CN103927905B

CN103927905B - 一种确定飞机位置的方法

Info

Publication number: CN103927905B
Application number: CN201410153961.6A
Authority: CN
Inventors: 任周唱; 张强; 李宏伟
Original assignee: Sichuan Jiuzhou Electric Group Co Ltd
Current assignee: Sichuan Jiuzhou Electric Group Co Ltd
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2014-04-17
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2034-04-17
Also published as: CN103927905A

Abstract

本发明涉及一种确定飞机位置的方法，本发明对1090ES ADS‑B本地位置解码算法改进的方法中对每一架飞机设有独立的参考位置，该参考位置在初始化时为ADS‑B接收装置的位置，当解码出某飞机的正确位置后，用该飞机的位置更新该飞机对应的参考位置，因此，每架飞机的参考位置将随该飞机的位置变化而变化，当飞机飞出距ADS‑B接收装置位置约333Km(180NM)区域后，使得通过本地位置解码算法也可解码出飞机的正确位置。

Description

一种确定飞机位置的方法

技术领域

本发明涉及一种确定飞机位置的方法，特别涉及一种对1090ES ADS-B本地位置解码算法改进的方法。

背景技术

广播式自动相关监视系统(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast：ADS-B)是自动相关监视技术的一种，其主要运用于空中或地面的飞机以及机场地面移动的一些车辆，用于周期性的广播其状态向量(垂直和水平距离以及垂直和水平速度速度)和其他信息。ADS-B系统包括基于Mode S数据链ADS-B系统、VDL-4数据链ADS-B系统和UAT数据链系统。1090ES ADS-B是基于Mode S数据链的一种技术，其是国际民航组织唯一推荐的一种模式，该系统只需对Mode S应答机做少许改动，即可实现ADS-B消息编码。1090ES ADS-B下行数据链信息包括空中位置信息、地表位置信息、飞机识别和类型信息、空中速度信息和事件驱动信息，每种消息以固定的周期向外广播，本文主要针对飞机广播的空中位置信息进行解码。

ADS-B位置信息采用WGS-84坐标系，地球空间的任意位置飞机在该坐标系下均可表示唯一的坐标(J，Н)，其中表示纬度，J表示经度，Н表示地理高度。飞机在广播自己的位置时，需要将各参数转换成相应的二进制编码以方便传输，对于经纬度信息，由于飞机在航行过程中，该二进制编码的高数据位通常没有变化，因此，为了提高ADS-B消息的传输效率，扩展的S模式采用简洁位置编码(CPR)来有效的编码每架飞机的经度和纬度信息，其每个位置消息中不再发送长时间不变的高阶位(比如对于国内飞行的飞机，每次发送标志飞机处于南半球或北半球的位信息将无意义)。通过CPR编码，如图1所示，具有相同编码的两个位置的最短距离约666Km(360NM)，超过此范围，相同的CPR编码消息可能将对应于地球上的多个位置(如位置P1和位置P2具有相同的编码)，此时通过接收到飞机单帧位置数据将不能唯一确定出飞机的正确位置。

针对CPR编码，在1090ES ADS-B系统中，飞行器的位置解码算法包括全球位置解码和本地位置解码。全球位置解码不需要地面参考位置，通过在固定时间内接收到空中飞行器广播的一帧奇编码和一帧偶编码即可唯一确定飞机的正确位置。本地位置解码需要一参考位置和飞机广播的一帧奇编码或者一帧偶编码即可，但本地解码只能正确解码出参考点周围约333Km(180NM)区域内飞机的正确位置，超过此区域，解码可能出现错误。

根据CPR编码算法，对约666Km(360NM)内不同位置的飞机对应不同的编码，即相对任意参考位置约333Km(180NM)内飞机的编码不同，超过此范围，同一编码信息可能对应不同位置。现有技术《1090ES广播式自动相关监视系统的CPR算法》.2010.2.(作者：彭良福，郑超，刘志刚，林云松。)若采用全球位置解码算法，需要在一定的时间间隔内接收到一帧奇编码和一帧偶编码，此解码算法对解码条件要求比较苛刻，在接收信号质量较差的情况下会出现严重掉点现象，因此，常采用本地位置解码算法，其只需要一参考位置和一帧奇编码或者一帧偶编码即可，参考位置常设置ADS-B接收装置的位置，该位置可通过GPS/GLONASS/北斗定位系统获取，因此，实际解码时只需要接收到一帧位置编码信息即可解码出飞机的位置，相对于全球解码算法，采用本地位置解码算法更易获取飞机的位置信息。但是，由于CPR编码算法决定了采用本地位置解码算法只能正确解码出距参考位置约333Km内的飞机，当飞机飞出距参考点约333Km区域后，可能会解码出错误的飞机位置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对采用本地位置解码算法对飞机的位置进行解码，当飞机从距参考位置约333Km区域内飞往该区域外之后，仍可以采用本地位置解码算法解码出飞机的正确位置。

本发明的技术方案将本地位置解码算法中固定的参考位置改进为随飞机位置变化的动态参考位置，提高了解码点迹的连续性，增大可探测飞机的范围。

本发明对1090ES ADS-B本地位置解码算法改进的方法中对每一架飞机均设有独立的参考位置，该参考位置在初始化时为ADS-B接收装置的位置，当解码出某飞机的正确位置后，用解码出的飞机位置更新本地位置解码算法中的参考位置，因此，该飞机对应的参考位置将随飞机的位置变化而变化，当该飞机飞出距ADS-B接收装置位置约333Km(或180NM)区域后，也可以通过本地位置解码算法解码出该飞机的正确位置。

假设1090ES ADS-B接收装置可处理飞机容量为N架，N可以为任意正整数，N优先为50或100，所述方法具体包括以下步骤：

a)通过卫星定位系统获取1090ES ADS-B接收装置的本地位置{LAT0,NAT0}，其中LAT0表示本地位置的纬度，NAT0表示本地位置的经度；

b)为每一架飞机设置一个深度为M的二维数组P[M][2]，M为任意正整数，M优选为10。开机时，将数组中每个元素的初始值设置为1090ES ADS-B接收装置的本地位置，包括经度和纬度，即初始化时数组元素值为：P[M][2]＝{{LATO，NATO}，{LATO，NATO}.........................{LATO，NATO}}，大括号内共有M个元素{LAT0,NAT0}，纬度平均值为：经度平均值为：LAT和NAT即为本地位置解码算法中的参考位置；

c)当第一次接收到某架飞机的位置编码时，通过初始化时得到的参考位置进行本地解码，解码出飞机的正确位置(LATn,NATn)，此时只能解码出距参考位置约333Km内的飞机位置；

d)将飞机对应的二位数组P[M][2]中的元素右移一位，同时将解码出的飞机的位置(LATn,NATn)替换数组中0号位置中的元素，并重新计算经纬度的平均值LAT和NAT，该平均值作为下一次解码该飞机位置信息时的参考位置；

e)重复以上操作，每一架飞机对应的二维数组中的元素将逐渐被飞机历史解码出的位置信息所取代，从而通过求平均值得到该飞机对应的参考位置与飞机的真实位置逐渐靠近，两者之间的距离将小于本地位置解码时的最大距离333Km或180NM。

所述的步骤d)进一步包括开始时每个二维数组中的M个元素都为ADS-B接收装置的位置，当每次正确解码出某飞机的位置后，就先将该飞机对应的二维数组中的每个元素右移一位，第M位的元素舍掉，同时用解码出的该飞机的正确位置放入第0号位置。

参考位置不是飞机的位置，参考位置只是用于本地位置解码算法中解算飞机的正确位置，本地位置解码算法决定了需要这样一个参考位置，且其还决定了只要飞机与参考位置的距离不超过333Km，即可无模糊解算出飞机的正确位置。

本发明的技术方案将本地位置解码算法中固定的参考位置改进为动态的参考位置，每架飞机的参考位置随该飞机位置的变化而变化，当飞机飞出距参考位置约333km的区域之后，仍可通过本地位置解码算法解码出飞机的位置信息。

本发明的有益效果在于，采用改进的1090ES ADS-B本地位置解码算法既避免了采用全球位置解码时对接收信号的较高要求(全球位置解码算法需要在固定的时间间隔内接收到一帧奇编码和一帧偶编码，而本地位置解码算法只需接收到任意一帧编码数据即可)，提高解码点迹的连续性；同时解决了本地位置解码算法中飞机飞出距参考位置330Km区域后不能正确解码的问题，增大了可探测飞机的范围。

附图说明

图1为CPR编码示意图。

具体实施方式

如图1所示，CPR位置编码示意图如图所示，P1，P2，P3，P4点具有相同的位置编码，P0为参考位置。由于两个具有相同编码位置之间的距离约666Km，因此，在距P0约333Km的区域内任意两位置的编码不同，根据本地解码位置算法，当选择P0为参考位置时，可准确解码出以P0为圆心，半径为330Km区域内飞机的位置信息。当一架飞机按如图所示的方向飞行时(单箭头虚线所示)，从区域内飞向区域外，如果按照传统本地解码算法，即选定P0为参考位置，当飞机在区域内飞行时，可正确解码出飞机的位置，但是当飞出该区域后，例如此时飞机位于P2位置，采用传统位置解码算法，得到的飞机位置可能是P1点的位置信息，即得出错误的飞机位置信息。采用改进后的算法，用飞机的位置更新参考位置P0得到新的参考位置P0'，则参考位置P0'将随飞机的位置变化而变化，其大致运行轨迹如图所示(单箭头实线)，从而可确保参考位置与飞机位置之间的距离小于333Km,如图所示，飞机位于P2位置时，参考位置大致位于P0'。

本文主要针对本地位置解码算法进行改进，假设1090ES ADS-B接收装置可处理飞机容量为N批，N可以为任意正整数。具体实施方式如下：

b)为每一架飞机设置一个深度为10的二维数组P[10][2]，飞机设置一个深度为10的二维数组，即为每架飞机存储10个历史位置，用于后面求平均值，每个位置包括一个经度坐标和一个纬度坐标。开机时，将数组中每个元素的初始值设置为1090ES ADS-B接收装置的位置，包括经度和纬度，即P[10][2]＝{{LAT0,NAT0},{LAT0,NAT0},{LAT0,NAT0},{LAT0,NAT0},{LAT0,NAT0},{LAT0,NAT0},{LAT0,NAT0},{LAT0,NAT0},{LAT0,NAT0},{LAT0,NAT0}}；同时定义数组中纬度的平均值和经度的平均值LAT和NAT即为本地位置解码算法中的参考位置。

c)当第一次接收到某架飞机的位置编码时，通过初始化时得到的参考位置进行本地解码，解码出飞机的正确位置(LATn,NATn)，此时只能解码出距参考位置约333Km内的飞机位置。

d)将该飞机对应的二位数组P[10][2]中的元素右移一位，同时将解码出的飞机的位置(LATn,NATn)替换数组中0号位置中的元素，最左边的元素对应为后面提到的0号位置。如数组的10个元素排列如下，在本文中，开始时10个元素都为ADS-B接收装置的位置，当每次正确解码出飞机的位置后，就先将该二维数据中的每个元素右移一位，第9位的元素舍掉，同时用解码出的正确位置放入第0号位置，如下表所示，

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

并重新计算经纬度的平均值LAT和NAT，该平均值作为下一次解码该飞机位置信息时的参考位置。

e)重复以操作，每一架飞机对应的二维数组中的元素将逐渐被飞机历史解码出的位置信息所取代，从而通过求平均值得到的参考位置与飞机的真实位置越来越近，两者之间的距离将远小于本地位置解码时的最大距离333Km(180NM)。

本发明中的参考位置不是飞机的位置，参考位置只是用于本地位置解码算法中解算飞机的正确位置，本地位置解码算法决定了需要这样一个参考位置，且其还决定了只要飞机与参考位置的距离不超过330KM，即可无模糊解算出飞机的正确位置。而传统方法中，由于其参考位置固定，飞机有可能飞出333KM这个区域，此时就会产生错误。因此，本发明中采用以飞机的真实位置来更新参考位置，这样参考位置就会随飞机位置的变化而变化，从而确保飞机与参考位置直接的距离始终不会超过333KM。

本领域技术人员应该理解，上述实施方案仅仅是为了说明的目的而所举的示例，而不是用来进行限制，凡在本申请的教导和权利要求保护范围下所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请要求保护的范围内。

Claims

1.一种确定飞机位置的方法，其特征在于对每一架飞机设有独立的参考位置，该参考位置在初始化时为1090ES ADS-B接收装置的位置，当解码出某飞机的正确位置后，用该飞机的位置更新该飞机对应的参考位置，因此，该飞机对应的参考位置将随该飞机的位置变化而变化，当该飞机飞出距1090ES ADS-B接收装置位置333Km区域后，通过1090ES ADS-B本地位置解码算法也可解码出该飞机的正确位置。

2.根据权利要求1所述的一种确定飞机位置的方法，其特征在于，设1090ES ADS-B接收装置处理飞机容量为N架，N为任意正整数，所述方法具体包括以下步骤：

b)为每一架飞机设置一个深度为M的二维数组P[M][2]，M为任意正整数，表示每架飞机可存储M个历史位置信息，开机时，将每个二维数组中每个元素的初始值均设置为1090ESADS-B接收装置的本地位置，每个元素包括本地位置的经度和纬度，即初始化时每个二维数组元素值为：P[M][2]＝{{LAT0，NAT0}，{LAT0，NAT0}.........................{LAT0，NAT0}}，大括号内共有M个元素{LAT0,NAT0}，求出纬度平均值为：

经度平均值为：

LAT和NAT即为采用本地位置解码算法中解码飞机位置所需的参考位置；

c)当第一次接收到某架飞机的位置编码时，通过初始化时得到的参考位置进行本地解码，解码出飞机的正确位置{LATn,NATn}，此时只能解码出距参考位置为330Km内的飞机位置；

d)将该飞机对应的二位数组P[M][2]中的元素右移一位，同时将解码出的飞机的位置{LATn,NATn}替换该飞机所对应的二维数组中0号位置中的元素，即最左边位置的数据，替换后该数组元素更新为：P[M][2]＝{{LATn,NATn},{LAT0,NAT0},……{LAT0,NAT0}}，并重新计算经纬度的平均值LAT和NAT，该平均值作为下一次解码该飞机位置信息时的参考位置；

e)重复以上操作，每一架飞机对应的二维数组中的元素将逐渐被飞机历史解码出的位置信息所取代，从而通过求平均值得到的参考位置与飞机的真实位置逐渐靠近，两者之间的距离将小于本地位置解码时的最大距离333Km或180NM。

3.根据权利要求2所述的一种确定飞机位置的方法，其特征在于所述的步骤d)进一步包括开始时每架飞机对应的二维数组中M个元素值均为ADS-B接收装置的位置，当每次正确解码某架飞机的位置后，就先将该飞机对应的二维数组中的每个元素右移一位，第M位的元素舍掉，同时用解码出的正确位置放入最左边的第0号位置。

4.根据权利要求2所述的一种确定飞机位置的方法，其特征在于参考位置不是飞机的位置，参考位置只是用于本地位置解码算法中解算飞机位置的一个参考位置，本地位置解码算法决定了需要这样一个参考位置，且其还决定了只要飞机与参考位置的距离不超过333KM，即能够通过本地位置解码算法无模糊解算出飞机的正确位置。

5.根据权利要求2所述的一种确定飞机位置的方法，其特征在于N为50或100，M为10。