[發明專利]基于Hotelling′s T2

有效

• 申請號: 201710425966.3
• 申請日: 2017-06-08
• 公開（公告）號: CN107424441B
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發明（設計）人: 蘇志剛;郝敬堂;李志強;張亞娟
• 申請（專利權）人: 中國民航大學
• 主分類號: G08G5/00
• 分類號: G08G5/00;G01C21/20
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 龐學欣

本發明公開了一種基于Hotelling's T²統計量的航空器航跡變點檢測與估計方法。航空器飛行階段的有效劃分是支撐航空排放主動監測的重要技術手段，采用變點檢測的方法可以有效地實現對航空器飛行階段的劃分。本發明根據多變量Hotelling's T²統計量的特點，在數據整體參數一致性假設下，提出了一種采用順序雙滑窗的航空器航跡變點檢測與估計方法。仿真與實驗結果表明，該方法對窗口長度較為敏感，在適宜的窗口長度下可以有效地解決航跡的變點檢測問題。本發明根據航空器航跡的特點，選擇了適當的窗口長度，可以有效進行變點檢測與位置估計，為解決航跡的階段劃分提供了一種手段。

技術領域

本發明屬于變點檢測技術領域，特別是涉及一種基于Hotelling's T²統計量的變點檢測與估計方法。

背景技術

國際民航組織(International Civil Aviation Organization,ICAO)預測2050年航空排放將比2010年增長300％左右，因此，在國際氣候變化談判中，民用航空的節能減排成為其前沿問題和各國斗爭的焦點之一。我國民航2016年運輸總周轉量比上年同期增長12.8％，隨著運輸量的增加，我國民航也面臨嚴峻的航空節能減排壓力，推進民航節能減排成為近年來我國民航管理部門的重點工作。民航節能減排需要有效的主動核查與監測手段。根據航空器不同飛行階段的能耗模型，結合航空器航跡信息，可以實現對航空器排放的主動監測。因此，基于航空器航跡信息的飛行階段劃分技術是實現航空排放主動監測任務的核心技術之一。

在民航監視領域，二次雷達系統和廣播式自動相關監視(Automatic DependentSurveillance-Broadcast,ADS-B)系統可以獲得航空器呼號、經度、緯度、高度、地速、航向和升降率等信息。利用與航空器航跡相關的高度、地速和升降率等信息可以進行飛行階段的劃分。目前航空器飛行階段的劃分主要涉及對特定飛行階段的提取和對全航程飛行階段的劃分兩類。

對特定飛行階段的提取主要是用于研究在特定飛行階段，如爬升、巡航和下降等，航空器所涉及的飛行動作和姿態的變化、燃油消耗和噪聲等問題，相應的飛行階段的提取通常采用變點分析方法、遺傳算法和隱馬爾可夫模型等方法實現。對全航程飛行階段的劃分主要采用支持向量機方法，該方法依賴人工獲取的標簽，僅是對歷史數據的回顧性分析。單窗口Hotelling's T²統計量方法可以對航跡中的變點進行檢測，現有方法重點在變點檢測上，一旦檢測出變點就停止，無法實現連續地變點檢測。雙窗口距離測度方法通過比較兩個窗口內數據的差異性來完成變點檢測，但該方法未能有效解決數據更新問題，也無法實現對實時航跡的變點檢測。因此，現有對特定飛行階段的提取和對全航程飛行階段劃分的研究成果均不具備對航跡數據實時處理的能力，無法為航空排放的主動監測提供實時的階段劃分。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種基于Hotelling's T²統計量的航空器航跡變點檢測與估計方法。

為了達到上述目的，本發明提供的基于Hotelling's T²統計量的航空器航跡變點檢測與估計方法包括按順序進行的下列步驟：

(1)從航空監視系統提供的動態信息中提取出航空器飛行高度、地速和升降率在內參數的一階差分序列數據的S1階段；

(2)根據航跡特點建立順序等長的雙滑動數據窗口，利用雙滑動數據窗口對步驟(1) 得到的一階差分序列數據進行截取，得到雙窗口數據的S2階段；

(3)對步驟(2)得到的雙窗口數據，構建其均值矢量的假設檢驗模型，并計算相應的Hotelling's T²統計量，以進行變點檢測的S3階段；

(4)當在步驟(3)中檢測到變點時，采用極大似然估計方法定位變點在滑動數據窗口中位置的S4階段；