CN108594215A - 一种多点协同高精度无线测距定位方法 - Google Patents

一种多点协同高精度无线测距定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多点协同高精度无线测距定位方法，解决的是测距定位误差大、精度低的技术问题，通过采用将锚点F视为待测目标，执行步骤1‑步骤3，计算出锚点F的测量坐标；步骤5，根据步骤1的锚点F的实际坐标与步骤4的锚点F的测量坐标计算锚点F的测距误差；步骤6，将锚点F的测距误差作为待测目标的测距误差修正待测目标的测试坐标，得到待测目标的实际坐标的技术方案，较好的解决了该问题，可用于无线测距定位中。

Description

一种多点协同高精度无线测距定位方法
技术领域
本发明涉及无线定位领域，具体涉及一种多点协同高精度无线测距定位方法。
背景技术
无线电定位系统是指利用无线电波直线恒速传播特性通过测量固定或运动的物体的位置以进行定位的技术。无线电定位有雷达、无线电测向、无线电导航系统和全球定位系统等。
现有的无线测距定位方法存在误差较大的技术问题，因此，提供一种误差小、简单的多点协同高精度无线测距定位方法就很有必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的测距定位误差大、精度低的技术问题。提供一种新的多点协同高精度无线测距定位方法，该多点协同高精度无线测距定位方法具有误差小、精度高的特点。
为解决上述技术问题，采用的技术方案如下：
一种多点协同高精度无线测距定位方法，所述多点协同高精度无线测距定位方法包括：
步骤1，在待测目标周围设置至少5个位置坐标已知的锚点，待测目标向每个锚点发出速度已知的测距电波并接收，并记录来回时延，根据来回时延计算待测目标与各锚点的距离，判断并定义距离待测目标距离最短的锚点为锚点F，锚点F的实际坐标已知；
步骤2，在其余锚点中任选3个锚点为锚点A，锚点B及锚点C，计算锚点A，锚点B及锚点C与待测目标的距离差方程；
步骤3，在步骤2中的3个距离差方程任选2个距离差方程联合计算出待测目标的测量坐标；
步骤4，将锚点F视为待测目标，执行步骤1-步骤3，计算出锚点F的测量坐标；
步骤5，根据步骤1的锚点F的实际坐标与步骤4的锚点F的测量坐标计算锚点F的测距误差；
步骤6，将锚点F的测距误差作为待测目标的测距误差修正待测目标的测试坐标，得到待测目标的实际坐标。
上述方案中，为优化，进一步地，多点协同高精度无线测距定位方法还包括：
步骤7，再任选3个锚点，重复步骤2-5，对计算的所有测距误差求平均值，将平均值作为最终测距误差值执行步骤6，计算出待测目标的实际坐标。
进一步地，计算锚点F的测距误差包括：
步骤A，利用已知的锚点F实际坐标，分别计算锚点F与锚点A，锚点B，锚点C及锚点D的实际距离；
步骤B，根据锚点F的测量坐标，分别计算锚点F与锚点A，锚点B，锚点C及锚点D的测量距离；
步骤C，根据步骤A-步骤B，计算锚点F与锚点A的测距误差，计算锚点F与锚点B的测距误差，计算锚点F与锚点C的测距误差。
进一步地，所述锚点数量为5个。
本发明的有益效果：
效果一，本发明通过测量测距误差的方法，修正了测试值，减小了测量误差，提高了精度；
效果二，本发明使用5个锚点就可实现对于待测目标的精确定位，简单方便。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1，实施例1中的测距定位系统示意图。
图2，实施例1中的测距定位流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供一种多点协同高精度无线测距定位方法，如图2，所述多点协同高精度无线测距定位方法包括：
步骤1，如图1，在待测目标周围设置5个位置坐标已知的锚点，待测目标向每个锚点发出速度已知的测距电波并接收，并记录来回时延，根据来回时延计算待测目标与各锚点的距离，判断并定义距离待测目标距离最短的锚点为锚点F，锚点F的实际坐标已知；
步骤2，在其余锚点中任选3个锚点为锚点A，锚点B及锚点C，计算锚点A，锚点B及锚点C与待测目标的距离差方程；
步骤3，在步骤2中的3个距离差方程任选2个距离差方程联合计算出待测目标的测量坐标；
步骤4，将锚点F视为待测目标，执行步骤1-步骤3，计算出锚点F的测量坐标；
步骤5，根据步骤1的锚点F的实际坐标与步骤4的锚点F的测量坐标计算锚点F的测距误差；
步骤6，将锚点F的测距误差作为待测目标的测距误差修正待测目标的测试坐标，得到待测目标的实际坐标。
为了减小误差，提供精确性，优选地，多点协同高精度无线测距定位方法还包括：
步骤7，再任选3个锚点，重复步骤2-5，对计算的所有测距误差求平均值，将平均值作为最终测距误差值执行步骤6，计算出待测目标的实际坐标。锚点数量大于5的，在增加步骤的同时，能够减小测距误差。
具体地，计算锚点F的测距误差包括：
步骤A，利用已知的锚点F实际坐标，分别计算锚点F与锚点A，锚点B，锚点C及锚点D的实际距离；
步骤B，根据锚点F的测量坐标，分别计算锚点F与锚点A，锚点B，锚点C及锚点D的测量距离；
步骤C，根据步骤A-步骤B，计算锚点F与锚点A的测距误差，计算锚点F与锚点B的测距误差，计算锚点F与锚点C的测距误差。
在目标测距区域内，均匀分布若干个已知坐标信息的锚点，如图1所示。待测目标的坐标未知，它通过与周围的锚点之间测距，联立求解一组方程，求出自身的坐标(x,y)。
⑴待测目标通过与锚点A、B、C、D之间测距电波一个来回传输的时延τ1、τ2、τ3、τ4，从而求出待测目标与各锚点定之间的距离，
通过待测目标与两个锚点之间的时间差得到一组方程：
其中，τ1,τ2,τ3,τ4是测出来的，(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4)为已知，因此联立上述三个方程中的任意两个，就能求出坐标(x,y)。而剩余的第三个方程用于去解模糊。
(2)在求出待测目标的坐标(x,y)后，在区域内寻找离待测目标最近的锚点，假设该锚点为F，其坐标为(xF0,yF0)，为求出系统测距误差，我们利用锚点A,B,C对锚点F进行测距定位。假设F点的坐标未知，记为(xF,yF)，利用步骤(1)，得到如下方程：
联立其中的两个方程求解出坐标(xF,yF)。
(3)由于F点的坐标己知，故F点至A、B、C、D点的距离己知，所以A、B、C、D至F点的测距误差分别为：
F点至A,B,C之间的真实距离分别为：
测距的相对误差分别为：
(4)由于F点距离待测目标很近，故认为A,B,C点对F点的测距相对误差，与A,B,C点对待测目标测距的相对误差相同。
因此A,B,C点对待测目标的测距误差近似为：
ΔRAS≈ΔRAF％×RAS，ΔRBS≈ΔRBF％×RBS，ΔRCS≈ΔRCF％×RCS，ΔRDS≈ΔRDF％×RDS，由于待测目标S坐标已测出(x,y)，故而有：
故而可以求出ΔRAS,ΔRBS,ΔRCS。
(5)将测距误差代入步骤(1)中方程①、②、③得到如下方程。
联立求解方程④、⑤、⑥，便求出更精确的坐标(x0,y0)。
重复前述步骤，最终可以得到接近真实坐标的测试坐标。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本发明，但是本发明不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本发明精神和范围内，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (4)

1.一种多点协同高精度无线测距定位方法，其特征在于：所述多点协同高精度无线测距定位方法包括：
步骤1，在待测目标周围设置至少5个位置坐标已知的锚点，待测目标向每个锚点发出速度已知的测距电波并接收，并记录来回时延，根据来回时延计算待测目标与各锚点的距离，判断并定义距离待测目标距离最短的锚点为锚点F，锚点F的实际坐标已知；
步骤2，在其余锚点中任选3个锚点为锚点A，锚点B及锚点C，计算锚点
A，锚点B及锚点C与待测目标的距离差方程；
步骤3，在步骤2中的3个距离差方程任选2个距离差方程联合计算出待测目标的测量坐标；
步骤4，将锚点F视为待测目标，执行步骤1-步骤3，计算出锚点F的测量坐标；
步骤5，根据步骤1的锚点F的实际坐标与步骤4的锚点F的测量坐标计算锚点F的测距误差；
步骤6，将锚点F的测距误差作为待测目标的测距误差修正待测目标的测试坐标，得到待测目标的实际坐标。
2.根据权利要求1所述的多点协同高精度无线测距定位方法，其特征在于：多点协同高精度无线测距定位方法还包括：
步骤7，再任选3个锚点，重复步骤2-5，对计算的所有测距误差求平均值，将平均值作为最终测距误差值执行步骤6，计算出待测目标的实际坐标。
3.根据权利要求1或2所述的多点协同高精度无线测距定位方法，其特征在于：计算锚点F的测距误差包括：
步骤A，利用已知的锚点F实际坐标，分别计算锚点F与锚点A，锚点B，锚点C及锚点D的实际距离；
步骤B，根据锚点F的测量坐标，分别计算锚点F与锚点A，锚点B，锚点C及锚点D的测量距离；
步骤C，根据步骤A-步骤B，计算锚点F与锚点A的测距误差，计算锚点F与锚点B的测距误差，计算锚点F与锚点C的测距误差。
4.根据权利要求1所述的多点协同高精度无线测距定位方法，其特征在于：所述锚点数量为5个。
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