книги из ГПНТБ / Липцер Р.Ш. Статистика случайных процессов. Нелинейная фильтрация и смежные вопросы
.pdf§ и УРАВНЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ 457
Для того чтобы воспользоваться результатом этой теоремы, надо найти условия, при которых выполнены предположения (8.6) — (8.8), входящие в ее формулировку (остальные предпо ложения выполнены в силу (11.4) — (11.11)). В рассматриваемом
нами случае эти условия (8.6) — (8.8) сводятся |
к следующим: |
|||||
|
sup |
МѲ? < оо, |
|
|
(12.12) |
|
|
о<г <г |
|
|
|
|
|
т |
|
|
|
|
|
|
J |
M[ß0(s> ?) + |
fli(s, i)0 s]2ä?s< |
оо, |
|
(12.13) |
|
о |
|
|
|
|
|
|
г |
|
|
|
|
|
|
J М {20s [flo (s, |
l) + щ (s, |) Ѳ,] + |
[b] (s, l) + bl (s, |
£)] )2 äs < |
oo, |
||
° |
|
|
|
|
|
(12.14) |
T |
|
|
|
|
|
|
J М{Л0(з, g) + |
Л, |
(s, |)e,}2rfS < oo . |
(12.15) |
|||
0 |
|
|
|
|
|
|
Для выполнения этих условий, а также |
чтобы иметь воз |
|||||
можность утверждать, что X = (xt, 5F,) и X = |
(xt, STt), |
|
||||
являются квадратично интегрируемыми мартингалами, потре-
буем выполнения следующих условий: |
|
||
для всех X е |
Сг, |
|
|
т |
\a l ( t , x ) \ ^ L , |
I Л, (*, *) К L; |
(12.16) |
+ |
+ |
|
|
J |
(12.17) |
||
о |
|
|
|
|
МѲо < |
оо. |
(12.18) |
Для доказательства достаточности этих условий установим предварительно справедливость следующей леммы.
Л е м м а 12.1. В предположениях (12.16) — (12.18)
М[ sup Ѳ/]<оо. |
(12.19) |
О<f <г |
|
Д о к а з а т е л ь с т в о . Положим
Tjv = inf {^: sup6s^iv},
§ 1] |
|
|
|
|
УРАВНЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ |
459 |
|||||||
Итак, |
|
|
|
|
|
|
sup |
МѲ4 < |
оо. |
|
( 12.22) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
<г |
|
|
|
|
|
|
Покажем теперь, что и |
М [ sup |
0?J < оо. Из (12.20) |
с за- |
|||||||||
меной |
t А Тдг на t |
получаем |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
т |
|
|
т |
|
|
|
sup |
O j^ |
125 Q o + T ^ |
al (s, g) ds + |
f L AJ Bids + |
|
||||||||
0<*<Г |
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
t |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ У |
sup |
f bt (s, QdWiis) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( X T t X I T |
j |
|
|
|
Согласно |
неравенству |
(3.8) и лемме |
4.12 |
|
|
|
|||||||
М |
sup |
|
|
bt (s, \)dW t (s) |
|
4_\4 |
T I Mö!(s, $ ds, / = 1 , 2 . |
||||||
|
|
<(4-Г*36 |
|||||||||||
0<і<Г |
|
|
|
|
|
|
3, |
|
|
|
|
||
Поэтому |
в силу (12.22) |
и предположений |
(12.16) — (12.18) |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
j |
|
|
|
|
М| |
sup |
|
Ѳ?]<125 |
МѲо + |
Г3| Mßo (s, l)ds + |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
‘ |
|
|
|
|
|
|
+ |
74L4 |
sup |
МѲ4 + |
(4У -36 Г У |
| |
Mè4(s, l)ds |
•< oo. |
||
|
|
|
|
о |
|
|
|
\ d > |
T* J |
|
|
||
|
Лемма |
доказана. |
|
|
|
1=1о |
|
|
|||||
|
|
|
(12.16) — (12.18) |
вытекают условия |
|||||||||
|
Итак, |
|
из предположений |
||||||||||
(12.12). Очевидным образом проверяется, что.эти предположе
ния |
гарантируют |
справедливость неравенств |
(12.13) — (12.15). |
|
Из |
явного вида |
процессов х, и xt и предположений |
(12.16) — |
|
(12.18) легко выводится, что X — (xt, @~t) и X = |
(xt, &~t), |
|
||
являются квадратично интегрируемыми мартингалами. Таким образом, условия теоремы 8.1 в рассматриваемом нами случае
выполнены.
t
Учитывая, что (х, W2) = j b2(s,Qds, из (8.9) находим
і
m, = m0 + j [a0 (s, I) + a, (s, J) m,ids +
+ | ( б2(5Л) + ^ Ц Щ р Ь 4 } ж , , (12.23)
о
460 ФИЛЬТРАЦИЯ УСЛОВНО-ГАУССОВСКИХ ПРОЦЕССОВ [ГЛ. 12
где
|
|
|
W,■__ Г dis — (А0(S, 1) + |
Лі (s, I) ms) ds |
|
||||||||
|
|
|
|
‘ |
J |
|
B(s. |
6) |
|
|
|
|
|
Далее, |
M (Ѳ^ | &~f) — m\ — ys. Поэтому |
из |
(12.23) |
следует, |
что |
||||||||
dmt = |
[а0 (t, l) + |
а, (t, |) mt] dt + |
|
|
|
|
|
|
|||||
b2(t, |
l) В (i, |) + ytA,(t, |
l) |
■ [ d l - ( A 0(t, |
І) + |
А (t, l) mt)dt}. |
(12.24) |
|||||||
+ |
|
|
B2(t, |
l) |
|
||||||||
|
Обозначаем |
|
теперь |
bt = M (0'^ | |
|
так |
что &t — m] — yt. |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
Тогда, учитывая равенство (x, W2)t = |
J |
20sö2(s, Qds, |
опять- |
|||||||||
таки из |
(8.9) получаем |
|
|
|
|
fl |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
■öfl + |
J [2a0 (s, Юms + |
2a, (s, |) 6S + |
b] (s, |
g) + |
b\ (s, g)] ds + |
|||||||
|
t |
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
J {2msö2 {s, |
І) + В |
1(s, g) [Ло (s, g) ös + |
Лі (s, |
g) M (0s | @~f) — |
||||||||
|
о |
|
|
|
|
|
- ö s(A0(s, g) + л,(5, g) ms)]} dWs, |
||||||
или |
|
|
|
|
|
||||||||
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
bt = |
ö0 + |
J [ 4 |
(s, g) ms + |
2a, (s, g) 6S + |
b\ (s, |
g) + |
Щ(s, Щ ds + |
||||||
|
|
|
0 |
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
g) + |
|
|
||
|
|
|
J B~l (s, |
l){2msh{s, |
l)B(s, |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-b A\ (s, g ) [ M ( 0 * |^ ) - 6 sms]} dlFs. |
(12.25) |
|||||||
Из |
формулы Ито и (12.24) находим |
|
|
|
|
||||||||
+ b2(s, l)B(s, |
l) + ysA,(s, |
g )l2 ds -f- |
|
|
|
B(sA) |
|
|
|
( |
9m |
S) В (s, l) + Ys^i (s, £) |
dWs, (12.26) |
|
J |
4 |
B(s, |
l) |
|
462 |
ФИЛЬТРАЦИЯ |
УСЛОВНО-ГАУССОВСКИХ ПРОЦЕССОВ |
[ГЛ. 12 |
||
а наблюдаемый |
процесс Ѳ= (0<), О |
Г, по-прежнему удо |
|||
влетворяет уравнению |
|
|
|
||
dSt = |
[а0 (t, I) + |
а, (t, |
I) Ѳ,] dt + bx(t, |
g) d W {(t) + b2 (t, |
g) dW 2 (t). |
Из проведенного выше доказательства (см. (12.27)) видно, что и без предположения гауссовости условного распределения Р(Ѳ0^ а Ц 0) параметры mt и yt удовлетворяют системе урав нений
dmt = |
[aü(t, g) + a,(f, g) m t] dt + |
- щ Ң у [d\t ~ |
A0(*. l)dt\, (12.32) |
|||
V, = |
2a i( t,l ) y t + |
b](t,l)- |
|
’ |
|
(12.33) |
З а м е ч а н и е |
3. Пусть |
me |
(/, s) = |
M [O, | &~\s' 5] для |
||
и Yes (t> s) = M I (0s — m%s (t, |
s))21 |
Тогда |
(t, s) и у^(і, s) |
|||
удовлетворяют при t> s системе уравнений (12.29), (12.30),
решаемой при условиях тѳ (s, |
s) — Ѳз, |
уѳ |
(s, s) = 0. |
Доказа |
||||||||||
тельство аналогично |
выводу уравнений |
для |
mt и yt и исполь |
|||||||||||
зует тот факт, что условное |
распределение Р (О, ^ |
а \ |
|
|
||||||||||
является гауссовским (см. |
|
замечание к теореме |
11.1). |
Из |
урав |
|||||||||
нения |
(12.30) и условия Ѵѳ |
(s>s) = 0 вытекает, |
что |
на |
самом |
|||||||||
деле уѳ (t, s) не зависит |
от Ѳ5. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
3. |
Остановимся |
на |
|
|
одном |
частном случае системы |
(12.1), |
|||||||
(12.2), для которой уравнения фильтрации (12.29) и (12.30) |
||||||||||||||
допускают явное |
решение. |
|
|
Ѳ= Ѳ(со) — случайная |
величина |
|||||||||
Т е о р е м а |
12.2. |
Пусть |
||||||||||||
с МѲ4 < оо. Предположим, |
|
что |
наблюдаемый процеес g = |
(£,), |
||||||||||
О ^ Д ^ Г , допускает дифференциал |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
äh = [А0(/, I) + |
Ai (t, |
g) Q]dt + B (t, |
i) dW2 (t), |
|
|
|
|||||||
где коэффициенты Л0, Au В |
|
удовлетворяют |
условиям |
тео |
||||||||||
ремы |
12.1, а условное распределение P ( 0 ^ a |g 0) является гаус |
|||||||||||||
совским. Тогда mt = М (Ѳ | |
|
|
и yt — М [(Ѳ; — mty | |
задаются |
||||||||||
формулами |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т 0 + |
Yo I |
-ß2 |
|
|
Is’ I) |
|
|
|
|
|||
|
т, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(12.34) |
|
|
|
|
1+ T" .1 ( т ч а Д |
* |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Yг |
|
|
|
|
Yo |
|
|
|
|
|
|
(12.35) |
|
|
|
|
|
Д (s, |
I) |
|
|
|
|
|
||||
|
|
+ Y°J (- |
ds |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
в (S, |
s ) |
|
|
|
|
|
|
||||
§ 21 |
|
ЕДИНСТВЕННОСТЬ РЕШЕНИЙ |
465 |
|||
решаемых |
с |
начальными |
условиями х(0) = |
т0, у( 0) = уо |
||
( | т 0| < ° ° , |
О ^Ѵ о < °°). |
имеет |
единственное |
непрерывное, |
||
^-измеримое |
при каждом t решение, |
0 ^ t <1 Т. |
|
|||
Д о к а з а т е л ь с т в о . Пусть |
у At) |
и y2(t), |
— два |
|||
неотрицательных непрерывных решения уравнения (12.43). Тогда
I<У2\(0 t— У2 (0 I < |
|
|
s ) |) i ^ ( s) - ^ ( s ) I ds + |
||||
J О 0- ^ |
|
|
|||||
Г |
A](s, !) |
|
|
|
|
|
(12.44) |
+ |
ß2 (S| I) [у1(s) + У2 (s)] IУi (s) — у2 (s) I ds. |
||||||
Обозначим |
|
|
|
|
|
|
|
|
M s , | ) |
|
\ |
лг (s, £) |
|
||
rAs, Ю= Д і fli (s, l) | + |
A, (s, l) ) + |
[yx(s)+y2(s)]. |
|||||
Тогда неравенство (12.44) перепишется |
в следующем |
виде: |
|||||
|
|
t |
|
|
|
|
|
I Уі (t) — У2 (t) К |
J ГI (s, |
l) I y x(s) — y2 (s) I ds. |
|
||||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
Поэтому в силу леммы 4.13 |
|
|
|
|
|
||
|
P{yAt) = |
yi(t)} = |
\, |
0 |
|
|
|
и в силу непрерывности |
решений |
у At), |
У2Ц) |
|
|
||
|
Р{ sup |
I Уі (t) — y2(t) l = |
0> = |
1, |
|
||
|
0<f<T |
|
|
|
|
|
|
что и доказывает единственность непрерывного решения урав нения (12.43).
Пусть теперь |
xx(t) и x2(t) — два |
непрерывных решения урав |
||||||||
нения |
(12.42). |
Тогда |
|
|
|
|
|
|
||
x x(t) — x2 (t) = |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
t |
|
|
M 5>l) |
|
л , |
, |
УA) Ai A, l) |
|
|
|
J |
a, (s, l) |
-f |
|
[xx(s) — x2(s)] ds |
||||||
B(s, !) |
■Ai(s, I) +1 |
В'г (s, ! ) |
||||||||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и, следовательно, |
|
|
t |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
I * 1 (t) — |
x2 (t) К |
|
J r2 (s, |
I) IX, (s) — x2 (s) I ds, |
(12.45) |
||||
где |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M s>l) |
|
У A) A\{s, |
l) |
|||
r2(s, i ) = l |
aAs, £)l + |
Ai (s, l) + |
||||||||
В (s, !) |
B2(s, l) |
|
||||||||
