一种星基ADS-B的目标验证方法技术

本发明专利技术公开了一种星基ADS

【技术实现步骤摘要】
一种星基ADS
‑
B的目标验证方法


[0001]本专利技术涉及星基ADS
‑
B
，更为具体的，涉及一种星基ADS
‑
B的目标验证方法。

技术介绍

[0002]近年来，虽然全球ADS
‑
B推广应用较快，但该系统仍属典型的地基监视系统，具有先天的时空局限性，即ADS
‑
B基站仍属视距工作，受地形环境约束多，监视空域覆盖不足；此外，随着航空运输业不断发展和航空器性能不断提高，未来军民航飞行活动会出现新特点：飞行单元数量大、密度高、种类多、速度快、随机性强；监视空域要求范围广、精度高、稳定性好等，对未来航空监视应用发展提出更高更新的要求。通过在低轨卫星上搭载ADS
‑
B接收设备，利用卫星全球覆盖，无地形遮挡等特点，能实现对全球航班的实时连续无缝监视。近年，国内外均开展了星基ADS
‑
B系统相关研究和试验。
[0003]通过在低轨道卫星上搭载ADS
‑
B接收设备，利用卫星系统全球覆盖，无地形遮挡等特点，能够实现对全球航班的实时连续无缝监视。近年来，国内外均开展了星基ADS
‑
B系统相关研究、验证试验工作。包括加拿大Aireon公司的星基ADS
‑
B系统、欧洲航天局PROBE
‑
V卫星等，国内有四川九洲空管科技有限责任公司与北京航空航天大学联合研制的“空事卫星1号”、国防科技大学研制的“天拓3号”等。根据中国民航要求，ADS
‑
B接入自动化运行前，应对其真实性和有效性进行验证。星基ADS
‑
B组网并面向管制运行开展数据服务后，也必须提供目标有效性、真实性的验证。
[0004]当前，我国星基ADS
‑
B的研究正处于起步阶段，并未有研究针对星基ADS
‑
B数据有效性验证提出完整的解决方案；现有的基于TDOA目标有效性验证，也并未提出针对收到两个目标信号时间的解决方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种星基ADS
‑
B的目标验证方法，从根本上解决了星基ADS
‑
B目标有效性验证的问题，可有效过滤虚假目标和无效目标，保证了ADS
‑
B数据的正确性和有效性，保障了管制安全等。
[0006]本专利技术的目的是通过以下方案实现的：
[0007]一种星基ADS
‑
B的目标验证方法，包括步骤：
[0008]步骤一，对星基ADS
‑
B系统架构和报文进行设计；
[0009]步骤二，基于步骤一中设计的所述星基ADS
‑
B系统架构和报文进行基于TDOA算法架构的星座设计；
[0010]步骤三，基于步骤二中所述星座设计，在星基ADS
‑
B数据中心基于TDOA架构进行计算，并通过与ADS
‑
B系统报告的位置进行比对，判断目标的真实性和有效性。
[0011]进一步地，在步骤一中，所述星基ADS
‑
B系统架构设计包括步骤：由飞行器利用空
‑
天通信将ADS
‑
B报文传输至多个卫星，再利用多个卫星通过星间
‑
星地
‑
地面通信将ADS
‑
B报
文传输至星基ADS
‑
B数据中心。
[0012]进一步地，在步骤一中，所述对星基ADS
‑
B系统架构进行设计包括实现卫星多重覆盖；所述对报文进行设计包括实现卫星时间同步、报文时间标记、报文属性标记和传输延迟均衡。
[0013]进一步地，在步骤二中，所述星座设计包括星座参数为7，12，30，15，高度为1000Km，倾角85
°
的星座设计；在该星座设计中，卫星的地面覆盖区是一个圆，通过地心半张角和覆盖区域直径则能够计算覆盖区域面积，它的地心半张角和地球表面覆盖区域直径D分别为：
[0014][0015][0016]式中，Re为地球半径，当轨道高度为h，地面仰角为ε时，卫星视场半锥角为α。
[0017]进一步地，对两重卫星覆盖的情况，在步骤三中所述在星基ADS
‑
B数据中心基于TDOA架构进行计算包括步骤：
[0018]S31，通过地面数据中心查找两个卫星收到同一目标发出的同一报文收到的两条报文信息；
[0019]S32，根据两条报文中的时间数据，计算该目标同一报文到达两颗卫星的时间差值TDOA1；
[0020]S33，根据如下公式(a)，能够获得该目标到达该两颗卫星时间差的双曲面公式；
[0021][0022]式中，(x0,y0,z0)为主站空间位置坐标，(x,y,z)为飞行目标的空间位置坐标，(x
i
,y
i
,z
i
)为第i个副站的空间位置坐标，r0为主站与飞行目标的距离,r
i
为第i个副站与飞行目标的距离，c为电磁波在空间的传播速度，Δr
i
为飞行目标到达主站与到达第i个副站的距离差，ΔT
i
为飞行目标应答信号到达主站与到达第i个副站的时间差；
[0023]S34，计算ADS
‑
B报告位置点到达双曲面的最小距离，计算步骤如下；
[0024]将公式(a)中TDOA方程转化为限制方程G(x,y,z)＝0，(x0,y0,z0)为ADS
‑
B报告点，求ADS
‑
B目标报告点到双曲面的最小值问题即转化为求目标函数的最小值，利用拉格朗日乘数法计算；
[0025]S35，根据卫星上时间误差精度，确定距离门限值ε
d
，ADS
‑
B报告位置与双曲面的最小距离大于该门限，则是虚假目标，否则给目标设置置信度。
[0026]进一步地，对三重卫星覆盖的情况，在步骤三中所述在星基ADS
‑
B数据中心基于TDOA架构进行计算包括步骤：
[0027]SS31，通过地面数据中心查找三颗卫星收到同一目标发出同一条报文的三条报文信息；
[0028]SS32，根据三条报文信息中的时间数据，计算该目标同一报文到达三颗卫星的时间差值TDOA1和TDOA2；
[0029]SS33，根据如下公式(a)计算得到两个位置点，其中一个为真实目标位置，一个为虚假目标位置；
[0030][0031]SS34，利用其他信息得到的目标当前高度信息是否符合飞行器飞行高度，排除虚假位置；
[0032]SS35，计算ADS
‑
B报告位置点与TDOA解算得到的真实位置点的距离d；若距离d超过距离门限值ε
d
，则认定为虚假目标，否则认定为真实目本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种星基ADS
‑
B的目标验证方法，其特征在于，包括步骤：步骤一，对星基ADS
‑
B系统架构和报文进行设计；步骤二，基于步骤一中设计的所述星基ADS
‑
B系统架构和报文进行基于TDOA算法架构的星座设计；步骤三，基于步骤二中所述星座设计，在星基ADS
‑
B数据中心基于TDOA架构进行计算，并通过与ADS
‑
B系统报告的位置进行比对，判断目标的真实性和有效性。2.根据权利要求1所述的星基ADS
‑
B的目标验证方法，其特征在于，在步骤一中，所述星基ADS
‑
B系统架构设计包括步骤：由飞行器利用空
‑
天通信将ADS
‑
B报文传输至多个卫星，再利用多个卫星通过星间
‑
星地
‑
地面通信将ADS
‑
B报文传输至星基ADS
‑
B数据中心。3.根据权利要求1所述的星基ADS
‑
B的目标验证方法，其特征在于，在步骤一中，所述对星基ADS
‑
B系统架构进行设计包括实现卫星多重覆盖；所述对报文进行设计包括实现卫星时间同步、报文时间标记、报文属性标记和传输延迟均衡。4.根据权利要求1所述的星基ADS
‑
B的目标验证方法，其特征在于，在步骤二中，所述星座设计包括星座参数为7，12，30，15，高度为1000Km，倾角85
°
的星座设计；在该星座设计中，卫星的地面覆盖区是一个圆，通过地心半张角和覆盖区域直径则能够计算覆盖区域面积，它的地心半张角和地球表面覆盖区域直径D分别为：和地球表面覆盖区域直径D分别为：式中，Re为地球半径，当轨道高度为h，地面仰角为ε时，卫星视场半锥角为α。5.根据权利要求1～4任一所述的星基ADS
‑
B的目标验证方法，其特征在于，对两重卫星覆盖的情况，在步骤三中所述在星基ADS
‑
B数据中心基于TDOA架构进行计算包括步骤：S31，通过地面数据中心查找两个卫星收到同一目标发出的同一报文收到的两条报文信息；S32，根据两条报文中的时间数据，计算该目标同一报文到达两颗卫星的时间差值TDOA1；S33，根据如下公式(a)，能够获得该目标到达该两颗卫星时间差的双曲面公式；式中，(x0,y0,z0)为主站空间位置坐标，(x,y,z)为飞行目标的空间位置坐标，(x
i
,y
i
,z
i
)为第i个副站的空间位置坐标，r0为主站与飞行目标的距离,r
i
为第i个副站与飞行目标的距离，c为电磁波在空间的传播速度，Δr
i
为飞行目标到达主站与到达第i个副站的距离差，ΔT
...

【专利技术属性】
技术研发人员：安强，李家蓬，黄枭，牟光红，陈琴，
申请(专利权)人：四川九洲空管科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：