[发明专利]一种基于信息新鲜度判断事件触发卡尔曼一致性滤波方法

说明书

本发明提出了一种基于信息新鲜度判断的事件触发卡尔曼一致性滤波方法，所述方法包括：步骤1、在多簇头无线传感器网络中，通过计算数据包的信息年龄对所述信息的新鲜度进行度量，获得簇内所有节点产生的数据包的平均信息年龄；步骤2、计算所述平均信息年龄的最小值，获得信息年龄最小值；步骤3、将所述信息年龄最小值作为事件触发阈值，建立基于信息新鲜度约束的事件触发卡尔曼一致性滤波算法模型，计算目标系统的估计值。

技术领域

本发明提出了一种基于信息新鲜度判断的事件触发卡尔曼一致性滤波方法，属于滤波技术领域。

背景技术

随着民航事业的快速发展，安全舒适的机舱环境已成为飞机设计者关注的重点之一，乘客和机组人员也对机舱环境提出了更高的要求。一旦狭窄封闭的客舱或货舱发生机械故障，管道破裂或密封失效，舱内环境可能受到污染，导致乘客和机组人员出现头晕、头痛等不良状况，甚至导致严重的神经系统疾病，这将严重威胁飞行安全。因此，及时的对机舱环境状态进行检测是保证乘客与机组人员生命健康的重要前提。随着无线传感技术的发展，WSN融合了无线传感技术、无线通信、信息融合等多个学科技术。目前，WSN在环境试验、军事、卫生、农业、空间探测等领域显示出了巨大的应用价值和广阔的商业前景。作为一种新兴的信息应用技术，WSN通过无线传输和信息交互实现了对被检测对象的物理信息的协同感知和处理功能，为实时监测和快速处理检测数据，缩短检测时间提供了直接、有效、真实的信息支持。此外，一些特定的无线传感器网络，如近程无线传感器网络，也可用于监测未来飞机行业狭窄和复杂的机舱环境。在利用WSN检测技术来监测污染物浓度时，检测系统实际运行时往往因障碍物干扰、数据丢包和网络带宽限制等因素的影响而难以准确检测出污染物浓度值。

分布式容错控制能够有效解决系统中存在的扰动和干扰问题。同时，分布式无线传感器网络中的分布式状态估计算法也是在有干扰存在的网络系统中研究的热点。分布式卡尔曼一致性滤波算法因其具有收敛速度快、融合精度高和强鲁棒性等特点而被广泛关注。但是，在真实环境中，由于网络带宽限制、节点能量限制、外界恶劣环境等影响因素的存在，数据包在传输过程中不可避免的会出现丢包和路径损耗现象。在非理想环境中，卡尔曼滤波器的性能无法得到有效保证，时常发生数据包丢失和路径损耗，这两者是影响滤波算法精度及检测系统稳定性的主要因素。同时，实际应用中，带宽总是有限的，网络带宽限制是影响检测网络使用寿命的关键因素。解决上述问题的一个可行方法是在综合考虑系统数据丢包和路径损耗的情况下，将事件触发机制引入到KCF中。

发明内容

本发明提供了一种基于信息新鲜度判断的事件触发卡尔曼一致性滤波方法，用以解决现有分布式卡尔曼一致性滤波算法中存在数据包丢失和路径损耗的问题，同时将最小平均信息年龄作为事件触发阈值，有效降低了检测系统的通信损耗，所采取的技术方案如下：

一种基于信息新鲜度判断的事件触发卡尔曼一致性滤波方法，所述方法包括：

步骤1、在多簇头无线传感器网络中，通过计算信息年龄(age of information,AoI)对所述信息的新鲜度进行度量，获得簇内所有节点产生的数据包的平均信息年龄；

步骤2、计算所述簇内所有节点产生的数据包的平均信息年龄的最小值，获得信息年龄最小值；

步骤3、将所述信息年龄最小值作为事件触发阈值，建立基于信息新鲜度约束的事件触发卡尔曼一致性滤波算法模型，计算目标系统的估计值。

进一步地，所述多簇头无线传感器网络中，各节点采样生成的数据包大小相同。

进一步地，各所述节点在采样时间区间(0，T₁)内所有数据包的平均信息年龄与下一个采样时间区间(T₁，T)内所有数据包的平均信息年龄相同，其中，0T₁T。

进一步地，步骤1所述获得簇内所有节点产生的数据包的平均信息年龄的过程包括：