Кіріспе

Анти Ланге (1941 жылы туған) жасаған жылдам Кальман сүзгісі (FKF) – бұл геодезиядағы Гельмерт-Вольф блоктық (HWB) әдісінің Кальман сүзгісінің (KF) қауіпсіздікке аса маңызды, нақты уақыт қолданыстарына, мысалы, сантиметрлік дәлдікпен GNSS навигациясына және атмосфералық томографияны қоса, Жердің спутниктік суретке түсіруіне дейін кеңейтілген нұсқасы.

Мотивация

Калман сүзгілері – нақты уақыттағы бейнелеуді қоса алғанда, кең ауқымды жүйелерге қателерге төзімділікті енгізу үшін маңызды сүзгілеу техникасы болып табылады. Стандартты Калман сүзгісі – сызықты жүйелер үшін оңтайлы сүзгілеу алгоритмі. Дегенмен, Калманның байқау және басқару шарттары үнемі орындалмаса, оңтайлы Калман сүзгісі тұрақты (сенімді) болмайды. Мұндай шарттарды кез келген үлкен жүйеде сақтау өте қиын. Бұл оңтайлы Калман сүзгілері тіпті бұрыс шешімдерге қарай жинақталуы мүмкін дегенді білдіреді. Ақыр соңында, оның қателік дисперсиясын қадағалау арқылы оңтайлы Калман сүзгісінің тұрақтылығын бақылауға болады, егер оларды сенімді түрде бағалау мүмкін болса (мысалы, MINQUE арқылы). Бірақ оларды дәл есептеу оңтайлы Калман сүзгісінен гөрі әлдеқайда күшті талап етеді. FKF есептеу әдісі осы жағдайларда да қажетті жылдамдықты қамтамасыз етеді.

Оптималды калибрлеу

Калибрлеу параметрлері – Калман сүзгісі деректердің тар диапазонында (яғни, жеткіліксіз өлшемдерде) жұмыс істеген кезде байқау мүмкіндігімен байланысты маңызды қиындықтар тудыруы мүмкін жағдай параметрлерінің классикалық мысалы. Жер айналысындағы серіктердегі бақылау құралдары оптималды Кальман сүзгілеуінің мысалы болып табылады, онда олардың калибрлеуі жерде тікелей жасалмайды. Кез келген Кальман сүзгісімен бір мезгілде өңделген деректердің шағын жиынтығы болған жағдайда, байқау қиын немесе тіпті мүмкін емес басқа да жағдай параметрлері болуы мүмкін.

Кері проблема

Кәдімгі Калман рекурсиясының кері проблемасының есептеу жүктемесі бір мезгілде өңделген өлшемдер санының кубына шамамен пропорционалды. Бұл санды әрбір скалярлық өлшеуді жеке өңдеу және (қажет болған жағдайда) осы өлшемдерді байланыссыз ету үшін қарапайым алдын ала сүзгілеу алгоритмін қолдану арқылы әрқашан 1-ге орнатуға болады. Дегенмен, кез келген үлкен және күрделі жүйе үшін мұндай алдын ала сүзгілеу HWB есептеуін қажет етуі мүмкін. Егер кірістік деректердің тым тар терезесі қолданылса, калибрлеу параметрлерін бақылау әлсірейді және ұзақ мерзімді перспективада қауіпсіздік маңызды қолданбаларда мүлдем қабылдауға болмайтын бақылау проблемаларына әкелуі мүмкін. Көптеген өлшемдер бір уақытта өңделген жағдайда да, кейбір өлшемдер кейбір күй немесе калибрлеу параметрлеріне тәуелсіз болып шығуы мүмкін болғандықтан, сызықтық теңдеулер жүйесі жиі сиреп қалады. Спутниктік геодезия мәселелерінде HWB (және FKF) әдісінің есептеу жүктемесі тек күй және калибрлеу параметрлерінің жалпы санының квадратына шамамен пропорционалды, ал миллиардтаған өлшемдерге емес.

Қолданбалар

FKF әдісі спутниктік геодезияның жоғары дәлдігін виртуалды анықтама станциясы (VRS) арқылы нақты уақыт кинематикалық (RTK) өлшеулеріне, мобильді позициялауға және өте сенімді навигацияға дейін ұзартады. Алғашқы маңызды қолданыстары метеорология, геофизика, астрономия және т.б. салалардағы жаһандық бақылау жүйелерін нақты уақыт режимінде оңтайлы калибрлеу болып табылады. Мысалы, сандық ауа райын болжау (NWP) жүйесі енді бақылауларды сенімділік интервалдарымен болжауға мүмкіндік береді, соның арқасында олардың операциялық сапасын бақылау жақсартылуы мүмкін. Бақылауларды болжаудағы белгісіздіктің күрт өсуі маңызды бақылаулардың жоғалғанын (бақылау мүмкін еместігі мәселесі) немесе ауа райының болжаусыз өзгеруін (бақылауға келмейтін мәселесі) көрсетеді. Спутниктік қашықтан зондтау және бейнелеу ішінде болжамды ақпаратқа сүйенеді. Осы болжамдар мен спутниктік суреттер арасындағы кері байланыстың тұрақтылығын бақылау үшін жылдам және сенімді сенсорлық интеграциялау әдісі қажет, және FKF осы талапқа сай келеді. FKF-тың есептеулік артықшылығы тек нақты уақытта аз көлемдегі деректерді пайдаланатын қолданыстар үшін маргіналды. Сондықтан, жеке құрылғылар мен машинадан машинаға құрылғылар FKF-тың мүмкіндіктерін толыққанды пайдалану үшін, ең алдымен жақсартылған калибрлеу және деректерді жеткізу инфрақұрылымын дамыту және оны қолдануға енгізу қажет.