jOas wEb Sci

Aller au contenu | Aller au menu | Aller à la recherche

Mot-clé - Filtre de Kalman

Fil des billets

jeudi, novembre 15 2007

Méthode d'assimilation - L'exemple du naufragé

Revenons aux mésaventures de notre naufragé introduites précédemment. Finalement, ne sachant comment atteindre le rivage, il se résout à évaluer la distance le séparant du rivage toutes les heures. Il dispose ainsi de \[i\] mesures de la distance du canot au rivage (\[v^o_i\]) entre l'instant de son naufrage \[t_0\] et la dernière mesure au temps \[t_i\]. Cette évaluation est supposée sans biais et sa variance, notée comme précédemment \[s^o\], est supposée stationnaire. Les coordonnées réelles du canot sont \[(u_i,v_i)\],tandis que celle issues de l'analyse \[(u_i^a,v_i^a)\] et celles de la prévision \[(u_i^f,v_i^f)\]. A l'instant du naufrage (\[t_0\]), la position du canot est \[(u_0^a,v_0^a)=(0,0)\]. Entre deux mesures aux instants \[t_i\] et \[t_{i+1}\],le canot dérive mais sa direction n'est pas connue. Le naufragé imagine donc un modèle d'évolution comme un modèle de diffusion autour de son point d'origine. Il peut donc écrire le modèle (linéaire en l'occurrence) tel que \[\mathbf{M}_{i \to i+1}=\mathbf{I}\]) et l'erreur modèle, qu'il suppose importante, telle que

\[ \mathbf{Q}_i=\left( \begin{array}{cc} s^m & 0 \\ 0 & s^m \end{array} \right)\],

où \[s^m\] est proportionnel au temps écoulé entre \[t_{k+1}\] et \[t_0\].

Lire la suite...

Méthode d'assimilation - Le coût de calcul

L'algorithme du filtre de Kalman complète le système d'équations lié à la détermination de l'état analysé et à sa propagation dans le temps avec deux équations de calcul et de propagation de la matrice de covariance d'erreur d'analyse. Le coût numérique du filtre de Kalman est donc la somme du coût du traitement du vecteur d'état et des covariances d'erreur. Pour les systèmes de grande taille tels que l'océan ou l'atmosphère, le coût de calcul principal provient du traitement des covariances d'erreur d'analyse. La première étape coûteuse est l'inversion de la matrice \[\left(\mathbf{H}_i\mathbf{P}^f_i\mathbf{H}_i^T+\mathbf{R}_i \right)\]. La propagation par les équations de la dynamique du modèle linéaire-tangent de \[\mathbf{P}^a\] requiert ensuite la multiplication par la matrice \[\mathbf{M}\] par chaque colonne (chaque ligne pour \[ \mathbf{M}^T \]) de \[ \mathbf{P}^a \] (autour de \[ 10^7 \times 10^7 \] opérations). Au delà du coup de calcul exorbitant de ces opérations, il est impossible de stocker entre chaque étape d'analyse de telles matrices malgré les capacités déjà importantes disponibles. Pour ces raisons, l'algorithme du filtre de Kalman ne peut être appliqué qu'à des systèmes de taille réduite.

Il doit donc être simplifié pour permettre son application aux systèmes océaniques et atmosphériques. Plusieurs études visent notamment à réduire le nombre d'intégration du modèle linéaire-tangent en ne propageant pas la matrice de covariance d'erreur que suivant certaines directions (Fukomori etal., 1995 ; Evensen, 1994 ; Fisher, 1998 et Evensen, 2003). Il faut tout d'abord identifier un sous-espace de dimension réduite. Ensuite, seule la projection de la matrice de covariance dans ce sous-espace, et non la matrice complète, est propagée. Divers de ces filtres seront présentés dans la section suivante.

Méthode d'assimilation - Filtre de Kalman étendu (EKF)

Dans le filtre de Kalman classique, le modèle d'évolution et l'opérateur d'observation sont supposés linéaires. Cependant, il arrive souvent que l'hypothèse de linéarité ne soit pas valide. Dans ce cas, il est possible de généraliser le filtre de Kalman en utilisant des formes linéarisées de l'opérateur d'observation et du modèle d'évolution pour les Eqs. (032), (034) et (036) et la forme non-linéaire pour les Eqs. (033) et (035). Ce filtre est appelé filtre de Kalman étendu (EKF).

Lire la suite...

Méthode d'assimilation - Le filtre de Kalman (KF)

Filtre de Kalman - KF

En 1960-61, Kalman et Bucy ont décrit une solution récursive pour des problèmes de filtrage linéaire de données discrète. Cette solution est depuis nommée filtre de Kalman. Ce filtre peut être appréhendé comme une extension du BLUE pour laquelle l'état analysé pour une étape donnée définit l'ébauche à l'étape d'analyse suivante. Outre ceci, le filtre de Kalman incorpore un modèle d'évolution de l'état du système entre deux instants \[t_i\] et \[t_{i+1\].

Lire la suite...

mardi, octobre 30 2007

Péambule - Introduction à l'assimilation de données

Plus le message est probable moins il fournit d'information : les clichés et les lieux communs éclairent moins que les grands poèmes.

Norbert Wiener


Historique


La recherche scientifique repose sur deux sources d'information et d'étude différentes, les observations d'une part, et les modèles d'autre part. Au cours de l'histoire des Sciences, les observations furent d'abord qualitatives avant de devenir quantitatives. Parallèlement, les modèles descriptifs s'améliorèrent grâce aux techniques mathématiques, et particulièrement à l'analyse numérique.

Lire la suite...

page 2 de 2 -