CN114679679A - 基于自组网链路的班组协同定位方法、系统及终端 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及个体精确定位技术领域，尤其涉及基于自组网链路的班组协同定位方法、系统及终端，将协同定位终端配备给班组所有单兵个体，协同定位终端通过融合自组网通信、自组网定位、RTK定位及Mems定位技术，在班组自组网链路中广播定位成功的单兵个体自身位置信息，为受到环境干扰而不能采用卫星干扰的其余单兵个体的定位终端提供定位参考信息，协同定位终端通过自组网定位技术计算距离差，反算出受干扰单兵个体的经纬度坐标，通过气压计得到海拔信息，完成班组对所有受干扰的单兵个体精确定位，实现在复杂的环境完成班组间协同多模高精度定位，解决个体定位易受环境干扰及定位精度低的问题。

Description

基于自组网链路的班组协同定位方法、系统及终端
技术领域
本发明涉及个体精确定位技术领域，尤其涉及一种基于自组网链路的班组协同定位方法、系统及终端。
背景技术
传统单兵智能装备采用单卫星定位的方式且单兵个体间独立，在城市环境中单兵定位易受环境干扰，导致单兵出现定位不准确，态势不清晰的情况，对于后台指挥人员制定是种巨大的挑战。
为确保班组在城市环境中具有实时高精度位置信息，提供了一种具备自组网通信、多模高精度协同定位方法，协助班组成员间完成高精度定位。
发明内容
针对上述班组中的单兵在城市环境下，定位不准确的问题，提供将自组网通信、自组网定位与RTK定位技术进行融合应用于高精度班组的基于自组网链路的班组协同定位方法、系统及终端。
为解决上述技术问题，本发明提供基于自组网链路的班组协同定位方法，包括以下步骤：
S1、班组中的所有单兵个体使用协同定位终端搜索并锁定卫星，不满足卫星定位条件的协同定位终端通过自组网接收定位成功的协同定位终端广播的信息；
S2、对班组中至少3个单兵个体完成定位，将定位成功的单兵个体的经纬度信息及海拔值信息作为定位参考信息，对定位参考信息实时通过协同定位终端的自组网在小组内进行广播；
S3、未定位成功的单兵个体的协同定位终端通过自组网接收所述定位参考信息，将数个定位参考信息作为数个锚节点，将未定位成功的单兵个体信息作为未知节点，筛选所有锚节点中RSSI值最强的3个，计算得到未知节点与3个锚节点之间的三维直线距离；
S4、通过气压计得到未知节点的海拔值；通过加权质心算法消除所述锚节点与未知节点的高度不位于同一水平平面的影响，得到锚节点与未知节点之间的二维直线距离；
S5、根据三边定位算法计算得到未知节点的经纬度坐标，结合未知节点的海拔值，完成对未知节点的精确定位。
本发明将自组网通信、自组网定位与RTK定位技术进行融合应用于高精度班组，高精度班组的自组网络中存在少量锚节点，其锚节点的位置通过卫星定位的方式获取，通过自组网将锚节点自身定位的经纬度信息及海拔值信息在自组网内广播，其余未成功通过卫星定位的未知节点通过自组网广播接收锚节点的定位信息，并依据自组网RSSI技术与三边定位算法完成自身定位，从而完成班组内所有成员定位，协同定位终端采用OFDM+LDPC调制编码技术，具备绕射性能好和传输距离远的特性，即使锚节点与未知节点相隔5km，都能成功定位，摆脱单独依靠北斗定位干扰等问题。
进一步的，所述步骤S1中，卫星定位条件包括协同定位终端锁定卫星的颗数大于或等于4及卫星的信噪比大于或等于40dB。
进一步的，所述步骤S3中，通过自组网RSSI技术得到未知节点与已知锚节点之间的三维直线距离的公式如下：
Figure RE-GDA0003638736940000021
其中，d为未知节点与已知锚节点之间的三维直线距离，单位为米；Pt为锚节点的发射信号功率；Pr(d)为未知节点接收到的锚节点的发射信号功率；Gt为发射天线的增益；Gr为接收天线的增益；L为系统损耗因子；λ为波长，单位为米。
进一步的，所述步骤S4中，通过气压计得到未知节点的海拔值为h，则3 个锚节点对应的海拔值分别为h1、h2及h3；未知节点与3个锚节点的三维直接距离分别为d1、d2、d3，得到数个锚节点与未知节点之间的二维直线距离分别为d′1、d′2及d′3，公式如下：
Figure RE-GDA0003638736940000031
Figure RE-GDA0003638736940000032
Figure RE-GDA0003638736940000033
。
进一步的，所述步骤S5，
基于步骤S4得到的未知节点与3个锚节点二维距离分别为d′1、d′2及d′3，3个锚节点的经纬度坐标分别为(x1，y1)、(x2，y2)及 (x3，y3)，通过三边定位算法得到未知节点经纬度信息，由：
d′1 2＝(x1-x)2+(y1-y)2
d′2 2＝(x2-x)2+(y2-y)2
d′3 2＝(x3-x)2+(y3-y)2
其中，将3个锚节点与未知节点的经纬度坐标信息建立二维三边模型，计算得到未知节点的经纬度坐标(x，y)，公式如下：
Figure RE-GDA0003638736940000034
Figure RE-GDA0003638736940000035
基于未知节点的经纬度坐标(x，y)及海拔值h，完成对未知节点的定位。
本发明实施例还提供一种基于自组网链路的班组协同定位系统，包括：用于组建自组网链路的若干协同定位终端，搜索并锁定卫星，判断是否满足卫星定位条件，若满足，则定位成功，定位成功的协同定位终端将自身经纬度信息及海拔值信息作为定位参考信息实时在自组网内进行广播；若不满足，未定位成功的协同定位终端通过自组网接收所述定位参考信息，将数个定位参考信息作为数个锚节点，未定位成功的协同定位终端作为未知节点，筛选所有锚节点中RSSI值最强的3个，计算得到自身与3个锚节点之间的三维直线距离；通过气压计得到未知节点的海拔值；未知节点通过加权质心算法消除所述锚节点与自身的高度不位于同一水平平面的影响，得到锚节点与自身之间的二维直线距离；并根据三边定位算法计算得到自身的经纬度坐标，结合未知节点的海拔值，完成对自身位置的精确定位。
本发明实施例还提供基于自组网链路的班组协同定位终端，所述协同定位终端用于搜索并锁定卫星，判断是否满足卫星定位条件，若满足，则定位成功，将自身经纬度信息及海拔值信息作为定位参考信息，实时在自组网小组内进行广播；若不满足，则通过自组网接收班组中至少3个定位成功的协同定位终端所广播的所述定位参考信息，将数个定位参考信息作为数个锚节点，将自身作为未知节点，筛选所有锚节点中RSSI值最强的3个，计算得到自身与3个锚节点之间的三维直线距离；通过气压计得到未知节点的海拔值；未知节点通过加权质心算法消除所述锚节点与自身的高度不位于同一水平平面的影响，得到锚节点与自身之间的二维直线距离；并根据三边定位算法计算得到自身的经纬度坐标，结合自身的海拔值，完成对自身位置的精确定位。
相比于现有技术，本发明的优点及有益效果在于：本发明将自组网通信、自组网定位技术及RTK定位技术进行融合，实现在复杂的环境完成班组间协同多模高精度定位，解决个体定位易受环境干扰及定位精度低的问题。
附图说明
图1为本发明的方法工作流程示意图；
图2为本发明中未知节点与锚节点之间三维高度差关系示意图；
图3为本发明的二维三边定位模型示意图。
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，下面通过具体实施方式结合附图对本发明做具体详细说明。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。
如图1所示，本实施例提供一种基于自组网链路的班组协同定位方法，包括以下步骤：
S1、班组中的所有单兵个体使用协同定位终端搜索并锁定卫星，不满足卫星定位条件的协同定位终端通过自组网接收定位成功的协同定位终端广播的信息；
S2、对班组中至少3个单兵个体完成定位，将定位成功的单兵个体的经纬度信息及海拔值信息作为定位参考信息，对定位参考信息实时通过协同定位终端的自组网在小组内进行广播；
S3、未定位成功的单兵个体的协同定位终端通过自组网接收定位参考信息，将数个定位参考信息作为数个锚节点，将未定位成功的单兵个体信息作为未知节点，筛选所有锚节点中RSSI值最强的3个，计算得到未知节点与3个锚节点之间的三维直线距离；
S4、通过气压计得到未知节点的海拔值；通过加权质心算法消除锚节点与未知节点的高度不位于同一水平平面的影响，得到锚节点与未知节点之间的二维直线距离；
S5、根据三边定位算法计算得到未知节点的经纬度坐标，结合未知节点的海拔值，完成对未知节点的精确定位。
本发明将自组网通信、自组网定位与RTK定位技术进行融合应用于高精度班组，高精度班组的自组网络中存在少量锚节点，其锚节点的位置通过卫星定位的方式获取，通过自组网将锚节点自身定位的经纬度信息及海拔值信息在自组网内广播，其余未成功通过卫星定位的未知节点通过自组网广播接收锚节点的定位信息，并依据自组网RSSI技术与三边定位算法完成自身定位，从而完成班组内所有成员定位，协同定位终端采用OFDM+LDPC调制编码技术，具备绕射性能好和传输距离远的特性，即使锚节点与未知节点相隔5km，都能成功定位。
具体的，步骤S1中，卫星定位条件包括协同定位终端锁定卫星的颗数大于或等于4及卫星的信噪比大于或等于40dB。当协同定位终端所连接的卫星能同时满足上述两个条件即可对单兵个体完成定位；若两个条件中任意一条或两条都不能满足则继续进行步骤S2，具体实现对受干扰的单兵个体完成定位。
具体的，步骤S3中，通过自组网RSSI技术得到未知节点与已知锚节点之间的三维直线距离的公式如下：
Figure RE-GDA0003638736940000061
其中，d为未知节点与已知锚节点之间的三维直线距离，单位为米；Pt为锚节点的发射信号功率；Pr(d)为未知节点接收到的锚节点的发射信号功率；Gt为发射天线的增益；Gr为接收天线的增益；L为系统损耗因子；λ为波长，单位为米。
具体的，步骤S4中，通过气压计得到未知节点的海拔值为h，则3个锚节点对应的海拔值分别为h1、h2及h3；未知节点与3个锚节点的三维直接距离分别为d1、d2、d3，得到数个锚节点与未知节点之间的二维直线距离分别为d′1、d′2及 d′3，公式如下：
Figure RE-GDA0003638736940000062
Figure RE-GDA0003638736940000063
Figure RE-GDA0003638736940000064
。
具体的，如图2，步骤S5，
基于步骤S4得到的未知节点与3个锚节点二维距离分别为d′1、d′2及d′3，3个锚节点的经纬度坐标分别为(x1，y1)、(x2，y2)及 (x3，y3)，通过三边定位算法得到未知节点经纬度信息，由：
d′1 2＝(x1-x)2+(y1-y)2
d′2 2＝(x2-x)2+(y2-y)2
d′3 2＝(x3-x)2+(y3-y)2
其中，如图3所示，将3个锚节点与未知节点的经纬度坐标信息建立二维三边模型，计算得到未知节点的经纬度坐标(x，y)，公式如下：
Figure RE-GDA0003638736940000071
Figure RE-GDA0003638736940000072
基于未知节点的经纬度坐标(x，y)及海拔值h，完成对未知节点的定位。
一种基于自组网链路的班组协同定位系统，包括：用于组建自组网链路的若干协同定位终端，搜索并锁定卫星，判断是否满足卫星定位条件，若满足，则定位成功，定位成功的协同定位终端将自身经纬度信息及海拔值信息作为定位参考信息实时在自组网内进行广播；若不满足，未定位成功的协同定位终端通过自组网接收所述定位参考信息，将数个定位参考信息作为数个锚节点，未定位成功的协同定位终端作为未知节点，筛选所有锚节点中RSSI值最强的3个，计算得到自身与3个锚节点之间的三维直线距离；通过气压计得到未知节点的海拔值；未知节点通过加权质心算法消除所述锚节点与自身的高度不位于同一水平平面的影响，得到锚节点与自身之间的二维直线距离；并根据三边定位算法计算得到自身的经纬度坐标，结合未知节点的海拔值，完成对自身位置的精确定位。
一种基于自组网链路的班组协同定位终端，所述协同定位终端用于搜索并锁定卫星，判断是否满足卫星定位条件，若满足，则定位成功，将自身经纬度信息及海拔值信息作为定位参考信息，实时在自组网小组内进行广播；若不满足，则通过自组网接收班组中至少3个定位成功的协同定位终端所广播的所述定位参考信息，将数个定位参考信息作为数个锚节点，将自身作为未知节点，筛选所有锚节点中RSSI值最强的3个，计算得到自身与3个锚节点之间的三维直线距离；通过气压计得到未知节点的海拔值；未知节点通过加权质心算法消除所述锚节点与自身的高度不位于同一水平平面的影响，得到锚节点与自身之间的二维直线距离；并根据三边定位算法计算得到自身的经纬度坐标，结合自身的海拔值，完成对自身位置的精确定位。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所做的具体详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于自组网链路的班组协同定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、班组中的所有单兵个体使用协同定位终端搜索并锁定卫星，不满足卫星定位条件的协同定位终端通过自组网接收定位成功的协同定位终端广播的信息；
S2、对班组中至少3个单兵个体完成定位，将定位成功的单兵个体的经纬度信息及海拔值信息作为定位参考信息，对定位参考信息实时通过协同定位终端的自组网在小组内进行广播；
S3、未定位成功的单兵个体的协同定位终端通过自组网接收所述定位参考信息，将数个定位参考信息作为数个锚节点，将未定位成功的单兵个体信息作为未知节点，筛选所有锚节点中RSSI值最强的3个，计算得到未知节点与3个锚节点之间的三维直线距离；
S4、通过气压计得到未知节点的海拔值；通过加权质心算法消除所述锚节点与未知节点的高度不位于同一水平平面的影响，得到锚节点与未知节点之间的二维直线距离；
S5、根据三边定位算法计算得到未知节点的经纬度坐标，结合未知节点的海拔值，完成对未知节点的精确定位。
2.根据权利要求1所述的基于自组网链路的班组协同定位方法，其特征在于：所述步骤S1中，卫星定位条件包括协同定位终端锁定卫星的颗数大于或等于4及卫星的信噪比大于或等于40dB。
3.根据权利要求1所述的基于自组网链路的班组协同定位方法，其特征在于：所述步骤S3中，通过自组网RSSI技术得到未知节点与已知锚节点之间的三维直线距离的公式如下：
Figure FDA0003513409170000011
其中，d为未知节点与已知锚节点之间的三维直线距离，单位为米；Pt为锚节点的发射信号功率；Pr(d)为未知节点接收到的锚节点的发射信号功率；Gt为发射天线的增益；Gr为接收天线的增益；L为系统损耗因子；λ为波长，单位为米。
4.根据权利要求3所述的基于自组网链路的班组协同定位方法，其特征在于：所述步骤S4中，通过气压计得到未知节点的海拔值为h，则3个锚节点对应的海拔值分别为h1、h2及h3；未知节点与3个锚节点的三维直接距离分别为d1、d2、d3，得到数个锚节点与未知节点之间的二维直线距离分别为d′1、d′2及d′3，公式如下：
Figure FDA0003513409170000021
Figure FDA0003513409170000022
Figure 3
5.根据权利要求4所述的基于自组网链路的班组协同定位方法，其特征在于：所述步骤S5，基于步骤S4得到的未知节点与3个锚节点二维距离分别为d′1、d′2及d′3，3个锚节点的经纬度坐标分别为(x1，y1)、(x2，y2)及(x3，y3)，通过三边定位算法得到未知节点经纬度信息，由：
d′1 2＝(x1-x)2+(y1-y)2
d′2 2＝(x2-x)2+(y2-y)2
d′3 2＝(x3-x)2+(y3-y)2
其中，将3个锚节点与未知节点的经纬度坐标信息建立二维三边模型，计算得到未知节点的经纬度坐标(x,y)，公式如下:
Figure FDA0003513409170000024
Figure FDA0003513409170000025
基于未知节点的经纬度坐标(x,y)及海拔值h，完成对未知节点的定位。
6.基于自组网链路的班组协同定位系统，其特征在于，包括：用于组建自组网链路的若干协同定位终端，搜索并锁定卫星，判断是否满足卫星定位条件，若满足，则定位成功，定位成功的协同定位终端将自身经纬度信息及海拔值信息作为定位参考信息实时在自组网内进行广播；若不满足，未定位成功的协同定位终端通过自组网接收所述定位参考信息，将数个定位参考信息作为数个锚节点，未定位成功的协同定位终端作为未知节点，筛选所有锚节点中RSSI值最强的3个，计算得到自身与3个锚节点之间的三维直线距离；通过气压计得到未知节点的海拔值；未知节点通过加权质心算法消除所述锚节点与自身的高度不位于同一水平平面的影响，得到锚节点与自身之间的二维直线距离；并根据三边定位算法计算得到自身的经纬度坐标，结合未知节点的海拔值，完成对自身位置的精确定位。
7.基于自组网链路的班组协同定位终端，其特征在于，所述协同定位终端用于搜索并锁定卫星，判断是否满足卫星定位条件，若满足，则定位成功，将自身经纬度信息及海拔值信息作为定位参考信息，实时在自组网小组内进行广播；若不满足，则通过自组网接收班组中至少3个定位成功的协同定位终端所广播的所述定位参考信息，将数个定位参考信息作为数个锚节点，将自身作为未知节点，筛选所有锚节点中RSSI值最强的3个，计算得到自身与3个锚节点之间的三维直线距离；通过气压计得到未知节点的海拔值；未知节点通过加权质心算法消除所述锚节点与自身的高度不位于同一水平平面的影响，得到锚节点与自身之间的二维直线距离；并根据三边定位算法计算得到自身的经纬度坐标，结合自身的海拔值，完成对自身位置的精确定位。
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