[發明專利]一種基于多源信號加權融合的快速直接自定位方法

在審

• 申請號: 202111532930.8
• 申請日: 2021-12-15
• 公開（公告）號: CN114296027A
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 李潘;李建峰;晉本周;張小飛;吳啟暉
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01S5/04
• 分類號: G01S5/04;G01S5/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王安琪

本發明公開了一種基于多源信號加權融合的快速直接自定位方法，包括如下步驟：L個位置已知的錨節點輻射源輻射頻率可區分信號，無人機通過掛載陣列進行自我方位感知；使用三角定位技術進行方位融合，對無人機自身位置進行粗略感知；利用噪聲子空間與陣列響應矢量的正交性構造關于無人機自身位置的直接定位方程，并對其進行泰勒展開；利用加權最小二乘法獲得無人機自身位置坐標的補償值；將位置粗略值加上補償值，實現高精度無人機自我位置感知。本發明基于分布式直接定位，定位精度高；各飛機可自行定位，無需地面再傳輸信息；基于泰勒展開構造偽線性方程，無需搜索即可得出直接定位結果，相較于傳統直接定位技術有效降低了復雜度。

技術領域

本發明涉及無源定位技術領域，尤其是一種基于多源信號加權融合的快速直接自定位方法。

背景技術

無人機是在許多領域執行各種任務的基礎，使無人機高效、準確地執行任務的關鍵是確保無人機的精確導航和定位。得益于準確的導航和定位信息，無人機可以高效地完成工作。目前最流行的定位導航系統是GPS，它已經成為無處不在的定位、導航和授時(Positioning,Navigation and Timing，PNT)信息來源。然而，衛星導航系統由于其信號功率低，在復雜的電磁環境中容易受到干擾、阻塞和欺騙等特點，在很多場景下都難以提供準確的位置信息。不依賴衛星的定位方法因此成為研究人員的研究熱點。無線電、慣性、天文、多普勒、儀器儀表、圖像比對等一系列不依賴衛星的導航方法相繼出現。

1)無線電導航

根據無線電波的傳播規律測出飛機相對地面導航臺的距離或方位，而地面導航臺在地球上的位置是已知的，故經過計算后，便可確定出飛機的位置。無線電導航系統主要有塔康(TACAN)系統、羅蘭(LORAN)系統和奧米加(OMEGA)系統。無線電導航較為簡單方便，不受氣象條件限制,所使用的機載設備比較簡單。它的導航定位精度也比較高，羅蘭系統定位精度可達1～3公里以內，奧米加系統在全球的定位精度均可達1.85～3.70公里以內(白天1.85公里，夜間3.70公里)。

2)慣性導航

慣性導航利用加速度計測出飛機的加速度經過數學運算從而確定出飛機的位置。慣性導航是一種完全自主式的導航方法，它不依賴外界任何信息,也不向外發射任何能量，隱磁性好。它具有全天候和全球導航能力，可以提供包括位置、速度、姿態和航向等導航所需的全部信息。而且還可獲得相當高的導航定位精度，目前精度較高的慣性導航系統定位精度均在1.85公里/小時以內，精度更高的甚至可達幾百米/小時以內。慣性導航比起其它任何導航來說具有無可比擬的許多優點，常把慣性導航作為基礎進行組合導航；利用其它導航所提供的精確的速度或位置信息來修正它隨時間增長而積累的誤差，這就彌補了慣性導航所固有的不足。

3)天文導航

通過觀測天空星體來確定飛機相對星體的位置，由于在一定時刻星體相對地球的位置是一定的，故經計算之后，便可確定出飛機的位置。天文導航系統主要由星體跟蹤器、陀螺穩定平臺和計算機組成。天文導航不依賴地理條件，具有全球導航能力，沒有積累的導航定位誤差。它不向外發射電波，隱蔽性好，也不受無線電干擾，可靠性好。

4)多普勒(Doppler)導航

利用多普勒雷達的測速原理測出飛機相對地面的速度，再根據儀表測得的飛機航向和偏流角等參數，經過計算之后，則可確定出飛機的位置。多普勒雷達的測速原理是基于多普勒效應，即跟隨飛機運動的機載發射機所發射的無線電波，當它遇到地面物體而反射時；其反射波頻率將出現差值,而且該頻率差與飛機速度成正比。所以，測得反射波與發射波的頻率差，也就得到飛機相對地面速度。多普勒導航是主動式的，不需要地面臺且測速精度很高抗干擾能力比無線電導航強。

5)儀表導航