[發明專利]一種基于約束凸加權的TDOA定位方法

有效

• 申請號: 201710015046.4
• 申請日: 2017-01-09
• 公開（公告）號: CN106873013B
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 楊淑萍;吳肖敏;束鋒;余海;桂林卿;秦耀璐;萬思明;王正旺
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01S19/42
• 分類號: G01S19/42
• 代理公司: 江蘇樓沈律師事務所 32254
• 代理人: 沈勇

本發明公開了一種基于約束凸加權的TDOA定位方法，TDOA定位是指利用目標輻射源信號到達不同觀測站的時間差確定的多個雙曲面相交進行定位。對于衛星定位系統，目標位于地球表面為一重要的先驗信息。同時，利用TDOA測量信息進行定位，未知變量之間本身具有約束關系。為充分利用上述的約束信息以提高定位精度，本發明提供的方法首先建立關于目標位置的二次約束二次優化問題；而后針對多約束二次優化問題求解復雜度高，將原始的優化問題轉化為兩個單約束子優化問題進行求解，并對子優化問題的解以最優權值進行加權獲得目標位置。本發明提供的一種基于約束凸加權的TDOA定位方法能以較低的計算復雜度獲得較好的定位性能。

技術領域

本發明涉及無線定位技術領域，特別涉及一種基于約束凸加權的TDOA定位方法。

背景技術

隨著無線通信技術、互聯網技術的發展，無線定位技術在緊急呼叫、船舶及車輛導航、聲吶、智能交通等領域有著重要的應用。無線定位技術作為基于位置服務(LocationBased Service)的技術基礎有著重要的研究價值。根據不同的測量參數，定位技術通常可分為：AOA定位技術、TOA定位技術、TDOA定位技術、FDOA定位技術以及利用兩個測量參數的混合定位技術。在實際應用中，TOA定位技術和TDOA定位技術被證明往往能取得較好的定位精度。在衛星定位系統中，目標輻射源與衛星之間較小的時間偏差將會導致很大的定位誤差，相較于TOA定位，TDOA定位只要求衛星之間同步而不要求目標輻射源與衛星之間同步，因而TDOA定位更具實用性。

對于星載TDOA定位，利用目標位于地球表面的先驗信息，能夠提高定位精度。由于TDOA定位方程的非線性度高，在考慮地球約束的地球面方程后，目標位置的求解更加困難。因此，研究定位精度較高且求解復雜度較低的TDOA定位算法具有重要意義。

發明內容

發明目的：在衛星定位系統中，為了充分利用未知變量之間的約束關系，以及目標位于地球表面的先驗信息以提高定位精度，本發明提供的一種基于約束凸加權的TDOA定位方法能以較低的計算復雜度實現較好的定位精度。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種基于約束凸加權的TDOA定位方法，包括如下步驟：

(1)TDOA測量信息-距離差的轉化：衛星定位系統有M個衛星，位置為r_i＝(x_i,y_i,z_i)^T，不失一般性，選擇衛星1為參考衛星，目標輻射源信號到達衛星1與衛星i的時間差為τ_i1和Δτ_i1分別為信號到達衛星1與衛星i時間差的真實值與測量誤差。假定信號的傳播速度為光速c，由此得到相關的距離差為其中d_i1＝||r_i-r||-||r₁-r||，r＝(x,y,z)^T為目標的位置；

(2)二次約束二次優化問題：將平方并整理得到

考慮到d₁未知，定義變量w＝(x,y,z,d₁)^T，將上式轉化為矩陣形式b＝Aw+n，其中A為(M-1)×4的矩陣，為(M-1)×1的向量；為(M-1)×1的向量，k＝1,2,…,M-1。

目標位置r＝(x,y,z)^T與d₁的約束關系，即變量約束為：以及目標位于地球表面的先驗信息，地球約束為：r^Tr＝r_e，r_e為地球半徑。為得到表達形式簡單的約束表達式，定義此時其中變量約束及地球約束為其中P＝diag{1,1,1,-1}，Q＝diag{1,1,1,0}，q＝Qr₁。二次約束二次優化問題表述為：