[发明专利]一种基于微空间电磁特征实时建图的自主定位方法

权利要求书

1.一种基于微空间电磁特征实时建图的自主定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在定位对象上安装多个具有相同特性的无线电接收天线，以多个无线电接收天线为顶点所围成的微空间与定位对象潜在运动矢量轴线存在交集；通过测量建立多天线间的相对空间关系矩阵

式中，[x_i,y_i,z_i]表示第i个天线的相位中心在相对坐标系中的位置，n为天线总数；

(2)每个天线具有独立的接收通道，并采用相同的时钟源为多个接收通道提供统一的时频基准，接收通道可输出对环境电磁场观测所获取的频谱、强度、载波相位变化率，以及其它反映环境电磁特征的参数；将第i个天线在时刻t输出的k个观测参数标记为集合

T_i(t)＝{α₁,α₂,…α_k}

用T_i(t,α_k)表示第i个天线观测到的参数α_k；不同的天线观测参数集合中，具有相同下标的α_k代表相同含义的电磁特征参数；

(3)定位对象根据所处空间及自身活动特征设定一个时间门限η_t，其含义为多天线间到达彼此所处绝对位置所经历的最大时间；

(4)定位对象需要定位时，首先保持静止状态，检测各个天线输入参数集合T_i(t)在以η_t为观测时间周期下含有的准静态量，记为子集再在n个天线的子集中提取在数值上存在差异的观测参数，形成微空间建图参数子集D(t)＝{α₁,α₂,…α_r}；若D(t)为空集，则报告当前不可定位，通过变更定位对象的静止位置进行再次尝试；

(5)若D(t)不为空集，则将矩阵A或通过其它手段获取的多天线空间坐标作为多天线初始化坐标B(t)，以多天线位置为顶点所围成的微空间定义为U(t)，对D(t)在U(t)内的分布进行预测计算，其计算方法为，在相对坐标系下取微空间中的任意一点[x_e,y_e,z_e]，参数α_r∈D(t)的估计值为

式中，函数f(·)为根据空间矢量关系设置的插值拟合系数；由此得到微空间U(t)内D(t)分布状态W(t,e,α_r)e∈U(t),α_r∈D(t)，记录瞬时的分布状态数据并不断更新，实现对微空间电磁特征的实时建图；

(6)定位对象开始移动，处于运动方向后方的天线进入上一时刻多天线围成的微空间，提取其在t+Δt观测参数集T_i(t+Δt)中的{α₁,α₂,…α_r}，并计算和W(t,e,α_r)中各空间点位特征数值集的最小加权欧式距离：

式中，β_j为根据不同电磁特征参数特征设置的置信度权值；

获取最小加权欧式距离在U(t)中所对应的空间点

(7)设定欧氏距离匹配置信门限η_s，若超出门限η_s，重新执行步骤(6)；若在门限内，则认为到空间点的映射关系有效，认为天线i在t+Δt时刻处于U(t)中的位置；

(8)在t+Δt时刻，对于平面移动的定位对象至少存在两个天线节点或三维移动的定位对象至少存在三个天线节点在U(t)中存在有效的映射点时，认为可连续定位，否则重新执行步骤(6)；在可连续定位的情况下，根据天线节点在t时刻的相对坐标系下的空间坐标[x_i,y_i,z_i]，以及在t+Δt时刻映射点的坐标通过坐标转换算法计算天线间相对空间关系不变条件下的空间坐标旋转和平移矩阵，进而得到在定位对象相对坐标系的原点和三轴指向固定不变下，t+Δt时刻多天线的空间坐标矩阵，并作为步骤(5)中B(t)的更新值B(t+Δt)；

(9)计算任意天线节点i在B(t)中的坐标到B(t+Δt)中对应坐标的移动向量，取为t至t+Δt时刻的空间移动矢量l_i(t,t+Δt)；

(10)重复步骤(5)至步骤(9)，获得任意天线节点在离散时域上的空间移动矢量，对其进行积分，获得定位对象上安装的天线节点从定位对象完成初始化并开始移动后的定位值，定位值所在的坐标系与多天线初始化坐标B(t)所在的坐标系一致。