專利名稱：多點(diǎn)定位系統(tǒng)的接收站選取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多點(diǎn)定位系統(tǒng)的接收站選取方法，屬于機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面目標(biāo)監(jiān)視的無(wú)線 多點(diǎn)定位技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面監(jiān)視依靠對(duì)移動(dòng)目標(biāo)(如飛機(jī))的雷達(dá)回波探測(cè)計(jì)算目標(biāo)的位置 以達(dá)到監(jiān)視的。由于多徑效應(yīng)、地物反射、機(jī)場(chǎng)改擴(kuò)建、天氣、地形和障礙物的阻擋等原 因，會(huì)導(dǎo)致機(jī)場(chǎng)部分關(guān)鍵區(qū)域無(wú)法實(shí)現(xiàn)雷達(dá)覆蓋，因此，出現(xiàn)了一種機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面的多點(diǎn)定位 (Multilateration，簡(jiǎn)稱MLAT)技術(shù)，其定位原理如圖1所示。至少有三個(gè)地面接收機(jī)Fl、F2和F3相對(duì)于監(jiān)視目標(biāo)在視距內(nèi)可見(jiàn)。首先由接收 機(jī)F1、F2和F3向監(jiān)視目標(biāo)連續(xù)發(fā)出詢問(wèn)信號(hào)；監(jiān)視目標(biāo)分別回復(fù)應(yīng)答信號(hào)；每個(gè)接收機(jī)將 接收到的應(yīng)答信號(hào)進(jìn)行解碼、加時(shí)間戳，然后向目標(biāo)處理器(圖中未示出)發(fā)送監(jiān)視報(bào)告； 目標(biāo)處理器比較來(lái)自多個(gè)接收機(jī)的監(jiān)視報(bào)告，根據(jù)每個(gè)監(jiān)視報(bào)告中記錄的應(yīng)答信號(hào)到達(dá)接 收機(jī)的時(shí)間(Time ofArrival，簡(jiǎn)稱Τ0Α)計(jì)算出兩個(gè)接收機(jī)之間(例如F1和F2之間，以 及Fl和F3之間)的應(yīng)答信號(hào)到達(dá)時(shí)間差(Time Difference of Arrival，簡(jiǎn)稱=TDOA)；進(jìn) 而根據(jù)到兩點(diǎn)間的距離差為定值的點(diǎn)的軌跡為雙曲線的數(shù)學(xué)原理得出監(jiān)視目標(biāo)位置可能 的所在的雙曲線，即雙曲線A和雙曲線B)；最后通過(guò)兩條雙曲線的交點(diǎn)確定監(jiān)視目標(biāo)的精 確位置。然而，現(xiàn)有技術(shù)中至少存在如下問(wèn)題雖然從原理上講，多點(diǎn)定位技術(shù)只需要3個(gè) 接收站就可以確定監(jiān)視目標(biāo)的位置，但是在實(shí)際應(yīng)用中考慮到遮蔽、冗余度以及探測(cè)成功 率等多方面的問(wèn)題，接收站的數(shù)量一般要更多。如英國(guó)希斯羅機(jī)場(chǎng)使用15個(gè)接收站，德國(guó) 法蘭克福機(jī)場(chǎng)使用了 19個(gè)接收站。在機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面上某些開(kāi)闊區(qū)域，如果能夠接收應(yīng)答信號(hào)的 接收站較多，那么進(jìn)行定位求解所需的計(jì)算量也會(huì)較大，且存在大量的信息冗余。為了在對(duì)定位精度影響比較小的情況下，簡(jiǎn)化計(jì)算，保證定位結(jié)算結(jié)果的實(shí)時(shí)性 要求，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出根據(jù)精度因子(Dilution of Precision，簡(jiǎn)稱D0P)優(yōu)選最佳站點(diǎn)的 算法。然而，該選站算法本身弓I入的計(jì)算量仍然比較龐大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種多點(diǎn)定位系統(tǒng)的接收站選取方法，用以當(dāng)接收站較多時(shí)，能夠快 速地選出合適數(shù)量的接收站進(jìn)行求解，以便在保證定位精度的前提下，盡量減少計(jì)算量和 fn息幾余ο本發(fā)明一方面提供一種多點(diǎn)定位系統(tǒng)的接收站選取方法，其中包括測(cè)量相鄰兩個(gè)接收站相對(duì)于監(jiān)視目標(biāo)的夾角；將構(gòu)成最小夾角的兩個(gè)接收站選擇為兩個(gè)待定站點(diǎn)；將所述兩個(gè)待定站點(diǎn)之一刪除，使得刪除后的一個(gè)剩余待定站點(diǎn)與該剩余待定站 點(diǎn)的相鄰接收站之間的夾角與最優(yōu)夾角θ之間的差值的絕對(duì)值更小，其中，θ = 2 π /K, K表示被選接收站的個(gè)數(shù)；重復(fù)上述步驟，直到剩余的夾角的個(gè)數(shù)為K。本發(fā)明所述方法能夠快速地選出合適數(shù)量的接收站，從而在保證定位精度的前提 下，減少了參與計(jì)算的接收站的數(shù)量，因此減少計(jì)算量和信息冗余。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā) 明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根 據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為現(xiàn)有多點(diǎn)定位技術(shù)的原理示意圖；圖2為本發(fā)明所述多點(diǎn)定位系統(tǒng)的接收站選取方法實(shí)施例的流程圖；圖3為圖2所示步驟103例示的接收站點(diǎn)分布示意圖；圖4為理想狀態(tài)下的接收站點(diǎn)均勻分布示意圖；圖5為仿真實(shí)驗(yàn)一中隨機(jī)生成的八個(gè)接收站點(diǎn)的坐標(biāo)位置示意圖；圖6為N = 8，K = 5時(shí)的仿真結(jié)果示意圖；圖7為N = 8，Κ = 4時(shí)的仿真結(jié)果示意圖；圖8為仿真實(shí)驗(yàn)二的仿真結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例 中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是 本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。圖2為本發(fā)明所述多點(diǎn)定位系統(tǒng)的接收站選取方法實(shí)施例的流程圖，如圖所示， 該方法包括如下步驟步驟101，測(cè)量相鄰兩個(gè)接收站相對(duì)于監(jiān)視目標(biāo)的夾角。具體地，可以先測(cè)量每個(gè)接收站與監(jiān)視目標(biāo)的連線相對(duì)于X軸的傾角 Q^ai e
2X2表示2X2左上子矩陣，具體地
'K K 1'H =^1 ^2 1，
·' : : . _Xg-Xj h — y。-兄__
KK1 Ijη，'2- η ，廠=^弋一\)2+(凡一只)2其中，(xa,ya)表示監(jiān)視目標(biāo)的坐標(biāo)位置。(Xi，yi)表示第i個(gè)接收站的坐標(biāo)位置。根據(jù)現(xiàn)有的研究成果，幾何精度因子PDOP即可以體現(xiàn)定位精度，其與接收站的個(gè) 數(shù)N的關(guān)系為PD0Pn = kieXp(-N/k2)+k3，其中，k1; k2，k3為常數(shù)，一旦多點(diǎn)定位系統(tǒng)中的接 收站的位置及監(jiān)視目標(biāo)的區(qū)域確定，就能確定這些常數(shù)。因此，可以根據(jù)定位精度要求即 PDOP的大小要求確定挑選站點(diǎn)個(gè)數(shù)。研究表明，對(duì)于一個(gè)具有N個(gè)接收站的多點(diǎn)定位系統(tǒng)，如圖4所示，圓圈表示接收 站，六角星表示監(jiān)視目標(biāo)，當(dāng)這N個(gè)接收站相對(duì)于監(jiān)視目標(biāo)均勻分布，即兩個(gè)接收站相對(duì)于 監(jiān)視目標(biāo)的夾角為2 π/N時(shí)，能夠得到最佳的WXV 二 2/#。因此，可以將θ =23 /Ν稱為 最優(yōu)夾角。本實(shí)施例所述方法能夠快速地選出合適數(shù)量的接收站，從而在保證定位精度的前 提下，減少了參與計(jì)算的接收站的數(shù)量，因此減少計(jì)算量和信息冗余。以下通過(guò)兩個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明本實(shí)施例所達(dá)到的技術(shù)效果。仿真實(shí)驗(yàn)一
如圖5所示，隨機(jī)生成N = 8個(gè)接收站點(diǎn)。圖中，菱形表示接收站點(diǎn)的坐標(biāo)位置， 虛線表示監(jiān)視目標(biāo)的移動(dòng)軌跡。圖6為N = 8，K = 5時(shí)的仿真結(jié)果示意圖，圖7為N = 8，K = 4時(shí)的仿真結(jié)果示 意圖。其中，虛線表示當(dāng)選取全部N個(gè)接收站進(jìn)行多點(diǎn)定位得到的PDOP曲線，直線表示采 用PDOP最小原則時(shí)進(jìn)行多點(diǎn)定位得到的PDOP曲線，點(diǎn)劃線表示采用本實(shí)施例所述方法選 取K個(gè)接收站進(jìn)行多點(diǎn)定位得到的PDOP曲線。從圖中可以看出，本實(shí)施例所述方法基本上 能夠達(dá)到最優(yōu)的理論效果。仿真實(shí)驗(yàn)二
隨機(jī)生成N = 8個(gè)接收站，假設(shè)監(jiān)視目標(biāo)位于坐標(biāo)原點(diǎn)，分別進(jìn)行多次仿真實(shí)驗(yàn)， 仿真次數(shù)從50次遞增到100次，仿真結(jié)果如圖8所示。圖中的三條曲線從下至上依次表示采用本實(shí)施例所述方法進(jìn)行多點(diǎn)定位得到的 PDOP與理想狀態(tài)下(即PDOP最小選站算法)的差值小于0. 05、小于0. 1以及小于0. 2時(shí) 所占仿真次數(shù)的比例。該仿真結(jié)果表明本實(shí)施例所述方法具有較好的穩(wěn)定性。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述方法實(shí)施例的全部或部分步驟可以通過(guò) 程序指令相關(guān)的硬件來(lái)完成，前述的程序可以存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，該程序 在執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行包括上述方法實(shí)施例的步驟；而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包括R0M、RAM、磁碟或者 光盤等各種可以存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。最后應(yīng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡 管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然 可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替 換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精 神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種多點(diǎn)定位系統(tǒng)的接收站選取方法，其特征在于包括 測(cè)量相鄰兩個(gè)接收站相對(duì)于監(jiān)視目標(biāo)的夾角；將構(gòu)成最小夾角的兩個(gè)接收站選擇為兩個(gè)待定站點(diǎn)。將所述兩個(gè)待定站點(diǎn)之一刪除，使得刪除后的一個(gè)剩余待定站點(diǎn)與該剩余待定站點(diǎn)的 相鄰接收站之間的夾角與最優(yōu)夾角e之間的差值的絕對(duì)值更小，其中，e =2ji/K，K表示 被選接收站的個(gè)數(shù)；重復(fù)上述步驟，直到剩余的夾角的個(gè)數(shù)為K。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述測(cè)量相鄰兩個(gè)接收站相對(duì)于監(jiān)視目標(biāo) 的夾角包括測(cè)量每個(gè)接收站與監(jiān)視目標(biāo)的連線相對(duì)于X軸的傾角ai(aie [0,2ji)), i = 1, 2，…，N，其中，N表示當(dāng)前可選的接收站的個(gè)數(shù)，i表示所述接收站沿順時(shí)針?lè)较虻木幪?hào)； 計(jì)算兩個(gè)相鄰傾角之間的夾角、=a^-a^e, G [0，2JI))。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于將所述兩個(gè)待定站點(diǎn)之一刪除包括根據(jù)公式％ = I e j_「e | + | e j+ e州-e |及Q州=I e ”+ e r e | + | e州-e |計(jì)算兩個(gè) 判決量Qj和Qj+1 ；當(dāng)所述QJ≥QJ+1時(shí)，將待定站點(diǎn)j刪除，否則將待定站點(diǎn)j+i刪除。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多點(diǎn)定位系統(tǒng)的接收站選取方法，其中包括測(cè)量相鄰兩個(gè)接收站相對(duì)于監(jiān)視目標(biāo)的夾角；將構(gòu)成最小夾角的兩個(gè)接收站選擇為兩個(gè)待定站點(diǎn)；將所述兩個(gè)待定站點(diǎn)之一刪除，使得刪除后的一個(gè)剩余待定站點(diǎn)與該剩余待定站點(diǎn)的相鄰接收站之間的夾角與最優(yōu)夾角θ之間的差值的絕對(duì)值更小，其中，θ＝2π/K，K表示被選接收站的個(gè)數(shù)；重復(fù)上述步驟，直到剩余的夾角的個(gè)數(shù)為K。本發(fā)明所述方法能夠快速地選出合適數(shù)量的接收站，從而在保證定位精度的前提下，減少了參與計(jì)算的接收站的數(shù)量，因此減少計(jì)算量和信息冗余。
文檔編號(hào)G01S5/00GK102004235SQ20101052218
公開(kāi)日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者劉偉, 張軍, 朱衍波, 王永春, 裴新欣 申請(qǐng)人:北京民航天宇科技發(fā)展有限公司, 北京航空航天大學(xué), 民航數(shù)據(jù)通信有限責(zé)任公司