基于雙向變步長曲線擬合的遙測數(shù)據(jù)異常點(diǎn)剔除方法研究與應(yīng)用

【摘要】針對測量數(shù)據(jù)特性，提出了雙向變步長曲線擬合野點(diǎn)剔除方法，并從理論基礎(chǔ)、算法實(shí)現(xiàn)和工程實(shí)踐三個(gè)方面對該方法進(jìn)行了闡述。

【關(guān)鍵詞】遙測；數(shù)據(jù)預(yù)處理；野點(diǎn)剔除

1.引言

在航空、航天、導(dǎo)彈等飛行器的研制試飛中，通常采用遙測系統(tǒng)獲取飛行器內(nèi)部各系統(tǒng)的工作狀態(tài)參數(shù)和環(huán)境參數(shù)，通過實(shí)時(shí)及事后的數(shù)據(jù)處理為評定飛行器的性能和進(jìn)行故障分析提供依據(jù)[1]。研究表明，飛行器飛行過程中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)是非平穩(wěn)的，非平穩(wěn)響應(yīng)的動(dòng)態(tài)信號中包含豐富的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)等多方面的信息，所以遙測非平穩(wěn)信號的處理在武器系統(tǒng)試驗(yàn)中極具重要性[2]。由于飛行器上遙測系統(tǒng)工作環(huán)境惡劣，測量及變換環(huán)節(jié)多，遙測信號在采集、轉(zhuǎn)換和傳輸過程中經(jīng)常受到設(shè)備、環(huán)境等因素的影響，致使測得的信號染噪。

本文針對測量數(shù)據(jù)具有可正、逆雙向解算的特性，經(jīng)過對以往大量實(shí)測數(shù)據(jù)的分析和總結(jié)，嘗試了一種符合實(shí)際需求，具有較高工程應(yīng)用價(jià)值的野點(diǎn)剔除方法。

2.雙向變步長曲線擬合野點(diǎn)剔除理論基礎(chǔ)

2.1 方法模型

設(shè)觀測模型為：

3.雙向變步長曲線擬合野點(diǎn)剔除算法

在進(jìn)行雙向變步長曲線擬合野點(diǎn)剔除之前，應(yīng)保證最初（）個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)的正確性。具體步驟為（以4點(diǎn)為例說明）：

設(shè)待檢驗(yàn)測量數(shù)據(jù)的時(shí)間序列為。

若不等式不成立，則可能為野點(diǎn)，對其進(jìn)行標(biāo)記。此時(shí)從作為新的時(shí)間起點(diǎn)，重復(fù)（3-1）、（3-2）、（3-3）、（3-4）、（3-5）各步。若不等式成立，則為正確點(diǎn)。依次?。榇龣z驗(yàn)測量數(shù)據(jù)的總點(diǎn)數(shù)），重復(fù)（3-1）、（3-2）、（3-3）、（3-4）、（3-5）各步。若連續(xù)出現(xiàn)四個(gè)錯(cuò)點(diǎn)，則中止合理性檢驗(yàn)，并恢復(fù)前面四點(diǎn)（此時(shí)，擬和多項(xiàng)式已經(jīng)失效）。如果剩余未做合理性檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)多于4個(gè)，則重新開始用上述方法進(jìn)行合理性檢驗(yàn)。正向檢驗(yàn)結(jié)束后，依據(jù)上述原理對數(shù)據(jù)進(jìn)行逆向檢驗(yàn)。如果某點(diǎn)數(shù)據(jù)逆向檢驗(yàn)與正向檢驗(yàn)都超出限值則認(rèn)為此點(diǎn)為野點(diǎn)，否則認(rèn)為此點(diǎn)數(shù)據(jù)正常。

4.工程應(yīng)用

樣本數(shù)據(jù)情況、野點(diǎn)剔除情況及剔野效果圖詳見圖表，根據(jù)目標(biāo)參數(shù)特征明顯及丟點(diǎn)較多的特性，判決門限值設(shè)為精度的15～25倍。

分析可知在接收機(jī)穩(wěn)定工作前、發(fā)射前后和飛出測量設(shè)備有效測量范圍時(shí)，都出現(xiàn)了數(shù)據(jù)大量、連續(xù)丟失的情況；而且在接收機(jī)穩(wěn)定工作前數(shù)據(jù)發(fā)生了跳變現(xiàn)象，在發(fā)射時(shí)刻數(shù)據(jù)大量丟失的同時(shí)還伴有數(shù)據(jù)的劇烈變化。但雙向變步長曲線擬合野點(diǎn)剔除方法有效克服了上述情況，幾乎未發(fā)生漏判、錯(cuò)判現(xiàn)象（僅錯(cuò)判了1點(diǎn)），表現(xiàn)出了很好的工程穩(wěn)定性。

5.結(jié)束語

雙向變步長曲線擬合野點(diǎn)剔除方法不需數(shù)據(jù)嚴(yán)格連續(xù)，在容忍度范圍內(nèi)允許適當(dāng)丟點(diǎn)，并且對丟點(diǎn)情況無強(qiáng)制限制，同時(shí)依據(jù)測量數(shù)據(jù)具備雙向定位解算的特性。這不但可有效防止誤判、錯(cuò)判，而且可以有效克服數(shù)據(jù)具有的跳變特性和目標(biāo)參數(shù)劇烈變化的情況。實(shí)際應(yīng)用表明本方法合理、有效、穩(wěn)定，具有很高的工程應(yīng)用價(jià)值。不足之處在于輸入?yún)?shù)較多，參數(shù)設(shè)置時(shí)有一定的技術(shù)要求，如何提高方法的智能判斷能力是本方法的一個(gè)完善方向。

參考文獻(xiàn)

[1]劉基余.GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與方法[M].北京：科學(xué)出版社，2003.

[2]趙軍祥.等.導(dǎo)彈、航天器試驗(yàn)GPS測量系統(tǒng)事后數(shù)據(jù)處理方法[M].GJB.

[3]祝轉(zhuǎn)民，等.樣條函數(shù)最小二乘擬合的遞推計(jì)算[J].中國空間科學(xué)技術(shù)，2007（3）.

作者簡介：

楊智文（1987—），男，云南曲靖人，91351部隊(duì)助理工程師，研究方向：飛行器測控技術(shù)研究。

王超（1984—），男，遼寧朝陽人，91351部隊(duì)試驗(yàn)參謀，研究方向：飛行器測控技術(shù)研究。

李云龍（1987—），男，遼寧錦州人，91351部隊(duì)助理工程師，研究方向：飛行器測控技術(shù)研究。