基于到达时间间隔差的广播式自动相关监视位置消息验证方法技术

本发明专利技术涉及一种基于到达时间间隔差的广播式自动相关监视位置消息验证方法，属于消息验证技术领域，具体包括以下步骤：S1：获取两地面站位置信息；S2：根据时间测量误差和ADS

【技术实现步骤摘要】
基于到达时间间隔差的广播式自动相关监视位置消息验证方法


[0001]本专利技术属于消息验证
，涉及一种基于到达时间间隔差的广播式自动相关监视位置消息验证方法。

技术介绍

[0002]广播式自动相关监视(ADS
‑
B)是一种新型的航空器监视技术。机载ADS
‑
B发射机通过全球卫星导航系统及机载设备获取航空器位置、速度、身份等信息，并生成ADS
‑
B消息(ADS
‑
B Message)，ADS
‑
B消息通过脉冲位置调制转换为1090MHz ADS
‑
B信号，并以随机突发形式广播发射，ADS
‑
B地面站接收ADS
‑
B信号，并完成信号的解调与解码，最后多个ADS
‑
B消息封装为ASTERIX CAT 021报告(Report)，并通过地面网络分发给空中交通管制终端，管制员依据管制终端显示的航空器监视信息提供空中交通管制服务。
[0003]相比与传统航空器监视手段，ADS
‑
B系统具有定位精度高、更新速率快、覆盖范围广及建设运行成本低等多方面优势，因此ADS
‑
B技术在民用航空监视领域获得广泛应用。
[0004]由于ADS
‑
B系统以广播方式工作，且ADS
‑
B消息格式公开，此外ADS
‑
B系统没有采取任何加密与认证机制，因此ADS
‑
B系统容易受到外部欺骗源的干扰，这严重威胁民用航空的飞行安全。
[0005]克服ADS
‑
B系统欺骗式干扰的方法主要包括：基于加密认证的验证方法、基于波达方向的验证方法、基于信号特征的验证方法和基于信号到达时间差的验证方法。基于加密认证的验证方法的核心思想是通过密钥和密码算法对ADS
‑
B链路进行加密，此类方法的主要缺点是要求修改ADS
‑
B系统协议架构。基于波达方向的验证方法的核心思想是地面站通过接收航空器播发的ADS
‑
B位置消息，获得航空器的空间位置坐标，同时根据地面站的位置坐标，得到航空器的电波来向，此外通过波达方向估计方法获得接收信号的电波来向，通过两个来向信息进行比较，从而判定航空器播发ADS
‑
B位置消息的真实性，这类方法要求地面站具备信号测向的能力，而空间测向设备较复杂。基于信号特征的验证方法的核心思想是利用信号接收强度、多普勒频偏等信号特征验证航空器位置消息真实性，此类方法的主要缺点是检测性能较差。基于信号到达时间差的验证方法的核心思想是通过将地面站接收到的信号到达时间差与根据ADS
‑
B位置消息计算得到的信号到达时间差进行比较，从而检测欺骗干扰，此类方法检测效果好，但所需地面站数量较多，且要求地面站之间保持精确的时间同步。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于到达时间间隔差(IDOA)的ADS
‑
B位置消息验证方法。
[0007]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种基于到达时间间隔差的广播式自动相关监视位置消息验证方法，具体包括以
下步骤：
[0009]S1：获取两地面站位置信息；
[0010]S2：根据时间测量误差和ADS
‑
B位置误差计算检测门限；
[0011]S3：获取ADS
‑
B位置消息接收时刻；
[0012]S4：完成位置消息的解码获取ADS
‑
B位置坐标；
[0013]S5：根据地面站的接收信号时刻计算IDOA值；
[0014]S6：根据ADS
‑
B位置消息计算IDOA值；
[0015]S7：将两IDOA值的差值与检测门限进行比较，从而检测欺骗干扰。
[0016]进一步，本方法基于IDOA的ADS
‑
B位置消息验证系统，所述系统由四个节点组成：地面站A(GSA)、地面站B(GSB)、航空器(AV)和位置验证终端(LVT)；
[0017]所述航空器设有机载ADS
‑
B发射机，在飞行过程中，机载ADS
‑
B发射机通过全球卫星导航系统及机载设备获取航空器信息并生成ADS
‑
B消息，ADS
‑
B消息经过脉冲位置调制后，以随机突发形式广播发射；
[0018]所述GSA节点与GSB节点均设有ADS
‑
B接收机，用于接收机载ADS
‑
B发射机播发的ADS
‑
B消息，并记录ADS
‑
B位置消息的接收时刻，所述GSA节点与GSB节点节点将接收到的ADS
‑
B位置消息及接收时刻信息传输至LVT节点；
[0019]所述LVT节点用于执行步骤S1
‑
S7。
[0020]进一步，步骤S2中，引入检验统计量J，检验ADS
‑
B位置消息的异常，令检测门限为γ，判定ADS
‑
B位置消息异常的准则为：
[0021]H0：|J|≤γ
[0022]H1：|J|＞γ
[0023]式中，H0代表航空器ADS
‑
B位置消息正常的事件，H1代表航空器ADS
‑
B位置消息异常的事件；
[0024]根据地面站接收机记录ADS
‑
B信号达到时刻时存在的测量误差、GNSS系统的定位误差，对检验统计量J进行修正，得到：
[0025][0026]式中，a
m，n
代表航空器报告点与GSA节点距离d
A
(x，y，z)在点(x(n)，y(n)，z(n))处对m的偏导数，b
m，n
代表航空器报告点与GSB节点距离d
B
(xy，z)在点(x(n)，y(n)，z(n))处对m的偏导数，[Δx(i)，Δy(i)，Δz(i)]代表GNSS系统的定位误差，ε
A
(i)代表GSA节点接收第i条ADS
‑
B位置消息的时间测量误差，ε
A
(i+1)代表GSA节点接收第i+1条ADS
‑
B位置消息的时间测量误差，ε
B
(i)代表GSB节点接收第i条ADS
‑
B位置消息的时间测量误差，ε
B
(i+1)代表GSB
节点接收第i+1条ADS
‑
B位置消息的时间测量误差；
[0027]J最终服从正态分布：
[0028][0029]其中：
[0030]μ
J
＝0
[0031][0032]根据J的分布特性，得到航空器ADS
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于到达时间间隔差的广播式自动相关监视位置消息验证方法，其特征在于：具体包括以下步骤：S1：获取两地面站位置信息；S2：根据时间测量误差和ADS
‑
B位置误差计算检测门限；S3：获取ADS
‑
B位置消息接收时刻；S4：完成位置消息的解码获取ADS
‑
B位置坐标；S5：根据地面站的接收信号时刻计算IDOA值；S6：根据ADS
‑
B位置消息计算IDOA值；S7：将两IDOA值的差值与检测门限进行比较，从而检测欺骗干扰。2.根据权利要求1所述的基于到达时间间隔差的广播式自动相关监视位置消息验证方法，其特征在于：本方法基于IDOA的ADS
‑
B位置消息验证系统，所述系统由四个节点组成：地面站GSA节点、地面站GSB节点、航空器AV和位置验证终端LVT；所述航空器设有机载ADS
‑
B发射机，在飞行过程中，机载ADS
‑
B发射机通过全球卫星导航系统及机载设备获取航空器信息并生成ADS
‑
B消息，ADS
‑
B消息经过脉冲位置调制后，以随机突发形式广播发射；所述GSA节点与GSB节点均设有ADS
‑
B接收机，用于接收机载ADS
‑
B发射机播发的ADS
‑
B消息，并记录ADS
‑
B位置消息的接收时刻，所述GSA节点与GSB节点节点将接收到的ADS
‑
B位置消息及接收时刻信息传输至LVT节点；所述LVT节点用于执行步骤S1
‑
S7。3.根据权利要求1所述的基于到达时间间隔差的广播式自动相关监视位置消息验证方法，其特征在于：步骤S2中，引入检验统计量J，检验ADS
‑
B位置消息的异常，令检测门限为γ，判定ADS
‑
B位置消息异常的准则为：H0：|J|≤γH1：|J|＞γ式中，H0代表航空器ADS
‑
B位置消息正常的事件，H1代表航空器ADS
‑
B位置消息异常的事件；根据地面站接收机记录ADS
‑
B信号达到时刻时存在的测量误差、GNSS系统的定位误差，对检验统计量J进行修正，得到：式中，a
m，n
代表航空器报告点与GSA节点距离d
A
(x，y，z)在点(x(n)，y(n)，z(n))处对m的偏导数，b
m，n
代表航空器报告点与GSB节点距离d
B...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海涛，刘家祥，李冬霞，王磊，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：