CN103616706A - 基于北斗位置监控应用中的目标运动轨迹预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于北斗位置监控应用中的目标运动轨迹预测方法，具体是一种在使用北斗位置监控应用中的目标运动轨迹预测方法。在基于北斗位置监控应用中，通过在监控站等待北斗接收下一次数据的间隔中，根据当前收到的目标状态信息，估算这段时间内目标的轨迹，按照时间顺序将预测结果用区别于目标真实轨迹的颜色或符号进行显示，待接收到新的目标状态信息后再将预测的轨迹删除的方法解决目标在北斗通讯间隔期间长时间保持不动，给监控人员带来不便的问题。

Description

基于北斗位置监控应用中的目标运动轨迹预测方法

技术领域

本发明涉及一种导航领域的一种目标运动轨迹的预测方法，具体是一种在使用北斗位置监控应用中的目标运动轨迹预测方法。

背景技术

当前我国正在大力发展北斗卫星定位导航系统，北斗系统具有授时、定位以及数据通信的功能在很多领域都有着广泛的应用。例如在航空或航海领域在航空器或船舶上装北斗设备，利用北斗的定位功能获取目标的位置信息，再通过北斗的数据通信能力发送给监控站可以实现对目标的运行监控。然而，北斗进行数据通信的方式不是连续实时的通信方式，它的采用每间隔一段时间通讯一次的间断的方式进行通信，其间隔的时间由北斗设备的所获取的通讯优先级别决定，通常民用级别的通信间隔时间为大于一分钟。在这种间隔通信的方式下造成监控站获取的目标的位置在北斗通讯间隔期间长时间保持不动，特别是对于级别较低的北斗设备，这一现象更加明显，会给监控人员造成设备故障、监控设备死机等假象，这给监控人员带来了不便。

发明内容

针对上述现有技术的问题，本发明在发明目的在于提供一种基于北斗位置监控应用中的目标运动轨迹预测方法，在基于北斗位置监控应用中，通过在监控站等待北斗接收下一次数据的间隔中，根据当前收到的目标状态信息，估算这段时间内目标的轨迹，按照时间顺序将预测结果用区别于目标真实轨迹的颜色或符号进行显示，待接收到新的目标状态信息后再将预测的轨迹删除的方法解决目标在北斗通讯间隔期间长时间保持不动，给监控人员带来不便的问题。

本发明的发明目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于北斗位置监控应用中的目标运动轨迹预测方法，包括如下步骤：

步骤一，监控站接收目标的发送的状态信息，利用线性外推法估算目标的在北斗通讯间隔期间的轨迹。

步骤二，以有别于目标真实轨迹的颜色或符号进行显示预测的轨迹。

步骤三，监控站接收到新的目标状态信息后擦除预测的目标轨迹，显示真实的目标轨迹，并转向步骤一。

依据上述特征，所述步骤一中所述的状态信息主要包括目标速度、位置、高度、偏航角。

依据上述特征，所述利用线性外推法估算目标的在北斗通讯间隔期间的轨迹具体为：

首先将目标经纬度坐标转换为当前位置的北东地坐标系下来进行外推；

然后再将外推结果转换到经纬度坐标。

本发明具有以下有益效果：本方法使用线性外推法进行目标轨迹预测，实现简单运算量小，且基本能够满足监控的需要，解决了监控站在获取的目标位置时在北斗通讯间隔期间长时间保持不动，给监控人员带来不便的问题。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的实施例作详细说明。

本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

步骤一，监控站接收目标的发送的状态信息，利用线性外推法估算目标的在北斗通讯间隔期间的轨迹，在外推时采用将目标经纬度坐标转换为当前位置的北东地坐标系下来进行外推以确保推算的精度，然后再将外推结果转换到经纬度坐标。

步骤一中所述的状态信息主要包括目标速度、位置、高度、偏航角等，但不仅限于上述信息。

北斗系统的用户发送数据有周期的限制，不同级别的用户其发送周期不尽相同，有的用户发送权限为每分钟发送一次数据，有的为15秒甚至5秒发送一次。这里假设所使用的北斗设备发送权限为每T₀秒发送一次，T₀=60。

设目标通过北斗发送的当前状态信息中的位置为（J₁，W₁，Z₁）其中J₁为经度，W₁为纬度，东经取正，西经取负，Z₁为海拔高度，北纬取正，状态信息中的地速（即目标相对于地面的速度）为V，这里的V为标量；状态信息中的垂直速度为V_v；状态信息中的航向角为ω。

以（J₁，W₁，Z₁）为原点建立的北东地坐标系为参照坐标系（X轴指向东，Y轴指向北，Z轴指向地）。记(x(0),y(0),z(0))为（J₁，W₁，Z₁）在该东北地坐标系下的坐标，显然(x(0),y(0),z(0))＝(0,0,0)。设目标在北斗通讯间隔期间保持当前状态做匀速直线运动，则目标在(n+1)Δt时刻的预测位置为：

x((n+1)Δt)＝x(nΔt)+ΔtVcosω

y((n+1)Δt)＝y(nΔt)+ΔtVsinω

z((n+1)Δt)＝z(nΔt)+ΔtV_v

其中n=1,2,3,…,N；NΔt=T₀；Δt为预测时间步长。若T₀=60秒，Δt=0.5秒，则N=120。

通常监控站将目标的位置标记在地图上，因此需要将以上方法得到的预测轨迹坐标转换为经纬度坐标。设(X′_B,Y′_B,Y′_B)为东北地坐标系下的坐标，记该坐标在地心地固坐标系（ECEF坐标系）下的坐标为（r,s,t），则有：

$\left(\begin{array}{c}r\\ s\\ t\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}-\sin J_2& -\sin \left(W_2\right)\cos \left(J_2\right)& \cos \left(W_2\right)\cos J\\ \cos \left(J_2\right)& -\sin \left(W_2\right)\sin \left(J_2\right)& \cos \left(W_2\right)\sin J\\ 0& \cos \left(W_2\right)& -\sin \left(W_2\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{X}_B^{\′}\\ Y_B^{\′}\\ Z_B^{\′}\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}{a}^{\′}\\ b^{\′}\\ c^{\′}\end{array}\right)$

其中(a′,b′,c′)为该东北地坐标系原点在ECEF坐标系下的坐标，由经度、纬度和高度转换为ECEF坐标的方法在后续有详细介绍。

将ECEF下的坐标(r,s,t)转换为经纬高度的方法如下

$\tan W=\frac{r}{s}$

$K_{i+1}=1+\frac{p^2+(1-e^2)t^2{K}_i^3}{c_i-p^2}---\left(1\right)$

其中W为纬度， $c_i=\frac{{(p^2+(1-e^2)t^2{K}_i^2)}^{3/2}}{{\mathrm{ae}}^2},p=\sqrt{r^2+s^2}$

取K₀＝(1-e²)^-1，用上式迭代10次左右，即得到K₁₀的值，然后通过（2）即可得到W的值。

$K_{10}=\frac{p}{t}\tan W---\left(2\right)$

如采用的是WGS84大地坐标系，则a=6378137.0，e²＝6.69437999014x10^-3。

由经度、纬度和高度转换为ECEF坐标的方法如下：

$\left(\begin{array}{c}{X}^{\′}\\ Y^{\′}\\ Z^{\′}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}(N+H)\cos \left(\mathrm{\α}\right)\cos \left(\mathrm{\β}\right)\\ (N+H)\cos \left(\mathrm{\α}\right)\sin \left(\mathrm{\β}\right)\\ \left[(T^2/S^2)(N+H)\right]\sin \left(\mathrm{\α}\right)\end{array}\right)$

$N=\frac{{2S}^2}{S^2\cos \left(2\mathrm{\α}\right)+T^2\sin \left(2\mathrm{\β}\right)}$

其中，X′、Y′、Z′为ECEF下的坐标，ECEF坐标系中Z轴方向为真北方向，α，β，H分别为待转换点的纬度、经度和海拔高度，S、T分别为椭球横半轴和纵半轴的长度，如采用的是WGS84坐标系，则S、T分比为6378137和6356752.3142。

步骤二，以有别于目标真实轨迹的颜色或符号进行显预测的轨迹。

记步骤一中坐标（x(nΔt)，y(nΔt)，z(nΔt)）转换为经度、纬度和高度后为（w(nΔt)，j(nΔt)，z(nΔt)），其中n=1,2,3…N。使用有别于目标真实轨迹的符号或颜色，每间隔Δt时间将，对应时刻目标的经、纬和高度坐标（w(nΔt)，j(nΔt)，z(nΔt)）进行显示。

步骤三，监控站接收到新的目标状态信息后擦除预测的目标轨迹，显示真实的目标轨迹，并转向步骤一。

由于预估的目标运动轨迹会与真实的目标轨迹有出入，因此当心的目标状态接收到后，应及时将目标的真实轨迹进行显示并擦除预估的轨迹，以免造成显示混乱。为保证方法的持续性，在进行完步骤三的操作后应转到步骤一。

本发明具有以下有益效果：本方法使用线性外推法进行目标轨迹预测，实现简单运算量小，且基本能够满足监控的需要，解决了监控站在获取的目标位置时在北斗通讯间隔期间长时间保持不动，给监控人员带来不便的问题。

Claims (3)

1.一种基于北斗位置监控应用中的目标运动轨迹预测方法，包括如下步骤：

步骤一，监控站接收目标的发送的状态信息，利用线性外推法估算目标的在北斗通讯间隔期间的轨迹；

步骤二，以有别于目标真实轨迹的颜色或符号进行显示预测的轨迹；

步骤三，监控站接收到新的目标状态信息后擦除预测的目标轨迹，显示真实的目标轨迹，并转向步骤一。

2.根据权利要求1所述的一种基于北斗位置监控应用中的目标运动轨迹预测方法，其特征在于所述步骤一中所述的状态信息主要包括目标速度、位置、高度、偏航角。

3.根据权利要求1所述的一种基于北斗位置监控应用中的目标运动轨迹预测方法，其特征在于所述利用线性外推法估算目标的在北斗通讯间隔期间的轨迹具体为：

首先将目标经纬度坐标转换为当前位置的北东地坐标系下来进行外推；

然后再将外推结果转换到经纬度坐标。