Рудольф Калман родился в Венгии в 1930 году, но во время Второй мировой войны его семья мигрировала в США, где Калман и прожил всю свою жизнь. Он внес существенный вклад в науку и придумал немало интересного, но наиболее значительный его вклад — изобретение алгоритма, получившего название "фильтр Калмана". Алгоритм этот настолько важен, что он определил развитие навигационных технологий на последующие 50 лет.
Фильтр Калмана используется в аэрокосмической отрасли и в прикладных решениях, вроде GPS-чипов в вашем смартфоне. С его помощью человек ступил на Луну и стало возможным создание высокоточных крылатых ракет. Сегодня МКС безопасно вращается вокруг Земли тоже благодаря фильтру Калмана.
Wikipedia говорит, что фильтр Калмана — эффективный рекурсивный фильтр, оценивающий вектор состояния динамической системы, используя ряд неполных и зашумленных измерений. Однако мы, конечно же, будем проще и сядем на пол расскажем все простыми словами.
Wikipedia
Итак, не надо быть гением, чтобы понимать — контролировать можно только то, что можно измерить. Сложно случайно превысить скорость на дороге, если есть спидометр и, напротив, очень легко это сделать, если спидометра нет или он нагло врет. Это простейший, бытовой пример, показывающий важность наличия точных данных в деле контроля. Калман решал более сложную задачу.
Если перенестись в 1960-е годы и вспомнить, на каком уровне тогда было развитие технологий, то становится понятно, что тогдашняя электроника была очень неточной, "шумной" и ненадежной. При этом с ее помощью инженерам приходилось решать очень сложные задачи, вроде отправки людей на Луну. В космосе ошибки, которые генерировала аппаратура и ее медленная скорость работы могли стоить людям жизни.
НАСА требовалось найти способы "фильтрации" шумов в результатах вычислений различной аппаратуры, а также понять, как качественно сравнивать показания разных датчиков — так, чтобы понять, не только куда и насколько быстро ты, собственно, летишь, но и кому же на самом деле верить. И — что очень важно — все это надо было находить, высчитывать и понимать за считаные секунды, потому что Космос ждать не будет и скорости там, как уже было сказано, по земным меркам весьма серьезные. Моргнул глазом — и вместо мягкой посадки на Луну разбился об нее в лепешку.
Собственно, именно эти задачи и решил алгоритм, который в 1960 году впервые опубликовал Рудольф Калман. Его фильтр позволял точно предсказать критические переменные вроде местоположения, направления и скорости и делал это в условиях очень "шумных" показаний разных датчиков. Более того, он позволял оценить и учесть также уровень этого шума. Разумеется, Калман опирался на работы других инженеров и математиков (особенно Норберта Винера), однако, именно он первым адаптировал идею к миру цифровых компьютеров и процессоров реального времени. Он первым сделал прикладное, применимое в реальной жизни, решение.
Благодаря фильтру Калмана американские астронавты, осуществившие первую и пока последнюю высадку на Луну, смогли быстро соотносить данные земных радаров и станций с вычислениями, которые делал сам модуль — и это обеспечило сравнительно надежное и безопасное "прилунение".
Позже фильтр Калмана применили при создании крылатых ракет высокой точности и атомных подлодок. На протяжении последующих 50 лет везде, где надо соотносить показания разных датчиков и систем, рапортующих о скорости и направлении, в ход шел фильтр Калмана. Он оказался незаменимым, практически палочкой-выручалочкой.
Именно благодаря фильтру Калмана сегодняшние GPS-чипы не "теряются", когда временно перестают видеть сигнал со спутника, а учитывают данные других датчиков в навигаторах и продолжают показывать ваше положение при движении, например, в туннелях.
И почти наверняка именно благодаря фильтру Калмана будущие автономные машины и роботы-помощники всегда будут знать свое точное положение в пространстве. Или хотя бы догадываться о нем — и даже учитывать степень погрешности.
Жаль, что сегодня имя Рудольфа Калмана знают только профессионалы. Этого выдающегося инженера вполне можно, и даже нужно ставить в один ряд с другими людьми, чей вклад в технологии навсегда изменил этот мир.
