一種基于1090es數(shù)據(jù)鏈地面站的航空器定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于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，加入時間戳傳輸?shù)奖O(jiān)視終端；步驟二、監(jiān)視終端接收四個地面站傳輸?shù)陌瑫r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1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站作為外圍站，監(jiān)視終端將對同一個航空器的在同一秒的相同的空中位置信息進行時差處理，通過三個時差方程計算三個單邊雙曲面產(chǎn)生的交點，以確定目標(biāo)位置。本發(fā)明不依賴于S模式間歇廣播位置信息，可作為位置信息準確性校驗的方法，也可作為備用監(jiān)視手段。
【專利說明】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S模式間歇廣播航空器識別碼、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顯示屏上。1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站對航空器的監(jiān)視管理依賴于機載S模式應(yīng)答機的間歇廣播，如果S模式應(yīng)答機位置信息源出現(xiàn)無效或錯誤狀態(tài)，1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站將接收并傳輸無效和錯誤的航空器位置信息，嚴重影響管制效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(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)鏈地面站將含有時間的信息傳輸?shù)奖O(jiān)視終端，由監(jiān)視終端根據(jù)信號的時差完成對航空器的定位，同時這種監(jiān)視方法不依賴于S模式間歇廣播位置信息，可作為位置信息準確性校驗的方法，也可作為備用監(jiān)視手段。
[0004]本發(fā)明的發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實現(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，加入時間戳傳輸?shù)奖O(jiān)視終端；
[0007]步驟二、監(jiān)視終端接收四個地面站傳輸?shù)陌瑫r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1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站作為外圍站，監(jiān)視終端將對同一個航空器的在同一秒的相同的空中位置信息進行時差處理，通過三個時差方程計算三個單邊雙曲面產(chǎn)生的交點，以確定目標(biāo)位置。
[0008]依據(jù)上述特征,所述時間戳信息由1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站的本地時鐘提供，地面站的時鐘每秒與UTC時鐘同步。
[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到時間，達到時間也即前導(dǎo)碼脈沖的上升沿時間。
[0010]依據(jù)上述特征，所述目標(biāo)位置通過以下方法求得:
[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)是三個外圍站，IVHR3分別為目標(biāo)到4個站的距離，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)信號到達第i個地面站的時間測量值；
[0014]通過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]再將計算得到的空間直角坐標(biāo)系(X，Y, Z)如下通過公式轉(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于機載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，具有極高的社會效益和經(jīng)濟效益。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本專利的工作原理圖；
[0020]圖2為多站定位示意圖。
[0021]具體實施方法
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
[0023]本發(fā)明通過對現(xiàn)有1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站和其監(jiān)視終端的改進，能夠?qū)崿F(xiàn)不依賴于S模式間歇廣播位置信息實現(xiàn)航空器定位，可作為位置信息準確性校驗的方法，也可作為備用監(jiān)視手段，增強監(jiān)視定位的準確度和可靠性。
[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)控數(shù)據(jù)報文傳輸至監(jiān)視終端。此時航空器傳輸?shù)奈恢眯畔⒁蕾囉跈C載GPS定位信息，在GPS失效或者采用虛假的信息源時1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站接收的數(shù)據(jù)是無效或者錯誤的。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明由四個1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站和一個監(jiān)視終端共同完成。經(jīng)過合理選址配置的四個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間戳傳輸?shù)奖O(jiān)視終端，目的在于對同一個航空器的在同一秒的相同的空中位置信息進行時差處理。
[0026]監(jiān)視終端接收到四個地面站傳輸?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1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站作為外圍站，監(jiān)視終端將對相同空中位置消息的時間戳做時差處理，通過三個時差方程計算三個單邊雙曲面產(chǎn)生的交點，以確定目標(biāo)位置。
[0027]時鐘同步:對于1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站多站定位系統(tǒng)，由于各站間距離遠，只有各站在同一時間基準下才能實現(xiàn)時間差的測量，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進行時鐘同步，因此時間戳信息由1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站的本地時鐘提供，地面站的時鐘每秒與UTC時鐘同步，在這種方式下無需增加硬件成本，僅更改相應(yīng)代碼即可完成時鐘同步。
[0028]時間測量:在多站定位方法中，四個1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站需測量信號具有特征點的時間，然后直接將不同地面站得到的具有相同特征點的到達時間相減得到時差，考慮信號更新率快慢和特征值特點，本方法選用S模式間歇廣播的空中位置信息來計算信號特征值，到達時間選擇信號的前導(dǎo)碼脈沖上升沿出現(xiàn)的時間。
[0029]四個1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站通過時鐘同步和時間測量傳輸航空器空中位置信息的到達時間至監(jiān)視終端，監(jiān)視終端將分類篩選相同空中位置信息，通過對同一空中位置信息的時間進行差值計算即可獲得同一信號到達不同1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站的時差。
[0030]如圖2所示為空間三維四站時差定位原理示意圖，Stl是目標(biāo)，它發(fā)出的廣播信息被四個1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站接收，并可獲得3個獨立的脈沖到達時間差，每個時間差可以確定一個單頁雙曲面所包含的位置點集。
[0031]設(shè)(X，y, z)是目標(biāo)S在以中心站為坐標(biāo)原點的局部坐標(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)是三個外圍站，IVHR3分別為目標(biāo)到4個站的距離，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，加入時間戳傳輸?shù)奖O(jiān)視終端； 步驟二、監(jiān)視終端接收四個地面站傳輸?shù)陌瑫r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1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站作為外圍站，監(jiān)視終端將對同一個航空器的在同一秒的相同的空中位置信息進行時差處理，通過三個時差方程計算三個單邊雙曲面產(chǎn)生的交點，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，其特征在于所述時間戳信息由1090ES數(shù)據(jù)鏈地面站的本地時鐘提供,地面站的時鐘每秒與UTC時鐘同步。
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時間，達到時間也即前導(dǎo)碼脈沖上升沿出現(xiàn)的時間。
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)是三個外圍站，IVHR 3分別為目標(biāo)到4個站的距離，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)信號到達第i個地面站的時間測量值； 通過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)進行平移變換為空間直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)(X，Y, Z)。 再將計算得到的空間直角坐標(biāo)系(X，Y，Z)如下通過公式轉(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是地球參考橢球長半徑，e是地球第一偏心率，一般取e = 0.0818191908426214957。
【文檔編號】G01S5/00GK104181549SQ201410406548
【公開日】2014年12月3日 申請日期: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 申請人:中國航空無線電電子研究所