專利名稱：Toa/tdoa模式下設(shè)置模式被動定位的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明致力于解決與TOA(到達(dá)時間)或TDOA(到達(dá)時間差)模式下的目標(biāo)被動定位相關(guān)的問題。
對于TOA而言，本發(fā)明通過在同一個接收機(jī)上分析一個或多個發(fā)射機(jī)發(fā)射并被目標(biāo)反射的波的到達(dá)時間，從而能夠定位任何目標(biāo)。
對于TDOA而言，本發(fā)明通過測量同步且在空間中分散的若干接收機(jī)上的發(fā)射波的到達(dá)時間差異，從而能夠定位發(fā)射目標(biāo)。
本發(fā)明更具體而言(但非排他地)涉及被動雷達(dá)領(lǐng)域。
利用其一般性質(zhì)，本發(fā)明還解決了所有的模式組合(多個TOA、多個TDOA、甚至混合的TOA/TDOA)問題。

背景技術(shù)：
無論在TOA或TDOA模式中，被動定位(passive location)方法的基本原理都是通過使用由不同信息源同時供應(yīng)的信息來確定目標(biāo)的定位。
在TOA模式，或“到達(dá)時間”模式中，人們的興趣集中在由一個或多個發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號以及由目標(biāo)反射的相同信號上。對于給定發(fā)射機(jī)而言，使用正向路徑(發(fā)射機(jī)-＞接收機(jī))和反射路徑(發(fā)射機(jī)-＞目標(biāo)-＞接收機(jī))之間的延遲測量值定義采取橢圓形或橢球體形式的定位曲線(或者，如果在3D中處理問題，則為定位表面)。
于是，如果同時分析若干發(fā)射機(jī)，且如果有能力接收正向和反射路徑，則能夠確定通過確定不同定位曲線/表面相互相交的點(diǎn)/區(qū)域來尋求的目標(biāo)定位。
在TDOA模式或“到達(dá)時間差”模式中，興趣集中在借助若干同步的接收機(jī)(至少兩個)，即主接收機(jī)和一個(或多個)輔助接收機(jī)定位發(fā)射目標(biāo)。如在TOA模式中那樣，然后根據(jù)測量源于目標(biāo)且在不同時刻到達(dá)每個接收機(jī)的不同信號之間的延遲建立的定位曲線(雙曲線或雙曲面)從幾何學(xué)上確定發(fā)送目標(biāo)的定位。
被動定位導(dǎo)致的問題之一源于考慮到接收機(jī)提供的測量值的不確定性。在實(shí)踐中，為了生成目標(biāo)的精確定位，必需要盡可能精確地知道與影響測量的不確定性兼容的定位區(qū)域。因此，定位曲線位于現(xiàn)實(shí)定位區(qū)域中，每個區(qū)域位于兩個極端曲線之間，其間距取決于接收機(jī)的精確度。以這種方式，在實(shí)踐中，利用若干發(fā)射源(TOA模式)或若干接收機(jī)(TDOA模式)理想獲得的不同定位曲線的交點(diǎn)被這些點(diǎn)所在的相交區(qū)域替換。
然后，搜索與測量兼容的定位區(qū)域首先涉及對所述區(qū)域進(jìn)行數(shù)學(xué)表征，隨后在相關(guān)空間(即，尋求目標(biāo)存在的空間)中搜索它們。
用于進(jìn)行這種搜索的通常方法一般是網(wǎng)格方法，其涉及對尋找目標(biāo)的所有空間，即大到足以包含不確定性區(qū)域的空間進(jìn)行細(xì)微的網(wǎng)格化(meshing)，并系統(tǒng)分析每個網(wǎng)格以檢查其是否屬于定位區(qū)域。還有最小二平方型甚至概率統(tǒng)計(jì)方法的代數(shù)方法，其復(fù)雜性(因此其實(shí)施的復(fù)雜性)隨著信息源數(shù)量增大而增大。除了網(wǎng)格方法之外，這些方法中的沒有任一種提供了精細(xì)地恢復(fù)與測量誤差相關(guān)聯(lián)的不確定性區(qū)域的方法(它們僅給出誤差橢圓或橢球)。此外，網(wǎng)格方法需要大計(jì)算能力以充分快地處理每個網(wǎng)格并充分快地確定定位區(qū)域。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是在分辨率(resolution)方面受益于網(wǎng)格處理的優(yōu)點(diǎn)，而不受其缺點(diǎn)影響。
為此，本發(fā)明的一個主題是一種在TOA或TDOA模式中被動定位目標(biāo)的方法，該方法將初始空間(要在其中定位目標(biāo))連續(xù)細(xì)分(subdivision)成塊。迭代地分析塊集。在每次迭代時，將相關(guān)的每個塊細(xì)分成更小的相同子塊。根據(jù)本發(fā)明，相關(guān)塊是包括至少一個屬于被尋找定位區(qū)域的點(diǎn)的塊。當(dāng)在當(dāng)前迭代獲得的子塊大小(分辨率)對應(yīng)于期望分辨率時，停止迭代過程。
該過程得到的塊集提供了對尋找的定位區(qū)域形狀的近似(如果后者存在于初始空間中的話)。
更具體而言，其主體是一種在TOA或TDOA模式中被動定位目標(biāo)的方法，該方法對初始空間(要在其中定位目標(biāo))連續(xù)細(xì)分成塊并在每個塊中搜索屬于被尋找定位區(qū)域的點(diǎn)的存在。本發(fā)明的特征還在于，細(xì)分和搜索是以迭代步驟的形式對所選候選塊執(zhí)行的，每次迭代都修改所選候選塊，因此在每次迭代時，搜索完成前次迭代時獲得的所選塊以找到包含至少一個屬于被尋找定位區(qū)域的點(diǎn)的塊。隨后從所選塊排除不包含任何點(diǎn)的塊，而將包含至少一個點(diǎn)的塊再次細(xì)分成子塊并在所選塊中被適當(dāng)形成的子塊替換。在每次迭代獲得的所選塊以每次迭代都增大的分辨率界定定位區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)形成所選塊的子塊以期望分辨率界定所述定位區(qū)域時，停止所述迭代。
根據(jù)本發(fā)明的方法還包括初始化步驟，其中，定義對應(yīng)于“先驗(yàn)”搜索空間的第一塊[X0]，這一塊構(gòu)成初始所選塊。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的方法主要包括 -初始化步驟，其中，定義對應(yīng)于先驗(yàn)搜索空間(priori searchspace)且導(dǎo)致由塊[X0]形成的初始列表的L00形成的第一塊[X0]， -迭代步驟，包括 -將當(dāng)前列表L0i-1的每個塊[Xn]細(xì)分成四個相鄰的子塊[Xn1]、[Xn2]、[Xn3]和[Xn4]， -從適當(dāng)構(gòu)成的子塊中搜索并選擇包含至少一個形成所述定位區(qū)域的一部分的點(diǎn)的子塊， -更新當(dāng)前列表以獲得列表L0i，其中 -a)刪除未選擇任何子塊的塊[Xn]， -b)用所選的子塊[Xnj]替換其他塊， 迭代步驟還包括比較構(gòu)成列表L0i的塊大小

的操作，在大小

大于期望分辨率對象Δobj時停止該方法。
根據(jù)本實(shí)施例，如果塊[Xnj]的至少一個點(diǎn)滿足如下定義的標(biāo)準(zhǔn)，則選擇該塊 -在″TOA 2D″模式中，0∈J([Xj])且 -在″TDOA 2D″模式中，0∈J([Xj])且 -在″TOA 3D″模式中，0∈J([Xj])且 -在″TDOA 3D″模式中，0∈J([Xj])且 本發(fā)明依賴于用于定位目標(biāo)的設(shè)置模式方法。由間隔對從各種傳感器導(dǎo)出的測量值建模(即它們包括有限的誤差)。知道這些測量值之后，本發(fā)明使用基于特別(ad hoc)設(shè)置模式標(biāo)準(zhǔn)的迭代過程(即TOA/TDOA單/多傳感器，取決于問題)找到并接近期望的分辨率，并找到并接近考慮到測量值可能包含目標(biāo)的所有空間區(qū)域。在本發(fā)明提供了定位問題的方案集的意義上，定位是設(shè)置模式(即，確保一組目標(biāo)定位包含目標(biāo)的真實(shí)定位)。
與網(wǎng)格方法不同的是，不需要對所有空間進(jìn)行網(wǎng)格化，本發(fā)明中使用的迭代過程能夠直接聚焦于感興趣的區(qū)域上。



從接下來的說明書將更好地理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，說明書通過作為非限制范例的特定實(shí)施例并基于附圖解釋了本發(fā)明，在附圖中 -圖1示出了用于實(shí)施TOA模式的典型單發(fā)射機(jī)幾何配置； -圖2是在具有三個發(fā)射源的TOA模式中理想獲得的定位曲線集的示意圖； -圖3示出了用于實(shí)施TDOA模式的典型二接收機(jī)幾何配置； -圖4是在具有三個輔助接收機(jī)的TDOA模式中理想獲得的定位曲線集的示意圖； -圖5是在具有一個發(fā)射源的TOA模式中實(shí)際獲得的定位區(qū)域示意圖； -圖6是在具有一個接收機(jī)的TDOA模式中實(shí)際獲得的定位區(qū)域的示意圖； -圖7是根據(jù)本發(fā)明的方法的理論流程圖； -圖8示出了將根據(jù)本發(fā)明的方法應(yīng)用于具有單發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的TOA 2D模式的例示； -圖9示出了將根據(jù)本發(fā)明的方法應(yīng)用于具有單個輔助接收機(jī)系統(tǒng)的TDOA 2D模式的例示； -圖10示出了將根據(jù)本發(fā)明的方法應(yīng)用于具有雙發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的TOA 2D模式的例示；以及 -圖11示出了將根據(jù)本發(fā)明的方法應(yīng)用于具有雙輔助接收機(jī)系統(tǒng)的TDOA 2D模式的例示。

具體實(shí)施例方式 首先關(guān)注圖1，圖1示意性地示出了TOA定位模式的理想操作原理。為了讓解釋清楚明晰，這里示出的模型是對應(yīng)于分析從單個發(fā)射機(jī)獲得的信號的二維模型(2D單發(fā)射機(jī)模型)。
如圖所示，這種“單發(fā)射機(jī)”操作模式涉及到發(fā)射源12(發(fā)射機(jī))、接收機(jī)11和要定位的目標(biāo)13。為了定位目標(biāo)，接收機(jī)11測量直接源自發(fā)射機(jī)12的接收波(正向波)和源自源12發(fā)射的波在要定位的目標(biāo)13上的反射的接收波(反射波)之間存在的時延。
在這種配置中，如果發(fā)射源12和接收機(jī)11之間的距離表示為L，源12和目標(biāo)13之間的距離為RT，目標(biāo)和接收機(jī)之間的距離為RR，定位目標(biāo)13涉及到測量正向和反射波之間的延遲并通過任何已知適當(dāng)方法從這一時延確定反射波行進(jìn)的距離Rb，Rb被定義為 Rb＝RT+RR 然后如圖2的多義橢圓上的曲線21所示定位目標(biāo)13，橢圓的焦點(diǎn)22和23為發(fā)射源12的定位和接收機(jī)11的定位，其長軸(半長軸)長度為Rb/2。
因此，如果定義一個笛卡兒參照系xOy，該參照系以連接源12和接收機(jī)11的線段[Rx，Tx]14的中點(diǎn)為中心，其矢量

與矢量

共線，則由以下方程表示參照系xOy中該定位橢圓21的方程 其中 a＝Rb/2 且 為了細(xì)化目標(biāo)13的定位，顯然需要若干個發(fā)射源。通過這種方式，對于同一個目標(biāo)13而言，定位橢圓可以與每個源相關(guān)聯(lián)，這些橢圓的交點(diǎn)界定了要定位的源的可能定位。圖2的曲線21和24示出了利用“2D雙發(fā)射機(jī)”配置獲得的結(jié)果，從該配置獲得了兩個定位橢圓，其焦點(diǎn)22、23和25分別是針對橢圓21的接收機(jī)和第一源，針對橢圓24的接收機(jī)和第二源。那么目標(biāo)13的定位的可能地點(diǎn)集合包括兩條曲線的兩個交點(diǎn)26和27。
因此，為了無歧義地確定目標(biāo)13的定位，必需要具有至少一個額外的發(fā)射源(“2D多發(fā)射機(jī)”配置)，三個定位橢圓21、24和28的交點(diǎn)界定單個公共點(diǎn)，例如目標(biāo)13所在的點(diǎn)26。
然后關(guān)注圖3，圖3示意性地示出了TDOA定位模式的理想操作原理。為了讓解釋清楚明晰，如針對TOA模式的表述那樣，這里示出的模型是對應(yīng)于分析從發(fā)射目標(biāo)31獲得并被兩個接收機(jī)32和33接收的信號的二維模型，兩個接收機(jī)32和33彼此遠(yuǎn)離，一個為參考接收機(jī)，稱為主接收機(jī)，另一個是所謂的輔助接收機(jī)，與參考接收機(jī)同步(2D單輔助接收機(jī)模型)。
如圖3所示，這一“輔助單接收機(jī)”操作模式涉及要定位的發(fā)射目標(biāo)31(發(fā)射機(jī))、參考接收機(jī)32和輔助接收機(jī)33。為了定位目標(biāo)，然后分析在參考接收機(jī)接收由目標(biāo)31發(fā)射的波的時刻與輔助接收機(jī)33接收該同一波的時刻之間存在的時延。
在這種配置中，如果兩個接收機(jī)32和33之間的距離表示為L，發(fā)射目標(biāo)31和參考接收機(jī)32之間的距離為RR，發(fā)射目標(biāo)31和輔助接收機(jī)33之間的距離為RR1，定位目標(biāo)31涉及到測量兩個接收機(jī)接收的波之間的延遲并通過任何已知適當(dāng)方法從這一時延確定如下定義的行進(jìn)距離Rd1之差 Rd1＝RR1-RR 然后如圖4中雙曲線上的曲線41所示定位目標(biāo)31，雙曲線具有焦點(diǎn)42和43，焦點(diǎn)是參考接收機(jī)的定位和輔助接收機(jī)的定位，峰之間的距離的值為Rd1/2。
因此，如果定義一個笛卡兒參照系xOy(該參照系以連接參考接收機(jī)32和輔助接收機(jī)33的線段[Rx，Rx1]34的中點(diǎn)為中心，其矢量

與矢量

共線)，則由以下方程表示參照系xOy中該定位雙曲線41的方程 其中 c＝Rd1/2 且 為了細(xì)化目標(biāo)31的定位，顯然需要若干個輔助接收機(jī)。通過這種方式，對于同一個目標(biāo)31而言，定位雙曲線可以與每個參考接收機(jī)/輔助接收機(jī)對相關(guān)聯(lián)。然后這些雙曲線的交點(diǎn)界定了目標(biāo)的可能定位。圖4的曲線41和44示出了利用“2D雙輔助接收機(jī)”配置獲得的結(jié)果，從該配置獲得了兩個定位雙曲線，其焦點(diǎn)42、43和45分別是針對雙曲線41的參考接收機(jī)Rx和輔助接收機(jī)Rx1以及針對雙曲線44的參考接收機(jī)Rx和第二輔助接收機(jī)Rx2。那么目標(biāo)31的定位的可能地點(diǎn)集合包括兩條曲線的交點(diǎn)46和47。
因此，為了無歧義地確定目標(biāo)31的定位，必需要具有至少一個額外的輔助接收機(jī)(“2D多輔助接收機(jī)”配置)，三個定位雙曲線41、44和48的交點(diǎn)界定單個公共點(diǎn)，在該范例中是目標(biāo)31所在的點(diǎn)46。
可以將前面段落通過二維定位(“2D”定位)解釋的理論確定原理自然地?cái)U(kuò)展到空間中的定位(即3D定位)。
在TOA模式中，用空間中的橢球體(ellipsoid)替換“單發(fā)射機(jī)”模式中的定位橢圓(ellipse)，可以用如下方程表示橢球體 其中 a＝Rb/2 且 類似地，在TDOA模式中，用可以由下式表示的空間中的雙曲面(hyperboloid)替換“單輔助接收機(jī)”模式中的定位雙曲線(hyperbola) 其中 c＝Rd1/2 且 現(xiàn)在關(guān)注圖5和6，圖5和6通過TOA 2D模式(圖5)和TDOA 2D模式(圖6)中的簡單定位情形例示了利用接收機(jī)獲得的真實(shí)測量的精度導(dǎo)致的問題。
像任何測量裝置那樣，被動定位系統(tǒng)使用的接收機(jī)提供受某種不精確性影響的測量，可以假定不精確性是有界限的。該不精確性表示在TOA或TDOA模式下執(zhí)行的距離測量不再是用精確值表示，而是用間隔表示，間隔的尺寸對應(yīng)于最大測量誤差。由以下方程定義這些間隔[x]
其中

表示實(shí)數(shù)集。
如果

表示在TOA模式中的測量Rb的最大誤差，則由間隔定義有限誤差的Rb測量 因此，考慮到在“TOA 2D”模式下Rb測量的有限誤差導(dǎo)致關(guān)注的目標(biāo)不在曲線上而是位于由相應(yīng)參數(shù)Rb-和Rb+的兩個共焦橢圓51和52劃界的定位表面上，參數(shù)例如是圖5所示的參數(shù)。可以通過如下參數(shù)形式描述該表面53
其中 [a]＝[Rb]/2 且 是通過應(yīng)用間隔計(jì)算規(guī)則定值的。
類似地，如果在空間中進(jìn)行定位(“TOA 3D”)，考慮到Rb測量的有限誤差導(dǎo)致關(guān)注的目標(biāo)定位處于兩個共焦橢球體界定體積內(nèi)，即可以由如下參數(shù)形式描述體積
對于TOA模式而言，考慮到“TDOA 2D”模式下的Rd1測量的有限誤差導(dǎo)致關(guān)注目標(biāo)的定位不在曲線上，而是在由間隔界定的相應(yīng)參數(shù)Rd1-和Rd1+的兩條共焦雙曲線61和62劃界的定位表面上，間隔例如如圖6所示?？梢杂萌缦聟?shù)形式描述該表面63
其中 [c]＝[Rd1]/2 且 對于在空間中進(jìn)行定位(“TDOA 3D”)的情況而言，考慮到Rd1測量的有限誤差導(dǎo)致關(guān)注的目標(biāo)定位處于兩個共焦雙曲面界定的體積內(nèi)，即可以由如下參數(shù)形式以類似方式描述的體積
現(xiàn)在關(guān)注圖7，圖7示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的原理。為了使根據(jù)本發(fā)明的方法的操作原理解釋更清楚，在此針對特定情況詳細(xì)描述這一原理，該特定情況即，借助“單發(fā)射機(jī)”型(在TOA模式下定位)或“單輔助接收機(jī)”型(在TDOA模式下定位)定位系統(tǒng)搜索定位區(qū)域。
該方法的基本原理涉及到漸進(jìn)地細(xì)化定位區(qū)域。該原理包括，將要分析的空間(即初始搜索塊[x0]×[y0])細(xì)分成相鄰子塊，在子塊中借助特別標(biāo)準(zhǔn)確定目標(biāo)存在的值。再對確認(rèn)存在目標(biāo)的子塊進(jìn)行細(xì)分，并拒絕其他子塊。只要在當(dāng)前分析的塊中確認(rèn)存在目標(biāo)且未達(dá)到停止標(biāo)準(zhǔn)(對應(yīng)于塊寬度對象)，就重復(fù)所得的迭代過程。
為此，根據(jù)本發(fā)明的方法包括若干步驟 -初始化步驟71， -迭代計(jì)算步驟72。
初始化步驟71包括界定對應(yīng)于先驗(yàn)搜索空間的初始塊[X0]。于是在2D模式中，適用以下表達(dá) [X0]＝[X0]×[y0]， 在3D模式中，適用以下表達(dá) [X0]＝[x0]×[y0]×[z0]。
步驟71還涉及使列表L0初始化，列表的大小在實(shí)施該方法期間有變化，包括要研究的塊的列表。利用[X0]對L0的內(nèi)容進(jìn)行初始化。
那么步驟71包括定義用于該方法的停止標(biāo)準(zhǔn)。這里由“對象”分辨率Δobj給出這個停止標(biāo)準(zhǔn)，利用該標(biāo)準(zhǔn)希望最終表征定位區(qū)域。該分辨率自然受到接收機(jī)供應(yīng)的測量精確度限制，但可以在該極限之內(nèi)任意設(shè)置它。在2D定位模式中，可以通過在坐標(biāo)系中xOy中定義它。
步驟71后面為步驟72，步驟72執(zhí)行迭代處理操作，包括兩個嵌套的處理循環(huán)，即主循環(huán)73和二級循環(huán)74。
主循環(huán)73包括利用第二循環(huán)執(zhí)行的處理的結(jié)果更新在初始化時確立的列表L0。于是，在主循環(huán)的每次迭代i上，都有表示為L0i的再更新列表L0可以使用。
在每次迭代上，將形成列表L0i的每個塊

細(xì)分成N個相鄰的子塊(在2D模式中N＝4，在3D模式中N＝8)并在列表L1中分在一起。
對于二級循環(huán)74而言，其包括從L1消除與被尋找的定位區(qū)域不相稱的塊(即不證實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的塊)。
因此，在L0i中由列表L1替換L0i的元
根據(jù)本發(fā)明，選擇該方法以判斷子塊[Xj]是否包括定位區(qū)域的一部分，包括判斷子塊的一個或多個點(diǎn)是否屬于該區(qū)域。
為了在“單發(fā)射機(jī)”或“單輔助接收機(jī)”系統(tǒng)中這樣做，簡單地考慮量J([Xj])，該量是根據(jù)定位模式由下式定義的 -在“TOA 2D”模式中 -在“TOA 3D”模式中 -在“TDOA 2D”模式中 -在“TDOA 3D”模式中 其中，對于“2D”模式，[Xj]＝[xj]×[yj]， 對于“3D”模式，[Xj]＝[xj]×[yj]×[zj]。
因此，為了驗(yàn)證塊[Xj]的至少一個點(diǎn)是否屬于定位區(qū)域，根據(jù)本發(fā)明，檢查是否0∈J([Xj])就足夠了。
主循環(huán)本質(zhì)上是無限循環(huán)，為此需要確定停止條件以及測試該停止條件出現(xiàn)的操作。根據(jù)本發(fā)明，在步驟71中對該停止條件進(jìn)行初始化，該停止條件涉及到希望用于定義定位區(qū)域的分辨率Δobj。于是，主循環(huán)73包括在每次迭代i上的處理結(jié)尾執(zhí)行的測試操作75。這個條件由以下方程定義 其中

代表形成列表Li0的第一塊的分辨率，在這個階段列表的每個塊具有相同的分辨率。
于是，只要發(fā)現(xiàn)方程[11]的條件得到證實(shí)，就重復(fù)迭代計(jì)算步驟72。僅在達(dá)到期望分辨率時停止迭代。
于是，在應(yīng)用于二維TOA或TDOA定位處理操作時，且對于將每個塊迭代細(xì)分成P＝4個子塊，可以用如下動作序列描述根據(jù)本發(fā)明的方法 1.定義分析單元(塊)的初始大小[X0]＝[x0]×[y0]。
2.對被分析塊的列表L0進(jìn)行初始化L00。
3.定義停止標(biāo)準(zhǔn) 4./開始主循環(huán)/(形成L0i) 5.對于n從1變化到列表L0i-1的大小 6.將每個塊n細(xì)分成P＝4個相鄰子塊 7.創(chuàng)建列表 8./開始二級循環(huán)/ 9.對于j從1變化到4 10.消除不滿足選擇標(biāo)準(zhǔn)的子塊[Xnj]形成L1n。
11.-如果L1n非空在L0i-1中用列表L1n替換塊[Xn]， -如果L1n為空從列表L0i-1消除塊[Xn] 12./結(jié)束二級循環(huán)/ 13./結(jié)束主循環(huán)/(形成L0i) 14.計(jì)算L0i的第一個元的分辨率 15.-如果返回到/開始主循環(huán)/ -否則過程結(jié)束 16./過程結(jié)束/ 可以由圖8和9有利地例示根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施原理。
圖8示出了利用“2D單發(fā)射機(jī)”型系統(tǒng)將根據(jù)本發(fā)明的方法實(shí)施于TOA模式中的定位。
從圖中可以看出，實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法物理地體現(xiàn)在細(xì)分成包括定位區(qū)域81的空間塊。這種細(xì)分形成了空間的網(wǎng)格，在該網(wǎng)格中，分析每個單元以判斷其是否包括定位區(qū)域的一部分。迭代地細(xì)化適當(dāng)形成的網(wǎng)格。在連續(xù)迭代期間，通過將包括定位區(qū)域的部分84的較大單元82進(jìn)行劃分而形成的特定單元83不再包括這樣的部分。根據(jù)本發(fā)明，然后細(xì)化這些“空”區(qū)域的過程停止，這樣能夠有利地避免對這種單元繼續(xù)進(jìn)行毫無結(jié)果的且計(jì)算負(fù)擔(dān)高的分析，并將細(xì)化集中在對盡可能精確地確定定位區(qū)域81表現(xiàn)出好處的單元上。于是這樣有利地獲得了不規(guī)則網(wǎng)格，其中緊密的網(wǎng)格僅以定位區(qū)域?yàn)橹行摹?br> 圖9示出了利用“2D單輔助接收機(jī)”型系統(tǒng)以同樣方式將根據(jù)本發(fā)明的方法實(shí)施于TDOA模式中的定位。以同樣的方式通過細(xì)分成包括定位區(qū)域91的空間塊來體現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施。還獲得了不對其進(jìn)行細(xì)化的區(qū)域93以及繼續(xù)進(jìn)行細(xì)化的區(qū)域94。
顯然可以將前面段落中針對“TOA單發(fā)射機(jī)”或“TDOA單輔助接收機(jī)”型系統(tǒng)的特定情況詳述的根據(jù)本發(fā)明的方法應(yīng)用于2D或3D“TOA多發(fā)射機(jī)”或“TDOA多輔助接收機(jī)”型更復(fù)雜的定位系統(tǒng)?？紤]到不同定位區(qū)域的相交，可以使用這些類型的系統(tǒng)來通過將定位區(qū)域限制到所獲不同區(qū)域的交點(diǎn)來細(xì)化被尋找的目標(biāo)定位。
關(guān)于這些模式，如上所述，根據(jù)本發(fā)明的方法在原理上仍然是適用的。僅修改用于選擇在迭代處理操作的步驟72的二級循環(huán)中使用的子塊的標(biāo)準(zhǔn)。于是，如果系統(tǒng)包括總數(shù)為N的發(fā)射機(jī)(在“TOA多發(fā)射機(jī)”模式下定位)或接收機(jī)(在“TDOA多輔助接收機(jī)”模式下定位)，如果驗(yàn)證了以下方程，將選擇子塊[X] 其中，每個元aj表示關(guān)于成對(接收機(jī)Rx，發(fā)射機(jī)Txi)(TOA定位模式)或(參考接收機(jī)Rx，輔助接收機(jī)Rxi)(TDOA定位模式)的選擇標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果。
由以下方程定義元aj …… 且其中對于每個個體系統(tǒng)(Rx，Txj)或(Rx，Rxj)而言，Jj([X])表示先前定義的量J([X])([11，12，13，14])。
圖10示出了在“TOA雙發(fā)射器”型定位系統(tǒng)的情況下該方法的實(shí)施。從圖中可以看出，利用根據(jù)本發(fā)明的方法產(chǎn)生的網(wǎng)格再一次為不規(guī)則網(wǎng)格，對其而言，分辨率較大的緊密單元位于由每個個體系統(tǒng)定義的定位區(qū)域101和102上，更具體而言，位于這些區(qū)域中構(gòu)成交點(diǎn)且代表目標(biāo)的可能定位區(qū)域的部分103和104上。
轉(zhuǎn)到圖11，圖11以類似方式示出了在“TDOA雙輔助接收機(jī)”型定位系統(tǒng)的情況下該方法的實(shí)施。如前面的情況那樣，可以看出，根據(jù)本發(fā)明的方法產(chǎn)生的網(wǎng)格包括僅在表示由每個個體系統(tǒng)定義的定位區(qū)域111和112的交點(diǎn)的區(qū)域113和114的地方中的緊密單元。
由于沒有系統(tǒng)可能是完美的，因此對于同時滿足的基本標(biāo)準(zhǔn)Jn([X])的數(shù)量可以接受一定的容限。如果A≥M(其中M≤N)，該容限由間隔[X]的接受度反映。
通過修改基本標(biāo)準(zhǔn)Jn([X])，本發(fā)明可以擴(kuò)展到 ·多個TOA定位的問題使用組合與每個TOA問題相關(guān)聯(lián)的基本標(biāo)準(zhǔn)的基本標(biāo)準(zhǔn)系列(在試圖通過分析工作于TOA模式下不在一處的兩個接收機(jī)來定位目標(biāo)時會發(fā)生這種情況)。
·多個TDOA定位的問題使用組合了與每個TDOA子問題相關(guān)聯(lián)的基本標(biāo)準(zhǔn)的基本標(biāo)準(zhǔn)系列。
·混合TOA/TDOA定位的問題使用組合了與每個TOA和TDOA問題相關(guān)聯(lián)的基本標(biāo)準(zhǔn)的基本標(biāo)準(zhǔn)系列。
權(quán)利要求
1、一種在TOA或TDOA模式中被動定位目標(biāo)的方法，所述方法實(shí)施網(wǎng)格化(細(xì)分)成定位區(qū)域所在的空間塊的過程，以及在每個塊中搜索相關(guān)的這一定位區(qū)域的存在或?qū)儆谙嚓P(guān)的這一定位區(qū)域的點(diǎn)的過程，其特征在于，所述細(xì)分和搜索是以迭代步驟的形式對候選塊的選擇進(jìn)行的，在每次迭代都對所述候選塊的選擇進(jìn)行修改，使得在每次迭代時，搜索在完成前一次迭代時獲得的所述選擇的塊，以找到包含屬于所述定位區(qū)域的至少一個點(diǎn)的塊，接下來從所述選擇中排除掉不包含任何點(diǎn)的塊，而包含至少一個點(diǎn)的塊被再細(xì)分成子塊并在所述選擇中用適當(dāng)形成的子塊替換，每次迭代時獲得的所述選擇以每次迭代都增大的精確度界定所述定位區(qū)域。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括初始化步驟，其中，定義對應(yīng)于先驗(yàn)搜索空間的第一塊[X0]，這一塊形成初始選擇。
3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中當(dāng)形成所述選擇的子塊以期望的分辨率界定所述定位區(qū)域時，停止所述迭代。
4、根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于包括
-初始化步驟(71)，其中，定義第一塊[X0]，所述第一塊[X0]對應(yīng)于先驗(yàn)搜索空間且導(dǎo)致形成根據(jù)塊[X0]形成的初始列表L00，
-迭代步驟(72)，包括
■將當(dāng)前列表L0i-1的每個塊[Xn]細(xì)分(73)成四個相鄰的子塊[Xn1]、[Xn2]、[Xn3]和[Xn4]，
■從適當(dāng)構(gòu)成的子塊中搜索并選擇(73)包含形成所述定位區(qū)域的一部分的至少一個點(diǎn)的那些子塊，
■更新(73)所述當(dāng)前列表以獲得列表L0i，其中
-刪除未選擇任何子塊的塊[Xn]，
-用所選的子塊[Xnj]替換其他塊，
所述迭代步驟包括測試(75)，所述測試用于比較構(gòu)成所述列表L0i的塊的分辨率
在所述分辨率
大于期望分辨率Δobj時停止所述方法。
5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，對于所述方法而言，在“TOA 2D單發(fā)射機(jī)”定位模式中，如果子塊[Xnj]滿足下式定義的標(biāo)準(zhǔn)則選擇該子塊
-0∈J([Xj])且
6、根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，對于所述方法而言，在“TDOA 2D單輔助接收機(jī)”定位模式中，如果子塊[Xnj]滿足下式定義的標(biāo)準(zhǔn)則選擇該子塊
-0∈J([Xj])且
7、根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，對于所述方法而言，在“TOA 3D單發(fā)射機(jī)”定位模式中，如果子塊[Xnj]滿足如下定義的標(biāo)準(zhǔn)則選擇該子塊
-0∈J([Xj])且
8、根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，對于所述方法而言，在“TDOA 3D單輔助接收機(jī)”定位模式中，如果子塊[Xnj]的至少一個點(diǎn)滿足如下定義的標(biāo)準(zhǔn)則選擇該子塊
-0∈J([Xj])且
9、根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，對于所述方法而言，在“TOA多發(fā)射機(jī)”定位模式或“TDOA多輔助接收機(jī)”定位模式中，如果子塊[Xnj]滿足如下方程定義的標(biāo)準(zhǔn)A則選擇該子塊
其中N代表構(gòu)成相關(guān)的TOA或TDOA定位系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)或輔助接收機(jī)的數(shù)量，且其中aj項(xiàng)如下定義
其中對于每個個體“單發(fā)射機(jī)”(Rx，Txj)或“單輔助接收機(jī)”(Rx，Rxj)系統(tǒng)而言，Jj([X])代表下式定義的量
-在″TOA 2D″模式中，
-在″TOA 3D″模式中，
-在″TDOA 2D″模式中，
-在″TDOA 3D″模式中，
10、根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，對于所述方法而言，在“TOA多發(fā)射機(jī)”定位模式或“TDOA多輔助接收機(jī)”定位模式中，對于構(gòu)成相關(guān)的TOA或TDOA定位系統(tǒng)的數(shù)量為N的發(fā)射機(jī)或輔助接收機(jī)而言，如果子塊[Xnj]滿足如下方程定義的標(biāo)準(zhǔn)A則選擇該子塊
其中M代表構(gòu)成相關(guān)的TOA或TDOA定位系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)或輔助接收機(jī)的確定數(shù)量，其小于N，且其中aj項(xiàng)如下定義
其中對于每個個體“單發(fā)射機(jī)”(Rx，Txj)或“單輔助接收機(jī)”(Rx，Rxj)系統(tǒng)而言，Jj([X])代表下式定義的量
-在″TOA 2D″模式中，
-在″TOA 3D″模式中，
-在″TDOA 2D″模式中，
-在″TDOA 3D″模式中，
11、一種應(yīng)用，將根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法應(yīng)用到由個體“單發(fā)射機(jī)”和“單輔助接收機(jī)”系統(tǒng)構(gòu)成且工作于混合TOA/TDOA模式下的全球系統(tǒng)進(jìn)行的目標(biāo)的被動定位。
全文摘要
本發(fā)明致力于解決與TOA(到達(dá)時間)或TDOA(到達(dá)時間差)模式下的目標(biāo)被動定位相關(guān)的問題。本發(fā)明涉及TOA/TDOA模式下設(shè)置模式被動定位。在TOA或TDOA模式中被動定位目標(biāo)的方法實(shí)施網(wǎng)格化(細(xì)分)成定位區(qū)域所在的空間塊的過程。迭代地分析形成該網(wǎng)格的塊集。在每次迭代時，將相關(guān)的每個塊細(xì)分成更小的相同子塊。根據(jù)本發(fā)明，相關(guān)塊是要確定其形狀的包括至少一個屬于被尋找定位區(qū)域的點(diǎn)的塊。當(dāng)在當(dāng)前迭代獲得的子塊大小對應(yīng)于期望分辨率時，停止迭代過程。本發(fā)明尤其適用于包括實(shí)施TOA和TDOA模式或混合模式的模塊的2D或3D定位系統(tǒng)。
文檔編號G01S5/10GK101606077SQ200780051228
公開日2009年12月16日 申請日期2007年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月15日
發(fā)明者S·阿拉姆, E·德格拉蒙 申請人:塔萊斯公司