[發(fā)明專利]用于分布式多點(diǎn)定位監(jiān)視系統(tǒng)的時(shí)差定位方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611204604.3
• 申請(qǐng)日: 2016-12-23
• 公開（公告）號(hào): CN106842118A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊琳;徐瑾;劉銳;馬磊;李朋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽四創(chuàng)電子股份有限公司
• 主分類號(hào): G01S5/02
• 分類號(hào): G01S5/02;G01S5/06;G01S5/16;G01S5/22
• 代理公司: 合肥和瑞知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)34118
• 代理人: 王挺

1.用于分布式多點(diǎn)定位監(jiān)視系統(tǒng)的時(shí)差定位方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、分布式多點(diǎn)定位監(jiān)視系統(tǒng)中目標(biāo)接收站主站和接收站輔站獲取目標(biāo)應(yīng)答信號(hào)，對(duì)所述目標(biāo)應(yīng)答信號(hào)經(jīng)過該分布式多點(diǎn)定位監(jiān)視系統(tǒng)處理得到解析后的測(cè)量參數(shù)數(shù)據(jù)；

S2、根據(jù)所述目標(biāo)接收站主站和接收站輔站獲取所述測(cè)量參數(shù)數(shù)據(jù)，對(duì)測(cè)量參數(shù)數(shù)據(jù)中相同目標(biāo)應(yīng)答碼和大于50％的置信度進(jìn)行配對(duì)處理，獲取目標(biāo)在同一時(shí)刻發(fā)出的測(cè)量參數(shù)數(shù)據(jù)；

S3、對(duì)配對(duì)處理后的測(cè)量參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行主站位置選擇，得到待定位區(qū)域的定位精度；

S4、根據(jù)目標(biāo)的測(cè)量參數(shù)數(shù)據(jù)以及待定位區(qū)域的定位精度，選擇目標(biāo)的接收站主站，確定時(shí)差定位模型；

S5、利用接收站主站和接收站輔站位置信息測(cè)量參數(shù)數(shù)據(jù)，通過半正定松弛的時(shí)差定位算法解算出目標(biāo)的位置信息；

S6、將所述目標(biāo)的位置信息送至終端顯示。

2.如權(quán)利要求1所述的用于分布式多點(diǎn)定位監(jiān)視系統(tǒng)的時(shí)差定位方法，其特征在于：所述測(cè)量參數(shù)數(shù)據(jù)包括目標(biāo)應(yīng)答碼、置信度、目標(biāo)應(yīng)答方式、目標(biāo)應(yīng)答時(shí)間、目標(biāo)的幅度值。

3.如權(quán)利要求1所述的用于分布式多點(diǎn)定位監(jiān)視系統(tǒng)的時(shí)差定位方法，其特征在于，步驟S3的具體步驟包括：

S31、確定目標(biāo)的接收站主站的位置信息；

獲取配對(duì)處理后的目標(biāo)的接收站的測(cè)量數(shù)據(jù)，選取其中一個(gè)接收站作為目標(biāo)的接收站主站位置，建立觀測(cè)模型計(jì)算該觀測(cè)模型條件下定位區(qū)域的GDOP值，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的接收站主站的位置信息確定；通過選取不同的接收站作為目標(biāo)的接收站主站，分別計(jì)算不同觀測(cè)模型條件下定位區(qū)域的GDOP；通過選取不同觀測(cè)模型條件下GDOP最小值即為時(shí)差定位精度最小值，實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式多點(diǎn)定位監(jiān)視系統(tǒng)時(shí)差定位模型的構(gòu)建；

S32、對(duì)待定位區(qū)域的位置信息求微分；

通過目標(biāo)的接收站主站的區(qū)域覆蓋圖、目標(biāo)的接收站輔站的區(qū)域覆蓋圖，獲取可定位區(qū)域的位置信息，利用所述可定位區(qū)域的位置信息以及到達(dá)目標(biāo)的第i個(gè)接收站輔站與目標(biāo)的接收站主站之間的時(shí)間差，通過時(shí)差定位方程，對(duì)待定位區(qū)域的位置信息求微分：

c·Δt_i＝c·(t_i-t₀)＝r_i-r₀(i＝1,2)

其中，c為光速、Δt_i為到達(dá)目標(biāo)的第i個(gè)接收站輔站與目標(biāo)的接收站主站之間時(shí)間差、t_i為到達(dá)目標(biāo)的第i個(gè)接收站輔站的時(shí)間、t₀為到達(dá)目標(biāo)的接收站主站時(shí)間、r_i為到達(dá)目標(biāo)的第i個(gè)接收站輔站的距離、r₀為到達(dá)目標(biāo)的接收站主站距離、i為到達(dá)目標(biāo)的接收站輔站的編號(hào)；

S33、求出所述待定位區(qū)域內(nèi)目標(biāo)與目標(biāo)的接收站主站位置、目標(biāo)與目標(biāo)的接收站輔站位置的相關(guān)系數(shù)矩陣；

通過所述待定位區(qū)域內(nèi)目標(biāo)到目標(biāo)的各接收站輔站與目標(biāo)到目標(biāo)的接收站主站的位置差，得出待定位區(qū)域內(nèi)目標(biāo)與站址位置的相關(guān)系數(shù)矩陣：

x，y均為目標(biāo)的位置信息、x₀，y₀均為目標(biāo)的接收站主站位置信息、x_i、y_i均為目標(biāo)的第i個(gè)接收站輔站位置信息、r₀為目標(biāo)到目標(biāo)的接收站主站距離、r_i為目標(biāo)到目標(biāo)的第i個(gè)接收站輔站距離，

S34、利用偽逆法計(jì)算所述待定位區(qū)域的誤差估計(jì)值；

定位誤差方程式為：

其中，為定位誤差在x方向上定位方差、為定位誤差在y方向上定位方差、i為目標(biāo)的第i個(gè)接收站輔站、j為目標(biāo)的第j個(gè)接收站輔站，其中，η_ij為Δt_i與Δt_j之間的相關(guān)系數(shù)，為第i站的時(shí)間測(cè)量誤差的標(biāo)準(zhǔn)差，為第j站的時(shí)間測(cè)量誤差的標(biāo)準(zhǔn)差，σ_s為站址測(cè)量誤差的標(biāo)準(zhǔn)差；

S35、求出待定位區(qū)域的定位精度；

根據(jù)時(shí)間測(cè)量誤差的相關(guān)系數(shù)η_ij，各站址測(cè)量誤差的標(biāo)準(zhǔn)差σ_s，利用線性組合求出σ_ij，然后求得x方向上定位方差y方向上定位方差通過公式，計(jì)算得到待定位區(qū)域的定位精度GDOP。

4.如權(quán)利要求3所述的用于分布式多點(diǎn)定位監(jiān)視系統(tǒng)的時(shí)差定位方法，其特征在于，步驟S5的具體步驟包括：

S51、構(gòu)建時(shí)差定位方程；

利用接收站主站位置信息測(cè)量參數(shù)數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的觀測(cè)模型，確定的接收站主站的站址信息，利用目標(biāo)到接收站主站的距離、目標(biāo)到接收站輔站的距離差構(gòu)建距離差定位方程：

其中，為到達(dá)接收站主站和接收站輔站時(shí)間差的測(cè)量值，c為光速，r_i,k-r_1,k為信號(hào)源發(fā)射的應(yīng)答信號(hào)從第k個(gè)目標(biāo)位置u_k到接收站s_i和接收站主站s₁之間的真實(shí)時(shí)間差，n_i1,k為測(cè)量誤差，i為接收站輔站的索引，k為目標(biāo)索引；

S52、對(duì)信號(hào)源位置即待定位的目標(biāo)位置進(jìn)行最大似然估計(jì)；

利用目標(biāo)到接收站主站和第i個(gè)接收站輔站的距離差測(cè)量誤差的協(xié)方差矩陣表示目標(biāo)位置的最大似然估計(jì)：

其中，J(u)為信號(hào)源位置u的高度非線性、非凸代價(jià)函數(shù)，為所構(gòu)成的距離差估計(jì)組成的向量，f(u)為信號(hào)源發(fā)射的應(yīng)答信號(hào)從第k個(gè)目標(biāo)位置u_k到接收站s_i和接收站主站s₁之間的真實(shí)時(shí)間差組成的向量，Q為測(cè)量誤差n_i1,k服從均值為零的協(xié)方差矩陣，T為矩陣的轉(zhuǎn)置，為使得代價(jià)函數(shù)J(u)最小時(shí)所需信號(hào)源位置u的值；

S53、引入輔助矢量，將距離差定位方程轉(zhuǎn)化為約束最小二乘問題；

引入輔助矢量即為目標(biāo)與接收站主站的位置和距離，轉(zhuǎn)化為約束最小二乘問題，并在此基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)換為凸的半正定規(guī)劃問題，將原代價(jià)函數(shù)整理得到的矩陣如下：

其中，η_k＝B_kn_k，B_k＝diag{r_2,k,...,r_N,k}，k＝1,2，R＝[s₂-s₁,...,s_N-s₁]^T，O_(N-1)×3為(N-1)×3的0矩陣，0_N-1為N-1的0行向量，為目標(biāo)1的到達(dá)接收站主站和接收站輔站距離差估計(jì)組成的向量，為目標(biāo)2的到達(dá)接收站主站和接收站輔站距離差估計(jì)組成的向量；

S54、對(duì)所述輔助矢量進(jìn)行加權(quán)最小二乘求解；

對(duì)原代價(jià)函數(shù)整理得到的矩陣進(jìn)行加權(quán)最小二乘求解，得到的輔助矢量估計(jì)值如下：

其中，加權(quán)矩陣W＝E[ηη^T]^-1＝(BQB^T)^-1，B＝diag{B₁,B₂}表示以B₁和B₂為對(duì)角塊的矩陣，Q＝E[nn^T]為噪聲協(xié)方差矩陣，n為到達(dá)接收站主站和接收站輔站距離差測(cè)量誤差的矩陣形式，Gy-h＝η；

S55、利用加權(quán)最小二乘解算的輔助矢量初始估計(jì)松弛等式約束，構(gòu)造新的代價(jià)函數(shù)；

根據(jù)約束條件，構(gòu)造新的代價(jià)函數(shù)：

s.t y(6+k)＝||y(3(k-1)+1:3k)||₂,k＝1,2

將(Gy-h)^TW(Gy-h)轉(zhuǎn)化為

其中，Y＝y(tǒng)y^T，

由此可知，Y(6+k,6+k)＝trace{Y(3k-2:3k,3k-2:3k)}，其中，k＝1,2；由Y＝y(tǒng)y^T，其中y＝[(u₁-s₁)^T,(u₂-s₁)^T,r_1,1,r_1,2]^T，可知Y(7,8)＝r_1,1r_1,2；

S56、利用凸半正定規(guī)劃優(yōu)化求解輔助矢量和輔助矢量轉(zhuǎn)置的變量的值，并通過特征值分解得到輔助矢量的值；

利用已構(gòu)造的新的代價(jià)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化求解時(shí)，把相應(yīng)的等式約束轉(zhuǎn)化凸半正定規(guī)劃優(yōu)化問題，

待求解的公式為：其約束條件為：

s.t Y(6+k,6+k)＝trace{Y(3k-2:3k,3k-2:3k)}

S57、根據(jù)求得的輔助矢量的值與目標(biāo)位置之間的關(guān)系獲取目標(biāo)的位置信息；

對(duì)Y進(jìn)行特征值分解可得：

其中，λ_i為Y的特征值，i＝1,...,r，q_i為相應(yīng)的特征向量，設(shè)i＝1,...,r已按從大到小排列，即λ₁≥λ₂≥...≥λ_r＞0，根據(jù)Y的定義可得信號(hào)源位置估計(jì)為：