基于雙向變步長曲線擬合的遙測數(shù)據(jù)異常點剔除方法研究與應用

【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剔除方法，并從理論基礎、算法實現(xiàn)和工程實踐三個方面對該方法進行了闡述。

【關鍵詞】遙測；數(shù)據(jù)預處理；野點剔除

1.引言

在航空、航天、導彈等飛行器的研制試飛中，通常采用遙測系統(tǒng)獲取飛行器內部各系統(tǒng)的工作狀態(tài)參數(shù)和環(huán)境參數(shù)，通過實時及事后的數(shù)據(jù)處理為評定飛行器的性能和進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態(tài)響應是非平穩(wěn)的，非平穩(wěn)響應的動態(tài)信號中包含豐富的動態(tài)結構等多方面的信息，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、轉換和傳輸過程中經常受到設備、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，經過對以往大量實測數(shù)據(jù)的分析和總結，嘗試了一種符合實際需求，具有較高工程應用價值的野點剔除方法。

2.雙向變步長曲線擬合野點剔除理論基礎

2.1 方法模型

設觀測模型為：

3.雙向變步長曲線擬合野點剔除算法

在進行雙向變步長曲線擬合野點剔除之前，應保證最初（）個采樣點數(shù)據(jù)的正確性。具體步驟為（以4點為例說明）：

設待檢驗測量數(shù)據(jù)的時間序列為。

若不等式不成立，則可能為野點，對其進行標記。此時從作為新的時間起點，重復（3-1）、（3-2）、（3-3）、（3-4）、（3-5）各步。若不等式成立，則為正確點。依次取（為待檢驗測量數(shù)據(jù)的總點數(shù)），重復（3-1）、（3-2）、（3-3）、（3-4）、（3-5）各步。若連續(xù)出現(xiàn)四個錯點，則中止合理性檢驗，并恢復前面四點（此時，擬和多項式已經失效）。如果剩余未做合理性檢驗的數(shù)據(jù)多于4個，則重新開始用上述方法進行合理性檢驗。正向檢驗結束后，依據(jù)上述原理對數(shù)據(jù)進行逆向檢驗。如果某點數(shù)據(jù)逆向檢驗與正向檢驗都超出限值則認為此點為野點，否則認為此點數(shù)據(jù)正常。

4.工程應用

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

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

5.結束語

雙向變步長曲線擬合野點剔除方法不需數(shù)據(jù)嚴格連續(xù)，在容忍度范圍內允許適當丟點，并且對丟點情況無強制限制，同時依據(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、錯判，而且可以有效克服數(shù)據(jù)具有的跳變特性和目標參數(shù)劇烈變化的情況。實際應用表明本方法合理、有效、穩(wěn)定，具有很高的工程應用價值。不足之處在于輸入?yún)?shù)較多，參數(shù)設置時有一定的技術要求，如何提高方法的智能判斷能力是本方法的一個完善方向。

參考文獻

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

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

[3]祝轉民，等.樣條函數(shù)最小二乘擬合的遞推計算[J].中國空間科學技術，2007（3）.

作者簡介：

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

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

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