本发明涉及一种星敏感器数据优化处理方法，属于数据优化处理方法技术领域。
背景技术：
星敏感器作为众多导航方式中的一种，能够提供不具有累积误差的姿态信息。星敏感器具有大视场、高动态等特点，工作方式灵活、体积小巧、质量轻，自主性强，具有极好的可移植性，能够适应各种搭载需求。星敏感器能够捕捉、提取并识别更高星等的恒星，实现复杂星空星系的构建，基于惯性系的输出姿态信息能够实现姿态无累积误差。星敏感器可与惯性导航系统融合实现先进的组合导航系统，为载体提供更高精度的姿态和位置信息，满足现代战争对导航精度的要求。
星敏感器在整个导航过程中不存在如惯性导航系统工作方式引入的误差累积问题，但是星敏感器仍然会受以下问题的影响，进而无法满足导航任务中的高精度要求：1)星敏感器输出姿态中包含由电磁信号引入的电噪声、系统像平面像心偏移引入的偏置噪声以及星像还原带来的计算噪声；2)星敏感器在测量过程中受到大气密度、星光折射以及地球章动、岁差影响会产生低频谐波分量；3)星敏感器测量信息会由于星像丢失、星像诱导、外界冲击等特殊原因造成输出姿态错误。以上这些问题将造成星敏感器的单次测量误差，且目前并没有研究提出相应的、全面的星敏感器数据优化处理的方法。
目前在实际导航任务执行中，并不考虑上述的单次测量误差问题在星敏感器输出姿态信息中的影响，星敏感器输出数据不进行预处理并直接引入导航系统中进行相应的导航计算。现代战争对导航精度和稳定性提出了更高的需求，根据任务需求分析和实验结果分析，忽略这些单次测量误差会对系统的最终导航结果造成很大的影响，所以对星敏感器输出数据进行优化处理是非常必要的。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种星敏感器数据优化处理方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种星敏感器数据优化处理方法，由以下步骤实现，
步骤一、星敏感器输出姿态信息的转换
根据测量时星敏感器的位置与时间信息，将星敏感器基于惯性系的姿态输出信息进行转换，转换为可用作导航系统解算的基于当地地理坐标系中的姿态信息。
步骤二、改进的姿态转换
在姿态转换过程中改进姿态转换算法，引入对岁差-章动、极移、世界时等参数的补偿，解决星敏感器输出姿态精度因天文测量信息摄动而降低的问题。
步骤三、星敏感器输出姿态信息的抽取
根据设定的角速度阈值对转换后的星敏感器姿态信息进行抽取及分离，保留每次星敏感器有效姿态输出的第一帧信息。同时抽取该帧对应的时间信息，且高精度时间信息分辨率为微秒。
步骤四、星敏感器输出姿态信息的异常值剔除
分析星敏感器输出数据的均值和方差，设定对应的平均绝对偏差阈值，对重组的星敏感器姿态信息中超越阈值的异常值进行剔除。
步骤五、改进的异常值剔除
在星敏感器/惯性组合导航系统中，引入陀螺角速率信息，结合陀螺角速率和星敏感器角速率，设计更合理、更精准的异常值动态阈值，提高剔除异常值的准确性。
步骤六、星敏感器输出姿态信息的插值
采用三次样条插值对非等间隔的重组星敏感器输出数据序列进行插值，使星敏感器输出数据序列变为等间隔采样。
步骤七星敏感器输出姿态信息的滤波
利用中值滤波对星敏感器输出序列进行滤波，使星敏感器输出数据更加平滑。
步骤八、改进的滤波方法
考虑到星敏感器三轴姿态之间的相关性，将权重值引入中值滤波，在某一轴输出信息滤波的同时考虑其他两轴的影响，保证三轴姿态四元数的归一性。
步骤九、星敏感器输出姿态信息的频域分析
采用快速傅里叶变换方法对滤波后的星敏感器输出数据的频域特性进行分析，确定后续小波降噪所要达到的最低与最高匹配频率，指导相应小波基的选取和分解层数的选取。
步骤十、星敏感器输出姿态信息的Allan方差分析
分析星敏感器输出数据的速率斜坡、零偏不稳定性、角度随机游走、量化噪声等信息，确定小波降噪中每层分解中设定的软阈值。
步骤十一、星敏感器输出姿态信息的小波分析
利用小波分析对星敏感器数据进行分析与分解，并根据分解参数与细节对星敏感器数据进行复原。
步骤十二、改进的小波分析
根据频域分析的结果设定小波分析降噪的小波基和分解层数，并根据Allan方差分析结果确定小波降噪的设定阈值。
本发明采用改进的姿态转化方法，能够有效的抵消由于天体摄动对测量结果带来的影响，同时降低转换中计算误差对最终星敏感器输出姿态信息精度的影响；采用基于角速率辅助的平均绝对偏差阈值方法，对星敏感器数据进行准确的抽取，提高星敏感器输出姿态数据对错误的冗余能力，能够预判、识别及分离由星像丢失、星像诱导、外界冲击等特殊原因造成输出姿态错误和由恶劣测量环境造成的不良可用数据，被剔除的数据将通过后续的插值拟合进行补偿；再次，采用插值拟合和改进的中值滤波方法，提升输出数据的平滑程度，使数据变为等间隔数据，便于后续的频域分析、Allan方差分析以及小波分析；然后，采用Allan方差分析，对数据的相关时间趋势进行分析，消除由大气密度、星光折射影响造成的零偏趋势，提升系统的抗干扰能力；利用改进的小波分析提升系统的噪声抑制能力，能够最大程度的消除系统中各频率分量的噪声误差，提高星敏感器输出姿态信息的信噪比，实现输出姿态精度和稳定性的提升。可以将星敏感器输出姿态精度由大于20″提升至优于2″，同时星敏感器输出姿态稳定度3σ优于5″。
具体实施方式
下面将对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
本实施例所涉及的一种星敏感器数据优化处理方法，包括以下步骤：
步骤一、星敏感器输出姿态信息的转换
根据测量时星敏感器的位置与时间信息，将星敏感器基于惯性系的姿态输出信息进行转换，转换为可用作导航系统解算的基于当地地理坐标系中的姿态信息。
步骤二、改进的姿态转换
在姿态转换过程中改进姿态转换算法，引入对岁差-章动、极移、世界时等参数的补偿，解决星敏感器输出姿态精度因天文测量信息摄动而降低的问题。
步骤三、星敏感器输出姿态信息的抽取
根据设定的角速度阈值对转换后的星敏感器姿态信息进行抽取及分离，保留每次星敏感器有效姿态输出的第一帧信息。同时抽取该帧对应的时间信息，且高精度时间信息分辨率为微秒。
步骤四、星敏感器输出姿态信息的异常值剔除
分析星敏感器输出数据的均值和方差，设定对应的平均绝对偏差阈值，对重组的星敏感器姿态信息中超越阈值的异常值进行剔除。
步骤五、改进的异常值剔除
在星敏感器/惯性组合导航系统中，引入陀螺角速率信息，结合陀螺角速率和星敏感器角速率，设计更合理、更精准的异常值动态阈值，提高剔除异常值的准确性。
步骤六、星敏感器输出姿态信息的插值
采用三次样条插值对非等间隔的重组星敏感器输出数据序列进行插值，使星敏感器输出数据序列变为等间隔采样。
步骤七星敏感器输出姿态信息的滤波
利用中值滤波对星敏感器输出序列进行滤波，使星敏感器输出数据更加平滑。
步骤八、改进的滤波方法
考虑到星敏感器三轴姿态之间的相关性，将权重值引入中值滤波，在某一轴输出信息滤波的同时考虑其他两轴的影响，保证三轴姿态四元数的归一性。
步骤九、星敏感器输出姿态信息的频域分析
采用快速傅里叶变换方法对滤波后的星敏感器输出数据的频域特性进行分析，确定后续小波降噪所要达到的最低与最高匹配频率，指导相应小波基的选取和分解层数的选取。
步骤十、星敏感器输出姿态信息的Allan方差分析
分析星敏感器输出数据的速率斜坡、零偏不稳定性、角度随机游走、量化噪声等信息，确定小波降噪中每层分解中设定的软阈值。
步骤十一、星敏感器输出姿态信息的小波分析
利用小波分析对星敏感器数据进行分析与分解，并根据分解参数与细节对星敏感器数据进行复原。
步骤十二、改进的小波分析
根据频域分析的结果设定小波分析降噪的小波基和分解层数，并根据Allan方差分析结果确定小波降噪的设定阈值。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。