[發明專利]一種TDOA多測量站的定位方法

有效

• 申請號: 201811399645.1
• 申請日: 2018-11-22
• 公開（公告）號: CN109375165B
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 胡正;郭利強;楊青;劉軍
• 申請（專利權）人: 中電科思儀科技股份有限公司
• 主分類號: G01S5/08
• 分類號: G01S5/08
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 賈文健

本發明提出了一種TDOA多測量站的定位方法，包括以下步驟：首先，選用三個測量站進行解算，為Taylor算法提供初值；當三個測量站解算有解時，判斷該解是否位于測量站周圍或者延長線周圍，如果是，直接用LCLS算法進行計算；否則，將三個測量站解算結果作為Taylor算法的初始迭代值。本發明從初值的角度出發，設計了一種低復雜度的初值計算方法，不需要測量值的先驗統計信息，可以為Taylor算法提供有效初值；選取一個好的初值，即初值與真實值之間的距離很近，不僅可以保證迭代的收斂，而且大大降低了迭代過程中對矩陣進行修正的次數，降低了計算復雜度和迭代次數。

技術領域

本發明涉及通信技術領域，特別涉及一種TDOA多測量站的定位方法。

背景技術

TDOA定位是一種無源定位技術，是信號處理領域中的一個研究重點，廣泛應用于雷達、聲吶、無線通信等領域。在空間布局多臺接收機，利用信號到達不同接收機的時間差，形成多個雙曲線方程，通過對雙曲線方程組的求解實現對目標信號的定位。對于該非線性方程組的求解存在非迭代和迭代算法。典型的非迭代算法有CHAN算法，LCLS(linear-correction least square)算法，迭代算法有Taylor算法，CTLS(Constrained TotalLeast Square)算法。

Taylor算法是一種基于泰勒級數展開的最小二乘估計迭代算法，基本適用于所有的定位系統，并利用測量參量來改善定位精度。首先在目標位置的初始估計點利用泰勒級數展開，忽略二次以上項，將非線性方程變為線性方程，采用最小二乘法進行估計；其次，利用估計的偏移量修正估計的目標位置，不斷迭代，最終得到對目標位置的最優估計。

雖然Taylor算法在一定條件下能夠得到方程組的精確解，但是，Taylor算法需要一個比較好的初始值，初始值必須靠近理想目標位置才能夠保證算法的收斂。如果初始值沒有設定好，那么Taylor級數方法可能不收斂，雙曲線方程組無解。多數情況下，對雙曲線方程組進行線性化不會給位置估計帶來更多的誤差。但是，GDOP(Geometric DilutionOfPrecision)較差或者噪聲比較大條件下進行定位時，線性化操作會帶來較大誤差，可能導致最小二乘算法求偽逆值偏差極大，最終導致算法不收斂。

已有的算法采用CHAN算法為Taylor算法的提供初值，但是CHAN算法需要測量值的先驗統計信息，計算量大，并且噪聲測量誤差較大時，該算法的性能會顯著下降，這樣會導致Taylor迭代不收斂。也有的算法對Taylor迭代過程中的迭代矩陣進行修正，如正則化Taylor修正算法，這種算法雖然可以改進Taylor算法收斂情況，但是計算量大，復雜度高。

發明內容

為解決上述現有技術中的不足，本發明提出了一種TDOA多測量站的定位方法，實現了低復雜度初始值的計算，同時，為了進一步保證收斂，采用正則化修正Taylor算法，保證算法的穩健收斂，提高算法的定位精度。

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種TDOA多測量站的定位方法，包括以下步驟：

首先，選用三個測量站進行解算，為Taylor算法提供初值；當三個測量站解算有解時，判斷該解是否位于測量站周圍或者延長線周圍，如果是，直接用LCLS算法進行計算；否則，將三個測量站解算結果作為Taylor算法的初始迭代值。

可選地，所述方法還包括：如果迭代次數超過門限值或者計算結果無窮大，那么判定為迭代不收斂，采用正則化Taylor修正算法進行處理。

可選地，所述選用三個測量站進行解算，為Taylor算法提供初值的步驟，包括：

首先，選取三個測量站作為第一組合進行解算，獲得三種解：1表示單解，2表示模糊解，0表示無解；

然后，再選取三個測量站作為第二組合進行解算，也會獲得三種解：1表示單解，2表示模糊解，0表示無解；