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

12823. Схемы и средства измерений отклонений расположения поверхностей и осей 1.86 MB
  Лабораторная работа № 2 Схемы и средства измерений отклонений расположения поверхностей и осей Цель работы: изучить схемы и средства контроля отклонения от параллельности оси и плоскости отклонения от перпендикулярности оси и плоскости отклонения от перпендикул
12824. Измерение отклонений расположения и суммарных отклонений формы и расположения тел вращения 4.94 MB
  Лабораторная работа №4 Измерение отклонений расположения и суммарных отклонений формы и расположения тел вращения. Цель работы: Изучить методы и средства измерений отклонения от соосности отклонения от параллельности плоскостей радиального торцевого и по
12825. Выбор универсальных средств измерения (СИ) линейных размеров деталей «вал» и «фланец» 852.5 KB
  Лабораторная работа №2 дополнение Выбор универсальных средств измерения СИ линейных размеров деталей вал и фланец Цель работы: освоить директивный подход к выбору универсальных СИ. Теоретическая часть Факторы которые необходимо учитывать при выборе уни
12826. Моделювання режимів роботи логічних функцій 1.77 MB
  Настав час електроніки та електроенергетики яка відіграє досить важливу роль в житті людства та сучасному суспільстві. Саме розвиток енергетики сприяв розвитку електроніки та багатьох інших невід’ємних частин сучасного суспільства...
12827. Спорт против наркотиков 840 KB
  ВВЕДЕНИЕ По определению Всемирной Организации Здравоохранения: Здоровье это состояние полного физического психического и социального благополучия а не только отсутствие болезней и физических дефектов. На сегодняшний день главным парадоксом современной медиц
12828. Спорт есірткіге қарсы 734.34 KB
  КІРІСПЕ Бүкілдүниежүзілік Денсаулық Сақтау ұйымынын анықтауы бойынша: Денсаулық дегеніміз аурулардың және дене кемістіктерінің болмауы ғана емес ол толық дене психикалық және әлеуметтік әлауқат жағдайы. Заманауи медицина адам денсаулығына жетуін өз мақсаты рет...
12829. Счастливый случай телевизионная версия игры для детей 59.5 KB
  Счастливый случай Форма: телевизионная версия игры. Игра состоит из 4х геймов: вопрос ответ блиц ты мне я тебе темная лошадка. Области вопросов на вертушке. Синий спорт красный география оранжевый искусство зеленый общие вопросы желтый история...
12830. Степной огонь. Разработка урока-игры. 43.5 KB
  СТЕПНОЙ ОГОНЬ. Прежде чем приступать к самостоятельному проведению игры предпочтительно проконсультироваться с психологом специалистом в области игровых технологий. Цель игры: Игра дает возможность наглядно и подробно представить участникам особенности одног...
12831. Слово за слово отрядная игра для пионерского лагеря 31 KB
  Цель: дать возможность детям проявить себя в способности быстро составлять слова и работать командой. Задача: занять детей всего отряда интересным делом. Возраст: 13 отряды Реквизит: таблички с буквами распространенные по 68 редкие по 24 цифрами и те...