本發(fā)明涉及一種星敏感器數(shù)據(jù)優(yōu)化處理方法，屬于數(shù)據(jù)優(yōu)化處理方法技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
星敏感器作為眾多導(dǎo)航方式中的一種，能夠提供不具有累積誤差的姿態(tài)信息。星敏感器具有大視場、高動態(tài)等特點(diǎn)，工作方式靈活、體積小巧、質(zhì)量輕，自主性強(qiáng)，具有極好的可移植性，能夠適應(yīng)各種搭載需求。星敏感器能夠捕捉、提取并識別更高星等的恒星，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜星空星系的構(gòu)建，基于慣性系的輸出姿態(tài)信息能夠?qū)崿F(xiàn)姿態(tài)無累積誤差。星敏感器可與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)融合實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的組合導(dǎo)航系統(tǒng)，為載體提供更高精度的姿態(tài)和位置信息，滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭對導(dǎo)航精度的要求。
星敏感器在整個導(dǎo)航過程中不存在如慣性導(dǎo)航系統(tǒng)工作方式引入的誤差累積問題，但是星敏感器仍然會受以下問題的影響，進(jìn)而無法滿足導(dǎo)航任務(wù)中的高精度要求：1)星敏感器輸出姿態(tài)中包含由電磁信號引入的電噪聲、系統(tǒng)像平面像心偏移引入的偏置噪聲以及星像還原帶來的計(jì)算噪聲；2)星敏感器在測量過程中受到大氣密度、星光折射以及地球章動、歲差影響會產(chǎn)生低頻諧波分量；3)星敏感器測量信息會由于星像丟失、星像誘導(dǎo)、外界沖擊等特殊原因造成輸出姿態(tài)錯誤。以上這些問題將造成星敏感器的單次測量誤差，且目前并沒有研究提出相應(yīng)的、全面的星敏感器數(shù)據(jù)優(yōu)化處理的方法。
目前在實(shí)際導(dǎo)航任務(wù)執(zhí)行中，并不考慮上述的單次測量誤差問題在星敏感器輸出姿態(tài)信息中的影響，星敏感器輸出數(shù)據(jù)不進(jìn)行預(yù)處理并直接引入導(dǎo)航系統(tǒng)中進(jìn)行相應(yīng)的導(dǎo)航計(jì)算。現(xiàn)代戰(zhàn)爭對導(dǎo)航精度和穩(wěn)定性提出了更高的需求，根據(jù)任務(wù)需求分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，忽略這些單次測量誤差會對系統(tǒng)的最終導(dǎo)航結(jié)果造成很大的影響，所以對星敏感器輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理是非常必要的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，進(jìn)而提供一種星敏感器數(shù)據(jù)優(yōu)化處理方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種星敏感器數(shù)據(jù)優(yōu)化處理方法，由以下步驟實(shí)現(xiàn)，
步驟一、星敏感器輸出姿態(tài)信息的轉(zhuǎn)換
根據(jù)測量時星敏感器的位置與時間信息，將星敏感器基于慣性系的姿態(tài)輸出信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為可用作導(dǎo)航系統(tǒng)解算的基于當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系中的姿態(tài)信息。
步驟二、改進(jìn)的姿態(tài)轉(zhuǎn)換
在姿態(tài)轉(zhuǎn)換過程中改進(jìn)姿態(tài)轉(zhuǎn)換算法，引入對歲差-章動、極移、世界時等參數(shù)的補(bǔ)償，解決星敏感器輸出姿態(tài)精度因天文測量信息攝動而降低的問題。
步驟三、星敏感器輸出姿態(tài)信息的抽取
根據(jù)設(shè)定的角速度閾值對轉(zhuǎn)換后的星敏感器姿態(tài)信息進(jìn)行抽取及分離，保留每次星敏感器有效姿態(tài)輸出的第一幀信息。同時抽取該幀對應(yīng)的時間信息，且高精度時間信息分辨率為微秒。
步驟四、星敏感器輸出姿態(tài)信息的異常值剔除
分析星敏感器輸出數(shù)據(jù)的均值和方差，設(shè)定對應(yīng)的平均絕對偏差閾值，對重組的星敏感器姿態(tài)信息中超越閾值的異常值進(jìn)行剔除。
步驟五、改進(jìn)的異常值剔除
在星敏感器/慣性組合導(dǎo)航系統(tǒng)中，引入陀螺角速率信息，結(jié)合陀螺角速率和星敏感器角速率，設(shè)計(jì)更合理、更精準(zhǔn)的異常值動態(tài)閾值，提高剔除異常值的準(zhǔn)確性。
步驟六、星敏感器輸出姿態(tài)信息的插值
采用三次樣條插值對非等間隔的重組星敏感器輸出數(shù)據(jù)序列進(jìn)行插值，使星敏感器輸出數(shù)據(jù)序列變?yōu)榈乳g隔采樣。
步驟七星敏感器輸出姿態(tài)信息的濾波
利用中值濾波對星敏感器輸出序列進(jìn)行濾波，使星敏感器輸出數(shù)據(jù)更加平滑。
步驟八、改進(jìn)的濾波方法
考慮到星敏感器三軸姿態(tài)之間的相關(guān)性，將權(quán)重值引入中值濾波，在某一軸輸出信息濾波的同時考慮其他兩軸的影響，保證三軸姿態(tài)四元數(shù)的歸一性。
步驟九、星敏感器輸出姿態(tài)信息的頻域分析
采用快速傅里葉變換方法對濾波后的星敏感器輸出數(shù)據(jù)的頻域特性進(jìn)行分析，確定后續(xù)小波降噪所要達(dá)到的最低與最高匹配頻率，指導(dǎo)相應(yīng)小波基的選取和分解層數(shù)的選取。
步驟十、星敏感器輸出姿態(tài)信息的Allan方差分析
分析星敏感器輸出數(shù)據(jù)的速率斜坡、零偏不穩(wěn)定性、角度隨機(jī)游走、量化噪聲等信息，確定小波降噪中每層分解中設(shè)定的軟閾值。
步驟十一、星敏感器輸出姿態(tài)信息的小波分析
利用小波分析對星敏感器數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與分解，并根據(jù)分解參數(shù)與細(xì)節(jié)對星敏感器數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)原。
步驟十二、改進(jìn)的小波分析
根據(jù)頻域分析的結(jié)果設(shè)定小波分析降噪的小波基和分解層數(shù)，并根據(jù)Allan方差分析結(jié)果確定小波降噪的設(shè)定閾值。
本發(fā)明采用改進(jìn)的姿態(tài)轉(zhuǎn)化方法，能夠有效的抵消由于天體攝動對測量結(jié)果帶來的影響，同時降低轉(zhuǎn)換中計(jì)算誤差對最終星敏感器輸出姿態(tài)信息精度的影響；采用基于角速率輔助的平均絕對偏差閾值方法，對星敏感器數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的抽取，提高星敏感器輸出姿態(tài)數(shù)據(jù)對錯誤的冗余能力，能夠預(yù)判、識別及分離由星像丟失、星像誘導(dǎo)、外界沖擊等特殊原因造成輸出姿態(tài)錯誤和由惡劣測量環(huán)境造成的不良可用數(shù)據(jù)，被剔除的數(shù)據(jù)將通過后續(xù)的插值擬合進(jìn)行補(bǔ)償；再次，采用插值擬合和改進(jìn)的中值濾波方法，提升輸出數(shù)據(jù)的平滑程度，使數(shù)據(jù)變?yōu)榈乳g隔數(shù)據(jù)，便于后續(xù)的頻域分析、Allan方差分析以及小波分析；然后，采用Allan方差分析，對數(shù)據(jù)的相關(guān)時間趨勢進(jìn)行分析，消除由大氣密度、星光折射影響造成的零偏趨勢，提升系統(tǒng)的抗干擾能力；利用改進(jìn)的小波分析提升系統(tǒng)的噪聲抑制能力，能夠最大程度的消除系統(tǒng)中各頻率分量的噪聲誤差，提高星敏感器輸出姿態(tài)信息的信噪比，實(shí)現(xiàn)輸出姿態(tài)精度和穩(wěn)定性的提升?？梢詫⑿敲舾衅鬏敵鲎藨B(tài)精度由大于20″提升至優(yōu)于2″，同時星敏感器輸出姿態(tài)穩(wěn)定度3σ優(yōu)于5″。
具體實(shí)施方式
下面將對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明：本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述實(shí)施例。
本實(shí)施例所涉及的一種星敏感器數(shù)據(jù)優(yōu)化處理方法，包括以下步驟：
步驟一、星敏感器輸出姿態(tài)信息的轉(zhuǎn)換
根據(jù)測量時星敏感器的位置與時間信息，將星敏感器基于慣性系的姿態(tài)輸出信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為可用作導(dǎo)航系統(tǒng)解算的基于當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系中的姿態(tài)信息。
步驟二、改進(jìn)的姿態(tài)轉(zhuǎn)換
在姿態(tài)轉(zhuǎn)換過程中改進(jìn)姿態(tài)轉(zhuǎn)換算法，引入對歲差-章動、極移、世界時等參數(shù)的補(bǔ)償，解決星敏感器輸出姿態(tài)精度因天文測量信息攝動而降低的問題。
步驟三、星敏感器輸出姿態(tài)信息的抽取
根據(jù)設(shè)定的角速度閾值對轉(zhuǎn)換后的星敏感器姿態(tài)信息進(jìn)行抽取及分離，保留每次星敏感器有效姿態(tài)輸出的第一幀信息。同時抽取該幀對應(yīng)的時間信息，且高精度時間信息分辨率為微秒。
步驟四、星敏感器輸出姿態(tài)信息的異常值剔除
分析星敏感器輸出數(shù)據(jù)的均值和方差，設(shè)定對應(yīng)的平均絕對偏差閾值，對重組的星敏感器姿態(tài)信息中超越閾值的異常值進(jìn)行剔除。
步驟五、改進(jìn)的異常值剔除
在星敏感器/慣性組合導(dǎo)航系統(tǒng)中，引入陀螺角速率信息，結(jié)合陀螺角速率和星敏感器角速率，設(shè)計(jì)更合理、更精準(zhǔn)的異常值動態(tài)閾值，提高剔除異常值的準(zhǔn)確性。
步驟六、星敏感器輸出姿態(tài)信息的插值
采用三次樣條插值對非等間隔的重組星敏感器輸出數(shù)據(jù)序列進(jìn)行插值，使星敏感器輸出數(shù)據(jù)序列變?yōu)榈乳g隔采樣。
步驟七星敏感器輸出姿態(tài)信息的濾波
利用中值濾波對星敏感器輸出序列進(jìn)行濾波，使星敏感器輸出數(shù)據(jù)更加平滑。
步驟八、改進(jìn)的濾波方法
考慮到星敏感器三軸姿態(tài)之間的相關(guān)性，將權(quán)重值引入中值濾波，在某一軸輸出信息濾波的同時考慮其他兩軸的影響，保證三軸姿態(tài)四元數(shù)的歸一性。
步驟九、星敏感器輸出姿態(tài)信息的頻域分析
采用快速傅里葉變換方法對濾波后的星敏感器輸出數(shù)據(jù)的頻域特性進(jìn)行分析，確定后續(xù)小波降噪所要達(dá)到的最低與最高匹配頻率，指導(dǎo)相應(yīng)小波基的選取和分解層數(shù)的選取。
步驟十、星敏感器輸出姿態(tài)信息的Allan方差分析
分析星敏感器輸出數(shù)據(jù)的速率斜坡、零偏不穩(wěn)定性、角度隨機(jī)游走、量化噪聲等信息，確定小波降噪中每層分解中設(shè)定的軟閾值。
步驟十一、星敏感器輸出姿態(tài)信息的小波分析
利用小波分析對星敏感器數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與分解，并根據(jù)分解參數(shù)與細(xì)節(jié)對星敏感器數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)原。
步驟十二、改進(jìn)的小波分析
根據(jù)頻域分析的結(jié)果設(shè)定小波分析降噪的小波基和分解層數(shù)，并根據(jù)Allan方差分析結(jié)果確定小波降噪的設(shè)定閾值。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，這些具體實(shí)施方式都是基于本發(fā)明整體構(gòu)思下的不同實(shí)現(xiàn)方式，而且本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。