Filtraggi ai Minimi Quadrati e Analisi del Moto di un Semovente Marino

Numero totale ore di lezione: 80

CFU: 8

Obiettivi del corso:

Il corso ha lo scopo di fornire ai frequentatori gli elementi teorici necessari per comprendere i principali algoritmi di stima dello stato di evoluzione di un processo fisico. In particolare si esaminano i processi di stima, ricorsivi e non, applicati a misure dirette dello stato di una sorgente acustica semovente oppure a misure indirette di grandezze fisiche dipendenti in generale dallo stato del semovente con funzioni matematiche complesse. Infine si analizzano i principali modelli matematici del moto del semovente comprendenti sia conoscenze deterministiche che eventuali perturbazioni al moto simulate da processi aleatori. Il corso comprende anche la fase di esercitazione in laboratorio dove si simulano alcuni algoritmi di inseguimento sulla base di particolari geometrie sensoriali.

Programma di massima:
  • CONCETTI BASE DI TEORIA DEI SISTEMI: sistemi dinamici a tempo continuo e tempo discreto; equazioni standard per sistemi lineari e stazionari; evoluzione nel tempo; autovalori e autovettori; modi propri dei sistemi a tempo discreto; proprietà strutturali per sistemi a tempo discreto: stabilità, raggiungibilità/controllabilità, osservabilità; stima e osservazione dello stato per sistemi a tempo discreto caso deterministico.
  • PRINCIPI DI ANALISIDEL CONTATTO IN AMBIENTE MARINO: principi di analisi del contatto con uno o più sensori; flusso delle informazioni in un impianto sonar; classi generali del problema della stima dello stato del contatto.
  • OSSERVAZIONE DEL CONTATTO SONAR E TECNICHE DI STIMA DEL MOTO DI UN SEMOVENTE MARINO: principali sistemi di stima ai minimi quadrati; Batch filtering; Filtri di Kalman lineari e non lineari; rappresentazioni del moto in diversi sistemi di coordinate e la loro influenza sulle prestazioni di un sistema di stima; modelli matematici deterministici; modello di Singer; modello di Moose.
  • STIMA DEL MOTO BASATO SOLO SULLE MISURE DI RILEVAMENTO: tecniche di stima del moto del semovente marino sulla base delle sole misure di rilevamento con filtro di Kalman in coordinate polari modificate.
  • STIMA DEL MOTO BASATA SU MISURE DI RILEVAMENTO E DISTANZA: tecniche di stima del moto del semovente marino sulla base di misure di distanza e rilevamento sia per sonar attivi che passivi con filtri di Kalman.
  • TECNICHE DI LOCALIZZAZIONE DEL SEMOVENTE E FUSIONE DATI: sistemi di stima del moto del semovente marino in ambiente multipath; tecniche di fusione dati provenienti da più sensori.
  • DIMOSTRAZIONI IN LABORATORIO: implementazioni in MatLab di algoritmi di stima ricorsivi e non con modelli matematici semplificati; simulazione di algoritmi di Target Motion Analisys sulla base di misure del rilevamento o del rilevamento e distanza.
Testi di riferimento:
  • J. C. Hassab, Underwater Signal and Data Processin, CRC Press, 1986.
  • A. Gelb, Applied Optimal Estimation, The M.I.T. PRESS.
  • R. A. Singer, “Estimating Optimal Tracking Filter Performance for Manned Maneuvering Targets”, IEEE Trans. On Aerospace and Electronic Systems, vol. AES-6, n. 4, July 1970.
  • R. L. Moose, “Passive Range Estimation of an Underwater Maneuvering Target”, IEEE Trans. On Acoustics, Speech, and Signal Processing, vol. ASSP-35, n. 3,March 1987.
  • Materiale fornito dai docenti.