[发明专利]一种基于TDOA和FDOA的无人机高精度定位方法在审

专利信息
申请号: 202011132782.6 申请日: 2020-10-21
公开(公告)号: CN112444776A 公开(公告)日: 2021-03-05
发明(设计)人: 熊海良;侯强;朱维红;许玉丹;王宏蕊;庄众;任美婷 申请(专利权)人: 山东大学
主分类号: G01S5/04 分类号: G01S5/04
代理公司: 青岛华慧泽专利代理事务所(普通合伙) 37247 代理人: 刘娜
地址: 250013 山*** 国省代码: 山东;37
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 tdoa fdoa 无人机 高精度 定位 方法
【权利要求书】:

1.一种基于TDOA和FDOA的无人机高精度定位方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤1:利用空间中的K个接收站,将接收站接收到的TDOA测量值和FDOA测量值等效为距离差测量值和距离差变化率测量值;

步骤2:对接收站的位置坐标进行联合估计,构建包含未知的目标真实位置和速度矢量以及未知的接收站真实坐标矢量的待估计矢量η;

步骤3:构建对应距离差测量值、距离差变化率测量值以及接收站位置测量值和待估计矢量η之间的表达式;

步骤4:定义步骤3中表达式的代价误差函数,并求出代价误差函数的非线性加权最小二乘优化模型;

步骤5:将步骤3中的表达式在初始估计值ηa处利用一阶泰勒级数展开,并带入步骤4中的非线性加权最小二乘优化模型,求出待估计矢量η的最优闭式解;

步骤6:设定终止迭代条件ε,0<ε<<1,重复步骤5;

步骤7:当满足迭代终止条件时,迭代终止,得到目标的位置和速度。

2.根据权利要求1所述的一种基于TDOA和FDOA的无人机高精度定位方法,其特征在于,步骤1的具体方法如下:

利用K个接收站,第i个接收站的真实位置为真实速度为目标的真实位置为q0=[x0,y0,z0]T,目标的真实速度为目标与第i个接收站之间的真实距离表示为:

设第1个接收站为参考接收站,可得目标到达第i个接收站与到参考接收站之间的真实距离差为:

其中,ri0表示目标与第i个接收站之间的真实距离,r10表示目标与参考接收站之间的真实距离,c为电磁波传播速度;

然后对公式(1)的两端分别对时间t求导数,得到目标与第i个接收站之间的真实距离变化率为:

其中,符号(·)T表示对矩阵或者矢量的取转置;

第i个接收站与参考接收站之间的真实速度差为:

其中,为目标与参考接收站之间的真实距离变化率,f0为电磁波信号的频率,为第i个接收站与参考接收站之间真实的FDOA值;

将TDOA测量值等效为距离差测量值,距离差测量值表示为:其中,表示目标到达第i个接收站与到参考接收站之间的真实距离差,Δti1表示目标到达第i个接收站与到参考接收站之间的时间差测量误差,即TDOA测量误差;

假定距离差测量值服从均值为0的高斯分布,把写成矢量形式:其中,n=[n21,n31,...,nK1]T,n表示距离差的测量误差组成的矢量,rK1表示目标到达第K个接收站与到参考接收站之间的距离差测量值,表示目标到达第K个接收站与到参考接收站之间的真实距离差,nK1表示目标到达第K个接收站与到参考接收站之间的距离差测量值与真实值的误差;

同样,将FDOA测量值等效为距离差变化率的测量值,距离差变化率的测量值表示为其中,表示第i个接收站与参考接收站之间的真实速度差,Δfi1表示目标到达第i个接收站与参考接收站之间频率差的测量误差,即FDOA测量误差;

假定距离差变化率的测量值服从均值为0的高斯分布,并且与TDOA测量值不相关;把写成矢量形式其中,表示距离差变化率的测量误差组成的矢量,表示第K个接收站与参考接收站之间的真实速度差,表示第K个接收站与参考接收站之间的速度差的测量值与真实值的误差。

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