Sobre algoritmos de filtrado y suavizado para modelos lineales de espacio de estados con datos de salida cuantificados
Autores: Cedeño, Angel L.; González, Rodrigo A.; Godoy, Boris I.; Carvajal, Rodrigo; Agüero, Juan C.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Sobre algoritmos de filtrado y suavizado para modelos lineales de espacio de estados con datos de salida cuantificados
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Estimación de estado
Cuantización
Algoritmos
Sistemas de control
Comunicaciones
Sistemas de energía
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 27
Citaciones: Sin citaciones
El problema de la estimación de estado de un sistema lineal y dinámico en espacio de estados donde la salida está sujeta a cuantización es desafiante e importante en diferentes áreas de investigación, como sistemas de control, comunicaciones y sistemas de energía. Hay una serie de métodos y algoritmos para abordar este problema de estimación de estado. Sin embargo, no hay consenso en la comunidad de control y estimación sobre (1) qué métodos son más adecuados para una aplicación particular y por qué, y (2) cómo se comparan estos métodos en términos de precisión, costo computacional y facilidad de uso. En este documento, proporcionamos una visión general exhaustiva de los algoritmos de vanguardia para tratar la estimación de estado sujeta a mediciones cuantizadas, y una comparación exhaustiva entre ellos. El análisis de comparación se realiza en términos de la precisión de la estimación de estado, problemas de dimensionalidad, selección de hiperparámetros, facilidad de uso y costo computacional. Consideramos enfoques clásicos y un nuevo desarrollo en la literatura para obtener las distribuciones de filtrado y suavizado del estado condicionado a datos cuantizados. Los enfoques clásicos incluyen el filtro/suavizador de Kalman extendido, el filtro/suavizador cuantizado de Kalman, el filtro/suavizador de Kalman sin rastro, y el método de muestreo secuencial de Monte Carlo, también llamado filtro/suavizador de partículas, con sus variantes más relevantes. También consideramos un nuevo enfoque basado en el filtro/suavizador de suma gaussiana. Se presentan extensas simulaciones numéricas, incluida una aplicación práctica, para analizar la precisión de la estimación de estado y el costo computacional.
Descripción
El problema de la estimación de estado de un sistema lineal y dinámico en espacio de estados donde la salida está sujeta a cuantización es desafiante e importante en diferentes áreas de investigación, como sistemas de control, comunicaciones y sistemas de energía. Hay una serie de métodos y algoritmos para abordar este problema de estimación de estado. Sin embargo, no hay consenso en la comunidad de control y estimación sobre (1) qué métodos son más adecuados para una aplicación particular y por qué, y (2) cómo se comparan estos métodos en términos de precisión, costo computacional y facilidad de uso. En este documento, proporcionamos una visión general exhaustiva de los algoritmos de vanguardia para tratar la estimación de estado sujeta a mediciones cuantizadas, y una comparación exhaustiva entre ellos. El análisis de comparación se realiza en términos de la precisión de la estimación de estado, problemas de dimensionalidad, selección de hiperparámetros, facilidad de uso y costo computacional. Consideramos enfoques clásicos y un nuevo desarrollo en la literatura para obtener las distribuciones de filtrado y suavizado del estado condicionado a datos cuantizados. Los enfoques clásicos incluyen el filtro/suavizador de Kalman extendido, el filtro/suavizador cuantizado de Kalman, el filtro/suavizador de Kalman sin rastro, y el método de muestreo secuencial de Monte Carlo, también llamado filtro/suavizador de partículas, con sus variantes más relevantes. También consideramos un nuevo enfoque basado en el filtro/suavizador de suma gaussiana. Se presentan extensas simulaciones numéricas, incluida una aplicación práctica, para analizar la precisión de la estimación de estado y el costo computacional.