Active adaptation of a distributed multi-sensor filtering system

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

A multi-sensor filtering system is characterized mathematically as a result of the solution to the problem of synthesizing the multi-dimensional discrete system of filtering a single signal from heterogeneous data sources.The stationary problem statement has three variants of its solution: by Kolmogorov–Wiener, Kalman covariance, and Kalman information forms.In the body of the paper, we actualize a problem of these solutions under uncertainty conditions.Aimed at the Active Principle of Adaptation, we have found a method to form an instrumental performance index to substitute the inaccessible original performance index (filtering error mean square) by that criterion functional we created. This substitution makes it possible to apply for system adaptation all apparatus and tools of practical optimization methods, first of all, the gradient and Newton-like methods.
Our findings follow:
– Stretching one-step prediction and measurement update operations are wise to perform at the Decision Making Center; computation operations aimed to minimize the instrumental performance index are to be done in this place, too.
– Uncompounded procedures of adaptive data scaling are advisable to complete at the sensors' location in the network.
– Adaptation algorithms may be implemented based for filter structures taken in different forms: Kolmogorov–Wiener, Kalman covariance, or Kalman information forms.
– Computational operations for minimizing the instrumental performance index would be beneficial to develop as versions to implement the modern practical optimization methods of different levels of complexity.

About the authors

Innokentiy Vasilievich Semushin

Ulyanovsk State University

Doctor of technical sciences, Professor

Julia V Tsyganova

Ulyanovsk State University

Email: jvt.ulsu@gmail.com, tsyganovajv@gmail.com
Doctor of physico-mathematical sciences, Associate professor

References

  1. Катковник В. Я., Полуэктов Р. А., Многомерные дискретные системы управления, Наука, М., 1966, 416 с.
  2. Балакришнан А., Теория фильтрации Калмана, Мир, М., 1988, 168 с.
  3. Maybeck P. S., Stochastic Models, Estimation, and Control, v. 1, Mathematics in Science and Engineering, 141, Academic Press, Inc, New York, 1979, xix+423 pp.
  4. Фомин В. Н., Рекуррентное оценивание и адаптивная фильтрация, Наука, М., 1984, 288 с.
  5. Speyer J., "Computation and transmission requirements for a decentralized linear-quadratic-Gaussian control problem", IEEE Trans. Automatic Control, 24:2 (1979), 266-269
  6. Rao B. S., Durrant-Whyte H. F., "Fully decentralised algorithm for multisensor Kalman filtering", IEE Proc.-Control Theory Appl., 138:5 (1991), 413-420
  7. Olfati-Saber R., "Distributed Kalman filtering and sensor fusion in sensor networks", Networked Embedded Sensing and Control, Lecture Notes in Control and Information Science, 331, eds. P. J. Antsaklis, P. Tabuada, Springer, Berlin, Heidelberg, 2006, 157-167
  8. Alriksson P., Rantzer A., "Model based information fusion in sensor networks", IFAC Proceedings Volumes, 41:2 (2008), 4150-4155
  9. Rao B. S. Y., Durrant-Whyte H. F., Sheen J. A., "A fully decentralized multi-sensor system for tracking and surveillance", Int. J. Robot. Res., 12:1 (1993), 20-44
  10. Mahmoud M. S., Khalid H. M., "Distributed Kalman filtering: a bibliographic review", IET Control Theory and Applications, 7:4 (2013), 483-501
  11. Marelli D., Zamani M., Fu M., Ninness B., "Distributed Kalman filter in a network of linear systems", Systems Control Letters, 116:6 (2018), 71-77
  12. Wu Z., Fu M., Xu Yo., Lu R., "A distributed Kalman filtering algorithm with fast finite-time convergence for sensor networks", Automatica, 95:9 (2018), 63-72
  13. Dormann K., Noack B., Hanebeck U. D., "Optimally distributed Kalman filtering with data-driven communication", Sensors, 18:4 (2018), 1034
  14. Badyn M. H., Mesbahi M., "Large-scale distributed Kalman filtering via an optimization approach", IFAC PapersOnLine, 50:1 (2017), 10742-10747
  15. Govaers F., "Distributed Kalman filter (Chapter 13)", Kalman Filters - Theory for Advanced Applications, eds. Ginalber Luiz de Oliveira Serra, IntechOpen, London, 2018, 253-272
  16. Semushin I. V., "The APA based time-variant system identification", 53rd IEEE Conference on Decision and Control (15-17 December 2014, Los Angeles, CA, USA), 2014, 4137-4141
  17. Fletcher R., Practical Methods of Optimization, John Wiley & Sons Ltd, Chichester, Great Britain, xiv+436 pp.
  18. Semushin I. V., "Adaptation in stochastic dynamic systems - Survey and new results II", Int. J. Communications, Network, and System Sciences, 4:4 (2011), 266-285
  19. Цыганова Ю. В., Ортогонализованные блочные методы для параметрической идентификации дискретных линейных стохастических систем, Дис. … д-ра физ.-мат. наук: 05.13.18, Ульяновский государственный университет, Ульяновск, 2017, 400 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2019 Samara State Technical University

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».