CN110673087B - 基于ads-b广播信号飞机航路监测方法、装置及计算机存储介质 - Google Patents

基于ads-b广播信号飞机航路监测方法、装置及计算机存储介质 Download PDF

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Abstract

一种基于ADS‑B广播信号飞机航路监测方法、装置及计算机存储介质。所述方法包括：选择的航路划分为多段航路段，并获取每一段航路段的多个最优站点；通过所述最优站点接收飞机的ADS‑B广播信号，并获取所述飞机的多个量测信息，其中量测信息至少包括所述飞机所需到达时间差和到达角度；根据量测信息对所述飞机进行定位，获取所述飞机的第一位置信息；将所述第一位置信息与根据ADS‑B广播信号获取的飞机第二位置信息比对，当两者误差超过预设阈值时发出提示信息。该方案提高了定位精度与鲁棒性，并且有效解决了ADS‑B广播信号易被篡改与攻击的问题，可以有效保障航路定位的可靠性。

Description

基于ADS-B广播信号飞机航路监测方法、装置及计算机存储 介质
技术领域
本发明属于航空监视与空中交通管理领域，具体涉及一种基于ADS-B广播信号飞机航路监测方法、装置及计算机存储介质。
背景技术
传统航路监视主要依靠雷达***，不仅成本昂贵，定位精度也不够高。随着航空器监视、空中交通管理从雷达方式向ADS-B方式演进，未来空天地一体化通信需求为航空器航路定位与跟踪提出了更高的要求，有必要在航路场景引进更先进的定位手段。ADS-B定位监视***定位精度更高，成本更低。然而，由于ADS-B的设计为广播信号，所以存在ADS-B报文被篡改与攻击的情况，安全与可靠性存在很大问题。在广域航路场景下，多点定位不仅可以提高定位精度和鲁棒性，还能提高监视***的安全性，克服上述的风险与问题。
发明内容
针对于上述现有技术的不足，本发明的目的之一提供一种对于一条确定的飞机航路进行航路的追踪与监视，取代传统的雷达定位与监事，当飞机ADS-B报文被篡改与攻击，或者飞机飞行偏离航线时，做出预警与提示。
本发明实施例公开了一种基于ADS-B广播信号飞机航路监测方法，包括：将选择的航路划分为多段航路段，并获取每一段航路段的多个最优站点；通过所述最优站点接收飞机的ADS-B广播信号，并获取所述飞机的多个量测信息，其中量测信息至少包括所述飞机所需到达时间差和到达角度；根据量测信息对所述飞机进行定位，获取所述飞机的第一位置信息；将所述第一位置信息与根据ADS-B广播信号获取的飞机第二位置信息比对，当两者误差超过预设阈值时发出提示信息。
在一个可能的实施例中，获取每一段航路段的最优站点包括：以所述航路段的起点和终点作为矩形的两个对角顶点，形成一个矩形区域，将所述矩形区域面积扩大一倍获得备选区域；将备选区域网格化，其中网格化的格点是所述航路段对应站点的位置；通过遍历的方法获取4个最优站点。
在一个可能的实施例中，根据量测信息对所述飞机进行定位，获取所述飞机的第一位置信息包括：将所述量测信息送入自适应多模型算法，通过扩展卡尔曼滤波器实现对飞机的定位，获取飞机的第一位置信息。
在一个可能的实施例中，还包括，飞机在航路上飞行时的运动状态遵循CV和CT模型。
在一个可能的实施例中，根据ADS-B广播信号获取的飞机第二位置信息包括:将ADS-B广播信号中的飞机定位信息转化成WGS-84坐标系对应的位置信息，即第二位置信息。
本发明实施例还公开了一种基于ADS-B广播信号飞机航路监测装置，包括：最优站点模块，用于将选择的航路划分为多段航路段，并获取每一段航路段的多个最优站点；接收模块，用于通过所述最优站点接收飞机的ADS-B广播信号，并获取所述飞机的多个量测信息，其中量测信息至少包括所述飞机所需到达时间差和到达角度；定位模块，用于根据量测信息对所述飞机进行定位，获取所述飞机的第一位置信息；对比模块，用于将所述第一位置信息与根据ADS-B广播信号获取的飞机第二位置信息比对，当两者误差超过预设阈值时发出提示信息。
在一个可能的实施例中，所述最优站点模块包括：构造单元，用于以所述航路段的起点和终点作为矩形的两个对角顶点，形成一个矩形区域，将所述矩形区域面积扩大一倍获得备选区域；网格化单元，用于将备选区域网格化，其中网格化的格点是所述航路段对应站点的位置；遍历单元，用于通过遍历的方法获取4个最优站点。
在一个可能的实施例中，所述定位单元还用于，将所述量测信息送入自适应多模型算法，通过扩展卡尔曼滤波器实现对飞机的定位，获取飞机的第一位置信息。
在一个可能的实施例中，还包括，飞机在航路上飞行时的运动状态遵循CV和CT模型。
在一个可能的实施例中，所述对比单元还用于，将ADS-B广播信号中的飞机定位信息转化成WGS-84坐标系对应的位置信息，即第二位置信息。
本发明实施例还公开一种计算机存储介质，其存储计算机程序，在所述计算机程序被执行时，实施根据前述任一项所述的方法。
本发明的有益效果：
本发明方案通过将飞机航路网格化，然后进行暴力求解，找出航路上最优的4个站点的位置，在传统仅仅基于到达时间差的多点定位技术中加入了到达角度的量测信息，提高了定位精度与鲁棒性，并且有效解决了ADS-B广播信号易被篡改与攻击的问题，可以有效保障航路定位的可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例的一种方法流程图；
图2为本发明实施例的一种最优站点选择原理示意图；
图3为本发明实施例的一种飞机航路飞行运动模型示意图；
图4为本发明实施例的一种具体方法流程图；
图5为本发明实施例的一种装置结构示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
参照图1，一种基于ADS-B广播信号飞机航路监测方法，包括：
S101, 将选择的航路划分为多段航路段，并获取每一段航路段的多个最优站点。
在一个实施例中，通过切片处理将航路划分为多个航路段。
飞机航路可能是不规则的，所以接收飞机信号的站点位置对于飞机航路定位影响较大。将一条确定的不规则航路划分成规则的的小的航路段，每一条小的航路段便是近似规则的。并且航路段越小，定位精确度越高，但是相应的成本较高。考虑到飞机航定位范围较大，定位精度不需要太高，可以取每个小的航路段在200Km左右，既能保证飞机航路定位精度，又可以节约成本。
在一个实施例中，可以针对每一个航路段，通过网格化与穷举法找出最优接收机站点位置。
例如，对于一条确定的航路段，以起点和终点位置作为矩形的两个对角顶点，形成一个矩形区域，接着将这个矩形区域面积扩大一倍，称之为备选区域。对于这个备选区域，我们进行网格化。通过对比试验，可以选择将矩形区域的长和宽分别等分成5块，形成25个格点，这些格点便是站点的选择位置。每一条航路段可以选取4个站点，所以通过遍历的方法可以找到最优的四个站点的位置。如图2所示。
S102, 通过所述最优站点接收飞机的ADS-B广播信号，并获取所述飞机的多个量测信息，其中量测信息至少包括所述飞机所需到达时间差和到达角度。
S103, 根据量测信息对所述飞机进行定位，获取所述飞机的第一位置信息。
通常，飞机在航路上飞行遵循两种飞行模型，即CV 、CT模型，如下图3所示。根据飞机的运动状态方程以及最优站点接收到的ADS-B信号获得的量测信息，可以利用扩展卡尔曼滤波对飞机位置进行定位，并采用自适应多模型算法IMM进行自动切换飞机运动模型，获取飞机的第一位置信息。
S104,将所述第一位置信息与根据ADS-B广播信号获取的飞机第二位置信息比对，当两者误差超过预设阈值时发出提示信息。
地面站点接收飞机的ADS-B信号时，不仅可以获得飞机的量测信息，还能读取到ADS-B报文的定位信息。将ADS-B报文内的定位信息转化成WGS-84坐标下的位置，并与多点定位的信息相比较。当误差超过所设阈值时明表示出现异常情况，便发出异常提示与告警。
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。本发明实施例中以信号接收设备收集ADS-B信号，并且在matlab平台上进行仿真实现，主要包括几个步骤，参照图4，其中：
第1步：获取飞机航路。
第2步：将飞机航路划分为几段小的航路段。
第3步：对每一段航路段采用网格化找出4个最优站点位置。
第4步：获取航路上飞机发射的ADS-B广播信号，并获取所需到达时间差以及到达角度等量测信息。
第5步：将飞机量测信息送入定位追踪的监视算法模型中，通过扩展卡尔曼滤波器实现对飞机位置的自动定位追踪。
第6步：根据多点定位的量测信息与扩展卡尔曼算法，绘制出飞机飞行航路。
第7步：读取航路上飞机广播的ADS-B信号，提取出有用的飞机位置信息并转化成WGS-84坐标下的坐标。
第8步：将定位追踪结果与ADS-B报文读取的飞机航路位置进行比对，当误差超过阈值时，发出报警与提示。
本发明实施例中还公开了一种基于ADS-B广播信号飞机航路监测装置10，如图5，包括：最优站点模块101，用于将选择的航路划分为多段航路段，并获取每一段航路段的多个最优站点；接收模块102，用于通过所述最优站点接收飞机的ADS-B广播信号，并获取所述飞机的多个量测信息，其中量测信息至少包括所述飞机所需到达时间差和到达角度；定位模块103，用于根据量测信息对所述飞机进行定位，获取所述飞机的第一位置信息；对比模块104，用于将所述第一位置信息与根据ADS-B广播信号获取的飞机第二位置信息比对，当两者误差超过预设阈值时发出提示信息。
该装置对应于前述的方法实施例，具体可参考方法实施例的描述，不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***， 或一些特征可以忽略，或不执行。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中， 也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于ADS-B广播信号飞机航路监测方法，其特征在于，包括：将选择的航路划分为多段航路段，并获取每一段航路段的多个最优站点；通过所述最优站点接收飞机的ADS-B广播信号，并获取所述飞机的多个量测信息，其中量测信息至少包括所述飞机所需到达时间差和到达角度；根据量测信息对所述飞机进行定位，获取所述飞机的第一位置信息；将所述第一位置信息与根据ADS-B广播信号获取的飞机第二位置信息比对，当两者误差超过预设阈值时发出提示信息；其中，获取每一段航路段的最优站点包括：以所述航路段的起点和终点作为矩形的两个对角顶点，形成一个矩形区域，将所述矩形区域面积扩大一倍获得备选区域；将备选区域网格化，其中网格化的格点是所述航路段对应站点的位置；通过遍历的方法获取4个最优站点。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据量测信息对所述飞机进行定位，获取所述飞机的第一位置信息包括：将所述量测信息送入自适应多模型算法，通过扩展卡尔曼滤波器实现对飞机的定位，获取飞机的第一位置信息。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括，飞机在航路上飞行时的运动状态遵循CV和CT模型。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据ADS-B广播信号获取的飞机第二位置信息包括：将ADS-B广播信号中的飞机定位信息转化成WGS-84坐标系对应的位置信息，即第二位置信息。
5.一种基于ADS-B广播信号飞机航路监测装置，其特征在于,包括：最优站点模块，用于将选择的航路划分为多段航路段，并获取每一段航路段的多个最优站点；接收模块，用于通过所述最优站点接收飞机的ADS-B广播信号，并获取所述飞机的多个量测信息，其中量测信息至少包括所述飞机所需到达时间差和到达角度；定位模块，用于根据量测信息对所述飞机进行定位，获取所述飞机的第一位置信息；对比模块，用于将所述第一位置信息与根据ADS-B广播信号获取的飞机第二位置信息比对，当两者误差超过预设阈值时发出提示信息；其中，所述最优站点模块包括：构造单元，用于以所述航路段的起点和终点作为矩形的两个对角顶点，形成一个矩形区域，将所述矩形区域面积扩大一倍获得备选区域；网格化单元，用于将备选区域网格化，其中网格化的格点是所述航路段对应站点的位置；遍历单元，用于通过遍历的方法获取4个最优站点。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述定位模块还用于，将所述量测信息送入自适应多模型算法，通过扩展卡尔曼滤波器实现对飞机的定位，获取飞机的第一位置信息。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括，飞机在航路上飞行时的运动状态遵循CV和CT模型。
8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述对比模块还用于，将ADS-B广播信号中的飞机定位信息转化成WGS-84坐标系对应的位置信息，即第二位置信息。
9.一种计算机存储介质，其存储计算机程序，其特征在于，在所述计算机程序被执行时，实施根据权利要求1-4中任一项所述的方法。
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