一种双节点之间测距的测向定位方法

1.本发明属于无线电定位技术领域，具体涉及一种双节点之间测距的测向定位方法。


背景技术：

2.在无线电定位技术领域，多站协同的测向定位是一种常用的定位技术。这种定位技术利用已知位置的多个信号接收站，接收同一个辐射源发射的无线电信号，各个信号接收站对接收到的信号分别进行测向处理之后，将各自的测向结果传递给定位站，定位站再通过多站测向进行交叉定位计算，确定发射无线电的辐射源位置。这种多站协同的测向定位技术具有多站之间的信息交互量少、时间同步精度要求低等特点。
3.与利用多个信号接收站对一个发射无线电信号的辐射源进行多站协同的测向定位相反，也可以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。位置未知的节点利用接收机接收所在区域内位置已知的辐射源发射的无线电信号，对接收到的信号进行测向处理，确定该辐射源的来波方向。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，该节点就可以分别对接收到的信号进行测向处理，分别确定多个辐射源的来波方向，再利用测向结果进行交叉定位计算，确定节点的位置。这种单个节点的测向定位技术具有通用性，即使所在区域内的辐射源发射的信号具有雷达、广播、通信等特定的功能，原本不是用于定位的，节点也可以对接收到的信号进行测向处理，确定该辐射源的来波方向，从而确定节点的位置。
4.实际上，单个节点的测向定位技术的定位精度受到所在区域内辐射源的位置分布、节点对各个辐射源发射的无线电信号的测向精度等因素的影响。在实际应用场景中，当相邻的两个节点都在利用单个节点的测向定位技术进行定位时，有必要解决如何利用两个相邻节点之间的协同，进一步改进单个节点的测向定位精度的问题。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明提出了一种双节点之间测距的测向定位方法，两个节点首先分别对接收到的信号进行测向处理，确定对应的辐射源的来波方向，并通过测距确定双节点之间的距离；再确定双节点方向矩阵和各个搜索角度对应的双节点协同向量；然后确定各个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；接着由双节点方向矩阵和最小范数对应的搜索角度对应的双节点协同向量，确定第一个节点的位置坐标；最后由第一个节点的位置坐标、最小范数对应的搜索角度和双节点之间的距离测量r，确定第二个节点的位置坐标，从而达到利用两个相邻节点之间的测距，改进单个节点的测向定位精度的目的。
6.本发明的技术方案是：
7.一种双节点之间测距的测向定位方法，定义两个节点之间的距离测量为r，两个节
点所在区域内辐射源个数为m，辐射源位置的直角坐标为(xm,ym)，m＝1,2,
…
,m；所述测向定位方法包括以下步骤：
8.s1、两个节点分别对接收到的所在区域内位置已知的多个辐射源发射的无线电信号进行测向处理，设置角度搜索个数为k，第k个搜索角度为ηk＝(k-1)(360/k)度，k＝1,2,
…
,k，定义第一个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向为θm，第二个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向为αm，m＝1,2,
…
,m；
9.s2、由两个节点确定的辐射源来波方向，确定双节点方向矩阵q为：
[0010][0011]
s3、由两个节点确定的辐射源来波方向、辐射源位置的直角坐标、两个节点之间的距离测量r和第k个搜索角度ηk，确定第k个搜索角度对应的双节点协同向量qk为：
[0012][0013]
s4、由双节点方向矩阵q和第k个搜索角度ηk对应的双节点协同向量qk，确定第k个搜索角度ηk对应的误差向量为：
[0014]
εk＝q
k-q(q
t
q)-1qt
qk，
[0015]
其中t表示矩阵转置，-1
表示矩阵的逆，k＝1,2,
…
,k；
[0016]
s5、确定第k个搜索角度ηk对应的误差向量的范数从而确定最小的范数对应的搜索角度为第n个搜索角度ηn，并确定对应的双节点协同向量qn为：
[0017][0018]
从而由双节点方向矩阵q和第n个搜索角度对应的双节点协同向量qn，确定第一个节点的位置坐标(u1,v1)为：
[0019][0020]
s6、由第一个节点的位置坐标(u1,v1)、第n个搜索角度ηn和双节点之间的距离测量r，确定第二个节点的位置坐标(u2,v2)为：
[0021][0022]
本发明的有益效果是：平面上两个节点之间测距的测向定位问题涉及四个坐标的定位计算，是一个四维非线性优化问题，本发明提出的一种双节点之间测距的测向定位方法，利用双节点所在区域内的位置已知的多个辐射源发射的无线电信号，仅通过一维角度搜索就可确定平面上两个节点的位置坐标，就达到了利用两个相邻节点之间的测距，改进单个节点的测向定位精度的目的。
具体实施方式
[0023]
下面结合实施例对本发明的实用性进行说明。
[0024]
本发明提出的一种双节点之间测距的测向定位方法，两个节点首先分别对接收到的所在区域内位置已知的多个辐射源发射的无线电信号进行测向处理，分别确定各个辐射源的来波方向，并通过测距确定双节点之间的距离；再确定双节点方向矩阵和各个搜索角度对应的双节点协同向量；然后确定各个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；接着由双节点方向矩阵和最小范数对应的搜索角度对应的双节点协同向量，确定第一个节点的位置坐标；最后由第一个节点的位置坐标、最小范数对应的搜索角度和双节点之间的距离测量r，确定第二个节点的位置坐标。
[0025]
实施例
[0026]
在本例中，设置两个节点之间的距离为30.42米；辐射源个数为m＝2，辐射源位置的直角坐标分别为(x1,y1)＝(480.26,287.32)米和(x2,y2)＝(-282.78,479.21)米；角度搜索个数为k＝360，第k个搜索角度为ηk＝(k-1)(360/k)度，k＝1,2,
…
,k，两个节点的位置坐标分别为(-53.49，-73.24)米和(-83.42，-78.70)米。
[0027]
在测向标准差为0.1度，测距标准差为0.03米的情况下，进行2000次蒙特卡罗仿真实验。利用单个节点的测向定位技术，两个节点的定位误差小于1.5米的概率分别为61.85％和61.75％。而利用本发明的一种双节点之间测距的测向定位方法，两个节点的定位误差小于1.5米的概率分别为71.65％和71.50％，分别改善了9.80％和9.75％，达到了利用两个相邻节点之间的测距，改进单个节点的测向定位精度的目的。


技术特征：
1.一种双节点之间测距的测向定位方法，定义两个节点之间的距离测量为r，两个节点所在区域内辐射源个数为m，辐射源位置的直角坐标为(x
m
,y
m
)，m＝1,2,
…
,m；其特征在于，所述测向定位方法包括以下步骤：s1、两个节点分别对接收到的所在区域内位置已知的多个辐射源发射的无线电信号进行测向处理，设置角度搜索个数为k，第k个搜索角度为η
k
＝(k-1)(360/k)度，k＝1,2,
…
,k，定义第一个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向为θ
m
，第二个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向为α
m
，m＝1,2,
…
,m；s2、由两个节点确定的辐射源来波方向，建立双节点方向矩阵q为：s3、由两个节点确定的辐射源来波方向、辐射源位置的直角坐标、两个节点之间的距离测量r和第k个搜索角度η
k
，建立第k个搜索角度对应的双节点协同向量q
k
为：s4、由双节点方向矩阵q和第k个搜索角度η
k
对应的双节点协同向量q
k
，获得第k个搜索角度η
k
对应的误差向量为：ε
k
＝q
k-q(q
t
q)-1
q
t
q
k
，其中
t
表示矩阵转置，-1
表示矩阵的逆；s5、确定第k个搜索角度η
k
对应的误差向量的范数从而确定最小的范数对应的搜索角度为第n个搜索角度η
n
，并确定对应的双节点协同向量q
n
为：
从而由双节点方向矩阵q和第n个搜索角度对应的双节点协同向量q
n
，确定第一个节点的位置坐标(u1,v1)为：s6、由第一个节点的位置坐标(u1,v1)、第n个搜索角度η
n
和双节点之间的距离测量r，确定第二个节点的位置坐标(u2,v2)为：

技术总结
本发明属于无线电定位技术领域，具体涉及一种双节点之间测距的测向定位方法。本发明中，两个节点首先分别对接收到的信号进行测向处理，确定对应的辐射源的来波方向，并通过测距确定双节点之间的距离；再确定双节点方向矩阵和各个搜索角度对应的双节点协同向量；然后确定各个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；接着由双节点方向矩阵和最小范数对应的搜索角度对应的双节点协同向量，确定第一个节点的位置坐标；最后由第一个节点的位置坐标、最小范数对应的搜索角度和双节点之间的距离测量，确定第二个节点的位置坐标，从而达到利用两个相邻节点之间的测距，改进单个节点的测向定位精度的目的。改进单个节点的测向定位精度的目的。


技术研发人员：李俊霖 万群 陈锐 陈文荣 胡心语
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：2022.10.11
技术公布日：2022/12/23