Использование метода наименьших квадратов в нелинейных задачах

Как и Фильтр Калмана, метод наименьших квадратов может быть применен к линеаризованным моделям измерений. Пусть исходная нелинейная модель измерений имеет вид:

Использование метода наименьших квадратов в нелинейных задачах - student2.ru .

Тогда в результате линеаризации этой модели формально получим:

Использование метода наименьших квадратов в нелинейных задачах - student2.ru .

Откуда, полагая Использование метода наименьших квадратов в нелинейных задачах - student2.ru и вводя обозначения:

Использование метода наименьших квадратов в нелинейных задачах - student2.ru ; Использование метода наименьших квадратов в нелинейных задачах - student2.ru ; Использование метода наименьших квадратов в нелинейных задачах - student2.ru ,

получим результирующее соотношение:

Использование метода наименьших квадратов в нелинейных задачах - student2.ru .

Отсюда соотношение для построения оценки фазового вектора методом наименьших квадратов примет окончательный вид:

Использование метода наименьших квадратов в нелинейных задачах - student2.ru

Построение матрицы Коши

В задачах построения оценок методами статистической обработки измерений часто встречается задача построения матрицы Коши. Эта матрица связывает фазовые векторы системы, отнесенные к разным моментам времени, в собственном движении.

Ограничимся в настоящем разделе рассмотрением вопросов, связанных с построением матрицы Коши для модели эволюции, записанной в виде системы обыкновенных дифференциальных уравнений (линейных или нелинейных).

Для линейной системы имеем:

Использование метода наименьших квадратов в нелинейных задачах - student2.ru .

Тогда дифференциальное уравнение для матрицы Коши примет вид:

Использование метода наименьших квадратов в нелинейных задачах - student2.ru .

Интегрируя его на интервале времени от Использование метода наименьших квадратов в нелинейных задачах - student2.ru до Использование метода наименьших квадратов в нелинейных задачах - student2.ru , с единичной матрицей соответствующей размерности в качестве начальных условий, получим матрицу Коши, связывающую фазовые векторы, отнесенные к моментам времени Использование метода наименьших квадратов в нелинейных задачах - student2.ru и Использование метода наименьших квадратов в нелинейных задачах - student2.ru :

Использование метода наименьших квадратов в нелинейных задачах - student2.ru .

В случае, когда модель эволюции фазового вектора представлена нелинейной системой дифференциальных уравнений общего вида:

Использование метода наименьших квадратов в нелинейных задачах - student2.ru ,

матрица Коши может быть построена с использованием приведенных выше соотношений для линеаризованной системы:

Использование метода наименьших квадратов в нелинейных задачах - student2.ru ,

где использованы следующие обозначения для матриц пропорциональности, построенных в окрестности опорной траектории Использование метода наименьших квадратов в нелинейных задачах - student2.ru , Использование метода наименьших квадратов в нелинейных задачах - student2.ru :

Использование метода наименьших квадратов в нелинейных задачах - student2.ru ; Использование метода наименьших квадратов в нелинейных задачах - student2.ru .

Моделирование измерений

Проблема возникает в случае, когда, например, оценивая потенциально достижимую точность метода в некоторой задаче, Вы не располагаете какими-либо результатами измерениями. В этом случае результаты измерений требуется смоделировать. Особенность моделирования результатов измерений состоит в том, что модели движения и измерений, используемые для этой цели могут не совпадать с теми моделями, которые Вы будете использовать в ходе построения оценок с использованием того или иного метода фильтрации.

Более того, рекомендуется, чтобы модели, используемые для построения результатов измерений, были максимально точными, наилучшим образом приближенными к физическим процессам и закономерностям, наблюдающимся в природе.

В качестве начальных условий для моделирования эволюции фазового вектора динамической системы должны использоваться истинные значения координат этого вектора. Кроме этого места истинные значения координат фазового вектора системы не должны использоваться более нигде[7].

Численные методы

Специальные функции

Наши рекомендации