一种融合ADS‑B实测信号和视距传输分析的信号覆盖分析方法技术

本发明专利技术公开了一种融合ADS‑B实测信号和视距传输分析的信号覆盖分析方法，包括以下内容：一、基于凹包模型的ADS‑B实测信号覆盖分析；二、基于ADS‑B信号可靠性等级的航段覆盖分析；三、融入地理信息系统的ADS‑B信号多重融合信息覆盖分析；本发明专利技术用于民用航空器ADS‑B监视与运行分析及选址建议。本发明专利技术信号覆盖分析方法，提高了现有ADS‑B监视范围准确性，解决了ADS‑B基站未来布点选址问题。

【技术实现步骤摘要】
一种融合ADS-B实测信号和视距传输分析的信号覆盖分析方法
本专利技术涉及一种融合ADS-B实测信号和视距传输分析的信号覆盖分析方法，属于民航ADS-B监视及运行安全保障

技术介绍
AutomaticDependentSurveillance-Broadcast(简写ADS-B)全称为广播式自动相关监视系统，该系统由飞行器自动播报由卫星定位系统生成的定位信息，还提供速度和飞行意图等信息，地面设备和其他飞行器通过数据链接收此报文，通过高速数据链进行空、天、地一体化协同监视，尤其适合于不宜建设雷达的区域，是未来监视系统的重要组成部分和发展方向。ADS-B(1090ES)数据链地面站以机载星基导航设备和其他机载设备产生的定位信息为数据源，通过地空通信，接收空中飞机广播的ADS-B信息，通过地面网络分发与信息处理系统完成监视信息的分发，在地面端系统的管制员工作站显示飞行航迹并进行实时跟踪，实现对其覆盖空域内交通状况全面、详细的了解，更好地对飞行提供交通管制服务。地面站除接收飞机广播的报文外，同时也向飞机提供交通信息服务(TIS-B)和飞行情报服务(FIS-B)。对ADS-B地面站覆盖分析主要针对地面站接收飞机广播报文的能力。目前，针对ADS-B地面站的信号覆盖的相关研究在主要停留在理论层面，难以适用于ADS-B性能监视和ADS-B地面站选址。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种融合ADS-B实测信号和视距传输分析的信号覆盖分析方法，融合基于凹包算法和航段上可靠性等级的ADS-B实测信号覆盖范围分析方法，提升视距传输模型对ADS-B信号覆盖范围结果，从而实现对不同高度层民航飞机ADS-B的信号覆盖范围的分析。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种融合ADS-B实测信号和视距传输分析的信号覆盖分析方法，包括如下步骤：步骤1，采集航空器ADS-B实测信号，得到民航划分的不同飞行高度层下，给定飞行高度层的ADS-B实测信号，利用凹包生成算法，得到该飞行高度层的ADS-B实测信号覆盖结果；ADS-B实测信号包括ADS-B航迹点；步骤2，将给定飞行高度层对应的航路进行分段，得到多个航段，根据距离误差阈值和角度误差阈值将给定飞行高度层的ADS-B实测信号匹配到对应的航段；统计匹配到各个航段上的航空器出现的漏点率，根据漏点率计算航段的平均漏点率，根据平均漏点率所在范围，判断航段的可靠性等级，得到不同可靠性等级的航段在航路上的覆盖结果；步骤3，基于地理信息系统，得到给定飞行高度层地理信息系统经纬度网格上ADS-B实测信号视距传输的理论覆盖结果；将上述三种结果进行叠加，得到多重覆盖结果。作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤1具体过程为：步骤A1，根据民航划分的飞行高度层，将采集的航空器ADS-B实测信号按飞行高度层进行归类，得到给定飞行高度层的ADS-B实测信号；步骤A2，基于经纬度坐标，采用兰勃特投影方法将给定飞行高度层对应的ADS-B航迹点投影到兰勃特地图平面，得到该飞行高度层对应的投影点集；步骤A3，根据投影点集构成兰勃特平面直角坐标系，利用凹包生成算法，依据给定飞行高度层对应的投影点集计算得到给定飞行高度层下ADS-B实测信号覆盖结果。作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤A3具体过程为：Step1，以ADS-B地面站为坐标原点，地理信息上过原点的经线作为y轴，过原点的纬线的切线作为x轴，构造兰勃特平面直角坐标系；Step2，将兰勃特平面直角坐标系分为N个扇区，每个扇区的夹角为2π/N，由x轴开始逆时针方向分别为每个扇区编号：扇区1，扇区2，…，扇区N；Step3，计算坐标系上各航迹点与x轴的夹角，并根据夹角的大小判断各航迹点所在的扇区；Step4，在每个扇区中找出距离坐标原点最远的航迹点，连接各扇区中距离坐标原点最远的航迹点和坐标原点，构成的凹多边形即为所有航迹点的凹包。作为本专利技术的一种优选方案，步骤2所述根据距离误差阈值和角度误差阈值将给定飞行高度层的ADS-B实测信号匹配到对应的航段具体过程为：设定航段两端的坐标分别为A(xa,ya)、B(xb,yb)，某航空器ADS-B实测信号输出位置为Pi(xi,yi)，则ADS-B实测信号到航段的距离为：航段的方向θ为：设ADS-B实测信号的航迹角为则ADS-B实测信号与航段的夹角为：当ADS-B实测信号到航段的距离di≤δ，且ADS-B实测信号与航段的夹角Δθi≤α时，认为该ADS-B实测信号匹配到该航段，否则不能匹配到该航段，其中，δ、α分别为距离误差阈值、角度误差阈值。作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤2统计匹配到各个航段上的航空器出现的漏点率，根据漏点率计算航段的平均漏点率具体过程为：航段的平均漏点率ρ为：其中，M为匹配到该航段上的所有航空器的个数，nm、ρm分别为匹配到该航段上的第m个航空器ADS-B实测信号航迹点数、漏点率。作为本专利技术的一种优选方案，步骤3所述基于地理信息系统，得到给定飞行高度层地理信息系统经纬度网格上ADS-B实测信号视距传输的理论覆盖结果具体过程为：以ADS-B地面站为视点，即理论覆盖结果的中心，采用Xdraw算法从中心开始从内向外逐层扩散，判定经纬度网格上所有格网点的可视性，直至扩散半径达到ADS-B地面站可视的最大理论范围时，停止扩散，此时生成的包含视点在内的封闭区域即为ADS-B实测信号视距传输的理论覆盖结果。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、本专利技术所提出的信号覆盖分析方法利用实测信号和视距传输理论模型，融合地理信息系统，能够更准确地反映ADS-B信号在不同高度层的覆盖能力。2、本专利技术所提出的ADS-B实测信号覆盖分析方法考虑ADS-B设备实际性能，有利于监视能力的分析，方法速度快，并结合数据融合算法，有利于本专利技术方法的推广应用。附图说明图1是本专利技术信号覆盖分析方法的整体架构图。图2是兰勃特平面直角坐标系。图3是ADS-B信号给定方向和高度层上的视距传输示意图。图4是地理信息系统经纬度网格示例图。图5是凹包范围确定示意图。图6是航空器与航段匹配示意图。图7是ADS-B地面站5400米高度实际覆盖范围凹包及ADS-B航迹连续性分布图。图8是ADS-B地面站5400米高度理论覆盖范围。图9是ADS-B地面站5400米高度理论覆盖范围与实际覆盖范围凹包叠加结果。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。如图1所示，本专利技术信号覆盖分析方法具体步骤如下：步骤一、基于ADS-B实测数据的覆盖范围分析步骤A1、按民航划分的飞行高度层，将不同高度层上航班的ADS-B实测数据进行分类。步骤A2、基于经纬度坐标，给定高度层采用兰勃特投影方法将ADS-B航迹点投影到兰勃特地图平面，组成该高度层的投影点子集。对包含高度信息的航班ADS-B航迹点操作兰勃特等角投影法。设想用一个正圆锥割于球面两标准纬线，应用等角条件将地球面投影到圆锥面上，然后沿一母线展开，即为兰勃特投影平面。兰勃特等角投影后纬线为同心圆弧，经线为同心圆半径。以ADS-B接收机的位置作为原点O，地理信息上过原点经线Lo作纵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种融合ADS‑B实测信号和视距传输分析的信号覆盖分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，采集航空器ADS‑B实测信号，得到民航划分的不同飞行高度层下，给定飞行高度层的ADS‑B实测信号，利用凹包生成算法，得到该飞行高度层的ADS‑B实测信号覆盖结果；ADS‑B实测信号包括ADS‑B航迹点；步骤2，将给定飞行高度层对应的航路进行分段，得到多个航段，根据距离误差阈值和角度误差阈值将给定飞行高度层的ADS‑B实测信号匹配到对应的航段；统计匹配到各个航段上的航空器出现的漏点率，根据漏点率计算航段的平均漏点率，根据平均漏点率所在范围，判断航段的可靠性等级，得到不同可靠性等级的航段在航路上的覆盖结果；步骤3，基于地理信息系统，得到给定飞行高度层地理信息系统经纬度网格上ADS‑B实测信号视距传输的理论覆盖结果；将上述三种结果进行叠加，得到多重覆盖结果。

【技术特征摘要】
1.一种融合ADS-B实测信号和视距传输分析的信号覆盖分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，采集航空器ADS-B实测信号，得到民航划分的不同飞行高度层下，给定飞行高度层的ADS-B实测信号，利用凹包生成算法，得到该飞行高度层的ADS-B实测信号覆盖结果；ADS-B实测信号包括ADS-B航迹点；步骤2，将给定飞行高度层对应的航路进行分段，得到多个航段，根据距离误差阈值和角度误差阈值将给定飞行高度层的ADS-B实测信号匹配到对应的航段；统计匹配到各个航段上的航空器出现的漏点率，根据漏点率计算航段的平均漏点率，根据平均漏点率所在范围，判断航段的可靠性等级，得到不同可靠性等级的航段在航路上的覆盖结果；步骤3，基于地理信息系统，得到给定飞行高度层地理信息系统经纬度网格上ADS-B实测信号视距传输的理论覆盖结果；将上述三种结果进行叠加，得到多重覆盖结果。2.根据权利要求1所述融合ADS-B实测信号和视距传输分析的信号覆盖分析方法，其特征在于，所述步骤1具体过程为：步骤A1，根据民航划分的飞行高度层，将采集的航空器ADS-B实测信号按飞行高度层进行归类，得到给定飞行高度层的ADS-B实测信号；步骤A2，基于经纬度坐标，采用兰勃特投影方法将给定飞行高度层对应的ADS-B航迹点投影到兰勃特地图平面，得到该飞行高度层对应的投影点集；步骤A3，根据投影点集构成兰勃特平面直角坐标系，利用凹包生成算法，依据给定飞行高度层对应的投影点集计算得到给定飞行高度层下ADS-B实测信号覆盖结果。3.根据权利要求2所述融合ADS-B实测信号和视距传输分析的信号覆盖分析方法，其特征在于，所述步骤A3具体过程为：Step1，以ADS-B地面站为坐标原点，地理信息上过原点的经线作为y轴，过原点的纬线的切线作为x轴，构造兰勃特平面直角坐标系；Step2，将兰勃特平面直角坐标系分为N个扇区，每个扇区的夹角为2π/N，由x轴开始逆时针方向分别为每个扇区编号：扇区1，扇区2，…，扇区N；Step3，计算坐标系上各航迹点与x轴的夹角，并根据夹角的大小判断各航迹点所在的扇区；Step4，在每个扇区中找出距离坐标原点最远的航迹点，连接各扇区中距离坐标原点最远的航迹点和坐标原点，构成的凹多边形即为所有航迹点的凹包。4.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈志远，汤新民，李凯伦，程鑫淼，揭东，范征，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，波音中国投资有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32