Файл: Брандин, В. Н. Основы экспериментальной космической баллистики.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 17.10.2024

Просмотров: 182

Скачиваний: 0

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

имеет вид

Til О (k-=\,

(11.4.4)

dtk

 

От уравнений (11.4.4) в силу монотонности логарифмической функции можно перейти к уравнениям

д I n

I В „ I

~ Q (/г = 1, . . ., N).

(11.4.5)

-

J

dtk

 

 

Воспользовавшись известным соотношением

д In \В.л

дВ,

I <?1

dtk

dtk

и формулой (11.4.2), получим следующую систему экстремаль­ ных уравнений:

Sp

О (£ = 1, . . . , N)

 

 

dtk

 

 

или

 

 

 

Г Г

 

 

 

^ 4

= 0

=

(11.4.6)

dtk

 

 

1=1

 

 

 

Уравнения (11.4.6) можно записать в развернутой форме, ис­ пользуя следующие соотношения:

dbg

1 ( d (c)g j r

d 1С 1

(C)lj

dtk

I C 12 V dtk 1

dtk

 

д ш

^ y

d{c)li

дСаЛ

d 1c 1

V a1c 1 dCa*

dtk

* a 4

dc p

dtk

dtk

^m4

 

»P=1

’V

 

 

OL,P=l

где (c)ij — алгебраическое дополнение элемента Сц матрицы С. Подобные уравнения были получены и использованы в рабо­ те [54] для определения оптимальной программы измерений в за­

даче уточнения элементов кеплеровой орбиты со, п, т, е по изме­ рениям угловых расстояний между навигационной звездой и центром Земли. Расчеты, проведенные для N = 36, показывают, что измерения концентрируются в точке с эксцентрической ано­

малией Е 1= 0,01339 ^>1 = -^- и в точке с Е 2 = — 1,2552

Остальные измерения разбросаны по всей орбите так, что

—5—. Таким образом, точка наибольшей концентрации измере­

ний находится в районе перигея,- Если координаты навигацион-

11—356

309



ной звезды на небесной сфере принять в качестве характеристик модели измерений, то оказывается, что оптимальная навигацион­ ная звезда в задаче уточнения данных элементов кеплеровой ор­ биты лежит в плоскости орбиты [59].

Уравнения (11.4.6) получаются обычно очень сложными, так что их решение затруднено. Более простым с вычислительной точки зрения является последовательное D-оптимальное плани­ рование. С его помощью можно найти приближенно оптимальный план.

Пусть первые т моментов tu ..., tm оптимальной программы

измерений известны. Требуется найти tm+\ оптимальный момент измерения.

Запишем элементы матрицы С для (т+ 1) измерений в ви­ де суммы

А) фр (L + Р (0 ■{'«(0 (0.

/=1

 

откуда имеем следующее матричное равенство:

 

C{t) = C + p{t)${t)^(t).

< (11.4.7)

Известна следующая лемма. Если А — матрица

размера

г Х г и ранга г я В — матрица размера г Х г и ранга 1, то справед­ ливо следующее равенство [62]:

\А + В\ = \А\ I 1 + 2 V «,р=1

Воспользовавшись этой леммой для матрицы (11.4.7), полу­ чим

\C { t) \= \C \{ \+ p tt )V ( t) C - ^ { t) )

или с учетом выражения (11.4.2)

I £-(/■)! =

I 5-1

(11.4.8)

----------- L-X!----------

1 «W|

1+/>(0Фт(0Я -'Н 0

 

 

<7

 

Отсюда видно, что неизвестный оптимальный момент tm+i нахо­ дится из условия

шах р (7)

$T{t) В~§ (t),

(11.4.9)

После определения tm+1 из условия (11.4.9) по той же мето­ дике можно уточнить один за другим первые т моментов изме­ рений, если они были заданы приближенно. Таким образом, мож­ но сколь угодно близко подойти к оптимальному плану.

310


11.4.2. Планирование программы при неполной информации об условиях измерений

В ряде случаев сведения о законе распределёния ошибок измерений отсутствуют, а для оценивания параметров, исходя из требования простоты алгоритма, пользуются методом наи­ меньших квадратов. Поэтому представляет интерес планирова­ ние измерений для некоторого предельного случая, т. е. для слу­ чая наиболее неблагоприятного соотношения между ошибками Измерений.

Итак, пусть в задаче (11.4.1) известно только, что

| Л, | <8, (* = 1 , . . . , АО,

(11.4.10)

где 6; — известные величины максимально возможных ошибок измерений.

Оценка вектора параметров \q, определяемая из условия ми­ нимума суммы квадратов

имеет случайную ошибку

 

 

 

A q = q - q = - C - ^ P h , y

(11.4.11)

где

С чхт/лр — г X г — матрица

Грама, a P = ||8f2||—диагональ­

ная

весовая матрица.

 

 

 

Назовем r-мерчый вектор

—— || Фп . . . фг-г|т

нагрузкой

i-го измерения, а величину pf- =

/г,8—1— относительной

ошибкой

/-го измерения. Спланируем измерения таким образом, чтобы при произвольной корреляции между ошибками измерений

|Р ,.|< 1 (/= 1 , ...,7V)

метод наименьших квадратов обеспечивал получение наилучших оценок в смысле минимума модуля ошибок (11.4.11).

Обозначим через Q множество всех нагрузок Ь *; ыь — мно­ жество всех возможных комбинаций из k нагрузок Ь ,е й ,

а со — объединение всех множеств' сол при k = r, г+1, ..., N, т. е.

о)= шг (J «v+i U • • • Uwn-

Задача планирования экстремальных измерений по минимакс­ ному критерию

min max | ^

(11.4.12)

ш Н<}

 

11*

311


в предположении произвольной корреляции

| Р , | < 1

(11.4.13),

является задачей линейного программирования.

М. Л. Лидовым показано, что maxj A.g'l достигается в вер­ шинах А-мерного куба при |рг| = 1, и при справедливо не-

• равенство

min шах | Д<у | >

min шах |

|.

(11.4.141

лт { Р /}

“V

{ Pi}

 

Из неравенства (11.4.14) следует вывод, что при произволь­ ной корреляции между ошибками измерений оптимальное число измерений равно числу оцениваемых параметров. Этот результат можно объяснить следующим образом. Наиболее неблагоприят­ ное соотношение между ошибками измерений означает функцио­ нальную линейную связь между ними, т. е. коэффициенты корре­ ляции будут равны своим предельным значениям ±1. Так как в этом случае ошибки измерений уже не представляют собой слу­ чайную последовательность, то увеличение избыточности изме­ рений не улучшает, а только ухудшает точность оценок. Опти­ мальными оказываются те измерения, в которых наиболее бла­ гоприятное соотношение между нагрузкой и ошибкой измерения. Более наглядно это можно показать на простом примере.

Пусть

 

x{t) = <b(t)q-,

zi = x t-\- hr,

| А, | <8,

( i = l , . . . , N ) .

Для этого случая ошибка оценки равна

(

N \ - 1

N

 

 

2 р^-

 

 

/=i

где ^ = ^ /8 , и Р, = £,/8,.

 

 

 

 

 

Легко заметить, что 4пах|д<7|

достигается тогда, когда

{р;}

 

 

 

 

 

At = 8, sign 6,

(* = 1,

. . . , N),

чему соответствуют равенства

 

 

 

 

1 М = 1

(/ =

!,

 

 

Отсюда имеем

 

 

 

 

 

 

[

N

 

\ - 1

N

max | Д<7 (=

2 \ b

.

2 i * , I.

{Рг}

Щ

 

\tv

-=l

 

J

7 = 1

Исследуем полученное выражение на минимум на множест­ ве ю. Абсолютный минимум здесь достигается при нулевом числе

312