本發(fā)明涉及的是一種傳感器數(shù)據(jù)處理方法，具體涉及一種矢量陣被動(dòng)聲吶異常數(shù)據(jù)的在線剔除方法。

背景技術(shù)：

矢量陣被動(dòng)聲吶設(shè)備在對(duì)水下目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)的過程中，由于受到水下環(huán)境干擾、隨機(jī)噪聲、以及平臺(tái)自噪聲的影響，矢量陣被動(dòng)聲吶對(duì)目標(biāo)的方位信息的測(cè)量中出現(xiàn)不確定性的中斷和野值，這些中斷點(diǎn)和野值夾雜在正常測(cè)量值中間會(huì)對(duì)目標(biāo)位置、速度等運(yùn)動(dòng)要素的解算帶來嚴(yán)重的影響。因此，在數(shù)據(jù)解算前必須對(duì)矢量陣被動(dòng)聲吶探測(cè)數(shù)據(jù)中的中斷點(diǎn)和野值等異常值加以剔除。

目前，國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究工作多集中于對(duì)連續(xù)采樣序列數(shù)據(jù)異常值剔除方面?！疤蕹惓?shù)據(jù)的穩(wěn)健性處理方法”(《中國(guó)計(jì)量學(xué)院學(xué)報(bào)》，2004年1期)中提出了一種異常數(shù)據(jù)的剔除方法；“基于雙向檢驗(yàn)的異常數(shù)據(jù)剔除與修復(fù)方法”(《電光與控制》，2013年6期)中提出了一種利用多項(xiàng)式擬合對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行雙向檢驗(yàn)的異常數(shù)據(jù)剔除方法。以上文獻(xiàn)中提到的方法，均是在測(cè)量數(shù)據(jù)連續(xù)的情況下對(duì)數(shù)據(jù)異常值進(jìn)行剔除，未考慮到矢量陣被動(dòng)聲吶數(shù)據(jù)受水下復(fù)雜聲環(huán)境影響而出現(xiàn)不確定性的數(shù)據(jù)中斷和中斷后數(shù)據(jù)階躍性突變的特性，這使得以上方法應(yīng)用于矢量陣被動(dòng)聲吶數(shù)據(jù)異常值剔除時(shí)效果不佳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)分析做好準(zhǔn)備的矢量陣被動(dòng)聲吶異常數(shù)據(jù)在線剔除方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的,

101：讀取對(duì)矢量陣被動(dòng)聲吶測(cè)量數(shù)據(jù)，將原始數(shù)據(jù)存入緩沖區(qū)；設(shè)置兩個(gè)長(zhǎng)度均為n的數(shù)據(jù)隊(duì)列L1和L2，第一數(shù)據(jù)隊(duì)列L1用來存放最近的n個(gè)正常數(shù)據(jù)，第二數(shù)據(jù)隊(duì)列L2用來存放連續(xù)的異常數(shù)據(jù)，并設(shè)定異常數(shù)據(jù)判別門限值T；

102：求第一數(shù)據(jù)隊(duì)列L1中數(shù)據(jù)的均值

103：根具公式求出待判斷別數(shù)據(jù)X(i)的跳躍幅度D(i)，其中X(i+1)為X(i)后一時(shí)刻的矢量陣被動(dòng)聲吶測(cè)量數(shù)據(jù)；

104：比較D(i)與T的大小，若D(i)小于T則X(i)為正常值，將第一數(shù)據(jù)隊(duì)列L1中數(shù)據(jù)向后移動(dòng)一個(gè)單元，把X(i)裝入第一數(shù)據(jù)隊(duì)列L1的首端，并執(zhí)行步驟105；若D(i)大于T則執(zhí)行步驟106；

105：清零連續(xù)異常值個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)；

106：若D(i)大于T則X(i)為異常值，將第二數(shù)據(jù)隊(duì)列L2中數(shù)據(jù)向后移動(dòng)一個(gè)單元，把X(i)裝入數(shù)據(jù)隊(duì)列L2首端，并對(duì)連續(xù)異常值個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)加1，然后刪除X(i)；

107：通過檢測(cè)連續(xù)異常值計(jì)數(shù)值是否等于n來檢測(cè)異常值剔除過程是否發(fā)生異常；

108：若連續(xù)異常值達(dá)到n個(gè)，則通過進(jìn)一步計(jì)算第二數(shù)據(jù)隊(duì)列L2中數(shù)據(jù)的方差S來判斷異常值剔除過程是否發(fā)生錯(cuò)誤，當(dāng)S小于T²/16時(shí)為發(fā)生異常，則執(zhí)行步驟109；

109：用第二數(shù)據(jù)隊(duì)列L2中數(shù)據(jù)覆蓋第一數(shù)據(jù)隊(duì)列L1，并清零連續(xù)異常值計(jì)數(shù)器；

重復(fù)上述步驟102至109，實(shí)現(xiàn)對(duì)矢量陣被動(dòng)聲吶數(shù)據(jù)序列異常值的在線剔除。

n的取值范圍為5-15。

本發(fā)明提供了一種矢量陣被動(dòng)聲吶數(shù)據(jù)異常值剔除方法，來實(shí)現(xiàn)對(duì)矢量陣被動(dòng)聲吶設(shè)備采集的原始數(shù)據(jù)中異常值的剔除和數(shù)據(jù)中斷段的切除處理，從而為實(shí)現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)分析做好準(zhǔn)備。

本發(fā)明的技術(shù)方案的要點(diǎn)體現(xiàn)在：通過判斷矢量陣被動(dòng)聲吶測(cè)量數(shù)據(jù)序列X(i)的跳動(dòng)幅度D(i)是否超出設(shè)定的門限值T來決定X(i)是否為異常值。這里的測(cè)量數(shù)據(jù)跳動(dòng)幅度D(i)是由測(cè)量值X(i)與其前n個(gè)測(cè)量值的均值的差值以及測(cè)量值X(i)與其后一個(gè)測(cè)量值X(i+1)的差值的和組成的。在異常值剔除過程中，對(duì)所剔除的異常值進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)連續(xù)n個(gè)數(shù)據(jù)均被判定為異常值，且連續(xù)剔除的n個(gè)數(shù)據(jù)方差不超過T²/16，則說明數(shù)據(jù)序列發(fā)生了突變，這時(shí)將這n個(gè)連續(xù)異常值數(shù)據(jù)恢復(fù)為正常值并重新計(jì)算均值然后繼續(xù)進(jìn)行后面的異常值剔除過程。

D(i)是由測(cè)量值X(i)與正常值數(shù)據(jù)隊(duì)列中n個(gè)測(cè)量值的均值的差值以及測(cè)量值X(i)與其后一個(gè)測(cè)量值X(i+1)的差值兩部分組成的，D(i)的值由以下公式求得，

$D\left(i\right)=2X\left(i\right)-\stackrel{\‾}{X}\left(i\right)-X(i+1).$

隊(duì)列長(zhǎng)度為n，數(shù)據(jù)根據(jù)先后順序存放在隊(duì)列中，每次更新時(shí)，隊(duì)列中所有數(shù)據(jù)均向后移動(dòng)一個(gè)單元，將隊(duì)列中最末端的數(shù)據(jù)移出隊(duì)列，并將新的數(shù)據(jù)填入隊(duì)列首端。

是由數(shù)據(jù)隊(duì)列中的n個(gè)值X(i-n)…X(i-1)求算數(shù)平均得到的，其計(jì)算公式如下所示：

$\stackrel{\‾}{X}\left(i\right)=\frac{1}{n}\underset{j=i-n}{\overset{i-1}{\Σ}}X\left(j\right)$

方差S為異常值數(shù)據(jù)隊(duì)列中n個(gè)數(shù)值的方差，其計(jì)算公式如下所示：

$S=\frac{1}{n-1}\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{\left(X\right(j)-\stackrel{\‾}{X})}^2.$

本發(fā)明的特色是，結(jié)合了矢量陣被動(dòng)聲吶數(shù)據(jù)不確定性中斷的特點(diǎn)，基于一步延時(shí)的思想設(shè)計(jì)了一種新的異常值識(shí)別方法并對(duì)異常值剔除過程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和矯正，防止了異常值剔除過程在數(shù)據(jù)間斷處和突變段的失效。

附圖說明

圖1為本發(fā)明對(duì)異常值識(shí)別和剔除流程圖。

圖2為實(shí)驗(yàn)測(cè)得的一組矢量陣被動(dòng)聲吶方位測(cè)量原始數(shù)據(jù)曲線。

圖3為本發(fā)明對(duì)矢量陣被動(dòng)聲吶方位測(cè)量原始數(shù)據(jù)進(jìn)行異常值剔除后的數(shù)據(jù)曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

結(jié)合圖1，首先執(zhí)行對(duì)矢量陣被動(dòng)聲吶測(cè)量數(shù)據(jù)的讀取【101】，將原始數(shù)據(jù)存入緩沖區(qū)。然后執(zhí)行對(duì)數(shù)據(jù)異常值的剔除。對(duì)異常值的剔除過程主要分為兩部分，第一部分為對(duì)數(shù)據(jù)序列中的異常值的識(shí)別剔除，第二部分為對(duì)異常值的檢測(cè)和對(duì)異常值剔除過程的矯正。具體實(shí)現(xiàn)如下：

首先設(shè)置兩個(gè)長(zhǎng)度均為n的數(shù)據(jù)隊(duì)列L1和L2，這里n可以根據(jù)數(shù)據(jù)的離散程度在5-15內(nèi)取值。隊(duì)列L1用來存放最近的n個(gè)正常數(shù)據(jù)，隊(duì)列L2用來存放連續(xù)的異常數(shù)據(jù)。初始時(shí)刻可以令數(shù)據(jù)隊(duì)列L1中數(shù)據(jù)均為0，或?qū)⑦B續(xù)的n個(gè)原始數(shù)據(jù)裝入L1，而將L2設(shè)為空的數(shù)據(jù)隊(duì)列，并設(shè)定異常數(shù)據(jù)判別門限值T。

然后求數(shù)據(jù)隊(duì)列L1中數(shù)據(jù)的均值并根具公式求出待判斷別數(shù)據(jù)X(i)的跳躍幅度D(i)【103】，其中X(i+1)為X(i)后一時(shí)刻的矢量陣被動(dòng)聲吶測(cè)量數(shù)據(jù)，比較D(i)與T的大小【104】，若D(i)小于T則X(i)為正常值，可將數(shù)據(jù)隊(duì)列L1中數(shù)據(jù)向后移動(dòng)一個(gè)單元，把X(i)裝入數(shù)據(jù)隊(duì)列L1的首端，并清零連續(xù)異常值個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)【105】。若D(i)大于T則X(i)為異常值，需將數(shù)據(jù)隊(duì)列L2中數(shù)據(jù)向后移動(dòng)一個(gè)單元，把X(i)裝入數(shù)據(jù)隊(duì)列L2首端，并對(duì)連續(xù)異常值個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)加1，然后刪除X(i)【106】。以上便完成了對(duì)異常值的判別與剔除的過程。

在異常值剔除過程中，通過檢測(cè)連續(xù)異常值計(jì)數(shù)值是否等于n來檢測(cè)異常值剔除過程是否發(fā)生異?！?07】，若連續(xù)異常值達(dá)到n個(gè)，則需要通過進(jìn)一步計(jì)算數(shù)據(jù)隊(duì)列L2中數(shù)據(jù)的方差S來判斷異常值剔除過程是否發(fā)生錯(cuò)誤，當(dāng)S小于T²/16時(shí)說明過程發(fā)生異常【108】，此時(shí)用數(shù)據(jù)隊(duì)列L2中數(shù)據(jù)覆蓋數(shù)據(jù)隊(duì)列L1，并清零連續(xù)異常值計(jì)數(shù)器【109】。重復(fù)以上兩個(gè)過程便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)矢量陣被動(dòng)聲吶數(shù)據(jù)序列異常值的在線剔除。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該算法在初始運(yùn)行n步以后會(huì)收斂到穩(wěn)定狀態(tài)。