CN106872942A - 用于分布式多点定位监视系统的定位精度解算方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于分布式多点定位监视系统的实时定位技术领域，特别涉及一种用于分布式多点定位监视系统的定位精度解算方法。本定位精度解算方法包括首先确定目标的接收站主站的位置信息，再对待定位区域的位置信息求微分，求出所述待定位区域内目标与目标的接收站主站位置、目标与目标的接收站辅站位置的相关系数矩阵，利用伪逆法计算所述待定位区域的误差估计值，最后求出待定位区域的定位精度。本发明设定测量的误差经过系统修正后是零均值的，并且各个目标接收站误差元素之间及各个站址误差之间均互不相关的，极大地降低了定位精度解算方法的复杂性，提高了定位精度解算的效率。

Description

用于分布式多点定位监视系统的定位精度解算方法

技术领域

本发明属于分布式多点定位监视系统的实时定位技术领域，特别涉及一种用于分布式多点定位监视系统的定位精度解算方法。

背景技术

随着我国经济的飞速发展，航班量也在飞速增长，对空管系统管制员的指挥和设施设备的维护提出了更高的要求，机场场面监视雷达是一次雷达，主要用于监视机场场面的飞机及车辆，利用目标对电磁波的自身辐射或反射特性发现目标。设备维护人员在维护机场场面监视雷达的过程中包括如下三方面问题：飞机目标分裂、存在一定的盲区、容易出现假目标。这些问题的存在扰乱了管制员正常的指挥工作，因此，分布式多点定位系统的引入必要而且必须，这项技术是机场场面监视雷达的升级和补充，并且能够通过增加接收站或者改变接收站的布局实现系统的扩展。

定位精度解算方法是时差定位方法非常重要的一部分，利用定位精度解算方法测量目标区域覆盖的定位精度GDOP，从而与不同布站方式下GDOP比对，选择最优布站方式，对后续时差定位解算的模型的构建至关重要。

传统的定位解算方法在定位精度解算时，考虑到各个目标接收站误差元素之间是相关的，降低了定位精度解算的效率，提高了定位精度解算复杂程度，因此，亟需提出一种新的定位精度解算方法。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术的不足，提供了用于分布式多点定位监视系统的定位精度解算方法，本定位精度解算方法设定测量的误差经过系统修正后是零均值的，并且各个目标接收站误差元素之间及各个站址误差之间均互不相关的，极大地降低了定位精度解算方法的复杂性，提高了定位精度解算的效率。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术措施：

用于分布式多点定位监视系统的定位精度解算方法，包括以下步骤：

S1、确定目标的接收站主站的位置信息；

S2、对待定位区域的位置信息求微分；

S3、求出所述待定位区域内目标与目标的接收站主站位置、目标与目标的接收站辅站位置的相关系数矩阵；

S4、利用伪逆法计算所述待定位区域的误差估计值；

S5、求出待定位区域的定位精度。

优选的，步骤S1的具体步骤包括：

获取配对处理后的目标的接收站的测量数据，选取其中一个接收站作为目标的接收站主站位置，建立观测模型计算该观测模型条件下定位区域的GDOP值，实现对目标的接收站主站的位置信息确定；通过选取不同的接收站作为目标的接收站主站，分别计算不同观测模型条件下定位区域的GDOP；通过选取不同观测模型条件下GDOP最小值即为时差定位精度最小值，实现对分布式多点定位监视系统时差定位模型的构建。

优选的，步骤S2的具体步骤包括：

通过目标的接收站主站的区域覆盖图、目标的接收站辅站的区域覆盖图，获取可定位区域的位置信息，利用所述可定位区域的位置信息以及到达目标的第i个接收站辅站与目标的接收站主站之间的时间差，通过时差定位方程，对待定位区域的位置信息求微分：

c·Δt_i＝c·(t_i-t₀)＝r_i-r₀(i＝1,2)

其中，c为光速、Δt_i为到达目标的第i个接收站辅站与目标的接收站主站之间时间差、t_i为到达目标的第i个接收站辅站的时间、t₀为到达目标的接收站主站时间、r_i为到达目标的第i个接收站辅站的距离、r₀为到达目标的接收站主站距离、i为到达目标的接收站辅站的编号。

优选的，步骤S3的具体步骤包括：

通过所述待定位区域内目标到目标的各接收站辅站与目标到目标的接收站主站的位置差，得出待定位区域内目标与站址位置的相关系数矩阵：

x，y均为目标的位置信息、x₀，y₀均为目标的接收站主站位置信息、x_i、y_i均为目标的第i个接收站辅站位置信息、r₀为目标到目标的接收站主站距离、r_i为目标到目标的第i个参考接收站距离，

进一步的，步骤S4的具体步骤包括：

定位误差方程式为：

其中，为定位误差在x方向上定位方差、为定位误差在y方向上定位方差、i为目标的第i个接收站辅站、j为目标的第j个接收站辅站，其中，η_ij为Δt_i与Δt_j之间的相关系数，为第i站的时间测量误差的标准差，为第j站的时间测量误差的标准差，σ_s为站址测量误差的标准差。

进一步的，步骤S5的具体步骤包括：

根据时间测量误差的相关系数η_ij，各站址测量误差的标准差σ_s，利用线性组合求出σ_ij，然后求得x方向上定位方差y方向上定位方差通过公式，计算得到待定位区域的定位精度GDOP。

本发明的有益效果在于：

1)、本发明首先确定目标的接收站主站的位置信息，再对待定位区域的位置信息求微分，求出所述待定位区域内目标与目标的接收站主站位置、目标的接收站辅站位置的相关系数矩阵，利用伪逆法计算所述待定位区域的误差估计值，最后求出待定位区域的定位精度，本发明设定测量的误差经过系统修正后是零均值的，并且各个目标接收站误差元素之间及各个站址误差之间均互不相关的，极大地降低了定位精度解算方法的复杂性，提高了定位精度解算的效率。

2)、利用多个目标的接收站的位置信息和内部噪声、环境噪声和时间测量的量化噪声信息对目标的定位估计值进行定位精度解算，通过不同的组合和不同的布站方式，得到测量目标区域覆盖的定位精度GDOP，从而与不同布站方式下的GDOP比对，选择最优布站方式，为后续时差定位解算模型的构建提供依据。

3)、通过分析实际接收到目标测量参数的目标的接收站位置信息，分析该布站情况下目标在定位区域中的精度分布，使得目标的接收站辅站和目标接收站主站能够实时获取目标的测量参数信息，如到达时间、置信度、消息码值，大大地增强了分布式多点定位监视系统的稳定性和可靠性，提高了分布式多点定位监视系统的定位精度。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的Y形布站仿真图；

图3为本发明的倒三角形布站仿真图；

图4为本发明的菱形布站仿真图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

用于分布式多点定位监视系统的定位精度解算方法是时差定位方法的非常重要的一个步骤，时差定位方法的具体步骤包括：首先分布式多点定位监视系统中目标接收站主站和接收站辅站获取目标应答信号，对所述目标应答信号经过该分布式多点定位监视系统处理得到解析后的测量参数数据；根据所述目标接收站主站和接收站辅站获取所述测量参数数据，对测量参数数据中相同目标应答码和大于50％的置信度进行配对处理，获取目标在同一时刻发出的测量参数数据；对配对处理后的测量参数数据进行主站位置选择，得到待定位区域的定位精度；根据目标的测量参数数据以及待定位区域的定位精度，选择目标的接收站主站，确定时差定位模型；利用接收站主站和接收站辅站位置信息测量参数数据，通过半正定松弛的时差定位算法解算出目标的位置信息；将所述目标的位置信息送至终端显示。

定位精度解算方法即为其中的对配对处理后的测量参数数据进行主站位置选择，得到待定位区域的定位精度，具体包括以下步骤：

如图1所示，用于分布式多点定位监视系统的定位精度解算方法包括首先确定目标的接收站主站的位置信息，再对待定位区域的位置信息求微分，求出所述待定位区域内目标与目标的接收站主站位置、目标与目标的接收站辅站位置的相关系数矩阵，利用伪逆法计算所述待定位区域的误差估计值，最后求出待定位区域的定位精度。

所述目标指的是待定位目标，目标的接收站主站位置、目标的接收站辅站位置分别指的是待定位目标的接收站主站位置、待定位目标的接收站辅站位置。

用于分布式多点定位监视系统的定位精度与站址测量误差及到达时间差测量误差的标准差有关，目标与目标的接收站主站位置信息和目标的接收站辅站位置信息的几何位置关系对定位精度有较大的影响。分布式多点定位监视系统实际工作时受地形、二次反射等因素的影响，目标的接收站辅站和目标接收站主站不一定能实时获取目标的测量参数信息，如到达时间、置信度、消息码值。因此，需通过分析实际接收到目标测量参数的目标的接收站位置信息，分析该布站情况下目标在定位区域中的精度分布，来进行后续时差定位解算的模型的构建。

确定目标的接收站主站的位置信息的具体步骤包括：

获取配对处理后的目标的接收站的测量数据，选取其中一个接收站作为目标的接收站主站位置，建立观测模型计算该观测模型条件下定位区域的GDOP值，实现对目标的接收站主站的位置信息确定；通过选取不同的接收站作为目标的接收站主站，分别计算不同观测模型条件下定位区域的GDOP；通过选取不同观测模型条件下GDOP最小值即为时差定位精度最小值，实现对分布式多点定位监视系统时差定位模型的构建。

对待定位区域的位置信息求微分的具体步骤包括：

通过目标的接收站主站的区域覆盖图、目标的接收站辅站的区域覆盖图，获取可定位区域的位置信息，利用所述可定位区域的位置信息以及到达目标的第i个接收站辅站与目标的接收站主站之间的时间差，通过时差定位方程，对待定位区域的位置信息求微分：

c·Δt_i＝c·(t_i-t₀)＝r_i-r₀(i＝1,2)

其中，c为光速、Δt_i为到达目标的第i个接收站辅站与目标的接收站主站之间时间差、t_i为到达目标的第i个接收站辅站的时间、t₀为到达目标的接收站主站时间、r_i为到达目标的第i个接收站辅站的距离、r₀为到达目标的接收站主站距离、i为到达目标的接收站辅站的编号。

求出所述待定位区域内目标与目标的接收站主站位置、目标与目标的接收站辅站位置的相关系数矩阵的具体步骤包括：

通过所述待定位区域内目标到目标的各接收站辅站与目标到目标的接收站主站的位置差，得出待定位区域内目标与站址位置的相关系数矩阵：

x，y均为目标的位置信息、x₀，y₀均为目标的接收站主站位置信息、x_i、y_i均为目标的第i个接收站辅站位置信息、r₀为目标到目标的接收站主站距离、r_i为目标到目标的第i个参考接收站距离，

利用伪逆法计算所述待定位区域的误差估计值的具体步骤包括：

定位误差方程式为：

其中，为定位误差在x方向上定位方差、为定位误差在y方向上定位方差、i为目标的第i个接收站辅站、j为目标的第j个接收站辅站，其中，η_ij为Δt_i与Δt_j之间的相关系数，为第i站的时间测量误差的标准差，为第j站的时间测量误差的标准差，σ_s为站址测量误差的标准差。

求出待定位区域的定位精度的具体步骤包括：

根据时间测量误差的相关系数η_ij，各站址测量误差的标准差σ_s，利用线性组合求出σ_ij，然后求得x方向上定位方差y方向上定位方差通过公式，计算得到待定位区域的定位精度GDOP。

当主站的坐标取(0，0)时，三个辅站的坐标分别取不同的值时，如表1所示，形成的仿真图分别为Y形布站、倒三角布站、菱形布站。

表1：

	Y形布站	倒三角布站	菱形布站
				主站(km)	(0，0)	(0，0)	(0，0，0)
辅站1(km)	(12.99，7.5)	(5.0，8.66)	(12.99，7.5)
				辅站2(km)	(0，-15)	(5.0，0)	(0，15)
辅站3(km)	(-12.99，7.5)	(5.0，-8.66)	(-12.99，7.5)
				仿真图	图1	图2	图3

从图2～图4可知，对于同一种布站形式来说，定位精度GDOP随着目标和接收站的分布区域之间的距离的增加而降低，对于不同的布站方式，全方位内定位误差有所不同，用于分布式多点定位监视系统的定位精度方法，可以充分考虑Y形、倒三角形、菱形布站方法对不同区域定位精度的不同，来进行目标的接收站主站和辅站位置的选择。力求目标在不同的区域里，选择最优布站方案，实现目标的高精度定位。

Claims (6)

1.用于分布式多点定位监视系统的定位精度解算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、确定目标的接收站主站的位置信息；

S2、对待定位区域的位置信息求微分；

S3、求出所述待定位区域内目标与目标的接收站主站位置、目标与目标的接收站辅站位置的相关系数矩阵；

S4、利用伪逆法计算所述待定位区域的误差估计值；

S5、求出待定位区域的定位精度。

2.如权利要求1所述的用于分布式多点定位监视系统的定位精度解算方法，其特征在于，步骤S1的具体步骤包括：

获取配对处理后的目标的接收站的测量数据，选取其中一个接收站作为目标的接收站主站位置，建立观测模型计算该观测模型条件下定位区域的GDOP值，实现对目标的接收站主站的位置信息确定；通过选取不同的接收站作为目标的接收站主站，分别计算不同观测模型条件下定位区域的GDOP；通过选取不同观测模型条件下GDOP最小值即为时差定位精度最小值，实现对分布式多点定位监视系统时差定位模型的构建。

3.如权利要求2所述的用于分布式多点定位监视系统的定位精度解算方法，其特征在于，步骤S2的具体步骤包括：

通过目标的接收站主站的区域覆盖图、目标的接收站辅站的区域覆盖图，获取可定位区域的位置信息，利用所述可定位区域的位置信息以及到达目标的第i个接收站辅站与目标的接收站主站之间的时间差，通过时差定位方程，对待定位区域的位置信息求微分：

c·Δt_i＝c·(t_i-t₀)＝r_i-r₀(i＝1,2)

其中，c为光速、Δt_i为到达目标的第i个接收站辅站与目标的接收站主站之间时间差、t_i为到达目标的第i个接收站辅站的时间、t₀为到达目标的接收站主站时间、r_i为到达目标的第i个接收站辅站的距离、r₀为到达目标的接收站主站距离、i为到达目标的接收站辅站的编号。

4.如权利要求3所述的用于分布式多点定位监视系统的定位精度解算方法，其特征在于，步骤S3的具体步骤包括：

通过所述待定位区域内目标到目标的各接收站辅站与目标到目标的接收站主站的位置差，得出待定位区域内目标与站址位置的相关系数矩阵：

$c=\left[\begin{array}{cc}{c}_{1x}-c_{0x}& c_{1y}-c_{0y}\\ c_{2x}-c_{0x}& c_{2y}-c_{0y}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\frac{x-x_1}{r_1}-\frac{x-x_0}{r_0}& \frac{y-y_1}{r_1}-\frac{y-y_0}{r_0}\\ \frac{x-x_2}{r_2}-\frac{x-x_0}{r_0}& \frac{y-y_2}{r_2}-\frac{y-y_0}{r_0}\end{array}\right]$

x，y均为目标的位置信息、x₀，y₀均为目标的接收站主站位置信息、x_i、y_i均为目标的第i个接收站辅站位置信息、r₀为目标到目标的接收站主站距离、r_i为目标到目标的第i个参考接收站距离，

5.如权利要求4所述的用于分布式多点定位监视系统的定位精度解算方法，其特征在于，步骤S4的具体步骤包括：

定位误差方程式为：

其中，为定位误差在x方向上定位方差、为定位误差在y方向上定位方差、i为目标的第i个接收站辅站、j为目标的第j个接收站辅站，其中，η_ij为Δt_i与Δt_j之间的相关系数，为第i站的时间测量误差的标准差，为第j站的时间测量误差的标准差，σ_s为站址测量误差的标准差。

6.如权利要求5所述的用于分布式多点定位监视系统的定位精度解算方法，其特征在于，步骤S5的具体步骤包括：

根据时间测量误差的相关系数η_ij，各站址测量误差的标准差σ_s，利用线性组合求出σ_ij，然后求得x方向上定位方差y方向上定位方差通过公式，计算得到待定位区域的定位精度GDOP。