Файл: Липцер Р.Ш. Статистика случайных процессов. Нелинейная фильтрация и смежные вопросы.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 318

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

§ 6]

АБСОЛЮТНАЯ

НЕПРЕРЫВНОСТЬ МЕР

ПРОЦЕССОВ ИТО

321

и согласно теореме

6 .1

 

М e x p

- J

bt (І(п0 [AT (g w

-) at ( | <я))] dWt -

 

l

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

1 1

(bt (tw)M!“>(i") - a ,( inW d t

j = 1 .

С учетом теоремы

7.18

отсюда заключаем, что р5(П)~ р

и

äfi

 

 

(^+ (Л))2 U '/11 (т|) — а, (л)] dx\t -

 

(Л) =

ехР I J

 

 

 

( о

 

 

 

I

 

 

 

 

Т

 

 

 

 

 

 

(Ь? ))2 Ы я) ))2 - (at (л))2] dt =

 

 

 

о

I ГЛТ„(П)

j

 

 

 

 

 

 

 

 

— exp j

О

(^+ (л))2 [Л(л) — а і Ш Л ц , -

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

глѵп)

 

 

 

 

J

 

J*J

(&+(л))2 U 2 (л) — 0?(л)1 dt j = ЗгЛ Тя(го М-

Пусть теперь

Г

е І г, Тогда в силу (7.131)

 

р5 (Г) =

lim р|(„, (Г П (т„ (х) =

Т)) =

 

 

 

= lim

j

 

 

"ГП (т„(*)= Г)

 

 

 

 

=

lim

J

 

ът(x) d\i4{x) =

J

(x) d|i4(x).

 

 

 

 

 

ГП(т„<*)=Г)

 

 

 

 

Значит, pi <

и

ф —(х) =

іт(х).

Поскольку же

рл(х: ^ ( x ) ^

*= 0) =

0,

то по лемме 6.8 рл <

щ

и

 

 

 

 

 

 

 

 

~ ^ ( х ) = Ь^(х).

 

 

 

Теорема доказана.

 

 

 

 

 

 

 

Т е о р е м а

7.20.

Пусть выполнены предположения теоремы

7.19,

за

исключением

условия

(7.131),

которое

заменяется

условием

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р 1 { (fc+ (i))*Us2 tè) +

fl2(i)]rfs <

оо } =

1.

(7.134)

11 Р. Ш. Липцер, А. Н. Ширяев


322

 

 

АБСОЛЮТНАЯ

НЕПРЕРЫВНОСТЬ

МЕР

 

[ГЛ. 7

 

Тогда

jxg <С |х„,

плотность it (т^) =

d \i^

(t, т]) является един­

 

 

ственным

(непрерывным) решением уравнения

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

it (л) = 1 +

J

is (л) (bt (ц)У [Д. (ті) — as (л)] diu,

(7.135)

 

 

 

 

 

О

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а зД!) определяется формулой

 

 

 

 

 

 

 

it (I) = exp I Г (Ь? (i))2 [As (І) -

as (g)J dh -

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- i

 

(bs+

(Ю)2 [A2s m

-

a t (I)] ds j .

(7.136)

Доказательство

этой теоремы

 

аналогично

доказательствам

теорем 7.19, 7.2 и 7.6.

наконец, на многомерных аналогах теорем

4.

Остановимся,

 

 

J

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.19 и 7.20, ограничившись лишь их формулировками.

 

Пусть

I =

(І,) и

ц = (тр), 0 ^

t ^

Т,

— векторные процессы,

£< =

(£і(0»

•••>

Init)),

Л/ = (Лі(0,

•••.

Л«(0).

имеющие

диффе­

ренциалы

 

dlt =

At (i)dt + bt (i)dWt,

 

Іо =

тіо,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dr\t =

at (ri) dt +

bt (t|) dWt,

 

 

 

 

где

Wt = (W\ ( / ) , . . . ,

Wk {t)) — ^-мерный

 

винеровский

процесс

относительно

системы

(5Г,),

 

 

ап(t,

 

At (x) = (Al (t,

х), ...

. . . ,

Ап (t,

х)), at (х) =

(а, {і,

х),

. ..,

х)), bt (х) = || Ьч (t, х) ||—

матрица порядка n

\ k

и гід =

(rj! (0),

. .. ,

 

т\п(0))—вектор

началь­

ных значений

с Р

 

I

Л< I < ° ° j =

!•

 

 

 

 

 

Будем предполагать, что система алгебраических уравнений

 

 

 

bt (х) at (х) =

[At (X) — а, (*)]

 

 

Имеет (относительно at {x)) ограниченное решение при каждых t,

 

 

х е С .

Функционалы

 

at (х)

и

bt (х) удовлетворяют

(покомпонентно) условиям (4.110), (4.111).

 

 

Тогда*), если щ-п. н.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J [At (х) (bt (х) bt (х))+ At (х) +

a*t (х) (bt (х) bt (х))+ at (л:)] dt < ай,

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(7.137)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*) Матрица R+ является псевдообратной по отношению к матрице R

(см. гл. 13, § 1).


 

 

 

 

 

ФОРМУЛА

КАМЕРОНА -

МАРТИНА

 

 

 

323

то m <С fV

Если

к

тому же

(7.137)

 

выполнено

и р^-п. н., то

— М-п w

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(t, л) = exp

 

(Л,

 

as (л))’ (bs (л) bl

 

d i^

 

 

 

4 | (IЛ , (л)

 

Ia sJ(л))* {bs(л)(л) b l

(л))+ { A s (л) +a))+s (л)) ds

 

(7Л38)

(t,

g) =

exp

 

 

 

( A s

t ë

) -

a , (

S )

)

* (

M

S )

« ( S

) )

+

d k +

~*Н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ ±

(As(I) -

 

as (!))* ( b s

(І)Ы (I))+ ( A s

(I) +

as (£)) ds \ .

 

(7Л39)

o'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

§ 7.

Формула Камерона — Мартина

 

 

 

1.

Пусть

 

W — (Wt,

() — и-мерный

винеровский

процесс,

Wt — (W \(t),...,

Wn(tj),

и

Q(t) — симметрическая

неотрица­

тельно

определенная

 

матрица,

элементы

которой

 

qtj (t),

i, / — 1 , . . . ,

п,

 

удовлетворяют условию

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т

 

п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

2

I Qi](t) Idt <

оо.

 

 

 

(7.140)

 

 

 

 

 

О і, і=I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Используя результаты § 2 (п. 7), установим следующий

результат,

известный

как

«формула

Камерона — Мартина».

Т е о р е м а

7.21.

Пусть

выполнено

условие

(7.140).

 

Тогда

 

г

Т

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

T

 

 

 

 

 

М exp -

я

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

я

 

 

 

 

 

J

( W t, Q

(t)

W t) d t

=

exp

-

y J S p r (t)dt

,

(7.141)

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

где ( W Q ( t ) W t) скалярное

произведение,

равное

W*tQ(t)Wt,

а Г(0 —симметрическая неположительно определенная матрица,

являющаяся единственным решением матричного уравнения

Риккати

 

 

 

 

d r

(і) 2 Q W

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- r 2( 4

 

 

 

 

(7.142)

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г(T) — 0 — нулевая матрица.

До к а з а т е л ь с т в о . Рассмотрим уравнение Риккати

= 2Q(T s) — r 2(s)

(7.143)

И*


324

АБСОЛЮТНАЯ

НЕПРЕРЫВНОСТЬ МЕР

[ГЛ. 7

 

с нулевой матрицей Г (0).

Единственность решения этого

урав­

нения в классе неотрицательно определенных матриц дока­

зана

в теореме 10.2.

Существование непрерывного

решения

Г (0 =

1Уг/(0 II можно

вывести, например,

из решения некото­

рой вспомогательной задачи фильтрации (см. § 3 гл.

10).

Положим Г(0 = — Г(Г — 0- Непосредственно проверяется,

что Г(0 удовлетворяет

уравнению (7.142),

решение

которого

единственно в силу единственности решения уравнения (7.143).

Пусть

теперь

І* =

(§і(0>

•••>

ln (0) — случайный процесс

с дифференциалом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dtt =

Y{t) l,dt + dWt,

Іо =

0.

(7.144)

Согласно теореме

4.10

сильное решение

уравнения

(7.144) су­

ществует, единственно, определяется формулой (4.158) и

Іо

ltT2{t)ltd t <

оо ( =

Р {

f W*tT2(t)Wtdt < о о \ = 1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Используя

многомерный

аналог теоремы 7.7 (см.

также п. 7

§ 2 ), находим,

что Р |~ Р ң 7

и

,_чt

1

 

 

птч

 

Г

 

 

 

d

и

W) — exp i

W*sT(s)dWs — 2

j Wtsr 2(s)Ws ds}

d u

(t,

' '

'

 

I

 

 

 

 

о

J

 

 

 

 

Іо

 

 

 

Поэтому

 

 

 

 

 

 

0J W*sT2(s) W, ds

 

Mexp

W*sT{s)dWs

 

(7.145)

 

 

 

 

 

 

По формуле Ито (см. гл. 4, пример 2, (4.102))

0 =-L[W*Tr (Г) Гг -

WoT (0) W0]:

W i ^ J p - W t )dt +

 

 

i

1

 

+

| WtT(t)dWt + ±

j Sp Г (t) dt.

Отсюда на'ходим

 

 

 

I

W\ * W L w t dt - 1

r

w r

(t) dWt = ± f

JSp Г (t) dt.

о

 

 

 


§8] НЕРАВЕНСТВО РАО — КРАМЕРА - ВОЛФОВИТЦА 325

Подставляя

это

выражение в (7.145)

и учитывая, что

в силу

(7.142) j [

 

- + Г2 (*)] =

Q (t),

получаем

 

 

 

 

 

 

Sp Г {i) d t\

 

 

 

 

 

 

1

1 = exp ( — ^

M exp! y

 

^

p- +

r 2(t)] Wtdt\=

 

I

 

о

 

J

 

(

о

 

 

 

 

 

I

 

Jг

 

 

I

f

Г

 

 

)

 

= e x p j -

j

Sp Г (/)<//| M exp j-g-J

WtQ(t)Wt dt [,

(7.146)

 

I

 

0

 

 

J

(

0

 

 

J

 

что и

доказывает формулу (7.141).

 

 

 

 

 

 

 

J

 

п = 1,

 

 

 

 

 

 

П р и м е р

 

1.

Пусть

Q(0 =

y . В этом

случае

урав­

нение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^ Ш =

1

- Г 2 (0,

Г (Т) =

0,

 

 

имеет решение

е2 ( t -T ) _ ,

Г= е2«~т)+ 1

Отсюда получаем

г

\ J Г (0 dt = ln (ch Т )~\

о

и, следовательно,

(7.147)

§8. Неравенство Рао — Крамера — Волфовитца

1.В задачах оценивания параметров существенную роль играет неравенство Рао — Крамера и его обобщение, данное

Волфовитцем для случая, когда длительность наблюдения яв­ ляется случайной величиной.

В настоящем, параграфе будет показано, как полученные выше формулы для плотностей мер процессов диффузионного типа могут быть применены при отыскании нижних границ среднеквадратических ошибок в некоторых задачах оценивания неизвестных параметров.