第４２卷第２期 ２００７年４月 西南交通大学学报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＯＵＴＨＷＥＳＴ ＪＩＡＯＴＯＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳｎ１Ｙ Ｖｏ１．４２ Ｎｏ．２ Ａｐｒ．２００７
文章编号：０２５８－２７２４（２００７）０２－０１７５－０６
网络控制系统的时延估计和自适应预测控制
李春茂， 肖 建， 张 胡
（西南交通大学电气工程学院，四川成都６１００３１）
摘要：提出了基于最小二乘支持向量机（ＬＳ－ＳＶＭ）的网络时延预估网络控制系统（ＮＣＳ）的白适应预测控制方 法．先将网络时延转化为非线性时间序列，再用径向基函数（ＲＢＦ）作为１＿５－ＳＶＭ的核函数，建立ＮＣＳ的时延预测 模型．用通过该模型预测的时延设计白适应控预测制器，补偿和控制ＮＣＳ的时延．仿真结果表明，该时延预测方 法对ＮＣＳ的随机时变时延有较高的预测精度，根据预测的时延设计的控制器能使系统的输出很好地跟踪期望 的输出． 关键词：网络控制系统；最小二乘；支持向量机；时延估计；白适应控制 中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ
Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ
Ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ
／２ Ｃｈｕｎｍａｏ，ＸＩＡＯ Ｊｉａｎ，ＺＨＡＮＧ Ｙｕｅ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇ．，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００３１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｎｏｖｅｌ ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ａｎ ＮＣＳ（ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ）ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｏ ｄｅｒｉｖｅ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙｓ ｉｎ ａｎ ＮＣＳ，ｔｈｅ ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙｓ ｗｅｒｅ
ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ ｉｎｔｏ ａ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｔｉｍｅ ｓｅｒｉｅｓ，ａｎｄ ａ ＲＢＦ（ｒａｄｉａｌ ｂａｓｉｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）ｗａｓ ｔａｋｅｎ ａｓ ｔｈｅ ｋｅｍｅｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ＬＳ－ＳＶＭ（１ｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅ ｓｕｐｐｏｒｔ ｖｅｃｔｏｒ ｍａｃｈｉｎｅ）．Ａｎ ａｄａｐｔｉｖｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｌａｙｓ ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｔｏ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ ｔｈｅ ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙｓ．
第２７卷 ２０ｌｌ一 第ｌ期 １月 信号处理 ＳＩＧＮＡＬ ＰＲ０ＣＥＳＳＩＮＧ Ｖｏ１．２７． Ｎｏ．１ Ｊａｎ．２０１１
基于循环平稳性的约束自适应多径时延估计
熊秋彝 王 江 杨景曙。
（１．中国人民解放军９２７６２部队，福建厦门３６１００８；２．解放军电子工程学院，安徽合肥２３００３７）
摘要：在有多径信号、多通道非平稳干扰信号以及平稳背景噪声的情况下，不考虑多径信号传输的时延估计方法不 能准确地估计时延，甚至估计性能会恶化。为此，本文提出了基于循环平稳性的约束自适应多径时延估计算法，并对算法
的收敛性能进行了分析。该算法可以有效地抑制干扰和噪声的影响，在低信噪比的情况下直接地、准确地进行自适应多径 时延估计，特别对噪声是空间相关的情形也适用，克服了传统算法不能直接估计非整数倍采样间隔的时延和多径时延的缺
点。计算机仿真试验验证了新方法的有效性。
关键词：多径时延估计；自适应；循环平稳性 中图分类号：ＴＮ９１１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—０５３０（２０１１）Ｏｌ—ｏ０４３一Ｏ６
Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｍｕｌｔｉｐａｔｈ Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ
Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＣｙＣｌＯＳｔａｔｉＯｎａｒｌｔｙ
ＸＩＯＮＧ Ｑｉｕ—ｂｅｎ ＷＡＮＧ Ｊｉａｎｇ ＹＡＮＧ Ｊｉｎｇ—ｓｈｕ
（１．ＰＬＡ，Ｎｏ．９２７６２ Ｔｒｏｏｐ，Ｆｕｊｉａｎ Ｘｉａｍｅｎ ３６１００８，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ＰＩＪＡ，Ａｎｈｕｉ Ｈｅｆｅｉ ２３００３７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ ｉｎｔｏ ａｃｃｏｕｎｔ ｔｈｅ ｍｕｈｉｐａｔｈ ｓｉｇｎａｌｓ，ｔｈｅ ｍｕｈｉ—ｃｈａｎｎｅｌｓ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｓ ｗｉｔｈ ｎｏｎ—ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ａｎｄ ｓｔａ— ｔｉｏｎａｒｙ ｎｏｉｓｅｓ，ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｗｉｔｈｏｕｔ ｒｅｇａｒｄ ｔｏ ｍｕｈｉｐａｔｈ ｓｉｇｎａｌｓ ｃａｎ’ｔ ａｔｔａｉｎ ａｃｃｕｒａｔｅ ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙ；ｅｖｅｎ ｔｈｅ ｂｅ－ ｈａｖｉｏｒｓ ｏｆ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ａｒｅ ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ ａｄａｐｔｉｖｅ ｍｕｌｔｉｐａｔｈ ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｙｃｌｏｓｔａｔｉｏｎａｒｉｔｙ ｉｓ
自适应时延估计算法在被动声定位系统中的应用
被动声定位系统是用来定位，定向和监测运动物体的有效技术。然而，它们受到时延估计算法的限制，它控制着定位精度、定向精度以及监测精度。因此，自适应时延估计算法在被动声定位系统中的应用被实践广泛，它能够有效地提高定位精度、定向精度和监测精度。
首先，自适应时延估计算法的基本原理要明确。它采用了一种可以自动根据被动方向反射信号的实时信号响应特性来估计时延的方法。这些时延是由声源到接收机之间的行波时间造成的，因此它会影响到定位系统的准确性。
其次，自适应时延估计算法需要建立一个模型，用于准确估计时延信号的响应模式。在该模型中，可以以前馈-反馈网络的形式以不断改善模型的准确性。例如，使用Kalman滤波器或拟合自适应滤波器，能够以实时的时延估计重复改善网络模型，从而改善被动声方向定位系统的准确性。
此外，自适应时延估计算法可以实时估计当前环境中的时延，这意味着，如果出现变化，计算法可以随之自动调整。此外，通过使用更高精度的估计算法，可以有效地提高定位精度、定向精度和监测精度，使得被动声定位系统更加可靠。
最后，需要指出的是，尽管自适应时延估计算法在被动声定位系统中的应用有着重要意义，但是它也存在一定的局限性，例如可能会产生偏差，因此，应结合其他方法或对抗技术进行调整，使其在实际被动声定位系统中发挥更大的作用。
总之，自适应时延估计算法是一种有效的技术，可以用来改善定位精度、定向精度以及监测精度，并实现行波时延的自适应估计。虽然它在实际应用中也存在一定的局限性，但是结合其他方法的采用，有助于提高被动声定位系统的精度，使其在实际应用中发挥更大的作用。
时延估计算法的方法很多，广义互相关函数法(Gee, Genear I i zedeross-ocerrat Inin)运用最 为广泛"广义互相关法通过求两信号之间的互功率谱，并在频域内给予一定的加权，来抑制噪 声和反射的影响，再反变换到时域，得到两信号之间的互相关函数"其峰值位置，即两信号之 间的相对吋延45IH, 6],时延估计过程如图1 一 7所示”
设h. (n), h2 (n)分别为声源信号s (n)到两麦克风的冲激响应，則麦克风接收到的信号为：
Xi (n) =hi (n) 0S (n) +ni (n) (1. 1)
x2 (n) =h2 (n) 0 s (n) +n2 (n) (1.2)
基于子空间的定位技术来源于现代高分辨率谱估计技术。子空间技术是阵列信号 处理技术中研究最多、应用最广、最基本也是最重要的技术之一。该类声源定位 技术是利用接收信号相关矩阵的空间谱，求解麦克风间的相关矩阵来确定方向角, 从而进一步确定声源位置。子空间类方法主要分两类，一类是利用阵列自相关矩 阵主特征向量(即信号子空间)的主分量方法，如AR参数模型主分量法，BT主 分量法等；另一类方法是以信号子空间和噪声子空间的正交性原理为基础，利用 组成噪声子空间的特征向量来进行谱估计，这类算法主要有多重信号分类法
(MUSIC), Johnson 法,最小范数(Mini-Norm)法,MUSIC 根(Root-MUSIC)法, 旋转不变信号参数估计(ESPRIT)法，等等。在实际中，基于子空间的定位技术 的空间谱的相关矩阵是未知的，必须从观测信号中来估计，需要在一定时间间隔 内把所有信号平均来得到，同时要求接收信号处于声源、噪声、估计参数固定不 变的环境和有足够多的信号平均值。即便满足这此条件，该算法也不如传统的波 束形成方法对声源和麦克风模型误差的鲁棒性好。目前定位问题所涉及算法都是 研究远场的线性阵列情况。
基于子空间的定位技术是通过时间平均来估计信号之间的相关矩阵，需要信号是 平稳过程，估计参数固定不变，而语音信号是一个短时平稳过程，往往不能满足 这个条件。该定位方法的效果和稳定性不如可控波束形成法，但每次迭代的计算 复杂度不像可控波束形成那么苛刻。此外还要求阵列处于远场情况，而且该方法 主要针对窄带信号，而语音信号是佈计
