內彈道異常判決中的實時野值剔除方法

高冰

（92941部隊葫蘆島125000）

內彈道異常判決中的實時野值剔除方法

高冰

（92941部隊葫蘆島125000）

任務中導彈遙測關鍵參數的野值嚴重影響內彈道的異常判決結果。針對遙測關鍵參數的變化特點，研究了基于多項式插值平滑算法的野值剔除方法。通過任務實測數據驗證，這一算法簡單，實時性強，可以剔除連續的野值，在內彈道異常判決系統中起到了獲得較好的預處理效果。

內彈道；野值；異常判決

Class NumberTP301

1 引言

導彈飛行試驗的遙測參數是研究和分析導彈性能指標的數值依據［1］，對于導彈各種性能研究極其重要，其數據的質量高低，將直接影響對飛行試驗結果的分析與判定，是安控系統故障判決中的一種越來越重要數值依據［2］。這些數據從采集、編碼、傳輸直至接收的過程要經歷電磁干擾和隨機干擾等因素的影響，不可避免地存在野值。野值又稱跳點，是指由于傳感器、變換器及無線電傳輸中的干擾等造成的異常跳變點，也即由測量設備及傳輸等造成的不正確點［4］。因此需要把由于傳感器測量誤差等某些外界因素所產生的錯誤數據加以剔除，以保證安控數判人員在數據分析和安控故障判決時所使用的數據都是有意義的。

2 前推插值數據擬合去野值算法

剔除野值的方法很多：有極大似然遞推算法，該算法從概率論統計學角度辨識野值，對參數值出現的概率進行統計，判斷野值的前提是需要積累一定數量的樣本；卡爾曼濾波等算法是根據已有的信息預測下一個觀測值的數學期望，用其殘差來識別野值，在野值影響下，濾波的新息特性容易遭到破壞，算法不適合連續型成片的野值［5］；正交模型參數變化判別法等精度測量數據的逐點剔除野值方法，其算法效果顯著，但計算量比較大，復雜費時，不適用于數據的實時處理的數據檢擇［6～7］。針對上述算法的局限性以及遙測關鍵參數的變化特點，為滿足任務過程中對遙測參數實時處理的要求，本文重點研究牛頓插值算法，該方法將試驗數據進行函數逼近，形成遙測數據變化趨勢的近似表達式，簡單易行且精度高。牛頓插值算法有中心插值法、前推插值法和后推插值法等幾種方法［8～9］。用中心插值法和后推插值法來判斷某點是否是野值點時，需要用到該點后面的數據。這樣做一方面在野值判斷時用到的數據還沒有經過檢擇，很可能將原本不是野值的點也誤判為野值，引起了野值逆傳；另一方面需要積累當前時刻之后的數據，在實現時影響到算法的效率和實時性。因此前推插值方法比較適合實時數據處理的野值剔除。

牛頓插值一般形式為

它的系數ai滿足插值條件：

令n=6，x0=0，

假設已經判斷出前7個點的數據是正常數據，f(xi)是原始數據，f?(xi)是插值數據，則

根據萊特準則判別法，從概率角度考慮，服從正態分布的測量數據，殘差超過3倍標準方差的點為野值點。標準方差δ為

由于遙測參數種類多，變化規律不盡相同，即使同一參數在不同時間段，其變化規律也不是一成不變的，而是隨著條件的改變而發生變化。這種判據值為常系數的判別法很難適應這種變化，具體的參數設置方差的倍數。因此將判據的3倍標準方差調整為變系數k倍標準方差。則調整后的野值判斷公式為

式（3）按時間順序逐點計算f?(xi)和新息f(xi)-f?(xi)。考慮連續野值的數值比較接近，如果f(x7)為野值，那么數值和它接近的值也應該是野值。因此對后續的野值判斷公式為

3 實例分析

1）以某年任務數據為例，對參數燃油泵后壓力用該算法進行合理性檢驗，可以有效剔除野值。檢驗前和檢驗后的數據對比如圖1、圖2。

圖1 燃油泵后壓力剔除野值前圖

圖2 燃油泵后壓力剔除野值后圖

2）以某年任務為例，對無線電高度值進行了合理性檢驗。在高空巡航階段，無線電高度的值是一段無法表現真實高度的數據，如圖3所示。

圖3 無線電高度曲線

從圖中可以看出，在高空巡航階段大約40s～250s時間段內，遙測參數的無線電高度一直是11000多米，不能反映導彈的真實高度，如果任務中一直采用無線電高度計算遙彈道顯然是不合理的。采用本項目研究的野值剔除方法，能夠將遙測參數無線電高度這段不真實的數據通過數學模型來識別，及時采用氣壓高度表或慣性高度代替無線電高度來解算遙彈道，可以得到正常遙測彈道如圖4所示。

圖4 合理性檢驗后解算的遙彈道高度曲線

4 結語

實際工程實踐中，由于多種因素的影響，導彈內彈道數據中野值的出現是不可避免的。本文提出的基于前向牛頓插值的野值辨識和剔除方法不僅能夠剔除單個野值，還能剔除連片的異常數據。通過對任務數據的實際檢驗證明該計算方法有效，并且算法簡單，適合于實時遙測數據處理的預處理和試驗任務過程中對遙測關鍵參數的異常自動判別數據的合理性檢驗，對基于內彈道典型故障的安控數判和輔助決策提供了保障。

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Method of Eliminating Outlier Data during the Real-time Fault Judgement of Interior Ballistics

GAO Bing
（No.92941 Troops of PLA，Huludao125000）

The outliers in the telemetry parameters affect the result of internal trajectory fault.Aimed at the characteristics of telemetry parameters，this paper researched the polynomial interpolation smoothing algorithm method which can eliminate one or more contiguous outliers.At last the result of test data processing show the effectiveness of this method.

internal trajectory，outlier data，abnormal judgment

TP301

10.3969/j.issn.1672-9722.2017.06.005

2016年12月17日，

2017年1月19日

國家自然科學基金項目“彈道導彈動態總體多響應多因素飛行試驗的一體化設計”（編號：61573367）資助。

高冰，男，碩士，高級工程師，研究方向：指揮安全與控制。