用于民用航空多点定位的ADS-B站点位置选择方法技术

本发明专利技术公开了用于民用航空多点定位的ADS

【技术实现步骤摘要】
用于民用航空多点定位的ADS
‑
B站点位置选择方法


[0001]本专利技术涉及航空器定位跟踪
，尤其涉及用于民用航空多点定位的ADS
‑
B站点位置选择方法。

技术介绍

[0002]空中交通流量在最近十年经历了爆发式增长，为了避免在如此高密度的空域发生航空事故甚至碰撞，目前在世界范围内形成了利用ATM(Air Traffic Management,空中交通管理)技术和规则，对航空器按高度和距离进行划分的共识；即综合运用ATS(Air Traffic Service,空中交通服务)、ASM(Air Space Management,空域管理)、和ATFM(Air Traffic Flow Management,空中交通流量管理)，以实现航空器的安全运行。而实现空域划分和避免碰撞的关键技术就在于能够对空中所有航空器进行连续不断的定位与跟踪。传统的航空器定位与跟踪技术依赖于雷达系统，主要包括空管一次雷达和二次雷达，但受到雷达作用距离的限制，其在跨洋和偏远地区飞行中的作用大大降低。
[0003]为了达到在全球范围内对航空器尤其是航班进行跟踪与监视的目的，ITU(International Telecommunications Union,国际电信联盟)就利用ADS
‑
B(Automatic Dependent Surveillance
‑
Broadcast,广播式自动相关监视)信息实现天
‑
空
‑
地一体化定位与跟踪系统达成了一致意见。另一方面，实现未来大容量天
‑
空
‑
地一体化通信网络目标，也对航空器高精度实时定位与跟踪技术提出了迫切需求。
[0004]鉴于单一ADS
‑
B系统的特点和挑战，结合航空器跟踪与监视技术的演进，可以从多设备、协同工作模式的方向寻求解决方案，而多点定位(MLAT)系统正是出于这样的考虑。MLAT可以利用多个地面站接收的同一航空器ADS
‑
B广播信号，通过对信号级特征的捕获，在不解调ADS
‑
B报文情况下估算出目标航空器的航迹信息。由于MLAT方式不依赖于解调的报文信息，且多个(大于3个)地面站接收机之间互为冗余，因此在理论上可以提高定位精度、提高系统抗干扰能力。
[0005]在多点定位系统中，地面接收机站点的位置分布情况对于MLAT算法的定位精度有着重要的影响，地面站存在最优位置，需要进行优化部署。从系统设计和部署的复杂度举例来说，当MLAT算法至少需要五个站点协同完成位置解算和决策时，如果将平面位置空间认为是1000km
×
1000km平面上每500m为间隔的格网，则解空间的大小为10
33
数量级，无法通过暴力穷举得到。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于：提供用于民用航空多点定位的ADS
‑
B站点位置选择方法，可以有效地沿特定路径对站点位置进行寻优选择，减少次迭代过程，提高多点定位算法的精度。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：用于民用航空多点定位的ADS
‑
B站点位置选择方法，包括如下步骤：
[0008]S1、基于航路的历史航班飞行ADS
‑
B轨迹数据，利用航空器轨迹ADS
‑
B位置坐标和
初始化N个待部署ADS
‑
B站点位置,反演计算获得航空器到各站点的信号到达时间；
[0009]S2、利用航空器到各站点的信号到达时间，计算获得航空器到达剩余N
‑
1个站点的到达时间差，利用基于TDOA的MLAT解算算法，以N
‑
1个站点的到达时间差为输入，获得航空器解算位置坐标；比较ADS
‑
B位置坐标和航空器解算位置坐标，计算获得解算误差；
[0010]S3、以站点的最优位置为目标，基于步骤S2的TDOA的MLAT解算算法上一迭代的站点位置和解算误差，预设站点移动步长以及位置游移方向角变化范围，对N个站点分别进行移动，获得N个移动方案，然后解算N个移动方案的航空器的位置以及对应的N个解算误差，并以该N个解算误差中的最小值作为本次迭代的解算误差；
[0011]S4、比较本次迭代的解算误差和上次迭代的解算误差，以较小解算误差对应的站点位置为当前迭代的站点位置，同时根据预设随机偏差，更新位置游移方向角；然后返回执行步骤S3，直到达到预设最大迭代次数，获得当前站点的最优位置，以该位置作为待部署的ADS
‑
B站点最优位置。
[0012]进一步地，前述的步骤S3中，位置游移方向角变化范围不大于π/N
‑
1。
[0013]步骤S3具体为：基于上一迭代的站点位置(S_pos_last_x,S_pos_last_y)和解算误差，预设站点移动步长step以及位置游移方向角变化范围adt，对站点分别进行尝试移动，如下式：
[0014]S_pos_try_x＝S_pos_last_x+step*cos(Angle_now)，
[0015]S_pos_try_y＝S_pos_last_y+step*sin(Angle_now)，其中，Angle_now为位置游移方向角。
[0016]进一步地，前述的步骤S4中，预设随机偏差范围为：大于等于
‑
π/N
‑
1且小于等于π/N
‑
1。
[0017]进一步地，前述的步骤S4中，更新位置游移方向角包括如下步骤：
[0018]S4.1、比较本次迭代的解算误差和上一迭代的解算误差，若本次迭代的解算误差更小，则执行步骤S4.2，否则执行步骤S4.3；
[0019]S4.2、在上一次位置游移方向角基础上，加上一个随机偏差，将相加后的结果作为更新的位置游移方向角；
[0020]S4.3、在上一次位置游移方向角基础上，加上一个随机偏差，再加上角度π进行大角度反转，将三者相加的结果作为更新的位置游移方向角。
[0021]进一步地，前述的步骤S4.2中，在上一次位置游移方向角基础上，加上一个随机偏差，将相加后的结果作为更新的位置游移方向角，如下式：
[0022]Angle_now＝Angle_last+adt
·
(2rand
‑
1)，
[0023]其中，rand是一个位于[0,1]之间的随机数。
[0024]进一步地，前述的步骤S4.3中，在上一次位置游移方向角基础上，加上一个随机偏差，再加上角度π进行大角度反转，将三者相加的结果作为更新的位置游移方向角，如下式：
[0025]Angle_now＝Angle_last+adt
·
(2rand
‑
1)+π，
[0026]其中，ran本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于民用航空多点定位的ADS
‑
B站点位置选择方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、基于航路的历史航班飞行ADS
‑
B轨迹数据，利用航空器轨迹ADS
‑
B位置坐标和初始化N个待部署ADS
‑
B站点位置,反演计算获得航空器到各站点的信号到达时间；S2、利用航空器到各站点的信号到达时间，计算获得航空器到达剩余N
‑
1个站点的到达时间差，利用基于TDOA的MLAT解算算法，以N
‑
1个站点的到达时间差为输入，获得航空器解算位置坐标；比较ADS
‑
B位置坐标和航空器解算位置坐标，计算获得解算误差；S3、以站点的最优位置为目标，基于步骤S2的TDOA的MLAT解算算法上一迭代的站点位置和解算误差，预设站点移动步长以及位置游移方向角变化范围，对N个站点分别进行移动，获得N个移动方案，然后解算N个移动方案的航空器的位置以及对应的N个解算误差，并以该N个解算误差中的最小值作为本次迭代的解算误差；S4、比较本次迭代的解算误差和上次迭代的解算误差，以较小解算误差对应的站点位置为当前迭代的站点位置，同时根据预设随机偏差，更新位置游移方向角；然后返回执行步骤S3，直到达到预设最大迭代次数，获得当前站点的最优位置，以该位置作为待部署的ADS
‑
B站点最优位置。2.根据权利要求1所述的用于民用航空多点定位的ADS
‑
B站点位置选择方法，其特征在于，步骤S3中，位置游移方向角变化范围不大于π/N
‑
1。3.根据权利要求1所述的用于民用航空多点定位的ADS
‑
B站点位置选择方法，其特征在于，步骤S3具体为：基于上一迭代的站点位置(S_pos_last_x,S_pos_last_y)和解算误差，预设站点移动步长step以及位置游移方向角变化范围adt，对站点分别进行尝试移动，如下式：S_pos_try_x＝S_pos_last_x...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙金龙，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：