[发明专利]基于Hotelling′s T2

说明书

本发明公开了一种基于Hotelling's T²统计量的航空器航迹变点检测与估计方法。航空器飞行阶段的有效划分是支撑航空排放主动监测的重要技术手段，采用变点检测的方法可以有效地实现对航空器飞行阶段的划分。本发明根据多变量Hotelling's T²统计量的特点，在数据整体参数一致性假设下，提出了一种采用顺序双滑窗的航空器航迹变点检测与估计方法。仿真与实验结果表明，该方法对窗口长度较为敏感，在适宜的窗口长度下可以有效地解决航迹的变点检测问题。本发明根据航空器航迹的特点，选择了适当的窗口长度，可以有效进行变点检测与位置估计，为解决航迹的阶段划分提供了一种手段。

技术领域

本发明属于变点检测技术领域，特别是涉及一种基于Hotelling's T²统计量的变点检测与估计方法。

背景技术

国际民航组织(International Civil Aviation Organization,ICAO)预测2050年航空排放将比2010年增长300％左右，因此，在国际气候变化谈判中，民用航空的节能减排成为其前沿问题和各国斗争的焦点之一。我国民航2016年运输总周转量比上年同期增长12.8％，随着运输量的增加，我国民航也面临严峻的航空节能减排压力，推进民航节能减排成为近年来我国民航管理部门的重点工作。民航节能减排需要有效的主动核查与监测手段。根据航空器不同飞行阶段的能耗模型，结合航空器航迹信息，可以实现对航空器排放的主动监测。因此，基于航空器航迹信息的飞行阶段划分技术是实现航空排放主动监测任务的核心技术之一。

在民航监视领域，二次雷达系统和广播式自动相关监视(Automatic DependentSurveillance-Broadcast,ADS-B)系统可以获得航空器呼号、经度、纬度、高度、地速、航向和升降率等信息。利用与航空器航迹相关的高度、地速和升降率等信息可以进行飞行阶段的划分。目前航空器飞行阶段的划分主要涉及对特定飞行阶段的提取和对全航程飞行阶段的划分两类。

对特定飞行阶段的提取主要是用于研究在特定飞行阶段，如爬升、巡航和下降等，航空器所涉及的飞行动作和姿态的变化、燃油消耗和噪声等问题，相应的飞行阶段的提取通常采用变点分析方法、遗传算法和隐马尔可夫模型等方法实现。对全航程飞行阶段的划分主要采用支持向量机方法，该方法依赖人工获取的标签，仅是对历史数据的回顾性分析。单窗口Hotelling's T²统计量方法可以对航迹中的变点进行检测，现有方法重点在变点检测上，一旦检测出变点就停止，无法实现连续地变点检测。双窗口距离测度方法通过比较两个窗口内数据的差异性来完成变点检测，但该方法未能有效解决数据更新问题，也无法实现对实时航迹的变点检测。因此，现有对特定飞行阶段的提取和对全航程飞行阶段划分的研究成果均不具备对航迹数据实时处理的能力，无法为航空排放的主动监测提供实时的阶段划分。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于Hotelling's T²统计量的航空器航迹变点检测与估计方法。

为了达到上述目的，本发明提供的基于Hotelling's T²统计量的航空器航迹变点检测与估计方法包括按顺序进行的下列步骤：

(1)从航空监视系统提供的动态信息中提取出航空器飞行高度、地速和升降率在内参数的一阶差分序列数据的S1阶段；

(2)根据航迹特点建立顺序等长的双滑动数据窗口，利用双滑动数据窗口对步骤(1) 得到的一阶差分序列数据进行截取，得到双窗口数据的S2阶段；

(3)对步骤(2)得到的双窗口数据，构建其均值矢量的假设检验模型，并计算相应的Hotelling's T²统计量，以进行变点检测的S3阶段；

(4)当在步骤(3)中检测到变点时，采用极大似然估计方法定位变点在滑动数据窗口中位置的S4阶段；