Kálmán-szűrés. Korszerű matematikai módszerek a geodéziában 2014.03.10.



Hasonló dokumentumok

9. LINEÁRIS TRANSZFORMÁCIÓK NORMÁLALAKJA

Szakács Jenő Megyei Fizikaverseny

Ftéstechnika I. Példatár

Műszaki folyamatok közgazdasági elemzése Előadásvázlat november 06. A közgazdaságtan játékelméleti megközelítései

Gyakorló feladatok Anyagmérnök hallgatók számára

ÉRVÉNYES: JÚNIUS -IG ÉS 1-T L 1.a. 1.b. 1.c. 2.a. 2.b. 2.c. 3.a. 4.a. 1.d. 3.b. 2.c. 1 Budapest Hegyeshalom Rajka

Megoldások. Árváltozás i p p Őszibarack (kg) ,5 Brazil kávé (kg) ,7 Sütőtök (db) ,56

ANOVA. Egy faktor szerinti ANOVA. Nevével ellentétben nem szórások, hanem átlagok összehasonlítására szolgál. Több független mintánk van, elemszámuk

Furfangos fejtörők fizikából

Haladó. Jegyzet: Brealey/Myers: Modern vállalati pénzügyek II.

A kvantummechanika általános formalizmusa

Tartalomjegyzék 2. fejezet. Egykomponensű rendszerek kémiai termodinamikája FSz szint

Példa az elhangzó beszéd IPA szerinti fonetikus lejegyzésére

Fuzzy rendszerek. A fuzzy halmaz és a fuzzy logika

WIL-ZONE TANÁCSADÓ IRODA

Tartóprofilok Raktári program

NYOMKÖVETÉS KIÍRÁSSAL: LISTÁK

oktatási segédlet Kovács Norbert SZE, Gazdálkodástudományi tanszék október

VALÓS SZÁMOK MEGKÖZELÍTÉSE TÖRTEKKEL

Síkbeli csuklós szerkezetek kiegyensúlyozásának néhány kérdése

6. Bizonyítási módszerek

A szilárdságtan alapkísérletei II. Kör- és körgyűrű keresztmetszetű rudak csavarása


Csak felvételi vizsga: csak záróvizsga: közös vizsga: Villamosmérnöki szak BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar május 31.

Balaton turizmus konferencia Kempingturizmus - Az igényeknek megfelelő ajánlatkészítés -

A Sturm-módszer és alkalmazása

IV/1. Szabó Imre Gábor. Szilárdságtan és Tartószerkezetek Tanszék

ÖKONOMETRIA. Készítette: Elek Péter, Bíró Anikó. Szakmai felelős: Elek Péter június

6. HMÉRSÉKLETMÉRÉS. A mérés célja: ismerkedés a villamos elven mköd kontakthmérkkel; exponenciális folyamat idállandójának meghatározása.

Orosz Gyula: Markov-láncok. 2. Sorsolások visszatevéssel

A RUGALMAS GYÁRTÓRENDSZEREK MŰVELETTÍPUSON ALAPULÓ KAPACITÁSELEMZÉSÉNEK EGYSZERŰSÍTÉSE

Gigaset A400/A400A Ð ± V. Ú Csengődallam kikapcsolva Ø Billentyűzet zárolva ½ Üko mòd+ bekapcsolva INT :56 MENU

2013. I. félévi A) ELEMI KÖLTSÉGVETÉSI BESZÁMOLÓ

33. szám A MAGYAR KÖZTÁRSASÁG HIVATALOS LAPJA. Budapest, már ci us 27., hétfõ TARTALOMJEGYZÉK. Ára: 3887, Ft

Matrix LCD Programozói leírás. Szoftververzió: 5 RINS EN Security Grade 2 Environmental Class 2

Útmutató lépésről lépésre a 2010/2011. évi Holcim Awards versenyhez

Digitál-analóg átalakítók (D/A konverterek)

EGYENLETTEL MEGOLDHATÓ SZÖVEGES FELADATOK

Részecskék hullámtermészete

Számítógéppel irányított rendszerek elmélete. A rendszer- és irányításelmélet legfontosabb részterületei. Hangos Katalin. Budapest

Használati útmutató. verzió 1.0, magyar

Hálózat gazdaságtan. Kiss Károly Miklós, Badics Judit, Nagy Dávid Krisztián. Pannon Egyetem Közgazdaságtan Tanszék jegyzet

9. évfolyam feladatai

Bor Pál Fizikaverseny, középdöntő 2012/2013. tanév, 7. osztály

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ANOVA ( ) 2. χ σ. α ( ) 2. y y y p p y y = + + = + + p p r. Fisher-Cochran-tétel

H CZ SLO PL RUS GR. Art. No. BGM1003 BS-702N

Rövid használati útmutató Digitális rendszerkészülék

Izsáki Sárfehér SE ISSE

1. forduló (2010. február

Megjegyzések a mesterséges holdak háromfrekvenciás Doppler-mérésének hibaelemzéséhez

Ú Ú. k -1 H = T U = dl tech 2 R'

Fizika I, Villamosságtan Vizsga fé, jan. 12. Név:. EHA Kód:

KÖZGAZDASÁGI ALAPISMERETEK (ELMÉLETI GAZDASÁGTAN)

Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny 2011/2012. tanév. Kémia I. kategória 2. forduló. Megoldások



Az Ön kézikönyve SIEMENS GIGASET AL110




Visszatérítő nyomaték és visszatérítő kar

34.8 MFt 68.3 MFt 71.4 MFt MFt 28.9 MFt 29 MFt. 1.1 MFt 1.8 MFt 2.5 MFt MFt 2.5 MFt 3 MFt. 2 MFt 3.1 MFt 3 MFt. 32 MFt 37 MFt 37 MFt

A MAGYAR KÖZTÁRSASÁG HIVATALOS LAPJA. Budapest, au gusz tus 31., vasárnap szám. Ára: 250, Ft

STNB221 segédlet a PTE Polláck Mihály Műszaki Kar hallgatóinak. Az építész- és az építőmérnök képzés szerkezeti és tartalmi fejlesztése

MŰSZAKI FIZIKA I. Dr. Iványi Miklósné professor emeritus. 5. Előadás

Numerikus módszerek 5. Közönséges differenciálegyenletek numerikus megoldása

OC-görbe, működési jelleggörbe, elfogadási jelleggörbe


VIESMANN. Üzemeltetési utasítás VITOTROL 300A. a készülék üzemeltetője számára. Fűtőköri távvezérlő 1 3 fűtőkör számára


BLSE Sződ. Nem jogosult. Adószám: Bankszámlaszám: Mészáros Mihály.

The original laser distance meter. The original laser distance meter

Egyszerű RISC CPU tervezése

SZOLNOKI FŐISKOLA. Ügyletek a pénzügyi piacon példatár. Pénz és tőkepiaci ismeretek és az Értékpapír ügyletek tárgyakhoz

A 10/2007 (II. 27.) 1/2006 (II. 17.) OM

Távközlési mérések Laboratórium ALCATEL OPTIKAI VÉGBERENDEZÉS MÉRÉSE

Mérések, hibák. 11. mérés. 1. Bevezető

VARIANCIAANALÍZIS (ANOVA) véletlen faktorok esetén

A MAGYAR KÖZTÁRSASÁG HIVATALOS LAPJA. Budapest, feb ru ár 26., kedd. 31. szám I. kötet. Ára: 895, Ft

Mátrix-vektor feladatok Összeállította dr. Salánki József egyetemi adjunktus Begépelte Dr. Dudás László és Bálint Gusztáv

148. szám A MAGYAR KÖZTÁRSASÁG HIVATALOS LAPJA. Budapest, de cem ber 5., kedd TARTALOMJEGYZÉK. Ára: 1701, Ft. Oldal

n akkor az n elem összes ismétléses ... k l k 3 k 1! k 2!... k l!

HARDVEREK VILLAMOSSÁGTANI ALAPJAI

AZ IONKONCENTRÁCIÓ POTENCIOMETRIÁS MEGHATÁROZÁSA IONSZELEKTÍV ELEKTRÓDOK ALKALMAZÁSÁVAL

Mechanizmusok vegyes dinamikájának elemzése

Sokszínû matematika 7. A KITÛZÖTT FELADATOK EREDMÉNYE

2. személyes konzultáció. Széchenyi István Egyetem

A mintavétel bizonytalansága


Philosophiae Doctores. A sorozatban megjelent kötetek listája a kötet végén található


1.Tartalomjegyzék 1. 1.Tartalomjegyzék

félév. XJFQJA XIII. Évfolyam tankör. Települési vízgazdálkodás Évközi feladat november 27.

Mesterséges intelligencia, 7. előadás október 13. Készítette: Masa Tibor (KPM V.)


AZ EURÓPAI KÖZÖSSÉGEK BIZOTTSÁGA A BIZOTTSÁG KÖZLEMÉNYE AZ EURÓPAI PARLAMENTNEK ÉS A TANÁCSNAK

MEGOLDÁSOK ÉS PONTOZÁSI ÚTMUTATÓ



Átírás:

Kálmánzűré Korzerű matemata módzere a geodézában 4.3..

A Kálmánzűré defnícója Olyan algortmu, amely valamely lneár dnamu rendzerben egzat övetezetét tez lehetővé, amely a rejtett Marovmodellhez haonló Bayeféle modell, azonban a rejtett változó állapottere folytono, é mnden rejtett é megfgyelhető változó (gyaran többváltozó normál elozlá. UGYE MINDEN VILÁGOS!?

Az aomatu módzer E módzer lényege abban áll, hogy a tételeet defnícóá tezü. A tétel tartalm réze lyenor a defnícó motvácójává vál, az algebrtá tudományu tentélyét növelendő, többnyre ezt elhagyjá egy nem motvált defnícót megérten nem lehet az aomatu módzer[ne] zámtalan előnye van, haonlóan ahhoz, hogy a lopána zámtalan előnye van a tzteége munával zemben (V. I. Arnold, oroz matematu

A Kálmánzűrő Rudolf Eml Kalman publálja az elméletet (96 Elő nevezete alalmazáa: Apolló űrhajó fedélzet zámítógépe (Armtrong Navgácó é mérnö alalmazáo Szenzor adato fzója (radar, lézerzenner, amera, INS, GNSS vevő, ootelefono, zámítógépe, játéo, tb. elmaradhatatlan réze őzde előrejelzé, dőor elemzé, függvény appromácó Rudolf Eml Kalman (Kálmán Rudolf (93 magyar zármazá vllamomérnö

A publácó R.E. Kalman: A New Approach to Lnear Flterng and Predcton Problem, ranacton of the ASME Journal of Bac Engneerng, 8 (Sere D: 3545

Meg lehet érten? a homályona tűnő matemata jelölé ellenére, a Kálmánzűré elgondoláa egézen egyzerű é özvetlen: dőben változó rendzer, amelyne állapotát leíró változóat ( nem (teljeen merjü ezt az állapotot zeretnén mnden lépében a lehető legjobban megmern rendelezün folyamato méréeel (y, melye apcolatba hozható a rendzer állapotával (

A Kálmán zűrő jellemző lépéenént zámítá, ca az előző é a jelenleg lépé függvényében reurzív a apcolato lneára (állapot változáa, méréeállapot apcolata ztochaztu (méré hbá, állapot é a hbája valózínűég változó legebb hbáj optmál beclé (ca lneár eetben bzonyítható

Reurzív beclé példa egyváltozó rendzer állapotát mérjü egymá után dőpontoban mérée:,, n, a legjobb állapot beclé az átlag: m å n n j méréün van: n, a övetező beclé: m n n n æ ç n n n èn n å å n n ö ø

Erőíté, j nformácó a frített beclé orrecóval zámítható: n mn mn n mn K n n n K az erőíté tényező ( nyereég ez dönt el, meora lez a orrecó n µ n ( m az j nformácó ( nnovácó ha nnc j nformácó, nem változ az előző beclé n

Reurzív átlag beclé

Különböző nformácó optmál felhaználáa egy távolágot ét ülönböző ezözzel mértün (mérőzalag, lézer távmérő mérée:,, zóráo: σ, σ az optmál beclét ereü re ez a lyozott átlag: ˆ w ( w M az optmál w ly?

Optmál ly meghatározáa mvel, normál elozlá, a lneár ombnácóju normál elozlá, melyne zóráa ˆ w ( az optmál w ly enne a fejezéne a mnmuma, ahol a w zernt dervált zéru lez w az optmál ly tehát w ˆ w ( opt w opt w opt

Optmál beclé é zóráa az optmál beclé re: az optmál beclé zóráa: az optmál beclé mnmalzálja az, től vett lyozott távolágözeget: ˆ ˆ û ù ë é ø ö ç ç è æ ø ö ç ç è æ arg mn ˆ

Optmál beclé az optmál beclé re zélőérté: ezt megoldva valóban ˆ ˆ ( ˆ ( û ù ë é ø ö ç ç è æ ø ö ç ç è æ

Reurzív optmál beclé Két lépében mérün, előzör et, azután t. Az elő lépében ˆ ˆ A máod lépében frítjü a beclét ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ æ ˆ ( ö ø ç ˆ ˆ è K erőíté (nyereég j nformácó (nnovácó

Reurzív optmál beclé a beclé egyenlete ( ˆ ˆ ˆ ˆ K ( K ˆ K ˆ ˆ beclé hbája (zórá K: erőíté merő az egyenlet alaja? n mn K n ( m m n

Közvetett mérée M van, ha et nem tudju özvetlenül mérn (rejtett változó, rendzerállapot? Geodézában ez jól mert: özvetett mérée egyenlítée (II. egyenlíté coport, paramétere egyenlíté, GauMarov modell Lneár (özvetítő egyenlet az y méré é rendzerállapot özött (z a méré hba, zaj : y C a méré zajt zéru átlag ( é az S z ovaranca mátr jellemz (E[ ] a várható érté: z z z [ ] ( z z( z z S E

Közvetett állapotbeclé együ fel, hogy egyzerre N db. y méréel rendelezün Mndegy méré ülön C é S z apcolatban lehet a rendzer állapotával: y C Eor az optmál beclére a z javítáo lyozott négyzetözege mnmál lez: ˆ arg mn N å ( y C z S z ( y C

Közvetett állapotbeclé A orább (távolágméré példában a mérée özvetlenül az állaportra vonatozta, tehát y volt é C. Így am megegyez a orábbval, ha N : å N z S ( ( arg mn ˆ û ù ë é ø ö ç ç è æ ø ö ç ç è æ arg mn ˆ

Közvetett állapotbeclé Ha van nformácón a ezdet rendzerállapotról é anna ovaranca mátráról (, ezt a ad dőpont méréént lehet ezeln: Ha a mérée nem egyzerre, hanem egymá után érezne, a ad dőpontban: Enne a megoldáa a tatu Kálmánzűrő û ù ë é å N z S P ( ( (ˆ ˆ (ˆ arg mn ˆ ˆ ˆP [ ] ( ( (ˆ ˆ argmn (ˆ ˆ C y S C y P z

Statu Kálmánzűrő példa GPS mérée feldolgozáa rejtett állapot ( paraméter: vevő oordnátája é az órájána gazítatlanága mérée (y: műholdvevő (áltávolágo öze méré rendelezére áll: hagyományo LKN egyenlíté epochánént érező mérée: reurzív egyenlíté, tatu Kálmánzűrő

Helymeghatározá egyenlete mért (áltávolágo: PR ( X ( Y y ( Z z Cr.. n jelölée: X, Y, Z az ed műhold mert térbel derézögű oordnátá PR az ed műholdra végzett távolágméré eredménye, y, z a vevő meretlen térbel derézögű oordnátá Cr a vevő órahbájána hatáa n az ézlelt műholda záma

Lnearzált méré modell mért (áltávolágo: jelölée:, y, z a vevő előzete térbel derézögű oordnátá ΔX, ΔY, ΔZ az előzete oordnátá javítáa a geometra távolág özelítő értée n Cr Z z Z Y y Y X X PR.. D D D r r r r ( ( ( z Z y Y X r

Megoldandó egyenletrendzer û ù ë é D D D û ù ë é û ù ë é Cr Z Y X z Z y Y X z Z y Y X z Z y Y X PR PR PR n n n n n n n n r r r r r r r r r r r r M M M M M jelöljü az A alamátr ed orát a h vetorral, az állapotvetort az vetorral

Reurzív egyenlíté aác Bence, P h K P P h l K R h P h h P K,,, ( ( A zámítá özefüggée a Kálmánzűrő egyenlete (lád éőbb: j nformácó (nnovácó K erőíté (nyereég Az terácó utoló lépée után a P mátr a normálmátr nverzévé vál

Dnamu rendzer Sozor van az, hogy a rendzer állapota változ, vagy függ az dőtől pl. GNSS mozgávzgálat hálózat pontja mozogna meterége hold helyzete, ebeége változ jármű helyzete, ebeége változ járműforgalom folyamatoan változ együ fel, hogy lneár a változát leíró egyenlet (állapotegyenlet: A Bu A folyamat zajt, w t a Q (vagy ha változ, Q ovaranca mátrzal jellemezzü, u pedg egy mert nput vetor w

Dnamu rendzer A rendzer állapota változ a é dőponto özött. Ezért a orább (tatu egyenlet elő tagját meg ell változtatn az előrejelzett állapotváltozána megfelelően: ˆ argmn (ˆ Az előrejelzett zámítható: [ ˆ (ˆ ( ( ] P y C S y C z ~ ~ rendzerállapot az állapot egyenletből ˆ A Bu Ha az u nputot töéleteen merjü, aor az előrejelzé hbája ~ (ˆ A w

Optmál beclé ovaranca mátra enne megfelelően: ~ ~ P ˆ AP A Q ˆ Pˆ Az egyenletbe beírva ~ é P ~ értéet é helyére, ˆ argmn ( ~ ~ [ ( ~ ( ( ] P y C S y C A mnmumot mét az zernt parcál derváltat zérual egyenlővé téve apju. Az eredmény: ˆ ~ ( ~ K y C Pˆ ~ ( I K C P z

Optmál beclé a züége mátro: A bzonyítához alalmazn ell a övetező mátr nverzó lemmát: ~ S PC K z C P C S S ~ ( ( A B C B A B B A A BCB A

Rendzerállapot ovaranca mátra A rendzerállapot Pˆ ovaranca mátra az ˆ állapotbeclé bzonytalanágna mértée. Ezt az ˆ ellpzod mutatja: ˆ P (ˆ ( Pˆ US V SVD felbontá

Rendzerállapot onvergenca Ahogy tel az dő, a rendzer állapotána beclée egyre bzonytalanabbá vál ezt az egyre növevő hbaellpzod jelz Ezzel zemben, a mérée cöent az állapot beclé bzonytalanágát ezt a zugorodó hbaellpzod jelz A hbaellpzod tengelyhoza jelz a rendzer állapot bzonytalanágát A beclé onvergencája azt jelent, hogy az ellpzod mnden rányban zugorod

Kálmánzűrő egyenlete Állapotegyenlet: A Bu w Átvtel egyenlet: y C z A, B, C mátro; az dőváltozó (nde a rendzer állapota (özvetlenül nem mérhető u a rendzer mert bemenete y a mért menete w é z a zaj w állapot (folyamat zaj zt a méré zaj

Kálmánzűrő egyenlete Folyamat zaj ovaranca: Méré zaj ovaranca: Kálmánzűrő algortmua: ( w w w S E ( z z z S E z w z A CP S AP C S A AP P C y K Bu A S CP C AP C K ˆ ( ˆ ( ˆ (

Állapot optmál beclée K mátr: Kálmánféle nyereégmátr P mátr: beclé hba ovaranca mátr állapot terjedée orrecó ˆ ( Aˆ Bu K ( y Cˆ

K nyereégmátr Ha nagy a méré zaj, S z nagy lez, tehát K c, é így nem adun nagy htelt az y méréenne a övetező állapot becléénél. Vzont ha c a méré zaj, S z c lez, tehát K nagy, é így több htelt adun a méréenne a övetező állapot becléénél. K AP C ( CP C S z

P ovaranca terjedé A ovaranca terjedé özefüggée: P AP A S w AP C S z CP A

Kálmánzűré

Kálmánzűrő alalmazáa objetumöveté, meterége látá dnamu helymeghatározá gazdaágtan, maroöonóma nercál navgácó pályameghatározá radar öveté GNSS zezmológa bezédjavítá dőjárá előrejelzé navgácó rendzere 3D modellezé

Példa: járműnavgácó egyene ton haladó jármű állapot vetor: [p, v] helyzet, ebeég nput vetor u: vezérlő gyoruláo ebeég változá: v v u helyzet változá: p p v ½ u állapot átvtel é méré egyenlet v ~ p~ [ ] z y w u û ù ë é û ù ë é /

Példa: járműnavgácó helyzet bzonytalanág: méter véletlenzerű gyoruláo zóráa,5 m/

Euler zmulácó functon alman(duraton, dt ## functon alman(duraton, dt Kalman flter mulaton ## duraton length of mulaton (econd ## dt tep ze (econd meanoe ; ## poton meaurement noe (meter accelnoe.5; ## acceleraton noe (meter/ec^ a [ dt; ]; ## tranton matr c [ ]; ## meaurement matr [; ]; ## ntal tate vector hat ; ## ntal tate etmate Q accelnoe^ * [dt^4/4 dt^3/; dt^3/ dt^]; ## proce noe covarance P Q; ## ntal etmaton covarance R meanoe^; ## meaurement error covarance ## et up the ze of the nnovaton vector Inn zero(ze(r; po []; ## true poton array pohat []; ## etmated poton array pomea []; ## meaured poton array

Euler zmulácó Counter ; for t to duraton tep dt; Counter Counter ; ## Smulate the proce ProceNoe accelnoe * [(dt^/*normal(,; dt*normal(,]; a. ProceNoe; ## Smulate the meaurement MeaNoe meanoe * normal(,; z c. MeaNoe; ## Innovaton Inn z c. hat; ## Covarance of Innovaton c. P. c' R; ## Gan matr K a. P. c'. nv(; ## State etmate hat a. hat K. Inn; ## Covarance of predcton error P a. P. a' Q a. P. c'. nv(. c. P. a'; ## Save ome parameter n vector for plottng later po po_(; pomea pomea_z; pohat pohat_hat(; end; ## Plot the reult

Eredménye pro : valód helyzet é : mért helyzet zöld : a Kálmánzűrő által becült helyzet