[发明专利]一种联合时延差与角度测量的传感器网络目标定位方法

权利要求书

1.一种联合时延差与角度测量的传感器网络目标定位方法，其特征在于包括下述步骤：

第一步：计算角度测量矩阵G_k和单位方向向量b_k

已知传感器网络观测的角度测量值俯仰角和偏向角θ_k，根据公式(1)和公式(2)计算角度测量矩阵G_k和单位方向向量b_k：

第二步：构造伪线性观测矩阵A

任意选取一个节点为参考节点，由第一步公式(1)可计算角度测量矩阵G_k和单位方向向量b_k，其中k分别取1,2，…，N，N表示传感器网络中的传感器数目，根据如下公式

构造伪线性观测矩阵A；

第三步：构造伪线性测量值h

传感器节点位置s_k＝[s_kx,s_ky,s_kz]^T，表示传感器第k个传感器的三维坐标，时延差测量τ_k表示目标发射信号到第k个节点的传播时间与目标发射信号到参考节点的传播时间的差值，根据已知的角度测量矩阵G_k、单位方向向量b_k、传感器节点位置s_k和时延差测量τ_k，用公式(4)构造与伪线性观测矩阵A对应的伪线性测量值h：

式(4)中c表示信号在介质中的传播速度；

第四步：利用结构总体最小二乘方法求解目标位置坐标u＝[u_x,u_y,u_z]^T

由于所有观测值存在噪声，因此构造伪线性观测方程为：(A+E)u＝h+r，其中E为观测误差引起的伪线性观测矩阵A的误差，r为由观测误差引起的伪线性测量值h的误差，并且E、u和r均为未知量，选取误差限ε，ε取小于10^-3的常数，对构造的伪线性观测方程(A+E)u＝h+r，利用结构总体最小二乘方法求解目标位置u；

用向量表示扰动矩阵E中的非0元素，利用u＝[u_x,u_y,u_z]^T中的元素定义矩阵使得方程(A+E)u＝h+r左边的项Eu通过向量α表示为Uα＝Eu，再利用结构总体最小二乘方法求解目标位置u即可；

所述结构总体最小二乘方法求解的具体实施步骤如下：

初始化：令结构误差矩阵E＝0，则α＝0，初始化令u＝(A^TA)^-1A^Th，并从u构造U满足Uα＝Eu，求出误差r＝(A+E)u-h，迭代次数n＝0；

步骤1：通过公式计算Δα和Δu，其中Δα和Δu分别表示需要对已知变量α和u做出的微小改变量；

步骤2：令u←u+Δu，α←α+Δα；

步骤3：从向量α构造矩阵E，从向量u构造矩阵U，若||Δα,Δu||₂＜ε，则进入步骤5，若迭代次数n大于50，进入步骤4，否则，n←n+1并执行步骤1；

步骤4：u＝(A^TA)^-1A^Th，进入步骤5；

步骤5：输出结果u。