the constructed lower bound of information matrix, is further proposed via average consensus to pursue the final consistent estimate. In this proposal, it is expected to effectively decrease the peak tracking error caused by multiple uncertainties through seeking the minimum upper-bound covariance of estimate error with the help of fast parameter optimization, in order to provide new principle and method for reliably, accurately and rapidly sensing and tracking.
复杂战场环境下,系统偏差、干扰欺骗、模型近似等多因素并存,导致量测的先验标称模型与实际模型失配,表征为量测标称模型上附加广义未知扰动。同时,参数多模态、加/乘性噪声共存、模型非线性、噪声参数未知、分布式架构需求等使系统建模面临多复杂特性影响。考虑模型失配导致的数据不准确与系统复杂特性导致的模型不确定往往共存,本项目拟研究并发展一系列自适应上限滤波机制。在广义未知扰动下,探索跳变马尔可夫非线性系统和带乘性噪声非线性系统的递推上限滤波新机制;针对噪声参数不确定与未知扰动共存,在递推上限滤波途径下实现状态估计与模型未知参数学习的联合处理;考虑多传感器协同跟踪,设计多参数凸优化下基于上限滤波的集中式融合,并给出极大化信息矩阵下限的类信息滤波分布式共识实现。本项目通过快速参数寻优以最小化估计误差协方差上限,从而抑制多不确定引起的跟踪峰值误差,为可靠、精确、实时的目标感知与跟踪提供新原理和新途径。

结项摘要

复杂战场环境下,系统偏差、干扰欺骗、模型近似等多因素并存,导致量测的先验标称模型与实际模型失配,表征为量测标称模型上附加广义未知扰动。同时,参数多模态、加/乘性噪声共存、模型非线性、噪声参数未知、分布式架构需求等使系统建模面临多复杂特性影响。考虑模型失配导致的数据不准确与系统复杂特性导致的模型不确定往往共存,本项目研究并发展了一系列自适应上限滤波机制。(1)围绕数据不准确与模型不确定耦合共存,提出面向跳变马尔可夫非线性系统的自适应上限滤波及基于多模型框架的上限滤波方法,实现未知扰动下机动目标跟踪;设计乘性噪声下非线性系统的高精度扩展上限滤波,完成广义未知扰动与乘性噪声共存下径向距雷达目标跟踪;建立有色量测噪声下随机动态系统的上限滤波,克服雷达目标跟踪过程中由于雷达高频采样导致的量测噪声多拍相关。(2)针对实际作战环境中模型噪声或量测噪声参数多变现象,构建了噪声参数未知下线性、非线性系统的自适应变分贝叶斯滤波,在有效处理广义未知扰动的同时,实现了状态估计与系统参数的联合优化。(3)围绕多平台多源雷达目标跟踪,考虑多源未知扰动的存在,分别提出上限滤波机制下多传感器单速率采样和多速率采样的融合估计;针对同步采样情况,设计了多参数凸优化下集中式融合估计,并利用信息滤波形式给出了分布式估计实现。(4)此外,围绕模型非线性问题,以L1范数取代L2范数,构造了基于L1范数的递推在线滤波,实现了非高斯噪声环境下点目标的高精度跟踪;基于量测非线性坐标转换,提出了结合随机矩阵和变分贝叶斯的机动扩展目标跟踪状态估计方法。本项目通过快速参数寻优以最小化估计误差协方差上限,从而抑制多不确定引起的跟踪峰值误差,为可靠、精确、实时的目标感知与跟踪提供新原理和新途径。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(0)
有色量测噪声下带广义未知扰动的递推上限滤波
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    控制理论与应用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    秦月梅;周倩倩;杨衍波;梁彦;潘泉
  • 通讯作者:
    潘泉
A real-time rural domestic garbage detection algorithm with an improved YOLOv5s network model.
改进YOLOv5s网络模型的农村生活垃圾实时检测算法
  • DOI:
    10.1038/s41598-022-20983-1
  • 发表时间:
    2022-10-07
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
  • 通讯作者:
Finite-time distributed block-decomposed information filter for nonlinear systems with colored measurement noise
具有有色测量噪声的非线性系统的有限时间分布式块分解信息滤波器
  • DOI:
    10.1002/rnc.5437
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    International Journal of Robust and Nonlinear Control
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Yanbo Yang;Yuemei Qin;Yanting Yang;Zhi Li;Quan Pan
  • 通讯作者:
    Quan Pan

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其他文献

量测随机延迟下带相关乘性噪声的非线性系统分布式估计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    控制理论与应用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨衍波;潘泉;梁彦;秦月梅;杨峰
  • 通讯作者:
    杨峰

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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