Файл: Скворцов, М. И. Теория и практика решения задач кораблевождения с учетом влияния систематических ошибок учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.10.2024
Просмотров: 73
Скачиваний: 0
Рассмотрим систему нормальных уравнений, которые привели к решению (1.61):
(Вх |
+ В2) (Хх + |
Х2) = AjP.L, + A\P2U |
(1.73) |
Учитывая |
обозначения |
(1.64), зависимости |
(1.65) и |
(1.72), получим систему нормальных уравнений, эквива
лентную |
системе (1.73): |
|
|
|
|
||||
|
(Bi |
+ В2) Х2 = |
A\PXLX |
+ A\P2L2 |
— В1Х1 |
— В2ХХ |
= |
||
= |
A\P2U |
— А\Р2А2ХХ |
= |
А\Р2А2 (L2 |
— А2ХХ) |
= А\Р2ис. |
(1.74) |
||
|
Отсюда следует важный вывод: если помимо результа |
||||||||
тов |
измерений |
второй |
группы и |
корреляционной |
матри |
||||
цы |
К2 вектора |
их ошибок |
нам известны вектор ijc счисли- |
||||||
мых значений |
искомых |
величин и корреляционная |
матри |
ца 7<е~ их ошибок, являющиеся результатами обработки некоторых предыдущих измерений (измерений первой группы), то с учетом выражения (1.67) оценки искомых величин и корреляционной матрицы вектора их ошибок, эквивалентные тем, которые мы получили бы при совмест ной обработке измерений первой и второй групп, могут быть найдены применением следующего алгоритма:
|
|
(1.75) |
Я 2 = ( ^ 2 ) ^ |
( 1 7 6 ) |
|
В2 |
= А\Р2А2; |
(1.77) |
X ^ f r |
+ Btf-1 А\Р£7£ |
(1.78) |
е = 5с + 3г2 ; |
(1.79) |
|
|
+ Д О - 1 . |
. (1.80) |
Полученный результат можно интерпретировать сле дующим образом. Пусть по результатам измерений второй группы составлено п" уравнений поправок, свободные чле ны которых вычислены по формуле (1.70), т. е. исходя не
31
из произвольных, а из счнслимых : значении искомых ве личин:
апхг |
+ а12х, + ... + a,jXj + |
... + ашхт |
— // с = v„ |
(1.81) |
причем |
К2 — корреляционная |
матрица |
вектора |
А( 2 ) = |
~II ^ i * ||л*1 ошибок этих уравнений, определяемых вы
ражением (1.32). |
|
|
Дополним эти уравнения системой из т уравнений по |
||
правок |
|
|
1-, = й , . + у |
' |
(1.82) |
со свободными членами, равными |
нулю, |
которые фор |
мально будем считать выражающими результаты некото
рых других измерений |
(непосредственных измерений счнс |
|||
лимых значений |
£1 с , |
. . . , l J C , . . . , i m c |
искомых |
величин). |
Корреляционную |
матрицу. Л'i вектора |
||Ду||„л |
ошибок |
этих уравнений будем считать идентичной корреляционной
матрице /\~ вектора ошибок |
счнслимых значений |
ИСКО |
МО |
|
|
мых величин. Если теперь по |
системам. уравнений |
попра |
вок (Г.'81), (1.82) обычным образом составить и решить систему нормальных уравнений, то, как нетрудно убедить ся, она приведет к тем же значениям оценок искомых ве
личин, что и алгоритм |
(1.75) — (1.80). |
В чем заключается |
смысл присоединения дополнитель |
ных уравнений поправок вида (1.82) к системе основных уравнений (1.81)? Эти дополнительные уравнения выра жают уверенность в том, что справедливы следующие утверждения:
— счислимые значения искомых величин, являющиеся результатами обработки выполненных ранее измерений,
представляют собой |
несмещенные |
оценки |
искомых вели |
чин; |
|
|
|
— если обработка |
результатов |
вновь |
выполненных из |
мерений привела к оценке Xj поправки к счислимому зна
чению искомой величины, то это равносильно |
утвержде |
|
нию о том, что такой же |
по абсолютной величине |
ошибкой |
*было отягощено счислимое значение искомой величины; |
||
— матрица К\ = К~ |
есть оценка корреляционной ма- |
трицы вектора ошибок, с которыми априори, до того как
32
выполнены измерения второй группы, мы можем ожидать,
что все поправки Xj к счислпмым значениям искомых ве личин окажутся равными пулю (иначе говоря, матрица К\ есть корреляционная матрица вектора ошибок, с которы ми можно полагать счислимые значения искомых величин равными математическим ожиданиям искомых величин).
Пример 1.1. Ведется артиллерийская стрельба по точечной цели. Вы пущен один снаряд, который упал с отклонением по дальности /]. Какая
поправка х должна быть введена в установку прицела, если oi — сред няя квадратпческая величина суммы ошибок измерения расстояния до
цели, поправки дня и учета |
влияния |
ветра, а2 — средняя |
квадратпче |
|||||||
ская |
величина рассеивания снарядов по дальности? |
|
|
|
|
|
||||
Р е ш е н и е . |
Результату |
измерения |
отклонения |
снаряда от |
цели |
|||||
соответствует одно уравнение |
поправок |
вида (1.81): |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
х + 1Х = |
vv |
|
|
|
|
|
Корреляционная |
матрица |
его ошибки |
/Сг-=|1в2 11Поскольку |
эта |
матри |
|||||
ца и матрица Л 2 имеют только по одному столбцу |
и по одной |
строке |
||||||||
(представляют собой частные |
случаи матриц — числа), |
обращение |
мат |
|||||||
рицы |
Ко, н вычисление |
матрицы В2 |
осуществляются |
очень |
просто. |
|||||
Если |
положить <т,ii= 1, то |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Я 2 = |
1 : а|; |
В2 = А\Р2А2 |
= 1 : о\ = |
р2. |
|
|
|
|
Если в прицел будет введена поправка х, то это означает, что выработанную ранее схемой ПУС установку прицела мы сочли отяго щенной той же по величине ошибкой. Это выражается еще одним уравнением поправок вида (1.82);
X = V2.
Корреляционная матрица его ошибок и матрица Вх суть
Решение (1.78) принимает вид
~ ^ — М
Pi-+ Pi
В соответствии с выражением (1.80) априорная оценка корреляционной матрицы его ошибок (в данном случае она представляет собой число — дисперсию ошибки скорректированной установки прицела) ра^вна
К~ = о», ( В 1 + В,)-' = 1: (а + Р2).
2—858 |
33 |
Перейдем к апостериорному ^ценива.нию' корреляцион ной матрицы вектора оценок искомых величин.
Введем обозначения:
V\ — вектор отклонений v'. в уравнениях поправок (1.82);
V2~ вектор отклонений v-, в уравнениях поправок (1.81).
Тогда формула для апостериорного оценивания диспер сии ошибки измерения, имеющего вес, равный единице, примет вид
где я * — ч и с л о уравнений поправок (1.82); а" — число уравнений поправок (1.81).
В случае когда матрица Р2 диагональна, а число а" уравнений поправок (К81) заметно превышает число in искомых величин, практически более удобным оказывает ся оценивание дисперсии а( 2 ( ) только через отклонения V{ уравнений (1.81). Тогда
VlP2V2 = lpv~v}2 |
= У р $ . |
(1.84) |
Вспомним, что матрица $с |
счислнмых значений |
иско |
мых величин может быть представлена как результат об работки некоторых воображаемых измерений первой груп
пы, |
число |
которых |
было |
ранее обозначено символом п'. |
Если |
бы |
матрица |
Pi была |
также диагональна и измере |
ния первой и второй групп обрабатывались совместно, то дисперсию ошибки измерения, имеющего вес, равный еди
нице, мы оценивали |
'бы выражением |
|
|
||
~2 |
__ |
\pvv]l |
+ \pV УУ |
|
/1 o n |
°(D = |
п' + |
п"-т |
' |
(1 -85) |
|
где [ / w ^ J i ^ S Piv? |
— сумма |
произведений Pivj, |
соста- |
вленная по отклонениям первой группы.
34
Приближенно можно положить средние величины ква дратов уравновешенных отклонений рр? в первой и во второй группах измерений примерно одинаковыми:
J/wj/ji + [pvи]г |
[/wub |
(1.86) |
п' + п" |
|
|
|
|
|
Поскольку /г'^>/£*, оценка |
будет скорее завышен |
|
ной, нежели заниженной, если |
принять, что |
|
(1)п" (л* + п" — т) (1.87)
Вкораблевождении случаи, когда счислимые значения искомых величин неизвестны или когда нельзя оценить корреляционную матрицу их ошибок, чрезвычайно редки. Поэтому алгоритм последовательного уточнения оценок
искомых величин всегда, когда возможность его реализа ции не ограничивается отсутствием необходимых для этого_~2 \pvv\-i("* + "")
вычислительных средств, следует считать основной фор мой применения способа наименьших квадратов для об работки навигационной информации. Одним из частных случаев этого алгоритма является способ уточнения счислимого места по результатам вновь выполненных измерений на вигационных параметров, графоаналитическая интерпре тация которого изложена в ряде пособий [16], [34, стр. 129— 137], [64]. Пример аналитического решения этой задачи приведен в § 3.5. Другим имеющим весьма большое прак тическое значение применением алгоритма является его приложение к обработке наблюдении, отягощенных систе матическими ошибками.
§ 1.3. ЧЕТЫРЕ СПОСОБА ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
Проблема обработки результатов измерений, не сво бодных от систематических ошибок, была поставлена в 1821 г. Гауссом [15, стр. 30]. Он предполагал изложить ее решение в одной из последующих работ, но своего наме рения не осуществил. Затем долгое время эта проблема не привлекала к себе особого внимания, пока J3 течение по следних двух-трех десятилетии не обнаружилось резкое возрастание ее практической значимости. Ею занимались
2* |
35 |