ΦΙΛΤΡΟ KALMAN ΔΙΑΚΡΙΤΟΥ ΧΡΟΝΟΥ

Σχετικά έγγραφα
E[ (x- ) ]= trace[(x-x)(x- ) ]

E [ -x ^2 z] = E[x z]

, και. είναι σταθερές (χρονικά αμετάβλητες), προκύπτει το χρονικά αμετάβλητο φίλτρο Kalman (Time Invariant Kalman Filter):

Φίλτρα Kalman. Αναλυτικές μέθοδοι στη Γεωπληροφορική. ιατύπωση του βασικού προβλήματος. προβλήματος. μοντέλο. Πρωτεύων μοντέλο

Μια εισαγωγή στο φίλτρο Kalman

HMY 799 1: Αναγνώριση Συστημάτων

προβλήµατος Το φίλτρο Kalman διαφέρει από τα συνηθισµένα προβλήµατα ΜΕΤ σε δύο χαρακτηριστικά: παραµέτρων αγνώστων

Το πρόβλημα του φιλτραρίσματος είναι να υπολογιστεί η βέλτιστη εκτίμηση. μέχρι και τη χρονική στιγμή k. Η εκτίμηση είναι:

Μέρος V. Ανάλυση Παλινδρόμηση (Regression Analysis)

ΧΡΟΝΙΚΕΣ ΣΕΙΡΕΣ. Παπάνα Αγγελική

ΕΛΕΓΧΟΣ ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ

ΟΙΚΟΝΟΜΕΤΡΙΑ. Παπάνα Αγγελική

ΘΕΩΡΙΑ ΟΙΚΟΝΟΜΕΤΡΙΑΣ ΣΥΝΟΠΤΙΚΕΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΚΑΙ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ

A Τελική Εξέταση του μαθήματος «Αριθμητική Ανάλυση» Σχολή Θετικών Επιστημών, Τμήμα Μαθηματικών, Πανεπιστήμιο Αιγαίου

4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER

Απλή Γραμμική Παλινδρόμηση και Συσχέτιση 19/5/2017

Προσαρµοστικοί Αλγόριθµοι Υλοποίησης Βέλτιστων Ψηφιακών Φίλτρων: Ο αναδροµικός αλγόριθµος ελάχιστων τετραγώνων (RLS Recursive Least Squares)

Εφαρμοσμένη Στατιστική

Αριθμητική Ανάλυση και Εφαρμογές

Παρουσίαση 2 η : Αρχές εκτίμησης παραμέτρων Μέρος 1 ο

Συνολοκλήρωση και μηχανισμός διόρθωσης σφάλματος

Ποσοτικές Μέθοδοι στη Διοίκηση Επιχειρήσεων ΙΙ Σύνολο- Περιεχόμενο Μαθήματος

Οι τύποι της εκτίμησης, οι οποίοι παρουσιάζονται στον Πίνακα 1.1, προσδιορίζονται από τη σχέση των χρονικών στιγμών και k :

Εφαρμοσμένη Στατιστική: Συντελεστής συσχέτισης. Παλινδρόμηση απλή γραμμική, πολλαπλή γραμμική

Παραδείγματα (2 ο σετ) Διανυσματικοί Χώροι Επιμέλεια: Ι. Λυχναρόπουλος

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΗΣ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΚΑΙ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ (Εξ. Ιουνίου - 02/07/08) ΕΠΙΛΕΓΜΕΝΕΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

Στατιστική είναι το σύνολο των μεθόδων και θεωριών που εφαρμόζονται σε αριθμητικά δεδομένα προκειμένου να ληφθεί κάποια απόφαση σε συνθήκες

Συστήματα Markov Ένα σύστημα Markov διαγράμματος μετάβασης καταστάσεων

Βέλτιστα Ψηφιακά Φίλτρα: Φίλτρα Wiener, Ευθεία και αντίστροφη γραµµική πρόβλεψη

HMY 795: Αναγνώριση Προτύπων

y(k) + a 1 y(k 1) = b 1 u(k 1), (1) website:

Κεφάλαιο 4: Επιλογή σημείου παραγωγής

ΑΝΑΛΥΣΗ ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗΣ. Επικ. Καθ. Στέλιος Ζήμερας. Τμήμα Μαθηματικών Κατεύθυνση Στατιστικής και Αναλογιστικά Χρηματοοικονομικά Μαθηματικά

Προχωρημένα Θέματα Συστημάτων Ελέγχου

Αναπλ. Καθηγήτρια, Ελένη Κανδηλώρου. Αθήνα Σημειώσεις. Εκτίμηση των Παραμέτρων β 0 & β 1. Απλό γραμμικό υπόδειγμα: (1)

ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ Μεταπτυχιακό Τραπεζικής & Χρηματοοικονομικής

Χρονικές σειρές 2 Ο μάθημα: Εισαγωγή στις χρονοσειρές

Αφαίρεση του Φαινομένου του Μικροφωνισμού σε Ακουστικά Βαρηκοΐας

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΠΡΟΒΛΕΨΕΙΣ ΜΕ ΥΠΟΔΕΙΓΜΑΤΑ ΧΡΟΝΟΣΕΙΡΩΝ

Παραδείγματα Διανυσματικοί Χώροι (3)

Αριθμητική Ανάλυση και Εφαρμογές

Ψηφιακές Τηλεπικοινωνίες. Βέλτιστος Δέκτης

Kalman Filter Γιατί ο όρος φίλτρο;

Διαχείριση Υδατικών Πόρων

ΣΧΟΛΗ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ ΤΜΗΜΑ ΟΡΓΑΝΩΣΗΣ ΚΑΙ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ ΔΙΔΑΣΚΩΝ: ΘΑΝΑΣΗΣ ΚΑΖΑΝΑΣ. Οικονομετρία

Κεφάλαιο 4: Επιλογή σημείου παραγωγής

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών. Διάλεξη 4

ΣΤΟΧΑΣΤΙΚΑ ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ

ΒΑΣΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΘΕΩΡΙΑΣ ΤΗΣ ΜΕΘΟΔΟΥ SIMPLEX

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΩΝ ΓΝΩΣΕΩΝ: ΕΚΤΙΜΗΤΕΣ

EΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΗΜΑΤΩΝ Γραµµική Εκτίµηση Τυχαίων Σηµάτων Φίλτρο Kalman

ΠΛΗ 12- Σχέση ισοδυναμίας, γραμμικά συστήματα και απαλοιφή Gauss

Αναγνώριση Προτύπων Ι

Συνολοκλήρωση και VAR υποδείγματα

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Τελική Εξέταση 8/6/2017 Διδάσκων: Ι. Λυχναρόπουλος

Τμήμα Διοίκησης Επιχειρήσεων (Γρεβενά) Μάθημα: Οικονομετρία Διάλεξη 2η: Απλή Γραμμική Παλινδρόμηση. Διδάσκουσα: Κοντογιάννη Αριστούλα

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Αντικείμενο του κεφαλαίου είναι: Ανάλυση συσχέτισης μεταξύ δύο μεταβλητών. Εξίσωση παλινδρόμησης. Πρόβλεψη εξέλιξης

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών. Διάλεξη 9

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 0. Απλή Γραμμική Παλινδρόμηση. Ένα Πρόβλημα. Η επιδιωκόμενη ιδιότητα. Ένα χρήσιμο γράφημα. Οι υπολογισμοί. Η μέθοδος ελαχίστων τετραγώνων ...

Αναγνώριση Προτύπων Ι

Παρουσίαση Νο. 6 Αποκατάσταση εικόνας

Σημειώσεις διαλέξεων: Βελτιστοποίηση πολυδιάστατων συνεχών συναρτήσεων 1 / 20

Γραμμικός Προγραμματισμός Μέθοδος Simplex

ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΠΡΟΤΥΠΩΝ. ΕΝΟΤΗΤΑ: Γραμμικές Συναρτήσεις Διάκρισης. ΔΙΔΑΣΚΟΝΤΕΣ: Βλάμος Π. Αυλωνίτης Μ. ΙΟΝΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΙ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΥΠΩΣΗ, Διαλ. 2. Ανωτάτη Σχολή Παιδαγωγικής και Τεχνολογικής Εκπαίδευσης 8/4/2017

HY213. ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΕΛΑΧΙΣΤΑ ΤΕΤΡΑΓΩΝΑ AΝΑΛΥΣΗ ΙΔΙΑΖΟΥΣΩΝ ΤΙΜΩΝ

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ

Κεφάλαιο 8. Οπτικοποίηση Απαλοιφή

Οι πράξεις που χρειάζονται για την επίλυση αυτών των προβληµάτων (αφού είναι απλές) µπορούν να τεθούν σε µια σειρά και πάρουν µια αλγοριθµική µορφή.

ΕΛΕΓΧΟΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5. ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΔΙΕΡΓΑΣΙΑΣ ΠΡΟΣΑΡΜΟΣΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ (Process Identifications)

Εισόδημα Κατανάλωση

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΟΙΚΟΝΟΜΕΤΡΙΑ II ΗΜΗΤΡΙΟΣ ΘΩΜΑΚΟΣ

Αναλογικές και Ψηφιακές Επικοινωνίες

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών. Διάλεξη 11

6. ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΙ ΧΩΡΟΙ ΚΑΙ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ

ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΘΕΩΡΙΑΣ ΣΥΝΟΡΘΩΣΕΩΝ

Στατιστική Επιχειρήσεων Ι

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΗΣ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΚΑΙ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ

ΕΝΟΤΗΤΑ III ΒΑΣΙΚΕΣ ΜΕΘΟ ΟΙ ΑΝΑΛΥΣΗΣ

Ενότητα 4: Φιλτράρισµα στο Πεδίο Συχνοτήτων (ΙΙ)

Θερμοδυναμική - Εργαστήριο

Λύσεις θεμάτων Α εξεταστικής περιόδου Χειμερινού εξαμήνου

' ' ' ' ' ' ' e G G G G. G M ' ' ' ' G '

Συνδυαστική Βελτιστοποίηση Εισαγωγή στον γραμμικό προγραμματισμό (ΓΠ)

ΔΙΚΤΥO RBF. "Τεχνητά Νευρωνικά Δίκτυα" (Διαφάνειες), Α. Λύκας, Παν. Ιωαννίνων

EΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΗΜΑΤΩΝ. Διαφορική Παλµοκωδική Διαµόρφωση (DPCM)

ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΔΙΑΚΡΙΤΩΝ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΩΝ ΣΕ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΚΑΙ ΣΥΝΘΕΣΗΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ

Στοχαστικά Σήματα και Τηλεπικοινωνιές

Παραδείγματα Απαλοιφή Gauss Απαλοιφή Gauss-Jordan Παραγοντοποίηση LU, LDU

Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ Δυϊκότητα. Γκόγκος Χρήστος ΤΕΙ Ηπείρου Επιχειρησιακή Έρευνα. τελευταία ενημέρωση: 1/12/2016

ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΡΗΤΙΚΟΥ ΚΑΤΕΡΙΝΑ NΙΚΑΚΗ ΚΑΤΕΡΙΝΑ NΙΚΟΛΑΪΔΟΥ ΧΡΥΣΑ

Στοχαστικές Ανελίξεις (2) Αγγελική Αλεξίου

Άσκηση 1: Λύση: Για το άθροισμα ισχύει: κι επειδή οι μέσες τιμές των Χ και Υ είναι 0: Έτσι η διασπορά της Ζ=Χ+Υ είναι:

Ακαδηµαϊκό Έτος , Εαρινό Εξάµηνο ιδάσκων Καθ.: Νίκος Τσαπατσούλης

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Transcript:

1 ΦΙΛΤΡΟ KALMAN ΔΙΑΚΡΙΤΟΥ ΧΡΟΝΟΥ Σε αυτό το μέρος της πτυχιακής θα ασχοληθούμε λεπτομερώς με το φίλτρο kalman και θα δούμε μια καινούρια έκδοση του φίλτρου πάνω στην εφαρμογή της γραμμικής εκτίμησης διακριτού χρόνου. Υπόβαθρο Το πρόβλημα που επιδιώκουμε να λύσουμε είναι η συνεχής εκτίμηση ενός συνόλου παραμέτρων των οποίων τιμές αλλάζουν με τον καιρό. Η ενημέρωση επιτυγχάνεται με το συνδυασμό ενός συνόλου παρατηρήσεων ή μετρήσεων όποιοι περιέχουν τις πληροφορίες για το σήμα ενδιαφέροντος. Ο ρόλος του εκτιμητή είναι να παράσχει μια εκτίμηση κάποια στιγμή k+τ. Αν τ >0 έχουμε μια πρόβλεψη φίλτρου, αν τ<0 έχουμε μια λείανση φίλτρου και αν τ0, η λειτουργία καλείται απλά φιλτράρισμα. Ένας εκτιμητής λέγεται ότι είναι αμερόληπτος εάν η προσδοκία της παραγωγής είναι η προσδοκία του υπολογισμού της ποσότητας. Το φίλτρο Kalman είναι μια γραμμική ελάχιστη διαφορά του φίλτρου λάθους (δηλ. είναι το καλύτερο γραμμικό φίλτρο πέρα από κατηγορία όλων των γραμμικών φίλτρων) πέρα από τα χρονικά μεταβαλλόμενα και χρόνο-αμετάβλητα φίλτρα. Στην περίπτωση του διανύσματος κατάστασης x και οι παρατηρήσεις z είναι από κοινού κατανομή Gauss.

2 Σημείωση Θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί η ακόλουθη σημειογραφία διάνυσμα παρατήρησης στο χρόνο k το σύνολο όλων των παρατηρήσεων έως χρόνο k κατάσταση του συστήματος φορέα κατά το χρόνο k εκτίμηση κατά το χρόνο k σφάλμα εκτίμησης, - πίνακας συνδιασποράς μήτρα μεταφοράς (έλεγχος) μήτρας μετάβασης μήτρα εξόδου διάνυσμα θορύβου μέτρησης μήτρα συνδιασποράς θορύβου μέτρησης μήτρα κέρδους Kalman καινοτομία στο χρόνο k μήτρα συνδιασποράς καινοτομίας στο χρόνο k

3 Πρότυπο συστημάτων και παρατήρησης Τώρα θα ξεκινήσουμε την ανάλυση του φίλτρου Kalman. Ανατρέξτε στο σχήμα 1. Υποθέτουμε ότι το σύστημα μπορεί να είναι από την εξίσωση μεταβατικής κατάστασης (10) όπου είναι η κατάσταση κατά το χρόνο k, είναι ένας φορέας ελέγχου εισόδου, είναι πρόσθετο σύστημα ή διαδικασία θορύβου, είναι η μετάβαση εισόδου μήτρας και είναι η μήτρα μετάβασης κατάστασης. Περαιτέρω υποθέτουμε ότι οι παρατηρήσεις της κατάστασης γίνονται μέσω ενός συστήματος μέτρησης που μπορεί να αντιπροσωπευθεί από μια γραμμική εξίσωση της μορφής, (11) όπου είναι η παρατήρηση ή μέτρηση γίνεται κατά τη στιγμή k, είναι η κατάσταση κατά το χρόνο k, είναι η μήτρα παρατήρησης και προσθετικός θόρυβος μέτρηση u + + x + + z G Μονάδα H Καθυστέρηση + F Σχήμα 1: Πρότυπο διαστημικής κατάστασης

4 Παραγωγή Εξετάστε την εκτίμηση του με βάση τις παρατηρήσεις μέχρι το χρόνο k,,,. Αυτό ονομάζεται πρόβλεψη ενός σταδίου-μπροστά ή απλά μια πρόβλεψη. Τώρα η λύση για η ελαχιστοποίηση της εξίσωσης 7 είναι η προσδοκία της κατάστασης στο χρόνο k+1 ρυθμισμένος με παρατηρήσεις μέχρι το χρόνο k. Έτσι, Τότε η προβλεπόμενη κατάσταση δίνεται από (12) E[ (13) όπου έχουμε χρησιμοποιήσει το γεγονός ότι ο θόρυβος διεργασία έχει μηδενική μέση τιμή και είναι γνωστή με ακρίβεια. Η διαφορά εκτίμησης είναι το μέσο τετραγωνικό σφάλμα στην εκτίμηση. Έτσι, χρησιμοποιώντας τα πραγματικά περιστατικά και που είναι ασυσχέτιστες [( )( ) ] (14) Έχοντας λάβει μια προγνωστική εκτίμηση ας υποθέσουμε ότι έχουμε πλέον λάβει μια άλλη παρατήρηση. Πώς μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτές τις πληροφορίες για να ενημερώσουμε την πρόβλεψη, βρίσκω. Υποθέτουμε ότι η εκτίμηση είναι ένα γραμμικό σταθμισμένο άθροισμα της πρόβλεψης και της νέας παρατήρησης και μπορεί να περιγραφεί με την εξίσωση (15) όπου και μήτρες στάθμισης ή κέρδους (διαφορετικών μεγεθών). Το πρόβλημά μας τώρα είναι να μειώνεται στην εύρεση της και που ελαχιστοποιούν το μέσο τετραγωνικό όρους σφάλμα εκτίμησης όπου βέβαια το σφάλμα εκτίμησης δίνεται από : (16)

5 Ο αμερόληπτος όρος Για το φίλτρο μας που είναι αμερόληπτες, απαιτούμε ] ]. Ας υποθέσουμε ότι είναι μια αμερόληπτη εκτίμηση. Στη συνέχεια συνδυάζοντας τις εξισώσεις (11) και (2) και λαμβάνοντας προσδοκίες των αποδόσεων (17) Σημειώστε ότι η τελευταία περίοδος στη δεξιά πλευρά της εξίσωσης είναι μηδέν, και περαιτέρω σημειώστε ότι η πρόβλεψη είναι αμερόληπτη: (18) Ως εκ τούτου, δια συνδυασμού των εξισώσεων (13) και (14)) και η προϋπόθεση της είναι αμερόληπτη και μειώνει την απαίτηση ή (19) Έχουμε τώρα ότι για να είναι αμερόληπτες για τον εκτιμητή μας πρέπει να πληρούν (20) Όπου K είναι γνωστό ως το κέρδος Kalman. Σημειώστε ότι εφόσον μπορεί να ερμηνευθεί ως μία προβλεπόμενη παρατήρηση, η εξίσωση 16 μπορεί ερμηνεύεται ως ποσό μιας πρόβλεψης και ενός μέρους της διαφοράς μεταξύ της προβλεπόμενης και της πραγματικής παρατήρησης. Eύρεση της συνδιασποράς λάθους Καθορίσαμε τη συνδιασπορά λάθους πρόβλεψης στην εξίσωση (10). Γυρίζουμε τώρα στο ενημερωμένο λάθος συνδιασποράς ( ) + ( ) και με

6 Παίρνουμε ( ) ( ) (21) Κατά συνέπεια η συνδιασπορά της ενημερωμένης εκτίμησης εκφράζεται από την άποψη της συνδιασποράς πρόβλεψης, τον θόρυβο παρατήρησης και την μήτρα κέρδους Kalman. Επιλογή του κέρδους Kalman Στόχος μας τώρα είναι να ελαχιστοποιηθεί η υπό όρους μέσο τετραγωνικό σφάλμα εκτίμησης σε σχέση με το κέρδος Kalman (22) Για οποιαδήποτε μήτρα A και μια συμμετρική μήτρα B. Συνδυάζοντας τις εξισώσεις (17) και (18) και τη διαφοροποίηση σε σχέση με τη μήτρα απολαβής (χρησιμοποιώντας τη σχέση ανωτέρω) και τον καθορισμό ισούται με μηδέν αποδόσεις ( ) Η εκ νέου ρύθμιση δίνει μια εξίσωση για τη μήτρα κέρδους (23) Μαζί με την εξίσωση (16) αυτό καθορίζει το βέλτιστο γραμμικό μέσο τετραγωνικό σφάλμα εκτιμητή.

7 Περίληψη των βασικών εξισώσεων Σε αυτό το σημείο αξίζει να συνοψίζει τις βασικές εξισώσεις που βρίσκονται πίσω από τον αλγόριθμο του φίλτρου Kalman. Ο αλγόριθμος αποτελείται από δύο βήματα ένα βήμα πρόβλεψης και ένα βήμα ενημέρωσης. Πρόβλεψη: επίσης γνωστό ως χρόνος ενημέρωσης. Αυτό προβλέπει την κατάσταση και την διακύμανση στο χρόνο k+1 από τις πληροφορίες κατά την κατάσταση k. (24) (25) Ενημέρωση: επίσης γνωστή ως η ενημερωμένη μέτρησης. Αυτό ενημερώνει την κατάσταση και τη διακύμανση χρησιμοποιώντας συνδυασμό της προβλεπόμενης κατάστασης και της παρατήρησης. + z Καινοτομία Κατάσταση, Κατάσταση, K Εκτίμηση Πρόβλεψη u + + x G Μοναδιαία καθυστέρηση F H Ανάμειξη Σχήμα 2: Διακριτού χρόνου μπλόκ διάγραμμα του φίλτρου Kalman όπου η μήτρα της απολαβής δίνεται από Μαζί με τις αρχικές συνθήκες για την εκτίμηση και τη μήτρα συνδιασποράς το σφάλμα της (εξίσωση 6). Αυτό καθορίζει του διακριτού χρόνου διαδοχικού, αναδρομικού αλγόριθμου για τον προσδιορισμό της γραμμικής ελάχιστης διακύμανσης γνωστό ως φίλτρο Kalman. (26)

8 1.4.2 Ερμηνεία του φίλτρου Kalman Ρίχνουμε τώρα μια ματιά στο γενικό αλγόριθμο φίλτρων Kalman με περισσότερες λεπτομέρειες. Το σχήμα 2 συνοψίζει στάδια στον αλγόριθμο με μορφή διαγράμματος μπλοκ. Η καινοτομία,, ορίζεται ως η διαφορά μεταξύ της παρατήρησης (μέτρηση) και της πρόβλεψής του γίνονται με τη χρήση των διαθέσιμων πληροφοριών κατά το χρόνο k. Είναι ένα μέτρο της νέας πληροφορίας που παρέχετε με την προσθήκη μιας άλλης μέτρησης στη διαδικασία εκτίμησης. Δεδομένου ότι (27) η καινοτομία μπορεί να εκφραστεί από (28) Η καινοτομία ή το υπόλοιπο είναι ένα σημαντικό μέτρο πόσο καλά ένας εκτιμητής εκτελεί. Για παράδειγμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επικύρωση μιας μέτρησης πριν να περιλαμβάνεται ως ένα μέλος της ακολουθία παρατήρησης (περισσότερα για αυτό αργότερα). Η διαδικασία του μετασχηματισμού σε μερικές φορές λέγεται ότι πρέπει να επιτευχθεί μέσω του φίλτρου λεύκανσης Kalman. Αυτό είναι επειδή οι καινοτομίες διαμορφώνουν μια ασύνδετη ορθογώνια διαδικασία άσπρου-θορύβου ακολουθία η οποία είναι στατιστικά ισοδύναμη με τις παρατηρήσεις. Αυτό είναι σημαντικό επειδή όπου όπως σε γενικές γραμμές να σχετίζεται στατιστικά σημαντικά, η καινοτομία είναι ασυσχέτιστες έτσι αποτελεσματικά παρέχει νέες πληροφορίες ή "καινοτομία". Η καινοτομία έχει μηδενική μέση τιμή, δεδομένου ότι, (29) και η διακύμανση της καινοτομίας δίνεται από - - (30) Χρησιμοποιώντας την εξίσωση 26 και 28 μπορούμε να ξαναγράψουμε τις αναπροσαρμογές Kalman από την άποψη της καινοτομίας και της διαφορά ως εξής. (31)

9 ( )( ) (32) όπου, από την εξίσωση 19 (33) και (34) Αυτό είναι μια κατάλληλη μορφή του φίλτρου Kalman που χρησιμοποιείται συχνά στην ανάλυση. Αν και χρησιμοποιείται πρώτιστα ως εκτιμητής κατάστασης ο αλγόριθμος φίλτρων Kalman, μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην εκτίμηση παραμέτρων εκτός από το διάνυσμα κατάστασης. Αυτοί είναι διευκρινισμένοι στο σχήμα 2. 1. Εάν εφαρμοστεί για την εκτίμηση αυτό ονομάζεται φίλτρο μέτρησης. 2. Εάν εφαρμοστεί για την εκτίμηση αυτό ονομάζεται φίλτρο πρόβλεψης. 3. Εάν εφαρμοστεί για την εκτίμηση αυτό ονομάζεται φίλτρο λεύκανσης 4. Εάν εφαρμοστεί για την εκτίμηση αυτό ονομάζεται φίλτρο Kalman