本发明公开了一种ADS‑B航空监视系统中的航空器定位系统及方法，该系统包括报文信息接收模块、报文解算定位模块、无源定位模块和轨迹滤波分析模块；报文信息接收模块分别和报文解算定位模块和无源定位模块连接；报文解算定位模块和无源定位模块还均与轨迹滤波分析模块连接。本发明提供的ADS‑B航空监视系统中的航空器定位系统及方法采用无源定位对轨迹滤波算法，结合报文解算信息，提高了航空器的定位精度，提高了航空监视系统的性能，具有实现效果简单，监视效果优良的特点。
1.一种ADS-B航空监视系统中的航空器定位方法，ADS-B航空监视系统中的航空器系统包括报文信息接收模块、报文解算定位模块、无源定位模块和轨迹滤波分析模块；报文信息接收模块分别和报文解算定位模块和无源定位模块连接；报文解算定位模块和无源定位模块还均与轨迹滤波分析模块连接；报文信息接收模块用于接收携带ADS-B Out设备的航空器所广播的报文信息，并将其发送至报文解算定位模块和无源定位模块；报文解算定位模块用于将无交织的报文信息和存在交织并可解交织的报文信息经过解交织后，采用报文解算算法确定该航空器的位置信息，并发送至轨迹滤波分析模块；无源定位模块用于对存在交织不可解或非位置信息的其他状态信息的报文，采用无源定位算法确定该航空器的位置信息，并发送至轨迹滤波分析模块；轨迹滤波分析模块用于将接收到的航空器的两个位置信息及其误差范围作为观测值对辐射源的位置状态信息进行滤波，得到准确的航空器的轨迹信息，实现航空器的定位；报文信息接收模块包括星载接收机和陆基接收机；报文解算定位模块包括星载ADS-B报文解算单元和陆基ADS-B报文解算单元；
S1、通过报文信息接收模块接收航空器广播的报文信息；
S3、通过报文解算定位模块和无源定位模块同时对报文信息进行处理，并将处理后的航空器位置信息发送至轨迹滤波分析模块，进而步骤S5；
S4、通过无源定位模块对报文信息进行处理，并将处理后的航空器位置信息发送至轨迹滤波分析模块，进入步骤S5；
S5、通过轨迹滤波分析模块对接收到的航空器的位置信息进行卡尔曼滤波处理，得到最终的航空器位置信息，实现航空器的准确定位；
S31、将可以解交织的报文信息同时发送至报文解算定位模块和无源定位模块进行处理；
S32、判断报文解算定位模块处理后的航空器状态信息是否为航空器位置信息；
S33、将无源定位模块处理后得到的航空器位置信息及其误差范围和报文解算定位模块处理后得到的航空器位置信息及其误差范围进行加权处理，得到一个综合的航空器位置信息及其误差范围，并发送至轨迹滤波分析模块，进入步骤S5；
S34、通过无源定位模块对航空器非位置信息进行处理，得到对应的航空器位置信息及其误差范围，并发送至轨迹滤波分析模块，进入步骤S5；
根据报文接收模块接收报文信息时刻，将报文解算定位模块和无源定位模块得到的航空器位置信息及其误差范围作为观测值，采用卡尔曼滤波法对航空器的位置信息进行滤波，减小航空器的定位估计误差，得到准确的航空器位置信息，实现航空器的准确定位。
2.根据权利要求1所述的ADS-B航空监视系统中的航空器定位方法，其特征在于，所述步骤S31中报文解算定位模块对报文信息进行处理的方法具体为：A1、判断报文信息接收模块是否为星载ADS-B报文接收机，若是，则进入步骤A2；
A2、通过星载ADS-B报文解算单元对报文信息进行解算得到报文信息的比特流信息，并进入步骤A4；
A3、通过陆基ADS-B报文解算单元对报文信息进行解算得到报文信息的比特流信息，并进入步骤A4；
A4、对解算得到的比特流信息进行译码，得到航空器状态信息；
其中，步骤A2中采用星载ADS-B报文解算定位法对报文信息进行解算；
步骤A3中采用陆基ADS-B报文解算定位法对报文信息进行解算。
3.根据权利要求1所述的ADS-B航空监视系统中的航空器定位方法，其特征在于，所述步骤S34中航空器非位置信息包括航空器的速度信息、紧急状态信息和航向信息。
4.根据权利要求1所述的ADS-B航空监视系统中的航空器定位方法，其特征在于，所述步骤S3和S4中的无源定位模块通过无源定位模型对报文信息进行信息处理，得到对应的航空器位置信息及其误差范围；
其中，无源定位模型包括四星时差无源定位模型、基于地球边界条件先验方程的三星时差无源定位模型、双星时差/测向无源定位模型、双星测向无源定位模型、基于频率补偿的双星时差/频差无源定位模型以及单星无源定位模型。
一种ADS-B航空监视系统中的航空器定位方法
技术领域
[0001] 本发明属于ADS-B航空监视系统中信号处理技术领域，具体涉及一种 ADS-B航空监视系统中的航空器定位系统及方法。
背景技术
[0002] ADS-B是一种适用于航空监视领域的监视技术，携带该ADS-BOut设备的飞机通过卫星导航对自身进行定位，并将定位信息按照ADS-B技术文档规范 DO260-B制定的方式进行编码广播，航空监视系统则接受并译码报文信息，实现对当前空域内飞机的监视。由于ADS-B自身的广播特性，无需监视询问，航空器自动广播其状态信息，可以在一定程度上解决ModeS体制中监视站询问的瓶颈问题；但是随着携带ADS-B广播源的航空器逐渐增多，必然存在多个航空器同一时刻广播报文，导致接收机接收到报文的交叠问题日益严峻。这一问题对于目前正在实施的星载ADS-B系统更加明显，星载ADS-B体制中，单个观测站范围覆盖巨大，显然报文交叠问题也每况愈下。现有技术中，一种方法是采用了投影算法(Projection Algorithm,PA)来解交织，但该算法难用于多重交织的解调。另一种方法是采用独立分量分析的方法对于交织报文进行分离，但是独立分量算法的复杂度极高，研究还处于研究仿真阶段。还有一种是基于干扰抵消的解交织技术，首先对交织信号中的大功率报文进行处理，然后再将接收的交织信号与还原的大功率信号比对，从中提取出小功率报文，但是这种算法的准确度是基于对较大功率信号的解调精准度，也没有考虑多普勒频移对于信号的影响，以及该算法对于多重交织的处理性能较差。对于观测站接收机来说，同一航空器所广播的报文必然存在一些时刻无交织可以利用报文解算求解，另一些时刻报文交织，但是可以利用无源定位算法进行定位求解；以及一些时刻接收到航空器速度信息报文，却希望得到航空器位置信息。
发明内容
[0003] 针对现有技术中的上述不足，本发明提供的ADS-B航空器监视系统中的航空器定位系统及方法解决了现有航空监视系统中对航空器定位时，对交织的报文信号处理性能差，无法准确的实现航空器定位的问题。
[0004] 为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种ADS-B航空监视系统中的航空器定位系统，其特征在于，包括报文信息接收模块、报文解算定位模块、无源定位模块和轨迹滤波分析模块；
[0005] 所述报文信息接收模块分别和报文解算定位模块和无源定位模块连接；
[0006] 所述报文解算定位模块和无源定位模块还均与轨迹滤波分析模块连接。
[0007] 进一步地，所述报文信息接收模块用于接收携带ADS-BOut设备的航空器所广播的报文信息，并将其发送至报文解算定位模块和无源定位模块；
[0008] 所述报文解算定位模块用于将无交织的报文信息和存在交织并可解交织的报文信息经过解交织后，采用报文解算算法确定该航空器的位置信息，并发送至轨迹滤波分析模块；
[0009] 所述无源定位模块用于对存在交织不可解或非位置信息的其他状态信息的报文，采用无源定位算法确定该航空器的位置信息，并发送至轨迹滤波分析模块；
[0010] 所述轨迹滤波分析模块用于将接收到的航空器的两个位置信息及其误差范围作为观测值对辐射源的位置状态信息进行滤波，得到准确的航空器的轨迹信息，实现航空器的定位。
[0011] 进一步地，所述报文信息接收模块包括星载接收机和陆基接收机；
[0012] 所述报文解算定位模块包括星载ADS-B报文解算单元和陆基ADS-B报文解算单元。
[0013] 一种ADS-B航空监视系统中航空器的定位方法，包括以下步骤：
[0014] S1、通过报文信息接收模块接收航空器广播的报文信息；
[0015] S2、判断报文信息是否可以解交织；
[0016] 若是，则进入步骤S3；
[0017] 若否，则进入步骤S4；
[0018] S3、通过报文解算定位模块和无源定位模块同时对报文信息进行处理，并将处理后的航空器位置信息发送至轨迹滤波分析模块，进而步骤S5；
[0019] S4、通过无源定位模块对报文信息进行处理，并将处理后的航空器位置信息发送至轨迹滤波分析模块，进入步骤S5；
[0020] S5、通过轨迹滤波分析模块对接收到的航空器的位置信息进行卡尔曼滤波处理，得到最终的航空器位置信息，实现航空器的准确定位。
[0021] 进一步地，所述步骤S3具体为：
[0022] S31、将可以解交织的报文信息同时发送至报文解算定位模块和无源定位模块进行处理；
[0023] S32、判断报文解算定位模块处理后的航空器状态信息是否为航空器位置信息；
[0024] 若是，则进入步骤S33；
[0025] 若否，则进入步骤S34；
[0026] S33、将无源定位模块处理后得到的航空器位置信息及其误差范围和报文解算定位模块处理后得到的航空器位置信息及其误差范围进行加权处理，得到一个综合的航空器位置信息及其误差范围，并发送至轨迹滤波分析模块，进入步骤S5；
[0027] S34、通过无源定位模块对航空器非位置信息进行处理，得到对应的航空器位置信息及其误差范围，并发送至轨迹滤波分析模块，进入步骤S5。
[0028] 进一步地，所述步骤S31中报文解算定位模块对报文信息进行处理的方法具体为：
[0029] A1、判断报文信息接收模块是否为星载ADS-B报文接收机，
[0030] 若是，则进入步骤A2；
[0031] 若否，则进入步骤A3；
[0032] A2、通过星载ADS-B报文解算单元对报文信息进行解算得到报文信息的比特流信息，并进入步骤A4；
[0033] A3、通过陆基ADS-B报文解算单元对报文信息进行解算得到报文信息的比特流信息，并进入步骤A4；
[0034] A4、对解算得到的比特流信息进行译码，得到航空器状态信息；
[0035] 其中，步骤A2中采用星载ADS-B报文解算定位法对报文信息进行解算；
[0036] 步骤A3中采用陆基ADS-B报文解算定位法对报文信息进行解算。
[0037] 进一步地，所述步骤S34中航空器非位置信息包括航空器的速度信息、紧急状态信息和航向信息。
[0038] 进一步地，所述步骤S3和S4中的无源定位模块通过无源定位模型对报文信息进行信息处理，得到对应的航空器位置信息及其误差范围；
[0039] 其中，无源定位模型包括四星时差无源定位模型、基于地球边界条件先验方程的三星时差无源定位模型、双星时差/测向无源定位模型、双星测向无源定位模型、基于频率补偿的双星时差/频差无源定位模型以及单星无源定位模型。
[0040] 进一步地，所述步骤S5具体为：
[0041] 根据报文接收模块接收报文信息时刻，将报文解算定位模块和无源定位模块得到的航空器位置信息及其误差范围作为观测值，采用卡尔曼滤波法对航空器的位置信息进行滤波，减小航空器的定位估计误差，得到准确的航空器位置信息，实现航空器的准确定位。
[0042] 本发明的有益效果为：本发明提供的ADS-B航空监视系统中的航空器定位系统及方法采用无源定位对轨迹滤波算法，结合报文解算信息，提高了航空器的定位精度，提高了航空监视系统的性能，具有实现效果简单，监视效果优良的特点。
附图说明
[0043] 图1为本发明提供的ADS-B航空监视系统中的航空器定位系统结构图。
[0044] 图2为本发明提供的ADS-B航空监视系统中的航空器定位方法流程图。
[0045] 图3为本发明中可以解交织的报文信息处理方法流程图。
[0046] 图4为本发明方法中星载ADS-B报文解算定位法示意图。
[0047] 图5为本发明方法中陆基ADS-B报文解算定位法示意图。
具体实施方式
[0048] 下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
[0049] 如图1所示，一种ADS-B航空监视系统中的航空器定位系统，包括报文信息接收模块、报文解算定位模块、无源定位模块和轨迹滤波分析模块；
[0050] 报文信息接收模块分别和报文解算定位模块和无源定位模块连接；
[0051] 报文解算定位模块和无源定位模块还均与轨迹滤波分析模块连接。
[0052] 上述报文信息接收模块用于接收携带ADS-B Out设备的航空器所广播的报文信息，并将其发送至报文解算定位模块和无源定位模块；
[0053] 报文解算定位模块用于将无交织的报文信息和存在交织并可解交织的报文信息经过解交织后，采用报文解算算法确定该航空器的位置信息，并发送至轨迹滤波分析模块；
[0054] 所述无源定位模块用于对存在交织不可解或非位置信息的其他状态信息的报文，采用无源定位算法确定该航空器的位置信息，并发送至轨迹滤波分析模块；
[0055] 轨迹滤波分析模块用于将接收到的航空器的两个位置信息及其误差范围作为观测值对辐射源的位置状态信息进行滤波，得到准确的航空器的轨迹信息，实现航空器的定位。
[0056] 其中，报文信息接收模块包括星载接收机和陆基接收机；陆基接收机的信号传输距离最多为几十公里，而星载接收机的传输距离在几百到上千公里，对于这样的传输距离的差异，接收机对报文信息的解算算法是不一样的，因此，本发明中的报文解算模块包括星载ADS-B报文解算单元和陆基ADS-B报文解算单元。
[0057] 如图2所示，本发明还提供了一种ADS-B航空监视系统中航空器的定位方法，包括以下步骤：
[0058] S1、通过报文信息接收模块接收航空器广播的报文信息；
[0059] S2、对报文信息进行分类；
[0060] 若报文信息可以解交织，则进入步骤S3；
[0061] 若报文信息不可以解交织，则进入步骤S4；
[0062] S3、通过报文解算定位模块和无源定位模块同时对报文信息进行处理，并将处理后的航空器位置信息发送至轨迹滤波分析模块，进而步骤S5；
[0063] S4、通过无源定位模块对报文信息进行处理，并将处理后的航空器位置信息发送至轨迹滤波分析模块，进入步骤S5；
[0064] S5、通过轨迹滤波分析模块对接收到的航空器的位置信息进行卡尔曼滤波处理，得到最终的航空器位置信息，实现航空器的准确定位。
[0065] 如图3所示，上述步骤S3具体为：
[0066] S31、将可以解交织的报文信息同时发送至报文解算定位模块和无源定位模块进行处理；
[0067] S32、判断报文解算定位模块处理后的航空器状态信息是否为航空器位置信息；
[0068] 若是，则进入步骤S33；
[0069] 若否，则进入步骤S34；
[0070] S33、将无源定位模块处理后得到的航空器位置信息及其误差范围和报文解算定位模块处理后得到的航空器位置信息及其误差范围进行加权处理，得到一个综合的航空器位置信息及其误差范围，并发送至轨迹滤波分析模块，进入步骤S5；
[0071] S34、通过无源定位模块对航空器非位置信息进行处理，得到对应的航空器位置信息及其误差范围，并发送至轨迹滤波分析模块，进入步骤S5。
[0072] 上述步骤S31中报文解算定位模块对报文信息进行处理的方法具体为：
[0073] A1、判断报文信息接收模块是否为星载ADS-B报文接收机，
[0074] 若是，则进入步骤A2；
[0075] 若否，则进入步骤A3；
[0076] A2、通过星载ADS-B报文解算单元对报文信息进行解算得到报文信息的比特流信息，并进入步骤A4；
[0077] A3、通过陆基ADS-B报文解算单元对报文信息进行解算得到报文信息的比特流信息，并进入步骤A4；
[0078] A4、对解算得到的比特流信息进行译码，得到航空器状态信息；
[0079] 其中，如图4所示，步骤A2中采用星载ADS-B报文解算定位法对报文信息进行解算；
[0080] 如图5所示，步骤A3中采用陆基ADS-B报文解算定位法对报文信息进行解算。
[0081] 上述步骤S34中航空器非位置信息包括航空器的速度信息、紧急状态信息和航向信息，这些信息可作为修正信息对航空器的当前状态进行修正，也可以作为无源定位模型中的已知条件，对航空器的位置信息进行确定。
[0082] 上述步骤S3和S4中的无源定位模块通过无源定位模型对报文信息进行信息处理，得到对应的航空器位置信息及其误差范围；
[0083] 其中，无源定位模型包括四星时差无源定位模型、基于地球边界条件先验方程的三星时差无源定位模型、双星时差/测向无源定位模型、双星测向无源定位模型、基于频率补偿的双星时差/频差无源定位模型以及单星无源定位模型。
[0084] 上述步骤S5具体为：
[0085] 根据报文接收模块接收报文信息时刻，将报文解算定位模块和无源定位模块得到的航空器位置信息及其误差范围作为观测值，采用卡尔曼滤波法对航空器的位置信息进行滤波，减小航空器的定位估计误差，得到准确的航空器位置信息，实现航空器的准确定位。
[0086] 本发明的有益效果为：本发明提供的ADS-B航空监视系统中的航空器定位系统及方法采用无源定位对轨迹滤波算法，结合报文解算信息，提高了航空器的定位精度，提高了航空监视系统的性能，具有实现效果简单，监视效果优良的特点。
