<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xml:lang="en" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="nlm-ta">Sensors</journal-id>
<journal-title>Sensors</journal-title>
<issn pub-type="epub">1424-8220</issn>
<publisher>
<publisher-name>Molecular Diversity Preservation International (MDPI)</publisher-name></publisher></journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="doi">10.3390/s120708877</article-id>
<article-id pub-id-type="publisher-id">sensors-12-08877</article-id>
<article-categories>
<subj-group>
<subject>Article</subject></subj-group></article-categories>
<title-group>
<article-title>Observability Analysis of a Matrix Kalman Filter-Based Navigation System Using Visual/Inertial/Magnetic Sensors</article-title></title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Feng</surname><given-names>Guohu</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="af1-sensors-12-08877"><sup>1</sup></xref><xref ref-type="corresp" rid="c1-sensors-12-08877"><sup>*</sup></xref></contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Wu</surname><given-names>Wenqi</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="af1-sensors-12-08877"><sup>1</sup></xref></contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Wang</surname><given-names>Jinling</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="af2-sensors-12-08877"><sup>2</sup></xref></contrib></contrib-group>
<aff id="af1-sensors-12-08877">
<label>1</label> The College of Mechatronics and Automation, National University of Defense Technology, Changsha 410073, Hunan, China; E-Mail: <email>wenqiwu_lit@hotmail.com</email></aff>
<aff id="af2-sensors-12-08877">
<label>2</label> School of Surveying and Spatial Information Systems, University of New South Wales, Sydney, NSW 2052, Australia; E-Mail: <email>jinling.wang@unsw.edu.au</email></aff>
<author-notes>
<corresp id="c1-sensors-12-08877">
<label>*</label>Author to whom correspondence should be addressed; <email>guohu_feng@hotmail.com</email>; Tel./Fax: +86-731-8457-6463.</corresp></author-notes>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2012</year></pub-date>
<pub-date pub-type="epub">
<day>27</day>
<month>06</month>
<year>2012</year></pub-date>
<volume>12</volume>
<issue>7</issue>
<fpage>8877</fpage>
<lpage>8894</lpage>
<history>
<date date-type="received">
<day>14</day>
<month>05</month>
<year>2012</year></date>
<date date-type="rev-recd">
<day>14</day>
<month>06</month>
<year>2012</year></date>
<date date-type="accepted">
<day>18</day>
<month>06</month>
<year>2012</year></date></history>
<permissions>
<copyright-statement>© 2012 by the authors; licensee MDPI, Basel, Switzerland.</copyright-statement>
<copyright-year>2012</copyright-year>
<license>
<p>This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution license (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/).</p></license></permissions>
<abstract>
<p>A matrix Kalman filter (MKF) has been implemented for an integrated navigation system using visual/inertial/magnetic sensors. The MKF rearranges the original nonlinear process model in a pseudo-linear process model. We employ the observability rank criterion based on Lie derivatives to verify the conditions under which the nonlinear system is observable. It has been proved that such observability conditions are: (a) at least one degree of rotational freedom is excited, and (b) at least two linearly independent horizontal lines and one vertical line are observed. Experimental results have validated the correctness of these observability conditions.</p></abstract>
<kwd-group>
<kwd>matrix Kalman filter</kwd>
<kwd>Lie derivatives</kwd>
<kwd>observability of nonlinear systems</kwd>
<kwd>navigation</kwd>
<kwd>vision</kwd>
<kwd>inertial measurement unit</kwd></kwd-group></article-meta></front>
<body>
<sec sec-type="intro">
<label>1.</label>
<title>Introduction</title>
<p>Inertial navigation systems (INS) have been widely used in many systems, such as ground vehicles, airplanes, helicopters, robotic systems, <italic>etc.</italic> However, INS drift will lead to exponential growth of errors in the navigation solutions due to the double integration of acceleration signals within inertial navigation computations. Therefore, to overcome such a problem, it is a very common practice to integrate INS with other sensors, which can calibrate the inertial sensor errors. In most outdoor applications, a Kalman filter estimator can be used for optimally combining both IMU and GPS measurements [<xref ref-type="bibr" rid="b1-sensors-12-08877">1</xref>]. However, an indoor navigation system cannot use GPS since its signals are not available.</p>
<p>An alternative approach to calibrate INS errors is via the use of other sensors, such as cameras and magnetic sensors. Combining these two sensors to form a vision-aided inertial navigation system (V-INS) has recently become a popular topic of research [<xref ref-type="bibr" rid="b2-sensors-12-08877">2</xref>]. By sensing the Earth's magnetic field a magnetic sensor can provide a drift-free heading estimate. Accurate 3-D orientation estimates of a rigid body by inertial/magnetic sensing were exploited in [<xref ref-type="bibr" rid="b3-sensors-12-08877">3</xref>], where the aiding sensors (accelerometer and magnetic sensor) helped mitigate low-frequency gyro drift errors, while, in turn, the signals from the aiding sensors, which are prone to relatively high-frequency errors, are smoothed using gyro data. They are all based on the concept of vector matching, which requires, in principle, the measurements of constant reference vectors (e.g., gravity and the Earth's magnetic field) [<xref ref-type="bibr" rid="b4-sensors-12-08877">4</xref>].</p>
<p>In this paper, we present a matrix Kalman filter (MKF) in which the estimate of the state matrix is expressed in terms of the matrix parameters of the original plant. The MKF has the statistical properties of the ordinary EKF, while retaining the advantages of a compact matrix notation by expressing the estimated matrix in terms of the original plant parameters [<xref ref-type="bibr" rid="b5-sensors-12-08877">5</xref>].</p>
<p>The major contribution of this paper is to elucidate under which conditions a MKF-based nonlinear system for indoor navigation using visual/inertial/magnetic sensors is observable; in other words, the conditions when sufficient information is available for estimating a state matrix that contains, in the present case, the body attitude matrix, the gyro bias vector, relative velocity vector, the dual part of landmark and the magnetic variation superimposed to the magnetic reference vector. For the purpose of orientation determination, an accurately known homogeneous magnetic field in the environment is needed. Magnetic homogeneity is difficult to achieve, especially indoors, due to the presence of iron construction materials in floors, walls and ceilings, or to interferences from various types of equipment. In order to compensate for magnetic variations, a first-order Gauss-Markov vector random process is chosen to model the magnetic variation. To the best of our knowledge, there has been no such observability analysis so far for the integrated navigation systems in 3-D. We have extended the current work for the observability analysis for an orientation system described in [<xref ref-type="bibr" rid="b6-sensors-12-08877">6</xref>], to the 3-D navigation systems based on inertial/visual/magnetic sensors.</p></sec>
<sec>
<label>2.</label>
<title>Sensor Modeling</title>
<sec>
<label>2.1.</label>
<title>Inertial Sensor</title>
<p>Without loss of generality, the navigation reference frame is selected as the local-level frame (North-East-Down). Denote the navigation frame by <italic>n</italic>, the INS body frame by <italic>b</italic>, the camera frame by <italic>c</italic> and the inertial frame by <italic>i</italic>. Using gyros/accelerometers outputs, the relative velocity <italic>v<sup>n</sup></italic> and the body attitude matrix 
<inline-formula>
<mml:math id="mm1" display="inline">
<mml:semantics id="sm1">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> satisfy the kinematic equations as [<xref ref-type="bibr" rid="b1-sensors-12-08877">1</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="b7-sensors-12-08877">7</xref>]:
<disp-formula id="FD1">
<label>(1)</label>
<mml:math id="mm2" display="block">
<mml:semantics id="sm2">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">ξ</mml:mi>
<mml:mo>˙</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD2">
<label>(2)</label>
<mml:math id="mm3" display="block">
<mml:semantics id="sm3">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">v</mml:mi>
<mml:mo>˙</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mtext>b</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">b</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD3">
<label>(3)</label>
<mml:math id="mm4" display="block">
<mml:semantics id="sm4">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mo>˙</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">ω</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">ω</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">ω</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">b</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD4">
<label>(4)</label>
<mml:math id="mm5" display="block">
<mml:semantics id="sm5">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">b</mml:mi>
<mml:mo>˙</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>g</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>ω</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where <bold>ξ</bold><italic><sup>n</sup></italic> is an arbitrary point on the observed line, <bold>r</bold><italic><sup>b</sup></italic> is the lever arm from the IMU to the camera, as shown in <xref ref-type="fig" rid="f1-sensors-12-08877">Figure 1</xref>. <bold>b</bold><italic><sub>a</sub></italic> and <bold>b</bold><italic><sub>g</sub></italic> are 3 × 1 vectors that describe the biases affecting the accelerometer and gyro measurements, respectively. <bold>b</bold><italic><sub>a</sub></italic> can be compensated on time scales up to few hours, using the procedure described in [<xref ref-type="bibr" rid="b8-sensors-12-08877">8</xref>]. <bold>b</bold><italic><sub>g</sub></italic> are modeled as random walk processes, driven by the white Gaussian noise vectors <bold>n</bold><italic><sub>ωg</sub></italic>. 
<inline-formula>
<mml:math id="mm6" display="inline">
<mml:semantics id="sm6">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">ω</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> is the skew symmetric matrix of 
<inline-formula>
<mml:math id="mm7" display="inline">
<mml:semantics id="sm7">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">ω</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>. In the context of MEMS sensors, the component in the gyro output due to the Earth's rotation can be neglected as compared to the sensor errors.</p></sec>
<sec>
<label>2.2.</label>
<title>Visual Sensor</title>
<p>The line point is taken as line representation, which is defined as the intersection of a line feature with a line passing through the image origin that is perpendicular to the line feature. The line point is unique for all lines except the lines passing through the origin. The line point is calculated by Goddard as [<xref ref-type="bibr" rid="b9-sensors-12-08877">9</xref>]:
<disp-formula id="FD5">
<label>(5)</label>
<mml:math id="mm8" display="block">
<mml:semantics id="sm8">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Line features are represented by quaternion. <bold>Î</bold> = <bold>l</bold> + ε<bold>m</bold>, where <bold>l</bold> is the unit direction vector of the observed line and <bold>m</bold> is related to the position by <bold>m</bold> = <bold>p</bold> × <bold>1</bold>. In the <italic>n</italic>-frame:
<disp-formula id="FD6">
<label>(6)</label>
<mml:math id="mm9" display="block">
<mml:semantics id="sm9">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">ξ</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>while in the <italic>c</italic>-frame:
<disp-formula id="FD7">
<label>(7)</label>
<mml:math id="mm10" display="block">
<mml:semantics id="sm10">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">ξ</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">ξ</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">r</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo>≈</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where <bold>r</bold><italic><sup>b</sup></italic> can be ignored when the IMU and the camera are mounted closely together.</p>
<p>If relative position <bold>ξ</bold><italic><sup>n</sup></italic> is orthogonal to <bold>l</bold><italic><sup>n</sup></italic>, that is, <bold>ξ</bold><italic><sup>n</sup></italic>·<bold>l</bold><italic><sup>n</sup></italic> = 0, then we can obtain:
<disp-formula id="FD8">
<label>(8)</label>
<mml:math id="mm11" display="block">
<mml:semantics id="sm11">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mo>‖</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">ξ</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mo>‖</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mo>‖</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">ξ</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mo>‖</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>That is to say, the norm of <bold>m</bold><italic><sup>n</sup></italic> is the minimum distance from the vehicle to the observed line. Using <xref rid="FD1" ref-type="disp-formula">Equation (1)</xref>, we obtain:
<disp-formula id="FD9">
<label>(9)</label>
<mml:math id="mm12" display="block">
<mml:semantics id="sm12">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">m</mml:mi>
<mml:mo>˙</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">ξ</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>For simplification, only vertical lines 
<inline-formula>
<mml:math id="mm13" display="inline">
<mml:semantics id="sm13">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> and horizontal lines 
<inline-formula>
<mml:math id="mm14" display="inline">
<mml:semantics id="sm14">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> are chosen as landmarks. According to <xref rid="FD5" ref-type="disp-formula">Equation (5)</xref>, we obtain:
<disp-formula id="FD10">
<label>(10)</label>
<mml:math id="mm15" display="block">
<mml:semantics id="sm15">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>A monocular camera is not enough to calculate <italic>m<sub>z</sub></italic> due to its inherent limitation of depth information deficiency. In order to solve this problem, we can use stereo cameras or a monocular camera with height information to obtain <italic>m<sub>z</sub></italic>.</p></sec>
<sec>
<label>2.3.</label>
<title>Magnetic Sensor</title>
<p>A first-order Gauss-Markov vector random process with statistically independent components is chosen to model magnetic variations as follows [<xref ref-type="bibr" rid="b10-sensors-12-08877">10</xref>]:
<disp-formula id="FD11">
<label>(11)</label>
<mml:math id="mm16" display="block">
<mml:semantics id="sm16">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">b</mml:mi>
<mml:mo>˙</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>h</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">b</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>ω</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where α is a positive constant, and <bold>n</bold><italic><sub>ωh</sub></italic> is white Gaussian noise.</p></sec></sec>
<sec>
<label>3.</label>
<title>MKF Algorithm</title>
<sec>
<label>3.1.</label>
<title>Process Model</title>
<p>The evolving state is described as follows:
<disp-formula id="FD12">
<label>(12)</label>
<mml:math id="mm17" display="block">
<mml:semantics id="sm17">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">X</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">b</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">v</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">b</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where <bold>m</bold><italic><sup>n</sup></italic> is the relative distance of the vehicle with respect to the observed line, <bold>v</bold><italic><sup>n</sup></italic> is the relative velocity.</p>
<p>The relative position of the vehicle with respect to the observed line, <bold>ξ</bold><italic><sup>n</sup></italic>, can be calculated as follows:
<list list-type="order">
<list-item>
<p>Calculate the point of intersection of the observed lines. According to <xref rid="FD6" ref-type="disp-formula">Equation (6)</xref>, we obtain:
<disp-formula id="FD13">
<label>(13)</label>
<mml:math id="mm18" display="block">
<mml:semantics id="sm18">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">ξ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p></list-item>
<list-item>
<p>Calculate the translation along the observed line direction from the intersection to the vertical point. According to <xref rid="FD8" ref-type="disp-formula">Equation (8)</xref>, we obtain:
<disp-formula id="FD14">
<label>(14)</label>
<mml:math id="mm19" display="block">
<mml:semantics id="sm19">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">ξ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>⊥</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo>‖</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">ξ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi></mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo>‖</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo>‖</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">ξ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>⊥</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo>‖</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">ξ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi></mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo>‖</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>‖</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo>‖</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Because the unique of perpendicular point, the translation along the observed line direction, <italic>ρ</italic>, is also uniqueness. From <xref rid="FD14" ref-type="disp-formula">Equation (14)</xref>, we obtain:
<disp-formula id="FD15">
<label>(15)</label>
<mml:math id="mm20" display="block">
<mml:semantics id="sm20">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">ξ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">l</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">ξ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">l</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p></list-item>
<list-item>
<p>Calculate the relative position:
<disp-formula id="FD16">
<label>(16)</label>
<mml:math id="mm21" display="block">
<mml:semantics id="sm21">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">ξ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>⊥</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">ξ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi></mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">ξ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">ξ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">ξ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>⊥</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">ξ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>ρ</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi></mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">ξ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">ξ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p></list-item></list></p>
<p>The discretization of <xref rid="FD3" ref-type="disp-formula">Equation (3)</xref> gives the following equation [<xref ref-type="bibr" rid="b11-sensors-12-08877">11</xref>]:
<disp-formula id="FD17">
<label>(17)</label>
<mml:math id="mm22" display="block">
<mml:semantics id="sm22">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mtext>b</mml:mtext></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">b</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">w</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where Φ<italic><sub>k</sub></italic> is the transition matrix from time <italic>tk</italic> to time <italic>tk</italic><sub>+1</sub> that corresponds to 
<inline-formula>
<mml:math id="mm23" display="inline">
<mml:semantics id="sm23">
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">ω</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>. We assume that 
<inline-formula>
<mml:math id="mm24" display="inline">
<mml:semantics id="sm24">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">ω</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> is piece wisely constant in the tiny time intervals <italic>Δt</italic> = <italic>tk</italic><sub>+1</sub> − <italic>tk</italic>, and then, Φ<italic><sub>k</sub></italic> in <xref rid="FD17" ref-type="disp-formula">Equation (17)</xref> can be approximated as:
<disp-formula id="FD18">
<label>(18)</label>
<mml:math id="mm25" display="block">
<mml:semantics id="sm25">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>≈</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>exp</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">ω</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Furthermore, <bold>w</bold><italic><sub>k</sub></italic> can be written as:
<disp-formula id="FD19">
<label>(19)</label>
<mml:math id="mm26" display="block">
<mml:semantics id="sm26">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">w</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext>
<mml:mi>g</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where <italic>h.o.t</italic> denotes the terms of the second order <italic>Δt</italic><sup>2</sup> and higher. Note that the process noise matrix, <bold>w</bold><italic><sub>k</sub></italic>, is state dependent, and that the first-order term is linear in the components of the white Gaussian noise vectors <bold>n</bold><italic><sub>g</sub></italic>.</p>
<p>Discretizing <xref rid="FD2" ref-type="disp-formula">Equations (2)</xref>, <xref rid="FD4" ref-type="disp-formula">(4)</xref>, <xref rid="FD9" ref-type="disp-formula">(9)</xref>, <xref rid="FD11" ref-type="disp-formula">(11)</xref> produces:
<disp-formula id="FD20">
<label>(20)</label>
<mml:math id="mm27" display="block">
<mml:semantics id="sm27">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">b</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">b</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">ω</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD21">
<label>(21)</label>
<mml:math id="mm28" display="block">
<mml:semantics id="sm28">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD22">
<label>(22)</label>
<mml:math id="mm29" display="block">
<mml:semantics id="sm29">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD23">
<label>(23)</label>
<mml:math id="mm30" display="block">
<mml:semantics id="sm30">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">b</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>exp</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">b</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">ω</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Combining <xref rid="FD17" ref-type="disp-formula">Equations (17)</xref>, <xref rid="FD20" ref-type="disp-formula">(20)</xref>–<xref rid="FD23" ref-type="disp-formula">(23)</xref> together, we obtain the dynamic model as:
<disp-formula id="FD24">
<label>(24)</label>
<mml:math id="mm31" display="block">
<mml:semantics id="sm31">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">X</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">X</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">B</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">W</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where the dynamic matrices, 
<inline-formula>
<mml:math id="mm32" display="inline">
<mml:semantics id="sm32">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, 
<inline-formula>
<mml:math id="mm33" display="inline">
<mml:semantics id="sm33">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, are defined as:
<disp-formula id="FD25">
<label>(25)</label>
<mml:math id="mm34" display="block">
<mml:semantics id="sm34">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mn>41</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mn>42</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mn>43</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>5</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>5</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mn>44</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mn>55</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mn>77</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mn>56</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>7</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>7</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mn>57</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>8</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>exp</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>8</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mn>88</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where <bold>E</bold><italic><sup>ij</sup></italic> denotes a 8 × 8 matrix with 1 at position (<italic>ij</italic>) and 0 elsewhere;
<disp-formula id="FD26">
<label>(26)</label>
<mml:math id="mm35" display="block">
<mml:semantics id="sm35">
<mml:mrow>
<mml:mtext mathvariant="bold">B</mml:mtext>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">e</mml:mtext>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>and the noise matrix, <bold>W</bold><italic><sub>k</sub></italic>, is defined as:
<disp-formula id="FD27">
<label>(27)</label>
<mml:math id="mm36" display="block">
<mml:semantics id="sm36">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">W</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">w</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">ω</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext>
<mml:mi>a</mml:mi></mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">n</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi></mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>The process noise covariance matrix is:
<disp-formula id="FD28">
<label>(28)</label>
<mml:math id="mm37" display="block">
<mml:semantics id="sm37">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">Q</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>cov</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>w</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>σ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">ω</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>σ</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>σ</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>σ</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>σ</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>exp</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where, as defined by [<xref ref-type="bibr" rid="b11-sensors-12-08877">11</xref>]:
<disp-formula id="FD29">
<label>(29)</label>
<mml:math id="mm38" display="block">
<mml:semantics id="sm38">
<mml:mrow>
<mml:mo>cov</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">w</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo>⊗</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mtext mathvariant="bold">L</mml:mtext>
<mml:msubsup>
<mml:mi>σ</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">L</mml:mtext>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>⊗</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p><bold>L</bold> is the 9 × 3 matrix defined as:
<disp-formula id="FD30">
<label>(30)</label>
<mml:math id="mm39" display="block">
<mml:semantics id="sm39">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">L</mml:mtext>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">e</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">e</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">e</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>with <bold>e</bold><sub>1</sub> = [1 0 0]<italic><sup>T</sup></italic>, <bold>e</bold><sub>2</sub> = [0 1 0]<italic><sup>T</sup></italic>, and <bold>e</bold><sub>3</sub> = [0 0 1]<italic><sup>T</sup></italic>.</p>
<p>The process <xref rid="FD24" ref-type="disp-formula">Equation (24)</xref> is not linear because in the matrix 
<inline-formula>
<mml:math id="mm40" display="inline">
<mml:semantics id="sm40">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, <italic>r</italic> = 2, 3, 4, are the functions of elements of 
<inline-formula>
<mml:math id="mm41" display="inline">
<mml:semantics id="sm41">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>. One way of overcoming this difficulty is to substitute 
<inline-formula>
<mml:math id="mm42" display="inline">
<mml:semantics id="sm42">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> for 
<inline-formula>
<mml:math id="mm43" display="inline">
<mml:semantics id="sm43">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> in the process equation. This substitution yields a pseudo-linear process equation.</p></sec>
<sec>
<label>3.2.</label>
<title>Measurement Model</title>
<p>The matrix measurement equation:
<disp-formula id="FD31">
<label>(31)</label>
<mml:math id="mm44" display="block">
<mml:semantics id="sm44">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">Y</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">X</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">G</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">V</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where the measurement matrices are:
<disp-formula id="FD32">
<label>(32)</label>
<mml:math id="mm45" display="block">
<mml:semantics id="sm45">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">G</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">G</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>and the measurement noise covariance matrix is given as:
<disp-formula id="FD33">
<label>(33)</label>
<mml:math id="mm46" display="block">
<mml:semantics id="sm46">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">R</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>σ</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>σ</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p></sec>
<sec>
<label>3.3.</label>
<title>Update</title>
<p>Putting <italic>m</italic> = 3, <italic>n</italic> = 8, <italic>p</italic> = 3, <italic>q</italic> = 2, <italic>μ</italic>= 8, <italic>v</italic> = 2 into Equations described in [<xref ref-type="bibr" rid="b5-sensors-12-08877">5</xref>], we can obtain time update and measurement update equations. However, due to the existence of the input matrix, the time update equation below is not the same as that given in [<xref ref-type="bibr" rid="b15-sensors-12-08877">15</xref>]:
<disp-formula id="FD34">
<label>(34)</label>
<mml:math id="mm47" display="block">
<mml:semantics id="sm47">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">B</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">U</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD35">
<label>(35)</label>
<mml:math id="mm48" display="block">
<mml:semantics id="sm48">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo>⊗</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD36">
<label>(36)</label>
<mml:math id="mm49" display="block">
<mml:semantics id="sm49">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">Q</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Measurement update equations:
<disp-formula id="FD37">
<label>(37)</label>
<mml:math id="mm50" display="block">
<mml:semantics id="sm50">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mtext mathvariant="bold">Y</mml:mtext>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">G</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">Y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD38">
<label>(38)</label>
<mml:math id="mm51" display="block">
<mml:semantics id="sm51">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">G</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo>⊗</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD39">
<label>(39)</label>
<mml:math id="mm52" display="block">
<mml:semantics id="sm52">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">S</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">R</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD40">
<label>(40)</label>
<mml:math id="mm53" display="block">
<mml:semantics id="sm53">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">P</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">S</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD41">
<label>(41)</label>
<mml:math id="mm54" display="block">
<mml:semantics id="sm54">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:munderover>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">Y</mml:mi>
<mml:mo>˜</mml:mo></mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">E</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where ⊗ denotes the Kronecker product [<xref ref-type="bibr" rid="b12-sensors-12-08877">12</xref>], 
<inline-formula>
<mml:math id="mm55" display="inline">
<mml:semantics id="sm55">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> is a 3 × 3 submatrix of the 24 × 6 matrix <bold>K</bold><sub>k+1</sub> defined by:
<disp-formula id="FD42">
<label>(42)</label>
<mml:math id="mm56" display="block">
<mml:semantics id="sm56">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>⋮</mml:mo></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mo>⋮</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>81</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">K</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>82</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>and <bold>E</bold><italic><sup>lj</sup></italic> is a 2 × 8 matrix with 1 at position (<italic>ij</italic>) and 0 elsewhere:
<disp-formula id="FD43">
<label>(43)</label>
<mml:math id="mm57" display="block">
<mml:semantics id="sm57">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">K</mml:mi>
<mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">K</mml:mi>
<mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">K</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">K</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p></sec>
<sec>
<label>3.4.</label>
<title>Orthogonalization</title>
<p>The Kalman filter is not designed to preserve any relationship among the components of the estimated state matrix 
<inline-formula>
<mml:math id="mm58" display="inline">
<mml:semantics id="sm58">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>. It would not preserve the orthogonality. Iterative brute-force orthogonalization is presented for its low computation load [<xref ref-type="bibr" rid="b11-sensors-12-08877">11</xref>]. The iterative brute-force procedure is as follows [<xref ref-type="bibr" rid="b13-sensors-12-08877">13</xref>]:
<disp-formula id="FD44">
<label>(44)</label>
<mml:math id="mm59" display="block">
<mml:semantics id="sm59">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1.5</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Although this algorithm is suboptimal, it is much simpler than the optimal algorithm given by <xref rid="FD45" ref-type="disp-formula">Equation (45)</xref>. When applied recursively, this algorithm produces a sequence of estimates that converge to the optimal solution of <xref rid="FD45" ref-type="disp-formula">Equation (45)</xref> [<xref ref-type="bibr" rid="b14-sensors-12-08877">14</xref>]. Moreover, as evidenced by simulations, orthogonality can be usually reached in all practical applications after just one or two iterations of <xref rid="FD44" ref-type="disp-formula">Equation (44)</xref>:
<disp-formula id="FD45">
<label>(45)</label>
<mml:math id="mm60" display="block">
<mml:semantics id="sm60">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo>^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p></sec></sec>
<sec sec-type="methods">
<label>4.</label>
<title>Observability Analysis</title>
<p>A system is observable if its states at a certain time instant can be uniquely determined given a finite sequence of its outputs [<xref ref-type="bibr" rid="b15-sensors-12-08877">15</xref>]. Intuitively, observability means that the measurements of an observable system can provide sufficient geometric information for estimating its states. In contrast, the state vector of an unobservable system cannot be recovered regardless of the duration of the estimation process.</p>
<p>In this paper, we study the observability of the nonlinear system describing the visual/inertial/magnetic sensor based navigation process. The system state vector is chosen as follows:
<disp-formula id="FD46">
<label>(46)</label>
<mml:math id="mm61" display="block">
<mml:semantics id="sm61">
<mml:mrow>
<mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">b</mml:mtext>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">b</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where <bold>c</bold> is defined as:
<disp-formula id="FD47">
<label>(47)</label>
<mml:math id="mm62" display="block">
<mml:semantics id="sm62">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p><xref rid="FD3" ref-type="disp-formula">Equation (3)</xref> can be rewritten as:
<disp-formula id="FD48">
<label>(48)</label>
<mml:math id="mm63" display="block">
<mml:semantics id="sm63">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mo>˙</mml:mo></mml:mover>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">Ξ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">b</mml:mtext>
<mml:mi>g</mml:mi></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">Ξ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">ω</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mtext mathvariant="bold">b</mml:mtext></mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">Ξ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">b</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">c</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">ω</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>For arbitrary 3 × 1 vector <bold>p</bold>, we define:
<disp-formula id="FD49">
<label>(49)</label>
<mml:math id="mm64" display="block">
<mml:semantics id="sm64">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ξ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">p</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">p</mml:mtext>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">p</mml:mtext>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">p</mml:mtext>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Then, we rearrange the nonlinear kinematic <xref rid="FD2" ref-type="disp-formula">Equations (2)</xref>, <xref rid="FD4" ref-type="disp-formula">(4)</xref>, <xref rid="FD9" ref-type="disp-formula">(9)</xref>, <xref rid="FD11" ref-type="disp-formula">(11)</xref>, <xref rid="FD48" ref-type="disp-formula">(48)</xref> in a pseudo-linear format for computing the Lie derivatives:
<disp-formula id="FD50">
<label>(50)</label>
<mml:math id="mm65" display="block">
<mml:semantics id="sm65">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mover accent="true">
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mo>˙</mml:mo></mml:mover></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mtext mathvariant="bold">b</mml:mtext>
<mml:mo>˙</mml:mo></mml:mover>
<mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext>
<mml:mo>˙</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>g</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">m</mml:mi>
<mml:mo>˙</mml:mo></mml:mover>
<mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">m</mml:mi>
<mml:mo>˙</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mtext mathvariant="bold">b</mml:mtext>
<mml:mo>˙</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>h</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ξ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">b</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">c</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">g</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">b</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">︸</mml:mo></mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:munder>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">︸</mml:mo></mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:munder accentunder="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">_</mml:mo></mml:munder></mml:mrow></mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">ω</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">︸</mml:mo></mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:munder accentunder="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">_</mml:mo></mml:munder></mml:mrow></mml:munder>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where 
<inline-formula>
<mml:math id="mm66" display="inline">
<mml:semantics id="sm66">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">ω</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> and <bold>f</bold><italic><sup>b</sup></italic> are the gyro and accelerometer measurements.</p>
<p>Also, note that f<sub>0</sub> is a 24 × 1 vector, while f̠<sub>1</sub> and f̠<sub>2</sub> are both compact representations of three vectors of dimension 24 × 1, <italic>i.e.</italic>,
<disp-formula id="FD51">
<label>(51)</label>
<mml:math id="mm67" display="block">
<mml:semantics id="sm67">
<mml:mrow>
<mml:munder accentunder="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">_</mml:mo></mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">ω</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>f</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>ω</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>f</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>ω</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>f</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>ω</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where, for <italic>i</italic> = 1,2,3, f<sub>l</sub><italic><sub>i</sub></italic> denotes the <italic>i</italic> th column vector comprising f̠<sub>1</sub> and <italic>ω<sub>x</sub></italic>, <italic>ω<sub>y</sub></italic>, and <italic>ω<sub>z</sub></italic> are the scalar components of the rotational velocity vector.</p>
<p>The measurement functions are as follows:
<disp-formula id="FD52">
<label>(52)</label>
<mml:math id="mm68" display="block">
<mml:semantics id="sm68">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mi>m</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">b</mml:mtext>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">h</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">b</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD53">
<label>(53)</label>
<mml:math id="mm69" display="block">
<mml:semantics id="sm69">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">c</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD54">
<label>(54)</label>
<mml:math id="mm70" display="block">
<mml:semantics id="sm70">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">x</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">c</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where:
<disp-formula id="FD55">
<label>(55)</label>
<mml:math id="mm71" display="block">
<mml:semantics id="sm71">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">p</mml:mtext>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">p</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext mathvariant="bold">p</mml:mtext>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD56">
<label>(56)</label>
<mml:math id="mm72" display="block">
<mml:semantics id="sm72">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">p</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Furthermore, we enforce the orthogonal constraints by employing the following additional measurement equations:
<disp-formula id="FD57">
<label>(57)</label>
<mml:math id="mm73" display="block">
<mml:semantics id="sm73">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">h</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">c</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">c</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">c</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">c</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>31</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>32</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>33</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>It suffices to show that a subset of the rows of the observability matrix O (<italic>cf.</italic> <xref rid="FD75" ref-type="disp-formula">Equation (75)</xref>) are linearly independent. In the remainder of this section, we will prove that the system described by <xref rid="FD50" ref-type="disp-formula">Equations (50)</xref>–<xref rid="FD57" ref-type="disp-formula">(57)</xref> is observable by computing among the candidate the zeroth- and first- order Lie derivatives of 
<inline-formula>
<mml:math id="mm74" display="inline">
<mml:semantics id="sm74">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>,
<inline-formula>
<mml:math id="mm75" display="inline">
<mml:semantics id="sm75">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>,
<inline-formula>
<mml:math id="mm76" display="inline">
<mml:semantics id="sm76">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, and 
<inline-formula>
<mml:math id="mm77" display="inline">
<mml:semantics id="sm77">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, the ones whose gradients ensure that the observability matrix O is full rank.</p>
<list list-type="alpha-lower">
<list-item>
<p>The zeroth-Order Lie Derivatives 
<inline-formula>
<mml:math id="mm78" display="inline">
<mml:semantics id="sm78">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>𝔏</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>𝔏</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>𝔏</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>𝔏</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>: By definition, the zeroth-order Lie derivative of a function is the function itself, <italic>i.e.</italic>,
<disp-formula id="FD58">
<label>(58)</label>
<mml:math id="mm79" display="block">
<mml:semantics id="sm79">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>𝔏</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">b</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD59">
<label>(59)</label>
<mml:math id="mm80" display="block">
<mml:semantics id="sm80">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>𝔏</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD60">
<label>(60)</label>
<mml:math id="mm81" display="block">
<mml:semantics id="sm81">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>𝔏</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD61">
<label>(61)</label>
<mml:math id="mm82" display="block">
<mml:semantics id="sm82">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>𝔏</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>31</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>32</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>33</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Therefore, the gradients of the zeroth-order Lie derivatives are exactly the same as the Jacobians of the corresponding measurement functions:
<disp-formula id="FD62">
<label>(62)</label>
<mml:math id="mm83" display="block">
<mml:semantics id="sm83">
<mml:mrow>
<mml:mo>∇</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>𝔏</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">b</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD63">
<label>(63)</label>
<mml:math id="mm84" display="block">
<mml:semantics id="sm84">
<mml:mrow>
<mml:mo>∇</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>𝔏</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">h</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">m</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD64">
<label>(64)</label>
<mml:math id="mm85" display="block">
<mml:semantics id="sm85">
<mml:mrow>
<mml:mo>∇</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>𝔏</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD65">
<label>(65)</label>
<mml:math id="mm86" display="block">
<mml:semantics id="sm86">
<mml:mrow>
<mml:mo>∇</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>𝔏</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mtext mathvariant="bold">M</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>15</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where:
<disp-formula id="FD66">
<label>(66)</label>
<mml:math id="mm87" display="block">
<mml:semantics id="sm87">
<mml:mrow>
<mml:mtext mathvariant="bold">M</mml:mtext>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>31</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>32</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>33</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>31</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>32</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>33</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p></list-item>
<list-item>
<p>The first-Order Lie Derivatives 
<inline-formula>
<mml:math id="mm88" display="inline">
<mml:semantics id="sm88">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>∇</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>𝔏</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>f</mml:mtext>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>∇</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>𝔏</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>f</mml:mtext>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>∇</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>𝔏</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:munder accentunder="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>f</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">_</mml:mo></mml:munder></mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>: The first-order Lie derivatives of 
<inline-formula>
<mml:math id="mm89" display="inline">
<mml:semantics id="sm89">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">h</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> and 
<inline-formula>
<mml:math id="mm90" display="inline">
<mml:semantics id="sm90">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> with respect to f<sub>0</sub> are computed as:
<disp-formula id="FD67">
<label>(67)</label>
<mml:math id="mm91" display="block">
<mml:semantics id="sm91">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>∇</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>𝔏</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>f</mml:mtext>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>∇</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>𝔏</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>⋅</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>f</mml:mtext>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ξ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">b</mml:mtext>
<mml:mi>g</mml:mi></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">c</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">b</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD68">
<label>(68)</label>
<mml:math id="mm92" display="block">
<mml:semantics id="sm92">
<mml:mrow>
<mml:mo>∇</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>𝔏</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>f</mml:mtext>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>∇</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>𝔏</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>·</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>f</mml:mtext>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">b</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold">v</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p></list-item></list>
<p><xref rid="FD67" ref-type="disp-formula">Equation (67)</xref> is proved in <xref ref-type="app" rid="APP1-sensors-12-08877">Appendix A</xref>, while their gradients are given by:
<disp-formula id="FD69">
<label>(69)</label>
<mml:math id="mm93" display="block">
<mml:semantics id="sm93">
<mml:mrow>
<mml:mo>∇</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>𝔏</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">X</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD70">
<label>(70)</label>
<mml:math id="mm94" display="block">
<mml:semantics id="sm94">
<mml:mrow>
<mml:mo>∇</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>𝔏</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>f</mml:mtext>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">X</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">b</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>In these expressions, X<sub>1</sub> and X<sub>2</sub> are both 3 × 9 matrices and regardless of their values, they will be eliminated from the following derivations; hence, they need not be computed explicitly.</p>
<p>The next first-order Lie derivative of interest is that of 
<inline-formula>
<mml:math id="mm95" display="inline">
<mml:semantics id="sm95">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> with respect to f̠<sub>1</sub>, <italic>i.e.</italic>, 
<inline-formula>
<mml:math id="mm96" display="inline">
<mml:semantics id="sm96">
<mml:mrow>
<mml:mo>∇</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>𝔏</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:munder accentunder="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>f</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">_</mml:mo></mml:munder></mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>. At this point, it is important to note that f̠<sub>1</sub> as defined in <xref rid="FD50" ref-type="disp-formula">Equation (50)</xref> is a compact representation of three column vectors. Similarly, we can also write the resultant Lie derivative in a compact form (<italic>i.e.</italic>, a 3 × 3 matrix):
<disp-formula id="FD71">
<label>(71)</label>
<mml:math id="mm97" display="block">
<mml:semantics id="sm97">
<mml:mrow>
<mml:mo>∇</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>𝔏</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:munder accentunder="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>f</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">_</mml:mo></mml:munder></mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">h</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo>∇</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>𝔏</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">h</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>⋅</mml:mo>
<mml:munder accentunder="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>f</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">_</mml:mo></mml:munder>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">h</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">b</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Stacking the gradients of the three columns together gives:
<disp-formula id="FD72">
<label>(72)</label>
<mml:math id="mm98" display="block">
<mml:semantics id="sm98">
<mml:mrow>
<mml:mo>∇</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>𝔏</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:munder accentunder="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>f</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">_</mml:mo></mml:munder></mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi mathvariant="bold">Γ</mml:mi></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mi mathvariant="bold">γ</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where the matrices:
<disp-formula id="FD73">
<label>(73)</label>
<mml:math id="mm99" display="block">
<mml:semantics id="sm99">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">Γ</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">Γ</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">Γ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">Γ</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">γ</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">γ</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">γ</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">γ</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>of dimensions 9 × 9 and 9 × 3, have the block-row elements (for <italic>i</italic> = 1,2,3) as follows:
<disp-formula id="FD74">
<label>(74)</label>
<mml:math id="mm100" display="block">
<mml:semantics id="sm100">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">Γ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>∂</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>∂</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">b</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">e</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">γ</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>∂</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>∂</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">b</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">h</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">b</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">e</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Stacking together all the previously computed gradients of the Lie derivatives, we form the observability matrix O as:
<disp-formula id="FD75">
<label>(75)</label>
<mml:math id="mm101" display="block">
<mml:semantics id="sm101">
<mml:mrow>
<mml:mi>𝒪</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>∇</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>𝔏</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">h</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>∇</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>𝔏</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">h</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>∇</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>𝔏</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">h</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>∇</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>𝔏</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">h</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>∇</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>𝔏</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">h</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>∇</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>𝔏</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:munder accentunder="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">f</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">_</mml:mo></mml:munder></mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">h</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>∇</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>𝔏</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">h</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>∗</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">h</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">b</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">m</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">m</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">m</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">l</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">b</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">m</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">l</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">b</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi mathvariant="bold">Γ</mml:mi></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mi mathvariant="bold">γ</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="bold">M</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>In order to prove that the system described by <xref rid="FD50" ref-type="disp-formula">Equations (50)</xref>–<xref rid="FD57" ref-type="disp-formula">(57)</xref> is observable, we show that the matrix O is full rank (<italic>i.e.</italic>, the state space of the system is spanned by the gradients of the Lie derivatives of the measurement functions [<xref ref-type="bibr" rid="b16-sensors-12-08877">16</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="b17-sensors-12-08877">17</xref>]). Before presenting the main result of this section, we first present the following two lemmas whose proofs are detailed in <xref ref-type="app" rid="APP2-sensors-12-08877">Appendixs B</xref> and <xref ref-type="app" rid="APP3-sensors-12-08877">C</xref>, respectively.</p>
<list list-type="simple">
<list-item>
<p>Lemma 1: The 15 × 12 matrix:
<disp-formula id="FD76">
<label>(76)</label>
<mml:math id="mm102" display="block">
<mml:semantics id="sm102">
<mml:mrow>
<mml:mtext mathvariant="bold">A</mml:mtext>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi mathvariant="bold">Γ</mml:mi></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mi mathvariant="bold">γ</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mtext mathvariant="bold">M</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>is rank 9 if at least one degree of rotational freedom is excited.</p></list-item>
<list-item>
<p>Lemma 2: The 6 × 6 matrix:
<disp-formula id="FD77">
<label>(77)</label>
<mml:math id="mm103" display="block">
<mml:semantics id="sm103">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">B</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">m</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">l</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">m</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">l</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>is full rank if two linearly independent horizontal lines are observed.</p></list-item></list>
<p>The observability matrix O (<italic>cf.</italic> <xref rid="FD75" ref-type="disp-formula">Equation (75)</xref>) is full rank when: (a) at least one degree of rotational freedom is excited; (b) at least one vertical line and two linearly independent horizontal lines are observed. The proofs are given in <xref ref-type="app" rid="APP4-sensors-12-08877">Appendix D</xref>.</p></sec>
<sec sec-type="results">
<label>5.</label>
<title>Experimental Results</title>
<sec>
<label>5.1.</label>
<title>Hardware Description</title>
<p>In order to demonstrate the validity of the proposed algorithm in realistic situations, we conducted indoor experiments using a testbed that consists of an ISIS IMU, a Firewire camera, a magnetometer, and a computer for data acquisition. The IMU, the camera, and the magnetometer were rigidly mounted on the chassis and their relative pose did not change during the experiment. The magnetometer was placed far from current wires, computer, and ferromagnetic materials. The raw data were delivered through an USB interface to the computer. The intrinsic parameters of the camera and transformation among the IMU, the camera and the magnetometer were calibrated prior to the experiment and were treated as constants. A monocular camera cannot determine the depth information. In order to solve the problem, the height of the camera from the ground plane was measured, and the lines which are on the ground and perpendicular to the ground were chosen as landmarks. We used basic trigonometry to determine the depth information. <bold>m</bold><sup>c</sup> can be calculated as measurements. Accuracies of the sensors are listed in <xref ref-type="table" rid="t1-sensors-12-08877">Table 1</xref>. The IMU, camera and magnetometer were electronically time-synchronized.</p></sec>
<sec>
<label>5.2.</label>
<title>Experiment Profile</title>
<p>A short distance experiment was carried out in the hallway. The testbed was rigidly mounted on the chassis of a pushcart. The estimated 3-D trajectory of the pushcart can be seen in <xref ref-type="fig" rid="f2-sensors-12-08877">Figure 2</xref>. The initial position of the pushcart is denoted by ‘*’.</p>
<p>The line features were extracted using the Hough transform. The line-points can be easily calculated with the detection values (<italic>ρ</italic>,<italic>θ</italic>) from the Hough transform. It was assumed that the camera measurements were corrupted by additive white Gaussian noise with a standard deviation of 2 pixels. The actual pixel noise is less than 2 pixels. However, in order to compensate the existence of the unmodeled nonlinearities and imperfect camera calibration, the noise standard deviation was increased to 2 pixels.</p></sec>
<sec>
<label>5.3.</label>
<title>Algorithm Performance</title>
<p>The trajectory of the pushcart included two loops. The final position estimate, expressed with respect to the starting pose, is [0.81,0.59,0.06]<italic><sup>T</sup></italic> m. From the initial and final parking spots of the pushcart, it is known that the true final position expressed with respect to the initial pose is approximately [0,0,0]<italic><sup>T</sup></italic> m. Thus, the final position error is approximately 1 m at the end of a trajectory of 100 m, <italic>i.e.</italic>, an error of 1% of the travelled distance.</p>
<p>It is noteworthy that the camera motion was almost in parallel to the optical axis, a condition which is particularly adverse for the image-based motion estimation algorithms [<xref ref-type="bibr" rid="b18-sensors-12-08877">18</xref>]. In <xref ref-type="fig" rid="f3-sensors-12-08877">Figure 3</xref>, the 3<italic>σ</italic> bounds for the errors in the attitude matrix and the velocities along the three axes are shown. The plotted values are 3-times the square roots of the corresponding diagonal elements of the state covariance matrix. Position errors were mainly caused by the precision of visual measurement and attitude estimate, especially attitude estimate. Because the steel framed buildings affect the magnetic field, the precision of attitude estimate by inertial/magnetic sensors is not high.</p></sec></sec>
<sec sec-type="conclusions">
<label>6.</label>
<title>Conclusions</title>
<p>In this paper, we have studied observability of a MKF-based algorithm for indoor navigation using visual/inertial/magnetic sensors. The estimation algorithm uses a compact matrix notation to produce the matrix estimate and the estimation error covariance matrix. The MKF is a natural and straightforward extension of the ordinary KF. Compared with the ordinary KF, the MKF model consists of both pseudo-linear process model and nonlinear measurement model.</p>
<p>The observability of the nonlinear system describing the integrated navigation with visual/inertial/magnetic sensors was investigated by employing the observability rank conditions defined with the Lie derivatives. The pseudo-linear process help simplifying the gradient operator in the process of observability analysis. This paper has for the first time proved that the observability matrix is full rank when: (a) at least one degree of rotational freedom is excited; (b) at least two linearly independent horizontal lines and one vertical line are observed. When these conditions are satisfied, the state matrix that contains the body attitude matrix, the gyro bias vector, relative velocity vector, the dual part of landmark and the magnetic variation superimposed to the magnetic reference vector are observable. The indoor experimental results have demonstrated the correctness of observability conditions.</p></sec></body>
<back>
<ack>
<p>This work was supported in part by Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education of China (20069998009), and the New Century Excellent Talents in University of China (NCET-07-0225).</p></ack>
<app-group>
<app id="APP1-sensors-12-08877">
<label>Appendix A</label>
<title/>
<p>For arbitrary two vector <bold>p</bold> and <bold>q</bold></p>
<disp-formula id="FD78">
<label>(A1)</label>
<mml:math id="mm104" display="block">
<mml:semantics id="sm104">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">p</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">Ξ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">q</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">p</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">q</mml:mtext>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">q</mml:mtext>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">q</mml:mtext>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">q</mml:mtext>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">q</mml:mtext>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">q</mml:mtext>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">q</mml:mtext>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">q</mml:mtext>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">q</mml:mtext>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">q</mml:mtext>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">q</mml:mtext>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">q</mml:mtext>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">c</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">q</mml:mtext>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></app>
<app id="APP2-sensors-12-08877">
<label>Appendix B</label>
<title/>
<p>We compute <bold>Γ</bold> and <bold>γ</bold>:
<disp-formula id="FD79">
<label>(B1)</label>
<mml:math id="mm105" display="block">
<mml:semantics id="sm105">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">Γ</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">ω</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>4</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>5</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>6</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">ω</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>7</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>8</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">ω</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD80">
<label>(B2)</label>
<mml:math id="mm106" display="block">
<mml:semantics id="sm106">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">γ</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>31</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>32</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>33</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>31</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>32</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>33</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">ω</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>4</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>5</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>6</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">ω</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>7</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>8</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">ω</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where <bold>h</bold> + <bold>b</bold><italic><sub>h</sub></italic> = [<italic>h</italic><sub>1</sub> <italic>h</italic><sub>2</sub> <italic>h</italic><sub>3</sub>]<italic><sup>T</sup></italic>. The variables, shown on the right side and next to the row numbers indicate the control input that is involved in using the corresponding row numbers: when a row is retained in the observability matrix (e.g., the second row), the underlying assumption is that the corresponding control input (<italic>i.e.</italic>, ω<italic><sub>x</sub></italic>) is nonzero.</p>
<p>If none of the components in <bold>h</bold> + <bold>b</bold><italic><sub>h</sub></italic> is zero, we can obtain:
<disp-formula id="FD81">
<label>(B3)</label>
<mml:math id="mm107" display="block">
<mml:semantics id="sm107">
<mml:mrow>
<mml:mo>det</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">A</mml:mtext>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>7</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mn>15</mml:mn>
<mml:mo>}</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>≠</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD82">
<label>(B4)</label>
<mml:math id="mm108" display="block">
<mml:semantics id="sm108">
<mml:mrow>
<mml:mo>det</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">A</mml:mtext>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mn>15</mml:mn>
<mml:mo>}</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>≠</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD83">
<label>(B5)</label>
<mml:math id="mm109" display="block">
<mml:semantics id="sm109">
<mml:mrow>
<mml:mo>det</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">A</mml:mtext>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mn>15</mml:mn>
<mml:mo>}</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>≠</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>It is worth-mentioning that each selection of the rows is based on two nonzero components of 
<inline-formula>
<mml:math id="mm110" display="inline">
<mml:semantics id="sm110">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">ω</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">ω</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">ω</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">ω</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>. For example, we can use either <xref rid="FD81" ref-type="disp-formula">Equation (B3)</xref> which assumes that <italic>ω<sub>y</sub></italic> and <italic>ω<sub>z</sub></italic> are nonzero, or <xref rid="FD82" ref-type="disp-formula">Equation (B4)</xref> which assumes that <italic>ω<sub>x</sub></italic> and <italic>ω<sub>z</sub></italic> are nonzero, or <xref rid="FD83" ref-type="disp-formula">Equation (B5)</xref> which assumes that <italic>ω<sub>x</sub></italic> and <italic>ω<sub>y</sub></italic> are nonzero.</p>
<p>Only if the rotational axis does not coincide with b coordinate axis, will one degree of rotation have two nonzero components of 
<inline-formula>
<mml:math id="mm111" display="inline">
<mml:semantics id="sm111">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">ω</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>. The rank of <bold>A</bold> is 9 if at last one degree of rotational freedom is excited.</p></app>
<app id="APP3-sensors-12-08877">
<label>Appendix C</label>
<title/>
<p>
<disp-formula id="FD84">
<label>(C1)</label>
<mml:math id="mm112" display="block">
<mml:semantics id="sm112">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">B</mml:mtext>
<mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Note that 
<inline-formula>
<mml:math id="mm113" display="inline">
<mml:semantics id="sm113">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> is full rank.</p>
<p>
<disp-formula id="FD85">
<label>(C2)</label>
<mml:math id="mm114" display="block">
<mml:semantics id="sm114">
<mml:mrow>
<mml:mo>det</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">B</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where:
<disp-formula id="FD86">
<label>(C3)</label>
<mml:math id="mm115" display="block">
<mml:semantics id="sm115">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD87">
<label>(C4)</label>
<mml:math id="mm116" display="block">
<mml:semantics id="sm116">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>det(<bold>B</bold>) = 0 when: (a); <italic>m<sub>h</sub></italic><sub>1</sub> = <italic>m<sub>h</sub></italic><sub>2</sub>= 0 (b) 
<inline-formula>
<mml:math id="mm117" display="inline">
<mml:semantics id="sm117">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> and 
<inline-formula>
<mml:math id="mm118" display="inline">
<mml:semantics id="sm118">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> are linearly dependent. Only (a) and (b) are both satisfied, <bold>B</bold> is not full rank. To avoid the situation, two linearly independent horizontal lines are observed or the line in the plane (<italic>z<sup>n</sup></italic> = 0) is not chosen. In practice, the former is more feasible. Even one of horizontal line is linearly dependent with 
<inline-formula>
<mml:math id="mm119" display="inline">
<mml:semantics id="sm119">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, the another is linearly independent with 
<inline-formula>
<mml:math id="mm120" display="inline">
<mml:semantics id="sm120">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>. Then, (b) is not satisfied. So <bold>B</bold> is full rank if two linearly independent horizontal lines are observed.</p></app>
<app id="APP4-sensors-12-08877">
<label>Appendix D</label>
<title/>
<list list-type="simple">
<list-item>
<p>Step (1)</p>
<p>Based on Lemma 1, the rank of <bold>A</bold> is 9. We diagonalize it with the Gaussian elimination:
<disp-formula id="FD88">
<label>(D1)</label>
<mml:math id="mm121" display="block">
<mml:semantics id="sm121">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold">h</mml:mtext>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">b</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext mathvariant="bold">b</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mtext mathvariant="bold">b</mml:mtext>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">X</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">b</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">X</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">b</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Then we can easily eliminate all other elements of the first columns:
<disp-formula id="FD89">
<label>(D2)</label>
<mml:math id="mm122" display="block">
<mml:semantics id="sm122">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mtext mathvariant="bold">b</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mtext mathvariant="bold">b</mml:mtext>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">b</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">b</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p></list-item>
<list-item>
<p>Step (2)</p>
<p>We can eliminate all other elements of the fourth and fifth columns using 
<inline-formula>
<mml:math id="mm123" display="inline">
<mml:semantics id="sm123">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, respectively:
<disp-formula id="FD90">
<label>(D3)</label>
<mml:math id="mm124" display="block">
<mml:semantics id="sm124">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>-</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">m</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">l</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo>×</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p></list-item>
<list-item>
<p>Step (3)</p>
<p>Based on Lemma 2, <bold>B</bold> is full rank, thus we diagonalize it with the Gaussian elimination:
<disp-formula id="FD91">
<label>(D4)</label>
<mml:math id="mm125" display="block">
<mml:semantics id="sm125">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext>
<mml:mn>9</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Note that 
<inline-formula>
<mml:math id="mm126" display="inline">
<mml:semantics id="sm126">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> and 
<inline-formula>
<mml:math id="mm127" display="inline">
<mml:semantics id="sm127">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold">C</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> are both full rank. It is easy to see the matrix is full rank, indicating that the matrix O is also full rank.</p></list-item></list></app></app-group>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="b1-sensors-12-08877"><label>1.</label><citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Titterton</surname><given-names>D.H.</given-names></name><name><surname>Weston</surname><given-names>J.L.</given-names></name></person-group><source>Strapdown Inertial Navigation Technology</source><edition>2nd ed.</edition><publisher-name>Peter Peregrinus Ltd. on behalf of the Institute of Electrical Engineers</publisher-name><publisher-loc>London, UK</publisher-loc><year>2004</year></citation></ref>
<ref id="b2-sensors-12-08877"><label>2.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Dias</surname><given-names>J.</given-names></name><name><surname>Vinzce</surname><given-names>M.</given-names></name><name><surname>Corke</surname><given-names>P.</given-names></name><name><surname>Lobo</surname><given-names>J.</given-names></name></person-group><article-title>Special issue: 2nd workshop on integration of vision and inertial sensors</article-title><source>Int. J. Robot. Res.</source><year>2007</year><volume>26</volume><fpage>519</fpage><lpage>535</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1177/0278364907079279</pub-id></citation></ref>
<ref id="b3-sensors-12-08877"><label>3.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sabatini</surname><given-names>A.M.</given-names></name></person-group><article-title>Estimating three-dimensional orientation of human body parts by inertial/magnetic sensing</article-title><source>Sensors</source><year>2011</year><volume>11</volume><fpage>1489</fpage><lpage>1525</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.3390/s110201489</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">22319365</pub-id></citation></ref>
<ref id="b4-sensors-12-08877"><label>4.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wahha</surname><given-names>G.</given-names></name></person-group><article-title>A least-square estimate of spacecraft attitude</article-title><source>SLAM Rev.</source><year>1965</year><volume>7</volume><fpage>409</fpage></citation></ref>
<ref id="b5-sensors-12-08877"><label>5.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Choukroun</surname><given-names>D.</given-names></name><name><surname>Weiss</surname><given-names>H.</given-names></name><name><surname>Bar-Itzhack</surname><given-names>I.Y.</given-names></name><name><surname>Oshman</surname><given-names>Y.</given-names></name></person-group><article-title>Kalman filtering for matrix estimation</article-title><source>IEEE Trans. Aerosp. Elect. Syst.</source><year>2006</year><volume>42</volume><fpage>147</fpage><lpage>159</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TAES.2006.1603411</pub-id></citation></ref>
<ref id="b6-sensors-12-08877"><label>6.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sabatini</surname><given-names>A.M.</given-names></name></person-group><article-title>Kalman-filter-based orientation determination using inertial/magnetic sensors: Observability analysis and performance evaluation</article-title><source>Sensors</source><year>2011</year><volume>11</volume><fpage>9182</fpage><lpage>9206</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.3390/s111009182</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">22163689</pub-id></citation></ref>
<ref id="b7-sensors-12-08877"><label>7.</label><citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Groves</surname><given-names>P.D.</given-names></name></person-group><source>Principles of GNSS, Inertial, and Multi-Sensor Integrated Navigation Systems</source><publisher-name>Artech House</publisher-name><publisher-loc>Norwood, MA, USA</publisher-loc><year>2008</year></citation></ref>
<ref id="b8-sensors-12-08877"><label>8.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ferraris</surname><given-names>F.</given-names></name><name><surname>Grimaldi</surname><given-names>U.</given-names></name><name><surname>Parvis</surname><given-names>M.</given-names></name></person-group><article-title>Produre for effortless in-field calibration of three-axis rate gyros and accelerometers</article-title><source>Sens. Mater.</source><year>1995</year><volume>7</volume><fpage>311</fpage><lpage>330</lpage></citation></ref>
<ref id="b9-sensors-12-08877"><label>9.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Goddard</surname><given-names>J.S.</given-names></name></person-group><article-title>Pose and motion estimation from vision using dual quaternion-based extended Kalman filtering</article-title><source>Proc. SPIE</source><year>1997</year><volume>3313</volume><fpage>189</fpage><lpage>200</lpage></citation></ref>
<ref id="b10-sensors-12-08877"><label>10.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Roetenberg</surname><given-names>D.</given-names></name><name><surname>Luinge</surname><given-names>H.J.</given-names></name><name><surname>Baten</surname><given-names>C.T.M.</given-names></name><name><surname>Veltink</surname><given-names>P.H.</given-names></name></person-group><article-title>Compensation of magnetic disturbances improves inertial and magnetic sensing of human body segment orientation</article-title><source>IEEE Trans. Neur. Syst. Rehabil. Eng.</source><year>2005</year><volume>12</volume><fpage>395</fpage><lpage>405</lpage></citation></ref>
<ref id="b11-sensors-12-08877"><label>11.</label><citation citation-type="confproc"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Choukroun</surname><given-names>D.</given-names></name><name><surname>Weiss</surname><given-names>H.</given-names></name><name><surname>Bar-Itzhack</surname><given-names>I.Y.</given-names></name><name><surname>Oshman</surname><given-names>Y.</given-names></name></person-group><article-title>Direction Cosine Matrix Estimation from Vector Observations Using a Matrix Kalman Filter</article-title><conf-name>Proceedings of AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference and Exhibit</conf-name><conf-loc>Austin, TX, USA</conf-loc><conf-date>11– 14 August 2003</conf-date></citation></ref>
<ref id="b12-sensors-12-08877"><label>12.</label><citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bellman</surname><given-names>R.</given-names></name></person-group><source>Introduction to Matrix Analysis</source><publisher-name>McGraw-Hill</publisher-name><publisher-loc>New York, NY, USA</publisher-loc><year>1960</year></citation></ref>
<ref id="b13-sensors-12-08877"><label>13.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bar-Itzhack</surname><given-names>I.Y.</given-names></name><name><surname>Reiner</surname><given-names>J.</given-names></name></person-group><article-title>Recursive attitude determination from vector observations: DCM identification</article-title><source>J. Guid. Contr. Dynam.</source><year>1984</year><volume>7</volume><fpage>51</fpage><lpage>56</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.2514/3.56362</pub-id></citation></ref>
<ref id="b14-sensors-12-08877"><label>14.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bar-Itzhack</surname><given-names>I.Y.</given-names></name><name><surname>Meyer</surname><given-names>J.</given-names></name></person-group><article-title>On the convergence of iterative orthogonalization processes</article-title><source>IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst.</source><year>1976</year><volume>12</volume><fpage>146</fpage><lpage>151</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TAES.1976.308289</pub-id></citation></ref>
<ref id="b15-sensors-12-08877"><label>15.</label><citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Brogan</surname><given-names>W.L.</given-names></name></person-group><source>Modern Control Theory</source><publisher-name>Prentice-Hall</publisher-name><publisher-loc>Upper Saddle River, NJ, USA</publisher-loc><year>1990</year></citation></ref>
<ref id="b16-sensors-12-08877"><label>16.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hermann</surname><given-names>R.</given-names></name><name><surname>Krener</surname><given-names>A.</given-names></name></person-group><article-title>Nonlinear controlability and observability</article-title><source>IEEE Trans. Autom. Control</source><year>1977</year><volume>22</volume><fpage>728</fpage><lpage>740</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TAC.1977.1101601</pub-id></citation></ref>
<ref id="b17-sensors-12-08877"><label>17.</label><citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sastry</surname><given-names>S.</given-names></name></person-group><source>Nonlinear Systems: Analysis, Stability, and Control</source><publisher-name>Springer-Verlag</publisher-name><publisher-loc>New York, NY, USA</publisher-loc><year>1999</year></citation></ref>
<ref id="b18-sensors-12-08877"><label>18.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Oliensis</surname><given-names>J.</given-names></name></person-group><article-title>A new structure-from-motion ambiguity</article-title><source>IEEE Trans. Pattern Anal. Mach. Intell.</source><year>2000</year><volume>22</volume><fpage>685</fpage><lpage>700</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/34.865186</pub-id></citation></ref></ref-list>
<sec sec-type="display-objects">
<title>Figures and Table</title>
<fig id="f1-sensors-12-08877" position="float">
<label>Figure 1.</label>
<caption>
<p>Geometry of visual/inertial/magnetic sensor based navigation.</p></caption>
<graphic xlink:href="sensors-12-08877f1.gif"/></fig>
<fig id="f2-sensors-12-08877" position="float">
<label>Figure 2.</label>
<caption>
<p>The estimated 3-D trajectory of the pushcart.</p></caption>
<graphic xlink:href="sensors-12-08877f2.gif"/></fig>
<fig id="f3-sensors-12-08877" position="float">
<label>Figure 3.</label>
<caption>
<p>The 3<italic>σ</italic> bounds for the errors in the attitude matrix and the velocities in the <italic>n</italic> frame.</p></caption>
<graphic xlink:href="sensors-12-08877f3a.gif"/>
<graphic xlink:href="sensors-12-08877f3b.gif"/></fig>
<table-wrap id="t1-sensors-12-08877" position="float">
<label>Table 1.</label>
<caption>
<p>Accuracies of the Sensors.</p></caption>
<table frame="hsides" rules="groups">
<thead>
<tr>
<th align="left" valign="bottom"><bold>Sensors</bold></th>
<th align="left" valign="bottom"><bold>Number</bold></th>
<th align="left" valign="bottom"><bold>Accuracies</bold></th>
<th align="left" valign="bottom"><bold>Sampling Rates</bold></th></tr></thead>
<tbody>
<tr>
<td align="left" valign="top" rowspan="2">IMU</td>
<td align="left" valign="top" rowspan="2">1</td>
<td align="left" valign="top">gyro drift: &lt;0.01°/s (short term)</td>
<td align="left" valign="top" rowspan="2">100 Hz</td></tr>
<tr>
<td align="left" valign="top">accelerometer bias: ±2 mg (short term)</td></tr>
<tr>
<td align="left" valign="top" rowspan="3">Camera</td>
<td align="left" valign="top" rowspan="3">1</td>
<td align="left" valign="top">Resolution: 656 × 490</td>
<td align="left" valign="top" rowspan="3">10 Hz</td></tr>
<tr>
<td align="left" valign="top">focus length: 25 mm</td></tr>
<tr>
<td align="left" valign="top">field of view: 60°</td></tr>
<tr>
<td align="left" valign="top" rowspan="3">Magnetometer</td>
<td align="left" valign="top" rowspan="3">1</td>
<td align="left" valign="top"><italic>σ<sub>bh</sub></italic>:10 u.a./s(×10<sup>−3</sup>)</td>
<td align="left" valign="top" rowspan="3">100 Hz</td></tr>
<tr>
<td align="left" valign="top"><italic>α</italic>:10 s<sup>−1</sup></td></tr>
<tr>
<td align="left" valign="top"><italic>σ<sub>h</sub></italic>:1 mGauss</td></tr></tbody></table></table-wrap></sec></back></article>
