Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Хеннан, Э. Многомерные временные ряды

.pdf
Скачиваний:
27
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
21.96 Mб
Скачать

200 Гл. I I I . Прогнозирование и фильтрация случайных процессов

Д о к а з а т е л ь с т в о . Как обычно, мы опускаем индекс р. Выражение (7.7) можно преобразовать к виду

j {k^hfx + 1ф-1Дс-1— h i f 4 I2) dl,

так что мы должны минимизировать

j I — /гср-1с|2сй. (7.10)

Функция А"-1Д/ж интегрируема, так как | /с-1Д | меньше единицы. В качестве функции h, для которой выражение (7.10) конечно (обо­

значим ее hi),

при р ^ 0 можно взять единицу, что

ясно

из (7.7).

Если же

р <

0, то так поступить нельзя, и мы найдем

нужную

функцию

h из

уравнения

 

 

 

 

1 — hi (z) = q (z) cp (z),

 

(7.11)

где q (z) должен быть многочленом от z, а функция z^hi (z) должна быть голоморфной в круге. Вновь из равенства (7.7) вытекает, что для такой функции hi выражение (7.7) конечно (ибо множитель I cp I2 пз I 1 — hi I2 сократится с функцией | ср |-2, полюсы которой могли бы привести к расходимости интеграла). Чтобы найти такую hi, мы должны решить уравнение

— JX— 1

оо

оо

5

ЧЙ32

ФЙ}— 1 = — hl (z) = — z-v- 2 к jZ1,

о

и

о

где qj, cpj — коэффициенты функций q (z), cp (z). Таким образом, нужно решить уравнение

I

S5W<P; = So> 1 = 0 , . . . , — pi— 1,

о

которое, очевидно, имеет единственное решение, поскольку ср0^=0 [ибо р (0) Ф 0]. Если ввести обозначение

b = {ср-1^с_1hity^c), ho — h — hi,

то мы должны минимизировать

j I b— /і0ср-1с |2 d%,

где b уже квадратично интегрируема. Заметим, что функция /г0 должна быть квадратично интегрируемой относительно | ср_1с |2 = = I ф I“2 к и голоморфной в круге. Применяя метод Винера — Хопфа, получаем

/г0 = [Ь]+срс-\

так что

 

 

h=[b]+ ср с-1+ hi = е

[ср- 1/ | С -1 — (1 — gcp)]+ срс“1 + 1 — дер =

= 1 — е-і^ [е^^/дСрс-1]^. с_1ф—

[е‘^дс]_ с-1ср,

7. Фильтрация и выделение сигнала

201

ибо единственным членом в zv-qcср с отрицательной степенью z являет­ ся zv-, р . < 0 (если р > 0, то член, содержащий [•]_, обращается в нуль); {h — 1} имеет вид яср, где а квадратично интегрируема относительно к. Таким образом, поскольку фильтр с частотной характеристикой ср переводит в нуль 3) многочлены вида р (?г),

разность р (п) р (п) обращается в нуль; наше исходное утвержде­ ние доказано, и (7.8) дает нам требуемый оптимальный фильтр.

Если все нули ср, а именно xj1, лежат вне единичного круга, то (7.8) сводится к

h = е~№ [ф-1Дс-1]+ с-1ф,

что совпадает с (7.8)' и находится в согласии с полученными ранее

результатами, так как

| ср

|-2/|

— это наша прежняя

/8, а ф_1с

теперь определяет каноническую

факторизацию для / у.

Соотноше­

ние (7.8)' вытекает из того, что теперь мы можем написать

егщ._. еіцХСр-ісс-іф =

[е»в^ф-1с]+ с-1ф-f- [е,^хф-1с]_ с-1ф,

так как е’^ф ~хс разлагается

в ряд Лорана, сходящийся

на единич­

ной окружности. Таким

образом,

получаем

 

(ф-3с— /д.фс-1)]+с_1ф-}- [ е ^ (ф_1 — q) с]_ с-1ф,

ибо ф_1с— / ѵсрс_1 = (ср_1ссф_1 — fx) фс_1 = ф_І/|С_1 и ехргріЯ(ф_1 — q) — = ^ф -1, так что второй член равен нулю. Однако в общем случае выражение (7.8)' может не иметь смысла, так как член в квадрат­ ных скобках может ие быть квадратично интегрируемым на еди­ ничной окружности.

Из (7.10) получаем дисперсию ошибки:

 

j {k -W x + Mo} dk,

Ь = [ е ^ (/.г-фсг1 — qc)]_.

Если pc ^ 0, то второй член в [■)_ может быть опущен,

а при р —»- оо

мы получаем дисперсию ошибки,

равную j {j\J J (Д -f

I Ф I2 /.0 } dk.

Эти рассуждения обобщаются, конечно, и на векторный случай; подробности читатель может найти в работе Хеинаиа [1967Ь].

Чтобы

проиллюстрировать

полученные

результаты, вернемся

к случаю,

когда все нули ф, а

именно x j1,

просты и имеют вид

exp ikj,

I/

= 2л//12 .Пусть спектральные плотности процессов е,- (гг)

и T]j (гг)

равны о)/2я. Предположим также,

что с (z) голоморфна

и не имеет корней в некотором круге, содержащем внутри единич­ ный круг. С практической точки зрения эти ограничения на / х являются несущественными. Тогда выражение (7.8) для z, лежащих на единичной окружности, можно записать в виде (7.8)', так как

3) Чтобы это показать, следует рассмотреть (7.6), где ху- — нуль <р (z) крат­ ности pj.

202 Гл. I I I . Прогнозирование и фильтрация случайных процессов

z^cp"1 (z) с (z) разлагается в ряд Лораыа, сходящийся на окружности. Чтобы оценить функцию h (z) с (z) cp (z)-1, которая квадратично инте­ грируема на окружности, рассмотрим

[z*cp-l { 2 ' П ('Х- (1 - Х"2-1) І }с (2_1)_1]+

кфз

и возьмем граничное значение этой функции на единичной окруж­ ности. Таким образом, мы должны оценить

 

 

aj

1

с

С Ч П * 1-

« *_1)

 

 

 

 

 

_______

кфі__________________

1 <

I £ I < I

z Г

і

 

2 л

2 л і

J

 

(£-кД(*-1-£)*(£)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При p < 0

это выражение равно

*7 “

II

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

°j

а *

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

кфі______________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 л

 

( 1 — Kjz) с (y.j)

 

 

 

так что

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(xje'h)

11 [ [

(1 — Xj/xk){ 1 — хьеЛ)

 

 

 

 

 

 

 

 

_______к^_і________________

цСО.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с (xj) с (еЛ)

 

}•

 

При р, >

0 выражение еще более громоздко (хотя в принципе также

несложно).

При

р =

1

оно

принимает вид

 

 

 

/

 

 

(y.jexX)

^ [ [

 

(i —xj!xh) (i —y.he,h)

 

 

 

 

{

_______ ____________________

 

л 2 2 х

2

 

 

 

 

 

С (Xj) с (е, я )

 

с (0)

С ( е а )

/ '

Основная

трудность

при

использовании этой формулы

связана

с вычислением с (z)

(в предположении,

что Д, ср и можно считать

известными). Оно включает факторизацию многочлена высокой сте­ пени, и характер формул прогноза таков, что рекуррентные соот­ ношения, необходимые для вычислений, очень сложны. Для рас­ сматриваемого случая (на примере оценки сезонной компоненты) можно предложить следующую процедуру, дающую приближенное решение. Временной ряд фильтруется сначала таким образом, что все компоненты сигнала, за исключением той, которая отвечает частоте Я;, устраняются пли сильно подавляются; можно использо­ вать, например, предварительную фильтрацию

и

 

у (п) ^ і 2 2 у (п~ k) cos ккг

= -^Г ’

о

 

с частотной характеристикой, равной единице при Я = ± Я,- и нулю при %h Ф ±Я ;-. Тогда каждую компоненту сигнала можно рассма­ тривать отдельно, как будто другие компоненты отсутствуют. Изуче­

S. Фильтр Калмапа

203

ние частотной характеристики фильтра для выделения сигнала, отвечающего частоте А7-, показывает, что если o ' j / f x ( K j ) мало (что будет нормальным), то частотная характеристика оптимального фильтра сильно сконцентрирована вокруг точек +АУ-; следовательно, благодаря тому, что остальные компоненты существенно ослаблены предварительной фильтрацией, мы можем считать спектральную плотность шума постоянной. Более подробное описание процедуры и численные примеры читатель может найти в работе Хеннана и Тер-

рела [1969].

8. ФИЛЬТР КАЛМАПА

Все рассматривавшиеся до сих пор процедуры фильтрации для выделения сигнала из шума были основаны на методах Фурье и в соответствии с этим предполагали стационарность или нечто, весьма к ней близкое. Подобные методы приводят к описанию филь­ тра в терминах частотной характеристики, и для того чтобы получить импульсную переходную функцию, необходим следующий шаг — разложение Фурье. Если фильтрация выполняется на аналоговом устройстве, то описание в терминах частотной характеристики является оправданным, так как можно попытаться синтезировать фильтр с заданной характеристикой физическими средствами. Однако в последнее время гораздо большее значение приобрели цифровые машины, а для них частотная характеристика, конечно, уже не является удобным средством описания фильтра. Еще два других фактора обусловливают модификацию модели. Во-первых, понятно, что на практике спектры имеют не столь общий характер, как это допускалось до сих пор. В конце концов они лпбо даются исходной физической теорией (кроме констант, подлежащих оценке), либо получаются в результате оценки по прошлым данным. В любом случае они будут по меньшей мере рациональными. Второй фактор связан с возможностью нестационариости. Одной из причин нестационарности может быть тот факт, что для приближения любой системы к стационарному состоянию требуется определенное время. Если же сигнал должен выделяться с самого начала функциониро­ вания системы, то стационарная модель будет неподходящей. К тому же система, конечно, может иметь и более существенную нестационарпость. Подобные соображения демонстрируют важность резуль­ татов Калмапа [1960], [1963] и Калмана и Бьюси [1961]. Мы огра­ ничимся изложением только векторного случая с дискретным вре­ менем, хотя результаты обобщаются и на непрерывное время. Модель задается уравнениями

X (п) = Ф (п — 1) X (?г — 1)+ е (п — 1),

у (п) = II (п) X (п) + т) (п).

Здесь X (п) и е (п) — векторы с р компонентами, а у (п) и т] (п) имеют q компонент. Случайные векторы е (/г), т) (п) удовлетворяют

204 Гл. I I I . Прогнозирование и фильтрация случайных процессов

соотношениям

Е{е (п) s' (т)} = бmQn (п),

Е(п) р' (т)} = бmR (п),

Е(б (ß) 11' (то)} = ÖmS (fl).

Таким образом, я (?г) соответствует нашему прежнему s (/г), а р (?г) — прежнему ,г(?г). Для упрощения ссылок мы используем обозначе­ ния Калмана. В работе Калмана е (?г — 1) записано как Г (/г, п — 1) X

X и (п — 1), где и (п)

обладает темп же свойствами, что наш s (п).

Это объясняется тем,

что Калман рассматривает такую модель

в связи с задачами управления, где и (и) является управляющим процессом1), и дополнительная общность, достигаемая введением матрицы Г, является полезной. Мы в этой книге пе рассматриваем теорию управления, а в задаче выделения сигнала можем, не ограни­ чивая общности, включить Г в Q и S. Вектор х — это передаваемый сигнал, который должен быть измерен, однако наблюдаем мы не х, а г/, содержащий шум р. Предположим, что Ф, Н, Q, R и S изве­ стны. Рассматриваемая модель, как видно из дальнейшего, является

более

общей, чем

может показаться

на первый

взгляд.

Пусть

 

хо(«) =

Г

Фл (п) х0(п к) +

/ (п) -I- е0 (п— 1),

 

 

3

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

Уо(к) = 2 Н0, к (п) х0 (п к) + и (п),

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

и (п) =

t

Dh («) U(п — к) -f р (я),

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

где

/ (п) — известная

детерминированная

последовательность,

а е0 (п) имеет такие

же свойства, как е (п). Функция / (п) включена

для того, чтобы учесть систематические влияния типа тренда.

Пред­

положим вновь, что

все

матрицы, включая

матрицы дпсперсий

и ковариаций, известны. (Это не всегда выполняется,

и мы обсудим

этот момент позднее в настоящем параграфе.) Заметим, что х0 (п),

очевидно, имеет вид х , (?г) -j-g (п), где g (п)

удовлетворяет соотно­

шению

 

Г

 

8 (п) = 2 Фй И 8 (п Щ+ / (»)

1

 

и некоторым г начальным условиям, а х t (п)

удовлетворяет такому

же уравнению, но с г0 {п — 1) вместо /(«).

Таким образом, мы

х) Более общим образом, и (п) может быть комбинацией управляющей пере­

менной, которая является детерминированной функцией времени, и неконтро­ лируемой случайной функции времени.

8. Фильтр Калмана

205

можем построить

s

Уі (га) — Уо (п) — 2

I-h. h(n)g(n — k)

i

 

и ограничиться выделением Xi (га).

Итак, рассмотрим уравнения

Г

Х і (п ) = 2 Ф а И X i ( п к) + е 0 (« — 1 ),

 

1

 

 

S

 

J / 1 О ) =

2 1 # 0 . А ( « ) Ж і ( « —

Ä ) + U ( п ) ,

 

і

 

и (га) =

2 -Oft(га) га (/г— &)

г) (га).

 

1

 

Мы можем тогда образовать новую систему уравнений

Г

Х\ (га) = 2 Фа'(га) х\ (га — /с) + е0 (га — 1),

1

І

У(га) = Уі (га)— 2 Dk (га) Уі (п — к) =

1

5-f-i

=2 Н к (п)хі (п — к)+ 11 (/г),

1

где Hh (га) легко получаются из Dh(п) и Я 0і ь (га). Таким образом, мы пришли к соотношениям

Г

хі (га) = 2 фА(га) хі (га — к) + е0 (га — 1),

І

s + i

У (га) = 2 H k (га) ай (га — к) + г) (га).

1

Полагая теперь гаг = тах (г, s -{-£), определим новый «вектор состояний» (т. е. вектор, описывающий состояние рассматриваемой системы):

а: (га)' = (д^ (га)' 1 Хі (га — 1)' • . . . 1 Хі ( п -гаг)')

Введем обозначения

 

Фі (га)

Ф2 (га)

... Фт-і (га) Фт (га)

Ф (га—1) =

I

0

...

0

0

 

 

 

 

 

 

0

0

...

I

0

е(га)' = (e0(ra)'

0 ...

0),

 

 

Н (га) = \Ні (га) :

Я 2(га)

...

,: Я т (га)],

 

206 Гл. I I I . Прогнозирование и фильтрация случайных процессов

где некоторые Фл (?г), IIk (и) могут равняться нулю (например, Фт ія), если r = s - f - ^ — 1). Тогда

X (п) = Ф (/г — 1) X 1)-(- е (я — 1),

У(г) = II (п) X (я) Д-р (я),

имы вернулись к исходной модели Калмана (8.1), хотя и ценой (возможно, значительного) увеличения размерности х (я). Теперь матрицы Q (я) и iS (п) определенно вырождении, однако это не сказывается на применимости метода.

Два основных фактора обусловливают полезность этой модели. Во-первых,— то, что она допускает зависимость матриц Ф, II, Q, R

и S от времени. Разумеется, они должны быть известны a priori. В некоторых приложениях это не является большим затруднением,

особенно в отношении Ф и II.

Например, при оценке параметров

траекторий Д Ф определяется

динамикой летательного

аппарата,

а II — характеристиками следящей системы. Очевидно,

что неко­

торые из участвующих величии потребуют оценки. Например, / (я) может содержать некоторые неизвестные, a Q (я), S (я) также могут быть неизвестны. Как указал мне д-р Дункан, к этим матрицам

вопределенной мере применим аналогичный подход, так что для них может быть построена модель, подобная рассмотренной выше,

вкоторой они играют роль х (я), а у (я) есть некоторая оценка (например) матрицы Q (я) (записанной в виде вектора), которая полу­

чается по прошлым данным.

Мы, однако, не будем вникать здесь

в эти вопросы и вернемся

к модели (8.1).

Задача теперь состоит в том, чтобы получить наилучшую линей­ ную оценку для X (я) по наблюдениям у (0), у (1), . . ., г/(яфр).

Обозначим эту оценку х(в> (?г). Рассмотрим только случай ц<і0, так как другие случаи более сложны (хотя трудности и не прин­ ципиальны). Удобно положить теперь р, = —т и рассматривать

проекцию х(п-\-т) на

подпространство, порождаемое

величинами

у (0), у (1),

. . .,

у {п).

Удобно

также

принять

обозначение

х(п~\~т I я)

вместо

х(~т (?г-f- яг),

так как

из-за нестационарное™

мы не можем с такой легкостью опускать в обозначениях индекс яг.

Введем векторное пространство

порождаемое компонентами век­

торов т) (/),

г (к), к^Сп

1, и случайного вектора х (0),

с которого начинается последовательность х (я). Пусть теперь <#п —

комплексное

векторное пространство, порождаемое компонентами

У (0), у (1), .

. ., у (я). Ииогда мы будем, несколько неточно, писать

У (/) €

г>понимая под этим, что все компоненты вектора у (/)

лежат в пространстве ы!(п. Аналогично, мы пишем е (?г) _1 <Мп~і, подразумевая, что это выполняется для каждой компоненты. Имеем

о/Кп с= 3£п-

х) Своими знаниями в этой области я во многом обязан беседам с Д. Б. Дун­ каном.

 

 

8. Фильтр Калмаиа

207

 

Т е о р е м а

12. Пустъ х (п -\-m\n),

т > 1, — оценка

величины

а:{п-^т), полученная проектированием х(п-{-т) на М п. Тогда

X (п + пі I п) = Ф (п т — 1) X (тг -)-т — 1 1?г), т > 1,

 

а;

1 | гг) =

гТ (/г) а; (тг | п — 1) + К (п) у (п),

(8.2)

 

Т (п) = Ф ( п ) - К ( п ) Н (п),

 

(8.3)

 

К (тг) = {Ф (гг) 2 (п) II (гг)' + S (/г)} (тг) 2 (тг) Я (тг)' + Я (тг)}-\

а 2 (гг) получается из рекуррентного уравнения

 

 

2 (?г + 1) = Ф (7г) 2 (тг) Ф И ' + Q (п) -

 

 

 

 

- К (тг) {II (тг) 2 (тг) II (тг)' +

Я (тг)} К (тг)*.

(8.4)

Прежде чем перейти к доказательству, обсудим этот результат. Первое соотношение показывает, что для нахождения х (тг -j- т | тг) мы должны знать лишь х (тг 1 1тг). Чтобы найти последнее, нужно

знать лишь X (тг | тг — 1) и Т (тг), а Чг (тг) известна, если известна К(п), т. е. 2(тг). Наконец, из (8.4) видно, что 2 (тг) известна, если

известны

ЛГ (тг — 1) и

2 (тг — 1). Таким

образом, рекуррентная

про­

цедура

полностью описана.

следующим

образом.

Разложим

а/IIп

 

Теорема

доказывается

в сумму

о/Нп — ЫІІп- і@ Т п ,

где 5F,,, очевидно, порождается компо­

нентами

вектора

z (тг) = у (тг) — II (тг) л? (тг | тг —

1),

поскольку

т) (тг) |_

в#п-i

и проек

ия у (тг) на e//n-i равна

 

 

 

 

 

 

 

 

II (тг) X (тг I тг — 1).

 

 

 

Тогда

z (тг) = т) (тг) -\-Н(гі) {х(п) х (тг | п — 1)}. Так

как

е(тг) J_ a/hп

то,

рассматривая разложение 0#„ = вІм

® f „ , имеем

 

 

 

 

 

 

X (тг -f- 1 1тг) = Ф (тг) я (тг | тг — 1) + и (тг),

 

 

где

и (тг) — проекция

л: (тг

1) на ^ п. Она равна

 

 

 

и (;г) = Е (тг + 1) z (тг)*} [Е (z (тг) z (тг)*}]-1 z (тг),

если предположить пока, что обратная матрица существует. Таким образом, полагая

2 (тг) = Е {{х (тг) — х (тг | тг — 1)) (я (тг) — ж (гг | тг — 1))'},

имеем

гг(тг) = (Ф (тг) 2 (тг) II (тг)' + 5 (тг)}{II (тг) 2 (тг) Я (тг)' + Д (гг)}”1 %(тг) =

K(n)z (тг).

208 Гл. I l l . Прогнозирование и фильтрация случайных процессов

Теперь получаем

 

X (п + 1 1гі) = Ф (гг) х ( гг | гг — 1) -\-К (гг) z (гг) =

 

 

= {Ф (гг) — К (гг) Н (гг)}х (гг | гг — 1) +

 

 

+ К (гг) {z (гг) + Я (гг) х (гг| гг — 1)},

что, согласно

(8.3) и определению z (гг), равно гЕ (гг) + Я (гг) у (гг),

откуда

следует (8.2).

Так

как

х (гг+ггг) = Ф (гг — 1) х (гг+ггг — 1) + е (гг+ ггг — 1)

и е (гг+ ггг — 1) J_ п, ггг > 1, то имеет место первое соотношение теоремы. Таким образом, остается доказать только равенство (8.4).

Чтобы

получить уравнение для

2 (гг), положим

 

 

X (гг+ 1 ) — X (гг+ 1 | гг) = {я (гг+ 1) — х (гг+ 1 1гг — 1)}—

 

 

 

 

— {сс (гг+

1 I гг) — х (гг+ 1 | гг — 1)},

(8.5)

где второе

слагаемое

равно

проекции

первого

на

М п.

Представим

его как сумму проекции на

о/Нп-\

и

проекции

на

‘Т п.

Тогда

 

 

(гг + 1 I гг) — х (гг+

1 | гг — 1)} =

и (гг),

 

 

ибо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(гг + 1) — X (гг+

1 1гг — 1)} |_

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X(гг+ 1 1гг — 1) £ а# п-і ± Тп,

 

 

 

а гг (гг) есть проекция

а;(гг +

1) на

Т п• Далее,

 

 

 

 

X (гг+

1) — X (гг+ 1 | гг — 1) = Ф

(гг) (гг) —а; (гг | гг — 1)} + е (гг),

откуда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X (гг+ 1) — X (гг+ 1 | гг) = Ф (гг) (гг) — х (гг| гг — 1)} + е (гг) — и (гг),

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 (гг+ 1) = Ф (гг) 2 (гг) Ф (гг)' +<? (гг) + Е (гг (гг) и (гг)') —

 

 

— Е{(а;(гг + 1) — х (гг+

1 | гг — 1)) іг(гг)'} —

 

 

однако

- E{u (гг) (гг+ 1 ) — х (гг+ 1 1г г - 1))'};

 

(8.6)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Е (гг (гг) и (гг)') =

К (гг) Е (z (гг) z (гг)') К (гг)' =

 

 

 

 

 

=

К (гг) {// (гг) 2 (гг) Я (гг)' + R (гг)}Я (гг)',

(8.7)

так как z (гг) = г| (гг) +

Я (гг) (гг) — х (гг (гг — 1)}. Кроме того,

 

Е{(а; (гі + 1) — х (гг+ 1 1гг— 1)) гг (гг)'} =

 

 

 

 

 

= Е{(х (гг+

1) — X (гг+ 1 1гг — 1)) z (гг)'} К (гг') =

 

 

 

= Е (гг+

1) z (гг)'} К (гг'),

 

 

 

 

 

 

9. Сглаживающие фильтры

209

ибо ж (гг+ 1 1гг— 1) £ оіИп-\ -L Т п- Последнее выражение равно

К (и) Е (z (гг) z (п)')К (п)',

так как К (п) z (п) есть проекция х {п -1- 1) на <Т п. Подставляя это и (8.7) в (8.6), получаем (8.4). В случае когда матрица Е (z (гг) z (п)') вырождеина, доказательство можно легко видоизменить, используя обобщенную обратную матрицу. Тогда К (п) z (гг), очевидно, опре­ делен корректно, так как вектор z (гг) с вероятностью 1 ортогонален нулевому подпространству К (п). Конечно, если мы хотим разложить К (гг) z (гг) на К (гг) у (гг) и К (гг) Я (гг) а: (гг | гг — 1), то мы должны принять соответствующее соглашение, например соглашение о заме­ не у (гг) и Я (гг) х (гг | гг — 1) их проекциями на ортогональное допол­ нение нулевого подпространства К (гг). По-видимому, нет необходи­ мости вдаваться здесь в дальнейшие подробности.

Полагая

 

 

 

 

 

m—1

 

 

 

Ф (гг -)-/гг | гг) —

Ф (гг4- г),

имеем

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

X (гг+

ггг | гг) =

Ф (гг+

ггг | гг) х (гг-{- 1 1гг).

Из

(8.2),

очевидно,

следует,

что

х (0) (начальная оценка) входит

в

X (гг.

1 | гг) с матрицей

коэффициентов

П т

1

которая определяет устойчивость уравнений, т. е. степень влияния ошибки в начальной оценке на будущее.

Если матрицы ,Ф, Я, Я, S и Q не зависят^от гг и собственные зна­

чения Ф по модулю меньше единицы, то г в пределе дает решение задачи выделения сигнала, рассмотренной в предыдущем параграфе.

9. СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ

Всюду в этом параграфе мы рассматриваем только скалярный случай. Большую часть этого параграфа мы посвятим обсуждению филь­ тров, предназначенных для, по крайней мере локального, воспроиз­ ведения многочлена заданной степени. Поэтому за неимением лучше­ го названия мы говорим о сглаживающих фильтрах. Это, конечно, подразумевает, что коэффициент усиления таких фильтров в основ­ ном концентрируется в точке Я = 0. Однако мы всегда можем пере­ нести эту точку концентрации на любую другую частоту Ѳ. Напри­ мер, в случае дискретного времени и фильтра с импульсной переход­ ной функцией о (ггг) достаточно лишь заменить а (ггг) на а (ггг) cos Ѳггг, чтобы получить фильтр с частотной характеристикой Ѵ2{/г (Я — Ѳ) 4-

14 Э. Хеинан

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ