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误差理论与平差作业:第二周周一

教材 3-1

相关观测值向量 Xt×1 的协方差阵是如何定义的?试说明 DXXt×t 中各元素的含义。当向量 Xt×1 的各个分量两两独立时,其协方差阵有什么特点?

解:定义 Xt×1 的方差 - 协方差阵:

DXXt×t=E{[XE(X)][XE(X)]T}=[σX12σX1X2σX1XtσX2X1σX22σX2XtσXtX1σXtX2σXt2]

其各元素的含义:

  • 主对角元是方差:ii 列是随机变量 Xi 的方差
  • 非主对角元是协方差:ij 列(ij)是随机变量 XiXj 的协方差

当向量 Xt×1 的各个分量两两独立时,所有协方差为零,即非主对角元均为零,协方差阵变为对角阵:DXXt×t=diag[σX12,,σXt2]

教材 3-5

设有函数关系式

Y=AXZ=BYY=CY+GZW=FZ+HR

式中,A,B,C,G,F,H 均为常数阵。已知 DXX,求:DRR,DRZ,DRW

解:

R=CY+GZ=CAX+GBAX=(C+GB)AXDRR=(C+GB)AX[(C+GB)A]T=(C+GB)AXAT(C+GB)TR=(C+GB)AXZ=BAXDRZ=(C+GB)AX(BA)T=(C+GB)AXATBTW=FZ+HR=FBAX+H(C+GB)AX=(FB+HC+HGB)AXDRW=(C+GB)AXAT(FB+HC+HGB)T

教材 3-6

已知独立观测值 L1,L2 的中误差分别为 σ1,σ2,求下列函数的中误差:

  1. x=L12L2
  2. y=12L12+L1L2
  3. z=sinL1sin(L1+L2)

解:由于 L1,L2 相互独立,协方差为零,因此观测值向量 L=[L1,L2]T 的自协方差阵为

DLL=[σ1200σ22]
  1. x=L12L2

    x=[1,2]LDxx=[1,2]DLL[1,2]T=[1,2][σ1200σ22][12]=σ12+4σ22σx=σ12+4σ22
  2. y=12L12+L1L2

    dy=L1dL1+L2dL1+L1dL2=[L1+L2,L1]dLDyy=[L1+L2,L1]DLL[L1+L2,L1]T=[L1+L2,L1][σ1200σ22][L1+L2L1]=(L1+L2)2σ12+L12σ22σy=(L1+L2)2σ12+L12σ22
  3. z=sinL1sin(L1+L2)

    dz=sinL2sin2(L1+L2)dL1sinL1cos(L1+L2)sin2(L1+L2)dL2DZZ=[sinL2sin2(L1+L2),sinL1cos(L1+L2)sin2(L1+L2)]DLL[sinL2sin2(L1+L2),sinL1cos(L1+L2)sin2(L1+L2)]T=[sinL2sin2(L1+L2),sinL1cos(L1+L2)sin2(L1+L2)][σ1200σ22][sinL2sin2(L1+L2)sinL1cos(L1+L2)sin2(L1+L2)]=σ12sin2L2sin4(L1+L2)+σ22sin2L1cos2(L1+L2)sin4(L1+L2)σz=σ12sin2L2sin4(L1+L2)+σ22sin2L1cos2(L1+L2)sin4(L1+L2)

教材 3-7

有函数

ψ1=3L12L3ψ2=L1L2+L32

已知观测值的协因数阵为

QLL=[621240103]

单位权方差为 σ02=0.2。当 L1=6,L2=8,L3=10 时,试求 ψ1,ψ2 的方差 σψ12,σψ22 以及 ψ1ψ2 的协方差 σψ1ψ2

解:

dψ1=3dL12dL3dψ2=L2dL1+L1dL2+2L3dL3dΨ=d[ψ1ψ2]=[302112]dL

不妨设 K=[302112],则 dΨ=KdL,故有

DΨΨ=KDLLKT=σ02KQLLKT=15[302112][621240103][310122]=[10.80.80.84.4]

故有

{σψ12=10.8σψ22=4.4σψ1ψ2=0.8