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

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

Рассмотрим систему нормальных уравнений, которые привели к решению (1.61):

х

+ 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