基于ADS-B的机场场面多点定位方法研究

发布时间：2020-11-10 11:35

　　 随着我国经济,民航业的迅猛发展,机场交通流量逐步增大,实现对机场场面飞机、小车的精确定位以及跟踪是实现机场安全运营,实施精确管控的基础。多点定位(MLAT)系统是一项用于场面监视的新技术,具有成本低、覆盖面广,易于实现等特点。本文主要研究MLAT系统定位以及轨迹跟踪算法,并以几何精度因子(GDOP)为指导参数,利用改进的遗传算法进行MLAT系统基站布局设计。首先,论文阐述了本课题的研究背景及意义,并分别从技术原理、系统组成,技术应用三方面对MLAT系统做了总体的概述。接着,概括了TDOA定位算法,并分析了相应算法存在的不足。详细研究了TDOA定位的Chan算法和Taylor算法,并针对Taylor算法依赖于初值的不足,设计了改进的粒子群算法与Taylor算法的结合算法。并分别对Chan算法与改进的Taylor算法进行性能分析。接着,针对机场场面飞机,小车的轨迹跟踪问题,在TDOA非线性定位模型的基础上,采用粒子滤波技术,并针对粒子滤波后期存在样本匮乏导致跟踪失败的问题,设计了改进的粒子群融合粒子滤波算法。并对粒子滤波以及融合滤波性能进行分析。最后,研究了MLAT系统二维几何精度因子(GDOP)的计算方程。仿真分析了四种标准几何形布站对GDOP的影响。区别于传统完全工程实践性布站,提出了一种以GDOP为评价指标,基于改进的遗传算法的寻优布站方案,并仿真分析布站性能。
【学位单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TP18;V35
【部分图文】：

中国民航大学硕士学位论文7第二章多点定位系统概述多点定位技术是一项在我国民航系统有广泛应用前景的监视技术。该技术能够利用飞机的应答信号，由地面设备通过对应答信号进行脉冲检测、标记时间戳、时钟同步等技术计算信号到达各地面站的时间差来确定目标精确位置。该系统能够完全兼容二次雷达和ADS-B技术，且具备目标识别和精确定位能力。目前该技术正在国内外全力推广使用。2.1多点定位基本原理多点定位系统（MLAT），是通过精确计算飞机应答信号到各地面站的时间差（TDOA）并由此建立双曲线（三维空间中为双曲面）方程组来求解目标位置。如图2-1，飞机发出的应答信号分别到达地面站1、2，由于飞机距离两个地面站距离不同，因而应答信号到达两地面站的时间存在时间差。图2-1到达时间差的形成若已知两地面站1、2的坐标分别为(1,1)和(2,2)，且测得应答信号到两地面站的时间差为△1，设飞机坐标为(,)，则可得如下方程：△1=√(1)2+(1)2√(2)2+(2)2(2.1)其中为光速；可以发现飞机所在位置是一组双曲线中的一条，如图2-2所示。

中国民航大学硕士学位论文8图2-2已知两个接收站位置以及信号到达两站的时间差若还有第三个地面站3接收应答信号，且3坐标已知，为(3,3)。飞机应答信号到地面站2、3时间差为△2,则可以列出如下方程：△2=√(3)2+(3)2√(2)2+(2)2(2.2)此时飞机所在位置是这一组双曲线中的一条。很明显，两条曲线的交点就是飞机实际所在的位置，如图2-3所示。图2-3已知三个接收站位置以及两组信号到达的时间差同样地，若飞机位置在三维空间中，则每两个地面站都会确定一组双曲面中的一面。此时至少四个地面站才能确定目标飞机位置。从式(2.1)、(2.2)可以看出，求解目标位置就是解时间差已知的非线性二元（三维空间中三元）方程组，直接求解难度较大，这部分内容将在第三章中进行研究。该系统在应用到民航空管行业时，可以采用现有的ADS-B报文信号，不仅能计算飞机或者搭载有ADS-B装置的车辆等的位置，还可以对信号进行解码，获得监视目标标识信息。

中国民航大学硕士学位论文8图2-2已知两个接收站位置以及信号到达两站的时间差若还有第三个地面站3接收应答信号，且3坐标已知，为(3,3)。飞机应答信号到地面站2、3时间差为△2,则可以列出如下方程：△2=√(3)2+(3)2√(2)2+(2)2(2.2)此时飞机所在位置是这一组双曲线中的一条。很明显，两条曲线的交点就是飞机实际所在的位置，如图2-3所示。图2-3已知三个接收站位置以及两组信号到达的时间差同样地，若飞机位置在三维空间中，则每两个地面站都会确定一组双曲面中的一面。此时至少四个地面站才能确定目标飞机位置。从式(2.1)、(2.2)可以看出，求解目标位置就是解时间差已知的非线性二元（三维空间中三元）方程组，直接求解难度较大，这部分内容将在第三章中进行研究。该系统在应用到民航空管行业时，可以采用现有的ADS-B报文信号，不仅能计算飞机或者搭载有ADS-B装置的车辆等的位置，还可以对信号进行解码，获得监视目标标识信息。
【参考文献】

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本文编号：2877886