面向控制的无线通信系统分析与设计

基于无线通信网络的控制系统分析和设计非常困难，是当前控制学科的热点研究领域之一。目前，该方向大部分的研究是"被动地"处理无线通信网络引起的各种新问题，即将无线通信环节刻画为时滞、量化和传输噪声、数据异步或数据缺失等模态，然后考虑设计先进的控制方法来克服这些模态对闭环性能的影响。在本项目中，我们从另一个角度开展研究，我们的研究思路不是设计"好的控制策略"来克服无线网络通信系统引起的各种问题，而是设计面向控制的"好的无线通信系统"。即在设计无线通信系统时，其设计要求不再是实时可靠的传输数据（在带宽容量有限的情况下，这一般是不可能的），而是使得闭环控制性能满足要求。本研究项目融合了无线通信、控制理论、数字信号处理等多学科交叉技术与知识，不管是从网络控制理论完善的角度，还是从无线通信技术应用的角度来看，本项目都有重要的理论意义和广泛的应用前景。

本项目主要任务是以滤波器组框架作为统一的工具来研究面向控制的无线通信系统，是当前网络化控制研究中的重要方向之一。课题组研究了面向无穷时域LQG控制的fixed-rate量化问题，研究了面向控制的滤波器组分析和设计方法，同时也研究了无线传感器网络信号处理及在水环境中的应用。我们取得的主要成果为：(1) 提出一种自适应的有限字长均匀量化器设计方法，该方法保证了均方稳定性，又保持了最优的无穷时域控制性能。(2) 提出了一种通过调节子带增益（Subband gain）来减少框架界比值的方法，给出了最优的增益系数。提出并解决了滤波器组框架界比值的双边优化问题，给出了双边优化的工程实现方法。(3) 提出并研究了格型结构约束的综合滤波器组鲁棒优化设计问题，针对不同的噪声假设分别给出了最优的格型结构综合滤波器组设计方法。课题组发表SCI/EI收录论文20余篇，其中IEEE Trans. Signal Processing长文3篇，待出版专著1部。