一种网络化定位解算方法
【专利摘要】一种多节点网络化无线定位方法，其特征在于：多接收机构成无线网络相互通信，接收机接收全球导航卫星系统信息获得第一测量值，同时所述无线网络中相邻接收机测量它们之间的距离获得第二测量值。多接收机利用它们之间的无线网络采用分布式的方式实现定位解算：接收机首先获得第一定位结果，并广播第一定位结果；接收机接收到邻居节点的第K-1(K为大于1的整数)定位结果后，计算自己的第K定位结果。当定位结果收敛后，进行自主完好性检测和测量值修正，然后采用修正的测量值和上述方法重新计算直到定位结果收敛。本方法的好处是：引入相邻接收机间测距这一新的定位自由度，并采用了节省无线网络带宽资源的分布式定位算法，提高了定位可用性和精度。
【专利说明】一种网络化定位解算方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种全球导航定位方法，尤其是一种接收机之间通过无线网络相互协助定位的定位方法，属于计算机信息【技术领域】。
【背景技术】
[0002]全球导航卫星系统(GlobalNavigation Satellite System,GNSS)是所有导航卫星系统的全称，目前主要包括美国的全球定位系统(Global Positioning System,GPS),俄罗斯的全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GL0NASS),欧洲的伽利略系统(Galileo)，中国的北斗(Compass)。全球导航卫星系统接收机工作的基本原理是:接收到导航卫星发送无线电信号并提取伪矩，并根据4个以上伪矩计算得到自身在地理坐标系中的位置，常见的解算算法有最小二乘法和卡尔曼滤波法。由于导航卫星持续工作在有空间辐照、热真空和热循环的空间环境下，难免会发生短期或者长期故障。尽管每一个导航卫星星座都设置了专门的地面监测系统，但地面系统发现卫星信号错误通常要几十分钟甚至数个小时。尽管不同安全、精度等级的导航系统对完备性的要求有所差异，但在10秒钟甚至3秒钟内完成监测故障到警告用户这一过程则属于常规要求。因此，先进的全球导航卫星系统在进行位置解算的同时，还具备自主完整性监测功能。常见的方法有伪矩比较法、最小二乘残差法、奇偶矢量法等。虽然通过4颗可见星可以解算位置，但需要5颗可见星才能进行自主完整性检测，而需要6颗以上星才能确定具体哪颗可见卫星的信号存在问题。在现代常见的全球导航卫星系统接收机中，解算与自主完整性检测通常是一个整体。
[0003]尽管天基导航系统具有全天候全球覆盖等优点，但同时也因为天基信号的固有特点，天基导航系统难以实现室内覆盖，在城市峡谷等场景下也通常因为可见星数少无法定位。为克服上述问题，人们发明了地面网络与天基网络融合的混合定位方法，如专利申请号00818807.6、申请号200410042932.9公开的技术，就是地面移动通信网络提高辅助定位信息和定位信号实现联合使用天基导航系统与地面移动网络的定位新方法。这类定位技术的特点是依赖于有中心的地面基础设施，适合于手机等具有地面移动通信功能的移动设备。
[0004]近年来，随着无线通信技术的发展，节点之间的直接无线测距技术也得到了商用化，如无线局域网中利用接收机接收的信号强度指示获得接收机与无线接入点之间的距离，又在传感器网络中使用传播时间(Time of Flying)定位的nanoLOC技术等。这类技术的问题是定位依赖于已知位置的锚点，如在无线局域网中假设知道接入点的地理位置，在无线传感器网络中一般至少需要知道三个参考的传感器节点的位置。
[0005]本发明公开一种应用于无线自组织网络的网络化混合定位解算及接收机自主完整性监测方法。从应用角度，其好处是无需锚点，无需地面基础无线设施支持。所公开的网络化混合定位解算及接收机自主完整性监测方法，实现了利用无线自组织网络的节点间的测距信息和天基导航系统信息联合定位，与已有系统比，提高了定位可用性和定位精度。
【发明内容】
[0006]多接收机构成无线网络相互通信，接收机接收全球导航卫星系统信息获得第一测量值，同时所述无线网络中相邻接收机测量它们之间的距离获得第二测量值；利用接收机之间的无线通信网络分布式的实现接收机的定位，尤其是，所述定位方法包括以下步骤:
[0007]步骤11)在每一个历元，每一个节点至少收集伪矩、可见卫星位置以及与邻居节点的测距信息；
[0008]步骤12)有4个及4个以上伪矩的节点利用伪矩进行位置解算，并广播第一定位结果;
[0009]步骤13)伪矩不足4个的节点接收来自邻居节点的第一定位结果，一旦收集的伪矩个数X和邻居节点的定位结果个数Y的和(即X+Y)大于等于4时，至少根据伪矩、邻居节点第一定位结果、可见卫星位置、相邻节点的测距结果解算自己的第一定位结果，并向邻居节点广播自身第一定位结果；
[0010]步骤14)重复步骤11)到步骤13)直到不再有节点广播第一定位结果；
[0011]步骤15)尚未确定第一定位结果的节点随机初始化自己的位置得到第一定位结果;
[0012]步骤16)所有节点根据至少接收到的所有伪矩、邻居节点第一定位结果、可见卫星位置、相邻节点的测距结果，重新执行解算，得到自身的第二定位结果，并向所有邻居节点广播自身第二定位结果； 令1( = 3 ;
[0013]步骤17)所有具有自身第K-1 (K > 2)定位结果的节点根据至少接收到的所有伪矩、邻居节点第K-1定位结果、可见卫星位置、相邻节点的测距结果，重新执行解算，得到自身的第K定位结果，并向所有邻居节点广播自身第K定位结果；K增加I ;
[0014]步骤18)所有节点重复步骤17)，直到自身第K定位结果与第K-1定位结果之间的差小于给定门限；
[0015]步骤19)输出所述第K定位结果,为未修正的定位结果。
[0016]所述节点解算自己的第一、第二、第Κ(Κ> 2)定位结果的方法为:若卫星Si与接收机Ri之间的伪距测量值为/--，接收机Ri和Rj之间的距离测量值为的观测方程为:
【权利要求】
1.一种网络化定位方法，其特征在于:多接收机构成无线网络相互通信，接收机接收全球导航卫星系统信息获得第一测量值，同时所述无线网络中相邻接收机测量它们之间的距离获得第二测量值；利用接收机之间的无线通信网络分布式的实现接收机的定位，尤其是，所述定位方法包括以下步骤: 步骤11)在每一个历元，每一个节点至少收集伪矩、可见卫星位置以及与邻居节点的测距信息； 步骤12)有4个及4个以上伪矩的节点利用伪矩进行位置解算，并广播第一定位结果； 步骤13)伪矩不足4个的节点接收来自邻居节点的第一定位结果，一旦收集的伪矩个数X和邻居节点的定位结果个数Y的和(即X+Y)大于等于4时，至少根据伪矩、邻居节点第一定位结果、可见卫星位置、相邻节点的测距结果解算自己的第一定位结果，并向邻居节点广播自身第一定位结果； 步骤14)重复步骤11)到步骤13)直到不再有节点广播第一定位结果； 步骤15)尚未确定第一定位结果的节点随机初始化自己的位置得到第一定位结果； 步骤16)所有节点根据至少接收到的所有伪矩、邻居节点第一定位结果、可见卫星位置、相邻节点的测距结果，重新执行解算，得到自身的第二定位结果，并向所有邻居节点广播自身第二定位结果；令K = 3 ; 步骤17)所有具有自身第K-1 (K > 2)定位结果的节点根据至少接收到的所有伪矩、邻居节点第K-1定位结果、可见卫星位置、相邻节点的测距结果，重新执行解算，得到自身的第K定位结果，并向所有邻居节点广播自身第K定位结果；K增加I ; 步骤18)所有节点重复步骤17)，直到自身第K定位结果与第K-1定位结果之间的差小于给定门限； 步骤19)输出所述第K定位结果，为未修正的定位结果。
2.如权I所述的网络化定位方法，其特征在于:所述节点解算自己的第一、第二、第Κ(Κ> 2)定位结果的方法为:若卫星Si与接收机Ri之间的伪距测量值为P林，接收机Ri和Rj之间的距离测量值为七'的观测方程为:
3.如权2所述的定位方法，其特征在于，在输出未修正的定位结果之后进行以下扩展步骤:步骤31)所有节点进行接收机自主完整性检测，检查伪矩和测距信息可能存在的问题； 步骤32)若所述自主完整性检测通过，则解算完成；否则根据自主完整性检测运算检查结果对伪矩和测距结果进行修正；$M = I ; 步骤33)所有节点根据至少接收到的所有修正后的伪矩、修正后的相邻节点的测距结果、可见卫星位置、邻居节点的未修正的定位结果，重新执行解算，得到修正后的第M定位结果，并向所有邻居节点广播自身第M定位结果；M增加I ; 步骤34)所有节点重复步骤23)，直到自身修正后的第M定位结果与修正后的第M-1定位结果之间的差小于给定门限； 步骤35)输出所述修正后的第M定位结果，为修正后的最终定位结果。
4.如权3所述的定位方法，其特征在于，所述的自主完整性检测，包括以下步骤: 步骤41)按照自主完整性检测的一般方法给定λ min,初始化检测门限
5.如权3所述的定位方法，其特征在于，所述的对测量值进行修正的方法，包括以下步骤:选择第H矩阵的i行对应的测量值为怀疑对象，计算[I_HAW]Z = f，令Sum为[1-HAW]第i列元素之和，f(i)为f的第i个元素，则相应测量值的修正值为e(i) = f(i)/Sum。
6.如权5所述的定位方法，其特征在于，所述的选择第i行的测量值为怀疑对象的方法为:若之前多历元的e(i)值若均值在O附近，则第i行测量值无问题；否则若存在一个明显不为O的均值，则认为第i行测量值有问题。
7.如权5所述的定位方法，其特征在于，所述的选择第i行的测量值为怀疑对象的方法为:任选第i行测量值作为怀疑对象，并进行测量值修正和重新定位，若重新定位的结果连续多个历元自主完整性检测无问题，则第i行测量值存在问题，否则选取新的行作为新的测量值怀疑对象，直到发现问题测量值或者自主完整性检测不再报警。
8.如权2所述的定位方法，其特征在于，所述的权重W的计算方法为:W= C「l，
【文档编号】G01S19/42GK103630919SQ201210303416
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年8月24日 优先权日:2012年8月24日
【发明者】陈曦, 柳寒冰, 张光华 申请人:陈曦