基于卫星导航定位系统的因子图协同定位方法技术方案

本发明专利技术设计了一种基于因子图的卫星导航协同定位方法，结合了卫星导航定位可以直接得到定位结果的优点和因子图可以快速融合数据的优点。该方法主要包括卫星导航解算，协同节点数据交互和协同定位解算三个部分。卫星导航解算模块位于协同定位节点，主要完成所有协同节点卫星导航信号的解算，得到卫星导航坐标。协同节点数据交互模块也位于协同定位节点，主要用于完成该协同节点和其他节点之间的距离测量和卫星导航定位坐标的交换。协同定位解算模块也位于协同定位节点，主要是将所接收得到其他协同定位节点的卫星导航坐标结合测距信息在协同定位节点和自身所得到的卫星导航坐标实现融合，从而减小由于卫星轨道偏差、多径传播误差等造成卫星导航定位精度的下降。

Factor map cooperative location method based on satellite navigation and positioning system

This invention has designed a satellite navigation cooperative positioning method based on factor graph, which combines the advantages of the positioning result directly by the satellite navigation and location, and the advantage of the fast fusion of the data. The method mainly includes three parts: satellite navigation solution, cooperative node data interaction and cooperative location solution. The satellite navigation calculation module is located in the cooperative positioning node. It mainly completes the calculation of all the satellite navigation signals of the cooperative nodes and obtains the satellite navigation coordinates. The cooperative node data interaction module is also located in the cooperative location node, which is mainly used to complete the distance measurement between the cooperative nodes and other nodes and the exchange of the positioning coordinates of the satellite navigation. The cooperative positioning solution module is also located in the cooperative positioning node, which combines the satellite navigation coordinates of other cooperative positioning nodes combined with the ranging information in the coordinated positioning node and the satellite navigation coordinates obtained by themselves, thus reducing satellite navigation due to satellite orbit deviation and multipath propagation error. The reduction of positioning accuracy.

【技术实现步骤摘要】
基于卫星导航定位系统的因子图协同定位方法
本专利技术涉及一种用于卫星导航定位系统的因子图协同定位方法，特别涉及一种基于因子图(Factorgraph)理论的协同定位(Cooperativelocation)卫星导航定位系统方法。
技术介绍
随着智慧城市的发展，导航定位逐渐成为人类生活中必不可少的元素。现有的卫星导航精度的每一步提升都是极为困难的。自动车辆驾驶，无人机运输等智慧城市所需的服务都需要高精度导航定位服务的支持，而现有的导航定位主要依赖于卫星导航，但是卫星导航由于卫星轨道误差，卫星到地面的通信链路较长等客观因素，在导航定位精度上已经接近极限。为了进一步提高卫星导航定位系统的定位精度，现有的卫星导航定位增强技术主要通过提高卫星导航信号质量，增强卫星导航信号强度，地图匹配以及地面基站辅助等技术来实现卫星导航定位精度的提升。这些技术在人烟稀少区域可以显著提高定位精度。但在城市环境中，由于多径效应，建筑物高层效应等影响，很难在实质上进一步提高病态无线环境下的定位精度。在城市环境中，由于定位终端用户较多，通过多用户终端之间的协同定位进一步提高定位精度在理论上是切实可行的。目前主要的基于协同定位的卫星导航方法有基于无线传感器网络的协同定位方法，半定规划协同定位方法，二阶锥优化协同定位方法和准线性优化的协同定位方法等。其中，基于无线传感器网络的协同定位方法通过参考节点在无线网络中广播自身位置，待定位的用户终端计算其接收到广播信号的参考点的质心，将此作为终端位置的估计，但参考节点的定位精度对整体的性能影响很大。半定规划协同定位方法通过半定规划求解所有协同节点的最优点，在不同拓扑的网络中都可以取得较高的鲁棒性，但未考虑传感器用户自身定位模糊度的问题。阶锥优化协同定位方法以牺牲一定的定位精度，换取更快的计算速度，但未考虑测距误差对定位结果的影响，当测距误差较大时，会造成定位精度的快速下降。准线性优化的协同定位方法同时考虑了节点之间的协同与非视距误差的影响，然而该算法由于计算复杂度较高，所以导航定位的性能提升十分有限，无法满足导航定位的需要。
技术实现思路
针对卫星导航系统的精度无法满足未来智慧城市等系统对高精度定位的需求，本专利技术设计了一种基于因子图的卫星导航协同定位方法，结合了卫星导航定位可以直接得到定位结果的优点和因子图可以快速融合数据的优点。该方法主要包括卫星导航解算，协同节点数据交互和协同定位解算三个部分。卫星导航解算模块位于协同定位节点，主要完成所有协同节点卫星导航信号的解算，得到卫星导航坐标。协同节点数据交互模块也位于协同定位节点，主要用于完成该协同节点和其他节点之间的距离测量和卫星导航定位坐标的交换。协同定位解算模块也位于协同定位节点，主要是将所接收得到其他协同定位节点的卫星导航坐标结合测距信息在协同定位节点和自身所得到的卫星导航坐标实现融合，从而减小由于卫星轨道偏差、多径传播误差等造成卫星导航定位精度的下降。本专利技术的技术方案为：所述一种基于卫星导航定位系统的因子图协同定位方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：各个协同定位节点对接收到的卫星信号进行解算，得到各个协同定位节点自身的位置坐标；步骤2：协同定位节点之间进行数据交互：对于某一协同定位节点，通过数据交互得到其视距范围内其他协同定位节点的位置坐标，并解算自身与其视距范围内其他协同定位节点的测距信息；步骤3：根据步骤2得到的测距信息，依据因子图理论建立各个协同定位节点的因子图；所述因子图包括变量节点和函数节点，因子图的每条边均连接一个变量节点和一个函数节点；采用协同定位节点Ti作为变量节点，协同定位节点与其视距范围内其他协同定位节点之间具有函数节点gj；确定总体定位最优代价函数S为每个协同定位节点代价函数的求和形式；其中Sk为第k个协同定位节点代价函数，K为协同定位节点总数，ωki为第k个协同定位节点和第i个协同定位节点之间的权重因子，lki为根据步骤2得到的第k个协同定位节点和第i个协同定位节点之间的测距信息，第k个协同定位节点以及第i个协同定位节点的坐标为pk＝[xk，yk，zk]T，pi＝[xi，yi，zi]T；ωki采用归一化后的信度信息：其中max(BI)为因子图中两个协同定位节点之间传递的信度信息的最大值；BI(Tk，Ti)为因子图中第k个协同定位节点Tk传递到第i个协同定位节点Ti的信度信息；步骤4：对步骤3建立的总体定位最优代价函数S，通过总体最小二乘方法实现局部代价函数Sk构成的K个子优化问题的求解，所求解得到最优化协同定位节点坐标即为全局条件估计得到协同定位节点的最优定位坐标。有益效果本专利技术通过因子图建立基于距离测量误差的置信度模型，并利用因子图理论将协同节点的卫星导航定位信息进行融合，通过总体最小二乘方法得到最优化的协同节点坐标，从而实现协同定位节点定位精度的提升。本专利技术所设计的基于卫星导航定位系统的因子图协同定位方法，利用因子图求解协同定位节点的置信度，让协同定位节点具有随时接入或断开协同网络，实现难度低，计算量小，可以有效的避免协同定位节点突变定位误差对协同网络的影响，提高卫星导航系统的定位精度。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本专利技术的协同定位因子图结构。Ti表示第i个协同定位节点，gj表示第j个函数节点，BI(Ti，gk)表示第i个协同定位节点到第k个函数节点的信度信息，BI(gk，Ti)表示第k个函数节点到第i个协同定位节点的信度信息。图2是协同节点测距误差与协同定位后误差关系曲线。其中，三角标记线代表本专利技术所提出的方法，方形标记线代表基于测量距离辅助的协同定位方法，菱形标记线代表半定规划协同定位方法，圆形标记线代表二阶锥优化协同定位方法，五边形标记线代表准线性规划的协同定位方法。图3是协同节点自身误差与协同定位后误差关系曲线。其中，三角标记线代表本专利技术所提出的方法，方形标记线代表基于测量距离辅助的协同定位方法，菱形标记线代表半定规划协同定位方法，圆形标记线代表二阶锥优化协同定位方法，五边形标记线代表准线性规划的协同定位方法。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。本实施例的整体思路是：利用卫星导航解算模块完成协同定位节点卫星导航信号的解算，得到卫星导航坐标。其次，利用协同节点数据交互模块完成协同定位节点和其他节点之间的距离测量和卫星导航定位坐标的交换。最后，通过总体最小二乘求解得到协同定位节点的最优值，提高卫星导航定位的精度。具体步骤如下：步骤1：各个协同定位节点对接收到的卫星信号进行解算，得到各个协同定位节点自身的位置坐标。导航卫星的自身坐标为Xi，Yi，Zi，其中，i表示导航卫星编号，可以构建导航卫星求解方程如下：(Xi-x)2+(Yi-y)2+(Zi-z)2＝Ri+n(1)式中，x，y，z表示协同定位节点自身定位目标，n表示导航卫星钟差，Ri表示节点到第i个卫星的测距信息。在上式中，由于协同定位节点自身定位坐标和导航卫星钟差为未知的，而导航卫星自身坐标和测距信息都是可以直接得到，所以需要4颗导航卫星构建联立方程完成协同定位节点坐标的解算。步骤2：协同定位节点之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于卫星导航定位系统的因子图协同定位方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：各个协同定位节点对接收到的卫星信号进行解算，得到各个协同定位节点自身的位置坐标；步骤2：协同定位节点之间进行数据交互：对于某一协同定位节点，通过数据交互得到其视距范围内其他协同定位节点的位置坐标，并解算自身与其视距范围内其他协同定位节点的测距信息；步骤3：根据步骤2得到的测距信息，依据因子图理论建立各个协同定位节点的因子图；所述因子图包括变量节点和函数节点，因子图的每条边均连接一个变量节点和一个函数节点；采用协同定位节点Ti作为变量节点，协同定位节点与其视距范围内其他协同定位节点之间具有函数节点gj；确定总体定位最优代价函数S为每个协同定位节点代价函数的求和形式；

【技术特征摘要】
1.一种基于卫星导航定位系统的因子图协同定位方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：各个协同定位节点对接收到的卫星信号进行解算，得到各个协同定位节点自身的位置坐标；步骤2：协同定位节点之间进行数据交互：对于某一协同定位节点，通过数据交互得到其视距范围内其他协同定位节点的位置坐标，并解算自身与其视距范围内其他协同定位节点的测距信息；步骤3：根据步骤2得到的测距信息，依据因子图理论建立各个协同定位节点的因子图；所述因子图包括变量节点和函数节点，因子图的每条边均连接一个变量节点和一个函数节点；采用协同定位节点Ti作为变量节点，协同定位节点与其视距范围内其他协同定位节点之间具有函数节点gj；确定总体定位最优代价函数S为每个协同定位节点代价函数的求和形式；其中Sk为第k个协同...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐成凯，张玲玲，张怡，廉保旺，岳哲，刘东昊，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61