מסנן קלמן

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
Gnome-edit-clear.svg ערך זה זקוק לעריכה: הסיבה לכך היא: משוואות, מקורות.
אתם מוזמנים לסייע ולתקן את הבעיות, אך אנא אל תורידו את ההודעה כל עוד לא תוקן הדף. אם אתם סבורים כי אין בדף בעיה, ניתן לציין זאת בדף השיחה.
מסנן קלמן עוקב אחר הערכת מצב המערכת והשונות או חוסר הוודאות של ההערכה. ההערכה מעודכנת על פי מודל מעבר מצבים. \hat{x}_{k\mid k-1} מסמן את מצב המערכת המוערך בזמן k לפני המדידה ה-k,לפני שהמדידה yk נלקחה בחשבון; P_{k\mid k-1} הוא ערך אי הוודאות.

מסנן קלמן הוא אלגוריתם, המקבל כקלט סדרה של מדידות מורעשות של ערכים שונים המייצגים מצב של מערכת בזמן מסוים, ומייצר הערכה, בדרך כלל מדויקת יותר, של אותם הערכים על סמך תוצאת המסנן בעבר. המסנן עובד בצורה רקורסיבית על קלט מורעש ומייצר הערכה סטטיסטית של מצב המערכת. המסנן נקרא על שם רודולף קלמן, אחד ממפתחיו הבולטים.

למסנן יישומים רבים בטכנולוגיה. אחד היישומים העיקריים הוא בהנחיה, ניווט ובקרה של כלי רכב, במיוחד מטוסים או רכבי חלל (בהם למערכות הניווט קשה לאכן את המיקום באמצעות נקודות ציון). כמו כן הוא מיושם רבות בעיבוד אותות ואקונומטריקה.

האלגוריתם מכיל מערכת משוואות והוא עובד בשני שלבים: ראשית, האלגוריתם מייצר הערכה של מצב המערכת (כלומר, ערכי המדדים שלה) ושל ערכי אי הוודאות שלהם. בשלב השני, נקלטות התוצאות של המדידות הבאות (בדרך כלל כולל שגיאות מדידה מסוימות). תוצאות אלו מקבלות כל אחד משקל משלה והוא מעדכן באמצעותן את מצב המערכת. משקל כל תוצאה תלוי ברמת האמינות אותה מייחס האלגוריתם לאותה מדידה. המשקלים יכולים להשתנות במשך פעולת המסנן בהתאם לתוצאות המתקבלות בכל מדידה. כך למשל, במידה שמתקבל הפרש גבוה בין ההערכה לבין המדידה, המסנן עשוי להפחית את המשקל שהוא נותן להערכות הקודמות שלו ולהגביר את המשקל הניתן לתוצאה, ולהפך.

האלגוריתם משתמש רק במדידות החדשות ובמצב המערכת כפי שהתקבל מההערכה שלו, ללא התייחסות לערכים קודמים. לפיכך, קל ליישם את האלגוריתם במערכות זמן אמת. הנחת היסוד של האלגוריתם היא שאי הדיוק בכל אחת מהמדידות הוא גאוסייאני.

על מנת לקבל תוצאות מיטביות, האלגוריתם נדרש לקבל הערכות נכונות בקשר לדיוק המשתנים המתקבלים. במידה ואין הערכה כזו, תוצאות המסנן תהיינה טובות פחות, אך עדיין טובות בהרבה משימוש בשיטות רגילות, כמו ממוצע נע.

במסנן נעשה שימוש גם במצב בו מעוניינים לאחד את אותה מדידה משני חיישנים שונים ובלתי תלויים לטובת ייצור ערך מדויק יותר מכל אחת משתי המדידות.