基于广域多点定位与协同优化的抗干扰航迹跟踪方法研究

Continuous accurate positioning and tracking of aircrafts is a key technology for air traffic management, and is also a basis for the future large-capacity integrated space-air-ground communication networks. Although the automatic dependent surveillance-broadcast technique can provide tracking and monitoring service for aircrafts in non-radar areas, it faces several challenges in terms of channel quality and security consideration. Considering the evolution trends of the aircraft tracking and surveillance technology, this project seeks trajectory tracking methods with higher precision and stronger anti-jamming abilities from the aspect of multiple devices’ cooperation. The main research contents include: 1) To deal with the problem of not line of sight of ADS-B signal and the fact that integrity of the ADS-B is susceptible to be damaged, we introduce angle of arrival, frequency difference of arrival, and et al to construct a new multilateration model and corresponding positioning algorithm based on adaptive filters, which can mitigate the location fuzzy problem of single feature-based solutions. 2) In view of air route and movement scenarios, this project takes advantages of the multi-source information fusion theory to integrate the tracking information given by wide-area multi-points subnetworks. Thus, a collaborative optimization of multiple tracking results can be achieved. 3) On the basis of modeling and simulation of a variety of ADS-B jamming, this project will study on the method that can evaluate the anti-jamming performance of wide-area multilateration and collaborative optimization using three consistency tests.

对航空器进行连续不断的精确定位与跟踪，是实现空中交通管理的关键技术，也是实现未来大容量天-空-地一体化通信网络的基础。虽然广播式自动相关监视技术可以实现非雷达区域的航空器跟踪与监视服务，但它在信道质量、安全性两个层面存在诸多挑战。本项目结合航空器跟踪与监视技术的演进趋势，从多设备协同工作的角度寻求精度更高、抗干扰性能更强的航迹跟踪方法，包括：1）针对ADS-B信号非直达径问题及报文完整性易受破坏问题，考虑引入信号到达角、到达频差等信息，构建新的多点定位模型和基于自适应滤波的定位算法，减轻单一特征局限带来的位置模糊；2）针对航路移动场景，项目借鉴多源信息融合理论，对广域多点不同子网络输出的航迹信息进行整合，实现航迹跟踪结果的协同优化；3）项目在对多种主动式干扰进行建模和仿真模拟基础上，研究利用三种一致性检验过程对广域多点协同优化抗干扰性能进行评估的方法。

对航空器进行连续不断的精确定位与跟踪，是实现空中交通管理的关键技术，也是实现未来大容量天-空-地一体化通信网络的基础。虽然广播式自动相关监视技术可以实现非雷达区域的航空器跟踪与监视服务，但它在信道质量、安全性两个层面存在诸多挑战。本项目结合航空器跟踪与监视技术的演进趋势，从多设备协同工作的角度寻求精度更高、抗干扰性能更强的航迹跟踪方法，包括：1）针对ADS-B信号非直达径问题及报文完整性易受破坏问题，考虑引入信号到达角、到达频差等信息，构建新的多点定位模型和基于自适应滤波的定位算法，减轻单一特征局限带来的位置模糊；2）针对航路移动场景，项目借鉴多源信息融合理论，对广域多点不同子网络输出的航迹信息进行整合，实现航迹跟踪结果的协同优化；3）项目在对多种主动式干扰进行建模和仿真模拟基础上，研究利用三种一致性检验过程对广域多点协同优化抗干扰性能进行评估的方法。.本项目致力于新一代航空器综合监视技术演进，在提高定位跟踪精度的同时，防止由于ADS-B报文被篡改而引入的虚假位置信息，探索一种高可靠性的飞行器航路定位技术，对广域多站点接收机场景下多点定位技术进行研究。采用随机过程分析、最优状态估计、矩阵分析等数学方法，引入深度学习技术，考虑引入影响定位精度的新特征，以丰富MLAT算法的内涵。本项目致力于广域多站点接收机协同优化问题，为推动精度更高、抗干扰能力更强的飞行器跟踪与监视技术演进而进行探索。本项目的重要研究结果包括：提出基于混合自适应滤波的ADS-B/IMM多点定位算法；提出面向广域多点定位的ADS-B站点簇选择及切换方法；提出基于ADS-B侧信息的空地网络中无人机切换方法；提出基于多特征深度融合的航迹抗干扰防篡改跟踪方法。