利用互信息确定延迟时间的新算法.pdf

2013,49(24
Computer Engineering and Applications计算机工程与应用
利用信息确定延迟时间的新算法
何鹏,周德云',黄吉传2
HE Pcng', ZHOU Dcyun', HUANG Jichuan
1.西北工业大学电子信息学院,西安710129
2.中国人民解放军驻成都飞机工业公司军事代表室,成都610092
I Electronic Information Institute, Northwestern Polytechnical University, Xi an 710129, China
2. Military Representative Office of PLA Residing in Chengdu Aircraft Industry Corporation, Chengdu 610092, China
HE Peng, ZHOU Deyun, HUANG Jichuan. New algorithm for determining delay time by mutual information. Computer
Engineering and Applications, 2013, 49(24): 8-10
Abstract: This paper analyzes different methods for dctermining delay time in state space reconstruction. Although the method
of mutual information is more accurate, its computational process is quite cumbersome and time-consuming. So based on the
pseudo-periodicity of chaotic attractor, it puts forward a new algorithm to refine delay time step by step using mutual information
The numerical experiment of Rissler and Lorenz systems proves the reliability of this algorithm
Key words: state space reconstruction; time series; delay time; mutual information pseudo-periodicity
摘要:对比研究混沌时间序列相空间重构中对延迟时间选取的各种算法,根据混沌吸引子所具有的伪周期性与各态
历经的性质,提出采用逐步细化的方法寻找系统互信息函数的第一局部最小值,作为最佳的延退时间。克服了传统互
信息函数计算繁琐、难以编程实现的缺点,兼具椅确性与高效性。通过 Rissler和 Lorenz系统的数値仿真结果验证了算
法的可靠性
关键词:相空间重构;时间序列;延迟时间;互信息;伪周期性
文献标志码:A中图分类号:TP301.6doi:10.3778jiss.1002-8331.1303-0426
基于过程监控数据的故障诊断是保障复杂系统过程
相空间重构
安全、避免重大事故的有效手段,复杂系统工作过程都可
Takens提出的相空间重构方法往往作为对非线性
采集大量的数据.日这些信号通常表现为较强的非平稳性时间序列进行分析的第一步。其基本原理为:由于系统
和非线性,使得对其进行故障特征的提取较为困难。传统任何一个分量的演化都是由与之相互作用的其他分量所
方法利用所有变量进行诊断,计算时间长且诊断精度低,决定的,因此采用时间序列中某些固定的延迟时间的数
增加了系统操作和维护的成本。随着非线性动力学研究据点作为重构相空间的高维来处理,即X(n)=x(n),x(n+
的不断进步,特别是将混沌时序列信号的相空间重构理x(m+2,…(+(m-la)],重构出轨迹可以表征原混沌系
论应用于设备故障诊断领域,可以从单变量的时间序列统吸引子的动力学特征,与其微分拓扑结构一致。 Takens
中获取系统的有效性息,如相关维数叩、 Lyapunov指数等已经证明,对于一个无限长的无噪声时?序列,延迟时间
动力学指标,揭示了故障的本质,从全新的角度更深刻地认的选取是任意的。然而在实际运用中,采样得到的时间序
识了复杂的非线性动力系统的行为。另外人们将相空间列必然是有限且含有噪声的,此时恰当选取参数m与r对
重构理论广泛地应用于各种工程领域,如传感观测信息融重构质量有着至关重要的影响
合压缩方法及其故障诊断、电力负荷预测η等,均获得了
选择的基本思想是使原采样序列和其延迟庐列其有
让人意想不到的卓越效某。
某种程度的独立又不完全无关,从而可以将相邻数据点
基金项目:航空科学基金(N0.2011553021)
作者简介:何鹏(1984-),男.博士研究生,研究领域为智能化指挥与控制工程;周德云(1964-),男,博士,教授,研究领域为预测控制
自适应控制、智能控制理论及其应用、复杂系統建模、航空武器系銃工程等;黄吉传(1980一),男、博士研究生,工程师,研究领域
为现代火力控制理论。E-mail:hpl7163.com
收稿H期:2013-03-27修回H期:2013-07-29文章编号:1002-8331(2013)24-0008-03
CNKIHXH:2013-09-26http:/www.cnki.et/kcmsdetail/11.2127.TP20130926.1645.011.html