本發(fā)明涉及的是一種速度信息野值剔除方法。

背景技術(shù)：

在實(shí)際工程應(yīng)用中，由于量測(cè)系統(tǒng)或者數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫娴脑颍瑫?huì)導(dǎo)致在量測(cè)數(shù)據(jù)中出現(xiàn)野值，其數(shù)值與實(shí)際量測(cè)值往往相差較大，如果不經(jīng)甄別直接應(yīng)用于卡爾曼濾波進(jìn)行當(dāng)前狀態(tài)值的修正，不僅無(wú)法修正狀態(tài)估計(jì)存在的誤差，反而會(huì)造成濾波系統(tǒng)不穩(wěn)定，濾波結(jié)果和真實(shí)狀態(tài)會(huì)出現(xiàn)較大偏差，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致濾波發(fā)散。因此，對(duì)量測(cè)信息進(jìn)行預(yù)處理，可減小由野值引起的定位誤差和濾波發(fā)散。

對(duì)于速度信息，auv等載體機(jī)動(dòng)性弱，加速度小，通常以某一穩(wěn)定速率勻速運(yùn)行，速率值表現(xiàn)為在某一固定值附近抖動(dòng)，野值通常產(chǎn)生于傳輸過(guò)程產(chǎn)生的錯(cuò)誤值，可以把速度信息的相繼觀測(cè)點(diǎn)看作是連續(xù)變化的，結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)模型，使用數(shù)據(jù)的合理性檢驗(yàn)準(zhǔn)則進(jìn)行野值剔除。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠解決傳輸過(guò)程產(chǎn)生的速度錯(cuò)誤值的剔除問(wèn)題的基于最小二乘法的速度信息野值剔除方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

首先設(shè)信任度為n，再按如下步驟執(zhí)行，

步驟一、獲得目標(biāo)當(dāng)前時(shí)刻之前的4個(gè)時(shí)刻的速度量測(cè)值；

步驟二、使用最小二乘算法外推出下一時(shí)刻的速度估計(jì)量；

步驟三、判斷速度量測(cè)值與速度估計(jì)量的差值是否滿足條件，若滿足則速度量測(cè)值被接受，否則利用速度估計(jì)量代替速度量測(cè)值；

步驟四、當(dāng)連續(xù)接收速度估計(jì)量的次數(shù)超過(guò)信任度n，重新建立濾波。

本發(fā)明還可以包括：

1、所述目標(biāo)當(dāng)前時(shí)刻之前的4個(gè)時(shí)刻的速度量測(cè)值分別表示為v(k-1)、v(k-2)、v(k-3)和v(k-4)。

2、所述使用最小二乘算法外推出下一時(shí)刻的速度估計(jì)量具體包括：下一時(shí)刻的速度估計(jì)量結(jié)合速度歷史信息使用最小二乘算法得出，下一時(shí)刻的速度估計(jì)量表示為，

3、所述判斷速度量測(cè)值與速度估計(jì)量的差值是否滿足條件具體包括：

設(shè)在k時(shí)刻得到的速度量測(cè)值為v(k)，當(dāng)v(k)滿足：

(1)、時(shí)，v(k)被接受；

(2)、時(shí)，v(k)是野值，被剔除，使用值代替v(k)；

δ值根據(jù)速度的誤差分布特性和置信區(qū)間進(jìn)行選取。

為了解決傳輸過(guò)程產(chǎn)生的速度錯(cuò)誤值的剔除問(wèn)題，本發(fā)明提出一種具有有限信任度的最小二乘外推方法進(jìn)行速度信息的野值剔除。本發(fā)明的使用背景是在卡爾曼濾波系統(tǒng)中。

本發(fā)明的有益效果是：通過(guò)本發(fā)明提出的方法，實(shí)現(xiàn)了速度量測(cè)數(shù)據(jù)的預(yù)處理，減小由野值引起的誤差和濾波發(fā)散。有利于接下來(lái)的濾波處理。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的流程圖。

圖2是勻速運(yùn)動(dòng)速度野值剔除圖。

圖3是勻加速運(yùn)動(dòng)速度野值剔除圖。

圖4是不同門限下速度野值剔除有效率表。

具體實(shí)施方式

下面舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)的描述。

結(jié)合圖1，首先假設(shè)信任度為n。然后按如下步驟執(zhí)行：

步驟一、獲得目標(biāo)當(dāng)前時(shí)刻之前的4個(gè)時(shí)刻的速度信息；

步驟二、使用最小二乘算法外推出下一時(shí)刻的速度估計(jì)量；

步驟三、判斷速度量測(cè)值與速度估計(jì)量的差值是否滿足條件，若滿足則速度量測(cè)值被接受。否則利用速度估計(jì)量代替速度量測(cè)值；

步驟四、當(dāng)連續(xù)接收預(yù)測(cè)值的次數(shù)超過(guò)信任度n，重新建立濾波。

假設(shè)目標(biāo)做勻速運(yùn)動(dòng)(v＝2m/s)或勻加速運(yùn)動(dòng)(v0＝2m/s,a＝0.02m/s²)，速度觀測(cè)量具有均值為0，標(biāo)準(zhǔn)差σv＝0.1m/s的高斯白噪聲，由此獲得目標(biāo)當(dāng)前時(shí)刻之前的4個(gè)時(shí)刻的速度信息。只考慮由傳輸錯(cuò)誤引起的粗差較大的野值，在仿真中，設(shè)粗差范圍為[1m/s,4m/s]。由此得到步驟一中的四個(gè)時(shí)刻的速度信息v(k-1)、v(k-2)、v(k-3)和v(k-4)。通過(guò)速度歷史信息使用最小二乘算法進(jìn)行外推可得出下一時(shí)刻的速度估計(jì)量。

δ值根據(jù)速度的誤差分布特性和置信區(qū)間進(jìn)行選取，選擇置信度為99.994％，此時(shí)門限的取值約為δ＝0.5m/s，設(shè)置信任度n＝4。得到勻速運(yùn)動(dòng)速度野值剔除圖如圖1，勻加速運(yùn)動(dòng)速度野值剔除圖如圖2。

仿真結(jié)果顯示，在兩種運(yùn)動(dòng)模型下，算法都可以對(duì)速度的大量級(jí)野值進(jìn)行有效的剔除，同時(shí)對(duì)由于隨機(jī)誤差產(chǎn)生的小量級(jí)抖動(dòng)也具有一定的平滑效果。仿真過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，粗差范圍與門限δ的選取直接相關(guān)，而合適的門限值對(duì)是取得良好濾波效果的重要條件。若具有誤差的先驗(yàn)知識(shí)，則可以選取固定的δ值作為門限；否則便需要具有自適應(yīng)性能的門限值，如3σ準(zhǔn)則(選取部分歷史信息標(biāo)準(zhǔn)差的3倍作為門限值)。

在圖1仿真條件的基礎(chǔ)上，改變門限值δ，進(jìn)行1000次蒙特卡洛試驗(yàn)仿真，統(tǒng)計(jì)濾波的收斂情況和濾波收斂時(shí)野值剔除的有效率，得圖4。

仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有限信任度的濾波算法可以有效地控制濾波發(fā)散，而門限值取值不同，會(huì)導(dǎo)致野值剔除的有效率不同。通過(guò)先驗(yàn)知識(shí)選取合理的門限值(0.5-0.8m/s),可以剔除超過(guò)98％的大量級(jí)野值點(diǎn)，且性能優(yōu)于3σ準(zhǔn)則。但3σ準(zhǔn)則仍可以作為無(wú)先驗(yàn)信息時(shí)的備選項(xiàng)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供的是一種基于最小二乘法的速度信息野值剔除方法。首先設(shè)信任度為N，再按如下步驟執(zhí)行，步驟一、獲得目標(biāo)當(dāng)前時(shí)刻之前的4個(gè)時(shí)刻的速度量測(cè)值；步驟二、使用最小二乘算法外推出下一時(shí)刻的速度估計(jì)量；步驟三、判斷速度量測(cè)值與速度估計(jì)量的差值是否滿足條件，若滿足則速度量測(cè)值被接受，否則利用速度估計(jì)量代替速度量測(cè)值；步驟四、當(dāng)連續(xù)接收速度估計(jì)量的次數(shù)超過(guò)信任度N，重新建立濾波。通過(guò)本發(fā)明提出的方法，實(shí)現(xiàn)了速度量測(cè)數(shù)據(jù)的預(yù)處理，減小由野值引起的誤差和濾波發(fā)散。有利于接下來(lái)的濾波處理。

技術(shù)研發(fā)人員：韓云峰;孫大軍;崔宏宇;張居成;鄭翠娥;王永恒;史春昊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.31
技術(shù)公布日：2017.08.25