книги из ГПНТБ / Липцер Р.Ш. Статистика случайных процессов. Нелинейная фильтрация и смежные вопросы
.pdf§ 21 |
ЕДИНСТВЕННОСТЬ РЕШЕНИЙ |
467 |
1) |
для любых X, г / е С г |
|
|
t |
|
|
I g(t, x) — g {t, у) I2 < Lx J (xs — ysf dK (s) + |
L2(Xt — г/г)2; |
|
о |
|
2) |
g* (t, *) < L, J (1 + xl) dK (s) + L2(1 + X*), |
|
|
6 |
|
где К (s) — некоторая неубывающая непрерывная справа функ ция, 0 ^ K { s ) ^ l , Ly, L2— константы,
3) |
|
I üy(t, x ) \^ L y , |
I Ay (t, |
x) I< L2; |
|
|
|||||
4) |
M (0Qrt + |
lg”) < |
oo для некоторого |
целого |
n ^ |
1. |
|
||||
Тогда система уравнений {12.1), (12.2)ылгеег непрерывное силь |
|||||||||||
ное решение. Это решение единственно, |
и |
sup |
М (Ѳгп + |<") < оо. |
||||||||
Д о к а з а т е л ь с т в о . |
Утверждение |
о < г < г |
|
доказывается |
|||||||
теоремы |
|||||||||||
так же, как и в одномерном случае (теорема 4.9). |
|
||||||||||
3. |
Рассмотрим теперь |
вопрос |
о |
совпадении |
а-алгебр |
||||||
и SF\°‘w, |
|
где |
W = {Wi, |
£Гг)— винеровский |
процесс |
||||||
с дифференциалом (см. 11.27)) |
|
|
|
|
|
|
|
||||
dWt — B~l (t, |
|
|
l) + |
Ay(t, |
l) m t)dt), r |
0 = 0. |
(12.47) |
||||
Согласно (12.29), |
(12.30) и |
(12.47) |
процессы mt, |
%t, yt, |
|||||||
образуют слабое решение системы уравнений
|
|
|
|
Ууду (t, l) |
|
||
dmt = |
[а0 {t, |
g) + |
ay (t, g) mt\ dt + |
b2(t, l) + |
в |
(t, i) |
dWt, |
dlt = |
[A0 (t, |
g) + |
A, (t, g) mt] dt + B (t, g) dWt, |
|
|
(12.48) |
|
Yr |
|
|
b9 ( t , l ) |
yt + b\{t, g) |
A i u i ) |
||
ayit, & |
- - Щ - Ю |
В Ң Ц |
l ) |
||||
решаемой при заданных m0 = M (Ѳ01g0), g0 и y0 = |
M [(Ѳ0 — m0)21У- |
||||||
Изучим вопрос |
о существовании |
сильного |
решения у этой |
||||
системы уравнений. Положительное решение этого вопроса
позволит нам установить факт |
совпадения сг-алгебр ЗГ\ и |
w, |
что в свою очередь |
будет говорить о том, что (обно |
|
вляющий) процесс W и g0 содержат в себе ту же самую «ин
формацию», что и наблюдаемый процесс g. |
х), |
|||
Т е о р е м а |
12.5. |
Пусть |
функционалы ау(і, х), Ai(t, |
|
bj(t, х), B ( t , х), |
і — 0, |
1; j — |
1, 2, удовлетворяют условиям |
1) |
4S8 |
ФИЛЬТРАЦИЯ УСЛОВНО-ГАУССОВСКИХ ПРОЦЕССОВ |
[ГЛ. 12 |
||||||||
и 2) |
теоремы |
12.4. |
Пусть |
также |
у0 — у0(х), |
at {t, |
х), |
At {t, х), |
||
bj(t, |
X) и В~] (t, |
х) |
{і — 0, 1; |
/ = 1 , |
2) |
равномерно |
ограничены. |
|||
Тогда система уравнений (12.48) |
имеет, и притом единствен |
|||||||||
ное, |
сильное (т. е. SFntl" ъ’ |
w-измеримое при |
каждом |
і) реше |
||||||
ние. |
При этом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
0 < f < 7 \ |
|
|
(12.49) |
||
Д о к а з а т е л ь с т в о . |
Пусть х е С г |
Рассмотрим |
уравнение, |
|||||||
которому удовлетворяет |
yt = yt(x): |
|
|
|
|
|
||||
|
|
t |
|
|
|
|
Â\ (s, x) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
\ t (x) = YoW + |
2ä[ (s, x) ys( x ) b ] ( s , |
x ) ~ B2 (s, X) YI (x) ds. |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(12.50) |
Уравнение (12.50) является уравнением Риккати, причем его (неотрицательное непрерывное) решение существует и един ственно для каждого х <= Ст(ср. с доказательством теоремы 12.3).
Из (12.50) нетрудно |
вывести, |
что |
|
|
|
|
|
||
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
Iо |
х) ds |
|
Yo(*)+ |
|
|
|
|
|
|
J 2ä, (s, |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
S |
|
|
bi (s, |
x) ds |
|
|
|
|
|
2 J â, (и, |
x) du |
||||
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
В силу сделанных предположений отсюда |
вытекает, что |
yt (х) |
|||||||
равномерно ограничены по х. |
|
|
|
|
|
Лип |
|||
Покажем, |
что функция |
yt (x) удовлетворяет условию |
|||||||
шица: |
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I Yt (х) — Уі(у) I2 < L J \xs — ys I2 dK (s), |
x0= y0, |
|
|
||||||
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
с некоторой неубывающей непрерывной справа функцией |
К (s), |
||||||||
0 < ^ ( s ) < 1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Из (12.50) |
получаем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
Vt(x) — y t (y) = |
j {2[«! (s, x)ys (x) — äl (s, y ) y s (y)] + |
|
|
|
|||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A]{s, |
X) |
Ä\ (s, у) |
|
|
|
|
|
+ [ ^ ( s>x)—b\ (s, г/)]—_B2(s, |
x) |
Ys (x) ■ B2(s,y) |
Vl(y)b |
j ds. |
(12.51) |
||||
470 |
ФИЛЬТРАЦИЯ УСЛОВНО-ГАУССОВСКИХ ПРОЦЕССОВ |
[ГЛ. 12 |
||
Рассмотрим теперь |
первые два |
уравнения системы |
(12.48), |
|
в которые |
подставлено |
yf = yt (l), |
являющееся, как показано |
|
выше, непрерывным равномерно ограниченным решением третьего уравнения этой системы:
dmt = [aQ{t, Ю+аДБ l)m,]dt + [&,(f, g)+ д1^ ’Jy У, (В dW„
(12.56)
dl, = [А0 (t, l) + Л, (t, I) mt] dt + B (t, |) dWt.
Согласно предположениям |
теоремы и установленным свой |
|||||
ствам функционала yt {x) система уравнений (12.56) |
обладает |
|||||
единственным сильным (т. е. |
5о’ ^-измеримым при каждом t) |
|||||
решением |
(см. |
замечание к |
теореме 4.6). |
Но /п0 = |
М(Ѳ0| | 0) |
|
£Го-измеримо. |
Поэтому |
tF?°'1о’ w = STf’ w, |
O ^ t ^ T . |
Следова |
||
тельно, l, |
при каждом t |
3~\" ^-измеримы. |
|
|
||
Итак, $f \ £ ST)"’W■ Справедливость же обратного включе ния, w, следует из конструкции обновляющего про
цесса W (см. (12.47)). |
|
|
|
|
|
|
||
Теорема доказана. |
|
что |
в схеме Калмана—Бьюси |
|||||
З а м е ч а н и е 1. |
Отметим, |
|||||||
a0(t, |
x) = |
a0(() -f |
a2(t) xt, |
a, (t, x) = |
a, (/), |
|
||
A0(t, |
x) = |
A0(t) + |
A2(t)x„ |
Ai (t, |
x) = |
Л, {t), |
(12.57) |
|
В {t, |
x) — B {t), |
bi (t, |
x) = |
bt (t), |
i = |
1, 2. |
|
|
В этом случае коэффициенты в уравнении, определяющем у(, являются детерминированными функциями, а уравнения для mt и %, имеют следующий вид:
dl, = [Л0 (t) + А { (t) т, + А2 (t) | (]dt + В (t) dWt.
Эта система имеет единственное сильное решение в тех же самых предположениях, при которых были выведены уравне ния фильтрации Калмана —Быоси (см. (10.10), (10.11)). Поэтому
в этом случае 3~\ = |
5F\"W, О ^ ^ ^ Г . |
|
З а м е ч а н и е |
2. |
Равенство 3~\ = SFV w остается справедли |
вым и в случае |
многомерных процессов Ѳ и £ (с очевидными |
|
изменениями в условиях теоремы 12.5, вызванными много мерностью процессов Ѳ и |), рассматриваемых в следующем параграфе.
474 |
ФИЛЬТРАЦИЯ УСЛОВНО-ГАУССОВСКИХ ПРОЦЕССОВ |
[ГЛ. 12 |
|||
|
|||||
винеровский процесс (относительно (ЗГ\), 0 ^ . t ^ T ) , |
|
||||
|
|
t |
|
|
|
Qt (a, Wx,\) — Ф, (l) |
а + J Ф5 1{%) й0 (s, I) ds + |
|
|
||
+ |
j Ф7' Ш bx (s, £)dWi (s) + J Ф7' (£) b2 (s, l ) B~l (s, |
l) dl5 |
|||
|
о |
0 |
|
|
|
|
= 5, (/, l) Ф, (£), |
Фо (i) = E[kxk) |
|
||
|
So(U x) = |
a0 {t, x) — b2 (t, x) B~l (t, x) A0 {t, x), |
|
||
|
5] (t, X) = |
a, (t, x) — b, (t, x) B~l (t, x) Ax(t, x). |
|
||
С помощью формулы (12.63), так же, как и в случае одно |
|||||
мерных |
процессов |
Ѳ и £, сначала |
проверяется гауссовость |
||
условных распределений |
|
|
|
||
|
Р(9„«<Ѵ #7ift)<ä',. |
»7i ( y < |
» . i ; r a |
|
|
пределений |
а затем устанавливают |
гауссовость рас |
|||
|
|
|
|
||
......
3. Предположим также, что наряду с (I) — (VII) выдолнены условия:
(VIII) |
|аФ(г, |
* ) | < L , |
) Л) уа , х ) ] <1; |
|
|
|||
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
(IX) |
j М [ < (t, £) + (hfl (t, £))4 + (bfl 01, g))4] dt < |
oo; |
|
|||||
|
0 |
|
k |
|
|
|
|
|
(X) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м Ц ѳ 1 ( 0 ) < о о . |
|
|
|
|
||
|
|
|
i=I |
|
|
|
|
|
Следующий результат является многомерным аналогом |
||||||||
теорем |
12.1 и |
12.3. |
Пусть |
выполнены |
условия |
|
|
|
Т е о р е м а |
12.7. |
(I) — (IV), |
||||||
(VIII) — (X). |
Тогда вектор |
mt = М (Ѳ, | |
|
и матрица |
yt — |
|||
— М {(Ѳ^ — mt){®t — mt) \@~t} |
являются |
единственными |
непре |
|||||
рывными, ЗГ^-измеримыми при каждом |
t |
решениями системы |
||||||
уравнений |
|
|
|
|
|
|
|
|
dmx= [а0 {t, g) + ах (t, £) mt] dt -f |
|
|
|
|
||||
|
+ |
[(6 о В) (t, |
£) + Ъ А\ (t, 1)] (В о В )-1(t, I) X |
|
|
|||
|
|
X \dlt — (A0{t, l) + |
Ax(t, l)m t)dt], |
(12.66) |
||||
Yt = ai (В ЮVt + YfO[ (t, |
І) + (b o- b) (t, І)—[(b о В) (t, l) + ytA\ (t, £)] X |
|||||||
|
|
X (b о B)~1(t, |
g) [(6 о В) (t, g) + ytA\ (t, |
g)] |
(12.67) |
|||
§ 3 ] |
УРАВНЕНИЯ ФИЛЬТРАЦИИ В МНОГОМЕРНОМ СЛУЧАЕ |
475 |
с |
начальными условиями т0 — М (Ѳ01£0), у0 = М {(Ѳ0 — m0)X |
|
X ( 9 o - ^ o ) * I U -
Если при этом матрица у0 положительно определена, то
таковыми же будут и |
матрицы yt, 0 < |
t ^ |
Т. |
Д о к а з а т е л ь с т в |
о этой теоремы |
в |
части, касающейся |
вывода уравнений (12.66), (12.67), совпадает с соответствующим
доказательством |
теоремы 12.1, проводимым для компонент |
т, V) = М (Ѳ, (t) I |
уц (t) = М {[Ѳ, (t) - mt (/)] [Ѳ, (t)~m/ (/)] | Г}}. |
Единственность решений системы (12.66), (12.67) доказывается, как и в теореме 12.3.
Остановимся на доказательстве последнего утверждения
теоремы. |
|
|
|
|
yt существуют обратные матрицы |
|||||
Покажем, |
что |
у матриц |
||||||||
bt = |
y j x, |
|
|
Ясно, |
что при достаточно малых значениях |
|||||
t = t(со) такие |
матрицы существуют |
в |
силу |
невырожденности |
||||||
матрицы уд и непрерывности (Р-п. н.) |
элементов матрицы у, по t. |
|||||||||
Пусть |
T = |
in f{^^7 ’: |
dety<= 0}, |
|
причем |
т = |
оо, если |
|||
inf |
defy, |
> 0 . |
Тогда |
при |
t < x / \ T |
определены |
матрицы |
|||
bt — y f 1- Заметим |
теперь, |
что для t < |
т А Т |
|
|
|||||
0 = - ж Е = = і т (ѵА)= у А + у А = YА + 6 Т %
Поэтому |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ö /= -ö /V A . |
|
|
(12.68) |
||
Учитывая уравнение (12.67), отсюда получаем, |
что для t < т А Т |
|||||||
bt = - ä \ (t, i) bt - |
btä{ (t, i) + |
a ;(t, i) (в о в ) - 1(t, |
i) Aj (t, i) - |
|
||||
- öt [(b о b) (t, |
l) — (b° B) {t, I) (ß о ß ) - 1(t, g) (Ь° B f |
{t, i)] 6„ |
(12.69) |
|||||
где ä, (t, x) = |
a, (t, |
x) — (b° B) (t, |
x) (ß ° ß)_1 (t, x) A, (t, x). |
|
||||
На множестве {cö: |
x ^ T } |
элементы матрицы bt должны воз |
||||||
растать при |
t f т. |
Покажем, что на самом |
деле все элементы |
|||||
матриц öt ограничены. |
|
|
|
|
|
|||
Обозначим Gt (l) |
решение |
матричного |
дифференциального |
|||||
уравнения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Щ Р - = |
a, (t, g) G, (Ю, Go (І) = |
E(k X *)• |
(12.70) |
||||
Матрица Gt (l), являясь фундаментальной матрицей, как хорошо известно, невырождена.
