【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及导航定位，具体涉及一种异步网络下多动态目标协同定位与同步方法。
技术介绍
1、高精度位置感知和时间同步在无线传感器网络中发挥着重要作用，是动态目标进行轨迹规划与控制、编队保持、组网与通信等应用的必要基础。全球卫星导航系统(gnss)是一种常用的定位与时间同步方法。然而gnss具有接收信号微弱、易受遮挡与干扰的特点，无线传感网络中的所有目标难以仅通过gnss实现定位与同步。这种情况下，利用动态目标间的协同观测量，可以大幅提高系统的鲁棒性，实现动态目标的协同高精度定位及时间同步。
2、现有异步网络下动态目标的协同定位与同步方法中，目标间通过多次非对称时间戳和被动聆听(asymmetrical time-stamping and passive listening，atspl)测量体制实现多目标间的协同测量，而后通过因子图消息传递算法实现多目标间的分布式定位与同步。然而，现有方法假设目标见多次协同测量期间的位置、速度以及时钟参数未发生变化，因此仅适用于目标动态极低的场景。此外，现有方法通过非参数化粒子消息传递算法实现分布式位置与时钟参数估计，这种求解方法精度直接取决于粒子数目。当粒子数目较少时，估计精度将大幅恶化；当粒子数目较多时，计算复杂度将成倍增加，无法在计算资源、功耗受限的动态目标平台上应用。
3、因此如何在不降低目标协同定位与时间同步精度的同事，减少计算复杂度，降低动态目标平台的硬件压力，是当前的异步网络下动态目标的协同定位与同步方法尚未解决的问题。
技术实现思
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种异步网络下多动态目标协同定位与同步方法，该方法在提高目标协同定位与时间同步精度的同时，可以大幅减少计算复杂度，降低每个动态目标平台硬件压力。
2、为达到上述目的，本专利技术的技术方案为：该方法在异步网络系统中顺次执行观测量获取阶段、分布式网络协同定位及同步估计阶段两个阶段；在观测量获取阶段中，首先进行时隙初始测量，然后进行跟随代理间数据包交换测量，跟随代理与领导代理间进行数据包交换测量，最终构建测量似然函数；在分布式网络协同定位与同步估计阶段中，首先构建估计问题，并进行目标状态预测，进行目标间的消息传递，最后实现目标状态后验估计。
3、进一步地，异步网络系统具体为：
4、所述异步网络中共有l个领导代理和i个跟随代理；其中领导代理用于获取gnss信号；跟随代理无法获取gnss信号，仅能获取与领导代理以及相互之间的协同观测量，从而实现协同定位与授时；
5、第i个代理在全局参考时间t时的位置、速度、加速度分别表示为第i个代理的钟差、钟漂分别表示为
6、跟随代理间时钟异步，即每个代理具有不同大小的时钟钟差即钟漂
7、全局参考时间t按照时隙进行划分，时隙长度为t，即[nt,(n+1)t)，n∈{1,2,...}；
8、对于每个时隙，异步网络中代理间的连接拓扑保持不变；对于第n个时隙，使用表示跟随代理与领导代理间的全部连接集合，使用表示跟随代理间的连接集合；对于第i个跟随代理，使用表示与其建立连接的领导代理集合，使用表示与其建立连接的跟随代理集合；为所有跟随代理集合；表示所有领导代理集合。
9、对于每一个时隙n，跟随代理首先在观测量获取阶段通过atspl测量体制获取与周围代理间的观测量，而后在分布式网络协同定位与同步估计阶段对进行估计，从而实现网络协同定位与同步。
10、进一步地，观测量获取阶段包括如下步骤：
11、步骤(101)时隙初始测量
12、首先，在上一时隙n-1开始时刻经过t时间后，由领导代理向周围跟随代理广播“开始数据交换”数据包，来初始化新的时隙n；每个跟随代理接收到“开始数据交换”数据包后，将该数据包转发给周围代理并进入数据包交换测量阶段；因为网络是连通的，经过多次广播，每个跟随代理均从领导代理或其他跟随代理那里接收到“开始数据交换”数据包，由此实现网络的粗时间同步；
13、步骤(102)跟随代理间数据包交换测量
14、实现网络的粗时间同步后，代理间开始进行数据包交换以实现相互之间的测量；一对跟随代理间的通信连接跟随代理i发送kij≥1个包给跟随代理j，并且跟随代理j发送kji≥1个包给跟随代理i；对于时隙n，使用表示跟随代理i在参考时间下发送第k个包的时刻，则改进的atspl测量体制下跟随代理j接收到包的时刻表示为测量模型(1)：
15、
16、其中c为光速，为时间测量噪声，不同i，j，k，n下的测量噪声独立同分布，σe为时间测量噪声标准差；变量表示跟随代理i在发射包时的实时位置，表示跟随代理j在接收包时的实时位置；测量模型(1)中数据包传输路径长度时变，即考虑了代理位置的实时动态变化；
17、测量模型(1)中，和分别为代理i和代理j发送和接收数据包时的全局参考时间，该时间与代理i和代理j本地记录的时间通过一下关系进行转换：
18、
19、其中为代理i本地时钟在时隙n时的钟漂，为代理j在时隙n时的钟漂；为代理i本地时钟在时隙n时的钟差，为代理j在时隙n时的钟差。
20、在时间测量噪声为ns级测量噪声的情况下，代理i本地记录的包发送时刻与时隙开始时刻的时间差为代理j本地记录的包接收时刻与时隙开始时刻的时间差为
21、
22、一个时隙内每个代理的速度、加速度保持恒定，即测量模型(1)中代理的时变位置表示为：
23、
24、将测量模型(4)、(3)、(2)带入(1)中，则测量模型(1)转换为：
25、
26、其中代表时隙开始时刻代理i和代理j的待估状态。
27、
28、相似的，跟随代理j向代理i发送kji个数据包，第k个数据包发送接收时间戳分别为
29、步骤(103)跟随代理与领导代理间数据包交换测量
30、除跟随代理间进行数据包交换测量外，跟随代理与领导代理间也进行数据包交换测量；考虑一对通信连接对于时隙n，领导代理m发送“开始数据交换”数据包后广播测量数据包，跟随代理i共接收到kmi≥1个包；对于第k个数据包，领导者m在代理参考时刻已知位置处发送，跟随代理i在参考时间时刻接收到信号；跟随代理i本地记录信号接收时刻建模为：
31、
32、其中为高斯噪声，为
33、
34、其中
35、
36、步骤(104)测量似然函数构建
37、由跟随代理间的测量模型(6)以及跟随代理与领导代理间的测量模型(8)，构建测量似然函数；首先跟随代理间的模型(6)的测量似然函数如下：
38、
39、跟随代理j向i发送的第k个包的似然函数通过将公式(17)中的i和j交换得到；使用向量表示时隙n代理j本地记录所有代理i发送包的接收时间戳；同理，表示时隙n代理i本地记本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种异步网络下多动态目标协同定位与同步方法，其特征在于，该方法在异步网络系统中顺次执行观测量获取阶段、分布式网络协同定位及同步估计阶段两个阶段；
2.如权利要求1所述的一种异步网络下多动态目标协同定位与同步方法，其特征在于，所述异步网络系统具体为：
3.如权利要求2所述的一种异步网络下多动态目标协同定位与同步方法，其特征在于，所述观测量获取阶段包括如下步骤：
4.如权利要求3所述的一种异步网络下多动态目标协同定位与同步方法，其特征在于，所述分布式网络协同定位与同步估计阶段，包括如下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种异步网络下多动态目标协同定位与同步方法，其特征在于，该方法在异步网络系统中顺次执行观测量获取阶段、分布式网络协同定位及同步估计阶段两个阶段；
2.如权利要求1所述的一种异步网络下多动态目标协同定位与同步方法，其特征在于，所述异步网络系统具体为：<...
【专利技术属性】
技术研发人员：王永庆，余全洲，申宇瑶，陈岩，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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