基于RAIM的ADS-B防欺骗技术研究

发布时间：2017-09-04 00:15

  本文关键词：基于RAIM的ADS-B防欺骗技术研究

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【摘要】：随着世界民航业的不断发展,空中交通流量不断增加,传统的监视系统逐渐开始捉襟见肘,管制员承受了巨大的安全压力,因此,提高空管系统的监视能力变得越发重要。广播式自动相关监视(ADS-B)系统是一种精度高、误差小、监视能力强、投资小的监视系统,充分满足了当下的管制需求;但又由于其共享开放式的特点,系统易受黑客的侵入以及虚假欺骗,这很可能造成灾难性事故。本文针对ADS-B导航报文及接收机自主完好性监视(RAIM)进行了深入研究,给出了一种基于RAIM的ADS-B防欺骗原理,并仿真进行了该原理算法的验证,具体工作如下。首先,考虑到ADS-B的定位信息主要依赖于全球导航卫星系统(GNSS),所以ADS-B报文中必定包含了反应GNSS导航参数的信息。本文通过对ADS-B报文格式内容的研究,使用MATLAB完成了对1090ES数据链的空中位置信息和CAT021格式的ADS-B消息中的相关位置信息以及导航不确定类型(NUC)信息的解码提取,并实现了报文的编码功能。其次,由于RAIM是利用冗余信息进行GNSS位置解的完好性监视,所以在RAIM算法过程中产生的相关参数也能直接反应GNSS的导航性能。本文通过研究RAIM的最小二乘残差法以及奇偶矢量法的运算流程以及等价性,找到了算法过程中能反应GNSS导航性能且与NUC对应的参数——水平保护级(HPL),然后通过MATLAB仿真实现了该参数的获取以及RAIM的故障识别与排除功能。此外,本文还研究了气压高度表增强下的RAIM,并通过仿真验证其可用性增强的结论。最后,确立了以ADS-B报文中相关信息计算HPL并与NUC进行一致性比对的算法原理,通过MATLAB仿真验证了算法的可用性,并分析讨论了该算法误警漏警以及失效的情况,设想了未来可以继续改进的思路。
【关键词】：广播式自动相关监视 接收机自主完好性监视 ADS-B防欺骗技术
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V355.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 课题的研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外发展现状11-12
• 1.3 论文的主要研究工作12-15
• 第二章 ADS-B系统15-33
• 2.1 ADS-B系统基本工作原理15
• 2.2 ADS-B系统的特点以及应用15-18
• 2.2.1 ADS-B系统的特点15-16
• 2.2.2 ADS-B系统的应用16-18
• 2.3 ADS-B系统的组成与工作过程18-21
• 2.3.1 ADS-B的机载系统18-19
• 2.3.2 ADS-B地面系统19
• 2.3.3 ADS-B数据链系统19-21
• 2.4 ADS-B报告21-23
• 2.5 基于 1090ES数据链的ADS-B广播消息的结构与特性23-25
• 2.6 基于 1090ES数据链的ADS-B消息的ME字段25-30
• 2.7 基于CAT021格式的ADS-B消息30-32
• 2.8 本章小结32-33
• 第三章 ADS-B消息的算法及仿真33-44
• 3.1 空中位置消息ME字段的编译算法及仿真33-40
• 3.1.1 报文生成的算法33-35
• 3.1.2 报文生成的仿真35-37
• 3.1.3 报文解析解码的算法37-38
• 3.1.4 报文解码仿真38-40
• 3.2 CAT021格式的ADS-B报文编译码算法及仿真40-43
• 3.2.1 报文编码算法及仿真40-41
• 3.2.2 报文解码算法及仿真41-43
• 3.3 本章小结43-44
• 第四章 RAIM的基本原理及仿真44-60
• 4.1 GNSS接收机自主完好性监视基本原理44-52
• 4.1.1 RAIM判断原则和流程44-45
• 4.1.2 RAIM算法45-51
• 4.1.3 奇偶矢量法与最小二乘残差法的等价性51-52
• 4.2 RAIM的相关功能仿真52-57
• 4.2.1 卫星分布及RAIM可用性仿真52-56
• 4.2.2 RAIM故障识别与排除功能仿真56-57
• 4.3 气压高度表辅助下RAIM的可用性仿真研究57-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第五章 基于RAIM的ADS-B防欺骗原理与仿真60-67
• 5.1 ADS-B防欺骗原理60-61
• 5.2 ADS-B防欺骗仿真61-65
• 5.2.1 基于 1090ES数据链的空中位置信息防欺骗仿真61-63
• 5.2.2 基于CAT021格式的ADS-B消息防欺骗仿真63-65
• 5.3 仿真结果与分析65-66
• 5.4 本章小结66-67
• 第六章 总结与展望67-70
• 参考文献70-74
• 致谢74

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