一种适用于机场场面MLAT监视系统的定位算法及其性能分析

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaSep．252015V01．36No．93050-3059ISSN1000-6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu，cahkxb@buaa．educn一种适用于机场场面MLAT监视系统的定位算法及其性能分析彭卫1’2一，黄荣顺1，郭建华1，蒋凯1，何东林11．中国民用航空总局第二研究所，成都6100412．四JII农业大学商学院，成都611830摘要：与通常的三维目标不同，机场场面目标的高度是已知固定值，这点在设计应用于民用机场场面监视的无源多点时差定位(MLAT)系统

2、时应予以考虑。基于机场场面目标及MLAT系统的特点，提出了一种改进的时差定位算法，该算法特别适合应用于场面监视的MLAT系统中。相比于传统的三维定位算法，该算法不但可以提高定位精度，还可增强系统的鲁棒性。给出了该改进时差定位算法的克拉美罗界(CRLB)，并进一步推导出了该算法与三维定位算法精度之问的理论关系，从理论上证明了该算法的定位精度高于三维定位算法。与此同时，基于条件数理论还证明了该算法的鲁棒性优于三维定位算法。仿真实验及实测数据证明了所得结论的正确性和有效性。关键词：无源多点时差定位系统；条件数；到达时间差；克拉美罗界；鲁棒性；无源定位中图分类号：V241．6；TN95

3、9．6文献标识码：A文章编号：1000—6893(2015)09—3050-10无源多点时差定位(Multilateration，MLAT)是一种新颖的定位技术，其基本原理是利用多个站点所接收同一目标的到达时间差(TimeofDifferenceArrival，TDOA)来进行定位口屯]。由于可利用飞机及服务车辆的应答及自动广播信号，且具有定位精度高、冗余性好及可监视盲区少等优点，MLAT被视为下一代机场场面监视及管理系统的核心技术。例如，国际民航组织(InternationalCivilAviationOrganization，ICAO)所提出的先进机场场面活动引导和控制系统

4、(Advanced—SurfaceMovementGuidanceandControlSystem，A—SMGCS)中就将场面MLAT监视系统作为核心组成部分[3’5]。场面监视是指对机场场面范围内的飞机及服务车辆进行检测、定位、关联及跟踪。通常机场场面是指一个机场的完整覆盖区域，包括跑道、滑行道和停机坪等区域，其特点是地势平坦、开阔且无高大障碍物。当设计应用于机场场面监视MLAT系统时，应考虑如下几个因素：1)场面监视区域内的高度值(即直角坐标系中的z坐标)是固定不变的已知量，这个高度值也是场面飞机及服务车辆的实际高度(当飞机处于起飞和降落阶段时，该条件不满足)。因此对于实际

5、的机场场面监视来说，只需要确定目标的32、3，值即可。基于此，ICAO对场面监视MLAT系统的规范中只给出了z、Y轴的定位精度要求(置信度为95％时精度要求为7．5m)，而没有对z轴的精度做出要求¨J。2)根据机场建设规范[7]，MLAT系统的接收站点天线高度将会受到严格限制，这导致了在收稿日期：2014．08．12；退修日期：2014-08—18；录用日期：2014—10-21；网络出版时间：2014—11-1509：55网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail／107527／S1000—6893．2014．0293．html基金项目：国家自然科学基金委员

6、会与中国民用航空局联合资助(U1433129)；i匹1]ll省教育厅基金(13ZB0287)；民航科技创新引导资金重大专项(14014J0340030)*通讯作者．Tel．：028—82909987E-mail：pw7@163．com§

7、用格武：PengW，HuangRS，GuoJH．etaLAlocationalgorithmsuitableforMLATsurveillancesystematairportsurfaceanditsperform-anceanalysisEJT．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2015．36(9)：3

8、050—3059．彭I。黄荣颚．郭建华。等．一种适角f棍辑场萄MLAT监视系统曲定位算法及其性能舟辑t如，航空学摄，2015，36(9)：3050-3059．彭卫等：一种适用于机场场面MLAT监视系统的定位算法及其性能分析3051实际中各个接收站点之间的天线高度差较小(表现为各个站点的z坐标值变化不大)。3)为保证定位精度及消除监视盲区，需要较多数目的接收站点(一般中型机场需要十几个站，大型机场则有几十个站)。上述因素会使得应用于民用机场场面监视的MLAT系统与传统基于TDOA定位的军用侦察