一种基于定位结果准确率的地面多点定位与惯性导航融合定位的方法与流程

本发明涉及一种定位的方法，特别涉及基于定位结果准确率的地面多点定位与惯性导航融合定位的方法。

背景技术：

1、地面多点定位技术利用目标信号发射设备与多个地面接收机之间进行的信号发射的时间来实现目标的有效定位。在原理上，多点定位技术不是测量信号强度，而是测量接收机和目标发射设备之间的无线电信号传输时间，也即到达时间(toa)，但当接收机和发射设备之间存在遮挡物的时候，toa值就会有一定误差，存在噪声干扰，使得定位结果变得不稳定，波动大，因而加入其他的辅助定位能进一步提高定位的准确性。

2、惯性导航系统也称作惯性参考系统，是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量(如无线电导航那样)的自主式导航系统。惯性导航系统属于推算导航方式，即从一已知点的位置根据连续测得的运动体航向角和速度推算出其下一点的位置，因而可连续测出运动体的当前位置。惯性导航系统中的陀螺仪用来形成一个导航坐标系，使加速度计的测量轴稳定在该坐标系中，并给出航向和姿态角；加速度计用来测量运动体的加速度，经过对时间的一次积分得到速度，速度再经过对时间的一次积分即可得到距离。由于导航信息经过积分而产生，定位误差随时间而增大，长期精度差，因而惯性导航一般作为辅助定位。

技术实现思路

1、本发明旨在提供基于定位结果准确率的地面多点定位与惯性导航融合定位的方法，适用于带有惯性导航功能的定位载体和超过3个信号接收装置的多点定位，能较好地改善了因噪声干扰而带来的定位结果不稳定的问题和定位不准确的问题。

2、为实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

3、一种基于定位结果准确率的地面多点定位与惯性导航融合定位的方法，待定位目标载体集成了加速度计和陀螺仪具备了惯性导航的功能，在所述载体周围布署不少于n+1个用于多点定位的基站，其中n为不小于3的自然数，通过向基站发送无线电信号得到n+1个达时间值，同时所述载体通过加速度计和陀螺仪测量自身在惯性参考系的加速度、角加速度，将它对时间进行一次积分，求得运动载体的速度、角速度，之后进行二次积分求得所述标签的位置信息，然后将其变换到地面多点定位坐标系，得到惯性导航定位坐标值。然后将基站到载体的到达时间和惯性导航定位坐标值发送到中央控制引擎，其特征在于：在中央控制引擎中运行依据按下述步骤获得的算法的程序，

4、s01：将所述的n+1个基站到所述载体的到达时间值，分别乘以信号的传播速度c，得到n+1个载体到所述用于定位的基站的距离di，其中i为1～n+1中的任一个自然数；同时记录惯性导航定位坐标值lnavi；

5、s02：从所述的n+1用于多点定位的基站中选取4个进行组合，记第c组基站坐标为aci，其中c为1～m中的任一个自然数，i为1～4中的任一个自然数，组合数量m的计算公式为：

6、

7、计算基站坐标ac1～ac4构成的多边形类型，如果是凸四边形则有效，然后得到有效的基站组合数量q，其中q≤m，记有效的第v组基站坐标为avj，所述载体到基站的距离为dvj，其中v为1～q中的任一个自然数，j为1～4中的任一个自然数；

8、s03：求出dv1～dv4的平均值，得到所述载体到第v组组合中的基站距离平均值dv，计算公式为：

9、

10、然后找到最小的dv，设dk＝(dv)min，则

11、

12、那么第k组基站组合为多点定位的最优组合，基站的坐标为akj{xkj,ykj,zkj}，载体到基站的距离为dkj，其中v为1～q中的任一个自然数，k为1～q中的一个确定的自然数，j为1～4中的任一个自然数；

13、s04：取基站坐标ak1～ak4和载体到基站的距离dk1～dk4，采用tof算法计算出所述载体待优化位置坐标，然后经过卡尔曼滤波和dbscan滤波去除噪声后得到载体在多点定位坐标系中的最终坐标lmult，若tof算法未计算出定位坐标，则输出特定的无效坐标标记linvalid；

14、s05：采用所述载体到基站的平均距离dk与4个基站构成对角线的距离dak13、dak24之和的四分之一dak做比较得到多点定位结果的准确率pmult，计算公式为:

15、

16、

17、

18、

19、从公式中可以看出0≤pmult≤1，符合准确率的描述；

20、s05：最后通过多点定位结果的准确率pmult进行多点定位坐标lmult和惯性导航坐标lnavi的融合，得到最终定位结果lend,计算公式为：

21、lend＝pmultlmult+(1-pmult)lnavi (8)

22、作为优选：所述中央控制引擎通过选取最优的4个基站组合来求解多点定位系统的定位结果。

23、作为优选：所述中央控制引擎通过卡尔曼滤波算法和dbscan算法优化地面多点定位结果。

24、作为优选：所述中央控制引擎通过组成凸四边形的基站对角线距离和载体到基站的距离来计算多点定位结果的准确率。

25、本发明的有益效果：

26、(1)解决多个toa导致的误差增大，中央控制引擎通过选取最优的4个基站组合来求解多点定位系统的定位结果。

27、(2)降低噪声对定位结果的干扰，中央控制引擎通过卡尔曼滤波算法和dbscan算法优化地面多点定位结果。

28、(3)更加准确的计算最终定位结果，中央控制引擎通过组成凸四边形的基站对角线距离和载体到基站的距离来计算多点定位结果的准确率。

技术特征：

1.一种基于定位结果准确率的地面多点定位与惯性导航融合定位的方法，待定位目标载体集成了加速度计和陀螺仪具备了惯性导航的功能，在所述载体周围布署不少于n+1个用于多点定位的基站，其中n为不小于3的自然数，通过向基站发送无线电信号得到n+1个达时间值，同时所述载体通过加速度计和陀螺仪测量自身在惯性参考系的加速度、角加速度，将它对时间进行一次积分，求得运动载体的速度、角速度，之后进行二次积分求得所述标签的位置信息，然后将其变换到地面多点定位坐标系，得到惯性导航定位坐标值。然后将基站到载体的到达时间和惯性导航定位坐标值发送到中央控制引擎，其特征在于：在中央控制引擎中运行依据按下述步骤获得的算法的程序，

2.如权利要求1所述的基于定位结果准确率的地面多点定位与惯性导航融合定位的方法，其特征在于：所述中央控制引擎通过选取最优的4个基站组合来求解多点定位系统的定位结果。

3.如权利要求1所述的基于定位结果准确率的地面多点定位与惯性导航融合定位的方法，其特征在于：所述中央控制引擎通过卡尔曼滤波算法和dbscan算法优化地面多点定位结果。

4.如权利要求1所述的基于定位结果准确率的地面多点定位与惯性导航融合定位的方法，其特征在于：所述中央控制引擎通过组成凸四边形的基站对角线距离和载体到基站的距离来计算多点定位结果的准确率。

技术总结
本发明提供了一种基于定位结果准确率的地面多点定位与惯性导航融合定位的方法，待定位目标载体集成了加速度计和陀螺仪，在所述载体周围布署不少于4个用于多点定位的基站，然后通过TOF算法和卡尔曼滤波、DBSCAN滤波得到载体的地面多点定位坐标值。同时所述载体经过加速度计和陀螺仪测量自身在惯性参考系的加速度、角加速度，进行二次积分后求得载体的位置信息，然后将其变换到多点定位坐标系，得到惯性导航定位坐标值。最后经过计算多点定位结果的准确率Pmult得到最终的定位结果L＝PmultLmult+(1‑Pmult)Lnavi。本发明可以适用于不少于4个信号接收装置且载体带有惯性导航功能的应用场合，确保定位结果的实时性、稳定性和准确性。

技术研发人员：陆昶宇,刘坤,罗云
受保护的技术使用者：北京航天通联科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13