移动自组网协作相对定位方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供一种移动自组网协作相对定位方法及装置，所述方法包括：在每个跟踪周期内，获取每一节点的移动距离、移动方向和该节点与其他节点的相对距离；将每一节点的移动距离、移动方向和该节点与其他节点的相对距离，输入至预设的卡尔曼滤波算法模型，输出该节点相对于其他节点的距离和方位。本发明专利技术实施例提供的移动自组网协作相对定位方法及装置，通过移动自组网中的各个节点之间的相互协作，在每个跟踪周期内，根据每一节点的移动距离、移动方向和该节点与其他节点的相对距离计算出所有节点之间的距离和方位，不需要基站或者卫星的辅助定位，即能够实时跟踪节点之间的相对位置，可以应用在无基站等特殊场景中。

Collaborative Relative Location Method and Device for Mobile Ad Hoc Networks

The embodiment of the present invention provides a cooperative relative positioning method and device for mobile ad hoc networks. The method includes: acquiring the moving distance, moving direction of each node and the relative distance between the node and other nodes in each tracking cycle; inputting the moving distance, moving direction of each node and the relative distance between the node and other nodes into a preset Kalman filter calculation. The normal model outputs the distance and azimuth of the node relative to other nodes. The method and device of cooperative relative positioning in mobile ad hoc network provided by the embodiment of the present invention calculates the distance and orientation between all nodes according to the moving distance, moving direction of each node and the relative distance between the node and other nodes in each tracking period through the cooperation among the nodes in the mobile ad hoc network, and does not need the auxiliary positioning of base station or satellite. That is to say, it can track the relative positions of nodes in real time, and can be applied in special scenarios such as no base station.

【技术实现步骤摘要】
移动自组网协作相对定位方法及装置
本专利技术实施例涉及通信
，尤其涉及一种移动自组网协作相对定位方法及装置。
技术介绍
无线定位是指通过无线终端和无线通信系统之间的信息交互确定移动节点位置的技术，其在许多领域都有着比较广阔的应用前景。比如在生活中，室内定位技术可以帮助我们在停车场中找到停车位，在商场中找到自己想找到的店家或者商品，满足人们的社交需求；在公共安全领域中，救援人员可以根据人们的位置进行快速有效地救援，也可以通过救援人员之间的相互定位确保救援人员的安全；在军事领域中，协作定位方法可以用来定位小队成员、实现无人车或无人机编队任务等。无线定位技术通过无线终端与无线通信系统进行信息交互，以确定节点位置。基本的思想是先根据信号特征估计信号到达时间(TOA)、信号到达时间差(TDOA)、信号到达角度(AOA)、接收信号强度(RSSI)等与位置相关的参数，再结合已知的各个基站的位置计算无线终端的位置。在复杂环境下，无线信号的传播会受到多径、非视距等不理想因素的影响，导致定位精度下降。一种解决方法是利用无线终端上的惯性测量单元(IMU)跟踪无线终端的运动，来对无线定位结果进行修正以提高定位精度。现有技术中的无线定位技术需要提前在环境中布置数个无线基站来对无线终端进行定位，另外易受环境的干扰，难以满足一些特殊应用场景的需求。比如在消防搜索中，无法预先进入救援场景布设无线基站；无人车或无人机编队场景中，对于相对位置信息的精度要求比较高。现有技术中的无线定位技术只能定位出节点的相对距离，无法定位节点之间的相对方位。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的是提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的移动自组网协作相对定位方法及装置。为了解决上述技术问题，一方面，本专利技术实施例提供一种移动自组网协作相对定位方法，包括：在一个跟踪周期内，获取每一节点的移动距离、移动方向和该节点与其他节点的相对距离；将每一节点的移动距离、移动方向和该节点与其他节点的相对距离，输入至预设的卡尔曼滤波算法模型，输出该节点相对于其他节点的距离和方位。另一方面，本专利技术实施例提供一种移动自组网协作相对定位装置，包括：检测模块，用于获取每一节点的移动距离、移动方向和该节点与其他节点的相对距离；跟踪模块，用于将每一节点的移动距离、移动方向和该节点与其他节点的相对距离，输入至预设的卡尔曼滤波算法模型，输出该节点相对于其他节点的距离和方位。再一方面，本专利技术实施例提供一种电子设备，包括：存储器和处理器，所述处理器和所述存储器通过总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行上述的方法。又一方面，本专利技术实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现上述的方法。本专利技术实施例提供的移动自组网协作相对定位方法及装置，通过移动自组网中的各个节点之间的相互协作，在每个跟踪周期内，根据每一节点的移动距离、移动方向和该节点与其他节点的相对距离计算出所有节点之间的距离和方位，不需要基站或者卫星的辅助定位，即能够实时跟踪节点之间的相对位置，可以应用在无基站等特殊场景中。附图说明图1为本专利技术实施例提供的移动自组网协作相对定位方法示意图；图2为本专利技术实施例提供的移动自组网协作相对定位装置示意图；图3为本专利技术实施例提供的电子设备的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术实施例提供的移动自组网协作相对定位方法示意图，如图1所示，本专利技术实施例提供一种移动自组网协作相对定位方法，其执行主体为移动自组网协作相对定位装置，以下简称定位装置，该方包括：步骤S101、在一个跟踪周期内，获取每一节点的移动距离、移动方向和该节点与其他节点的相对距离；步骤S102、将每一节点的移动距离、移动方向和该节点与其他节点的相对距离，输入至预设的卡尔曼滤波算法模型，输出该节点相对于其他节点的距离和方位。具体来说，节点间距离信息可以利用超宽带的非对称双边双向测距方法得到。对于行人节点，节点位移信息可以由惯性传感器数据结合行人航迹推算法得到；对于无人车节点，节点位移信息可以由惯性传感器数据测量移动方向，结合码盘数据测量移动距离得到。协作定位算法根据节点间距离信息和每个节点的位移信息，融合计算节点之间的相对位置关系。整个协作定位算法分为初始化阶段和跟踪阶段。初始化阶段根据一段时间的距离测量结果和每个节点的位移信息解算节点在大地坐标系中的相对位置。初始化阶段分为初始相对位置计算和初始阵型的镜像情况以及在大地坐标系中的朝向估计。跟踪阶段利用节点的位移信息结合与其他节点的距离测量结果进行定位。在一个跟踪周期内，获取每一节点的移动距离、移动方向和该节点与其他节点的相对距离。跟踪周期可以根据实际情况来设置，例如，设置为1秒或者行人走了1步等。将每一节点的移动距离、移动方向和该节点与其他节点的相对距离，输入至预设的卡尔曼滤波算法模型，输出该节点相对于其他节点的距离和方位。跟踪问题的状态量包括节点的坐标和节点的朝向，即xk＝(xk,yk,θk)。滤波器的初始状态由初始化阶段的结果得到。系统的状态方程和观测方程分别如下：其中，lk是估计的步长，Δθk为测量得到的角度变化。估测方程中，角度的测量由磁传感器得到，距离测量由UWB测距获得，为与之测量的另一个节点估计的坐标。扩展卡尔曼滤波过程中的各个矩阵如下：具体的扩展卡尔曼滤波过程在与初始化阶段相同。本专利技术实施例提供的移动自组网协作相对定位方法，通过移动自组网中的各个节点之间的相互协作，在每个跟踪周期内，根据每一节点的移动距离、移动方向和该节点与其他节点的相对距离计算出所有节点之间的距离和方位，不需要基站或者卫星的辅助定位，即能够实时跟踪节点之间的相对位置，可以应用在无基站等特殊场景中。在上述实施例的基础上，进一步地，所述在跟踪阶段之前，还包括：在初始化阶段，获取任意两个节点之间的距离和方位。具体来说，整个协作定位算法分为初始化阶段和跟踪阶段。初始化阶段根据一段时间的距离测量结果和每个节点的位移信息解算节点在大地坐标系中的相对位置。初始化阶段分为初始相对位置计算和初始阵型的镜像情况以及在大地坐标系中的朝向估计。所以，在跟踪阶段之前，还包括初始化阶段，获取任意两个节点之间的距离和方位。本专利技术实施例提供的移动自组网协作相对定位方法，通过移动自组网中的各个节点之间的相互协作，在每个跟踪周期内，根据每一节点的移动距离、移动方向和该节点与其他节点的相对距离计算出所有节点之间的距离和方位，不需要基站或者卫星的辅助定位，即能够实时跟踪节点之间的相对位置，可以应用在无基站等特殊场景中。在以上各实施例的基础上，进一步地，所述获取任意两个节点之间的距离和方位，具体包括：基于半正定欧氏距离矩阵完备算法获取任意两个节点之间的距离和方位。具体来说，初始相对位置的计算是根据节点之间相互测距的结果计算节点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种移动自组网协作相对定位方法，其特征在于，包括：在一个跟踪周期内，获取每一节点的移动距离、移动方向和该节点与其他节点的相对距离；将每一节点的移动距离、移动方向和该节点与其他节点的相对距离，输入至预设的卡尔曼滤波算法模型，输出该节点相对于其他节点的距离和方位。

【技术特征摘要】
1.一种移动自组网协作相对定位方法，其特征在于，包括：在一个跟踪周期内，获取每一节点的移动距离、移动方向和该节点与其他节点的相对距离；将每一节点的移动距离、移动方向和该节点与其他节点的相对距离，输入至预设的卡尔曼滤波算法模型，输出该节点相对于其他节点的距离和方位。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在跟踪阶段之前，还包括：在初始化阶段，获取任意两个节点之间的距离和方位。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取任意两个节点之间的距离和方位，具体包括：基于半正定欧氏距离矩阵完备算法获取任意两个节点之间的距离和方位。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取任意两个节点之间的距离和方位，具体包括：基于梯度下降算法获取任意两个节点之间的距离和方位。5.一种移动自组网协作相对定位装置，其特征在于，包括：检测模块，用于获取每一节点的移动距离、移动方向和该节点与其他节点的相对距离；跟踪模块，用于将每一节点的移动距离、移动方向和该节点与...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈渊，戈锋，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11