[发明专利]基于闭式泰勒算法的无人机组无源时差定位方法

说明书

本发明公开一种基于闭式泰勒算法的无人机组无源时差定位方法，其实现步骤为：1.计算待测目标到主观测站与各个副观测站的距离差；2.用闭式泰勒公式求解待测目标的位置；3.在不同位置计算多组待测目标初始值；4.从获取的多组目标初始值中选取使得目标代价函数最小值的初始值数据作为待测目标解；5.当测量误差较大时用误差估计函数修正定位结果。本发明通过将待测目标到主观测站的距离看成已知数，可以比TSWLS算法少一个观测站。本发明通过用误差估计函数来修正误差，可以进行定位结果纠正。

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及雷达通信技术领域中的一种基于闭式泰勒算法的无人机组时差定位方法。本发明可应用于无人机组对地面静止目标的闭式时差协同定位，以满足无人机组定位可利用资源较少情况下，且在存在TDOA测量时差误差服从零均值的高斯分布下可以对目标进行较高精度的定位。

背景技术

在典型的应急无线通信网络中，无人机组时差定位属于无源定位技术。无源定位技术并不主动向目标发射电磁波信号，而是通过对目标源辐射信号进行分析来获取目标位置参数。由于无源定位相对于有源定位隐蔽性更好，不易被发现，生存能力强，无源定位技术被广泛应用。无源定位有经典的Chan算法，泰勒公式和TSWLS算法等，定位技术使用在不同场景各有优缺点。

朱慧敏在其发表的论文“基于无人机群的雷达信号时差定位方法研究”(电子科技大学硕士学位论文2019年)中提出了一种无人机群无源时差定位方法。该方法的实现步骤为，首先，用传统TSWLS算法获取待测目标的初始位置；然后，将该初始位置带入到泰勒级数中进行迭代求解，当泰勒迭代误差满足设定好的误差后，得到待测目标的位置。该方法虽然给出了一种泰勒迭代算法中的初始值选取的方法，提高了泰勒迭代算法的精度与可靠性，但是，该方法仍然存在的不足之处是，在无人机组环境中要先通过TSWLS算法获取初始值后再迭代，使得无源定位所需要的时间都增加，并且要完成传统TSWLS需要五个无人机组。

陈云龙在其发表的论文“无人机无源时差定位方法研究及实现”(西安电子科技大学硕士学位论文2021年)中提出了一种无人机组无源定位方法。该方法的实现步骤为，由多运动站时差定位模型得到目标与四个无人机组的真实距离值，通过四个无人机组得到三组时间差，根据距离差与时间差的转换关系求出三组时间差，将三组时差方差组构成时差观测矩阵，也就是传统Chan算法的步骤。然后，将传统Chan算法计算出的初始值带入到泰勒迭代算法中进行迭代求解，直到达到误差要求后，得到待测目标位置。该方法存在的不足之处是，当测量时间误差较大，Chan算法得出的初值迭代值与待测目标真实距离偏差较大，由于泰勒级数算法精确度和收敛性与迭代初始值息息相关，这就可能会导致泰勒迭代算法发散，无法求解出待测目标位置。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提出一种基于闭式泰勒算法的无人机组时差定位方法，用于解决现有技术的测量时间误差较大，对待测目标定位精度不足和传统泰勒迭代方法需要初始值进行迭代的问题。

实现本发明目的的思路是：将定位方程用泰勒技术展开，然后通过将中间变量待测目标源到无人机主站的距离当成已知数，为了解决经典TSWLS方法为了中间变量这个未知数而增加一个无人机组的问题。待测目标的位置参数与中间变量存在联系性，求出待测目标未知参数则中间变量也就求解出来了，求解中间变量是利用一元二次方程的求根公式，可能会得到两个解，可以将解带入代价函数中，使代价函数最小值的为真解，也可以针对无人机组定位情况可以依据待测目标的高度，即根据空间坐标系中待测目标位于z的坐标值确定真解，当待测目标z的坐标值较大时，所对应的解不是真解。本发明通过无人机组分别飞行过程中的不同位置进行测量，将多组测量值中的最小的目标目标代价函数的解作为目标初始估计解，针对测量误差方差较大的时候，还需要对测量误差进行估算，加上对测量误差的估算值后得到无人机组时差定位的最终解。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：