36749

Обработка результатов косвенных измерений: классическая задача о методе наименьших квадратов

Лабораторная работа

Математика и математический анализ

Цель работы: изучение задачи и методов обработки результатов измерений; исследование в системе Mtlb задачи оценивания местоположения объекта по измерениям пеленгов. Результаты измерений показания приборов функционально связаны с параметрами вектором параметров: 3. где известные скалярные функции; ошибки измерений; входные переменные которые измеряются точно или отсутствуют.

Русский

2013-09-23

134.5 KB

10 чел.

Лабораторная работа № 3

Обработка результатов косвенных измерений:

классическая задача  о методе наименьших квадратов

3.1. Цель работы:

-  изучение задачи и методов обработки результатов измерений;

-  исследование в системе Matlab задачи оценивания местоположения объекта по измерениям пеленгов.

3.2. Теоретические положения. Классическая задача о методе наименьших квадратов (МНК).

Результаты измерений (показания приборов)  функционально связаны с параметрами  вектором параметров:

,     (3.1.)

где   - известные скалярные функции;

  - ошибки измерений;

  - входные переменные, которые измеряются точно или отсутствуют.

Требуется по результатам измерений  найти оценки  неизвестных параметров .

Задача формулируется и решается с использованием векторно-матричного подхода: зависимости (3.1) записываются в векторной форме:

,         (3.2)

где ; ;;

; .

Вектор ошибок Е считается распределенным по нормальному закону: .

Требуется по результатам измерений  найти оценку  вектора параметров .

После линеаризации функции  в окрестности некоторой опорной точки получают МНК-оценку в виде

,    (3.3)

где

,         (3.4)

а ковариационная матрица оценки определяется выражением

.

3.3. Постановка задачи оценивания координат объекта по измерениям пеленгов

Из М базовых точек (позиций) с координатами  измеряются углы на объект с координатами . В результате измерений получают значения углов  (рисунок). Величины  независимы и распределены по нормальному закону , где аi – точное значение i-го угла, - дисперсия ошибок измерений углов. Координаты базовых  точек (позиций) являются известными. На рисунке показан частный случай, когда  для всех . По имеющимся измерениям необходимо оценить вектор координат объекта .

3.4. Алгоритм расчета МНК-оценки вектора координат объекта

Уравнение для МНК-оценки имеет вид (3.3), которое содержит результаты измерения углов Z. Соотношения (3.1) в данном случае будут

,      (3.5)

так что

.     (3.6)

В векторной форме запись (3.2) будет иметь следующие обозначения:

.

Поскольку ошибки измерений имеют одну и ту же дисперсию σ2, то ковариационная матрица вектора Е равна , где I – единичная (ММ) матрица.

В этом случае оценка (3.3) приводится к виду

,     (3.7)

где – опорная точка.

Матрица Q в соответствии с формулами (3.4), (3.6) формируется в виде

.

где

,

,

.

Таким образом, в выражении (3.7) – векторы-столбцы, Q – (М2)-матрица и QТ – (2М)-матрица.

3.5. Средства Matlab для выполнения задания

Для транспонирования матрицы применяется символ «’» (кавычка), так что А’ – это транспонированная матрица А. «+» или «–» – для сложения или вычитания матриц, «» – для умножения матриц, «/» или «\» – для деления матриц. Например, А\В означает левое деление В на А, соответствующее математическому произведению А-1В, где А-1 – обратная матрица. Запись А/В означает правое деление матрицы А на матрицу В, что соответствует произведению АВ-1.

3.6. Порядок выполнения работы

3.6.1. Выполнить статистическое компьютерное моделирование задачи, используя 10 базовых точек (М = 10), расположенных на оси абсцисс с равномерным шагом l = 10, так что

     (3.8, 3.9)

Для объекта с координатами (xc, yc) = (75, 100) вычислить 10 оценок

     (3.10)

Координаты опорной точки (x0, y0) для получения каждой МНК-оценки рассчитать по первым двум пеленгам, приняв их : 1 = 450 (0,7854 рад),         2 = 430 (0,7525 рад). Формулы для расчета координат опорной точки:

;      (3.11)

.      (3.12)

Дисперсию ошибок измерений принять σ2 = 0,001 рад.

3.6.2. В одно окно вывести графическую иллюстрацию, включающую: базовые точки (3.8, 3.9); опорную точку (3.11), (3.12); лучи пеленгов из базовых точек на объект под углами (3.5); точки оценки координат объекта (3.7), (3.10).

Лучи пеленгов можно построить следующим образом. Поскольку уравнение прямой, выходящей из точки (xi, 0) под углом i  имеет вид

,

то выбрав yl получим .

Лучи проводятся с помощью функции  plot через две точки  (xi, 0)  и    (хl, yl), то есть по векторам  и .

3.6.3. Исследовать зависимость точности оценивания: от дисперсии ошибок измерений углов σ2; от выбора опорной точки  (x0, y0), предусмотрев ее произвольный выбор; от расположения на плоскости оцениваемого объекта по отношению к базовым точкам.


y

100

80

60

40

20

x

0           20           40          60          80         100        120        140

M

1

i

C(x c, y c)

xo,yo


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

42643. Операції С, їхні пріоритети і використання. Перетворення типів 47.5 KB
  Перетворення типів Ціль роботи: Вивчити основні логічні арифметичні й інші операції С навчитися правильно складати вираження С вивчити пріоритети операцій С навчитися використовувати перетворення типів. варіант арифметична операція арифметична операція логічна операція бітова операція перетворення: явне 20 2b3c 4b1 3c2 =b =10 b^c intchr Программа: Результат: Висновок: я вивчив основні логічні арифметичні й інші операції С навчився правильно складати вираження С вивчив пріоритети операцій С навчися використовувати...
42644. Циклічні алгоритми 26 KB
  Контрольні питання 1 Накреслити схему простого циклу. 2 Що таке тіло циклу Многократно повторяющийся процесс. 3 Для чого потрібна змінна циклу Для того чтобы выполнялся цикл.
42645. Вкладені цикли 42.5 KB
  Визначити які блоки складають тіло циклу що є зміною циклу зовнішнього та внутрішнього. Накреслити схему вкладеного циклу.
42646. Виконання розрахунків у MatСad 113 KB
  Виконання розрахунків у MtСd Мета: набуття навиків вводу і редагування формул використання стандартних функцій засвоєння особливостей застосування локального і глобального операторів присвоювання використання змінних що можуть приймати значення з заданого інтервалу. Обчислити значення виразу з графи 2. Значення змінної обчислити за виразом з графи 2. Обчислити значення функції для двох значень аргументу п і к графи 5 і 6.
42647. Робота з векторами і матрицями в системі MathCad 49.5 KB
  Розвязати систему рівнянь методом зворотної матриці виконати перевірку. Розвязати систему рівнянь за правилами Крамера й з допомогою вирішувального блоку.Розвязати систему рівнянь методом Гауса. Розвязати систему рівнянь методом зворотної матриці виконати перевірку.
42648. Операційна система Windows 3.31 MB
  Закріпити та систематизувати набуті знання, уміння та навички з теми «Операційна система Windows», розвивати логічне мислення, наполегливість, акуратність, виховувати культуру письма, мови, поведінки.
42649. Редактор формул MS Equation Editor 142 KB
  Мета: Опрацювати типові операції по набору формул в редакторі формул Eqution Editor. Вставити обєкт Eqution Editor до документу Word âНатиснути ПКМ на вільній області Панелі меню вибрати пункт Налаштування далі категорію Вставка та команду Редактор формул; далі перетягнути піктограму панель інструментів. В пункті âОпределитьâ меню âРазмерâ задати розмір різних елементів формул згідно з таблицею: Текст Times New Romn Cyr курсив Функція Times New Romn Cyr курсив Змінна Times New Romn Cyr курсив Рядковий грецький Symbol...
42650. Визначення технічних характеристик компютера за допомогою програмних засобів 49.5 KB
  У лівому вибираємо про що б ми хотіли отримати інформацію фрейм виконаний в стилі Провідника а справа отримуємо необхідну нам інформацію про свій комп'ютер. Опція Комп'ютер надає інформацію про версію ОС про те які оновлення стоять так звані сервіспаки і апдейти про версії Internet Explorer'а і DIRECTX і багато що інше. Тут же можна дізнатися інформацію про різні компоненти вашого ПК: тип процесора і системної плати їх характеристики докладна інформація про системну пам'ять відеокарту і інше. Вибравши підопцію можна отримати...
42651. ДОСЛІДЖЕННЯ АРИФМЕТИЧНИХ ТА ЛОГІЧНИХ ОПЕРАЦІЙ 201 KB
  Безпосередня адресація дозволяє занести на адресу призначення константу що безпосередньо вказана в команді наприклад: MOV 100; в акумулятор записується десяткове число 100. Допускається пряма байтова адресація до внутрішніх регістрів RM з номерами 0 127 наприклад MOV 25H ; в акумулятор записується вміст регістра з адресою 25Н. Наприклад передачу даних з регістру RM за номером 44Н в регістр 0Н або R0 можна реалізувати наступними способами: MOV 0H 44H; пряма адресація запис команди займає 3 байти в ROM MOV R0 44H; регістрова...