[发明专利]一种移动目标协同定位系统及定位方法

权利要求书

1.一种移动目标协同定位系统，其特征在于：在移动目标（4）上安装捷联惯导模块（1）、超宽带无线接收器和协同定位模块（2），在定位区域（5）内布置超宽带无线发射器；所述的协同定位模块（2）中有捷联惯导参数通讯模块、无线参数通讯模块和协同运算处理单元；捷联惯导参数通讯模块与捷联惯导模块进行通讯，无线参数通讯模块与超宽带无线接收器进行通讯，协同运算处理单元对接收到的信息进行解算；捷联惯导模块（1）测量得到的移动目标（4）的姿态角、加速度、速度和位置运动参数，通过协同定位模块（2）上的惯导参数通讯模块传输给协同运算处理单元；超宽带无线传感器（3）测量得到的无线测距参数，通过协同定位模块（2）上的无线参数通讯模块传输给协同运算处理单元，运动参数与测距参数在协同运算处理单元经数值解算，获得移动目标（4）精确的位置和姿态信息。

2.一种实现移动目标协同定位的方法，其特征是：利用捷联惯导模块（1）和超宽带无线传感器（3）对移动目标（4）的参数进行感知，建立捷联惯导和超宽带无线耦合模型，由捷联惯导模块（1）输出移动目标（4）高精度姿态信息，在捷联惯导模块（1）输出的运动参数补偿下，超宽带无线传感器（3）输出移动目标（4）高精度的位置信息，并对捷联惯导模块（1）输出的位置信息进行校正，从而实现封闭环境下定位区域（5）内移动目标（4）输出位置和姿态信息，包括以下步骤：

步骤1）捷联惯导模块（1）与超宽带无线传感器（3）协同下多源参量的实时感知与测距运算；

步骤2）移动目标（4）的捷联惯导模块（1）下运动参量与超宽带无线传感器（3）无线信号间的误差传递分析与补偿；

步骤3）捷联惯导模块（1）下高频位置信息与超宽带无线传感器（3）下低频位置信息在不同坐标系下的统一变换；

步骤4）捷联惯导模块（1）下姿态、加速度、速度与位置参量与超宽带无线传感器（3）下信号到达时间差、到达角度间的交互耦合；

步骤5）捷联惯导模块（1）与超宽带无线传感器（3）协同下移动目标（4）位置和姿态的解算与校正；

在步骤1）中，所述的捷联惯导模块（1）与超宽带无线传感器（3）协同下多源参量的实时感知与测距运算，具体为：将捷联惯导模块（1）测量的数据通过积分运算得到移动目标（4）粗略的位置和姿态，而将超宽带无线传感器（3）测量的数据经过计算得到移动目标（4）与超宽带无线发射器间的测距信息；

在步骤2）中，所述的移动目标（4）的捷联惯导模块（1）下运动参量与超宽带无线传感器（3）无线信号间的误差传递分析与补偿，具体为：利用惯导参数通讯模块和无线参数通讯模块，通过串口将测量参数传递给协同运算处理单元，考虑系统误差传递关系，进行多参量误差传递研究及补偿，建立各阶段误差方程，采用最优滤波策略，实现协同定位下多参数误差的抑制；

在步骤3）中，所述的捷联惯导模块（1）下高频位置信息与超宽带无线传感器（3）下低频位置信息在不同坐标系下的统一变换，具体为：捷联惯导模块（1）输出的为地理坐标系下高频位置信息，通过稀疏采样和坐标变换统一，变换到超宽带无线传感器（3）输出下的空间直角坐标系下的低频位置信息，继而利用捷联惯导模块（1）的运动参数建立联合滤波下移动目标（4）位置的观测方程；

在步骤4）中，所述的捷联惯导模块（1）下姿态、加速度、速度与位置参量与超宽带无线传感器（3）下信号到达时间差、到达角度间的交互耦合，具体为：将捷联惯导模块（1）测量获得的姿态、加速度、速度与位置耦合到超宽带无线传感器（3）测量数据中，来对超宽带无线传感器（3）测量的到达时间差和到达角度参数进行修正，继而利用超宽带无线传感器（3）测量参数建立联合滤波下移动目标（4）位置测量方程；

在步骤5）中，所述的捷联惯导模块（1）与超宽带无线传感器（3）协同下移动目标（4）位置和姿态的解算与校正，具体为：利用捷联惯导模块（1）输出建立的移动目标（4）状态观测方程，结合超宽带无线传感器（3）输出建立的移动目标（4）状态测量方程，经交互多模型卡尔曼滤波方法获得移动目标的一次位置估计，继而利用超宽带无线传感器（3）的到达时间差与到达角度，求得移动目标（4）的精确位置，并对捷联惯导模块（1）下观测方程进行校正，通过不断的循环校正来实现移动目标（1）高精度位置和姿态。