CN111077881A - 数据异常值处理方法、系统、装置及计算机可读存储介质 - Google Patents

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向学辅
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陈浩
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Abstract

本发明公开了一种数据异常值处理方法、系统、装置以及计算机可读存储介质，该方法包括以下步骤：以时间间隔为采样周期，对旋变角速度进行采集；计算相邻旋变角速度之间的加速度，并与阈值加速度对比，以判断旋变角速度是否出现异常，若连续3次旋变角速度出现异常，则将异常旋变角速度反馈至控制系统；否则，将异常旋变角速度剔除。本发明提出一种数据异常值处理方法、系统、装置以及计算机可读存储介质，在不影响正常数据实时输出前提下，以用户设置的加速度阈值为标准，检测旋变角速度数据是否正常，以减小异常值对控制系统精度和稳定性影响为目标，对数据进行处理。

Description

数据异常值处理方法、系统、装置及计算机可读存储介质
技术领域
本发明涉及数据异常值处理技术领域，尤其涉及一种数据异常值处理方法、系统、装置及计算机可读存储介质。
背景技术
在光电跟踪系统或光电对抗系统的转台中，旋变作为核心的反馈器件反馈轴系旋转的角度和角速度。角速度是通过解码模块闭环跟踪粗精机的正余弦信号得到角速度模拟信号，再通过AD采集转换得到角速度数字信号，并引入数字控制系统实现速度环闭环控制。对角速度模拟信号进行AD采集时，采集的数据小概率发生突变成为异常值，影响长期运行的转台的性能一致性和稳定性。
在工程中，多采用均值滤波算法，有限冲击响应滤波算法等算法，这类算法会将正常的数据引入负影响的时延，比如3次均值滤波算法，至少会将正常的数据增加1个采样周期的时延，严重影响了系统的动态特性；且不能完全对异常值进行有效处理；比如某匀速运动转台，kt-2′＝90，kt-1′＝100，假设采集正常时，当前周期AD采集旋变角速度数据为kt＝110，但若出现采集异常时数据为kt1＝1000，如果采用三次均值滤波，则kt′＝(kt-2′+kt-1′+kt1)/3＝396.7，相比AD采集的异常数据1000与110和396.7与110，后者几乎没有更好消除异常值对控制系统的精度和稳定性影响；当AD采集数据为正常数据时，均值滤波算法等到kt′＝(kt-2′+kt-1′+kt)/3＝100，反而使得AD采集数据相比物理系统延时1个采样周期，影响控制系统的精度和稳定性。
发明内容
本发明提出一种数据异常值处理方法、系统、装置及计算机可读存储介质，在不影响正常数据实时输出前提下，以用户设置的加速度阈值为标准，检测旋变角速度数据是否正常，以减小异常值对控制系统精度和稳定性影响为目标，对数据进行处理。
本发明通过下述技术方案实现：
一种数据异常值处理方法，包括以下步骤：
S1：以时间间隔Ts为采样周期，对旋变角速度kt进行AD采集；
S2：计算相邻旋变角速度kt和kt+1之间的加速度dvt+1，并与阈值加速度dvo对比，以判断kt+1是否出现异常：
若abs(dvt+1)≤abs(dvo)，判定旋变角速度kt+1正常，则不做处理；
若abs(dvt+1)＞abs(dvo)，则判定旋变角速度kt+1出现异常，若连续3次旋变角速度kt+1出现异常，则将异常旋变角速度kt+1反馈至控制系统；否则，将异常旋变角速度kt+1剔除。
在本方法中，当旋变角速度kt出现一次异常值，将异常值剔除并按照速度均匀变化的原则使其保持上周期的旋变角速度；若连续三次都出现异常，则表明旋变角速度确实存在突变，此时的旋变角速度是真实反映了转台的运动速度，将真实速度反馈到控制系统。
本方法提供的旋变角速度数据异常处理，是基于加速度阈值的检测方法检测数据是否异常，无需先验知识和数据序列，在线实时检测数据是否存在异常值，在消除异常值的同时不影响正常值，不引入任何时延和不需任何辅助电路。本发明的异常数据处理方法需要用户设置的唯一参数为加速度阈值，而加速度阈值是由转台性能确定的，用户在使用中设置即可。
进一步地，所述S2具体包括：
对采集的旋变角速度kt运用迭代算法进行处理，得到旋变角速度数据kt′；
计算相邻旋变角速度kt和kt+1的加速度dvt+1，并与阈值加速度dvo对比；
若abs(dvt+1)＞abs(dvo)，判定kt+1为异常值，异常计数处理器记录的次数累加1，同时对异常计数器记录的次数进行判断：
若异常计数处理器记录的次数小于3，设置为：k′t+1＝k′t；
若异常计数处理器记录的次数等于3，设置为：k′t＝kt+1；同时将异常计数处理器记录的次数清零；
若abs(dvt+1)＜abs(dvo)，判定kt+1为正常值，异常计数处理器记录的次数清零，设置为：k′t+1＝kt+1。
一种数据异常值处理系统，包括：
采集模块，用于以时间间隔Ts为采样周期，对旋变角速度kt进行AD采集，并将采集的旋变角速度传输至处理模块；
处理模块，用于接收采集模块传输的的旋变角速度kt，并判断旋变角速度kt是否出现异常，若旋变角速度kt连续3次均出现异常，则将异常旋变角速度kt反馈至控制系统；否则，将判定为异常的旋变角速度kt剔除。
进一步地，所述处理模块包括：
计算模块，用于接收采集模块传输的旋变角速度kt，并对旋变角速度kt进行迭代算法处理，得到旋变角速度数据k′t；同时计算相邻旋变角速度kt和kt+1的加速度dvt+1；将计算得到的k′t和dvt+1传输给判断模块；
判断模块，用于接收计算模块传输的k′t和dvt+1，并对相邻旋变角速度的加速度dvt+1和阈值加速度dvo的大小进行判断：
若abs(dvt+1)＞abs(dvo)，判定kt+1为异常值，异常计数处理器记录的次数累加1，同时对异常计数器记录的次数进行判断：
若异常计数处理器记录的次数小于3，此时有k′t+1＝k′t；
若异常计数处理器记录的次数等于3，有k′t＝kt+1；同时将异常计数处理器记录的次数清零；
若abs(dvt+1)＜abs(dvo)，判定kt+1为正常值，异常计数处理器记录的次数清零，此时有k′t+1＝kt+1。
进一步地，所述采集模块内设置有运行计数器，所述运行计数器用于判断系统是否初次运行。
一种数据异常值处理装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时可以对转台旋变角速度的异常值进行处理。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时可以对转台旋变角速度的异常值进行处理。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明在数据异常时可以检测异常并进行快速处理，将异常数据对控制系统造成的影响降低到最小。若检测数据无异常时，数据正常输出不引入任何时延而影响控制系统的精度和稳定性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明具体流程的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
一种数据异常值处理方法，包括以下步骤：
以时间间隔Ts为采样周期，对旋变角速度kt进行AD采集；
对采集的旋变角速度kt运用迭代算法进行处理，得到旋变角速度数据k′t；
计算相邻旋变角速度kt和kt+1的加速度dvt+1，dvt+1＝(k′t-kt+1)/Ts，并与阈值加速度dvo对比；
若abs(dvt+1)＞abs(dvo)，判定kt+1为异常值，异常计数处理器记录的次数累加1，同时对异常计数器记录的次数进行判断：
若异常计数处理器记录的次数小于3，使得k′t+1＝k′t，将异常旋变角速度剔除，并按照速度均匀变化的原则使转台保持上一个周期的旋变角速度；
若异常计数处理器记录的次数等于3，则表明转台的旋变角速度确实存在突变，此时的旋变角速度是真实反映了转台的运动速度，应将真实旋变角速度反馈到控制系统，此时有：k′t＝kt+1；并将异常计数处理器记录的次数清零，便于后续记录旋变角速度是否是偶然出现异常，还是转台的旋变角速度确实存在突变。
若abs(dvt+1)＜abs(dvo)，判定kt+1为正常值，异常计数处理器记录的次数清零，此时有：k′t+1＝kt+1。
本方法提供的旋变角速度数据异常处理，是基于加速度阈值dvo的检测方法检测数据是否异常，无需先验知识和数据序列，在线实时检测数据是否存在异常值，在消除异常值的同时不影响正常值，不引入任何时延和不需任何辅助电路。
一种数据异常值处理系统，包括：
采集模块，用于以时间间隔Ts为采样周期，对旋变角速度kt进行AD采集，并将采集的旋变角速度传输至处理模块；
处理模块，用于接收采集模块传输的的旋变角速度kt，并判断旋变角速度kt是否出现异常，若旋变角速度kt连续3次均出现异常，则将异常旋变角速度kt反馈至控制系统；否则，将判定为异常的旋变角速度kt剔除。
所述处理模块包括：
计算模块，用于接收采集模块传输的旋变角速度kt，并对旋变角速度kt进行迭代算法处理，得到旋变角速度数据k′t；同时计算相邻旋变角速度kt和kt+1的加速度dvt+1；将计算得到的k′t和dvt+1传输给判断模块；
判断模块，用于接收计算模块传输的k′t和dvt+1，并对相邻旋变角速度的加速度dvt+1和阈值加速度dvo的大小进行判断：
若abs(dvt+1)＞abs(dvo)，判定kt+1为异常值，异常计数处理器记录的次数累加1，同时对异常计数器记录的次数进行判断：
若异常计数处理器记录的次数小于3，此时有k′t+1＝k′t；
若异常计数处理器记录的次数等于3，有k′t＝kt+1；同时将异常计数处理器记录的次数清零；
若abs(dvt+1)＜abs(dvo)，判定kt+1为正常值，异常计数处理器记录的次数清零，此时有k′t+1＝kt+1。
所述采集模块内设置有运行计数器，所述运行计数器用于判断系统是否初次运行。
在本系统中，旋变角速度数据异常处理过程具体如下，如图1所示：
(a)初始化系统中的所有参数，包括运行计数器和异常计数器记录的次数，以及时间变量t；
(b)读取用户设置的系统加速度阈值dvo；
(c)读取AD采集的旋变角速度数据kt；
(d)判断运行计数器记录的次数是否小于3，若是，则运行计算器的运行次数累加1，若否，则直接进入下一步；
(e)判断运行计数器记录的次数是否等于1，若是，则转入(m)；若否，则直接进入下一步；
(f)计算相邻旋变角速度之间的加速度dvt，dvt＝kt-k′t-1/Ts；
(g)判断dv0是否大于dvt，若是，转入(l)；若否，则直接进入下一步；
(h)异常处理计数器记录的次数累加1；
(i)判断异常处理计数器记录的次数是否等于3，若是，转入(k)；若否，则直接进入下一步；
(j)k′(t)＝k′(t-1)，转入(n)；
(k)k′(t-1)＝k(t)；
(l)异常处理计数器清零；
(m)k′(t)＝k(t)；
(n)t＝t+1，转入(c)。
一种数据异常值处理装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时可对转台旋变角速度的异常值进行处理，具体处理过程如下：
以时间间隔Ts为采样周期，对旋变角速度kt进行AD采集；
对采集的旋变角速度kt运用迭代算法进行处理，得到旋变角速度数据k′t；
计算相邻旋变角速度kt和kt+1的加速度dvt+1，dvt+1＝(k′t-kt+1)/Ts，并与阈值加速度dvo对比；
若abs(dvt+1)＞abs(dvo)，判定kt+1为异常值，异常计数处理器记录的次数累加1，同时对异常计数器记录的次数进行判断：
若异常计数处理器记录的次数小于3，使得k′t+1＝k′t，将异常旋变角速度剔除，并按照速度均匀变化的原则使转台保持上一个周期的旋变角速度；
若异常计数处理器记录的次数等于3，则表明转台的旋变角速度确实存在突变，此时的旋变角速度是真实反映了转台的运动速度，应将真实旋变角速度反馈到控制系统，此时有：k′t＝kt+1；并将异常计数处理器记录的次数清零，便于后续记录旋变角速度是否是偶然出现异常，还是转台的旋变角速度确实存在突变。
若abs(dvt+1)＜abs(dvo)，判定kt+1为正常值，异常计数处理器记录的次数清零，此时有：k′t+1＝kt+1。
该程序在运行过程中，无需先验知识和数据序列，可在线实时检测数据是否存在异常值，并且在消除异常值的同时不影响正常值。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，可对转台旋变角速度的异常值进行处理，具体处理过程为：
(a)初始化系统中的所有参数，包括运行计数器和异常计数器记录的次数，以及时间变量t；
(b)读取用户设置的系统加速度阈值dvo；
(c)读取AD采集的旋变角速度数据kt；
(d)判断运行计数器记录的次数是否小于3，若是，则运行计算器的运行次数累加1，若否，则直接进入下一步；
(e)判断运行计数器记录的次数是否等于1，若是，则转入(m)；若否，则直接进入下一步；
(f)计算相邻旋变角速度之间的加速度dvt，dvt＝kt-k′t-1/Ts；
(g)判断dv0是否大于dvt，若是，转入(l)；若否，则直接进入下一步；
(h)异常处理计数器记录的次数累加1；
(i)判断异常处理计数器记录的次数是否等于3，若是，转入(k)；若否，则直接进入下一步；
(j)k′(t)＝k′(t-1)，转入(n)；
(k)k′(t-1)＝k(t)；
(l)异常处理计数器清零；
(m)k′(t)＝k(t)；
(n)t＝t+1，转入(c)。
该程序在运行过程中，无需先验知识和数据序列，可在线实时检测数据是否存在异常值，并且在消除异常值的同时不影响正常值。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种数据异常值处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：以时间间隔Ts为采样周期，对旋变角速度kt进行AD采集；
S2：计算相邻旋变角速度kt和kt+1之间的加速度dvt+1，并与阈值加速度dvo对比，以判断kt+1是否出现异常：
若abs(dvt+1)≤abs(dvo)，判定旋变角速度kt+1正常，则不做处理；
若abs(dvt+1)＞abs(dvo)，则判定旋变角速度kt+1出现异常，若连续3次旋变角速度kt+1出现异常，则将异常旋变角速度kt+1反馈至控制系统；否则，将异常旋变角速度kt+1剔除。
2.根据权利要求1所述的一种数据异常值处理方法，其特征在于，所述S2具体包括：
对采集的旋变角速度kt运用迭代算法进行处理，得到旋变角速度数据k′t；
计算相邻旋变角速度kt和kt+1的加速度dvt+1，并与阈值加速度dvo对比；
若abs(dvt+1)＞abs(dvo)，判定kt+1为异常值，异常计数处理器记录的次数累加1，同时对异常计数器记录的次数进行判断：
若异常计数处理器记录的次数小于3，设置为：k′t+1＝k′t；
若异常计数处理器记录的次数等于3，设置为：k′t＝kt+1；同时将异常计数处理器记录的次数清零；
若abs(dvt+1)＜abs(dvo)，判定kt+1为正常值，异常计数处理器记录的次数清零，设置为：k′t+1＝kt+1。
3.一种数据异常值处理系统，其特征在于，包括：
采集模块，用于以时间间隔Ts为采样周期，对旋变角速度kt进行AD采集，并将采集的旋变角速度传输至处理模块；
处理模块，用于接收采集模块传输的的旋变角速度kt，并判断旋变角速度kt是否出现异常，若旋变角速度kt连续3次均出现异常，则将异常旋变角速度kt反馈至控制系统；否则，将判定为异常的旋变角速度kt剔除。
4.根据权利要求3所述的一种数据异常值处理系统，其特征在于，所述处理模块包括：
计算模块，用于接收采集模块传输的旋变角速度kt，并对旋变角速度kt进行迭代算法处理，得到旋变角速度数据k′t；同时计算相邻旋变角速度kt和kt+1的加速度dvt+1；将计算得到的k′t和dvt+1传输给判断模块；
判断模块，用于接收计算模块传输的k′t和dvt+1，并对相邻旋变角速度的加速度dvt+1和阈值加速度dvo的大小进行判断：
若abs(dvt+1)＞abs(dvo)，判定kt+1为异常值，异常计数处理器记录的次数累加1，同时对异常计数器记录的次数进行判断：
若异常计数处理器记录的次数小于3，此时有k′t+1＝k′t；
若异常计数处理器记录的次数等于3，有k′t＝kt+1；同时将异常计数处理器记录的次数清零；
若abs(dvt+1)＜abs(dvo)，判定kt+1为正常值，异常计数处理器记录的次数清零，此时有k′t+1＝kt+1。
5.根据权利要求3或4所述的一种数据异常值处理系统，其特征在于，所述采集模块内设置有运行计数器，所述运行计数器用于判断系统是否初次运行。
6.一种数据异常值处理装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1或2所述方法的步骤。
7.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1或2所述方法的步骤。
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