結(jié)合移動(dòng)節(jié)點(diǎn)速度信息和目標(biāo)方位角信息的靜態(tài)目標(biāo)定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及移動(dòng)傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種結(jié)合移動(dòng)節(jié)點(diǎn)速度信息和目標(biāo)方 位角信息的靜態(tài)目標(biāo)定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在搜救、信號(hào)源檢測(cè)等眾多應(yīng)用中，能夠確定目標(biāo)的位置信息是一個(gè)至關(guān)重要的 關(guān)鍵。然而，針對(duì)不合作的目標(biāo)以及目標(biāo)源本身無(wú)法定位自己位置的場(chǎng)景，就必須依賴其它 對(duì)象對(duì)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)相對(duì)定位。
[0003] 假設(shè)在一個(gè)特定的GPS無(wú)法使用的區(qū)域中，存在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和一個(gè)靜態(tài)目標(biāo)，移動(dòng) 節(jié)點(diǎn)可以實(shí)時(shí)獲得對(duì)目標(biāo)的測(cè)量信息，同時(shí)可以直接獲得自身的相關(guān)測(cè)量信息。我們的目 的是設(shè)計(jì)一種方法，使得移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可以定位出目標(biāo)在其本身坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。
[0004] 目前的測(cè)量方式基本上包括：到達(dá)信號(hào)強(qiáng)度（RSSI)，到達(dá)時(shí)間（TOA)，到達(dá)時(shí)間差 (TDOA)和到達(dá)角度（AOA)。由于距離測(cè)量方法需要主動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)，而且還需要距離測(cè)量的 變化率信息，相比而言，角度測(cè)量屬于被動(dòng)式測(cè)量，且無(wú)需使用測(cè)量值的變化率信息。另外， 在定位方法的研究中，利用移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)定位的研究相對(duì)于靜態(tài)節(jié)點(diǎn)定位的研究顯得 非常稀少。因此，研究結(jié)合移動(dòng)節(jié)點(diǎn)自身速度信息和目標(biāo)方位角測(cè)量信息的目標(biāo)定位方法， 在定位領(lǐng)域具有重要的意義。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種結(jié)合移動(dòng)節(jié)點(diǎn)速度信息和目標(biāo)方位角信 息的靜態(tài)目標(biāo)定位方法，本發(fā)明的方法由于使用的是線性迭代方法，可以保證全局指數(shù)收 斂性。
[0007] -種結(jié)合移動(dòng)節(jié)點(diǎn)速度信息和目標(biāo)方位角信息的靜態(tài)目標(biāo)定位方法，包括如下步 驟：
[0008] 步驟1，針對(duì)待定位的靜態(tài)目標(biāo)，在預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)部署一個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)；
[0009] 步驟2,按照預(yù)設(shè)的采樣周期和初始位置迭代計(jì)算靜態(tài)目標(biāo)相對(duì)于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位 置信息，每次迭代計(jì)算時(shí)進(jìn)行如下操作：
[0010] 獲取所述移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的自身速度信息和靜態(tài)目標(biāo)的方位角信息，并根據(jù)獲取的速度 信息和方位角信息計(jì)算靜態(tài)目標(biāo)相對(duì)于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置信息。
[0011] 預(yù)設(shè)區(qū)域可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，只要能夠采集是布置的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)能夠采集到靜 態(tài)目標(biāo)的方位角信息即可。
[0012] 采集靜態(tài)目標(biāo)的方位角信息可以有多種測(cè)試方法，如利用信號(hào)發(fā)射方向，光發(fā)射 原理等，本發(fā)明中通過(guò)在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)上安裝攝像頭，由攝像頭采集即可。
[0013] 本發(fā)明中的位置信息為靜態(tài)目標(biāo)相對(duì)于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的局部坐標(biāo)系下的 位置坐標(biāo)，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要根據(jù)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)模型設(shè)定局部坐標(biāo)系。
[0014] 在迭代計(jì)算過(guò)程中，設(shè)定初始位置信息為（0,0)，不準(zhǔn)，在之后的迭代過(guò)程中，隨 著迭代計(jì)算的次數(shù)的增多，設(shè)定的初始值與每次定位時(shí)的實(shí)際位置信息之間的差異逐漸降 低。通常在100~200次之后，定位得到的位置信息和實(shí)際位置信息會(huì)收斂（即測(cè)試計(jì)算 得到的位置信息和實(shí)際位置信息相同），此后迭代計(jì)算的結(jié)果即為當(dāng)前時(shí)刻的實(shí)際位置信 肩、。
[0015] 在得到靜態(tài)目標(biāo)相對(duì)于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置信息后，可以利用該位置信息進(jìn)一步反推 移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置。
[0016] 作為優(yōu)選，所述的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)模型為獨(dú)輪車模型。
[0017] 所述移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的自身速度信息包括自身的速度大小和旋轉(zhuǎn)角速度。
[0018] 進(jìn)一步優(yōu)選，所述的靜態(tài)目標(biāo)的方位角信息包括靜態(tài)目標(biāo)相對(duì)于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)速度 方向的夾角。
[0019] 本發(fā)明中通過(guò)采用獨(dú)輪車模型可以方便的確定移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的自身的線性速度和旋 轉(zhuǎn)角速度，，而無(wú)需另外使用電子羅盤等方向測(cè)定裝置，大大節(jié)省了定位成本。
[0020] 另外，當(dāng)為獨(dú)輪車模型，直接以獨(dú)輪車的運(yùn)動(dòng)方向（速度方向）作為局部坐標(biāo)系的 X軸，以垂直X軸的方向作為y軸，以移動(dòng)節(jié)點(diǎn)中心位置作為坐標(biāo)原點(diǎn)。
[0021] 由于計(jì)算過(guò)程中移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)變化，相應(yīng)的局部坐標(biāo)系也會(huì)隨著變化。 但是由于整個(gè)過(guò)程中僅需要知道靜態(tài)目標(biāo)相對(duì)于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)前進(jìn)方向的夾角即可，該夾角是 相對(duì)的，因此局部坐標(biāo)系的變化不會(huì)影響整個(gè)迭代過(guò)程造成影響，因此，本發(fā)明中不需要獲 取移動(dòng)節(jié)點(diǎn)速度方向，以及復(fù)雜的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，大大簡(jiǎn)化了計(jì)算過(guò)程，提高了定位速度。
[0022] 采樣周期的設(shè)定直接關(guān)系到最后定位結(jié)果的準(zhǔn)確性和定位的時(shí)長(zhǎng)。本發(fā)明中所述 的采樣周期為〇. 02~08s，作為優(yōu)選，所述的采樣周期為0. 05s。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可以根據(jù) 應(yīng)用需求，以及移動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度設(shè)定采用周期。
[0023] 作為優(yōu)選，第k+Ι次迭代計(jì)算得到的靜態(tài)目標(biāo)相對(duì)于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置信息
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種結(jié)合移動(dòng)節(jié)點(diǎn)速度信息和目標(biāo)方位角信息的靜態(tài)目標(biāo)定位方法，其特征在于， 包括如下步驟： 步驟1，針對(duì)待定位的靜態(tài)目標(biāo)，在預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)部署一個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)； 步驟2,按照預(yù)設(shè)的采樣周期和初始位置迭代計(jì)算靜態(tài)目標(biāo)相對(duì)于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置信 息，每次迭代計(jì)算時(shí)進(jìn)行如下操作： 獲取所述移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的自身速度信息和靜態(tài)目標(biāo)的方位角信息，并根據(jù)獲取的速度信息 和方位角信息計(jì)算靜態(tài)目標(biāo)相對(duì)于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置信息。
2. 如權(quán)利要求1所述的結(jié)合移動(dòng)節(jié)點(diǎn)速度信息和目標(biāo)方位角信息的靜態(tài)目標(biāo)定位方 法，其特征在于，所述的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)模型為獨(dú)輪車模型。
3. 如權(quán)利要求1所述的結(jié)合移動(dòng)節(jié)點(diǎn)速度信息和目標(biāo)方位角信息的靜態(tài)目標(biāo)定位方 法，其特征在于，所述移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的自身速度信息包括自身的線性速度和旋轉(zhuǎn)角速度。
4. 如權(quán)利要求1所述的結(jié)合移動(dòng)節(jié)點(diǎn)速度信息和目標(biāo)方位角信息的靜態(tài)目標(biāo)定位方 法，其特征在于，所述的靜態(tài)目標(biāo)的方位角信息包括靜態(tài)目標(biāo)相對(duì)于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)速度方向的 夾角。
5. 如權(quán)利要求1所述的結(jié)合移動(dòng)節(jié)點(diǎn)速度信息和目標(biāo)方位角信息的靜態(tài)目標(biāo)定位方 法，其特征在于，所述的采樣周期為0. 02~0. 08s。
6. 如權(quán)利要求1~5中任意一項(xiàng)所述的結(jié)合移動(dòng)節(jié)點(diǎn)速度信息和目標(biāo)方位角信息的靜 態(tài)目標(biāo)定位方法，其特征在于，第k+Ι次迭代計(jì)算得到的靜態(tài)目標(biāo)相對(duì)于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置 信息十1)為：
k為迭代計(jì)算的次數(shù)，T為采樣周期，/)(Α·)為第k次迭代計(jì)算得到的靜態(tài)目標(biāo)相對(duì)于移 動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置信息，v(k)為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的線性速度，ω (k)為旋轉(zhuǎn)角速度，a (k)為靜態(tài)目標(biāo) 相對(duì)于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)速度方向的夾角。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種結(jié)合移動(dòng)節(jié)點(diǎn)速度信息和目標(biāo)方位角信息的靜態(tài)目標(biāo)定位方法，針對(duì)待定位的靜態(tài)目標(biāo)，在預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)部署一個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)；然后按照預(yù)設(shè)的采樣周期和初始位置迭代計(jì)算靜態(tài)目標(biāo)相對(duì)于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置信息，每次迭代計(jì)算時(shí)進(jìn)行如下操作：獲取所述移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的自身速度信息和靜態(tài)目標(biāo)的方位角信息，并根據(jù)獲取的速度信息和方位角信息計(jì)算靜態(tài)目標(biāo)相對(duì)于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置信息。本發(fā)明的靜態(tài)目標(biāo)定位方法使用迭代計(jì)算公式為線性系統(tǒng)具有全局最優(yōu)和指數(shù)收斂的優(yōu)勢(shì)，保證最終一定收斂。
【IPC分類】G01C21-10
【公開號(hào)】CN104677354
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410809200
【發(fā)明人】林志赟, 林澈, 顏鋼鋒
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2014年12月22日