[发明专利]一种组合导航相对定位方法

说明书

本发明公开了一种组合导航相对定位方法，该方法包括以下步骤：(1)结合TOA测距技术，建立导航相对定位估计模型；(2)考虑测距模型的误差，将坐标估计模型转化为有约束非线性规划问题，利用外部罚函数法能够从非可行解出发逐步逼近可行域的特点，并结合Powell方法能够逼近局部最优解的特点作为最优化求解方法，用于求解目标函数最优解；(3)建立无线通讯和惯导组合导航数学模型，利用卡尔曼滤波融合得出精确相对坐标。

技术领域

本发明属于导航技术领域，尤其涉及一种组合导航相对定位方法。

背景技术

在地震救援，反恐作战，野外搜救等突发事件的复杂环境下，行动人员常常需要确定自己的当前位置，并把定位信息及时传达给同伴及上级指挥者，以利于行动人员掌握自身位置状态，保障安全，也有利于指挥者全面了解所有人员的姿态，统筹下一步的行动计划。

传统的通过地图、指南针，加以观察地图环境的定位方法不那么准确，在山区、丛林、楼宇、洞穴等复杂作战环境中，搜寻定位GPS模块往往也会因为没有信号无法发挥定位作用。解决方案从单纯的捷联惯导系统导航发展到捷联惯导系统加地磁信息系统，替代GPS组合的人员自主定位，但其定位不准确，所以目前需要提出一种定位方法，满足在山区、丛林、楼宇、洞穴等复杂作战环境中搜寻定位需要，为新型搜寻定位技术提供储备。

发明内容

发明目的：针对以上现有技术存在的问题，本发明提出一种组合导航相对定位方法，该方法可以在GNSS拒止条件下为单兵作战人员提供连续自主定位导航信息，满足在山区、丛林、楼宇、洞穴等复杂作战环境中搜寻定位需要，为新型搜寻定位技术提供储备。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种组合导航相对定位方法，该方法包括以下步骤：

(1)结合TOA测距技术，建立N个人员的测距矩阵；

(2)根据测距矩阵建立N个人员导航相对定位估计模型；

(3)根据定位估计模型构造增广目标函数，对约束进行非线性规划，求解增广目标函数最优解以获得N个人员无线通讯定位坐标；

(4)建立无线通讯和惯导定位组合导航模型，利用卡尔曼滤波融合得出N个人员定位坐标。

其中，步骤(1)中，结合TOA测距技术，建立N个人员的测距矩阵，方法如下：

设N个人员分布在二维坐标系下某个平面区域内，表示第i个定位人员待估计坐标：

计算两两人员i，j之间距离，T₁时刻，i向j发送询问指令，T2时刻j收到询问指令，T3为j向i发送应答指令时刻，T4为i收到应答指令的时刻，利用异步TOA原理可得距离为d_ij：

其中，C为光速；

建立测距矩阵：

其中，步骤(2)中，根据测距矩阵建立N个人员导航相对定位估计模型方法如下：

其中，为N个定位人员待估计坐标，Δ为系统调整因子，ε_ij为允许定位精度误差。

其中，步骤(3)中，根据定位估计模型构造增广目标函数，方法如下：

其中，γ_ij为罚因子，G_ij为最大值函数，G_ij＝max(0,g_ij)，g_ij为式(3)中约束条件。