一种不依赖高精度位置基准的相对定位方法技术

本发明专利技术提供了一种不依赖高精度位置基准的相对定位方法，包括：按网络责任的不同将目标区域的网络成员分为位置基准

【技术实现步骤摘要】
一种不依赖高精度位置基准的相对定位方法


[0001]本专利技术涉及定位
，特别是涉及一种不依赖高精度位置基准的相对定位方法
。

技术介绍

[0002]相对定位是一种网络成员通过对位置基准进行测距确定自身相对坐标的定位技术
。
现有相对定位技术通常建立东北天坐标系，即以导航控制器为原点，以导航控制器东向为
X
轴
、
北向为
Y
轴
、
天向为
Z
轴的相对坐标系
。
位置基准周期发送
PPLI
消息；普通网络成员通过接收
PPLI
消息同时对
PPLI
消息的信源进行到达时间
(Time OfArrival
，
TOA)
测距实现相对定位
。
[0003]《
无地面基准的相对导航系统设计与仿真
》
中提供了一种基于惯导系统
(Inertial Navigation System
，
INS)
和
TOA
测距的组合导航方法
。
该方法假设网络中存在高精度位置基准，普通网络成员通过接收该位置基准的
PPLI
消息并测距，对
INS
输出的经纬度累积误差进行校正，从而实现相对定位
。
该方法适用于具备高精度位置基准且网络成员装备
INS
的场景
。
[0004]现有的相对定位方法需要普通网络用户通过接收位置基准播发的
PPLI
消息并
TOA
测距实现相对定位
。
该方法依赖高精度位置基准，其定位精度受位置基准定位精度的影响
。
在卫星拒止且系统无手动标定精确位置的位置基准的场景下，网络中将不存在高精度位置基准；位置基准播发的
PPLI
消息中的自身位置将存在定位误差
。
普通网络用户接收到
PPLI
消息后会使用
PPLI
消息中的信源位置实现相对定位
。
位置基准的定位误差会随着其播发的
PPLI
消息传导至整个网络中，使普通网络用户的定位精度下降
。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种不依赖高精度位置基准的相对定位方法
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种不依赖高精度位置基准的相对定位方法，包括：
[0008]按网络责任的不同将目标区域的网络成员分为位置基准
、
辅助位置基准和普通网络成员；
[0009]以所述位置基准为原点
、
以所述辅助位置基准到所述位置基准在
XOY
平面的距离为约束建立相对坐标系；
[0010]采用扩展卡尔曼滤波算法，分别为所述位置基准
、
所述辅助位置基准以及所述普通网络成员设计精确定位与识别消息接收处理流程，并根据所述精确定位与识别消息接收处理流程实现在无高精度位置基准
、
无惯导系统条件下的高精度相对定位
。
[0011]优选地，所述网络成员均装备有高度表，以实时获得自身海拔高度信息
。
[0012]优选地，所述位置基准不进行
PPLI
消息处理；所述辅助位置基准用于处理位置基
准播发的
PPLI
消息；所述普通网络成员用于处理其他网络成员播发的
PPLI
消息
。
[0013]优选地，所述精确定位与识别消息接收处理流程包括：
[0014]位置基准接收
PPLI
消息后，只进行高度滤波，不处理接收到的
PPLI
消息；当需要播发
PPLI
消息时，根据高度滤波器状态估计自身海拔高，并将
X
和
Y
轴坐标设置为0；
[0015]辅助位置基准接收到
PPLI
消息后，先进行高度滤波，然后判断
PPLI
消息的信源是否是位置基准：如果是，则进行一维位置滤波；如果不是，则不进行滤波；当需要播发
PPLI
消息时，根据高度滤波器状态估计自身海拔高，根据一维位置滤波器状态估计自身
X
轴坐标，
Y
轴坐标始终为0；
[0016]普通网络成员接收到
PPLI
消息后，先进行高度滤波，然后根据信源的位置质量进行源节点选择：如果信源位置质量高于自身位置质量，则进行二维位置滤波；如果信源位置质量低于自身位置质量，则不进行滤波
。
[0017]优选地，高度滤波器的状态量
X
h
为高度表输出的高度
h
和速度
v
h
；状态方程为：其中为状态转移矩阵
Γ
h
为驱动噪声矩阵，
W
h
为状态噪声矩阵；观测量为高度表输出的高度
h
B
，即
Z
h
＝
h
B
，观测矩阵为
H
h
＝
[1 0]。
[0018]优选地，一维位置滤波器的状态量为辅助位置基准的
X
轴坐标
、
速度和加速度，即状态方程为：其中为状态转移矩阵，
Γ
1D
为驱动噪声矩阵，
W
1D
为状态噪声矩阵；采用一维
Singer
运动模型，在状态转移阵和协方差阵中引入机动因子
α
；令
A
＝
[
‑
1+
αΔ
t+exp(
‑
αΔ
t)]/
α2，
B
＝
[1
‑
exp(
‑
αΔ
t)]/
α
，
C
＝
exp(
‑
αΔ
t)
，则状态转移矩阵表示为预测的协方差阵状态噪声矩阵其中为状态噪声，观测量为辅助位置基准对位置基准的
TOA
测距
Z
1D
在
XOY
平面上的投影长度，观测矩阵为
H
1D
＝
[1 0 0]。
[0019]优选地，二维位置滤波器的状态量为
X
轴和
Y
轴的坐标
、
速度和加速度，即状态方程为：其中为状态转移矩阵，
Γ
2D
为驱动噪声矩阵，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种不依赖高精度位置基准的相对定位方法，其特征在于，包括：按网络责任的不同将目标区域的网络成员分为位置基准
、
辅助位置基准和普通网络成员；以所述位置基准为原点
、
以所述辅助位置基准到所述位置基准在
XOY
平面的距离为约束建立相对坐标系；采用扩展卡尔曼滤波算法，分别为所述位置基准
、
所述辅助位置基准以及所述普通网络成员设计精确定位与识别消息接收处理流程，并根据所述精确定位与识别消息接收处理流程实现在无高精度位置基准
、
无惯导系统条件下的高精度相对定位
。2.
根据权利要求1所述的不依赖高精度位置基准的相对定位方法，其特征在于，所述网络成员均装备有高度表，以实时获得自身海拔高度信息
。3.
根据权利要求1所述的不依赖高精度位置基准的相对定位方法，其特征在于，所述位置基准不进行
PPLI
消息处理；所述辅助位置基准用于处理位置基准播发的
PPLI
消息；所述普通网络成员用于处理其他网络成员播发的
PPLI
消息
。4.
根据权利要求1所述的不依赖高精度位置基准的相对定位方法，其特征在于，所述精确定位与识别消息接收处理流程包括：位置基准接收
PPLI
消息后，只进行高度滤波，不处理接收到的
PPLI
消息；当需要播发
PPLI
消息时，根据高度滤波器状态估计自身海拔高，并将
X
和
Y
轴坐标设置为0；辅助位置基准接收到
PPLI
消息后，先进行高度滤波，然后判断
PPLI
消息的信源是否是位置基准：如果是，则进行一维位置滤波；如果不是，则不进行滤波；当需要播发
PPLI
消息时，根据高度滤波器状态估计自身海拔高，根据一维位置滤波器状态估计自身
X
轴坐标，
Y
轴坐标始终为0；普通网络成员接收到
PPLI
消息后，先进行高度滤波，然后根据信源的位置质量进行源节点选择：如果信源位置质量高于自身位置质量，则进行二维位置滤波；如果信源位置质量低于自身位置质量，则不进行滤波
。5.
根据权利要求4所述的不依赖高精度位置基准的相对定位方法，其特征在于，高度滤波器的状态量
X
h
为高度表输出的高度
h
和速度
v
h
；状态方程为：其中为状态转移矩阵
Γ
h
为驱动噪声矩阵，
W
h
为状态噪...

【专利技术属性】
技术研发人员：张少杰，龙飞，史淼，赵冠群，康娇燕，王春剑，
申请(专利权)人：北京慧清科技有限公司，
类型：发明
国别省市：