【技术实现步骤摘要】
本申请涉及天线波束自适应调整，特别是涉及一种基于聚类算法的ads-b波束自适应调整方法。
技术介绍
1、目前投入使用的星载ads-b系统多采用数字相控阵多波束天线来侦收地面飞行器发出的ads-b信号。在硬件层面，数字相控阵天线易实现好集成，具有体积小、功耗低、增益高的特点，被广泛应用于星载ads-b 1090es接收机的接收天线。在性能方面，数字相控阵天线灵活度高可靠性强，能够实现波束成型，易快速调整天线子波束的指向和宽度，使得天线在服务多个用户的同时还能有效的提高信号的检测成功概率和系统容量。
2、当前在轨的星载ads-b监视系统的接收天线均采用固定波束对地进行无差别全向均匀扫描，专利“一种星载立体型ads-b多波束阵列天线设计方法”(专利号：202111574192.3)属于这种情况，但在航飞行器的地面分布并不均匀，随着航空业的发展和飞机数量的增加，均匀分布的波束不足以满足接收机对高速解调算法的需求。针对这样的问题自适应波束调整方案被提出，目前有以下三种自适应方案是较为可行的。专利“一种星载ads-b自适应波束形成方法及装置”(专利号：201810271585.9)提出了一种星载ads-b自适应波束形成方法及装置，通过估算系统漏检概率，利用自适应遗传算法对子波束进行优化。专利“一种基于协同进化的星基ads-b多波束优化方法”(专利号：202211458715.2)提出了一种基于协同进化的星基ads-b多波束优化方法，相较于遗传算法和基于其他已有分组策略的分布式协同进化算法具有更快的收敛速度。专利“一种基于覆盖矩阵
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高飞行器检测成功概率的基于聚类算法的ads-b波束自适应调整方法。
2、一种基于聚类算法的ads-b波束自适应调整方法，所述方法包括：
3、在波束瞬时接收数据的目标地域内利用泊松分布模拟信号的发射情况与接收过程并计算信号传输过程中的数据包的产生概率和信号检测误码率；根据信号检测误码率计算得到解码正确的成功率；利用数据包的产生概率和解码正确的成功率计算得到飞机ads-b信号检测成功概率模型；
4、根据飞机ads-b信号检测成功概率模型确定子波束内最大飞机数量，将目标地域内的所有飞机发出的信号进行筛选处理，根据筛选后的解码信号提取飞机的位置信息并归入处理数据库，以数据库中收录的数据点为目标，对目标进行排序后，等间隔的选取多个点作为每个类簇波束的初始中心，对数据点进行聚类，得到多个类簇，根据每个类簇的初始中心寻找每个类簇的样本点集，再根据预先设置的收缩系数将每个类簇选出的样本点集中样本点同比向初始中心缩小后重新计算样本间距，利用样本间距并将每一个样本点归入距离最近的类簇，当类簇半径之间的差值小于预先设置的阈值或类簇内样本点个数达到预先设置的阈值时得出优化后的聚类结果，根据预先设置的约束优化条件对优化后的聚类结果进行优化，得到最优的聚类结果；
5、对最优的聚类结果进行赋形得到自适应调整后的波束指向及波束宽度。
6、在其中一个实施例中，在波束瞬时接收数据的目标地域内利用泊松分布模拟信号的发射情况与接收过程并计算信号传输过程中的数据包的产生概率和信号检测误码率，包括：
7、计算信号传输过程中的数据包的产生概率为
8、
9、其中，g＝τ·vtx，τ为每帧为单位时间，vtx为发射机发射消息的速率；
10、计算信号传输过程中的信号检测误码率为
11、
12、其中，r为信号解调信噪比。
13、在其中一个实施例中，根据信号检测误码率计算得到解码正确的成功率，包括：
14、根据信号检测误码率计算得到解码正确的成功率为
15、pnx_d＝(1-ps)112
16、其中，ps为信号检测误码率，112表示112位码元。
17、在其中一个实施例中，利用数据包的产生概率和解码正确的成功率计算得到飞机ads-b信号检测成功概率模型，包括：
18、利用数据包的产生概率和解码正确的成功率计算得到飞机ads-b信号检测成功概率模型为
19、pd＝pnx·pnx_d
20、其中，pnx为数据包的产生概率，pnx_d为解码正确的成功率。
21、在其中一个实施例中，根据飞机ads-b信号检测成功概率模型确定子波束内最大飞机数量，包括：
22、若要求在位置报文更新间隔tui时间内以不低于pui飞机信号检测概率获取飞机的位置则需满足：f＝1hz为报文发送的速率，根据飞机的位置确定子波束内最大飞机数量。
23、在其中一个实施例中，根据每个类簇的初始中心寻找每个类簇的样本点集，包括：
24、先选取类簇中离聚类中心p最远的样本点a，而后选取距离中心点p和样本点a都最远的点b，依次类推选够k个样本点，保证这k个样本点在类簇中分散且最大程度的覆盖类簇全范围；k个样本点为该类簇的样本点集。
25、在其中一个实施例中，计算样本间距的过程包括：
26、计算样本间距为
27、pclose＝min(dist(p,ci))
28、dist(p,ci)＝||p-p'||
29、其中，p表示样本点，ci表示第i个簇的中心，p'表示缩小后的样本点，dist表示距离计算，pclose表示最近的簇。
30、在其中一个实施例中，预先设置的约束优化条件为各类簇内样本数量差值不大于50，同时单子波束下飞机的个数不大于最大检测容量，其中，各子波束尽量保证样本全覆盖且间隙处对样本的覆盖率不低于95％，报文刷新时间间隔不大于8s。
31、上述基于聚类算法的ads-b波束自适应调整方法，首先在波束瞬时接收数据的目标地域内利用泊松分布模拟信号的发射情况与接收过程并计算信号传输过程中的数据包的产生概率和信号检测误码率；根据信号检测误码率计算得到解码正确的成功率；利用数据包的产生概率和解码正确的成功率计算得到飞机ads-b信号检测成功概率模型，通过飞机ads-b信号检测成功概率模型可以确定目标地域内单波束检测飞机的最大容量，在确定单波束检测飞机的最大容量后对飞机信号进行筛选处理，根据筛选后的解码信号提取飞机的位置信息并归入处理数据库，以数据库中收录的数据点为目标，对目标进行排序后，等间隔的选取多个点作为每个类簇波束的初始中心，对数据点进行聚类，得到多个类簇，根据每个类簇的初始中心寻找每个类簇的样本点集，再根据预先设置的收缩系数将每个类簇选出的样本点集中样本点同比向初始中心缩小后重新计算样本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于聚类算法的ADS-B波束自适应调整方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在波束瞬时接收数据的目标地域内利用泊松分布模拟信号的发射情况与接收过程并计算信号传输过程中的数据包的产生概率和信号检测误码率，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述信号检测误码率计算得到解码正确的成功率，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述数据包的产生概率和解码正确的成功率计算得到飞机ADS-B信号检测成功概率模型，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述飞机ADS-B信号检测成功概率模型确定子波束内最大飞机数量，包括：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据每个类簇的初始中心寻找每个类簇的样本点集，包括：
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算样本间距的过程包括：
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预先设置的约束优化条件为各类簇内样本数量差值不大于50，同时单子波束下飞机的个数不大于最大检
...【技术特征摘要】
1.一种基于聚类算法的ads-b波束自适应调整方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在波束瞬时接收数据的目标地域内利用泊松分布模拟信号的发射情况与接收过程并计算信号传输过程中的数据包的产生概率和信号检测误码率，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述信号检测误码率计算得到解码正确的成功率，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述数据包的产生概率和解码正确的成功率计算得到飞机ads-b信号检测成功概率模型，包括：
5.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：向怡然，李松亭，陈利虎，赵勇，杨磊，白玉铸，绳涛，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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