一種基于1090es數(shù)據(jù)鏈地面站的航空器定位方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站的航空器定位方法，包含以下步驟：步驟一、選擇四個(gè)1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站分別接收由航空器發(fā)出的空中位置信息，加入時(shí)間戳傳輸?shù)奖O(jiān)視終端；步驟二、監(jiān)視終端接收四個(gè)地面站傳輸?shù)陌瑫r(shí)間戳的空中位置信息，選擇某一1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站作為中心站，其他三個(gè)1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站作為外圍站，監(jiān)視終端將對(duì)同一個(gè)航空器的在同一秒的相同的空中位置信息進(jìn)行時(shí)差處理，通過(guò)三個(gè)時(shí)差方程計(jì)算三個(gè)單邊雙曲面產(chǎn)生的交點(diǎn)，以確定目標(biāo)位置。本發(fā)明不依賴(lài)于S模式間歇廣播位置信息，可作為位置信息準(zhǔn)確性校驗(yàn)的方法，也可作為備用監(jiān)視手段。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站的航空器定位方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航空【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種保障飛機(jī)飛行安全的空管監(jiān)視技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]1090ES數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)通過(guò)S模式間歇廣播航空器識(shí)別碼、位置、高度、速度、方向和爬升率等信息，地面站接收這些信息并顯示在偽雷達(dá)顯示屏上。1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站對(duì)航空器的監(jiān)視管理依賴(lài)于機(jī)載S模式應(yīng)答機(jī)的間歇廣播，如果S模式應(yīng)答機(jī)位置信息源出現(xiàn)無(wú)效或錯(cuò)誤狀態(tài)，1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站將接收并傳輸無(wú)效和錯(cuò)誤的航空器位置信息，嚴(yán)重影響管制效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種基于1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站的航空器定位方法，利用四個(gè)1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站接收并處理航空器S模式間歇廣播，1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站將含有時(shí)間的信息傳輸?shù)奖O(jiān)視終端，由監(jiān)視終端根據(jù)信號(hào)的時(shí)差完成對(duì)航空器的定位，同時(shí)這種監(jiān)視方法不依賴(lài)于S模式間歇廣播位置信息，可作為位置信息準(zhǔn)確性校驗(yàn)的方法，也可作為備用監(jiān)視手段。
[0004]本發(fā)明的發(fā)明目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0005]一種基于1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站的航空器定位方法，包含以下步驟:
[0006]步驟一、選擇四個(gè)1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站分別接收由航空器發(fā)出的空中位置信息，加入時(shí)間戳傳輸?shù)奖O(jiān)視終端；
[0007]步驟二、監(jiān)視終端接收四個(gè)地面站傳輸?shù)陌瑫r(shí)間戳的空中位置信息，選擇某一1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站作為中心站，其他三個(gè)1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站作為外圍站，監(jiān)視終端將對(duì)同一個(gè)航空器的在同一秒的相同的空中位置信息進(jìn)行時(shí)差處理，通過(guò)三個(gè)時(shí)差方程計(jì)算三個(gè)單邊雙曲面產(chǎn)生的交點(diǎn)，以確定目標(biāo)位置。
[0008]依據(jù)上述特征,所述時(shí)間戳信息由1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站的本地時(shí)鐘提供，地面站的時(shí)鐘每秒與UTC時(shí)鐘同步。
[0009]依據(jù)上述特征，步驟二中相同的空中位置信息的判斷采用特征值的方法，特征值為信號(hào)的前導(dǎo)碼脈沖，即選用獲取S模式間歇廣播的空中位置信息的達(dá)到時(shí)間，達(dá)到時(shí)間也即前導(dǎo)碼脈沖的上升沿時(shí)間。
[0010]依據(jù)上述特征，所述目標(biāo)位置通過(guò)以下方法求得:
[0011 ] 設(shè)(X，y，z)是目標(biāo)S在以中心站為坐標(biāo)原點(diǎn)的局部坐標(biāo)系中的位置，S0 (x0, y0, z0)、S1U1, Y1, Z1)、S2 (x2, y2, z2)、S3 (x3, y3, z3)分別為四個(gè)1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站在地心坐標(biāo)系中坐標(biāo)，其中 SQ(xQ，yQ, zQ)是中心站，S^x1, Y1, Z1) > S2(x2, y2, z2)、S3(x3, y3, z3)是三個(gè)外圍站，IVHR3分別為目標(biāo)到4個(gè)站的距離，距離差為ARi, i = 1，2，3，則定位方程為:
=y](x-xoy + (y-y0Y +{z-zQy
[0012]< Ri =扣_ Xi)2 + (y—y,.)2 + O—Zi)2

AR.= R{) — Rj = c χ (L.— --)
L(i),
[0013]其中，c = 3X108m/s, Ri為目標(biāo)信號(hào)到達(dá)第i個(gè)地面站的時(shí)間測(cè)量值；
[0014]通過(guò)Chan算法解算獲得(x，y, z)是目標(biāo)在局部坐標(biāo)系的坐標(biāo)，將該坐標(biāo)進(jìn)行平移變換為空間直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)(X，Y, Z)。
[0015]再將計(jì)算得到的空間直角坐標(biāo)系(X，Y, Z)如下通過(guò)公式轉(zhuǎn)變?yōu)榇蟮刈鴺?biāo)系坐標(biāo):.Z Lit = arctan , _

yj(X2 + Y2).Y
[0016]J Ιυη -- arctan一(2)，
? /
h= I1X2+ Y2+---α
]/ (1-ζ)
[0017](lat, Ιοη)即是目標(biāo)在大地坐標(biāo)系中的經(jīng)緯度，h是目標(biāo)的高度，其中a是地球參考橢球長(zhǎng)半徑，e是地球第一偏心率，一般取e = 0.0818191908426214957。
[0018]本發(fā)明在不增加硬件成本的條件下有效完成了不依賴(lài)于機(jī)載S模式廣播傳輸?shù)奈恢眯畔⑼瓿珊娇掌鞫ㄎ?，減少了航空器錯(cuò)誤位置信息，提高航空器監(jiān)視信息的可靠性，具有極高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本專(zhuān)利的工作原理圖；
[0020]圖2為多站定位示意圖。
[0021]具體實(shí)施方法
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0023]本發(fā)明通過(guò)對(duì)現(xiàn)有1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站和其監(jiān)視終端的改進(jìn)，能夠?qū)崿F(xiàn)不依賴(lài)于S模式間歇廣播位置信息實(shí)現(xiàn)航空器定位，可作為位置信息準(zhǔn)確性校驗(yàn)的方法，也可作為備用監(jiān)視手段，增強(qiáng)監(jiān)視定位的準(zhǔn)確度和可靠性。
[0024]在常規(guī)情況下，1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站分別解析由航空器發(fā)出的空中位置信息、空中速度信息、飛行標(biāo)識(shí)信息，解析其中的位置、高度、速度等數(shù)據(jù)元素，形成監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)報(bào)文傳輸至監(jiān)視終端。此時(shí)航空器傳輸?shù)奈恢眯畔⒁蕾?lài)于機(jī)載GPS定位信息，在GPS失效或者采用虛假的信息源時(shí)1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站接收的數(shù)據(jù)是無(wú)效或者錯(cuò)誤的。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明由四個(gè)1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站和一個(gè)監(jiān)視終端共同完成。經(jīng)過(guò)合理選址配置的四個(gè)1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站在接受到的航空器發(fā)出空中位置信息中加入時(shí)間戳傳輸?shù)奖O(jiān)視終端，目的在于對(duì)同一個(gè)航空器的在同一秒的相同的空中位置信息進(jìn)行時(shí)差處理。
[0026]監(jiān)視終端接收到四個(gè)地面站傳輸?shù)目罩形恢眯畔?，選擇某一 1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站作為中心站，其他三個(gè)1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站作為外圍站，監(jiān)視終端將對(duì)相同空中位置消息的時(shí)間戳做時(shí)差處理，通過(guò)三個(gè)時(shí)差方程計(jì)算三個(gè)單邊雙曲面產(chǎn)生的交點(diǎn)，以確定目標(biāo)位置。
[0027]時(shí)鐘同步:對(duì)于1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站多站定位系統(tǒng)，由于各站間距離遠(yuǎn)，只有各站在同一時(shí)間基準(zhǔn)下才能實(shí)現(xiàn)時(shí)間差的測(cè)量，由于1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站設(shè)備組成包含有GPS/北斗模塊，各1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站都可以與UTC進(jìn)行時(shí)鐘同步，因此時(shí)間戳信息由1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站的本地時(shí)鐘提供，地面站的時(shí)鐘每秒與UTC時(shí)鐘同步，在這種方式下無(wú)需增加硬件成本，僅更改相應(yīng)代碼即可完成時(shí)鐘同步。
[0028]時(shí)間測(cè)量:在多站定位方法中，四個(gè)1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站需測(cè)量信號(hào)具有特征點(diǎn)的時(shí)間，然后直接將不同地面站得到的具有相同特征點(diǎn)的到達(dá)時(shí)間相減得到時(shí)差，考慮信號(hào)更新率快慢和特征值特點(diǎn)，本方法選用S模式間歇廣播的空中位置信息來(lái)計(jì)算信號(hào)特征值，到達(dá)時(shí)間選擇信號(hào)的前導(dǎo)碼脈沖上升沿出現(xiàn)的時(shí)間。
[0029]四個(gè)1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站通過(guò)時(shí)鐘同步和時(shí)間測(cè)量傳輸航空器空中位置信息的到達(dá)時(shí)間至監(jiān)視終端，監(jiān)視終端將分類(lèi)篩選相同空中位置信息，通過(guò)對(duì)同一空中位置信息的時(shí)間進(jìn)行差值計(jì)算即可獲得同一信號(hào)到達(dá)不同1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站的時(shí)差。
[0030]如圖2所示為空間三維四站時(shí)差定位原理示意圖，Stl是目標(biāo)，它發(fā)出的廣播信息被四個(gè)1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站接收，并可獲得3個(gè)獨(dú)立的脈沖到達(dá)時(shí)間差，每個(gè)時(shí)間差可以確定一個(gè)單頁(yè)雙曲面所包含的位置點(diǎn)集。
[0031]設(shè)(X，y, z)是目標(biāo)S在以中心站為坐標(biāo)原點(diǎn)的局部坐標(biāo)系中的位置，StlUtl, y0, Z0)、S1U1, Y1, Z1)、S2 (x2, y2, z2)、S3 (x3, y3, z3)分別為四個(gè)1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站在地心坐標(biāo)系中坐標(biāo)，其中 SQ(xQ，yQ, zQ)是中心站，S^x1, Y1, Z1) > S2(x2, y2, z2)、S3(x3, y3, z3)是三個(gè)外圍站，IVHR3分別為目標(biāo)到4個(gè)站的距離，距離差為ARi, i = 1，2，3，則定位方程為:

【權(quán)利要求】
1.一種基于1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站的航空器定位方法，包含以下步驟: 步驟一、選擇四個(gè)1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站分別接受由航空器發(fā)出的空中位置信息，加入時(shí)間戳傳輸?shù)奖O(jiān)視終端； 步驟二、監(jiān)視終端接收四個(gè)地面站傳輸?shù)陌瑫r(shí)間戳的空中位置信息，選擇某一1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站作為中心站，其他三個(gè)1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站作為外圍站，監(jiān)視終端將對(duì)同一個(gè)航空器的在同一秒的相同的空中位置信息進(jìn)行時(shí)差處理，通過(guò)三個(gè)時(shí)差方程計(jì)算三個(gè)單邊雙曲面產(chǎn)生的交點(diǎn)，以確定目標(biāo)位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站的航空器定位方法，其特征在于所述時(shí)間戳信息由1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站的本地時(shí)鐘提供,地面站的時(shí)鐘每秒與UTC時(shí)鐘同步。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站的航空器定位方法，其特征在于步驟二中相同的空中位置信息的判斷采用特征值的方法，特征值為信號(hào)的前導(dǎo)碼脈沖上升沿，即選用獲取S模式間歇廣播的空中位置信息的到達(dá)時(shí)間，達(dá)到時(shí)間也即前導(dǎo)碼脈沖上升沿出現(xiàn)的時(shí)間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站的航空器定位方法，其特征在于所述目標(biāo)位置通過(guò)以下方法求得: 設(shè)(x，y，z)是目標(biāo)S在以中心站為坐標(biāo)原點(diǎn)的局部坐標(biāo)系中的位置，S0 (x0, y0, Z0),S1U1, Y1, Z1)、S2 (x2, y2, z2)、S3 (x3, y3, z3)分別為四個(gè)1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站在地心坐標(biāo)系中坐標(biāo)，其中 SQ(xQ，yQ, zQ)是中心站，S^x1, Y1, Z1) > S2(x2, y2, z2)、S3(x3, y3, z3)是三個(gè)外圍站，IVHR 3分別為目標(biāo)到4個(gè)站的距離，距離差為ARi, i = 1，2，3，則定位方程為:
其中，c = 3X108m/s, Ri為目標(biāo)信號(hào)到達(dá)第i個(gè)地面站的時(shí)間測(cè)量值； 通過(guò)Chan算法解算獲得(X，y, z)是目標(biāo)在局部坐標(biāo)系的坐標(biāo)，將該坐標(biāo)進(jìn)行平移變換為空間直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)(X，Y, Z)。 再將計(jì)算得到的空間直角坐標(biāo)系(X，Y，Z)如下通過(guò)公式轉(zhuǎn)變?yōu)榇蟮刈鴺?biāo)系坐標(biāo):.Z
(lat, 1n)即是目標(biāo)在大地坐標(biāo)系中的經(jīng)緯度，h是目標(biāo)的高度，其中a是地球參考橢球長(zhǎng)半徑，e是地球第一偏心率，一般取e = 0.0818191908426214957。
【文檔編號(hào)】G01S5/00GK104181549SQ201410406548
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年8月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月18日
【發(fā)明者】胡德振, 張艷清, 蔣興城, 陳振寧, 徐丁海, 龔誠(chéng) 申請(qǐng)人:中國(guó)航空無(wú)線(xiàn)電電子研究所