CN108693545A - 基于星载ads-b的异常目标定位方法 - Google Patents

基于星载ads-b的异常目标定位方法 Download PDF

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Abstract

针对现有的星载ADS‑B技术不能主动对航空器进行定位，特别是不能对异常目标进行定位的缺陷，本发明提供了基于星载ADS‑B的异常目标定位方法。该方法利用已有的星载ADS‑B平台，根据异常目标视野中的可见搭载有ADS‑B接收机的低轨卫星的数目，采用单星定位、双星定位、三星定位以及四颗以上的多星定位方法，实现对异常目标的定位。

Description

基于星载ADS-B的异常目标定位方法
技术领域
本发明涉及目标定位技术领域，特指一种基于星载ADS-B的异常目标定位方法。
背景技术
广播式自动相关监视技术(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast，简写为ADS-B)采用全向广播方式自动播发机型、航空代码、位置、速度、高度和航线等信息，相对于传统的二次雷达监视技术，能够显著提高航空器的飞行效率和安全系数。星载ADS-B利用卫星的高远位置特性，接收全球空域的ADS-B信息，可实现全球海洋、极地以及大量的遥远不发达地区的空中管制，可实现全球范围内的准实时目标监控、空中流量测量和航线优化，提高航空飞行效率和安全系数。星载ADS-B以其巨大的优越性吸引了众多机构参与研制，发射了多颗实验卫星，比如丹麦的GOMX系列，德国的Proba-V，美国的二代铱星以及国内的天拓三号。
现有的星载ADS-B技术不能主动对航空器进行定位。ADS-B技术依赖于航空器自身广播信号进行定位，而监控端无法鉴别消息是否正确；另外，军用目标对其信息进行加密，无法解读其位置信息。
目前，ADS-B系统依赖全球导航卫星系统对目标进行定位，系统本身不具备对目标位置的验证功能。如果因系统故障或人为篡改导致航空器给出的ADS-B消息中位置信息有误，远端站设备(系统)无法辨别，这样播发出的ADS-B消息中位置信息有误的航天器为一种类型的异常目标，现有技术无法对这样的异常目标进行定位。另外在全球导航卫星系统失效情况下，广播式自动相关监视系统也不能正常工作。另一方面，非ICAO目标一般会对其发送的信息进行加密，如果能够对该类目标进行定位，对国家安全具有重大意义。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，针对现有的星载ADS-B技术不能主动对航空器进行定位，特别是不能对异常目标(因系统故障或人为篡改导致航空器发出的ADS-B消息中位置信息有误的目标以及非民航目标)进行定位的缺陷，本发明提供了基于星载ADS-B的异常目标定位方法。该方法利用已有的星载ADS-B平台，根据异常目标视野中的可见搭载有ADS-B接收机的低轨卫星的数目，采用单星定位、双星定位、三星定位以及四颗以上的多星定位方法，实现对异常目标的定位。
作为本发明的第一种基于星载ADS-B的异常目标定位方法，设搭载有ADS-B收发机且因系统故障或人为篡改导致播发出的ADS-B消息中位置信息有误的异常目标(或搭载有ADS-B收发机但其ADS-B消息加密无法解读其位置信息的非民航目标)的视野中有一颗搭载有ADS-B接收机的低轨卫星，则利用搭载有ADS-B接收机的低轨卫星和异常目标之间相对运动所产生的多普勒频率变化对异常目标进行定位，方法如下：
搭载在低轨卫星上的星载ADS-B接收机在正常的ADS-B信号解调过程中，需要估计ADS-B信号的载波频率以及ADS-B信号到达卫星的时刻，之后将频率、时间和ADS-B报文信息统一打包发往地面数据处理中心；若数据处理中心检测到异常报文，则提取报文对应的载频和时间信息送往后端定位处理模块进行定位，定位过程如下：
根据根据多普勒效应，设在ti时刻搭载有ADS-B接收机的低轨卫星接收到的ADS-B信号频率fi与异常目标的发射ADS-B信号的发射频率fT有如下关系：
其中fi为低轨卫星在ti时刻接收到的ADS-B信号频率，Vi为ti时刻低轨卫星的速度，θi为低轨卫星和异常目标的连线与低轨卫星速度方向的夹角，c是光速，fT是异常目标发射的频率。
假设低轨卫星的速度、异常目标发射ADS-B信号的发射频率fi已知，只要低轨卫星测得此时接收到的的ADS-B信号频率fi，就可以求出夹角θi的值。
在空间中，在ti时刻与低轨卫星运动方向成θi角的所有坐标点组成一个以低轨卫星位置为顶点、圆锥角为θi的圆锥面。对于卫星过顶异常目标的任意两个时刻点可以得到两个等频锥面，两个等频锥面与地球表面相交形成两条等频锥线，这两条等频锥线相交于两点，它们其中的一点即为异常目标所在的位置。另一个是异常目标的镜像点，也叫模糊点。在实际应用中必须利用一定的方法将模糊点剔除。考虑到多天线设计是星载ADS-B平台的一个发展趋势，可以结合比幅法测向技术以消除测频定位中的模糊点。如果卫星配置有双天线，对同一信号来说，不同天线将收到不同强度的信号，通过比较这对相邻波束输出信号包络幅度的相对大小，就可以确定异常目标方位，即利用比幅法测向消除模糊点。
作为本发明的第二种基于星载ADS-B的异常目标定位方法，设搭载有ADS-B收发机且因系统故障或人为篡改导致播发出的ADS-B消息中位置信息有误的异常目标(或搭载有ADS-B收发机但其ADS-B消息加密无法解读其位置信息的非民航目标)的视野中有两颗搭载有ADS-B接收机的低轨卫星，则异常目标发出的ADS-B信号到达两卫星的时间差TDOA(TimeDifference of Arrival，到达时间差)确定了三维空间的一个双曲面，FDOA(FrequencyDifference of Arrival,到达频率差)确定了三维空间的一个椭球面，同时认为地球为三维空间的一个球面，这三个曲面相交的交点即为异常目标的所在位置，进而实现对异常目标的定位，方法如下：
搭载在低轨卫星上的星载ADS-B接收机在正常的ADS-B信号解调过程中，需要估计ADS-B信号的载波频率以及ADS-B信号到达卫星的时刻，之后将频率、时间和ADS-B报文信息统一打包发往地面数据处理中心；若数据处理中心检测到异常报文，则提取报文对应的载频和时间信息送往后端定位处理模块进行定位，定位过程如下：
假设在某一时刻，两颗卫星i,i＝1,2的速度矢量为设两个卫星i,i＝1,2与异常目标的距离为ri,i＝1,2。则异常目标发出的ADS-B信号到达两卫星的到达时间差τ和到达频率差fd为：
fd＝Δf1-Δf2 (3)
其中：Δf1和Δf2分别为两卫星相对于异常目标的多普勒频移，c为光速。
在一个确定的坐标系如地球坐标系内和一个确定的定位时刻，设两卫星及异常目标的坐标分别为(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),(x,y,z)，其中两卫星的坐标已知，因此，有以下的关系等式成立：
其中，λ、f0分别为异常目标(x,y,z)发出的ADS-B信号的波长和频率，(vix,viy,viz),i＝1,2分别为两卫星速度矢量在x,y,z轴的分量。
同时由于异常目标位于地球表面(假设地球为球形，R为地球半径)，它的坐标满足下面的方程：
式(2)表征的到达时间差确定了三维空间的一个双曲面，式(3)表征的到达频率差确定了三维空间的一个椭球面，而式(6)则是三维空间的一个球面(地球球面)。这三个曲面的交点即为所要测量的异常目标的位置。
双星定位系统的定位方程组是非线性方程组且参数较多，因此很难直接求解，一般采用逼近的方法迭代求解且存在模糊解。
作为本发明的第三种基于星载ADS-B的异常目标定位方法，设搭载有ADS-B收发机且因系统故障或人为篡改导致播发出的ADS-B消息中位置信息有误的异常目标(或搭载有ADS-B收发机但其ADS-B消息加密无法解读其位置信息的非民航目标)的视野中有三颗搭载有ADS-B接收机的低轨卫星，则利用多星时差无源定位方法对异常目标进行定位，该方法具有计算量小、定位精度较高、易于实现等优点。方法如下：
搭载在低轨卫星上的星载ADS-B接收机在正常的ADS-B信号解调过程中，需要估计ADS-B信号的载波频率以及ADS-B信号到达卫星的时刻，之后将频率、时间和ADS-B报文信息统一打包发往地面数据处理中心；若数据处理中心检测到异常报文，则提取报文对应的载频和时间信息送往后端定位处理模块进行定位，定位过程如下：
将异常目标视野中的三个低轨卫星i,i＝0,1,2，其中一颗定义为主星i,i＝0，另外两颗定义为辅星i,i＝1,2；
首先，在三维空间，异常目标发出的ADS-B信号到达两颗辅星的到达时间差能够确定了三维空间的一个双曲面；
假设在某一时刻，两颗辅星i,i＝1,2的速度矢量为设两个辅星i,i＝1,2与异常目标的距离为ri,i＝1,2。则异常目标发出的ADS-B信号到达两辅星的到达时间差τ和到达频率差fd为：
fd＝Δf1-Δf2 (8)
其中：Δf1和Δf2分别为两辅星相对于异常目标的多普勒频移，c为光速。
在一个确定的坐标系如地球坐标系内和一个确定的定位时刻，设两辅星及异常目标的坐标分别为(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),(x,y,z)，其中两辅星的坐标已知，因此，有以下的关系等式成立：
其中，λ、f0分别为异常目标发出的ADS-B信号的波长和频率，(vix,viy,viz),i＝1,2分别为两辅星速度矢量在x,y,z轴的分量。
式(2)表征的异常目标发出的ADS-B信号到达两颗辅星的到达时间差即确定了三维空间的一个双曲面。
接着，对异常目标的空间位置建立如下非线性方程：
式中，(x,y,z)为待求的异常目标空间坐标，(xi,yi,zi)为三颗卫星的空间坐标，i＝0对应主星空间位置，i＝1,2分别对应两颗辅星的空间位置。Di,i＝1,2为异常目标发出的ADS-B信号达到主星i,i＝0的时间与异常目标发出的ADS-B信号到达辅星i,i＝1,2的时间之间时间差；c为光速；N是地球卯酉圈曲率半径，e是地球偏心率。
式(7)是由时差的定义获得的，(8)是对地球表面进行建模获得的。对空间位置的描述一般采用采用纬度(B)、精度(L)、高度(H)三个参数对空间直角坐标系的坐标(x,y,z)进行替换。在航空监视系统中，飞机的飞行高度一般在8000～10000米范围内。需要对地球模型的高度值进行修正，而一般航空监视应用中我们更关心其经纬度信息，高度范围的估计误差显得不那么重要。
作为本发明的第四种基于星载ADS-B的异常目标定位方法，设搭载有ADS-B收发机且因系统故障或人为篡改导致播发出的ADS-B消息中位置信息有误的异常目标(或搭载有ADS-B收发机但其ADS-B消息加密无法解读其位置信息的非民航目标)的视野中有四颗搭载有ADS-B接收机的低轨卫星，则利用距离交会法解算出异常目标的位置实现对异常目标进行定位，方法如下：
搭载在低轨卫星上的星载ADS-B接收机在正常的ADS-B信号解调过程中，需要估计ADS-B信号的载波频率以及ADS-B信号到达卫星的时刻，之后将频率、时间和ADS-B报文信息统一打包发往地面数据处理中心；若数据处理中心检测到异常报文，则提取报文对应的载频和时间信息送往后端定位处理模块进行定位，定位过程如下：
设ti时刻，异常目标至四颗卫星S1、S2、S3、S4的伪距分别为ρ1，ρ2，ρ3，ρ4，四颗卫星S1、S2、S3、S4的三维坐标已知，用距离交会的方法求解异常目标的三维坐标(x，y，z)的观测方程为：
式中的c为光速，t0为ADS-B信号从异常目标发出的的发射时刻。xi、yi、zi代表四颗卫星的位置，可查询星历文件获得。ti,i＝1,2,3,4分别是异常目标发出的同一个ADS-B信号达到四颗卫星的时刻。
与现有技术相比，本发明能够产生以下技术效果：利用卫星平台对异常航空器目标定位，扩展了传统地基航管设备的监控范围，能够对远洋、极地、沙漠等区域的异常航空器目标进行监测，提升航空安全。
附图说明
图1为本发明一实施例的流程图
图2是本发明一实施例的原理框图
具体实施方式
参照如1和图2，提供了一种基于星载ADS-B的异常目标定位方法，根据异常目标(搭载有ADS-B收发机且因系统故障或人为篡改导致播发出的ADS-B消息中位置信息有误的航天器或者搭载有ADS-B收发机但其ADS-B消息加密无法解读其位置信息的非民航目标)的视野中搭载有ADS-B接收机的低轨卫星的数量，确定其采用的对异常目标定位的方法；搭载在低轨卫星上的星载ADS-B接收机在正常的ADS-B信号解调过程中，需要估计ADS-B信号的载波频率以及ADS-B信号到达卫星的时刻，之后将频率、时间和ADS-B报文信息统一打包发往地面数据处理中心；若数据处理中心检测到异常报文，则提取报文对应的载频和时间信息送往后端定位处理模块进行定位，定位过程如下：
如异常目标视野中的卫星数目为1颗，则利用搭载有ADS-B接收机的低轨卫星和异常目标之间相对运动所产生的多普勒频率变化对异常目标进行定位，方法如下：
根据多普勒效应，设在ti时刻搭载有ADS-B接收机的低轨卫星接收到的ADS-B信号频率fi与异常目标的发射ADS-B信号的发射频率fT有如下关系：
其中fi为低轨卫星在ti时刻接收到的ADS-B信号频率，Vi为ti时刻低轨卫星的速度，θi为低轨卫星和异常目标的连线与低轨卫星速度方向的夹角，c是光速，fT是异常目标发射的频率。
假设低轨卫星的速度、异常目标发射ADS-B信号的发射频率fi已知，只要低轨卫星测得此时接收到的的ADS-B信号频率fi，就可以求出夹角θi的值。
在空间中，在ti时刻与低轨卫星运动方向成θi角的所有坐标点组成一个以低轨卫星位置为顶点、圆锥角为θi的圆锥面。对于卫星过顶异常目标的任意两个时刻点可以得到两个等频锥面，两个等频锥面与地球表面相交形成两条等频锥线，这两条等频锥线相交于两点，它们其中的一点即为异常目标所在的位置。另一个是异常目标的镜像点，也叫模糊点。在实际应用中必须利用一定的方法将模糊点剔除。考虑到多天线设计是星载ADS-B平台的一个发展趋势，可以结合比幅法测向技术以消除测频定位中的模糊点。如果卫星配置有双天线，对同一信号来说，不同天线将收到不同强度的信号，通过比较这对相邻波束输出信号包络幅度的相对大小，就可以确定异常目标方位，即利用比幅法测向消除模糊点。
如果异常目标的视野中有两颗搭载有ADS-B接收机的低轨卫星，则异常目标发出的ADS-B信号到达两卫星的时间差TDOA确定了三维空间的一个双曲面，FDOA确定了三维空间的一个椭球面，同时认为地球为三维空间的一个球面，这三个曲面相交的交点即为异常目标的所在位置，进而实现对异常目标的定位，方法如下：
假设在某一时刻，两颗卫星i,i＝1,2的速度矢量为设两个卫星i,i＝1,2与异常目标的距离为ri,i＝1,2。则异常目标发出的ADS-B信号到达两卫星的到达时间差τ和到达频率差fd为：
fd＝Δf1-Δf2 (3)
其中：Δf1和Δf2分别为两卫星相对于异常目标的多普勒频移，c为光速。
在一个确定的坐标系如地球坐标系内和一个确定的定位时刻，设两卫星及异常目标的坐标分别为(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),(x,y,z)，其中两卫星的坐标已知，因此，有以下的关系等式成立：
其中，λ、f0分别为异常目标发出的ADS-B信号的波长和频率，(vix,viy,viz),i＝1,2分别为两卫星速度矢量在x,y,z轴的分量。
同时由于异常目标位于地球表面(假设地球为球形，R为地球半径)，它的坐标满足下面的方程：
式(2)表征的到达时间差确定了三维空间的一个双曲面，式(3)表征的到达频率差确定了三维空间的一个椭球面，而式(6)则是三维空间的一个球面(地球球面)。这三个曲面的交点即为所要测量的异常目标的位置。
双星定位系统的定位方程组是非线性方程组且参数较多，因此很难直接求解，一般采用逼近的方法迭代求解且存在模糊解。
如果异常目标的视野中有三颗搭载有ADS-B接收机的低轨卫星，则利用多星时差无源定位方法对异常目标进行定位，该方法具有计算量小、定位精度较高、易于实现等优点。方法如下：
将异常目标视野中的三个低轨卫星i,i＝0,1,2，其中一颗定义为主星i,i＝0，另外两颗定义为辅星i,i＝1,2；
首先，在三维空间，异常目标发出的ADS-B信号到达两颗辅星的到达时间差能够确定了三维空间的一个双曲面；
假设在某一时刻，两颗辅星i,i＝1,2的速度矢量为设两个辅星i,i＝1,2与异常目标的距离为ri,i＝1,2。则异常目标发出的ADS-B信号到达两辅星的到达时间差τ和到达频率差fd为：
fd＝Δf1-Δf2 (8)
其中：Δf1和Δf2分别为两辅星相对于异常目标的多普勒频移，c为光速。
在一个确定的坐标系如地球坐标系内和一个确定的定位时刻，设两辅星及异常目标的坐标分别为(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),(x,y,z)，其中两辅星的坐标已知，因此，有以下的关系等式成立：
其中，λ、f0分别为异常目标发出的ADS-B信号的波长和频率，(vix,viy,viz),i＝1,2分别为两辅星速度矢量在x,y,z轴的分量。
式(2)表征的异常目标发出的ADS-B信号到达两颗辅星的到达时间差即确定了三维空间的一个双曲面。
接着，对异常目标的空间位置建立如下非线性方程：
式中，(x,y,z)为待求的异常目标空间坐标，(xi,yi,zi)为三颗卫星的空间坐标，i＝0对应主星空间位置，i＝1,2分别对应两颗辅星的空间位置。Di,i＝1,2为异常目标发出的ADS-B信号达到主星i,i＝0的时间与异常目标发出的ADS-B信号到达辅星i,i＝1,2的时间之间时间差；c为光速；N是地球卯酉圈曲率半径，e是地球偏心率。
式(7)是由时差的定义获得的，(8)是对地球表面进行建模获得的。对空间位置的描述一般采用采用纬度(B)、精度(L)、高度(H)三个参数对空间直角坐标系的坐标(x,y,z)进行替换。在航空监视系统中，飞机的飞行高度一般在8000～10000米范围内。需要对地球模型的高度值进行修正，而一般航空监视应用中我们更关心其经纬度信息，高度范围的估计误差显得不那么重要。
如果异常目标的视野中有四颗或四颗以上的搭载有ADS-B接收机的低轨卫星，则利用距离交会法解算出异常目标的位置实现对异常目标进行定位，方法如下：
设异常目标至四颗卫星S1、S2、S3、S4的距离为c(ti-t0),i＝1,2,3,4，四颗卫星S1、S2、S3、S4的三维坐标已知，用距离交会的方法求解异常目标的三维坐标(x，y，z)的观测方程为：
式中的c为光速，t0为ADS-B信号从异常目标发出的的发射时刻，xi、yi、zi代表四颗卫星的位置，可查询星历文件获得。ti，i＝1,2,3,4分别是异常目标发出的同一个ADS-B信号达到四颗卫星的时刻。

Claims (5)

1.基于星载ADS-B的异常目标定位方法，其特征在于：根据异常目标其视野中搭载有ADS-B接收机的低轨卫星的数量，确定其采用的对异常目标定位的方法，其中异常目标为搭载有ADS-B发射机且因系统故障或人为篡改导致播发出的ADS-B消息中位置信息有误的航空器或者搭载有ADS-B收发机但其ADS-B消息加密无法解读其位置信息的非民航目标航空器；
搭载在低轨卫星上的星载ADS-B接收机在正常的ADS-B信号解调过程中，需要估计ADS-B信号的载波频率以及ADS-B信号到达卫星的时刻，之后将频率、时间和ADS-B报文信息统一打包发往地面数据处理中心；若数据处理中心检测到异常报文，则提取报文对应的载频和时间信息送往后端定位处理模块进行定位，定位过程如下：
i)如异常目标视野中的卫星数目为1颗，则利用搭载有ADS-B接收机的低轨卫星和异常目标之间相对运动所产生的多普勒频率变化对异常目标进行定位；
ii)如果异常目标的视野中有两颗搭载有ADS-B接收机的低轨卫星，则异常目标发出的ADS-B信号到达两卫星的时间差TDOA确定了三维空间的一个双曲面，FDOA确定了三维空间的一个椭球面，同时认为地球为三维空间的一个球面，这三个曲面相交的交点即为异常目标的所在位置，进而实现对异常目标的定位；
iii)如果异常目标的视野中有三颗搭载有ADS-B接收机的低轨卫星，则利用多星时差无源定位方法对异常目标进行定位；
iv)如果异常目标的视野中有四颗或四颗以上的搭载有ADS-B接收机的低轨卫星，则利用距离交会法解算出异常目标的位置实现对异常目标进行定位。
2.根据权利要求1中所述的基于星载ADS-B的异常目标定位方法，其特征在于：对于i)情形，根据多普勒效应，设在ti时刻搭载有ADS-B接收机的低轨卫星接收到的ADS-B信号频率fi与异常目标的发射ADS-B信号的发射频率fT有如下关系：
其中fi为低轨卫星在ti时刻接收到的ADS-B信号频率，Vi为ti时刻低轨卫星的速度，θi为低轨卫星和异常目标的连线与低轨卫星速度方向的夹角，c是光速，fT是异常目标发射的ADS-B信号频率；
假设低轨卫星的速度、异常目标发射ADS-B信号的发射频率fi已知，只要低轨卫星测得此时接收到的的ADS-B信号频率fi，就可以求出夹角θi的值；
在三维空间中，在ti时刻与低轨卫星运动方向成θi角的所有坐标点组成一个以低轨卫星位置为顶点、圆锥角为θi的圆锥面；对于卫星过顶异常目标的任意两个时刻点可以得到两个等频锥面，两个等频锥面与地球表面相交形成两条等频锥线，这两条等频锥线相交于两点，它们其中的一点即为异常目标所在的位置，另一个是异常目标的镜像点，也叫模糊点；利用比幅法测向消除模糊点即可得到异常目标所在的位置。
3.根据权利要求1中所述的基于星载ADS-B的异常目标定位方法，其特征在于：对于ii)情形，假设在某一时刻，两颗卫星i,i＝1,2的速度矢量为设两个卫星i,i＝1,2与异常目标的距离为ri,i＝1,2；则异常目标发出的ADS-B信号到达两卫星的到达时间差τ和到达频率差fd为：
fd＝Δf1-Δf2 (3)
其中：Δf1和Δf2分别为两卫星相对于异常目标的多普勒频移，c为光速；
在地球坐标系内和一个确定的定位时刻，设两卫星及异常目标的坐标分别为(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),(x,y,z)，其中两卫星的坐标已知，因此，有以下的关系等式成立：
其中，λ、f0分别为异常目标(x,y,z)发出的ADS-B信号的波长和频率，(vix,viy,viz),i＝1,2分别为两卫星速度矢量在x,y,z轴的分量；
同时由于异常目标位于地球表面，假设地球为球形，R为地球半径，异常目标的坐标满足下面的方程：
式(2)表征的到达时间差确定了三维空间的一个双曲面，式(3)表征的到达频率差确定了三维空间的一个椭球面，而式(6)则是三维空间的一个球面即地球表面，这三个曲面的交点即为所要测量的异常目标的位置。
4.根据权利要求1中所述的基于星载ADS-B的异常目标定位方法，其特征在于：对于iii)情形，将异常目标视野中的三个低轨卫星i,i＝0,1,2，其中一颗定义为主星i,i＝0，另外两颗定义为辅星i,i＝1,2；
首先，在三维空间，异常目标发出的ADS-B信号到达两颗辅星的到达时间差能够确定了三维空间的一个双曲面，方法如下：
假设在某一时刻，两颗辅星i,i＝1,2的速度矢量为设两个辅星i,i＝1,2与异常目标的距离为ri,i＝1,2，则异常目标发出的ADS-B信号到达两辅星的到达时间差τ和到达频率差fd为：
fd＝Δf1-Δf2 (8)
其中：Δf1和Δf2分别为两辅星相对于异常目标的多普勒频移，c为光速；
在一个确定的坐标系如地球坐标系内和一个确定的定位时刻，设两辅星及异常目标的坐标分别为(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),(x,y,z)，其中两辅星的坐标已知，因此，有以下的关系等式成立：
其中，λ、f0分别为异常目标发出的ADS-B信号的波长和频率，(vix,viy,viz),i＝1,2分别为两辅星速度矢量在x,y,z轴的分量；
式(2)表征的异常目标发出的ADS-B信号到达两颗辅星的到达时间差即确定了三维空间的一个双曲面；
接着，对异常目标的空间位置建立如下非线性方程：
式中，(x,y,z)即为待求的异常目标空间坐标，(xi,yi,zi)为三颗卫星的空间坐标，i＝0对应主星空间位置，i＝1,2分别对应两颗辅星的空间位置，Di,i＝1,2为异常目标发出的ADS-B信号达到主星i,i＝0的时间与异常目标发出的ADS-B信号到达辅星i,i＝1,2的时间之间时间差；c为光速；N是地球卯酉圈曲率半径，e是地球偏心率。
5.根据权利要求1中所述的基于星载ADS-B的异常目标定位方法，其特征在于：对于iv)情形，设异常目标至四颗卫星S1、S2、S3、S4的距离为c(ti-t0),i＝1,2,3,4，四颗卫星S1、S2、S3、S4的三维坐标已知，用距离交会的方法求解异常目标的三维坐标(x，y，z)的观测方程为：
式中的c为光速，t0为ADS-B信号从异常目标发出的的发射时刻，xi、yi、zi代表四颗卫星的位置，可查询星历文件获得；ti，i＝1,2,3,4分别是异常目标发出的同一个ADS-B信号达到四颗卫星的时刻。
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