一种基于多普勒频移改变量的航空器独立位置验证方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多普勒频移改变量的航空器独立位置验证方法，包括以下步骤：建立星基ADS

【技术实现步骤摘要】
一种基于多普勒频移改变量的航空器独立位置验证方法


[0001]本专利技术属于航空器独立位置验证
，具体涉及一种基于多普勒频移改变量的航空器独立位置验证方法。

技术介绍

[0002]星基ADS
‑
B(Automatic Dependent Surveillance
‑
Broadcast)是实现广域范围内航空器监视的重要技术手段。通过将ADS
‑
B接收机部署在低轨道卫星上，接收航空器播发的ADS
‑
B消息，并通过卫星链路传输至地面站，最后通过地面网络分发给应用终端以实现航空器的监视。相对地基监视系统，星基ADS
‑
B系统具有覆盖范围广、不受地理环境限制、可满足航空器持续监视等多方面的优势，因此星基ADS
‑
B系统在民航、军航等领域具有广泛的应用前景。
[0003]由于ADS
‑
B以广播方式工作，且ADS
‑
B消息格式公开，此外系统没有采取任何加密认证措施，因此ADS
‑
B系统存在虚假目标干扰问题，严重威胁到航空飞行安全。
[0004]因此需要提出一种基于多普勒频移改变量的航空器独立位置验证方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于多普勒频移改变量的航空器独立位置验证方法，用于解决现有技术中星基ADS
‑
B系统因消息格式公开、系统没有采取加密与认证机制而产生的虚假目标干扰问题。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]本专利技术提供一种基于多普勒频移改变量的航空器独立位置验证方法，包括以下步骤：
[0008]S1：建立星基ADS
‑
B验证系统，确定所述验证系统中航空器与星载ADS
‑
B接收机空天链路的多普勒频移；
[0009]S2：分析在基于航空器位置消息和信号载波频率两种途径下的多普勒频移改变量；
[0010]S3：判断两种途径下多普勒频移的改变量服从总体的分布是否具有明显差异，若无明显差异，则判定ADS
‑
B信号来源为正常飞行的航空器，若有显著差异，则判定ADS
‑
B信号来源为欺骗源。
[0011]进一步，步骤S1中，所述多普勒频移f
d
通过以下公式计算：
[0012][0013]式中，f
ot
为航空器ADS
‑
B发射机的发射信号的载波频率，c为光速，x、y、z分别代表地心地固坐标系的X轴、Y轴、Z轴，v
sp
为卫星的速度矢量v
s
与航空器的速度矢量v
p
的速度差矢量，r
sp
为地心地固坐标系下卫星位置S至坐标系原点O的矢量OS与航空器位置p至坐标系
原点O的矢量Op的位置差矢量，θ为位置差矢量r
sp
与速度差矢量v
sp
的夹角。
[0014]进一步，步骤S2中，在基于航空器位置消息的途径下多普勒频移的改变量Δf
d
(i)通过以下公式计算：
[0015]{Δf
d
(i)＝f
d
(i+1)
‑
f
d
(i)，i＝1，2...I
‑
1}
[0016]式中，I为样本数。
[0017]进一步，步骤S2中，在基于信号载波频率的途径下多普勒频移的改变量通过所述星基ADS
‑
B验证系统提取ADS
‑
B位置消息相应信号的载波频率估计值计算：
[0018][0019]式中，σ为载波频率估计的误差。
[0020]进一步，步骤S3中，判断两种途径下多普勒频移的改变量服从总体的分布是否具有明显差异的步骤包括：
[0021]A1、分别计算Δf
d
(i)与的经验分布函数：
[0022]其中，{Δf
d
(i)，i＝1，2...I
‑
1}的经验分布函数为：
[0023]的经验分布函数为
[0024]A2、根据下式计算检验统计量D
观测
：
[0025][0026]A3、根据检验统计量D
观测
以及Δf
d
(i)与的样本数I
‑
1，通过查柯尔莫哥洛夫
‑
斯米尔诺夫(Kolmogorov
‑
Smimov，k
‑
s)检验临界值表或利用p值近似公式得到p
ks
；
[0027]A4、比较p
ks
与显著性水平α的大小，取α＝0.05，当p
ks
＞α时，Δf
d
(i)与服从的总体分布没有显著性差异，当p
ks
＜α时，Δf
d
(i)与服从的总体分布具有显著性差异。
[0028]进一步，步骤S1中，所述星载ADS
‑
B接收机接收的ADS
‑
B信号表示为：
[0029][0030]式中，P为接收信号功率，d(t)为ADS
‑
B基带信号，f为载波频率，Φ为载波的初始相位，n(t)为信道输入高斯白噪声。
[0031]进一步，所述载波频率f通过以下公式确定：
[0032]f＝f0+Δf
t
+f
d
+Δf
r
[0033]式中，f0为ADS
‑
B系统的标称频率，f0＝1090MHZ，Δf
t
为航空器ADS
‑
B发射机的载波频偏，f
d
为航空器与星载ADS
‑
B接收机相对运动而产生的多普勒频移，Δf
r
为星载ADS
‑
B接收机的载波频偏。
[0034]进一步，ADS
‑
B信号载波频率f的估计值通过以下公式计算：
[0035][0036]式中，σ为载波频率估计的误差。
[0037]进一步，基于航空器位置消息的途径下计算多普勒频移的改变量Δf
d
(i)包括以下步骤：
[0038]B1：通过所述验证系统确定ADS
‑
B位置消息的接收时刻t
p
(i)、相应ADS
‑
B位置消息m
p
(i)、速度消息m
v
(i)，其中，i＝1，2，...，I；
[0039]B2：对ADS
‑
B位置消息m
p
(i)进行译码并通过坐标变换，得到航空器在地心地固坐标系下的位置坐标{x
p
(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多普勒频移改变量的航空器独立位置验证方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：建立星基ADS
‑
B验证系统，确定所述验证系统中航空器与星载ADS
‑
B接收机空天链路的多普勒频移；S2：分析在基于航空器位置消息和信号载波频率两种途径下的多普勒频移改变量；S3：判断两种途径下多普勒频移的改变量服从总体的分布是否具有明显差异，若无明显差异，则判定ADS
‑
B信号来源为正常飞行的航空器，若有显著差异，则判定ADS
‑
B信号来源为欺骗源。2.根据权利要求1所述的基于多普勒频移改变量的航空器独立位置验证方法，其特征在于：步骤S1中，所述多普勒频移f
d
通过以下公式计算：式中，f
ot
为航空器ADS
‑
B发射机的发射信号的载波频率，c为光速，x、y、z分别代表地心地固坐标系的X轴、Y轴、Z轴，v
sp
为卫星的速度矢量v
s
与航空器的速度矢量v
p
的速度差矢量，r
sp
为地心地固坐标系下卫星位置S至坐标系原点O的矢量OS与航空器位置p至坐标系原点O的矢量Op的位置差矢量，θ为位置差矢量r
sp
与速度差矢量v
sp
的夹角。3.根据权利要求1所述的基于多普勒频移改变量的航空器独立位置验证方法，其特征在于：步骤S2中，在基于航空器位置消息的途径下多普勒频移的改变量Δf
d
(i)通过以下公式计算：{Δf
d
(i)＝
d
(i+1)
‑
d
(i)，i＝1,2...
‑
1}式中，I为样本数。4.根据权利要求1所述的基于多普勒频移改变量的航空器独立位置验证方法，其特征在于：步骤S2中，在基于信号载波频率的途径下多普勒频移的改变量通过所述星基ADS
‑
B验证系统提取ADS
‑
B位置消息相应信号的载波频率估计值计算：式中，σ为载波频率估计的误差。5.根据权利要求1所述的基于多普勒频移改变量的航空器独立位置验证方法，其特征在于：步骤S3中，判断两种途径下多普勒频移的改变量服从总体的分布是否具有明显差异的步骤包括：A1、分别计算Δf
d
(i)与的经验分布函数：的经验分布函数：的经验分布函数：的经验分布函数为A2、根据下式计算检验统计量D
观测
：A3、根据检验统计量D
观测
以及Δf
d
(i)与的样本数I
‑
1，通过查柯尔莫哥洛夫
‑
斯米
尔诺夫(Kolmogorov
‑
Smirnov，k
‑
s)检验临界值表或利用p值近似公式得到p
ks
；A4、比较p
ks
与显著性水平α的大小，取α＝0.05，当p
ks
>α时，Δf
d
(i)与服从的总体分布没有显著性差异，当p
ks
<α时，Δf
d
(i)与服从的总体分布具有显著性差异。6.根据权利要求1所述的基于多普勒频移改变量的航空器独立位置验证方法，其特征在于：步骤S1中，所述星载ADS
‑
B接收机接收的ADS
‑
B信号表示为：式中，P为接收信号功率，d(t)为ADS
‑
B基带信号，f为载波频率，Φ为载波的初始相位，n(t)为信道输入高斯白噪声。7.根据权利要求6所述的基于多普勒频移改变量的航空器独立位置验证方法，其特征在于，所述载波频率f通过以下公式确定：f＝f0+Δf
t
+
d
+Δf
r
式中，f0为ADS
‑
B系统的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海涛，冯景勃，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：