[发明专利]分布式多移动节点协作定位系统

说明书

技术领域

本发明属于信息技术领域，尤其涉及一种分布式多移动节点协作定位系统。

背景技术

定位系统一般应用于消防员定位(消防领域)，行人定位(商业娱乐领域)，车辆定位(交通领域)，洋面及水下移动工具定位(海事领域)，机器人定位(工业领域)，动物定位(科学研究领域)。

目前，针对消防员定位，现有三种技术：1)多消防车超宽带定位技术：多量消防车在着火的建筑至少三个角定点发射强超宽带电磁波，楼内每个消防员随身携带接收器，过滤接受到的信号来估算到信号源距离，该方法消防车的信号在地下室或者大楼中信号无法穿透，因而无法定位，并且楼内和楼外无法进行信号传递，且成本非常高，中心式节点如果失效，全员无法定位；2)足部惯性导航系统：在足部放置惯性传感器，在已知初始点的情况下，利用一次积分和二次积分的方法，来估算消防员每一时刻的位置，每个人只能根据自己脚上的导航系统进行独立定位，多人员之间的信息不能共享，因此不能进行多人协作来进一步减小误差；3)多定位模块整合定位系统：整合足部惯性导航系统以及多消防车超宽带定位技术，综合利用两方面的信息进行中心定位，该方法没有利用消防队员之间的距离测量来进行定位估算，因此精确度仍然有限，存在单节点失效的问题。

目前，针对行人定位，有三种技术：1)GPS，只能进行室外定位，定位精确度有限，实时更新频率有限；2)足部惯性导航系统；3)GPS加足部惯性导航系统：全程利用足部惯性导航系统，并且定时用GPS信号矫正，在室内，有高建筑物的市区内，以及森林里，定位系统退化为足部惯性导航系统。

目前，针对车辆定位，有三种技术：1)GPS；2)车辆协作定位：利用车的里程计来估计车辆本身的在两个时间点的移动距离，并且利用摄像头来测量两辆车之间的角度和距离，利用所有这些信息组成测距图，并且利用基尔霍夫电路原理来估算车辆的位置，但是没有不确定性估计(即无方差矩阵)，因此无法估计车辆的定位估算准确度；3)GPS加车辆协作定位：利用车辆协作定位，再加GPS定时纠正，但是没有不确定性估计(即无方差矩阵)，因此无法估计车辆的定位估算准确度。

目前，针对洋面及水下移动工具定位，有三种技术：1)GPS；2)惯性定位加定时GPS：当潜水艇在水下工作时，完全利用惯性导航传感器，进行独立定位，当误差累计到一定程度时，浮出水面，用GPS进行校正，但是当多潜艇协同工作时，没有利用其它潜艇的信息；3)协作定位加定时GPS，此算法需要保存的EKF随着潜艇数量进行指数型增长，因此没有可扩展性。

目前，针对机器人定位，有两种技术：1)即时定位与地图构建(SLAM—Simultaneous localization and mapping)：利用机器人的里程器对自身进行位移估算，利用传感器对周围的环境物体进行位置估算，但是只能对自己进行独立定位，机器人之间没有协作，因此没有利用全部可以利用的信息，计算量极大；2)多机器人协作定位，利用机器人自身的里程器对两个时间点的位移进行估算，又利用传感器来测两个机器人之间的距离，然后利用优化算法，估算机器人位置，但是中心式的算法存在单节点失效，依赖于可靠地中心式通讯的缺点，分布式算法存在内存消耗和运算量不可控的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种精度高、计算量小的分布式多移动节点协作定位系统。

分布式多移动节点协作定位系统，包括若干个移动节点，每个所述移动节点均包括以下模块：

一移动节点自身移动估计模块：负责监测本移动节点在两个时间点内的有关位置信息的变化，所述位置信息指的是两个时间点内笛卡尔坐标系的坐标变化；

一移动节点自身定点定位估计模块：负责通过外界定位系统直接测量本移动节点的当前位置；

一移动节点间测距模块：负责测量本移动节点和另一个移动节点在同一时刻的相对位置信息，所述相对位置信息包括相对位置坐标信息，相对位置距离信息或相对位置角度信息；

一移动节点通讯模块：负责本移动节点和相邻的移动节点或者中心节点之间进行通讯；

一移动节点定位计算模块：负责把所有获得的信息进行整合并且计算本移动节点位置。

前述的定义统一模块测量模型：

z_k＝h（x_I,k）+∈_I,k    (1)

其中，z_k为k时刻的测量值，h(.)为测量函数，x_I,k为测量牵涉到的所有移动节点的位置状态集合；∈_I,k为测量误差，