[发明专利]一种利用来波方位差测量的节点定位方法

说明书

本发明属于无线电定位技术领域，具体涉及一种利用来波方位差测量的节点定位方法。本发明针对节点测向交叉定位法在只有多个辐射源发射的无线电信号的来波方位差测量的情况下失效的问题，提出了一种利用来波方位差测量的节点定位方法，节点先分别对接收到的辐射源辐射的无线电信号进行测向处理，确定各个辐射源的来波方位，再将辐射源的来波方位减去第一个辐射源的来波方位，从而确定来波方位差；然后由来波方位差测量和搜索角度，确定搜索矩阵和搜索向量；接着确定搜索角度对应的误差向量及其范数，确定最小范数对应的搜索角度；最后确定最小范数对应的搜索角度对应的搜索矩阵和搜索向量，从而确定节点位置坐标。

技术领域

本发明属于无线电定位技术领域，具体涉及一种利用来波方位差测量的节点定位方法。

背景技术

在无线电监测与定位技术领域，多站测向交叉定位法是指在位置已知的两个或多个信号接收站测量辐射源的信号的来波方向，然后利用三角几何关系计算出辐射源位置的方法。与多站测向交叉定位法相反，在传感器网络节点的无线电定位领域，节点测向交叉定位法是指利用多个位置已知的发射无线电的辐射源，对一个位置未知的、能接收这些辐射源发射的无线电信号的节点进行定位。当位置未知的节点所在的区域内有多个位置已知的发射无线电的辐射源时，节点就可以分别对接收到的信号进行测向处理，确定多个辐射源的来波方向，再通过测向进行交叉定位计算，确定节点的位置。

由于节点测量的无线电信号来波方向是相对于节点测向基线的法线方向的夹角，因此节点测向交叉定位法一般需要对节点进行姿态测量，即需要在多个位置已知的发射无线电的辐射源的位置坐标系中，事先确定节点的测向基线与位置坐标系正北方向或者参考方向的相对方位，才能确定节点测量的无线电信号来波方向在位置坐标系中对应的辐射源方位。

一方面，节点的姿态测量是存在误差的，而精确的姿态测量传感器不仅会增加节点的尺寸、重量和成本，还会增加节点的能源消耗。因此，需要解决节点测向交叉定位法依赖精确的姿态测量的问题。另一方面，在节点的测向基线随意摆放、与位置坐标系正北方向或者参考方向的相对方位没有实现确定的情况下，由于节点测量的无线电信号来波方向是相对于节点测向基线的法线方向的夹角，从而可以确定多个辐射源发射的无线电信号的来波方位差，因此，节点测向交叉定位问题将退化为更复杂的利用多个辐射源发射的无线电信号的来波方位差测量的节点定位问题。

发明内容

本发明针对节点测向交叉定位法在只有多个辐射源发射的无线电信号的来波方位差测量的情况下失效的问题，提出了一种利用来波方位差测量的节点定位方法，节点先分别对接收到的辐射源辐射的无线电信号进行测向处理，确定各个辐射源的来波方位，再将辐射源的来波方位减去第一个辐射源的来波方位，从而确定来波方位差；然后由来波方位差测量和搜索角度，确定搜索矩阵和搜索向量；接着确定搜索角度对应的误差向量及其范数，确定最小范数对应的搜索角度；最后确定最小范数对应的搜索角度对应的搜索矩阵和搜索向量，从而确定节点位置坐标。

本发明的技术方案是：

一种利用来波方位差测量的节点定位方法，设置节点所在区域内的辐射源个数为M(M≥3)；辐射源位置的直角坐标为(x_m,y_m)，m＝1,2,…,M，节点定位方法包括以下步骤：

S1、定义角度搜索个数为K，第k个搜索角度为η_k＝(k-1)(360/K)度，k＝1,2,…,K；节点通过对接收到的信号进行测向处理确定的辐射源来波方位为θ_m，m＝1,2,…,M；再确定来波方位差β_m＝θ_m-θ₁，m＝1,2,…,M；

S2、由节点确定的辐射源的来波方位差和第k个搜索角度η_k，k＝1,2,…,K，确定搜索矩阵Q_k为：