The ensemble Kalman filter is widely used in applications because, for high dimensional filtering problems, it has a robustness that is not shared for example by the particle filter; in particular it does not suffer from weight collapse. However, there is no theory which quantifies its accuracy as an approximation of the true filtering distribution, except in the Gaussian setting. To address this issue we provide the first analysis of the accuracy of the ensemble Kalman filter beyond the Gaussian setting. Our analysis is developed for the mean field ensemble Kalman filter. We rewrite this filter in terms of maps on probability measures, and then we prove that these maps are locally Lipschitz in an appropriate weighted total variation metric. Using these stability estimates we demonstrate that, if the true filtering distribution is close to Gaussian after appropriate lifting to the joint space of state and data, then it is well approximated by the ensemble Kalman filter. Finally, we provide a generalization of these results to the Gaussian projected filter, which can be viewed as a mean field description of the unscented Kalman filter.


翻译:在应用中广泛使用全方位 Kalman 过滤器是因为,对于高维过滤器的问题,它具有一种强健性,而粒子过滤器则不分享这种强健性;特别是它不会受到重量折叠的影响。然而,除了Gaussian 设置外,没有任何理论将其准确性量化为真实过滤分布的近似值,但Gaussian 设置除外。为了解决这个问题,我们首先分析了高森设置以外的全维 Kalman 过滤器的准确性。我们的分析是针对中度的实地整体过滤器进行的。我们用概率计量的地图重写了这个过滤器,然后我们证明这些地图是当地Lipschitz 的适当的加权总变异度指标。我们使用这些稳定性估计来证明,如果真正的过滤分布在适当提升到国家和数据联合空间后接近Gaussian,那么它就会被全方位的Kalman 过滤器所近似。最后,我们将这些结果的概括化为高斯 预测过滤器,这可以被看作是未加姆卡曼过滤器的粗略的实地描述。

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