[发明专利]一种基于时空域联合处理的集中式协作定位系统和方法

权利要求书

1.一种基于时空域联合处理的集中式协作定位系统的集中式协作定位方法，所述系统中存在多个节点和一个中心处理节点，其中的中心处理节点负责完成所有节点的定位；中心处理节点中包括多时间片观测信息缓存模块(101)、节点轨迹信息反演模块(102)、节点状态信息初估计模块(103)、时空域联合处理模块(104)；观测信息同时作为多时间片观测信息缓存模块(101)、节点状态信息初估计模块(103)的输入，当前时刻各节点状态变量作为节点轨迹信息反演模块(102)的输入，多时间片观测信息缓存模块(101)、节点轨迹信息反演模块(102)、节点状态信息初估计模块(103)的输出同时作为时空域联合处理模块(104)的输入，时空域联合处理模块(104)的输出作为结果；

其特征在于，所述集中式协作定位方法包括如下步骤：

(1)多时间片观测信息缓存模块作为一个数据缓存模块，在每个时间片，该模块缓存了系统中所有节点在当前时刻往前回溯的多个时间片内的所有观测信息，将这些观测信息送入到时空域联合处理模块；

(2)节点轨迹信息反演模块基于系统中所有节点在当前时刻的状态信息变量，推算出这些节点在往前回溯的多个时间片内的位置信息，得到这些节点在这些时间片内的轨迹信息，将所有节点的轨迹信息送入到时空域联合处理模块；

所述的步骤(2)具体为：

基于当前时刻节点的位置变量结合节点的运动状态变量，推算出前K-1个时刻所有节点的位置信息；假定各个节点在这K个时间片内处于匀加速直线运动状态，基于k时刻节点的运动状态，定义节点m在时刻的位置信息为：

其中，表示节点m在k时刻的速度信息，表示加速度，ΔT_t＝(t-k)ΔT，ΔT表示时间片的长度，上式表示了节点m从τ时刻到k时刻的K个时间片的轨迹信息，定义节点的状态变量为

则节点m的轨迹信息可以表示为

其中，I₂表示2×2的单位矩阵，将所有节点的轨迹信息送入到时空域联合处理模块；

(3)节点状态信息初估计模块基于单时间片的观测信息，对系统中所有节点的状态信息进行初估计；将这些状态信息初估计送入到时空域联合处理模块；

定义此时的待估计量为其中首先，基于k-1时刻的后验估计对当前时刻的进行预测

其中，矩阵F为

0₂表示2×2的全零矩阵，表示估计量的协方差矩阵，为系统建模噪声的协方差矩阵，然后计算出观测数据关于的雅克比矩阵：

接着，计算出测量余量及测量余量协方差矩阵：

其中

表示节点m的所有邻近节点，矩阵是一个对角阵：

然后计算出卡尔曼增益：

最后，计算出的后验估计及其协方差矩阵：

将这些估计信息作为节点状态信息的初始估计值，送入到时空域联合处理模块；

(4)时空域联合处理模块将节点状态信息初估计模块提供的节点状态信息估计作为解算的初值，利用运动轨迹约束对系统中所有节点在多时间片的观测信息进行时空域的联合处理，得到当前时刻各个节点的状态估计，这其中就包括了节点位置的估计值；

所述的步骤(4)具体为：

时空域联合处理模块基于节点状态信息初估计模块提供的节点状态信息的初始估计值，利用节点的运动轨迹约束对多时间片的观测信息进行融合，得到当前时刻各个节点的状态估计，这其中就包括了节点位置的估计值，具体来讲，定义M表示网络中节点的数量，基于多时间片的观测信息以及z^k的最大似然估计为

2.如权利要求1所述的集中式协作定位方法，其特征在于所述的步骤(1)具体为：

在当前时间片k，多时间片观测信息缓存模块将当前时刻往前回溯K个时间片的所有时间片内的观测数据缓存下来，这些观测信息包括了参考节点的位置估计信息以及所有节点间的相对距离信息其中，τ＝k-K+1；将这些观测信息送入到时空域联合处理模块。