[發(fā)明專利]一種采用多站點對多目標的定位方法

有效

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• 申請日: 2011-11-23
• 公開（公告）號: CN102540139A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 萬群;樊榮;徐保根;萬義和;湯四龍;郭賢生;黃際彥
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué);同方電子科技有限公司
• 主分類號: G01S5/00
• 分類號: G01S5/00
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 詹福五

1.一種采用多站點對多目標的定位方法，包括：

A.監(jiān)測站的設(shè)置：首先根據(jù)定位區(qū)域的最南或最北的監(jiān)測站為橫軸、以最西或最東的監(jiān)測站為縱軸建立直角坐標系，正北方向為零度參考方向、順時針方向的角度為正、逆時針方向的角度為負；然后根據(jù)定位區(qū)域的大小、地形以及擬監(jiān)測目標的個數(shù)的最大值設(shè)置監(jiān)測站的個數(shù)和各個監(jiān)測站在直角坐標系中的坐標位置，同時選定其中一個監(jiān)測站作為主站，將其余監(jiān)測站作為子站，并對各個子站分別編號；

B.建立主站系統(tǒng)觀測向量及主站系統(tǒng)變換矩陣：

B₁.建立主站系統(tǒng)觀測向量：根據(jù)主站監(jiān)測到的各目標的方向角，并將各目標方向角從小至大的正弦與該站橫坐標值的積組成一列向量、再將各目標方向角的余弦與該站縱坐標值的積組成另一列向量；最后將所得兩個列向量的對應(yīng)分量的差作為主站系統(tǒng)觀測向量；

B₂.建立主站系統(tǒng)變換矩陣：以目標個數(shù)為行數(shù)，其二倍值為列數(shù)，建立一個零矩陣；然后，根據(jù)各目標按方向角大小的排列，以相對主站方向的角度從小到大的正弦值和余弦值的相反數(shù)、依次將其置入零矩陣的第一行第一列和第一行第二列、第二行第三列和第二行第四列、第三行第五列和第三行第六列……，依此類推，至最后一行的最后一列，即得主站的系統(tǒng)變換矩陣：

C.建立子站系統(tǒng)觀測向量及子站系統(tǒng)變換矩陣：

C₁.建立子站系統(tǒng)觀測向量：根據(jù)任一子站監(jiān)測到的各目標的方向角，并將各目標方向角從小到大為序、首先將最小方向角的正弦與該站橫坐標值的積作為一個元素、并將其余弦與該站縱坐標值的積作為另一個元素，再將所得兩個元素之差作為分量，然后將目標總數(shù)個該分量組成一個列向量；然后再依次建立其余目標方向角的列向量；最后將所得各目標方向角的列向量依次排列、即組成該子站的系統(tǒng)觀測向量；按該方法分別建立其余子站的系統(tǒng)觀測向量；

C₂.建立子站系統(tǒng)變換矩陣：

按照步驟C₁中的方向角度順序，首先建立一個方向角對應(yīng)的系統(tǒng)變換矩陣；即以目標個數(shù)為行數(shù)，其二倍值為列數(shù)，建立一個零矩陣；然后，根據(jù)一個目標方向角的正弦值和余弦值的相反數(shù)，依次將其置入零矩陣的第一行第一列和第一行第二列、第二行第三列和第二行第四列、第三行第五列和第三行第六列……，依次類推，至最后一行的最后一列，即得子站中的第一個方向角所對應(yīng)的系統(tǒng)變換矩陣、即：

然后，按該方法分別建立其余目標方向角的變換矩陣；最后，依次按照該方法建立其余子站的系統(tǒng)變換矩陣，并將其縱向堆成一個高矩陣作為所有子站系統(tǒng)的變換矩陣；

D.建立監(jiān)測系統(tǒng)定位方程：

D₁.建立監(jiān)測系統(tǒng)定位方程中待測目標的坐標向量：依次將待定位的各目標坐標按其橫坐標、縱坐標、橫坐標、縱坐標的順序，依次排列成一個列向量作為監(jiān)測系統(tǒng)定位方程中待測目標的坐標向量；

D₂.建立監(jiān)測系統(tǒng)觀測向量：將步驟C₁建立的子站系統(tǒng)觀測向量縱向排列在步驟B₁建立的主站系統(tǒng)觀測向量下作為監(jiān)測系統(tǒng)觀測向量；

D₃.建立監(jiān)測系統(tǒng)變換矩陣：將步驟C₂建立的子站系統(tǒng)變換矩陣縱向排列在步驟B₂建立的主站系統(tǒng)變換矩陣下作為監(jiān)測系統(tǒng)變換矩陣；

D₄.建立監(jiān)測系統(tǒng)定位方程：通過如下方式構(gòu)建監(jiān)測系統(tǒng)定位方程：

監(jiān)測系統(tǒng)觀測向量＝監(jiān)測系統(tǒng)變換矩陣×監(jiān)測系統(tǒng)待測的目標坐標向量

D₅.確定監(jiān)測系統(tǒng)定位方程的初始化參數(shù)：根據(jù)定位要求設(shè)置定位誤差門限值及最大迭代次數(shù)；根據(jù)步驟D₄建立的監(jiān)測系統(tǒng)定位方程，將待測目標坐標向量的最小二乘值作為監(jiān)測系統(tǒng)待測的目標的初始坐標向量；

E.目標的定位處理：

E₁.確定各子站的配對組集合：首先，根據(jù)子站的方向角數(shù)建立與方向角個數(shù)同階的任意子站的空方陣，并對該方陣各元素按連續(xù)編號；其次，將第一個方向角置于矩陣第一行任意列的位置上、并將其所處的順序號作為該方向角在矩陣中的位置，將第二個方向角置于第二行中除前一個方向角所在列之外的任意一列的位置上，將第三個方向角置于第三行中除前兩個方向角所在列之外的任意一列的位置上；依此類推，將最后一個方向角置于最后一行中還未被占據(jù)的列的位置上、并將各方向角在矩陣中所處位置的順序號作為對應(yīng)方向角在矩陣中的位置，各方向角的位置序號即組成該子站中的一種配對組合，所有與方向角個數(shù)相同的組合即組成該子站配對組的集合；并按此方法確定其余子站配對組的集合；

E₂.確定迭代殘差向量：

E_2-1.對由步驟D₅輸入的監(jiān)測系統(tǒng)定位方程的初始化參數(shù)進行迭代處理、則將監(jiān)測系統(tǒng)變換矩陣乘以當前監(jiān)測系統(tǒng)中待測目標的坐標向量初始值后，再將其結(jié)果與監(jiān)測系統(tǒng)觀測向量相減后取絕對值作為迭代殘差向量、然后轉(zhuǎn)步驟E_3-1處理；

E_2-2.若輸入的是由步驟E₇迭代后不能滿足定位誤差門限要求而需繼續(xù)進行下一循環(huán)迭代處理的數(shù)據(jù)、則將監(jiān)測系統(tǒng)變換矩陣乘以當前的監(jiān)測系統(tǒng)待測目標的坐標向量后，再將其結(jié)果與監(jiān)測系統(tǒng)觀測向量相減后取絕對值作為迭代殘差向量；?

E₃.確定隨機權(quán)值向量：隨機產(chǎn)生一組與監(jiān)測系統(tǒng)觀測向量維數(shù)相等的隨機權(quán)值向量、然后分別對步驟E_2-1及E_2-2輸入的迭代殘差向量進行處理，即：

E_3-1.對由步驟E_2-1輸入的迭代殘差向量、則對生成的隨機向量的每個分量分別縮小至原分量的1/2-1/8后得到的一組新向量、作為隨機權(quán)向量；

E_3-2.對由步驟E_2-2輸入的迭代殘差向量進行第一次循環(huán)迭代時、則對生成的隨機向量的每個分量分別縮小至原分量的1/4-1/16后得到的一組新向量、作為隨機權(quán)向量；此后每增加一次循環(huán)迭代處理、則在上一循環(huán)迭代處理時對每個分量縮小后的基礎(chǔ)上再分別縮小1/2后得到的一組新向量、作為隨機權(quán)值向量；直至滿足給定的定位誤差門限、或迭代次數(shù)達到迭代次數(shù)的最大值止；

E₄.更新隨機權(quán)值向量：

E_4-1.根據(jù)迭代殘差向量確定各子站的定位誤差：將步驟E₁子站配對集合中的每個配對組合作為一個分量；對于第一個子站，根據(jù)步驟E₂得到的迭代殘差向量對應(yīng)的分量求和后的結(jié)果作為第一個子站的各個定位誤差；以此確定迭代殘差向量其余子站的定位誤差；

E_4-2.確定各子站定位誤差的分散程度：根據(jù)步驟E_4-1所得的相應(yīng)子站的各個定位誤差值、確定該子站的定位誤差的分散程度；

E_4-3.確定各子站及主站的權(quán)值向量：用步驟E_4-2所得的分散度更新步驟E₃監(jiān)測系統(tǒng)中各子站的隨機權(quán)值向量，并將該向量作為各子站更新后的權(quán)值向量、然后確定其中的最大值；將步驟E_4-3所得的最大值的1至8倍作為主站的權(quán)值向量；

E_4-4.更新隨機權(quán)值向量：根據(jù)E_4-3所得各子站及主站的權(quán)值向量，將主站權(quán)值向量和各子站權(quán)值向量排成一列，以更新步驟E₃的隨機權(quán)值向量；

E₅.更新監(jiān)測系統(tǒng)待測目標的坐標向量：

E_5-1.確定加權(quán)矩陣：根據(jù)步驟E₄更新后的權(quán)值向量，并利用該權(quán)值向量中的各分量建立一個對角矩陣；

E_5-2.更新監(jiān)測系統(tǒng)待測的目標坐標向量：根據(jù)步驟E_5-1確定的加權(quán)矩陣分別作為步驟D₄中監(jiān)測系統(tǒng)觀測向量的加權(quán)系數(shù)及監(jiān)測系統(tǒng)變換矩陣的左加權(quán)矩陣；并將加權(quán)處理后的監(jiān)測系統(tǒng)觀測向量和監(jiān)測系統(tǒng)變換矩陣的最小二乘值以更新步驟D₄中的監(jiān)測系統(tǒng)待測的目標坐標向量；

E₆.確定定位誤差：將步驟E_5-2確定的監(jiān)測系統(tǒng)待測目標坐標向量替換步驟D₄中對應(yīng)的監(jiān)測系統(tǒng)待測的目標坐標向量，然后將等式兩邊相減后所得各分量的平方和即為定位誤差；

E₇.定位結(jié)果輸出及終止流程判定：

E_7-1：當步驟E₆所得定位誤差值不大于步驟D₅中給定的誤差門限值，則步驟E_5-2中的監(jiān)測系?統(tǒng)待測的目標坐標向量中的第一個元素及第二個元素即為第一個目標的橫、縱坐標值，第三個元素及第四個元素即為第二個目標的橫、縱坐標值，以此類推得到所有目標的橫、縱坐標值，并終止定位過程；

E_7-2：若定位誤差大于步驟D₅中給定的定位誤差門限值，則返回到步驟E₂進行下一步迭代處理，直到誤差值不大于步驟D₅中給定的誤差門限值或達到最大迭代次數(shù)，根據(jù)步驟E_7-1的方法確定各目標的坐標值，并終止定位過程。