【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航空监管，特别涉及一种基于自适应变结构的ads-b数据航迹平滑方法及系统。
技术介绍
1、广播式自动相关监视(automatic dependent surveillance broadcast,ads-b)，通过向外发送ads-b航迹报文来汇报飞机的具体位置以及当前飞机的主要飞行参数，信息包括本机的icao号、经纬度、高度、速度等，方便地面管控中心和其他飞机对于本机状态进行监视。欧美等发达国家把ads-b作为下一代空管的核心技术，ads-b正在全球范围内迅速部署应用。然而，在实际数据处理时发现，接收到的ads-b航迹数据通常存在以下问题：(1)数据部分缺失，完整的航迹数据内容包括大地经度、大地纬度、大地高度、地速、爬升率和航向角，可以完全描述飞机的位置和速度运动状态，但较多时候数据通常仅有经度、纬度和高度，地速、爬升率和航向角速度元素会随机缺失1至3个，无法完全描述飞机的速度运动状态；(2)数据包含噪声，且统计特性未知，导致航迹不够平滑；(3)数据存在明显坏点，可能为关联错误的点迹或者解算错误。为此，亟需一种能够满足原始航迹数据不完整及统计特性未知情形下的航迹数据平滑处理手段，以通过完整描述空中目标位置及运动状态来满足空中交通管理应用需求。
技术实现思路
1、为此，本专利技术提供一种基于自适应变结构的ads-b数据航迹平滑方法及系统，通过等效测量数据误差标定及与实时等效测量数据纬度匹配的变结构测量方程并引入卡尔曼滤波对原始航迹数据进行航迹平滑，利用新息卡方检验对航迹
2、按照本专利技术所提供的设计方案，一方面，提供一种基于自适应变结构的ads-b数据航迹平滑方法，包含：
3、获取ads-b航迹数据的等效测量数据，并基于样条拟合法去除等效测量数据时间序列的趋势项并对等效测量数据进行误差标定，其中，等效测量数据包括空中目标原始航迹数据对应的地固系位置矢量和东北天系速度矢量，且原始航迹数据包括大地经度、大地纬度、大地高度、地速、爬升率及航向角；
4、依据vtc系加速度恒定构建描述空中目标状态矢量变化过程的状态方程，并基于等效测量数据构建用于表示状态矢量和测量矢量之间函数关系且随测量数据内容变化的变结构测量方程，其中，状态矢量包括地固系位置矢量、速度矢量和vtc系加速度；
5、基于状态方程并利用卡尔曼滤波对原始航迹数据进行航迹平滑处理，且在航迹平滑处理时通过新息卡方检验对航迹数据中的无效数据点进行剔除。
6、作为本专利技术基于自适应变结构的ads-b数据航迹平滑方法，进一步地，获取ads-b航迹数据的等效测量数据，包含：
7、针对空中目标原始航迹数据，将其中的大地经度、大地纬度和大地高度转换为地固系的位置矢量；将其中的地速、爬升率和航向角转换为当地东北天系的速度矢量。
8、作为本专利技术基于自适应变结构的ads-b数据航迹平滑方法，进一步地，基于样条拟合法去除等效测量数据时间序列的趋势项并对等效测量数据进行误差标定，包含：
9、基于三次样条模型表示等效测量数据时间序列，将航迹拟合问题转化为三次样条模型待估样条系数估计问题；
10、依据等效测量数据和三次样条模型并采用最小二乘法获取样条系数估计值，基于样条系数估计值和三次样条模型获取等效测量数据估计，并根据等效测量数据和等效测量数据估计获取样条拟合误差，以利用样条拟合误差表示样条拟合曲线与测量数据曲线的符合程度。
11、作为本专利技术基于自适应变结构的ads-b数据航迹平滑方法，进一步地，依据vtc系加速度恒定构建的描述k+1时刻空中目标状态矢量变化过程的状态方程表示为：其中，recf、vecf分别表示地固系位置、速度，avtc表示vtc系加速度，表示vtc系到地固系的坐标转换矩阵，t为测量间隔，in×n为n阶单位阵，om×n为m行n列零矩阵，wk为k时刻过程噪声。
12、作为本专利技术基于自适应变结构的ads-b数据航迹平滑方法，进一步地，基于等效测量数据构建用于表示状态矢量和测量矢量之间函数关系且随测量数据内容变化的变结构测量方程，包含：
13、依据原始航迹数据已知量分别构建不同航迹内容结构下的测量方程，以依据不同时刻测量数据内容变化来获取对应结构下的测量方程，其中，不同航迹内容结构包括：大地经度、大地纬度和大地高度均已知的原始航迹数据结构，大地经度、大地纬度、大地高度和地速均已知的原始航迹数据结构，已知大地经度、大地纬度、大地高度和爬升率均已知的原始航迹数据结构，大地经度、大地纬度、大地高度、地速和航向角均已知的原始航迹数据结构，大地经度、大地纬度、大地高度、地速和爬升率均已知的原始航迹数据结构，大地经度、大地纬度、大地高度、地速、爬升率和航向角均已知的原始航迹数据结构。
14、作为本专利技术基于自适应变结构的ads-b数据航迹平滑方法，进一步地，基于状态方程并利用卡尔曼滤波对原始航迹数据进行航迹平滑处理，包含：
15、依据历史时刻航迹数据并基于状态转移矩阵和匀速运动模型预测未来时刻空中目标航迹状态估计并计算状态协方差；基于未来时刻空中目标状态估计并利用变结构测量方程预测未来时刻空中目标航迹测量估计，根据测量估计和等效测量数据计算当前未来时刻新息和新息协方差，基于新息和新息协方差判断当前未来时刻中等效测量数据是否有效，若有效，则利用状态方程并基于前一时刻航迹状态对当前未来时刻状态和协方差进行预测，利用增益矩阵来对当前未来时刻航迹状态和协方差进行更新，若无效，则通过新息卡方检验点对航迹数据中的无效数据点进行剔除，并基于匀速模型的状态预测值更新当前未来时刻航迹状态及协方差。
16、作为本专利技术基于自适应变结构的ads-b数据航迹平滑方法，进一步地，基于新息和新息协方差判断当前未来时刻中等效测量数据是否有效，包含：
17、首先，基于新息和新息协方差计算当前未来时刻新息的马氏距离，并判断该马氏距离是否大于给定门限阈值，若大于，则认定当前未来时刻中等效测量数据无效，否则，则认定当前未来时刻中等效测量数据有效。
18、进一步地，本专利技术还提供一种基于自适应变结构的ads-b数据航迹平滑系统，包含：数据获取模块、状态分析模块和航迹平滑模块，其中，
19、数据获取模块，用于获取ads-b航迹数据的等效测量数据，并基于样条拟合法去除等效测量数据时间序列的趋势项并对等效测量数据进行误差标定，其中，等效测量数据包括空中目标原始航迹数据对应的地固系位置矢量和东北天系速度矢量，且原始航迹数据包括大地经度、大地纬度、大地高度、地速、爬升率及航向角；
20、状态分析模块，用于依据vtc系加速度恒定构建描述空中目标状态矢量变化过程的状态方程，并基于等效测量数据构建用于表示状态矢量和测量矢量之间函数关系且随测量数据内容变化的变结构测量方程，其中，状态矢量包括地固系位置矢量本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于自适应变结构的ADS-B数据航迹平滑方法，其特征在于，包含：
2.根据权利要求1所述的基于自适应变结构的ADS-B数据航迹平滑方法，其特征在于，获取ADS-B航迹数据的等效测量数据，包含：
3.根据权利要求1所述的基于自适应变结构的ADS-B数据航迹平滑方法，其特征在于，基于样条拟合法去除等效测量数据时间序列的趋势项并对等效测量数据进行误差标定，包含：
4.根据权利要求1所述的基于自适应变结构的ADS-B数据航迹平滑方法，其特征在于，依据VTC系加速度恒定构建的描述k+1时刻空中目标状态矢量变化过程的状态方程表示为：其中，rECF、vECF分别表示地固系位置、速度，aVTC表示VTC系加速度，表示VTC系到地固系的坐标转换矩阵，T为测量间隔，In×n为n阶单位阵，Om×n为m行n列零矩阵，wk为k时刻过程噪声。
5.根据权利要求1或4所述的基于自适应变结构的ADS-B数据航迹平滑方法，其特征在于，基于等效测量数据构建用于表示状态矢量和测量矢量之间函数关系且随测量数据内容变化的变结构测量方程，包含：
6.根据权
7.根据权利要求6所述的基于自适应变结构的ADS-B数据航迹平滑方法，其特征在于，基于新息和新息协方差判断当前未来时刻中等效测量数据是否有效，包含：
8.一种基于自适应变结构的ADS-B数据航迹平滑系统，其特征在于，包含：数据获取模块、状态分析模块和航迹平滑模块，其中，
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于自适应变结构的ads-b数据航迹平滑方法，其特征在于，包含：
2.根据权利要求1所述的基于自适应变结构的ads-b数据航迹平滑方法，其特征在于，获取ads-b航迹数据的等效测量数据，包含：
3.根据权利要求1所述的基于自适应变结构的ads-b数据航迹平滑方法，其特征在于，基于样条拟合法去除等效测量数据时间序列的趋势项并对等效测量数据进行误差标定，包含：
4.根据权利要求1所述的基于自适应变结构的ads-b数据航迹平滑方法，其特征在于，依据vtc系加速度恒定构建的描述k+1时刻空中目标状态矢量变化过程的状态方程表示为：其中，recf、vecf分别表示地固系位置、速度，avtc表示vtc系加速度，表示vtc系到地固系的坐标转换矩阵，t为测量间隔，in×n为n阶单位阵，om×n为m行n列零矩阵，wk为k时刻过程噪声。
5.根据权利要求1或4所述的基...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴楠，黄洁，杨子，李万里，张克，杨静静，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队信息工程大学，
类型：发明
国别省市：
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