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

книги из ГПНТБ / Липцер Р.Ш. Статистика случайных процессов. Нелинейная фильтрация и смежные вопросы

.pdf
Скачиваний:
44
Добавлен:
27.10.2023
Размер:
20.66 Mб
Скачать

§ 1]

 

ТЕОРЕМА О НОРМАЛЬНОЙ КОРРЕЛЯЦИИ

 

 

497

2.

 

Пусть (Ѳ, g) =

[(Ѳ,,

 

0ft) (gj,

 

h)} — гауссовский век­

тор с тѳ = МѲ,

т%= Mg, £>0Ѳ= cov (Ѳ, Ѳ) =

M (Ѳ — m9) (Ѳ — т ѳ)‘,

Du =

cov (g, g) =

M (g — nii) (І щ У

и

 

Döi = cov (Ѳ, g) =

— M (Ѳ — т ѳ) (g — tni).

 

 

 

векторы Ѳ и g независимы и

Если

Dqi = 0, то (гауссовские)

 

 

 

Ф(э,Е) (z i> 2г) — Фѳ (~і)

(гг)>

 

 

 

 

где z i = { z lu

Zik), z2 = (z2,, .

 

zn)

и

 

 

 

 

 

 

 

Фѳ(2 і) =

ехР

izlmd -

T z;Dmz i

 

 

 

 

 

 

Ф5(22) =

ехР і г і т

і

2 2 2^ 5і 2 2

 

 

 

 

3.

 

Пусть

g = (|1, . . . .

g„) — гауссовский

вектор

с

т — Mg,

/? = cov(g, g). Тогда найдется гауссовский вектор е = (е,,

..

е„)

с независимыми

компонентами,

Ме =

0

и

соѵ (е, е) =

Е(Пхп),

такой,

что

 

g =

Д1/2е -f т.

 

 

 

 

(13.19)

 

 

 

 

 

 

 

 

Для

доказательства

введем

 

гауссовский

вектор *)

ѵ =

= (ѵ|,

. .. , ѵ„), не зависящий от

g, с

Мѵ==0,

соѵ (ѵ, ѵ) = £.

Положим Т =

Д,/2,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е = (Т+У (g — m) -\-{Е ТТ+)ѵ.

 

(13.20)

Поскольку векторы g и ѵ независимы, то вектор е также является гауссовским. Ясно, что Me = 0. Подсчитаем теперь ковариацию соѵ(е, е). Имеем

 

 

соѵ (е, е) =

Мее* =

(Т+)* RT+ + Т'Г) (Е — ТТ+).

Но

по

свойству

псевдообратных матриц

i E — ГГ+)* =

=

Е — ТТ+, (Е ~

ТТ+)2 = Е — ТТ+, а (Т+)* RT+=

(Т+)* Т Т Т +=

=

[(Г+)

Г ] [7Т+] =

7Т+. Поэтому

соѵ(е, е) = £,

что

доказы­

вает независимость компонент вектора е.

 

 

 

Далее, из (13.20) получаем

 

 

 

Ге = Г {Т+У (I — ш) + (Т* — Т*ТТ+) V =

 

 

 

 

 

=

(I - ш) - (.Е - Т (Т+У) (I - щ) + ( f -

Т Т Т +) V .

Но

f = T T T +

(свойство 7°), f

(Т+У = (Т+Т)* = Т+Т (свой­

ство

4°), а iE Т+Т)соѵ (g, g) iE Т+т)* — (Б Т+Т)(Т*Т) X

Х (£ — Т+Т) — 0,

что

и доказывает равенство

Д1/2е = g — m.

*) Здесь мы считаем, что исходное вероятностное пространство является достаточно «богатым».

498

УСЛОВНО-ГАУССОВСКИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

(ГЛ. 13

4. Пусть ln, п — 1,2,

— последовательность гауссовских

векторов,

сходящаяся

по

вероятности

к

вектору

Тогда

I также гауссовский вектор.

 

Rn = cov (g„, g„). Тогда, по­

Действительно,

пусть тп = М|„,

скольку P-lim£„ =

g и

I ехр[г'2 *|„]| <

1,

то

по теореме

Лебега

 

П->оо

 

 

 

 

 

 

 

о мажорируемой сходимости

 

 

 

 

 

hm exp

гг тп

 

 

— lim М exp [iz’ln] — М exp [iz%\.

П -> оо

 

 

 

П-*оо

 

 

 

 

Отсюда, в силу произвольности г, существуют вектор т и неотрицательно определенная матрица R такие, что

 

 

т — \\ттп,

 

Д = 1ітД„.

 

Значит,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М ехр [г'г*£] =

ехр iz*т - j z*Rz

 

что доказывает гауссовость

вектора

 

5.

Т е о р е м а 13.1

(теорема о нормальной корреляции)

Пусть (Ѳ,

|) =

([Ѳ1, . . . ,

в*],

[|i,

. . . , £/])— гауссовский

вектор с

 

 

т ѳ=МѲ,

 

 

 

Z)Ge =

cov(0, Ѳ),

£>Ѳ! =

соѵ(Ѳ, g), й ц = cov (|, I).

Тогда условное математическое ожидание М (Ѳ ||)

и услов­

ная ковариация

 

 

 

 

 

 

соѵ(Ѳ, Ѳ ||) =

М{[Ѳ — М (Ѳ |1)][Ѳ — М(Ѳ IDY 1|}

 

задаются

формулами

 

 

 

 

 

 

 

М (Ѳ 11) =

т ѳ +

D0sD j (I - т 6),

(13.21)

 

 

соѵ(Ѳ, ѲII) =

Dee ~

DtiDti (А*)’.

(13.22)

Д о к а з а т е л ь с т в о . Положим

 

 

Л =

(Ѳ — тѳ) + С (£, — ті),

(13.23)

где матрицу

C(k х ь

подберем

таким образом,

чтобы

Мт}(£ — ті)* =

0.

 

 

 

 

Если такая матрица существует, то она является решением

линейной

системы

ПѲІ +

СД|? =

0.

(13.24)

 

 

 

Если

Du — положительно

определенная матрица, то

 

 

 

 

C = - D eiD ^ .

(13.25)

В противном

случае можно положить

 

С — D e i D i i .

(13.26)

§ И

ТЕОРЕМА О НОРМАЛЬНОЙ КОРРЕЛЯЦИИ

499

 

 

 

с

Согласно свойству 3 из

п. 4 найдется гауссовский вектор е

Me = 0, Мее* = Е такой,

что

 

Тогда, обозначая Т — D\f, получаем

Dei = М [(Ѳ — тѳ) (%— mg)*] = M (Ѳ — тѳ) e*T = deiT,

где de£ — M (Ѳ — m0) e*. Следовательно,

Dei = dteT, DeiDtiDu = dee.T(TT)+ TT = deJ,

где мы воспользовались свойствами 1°, 4°, 5° псевдообратных матриц, согласно которым

Dti = (ТТ)+ = Т+Т+, Т(ТТ)+ ТТ = тт+т+ТТ =

= тт+{т+тУ т= (тт+Ут = тт+т = т,

т. е.

Dei — DeiDtiDu,

что и доказывает равенство (13.24) с С — — DeiDii. Итак, вектор

 

 

Л = (Ѳ — nie) D^Dii (1 — mi)

 

(13.27)

обладает тем

свойством,

что

Мг)(£ — щ У — 0.

таковым

же

Поскольку

(Ѳ, £)— гауссовский

вектор,

то

является и вектор г). Более

того, гауссовским

будет

и вектор

(г|, £), поскольку характеристическая

функция

 

 

 

Ф(ч, I) 0і> г2) =

м ехР ѴКч +

izlQ =

 

 

 

 

 

 

 

 

=

м exp {гг* |(Ѳ — me) + С (| — m?)] +

fe’i]

может

быть

записана

в

силу

гауссовости

вектора

(Ѳ, £)

в виде

(13.16).

 

 

 

0. Поэтому

согласно

свой­

Далее, Мц = 0 и Мц(^ — mg)* =

ству 2

из п. 4 гауссовские

векторы ч и ^ независимы. Следова­

тельно,

 

М Оч ! I) ~

Мл = 0

(Р-п. н.),

 

 

 

 

 

 

 

 

что вместе с (13.27) приводит к формуле (13.21).

 

что

Для

доказательства

представления

(13.22)

заметим,

Ѳ— М(Ѳ|£) =

г|> а в силу независимости

|

и ч

 

 

 

 

соѵ (Ѳ, Ѳ11) =

M (трі* I £) =

Mrpi*

 

(Р-п. н.).

(13.28)

Но

согласно (13.27)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М трі* =

Dee +

D e \ D iiD i iD ii D e i — 2 Д ѳ |Д ^ Д ||Д ^ Д ѳ і =

 

 

= DqqDe\DiiDiiDiiDe\ = Dee — DeiDfiDeg, (13.29)

500

у с л о в н о -г а у с с о в с к и е п о с л е д о в а т е л ь н о с т и

[ГЛ. 13

 

где мы воспользовались тем, что согласно свойству 1°

D tiD i'P ii — D ii.

Из (13.28) и (13.29) получаем искомое представление (13.22)

для соѵ(Ѳ, ѲІЮ-

 

1. Если

k == 1=1

и D |> 0 ,

то

 

 

6.

С л е д с т в и е

 

 

 

 

М(Ѳ II) =

 

 

 

 

соѵ (Ѳ, 1) ,

 

(13.30)

 

 

 

мѳ + -

Dl

 

''| - M | ) ,

 

 

 

D(0

 

 

rm cov2 (Ѳ>1)

,

 

(13.31)

 

 

II) =

 

D0

 

 

D|

 

 

 

 

 

 

!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- М(Ѳ

II)]2 ID

 

 

 

 

 

 

 

 

где D (Ѳ II) =- М {[Ѳ —

 

 

 

 

 

и вводя

 

 

 

Полагая

=

+

V DO,

 

 

 

+

 

/ D |

коэффициент

корреляции

 

 

 

„ _

соѵ

 

 

I)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

формулы (13.30) и (13.31) можно переписать

в следующем

виде:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М (Ѳ||) =

 

МѲ +

р - ^ ( |- М |) ,

 

(13.32)

 

 

 

D (Ѳ II) =

(Tg(l — р2).

 

 

(13.33)

С л е д с т в и е

2.

Если

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ѳ= öi8[ +

 

b2e2,

I =

 

-j- В2е2,

 

 

 

где

ги е2 — независимые

 

 

гауссовские

величины

Mei =

0,

De* — 1, і

1,2,

а В] +

В\

>

0,

то

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М (Ѳ ||):

b\B\ -f- b2B2

 

(13.34)

 

 

 

 

 

b

\

+

b \

I,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D (Ѳ 11) =

( B

l b 2

Ь \ В г

 

(13.35)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В \

+

В \

 

 

 

С л е д с т в и е

3.

Пусть

случайные

величины

(Ѳ, |

ь . . . ,

| /)

образуют гауссовский вектор, причем

| ь . . . , | г

независимы

и

D|f >

0. Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М(Ѳ|І„

.... |,)=МѲ +

 

У ^ І і ) ( | . - М Ы .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

і=1

 

 

 

 

 

В частности,

если МѲ =

М |г = 0 ,

то

 

 

 

 

 

§ 1]

 

ТЕОРЕМА О НОРМАЛЬНОЙ

КОРРЕЛЯЦИИ

 

501

 

 

 

З а м е ч а н и е .

Пусть [0,

|]=[(0,,

.. .,

0*), (|„

.. ., |,)] — слу­

чайный

вектор,

заданный

на

вероятностном

пространстве

(Q, SF, Р). Пусть S некоторая ст-подалгебра

SF, Ss

. Пред­

положим, что (Р-п. н.) условное (при

условии

S) распределе­

ние вектора (0, |)

является гауссовским

со

средними

М(Ѳ|^),

М(ІІ^)

и

ковариациями

с?п =

соѵ(Ѳ,

Q\S),

öfi2 = cov(0, g j^),

d22 = cov (|,

| |S?).

Тогда вектор условных математических ожи­

даний М (Ѳ ||, S) и условная матрица ковариаций соѵ(Ѳ, Ѳ| \,S)

задаются (Р-п. н.)

формулами

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М (0 II, S) =

М (0 \S)+

dud&ll - М (| \S)],

(13.36)

 

COV (0, 0 ||,

S) =

du d\2&22&\2'

 

 

 

 

(13.37)

Этот

результат,

доказываемый

так

же,

как и в

случае

S{0,

Q}, будет

в дальнейшем неоднократно использоваться.

7.

Т е о р е м а

13.2.

В предположениях теоремы 13.1 условное

распределение *) Р(Ѳ<Д ||)

является гауссовским с параметрами

М (Ѳ lg),

cov(0,0 II), задаваемыми формулами (13.21),

(13.22).

Д о к а з а т е л ь с т в о .

Достаточно

показать,

что условная

характеристическая

функция

 

 

 

 

 

 

 

М (ехр[г'2 *Ѳ] II) =

exp(гг*М (0 ||) — ~2'*соѵ(Ѳ, 0 | | ) г).

(13.38)

Согласно (13.27), (13.21)

Ѳ= me + DiqDii (I — М|) + 0 = М (Ѳ 11) + г\,

где гауссовские векторы | и ті независимы. Поэтому

М (ехр [/гі'Ѳ] 11) = exp [/z*M (Ѳ 1|)] М (exp [гХц] 1|) =

=exp [iz*M (0 II)] M exp [ТгТ}] =

=exp [г'г’М (0 11) — -j z’ cov (Ѳ, 0 1£) z].

З а м е ч а н и е . Пусть матрица cov(0, 0 11) = £>ѳѳ —

положительно

определенная. Тогда

 

у функции распределения

Р (0

11) =

Р (0) <

Xj, . .. ,

0* < xk 11) существует (Р-п. н.) плот­

ность

 

 

 

 

 

 

 

- 1/2

 

 

n

 

[det (°ѳѳ -

%*>«%]

 

 

 

X

p{Xl, . . . , x k I D -

 

(2п)Щ

 

X

exp { -

і-

-

М (0 11))* [Дѳѳ -

DnD&Dli] ' (х - М (0 1£))}.

 

 

 

 

 

 

 

 

(13.39)

*) Под {Ѳ<Д подразумевается событие {0t< .........

& k ^ X k ) .

502

 

у с л о в н о -гауссовск и е посл едовател ьности

[ГЛ. 13

8.

 

Теорема о нормальной корреляции позволяет легко уста

новить следующие вспомогательные предложения.

 

Л е мма

13.2. Пусть Ьи Ь2, Ви В2 — матрицы порядков k у k,

k y i ,

І У k,

I У I соответственно и

 

 

 

 

 

 

 

 

b о b = Ьф\ + ЬФъ

 

 

 

 

 

 

 

 

b ° В =

b\B{ + &2Д2,

 

 

(13.40)

 

 

 

 

 

В о В = В\Ві -f- B2 B2 .

 

 

Тогда симметрическая матрица

 

 

 

 

 

 

 

b ° b - { b ° B ) { B ° B ) +{boB)'

 

(13.41)

является

неотрицательно определенной.

 

 

 

Д о к а з а т е л ь с т в о .

Пусть е1= [ец ,

. ..,

e]É],

е2 = [е2І, ...

. . . ,

е2;] — независимые

гауссовские векторы

с независимыми

компонентами,

Мег/ =

0,

Dei;= l .

 

 

 

Положим

 

 

 

Ѳ=

bxе, + Ь2г2,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I =

ßjEi + В2е2.

 

 

 

Тогда согласно

(13.22)

 

 

 

 

 

 

 

b о ь - {Ьо В)

о В)+ о В)" =

соѵ (Ѳ, Ѳ ІІ),

что

и

доказывает

лемму,

поскольку

матрица

ковариаций

соѵ(Ѳ, ѲII) является неотрицательно определенной.

 

Л е м м а

13.3. Пусть

Р(пхп)> P(mxm) неотрицательно опре­

деленные симметрические матрицы и Q(mxn)—произвольная мат­ рица.

Тогда система линейных алгебраических уравнений

 

 

+

Q*PQ) X — Q*Py

 

 

(13.42)

разрешима (относительно x) для любого вектора

у — (г/,,

. . . ,

ут)

и вектор

 

 

 

 

 

 

 

 

x ^ i P + Q'PQ^Q'Py

 

 

(13.43)

является одним из ее решений.

Ѳ— (Ѳь . . . .

Ѳт ), е =

(е1, ...

Д о к а з а т е л ь с т в о .

Пусть

. . . , е„) — независимые

гауссовские

векторы

с

МѲ — 0,

соѵ(Ѳ, Ѳ)=Р, соѵ (е, г) = Е.

Положим

g = Q*Q+

R]/2&.

Тогда

А)і = соѵ(Ѳ, i) = PQ, D || =

cov(|,

!) =

/? + Q*PQ,

причем,

как

доказывалось в теореме 13.1, система

/)ѳ? + С йц = 0

разрешима относительно

С

и

C — —-DbiD^. Применительно

к рассматриваемому случаю это означает, что система

 

 

PQ + C(P + Q*PQ) = 0

 

 

(13.44)

разрешима относительно С и С = — PQ[P + Q*PQ]+.

§ 1]

ТЕОРЕМА О НОРМАЛЬНОЙ КОРРЕЛЯЦИИ

503

 

Из

разрешимости системы

(13.44) следует

и разрешимость

(относительно С*) сопряженной системы

 

 

 

 

Q7> + [/? +

Q*PQ]C* =

0.

 

(13.45)

Пусть теперь у — произвольный вектор.

Положим х = — С*у.

Тогда,

умножая (13.45) на ( — у), получим (/? +

 

Q*PQ) х = Q*Py,

что и доказывает лемму.

(Ѳ, (t), . . . , Qn(t)),

 

t — 0,1.........—

Л е м м а 13.4. Пусть 0, =

 

гауссовский марковский процесс с вектором математических

ожиданий г(^) =

МѲ< и корреляционной матрицей

R(t,

s) =

M № - r ( t ) ) ( e s - r ( s ) n t, s =

0, 1, ...

Тогда найдется последовательность независимых гауссовских

векторов е (/) = (е, (/), . . . ,

en(t)), * >1 ,

с Ме ^ О и М&fit^E(nxn)

таких, что

 

 

 

 

 

Ѳ ж = И * +

1 ) - Ж * + 1,

t)R+(t,t)r(t)} + R( t +

1, 1 )R+(t,t) Qt +

+ [R(t +

h t + l ) - R ( t + I, t)R +(t, t)R'.(t+

1, t)]Xß e ( f + 1).

Д о к а з а т е л ь с т в о .

Положим

Vt+i — Ѳ/+і — M (Ѳ*+і | ѲД

По теореме

о нормальной

корреляции

 

 

М[Ѳ<+і |Ѳ,] = r { t + \) + R { t + 1, t )R+(t, t)(Qt - r(t)) .

Отсюда следует, что векторы Vt,

 

1, являются независимыми

гауссовскими. Действительно, при

t > s в

силу

марковости

процесса (ѲД / == 0,

1, . ..,

 

 

 

 

 

 

М [Ѳ, -

М (0, I Ѳ,_,) I Ѳ„ Ѳа_,] -

м [ѳ, 10J -

М [Ѳ, 10J =

о,

и, следовательно,

 

 

 

 

 

 

 

MVtVl = М [(Ѳ/ -

М (Qt I Ѳ/_,)) (Ѳя -

М (0, | Ѳ,_,)Л =

 

 

=

м {М [Ѳ, -

М (0, I ѳ,_і) IѲ„ Ѳ,-,] [Ѳ, -

М (Ѳ,| Ѳ,_і)П = 0.

Аналогично проверяется равенство

М ИД ,— 0 при

t <

s.

Далее, из (13.22) находим, что

 

 

 

 

W t+iVt+i = R ( t +

1, t

1) — R(t

1, t) R+ (t, t) R

(t

1, t).

Значит, в силу свойства 3 для

гауссовских векторов найдется

гауссовский

вектор

еі+і такой, что (см. (13.19))

 

 

У/+! = [* (* +

U

+

1) — /?(/ + l , t ) R+(t,t)R>(t + l,t)\'/2B(t+ 1),

 

 

 

Ме;+і = 0,

cov (e/+i, б/+і) =

Е.

 

 

Н е з а в и с и м о с т ь г а у с с о в с к и х в е к т о р о в e^, / = 1 , 2 , . . . , с л е д у е т

504

УСЛОВНО-ГАУССОВСКИЕ

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

(ГЛ. 13

 

из независимости векторов Vt, t = 1,2,

.. .,

и способа построе­

ния векторов et в соответствии с формулой (13.20).

 

 

Требуемое рекуррентное уравнение для Ѳ, вытекает теперь

из формул для

Vt+i и

представления для условного математи­

ческого ожидания М(Ѳ*+і|Ѳ,).

 

 

 

 

 

 

§ 2. Рекуррентные уравнения фильтрации

 

 

для условно-гауссовских последовательностей

 

 

1. Пусть на вероятностном

пространстве (Q, , Р)

задана

частично наблюдаемая

случайная последовательность (Ѳ, g)=

= (Ѳ„ It), t — 0,

1 ,. ..,

 

 

 

 

 

 

 

 

Ѳ, = (Ѳі(0, . ...

ѳ

к 0( ),

h ^ i h i t ) ,

. . . .

hit)),

 

определяемая рекуррентными уравнениями

 

 

 

Ѳ/+і — ао it, g) +

Я] it, |)Ѳ, +

b{(t, |)e, (t +

1) +

b2(t,

|)e 2(/ +

1),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(13.46)

I/+1 — A)(/, І) +

At it, I) Ѳ, +

B{ (t, g) 8j (/ +

1) + B2 it, g)e2 it + 1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(13.47)

Здесь e,(0 = (en (4 ..., elk(t)), e2(t) = (e21it), ..., e2/(/)) — неза­ висимые гауссовские векторы с независимыми компонентами, каждая из которых нормально распределена, N (0, 1),

 

 

 

а0 it,

I)

(а0, it, g),

...,

О-ok it, g))>

 

 

 

 

AQ(t,h = iA(nit,Z),

. . . .

Aol(t,h)

 

вектор-функции и

 

 

sbf! it, g) I,

 

 

bl it,

і) =

II ьУ, it, 1) II,

h

it, 1) =

ß, it, I) =

IIM? it, І) |,

B2 it,

i) =

II B?l it, l) I

I a, (t, g) =

1aty it, I) II,

A \(t, g) =

|| A?} it, g)||

— матричные

функции,

имеющие

порядок k \ k ,

kX, l , l~Xk,

l УК. I,

k X k,

l X k соответственно.

 

 

 

 

Любой из элементов этих вектор-функций и матриц пред­ полагается неупреждающим, т. е. tF\ = o {g0, ..., g^-измеримым

для каждого t = 0, 1, ...

Система (13.46), (13.47) решается при начальных условиях (Ѳ0, Іо), гДе случайный вектор (Ѳ0, g0) предполагается незави­ сящим от последовательностей (е,, е2) = [е, (t), е2(/)], /==1, 2, Относительно коэффициентов системы (13.46), (13.47) и на­

§ і

)

 

 

РЕКУРРЕНТНЫЕ

УРАВНЕНИЯ

ФИЛЬТРАЦИИ

 

 

ggg

чальных

условий

(00, | 0)

на

протяжении всей главы будут при­

няты следующие допущения:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(I)

Если

g(t,Q — любая

из

функций *) аОІ, Л0/,

М/,

bfj, В{ц,

В?}, то

 

Ml g(t, 5) р<оо,

 

/ =

0 , 1 , . . . ;

 

 

(13.48)

 

 

 

 

 

 

 

 

(II)

с вероятностью единица

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( II I)

М (II ѳ0IP + II ІоII2) <

оо,

где

для

х = (хи . ..,

хп)

 

 

 

 

 

 

 

\ \ x \ f = y i x]-,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1=1

 

 

 

 

 

 

 

 

( IV ) условное распределение

Р(Ѳ0<7а|£а)

является

(Р-п. н.)

гауссовским.

 

 

(III)

вытекает, что при любом / < оо

 

Из предположений (I)

 

 

 

 

 

M (||e j2 +

||U 2) <

оо.

 

 

 

(13.49)

 

2.

 

Последовательность (Ѳ, |)

предполагается частично наблю

даемой, и задача фильтрации для нее состоит в построении

оценок

для

ненаблюдаемых

 

значений

Ѳ,

по

наблюдениям

U = ( k ........ !,)• Пусть Ft,(o) =

P(0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м (Ѳ, I srf).

у,

=

м [(Ѳ, -

m,) (Ѳ, -

m,y | Г \\.

Очевидно, что в силу предположения (13.49) апостериорное

среднее

m, =

(m,(/), . . . ,

 

(/))

является

оптимальной

оценкой

среднеквадратическом

смысле)

вектора

Ѳ,

по

значениям

іо=

о’

• • ■> І*]’

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S p M Y , =

 

М [ Ѳ , ( 0 —

m , ( О ] 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дает величину ошибки оценивания.

 

 

 

 

 

 

 

 

В случае произвольной частично наблюдаемой последова­

тельности (Ѳ, £)

отыскание

вида

распределения

Fpt{a) и его

параметров

mit

yt представляется

весьма

 

 

SQ

задачей.

трудной

Однако для последовательностей (Ѳ, £),

управляемых системой

(13.46), (13.47), при дополнительном предположении гауссовости

условного распределения

 

Р(Ѳ0^ а | | 0),

решение задачи филь­

трации (т. е. отыскания mt и у,) становится эффективным.

 

В основе этого лежит следующий

 

результат,

аналогичный

теореме

11.1

для

случая непрерывного

времени.

 

 

 

*) Для простоты записи иногда мы опускаем аргументы у рассматри­ ваемых функций.

506

УСЛОВНО-ГАУССОВСКИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

[ГЛ. 13

Те о - р е ма 13.3. Пусть выполнены предположения (I) — (IV). Тогда последовательность (Ѳ, £), управляемая системой (13.46), (13.47), является условно-гауссовской, т. е. условные распреде­ ления

 

Р (Ѳ0^ ао’ • • •'

^ a t I

 

являются

(Р-п. н.) гауссовскими

для

каждого t = 0,

1, ...

Д о к а

з а т е л ь с т в о . Установим

сейчас лишь

гауссовость

условного распределения Р(Ѳ<^ я | 5 г |). Для целей фильтрации,

рассматриваемой в этом параграфе, этого достаточно. Доказа­ тельство для общего случая будет дано ниже, в п. 6 § 3.

Доказательство будем вести по индукции. Предположим,

что распределение

F^t (а) = Р(Ѳ, <1 а 1 н о р м а л ь н о , N{mt, y^ .

В

силу

системы

(13.46),

(13.47)

условное распределение

Р(Ѳ<+І 5^ а,

| /+і ^

х) 5Г), Ѳ, = è) является

гауссовским с

векто-

ром

математических

ожиданий

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

aQ+ a{b \

 

 

 

 

 

A j

+ A lb_=( A q +

A{bJ

(13.50)

и матрицей

ковариаций

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( b o b

boB\

 

(13.51)

 

 

 

 

 

B

\ ( b o

в у

BoBJ

 

 

 

 

 

 

где b ° b b\bi + bib?,

bo В biBi + ЬгВъ,

В° В — В\В\ + В%В\,

Пусть ѵ, = (Ѳ„ | (),

г = (ги . . . ,

z k+L). Тогда условная

харак­

теристическая функция вектора ѵ/+1 задается формулой

 

М(ехр[г2 *ѵі+1] J3~\,

Ѳ4) =

 

 

 

 

 

 

 

: ехр \іг '

(Л0 (t, I) +

Л, (t,

£) Ѳ,) -

\ г*В (t, \) 2 .

(13.52)

По предположению

индукции

 

 

 

 

 

M (exp[iz*(^(f, i)0 t) J |^ ) =

 

 

 

 

 

 

■exp iz

А , (t,

i) m t -

2 * (Л, (t, I) ytA\ (t, £)) z)

(13.53)

Из (13.52) и (13.53) получаем

М(ех р [гг\+1]|^~|) =

=exp [iz (Aä (i, l) + Л, (t, I) mt) — у z*B (t, g) z ~

-у z* ( ^ ( U ) yHI(*. &))*].

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ