基于ads-b系統(tǒng)航跡點的修正方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于ADS-B系統(tǒng)航跡點的修正方法和系統(tǒng)，其方法包括步驟：對航跡點按接收時間進行排列；根據(jù)航跡點的狀態(tài)信息預(yù)測當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測值以及計算當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差矩陣；根據(jù)航跡點的狀態(tài)信息預(yù)測當前時刻航跡點的測量預(yù)測值以及計算當前時刻航跡點的殘差向量協(xié)方差矩陣；識別當前時刻航跡點是否為野值，并根據(jù)當前時刻航跡點是否為野值確定當前時刻航跡點的衰減因子；根據(jù)當前時刻航跡點的衰減因子計算當前時刻濾波器增益；修正當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測值以及當前航跡點的狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差矩陣。根據(jù)本發(fā)明方案，能夠有效識別航跡點中的野值，實現(xiàn)對航跡點中的野值進行實時動態(tài)的修正，提高航跡點數(shù)據(jù)的準確度。
【專利說明】基于ADS-B系統(tǒng)航跡點的修正方法和系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及基于ADS-B的民用航空空中監(jiān)管領(lǐng)域，特別是涉及一種基于ADS-B系統(tǒng)航跡點的修正方法和系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]ADS-B (Automatic Dependent Surveillance Broadcast,廣播式自動相關(guān)監(jiān)視)監(jiān)控設(shè)備在民用航空空中監(jiān)管的使用過程中，由于噪聲干擾、竄擾、混擾、多徑干擾等因素的影響，得到的航跡點數(shù)據(jù)往往包含了較大的隨機誤差，造成航跡點數(shù)據(jù)嚴重偏離目標真實值，即成為野值。
[0003]目前，傳統(tǒng)的航跡點野值處理方法是通過模糊控制函數(shù)判斷新的航跡值是否為野值，如果不是野值，則不對航跡估計值進行調(diào)整；如果野值較小，則調(diào)整增益實現(xiàn)對野值的修正；如果野值較大，則對野值進行剔除。然而，這種野值的處理方法，存在野值判斷不靈敏，無法實現(xiàn)對野值實時動態(tài)的修正；對于連續(xù)成片的野值，還有可能存在野值的判定和處理誤差較大的情況，且對于較大的野值，直接將該野值剔除，無法實現(xiàn)航跡點野值的修正，而且降低了航跡點數(shù)據(jù)的準確度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于此，有必要針對【背景技術(shù)】中，現(xiàn)有的航跡點野值處理方法出現(xiàn)野值判斷不靈敏，無法實現(xiàn)對野值實時動態(tài)的修正，降低了航跡點數(shù)據(jù)的完整性的問題，提供一種基于ADS-B系統(tǒng)航跡點的修正方法，能夠有效識別航跡點中的野值，實現(xiàn)對航跡點中的野值進行實時動態(tài)的修正，提高航跡點數(shù)據(jù)的準確度。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種基于ADS-B系統(tǒng)航跡點的修正方法，包括步驟:
[0007]對航跡點按接收時間進行排列；
[0008]根據(jù)航跡點的狀態(tài)信息預(yù)測當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測值以及計算當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差矩陣；
[0009]根據(jù)航跡點的狀態(tài)信息預(yù)測當前時刻航跡點的測量預(yù)測值以及計算當前時刻航跡點的殘差向量協(xié)方差矩陣；
[0010]識別當前時刻航跡點是否為野值，并根據(jù)當前時刻航跡點是否為野值確定當前時刻航跡點的衰減因子；
[0011]根據(jù)當前時刻航跡點的衰減因子計算當前時刻濾波器增益；
[0012]根據(jù)當前時刻航跡點的測量預(yù)測值、當前航跡點的殘差向量協(xié)方差矩陣以及當前時刻濾波器增益修正當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測值以及當前航跡點的狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差矩陣。
[0013]根據(jù)上述的一種基于ADS-B系統(tǒng)航跡點的修正方法,本發(fā)明提供一種基于ADS-B系統(tǒng)航跡點的修正系統(tǒng)，包括預(yù)處理單元、計算修正單元；
[0014]所述預(yù)處理單元對航跡點按接收時間進行排列；
[0015]所述計算修正單元根據(jù)航跡點的狀態(tài)信息預(yù)測當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測值以及計算當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差矩陣；根據(jù)航跡點的狀態(tài)信息預(yù)測當前時刻航跡點的測量預(yù)測值以及計算當前時刻航跡點的殘差向量協(xié)方差矩陣；識別當前時刻航跡點是否為野值，并根據(jù)當前時刻航跡點是否為野值確定當前時刻航跡點的衰減因子；根據(jù)當前時刻航跡點的衰減因子計算當前時刻濾波器增益；根據(jù)當前時刻航跡點的測量預(yù)測值、當前航跡點的殘差向量協(xié)方差矩陣以及當前時刻濾波器增益修正當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測值以及當前航跡點的狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差矩陣。
[0016]根據(jù)本發(fā)明方案，先對航跡點按接收時間進行排列；然后根據(jù)航跡點的狀態(tài)信息預(yù)測當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測值以及計算當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差矩陣；并預(yù)測當前時刻航跡點的測量預(yù)測值以及計算當前時刻航跡點的殘差向量協(xié)方差矩陣；進而識別當前時刻航跡點是否為野值，并根據(jù)當前時刻航跡點是否為野值確定當前時刻航跡點的衰減因子；再進一步根據(jù)當前時刻航跡點的衰減因子計算當前時刻濾波器增益；最后修正當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測值以及當前航跡點的狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差矩陣。進而達到有效識別航跡點中的野值，實現(xiàn)對航跡點中的野值進行實時動態(tài)的修正，提高航跡點數(shù)據(jù)的準確度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明基于ADS-B系統(tǒng)航跡點的修正方法的實施例流程圖；
[0018]圖2為本發(fā)明基于ADS-B系統(tǒng)航跡點的修正方法的一維仿真模型圖；
[0019]圖3為本發(fā)明基于ADS-B系統(tǒng)航跡點的修正方法的一維仿真修正結(jié)果圖；
[0020]圖4為本發(fā)明基于ADS-B系統(tǒng)航跡點的修正系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

【具體實施方式】
[0021]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步的詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的【具體實施方式】僅僅用以解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明的保護范圍。
[0022]請參閱圖1，為本發(fā)明基于ADS-B系統(tǒng)航跡點的修正方法的實施例流程圖:
[0023]步驟SlOl:對航跡點按接收時間進行排列；
[0024]具體地,所述按接收時間排列航跡點是指將接收到的航跡點由大地坐標系轉(zhuǎn)化為直角坐標系，再將航跡點的數(shù)據(jù)按照接收的時間是先后順序進行排列。
[0025]步驟S102:根據(jù)航跡點的狀態(tài)信息預(yù)測當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測值以及計算當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差矩陣；
[0026]所述當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測值是指當前時刻飛行目標的狀態(tài)信息，包括飛行目標的位置、速度、加速度等；所述當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差矩陣主要是體現(xiàn)當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測值的誤差，通過調(diào)整當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差矩陣能夠減少當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測值的誤差。
[0027]具體地，在一個實施例中，所述根據(jù)航跡點的狀態(tài)信息預(yù)測當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測值以及計算當前航跡點的狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差矩陣通過下述方程式計算得到:
[0028]X(k/k — I) = Φ (k/k — l)X(k — 1/k -1) + U(k — l)a(k — I)
[0029]P (k/k-1) = Φ (k-l) P (k-l/k-1) ΦT (k-l) +Q (k-l)
[0030]其中，又(k/k— I)為當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測值，P (k/k-1)為當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差矩陣，又Ck— 1/k— 1)為前一時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測值，P (k-l/k-l)為前一時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差矩陣；
[0031]所述航跡點狀態(tài)信息包括前一時刻狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣Φ (k-l)、前一時刻控制矩陣U (k-l)、前一時刻機動加速度均值— I)、前一時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差矩陣P (k/k-l)、前一時刻狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣Φ1 (k-l)、前一時刻噪聲方差矩陣Q(k-l)。
[0032]進一步地:
[0033]前一時刻狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣

【權(quán)利要求】
1.一種基于ADS-B系統(tǒng)航跡點的修正方法，其特征在于，包括步驟: 對航跡點按接收時間進行排列； 根據(jù)航跡點的狀態(tài)信息預(yù)測當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測值以及計算當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差矩陣； 根據(jù)航跡點的狀態(tài)信息預(yù)測當前時刻航跡點的測量預(yù)測值以及計算當前時刻航跡點的殘差向量協(xié)方差矩陣； 識別當前時刻航跡點是否為野值，并根據(jù)當前時刻航跡點是否為野值確定當前時刻航跡點的衰減因子； 根據(jù)當前時刻航跡點的衰減因子計算當前時刻濾波器增益； 根據(jù)當前時刻航跡點的測量預(yù)測值、當前航跡點的殘差向量協(xié)方差矩陣以及當前時刻濾波器增益修正當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測值以及當前航跡點的狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差矩陣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ADS-B系統(tǒng)航跡點的修正方法，其特征在于，所述根據(jù)航跡點的狀態(tài)信息預(yù)測當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測值以及計算當前航跡點的狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差矩陣通過下述方程式計算得到:
P(k/k-l) = Φ (k-l)P(k-l/k-l) 0T(k-l)+Q(k-l) 其中，X(k/k — I)為當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測值，P (k/k-1)為當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差矩陣，又Ck — 1/k — I)為前一時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測值，P(k-l/k-l)為前一時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差矩陣； 所述航跡點狀態(tài)信息包括前一時刻狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣Φ (k-Ι)、前一時刻控制矩陣U(k-1)、前一時刻機動加速度均值i(k — 1)、前一時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差矩陣P (k/k-Ι)、前一時刻狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣Φτ(1?-1)、前一時刻噪聲方差矩陣Q(k-ι)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于ADS-B系統(tǒng)航跡點的修正方法，其特征在于，所述根據(jù)航跡點的狀態(tài)信息預(yù)測當前時刻航跡點的測量預(yù)測值以及計算當前時刻航跡點的殘差向量協(xié)方差矩陣通過下述方程式計算得到:
S (k) =H (k) P (k/k-1) Ht (k) +R (k) 其中，？(k/k— I)為當前時刻航跡點的測量預(yù)測值，S(k)為當前時刻航跡點的殘差向量協(xié)方差矩陣； 所述航跡點狀態(tài)信息還包括當前時刻測量矩陣H(k)、當前時刻測量矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣Ht (k)、當前時刻觀測噪聲R(k)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于ADS-B系統(tǒng)航跡點的修正方法，其特征在于，所述識別當前時刻航跡點是否為野值，并根據(jù)當前時刻航跡點是否為野值確定當前時刻航跡點的衰減因子通過下述方程式計算得到:

其中，為當前時刻航跡點的新息，當V(k) <dv^M時，當前時刻航跡點不是野值，當> d.y_時，當前時刻航跡點為野值；Y(k)為當前時刻航跡點的測量值，f(k/k — I)為當前時刻航跡點的測量預(yù)測值，d設(shè)置為3，r(k)為當前時刻航跡點的衰減因子。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于ADS-B系統(tǒng)航跡點的修正方法，其特征在于，所述根據(jù)當前時刻航跡點的衰減因子計算當前時刻濾波器增益通過下述方程式計算得到:
K (k) = r (k) P (k) Ht (k) S-1 (k) 其中，K(k)為當前時刻濾波器增益，S-1 (k)為當前時刻航跡點的殘差向量協(xié)方差矩陣的逆矩陣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于ADS-B系統(tǒng)航跡點的修正方法，其特征在于，所述根據(jù)當前時刻航跡點的測量預(yù)測值、當前航跡點的殘差向量協(xié)方差矩陣以及當前時刻濾波器增益修正當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測值以及當前航跡點的狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差矩陣通過下述方程式計算得到:
P (k/k) = P (k/k-1) -K (k) S (k) Kt (k) 其中，又(k/k)為修正后的當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測值，P (k/k)為修正后的當前航跡點的狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差矩陣，Kt(k)為當前時刻濾波器增益轉(zhuǎn)置矩陣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任意一項所述的基于ADS-B系統(tǒng)航跡點的修正方法，其特征在于，在對航跡點按接收時間進行排列之后，預(yù)測當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測值以及計算當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差矩陣之前還包括步驟: 將每兩個航跡點的時間間隔與濾波器的采樣時間間隔進行比較； 若時間間隔不一致，則判斷該兩個航跡點之間存在航跡點丟失； 用野值對丟失的航跡點進行填充。
8.一種基于ADS-B系統(tǒng)航跡點的修正系統(tǒng)，其特征在于，包括預(yù)處理單元、計算修正單元; 所述預(yù)處理單元對航跡點按接收時間進行排列； 所述計算修正單元根據(jù)航跡點的狀態(tài)信息預(yù)測當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測值以及計算當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差矩陣；根據(jù)航跡點的狀態(tài)信息預(yù)測當前時刻航跡點的測量預(yù)測值以及計算當前時刻航跡點的殘差向量協(xié)方差矩陣；識別當前時刻航跡點是否為野值，并根據(jù)當前時刻航跡點是否為野值確定當前時刻航跡點的衰減因子；根據(jù)當前時刻航跡點的衰減因子計算當前時刻濾波器增益；根據(jù)當前時刻航跡點的測量預(yù)測值、當前航跡點的殘差向量協(xié)方差矩陣以及當前時刻濾波器增益修正當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測值以及當前航跡點的狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差矩陣。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于ADS-B系統(tǒng)航跡點的修正系統(tǒng)，其特征在于，所述計算修正單元通過下述方程式進行計算:
其中，X(k/k.— I)為當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測值，Φ (k-l)為前一時刻狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，U(k-1)為前一時刻控制矩陣，i(k-1)為前一時刻機動加速度均值，X(k — 1/k — I)為前一時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測值；P(k/k-l)為當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差矩陣，Q(k-l)為噪聲方差矩陣，P(k-l/k-l)為前一時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差矩陣，Φτ(---ι)為前一時刻狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣；Y(k/k—I)為當前時刻航跡點的測量預(yù)測值，H(k)為當前時刻測量矩陣；S(k)為當前時刻航跡點的殘差向量協(xié)方差矩陣，R(k)當前時刻觀測噪聲，Ht(k)為當前時刻測量矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣；?(1?)為當前時刻航跡點的新息，Y(k)為當前時刻航跡點的測量值，？(k/k-1)為當前時刻航跡點的測量預(yù)測值，d設(shè)置為3, r(k)為當前時刻航跡點的衰減因子；K(k)為當前時刻濾波器增益，S-1 (k)為當前時刻航跡點的殘差向量協(xié)方差矩陣的逆矩陣；X(k/k)為修正后的當前時刻航跡點的狀態(tài)預(yù)測值，P(k/k)為修正后的當前航跡點的狀態(tài)預(yù)測協(xié)方差矩陣，Kt(k)為當前時刻濾波器增益轉(zhuǎn)置矩陣。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于ADS-B系統(tǒng)航跡點的修正系統(tǒng)，其特征在于，還包括填充單元； 所述填充單元將每兩個航跡點的時間間隔與濾波器的采樣時間間隔進行比較；若時間間隔不一致，則判斷該兩個航跡點之間存在航跡點丟失；用野值對丟失的航跡點進行填充。
【文檔編號】G01C21/20GK104180800SQ201410412785
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月20日
【發(fā)明者】趙峙岳, 劉暉, 竇軍華, 陳德亞, 蒲強 申請人:廣州海格通信集團股份有限公司