一种空基导航增强自组网的节点动态协同感知和定位方法技术

本发明专利技术涉及一种空基导航增强自组网的节点动态协同感知和定位方法，包括：步骤S1、在临近空间布设的导航增强自组网中建立节点之间的冗余分布协同关系，并基于演化博弈的协同机制进行节点之间的动态协同感知；步骤S2、根据动态协同感知的节点信息，建立协同定位信息状态空间模型；步骤S3、对于协同定位信息状态空间模型，进行递推滤波实现感知节点间的协同定位。本发明专利技术能够对所提出的空基导航增强自组网实现网络节点之间的准确、完备的动态感知，以及实现协同定位提高定位精度。及实现协同定位提高定位精度。及实现协同定位提高定位精度。

【技术实现步骤摘要】
一种空基导航增强自组网的节点动态协同感知和定位方法


[0001]本专利技术属于导航增强自组网
，具体涉及一种空基导航增强自组网的节点动态协同感知和定位方法。

技术介绍

[0002]GNSS因其信号体制天然的脆弱性，可能遭受遮蔽、压制、干扰及欺骗，出现服务中断。为解决GNSS可用性降低甚至失效下的导航问题，可以通过信息增强、信号增强等手段提升卫星导航的服务性能。由天基卫星、空基飞行器及地基伪卫星等构成的天空地一体化导航增强网络，可以实现增强平台间的协同，通过多源多层的导航增强提升导航服务质量和可靠性。
[0003]然而，对于空基导航增强自组网，飞行器节点动态飞行，受所搭载的传感器种类、数量和测量精度限制，难以获得高精度时空基准；节点运行环境复杂，轨迹的动态漂移影响网络几何构型的稳定性；节点之间的耦合关系易造成误差的传播及累积；部分节点失效可能导致网络几何精度下降，影响导航服务性能。

技术实现思路

[0004]鉴于上述的分析，本专利技术旨在公开了一种空基导航增强自组网的节点动态协同感知和定位方法，用于解决网络节点之间的协同感知和定位问题。
[0005]本专利技术公开了一种空基导航增强自组网的节点动态协同感知和定位方法，其特征在于，包括：
[0006]步骤S1、在临近空间布设的导航增强自组网中建立节点之间的冗余分布协同关系，并基于演化博弈的协同机制进行节点之间的动态协同感知；
[0007]步骤S2、根据动态协同感知的节点信息，建立协同定位信息状态空间模型；
[0008]步骤S3、对于协同定位信息状态空间模型，进行递推滤波实现感知节点间的协同定位。
[0009]进一步地，所述递推滤波为改进的粒子滤波；在所述改进粒子滤波的递推计算过程中，采用支持向量回归对后验概率密度进行估计，并从中进行重采样以获得新粒子。
[0010]进一步地，所述空基导航增强自组网包括上、下两层网络；下层网络中任意三个邻居节点构成等边三角形；上层网络的每一个节点均位于由下层邻居节点构成的等边三角形的质心正上方，一个上层节点和对应的三个下层节点构成三棱锥型；
[0011]所述空基导航增强自组网中每个节点均为携带相同导航传感器，且具备独立导航能力的空间飞行器；节点间通过建立点对点连接进行双向测距，每个节点对包括周边节点位置和编队构型在内的状态进行动态感知；
[0012]以任一节点为圆心，以设定的最大协同距离为半径画出圆形协同区域，所述圆形区域所覆盖的上、下两层网络中网络节点为该圆心节点建立冗余分布协同关系的节点。
[0013]进一步地，在建立冗余分布协同关系的导航增强自组网的节点中，采用基于演化
博弈的协同机制进行分布式协同，采用公共物品博弈理论进行协同中的节点感知，选择出最优邻居节点进行协同，交互包括节点状态、测距信息和网络结构在内的感知信息；以实现节点之间的动态协同感知。
[0014]进一步地，在进行节点之间的动态协同感知时，使用三元组G(A，S，Q)定义协同群组的博弈交互行为模型；
[0015]其中，
[0016]A为邻接矩阵，用于表示参与博弈的个体之间的交互关系；
[0017]邻接矩阵A中的元素：
[0018][0019]其中，N为组网总节点个数；
[0020]S为策略空间矩阵，用于表示个体之间的策略关系；
[0021]策略空间矩阵S中的元素：
[0022][0023]Q为协同收益函数，用于表示本协同群组的协同收益；协同收益中包括协同群组中心节点获得的总收益和邻居节点获得的收益；其中，中心节点获得的总收益包括中心节点在本协同群组获得的单边总收益和邻居节点为其他协同群组的中心节点时进行博弈获得的收益。
[0024]进一步地，基于演化博弈的协同机制进行分布式协同感知过程包括以下步骤：
[0025]1)感知开始时刻k时，初始化网络节点状态信息、博弈模型G(A
k
，S
k
，Q
k
)；
[0026]2)k＝k+1，协同群组的中心节点x
i
选择的邻居节点y
j
，中心节点和选择的邻居节点进行双向测距；
[0027]3)中心节点x
i
进行博弈，若博弈后的对邻居节点y
j
的策略则中心节点x
i
向邻居节点y
j
发送询问信号；
[0028]4)每个接收到询问信号的邻居节点y
j
进行博弈，若博弈后的对中心节点x
i
策略则向中心节点x
i
发送邻居节点y
j
的状态信息作为应答信号；若博弈后的节点策略则不响应；
[0029]5)中心节点x
i
接收到邻居节点y
j
的应答信号后，进行协同，并发送含中心节点x
i
状态信息的二次应答信号；
[0030]6)邻居节点y
j
利用中心节点x
i
的二次应答信号进行协同；
[0031]7)计算博弈模型中节点收益Q
k+1
，更新策略空间S
k+1
；
[0032]返回步骤2)，重复步骤2)
‑
步骤7)，直到感知结束时刻。
[0033]进一步地，所述协同定位信息状态空间模型中包括的节点运动模型的状态方程
为：
[0034]x
k
＝Fx
k
‑1+w
k
‑1[0035]其中，F为状态转移矩阵，x
k
、x
k
‑1为k、k
‑
1时刻的节点的运动状态，w
k
‑1为k
‑
1时刻的状态转移噪声；
[0036]运动状态其中，(x
k
,y
k
,z
k
)为k时刻节点的GNSS接收机天线在ECEF坐标系中的位置，为k时刻速度，为k时刻加速度，b
k
为k时刻接收机钟差，为k时刻钟漂。
[0037]进一步地，所述协同定位信息状态空间模型中包括的统一测量模型的联合观测方程为：
[0038]y
k
＝h(x
k
,v
k
)；
[0039]其中，x
k
为空基导航增强自组网中节点的运动状态，v
k
为量测误差矩阵；观测量为节点中GNSS接收机对n颗导航卫星观测的伪距观测值；为节点中GNSS接收机对m个协同感知的节点相对测距的测距观测值；
[0040][0041]其中，为对n颗导航卫星观测的伪距误差矢量；为对m个协同感知的节点相对测距误差矢量。
[0042]进一步地，采用改进粒子滤波进行递推计算的过程包括：
[0043]步骤S301、进行粒子滤波的初本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空基导航增强自组网的节点动态协同感知和定位方法，其特征在于，包括：步骤S1、在临近空间布设的导航增强自组网中建立节点之间的冗余分布协同关系，并基于演化博弈的协同机制进行节点之间的动态协同感知；步骤S2、根据动态协同感知的节点信息，建立协同定位信息状态空间模型；步骤S3、对于协同定位信息状态空间模型，进行递推滤波实现感知节点间的协同定位。2.根据权利要求1所述的空基导航增强自组网的节点动态协同感知和定位方法，其特征在于，所述递推滤波为改进的粒子滤波；在所述改进粒子滤波的递推计算过程中，采用支持向量回归对后验概率密度进行估计，并从中进行重采样以获得新粒子。3.根据权利要求1所述的空基导航增强自组网的节点动态协同感知和定位方法，其特征在于，所述空基导航增强自组网包括上、下两层网络；下层网络中任意三个邻居节点构成等边三角形；上层网络的每一个节点均位于由下层邻居节点构成的等边三角形的质心正上方，一个上层节点和对应的三个下层节点构成三棱锥型；所述空基导航增强自组网中每个节点均为携带相同导航传感器，且具备独立导航能力的空间飞行器；节点间通过建立点对点连接进行双向测距，每个节点对包括周边节点位置和编队构型在内的状态进行动态感知；以任一节点为圆心，以设定的最大协同距离为半径画出圆形协同区域，所述圆形区域所覆盖的上、下两层网络中网络节点为该圆心节点建立冗余分布协同关系的节点。4.根据权利要求3所述的空基导航增强自组网的节点动态协同感知和定位方法，其特征在于，在建立冗余分布协同关系的导航增强自组网的节点中，采用基于演化博弈的协同机制进行分布式协同，采用公共物品博弈理论进行协同中的节点感知，选择出最优邻居节点进行协同，交互包括节点状态、测距信息和网络结构在内的感知信息；以实现节点之间的动态协同感知。5.根据权利要求4所述的空基导航增强自组网的节点动态协同感知和定位方法，其特征在于，在进行节点之间的动态协同感知时，使用三元组G(A，S，Q)定义协同群组的博弈交互行为模型；其中，A为邻接矩阵，用于表示参与博弈的个体之间的交互关系；邻接矩阵A中的元素：其中，N为组网总节点个数；S为策略空间矩阵，用于表示个体之间的策略关系；策略空间矩阵S中的元素：
Q为协同收益函数，用于表示本协同群组的协同收益；协同收益中包括协同群组中心节点获得的总收益和邻居节点获得的收益；其中，中心节点获得的总收益包括中心节点在本协同群组获得的单边总收益和邻居节点为其他协同群组的中心节点时进行博弈获得的收益。6.根据权利要求5所述的空基导航增强自组网的节点动态协同感知和定位方法，其特征在于，基于演化博弈的协同机制进行分布式协同感知过程包括以下步骤：1)感知开始时刻k时，初始化网络节点状态信息、博弈模型G(A
k
，S
k
，Q
k
)；2)k＝k+1，协同群组的中心节点x
i
选择的邻居节点y
j
，中心节点和选择的邻居节点进行双向测距；3)中心节点x
i
进行博弈，若博弈后的对邻居节点y
j
的策略则中心节点x
i
向邻居节点y
j
发送询问信号；4)每个接收到询问信号的邻居节点y
j
进行博弈，若博弈后的对中心节点x
i
策略则向中心节点x
i
发送邻居节点y
j
的状态信息作为应答信号；若博弈后的节点策略则不响应；5)中心节点x
i
接收到邻居节点y
j
的应答信号后，进行协同，并发送含中心节点x
i
状态信...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛瑞，马颖，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：