CN110412505B - 一种快速的时差定位网格搜索方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种快速的时差定位网格搜索方法，有M个基站，基站坐标分别为(al,bl,cl)。搜索网格在x轴上被划分为kx份，网格大小为Δx；在y轴上被划分为ky份，网格大小为Δy；在z轴上被划分为kz份，网格大小为Δz。搜索中心为(x0,y0,z0)。所测得的m号基站与1号基站的与目标距离差为dm1(2＜m≤M)，1号基站在坐标为(x0+k1Δx,y0+k2Δy,z0+k3Δz)的网格上的测距值为m号基站在该网格点上的测距值为其中k1,k2,k3分别为不大于kx,ky,kz的正整数。通过求解代价函数

Description

一种快速的时差定位网格搜索方法
技术领域
本发明涉及信号与信息处理技术领域，具体来说，涉及一种快速的时差定位网格搜索方法。
背景技术
时差定位网格搜索算法在地震、闪电定位等领域有着广泛的应用，这使得时差定位网格搜索的工程实现具有十分重要的意义。随着现代数字信号处理技术的发展，应用系统中对实现大密度时差定位网格搜索的需求越来越高。
常规的时差定位网格搜索算法每次定位需遍历所有网格，根据适应函数求解出使得误差之和平方最小的网格位置，即为目标的位置。网格搜索算法时间复杂度很高，当要求定位精度较高，网格划分密度较大，网格数很多时，算法时间性能很差，不能适应实时定位要求。因此，有必要研发一种在保证时间性能的条件下实现大密度时差定位网格搜索的方法。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种快速的时差定位网格搜索方法，能够将代价函数的形式进行更改，减少代价函数中的开平方计算，从而实现了时差定位的网格快速搜索。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种快速的时差定位网格搜索方法，包括以下步骤：
S1、设有M个基站，基站坐标分别为(al，bl，cl)，将搜索网格在x轴上划分为kx份，网格大小为Δx；在y轴上划分为ky份，网格大小为Δy；在z轴上划分为kz份，网格大小为Δz；其中，搜索中心为(x0，y0，z0)。
S2、分别计算第2-M号基站与1号基站的测得的距离差的平方，并以向量的形式给出：
S3、在坐标为(x0+k1Δx，y0+k2Δy，z0+k3Δz)的网格点处，分别计算1-M号基站与该网格点的距离并以向量的形式给出：
其中，
S4、将2-M号基站与1号基站之间的测距差和1号基站到网格点(x0+k1Δx，y0+k2Δy，z0+k3Δz)的距离相乘，并以向量的形式给出：
S5、分别计算2-M号基站到网格点(x0+k1Δx，y0+k2Δy，z0+k3Δz)的距离和1号基站到网格点(x0+k1Δx，y0+k2Δy，z0+k3Δz)的距离的平方差，并以向量的形式给出：
S6、将步骤S2、S4、S5中的向量构成以下代价函数：||D3-D1-2D2||，搜索(k1，k2，k3)，求解使得代价函数值最小的解，即：所求的解(kmin1，kmin2，kmin3)为快速时差定位网格搜索求得的目标位置。
优选的，所述M为5。
优选的，所测得的m号基站与1号基站的与目标距离差为dm1(2＜m≤M)。
优选的，1号基站在坐标为(x0+k1Δx，y0+k2Δy，z0+k3Δz)的网格上的测距值为m号基站在该网格点上的测距值为/>其中k1，k2，k3分别为不大于kx，ky，kz的正整数。
优选的，通过求解代价函数来得到目标位置。
本发明的有益效果：与传统的时差定位网格搜索算法相比，本发明使用了新的代价函数，减少了代价函数中的开平方项，提升了搜索速度。例如，与5基站的传统时差定位网格搜索算法相比，本发明的快速时差定位网格搜索的增速倍数约为3倍。
具体实施方式
下面将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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明实施例所述的一种快速的时差定位网格搜索方法，以一个搜索中心为(47156，195200，843.28)(m)的搜索域为例，目标真实位置为(46760，19446，800)(m)，搜索网格在x轴上被划分为200份，网格大小为0.3m；在y轴上被划分为200份，网格大小为0.3m；在z轴上被划分为200份，网格大小为0.3m。基站个数M＝5，坐标分别为(0，0，0)(m)，(104，0，0)(m)，(-104，0，0)(m)，(104，2*104，0)(m)，(-104，2*104，0)(m)。在本实例中，实施本发明的目的就是通过采用更少开方项的代价函数的方式快速进行时差定位网格搜索，最终得到目标估计位置。
本实施例流程如下：
步骤1.分别计算第2-5号基站与1号基站的测得的距离差的平方，并以向量的形式给出：
步骤2.在坐标为(47156+0.3*k1，195200+0.3*k2，843.28+0.3*k3)(m)的网格点处，分别计算1-5号基站与该网格点的距离并以向量的形式给出：
其中，k1，k2，k3为不大于30的正整数。
步骤3.将2-5号基站与1号基站之间的测距差和1号基站到网格点(29051+0.3*k1，198940+0.3*k2，834.56+0.3*k3)(m)的距离相乘，并以向量的形式给出：
步骤4.分别计算2-M号基站到网格点(x0+k1Δx，y0+k2Δy，z0+k3Δz)的距离和1号基站到网格点(x0+k1Δx，y0+k2Δy，z0+k3Δz)的距离的平方差，并以向量的形式给出：
步骤5.将步骤1、3、4中的向量构成以下代价函数||D3-D1-2D2||，遍历搜索(k1，k2，k3)，求解使得代价函数值最小的解，即所求得解(46560，19360，803)(m)为快速时差定位网格搜索估计得到的目标位置。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种快速的时差定位网格搜索方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、设有M个基站，基站坐标分别为(al,bl,cl)，将搜索网格在x轴上划分为kx份，网格大小为△x；在y轴上划分为ky份，网格大小为△y；在z轴上划分为kz份，网格大小为△z；其中，搜索中心为(x0,y0,z0)；
S2、分别计算第2至M号基站与1号基站的测得的距离差的平方，并以向量的形式给出：
所测得的m号基站与目标的距离与1号基站与目标的距离的差为dm1，2＜m≤M；
S3、在坐标为(x0+k1△x,y0+k2△y,z0+k3△z)的网格点处，分别计算1至M号基站与该网格点的距离并以向量的形式给出：
其中，1号基站在坐标为(x0+k1△x,y0+k2△y,z0+k3△z)的网格上的测距值为/>m号基站在该网格点上的测距值为/>其中k1,k2,k3分别为不大于kx,ky,kz的正整数；
S4、将2至M号基站与1号基站之间的测距差和1号基站到网格点(x0+k1△x,y0+k2△y,z0+k3△z)的距离相乘，并以向量的形式给出：
S5、分别计算2至M号基站到网格点(x0+k1△x,y0+k2△y,z0+k3△z)的距离和1号基站到网格点(x0+k1△x,y0+k2△y,z0+k3△z)的距离的平方差，并以向量的形式给出：
S6、将步骤S2、S4、S5中的向量构成以下代价函数：||D3-D1-2D2||，搜索(k1,k2,k3)，求解使得代价函数值最小的解，即：所求的解(kmin1,kmin2,kmin3)为快速时差定位网格搜索求得的目标位置。
2.根据权利要求1所述的一种快速的时差定位网格搜索方法，其特征在于，所述M为5。
3.根据权利要求1所述的一种快速的时差定位网格搜索方法，其特征在于，通过求解代价函数来得到目标位置。
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