據(jù)外媒報道，日本熊本大學（Kumamoto University）的一個研究團隊發(fā)布了一種新的數(shù)學框架，該框架能夠精確地對使用多個以不同傳感速率運行的傳感器的系統(tǒng)進行建模。這項突破有望為更安全的自動駕駛汽車、更智能的機器人和更可靠的傳感器網(wǎng)絡鋪平道路。該研究成果發(fā)表在期刊《Journal of Robotics and Mechatronics》上。

圖片來源： 熊本大學

應對“多速率”挑戰(zhàn)

從自動駕駛汽車到移動機器人，現(xiàn)代技術依賴于各種傳感器，例如攝像頭、激光雷達和慣性測量單元（IMU）。每個傳感器都以各自的速率采集數(shù)據(jù)，從而形成一個“多速率”環(huán)境，其中信號到達的時間間隔各不相同。

迄今為止，在這種情況下構建精確的數(shù)學模型一直極其困難，因為傳統(tǒng)的系統(tǒng)辨識方法假設所有數(shù)據(jù)都以相同的速率采集。

由副教授Hiroshi Okajima領導的熊本大學研究團隊開發(fā)了一種克服這一障礙的新算法。他們的方法將多速率系統(tǒng)重構為類似于標準時不變系統(tǒng)的形式，從而可以使用現(xiàn)有的辨識技術。

通過引入一種特殊的“循環(huán)重構”和坐標變換，研究人員能夠高精度地恢復原始系統(tǒng)的參數(shù)。

重要性

精確的系統(tǒng)辨識——即根據(jù)輸入輸出數(shù)據(jù)構建數(shù)學模型的過程——對于設計先進的控制系統(tǒng)至關重要。例如，在自動駕駛中，車輛必須整合來自多個傳感器的信息，才能在瞬間做出決策。

如果底層模型不準確，安全性和性能都會受到影響。這種新方法無需特殊的周期性輸入信號，并且能夠處理實際的、真實世界的數(shù)據(jù)，因此非常適用于工業(yè)和科學系統(tǒng)。

成果展示

通過數(shù)值模擬，該團隊證實，即使傳感器以不同的采樣率運行，他們的算法也能實現(xiàn)精確識別。與以往難以處理缺失或不匹配數(shù)據(jù)的方法不同，這項新技術能夠忠實地重建系統(tǒng)結構。這為在異構傳感器普遍存在的環(huán)境中實現(xiàn)穩(wěn)健的基于模型的控制開辟了道路。

未來應用

這項研究的意義遠不止于機器人領域。它可以增強物聯(lián)網(wǎng)（IoT）網(wǎng)絡中的傳感器融合，改進工業(yè)工廠的監(jiān)控，并為依賴多種測量設備的科學實驗提供支持。熊本大學的研究團隊通過提供堅實的理論基礎，為多速率系統(tǒng)建模的實際應用奠定了基礎。