复杂环境下场面多点定位位置解的取舍方法
【专利摘要】本发明公开了一种复杂环境下场面多点定位位置解的取舍方法，主要负责多点定位系统复杂实际场面环境下TDOA到目标定位位置的汇算以及定位位置的自检输出功能。其主要原理是通过判断chan氏多点定位算法两步位置估计残差样本是否符合正常噪声水平下的概率分布来对定位结果进行后续处理与取舍操作。符合时，当次定位结果直接输出；否则依次去掉每一个站点保留另外m-1个站点定位m次，取两步位置估计残差样本出现概率最大的定位组合，如出现概率满足预定门限，输出对应定位解，否则舍去解。本发明考虑了两次位置估计值的相关性、计算量少，不需其他先验信息，利于通用化和简单化，可满足复杂场面环境多点定位工程应用需求。
【专利说明】复杂环境下场面多点定位位置解的取舍方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及民用航空领域中多点定位【技术领域】，特别是一种复杂环境下场面多点定位位置解的取舍方法。
【背景技术】
[0002]基于到达时差(TDOA)定位原理的多点定位系统与传统一二次雷达相比具有定位精度高、成本低和安装容易等优点，是国际民航组织(ICAO)提出的先进场面活动引导与控制系统(Advanced Surface Movement Guidance and Control Systems, A-SMGCS)的核心技术。近年来，随着航空流量和安全需求的快速增长，该技术将会成为不久将来各繁忙机场场面空管监视的首选方案。
[0003]由于chan氏多点定位算法是一种求解双曲线方程组的闭式非递归算法，该算法采用两步加权最小二乘(WLS)估计，无需先验位置信息，计算量小，在零均值高斯分布环境下，定位精度能达到克莱美罗界(Cramer-Rao lower bound, CRLB),性能稳定,从工程应用角度来说适合于场面多点定位的解算。然而，在复杂的实际场面环境下，要使多点定位监视系统对场面有效目标的定位精度、更新率、覆盖率和误识别率等指标达到国际民航规范要求，该算法输出结果的适应性还面临如下挑战:
[0004]第一个挑战，由于定位解在计算前并没有目标在地面或者空中的先验信息，因此机场周边空中的飞机目标在进行二维解算输出时，由于其本身GDOP很差(即位于站点布局外围)以及算法模型不匹配等原因，导致输出的定位解出现两种情况:一、在机场外围(即非监视区域)形成定位误差很大的断续点迹；二、在场面形成虚假目标对空管监视造成严重干扰。
[0005]针对第一个挑战的第一种情况，现有方法可以根据输出位置结果反算⑶0P，通过设置GDOP阈值对机场外围目标进行排除，但这种单一的方法不能有效地解决形成虚假目标的第二种情况。
[0006]第二个挑战，由于机场周边复杂的设施环境以及目标与目标、目标与远端站点之间错综复杂、随时变化的位置关系，难免造成目标与站点间视距遮挡从而形成较大误差的TDOA检测。此种情形下，chan氏多点定位算法将会输出误差较大的定位位置解,为多点定位系统后端的目标关联与跟踪模块提供错误的输入信息，从而形成目标航迹断裂、目标航迹误关联与误跟踪等严重监视干扰。
[0007]针对第二个挑战，现有相关文献提出通过比较TDOA残差来对受干扰的检测站点进行识辨，但是未考虑两个被比较的TDOA之间的相关性，因此该模型存在着理论缺陷。另外这种识辨方法仅停留在“已知某一场面目标TDOA检测受到干扰”的先验前提下，但由于在实际环境中并无目标在地面或空中的先验信息，因此如果单纯用此种方法，也很难将其与实际的工程应用相结合。
【发明内容】
[0008]本发明的发明目的在于:针对当前研究现状以及场面多点定位系统工程实施过程中遇到的上述两种问题，在完整的理论分析推导基础上，提供一种复杂环境下场面多点定位位置解的取舍方法。
[0009]本发明采用的技术方案是这样的:一种复杂环境下场面多点定位位置解的取舍方法，包括以下步骤:
[0010]第一步，输入m个检测站点的TD0A、测量噪声以及站点位置信息进行初始化，设定i=0 ；
[0011]第二步，利用chan氏多点定位算法依次计算出第一次位置估计随机向量样本值T1 (O = [X1 (O, V1 (O,dx (O]和第二次估计随机向量样本值A (O = [X2 (i), V2 (O]。其中，
毛(/)、负⑴为目标第一次估计的水平位置样本值，念⑴为第一次估计目标到参与定位的
第I个站点的距离样本值；毛(/_)、.?⑴为目标第二次估计的水平位置样本值；
[0012]第三步，利用第二步的相关结果推导计算出两次位置估计残差的协方差矩阵
【权利要求】
1.一种复杂环境下场面多点定位位置解的取舍方法，其特征在于包括以下步骤: 第一步，输入m个检测站点的TDOA、测量噪声以及站点位置信息进行初始化，设定i=0 ； 第二步，利用chan氏多点定位算法依次计算出第一次位置估计随机向量样本值h [i) = [X1 (i), J1 (/),dx⑴]和第二次位置估计随机向量样本值r2 (i) = [x2 (/), V2⑴]，其中， V1O')为目标第一次估计的水平位置样本值，4⑴为目标第一次估计位置到参与定位的第I个站点的距离样本值；之(/_)、V: (O为目标第二次估计的水平位置样本值； 第三步，利用第二步的相关结果推导计算出两次位置估计残差的协方差矩阵
【文档编号】G01S5/00GK103901397SQ201410092380
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月13日 优先权日:2014年3月13日
【发明者】吴宏刚, 郭建华, 何东林, 金立杰 申请人:中国民用航空总局第二研究所