JP2021093145A - Ａｄｓ−ｂ放送信号に基づく航空機ルート監視方法、装置およびコンピュータ記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】航空機のルート測位の信頼性を確保する。【解決手段】一実施例によれば、ＡＤＳ−Ｂ放送信号に基づく航空機ルート監視方法は、選択したルートを複数のルートセグメントに分割し、ルートセグメントごとに複数の最適なサイトを取得することと、前記最適なサイトを介して航空機のＡＤＳ−Ｂ放送信号を受信し、前記航空機の複数の測定情報を取得することと、そのうち、測定情報は、前記航空機に必要な到着時間差と到着角度を少なくとも含み、測定情報に従って前記航空機を測位し、前記航空機の第１の位置情報を取得することと、前記第１の位置情報とＡＤＳ−Ｂ放送信号に従って取得された航空機の第２の位置情報とを比較し、両者の誤差が予め設定された閾値を超えた場合にアラート情報を発することと、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、航空監視および航空交通管理の分野に属し、具体的には、ＡＤＳ−Ｂ放送信号に基づく航空機ルート監視方法、装置およびコンピュータ記憶媒体に関する。

従来のルート監視は主にレーダーシステムに頼っており、高コストであるだけでなく、測位精度も十分ではない。航空機の監視と航空交通管理がレーダーモードからＡＤＳ−Ｂモードに進化するにつれて、今後の空域と宇宙と地上の統合通信要件により、航空機のルートの測位と追跡に対する要件が高くなり、航空ルートのシナリオでより高度な測位手段を導入する必要がある。ＡＤＳ−Ｂ測位監視システムは、測位精度がより高く、コストがより低くなる。しかし、ＡＤＳ−Ｂは放送信号として設計されているため、ＡＤＳ−Ｂのメッセージが改ざんされたり攻撃されたりする状況があり、セキュリティと信頼性に大きな問題がある。広域航空ルートのシナリオにおいて、多点測位は、測位精度やロバスト性を向上させるだけでなく、監視システムの安全性を向上させ、上述したリスクや問題点を克服することができる。

上記の従来技術の欠陥に対処するために、本発明の１つの目的は、従来のレーダー測位および監視に代えて、決定された航空機ルートへの追跡および監視を提供し、航空機のＡＤＳ−Ｂメッセージが改ざんまたは攻撃された場合、または航空機がコースを外れて飛行している場合の早期警告およびアラートを提供することである。

本発明の一実施例は、ＡＤＳ−Ｂ放送信号に基づく航空機ルート監視方法を開示し、選択したルートを複数のルートセグメントに分割し、ルートセグメントごとに複数の最適なサイトを取得することと、前記最適なサイトを介して航空機のＡＤＳ−Ｂ放送信号を受信し、前記航空機に必要な到着時間差と到着角度を少なくとも含む前記航空機の複数の測定情報を取得することと、測定情報に従って前記航空機を測位し、前記航空機の第１の位置情報を取得することと、前記第１の位置情報とＡＤＳ−Ｂ放送信号に従って取得された航空機の第２の位置情報とを比較し、両者の誤差が予め設定された閾値を超えた場合にアラート情報を発することと、を含む。

１つの可能な実施例では、各ルートセグメントの最適なサイトを取得することは、前記ルートセグメントの始点と終点を矩形の対角線上の２つの頂点とした矩形領域を形成し、前記矩形領域の面積を２倍にして代替領域を取得することと、格子化した格子点が前記ルートセグメントの対応するサイトの位置であるように代替領域を格子化することと、トラバーサル方法により４つの最適なサイトを取得することとを含む。

１つの可能な実施例では、測定情報に従って前記航空機を測位し、前記航空機の第１の位置情報を取得することは、前記測定情報を適応的マルチモデルアルゴリズムに与え、拡張カルマンフィルタを用いて航空機を測位し、航空機の第１の位置情報を取得することを含む。

１つの可能な実施例では、ルートを飛行する際の航空機の運動学的状態がＣＶモデルとＣＴモデルに従うことをさらに含む。

１つの可能な実施例では、ＡＤＳ−Ｂ放送信号に従って取得された航空機の第２の位置情報は、ＡＤＳ−Ｂ放送信号における航空機の測位情報から変換されたＷＧＳ−８４座標系に対応する位置情報、すなわち第２の位置情報を含む。

本発明の実施例はさらに、ＡＤＳ−Ｂ放送信号に基づく航空機ルート監視装置を開示し、選択したルートを複数のルートセグメントに分割し、ルートセグメントごとに複数の最適なサイトを取得するための最適なサイトモジュールと、前記最適なサイトを介して航空機のＡＤＳ−Ｂ放送信号を受信し、前記航空機に必要な到着時間差と到着角度を少なくとも含む前記航空機の複数の測定情報を取得するための受信モジュールと、測定情報に従って前記航空機を測位し、前記航空機の第１の位置情報を取得するための測位モジュールと、前記第１の位置情報とＡＤＳ−Ｂ放送信号に従って取得された航空機の第２の位置情報とを比較し、両者の誤差が予め設定された閾値を超えた場合にアラート情報を発するための比較モジュールと、を含む。

１つの可能な実施例では、前記最適なサイトモジュールは、前記ルートセグメントの始点と終点を矩形の対角線上の２つの頂点とした矩形領域を形成し、前記矩形領域の面積を２倍にして代替領域を取得するための構成ユニットと、格子化した格子点が前記ルートセグメントの対応するサイトの位置であるように代替領域を格子化するための格子化ユニットと、トラバーサル方法により４つの最適なサイトを取得するためのトラバーサルユニットと、を含む。

１つの可能な実施例では、前記測位ユニットはさらに、前記測定情報を適応的マルチモデルアルゴリズムに与え、拡張カルマンフィルタを用いて航空機を測位し、航空機の第１の位置情報を取得するために使用される。

１つの可能な実施例では、ルートを飛行する際の航空機の運動学的状態がＣＶモデルとＣＴモデルに従うことをさらに含む。

１つの可能な実施例では、前記比較ユニットはさらに、ＡＤＳ−Ｂ放送信号における航空機の測位情報をＷＧＳ−８４座標系に対応する位置情報、すなわち第２の位置情報に変換するために使用される。

本発明の実施例はさらに、コンピュータプログラムを記憶したコンピュータ記憶媒体を開示し、前記コンピュータプログラムが実行されると、上記ＡＤＳ−Ｂ放送信号に基づく航空機ルート監視のいずれかが実施される。

本発明の有益な効果は以下になる。

本発明の技術的解決手段では、航空機のルートを格子化した後、直接計算（Ｄｉｒｅｃｔｌｙ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ）することで、ルート上の４つの最適なサイトの位置を見つけ、また、従来の到着時間差のみに基づく多点測位技術に到着角度の測定情報を加えることにより、測位精度とロバスト性を向上させ、ＡＤＳ−Ｂ放送信号が改ざんされやすく攻撃されやすいという問題を効果的に解決し、ルート測位の信頼性を効果的に確保することができる。

本発明の一実施例に係る方法を示すフローチャートの一例である。 本発明の一実施例に係る最適なサイトの選択原理を示す図の一例である。 本発明の一実施例に係る航空機のルート飛行運動モデルを示す図の一例である。 本発明の一実施例に係る具体的な方法を示すフローチャートの一例である。 本発明の一実施例に係る装置の構造を示す図の一例である。

当業者の便宜のために、本発明を実施例および図面に関連して以下にさらに説明し、実施形態で言及される内容は本発明を限定するものではない。

図１を参照し、ＡＤＳ−Ｂ放送信号に基づく航空機ルート監視方法は、以下のＳ１０１、Ｓ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０４を含む。

Ｓ１０１、選択したルートを複数のルートセグメントに分割し、ルートセグメントごとに複数の最適なサイトを取得する。

一実施形態では、ルートをスライシングプロセスによって複数のルートセグメントに分割する。

航空機のルートは不規則である可能性があるため、航空機信号を受信するサイトの位置は、航空機のルート測位に大きな影響を与える。決定された不規則なルートを、それぞれがほぼ規則的な小ルートに分割する。そして、ルートセグメントが小さくなるほど、測位精度は高くなるが、それに応じてコストも高くなる。航空機の測位範囲が広いことを考慮して、測位精度が高すぎる必要はなく、約２００Ｋｍで各小ルートセグメントを取ることができ、それにより、航空機ルートの測位精度を確保するだけでなく、コストを節約することもできる。

一実施例では、各ルートセグメントについて、格子化と網羅的手法によって最適な受信機のサイト位置を見つけることができる。

例えば、決定されたルートセグメントに対して、始点と終点を矩形の対角線上の２つの頂点とした矩形領域を形成し、これを２倍の大きさにして代替領域と呼ぶ。この代替領域を格子化する。比較試験を通じて、矩形領域の長さと幅を５つの等しい部分に分割して、２５の格子点を形成することができ、これらの格子点は、サイトの選択場所である。ルートセグメントごとに４つのサイトを選択できるため、トラバーサル方法によって４つのサイトの最適な位置を見つけることができる。図２に示す。

Ｓ１０２、前記最適なサイトを介して航空機のＡＤＳ−Ｂ放送信号を受信し、前記航空機の複数の測定情報を取得し、そのうち、測定情報は、前記航空機に必要な到着時間差と到着角度を少なくとも含む。

Ｓ１０３、測定情報に従って前記航空機を測位し、前記航空機の第１の位置情報を取得する。

一般に、ルート上を飛行する航空機は、下の図３に示すように、ＣＶモデルとＣＴモデルの２つの飛行モデルに従う。航空機の運動状態方程式と、最適サイトで受信したＡＤＳ-Ｂ信号から得られた測定情報に基づいて、拡張カルマンフィルタを用いて航空機を測位し、適応的マルチモデルアルゴリズムＩＭＭを用いて、航空機の運動モデルを自動的に切り替え、航空機の第１の位置情報を得ることができる。

Ｓ１０４、前記第１の位置情報とＡＤＳ−Ｂ放送信号に従って取得された航空機の第２の位置情報とを比較し、両者の誤差が予め設定された閾値を超えた場合にアラート情報を発する。

地上局は、航空機からのＡＤＳ−Ｂ信号を受信すると、航空機の測定情報を取得するだけでなく、ＡＤＳ−Ｂメッセージの測位情報を読み取ることもできる。ＡＤＳ−Ｂメッセージ内の測位情報を、ＷＧＳ−８４座標下の位置に変換し、多点測位の情報と比較する。誤差が、設定された閾値を超えた場合に、異常な状況が発生したことを示し、異常アラートと警告を発する。

以下、特定の実施形態と併せて、本発明をさらに説明する。本発明の実施例では、信号受信装置でＡＤＳ−Ｂ信号を収集し、ｍａｔｌａｂプラットフォーム上でシミュレーションを実施し、図４を参照して、主に以下のいくつかのステップを含み、ここで、

ステップ１、航空機ルートを取得する。

ステップ２、航空機ルートをいくつかの小さなルートセグメントに分割する。

ステップ３、各ルートセグメントを格子化して４つの最適なサイト位置を見つける。

ステップ４、ルート上の航空機からＡＤＳ−Ｂ放送信号を取得し、必要な到着時間差や到着角度などの測定情報を取得する。

ステップ５、航空機の測定情報を測位追跡用の監視アルゴリズムのモデルに与え、拡張カルマンフィルタを用いて航空機の位置を自動的に測位・追跡する。

ステップ６、多点測位の測定情報と拡張カルマンアルゴリズムに基づいて、航空機の飛行ルートを描く。

ステップ７、ルート上の航空機が放送したＡＤＳ−Ｂ信号を読み取り、有用な航空機位置情報を抽出し、ＷＧＳ−８４座標下の座標に変換する。

ステップ８、測位追跡結果とＡＤＳ−Ｂメッセージで読まれた航空機のルート位置とを比較し、誤差が閾値を超える場合に、警告とアラートを発する。

本発明の実施例はさらに、ＡＤＳ−Ｂ放送信号に基づく航空機ルート監視装置１０を開示し、図５に示すように、航空機ルート監視装置１０は、選択したルートを複数のルートセグメントに分割し、ルートセグメントごとに複数の最適なサイトを取得するための最適なサイトモジュール１０１と、前記最適なサイトを介して航空機のＡＤＳ−Ｂ放送信号を受信し、前記航空機の複数の測定情報を取得するための受信モジュール１０２と、そのうち、測定情報は、前記航空機に必要な到着時間差と到着角度を少なくとも含み、測定情報に従って前記航空機を測位し、前記航空機の第１の位置情報を取得するための測位モジュール１０３と、前記第１の位置情報とＡＤＳ−Ｂ放送信号に従って取得された航空機の第２の位置情報とを比較し、両者の誤差が予め設定された閾値を超えた場合にアラート情報を発するための比較モジュール１０４と、を含む。

この装置は、前述の方法の実施例に対応し、具体的には方法の実施例の記述を参照することができ、ここで繰り返さない。

本願で提供されるいくつかの実施例では、開示された装置および方法が他の方法で実施されてもよいことが理解されるべきである。例えば、上述した実施例は、単なる概略的なものであり、例えば、ユニットの分割は、論理的な機能の分割に過ぎず、実際の実施形態は、別の分割を有していてもよく、例えば、複数のユニットまたはコンポーネントが結合されていてもよく、または別のシステムに統合されていてもよく、またはいくつかの特徴が無視されていてもよく、または実行されていなくてもよい。

分離部品として説明されたユニットは、物理的に分離されていてもよいし、そうでなくてもよいし、ユニットとして表示された部品は、物理的なユニットであってもよいし、物理的なユニットでなくてもよい、すなわち、一箇所に配置されていてもよいし、複数のネットワークユニットに分散していてもよい。本発明の実施例の目的を達成するために、実際の必要性に応じて、ユニットの一部または全部を選択することができる。

また、本発明の様々な実施例における各機能ユニットは、処理ユニットに統合されていてもよいし、各ユニットが物理的に別々に存在していてもよいし、２つ以上のユニットが１つのユニットに統合されていてもよい。前記統合ユニットは、ハードウェアの形態で実施してもよいし、ソフトウェア機能ユニットの形態で実施してもよい。

本発明は幅広く応用され、前記は、本発明の好ましい実施形態に過ぎず、本発明の原理から逸脱することなく、当業者によってなされ得ることに留意すべきであり、これらの改良もまた、本発明の保護の範囲内であるとみなされるべきである。

Claims (9)

1. 選択したルートを複数のルートセグメントに分割し、ルートセグメントごとに複数の最適なサイトを取得することと、
   前記最適なサイトを介して航空機のＡＤＳ−Ｂ放送信号を受信し、前記航空機に必要な到着時間差と到着角度を少なくとも含む前記航空機の複数の測定情報を取得することと、
   測定情報に従って前記航空機を測位し、前記航空機の第１の位置情報を取得することと、
   前記第１の位置情報とＡＤＳ−Ｂ放送信号に従って取得された航空機の第２の位置情報とを比較し、両者の誤差が予め設定された閾値を超えた場合にアラート情報を発することと、
   を含み、
   各ルートセグメントの最適なサイトを取得することは、
   前記ルートセグメントの始点と終点を矩形の対角線上の２つの頂点とした矩形領域を形成し、前記矩形領域の面積を２倍にして代替領域を取得することと、
   格子化した格子点が前記ルートセグメントの対応するサイトの位置であるように代替領域を格子化することと、
   トラバーサル方法により４つの最適なサイトを取得することと、を含む
   ことを特徴とする、ＡＤＳ−Ｂ放送信号に基づく航空機ルート監視方法。
2. 測定情報に従って前記航空機を測位し、前記航空機の第１の位置情報を取得することは、前記測定情報を適応的マルチモデルアルゴリズムに与え、拡張カルマンフィルタを用いて航空機を測位し、航空機の第１の位置情報を取得することを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. ルートを飛行する際の航空機の運動学的状態がＣＶモデルとＣＴモデルに従うことをさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. ＡＤＳ−Ｂ放送信号に従って取得された航空機の第２の位置情報は、ＡＤＳ−Ｂ放送信号における航空機の測位情報から変換されたＷＧＳ−８４座標系に対応する位置情報、すなわち第２の位置情報を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 選択したルートを複数のルートセグメントに分割し、ルートセグメントごとに複数の最適なサイトを取得するための最適なサイトモジュールと、前記最適なサイトを介して航空機のＡＤＳ−Ｂ放送信号を受信し、前記航空機に必要な到着時間差と到着角度を少なくとも含む前記航空機の複数の測定情報を取得するための受信モジュールと、測定情報に従って前記航空機を測位し、前記航空機の第１の位置情報を取得するための測位モジュールと、前記第１の位置情報とＡＤＳ−Ｂ放送信号に従って取得された航空機の第２の位置情報とを比較し、両者の誤差が予め設定された閾値を超えた場合にアラート情報を発するための比較モジュールと、を含み、ここで、前記最適なサイトモジュールは、前記ルートセグメントの始点と終点を矩形の対角線上の２つの頂点とした矩形領域を形成し、前記矩形領域の面積を２倍にして代替領域を取得するための構成ユニットと、格子化した格子点が前記ルートセグメントの対応するサイトの位置であるように代替領域を格子化するための格子化ユニットと、トラバーサル方法により４つの最適なサイトを取得するためのトラバーサルユニットと、を含むことを特徴とする、ＡＤＳ−Ｂ放送信号に基づく航空機ルート監視装置。
6. 前記測位モジュールはさらに、前記測定情報を適応的マルチモデルアルゴリズムに与え、拡張カルマンフィルタを用いて航空機を測位し、航空機の第１の位置情報を取得するために使用されることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. ルートを飛行する際の航空機の運動学的状態がＣＶモデルとＣＴモデルに従うことをさらに含むことを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. 前記比較モジュールはさらに、ＡＤＳ−Ｂ放送信号における航空機の測位情報をＷＧＳ−８４座標系に対応する位置情報、すなわち第２の位置情報に変換するために使用されることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
9. コンピュータプログラムを記憶したコンピュータ記憶媒体であって、前記コンピュータプログラムが実行されると、請求項１−４のいずれか一項に記載の方法が実施されることを特徴とする、コンピュータ記憶媒体。

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