[發明專利]一種組合導航相對定位方法

有效

• 申請號: 201811042886.0
• 申請日: 2018-09-07
• 公開（公告）號: CN109188352B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 劉錫祥;許廣富;楊文強;馬曉爽;劉賢俊
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02;G01C21/16
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

1.一種組合導航相對定位方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

(1)結合TOA測距技術，建立N個人員的測距矩陣；

(2)根據測距矩陣建立N個人員導航相對定位估計模型；

(3)根據定位估計模型構造增廣目標函數，對約束進行非線性規劃，求解增廣目標函數最優解以獲得N個人員無線通訊定位坐標；

(4)建立無線通訊和慣導定位組合導航模型，利用卡爾曼濾波融合得出N個人員定位坐標；

步驟(1)中，結合TOA測距技術，建立N個人員的測距矩陣，方法如下：

設N個人員分布在二維坐標系下平面區域內，表示第i個定位人員待估計坐標：

計算兩兩人員i，j之間距離，T₁時刻，i向j發送詢問指令，T2時刻j收到詢問指令，T3為j向i發送應答指令時刻，T4為i收到應答指令的時刻，利用異步TOA原理可得距離為d_ij：

其中，C為光速；

建立測距矩陣：

步驟(2)中，根據測距矩陣建立N個人員導航相對定位估計模型方法如下：

其中，為N個定位人員待估計坐標，Δ為系統調整因子，ε_ij為允許定位精度誤差；

步驟(3)中，根據定位估計模型構造增廣目標函數，方法如下：

其中，γ_ij為罰因子，G_ij為最大值函數，G_ij＝max(0,g_ij)，g_ij為式(3)中約束條件；

步驟(3)中，求解目標函數最優解以獲得N個人員無線通訊定位坐標，方法如下：調用隨機函數產生N個人員的初始坐標記做P⁽⁰⁾，初始坐標值產生區間為(0,1)，將每組初始坐標點代入式(3)約束條件，判斷是否滿足約束條件，即g_ij是否成立，如果成立表明該初始值滿足，則直接保留，待定位人員該時刻坐標為如果不成立，則使用Powell方法進行求解。

2.根據權利要求1所述的一種組合導航相對定位方法，其特征在于，所述使用Powell方法進行求解，方法如下：

(3.1)定義初始非相關搜索方向分別為ξ₁，ξ₂，…ξ_2N，其中，ξ_r為單位矩陣的第r行行向量；

(3.2)采用調用隨機函數方式產生了N個人員初始坐標，記為P⁽⁰⁾，當r＝1時增加調整因子λ_r開始調整N個人員的第r個坐標值：

P^(r)＝P^(r-1)+λ_rξ_r

求出λ_r使該增廣目標 函數為最小，即：

F(P^(r-1)+λ_rξ_r)＝minF(P^(r-1)+λ_rξ_r) (5)

此過程即為調整第一個坐標值，之后遞增r，繼續調整下一個坐標值，直至r＝2N結束，其中，P^(r)為第r次搜索所得到的N個坐標值；

計算整數q，且qN；

使得Ω＝max(F(P^(q-1))-F(P^(q))) (6)

(3.3)計算并判斷下式

如果式(7)成立，則將初始值更新P⁽⁰⁾＝P^(2N)，重復步驟(3.2)繼續調整坐標；若不成立，則令P^(*)＝P^(2N)，判斷是否滿足迭代結束條件|F(P^(*))-F(P⁽⁰⁾)|＜η，η為收斂精度，滿足條件則將P^(*)代入增廣函數，即式(4)中計算出F(P^(*))，判斷是否滿足約束條件g_ij，若不滿足繼續更新初始坐標P⁽⁰⁾＝P^(2N)，重復步驟(3.2)；若滿足則從而得出利用無線通訊方式測距定位解算出的N個人員位置在t_k～t_k-1時間內人員做勻速運動，則速度為其中為t_k時刻無線通訊方式測距定位解算每個人員的速度，為t_k時刻無線通訊方式測距定位解算每個人員的坐標，為t_k-1時刻無線通訊方式測距定位解算每個人員的坐標。