<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">mathematics</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Вестник российских университетов. Математика</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Russian Universities Reports. Mathematics</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">2686-9667</issn><issn pub-type="epub">2782-3342</issn><publisher><publisher-name>Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.20310/2686-9667-2020-25-130-109-122</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">mathematics-213</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>СТАТЬИ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>ARTICLES</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Статистические алгоритмы фильтрации для систем со случайно изменяющейся структурой</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Statistical filtering algorithms for systems with random structure</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Аверина</surname><given-names>Татьяна Александровна</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Averina</surname><given-names>Tatyana A.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">ata@osmf.sscc.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Рыбаков</surname><given-names>Константин Александрович</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Rybakov</surname><given-names>Konstantin A.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">rkoffice@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-2"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>ФГБУН «Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН»; ФГАОУ ВО «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет»</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics SB RAS; Novosibirsk State University</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><aff-alternatives id="aff-2"><aff xml:lang="ru"><institution>ФГБОУ ВО «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)»</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Moscow Aviation Institute (National Research University)</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2020</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>16</day><month>07</month><year>2020</year></pub-date><volume>25</volume><issue>130</issue><fpage>109</fpage><lpage>122</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Аверина Т.А., Рыбаков К.А., 2020</copyright-statement><copyright-year>2020</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Аверина Т.А., Рыбаков К.А.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Averina T.A., Rybakov K.A.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://mathematics.elpub.ru/jour/article/view/213">https://mathematics.elpub.ru/jour/article/view/213</self-uri><abstract><p>Предлагаются новые алгоритмы решения задачи оптимальной фильтрации для систем со случайно изменяющейся структурой с непрерывным временем. Эта задача состоит в оценивании текущего состояния системы по результатам косвенных измерений. Математическая модель системы включает нелинейные стохастические дифференциальные уравнения, правая часть которых определяет структуру динамической системы, или режим функционирования. Правая часть может изменяться в случайные моменты времени. Число структур системы предполагается конечным, а процесс смены структуры - марковским или условно марковским. Вектор состояния такой системы состоит из двух компонент: вектора с вещественными координатами и целочисленного номера структуры. Закон изменения номера структуры определяется различными условиями: достижением непрерывной частью вектора состояния заданной поверхности в фазовом пространстве или распределением случайного промежутка времени между переключениями с заданной интенсивностью (средним числом переключений в единицу времени). Каждой упорядоченной паре режимов функционирования может отвечать свой закон перехода между ними. Алгоритмы оценивания текущего состояния систем со случайно изменяющейся структурой относятся к типу фильтров частиц, они построены на основе метода статистического моделирования (метода Монте-Карло). Работа является продолжением исследований авторов в области статистических методов и алгоритмов анализа и фильтрации для стохастических систем с непрерывным временем.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>New algorithms for solving the optimal filtering problem for continuous-time systems with a random structure are proposed. This problem is to estimate the current system state vector from observations. The mathematical model of the dynamic system includes nonlinear stochastic differential equations, the right side of which defines the system structure (regime mode). The right side of these stochastic differential equations may be changed at random time moments. The structure switching process is the Markov or conditional Markov random process with a finite set of states (structure numbers). The state vector of such system consists of two components: the real vector (continuous part) and the integer structure number (discrete part). The switch condition for the structure number may be different: the achievement of a given surface by the continuous part of the state vector or the distribution of a random time period between structure switchings. Each ordered pair of structure numbers can correspond to its own switch law. Algorithms for the estimation of the current state vector for systems with a random structure are particle filters, they are based on the statistical modeling method (Monte Carlo method). This work continues the authors’ research in the field of statistical methods and algorithms for the continuous-time stochastic systems analysis and filtering.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>оценивание</kwd><kwd>фильтрация</kwd><kwd>метод максимального сечения</kwd><kwd>стохастическое дифференциальное уравнение</kwd><kwd>система с переменной структурой</kwd><kwd>система со случайной структурой</kwd><kwd>статистическое моделирование</kwd><kwd>фильтр частиц</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>estimation</kwd><kwd>filtering</kwd><kwd>maximum cross section method</kwd><kwd>stochastic differential equation</kwd><kwd>system with variable structure</kwd><kwd>system with random structure</kwd><kwd>statistical modeling</kwd><kwd>particle filter</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Т.А. Аверина, К.А. Рыбаков, Применение метода максимального сечения в задачах оценивания случайных процессов, Актуальные проблемы вычислительной и прикладной математики (АПВПМ-2019, Марчуковские научные чтения), НГУ, Новосибирск, 2019.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Т.А. Аверина, К.А. Рыбаков, Применение метода максимального сечения в задачах оценивания случайных процессов, Актуальные проблемы вычислительной и прикладной математики (АПВПМ-2019, Марчуковские научные чтения), НГУ, Новосибирск, 2019.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">T.A. Averina, K.A. Rybakov, “Using maximum cross section method for filtering jumpdiffusion random processes”, Rus. J. Numer. Anal. Math. Modelling, 35:2 (2020), 55-67.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">T.A. Averina, K.A. Rybakov, “Using maximum cross section method for filtering jumpdiffusion random processes”, Rus. J. Numer. Anal. Math. Modelling, 35:2 (2020), 55-67.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Т.А. Аверина, Статистическое моделирование решений стохастических дифференциальных уравнений и систем со случайной структурой, Изд-во СО РАН, Новосибирск, 2019.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Т.А. Аверина, Статистическое моделирование решений стохастических дифференциальных уравнений и систем со случайной структурой, Изд-во СО РАН, Новосибирск, 2019.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">A. Bain, D. Crisan, Fundamentals of Stochastic Filtering, Springer, New York, 2009.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">A. Bain, D. Crisan, Fundamentals of Stochastic Filtering, Springer, New York, 2009.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">И.Е. Казаков, В.М. Артемьев, Оптимизация динамических систем случайной структуры, Наука, М., 1980.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">И.Е. Казаков, В.М. Артемьев, Оптимизация динамических систем случайной структуры, Наука, М., 1980.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">X.R. Li, V.P. Jilkov, “Survey of maneuvering target tracking. Part V: Multiple-model methods”, IEEE Trans. Aerospace Electronic Syst., 41:4 (2005), 1255-1321.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">X.R. Li, V.P. Jilkov, “Survey of maneuvering target tracking. Part V: Multiple-model methods”, IEEE Trans. Aerospace Electronic Syst., 41:4 (2005), 1255-1321.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">М.С. Ярлыков, С.М. Ярлыкова, “Оптимальные алгоритмы комплексной нелинейной обработки векторных дискретно-непрерывных сигналов”, Радиотехника, 2004, №7, 18-29.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">М.С. Ярлыков, С.М. Ярлыкова, “Оптимальные алгоритмы комплексной нелинейной обработки векторных дискретно-непрерывных сигналов”, Радиотехника, 2004, №7, 18-29.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">М.С. Ярлыков, С.М. Ярлыкова, “Потенциальная точность синтезированных субоптимальных алгоритмов комплексной нелинейной обработки векторных дискретно-непрерывных шумоподобных сигналов”, Радиотехника, 2007, №1, 46-61.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">М.С. Ярлыков, С.М. Ярлыкова, “Потенциальная точность синтезированных субоптимальных алгоритмов комплексной нелинейной обработки векторных дискретно-непрерывных шумоподобных сигналов”, Радиотехника, 2007, №1, 46-61.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">И.М. Косачев, Ю.Е. Кулешов, “Методология высокоточной оптимальной фильтрации случайных процессов, наблюдаемых в стохастических динамических системах со случайно изменяющейся структурой. Часть 1”, Вестник Военной академии Республики Беларусь, 2016, №3 (52), 57-66.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">И.М. Косачев, Ю.Е. Кулешов, “Методология высокоточной оптимальной фильтрации случайных процессов, наблюдаемых в стохастических динамических системах со случайно изменяющейся структурой. Часть 1”, Вестник Военной академии Республики Беларусь, 2016, №3 (52), 57-66.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">И.М. Косачев, Ю.Е. Кулешов, “Методология высокоточной оптимальной фильтрации случайных процессов, наблюдаемых в стохастических динамических системах со случайно изменяющейся структурой. Часть 2”, Вестник Военной академии Республики Беларусь, 2016, №4 (53), 64-73.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">И.М. Косачев, Ю.Е. Кулешов, “Методология высокоточной оптимальной фильтрации случайных процессов, наблюдаемых в стохастических динамических системах со случайно изменяющейся структурой. Часть 2”, Вестник Военной академии Республики Беларусь, 2016, №4 (53), 64-73.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">И.М. Косачев, Ю.Е. Кулешов, “Методология высокоточной оптимальной фильтрации случайных процессов, наблюдаемых в стохастических динамических системах со случайно изменяющейся структурой. Часть 3”, Вестник Военной академии Республики Беларусь, 2017, №1 (54), 56-65.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">И.М. Косачев, Ю.Е. Кулешов, “Методология высокоточной оптимальной фильтрации случайных процессов, наблюдаемых в стохастических динамических системах со случайно изменяющейся структурой. Часть 3”, Вестник Военной академии Республики Беларусь, 2017, №1 (54), 56-65.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Е.А. Руденко, “Конечномерные рекуррентные алгоритмы оптимальной нелинейной логико-динамической фильтрации”, Известия РАН. Теория и системы управления, 2016, №1, 43-65.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Е.А. Руденко, “Конечномерные рекуррентные алгоритмы оптимальной нелинейной логико-динамической фильтрации”, Известия РАН. Теория и системы управления, 2016, №1, 43-65.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">К.А. Рыбаков, А.А. Ющенко, “Непрерывные фильтры частиц и их реализация в реальном масштабе времени”, Вестник ВГУ. Серия Системный анализ и информационные технологии, 2018, №3, 56-64.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">К.А. Рыбаков, А.А. Ющенко, “Непрерывные фильтры частиц и их реализация в реальном масштабе времени”, Вестник ВГУ. Серия Системный анализ и информационные технологии, 2018, №3, 56-64.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">F. Karamґe, “A new particle filtering approach to estimate stochastic volatility models with Markov-switching”, Econometrics and Statistics, 8:C (2018), 204-230.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">F. Karamґe, “A new particle filtering approach to estimate stochastic volatility models with Markov-switching”, Econometrics and Statistics, 8:C (2018), 204-230.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">T. Lux, “Inference for nonlinear state space models: A comparison of different methods applied to Markov-switching multifractal models”, Economics Working Paper, 2018-07 (2018), 1-43.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">T. Lux, “Inference for nonlinear state space models: A comparison of different methods applied to Markov-switching multifractal models”, Economics Working Paper, 2018-07 (2018), 1-43.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">В.А. Бухалев, Распознавание, оценивание и управление в системах со случайной скачкообразной структурой, Физматлит, М., 1996.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">В.А. Бухалев, Распознавание, оценивание и управление в системах со случайной скачкообразной структурой, Физматлит, М., 1996.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit17"><label>17</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">В.А. Бухалев, А.А. Скрынников, В. А. Болдинов, Алгоритмическая помехозащита беспилотных летательных аппаратов, Физматлит, М., 2018.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">В.А. Бухалев, А.А. Скрынников, В. А. Болдинов, Алгоритмическая помехозащита беспилотных летательных аппаратов, Физматлит, М., 2018.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit18"><label>18</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">M. Ghosh, A. Arapostathis, S. Marcus, “Optimal control of switching diffusions with application to flexible manufacturing systems”, SIAM J. Control Optim., 31:5 (1993), 1183-1204.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">M. Ghosh, A. Arapostathis, S. Marcus, “Optimal control of switching diffusions with application to flexible manufacturing systems”, SIAM J. Control Optim., 31:5 (1993), 1183-1204.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit19"><label>19</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">А.П. Трифонов, Ю.С. Шинаков, Совместное различение сигналов и оценка их параметров на фоне помех, Радио и связь, М., 1986.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">А.П. Трифонов, Ю.С. Шинаков, Совместное различение сигналов и оценка их параметров на фоне помех, Радио и связь, М., 1986.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit20"><label>20</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">К.А. Рыбаков, “О вычислении весовых коэффициентов в непрерывном фильтре частиц”, Научный вестник МГТУ ГА, 21:2 (2018), 32-39.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">К.А. Рыбаков, “О вычислении весовых коэффициентов в непрерывном фильтре частиц”, Научный вестник МГТУ ГА, 21:2 (2018), 32-39.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit21"><label>21</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Н. В. Черных, П. В. Пакшин, “Алгоритмы численного решения стохастических дифференциальных систем с переключаемой диффузией”, Управление большими системами, 2012, № 36, 106-143.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Н. В. Черных, П. В. Пакшин, “Алгоритмы численного решения стохастических дифференциальных систем с переключаемой диффузией”, Управление большими системами, 2012, № 36, 106-143.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit22"><label>22</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Т. А. Аверина, К. А. Рыбаков, “Моделирование мультиструктурных систем на многообразиях в задачах статистического анализа и фильтрации”, Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки, 23:122 (2018), 145-153.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Т. А. Аверина, К. А. Рыбаков, “Моделирование мультиструктурных систем на многообразиях в задачах статистического анализа и фильтрации”, Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки, 23:122 (2018), 145-153.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit23"><label>23</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Т. А. Аверина, “Построение и обоснование статистических алгоритмов моделирования решения систем со случайной структурой, заданной стохастическими дифференциальными уравнениями”, Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки, 20:5 (2015), 986-991.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Т. А. Аверина, “Построение и обоснование статистических алгоритмов моделирования решения систем со случайной структурой, заданной стохастическими дифференциальными уравнениями”, Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки, 20:5 (2015), 986-991.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit24"><label>24</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Т.А. Аверина, “Использование модификаций метода максимального сечения для моделирования систем со случайной структурой с распределенными переходами”, Сибирский журнал вычислительной математики, 19:3 (2016), 235-247.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Т.А. Аверина, “Использование модификаций метода максимального сечения для моделирования систем со случайной структурой с распределенными переходами”, Сибирский журнал вычислительной математики, 19:3 (2016), 235-247.</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
