面向目标跟踪的滤波器设计方法的创新设计论文（大全五篇）

第一篇：面向目标跟踪的滤波器设计方法的创新设计论文

战争是推动科技发展的双刃剑，目标跟踪理论就是起源于军事领域的一门科学技术，经过几十年的发展，目标跟踪技术已经不仅仅局限于军事领域，而且广泛应用到涉及国计民生的各个方面如雷达、汽车（飞机）导航、车辆跟踪、可移动设备定位、图像处理等。伴随着相应科技水平的不断进步，诸如高性能计算机的出现，基础物理硬件设施等方面的不断提升，以及社会对应需求的提高，目标跟踪在相应领域获得一定的成就，在被人们重视的同时也是国内外科研人员研究的热点，也促使其不断向前发展。目标跟踪原理与分类

目标跟踪涉及多方面的内容，主要为系统数学模型的构建、对应运动特性的滤波算法设计、信息融合、传感器数据关联等几方面。就目标跟踪领域来说，最初研究是对具有简单运动特性的目标进行跟踪的问题跟踪问题，通常是以线性运动高斯噪声为背景。系统模型根据目标运动特性分为以下两类：非机动目标跟踪和机动目标跟踪。非机动目标是指标做具有简单运动特性的直线运动，速度或速度变化率改变幅度不大，目标实际运动跟踪特性较好或者误差较小。机动目标是指目标做不规则运动，如变速运动、曲折运动甚至于无规则的运动。此时目标实际运动趋势（速度的大小和方向）变化较大，原始的基本跟踪算法，将产生一个比较大的跟踪误差甚至滤波发散，如何解决这个问题并提高机动目标的跟踪性能是国内外专家学者研究的主要方面之一。目标跟踪中经典滤波器的实现原理

目标跟踪的基本概念是在20世纪50年代由Wax在应用物理杂志上正式提出，目标跟踪研究在理论上被正式确立起来。Wiener等人提出了维纳滤波理论，且应用于二战中的火控雷达，标志着现代滤波理论的诞生。

1960年，Kalman在其博士论文中提出了卡尔曼滤波理论，首次将状态空间法引入到估计理论，分别用状态方程和量测方程描述系统的状态模型和量测模型，根据系统状态的均方误差估计得到系统状态在下一时刻的最优估计。在卡尔曼理论提出后，被推广到目标跟踪领域，引起大量专家学者通过对其研究，拓宽了目标跟踪领域的发展。然而由于算法应用条件限制，卡尔曼滤波仅适用于处理线性高斯噪声下的目标跟踪问题。为解决此类问题，扩展卡尔曼滤波通过将非线性函数在滤波值附近进行泰勒级数展开并忽略二阶以上项进行线性化，在高斯噪声背景下处理弱非线性问题具有较好的效果。但是此算法具有一个较大的问题，即许多实际问题难以得到非线性函数的雅可比矩阵，并且在强非线性或非高斯条件下滤波精度不高，致使其应用受到限制。目标跟踪中采样型非线性滤波的实现原理

针对系统非线性对滤波器的不利影响，提出了采样型非线性滤波方法，通过采样加权融合策略处理非线性问题，避免了计算复杂的雅可比矩阵过程以及由线性化导致的跟踪误差，提高了计算效率。根据其性质、原理及采样的方式的不同将滤波算法定义细化，又分为确定性采样和非确定（随机）性采样滤波器。根据采样点的位置和权重都是确定的特性，确定性采样非线性滤波器的典型实现有以下几种。

不敏卡尔曼滤波器采用卡尔曼滤波为框架，同样具有预测更新过程，引入UT变换避免了对模型进行线性化，通过采用一些确定权值的样本点来对状态向量的后验概率密度函数进行近似化，将它们的均值和方差经过加权处理，以此求出状态估计的最佳值。不敏卡尔曼滤波的计算量与扩展卡尔曼滤波相当，但是性能优于扩展卡尔曼滤波算法。

高斯-厄米特滤波器采用Gauss-Hermite数值积分的为手段，规则选取高斯点及其权值，然后这些高斯点带入系统方程进行计算，最后将它们的均值和方差根据一定的规则进行加权处理，求出相应的最优估计值。

中心差分滤波器同样是一种基于卡尔曼滤波框架下的改进算法，其引入了多项式插值拟合技术近似状态后验最优估计值。中心差分滤波在参数上和保证协方差正定性上比不敏卡尔曼滤波应用简单，但是不敏卡尔曼滤波滤波精度的提升空间及适应性要优于中心差分滤波。

然而以上所述的采样型非线性滤波算法都要受到高斯假设的限制，即系统模型背景噪声为高斯白噪声。随着计算机数据处理速度和实时处理能力的提高，Gordon等提出了粒子滤波来解决非线性和非高斯系统的最优估计问题。粒子滤波算法采用蒙特卡罗模拟实现递推贝叶斯估计，通过计算每个粒子的权值，引入重要性采样技术和重采样技术得到目标状态下一时刻的最优估计。粒子滤波在其粒子选取过程就像将大量细小粒子洒在状态值周围，粒子的位置是不确定的，而且每个粒子对应权值是互异的，我们将这类滤波器称之为非确定性采样非线性滤波器。结语

非线性滤波理论作为目标跟踪的重要组成部分，也是国内外专家研究的热点。以本文提出的算法为例探讨所需解决的问题和研究的方向：首先，研究多传感器信息融合策略，并将研究范围扩展到异质传感器、多目标、量测缺失等方面，以获得传感器量测最优估计值。其次，群智能融合算法的研究。研究群智能算法中高效的数学模型，针对非线性滤波自身存在的问题和缺点进行对应的融合，建立更加精确的系统模型。使改进和完善后的算法具有更高的系统精度。最后，非线性滤波算法之间的相互改进。针对滤波算法存在的问题，通过引用或融合其他滤波算法的部分机理来改善和提高算法的精确度和鲁棒性。

参考文献

何友，修建娟，张晶炜，等.雷达数据处理及应用.北京：电子工业出版社，2006.刘胜，张红梅.最优估计理论及其在导航中应用.科学出版社，2011.卡尔曼滤波与维纳滤波.哈尔滨工业大学出版社，2001.潘泉，杨峰，叶亮，等.一类非线性滤波器—— UKF综述.控制与决策，2005，20（5）：481-489.

第二篇：自适应滤波器设计分析

青海民族大学

毕 业 论 文（设计）

论文题目： 自适应滤波器设计

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摘 要

本文介绍了传统滤波器和自适应滤波器基本工作原理和性能，以及滤波技术的现状和发展前景。然后系统阐述了自适应滤波器的基本结构模型，接着在此基础上引出LMS算法（Least mean square），中文是最小均方算法。LMS算法是自适应滤波器中常用的一种算法，与维纳算法不同的是，其系统的系数随输入序列而改变。在这我运用matlab设计了一个LMS自适应滤波器，接着验证分析了自适应滤波器的性能，最后分析了影响自适应滤波结果的因素，通过适当取值来改善滤波结果。

关键字： 自适应滤波器，LMS算法，设计仿真，分析性能

自适应滤波器设计

Abstract

This article describes the basic working principle and performance of traditional filters and adaptive filters,and filter technology status and development prospects.Systematically expounded the basic structure of the adaptive filter model leads to theLMS algorithm(Least mean square)and then on this basis, the Chinese is the least mean square algorithm.LMS algorithm is commonly used in adaptive filter algorithm,the Wiener algorithm, the coefficients of its system with the input sequence.Use of matlab I designed a LMS adaptive filter, and then verify the performance of the adaptive filter, the last of the factors affecting the results of adaptive filtering to improve the filtering results through the appropriate value.Keywords: Adaptive filter, LMS algorithm, design and simulation, performance analysis

目 录 绪论…………………………………………………………………………1 1.1 引言…………………………………………………………………………1 1.2 滤波器的研究现状………………………………………………………1 1.3 应用领域……………………………………………………………3 2 自适应滤波器的理论基础 ………………………………………………………3 2.1 自适应滤波器的原理…………………………………………………………3 2.2 基本自适应滤波器的模块结构 ………………………………………………4 3 LMS滤波原理及算法 …………………………………………………………5

3.1 最陡下降算法的原理 …………………………………………5

3.2 从最陡下降算法导出LMS算法 ………………………………8

3.3 LMS算法公式及核心 ………………………………………9 4 Matlab 实验仿真 …………………………………………………………11 4.1.实验原理 ………………………………………………………11 4.2.实验程序 ………………………………………………………12 4.3.实验结果及分析 ………………………………………………13（1）收敛因子u对系统仿真结果的影响…………………… ………13（2）级数N对系统仿真结果的影响……………………… ………16（3）适当取值改善滤波结果………………………… …………17 5 总结……………………………………………………………… ……18 6 参考文献 ……………………………………………………………………19 7 致谢………………………………………………………………………20

1.绪论

1.1 引言

滤波器是进行信号处理的一种装置，由于传统滤波技术进行信号处理需要知道有用信号和干扰噪声的统计特性，而在实际应用中，却没有充足的信息来设计固定系数的数字滤波器，或者设计规则会在滤波器正常运行时改变，因此我们需要研究自适应滤波器。

根据环境的改变，使用自适应算法来改变滤波器的参数和结构。这样的滤波器就称之为自适应滤波器。自适应滤波器的系数是由自适应算法更新的时变系数。即其系数自动连续地适应于给定信号，以获得期望响应。自适应滤波器的最重要的特征就在于它能够在未知环境中有效工作，并能够跟踪输入信号的时变特征。

由Widrow B等提出的自适应滤波理论，是在维纳滤波、卡尔曼滤波等线性滤波基础上发展起来的一种最佳滤波方法。由于它具有更强的适应性和更优的滤波性能，从而广泛应用于通信、系统辨识、回波消除、自适应谱线增强、自适应信道均衡、语音线性预测和自适应天线阵等诸多领域[1]。自适应滤波器最大的优点在于不需要知道信号和噪声的统计特性的先验知识就可以实现信号的最佳滤波处理。本文通过一个具体例子和结果论证了自适应滤波器的滤波效果，并指出收敛因子u和阶数N对LMS自适应滤波器滤波结果的影响。

1.2 滤波器的研究现状

凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。在近代电信装备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛；在所有的电子部件中，使用最多，技术最复杂要算滤波器了。滤波器的优劣直接决定产品的优劣，所以，对滤波器的研究[2]和生产历来为各国所重视。

滤波器是一种用来消除干扰杂讯的器件，将输入或输出经过过滤而得到纯净的交流电。目前去噪的滤波技术可以分为两大类：传统滤波和现代滤波。传统滤波技术是建立在已知有用信号和干扰噪声的统计特性（自相关函数或功率谱）的基础上的噪声去除；现代滤波技术则是根据观测数据，即可对噪声进行有效滤除。

早在20世纪40年代，就对平稳随机信号建立了维纳滤波理论。根据

自适应滤波器设计

有用信号和干扰噪声的统计特性（自相关函数或功率谱），以线性最小均方误差（MSE）估计准则所设计的最佳滤波器，称为维纳滤波器。这种滤波器能最大程度的滤除干扰噪声，提取有用信号。但是，当输入信号的统计特性偏离设计条件，则它就不再是最佳的了，这在实际应用中受到了限制。到60年代初，由于空间技术的发展，出现了卡尔曼滤波理论，即利用状态变量模型对非平稳、多输入多输出随机序列作最优估计。卡尔曼滤波器既可以对平稳的和平稳的随机信号作线性最佳滤波，也可以作为非线性滤波。

然而只有在对信号和噪声的统计特性已知的情况下，这两种滤波器才能获得最优解。在实际的应用中，往往无法得到这些统计特性的先验知识，或者统计特性是随时间变化的，因此，这两种滤波器就实现不了真正的最佳滤波。

Widrow B.和Hoff于1967年提出的自适应滤波理论，可使在设计自适应滤波器时不需要事先知道关于输入信号和噪声的统计特性的知识，它能够在自己的工作过程中逐渐估计出所需的统计特性，并以此为依据自动调整自己的参数，以达到最佳滤波效果。一旦输入信号的统计特性发生变化，它又能够跟踪这种变化，自动调整参数，使滤波器性能重新达到最佳。

自适应滤波器自动调节参数可以通过各种不同的递推算法来实现，由于它采用的是逼近的算法，使得实际估计值和理论值之间必然存在差距，也就造成了自适应滤波问题没有唯一的解。依照各种递推算法的特点，我们把它应用于不同的场合。现在广为应用的自适应滤波方法主要是基于以下几种基本理论，再融合递推算法导出来的：（1）基于维纳滤波理论的方法

维纳滤波是在最小均方误差准则下通过求解维纳—霍夫方程来解决线性最优滤波问题的。基于维纳滤波原理，我们利用相关的瞬时值通过在工作过程中的逐步调整参数逼近信号的统计特性，实现最优滤波。由此，我们得到一种最常用的算法——最小均方算法，简称LMS算法。（2）基于卡尔曼滤波理论的方法

卡尔曼滤波是线性无偏最小方差滤波递推滤波，它能使滤波器工作在平稳的或非平稳的环境，得到最优解。利用卡尔曼滤波理论的递推求解法导出自适应滤波器更新权矢量得不同递推算法。比LMS算法有极快的收敛速率，可是计算复杂度也增大了，它需要计算卡尔曼矩阵。

（3）基于最小二乘准则的方法

维纳滤波和卡尔曼滤波推导的算法是基于统计概念的，而最小二乘估

计算法是以最小误差平方和为优化目标的。根据滤波器的实现结构，有以下3种不同的最小二乘自适应滤波算法：自适应递归最小二乘法（RLS），自适应最小二乘格型算法，QR分解最小二乘算法。

在一系列的自适应算法中，虽然基于后面2种基本理论的方法在收敛速率和稳定、坚韧性方面有着更好的性能，但是，基于维纳滤波理论的LMS算法因其算法简单，而且能达到满意的性能，得到了青睐，成为了应用最广泛的自适应算法。

1.3 应用领域

滤波器是一种用来消除干扰杂讯的器件，将输入或输出经过过滤而得到纯净的交流电。您可以通过基本的滤波器积木块——二阶通用滤波器传递函数，推导出最通用的滤波器类型：低通、带通、高通、陷波和椭圆型滤波器。

自适应滤波器应用于通信领域的自动均衡、回波消除、天线阵波束形成，以及其他有关领域信号处理的参数识别、噪声消除、谱估计等方面。对于不同的应用，只是所加输入信号和期望信号不同，基本原理则是相同的。在近代电信装备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛；在所有的电子部件中，使用最多，技术最复杂要算滤波器了。滤波器的优劣直接决定产品的优劣，所以，对滤波器的研究[2]和生产历来为各国所重视。

2.自适应滤波器理论基础

2.1 自适应滤波器的原理

在实际应用中常常会遇到这样的情况：随机信号的统计特性是未知的，或者信号的统计特性是缓慢的变化着的（非平稳信号），这就促使人们去研究一类特殊的滤波器，这类滤波器具有以下特点：当输入过程的统计特性未知时，或者输入过程的统计特性变化时，能够相应的调整自身的参数，以满足某种准则的要求，由于这类滤波器能变动自身的参数以“适应”输入过程统计特性的估计或变化，因此，就把这类滤波器称为自适应滤波器。自适应滤波原理图[3]，如图2.1所示。

自适应滤波器设计

图2.1 自适应滤波原理图

在自适应滤波器中，参数可调的数字滤波器一般为FIR数字滤波器，IIR数字滤波器或格型数字滤波器[4]。自适应滤波分2个过程。第一，输入信号像x(n)通过参数可调的数字滤波器后得输出信号y(n)，y(n)与参考信号d(n)进行比较得误差信号e(n)；第二，通过一种自适应算法和x(n)和e(n)的值来调节参数可调的数字滤波器的参数，即加权系数，使之达到最佳滤波效果。

2.2基本自适应滤波器的模块结构

自适应滤波器通常由两部分构成[5]，其一是滤波子系统，根据它所要处理的功能而往往有不同的结构形式。另一是自适应算法部分，用来调整滤波子系统结构的参数，或滤波系数。在自适应调整滤波系数的过程中，有不同的准则和算法。算法是指调整自适应滤波系数的步骤，以达到在所描述的准则下的误差最小化。自适应滤波器含有两个过程，即自适应过程和滤波过程。前一过程的基本目标是调节滤波系数wi(k)，使得有意义的目标函数或代价函数(.)最小化，滤波器输出信号y(k)逐步逼近所期望的参考信号d(k)，由两者之间的误差信号e(k)驱动某种算法对滤波系数进行调整，使得滤波器处于最佳工作状态以实现滤波过程。所以自适应过程是一个闭合的反馈环，算法决定了这个闭合环路的自适应过程所需要的时间。但是，由于目标函数(.)是输入信号x(k),参考信号d(k)及输出信号y(k)的函数，即(.)[x(k),d(k),y(k)] ,因此目标函数必须具有以下两个性质：

（1）非负性 (.)[x(k),d(k),y(k)] 0 ,x(k),d(k),y(k)(2.1)（2）最佳性 (.)[x(k),d(k),y(k)]  0 , when y(k)d(k)(2.2)

在自适应过程中，自适应算法逐步使目标函数(.)最小化，最终使y(k)逼

ww近于d(k)，滤波参数或权系数wi(k)收敛于opt，这里opt是自适应滤波系数的最优解即维纳解。因此，自适应过程也是自适应滤波器的最佳线性估计的过程，既要估计滤波器能实现期望信号d(k)的整个过程，又要估计滤波权系数以进行有利于主要目标方向的调整。这些估计过程是以连续的时变形式进行的，这就是自适应滤波器需要有的自适应收敛过程。如何缩短自适应收敛过程所需要的收敛时间，这个与算法和结构有关的问题时人们一直重视研究的问题之一[6]。

当然滤波子系统在整个自适应滤波器的设计中也占有很重要的地位，因为它对最终的滤波性能有很大的影响。本文要研究的是基于matlab软件[7]设计的LMS算法自适应滤波器，下面我们需要介绍一下LMS滤波原理。

3.LMS滤波原理及算法

3.1 最陡下降算法的原理

首先考虑如下图所示的横向FIR自适应滤波器：

图3.1 横向自适应滤波器结构示意图 它的输入序列以向量的形式记为[5]：

TX(k)x(k)x(k1)x(kM1)

(3.1)假设X(k)取自一均值为零，自相关矩阵为R的广义平稳随机过程，而滤波器的系数矢量（加权矢量）为：

自适应滤波器设计

W(k)w1(k)w2(k)wM(k)T

(3.2)以上二式中括号内的k为时间指数，因此，X(k)和W(k)分别表示时刻k的滤波器输入序列和加权值，滤波器的输出y(k)为：

y(k)wi(n)x(ni1)

(3.3)i1M式中M为滤波器的长度。图3.1 中的d(k)称为“期望理想响应信号”，有时也可称为“训练信号”，它决定了设计最佳滤波器加权向量W(k)的取值方向。在实际应用中，通常用一路参考信号来作为期望响应信号。e(k)是滤波器输出y(k)相对于d(k)的误差，即

e(k)d(k)y(k)

（3.4)显然，自适应滤波控制机理是用误差序列e(k)按照某种准则和算法对其系数wi(n),i1,2,,M进行调节的，最终使自适应滤波的目标（代价）函数最小化，达到最佳滤波状态。

按照均方误差（MSE）准则所定义得目标函数是

(k)E[e2(k)]E[d2(k)2d(k)y(k)y2(k)]

(3.5)将式（3.4）代入式（3.5），目标函数可以化为

(k)E[e2(k)]E[d(k)]2E[d(k)W(k)X(k)]E[W(k)X(k)X(k)W(k)]2TTT

(3.6)当滤波系数固定时，目标函数又可以写为

(k)[d2(k)]2WT(k)PWT(k)RW(k)]

(3.7)其中，PE[ykxk]是长度为N的期望信号与输入信号的互相关矢量，RE[xkxT]k是N×N的输入向量得自相关矩阵。

由式（3.7）可见，自适应滤波器的目标函数(k)是延迟线抽头系数（加权或滤波系数）的二次函数。当矩阵R和矢量P已知时，可以由权矢量W(k)直接求其解。现在我们将式（3.7）对W求导，并令其等于零，同时假设R

w是非奇异的，由此可以得到目标函数最小的最佳滤波系数opt为

woptR1P

(3.8)这个解就是维纳解，即最佳滤波系数值。因为均方误差函数是滤波系

数W(k)的二次方程，由此形成一个形如图（2.2）的超抛物面，当滤波器工作在平稳随机过程的环境下，这个误差性能曲面就具有固定边缘的恒定形状。自适应滤波系数的起始值wi(0),i1,2,,M是位于性能曲面上的某一点，结果自适应调节过程，使对应于滤波系数变化的点移动，朝碗底最小点方向移动，最终到达碗底的最小点，实现了最佳维纳滤波。

最陡下降法就是实现上述搜索最佳值的一种优化技术，它利用梯度信息分析自适应滤波性能和追踪最佳滤波状态。梯度矢量是由均方误差()的梯度来定义的，在多维超抛物面上任意一点的梯度矢量是对应于均方误差()对滤波系数wi(k)的一阶导数，由起始点变化到下一点的滤波系数变化量正好是梯度矢量的负数。换句话说，自适应过程是在梯度矢量的负方向接连的校正滤波系数的，即在误差性能曲面的最陡下降方向移动和逐步校正滤波系数，最终到达均方误差为最小的碗底最小点，获得最佳滤波或准优工作状态。

令(k)代表k时刻的M1维梯度矢量，这里M等于滤波器滤波系数的数目，w(k)为自适应滤波器在k时刻的滤波系数和权矢量。按照最陡下降法调节滤波系数，则在k+1时刻的滤波系数或权矢量w(k1)可以用下列简单递归关系来计算：

w(k1)w(k)[(k)]

(3.9)式中，为自适应收敛系数或步长，是一个正实常数。根据梯度矢量定义，(k)可写成

E[e2(k)](k)w(k)(k)w1(k)E[2e(k)(k)(k)

w2(k)wM(k)e(k)]E[2e(k)x(k)]w(k)1(3.10)当滤波系数为最佳值，即是维纳解时，梯度矢量(k)应等于零。将式（3.7）代入（3.10）得到

(k)2P2Rw(k)

(3.11)因此，在最陡下降算法中，当相关矩阵R和互相关矢量P已知时，由滤波系数矢量w(k)可以计算梯度矢量(k)，把式（3.11）代入（3.9）中，可以计算出滤波系数的更新值

w(k1)w(k)[PRw(k)],k1,2,,M

(3.12)

自适应滤波器设计

式（3.12）所描述的即是最陡下降算法自适应迭代的基本公式，且由该式我们可以不用再直接求R的逆。（3.12）式所示的迭代算法是一个反馈模型，因此算法的收敛性（稳定性）就非常重要。

3.2 从最陡下降法导出LMS算法

最陡下降算法不需要知道误差特性曲面的先验知识，其算法就可以收敛到最佳维纳解，且与起始条件无关。但是最陡下降算法的主要限制是它需要准确测得每次迭代的梯度矢量，这妨碍了它的应用。为了减少计算复杂度和缩短自适应收敛时间，1960年，美国斯坦福大学的Widrow等提出了最小均方（LMS）算法，这是一种用瞬时值估计梯度矢量的方法，即

E[e2(k)](k)[2e(k)x(k)]

w(k)

(3.13)

可见，这种瞬时估计法是无偏的，因为它的期望值E[(k)]确实等于式（3.10）的梯度矢量(k)。所以，按照自适应滤波器滤波系数矢量的变化与梯度矢量估计的方向之间的关系，可以写出LMS算法的公式如下：

1w(k1)w(k)[(k)]w(k)X(k)d(k)

2(3.14)

3.3 LMS算法公式及核心

自适应滤波器，其权系数可以根据自适应算法来不断修改，使得系统中的冲激响应满足给定的性能。例如语音信号的ADPCM编码[8]，采用线性预测自适应就可以实现误差信号与输入信号的线性无关，并由此作为依据，不断调节滤波器的权系数，最终使得误差信号趋近于0，使得该滤波器完全适应该输入信号；同样，只要输入信号出现变换，自适应滤波器根据误差信号的变化再次调整其权系数，从而跟上信号的变化。自适应滤波器设计的算法采用的是自适应算法，即LMS算法。LMS算法是通过对未知系统传递函数的建模，识别该未知系统，并对该系统进行噪声滤波。

算法最核心的思想是用平方误差代替均方误差[5]。因此该算法简化了计算量。在自适应噪音抵消系统中,如自适应滤波器参数选择不当,就达不到应有的滤波效果,而且还可能得到适得其反的效果。因此针对不同的信号和噪声应选择相应的参数 [9]。可见，参数的选择对滤波效果是至关重要的。下面仅以L阶加权自适应横向滤波器为例，推导LMS算法的公式。L阶加权

自适应横向滤波器，如图3.2所示。

图3.2 L阶加权自适应横向滤波器

LMS算法公式推导[10]：

[x(n)x(n1)........x(nL)];w（n）设x（n）[w0(n)w1(n).........wL(n)]；

其中x(k)为输入信号，w(k)为加权系数。误差公式：

公式（3.15）中d(k)为参考信号，y(k)为输出信号。e(k)d(k)y(k)d(k)XT(k)W(k)d(k)WT(k)X(k)（3.15）

误差信号均方值： （k）E[e2(k)]（3.16）由公式（3.15）和公式（3.16）得：

均方误差性能曲面的梯度： （k）（k）(k)e(k)2e2e(k)X(k)（3.17）ww而最陡下降法迭代计算全矢量公式：

W(k1)W(k)(k)（3.18）公式（3.18）中为控制稳定性和收敛速度的参数。由公式（3.17）和公式（3.18）得：

自适应滤波器设计

W(k1)W(k)2e(k)X(k)（3.19）

图3.3： 基本LMS算法的实现流程图

公式（3.19）说明了LMS算法的核心是用每次迭代的粗略估计值代替了实际的精确值，这样大大简化了计算量，但是不可否认，加权系数不可能准确的沿着理想的最陡下降路径来调整自身的参数，而加权系数与µ有着密切的关系。因此，适当的选择自适应滤波器性能参数µ显得格外重要。

4.matlab实验仿真

4.1 实验原理

LMS算法是自适应滤波器中常用的一种算法，与维纳算法不同的是，其系统的系数随输入序列而改变。维纳算法中截取输入序列自相关函数的一段构造系统的最佳系数。而LMS算法则是对初始化的滤波器系数依据最小均方误差准则进行不断修正来实现的。因此，理论上讲LMS算法的性能在同等条件下要优于维纳算法，但是LMS算法是在一个初始化值得基础上进行逐步调整得到的，因此，在系统进入稳定之前有一个调整的时间，这个

时间受到算法步长因子u的控制，在一定值范围内，增大u会减小调整时间，但超过这个值范围时系统不再收敛，u的最大取值为R的迹。权系数更新公式为：Wi+1=Wi+2ueiXi 依据上述算式，制定LMS自适应滤波器设计程序。

（1）设定数长，由于自适应滤波器有一个调整时间，因此序列的长度length必须足够长，至少要大于滤波器的激励时间！否则滤波器输出都是无效数据，滤波器的设计也没有意义！

（2）设计滤波器的初始化权系数W（0）=0，收敛因子u；

（3）设计输入信号，亦是无失真的期望信号。由于滤波器的权系数是依据输入序列来更新的，当输入序列未达到X（N）时，可能会出现部分存储器中没有数值或者造成滤波器输出误差只有longth-N个，系数更新达不到要求，因此要对输入前的存储器进行赋零初始化。（4）输入噪声信号，在期望信号上叠加噪声信号。（5）计算输入序列经过滤波器后的实际输出值： y(n)=WT(n)*X(n);（6）计算估计误差e(n)=d(n)-y(n);（7）计算n+1阶的滤波器系数Wn+1=Wn+2*u*e(n)*X(n);（8）设计绘图程序，画出期望信号、加噪输入信号、滤波器输出信号、误差信号的变化。

4.2 matlab程序

clear length=1000*16;N=100;u=0.00001;t=0:2*pi/(length-1):2*pi;d=[sin(2*pi*t)+sin(8*pi*t)]/2;for n=1:100 %假设信号输入以前，系统存储器中的值全为0

自适应滤波器设计

d(n)=0;end

noise=sqrt(0.04)*randn(1, length);

x=d+noise;w=zeros(N,1);%初始化滤波器的权系数

for n=1: 15900 y(n)= x(n:n+N-1)*w;%输出序列在循环体内部实现，表明其自适应特性

e(n)=d(n)-y(n);w=w+2*u*e(n)*x(n:n+N-1)';%权系数更新 end

%绘图程序

subplot(4,1,1)plot(d)title('期望信号')subplot(4,1,2)plot(x,'r')title('加噪输入信号')subplot(4,1,3)plot(y)title('滤波器输出')hold on

subplot(4,1,4)plot(e,'g')title('误差信号变化')

4.3实验结果及分析

（1）收敛因子u对系统仿真结果的影响

图4.1为信号长度是1000*16，滤波器阶数N=100，收敛因子u=0.00001时，自适应滤波器的仿真结果。我们可以看出这时候的滤波器输出信号中，前面一段时间的信号误差较大，这是因为u取值相对较小，滤波器参数还没有调整到最佳，所以误差信号收敛速度很慢，滤波器输出信号的调整时间也很长。

之后我们来比较一下当信号长度不变，滤波器阶数不变，收敛银子u

分别变化成0.00001，0.001，0.01和0.1的仿真结果。

图4.1 N=100，u=0.00001

自适应滤波器设计

图4.2 N=100，u=0.001

图4.3 N=100，u=0.01

图4.4 N=100，u=0.1 由上面4种不同的仿真结果可看出u取值不同，滤波结果的区别。当u=0.00001时，图4.1中滤波器输出序列的开始部分有一个很长的调整时间，而且误差信号的收敛速度很慢，在整个输入讯列中都未完成调整。

当u=0.001时，图4.2与图4.1相比，滤波效果得到了明显的改进，误差信号显示收敛情况迅速，但是输出信号却没有图1的平滑。

当u=0.01是，图4.3相对于图4.2,图4.1，滤波效果更好，误差信号显示的收敛情况更加迅速，但是输出信号也没有其它两种情况的平滑。

当u=0.1时，由图4.4可以看出系统无法实现收敛，这是因为收敛因子u的最大取值超过矩阵R的迹。

实验结果表明：选择不同的收敛因子µ，则会得到不同的滤波效果。通过实验数据观察得出：u偏小时,系统比较稳定,输出信号变化小，失调也小,但自适应过程却相应加长，误差信号的收敛速度很慢；μ偏大时,自适应时间越短，过程越快, 误差信号收敛速度越快，但同时它引起的失调也越大,导致滤波结果越差；当μ大于某个值时, 系统输出混乱，无法实现收敛。

（2）阶数N对系统仿真结果的影响

自适应滤波器设计

图4.5 N=100，u=0.001

图4.6 N=50，u=0.001 16

图4.7 N=10，u=0.001

结果分析：

对比图4.5，图4.6，图4.7，可以看出，当阶数N取值越少，滤波效果越差，误差信号越粗糙，其信号中所含杂波成分较大。而随着滤波器阶数的提高，滤波器效果会得到改善，但阶数N不可大于100，否则仿真系统会报错，仿真失败。

（3）适当取值改善滤波结果

在满足收敛速度要求的条件下，适当的降低收敛因子，提高滤波器的阶数可以改善滤波器输出波的精确度，但减小收敛因子会使收敛速度减慢而且收敛时间较长，可能会在很长一段时间产生一个较大的均方误差。所以收敛速度和滤波效果之间存在一个矛盾，需要按需选择，两者取中可能会是最好的结果。

其外提高滤波器的阶数也可以改善滤波效果，但阶数N的取值不能超过系统限定，可以通过提高存储空间来提高阶数N的最大取值范围。

自适应滤波器设计

5.总结与展望

本文首先介绍了自适应滤波器的研究现状，综述了自适应滤波技术，这些都为本文的研究工作打下理论基础。在第二章中详细阐述了自适应滤波器的基本原理，本文研究重点是LMS自适应滤波器的设计和通过matlab的仿真实现。

在实际中，自适应滤波器的应用比较复杂，包括维纳滤波和卡尔曼滤波都是基于改变参数的滤波方法，修改参数的原则一般采用均方最小原则，修改参数的目的就是使得误差信号尽量接近于0。传统的滤波方法总是设计较精确的参数，尽量精确地对信号进行处理，传统滤波方法适用于稳定的信号，而自适应滤波器可以根据信号随时修改滤波参数，达到动态跟踪的效果。自适应滤波技术的核心问题是自适应算法的性能问题，研究自适应算法是自适应滤波器的一个关键内容，算法的特性直接影响滤波器的效果。在第三章中介绍了最小均方(LMS)算法，在第四章中运用MATLAB对采用了LMS自适应算法的自适应滤波器进行了仿真，通过分析仿真结果，验证了算法的可行性。同时，对比了在不同的收敛因子u和阶数N的情况下仿真结果的差异，分析了其对结果的影响。

本文所做的工作也只是一些很初步研究，很多的问题还有待于进一步完善。在未来的时间里，有待我们努力研究完善，以科学的奇异力量让世界变得更美好。

参考文献

[1] 叶华,吴伯修.变步长自适应滤波算法的研究[J].电子学报, 1990,18(4).[2] 彭启踪.DSP与实时数字信号处理[M].成都:电子科技大学出版社,1995.[3] 姚天任,孙洪.现代数字信号处理[M].武汉:华中科技大学出版社,1999.[4] 高西全,丁玉美.数字信号处理(第三版).西安电子科技大学出版社,2008.[5] 西蒙赫金.自适应滤波器原理.北京:电子工业出版社,2003.[6] 何振亚.自适应信号处理.北京:科学出版社,2002.[7] 陈怀琛.MATLAB及其在理工课程的应用指南(第三版).西安电子科技大学出版社,2007.[8] 安颖,侯国强.自适应滤波算法研究与DSP实现[J].现代电子技术,2007,30(11).[9] 吴轶刚,范猛.自适应滤波器参数选择和仿真结果[J].吉林工学院学报,2001,02.[10] 付永领.LMS Imagine.Lab AMESim 系统建模和仿真实例教程.北京航空航天大学出版社,2011.自适应滤波器设计

致 谢

本文是在我的导师的指导帮助，以及大学期间通信工程的老师们几年来尽心的教育打下的基础上得以顺利完成。在毕业设计进行阶段，导师总是严格的要求，及时为我指引方向并不断给予督促，他的鼓励使我能有信心去克服毕业设计遇到的困难。导师在设计的末尾阶段就论文整体和结果分析上给了我理论上的指导，使得毕业设计得以顺利完成。老师对学生平易近人、精心负责的态度使我受益匪浅，在此，我谨向导师和大学期间教育过我、帮助过我的各位老师表示衷心的感谢！

第三篇：运动目标跟踪方法

方法大致可以分为四类：基于区域匹配的跟踪方法、基于模型的跟踪方法、基 于动态轮廓的跟踪方法和基于特征的跟踪方法。

(1)基于区域匹配跟踪方法的主要思想：该方法主要是将包含运动目标的运动区域作为参考模板12引，在下一帧图像中按照一定的搜索方法搜索模板，找 到的最优搜索区域判定为匹配区域。该方法在理论上是十分有效，其可以获得 丰富的目标信息，对小目标跟踪效果好；但是当搜索范围较大时，目标匹配会 花费大量的时间，而且如果目标发生变化或者被遮挡时，跟踪效果会大大下降。

(2)基于模型跟踪方法的主要思想：该方法通常会使用三种模型进行目标

跟踪：线图模型、2D模型、3D模型【231。在实际的应用中，由于3D模型更接近现实生活中的物体，使用最多的是基于3D模型的跟踪方法，特别是针对刚体(如 汽车、飞机等)的跟踪。概括来说，跟踪的方法如下：利用获得的目标3D模型，然后针对实际的视频序列进行目标的搜索与匹配。在实际的跟踪环境中，3D模 型的运算量很大，而且获得所有目标的3D模型并全部存储是一项几乎不可能的 任务，因此该方法的实际应用比较少。

(3)基于动态轮廓跟踪方法的主要思想：该方法主要是指对目标的轮廓进

行提取，即用一组封闭的轮廓曲线来描述目标，将其作为匹配的模板。此轮廓 曲线能进行自我更新以适应非刚体目标的形状变化12引。例如Paragan等人利用短 程线的轮廓，加入水平集理论检测并跟踪目标【2 5J；最经典的算法是Michael Kass 等人在1 988年提出的主动轮廓模型(即Snake模型)的方法【2 6|，其本质是能量 的最小化。通过不断求解轮廓曲线能量函数的最小值，不断调整其形状，从而 实现对目标的跟踪。该方法在简单背景下，能够准确的进行目标跟踪。但其对 于背景复杂情况以及速度较快或形变较大的目标，运算速度很慢，而且对于遮 挡问题的解决不是很好，因此很少应用于实际的监控系统中。

(4)基于特征的跟踪方法的主要思想：该方法主要是通过提取目标特定的特征集合，如角点或边界线条等【2¨，将其作为跟踪模板，在下一帧中搜索并进 行帧间的匹配，从而实现目标的跟踪1281。改算法的优点在于其是以目标特征为 基础，因此，在目标的整体特征不完整，即目标被部分遮挡的情况下仍然可以 实现跟踪。该方法是目前应用最多的一种方法。

1．4．课题的研究内容与论文结构安排

运动目标检测与跟踪是智能视频监控领域的基础与前提。本文主要是针对 静态场景下的运动目标检测与跟踪，通过不断的研究和学习，找到更好的运动 目标检测与跟踪方法。

本文对目前常用的目标检测与跟踪方法进行了原理介绍与性能分析，并在 前人的基础上提出了自己的解决方案，且与原有的基于混合高斯模型的目标检 测方法以及基于基于码本模型的目标检测进行了比较。在运动目标跟踪方面采 用基于Kalman预测的Mean Shift方法，同时加入了信息量度量的方法，使得

第四篇：目标设计的方法

目标设计的方法

选一个舒适的地方，挑一个钟爱的书桌，坐在阳光普照的角落里，总之，能使你心如止水、安静读书的地方。花上大约一个钟头的时间好好规划一下你的个人目标。要知道，此时你也在规划自己一生的蓝图。

首先我要告诫你一点，无须为任何可能的目标设置枷锁。当然，这一切仍需以理性的常识为前提。如果你只有1.43米高，就别指望来年参加NBA扣篮大赛了。这种情形下，无论多努力也无法弥补先天条件的缺失（除非你会踩高跷），而且去追逐这样的目标无疑是在浪费你的时间和精力，你大可将其用在更为行之有效的目标上。当你能理性地看待这一事实时，你会发现其实这并不算对你的限制。受限制的目标使你的生活亦处处受限，因而在设定目标时，应尽可能不受任何限制。你需要清晰地界定自己的目标，而这也是你惟一可以实现目标的方法。在设立个人目标时，需遵循以下五个原则。

1.正面表述你的目标。即表述目标时，是你想做某事，而不是为了避免做某事。

2.目标应尽可能具体。目标须可感、可知、可听、可闻。在描述目标时，用的感官元素越多，对你的激励鞭策作用越强。此外，设定目标时应同时设定一个具体的完成日期或期限。

3.目标应有迹可循。须知道实现目标时自己的所见、所感。如果你不知道这一点，便无法确知自己何时成功，成功进度如何，这就如同比赛时你设计没有计分，获胜时浑然不知。

4.目标应是可控的。你的目标应由自己建立并维持。即便他人是出于你的幸福考虑，你的目标也不能因其而改变。须确保目标均可在你的行为中得到直接反应。

5.须确保目标无害环境，且是社会所需的。你的实际目标应从长远考虑，须确保其利己利人。

在培训课程上，我经常会问到一个问题，在此我也要向你问同样的问题：如果你确知自己一定不会失败，你会是怎样的状态？如果你确知自己一定会成功，你又会采取哪些行动和行为？

所有人都多少有个人的目标。有些目标比较笼统——赢得更多的关爱，赚更多的钱，有更多的时间享受生活。然而，要想使目标具有更好的激励作用，就必须更加具体，不要仅仅像买辆车、买座房或者换个好工作这样太过笼统。

在你规划自己的蓝图目标时，你可以会记下在自己心中萦绕多年的心愿，也可能记下之前从未意识到的想法。此时你需要清醒地对目标进行决断，因为你的目标决定了最终的成就。在外部事件发生之前，一定会先有内部的征兆。而当你清晰地认知自己的目标时，对外部世界也会造成奇异的影响。目标促使我们的集体和思想协同运转，突破了我们当前所受的局限。成功之前，须梦想先行。

在此不妨做个小实验。双脚略微分开，平行站立，双臂平举指向正前方；双脚保持不动，双臂平行左转，直至身体不能扭动，心里记下此时双手所指的方向，然后再转回；闭上双眼，在内心重复一次之前的转动过程，但这一次要比之前转动的距离稍稍多一点；再在心中重复一下该过程，但又要比前一次再多一点；此时再睁开双眼，再进行一次实际的转动，看看你这一次的表现，是不是要比第一次转动的距离多多了？相信结果肯定如此。通过在心中创造出理想的真实，你的大脑便能改变突破之前所受的局限。

不妨将这一方法运用到你的人生规划之中。本章的内容旨在帮助你规划你的人生目标。通常从现实来看，你只能走到那么远；而你的思想却能达到你未曾达到的距离，梦境又可以映入到现实之中。

1.为你的梦想列一个清单：需要拥有哪些东西，想要做哪些事情，想成为什么样的人，想要和他人分享的内容。将你理想的样子、感受以及想要到达的地方视为你人生的一部分。现在心平气和地坐下来，拿出纸笔，开始一一记录。此过程的关键是要不停地连续写15分钟之上。只需记下目标即可，暂时无需考虑自己能否实现目标以及如何实现目标，也不要考虑任何条件限制。尽量用缩写词汇，以便你尽可能多地记下所有目标。整个记录过程不要停笔，尽可能详尽地列出自己各个方面的目标，诸如工作、家庭、人际关系、精神状态、个人情感、社交状况、体质状态，等等。要有国王巡视自己的领土一样的心态——普天之下莫非王土，一切都掌握在你自己的手中。认识目标是实现目标的首要前提。

设定目标的要点是保持放松的心态。让你的思想自由驰骋，你所遭遇的一切所谓的限制都来自于你自身。这些限制位于哪里？仅仅在你的心中。因此，无论何时内心产生出受限制的想法，均可弃之不顾。不妨进行一次形象化的处理，把那些限制你的想法想象成一个摔跤对手，然后再脑中将他重重地摔出圈外，之后再体会一下无拘无束的感觉。这就是第一步，现在就开始列你的梦想清单吧！

2.接下来进行第二个步骤，重新审视一下你所列出的清单，预估一下你实现这些梦想所需的时间：半年、一年、两年、五年、十年、二十年。如果那你的目标有清晰的时间框架，操作起来的相对就轻松得多。接着记下这一列表中目标实现的具体日期。有些人的目标偏重于远虑，有些的目标偏重于近忧。短期目标和长期目标均不可或缺，前者需要长远的规划，后者则需要脚踏实地地寻找可行性。人需

常思远虑，兼顾近忧。

3.我需要你尝试一下其他东西：挑选出你在今年最重要的四个目标。即挑选那些你最渴望、最能激发起兴趣、令你最有成就感的目标，将它们一一记在纸上。现在我希望你列出自己如此热切地追求这些目标的动机。这些动机必须清晰、扼要，且是正面的。告诉你自己为何确信自己能实现这些目标，以及你看看这些目标的原因所在。

有了充足的理由，你便有了做任何事情的决心。事实上，在我们的潜意识当中，追求目标的动机要远比目标本身更具有影响力。我的个人成就学启蒙老师吉姆.罗恩时常告诉我：当你有了充足的理由后，任何事情均不在话下。简单的兴趣、爱好、理由和热切的渴望、追求之间有着天壤之别。我们必须有排除万难，实现目标的坚定决心。例如，你仅仅是口头说说你想成为百万富翁，这有多少算是一个目标，但对你的激励作用微乎其微。但你倘能知道自己为何追求这一目标，理解到巨富在你心中的重要性，这一目标的振奋作用就要比前者强过千万倍。做某事得动机要远比做事的方法更重要。如果你能找到充分的动机，做事的方法只是水到渠成的事情。理论上说，只要有了充足的理由，你可以做成任何事情。

4.既然你已经列出了自己的主要目标，不妨按照上述的五个目标设定规则重新审视下这些目标。你的目标是否采用了肯定性的表述？是否可见、可听、可闻、可感？是否有迹可循？描述一下实现目标时自己所处的状态。你所见到、听到、闻到、感觉到的又是什么内容？同时核对一下是否你的目标一直掌控在自己的手中。这些目标是否有利于社会、有利于他人？如果你的目标违背了上述任何条件，均须进行调整更改。

5.列出你目标前具有的重要资源和资本。在进行建筑施工前，你必须清楚自己手里所拥有的工具。同样，倘若你想要设定切实可行的目标，了解你手中所掌握的资源亦必不可少。列出你所掌握的一切有利于你实现目标的因素：个性、社会关系、经济资本、教育程度、时间、精力，等等。详细地列出你的优势、技术、资源和有效工具。

6.在完成上述内容后，集中注意力回想一下自己过去最熟练地运用这些资源的经历。回想一下自己一生中三四个感到最成功的时刻。这些时刻可以发生在运动场上，也可以发生在商业活动、社交活动等场合。场合不重要，关键在于你能体会到最大的成就感。既可以在股票市场上的呼风唤雨，也可以是教孩子们进行的一次愉快的“过家家”游戏。想到后，将其一一记录下来。描述一下在成功之前你的所作所为，你充分利用了哪些资源，你成功的感觉来于哪些条件。

7.完成以上内容后，描述一下自己想要成怎样的人。如果想成为这样的人，是不是要接受很多的培训，是不是需要很高的教育程度？你能不能高效地管理自己的时间？例如，你想成为一个异于常人的英明领导，描述一下自己该如何赢得竞选，如何感染到众多的人。

成功的故事总是在街头巷尾流传，但赢得成功的关键要素态度、信念和决心，却很少有人谈及。倘若你未能掌握这些关键要素，必将举步维艰。因此，在莽撞地进行奋斗之前，不防先花点时间清理自己如何才能成为那样的人，你需要具备哪些个性、技术、态度、信念，以及需要接受哪些培训。将这项内

容一一记在纸上。

8.接下来，立刻用简短的几句话写下不利于你实现目标的因素。要想摆脱这些限制，你首先必须明白这些限制具体内容是什么。剖析你的个性，寻找出限制你取得这些成就的确切原因。是因为你不会规划么？还是你规划得很好，却疏于执行？你是否一心多用，同时处理太多的事情？抑或你过多的沉溺于一件事的成败无暇顾及其他事情？是不是你过去曾有过惨痛的失败经历，使你变得畏首畏尾？每个人都有自身局限的因素，都曾因为这些局限饱尝失败的苦楚，但是只要我们能够找到这些限制因素，直视这些限制因素背后的原因，便可一一攻破。

我们能够了解自己的目标、追求这些目标的动机、有利于实现目标的因素，但是最终决定我们能否成功的关键因素是我们的行动。为了指导我们的行动，必须建立一个全方位的规划。这就如同建房子一样，你不可能直接拿着锤子、钉子、锯子在木头上敲敲打打便成了一座小木屋。你需要首先设计出一个蓝图，然后在按照这个蓝图循规蹈矩地进行施工。否则你建成的房子不过是几块木板拼凑出来的陋舍罢了。人生也是如此，你现在也要好好地规划一个自己成功的蓝图。

若想获得你所期望的结果，哪些行动是你必须要做的？如果你对此难以确定，不妨想想那些已经在这方面小有所成的人，模仿他们的行为。首先从结果入手，寻根溯源，一步步找到成功的原因。如果你的主要目标是赢得经济上的自主权，最明智的选择莫过于成为一个公司的老总。在成为老总之前，你需要成为公司的CEO或其他核心决策层成员，在此之前你还需首先挑选一个精明的理财顾问或税务律师帮助你管理公司的财务。以此类推，直到你找到你与公司老总的的交集(即资源对等的时期)。或许今天就可以开一个存款账户，或者找一本成功人士理财策略方面的书籍恶补充电。如果你梦想成为一个专业舞者，你需要做些什么事情才能实现这一梦想？成为专业舞蹈者的主要步骤是什么？今天、明天、本周、本月、今年都该依次做些什么呢？如果你想成为全国最好的作曲家，行事的轨迹又该如何呢？从结果做起，寻根溯源，直至你能从你自己身上找到与你的模仿对象所具有的相同潜质，随后的过程就可以轻车熟路了。

用上一个练习中所讲的信息指导你的目标规划。如果你不知道规划应该是何种样子，只需问问自己“现在阻碍我实现梦想的因素有哪些？”而这一问题的答案便是你当前急需改变的事实。解决了这些困扰你的问题，你的目标便会一马平川，马到成功。

9．现在，重新回头看看你的四个主要目标，制定出循环渐进实现这一目标的第一步。记住从目标着手，追根溯源。要想实现这一目标首先因该做什么？或者当前阻碍我实现目标的因素有哪些？我该如何应对？你的规划中必须有着近期或当前目标，切勿好高骛远，脱离实际。

至此为止，我们已经介绍完成功公式的第一步分内容，你也已彻底清除了自己的目标，确定了自己的短期和长期目标；确定了自身的哪些方面对成功有益，哪些方面则会成为你成功的拦路石。接下来我将要向你讲述成功的方法策略。

取得卓越成就最稳妥的方法是那种呢？那便是模仿那些已经成功的人。

10.就从模仿开始入手吧。你的模仿对象可以是生活在你周围的人，亦可是那些取得巨大成就的著名人物。写下3-5个你想要模仿的对象，用几个字简短的概括出使其成功的品质和行为。做完这些以后，闭眼冥想一下这些人就在你耳边对你谆谆教诲，向你传授成功之道。记下各个人所提供的主要建议。这些建议可能是教导你如何扫除拦路石、如何突破局限，或者是因该对那些部分特别小心。只需在脑中想象他们就在你耳边孜孜不倦的讲，在每个模仿对象的名字下方记下其提供的首要建议（即你认为他们会提供的首要建议）。即便你与他之前并无任何私人联系，他仍成为一个极佳的导师。

阿德南.哈肖吉的模仿对象是洛克菲勒。他的目标是成为一个富有、成功的商人，所以他选择了这一方面的典范。史蒂文.斯皮尔伯格的模仿对象是环球电视中心的职员。理论上而言，每一个赢得巨大成功的人都有着自己的偶像和精神导师，指引着他们朝正确的方向前进。

现在你已经知道了自己的方向，可以追随着成功者的脚步前行，无需将时间精力浪费在岔路上。究竟什么样的人始于做你的模仿对象呢？可以是你的家人、朋友，亦可以是国家领导人、社会名流。如果你未找到好的模仿对象，那就不如花点时间审慎到底寻找一个。

在此之前，你所做的都是向大脑传达信号，使其形成一个清晰、具体的目标。目标就如同磁铁一般，吸引着切有助于其实现的因素。通过对第六章的学习，我们知道了如何运转自己的大脑；知道了如何操控自己的感元增强正面的信息，消减负面的刺激。接下来，我们将对你的目标进行同样的处理。

回想一下自己过去最成功的一次经历。闭上双眼，将那次成功的画面尽可能清晰、亮的展现在脑海中。记下画面在你视野中所处的位置；再次重复这一过程，注意所有的次感元---画面的尺寸、形状、运动特性，以及声音、类型和造成的内心感受。接下来，想想你刚刚写下的个人目标，试想一下自己实现这一目标时的画面，将画面置于你刚刚记下的视野位置，使整个画面尽可能的清晰、多彩，画面尺寸尽可能大。注意一下自己此时的感受，你将体会到二者之间明显的差异。相对于目标设计阶段，此时的你成功的自信心无疑要强多了。

如果你发现这么做有些困难，不妨尝试一下我们前文讲述的“飚换模式”。将你的目标画面置于视野的另一侧，整个画面模糊、昏暗、色彩单调。随后将其迅速切换至已经成功时清晰、明亮、多次多彩的画面，通过这种方式击碎所有能失败的心理暗示。你需要持续进行这项练习，以便你的大脑能够得到更清晰、更多次多彩的图像。大脑接受的刺激越深刻，成功带来的激励感越强，实现目标的欲望越强。记住，成功是一个永恒的追求，而非某种结果。

11.拥有各种各样的目标固然很好，但倘能将这些目标协同在一起就更佳了。现在不妨尝试创造完美一日。你希望在这一天中，遇到哪些人？在这一天中你又要做什么？这一天是如何开始的？你又要到哪些地方？从清晨睁开眼的一刻到深夜熄灯就寝的每一个环节都不要遗漏。你处在什么样的环境中？结束这样完美的一天，你躺在床上时，心中是何感受？用纸笔详尽地记录下来、记住，所有的结果、行为及现实均源自我们的思考，不妨现在就在脑中创造出你所期待的完美的一天吧！

12.有时我们会忽略家庭环境的影响。家庭是我们梦想的发源地。我们往往忽略了若想成功，首先应

提供可滋养创造力的环境。创造力可帮助我们做成任何事情。

所以，设计你理想的环境。我希望你能够获得极好的方位感。人你的思想自由驰骋，不受空间的局限。就像国王指点江山一样，将整个环境按你的意愿自由设计。你希望自己住在哪里，树林、海洋还是办公室中？你希望自己手中掌握着何种工具，调色板、涂料、乐器、电脑还是电话？周围又围绕着哪些助你达成目标的人呢？

如果你不知道自己期待的完美一日是何种样子，你又怎么能创造出完美的一日呢？如果你不知道何为自己理想的环境，理想的环境对你又与海市蜃楼何异？无的不能放矢，你连自己的目标都不清楚，又怎能指望自己达成所愿呢？记住，你必须在大脑中形成清晰的目标概念。你的思想可以指导你达成任何目标，但前提是你首先应该有清晰的目标。

第五篇：创新设计方法集锦

创新设计方法集锦

创新设计方法集锦

一、集体激智法

二、提问追溯法

三、联想类比法

四、组合创新法

五、综合分析法

六、极端法

七、与众不同法

八、异想天开法

一、集体激智法 智力激励法是创造学中的一种重要方法学。其形式是由一组人员针对某一特定问题各抒己见、互相启发、自由讨论，从多角度寻求解决问题的方法。该法为美国A.F.Osboen首创，见于他1953年的《应用想象》《Apllied Imagination》一书中。理论基础是：

1、联想反应。在集体讨论问题时，每提出一个新观念，都能引起他人的联想，产生链锁反应，形成联想反应堆；

2、热情感染。在不受任何限制的情况下集体讨论问题能激发人的热情、互相感染、竟相发言，形成热潮，提出更多的新观念；

3、竟争意识。在有竞争意识的情况下，人的心理活动效率可增加50%或更多；

4、自由欲望。不受约束的讨论使个人的自由欲望得到满足，活跃人的思维，促使新观念脱颖而出，该法以小组形式进行，应分别建立两个小组：观念组（设想组）和专家组（评价组）。观念组组员最好由富有抽象能力和幻想能力、不同职业、不同文化水平、无隶属关系的人组成。专家组应由有分析和评价能力的人组成。各组人数以6-10人为宜，两组分组

1、智力激励法（智暴法）活动。(1)观念组对问题展开讨论，然后专家组对提出的各种观念进行分析、评价、判断。召开智力激励全必须遵守的原则是观念不要过早判断，以免扼杀新观念的产生；(2)鼓励“自由联想”。允许提出看来是荒唐可笑的观点，因为其中很可能具有极有价值的新思想；(3)以量求质。提出的新观念越多，解决问题的可能性越多；(4)欢迎借题发挥。与会者可以把他人的观念加以综合提出自己的观念，也可以发挥或改造他人的观念。上述四项基本原则中，推迟判断原则与以量求质原则尤其重要。抓住瞬时的灵感意识流而得到一些新想法，这些想法有时可能不着边际，近于胡思乱想，五花八门，但它们却具有打破常规，突破“框框”的独创性的特点。必须抓住瞬时的“灵感”或“顿悟”等一闪念的意念，才有可能得出解决前办法。灵感或顿悟不是靠天才，而是在知识和思索的基础上产生的，是在知识和经验积累及热能生巧的前提下，经过苦思冥想才迸发出来的。爱迪生所说的“天才就是百分之二的灵感加上百分之九十八的汗水”就含有这个意思；这也说明勤奋在知识积累方面和创造性思维在质上进行突破的重要意义。个人虽具独创性，但毕竟要受到知识和经验的局限。因此，又有一种集数人（5～6人）一起的集智会法。这种方法可集中许多人的创造性。集智会可以起到许多人相互启发的作用。但为了避免各人之间可能出现的互相妨碍和无形压力，更便于各个人充分发挥其意见，也可以采用书面集智的形式，如“专家预测法”等。采用集智会法时应注意：(1)要把“激智”‟和“集智”结合起来；(2)要针对问题孕育培养灵感，抓住灵感；(3)扶植一切创造性思想，力戒“思维扼杀”。

2、集智会法

二、提问追溯法 提问追溯法在思维方面具有逻辑推理的特点。它是通过对问题进行分析，加以推理以扩展思路，或把复杂问题进行分解，找出各种影响因素，再进行分析推理，从而寻求问题解答的一种创造性技法。麻省理工学院：(1)增加功能——能在原有基础上增加新功能吗？(2)提高性能——在耐用、可靠、修理等方面能否改善？(3)降低成本——能用减少零件、更换材料、改变工艺等办法降低成本吗？(4)增加销售——对商品特点、产品的设计包装等是否作了研究？

1、提问法 梦想法亦称灵感法，美国J·W·泰勒在《怎样创造新观念》《How to Create Ideas》（1961年）书中提出：把人的梦想通过孜孜不倦的努力变为现实。该法基本过程包括3个阶段：

1、尽量作出对人类有最大贡献的梦想,可自问自答。自问：“什么是可为人类做的最有意义的事？什么是人类所需要的？假如我可以创造，我将选择什么？”自答是“应该选择自己永远感兴趣的事；

2、围绕自己的考虑问题。孜孜不倦地阅读有关书籍、研究和思考问题；

3、缩小梦想范围，使梦想成为现实。即经过第二阶段长期的深入研究和实验，把梦想中不现实的东西舍弃，使梦想现实化。梦想法实质上是人通过长期努力实现远大理想的一种方法。该法成败主要取决于一和二两个阶段。该法对于科学家确定研究某一重大课题和作出重大科学发现极为重要。该法之所以亦称灵感法，是因为很多重大科学发现、发明、创造从成功瞬间看常常是长期困惑不解而得之于一时灵感所致。

2、梦想法(自问自答)5Ｗ—1Ｈ法(提问和回答): What（什么）？ Who（谁）？ When（什么时候）？ Where（什么地方）？ Why（什么原因）？ How（如何进行）？ 3、5W-1H法

三、联想类比法 自然界有着极为丰富的形态，万物之形，必有其生命原动力的存在，所有自然造型都具有必然性的结构或组织内涵。自然物不仅有其形态上的完美性，也有其机能需要的实用性。依据自然原理，可启发人类在创作造型上的许多构思，“仿生学”便应运而生。所谓仿生学，是模仿生物系统的原理来建造技术系统的科学。仿生学不是纯生物科学，而是把研究生物作为向生物体索取技术设计蓝图的第一步；同时，它也不是纯技术科学，而是开辟一件发展科学技术的途径。人们研究飞机是受到“鸟”的启发。鸟能飞，人能飞吗？怎样飞？当然，即便你把鸟研究透了，也不能因此而设计制造出飞机来，但这个启发是非常重要的。卢金·科拉尼(Luigi Colani)是被誉为20世纪达·芬奇的才华横溢的全能设计师。他认为自然界是最优秀的设计师，而“宇宙间并无直线”，设计必须服从自然规律和法则。他的设计一向具有空气动力学和仿生学的特点，表现了强烈的造型意识。每逢设计中遇到问题，他的便拿起主体显微镜观察事物，寻求合乎逻辑的方案。他设计灵感大多来自迷人的鸟类和水下的各种动物，力求设计的简洁、自然。我们在运用仿生设计时，必须注意“仿生学”只能是启示，不能取代设计者的创造。设计者在模拟生物有机体时，必须加以概括、提炼、强化、变形、1、仿生设计法 转换、组合，从而产生全新的冲击力。运用仿生学主要是“似物化”设计，要特别注意“似”和“化”两字的意义。“似”已经比模仿前进了一步，但它还是受原有形态的约束；“化”就深人得多了。只有仿生学的启示进入了高级阶段，扬弃了纯粹自然形态，只运用它的原理，才有可能创造出真正全新的产品。

1、仿生设计法 在其他产品领域中得到启发，将原理、结构或造型“借鉴”过来使用，从而产生新的产品，这就是“借鉴”设计的方法。在众多的设计方法中，这种方法有点“抄袭”的味道。它受到别的产品的形态启发，“直接”拿过来运用到自己的设计上，但毕竟是两种完全不同类型的产品，“直接”搬过来是不可能的。因此，实际上还是启发。只要该设计的某点想法有类似之处，就可能把这种想法用到那种产品中去试一试。如：从建筑造型上受到启发，设计一把椅子；从构成雕塑中受到启发，设计一盏灯具，等等。包豪斯时期的杰出设计家布鲁耶是钢管家具的创造者。1925年，他受到自行车把手的启发，并把它应用到家具上来。布鲁耶的钢管家具，尤其是著名的Ｓ型靠椅，成为全世界大量生产的同类型家具中的校校者。当然，一眼就能看出来的造型借鉴，容易找到共同点，这种借鉴比较直接。有些借鉴则需要开动脑筋，去寻找共同点。比如，一只猪和一台电冰箱之间有没有共同点呢？这就需要动动脑筋了。其实也有相似之处：表面都有某些颜色，内部都有一个能装食物的地方，后面都拖着一条“尾巴”等。应该注意的是：同类制品的造型借鉴是仿造而不是类似，必须从无关的制品中引入某种概念，加以再设计，才可能得到真正的发展。

2、借鉴设计法 既然是“模仿”，还谈什么“创新”？ 在一段时间里，人们走进了模仿的误区，把“模仿”等同于测绘，一把游标卡，一块三角板。一味照搬照抄，永远只能跟在别人后面爬行。比如：匈牙利工程师鲁毕克发明了“魔方”以后，很快风行世界各地，魔方为许多工厂带来了巨大好处。当魔方流传到我国以后，许多工厂纷纷投产。但大多数工厂在开始仿造魔方时，这种产品已经在市场成为畅销品；而当工厂试制成功投人市场时，魔方已经走下坡路，价格一路下跌，吃了大亏。而国外一些生产魔方重视对魔方的改进，以适应市场需求的变化。例如：日本的企业，在六面体魔方的基础上，将外形改变成四面体，每面有九个可以自由转动的三角形，这样一来吸引了新的顾客。又如，法国一些工厂生产一种魔方拼图，由13块曲边三角板组成，能拼成各种图像，增加了趣味性。我们谈模仿，切忌照搬照抄，而是要通过改良，使产品质量更好，生产成本更低，造型更美，达到创新的目的。在具体设计时，我们通常采用“推移法”，通过对原有产品不断地向前改良推移，虽然这一步与下一步变化不明显，但随着推移的深入，最后的结果与最初的产品则有着明显的区别。当然，最后的结果应该比最初的产品更完美。

3、模仿创新设计法 直接模仿

即对同一类产品进行模仿。例如：市场上有一款半高电风扇，很受广大群众欢迎。该设计可能源于日本特有的席地而坐的生活方式。这种高度低于普通落地扇、高于台扇的产品，既适于站着受风，又适于坐着受风，其底盘上的控制键，既可用手也可用脚进行操作。正是这种具有广泛适应性的设计，深受百姓青睐。这一产品之所以在中国市场占有一席之地，反映了中国人的生活水平和生活方式正在改善，如室内铺设上干净的地板或地毯；越来越多的人能在室内以较低的姿势活动。产品的成功说明了某种需求的存在。按照一般的情况，要准确地把握某种需求，需要花费大量人力和财力，模仿设计可以从需求识别方面走出捷径。如果从列举的产品中或多或少地受到启发，设计出一系列符合大众生活的同类产品，甚至在此基础上更有创造，那将更有意义。

3、模仿创新设计法 间接模仿

即对不同类型的产品或事物进行模仿。例如：将常见的摩托避震设计用于自行车上；将摄像机的变焦方式用于照相机上，等等。我们常常可以见到一些产品，是将其它产品的某些原理、形式、特点加以模仿，并在其基础上进行发挥、完善，产生另外的不同功能或不同类型的产品。间接模仿设计的另一种古已有之，现在常见的模仿方式——仿生。设计的仿生与科技的仿生有相似之处，即两者都受天然事物和生物中合理的因素的启发，并对其进行模仿。模仿的内容往往是生物的构造、运动原理和形态，前者是功能的模仿，后者是形式的模仿。形式的模仿是产品设计中最多见的手段，目的是通过仿生设计传达文化的、象征的产品语意。

3、模仿创新设计法 移植设计类同于模仿设计，但不是简单的模仿。移植设计是沿用已有的技术成果，进行新的目的要求下的移植、创造，是移花接木之术。这种移植设计的方法可以分为以下几个类型： 纵向移植设计。即在不同层次类别的产品之间进行移植，这与前面提及的间接模仿有些类似。如，将摩托车中心避震的原理用于办公坐椅等。横向移植设计。即在同一层次类别产品内的不同形态之间进行移植设计。如，将助听器的形式用于音乐耳机的设计。综合移植设计。即把多种层次和类型的产品概念、原理及方法综合引进到同一研究领域或同一设计对象中。技术移植设计。即在同一技术领域的不同研究对象或不同技术领域的各种研究对象之间进行的移植设计。移植的方式往往有原理移植、功能移植、结构移植、材料移植、工艺移植等。移植并非是简单的模仿，最终目的还在于创新。在具体实施中往往是要将事物中最独特、最新奇和最具价值的部分移植到其它事物中去。

4、移植设计 在产品开发设计中，用某一事物替代另一事物的设计为替代设计。材料替代——在工业设计中，常用的基本材料不外乎是金属、塑料、木材及陶瓷。其中任何一种材料被其它的材料所替代时，都会对设计提出新的要求。如，原本用木材制成桌椅，出于节约天然材料的目的，要用塑料进行替代，那么必须按照塑料材料特性和工艺要求进行设计。材料替代的目的往往是多种多样，如，以塑料替代木材的目的或许是出于环保，或者是提高量产能力及标准化等。零部件替代——在模块化设计中常存在零部件的替代问题，但这里的替代不是系列产品的转换而是出于性能改良或工艺优化的目的，用其它产品的零部件或重新设计的零部件对原产品进行替换，使之功能上更趋优化。方法替代——通过设计，用新的方法代替老的方法，以达到既定功能或其它的目标。最终的结果应该是为了优化实现功能的过程。技术替代——同样功能的产品，用不同的技术手段去实现，会产生不同的结果。用先进的技术手段替代落后的技术手段的目的，往往是为了提高产品品质，降低产品成本，这是不可避免的，而新技术的替代必然影响到设计，可以说技术替代也是设计方法的替代。

5、替代设计 专利应用设计，就是利用已有的专利或过期的专利对其进行改进，产生新的设计方案，并形成新的设想甚至取得新的专利。专利文献的利用，是产生创新设计的一大捷径。利用专利进行设计可以有以下几个方面： 综合利用。许多产品所涉及的专利技术不止一个，只有同时对几种不同的专利资料加以利用，才有可能解决问题，从而实现创新设计的目的。从专利中寻找规律。众多的专利信息必然会显示出许多成功的因素，也会暴露出失败的因素。通过专利研究，可以发现发展的脉络，从而找到有效的创新方法。为达到此目的，设计的难度提高，不仅要在功能上下功夫，而且要充分考虑产品的使用状态。

6、专利应用设计 焦点法是创造学的一种方法，是美国C·S·怀廷1918年提出的。其特点是：以所要解决的问题为焦点对象，把３－４个偶然选到的对象的各种特征与焦点对象进行强制组合，从中引发新的观念，并通过自由联想把新观念具体化。该法的理论基础是联想。其基本过程包括６个阶段：

1、确定焦点对象一课题；

2、选择3-4个偶然对象；

3、编偶然对象特征表；

4、把偶然对象特征与焦点对象组合形成新观念；

5、通过自由联想把新观念具体化；

6、评价、优选，确定最佳方案。

7、焦点法 使用该法时偶然对象应从不同角度选择，异质为佳，不宜雷同。这样，才能保证联想的广度和所得观念的新颖性与解决问题的独创性。类比启发法是美国W·J戈登于1945年提出的。见于他1961年出版的《类比启发法》一书中，是创造学的一种方法。Synercdoche作为一种方法概念在英语中被定义为：不同专业售货员组成的小组，通过无限制地训练想像力把不相关的因素联合起来，创造性地解决问题。有人也译为分合法、综摄法、集思法、提喻法、原型启发法，等等。戈登认为：

1、人类的创造过程是可知的，是能够具体描述的；理解进行创造活动的心理过程，即可提高创造效率；

2、在任何一种创造过程中，情绪等非理性心理因素比理智因素更为重要，而且它们也是可理解的；

3、人的创造性主要来自潜意识，而且是可以开发的。戈登基于上述理论建立的类比启发法过程包括9个阶段：

1、提出问题阶段；

2、分析问题阶段；

3、提出一些解决方案；

4、进行类比阶段，围绕理想解决方案，同异质事物进行各种类比，提出各种模型；

5、选定模型阶段：从各种模型中选出最佳模型；

6、分解模型阶段：结果理想解决方案分解最佳模型，从中抽出与解决问题有关的主要因素；

7、结合阶段：

8、类比启发法 把有关因素与理想解决方案结合；

8、确定观点阶段：从各种观点中确定一种可行观点，用它做统帅，把有关因素与理想解决方案综合起来，使之成为现实方案；

9、完成阶段：研究和解决技术性细节问题。该过程实质上由异质同化和同质异化两个阶段构成。所谓异质同化，意即从一些看来毫不相关的事物中找出其本质上相似之处，变未知为已知；同质异化，意即用新的观点，新的方式来考察已知的问题，变已知为未知，然后再把未知变成新知。同质异化的思维过程可通过4种类比进行：

1、拟人类比；

2、直接类比；

3、象征类比；

4、幻想类比。通过类比思维机制从其它领域获得模型启发，创造性地解决问题是类比启发法的特点，也是类比启发法的真谛。类比启发法小组一般由组长1人，5-7名成员及数名专家组成。组长最好是通才，组员应有较好的素质。

8、类比启发法 模型法以某种程度的相似再现另一个系统（原物）的系统，在认识过程中以它代替那个原物，从对它的研究中得到被再现和被反映的系统（原物）的信息，这种方法称为模型方法。模型法是科学认识的一种特殊的形式和工具，模型法所说“模型”并不是实物模型而是概念模型，具有“假说”的性质。模型法是从模拟法中衍生出来的。模拟法的长期应用，对于“模型方法”的产生起了启迪作用。既然能够用模型模拟条件已知的原型，那么，为了探索未知的“原型”，在思维中设计一种在理论预见中能够成立的“模型”，再在实践中予以验证和修正，使其逐步提高与现实“原型”的一致性，自然可以成为一种有用的方法。此法最早是从经济部门开始应用的。目前，它已广泛应用到政治、经济、科技、心理等领域的研究，特别是罗马俱乐部1972年出版的《增长的极限》一书，主要就是用此法得到的结论。博奕术预测、计量经济学、系统动力学、灰色系统理论等所采用的预测方法也属于模型法的范畴。

9、模型法

四、组合创新法 把原来不能单独存在的相近的东西组合起来的方法，或是把两种功能让一件制品来担当，叫组合设计法。我们通常称之为一物多用。一物多用有两个方面的内容：一是产品具有多种用途，二是产品具有多种功能。日本有一家叫“普拉斯公司”的专营文具企业，经营了10多年仍没有很大起色，经常为积压的各种小文具而头痛。老板在走投无路的情况下，只好对本公司仅有的几位员工说：“眼看公司难以维持了，怎么办呢？要么关门，各自寻找出路，要么大家动动脑筋，开发新产品，闯出一条光明的生路。”几位员工如同老板一样，为本公司的大量文具销不出去而一筹莫展。按原价销售，则无人问津，若降价抛售，公司财力承受不了，大家心急如焚。一位刚刚在公司工作了一年的女孩子，叫玉春洁美，她也为公司苦思冥想。这位姑娘虽然没有经商经验，但她从学校出来不久，对学生需要文具的心态非常了解，自己亦有切身体会。于是，她根据自己的体会设计一种“文具组合”销售办法，于1985年进行试销。玉春浩美的“文具组合”一经面市，立即引起轰动；成为划时代的热门商品，在短短的一年四个月时间，共销售出340万盒，不但把普拉斯公司的所有存货卖光了，连工厂刚生产的新货也供不应求。这件事一下子成为日本文具行业的特大新闻。年轻的玉春浩美因此而得到老板的重奖和重用。

1、组合设计法 事实上，所谓“文具组合”只不过7件小文具：10厘米长的尺子，透明胶带，ｌ米长的卷尺，小刀，钉书机，剪子，合成浆糊。7件小东西装在一个设计美观的盒子里，定价2800日元。组合设计法特别强调协调性和合理性。如果两物组合后，同时产生异化，从而产生第三种功能，这就是一种高级的组合，这是一个很值得研究的方向。这种“组合异化‟是设计学的一种发展。

1、组合设计法 通过对上述的功能/手段树的分析，再经过认真的评价，一般情况下，可以把产品的结构组成分成几个具有独立功能的结构部件。我们把这些结构比较确定、功能相对独立的部件称为定量结构。通过定量结构不同方式的组合，可以得到许多种产品形态方案，这种方法叫做定量结构组合法。假如一个产品可以确定由三个定量结构组成，那么，利用排列、方向、包容、嵌入等方法可以组会出一系列的产品形态方案。

2、定量结构组合法 某种货用汽车设计，通过功能/手段树的分析假定它由驾驶室、箱体、发动机、轮于四个定量结构组成，应用定量结构组合法得到货用汽车的形态方案（如图3-4）。应用定量结构组合法构思产品形态方案时，应该把所有的方案全部列出，然后经过仔细的判断和评价剔除那些不合理的方案(如图3—4中括号中的方案)。在剩下的方案中，经过各方面专家和有关人员讨论，再一次进行筛选和综合，从中归纳出2至3个最有价值的方案，进入到下一步的详细设计。举例 标准化设计就是参照国内外先进、合理的标准，利用其有价值的部分进行创新设计。各国制定的标准或国际标准是经过严格科学验证，具有相当的合理性，也反映了所采用技术的先进性和普遍性。采用标准化设计对降低成本、提高劳动生产率、扩大商品市场、加强贸易竟争以及迅速将科技成果商品化等，都具重要意义。

3、标准化设计 系列产品的集约化设计

有的系列产品尤其是成套系列产品需要进行集约化设计的目的在于方便使用，方便移动，易于收纳，易于展示。具体手段有:(1)通过设计，使系列产品本身具有集约功能。(2)通过中介物，使产品集约化。例如：采用包装形式使产品集约化或采用构造物，使零落的产品能归纳在一起，变得简约化。非系列产品的集约化设计

以方便使用、方便移动、易于收纳、利于展示等为目的，通过媒介物的设计，将并不相关的各种产品汇集一处。这种类型的设计重点是针对承载体，而被集约的产品不一定要有集约化特征，如工具箱。

4、集约化设计 集约化设计是一种常用的重要的设计形式，其实质是归纳和统筹。实际中的产品，有可能是若干个或同一个产品的归并，也有可能是系列产品的归整、收纳。无论是哪一种形式，其核心就是通过集约化设计，使多样性变为统一和有序。相同产品的集约化设计

当一种产品在大量使用时，必然会遇到归整、移动、调整和存放的问题。一件设计得再好的产品，如果不解决这一问题，也是不合格的。最为典型的就是公共座椅的设计。在多用空间经常更换使用内容的场所，座椅的移动和收纳是常有的事情。好的公共座椅的设计，无论是在独立使用时还是大量屯积时都应是合理的。

4、集约化设计

五、综合分析法 主要用于功能开发型产品设计的第一个步骤。与改进型产品设计不同的是，它不是从分析原有产品的“问题”开始，而是从分析人的工作需要和产品的功能目的开始，按照主要功能／主要手段、次要功能／次要手段、子功能／子手段，一层一层进行分析，探讨利用各种物质技术手段实现产品物质功能的设计方法。

1、功能／手段树法 清除公共场所的垃圾是我们生活疃械囊恢中枨蟆＠萌肆η迳ㄋ淙荒艽锏角褰嗟哪康模庵止ぷ饔衷嘤掷邸Ｄ芊裆杓埔恢只挡

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锏⒌酱四康目梢圆捎媚男┘际鹾头椒目蒲源丛焯跫?举例 利用功能／手段树法对开发型产品进行分析时要注意两点：(1)不要用确切的名词定义产品的主要功能，以免限制设计者的思路。如:把主要功能定义为“清扫垃圾”，设计者很可能会把思路局限在清扫用具的设计上；(2)在寻求实现功能的手段时，要尽量把各种技术和方法全部列出，暂且不要考虑各种手段之间的相互联系和制约关系，这些问题留待评价阶段来处理。这样做的好处是，不放过任何一个可能的构思方案。黑箱方法（Black box Method)就是不揭示事物（系统）内部的结构和机制，只从事物（系统）的外部去认识事物的一种科学研究方法。这种方法的特征是略去客体内部结构，只从输人与输出关系上，即输入某种因子会引起客体的某种行为而输出某种结果，来考察客体的功能和特性。这种方法是与近代科学常用的将整体解剖开来解析内部、以说明外部行为的传统方法相反，是一种不破坏客体的整体性而研究整体行为的科学方法。正如黑箱方法的创造者维纳在其《模型在科学中的作用》一文中所说的“几种可供选择的结构被密封在盒子里面，研究它的唯一途径就是通过盒子的输人端和输出端。”他把这种研究对象称为“闭盒”（Closed Box），与之相对的叫作“开盒”（Open Box）。另一位“控制论”的创始人艾什比在其所著《设计一个脑》书中把黑箱方法概括成“让结果通过黑浔硐殖隼础１匦敫ㄊ淙酥担鄄焓涑鲋担

疾煺饬街抵涞墓叵怠！?黑箱与白箱是相对的。如果我们打开箱盖直接观察内部结构来说明箱子特性功能，那就是白箱；如果利用输人输出结果不仅仅认识系统的功能和行为，而且也还对系统的内部结构和机制作一定的识别和判断，并不是完全略去不谈，那就是灰箱；若完全略去内部结构，仅仅根据输出、输人关系来把握系统的功能，这就是黑箱。

2、黑箱方法

2、黑箱方法 技术关联分析预测法是投入产出法在技术预测中的应用。首先要确定技术分析项目，其次是明确项目中各要素之间的关联程度。一般说来，一项技术都是若干要素的集合体。以一个部件来说，就包括材料、创造技术、加工工艺，等等。因此，运用技术关联分析预测法应按如下步骤进行：

1、先调查该项技术由哪些要素组成；

2、弄清各技术要素之间的关联度；

3、以关联度与现状作比较预测今后的发展趋势。该方法对日本电子工业的发展起了较好的指导作用。日本的机械振兴协会也制作了关于机械方面的技术关联表，收到同样的效果。

3、技术关联分析预测法 KJ法是日本川喜田二郎在卡片排列法基础上于1964年提出的一种创造性解决问题的方法（KJ是川喜田的英文字头）。卡片排列法，就是把搜集的大量素材（信息、数据等）逐一地、言简意赅地记在卡片上，然后把这些卡片以某种基准（关系、特征、性质等）进行调整、编组、结构化，使之产生新观念。川喜田二郎1954年在喜马拉雅山进行野外考察时搜集了大量原始资料，利用卡片排列法对资料进行了整理，然后又在这一基础上进一步改进，正式提出了作为卡片排列形式之一的“剪纸法”。KJ法基本过程包括４个阶段：

1、制作卡片阶段——每张卡片记录一个中心内容，要言简意赅；

2、编组阶段——把卡片按类缘关系分类编组，题写类名（概括性小标题），形成小组、中组和大组合；

3、图解阶段——把各组卡片按一定关系的顺序排列、并贴在一张大纸上，用各种关系符号联系起来，使之图解化；

4、文字表达阶段——把各组之间的一定的相关性质联系起来，并用简要文字表达出来，得出最后结果。注意小组、中组、大组的编组要恰到好处，能反映各组卡片所包含的事物的本身内容，否则，不会得出正确的结果。

4、KJ法 缺点列举法是创造学的一种方法。缺点列举法着眼于从事物本质上的缺点进行分析，以寻求解决目标。它的理论基础是：认为改进旧事物主要就是改进旧事物的缺点，列举旧事物的缺点，即可发现存在的问题，找到解决的目标。由于该法主要围绕旧事物的缺点作文章，所以它一般不触动原事物的本质和整体，属于被动型思维方法，难于产生新质创造物。利用该法列举事物的缺点时。

5、缺点列举法 特征列举法是创造学的一种方法，亦称属性列举法，是美国R·P·Crawford在他1954年发表的《创造性思维方法》一书中正式提出的。克劳福德认为世界上一切新事物都出自旧事物，创造必定是对旧事物某些特征的继承和改变。这就是他的特征列举法的理论基础。因而，特征列举法就是列举现有事物的特征，从中发现需要改进的问题（特征），提出新的创造设想。

该法的基本过程包括4个阶段：

1、选择需要改进的对象；

2、编制改进对象组成部分表；

3、编制改进对象组成部分的本质特征表；

4、改进需要改进的问题（特征），使改进对象臻于完善或面貌一新。

利用该法时，一般考虑事物3个方面的特征：

1、名词的特征——事物的组成部分、材料、要素等；

2、形容词的特征——事物的性质、开头颜色、状态等；

3、动词的特征——事物的功能，特别是使事物具有存在意义的功能。这样从不同角度把事物分解为一系列特征，使问题简单化、具体化、易于发现和解决问题。

6、特征列举法 系统综合分析法是日本东大教授J.D英夫提出的一种创造方法。其特点是：先综合后分析。该法基本过程包括4个阶段：

1、列出有关某个课题的各种因素、知识和信息；

2、将这些因素知识和信息编组，形成各种方案；

3、对各种方案进行评价；

4、根据评价结果选择一两个最理想的方案。上述过程前两个阶段是系统综合，后两个阶段是系统分析。以座钟为例：首先将座钟分成4个构成部分：

1、决定时间轴的因素；

2、能源；

3、传递机构；

4、时间指示装置。接着将座钟各构成部分所包括的各种因素列出：第一部分包括钟摆、发条、游丝、音叉、交流电的频率等因素；第二部分包括干电池、发条、交流电、充电池等因素；第三部分包括齿轮、滑轮、皮带、电子传递电路、磁路等因素；第四部分包括长短针，在字盘上旋转的旋转式指示、水平刻度盘指示、数字指示以及利用人的感觉把时间告诉给人们的各种指示方式。然后把这些因素机械地加以多种编组（组合），形成制作座钟的各种可能方案。最后对这些方案进行评价，从中优选一两个方案。在分析阶段，评价是个复杂问题，不同的课题要有不同的评价标准。评价一般采用评分方式。例如：对座钟的方案进行评价，就要根据市场情况、成本、研制的难易程度、销售方式、制造技术、工艺、设备等标准进行评分，最后得出各种方案的综合分，形成综合分数表，从中优选一两种理想方案。

7、系统综合分析法 形态分析法是创造学的一种方法。美国天文物理学家F.Zwick于1942年出版的《形态学天文学》《Morphological Astronomy》书中提出。特点是：把所研究的对象看成一个系统，用系统论方法把该系统分成若干结构上或功能上特有的形态特征，并加以重新排列组合，产生新观念。理论基础是：相关观念的联合越多，产生的新观念也越多。学生M.S Alien在1962年发表的《形态学创造》书中提出7项基本原则：

1、任何一种有限的概念都是不完全的；

2、知识是无限的；

3、任何领域都在探索整体知识；

4、要彻底解决问题必须对各种结构元素进行排列组合；

5、在各种不同事物之间都有某种共同关系存在；

6、综合应先于分析，否则不利于对事物客观地分类；

7、应先探求事物各种形态结构，而后探求所需要的观念和答案。基本过程包括5个阶段：

1、明确课题；

2、列出以解决问题的形态特征；

3、明确每个形态特征的可能变量，建立形态模式；

4、确定可能解决方案的功能价值；

5、选择最佳解决方案。一般选择3个形态特征。每个特征5-6个可能变量，建立形态箱，形成100多个可能解决方案。利用形态分析法可得出大量新观念，对解决问题十分有利。茨维基在第二次世界大战期间利用该法不仅发现了当时德人保密的火箭飞机，而且还发明了洲际直线流动空气喷气发动机、弹道装置、动力装置等。

8、形态分析法

六、极端法 极限法是把产品的特性和状态推向极限的思考方法。例如，人们曾设想把电视机做得像木板一样薄，挂在墙上，这是否可以通过尽量增大显像管的扫描角度而减小显像管的长度来达到呢？ 在产品设计中，极限构思法可以从产品的大小、厚薄、高低、快慢、轻重、多少、软硬、粗细以及移动、交错、分解、组合、重叠等方面展开。

1、极限法

2、削减法 把产品上某个部分去除，得到一种新颖、简朴形态的方法。例如，把车子的轮子去掉，构思出一种无轮车——气垫车；把飞机的螺旋桨去掉，构思出无螺旋桨飞机——喷气飞机等。

3、原始状态法 这是一种从产品的最原始状态来构思新的产品形态的方法。许多产品发展到今天，似乎很难设计出新的形态样式了。此时，如果追溯到产品的原始状态，追溯到世界还没有这种产品的情况，很可能会受到启发而构思出一种新产品。

七、与众不同法 采用定向设计法：男女之别、老少之差、健残之分，以及职业、文化程度、生活习惯、生活方式、地区民族的不同，使各个具体的人具有特殊点，构思时向某一类群定向。简单地说，就是根据产品的不同特征和人们对它的不同要求，有的放矢地进行产品设计。这类设计往往具有较强烈的使用特征，比其他产品更能满足这一类群消费者的心理，为他们所接受。索尼公司的创始人之一井深大先生（第一任社长）是一个高尔夫球迷和音乐迷。他曾梦想在边打高尔夫球时，同时可听音乐，要是能生产一种使两者结合的电器产品就太好了。这样，那些出去散步或赶路的人，亦可边听音乐或广播边走路了。这个梦想驱使索尼苦心研究，一种带有盒式的单放机研制成功了，梦想变成了现实。而今，当我们看到那些晨练、旅行、散步的人们戴着耳机边走边听音乐时，我们怎能不感谢井深大先生最初的创意呢？ 当然，定向设计越是定向范围明确，在一定程度上越是使用范围较窄，功能往往较少或较单一。定向设计由于实践目的明确，其造型往往容易做得有个性，有视觉冲击力。这是我们在设计构思时常用的一种方法。

1、定向设计法 反向设计，把习惯的事反过来思考，从似乎是无道理中寻求道理。在长期的思维实践中，每个人都形成了自己所习惯的、格式化的思考模式。当面临外界事物或现实问题的时候，我们能够不加思索地把它们纳入特定的思维框架，并沿着特定的思维路径对它们进行思考和处理，这就是思维的惯常定势。反向设计构思法就是要突破惯常定势，从全新的角度去思考问题。据历史记载，有一天，苏格拉底遇到一位年轻人，正在宣讲“美德”，苏格拉底装作无知者的模样，向年轻人请教说：“请问，什么是美德？”。那位年轻人不屑一顾地答道：“这么简单的问题你都不懂？告诉你吧：不偷盗、不欺骗之类的品行都是美德。” 苏格拉底仍然装作不解地问：“不偷盗就是美德吗？”年轻人肯定地答道：“那当然！偷盗肯定就是一种恶德。” 苏格拉底不紧不慢地说：“我记得在军队当兵的时候，有一次接受指挥官的命令，我深夜潜入敌人的营地，把他们的兵力部署图偷了出来。请问，我的这种行为是美德吗？还是恶德？” 那位年轻人犹豫了一下，辩解道：“偷盗敌人的东西当然是美德。我刚才说不偷盗，是指不偷盗朋友的东西；偷盗朋友的东西，那肯定是恶德！”

2、反向设计法 苏格拉底仍然不紧不慢地说：“还有一次，我的一位好朋友遭到了天灾人祸的双重打击，他对生活绝望了，于是买了一把尖刀，藏在枕头下边，准备夜深人静的时候用它结束自己的生命。我得知了这个消息，便在傍晚时分溜进他的卧室，把那把尖刀偷了出来，使他得免一死。请问，我的这种行为究竟是美德呢，还是恶德？” 年轻人终于惶惶然，承认自己无知，拱手向苏格拉底请教„什么是美德”。从这个例子，我们可以感受到：反向思维，常常能够将思考推向深人，将自己头脑中的创意观念挖掘出来。世界上任何创新都不是简单的劳动，我们应该使用各种方法推进自己的思考。反向思考的方法为社会提供了种类繁多的物品，出现了从绝对观念中解放出来的均衡状态。同时，把人们从固定不变的观念中解脱出来，创造了新的概念。当然，用反向思考时，当心不要走极端，不能“凡是敌人反对的东西我们都要拥护，凡是敌人拥护的东西我们都要反对”。必须从某种状态的反面进行彻底的观察，从而发现新的、有效的方法。例如：一般地说，烧烤食品的“火点”应该在食品的下部，但日本夏普公司的电烤炉，率先将“火点”设在食品的上部，改变了“火点”在下才能烧东西的通常概念，使产品造型具有了全新的变化。

2、反向设计法 中国是一个历史悠久的国家。但由于中国过去的基本特征是农业为主，手工操作为主，信息闭塞，缺乏交流，不存在世界市场。因此，中国一直被认为是没有设计的国家。从现代设计的观念来讲，中国没有设计的传统，因为大工业概念下的现代设计在中国起步较晚。但是，如果我们冷静地回顾中国传统的手工用品，我们会发现，很多东西以现代设计的眼光来看，都是很优秀的。继承传统不是表面的，学习过去是指对设计的观念、材料和工艺的准确，甚至是一种特有的气味的尊重！对一种劳动的尊重！对一种价值的肯定！传统是一种精神，拒绝自己民族的优秀设计文化，至少是一种片面的见识。当今的设计，需要有高度的艺术性，非常重视美学的指导作用。从我国的造型艺术发展历史来看，虽然没有形成系统的形式构图理论，但在各种造型艺术的类别中，类似的理论早已存在。书法中的“方中寓圆，圆中寓方”，造园学中的“巧于因借，精在体宜”；太极图的两种相同形的扭结，具有极强的律动感；九宫格式对称形式的运用；宝塔造型所显示的音乐节奏感；龙、凤、宝相花体现出的高度“变象异化”，把自然动物形态转人艺术境界；草书，狂草所表现的聚散、流动形式等等，对于我们从事造型设计是有启发的。

3、传统特色设计法 每一地域，社会皆有其传统历史，因而形成了各地域独特的生活形态及文化。虽然受到文化交流的相互影响，地域的生活模式逐渐丧失其原有的独特性，但是各生活圈、文化圈的基本设计形式仍然维系不断。虽然传统的东西是旧的，但反映出来的深层的设计概念不一定是过时的。例如：有一个课题，是根据限定材料设计一个“能把人舒适托起的东西”。所给的材料实际只能设计一张简易的小椅子，但题目却偏不给你椅子的概念，而是“把人舒适托起的东西”，这个“东西‟应该是什么样呢？设计者经过思考，从中国传统的山地坐轿得到启发，设计了一个拆装式简易靠座，受到好评。

中国结

3、传统特色设计法 我们观察和思考外界的事物，总是习惯以自我为中心，用我的目的，我的需要，我的态度，我的价值观念、情感偏好、审美情趣等等，作为“标准尺度”去衡量外来的事物和观念。因而，凡与这个标准尺度不符合的，我们便称之为“错的”，“坏的”，“丑的”，“无用的”。每个人由于天赋的不同，后天的社会背景和生活经历不同，使得每个人的心目中都有一套由独具个性的观念、价值、情感等要素组成的“标准尺度”，构成了自己的独特世界。它与别人的世界都不完全相同。当然，不是“完全不同”，因为大家都是生活在差不多的社会环境中，遇到大致相同的问题，而且在生理结构方面更是相差无几。因此，正确的个性常常是大多数人所共有的。有时候，设计师可以抛开他人，完全以自我视角，围绕自身来考虑造型设计，可以不考虑第三者的一切条件而随心所欲地想像。这样做出的设计往往个性鲜明，反而会受到大多数人的欢迎。一个优秀设计师，常常利用设计机会，把自己的某一个感觉，把自己的思想展现在观众面前，引导观众加人到自己理想的队伍中来，倡导出一种品位，一种流行风格。优秀的设计师应该是平凡之中见新颖，从而赢得使用者的好感。

4、自我视角设计法 非我视角要求我们在思维过程中尽力摆脱“自我”的狭小天地，走出“围城”，从“非我”的角度，站在“城外”，对同一事物和观念进行一番思考，就有可能得出不同的结论，发现创意的苗头。作为设计者，要把自己置于用户的地位，变自我为他人，设身处地为用户着想，用户对原来产品有什么不满？对什么感到失望？为什么会引起不满和失望？希望得到什么？把自己所感到的不满、失望明明白白地整理出来，用户实际需求就可能脱颖而出。在日本和欧美市场上，1956－1965年是冰箱迅速增长时期；而在1966年以后，市场上对冰箱的需求低落，为什么冰箱在市场上会衰落呢？把由食品消费样式、购买习惯的变化而引起的冰箱需求变化的各种相关因素图表化，并对收人水平、生活方式等社会经济主要原因的变化一一作了预测，从中得出：今后家庭冷藏新鲜食品的消费数量必然大为增加，冷冻食品的消费亦将显著伸展，在购货习惯方面不会有多大的变化。一致证实了购货频繁度处于减少的方向。于是，顾客对冰箱的大型化和冷冻室需要的强度被明确化了，并以此确定了冰箱大型化的开发战略，两门冰箱就是这样出现的。这个过程，在我国也同样发生。两门冰箱和大冷冻箱已在市场畅销。这是设计师从人们的生活需求变化开发新产品的例子。

5、非我视角设计法

八、异想天开法 发散思维（Divergent Thinking）针对所给信息而产生的问题，求该问题的尽量多的各式各样的可能解，这种思维过程。发散思维又称辐散思维、求异思维。现举《创造心理学》文献中有名的砖头问题为例。假如问：试列举砖头的各种用途。答案至少有：可以造房、筑墙、修阶梯、造马路、压东西、垫住停在斜坡上的汽车、砸人、当锤子，等等。这类回答就具有思维的发散性，因为它可以任意地想下去。分析上述答案可以看出，前４个答案属建筑类，对砖的用途来说是习常性的，后几种则是非习常性的。对创造性思维而言，运用发散思维，作出非习常性联想、化好似、无关为有关，引发出新思路是非常重要的。例如：获1984年国家一等发明奖的“沙丘驻涡火焰稳定器”，其发明者高歌，就是把常人视为无关的“沙漠中的稳定沙丘与喷气发动机Ｖ型稳定器”联系起来，而发明了这一重要成果的。这显示了发散思维的创造作用。美国心理学家吉尔福特（Guilford）非常强调在发明创造中要重视发散思维。发散思维主要用在寻求某一问题的各种不同答案的过程中。然而，当许多不同的可能性答案提出之后，又有一个选优问题，这又要过渡到收敛思维。因此，发散思维和收敛思维在实际中是相辅相成的。

1、发散思维 科学幻想本身是一种可认知的地图，是一种依靠把未来学家的技术和创造性的想像力揉合成一体来捕捉现实世界的另一条途径。无法精确阐明这一点是怎样做到的，它包含在这一行技艺的本性之中。与此有关的是使用有关逻辑、非线性感知方式，以反对主题的全局性的理解。科学幻想的作者把社会型式、行为方式和物质因素纺织成一幅图案、一个整体，在最好的情况下，这幅图案能和我们经验世界的色度一致。用这种方式把各种趋向和进程关联起来，依照不同于未来学家所用的过分简化的模型的方法做出预测。早在19世纪，一些富于想像力的作家根据他们的幻想，写出许多很有价值的预测小说。如1865年出版的维恩（Wiyne）写的《从地球到月球》（《From the Earth to the Moon》）书中所述的一部分预见是精确的，对科学发展是有一定影响的；著名的俄国科学家、科学幻想作家齐奥尔夫斯基（1857—1935），他在《在地球之外》这本幻想作品中，提出了关于宇宙飞行的科学思想，并对此作出了许多科学的预测，结果表明：他的一些预测，后来得以实现。由此可见，科学幻想应具备科学预测的能力。这种预测方法是以人类的直觉能力为基础，对于未来进行预测，并加以利用的一种手法。

2、科学幻想法 形象思维是用表象来进行分析、综合、抽象、概括的一种思维形式。其特点是，它不以实际操作、抽象要领为思维中信息的载体，而主要是以直观的知觉形象、记忆的表象或想象的表象为载体来进行思维加工、变换、组合或表达。因此，它是和动作思维与逻辑思维不同的一种相对独立的特殊思维形式。形象思维按照表象概括的程度可分为初级水平的形象思维与高级水平的形象思维。幼儿时期的形象思维主要依靠知觉，即依赖具体事物的形象或表象以及它们的联想来进行，表象概括程度较低，因而属于低级水平；成人的形象思维则较多地运用概括程度较高的一般表象或典型形象来进行，并且用它们去表达或把握某种思想、观念或理论，因而是一种高级水平的形象思维。利用这种高级水平的形象思维也能反映事物的本质。一般认为，形象思维在文学艺术工作和创造活动中占主导地位。但研究表明，对于科学创造活动，形象思维也起着非常重要的作用。形象思维作为一种特定的思维来认识事物和进行创造。爱因斯坦认为，利用形象（意象）进行再生和组合，“似乎是创造性思维的主要形式。”从脑科学的进展来说，形象思维是大脑的右半球承担的。

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