指显平台对水下目标航迹野值的实时处理方法

摘要

本发明公开了一种指显平台对水下目标航迹野值的实时处理方法，整个算法及流程进行了创新设计，通过基于时刻信息的五点与九点结合的线性预测法对野值进行处理，根据位置信息测量周期长和水下目标的运动特点等设置阈值，同时给出了一种航迹自动修正方案，在出现多个航迹数据不稳定等因素导致野值处理后的航迹偏离时能够自动恢复正确航迹。本方法具有(1)算法启动速度快；(2)满足野值处理的实时性需求；(3)对水下目标航迹野值剔除具有较好的效果，且性能稳定；(4)在出现水下目标位置信息传输乱序情况时依然能够正常运行。(5)能够在多个连续测量值出现较大误差导致野值处理后航迹偏离时能自动修正航迹。

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算水下目标航迹的方法，尤其涉及一种对水下目标航迹野值的实时处理方法。

背景技术

指显平台需要接收测量设备按特定时间间隔发送的各类水下目标的位置信息，并实时、准确地显示目标航迹。复杂多变的水声环境和随机干扰等因素会导致测量的目标位置信息出现较大的随机误差，这些位置信息偏离真值较远、影响航迹正常处理和显示，被称为野值或异常值。与空中目标相比，水下目标运动速率低，设备测量目标位置信息的周期长，目标位置信息的误差与单个测量周期内目标行进的航程处于相同数量级，且由于传输网络的原因，测量设备向指显平台按特定时间间隔发送的位置信息有时会出现先发后至(或后发先至)的情况。

在这种情况下，现有的野值剔除算法难以应用，即使在不出现位置信息因网络传输原因乱序的情况下，将一些较为成熟的算法如基于五点线性预测法、牛顿插值法等方法应用到水下目标航迹野值处理时也效果不佳。这些方法通过各种公式利用目标的历史位置信息得到下一次测量时刻的估计位置，解算估计位置与测量位置的差值，并将差值与设置的阈值进行比较，若差值大于阈值即判定为野值，然后用估计值代替测量值，完成野值的剔除。将这些算法应用于水下目标时，出现算法稳定性较差的问题，易将正常数据判定为野值，特别是当一个或多个测量值数据不稳定或误差较大时，在用估计值代替测量值的过程中易出现航迹偏离的结果。其原因主要为估计位置受水下目标测量值的较大误差影响出现不稳定不准确的结果，且阈值设置未考虑到定位信息测量周期长和水下目标的运动特点等情况。

发明内容

本发明为提高指显平台对水下目标航迹野值的实时剔除与处理能力，提出一种指显平台对水下目标航迹野值的实时处理方法。本发明采用的技术方案是：一种指显平台对水下目标航迹野值的实时处理方法，依次包括以下步骤：

步骤1:对接收到的水下目标位置信息进行合理性检验，找到一组为五点的合理点；

步骤2:以起始合理点为基准，通过基于时刻信息的五点线性预测法得到连续九点的合理点；

步骤3:以步骤2得到的一组连续九点的合理点，通过基于时刻信息的九点线性预测法对后续航迹信息进行处理；

步骤4:进行航迹偏离的判定和航迹自动恢复。

进一步地，所述步骤1具体为：

当接收到水下目标实时位置信息时，首先根据其测量对应时刻，检验此时刻前四个测量周期对应时刻有无起始合理点或连续九点的合理点；满足此条件时，进入步骤2；不满足此条件时，包括刚开始接收数据时，不对此点进行判定，将此点数据实时输出，并进行存储，在存储区内，将各位置信息按测量时刻先后排列，并把每测量周期连续的五点编为一组，五点完全一样的不重复编组；按组的时间先后顺序计算每组的四阶差分值，公式如下：

其中

当

其中，指显平台将接收到的某测量设备按固定时间间隔发送的水下目标位置信息转化为笛卡尔直角坐标系下的位置和时间信息

进一步地，所述步骤2具体为：

对起始合理点后四个测量时刻的位置信息进行野值判定与处理；当接收到新的位置信息时，根据其测量时刻采用如下算法：

(1)当新接收点

将估计值与测量值的距离差与阈值M

(2)当新接收点

将估计值与测量值的距离差与阈值M

将t

若

(3)当新接收点

接着根据起始合理点后四个周期的判定结果进行下一步计算，若起始合理点之后的四个周期中判定为正常值的数量已大于等于3，且指显平台已接收到起始合理点之后第五个周期的数据，将合理点更新为连续九点的合理点，若第九点仍未收到数据，使用公式(3)、(4)得到估计值，将其作为合理点，转到步骤3；若起始合理点之后的四个周期中判定为正常值的数量已小于3，则不再将旧的起始合理点之后四个点对应的数据作为合理点，同时启用新的起始合理点进行处理，重新开始本步骤2。

进一步地，所述步骤3具体为：

(1)当新接收的点信息

若

(2)当新接收的点信息

若

(3)当新接收点

(4)当本步骤3(1)中判定为正常值的次数和达到9次，后续的每个点进行判定时，均使用重新计算的阈值，令R等于此时刻前最近9个点r值平均值的0.5次方，r值即本步骤3(1)中已计算出的测量误差平方；对本步骤3(1)与本步骤3(3)，阈值M

进一步地，所述步骤4具体为：

当九点线性预测法最近一次判定为野值，且此野值对应时刻的前四个或四个以上测量周期时刻的数据均被判定为野值时，存储从连续野值的第一点时刻起以后的所有原始数据，从前至后对测量周期连续的五点进行编组，并用公式(1)、(2)检验每组的四阶差分是否小于17σ，当某组四阶差分小于17σ时，将此五点编组重置为起始合理点，不再将此起始合理点组前一时刻对应的值作为合理点，并在算法输出中用此五点的数据替换原对应时刻的数据。

本发明的有益效果是：本发明对水下目标航迹野值的实时处理整个算法流程进行了创新设计，对信息传输乱序现象提出了解决方案，通过基于时刻信息的五点与九点结合的线性预测法对野值进行处理，根据位置信息测量周期长和水下目标的运动特点等设置阈值，同时给出了一种航迹自动修正方案，在出现多个航迹数据不稳定等因素导致野值处理后的航迹偏离时能够自动恢复正确航迹。本方法具有(1)算法启动速度快；(2)满足野值处理的实时性需求；(3)对水下目标航迹野值剔除具有较好的效果，且性能稳定；(4)在出现水下目标位置信息传输乱序情况时依然能够正常运行。(5)能够在多个连续测量值出现较大误差导致野值处理后航迹偏离时能自动修正航迹。

附图说明

图1是本发明处理方法的总体流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，如图1所示，一种指显平台对水下目标航迹野值的实时处理方法，依次包括以下步骤：

步骤1:对接收到的水下目标位置信息进行合理性检验，找到一组为五点的合理点；当接收到水下目标实时位置信息时，首先根据其测量对应时刻，检验此时刻前四个测量周期对应时刻有无起始合理点或连续九点的合理点；满足此条件时，进入步骤2；不满足此条件时，包括刚开始接收数据时，不对此点进行判定，将此点数据实时输出，并进行存储，在存储区内，将各位置信息按测量时刻先后排列，并把每测量周期连续的五点编为一组，五点完全一样的不重复编组；按组的时间先后顺序计算每组的四阶差分值，采用说明书公式(1)和(2)，其中

步骤2:以起始合理点为基准，通过基于时刻信息的五点线性预测法得到连续九点的合理点；对起始合理点后四个测量时刻的位置信息进行野值判定与处理；当接收到新的位置信息时，根据其测量时刻采用如下算法：

(1)当新接收点

将估计值与测量值的距离差与阈值M

(2)当新接收点

将估计值与测量值的距离差与阈值M

若

(3)当新接收点

接着根据起始合理点后四个周期的判定结果进行下一步计算，若起始合理点之后的四个周期中判定为正常值的数量已大于等于3，且指显平台已接收到起始合理点之后第五个周期的数据，将合理点更新为连续九点的合理点，若第九点仍未收到数据，使用说明书公式(3)、(4)得到估计值，将其作为合理点，转到步骤3；若起始合理点之后的四个周期中判定为正常值的数量已小于3，则不再将旧的起始合理点之后四个点对应的数据作为合理点，同时启用新的起始合理点进行处理，重新开始本步骤2。

步骤3，以步骤2得到的一组连续九点的合理点，通过基于时刻信息的九点线性预测法对后续航迹信息进行处理，具体为：

(1)当新接收的点信息

(2)当新接收的点信息

(3)当新接收点

(4)当本步骤3(1)中判定为正常值的次数和达到9次，后续的每个点进行判定时，均使用重新计算的阈值，令R等于此时刻前最近9个点r值平均值的0.5次方，r值即本步骤3(1)中已计算出的测量误差平方；对本步骤3(1)与本步骤3(3)，阈值M

步骤4：进行航迹偏离的判定和航迹自动恢复。当九点线性预测法最近一次判定为野值，且此野值对应时刻的前四个或四个以上测量周期时刻的数据均被判定为野值时，存储从连续野值的第一点时刻起以后的所有原始数据，从前至后对测量周期连续的五点进行编组，并用说明书公式(1)、(2)检验每组的四阶差分是否小于17σ，当某组四阶差分小于17σ时，将此五点编组重置为起始合理点，不再将此起始合理点组前一时刻对应的值作为合理点，并在算法输出中用此五点的数据替换原对应时刻的数据。

以上内容仅用以说明本发明的技术方案，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。