申请/专利权人：大连理工大学

申请日：2024-03-26

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN118226376A

主分类号：G01S5/14

分类号：G01S5/14;G01S19/11;G01S19/40;G01S19/39

优先权：

专利状态码：在审-公开

法律状态：2024.06.21#公开

摘要：本发明属于电子、通信与自动控制领域，涉及到基于无线信号的用户定位，具体为一种无人机转发卫星信号定位方法。无人机利用其移动性和地面站实现卫星伪距误差校正，四个或更多无人机将接收到的卫星信号附加伪距测量校正信息转发到给定区域。被定位目标利用转发信号测量无人机到其天线的信号到达时间差，再利用卫星坐标和校正伪距、信号到达时间差测量、无人机几何分布和无人机与地面目标的几何分布，实现无人机和其本身位置坐标联合解算。该方法利用无人机运动保持信号对目标的持续有效性，实现目标可靠定位。这将提高现有导航卫星系统的导航定位能力，增强无缝定位有效性，提高目标的定位有效性和精度。

主权项：1.一种无人机转发卫星信号定位方法，其特征在于，步骤如下：1基于无人机移动性实现卫星伪距误差校正首先无人机利用多个卫星的直射信号获取其坐标估计地面站的真实坐标记为x0,y0,z0；无人机将沿直线向地面站运动；无人机利用估计坐标和地面站坐标x0,y0,z0计算移动方向；无人机在移动时控制姿态并用传感器测量其移动距离，记为Δr；由于无人机的坐标估计有误差，当无人机认为其从位置q1处移动到q2处时，q1为无人机初始估计坐标处，实际情况是从其真实位置p1处移动到p2处；记r为在无人机移动前无人机与地面站的距离，而r'是在无人机移动后无人机与地面站的距离；对于距离r和r'，无人机利用传感器或无线通信技术进行测量，是无人机的估计位置到地面站的距离，这样，当无人机利用其估计坐标计划从q1处移动到q2处时，其真实移动轨迹是从p1到p2；无人机的移动距离在一定范围内，认为在该范围内，无人机的定位偏差近似，从而估算无人机的定位距离偏差er： 基于卫星伪距测量值，利用牛顿迭代和最小二乘法估算无人机Ui坐标时，雅可比矩阵Gu,i表示为 其中，Ns为卫星个数；Xu,i为无人机Ui的坐标，Xu,i＝xi,yi,zi，为卫星的坐标，||·||代表欧式距离操作；无人机Ui的定位误差与伪距测量误差的关系表示为 因为无人机相对距离近，对于同一颗卫星的信号，作为伪距误差主导因素的大气层误差认为对所有无人机近似相等；这样，利用无人机定位距离误差与伪距测量误差的关系和无人机的移动轨迹估计信息，对卫星伪距测量误差做估计；2无人机到目标的信号到达时间差测量利用无人机之间的双向通信和双方握手消息到达地面目标的时间差实现无人机到目标的信号到达时间差测量，同时实现无人机之间的同步；具体过程为：无人机信号转发处理延迟记为τp,所有无人机的信号处理延迟接近相等；对于无人机U1和U2的通信，每个无人机发送的信息将被另一无人机收到，同时也将被地面目标Gv接收；I无人机U1在时刻发送的第1个请求信息REQ1将在时刻被无人机U2接收，同时该信息将被地面目标在时刻接收；发送完REQm消息后，其中，m≥1，U1将在时刻发送REQm+1消息，消息REQm将在时刻被地面目标Gv接收；所有REQ请求消息具有相同的消息格式和长度，这样两个连续REQ消息之间的时间间隔为常数，记为τc；II经τp信号处理时间延迟，U2在处理完REQ1消息后将在时刻发送响应消息RES1，该响应消息将在时刻到达无人机U1，同时该响应消息也将在时刻到达地面目标Gv；III在时刻当地面目标开始定位解算时，记其收到的最新的REQ消息为REQm，接收时刻为消息REQm由U1在时刻发出，且REQm消息含响应消息RESk-1在U1处的接收时刻而RESk-1由U2在发出以响应请求消息REQk-1；IV这样，在时刻从无人机U1和U2到地面目标的信号到达时间差为： 其中代表从U1到U2的信号传播时间；t和T的上标均表示发送或接收的序列号；和都在地面目标处测量，而和都在U1处测量，因此相应钟差消除；的估计需要考虑U1和U2位置的动态变化，通过无人机之间相对距离变化进行估计；在测量无人机到地面目标的信号到达时间差的同时，利用无人机之间握手消息实现无人机之间时钟同步；3无人机与目标位置坐标联合解算为减少卫星到无人机的测距误差和无人机位置计算误差对地面目标定位的影响，将地面目标位置并入无人机位置同一解算空间中，将无人机和地面目标的坐标进行联合同步求解；具体过程为：利用卫星到无人机的伪距测量建立无人机坐标解算式5；利用无人机到地面目标的信号到达时间差建立地面目标坐标解算式6；利用多个无人机形成的几何分布对无人机坐标进行约束，在无人机之间相对距离精确测量情况下，建立无人机几何分布约束式7；利用无人机与地面目标形成的几何分布进一步对位置解算空间进行约束，建立无人机与地面目标之间几何关系约束式8；这样，基于卫星到无人机的伪距测量值和从无人机到地面目标的信号到达时间差测量值，并以无人机之间及无人机与地面目标形成的几何分布作为约束，利用公式5、6、7和8对无人机和地面目标坐标进行联合求解， 其中为卫星的坐标，Xu,i为无人机Ui的坐标，Xv为地面目标的坐标，Ns为卫星个数，Nu为无人机个数；为从卫星到无人机Ui的伪距观测值，Δti,j为从无人机Ui和Uj到地面目标的信号到达时间差测量值，di,j为无人机Ui和Uj之间的相对距离测量值，θi,v和分别为无人机Ui相对于地面目标的方向角和仰角观测值，lXu,i,Xv代表利用无人机坐标和地面目标坐标计算无人机Ui相对于地面目标的方向角和仰角；为从卫星到无人机Ui的伪距测量误差，代表从无人机Ui和Uj到地面目标信号到达时间差的测量误差，为无人机Ui和Uj之间的相对距离测量误差，为方向角和仰角的观测误差。

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百度查询： 大连理工大学 一种无人机转发卫星信号定位方法

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