[发明专利]基于广播式自动相关监视数据的飞机状态估计方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及航空监视技术，尤其涉及一种基于广播式自动相关监视数据的飞机状态估计方法和系统。 

背景技术

在航空监视领域中，空中交通管制的目的是使航线上的飞机能够安全、高效、有计划地在空域中飞行，通过对空域中飞机的飞行动态进行实时监视，来准确掌握空中交通活动信息。自动相关监视(Automatic DependentSurveillance；以下简称：ADS)技术是指通过卫星数据链或甚高频空-地数据链，将机载导航系统获得的导航信息自动实时地发送到地面接收和处理系统，然后通过显示设备来提供伪雷达画面。而广播式自动相关监视(AutomaticDependent Surveillance-Broadcast；以下简称：ADS-B)技术作为一种ADS技术，以导航设备和其他机载设备产生的信息为数据源，采用先进的地空/空空数据链作为通信手段，通过对外自动广播自身的状态参数，实现地面对飞机的实时监视。 

随着飞机数量的日益增加，空中飞行的安全和效率问题变得越来越突出，空中交通冲突检测和解脱(Conflict Detection and Resolution；以下简称：CDR)成为保证飞行安全的关键点之一。CDR系统的目的是通过计算两架或多架飞机的预测飞行轨迹，判断是否会发生冲突，然后提前通知飞行员并给出合理的规避建议，使得所有的飞行冲突危险被解除。而其中的关键步骤之一是航迹预测，即对飞机未来飞行轨迹的准确跟踪和预测，航迹预测的基本的外推情况包括计算情况、最坏情况和概率情况三种，其中概率情况最接近实际情况。而由于无规则的气象情况、目标飞机测量传感器的随机误差以及人为因素的存在，使得飞机运动的预测存在较大的不确定性，尤其当飞机运动存在机动情况时。为了降低飞机运动的不确定性，引入了趋势信息，即依赖一些历史信息和飞行计划进行趋势推导，然而现有技术中这种基于趋势信息的航迹预测算法仅针对两种飞行模式，而现有的飞行模式共有十几种，因此，现有技术中的航迹预测算法并不符合实际飞行情况，在很大程度上影响了航迹预测的准确度。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于广播式自动相关监视数据的飞机状态估计方法和系统，考虑多种飞行模式，有效提高航迹预测的准确度。 

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于广播式自动相关监视数据的飞机状态估计方法，包括： 

根据多种飞行模式的状态方程建立通用状态方程； 

根据所述多种飞行模式的状态方程之间的关系确定模式转换协议； 

根据所述广播式自动相关监视数据获取飞机的高度信息、飞机的航向角度信息和广播式自动相关监视数据报文的标准差； 

根据所述飞机的高度信息、所述飞机的航向角度信息、所述广播式自动相关监视数据报文的标准差、历史信息、飞行计划和所述模式转换协议判定当前的飞行模式； 

根据所述通用状态方程和所述当前的飞行模式获取飞机的线性状态空间模式； 

对所述飞机的线性状态空间模式进行卡尔曼滤波，并生成当前的运动状态的估计方程； 

其中，所述根据所述多种飞行模式的状态方程之间的关系确定模式转换协议包括： 

当前一时刻的飞行模式为匀速CV模式时，如果所述广播式自动相关监视数据中的飞机的高度信息发生变化，则飞行模式转换为自适应模式； 

当前一时刻的飞行模式为匀速CV模式时，如果所述广播式自动相关监视数据中的飞机的航向角度信息发生变化，则飞行模式转换为协调转弯CT模式； 

当前一时刻的飞行模式为匀速CV模式时，如果所述广播式自动相关监视数据中的至少十个广播式自动相关监视数据报文的速度标准差大于预设的第一标准差阈值，则飞行模式转换为恒加速度CA模式； 

当前一时刻的飞行模式为匀速CV模式时，如果所述广播式自动相关监视数据中的至少十个广播式自动相关监视数据报文的加速度标准差小于预设的第二标准差阈值，则飞行模式转换为零均值一阶马尔科夫模式； 

 当前一时刻的飞行模式为匀速CV模式时，如果所述广播式自动相关监视数据中的至少十个广播式自动相关监视数据报文的加速度标准差大于预设的第二标准差阈值，则飞行模式转换为带自适应值的零均值一阶马尔科夫模式； 

当前一时刻的飞行模式为协调转弯CT模式或者自适应模式时，如果所述广播式自动相关监视数据中的飞机的高度信息和所述广播式自动相关监视数据中的飞机的航向角度信息未发生变化，则飞行模式转换为匀速CV模式；或者