一种基于超宽带位置未知锚节点的自校准定位方法

专利主权项内容

1.一种基于超宽带位置未知锚节点的自校准定位方法，其特征在于：超宽带定位系统包括固定安装的锚节点以及放置在移动目标上的移动节点，其中锚节点和移动节点的位置均未知，超宽带定位系统能够实时测量出移动节点与锚节点之间的信号到达时间差(TDOA)参数；所述的基于超宽带位置未知锚节点的自校准定位方法，包括以下步骤：a)、在测量信号为离散、锚节点接收器时钟同步的基础上，建立基于TDOA的超宽带非线性测距模型，该超宽带非线性测距模型表示为：c(T-t)＝||M-S||，其中M表示接收器的位置、S表示信号源的位置、t表示信号产生的时间、T表示信号到达的时间、c表示信号传播速度；ij<<<<<<ijb)、为了保证上述的非线性测距模型有解，在二维平面中通过变量之间的相互转换以减少变量的个数，同样在三维空间中通过设定一个常量来构建对称性测距方程组，以降低方程组的自由度，再根据自由度的正、负或零来判断测距方程组的解是否是不确定、超定以及唯一；c)、运用梯度下降法和牛顿法构建系统约束方程，并对每个锚节点对应的非线性测距方程进行维度最小化运算，然后将非线性方程组化简整理成最小二乘法下的标准矩阵形式，该标准矩阵形式表示为：Q<＝Qb；<<<d)、在构建最小二乘法下标准矩阵形式的基础上，引入迭代式锥体对齐法对非线性测距模型进行求解，得到精确的超宽带锚节点模拟计算位置，其中求解方法又包括以下步骤：d-1)、在得到标准矩阵形式的基础上，通过锥体对齐法构建弹簧质量模拟模型，并添加锥体信号时间，获得初步的测距模型解算方案，该锥体对齐法测距模型表示为：d-2)、在初步的测距模型解算方案的基础上，由于锚节点位置存在漂移，通过构建测距误差模型来增加锚节点位置误差的约束性，并通过对测距误差模型的约束性判定，来判断当前初步测距解算方案定位结果的有效性，如初步测距解算方案定位结果无效，则返回步骤d-1)；d-3)、在有效的测距解算方案定位结果的基础上，运用粒子群构成的弹簧质量系统来对经过优化后的非线性测距模型进行模拟，并且利用迭代逼近的方法来计算信号源和接收器的位置，其中在物理弹簧质量系统进行模拟解算的过程中，移动节点和锚节点的离散信息包括速度、位置、质量且均服从牛顿惯性定律；d-4)、在弹簧质量模拟系统中引入一个二次阻尼因子来使得弹簧质量模拟系统更稳定，并通过欧拉克默法对模拟系统的时间步长进行整合，以进一步提高迭代计算的超宽带锚节点的位置精度，获得高精度的超宽带锚节点的位置；e)、求得非线性测距模型的超宽带锚节点模拟位置解之后，在三维空间下对超宽带锚节点位置自校准方法进行验证，并与设定值进行比较，再计算模拟值与实际值之间的误差；f)、在计算得到模拟值与实际值之间的误差基础上，再与设定误差阈值进行比较，如果误差在阈值范围内则判定该超宽带锚节点位置有效，如果误差超过阈值则返回步骤d)对超宽带锚节点位置进行再一次求解。