一种一维搜索的圆锥定位方法技术

本发明专利技术公开了一种一维搜索的圆锥定位方法，通过设置测向站个数，测向站的位置坐标，测向站水平放置的线阵与X坐标轴正方向的夹角；设置一维搜索的坐标值个数，一维搜索的坐标值集合，解决在测向站较少的情况下，如何利用每个测向站水平布置的线阵的一维测向，通过一维搜索进行圆锥定位，在与三维搜索的圆锥定位方法相比定位精度损失较小的同时，快速确定目标的三维位置坐标，本发明专利技术方法与每一维搜索101个值的三维搜索的圆锥定位方法相比，本发明专利技术方法所需的计算时间不到三维搜索的圆锥定位方法的百分之一，与伪线性圆锥定位方法相比，本发明专利技术方法所需的测向站最小个数为4，而伪线性圆锥定位方法所需的测向站最小个数为7，本发明专利技术方法的适用范围更宽。明方法的适用范围更宽。

【技术实现步骤摘要】
一种一维搜索的圆锥定位方法


[0001]本专利技术属于无源测向定位
，具体涉及一种利用对目标的一维测向和一维搜索来进行三维定位的方法。

技术介绍

[0002]在无线电定位领域，利用多个测向站对目标的测向对目标进行定位的方法应用非常广泛。在测向站可同时测量目标方位、仰角的二维测向情况下，受到测量噪声的影响，多个测向站的测向线往往不会相交于一点，需要通过求解优化问题确定目标的三维位置坐标，例如，确定距离多个测向站的测向线的距离之和最小的点为目标的定位结果。虽然目标的三维位置坐标与目标方位、仰角的二维测向之间是非线性关系，但是可以利用目标方位、仰角的二维测向的正弦函数、余弦函数，将求解目标的三维位置坐标问题转化为线性问题。
[0003]随着无人机、无人车等小型、轻型、低功耗测向站的应用越来越多，有必要将使用面阵的二维测向简化为使用线阵的一维测向。在测向站仅测量目标来波方向与测向站使用的线阵之间的夹角的一维测向情况下，一个测向站的一维测向可确定一个测向圆锥面，测向站的线阵位于测向圆锥面的中轴线上。受到测量噪声的影响，多个测向站的测向圆锥面往往不会相交于一点，需要通过求解优化问题确定目标的定位结果，例如，确定距离多个测向站的测向圆锥面的距离之和最小的点为目标的定位结果。由于目标位置的三维坐标与目标的一维测向之间是更复杂的非线性关系，难以利用目标的一维测向的正弦函数、余弦函数将求解目标位置的三维坐标问题转化为线性问题。
[0004]为了利用多个测向站的一维测向确定非线性的圆锥定位结果，可以直接在有限的定位区域内对目标位置的三维坐标进行搜索，确定距离多个测向站的测向圆锥面的距离之和最小的点为目标的定位结果，但是这种穷举法计算量大，难以满足低功耗、对目标实时定位的需求。基于泰勒级数展开的局部线性化近似，可以采用迭代搜索代替穷举搜索，但是在迭代搜索的过程中，往往会遇到局部收敛、初始位置选取等问题，在实际应用中存在诸多不便。此外，通过引入冗余参数，可将非线性的圆锥定位问题转化为伪线性圆锥定位问题，大大降低圆锥定位的计算量。但是，为了使伪线性方程个数大于包括目标的三维位置坐标、冗余参数在内的未知参数的个数，需要更多的测向站提供更多的一维测向，才能保证伪线性圆锥定位结果的唯一性，使得伪线性圆锥定位方法不适用于测向站较少的情况。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是解决在测向站较少的情况下，如何利用每个测向站水平布置的线阵的一维测向，通过一维搜索进行圆锥定位，在与三维搜索的圆锥定位方法相比定位精度损失较小的同时，快速确定目标的三维位置坐标。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种一维搜索的圆锥定位方法，首先设置测向站个数，测向站的三维位置坐标，测向站水平放置的线阵与X坐标轴正方向的夹角；设置一维搜索的坐标值个数，一维搜索的坐
标值集合；进而确定线阵的位置坐标向量和方向向量，以及搜索参数矩阵；接着确定线阵的测向，由测向站的位置坐标、线阵与X坐标轴正方向的夹角、搜索参数矩阵和测向站的线阵测向，确定一维搜索的坐标值集合中的坐标值对应的系数矩阵；然后确定一维搜索的坐标值集合中的坐标值对应的系数向量；然后由系数矩阵和系数向量，确定一维搜索的坐标值集合中的坐标值对应的拟合向量；进而由一维搜索的坐标值集合中的坐标值及其对应的拟合向量，确定一维搜索的坐标值集合中的坐标值对应的三维位置坐标向量，然后确定一维搜索的坐标值集合中的坐标值对应的每个线阵的拟合方位；由一维搜索的坐标值集合中的坐标值对应的拟合方位，确定一维搜索的坐标值集合中的坐标值对应的代价值，进而确定代价值集合；接着确定代价值集合中的最大值的坐标值对应的代价值，最后确定一维搜索的圆锥定位的三维位置坐标。
[0008]本专利技术包含以下步骤：
[0009]S1、设置测向站个数为K(K≥4)，第k个测向站的三维位置坐标为[x
k
，y
k
，z
k
]，测向站的线阵水平放置，与坐标系X坐标轴正方向的夹角为φ
k
，k＝1，2，
…
，K；设置一维搜索的坐标个数为N，一维搜索的坐标集合为{ρ1，ρ2，
…
，ρ
N
}；进而确定第k个测向站的三维位置坐标向量为s
k
＝[x
k
，y
k
，z
k
]，搜索参数矩阵为η，其第k行第n列的元素为η
k
(ρ
n
)＝ρ
n
cosφ
k
‑
x
k
cosφ
k
‑
y
k
sinφ
k
，k＝1，2，
…
，K，n＝1,2，
…
，N；确定第k个测向站的线阵的方向向量为
[0010][0011]S2、确定第k个测向站的线阵测向为θ
k
，由测向站的位置坐标、线阵与X坐标轴正方向的夹角、搜索参数矩阵和测向站的线阵测向，确定一维搜索的坐标值集合中的第n个坐标值ρ
n
对应的系数矩阵Q(ρ
n
)为
[0012]Q(ρ
n
)＝[q
1 q2(ρ
n
) q
3 q4][0013]其中，n＝1，2，
…
，N，
[0014][0015][0016][0017][0018]S3、确定一维搜索的坐标值集合中的第n个坐标值ρ
n
对应的系数向量q5(ρ
n
)为
[0019][0020]其中，n＝1，2，
…
，N；
[0021]S4、由系数矩阵Q(ρ
n
)和系数向量q5(ρ
n
)，确定一维搜索的坐标值集合中的第n个坐标值ρ
n
对应的拟合向量q6(ρ
n
)为
[0022][0023]其中，n＝1，2，
…
；N，表示求矩阵的广义逆。
[0024]S5、由一维搜索的坐标值集合中的第n个坐标值ρ
n
及其对应的拟合向量q6(ρ
n
)，确定一维搜索的坐标值集合中的第n个坐标值ρ
n
对应的三维位置坐标向量q7(ρ
n
)＝[ρ
n
，q
62
(ρ
n
)，q
64
(ρ
n
)]，其中q
62
(ρ
n
)和q
64
(ρ
n
)分别为拟合向量q6(ρ
n
)的第2和第4个元素；进而确定一维搜索的坐标值集合中的第n个坐标值ρ
n
对应的第k个线阵的拟合方位为
[0025][0026]其中，k＝1，2，
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一维搜索的圆锥定位方法，其特征在于：通过设定测向站的参数确定测向站的个数、三维位置坐标、测向站水平放置的线阵与坐标系X坐标轴正方向的夹角以及搜索参数矩阵，由测向站的参数和线阵测向确定一维搜索的坐标值集合中的坐标值对应的系数矩阵，由系数矩阵和系数向量确定一维搜索的坐标值集合中的坐标值对应的拟合向量，由拟合向量确定一维搜索的坐标值集合中的坐标值对应的三维位置坐标向量，然后确定一维搜索的坐标值集合中的坐标值对应的每个线阵的拟合方位，由拟合方位确定一维搜索的坐标值集合中的坐标值对应的代价值，确定代价值集合，确定代价值集合中的最大值的坐标值对应的代价值，确定一维搜索的圆锥定位三维位置坐标。2.根据权利要求1所述的一种一维搜索的圆锥定位方法，其特征在于包括以下步骤：S1：设置测向站个数为K(K≥4)，第k个测向站的三维位置坐标为[x
k
，y
k
，z
k
]，线阵水平放置后与坐标系X坐标轴正方向的夹角为φ
k
，设置一维搜索的坐标值个数为N，一维搜索的坐标值集合为{ρ1，ρ2，
…
，ρ
N
}，确定第k个测向站的三维位置坐标向量s
k
＝[x
k
，y
k
，z
k
]，确定搜索参数矩阵η，其第k行第n列的元素为η
k
(ρ
n
)＝ρ
n
cosφ
k
‑
x
k
cosφ
k
‑
y
k
sinφ
k
，确定第k个测向站的线阵的方向向量为S2：确定第k个测向站的线阵测向为θ
k
，由测向站的三维位置坐标、线阵与X坐标轴正方向的夹角、搜索参数矩阵和测向站的线阵测向，确定一维搜索的坐标值集合中的第n个坐标值ρ
n
对应的系数矩阵为：
S3：确定一维搜索的坐标值集合中的第n个坐标值ρ
n
对应的系数向量q6(ρ
n
)为：S4：由系数矩阵Q(ρ
n

【专利技术属性】
技术研发人员：彭翔宇，隆丽华，万群，张珂浩，丛迅超，甘翼，宋非，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：