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专利名称：一种多接收机网络化无线定位方法
技术领域：
本发明涉及一种全球导航定位方法，尤其是一种接收机之间通过无线网络相互协助定位的定位方法，属于计算机信息技术领域。
背景技术：
全球导航卫星系统(GlobalNavigation Satellite System,GNSS)是所有导航卫星系统的全称，目前主要包括美国的全球定位系统(Global Positioning System,GPS),俄罗斯的全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GL0NASS),欧洲的伽利略系统(Galileo)，中国的北斗(Compass)。全球导航卫星系统接收机工作的基本原理是 接收到导航卫星发送无线电信号并提取伪距，并根据4个以上伪距计算自身在地理坐标系中的位置，常见的解算算法有最小二乘法和卡尔曼滤波法。由于导航卫星持续工作在有空间辐照、热真空和热循环的空间环境下，难免会发生短期或者长期故障。尽管每一个导航卫星星座都设置了专门的地面监测系统，但地面系统发现卫星信号错误通常要几十分钟甚至数个小时。尽管不同安全、精度等级的导航系统对完整性的要求有所差异，但在10秒钟甚至3秒钟内完成检测故障到警告用户这一过程则属于常规要求。因此，先进的全球导航卫星系统在进行位置解算的同时，还具备自主完整性检测(Receiver Autonomous IntegrityMonitoring,RAIM)功能，其常见方法有伪距比较法、最小二乘残差法、奇偶矢量法等。虽然通过4颗可见星可以解算位置，但至少需要5颗可见星才能进行自主完整性检测，而需要6颗以上卫星才能确定具体哪颗可见卫星的信号存在问题。在现代全球导航卫星系统常见的接收机中，解算与自主完整性检测通常是一个整体。尽管天基导航系统具有全天候全球覆盖等优点，但同时由于天基信号的固有特点，天基导航系统难以实现室内覆盖，在城市峡谷等场景下也往往因为可见星数少无法定位。为克服上述问题，人们发明了地面网络与天基网络融合的混合定位方法，如专利申请号00818807. 6、申请号200410042932. 9公开的技术，就是地面移动通信网络提供辅助定位信息和定位信号，实现联合使用天基导航系统与地面移动网络的定位新方法。这类定位技术的特点是依赖于有中心的地面基础设施，适合于手机等具有地面移动通信功能的移动设备。近年来，随着无线通信技术的发展，接收机之间的直接无线测距技术也得到了商用化，如无线局域网中利用网络节点接收的信号强度指示获得节点与无线接入点之间的距离；又如在传感器网络中使用传播时间(Time of Flying)定位的nanoLOC技术等。这类技术的问题是定位依赖于已知位置的锚点，如在无线局域网中假设知道接入点的地理位置，在无线传感器网络中一般至少需要知道三个参考传感器的位置。本发明公开一种应用于无线自组织网络的多接收机网络化无线定位方法及接收机自主完整性检测方法。从应用角度，其好处是无需锚点，无需地面基础无线设施支持。所公开的多接收机网络化无线定位方法及接收机自主完整性检测方法，实现了利用无线自组织网络中的接收机间的测距信息和天基导航系统信息，与已有系统比，提高了定位可用性和定位精度。

发明内容
在本发明的网络化定位中，多接收机构成无线网络相互通信，接收机接收全球导航卫星系统信息获得第一测量值(伪距或相位)，同时所述无线网络中相邻接收机测量它们之间的距离获得第二测量值；利用接收机之间的无线通信网络实现分布式定位，尤其是，所述定位方法包括以下步骤假设卫星Si与接收机Ri之间的伪距测量值为,接收机Ri和Rj之间的距离测量值为，drr,psR和dRR的观测方程为
权利要求
1.ー种多接收机网络化无线定位方法，其特征在于多接收机构成无线网络相互通信，接收机接收全球导航卫星系统信息获得第一测量值，同时所述无线网络中相邻接收机测量它们之间的距离获得第二測量值；利用接收机之间的无线通信网络分布式的实现接收机的定位，尤其是，所述定位方法包括以下步骤 步骤I、在每ー个历元，每ー个接收机至少收集伪距、可见卫星位置以及与邻居接收机的测距信息； 步骤2、有4个及4个以上伪距的接收机利用伪距进行位置解算，并广播第一定位结果; 步骤3、伪距不足4个的接收机接收来自邻居接收机的第一定位結果，一旦收集的伪距个数X和邻居接收机的定位结果个数Y的和(即X+Y)大于等于4时，至少根据伪距、邻居接收机第一定位结果、可见卫星位置、相邻接收机的测距结果确定自己的第一定位結果，并向邻居接收机广播自身第一定位结果； 步骤4、重复步骤3直到不再有接收机广播第一定位结果； 步骤5、尚未确定第一定位结果的接收机随机初始化自己的位置得到第一定位结果；步骤6、所有具有自身第K-I (K> I)定位结果的接收机根据至少接收到的所有伪距、邻居接收机第K-I定位结果、可见卫星位置、相邻接收机的测距结果，重新执行解算，得到自身的第K定位結果，井向所有接收机广播自身第K定位结果； 步骤7、所有接收机重复步骤6，直到自身第K定位结果与第K-I定位结果之间的差小于给定门限； 步骤8、输出第K定位结果为最終定位結果。
2.如权I所述的定位方法，其特征在于，还在权I步骤7结束后、步骤8开始前存在以下扩展步骤 步骤Α、所有接收机进行接收机自主完整性检测运算，检查伪距和测距信息可能存在的问题； 步骤B、若自主完整性检测运算检查通过，则解算完成；否则根据自主完整性检测结果对测量值进行修正，并回到权I所述步骤6。
3.如权2所述的定位方法，其特征在干，所述的自主完整性检测方法，包括以下步骤步骤Al、给定λ min,初始化检测门限
4.如权2所述的定位方法，其特征在于，所述的对测量值进行修正的方法，包括以下步骤选择第i行的测量值为怀疑对象，计算[I-HAW]z = f，令s为[I-HAW]第i列元素之和，f(i)为f的第i个元素，则相应测量值的修正值为e(i) =f(i)/s。
5.如权4所述的定位方法，其特征在于，所述的选择第i行的测量值为怀疑对象的方法为若之前多历元的e(i)值若均值在O附近，则第i行测量值无问题，若存在一个明显不为O的均值，则认为第i行测量值有问题。
6.如权4所述的定位方法，其特征在于，所述的选择第i行的测量值为怀疑对象的方法任选第i行测量值作为怀疑对象，并进行测量值修正和重新定位，若重新定位的结果连续多个历元自主完整性检测无问题，则第i行测量值存在问题，否则选取新的行作为新的测量值怀疑对象，直到发现问题测量值或者自主完整性检测不再报警。
7.如权I所述的定位方法，其特征在于，所述的权重W的计算方法为'of O …O、O σ] ··· OCi =..W = C;1, to O …σ 2,对于每一颗卫星，Ci的各个对角线方差项的确定方法为(1)对于卫星伪距所在的权重，对应对角线方差是卫星时钟和星历方差、电离层延迟方差、对流层延迟方差、接收机多径误差方差和接收机噪声方差的和；(2)对应于接收机间测距相关的权重，相应的对角线方差项设定为与接收的信号的信噪比成反比的映射关系，即072=%2+</5^ ，SNR—般可由通信接收机接收信号强度指示获得。
全文摘要
一种多接收机网络化无线定位方法，其特征在于多接收机构成无线网络相互通信，接收机接收全球导航卫星系统信息获得第一测量值，同时所述无线网络中相邻接收机测量它们之间的距离获得第二测量值。多接收机利用它们之间的无线网络采用分布式方式实现定位解算接收机首先获得第一定位结果，并广播第一定位结果；接收机接收到邻居接收机的第K-1定位结果后，计算自己的第K定位结果。当定位结果收敛后，进行自主完整性检测和测量值修正，修正后采用修正的测量值和上述方法重新计算直到定位结果收敛。本方法的优点是引入相邻接收机间的测距这一新的定位自由度，并采用了节省无线网络带宽资源的分布式定位算法，提高了定位可用性和精度。
文档编号G01S19/42GK102636795SQ20121012833
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月27日 优先权日2012年4月27日
发明者张中华, 陆建华, 陈曦, 高文云 申请人:清华大学