[發明專利]一種基于多運動接收站的時差定位方法

有效

• 申請號: 201410171377.3
• 申請日: 2014-04-25
• 公開（公告）號: CN103969622A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 馮大政;朱國輝;趙海霞;薛海偉;解虎;虞泓波
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02
• 代理公司: 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 惠文軒

1.一種基于多運動接收站的時差定位方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，根據多運動接收站的時差定位模型，得到目標到各個接收站的多時刻距離差RDOA定位方程組；

步驟2，引入目標位置坐標u的輔助變量將多時刻距離差RDOA定位方程組轉化為輔助變量的偽線性方程組；

步驟3，對輔助變量的偽線性方程組進行加權最小二乘估計，得到輔助變量估計值目標位置坐標u的初始估計值以及信號從目標到第k時刻的參考接收站的真實距離r_1,k的估計值利用輔助變量的偽線性方程組和輔助變量估計值得到輔助變量估計值的估計偏差所述參考接收站取自于多運動接收站的時差定位模型中的第一個接收站；

步驟4，通過輔助變量估計值的估計偏差得到目標位置坐標u的初始估計偏差Δu；利用信號從目標到第k時刻的參考接收站的真實距離r_1,k的估計值通過泰勒級數展開，得到目標位置坐標u的初始估計偏差Δu的線性模型的矩陣表達式；

步驟5，利用線性模型的矩陣表達式，通過加權最小二乘估計求解目標位置坐標的初始估計偏差Δu的加權最小二乘估計根據目標位置坐標u的初始估計值和加權最小二乘估計得到校正后的目標位置坐標

2.根據權利要求1所述的一種基于多運動接收站的時差定位方法，其特征在于，步驟1包括以下子步驟：

1a)設定三維空間中靜止的目標位置坐標為u＝[x,y,z]^T，空間第i個接收站在第k時刻的位置坐標s_i,k＝[x_i,k,y_i,k,z_i,k]^T＝s_i,0+kv_i，i＝1,...,N，0≤k≤K，其中，k表示時刻，K為非負常數，N表示空間運動接收站的個數，s_i,0表示第i個接收站的初始位置坐標，v_i表示該接收站相應的速度矢量，T表示轉置操作；

1b)第k時刻，目標到第i個接收站的距離r_i,k為：

r_i,k＝||u-s_i,k||₂，i＝1,...,N，0≤k≤K(1)

其中，r_i,k表示第k時刻，信號從目標到第i個接收站的距離，u表示目標位置坐標，s_i,k表示第i個接收站在第k時刻的位置坐標，||·||₂表示取二范數操作，K為非負常數，N表示運動接收站的個數，k表示時刻；

1c)選取第k時刻的第一個接收站作為第k時刻的參考接收站，目標到接收站和參考接收站的到達時差TDOA測量值表示為如下形式：

t~i1,k=ti1,k+Δti1,k=(ri,k-r1,k)/c+Δti1,k,i=2,...,N,0≤k≤K---(2)]]>

其中，表示第k時刻，信號從目標到第i個接收站和到參考接收站之間的TDOA測量值，t_i1,k表示第k時刻信號從目標到第i個接收站和到參考接收站之間的真實時間差，c表示電磁波傳播速度，Δt_i1,k表示第k時刻的到達時差TDOA測量誤差，N表示運動接收站的個數，k表示時刻，K為非負常數；

1d)將式(2)兩端同時乘以電磁波傳播速度c，得到如下的多時刻距離差RDOA定位方程組：

r~i1,k=ct~i1,k=ri1,k+ni1,k,i=2,...,N,0≤k≤K---(3)]]>

其中，表示第k時刻，信號從目標到第i個接收站和到參考接收站之間的RDOA測量值，c表示電磁波傳播速度，表示第k時刻，信號從目標到第i個接收站和到參考接收站之間的TDOA測量值，r_i1,k＝r_i,k-r_1,k表示第k時刻，信號從目標到第i個接收站和到參考接收站之間的真實距離差，r_i,k表示第k時刻，信號從目標到第i個接收站的距離，r_1,k表示第k時刻，信號從目標到參考接收站的距離；n_i1,k＝cΔt_i1,k表示第k時刻的RDOA測量誤差，N表示運動接收站的個數，k表示時刻，K為非負常數；

1e)將多時刻距離差RDOA定位方程組式(3)寫成矢量形式，得到：

r~=[r~0T,r~1T,...,r~KT]T=r+n---(4)]]>

其中，表示目標到各接收站和參考接收站之間的測量距離差矢量，并且為(K+1)×(N-1)維的列矢量，表示信號從目標到第k時刻的各個接收站和到第k時刻的參考接收站之間的測量距離差矢量，r為(K+1)×(N-1)維的列矢量，表示目標到各接收站和參考接收站之間的真實距離差矢量，r_k＝[r_21,k,r_31,k,...,r_N1,k]^T表示信號從目標到第k時刻的各個接收站和到第k時刻的參考接收站之間的真實距離差矢量，表示RDOA測量誤差，n服從均值為零，協方差矩陣為Q的高斯分布，n_k＝[n_21,k,n_31,k,...,n_N1,k]^T表示第k時刻的RDOA測量誤差矢量，N表示運動接收站的個數，k表示時刻，K為非負常數，T表示轉置操作。