一种基于信号解码和概率筛选的单星定位增强系统及方法技术方案

本发明专利技术属于卫星通信定位技术领域，尤其涉及一种基于信号解码和概率筛选的单星定位增强系统及方法，对航空机载终端通信信息进行抓取、解码、分析，提取脉冲时序偏离数据、脉冲频率偏离数据、系统延时补偿、系统频率补偿、航空机载终端号；根据脉冲时序偏离数据预测飞机所在的圆弧，利用迭代算法构建轨迹模型，对计算结果进行可视化显示；利用多边形逼近方法对轨迹进行修正；根据脉冲频率偏移数据完成对轨迹的概率筛除，分析出各种飞行轨迹出现的概率，并用不同的颜色显示轨迹的概率大小；选取概率最大轨迹形成最终飞行定位预测轨迹，并对预测轨迹进行可视化显示；选取关键点分析预测出飞机关键点的经纬度，实现对飞机的单星定位结果输出。

【技术实现步骤摘要】
一种基于信号解码和概率筛选的单星定位增强系统及方法
本专利技术属于卫星通信定位
，尤其涉及一种基于信号解码和概率筛选的单星定位增强系统及方法。
技术介绍
安全问题从来都是航空业中优先级最高的议题，2009年法航AF447航班空难、2010年4月冰岛火山灰事件以及MH370失联事件使得航空业内对航空安全的需求更加迫切。目前飞机上普遍都安装了GPS定位装置和卫星通信设备，使得飞机能够时刻与地面保持通信联系。但是在紧急情况下，如果因为设备故障或者人为破坏导致GPS定位装置和卫星通信设备失效，飞机的定位就是一个很紧迫的问题。此时通过分析飞机上内置的国际移动卫星设备与地面站进行通信的信号可以对飞机进行定位，满足飞机紧急情况下的飞行定位需求。国际移动卫星(Inmarsat)通信系统主要由地球同步轨道通信卫星、移动终端和地面站等构成。地面站与卫星间采用C波段通信，移动终端与卫星之间采用L波段通信。国际移动卫星除广泛应用于电话、电报、电传和数据传输业务外，还兼有救援和导航业务。国际移动卫星最初是为了满足海上船舶通信的要求发展起来的，后来逐渐发展到陆地通信和航空机载通信。现有技术中已经有人尝试研究单卫星对飞机进行定位，例如专利申请号为CN201610871398.5的专利公开了一种基于单颗海事卫星通信信号的飞机飞行定位方法和系统，对采集到的海事卫星航空终端的信号进行脉冲频率偏离数据(PulseFrequencyOffset，BFO)分析来获取飞机到海事卫星的频差信息，再分析飞机的多普勒频率，确定飞机与卫星的相对运动速度再得到多条飞行路径束。这种方法的缺点在于：做了相当大程度的理想化分析。实际上飞机和卫星都是处于运动状态下，飞机和卫星的相对角度是实时变化的，相应的多普勒频率也是实时变化的，已有专利用固定的BFO来分析频差势必会造成相当大的误差，与实际应用还存在较大距离。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种基于信号解码和概率筛选的单星定位增强系统及方法。系统包括依次连接的：地面站通信信息解码单元、飞机飞行轨迹模型构建单元、飞机飞行轨迹修正单元、飞机飞行轨迹概率筛选单元、飞机飞行轨迹显示单元、飞机定位结果输出单元。所述地面站通信信息解码单元对航空机载终端通信信息进行抓取、解码、分析，提取脉冲时序偏离数据(BurstTimingOffset)BTO、脉冲频率偏离数据(PulseFrequencyOffset)BFO、系统延时补偿、系统频率补偿、航空机载终端IMSI号。所述飞机飞行轨迹修正单元根据脉冲时序偏离数据预测飞机所在的圆弧，利用迭代算法构建飞机飞行轨迹模型，进行仿真计算，对计算结果进行可视化显示。所述飞机飞行轨迹修正单元利用多边形逼近方法对飞机飞行轨迹进行修正，进一步确定飞机的飞行轨迹。所述飞机飞行轨迹概率筛选单元根据脉冲频率偏移数据完成对飞机飞行轨迹的概率筛除，分析出飞机各种可能飞行轨迹出现的概率，并用不同的颜色显示飞机可能飞行轨迹的概率大小。所述飞机飞行轨迹显示单元选取概率最大的飞行轨迹形成飞机的最终飞行定位预测轨迹，并对预测轨迹进行可视化显示。所述飞机定位结果输出单元在预测轨迹上选取飞机关键点进行分析，预测出飞机关键点的经纬度，实现对飞机的单星定位结果输出。所述可视化显示基于MatlabGUI和GoogleEarth实现。所述概率筛除对飞机坐标值进行三次样条差值拟合，计算飞机中间飞行路径的BFO值，最后用概率删除法对中间路径进行删选，选出中间路径出现概率最大的路径。方法包括：对航空机载终端通信信息进行抓取、解码、分析，提取脉冲时序偏离数据BTO、脉冲频率偏离数据BFO、系统延时补偿、系统频率补偿、航空机载终端IMSI号；根据脉冲时序偏离数据预测飞机所在的圆弧，利用迭代算法构建飞机飞行轨迹模型，进行仿真计算，对计算结果进行可视化显示；利用多边形逼近方法对飞机飞行轨迹进行修正，进一步确定飞机的飞行轨迹；根据脉冲频率偏移数据完成对飞机飞行轨迹的概率筛除，分析出飞机各种可能飞行轨迹出现的概率，并用不同的颜色显示飞机可能飞行轨迹的概率大小；选取概率最大的飞行轨迹形成飞机的最终飞行定位预测轨迹，并对预测轨迹进行可视化显示；在预测轨迹上选取飞机关键点进行分析，预测出飞机关键点的经纬度，实现对飞机的单星定位结果输出。本专利技术的有益效果在于：大大减小了由于飞机和卫星的运动实时变化所造成的频差分析的误差，根据BTO信息预测飞机所处的相关圆，在相关圆上取关键点，然后对飞机坐标值进行三次样条差值拟合，计算飞机中间飞行路径的BFO值，最后用概率删除法对中间路径进行删选，选出中间路径出现概率最大的路径，并进行显示和定位结果输出；并采用割圆术，用多边形来逼近圆弧，有效解决了轨迹圆弧越过逆子午线时出现绕地球一圈再闭合的情况；并大大提高了单颗卫星对飞机的定位精度。本专利的定位结果与航空机载终端自身的GPS定位装置进行误差比对，验证本专利技术的定位效果。附图说明图1为本专利技术的飞机单星定位系统功能组成图。图2为本专利技术的飞机单星定位系统工作流程图。图3为本专利技术的飞机飞行轨迹模型构建流程图。图4为基于BTO时间差的轨迹弧线图。图5为本专利技术仿真软件界面。图6为本专利技术的飞机预测圆弧轨迹图。图7为不闭合的轨迹弧线图。图8为修正后的轨迹弧线图。图9为每条路径概率计算结果总览图。图10为预测路径与GPS定位路径图。具体实施方式下面结合附图，对实施例作详细说明。(一)系统构成一种基于信号解码和概率筛选的单星定位增强系统及方法主要由六部分组成：系统包括依次连接的：地面站通信信息解码单元、飞机飞行轨迹模型构建单元、飞机飞行轨迹修正单元、飞机飞行轨迹概率筛选单元、飞机飞行轨迹显示单元、飞机定位结果输出单元。所述地面站通信信息解码单元对航空机载终端通信信息进行抓取、解码、分析，提取脉冲时序偏离数据(BurstTimingOffset)BTO、脉冲频率偏离数据(PulseFrequencyOffset)BFO、系统延时补偿、系统频率补偿、航空机载终端IMSI号。所述飞机飞行轨迹修正单元根据脉冲时序偏离数据预测飞机所在的圆弧，利用迭代算法构建飞机飞行轨迹模型，进行仿真计算，对计算结果进行可视化显示。所述飞机飞行轨迹修正单元利用多边形逼近方法对飞机飞行轨迹进行修正，进一步确定飞机的飞行轨迹。所述飞机飞行轨迹概率筛选单元根据脉冲频率偏移数据完成对飞机飞行轨迹的概率筛除，分析出飞机各种可能飞行轨迹出现的概率，并用不同的颜色显示飞机可能飞行轨迹的概率大小。所述飞机飞行轨迹显示单元选取概率最大的飞行轨迹形成飞机的最终飞行定位预测轨迹，并对预测轨迹进行可视化显示。所述飞机定位结果输出单元在预测轨迹上选取飞机关键点进行分析，预测出飞机关键点的经纬度，实现对飞机的单星定位结果输出。系统功能组成如图1所示。(二)系统工作流程系统工作流程如下：■步骤1：输入各类初始条件输入数据名称：输入用于飞机坐标及飞行路径验证的数据：卫星位置坐标，抽取的时间点(握手信号)，BTO，bias，地面站位置经纬度，飞机的初始位置、飞行速度和海拔高度，飞机与卫星进行通信的握手次数、飞机航空机载终端的IMSI号等；输入用于概率筛选验证的数据：卫星位置坐标、相对速度、工作频率，抽取的时间点(握手信号)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于信号解码和概率筛选的单星定位增强系统，其特征在于，包括依次连接的：地面站通信信息解码单元、飞机飞行轨迹模型构建单元、飞机飞行轨迹修正单元、飞机飞行轨迹概率筛选单元、飞机飞行轨迹显示单元、飞机定位结果输出单元。

【技术特征摘要】
1.一种基于信号解码和概率筛选的单星定位增强系统，其特征在于，包括依次连接的：地面站通信信息解码单元、飞机飞行轨迹模型构建单元、飞机飞行轨迹修正单元、飞机飞行轨迹概率筛选单元、飞机飞行轨迹显示单元、飞机定位结果输出单元。2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述地面站通信信息解码单元对航空机载终端通信信息进行抓取、解码、分析，提取脉冲时序偏离数据BTO、脉冲频率偏离数据BFO、系统延时补偿、系统频率补偿、航空机载终端IMSI号。3.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述飞机飞行轨迹修正单元根据脉冲时序偏离数据预测飞机所在的圆弧，利用迭代算法构建飞机飞行轨迹模型，进行仿真计算，对计算结果进行可视化显示。4.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述飞机飞行轨迹修正单元利用多边形逼近方法对飞机飞行轨迹进行修正，进一步确定飞机的飞行轨迹。5.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述飞机飞行轨迹概率筛选单元根据脉冲频率偏移数据完成对飞机飞行轨迹的概率筛除，分析出飞机各种可能飞行轨迹出现的概率，并用不同的颜色显示飞机可能飞行轨迹的概率大小。6.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述飞机飞行轨迹显示单元选取概率最大的飞行轨迹形成飞机的最终飞行定位预测轨迹，并对预测轨迹进行可视化显示。7.根据权利要求1所述系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：康红霞，刘远亮，张延铭，徐丹，张永超，
申请(专利权)人：中国交通通信信息中心，交通信息通信技术研究发展中心，中交信捷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11