基于ads-b信號的廣域多站時間同步方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及多點時差定位中廣域多站時間同步領域，具體為一種廣域多站共同接 收空中的ADS-B信號，篩選出合適的批次，利用打上的時間戳和ADS-B報文中飛機的位置信 息，評估出廣域多站間時間基準差并進行同步的方法。 二、
【背景技術】
[0002] 在無源定位領域，多點時差定位以其定位精度高，覆蓋范圍廣，組網簡單方便、抗 干擾能力強等諸多優點成為一種最主要的多點定位方式，無論在民用、還是軍事上都有廣 泛的應用。基于時差的多點定位最關鍵的技術是多站間的精確時間同步，這是整個定位系 統能否有效工作的基本前提。在站間距不是很大的情況下，可以通過物理連接（如光纖） 的方式進行時間同步，而在站間距較大的情況下，這樣的做法不論從成本、施工難度還是風 險上都不是一個好的選擇，而且還只能針對固定多站。一般的做法是，增加一個已知位置的 固定發射站，用于多站間的同步。這種方法較物理連接同步法有較大優勢，可以實現靈活的 廣域同步，并不限于固定多站。但增加一個發射站用于同步的劣勢不僅體現在增加架設及 維護成本上，同時在軍事應用上失去了無源定位隱蔽性的優點，在日益緊張的電磁頻譜利 用上也很難做到完全的電磁兼容。另外，廣域多站還常采用GPS共視來實現時間同步，這種 方式的同步精度在幾十納秒，使得定位精度大大受限，且基于GPS系統的方法受制于別國， 在非常時期的可用性將不能保證。尋求一種在不增加同步發射站、不受制于他國系統的情 況下實現精確的廣域多站時間同步的機制將具有重要意義。
[0003] 在目前的空域中，航線遍布，每天都有數以萬計的飛機在飛行，除了大洋上空幾乎 找不到一片以幾十公里為半徑的圓形區域內沒有飛機飛過。所有的飛機都向外輻射電磁信 號，大多數（以后會更多）的商用飛機都安裝有ADS-B系統，以1090ES數據鏈主動播報自 身的位置。這是利用ADS-B信號進行多站時間同步的前提條件。多站通過實時接收空域中 的ADS-B信號、打上時間戳，并構建出信號傳輸模型和誤差模型，經過合理選擇某些批次的 數據來計算時間基準差，最后對輔站的時間基準進行修正，實現多站的精確時間同步。這種 基于ADS-B信號的廣域多站時間同步方法大大降低了架設和運營成本、提高了系統的安全 性和隱蔽性，在經濟和軍事上都有著十分巨大的意義。 三、
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種利用空中已有ADS-B信號對廣域多站進行精確時間同 步的方法，用以在不增加系統復雜度的情況下，提高多站時間同步的精度。本發明要求待同 步的輔站與中心站對ADS-B信號的接收空域有交集，以保證在輔站與中心站進行時間同步 時有共視的裝有ADS-B的飛機。
[0005] 本發明提供一種利用空中已有ADS-B信號對廣域多站進行精確時間同步的方法， 其中包括：
[0006] (1)廣域多站接收ADS-B信號并打上本地時間戳，將打上本地時戳的報文通過原 有信道傳送到中心站；
[0007] (2)選擇出待同步的輔站和中心站都接收到的ADS-B報文，對其按ICAO號進行分 批，選取在同一段航線上有一去一回數據的批次；
[0008] (3)對在（2)中選出的批次數據根據位置報文數量、連續性、導航精度等級三個參 數進行綜合評估，根據評估結果進行優先級排序；
[0009] (4)選擇出滿足要求的一組數據（包含至少一個批次的數據）；
[0010] (5)將（4)中各批次的數據根據ADS-B信號傳輸模型及誤差模型計算中心站與某 個待同步輔站之間的時間基準差的樣本，并根據（3)中的優先級排序設置各批次數據計算 出的時間基準差樣本的權值；
[0011] (6)根據（5)中的時間基準差和權值，估計出此待同步輔站和中心站的時間基準 差；
[0012] (7)根據（6)中的結果得到對相應輔站的時間基準修正量，在中心站進行數據處 理時，對來自相應輔站的時戳信息都加上這個修正量，以統一到中心站時間基準；
[0013] (8)其他輔站按照（5)?（7)步驟逐一同步到中心站，完成多站時間同步。
[0014] 本發明在現有廣域多站系統基礎上，增加 ADS-B接收功能，將裝有ADS-B系統的飛 機納入到系統中進行建模，解算出輔站與主站的時差，實現廣域多站的時間同步，有效解決 了廣域多站時間同步困難及同步精度不高的問題，具有巨大的軍事價值和經濟效益。 四、
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發明待同步輔站與中心站時間同步流程圖
[0016] 圖2為本發明ADS-B信號傳輸圖
[0017] 圖3為本發明時間基準差計算模型示意圖 五、 具體實施方法
[0018] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附 圖，對本發明的技術方案進行清楚完整地描述。由于對實施例的闡述是具體的，不能涵蓋本 發明的所有實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創新性勞動的前提下所獲得的所有其 他實施例，都屬于本發明的保護范圍。
[0019] 圖1為本發明所述待同步輔站與中心站時間同步流程圖。待同步輔站與中心站各 自接收空域中的ADS-B信號，分別打上各站的本地時間戳，通過原有數據通道將帶有時戳 的ADS-B報文發送給中心站。在中心站對來自各輔站的ADS-B報文進行數據來源標記，以 區分來自于那個接收站。對它們共同接收的ADS-B報文按照ICAO號進行分批，并篩選出在 同一段航線上有一來一回數據的批次。對篩選出的批次根據位置報文數量、報文連續性及 ADS-B系統的導航精度進行數據質量評估，根據評估結果進行優先級排序。判斷是否有滿足 要求的批次，如果有則將數據代入時差計算模型中計算出各待同步輔站與中心站的時間基 準差，如果沒有滿足要求的批次，則繼續等待更多數據的錄取。當得到所有待同步輔站與中 心站的時間基準差（估計值），在中心站進行數據處理時，對來自相應輔站的時間戳加上相 應的修正量，實現所有輔站的時間基準都同一到中心站的時間基準上，完成多站時間同步。
[0020] 圖2為本發明所述ADS-B信號傳輸圖。裝有ADS-B的飛機按照一定周期向外廣播 自身的位置、速度等信息。當某條ADS-B位置報文同時被所有接收站所接收并打上各站本 地時間戳，可設此條ADS-B報文在UTC時間tQ從機載天線廣播了出去，站1 (假設站1為中 心站）在L時刻收到此條報文，站2在12，......，站M在tM時刻收到此條報文，而站1、站 2、……、站M的時間基準與標準UTC時間的差分別為Λ ?\、Λ T2、……、Δ ΤΜ，飛機在發送 此條報文時的位置可以從報文中獲取，所有接收站的位置已知，那么可以得到報文發送時， 飛機與各站的距離分別為Dp D2、……、DM，那么可以得到：
[0021]
【主權項】
1. 基于ADS-B信號的廣域多站時間同步方法，其特征在于利用空中已有的帶有飛機自 身位置的ADS-B信號對廣域多站進行精確時間同步的方法，具體為： (1) 廣域多站接收ADS-B信號并打上本地時間戳，將打上本地時戳的報文通過原有線 路傳送到中屯、站； (2) 選擇出待同步的輔站和中屯、站都接收到的ADS-B報文，對其按ICAO號進行分化選 取在同一段航線上有一去一回數據的批次； (3) 對在（2)中選出的批次數據根據位置報文數量、連續性、導航精度等級=個參數進 行綜合評估，根據評估結果進行優先級排序； (4) 選擇出滿足要求的一組數據（包含至少一個批次的數據）； (5) 將（4)中各批次的數據根據ADS-B信號傳輸模型及誤差模型計算中屯、站與某個待 同步輔站之間的時間基準差的樣本，并根據（3)中的優先級排序設置各批次數據計算出的 時間基準差樣本的權值； (6) 根據巧）中的時間基準差和權值，估計出此待同步輔站和中屯、站的時間基準差； (7) 根據化）中的結果得到對相應輔站的時間基準修正量，在中屯、站進行數據處理時， 對來自相應輔站的時戳信息都加上該個修正量，W統一到中屯、站時間基準； 做其他輔站按照妨?（7)步驟逐一同步到中屯、站，完成多站時間同步。
2. 根據權利要求1所述的基于ADS-B信號的廣域多站時間同步方法，其特征在于：所 述的時間基準差計算的基本思想為通過得到飛機與接收站的距離W及接收站打上的時間 戳來反推出兩個站之間的時間基準差。
3. 根據權利要求1所述的誤差模型，其特征在于；通過利用某架飛機在某位置一來一 回的數據來降低由固定發送時延引起的估計誤差；通過在某段航線上的多個數據來降低由 定位誤差和隨機發送時延引起的估計誤差。
4. 根據權利要求1所述的基于ADS-B信號的廣域多站時間同步方法，其特征在于：本 發明并不限制待同步輔站的數量，理論上可W為任意多個站進行時間同步。
【專利摘要】本發明公開了一種基于ADS-B信號的廣域多站時間同步方法。待同步輔站和中心站同時接收攜帶飛機位置信息的ADS-B信號，并打上本地時間戳。通過建立計算時間基準差的基本模型和誤差模型，得到利用打上時戳的ADS-B位置報文進行廣域多站時間同步的方法以及降低同步誤差的優化方法。對獲取的ADS-B數據進行分批、篩選和質量評估，選取滿足要求的數據代入模型進行計算，得到輔站與中心站的時間基準差，最后在中心站進行數據處理時對其進行修正，以完成所有輔站和中心站的時間同步。本發明在沒有增加廣域多站定位系統的復雜度的情況下，利用現有已知信號源對任意數量的多站系統進行精確的時間同步，具有重要的實用價值。
【IPC分類】H04L7-04
【公開號】CN104618088
【申請號】CN201410576649
【發明人】唐小明, 張濤, 金林, 朱洪偉, 李洪高
【申請人】煙臺三航雷達服務技術研究所有限公司, 中國人民解放軍海軍航空工程學院
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2014年10月16日