[发明专利]结合移动节点速度信息和目标方位角信息的静态目标定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及移动传感器技术领域，具体涉及一种结合移动节点速度信息和目标方位角信息的静态目标定位方法。

背景技术

在搜救、信号源检测等众多应用中，能够确定目标的位置信息是一个至关重要的关键。然而，针对不合作的目标以及目标源本身无法定位自己位置的场景，就必须依赖其它对象对目标实现相对定位。

假设在一个特定的GPS无法使用的区域中，存在移动节点和一个静态目标，移动节点可以实时获得对目标的测量信息，同时可以直接获得自身的相关测量信息。我们的目的是设计一种方法，使得移动节点可以定位出目标在其本身坐标系下的坐标。

目前的测量方式基本上包括：到达信号强度(RSSI)，到达时间(TOA)，到达时间差(TDOA)和到达角度(AOA)。由于距离测量方法需要主动传输数据，而且还需要距离测量的变化率信息，相比而言，角度测量属于被动式测量，且无需使用测量值的变化率信息。另外，在定位方法的研究中，利用移动节点进行动态定位的研究相对于静态节点定位的研究显得非常稀少。因此，研究结合移动节点自身速度信息和目标方位角测量信息的目标定位方法，在定位领域具有重要的意义。

公开号为CN103630874A的专利申请“基于凸组合的目标测角定位方法”中，公开了一种利用角度测量来对目标进行定位的方法，但是需要采用多个锚节点并且假设目标在锚节点的凸包内，成本高、实现条件苛刻。另外，在很多情形下(例如水下)，对于移动节点而言，不仅GPS无法使用，连地磁场的方向也很难获得，在本专利中，假设GPS与全局坐标系均无法获得，进一步凸显了本方法的广泛适用性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种结合移动节点速度信息和目标方位角信息的静态目标定位方法，本发明的方法由于使用的是线性迭代方法，可以保证全局指数收敛性。

一种结合移动节点速度信息和目标方位角信息的静态目标定位方法，包括如下步骤：

步骤1，针对待定位的静态目标，在预设区域内部署一个移动节点；

步骤2，按照预设的采样周期和初始位置迭代计算静态目标相对于移动节点的位置信息，每次迭代计算时进行如下操作：

获取所述移动节点的自身速度信息和静态目标的方位角信息，并根据获取的速度信息和方位角信息计算静态目标相对于移动节点的位置信息。

预设区域可以根据实际应用情况，只要能够采集是布置的移动节点能够采集到静态目标的方位角信息即可。

采集静态目标的方位角信息可以有多种测试方法，如利用信号发射方向，光发射原理等，本发明中通过在移动节点上安装摄像头，由摄像头采集即可。

本发明中的位置信息为静态目标相对于移动节点在移动节点的局部坐标系下的位置坐标，在实际应用时需要根据移动节点模型设定局部坐标系。

在迭代计算过程中，设定初始位置信息为(0，0)，不准，在之后的迭代过程中，随着迭代计算的次数的增多，设定的初始值与每次定位时的实际位置信息之间的差异逐渐降低。通常在100～200次之后，定位得到的位置信息和实际位置信息会收敛(即测试计算得到的位置信息和实际位置信息相同)，此后迭代计算的结果即为当前时刻的实际位置信息。

在得到静态目标相对于移动节点的位置信息后，可以利用该位置信息进一步反推移动节点的位置。

作为优选，所述的移动节点模型为独轮车模型。

所述移动节点的自身速度信息包括自身的速度大小和旋转角速度。

进一步优选，所述的静态目标的方位角信息包括静态目标相对于移动 节点速度方向的夹角。

本发明中通过采用独轮车模型可以方便的确定移动节点的自身的线性速度和旋转角速度，，而无需另外使用电子罗盘等方向测定装置，大大节省了定位成本。

另外，当为独轮车模型，直接以独轮车的运动方向(速度方向)作为局部坐标系的x轴，以垂直x轴的方向作为y轴，以移动节点中心位置作为坐标原点。

由于计算过程中移动节点的运动状态会变化，相应的局部坐标系也会随着变化。但是由于整个过程中仅需要知道静态目标相对于移动节点前进方向的夹角即可，该夹角是相对的，因此局部坐标系的变化不会影响整个迭代过程造成影响，因此，本发明中不需要获取移动节点速度方向，以及复杂的坐标系转换，大大简化了计算过程，提高了定位速度。

采样周期的设定直接关系到最后定位结果的准确性和定位的时长。本发明中所述的采样周期为0.02～08s，作为优选，所述的采样周期为0.05s。在实际应用时，可以根据应用需求，以及移动目标的运动速度设定采用周期。