發(fā)布時(shí)間：2020-11-10 11:35

　　 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì),民航業(yè)的迅猛發(fā)展,機(jī)場(chǎng)交通流量逐步增大,實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面飛機(jī)、小車的精確定位以及跟蹤是實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)安全運(yùn)營(yíng),實(shí)施精確管控的基礎(chǔ)。多點(diǎn)定位(MLAT)系統(tǒng)是一項(xiàng)用于場(chǎng)面監(jiān)視的新技術(shù),具有成本低、覆蓋面廣,易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。本文主要研究MLAT系統(tǒng)定位以及軌跡跟蹤算法,并以幾何精度因子(GDOP)為指導(dǎo)參數(shù),利用改進(jìn)的遺傳算法進(jìn)行MLAT系統(tǒng)基站布局設(shè)計(jì)。首先,論文闡述了本課題的研究背景及意義,并分別從技術(shù)原理、系統(tǒng)組成,技術(shù)應(yīng)用三方面對(duì)MLAT系統(tǒng)做了總體的概述。接著,概括了TDOA定位算法,并分析了相應(yīng)算法存在的不足。詳細(xì)研究了TDOA定位的Chan算法和Taylor算法,并針對(duì)Taylor算法依賴于初值的不足,設(shè)計(jì)了改進(jìn)的粒子群算法與Taylor算法的結(jié)合算法。并分別對(duì)Chan算法與改進(jìn)的Taylor算法進(jìn)行性能分析。接著,針對(duì)機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面飛機(jī),小車的軌跡跟蹤問題,在TDOA非線性定位模型的基礎(chǔ)上,采用粒子濾波技術(shù),并針對(duì)粒子濾波后期存在樣本匱乏導(dǎo)致跟蹤失敗的問題,設(shè)計(jì)了改進(jìn)的粒子群融合粒子濾波算法。并對(duì)粒子濾波以及融合濾波性能進(jìn)行分析。最后,研究了MLAT系統(tǒng)二維幾何精度因子(GDOP)的計(jì)算方程。仿真分析了四種標(biāo)準(zhǔn)幾何形布站對(duì)GDOP的影響。區(qū)別于傳統(tǒng)完全工程實(shí)踐性布站,提出了一種以GDOP為評(píng)價(jià)指標(biāo),基于改進(jìn)的遺傳算法的尋優(yōu)布站方案,并仿真分析布站性能。
【學(xué)位單位】：中國(guó)民航大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：TP18;V35
【部分圖文】：

中國(guó)民航大學(xué)碩士學(xué)位論文7第二章多點(diǎn)定位系統(tǒng)概述多點(diǎn)定位技術(shù)是一項(xiàng)在我國(guó)民航系統(tǒng)有廣泛應(yīng)用前景的監(jiān)視技術(shù)。該技術(shù)能夠利用飛機(jī)的應(yīng)答信號(hào)，由地面設(shè)備通過對(duì)應(yīng)答信號(hào)進(jìn)行脈沖檢測(cè)、標(biāo)記時(shí)間戳、時(shí)鐘同步等技術(shù)計(jì)算信號(hào)到達(dá)各地面站的時(shí)間差來確定目標(biāo)精確位置。該系統(tǒng)能夠完全兼容二次雷達(dá)和ADS-B技術(shù)，且具備目標(biāo)識(shí)別和精確定位能力。目前該技術(shù)正在國(guó)內(nèi)外全力推廣使用。2.1多點(diǎn)定位基本原理多點(diǎn)定位系統(tǒng)（MLAT），是通過精確計(jì)算飛機(jī)應(yīng)答信號(hào)到各地面站的時(shí)間差（TDOA）并由此建立雙曲線（三維空間中為雙曲面）方程組來求解目標(biāo)位置。如圖2-1，飛機(jī)發(fā)出的應(yīng)答信號(hào)分別到達(dá)地面站1、2，由于飛機(jī)距離兩個(gè)地面站距離不同，因而應(yīng)答信號(hào)到達(dá)兩地面站的時(shí)間存在時(shí)間差。圖2-1到達(dá)時(shí)間差的形成若已知兩地面站1、2的坐標(biāo)分別為(1,1)和(2,2)，且測(cè)得應(yīng)答信號(hào)到兩地面站的時(shí)間差為△1，設(shè)飛機(jī)坐標(biāo)為(,)，則可得如下方程：△1=√(1)2+(1)2√(2)2+(2)2(2.1)其中為光速；可以發(fā)現(xiàn)飛機(jī)所在位置是一組雙曲線中的一條，如圖2-2所示。

中國(guó)民航大學(xué)碩士學(xué)位論文8圖2-2已知兩個(gè)接收站位置以及信號(hào)到達(dá)兩站的時(shí)間差若還有第三個(gè)地面站3接收應(yīng)答信號(hào)，且3坐標(biāo)已知，為(3,3)。飛機(jī)應(yīng)答信號(hào)到地面站2、3時(shí)間差為△2,則可以列出如下方程：△2=√(3)2+(3)2√(2)2+(2)2(2.2)此時(shí)飛機(jī)所在位置是這一組雙曲線中的一條。很明顯，兩條曲線的交點(diǎn)就是飛機(jī)實(shí)際所在的位置，如圖2-3所示。圖2-3已知三個(gè)接收站位置以及兩組信號(hào)到達(dá)的時(shí)間差同樣地，若飛機(jī)位置在三維空間中，則每?jī)蓚�(gè)地面站都會(huì)確定一組雙曲面中的一面。此時(shí)至少四個(gè)地面站才能確定目標(biāo)飛機(jī)位置。從式(2.1)、(2.2)可以看出，求解目標(biāo)位置就是解時(shí)間差已知的非線性二元（三維空間中三元）方程組，直接求解難度較大，這部分內(nèi)容將在第三章中進(jìn)行研究。該系統(tǒng)在應(yīng)用到民航空管行業(yè)時(shí)，可以采用現(xiàn)有的ADS-B報(bào)文信號(hào)，不僅能計(jì)算飛機(jī)或者搭載有ADS-B裝置的車輛等的位置，還可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行解碼，獲得監(jiān)視目標(biāo)標(biāo)識(shí)信息。

中國(guó)民航大學(xué)碩士學(xué)位論文8圖2-2已知兩個(gè)接收站位置以及信號(hào)到達(dá)兩站的時(shí)間差若還有第三個(gè)地面站3接收應(yīng)答信號(hào)，且3坐標(biāo)已知，為(3,3)。飛機(jī)應(yīng)答信號(hào)到地面站2、3時(shí)間差為△2,則可以列出如下方程：△2=√(3)2+(3)2√(2)2+(2)2(2.2)此時(shí)飛機(jī)所在位置是這一組雙曲線中的一條。很明顯，兩條曲線的交點(diǎn)就是飛機(jī)實(shí)際所在的位置，如圖2-3所示。圖2-3已知三個(gè)接收站位置以及兩組信號(hào)到達(dá)的時(shí)間差同樣地，若飛機(jī)位置在三維空間中，則每?jī)蓚�(gè)地面站都會(huì)確定一組雙曲面中的一面。此時(shí)至少四個(gè)地面站才能確定目標(biāo)飛機(jī)位置。從式(2.1)、(2.2)可以看出，求解目標(biāo)位置就是解時(shí)間差已知的非線性二元（三維空間中三元）方程組，直接求解難度較大，這部分內(nèi)容將在第三章中進(jìn)行研究。該系統(tǒng)在應(yīng)用到民航空管行業(yè)時(shí)，可以采用現(xiàn)有的ADS-B報(bào)文信號(hào)，不僅能計(jì)算飛機(jī)或者搭載有ADS-B裝置的車輛等的位置，還可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行解碼，獲得監(jiān)視目標(biāo)標(biāo)識(shí)信息。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2877886