一种对航空器测高学系统误差ase进行分析的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种航空器指标评价方法，特别是一种对航空器测高学系统误差ASE 进行分析的方法。
【背景技术】
[0002] 传统的航空器高度保持性能监控手段是基于（EnhancedGPSMonitoringUnit， EGMU)和多点定位技术对航空器的几何高度进行采集，其几何高度精度较高为英尺级别，美 国联邦航空局（FederalAviationAdministration，FAA)技术中心于20世纪80年代研发 了基于这类数据的解算软件，用于对航迹点的测高学系统误差（AltimetrySystemError， ASE)值进行解算。随着新技术的不断发展，EGMU和多点定位技术外，广播式自动相关监视 (AutomaticDependentSurveillance-Broadcast，ADS_B)技术由于其建站容易，覆盖范围 大等特点，成为了一项新兴的航空器高度保持性能解算数据源。在基于ADS-B数据的航空 器监控中，ADS-B站采集得到的航空器几何高度数据可以作为航空器的真实高度，进而通过 气象插值和高度基准面转换等步骤，完成对于航空器测高学系统误差（AltimetrySystem Error，ASE)的分析和解算。
[0003] 根据航空器运行的实际情况，其基于的GPS基准面分为平均海平面（MeanSea Level，MSL)和椭球高（HeightAboveEllipsoid，HAE)两种。两种基准面的高度差称为高 程异常（Geiod)。由于航空器下发ADS-B数据的实际特点，航空器的GPS基准面信息在下发 数据中并未包含，因此，确定航空器的基准面对于准确分析航空器的ASE值具有重要的作 用。
[0004] 在获取了航空器准确的GPS基准面之后，进而对航空器的ASE进行分布模型拟合， 从而更准确的给出航空器的ASE评价值也对分析航空器整体的ASE具有重要的作用。
[0005] 目前，我国在航空器GPS基准面确定和ASE分布模型拟合方面还是空白。
【发明内容】
[0006] 为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种对航空器测高学 系统误差ASE进行分析的方法，其能够判断航空器GPS基准面，对ASE进行分布模型拟合， 从而判断航空器飞行性能趋势。
[0007] 本发明的技术方案是：这种对航空器测高学系统误差ASE进行分析方法，包括以 下步骤：
[0008] (1)确定航空器GPS基准面；
[0009] (2)对航空器ASE分布进行拟合；
[0010] (3)确定航空器ASE最终值。
[0011] 本发明通过对航迹点的分析确定了航空器GPS的基准面，对ASE进行了分布拟合 并最终确定航空器的ASE评价值，所以能够判断航空器GPS基准面，对ASE进行分布模型拟 合，从而判断航空器飞行性能趋势。
【附图说明】
[0012] 图1所示为本发明的步骤（I. 1)和（1. 2)的效果图，其中方块和圆圈分别表示步 骤（I. 1)中基于MSL和HAE的ASE区间均值，实线和虚线分别为步骤（1. 2)中基于MSL和 HAE的ASE回归线；
[0013] 图2所示为本发明的步骤（2. 2)的单峰数据效果图，其中实线和虚线分别为步骤 (2. 2)中基于HAE和MSL的ASE核密度估计曲线，可以看出，基于MSL的核密度估计曲线呈 现单峰趋势；
[0014] 图3所示为本发明的步骤（2.2)的双峰数据效果图，中实线和虚线分别为步骤 (2. 2)中基于HAE和MSL的ASE核密度估计曲线，可以看出，基于MSL的核密度估计曲线呈 现双峰趋势；
[0015] 图4所示为本发明的步骤（I. 1)的流程图；
[0016] 图5所示为本发明的步骤（1. 2)的流程图；
[0017] 图6所示为本发明的步骤（2. 2)的流程图；
[0018] 图7所示为本发明的步骤（2. 3)的流程图；
[0019] 图8所示为本发明的步骤（3)的流程图。
【具体实施方式】
[0020] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
[0021] 首先给出计算中使用到的各项参数符号及其意义：
[0022] X和y:回归变量X和y;
[0023] f:自由度，即f=n_l;
【主权项】
1. 一种对航空器测高学系统误差ASE进行分析的方法，其特征在于， 包括以下步骤： (1) 确定航空器GPS基准面； (2) 对航空器ASE分布进行拟合； (3) 确定航空器ASE最终值。
2. 根据权利要求1所述的对航空器测高学系统误差ASE进行分析的方法，其特征在于， 所述步骤（1)包括以下分步骤： (I. 1)根据公式（1)对航迹点的ASE计算其相对于高程异常区间的均值
(1. 2)对基于MSL和HAE的ASE数组分别进行线性回归计算斜率并确定航空器基准面。
3. 根据权利要求2所述的对航空器测高学系统误差ASE进行分析的方法，其特征在于， 所述步骤（1. 1)包括以下分步骤： (I. I. 1)将原数据中的Geoid序列按5英尺的小区间取整，计算区间个数η ; (I. 1. 2)遍历 Geoid 区间； (I. 1. 3)计算区间内ASE上限：当前区间值加上2. 5英尺； (I. 1. 4)计算区间内ASE下限：当前区间值减去2. 5英尺； (I. 1. 5)获取大小属于当前区间上下限之间的ASEhae数组； (I. 1. 6)获取大小属于当前区间上下限之间的ASEm数组； (1.1.7)如果（1.1.5)(1. 1.6)不为空数组，则执行步骤（1.1.8)，否则执行步骤 (1. 1.9)； (I. 1. 8)对各区间内的ASEs^P ASE廳求均值； (1. 1.9)结束。
4. 根据权利要求3所述的对航空器测高学系统误差ASE进行分析的方法，其特征在于， 所述步骤（1. 2)包括以下分步骤： (1. 2. 1)开始； (1. 2. 2)获取步骤（L 1)的高程异常区间个数； (1.2.3)判断区间个数是否大于3,是则执行步骤（1.2. 4)，否则执行步骤（1.2. 11); (1. 2. 4)获取步骤（I. 1)每一个区间ASE均值； (1. 2. 5)计算ASEmsl和ASE HAE序列的回归线，斜率分别为K MSL和K J1ae; (1. 2. 6)根据公式（2)计算出两种基准面线性回归交叉点ASE值作为ASE备选最终值
(1. 2. 7)根据公式（3)、（4)、（5)计算航空器基准面接近系数CMa、Chae及二者之差M
M - Chae-Cmsl (5); (1.2. 8)根据M判断基准面：当M小于-30时，执行步骤（1.2. 10);当M大于30时，执 行步骤（1. 2. 9);当M处于-30和30之间时，执行步骤（1. 2. 11); (1. 2. 9)判定基准面为MSL，跳转到步骤（1. 2. 12); (1. 2. 10)判定基准面为HAE，跳转到步骤（1. 2. 12); (1. 2. 11)认为不能准确判定航空器的基准面； (1. 2. 12)结束。
5. 根据权利要求4所述的对航空器测高学系统误差ASE进行分析的方法，其特征在于， 所述步骤（2)包括以下分步骤： (2. 1)如果步骤（1)确定的航空器基准面为HAE或MSL，执行步骤（2.2); (2· 2)对ASEmsl和ASE HAE进行核密度估计； (2. 3)根据相应基准面及公式（6)，对ASEmsJP ASE _进行混合正态分布拟合
6. 根据权利要求5所述的对航空器测高学系统误差ASE进行分析的方法，其特征在于， 所述步骤（2. 2)包括以下分步骤： (2. 2. 1)将ASE原始数据进行核密度估计； (2. 2. 2)获取ASE原始数据中的最大值和最小值； (2. 2. 3)将最大值和最小值所组成的区间范围等分199份，得到新的数组，新数组包含 200个元素； (2. 2. 4)利用核密度估计结果计算新数组对应的核密度估计值； (2. 2. 5)返回区间核密度估计值数组。
7. 根据权利要求6所述的对航空器测高学系统误差ASE进行分析的方法，其特征在于， 所述步骤（2. 3)包括以下分步骤： (2· 3· 1)开始； (2. 3. 2)确立混合分布拟合参数的默认值，a i= 1，α 2= 0，A =χ，μ 2= 〇，σ 1 = sx，σ 2= 〇 ; (2. 3. 3)若ASE数组长度大于50并且标准差σ，30则执行 (2. 3. 4)，否则执行（2.3.9); (2. 3. 4)将ASE数组进行核密度估计，确立混合分布拟合参数的初始值，α 1= 〇. 5, α 2
(2. 3. 5)以正负300为范围，分为601个区间，根据（2. 3. 4)结果作为系数计算最小二 乘高斯拟合值，返回混合分布参数拟合结果名，夂，AA，4，d2和分布结果拟合 概率值； (2. 3. 6)获取（2. 3. 5)结果，令0max为名，毛中的较大值，0min为名，先中较小值， Ad为A，A之差的绝对值，Amift为A，A绝对值中的较大值； (2. 3. 7)如果< 0.8，0min > 0.2，/(,d > IO三条件同时满足，则执行步骤 (2. 3. 8)，否则令A = I，执行步骤（2. 3. 9); (2. 3. 8)确定ASE混合分布拟合结果为双峰分布，将众^ix:对应的A或/?作为ASE备选 最终值，跳转到步骤（2. 3. 10); (2. 3. 9)确定ASE混合分布拟合结果为单峰分布，将μ i作为ASE备选最终值； (2. 3. 10)结束。
8. 根据权利要求7所述的对航空器测高学系统误差ASE进行分析的方法，其特征在于， 所述步骤（3)包括以下分步骤： (3· 1)开始； (3. 2)获取ASE数组的基准面； (3.3) 判断基准面是否可以确定，是则执行步骤（3. 4)，否则执行步骤（3.5); (3.4) 通过混合正态分布拟合的单峰或双峰结果获取ASE最终值，跳转到步骤（3.9); (3. 5)获取步骤（1. 2)中ASEm和ASEhae序列线性回归分析结果； (3.6)判断|Geoid|〈5区间内是否有值存在，是则执行步骤（3. 7)，否则执行步骤 (3. 8)； (3. 7)选取区间内的样本均值作为ASE最终值，跳转到步骤（3.9); (3. 8)将步骤（1. 2. 6)的ASE备选最终值作为ASE最终值； (3.9)结束。
9. 根据权利要求8所述的对航空器测高学系统误差ASE进行分析的方法，其特征在于， 所述步骤（3. 7)包括以下分步骤： (3. 7. 1)选取原始ASE数组Geoid绝对值小于5区间内的样本； (3. 7. 2)计算（3· 7· 1)中的ASEmsl和ASEhae的全体样本均值； (3. 7. 3)返回（3. 7. 2)的结果。
【专利摘要】公开了一种对航空器测高学系统误差ASE进行分析的方法，其能够判断航空器GPS基准面，对ASE进行分布模型拟合，从而判断航空器飞行性能趋势。这种对航空器测高学系统误差ASE进行分析的方法，包括步骤：(1)确定航空器GPS基准面；(2)对航空器ASE分布进行拟合；(3)确定航空器ASE最终值。
【IPC分类】G06F19-00
【公开号】CN104680019
【申请号】CN201510103310
【发明人】金开研, 许有臣, 朱衍波, 唐金翔, 兆珺, 陈勇岳, 李慧妍, 杨雪, 徐大伟, 郑晓旭
【申请人】民航数据通信有限责任公司
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年3月10日