一种基于混合方式的非合作目标定位方法与流程

技术特征：

1.一种基于混合方式的非合作目标定位方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤1，利用预先布置的若干无线节点组成能够互相通信的测量网络，测量不同无线节点间信号强度的变化量，即链路中RSSI变化量；

步骤2，根据目标移动的最大速度，计算出当前目标存在的有效区域；

步骤3，根据链路中RSSI变化量和当前目标存在的有效区域，选取通过有效区域的有效链路；

步骤4，利用有效链路的几何关系进行粗定位；

步骤5，利用无线节点坐标对粗定位结果进行修正，得到精确定位结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于混合方式的非合作目标定位方法，其特征在于：步骤1中，链路中RSSI变化量的计算公式为，

Δy_i(t)＝y_i(t)-y_i(0)≈-S_i(t)-v_i(t)+v_i(0) (1)

其中，y_i(0)为没有目标存在时第i条链路的基线RSSI测量值，y_i(t)为t时刻第i条链路的RSSI测量值，Δy_i(t)为从没有目标存在到t时刻第i条链路中RSSI变化量，S_i(t)为t时刻第i条链路的阴影损耗，v_i(t)为t时刻第i条链路的噪声，v_i(0)为没有目标存在时第i条链路的噪声。

3.根据权利要求1所述的一种基于混合方式的非合作目标定位方法，其特征在于：步骤2中，当前目标存在的有效区域为，以上一刻目标位置为圆心，以(1+m)r为半径的圆内；即

z_t＝{p_t|H(p_t-1,p_t)＜(1+m′)r} (2)

其中，z_t为t时刻的有效区域，p_t为t时刻的目标位置点，p_t-1为t-1时刻的目标位置，H(p_t-1,p_t)为p_t与p_t-1之间的欧几里得距离，r为目标最大移动距离，r＝u_max×Δt，u_max为目标最大速度，Δt为t时刻与t-1时刻之间的时间间隔，即单位时间，m′∈(0,1)。

4.根据权利要求1所述的一种基于混合方式的非合作目标定位方法，其特征在于：步骤3中，当链路中RSSI变化量大于最优门限值并且位于有效区域内，则该链路为有效链路；即

其中，S′_t为有效链路集合，l_i表示挑选出的第i条链路，为最优门限值，d_i(t)为有效区域圆心到第i条链路的距离，

$d_i\left(t\right)=\frac{|k_i{x}_{t-1}-y_{t-1}+b_i|}{\sqrt{1+k_i^2}}---\left(4\right)$

其中，k_i为第i条链路直线方程中的斜率，b_i为第i条链路直线方程中的截距，(x_t-1,y_t-1)为t-1时刻的目标位置坐标。

5.根据权利要求4所述的一种基于混合方式的非合作目标定位方法，其特征在于：采用方差最小准则选择最优门限值，具体过程为，

S1，选择初始自适应门限值

S2，将RSSI变化量大于的链路归为A1类，将RSSI变化量小于的链路归为A2类；

S3，分别计算A1类和A2类链路RSSI变化量的方差和并统计每一类中链路数目b₁和b₂；

S4，计算代价函数

S5，令i′＝1；

S6，其中，δ为步长；

S7，重复S3和S4的工作，得到β^(i′)；

S8，当时，i′＝i′+1，转至S6，Δy_max为预设的RSSI的最大变化量；否则选择满足下述条件的门限值为最优门限值，

$\{\frac{b_1}{b_1+b_2}{\mathrm{\σ}}_1^2+\frac{b_2}{b_1+b_2}{\mathrm{\σ}}_2^2\}{|}_{{\mathrm{\Δy}}_{th}^{*}}=min\{\frac{b_1}{b_1+b_2}{\mathrm{\σ}}_1^2+\frac{b_2}{b_1+b_2}{\mathrm{\σ}}_2^2\}{|}_{{\mathrm{\Δy}}_{th}^{\left(i^{\′}\right)}}.$

6.根据权利要求1所述的一种基于混合方式的非合作目标定位方法，其特征在于：步骤4中，假设有效链路有Q条，共可形成∑_max个三角形，对∑_max个三角形的重心取加权平均得到粗定位坐标(x_s,y_s)；

$x_s=\frac{{\Σ}_{j=1}^{{\Σ}_{\max }}{p}_j{\mathrm{\ω}}_j{x}_j}{{\Σ}_{j=1}^{{\Σ}_{\max }}{p}_j{\mathrm{\ω}}_j},y_s=\frac{{\Σ}_{j=1}^{{\Σ}_{\max }}{p}_j{\mathrm{\ω}}_j{y}_j}{{\Σ}_{j=1}^{{\Σ}_{\max }}{p}_j{\mathrm{\ω}}_j}---\left(5\right)$

其中，(x_j,y_j)表示第j个三角形的重心坐标，ω_j为第j个三角形的重心坐标的权重，ω_j等于组成第j个三角形三条链路的RSSI变化量之和，表示从Q条链路中选出任意三条链路组成三角形的组合数目，p_j表示第j个三角形重心落在有效区域内外的概率系数；

其中，为t时刻第j个三角形的重心坐标，为有效区域圆心与t时刻第j个三角形重心之间的欧几里得距离。

7.根据权利要求1所述的一种基于混合方式的非合作目标定位方法，其特征在于：步骤5中，利用无线节点坐标对粗定位结果进行修正，根据距离误差得到目标函数J(θ)：

J(θ)＝(Aθ-b)^T(Aθ-b)+λθ^TΣθ (6)

约束条件为：

θ^TΣθ＝0

其中，

λ为拉格朗日乘子，

θ＝[x₀ y₀ R₀]^T，

(x_m,y_m)为第m个无线节点坐标，m∈{1,2,…,M}，M表示无线测量节点个数，(x₀,y₀)为目标待求位置坐标，

将式(6)对θ求导，并令导数为0，可得：

$\frac{\∂J\left(\mathrm{\θ}\right)}{\∂\mathrm{\θ}}=2(A^{T}A+\mathrm{\λ}\mathrm{\Σ})\mathrm{\θ}-2A^{T}b=0---\left(7\right)$

θ＝(A^TA+λΣ)^-1A^Tb。 (8)

8.根据权利要求7所述的一种基于混合方式的非合作目标定位方法，其特征在于：求解拉格朗日乘子λ的过程为，

将式θ＝(A^TA+λΣ)^-1A^Tb带入约束条件得到；

b^TA(A^TA+λΣ)^-1Σ(A^TA+λΣ)^-1A^Tb＝0 (9)

利用特征值分解，矩阵A^TAΣ可以分解为；

A^TAΣ＝UΛU^-1 (10)

其中，γ_n均为矩阵A^TAΣ的特征值，n∈{1,2,3}，n为整数，每一个特征值对应一个特征矢量，U为特征矢量构成的矩阵；

将式(10)带入式(9)可得；

p^T(Λ+λI)^-2q＝0

其中，p＝U^TΣA^Tb＝[p₁ p₂ p₃]^T，q＝U^TA^Tb＝[q₁ q₂ q₃]^T，p_n为p的分量，q_n为q的分量；I为与Λ同维数的单位矩阵；

可得拉格朗日乘子λ的方程为；

$f\left(\mathrm{\λ}\right)=p^T{(\mathrm{\Λ}+\mathrm{\λ}I)}^{-2}q=\underset{i=1}{\overset{3}{\Σ}}\frac{p_i{q}_i}{{(\mathrm{\λ}+{\mathrm{\γ}}_i)}^2}=0---\left(11\right)$

求解方程(11)即可得到拉格朗日乘子λ。