[發明專利]一種時鐘偏差和時鐘漂移條件下的運動目標定位方法

有效

• 申請號: 202110208858.7
• 申請日: 2021-02-25
• 公開（公告）號: CN112986907B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 施炯;金麗萍;謝智波;李君
• 申請（專利權）人: 浙江萬里學院
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02;G01S5/06
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理有限公司 33226
• 代理人: 周玨

本發明公開了一種時鐘偏差和時鐘漂移條件下的運動目標定位方法，其構建包含源節點的位置和速度、時鐘偏差和時鐘漂移四個未知量的加權最小二乘WLS問題，然后采用半正定松弛方法將非凸的加權最小二乘WLS問題轉化為凸的半正定規劃問題，再利用內點法求解凸的半正定規劃問題，以得到全局最優解；優點是其在時鐘偏差和時鐘漂移同時存在且未知的情況下，從加權最小二乘估計模型估計理論和凸優化理論的角度出發，在實現源節點的位置和速度估計的同時，實現時鐘偏差和時鐘漂移的聯合估計，且定位精度高、計算復雜度低，適用于復雜部署環境。

技術領域

本發明涉及一種目標定位技術，尤其是涉及一種時鐘偏差和時鐘漂移條件下的運動目標定位方法。

背景技術

近年來，隨著無線傳感器網絡技術的快速發展，其目標定位技術在軍事、工業和民用領域得到了廣泛的應用?，F有的目標定位技術中，根據信號測量方式的不同，可以分為到達時間(time-of-arrival，TOA)、到達頻率(frequency-of-arrival，FOA)、到達時間差(time-difference-of-arrival，TDOA)、到達頻率差(frequency-difference-of-arrival，FDOA)、到達角度(angle-of-arrival，AOA)和接收信號強度(received-signal-strength，RSS)等。一般來看，基于TOA的目標定位方法和基于TDOA的目標定位方法能夠達到較高的定位精度。如果定位目標與傳感器節點之間存在相對運動，則可以通過引入FOA或者FDOA的觀測信號，能夠在估計定位目標運動速度的基礎上，進一步提升定位目標的定位精度。

在無線傳感器網絡中，源節點(即定位目標)和傳感器節點之間時鐘的精確同步是進行基于TOA的目標定位的必要條件，這也是基于TOA的目標定位實用化過程中遇到的挑戰之一。在使用無線電波作為載體進行定位時，10納秒的時鐘偏差將會帶來3米的誤差(無線電波在空氣中的傳播速度為3×10⁸m/s)。在文獻“Second-order cone relaxation forTOA-based source localization with unknown start transmission time(未知起始傳輸時間條件下的二階錐松弛TOA定位方法)”(IEEE Trans.Veh.Technol.,vol.63,no.6,pp.2973-2977,2014)中，Wang等作者提出了一種聯合估計時鐘偏差和源節點位置的二階錐松弛方法，實驗結果表明，該方法比現有的最小-最大算法(min-max algorithm，MMA)具有更好的估計性能，然而，該方法僅針對源節點和傳感器節點是靜態的應用場景。對于定位目標與傳感器節點之間存在相對運動的定位場景，在文獻“Passive source localizationusing importance sampling based on TOA and FOA measurements(基于TOA和FOA觀測信號的重要性采樣無源定位方法)”(Frontiers of Information TechnologyElectronicEngineering,vol.18,no.8,pp.1167-1179,2017)中，Liu等作者提出了一種基于TOA和FOA觀測信號的蒙特卡羅重要性采樣(Monte Carlo Importance Sampling)定位方法，該方法能夠同時估計源節點的位置和速度，同時在低噪聲區間達到克拉美-羅界(Cramer-Raolower bound，CRLB)，但是該方法并未考慮時鐘的同步問題。在已公告的中國發明專利“抑制傳感器位置速度先驗誤差的加權多維標度TOA和FOA多源協同定位方法”(專利號：ZL202010335968.5)中，王鼎等人提出了一種抑制傳感器位置速度先驗誤差的加權多維標度TOA和FOA多源協同定位方法，該方法利用線性最小二乘(Linear Least Squares，LLS)估計優化模型獲得各個輻射源的位置向量和速度向量的估計值，雖然該方法考慮了多個源節點的定位問題，但是同樣存在未考慮時鐘同步的缺陷。綜合現有的文獻來看，利用TOA和FOA觀測信號進行源節點的位置和速度估計時，對于同時存在時鐘偏差和時鐘漂移的場景，尚未有可行的解決方案。

發明內容