350 rub
Journal Radioengineering №10 for 2012 г.
Article in number:
Modern parametric and nonparametric algorithms for discrete nonlinear filtering of random processes
Authors:
M.A. Mironov, A.V. Bashaev, S.G. Andreev
Abstract:
We consider the parametric and nonparametric algorithms for discrete nonlinear filtering, obtained by the Markov theory of random processes estimation. Parametric nonlinear algorithm based on calculating the parameters of the approximating posterior probability density. We describe the parametric algorithms, obtained by Gaussian approximation without the use of expansions of nonlinear functions. There are discussed algorithms, founded on use for numerical calculation corresponding integrals Gauss-Hermite quadrature, the unscented transform and Monte Carlo method. Nonparametric nonlinear algorithms based on direct calculating the posterior probability density of the process being evaluated, followed by computation of optimal estimations in accordance with the selected optimization criterion. We present two types of nonparametric algorithms, obtained by the solution of the Stratonovich equation conventional numerical method, and Monte Carlo method. At building of nonparametric algorithms using Monte Carlo method (particle filters) is offered realize accumulation of the significant samples. Comparison of the characteristics of the nonparametric algorithms performed on the example of nonlinear models with scalar estimated and the observed processes.
Pages: 44-53
References
  1. Колмогоров A.H. Интерполирование и экстраполирование стационарных случайных последовательностей // Изв. АНСССР. Сер. Математика. 1941. Т.5. № 1.
  2. Wiener N. Extrapolation, interpolation and smoothing of stationary time series. New York: John Wiley. 1949.
  3. Kalman R.E. A new approach to linear filtering and prediction problems // Trans. ASMEJ. BasicEngineering. 1960. V. 82D. March.
  4. Стратонович P.Л. К теории оптимальной нелинейной фильтрации случайных функций // Теория вероятностей и ее применение. 1959. Т. 4. Вып. 2.
  5. Стратонович P.Л. Применение теории процессов Маркова для оптимальной фильтрации сигналов // Радиотехника и электроника. 1960. Т. 5. № 2.
  6. Стратонович P.Л. Условные процессы Маркова // Теория вероятностей и ее применение. 1960. Т.5. Вып. 2.
  7. Стратонович P.Л. Условные марковские процессы и их применение к теории оптимального управления. М.: МГУ. 1966.
  8. Тихонов В.И., Миронов М.А. Марковские процессы. М.: Сов. радио. 1977.
  9. Тихонов В.И., Кульман Н.К. Нелинейная фильтрация и квазикогерентный прием сигналов. М.: Сов. радио. 1975.
  10. Сейдж Э., Мелса Дж. Теория оценивания и ее применение в связи и управлении: Пер. с англ. / Под ред. Б.Р. Левина. М.: Связь. 1976.
  11. Сосулин Ю.Г. Теория обнаружения и оценивания стохастических сигналов. М.: Сов. радио. 1978.
  12. Ярлыков М.С. Применение марковской теории нелинейной фильтрации в радиотехнике. М.: Сов. радио. 1980.
  13. Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов. М.: Радио и связь. 1983.
  14. Ярлыков М.С. Статистическая теория радионавигации. М.: Радио и связь. 1985.
  15. Тихонов В.И., Харисов В.Н. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем: Учеб. пособие для вузов. М.: Радио и связь. 1991.
  16. Ярлыков М.С., Миронов М.А. Марковская теория оценивания случайных процессов. М.: Радиоисвязь. 1993.
  17. Zhe Chen. Bayesian filtering: From Kalman filters to particle filters, and beyond // Statistics. 2003. V. 182. Issue 1. URL: http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download-doi=10.1.1.107.7415&rep=rep1&type=pdf.
  18. Стратонович P.Л. О выводе приближенных уравнений нелинейной оптимальной фильтрации // Радиотехника и электроника. 1970. Т.15. № 3.
  19. Grewal M.S., Andrews A.P. Kalman filtering: Theory and practice using MATLAB. Second edition. John Wiley & Sons. 2001.
  20. Ярлыков М.С., Миронов М.А. О применимости гауссовой аппроксимации в марковской теории нелинейной фильтрации // Радиотехника и электроника. 1972. Т.17. №11.
  21. Миронов М.А., Ярлыков М.С. Оценка точности метода гауссовской аппроксимации в марковской теории оптимальной нелинейной фильтрации для случая импульсных сигналов // Радиотехника и электроника. 1973. Т.18. №11.
  22. Alspach D.L., Sorenson H.W. Nonlinear Bayesian estimation using Gaussian sum approximations // IEEE Trans. on Automatic Control. 1972. V. AC-17. № 4.
  23. Миронов М.А. Полимодальность апостериорного распределения в задачах оптимальной нелинейной фильтрации // Радиотехника и электроника. 1982. Т. 27. № 7.
  24. Харисов В.Н. Нелинейная фильтрация при многомодальном апостериорном распределении // Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. 1985. № 6.
  25. Миронов М.А., Ярлыков М.С. Квазиоптимальные алгоритмы приема и обработки радиосигналов с учетом аномальных режимов слежения // Радиотехника и электроника. 1986. Т. 31. № 8.
  26. Haug A.J. A Tutorial on Bayesian estimation and tracking techniques applicable to nonlinear and non-gaussian processes // MITRE Technical Report MTR 05W0000004 - January 2005.
  27. Edited by Abramowitz M. and Stegun I.A. Handbook of mathematical functions with formulas, graphs and mathematical tables. New York: National Bureau of Standards. Applied Mathematics Series 55 (10 printing). 1972.
  28. Ito K., Xiong K. Gaussian filters for nonlinear filtering problems // IEEE Trans. Automatic Control. 2000. V.45. № 5.
  29. Julier S.J., Uhlmann J.K. A new extension of the Kalman filter to nonlinear systems. URL: http://www.cs.unc.edu/~welch/kalman/media/pdf/Julier1997_SPIE_KF.pdf.
  30. Julier S.J., Uhlmann J.K. Unscented filtering and nonlinear estimation // Proceedings of the IEEE. 2004. V. 92. № 3.
  31. Соболь И.М. Численные методы Монте-Карло. М.: Наука. 1973.
  32. Миронов М.А., Бондаренко А.В. Марковские процессы и их применение в задачах моделирования автоматических систем (учебное пособие). М.: ФГУП «ГосНИИАС». 2010.
  33. Викентьев А.Ю., Колтышев Е.Е., Уханов Е.В., Янковский В.Т. Оптимизация алгоритма измерения дальности в РЛС с квазинепрерывным частотно-модулированным сигналом // Радиотехника. 2004. № 10.
  34. Gordon N.J., Salmond D.J., Smith A.F.M. Novel approach to nonlinear non-gaussian Bayesian state estimation // IEE Proceedings F.1993.V. 140. № 2.
  35. Arulampalam M.S., Maskell S., Gordon N., Clapp T. A tutorial on particle filters for online nonlinear/non-gaussian Bayesian tracking // IEEE Trans. Signal Processing. 2002. V. 50. № 2.