CN1419106A - 联合雷达/自动回报监视环境中航迹位置预测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种航迹预测处理的方法，应用在联合雷达/自动回报装置监视环境中；针对航机位置回报时间间隔过长的问题，例如：ADS－A可能长达15－30分钟，本发明提供了一种新的方法可以有效地预测航机在此时间间隔的位置。

Description

联合雷达/自动回报监视环境中航迹位置预测的方法

技术领域

本发明属飞航管理技术领域，尤指在联合雷达/自动回报监视环境中，一种航迹预测处理的方法。

背景技术

由于航空交通量成长快速(约每年成长10％)，目前的飞航管理系统无法做有效率的交通管理。为了解决伴随而来的问题例如：运作成本提高、飞机抵达时间延迟，国际民航组织(ICAO)组成FANS委员会针对此情况提出改善方案。FANS在1991年针对通讯(COMMUNICATION)、导航(NAVIGATION)及监视(SURVEILLANCE)提出了新的技术以用于未来2010年的飞航管理系统。在监视部分，FANS提出了定址自动回报装置(ADS-A)、广播自动回报装置(ADS-B)，用来辅助目前的雷达监视设备。

由于定址自动回报的时间间隔过长，约15至30分钟，在未来同时使用雷达、定址自动回报和广播自动回报的监视环境下，航管系统必须有能力预测在此时间间隔之中航机的位置，以便作航机安全隔离及危险示警。本发明所提出的航迹位置预测方法便是要满足此需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种联合雷达/自动回报监视环境中航迹位置预测的方法，本方法在航管系统有能力预测在此时间间隔之中航机的位置，以便作航机安全隔离及危险示警。

本发明所提出的联合雷达/自动回报监视环境中航迹位置预测的方法为：若航机只以定址自动回报做航迹追踪则以(A)-(F)做航机位置预测，否则直接以Kalman filter做航机位置预测；(A)当航机在位置P₀时，要求定址自动回报(或根据航道计算)预计通过的下两个位置点P₁及P₂；(B)在

间选择一转折点Q₁，在

间选择一转折点Q₂；注意， 的长度等于 的长度；(C)在 的中垂线上选择数个分割点C_i(i＝1，…g)；请注意，此中垂线通过P₁(D)利用Q₁、Q₂、

斜率、 斜率画出Hermite曲线T₁连接Q₁及Q₂；(E)若航机从位置P₀飞过P₁及P₂都未有定址自动回报，则预测的航机飞行路径为连接

T_d， 的曲线，其中d∈[1，g]可由系统设定员视需要调整；(F)若航机飞过P₂之前有定址自动回报，则预测的航机飞行路径(连接 T_d，

的曲线)必须根据此回报做调整。若航机预计会出现在

或

以公式P＝(x_p+S_x·t，y_p+S_y·t)来预测航机下一个时间点的位置，其中其中S_x及S_y分别是x方向及y方向上的速度。

若航机预计会跨超Q₁，则使用公式P’＝f_d(t₀)来预测航机下一个时间点的位置，其中 $t_0=\frac{{\▿t}_1\·S}{2\·\stackrel{\‾}{Q_1{C}_d}}=\frac{{\▿t}_1}{T},{\▿t}_1=\▿t-\frac{\stackrel{\‾}{{\mathrm{PQ}}_1}}{S},$ f_d(t)是预设使用的Hermite曲线。

若航机预计会出现在Q1和Q2之间，且目前仍未接到任何定址自动回报，则使用公式P’＝f_d(t_k)来预测航机下一个时间点的位置，其中t_k＝t₁+k·t/T， $t_k=\frac{{\▿t}_1+k\·\▿t}{T},$ ${\▿t}_1=\▿t-\frac{\stackrel{\‾}{{\mathrm{PQ}}_1}}{S},$ k＝1，2…。

若收到航机新的定址自动回报，其位置若在f_m-1(t_k’)和f_m(t_k’)之间，则使用公式 $P^{\′}=\frac{d_m}{W}{f}_{m-1}\left(t_k\right)+\frac{d_{m-1}}{W}{f}_m\left(t_k\right)$ 来预测航机下一个时间点的位置，其中，1＜m≤g，t_k-1≤t_k’＝t_r-t_s/T≤t_k，而t_s是航机经过Q₁的时间点，t＝(t_k-t_k-1)^*T，d_m-1＝‖D_t-f_m-1(t_k’)‖，d_m＝‖D_t-f_m-1(t_k’)‖且W＝d_m-1+d_m。

若收到航机新的定址自动回报，其位置若在f_g(t_k’)之上，则使用公式P’＝f_g(t_k)来预测航机下一个时间点的位置。

若收到航机新的定址自动回报，其位置若在f₁(t_k’)之下，则使用公式P’＝f₁(t_k)来预测航机下一个时间点的位置。

若航机预计会跨超Q₂，则使用公式p’＝(x_Q2+S_x·t₂，y_Q2+S_y·t₂)，来预测航机下一个时间点的位置，其中Q₂＝(x_Q2，y_Q2)。

由于本发明设计新颖，能实际应用在航管产业，因此申请发明专利。

附图说明

为进一步说明本发明的结构及其特征，以下结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1是为本发明的辅助说明图。

具体实施方式

请配合图1阅读下述符号定义：

P₀是航机目前位置，P₁及P₂是定址自动回报(或根据航道计算)预计通过的下两个位置点，

Q₁，Q₂是管制员选定的航机预计转折点，是 的中垂线，C₀，C₁，…，C_g等分

t是预测航机位置的时间间隔，P＝(x_p，y_p)是航机上吹预测的位置， $S=\sqrt{S_x^2+S_y^2}$ 是定址自动回报的航机速度(或系统根据以前航机位置回报所计算出来的速度)，其中S_x及S_y分别是x方向及y方向上的速度，为连接Q₁和C_i的向量，而

则是连接C_i和Q₂的向量，f₁(t)是利用斜率 连接Q₁和Q₂的Hermite曲线，f_d(t)是预设使用的Hermite曲线，使用 斜率连接Q₁和Q₂；请注意

和 分别是连接Q₁，C_d和C_d，Q₂的向量；其中，d∈[1，g]可由管制员选择， $T=\frac{2\·\stackrel{\‾}{Q_1{C}_d}}{S}$ 是预佑由Q₁飞至Q₂所需的时间。本发明的航机位置预测方法如下所示：1.若航机以主/次雷违或广播自动回报做轨迹追踪，则直接以Kalmanfilter做轨迹预测。若只以定址自动回报做轨迹追踪，则以下述讨论做航机位置预测。

2.若航机预计会出现在

或 则以直线来预测其下一个时间点的位置P’＝(x_p+S_x·t，y_p+S_y·t)。    (1)请注意，若 $\left|\right|\stackrel{\‾}{{\mathrm{PQ}}_1}\left|\right|\≥\▿t\·S$ 则航机预计会出现在

3.若航机预计出现在Q₁和Q₂之间，则使用Hermite曲线预测航机位置。我们分以下三个情况来进行讨论：

情况1：飞机正跨越过Q₁，亦即， $\left|\right|\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{PQ}}_1}\left|\right|<\&dtri;t\&CenterDot;S:$ 令 ${\&dtri;t}_1=\&dtri;t-\frac{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{PQ}}_1}}{S},t_0=\frac{{\&dtri;t}_1\&CenterDot;S}{2\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{Q_1{C}_d}}=\frac{{\&dtri;t}_1}{T},$

预测的航机位置P’＝f_d(t₀)。    (2)情况2.航机预计出现在Q₁和Q₂之间，亦即，t₁+k·t＜T，k＝1，2…

·若在这段时间未再接到任何定址自动回报，

令tk＝t₁+k·t/T，预测的航机位置

 P’＝f_d(t_k)，                  (3)

·若在这段时间又接到新的定址自动回报，假设此定址自动回报的时间是t_r，回报的位置D_t位在

(a)f_m-1(t_k’)和f_m(t_k’)之间，其中1＜m≤g，

t_k-1≤t_k’＝t_r-t_s/T≤t_k，而t_s是航机经过Q₁的时间点，

t＝(t_k-t_k-1)*T，令d_m-1＝‖D_t-f_m-1(t_k’)‖，

d_m＝‖D_t-f_m-1(t_k’)‖且W＝d_m-1+d_m，则预测的航机位置为 $P^{\&prime;}=\frac{d_m}{W}{f}_{m-1}\left(t_k\right)+\frac{d_{m-1}}{W}{f}_m\left(t_k\right),---\left(4\right)$

(b)f_g(t_k’)之上，预测的航机位置P’＝f_g(t_k)      (5)

(c)f₁(t_k’)之下，预测的航机位置P’＝f₁(t_k)，    (6)

情况3：飞机正跨超过Q2，亦即，t₁+k·t＞T，

  令t₂＝t₁+k·t-T，航机预测的位置

   p’＝(x_Q2+S_x·t₂，y_Q2+S_y·t₂)，    (7)

   其中Q₂＝(x_Q2，y_Q2)。

由以上的说明可知，本发明可以在定址自动回报的时间间隔之间预测航机的位置，并且当航机又做新的定址自动回报时，其预测位置也可以根据实际回报位置作修正，以增加预测的准确性。

综上所述，本发明无论就目的、手段及功效，在在均显示其迥异于习知技术的特征，实为一极具实用价值的发明，应符合发明专利要件。惟应注意的是，上述诸多实施例仅系为了便于说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (8)

1.一种联合雷达/自动回报监视环境中的航迹位置预测的方法，其特征在于，本方法针对非只以定址自动回报做航迹追踪的航机，以Kalmanfilter做航机位置预测，否则以步骤(A)-(F)做航机位置预测：

(A)当航机在位置P₀时，要求定址自动回报或根据航道计算预计通过的下两个位置点P₁及P₂；(B)在

间选择一转折点Q₁，在 间选择一转折点Q₂；其中，

的长度等于 的长度；

(C)在通过P₁的 的中垂线上，选择数个分割点C_i(i＝1，…g)；

(D)利用Q₁、Q₂、

画出Hermite曲线T₁连接Q₁及Q₂；其中 为连接Q₁和C_i的向量，而 则是连接C_i和Q₂的向量；(E)若航机飞过P₂都未有定址自动回报，则预测的航机飞行路径为连接 T_d， 的曲线，其中d∈[1，g]可由系统设定员视需要调整；以及(F)若航机飞过P₂之前有定址自动回报，则预测的航机飞行路径连接 T_d， 的曲线必须根据此回报做调整。

2.如权利要求1所述的联合雷达/自动回报监视环境中的航迹位置预测的方法，其特征在于，若航机预计会出现在

或 以公式P＝(x_p+S_x·t，y_p+S_y·t)来预测航机下一个时间点的位置，其中S_x及S_y分别是x方向及y方向上的速度。

3.如权利要求1所述的联合雷达/自动回报监视环境中的航迹位置预测的方法，其特征在于，若航机预计会跨超Q₁，则使用公式P’＝f_d(t₀)来预测航机下一个时间点的位置，其中 $t_0=\frac{{\&dtri;t}_1\&CenterDot;S}{2\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{Q_1{C}_d}}=\frac{{\&dtri;t}_1}{T},{\&dtri;t}_1=\&dtri;t-\frac{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{PQ}}_1}}{S},$ f_d(t)是预设使用的Hermite曲线。

4.如权利要求1所述的联合雷达/自动回报监视环境中的航迹位置预测的方法，其特征在于，若航机预计会出现在Q1和Q2之间，且目前仍未接到任何定址自动回报，则使用公式P’＝f_d(t_k)来预测航机下一个时间点的位置，其中 $t_k=\frac{{\&dtri;t}_1+k\&CenterDot;\&dtri;t}{T},$ t_k＝t₁+k·t/T， ${\&dtri;t}_1=\&dtri;t-\frac{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{PQ}}_1}}{S},$ k＝1，2…。

5.如权利要求1所述的联合雷达/自动回报监视环境中的航迹位置预测的方法，其特征在于，若收到航机新的定址自动回报，其位置若在f_m-1(t_k’)和f_m(t_k’)之间，则使用公式 $P^{\&prime;}=\frac{d_m}{W}{f}_{m-1}\left(t_k\right)+\frac{d_{m-1}}{W}{f}_m\left(t_k\right)$ 来预测航机下一个时间点的位置，其中，1＜m≤g，t_k-1≤t_k’＝t_r-t_s/T≤t_k，而t_s是航机经过Q₁的时间点，t＝(t_k-t_k-1)*T，d_m-1＝‖D_t-f_m-1(t_k’)‖，d_m＝‖D_t-f_m-1(t_k’)‖且W＝d_m-1+d_m。

6.如权利要求1所述的联合雷达/自动回报监视环境中的航迹位置预测的方法，其特征在于，若收到航机新的定址自动回报，其位置若在f_g(t_k’)之上，则使用公式P’＝f_g(t_k)来预测航机下一个时间点的位置。

7.如权利要求1所述的联合雷达/自动回报监视环境中的航迹位置预测的方法，其特征在于，若收到航机新的定址自动回报，其位置若在f₁(t_k’)之下，则使用公式P’＝f₁(t_k)来预测航机下一个时间点的位置。

8.如权利要求1所述的联合雷达/自动回报监视环境中的航迹位置预测的方法，其特征在于，若航机预计会跨超Q₂，则使用公式p’＝(x_Q2+S_x·t₂，y_Q2+S_y·t₂)，来预测航机下一个时间点的位置，其中Q₂＝(x_Q2，y_Q2)。

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