CN110087308B - 一种基于rss和toa互补的矿井移动目标定位方法 - Google Patents

一种基于rss和toa互补的矿井移动目标定位方法 Download PDF

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CN110087308B CN201910355177.6A CN201910355177A CN110087308B CN 110087308 B CN110087308 B CN 110087308B CN 201910355177 A CN201910355177 A CN 201910355177A CN 110087308 B CN110087308 B CN 110087308B
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Abstract

本发明公开了一种基于RSS和TOA互补的矿井移动目标定位方法，本方法将RSS方法和TOA方法相结合，克服传统的单一定位方法导致定位误差过大的缺陷；采用测距区间方法实现对NLOS误差信号的抑制，以及根据巷道中每两个最近邻定位基站间的距离相对误差值，求取距离修正权值，并对距离测量值进行距离修正；采用速度阈值函数方法获得每个距离测量值的权值，并根据权值实现对距离测量值的优化；通过加权定位法对修正后的距离估计值进行精确定位计算。本发明解决了现有矿井人员定位***和方法受巷道环境影响而定位精确不足的问题，且定位过程简单有效，抗电磁干扰能力强，可有效实现煤矿井下人员、车辆和其他移动目标的精确定位。

Description

一种基于RSS和TOA互补的矿井移动目标定位方法
技术领域
本发明涉及一种基于RSS和TOA互补的矿井移动目标定位方法，具体地说，主要涉及接收信号强度RSS定位、到达时间TOA定位、人员精确定位和矿井通信技术。
背景技术
国家安全生产监督管理总局国家煤矿安全监察局关于建设完善煤矿井下安全避险“六大***”的通知》(安监总煤装[2010]146号)要求建设完善煤矿井下人员定位***。为发挥井下人员定位***在定员管理和应急救援工作中的作用，要求“应优先选择技术先进、性能稳定、定位精度高的产品，确保准确掌握井下人员动态分布情况和采掘工作面人员数量”。
目前，基于信号到达强度测距的RSS(Received Signal Strength)和基于信号到达时间测距的TOA(Time of Arrival)方法已经成为矿井人员精确定位技术的研究热点和发展方向。然而煤矿井下环境空间狭小、距离短、有风门、机车等阻挡体、巷道倾斜、巷道表面粗糙等，传输损耗大，会引起电磁波信号的传输过程中的不固定、不可预知的损耗，在人员定位基站与人员定位卡距离较远时，会出现很大的测距误差。
由于煤矿井下特殊环境导致的无线电磁波传输损耗大，基于接收场强的RSS技术在通信信道中会出现很多不固定、不可预知的损耗因素，在有机车经过或者其他偶然出现时，机车等物体会造成识别***信号传播的较大损耗，会造成较大的识别误差；在监测站覆盖的远端，甚至会出现漏检的状况。基于信号到达时间的TOA技术在进行人员定位时，受计时器精度的影响，在人员定位识别卡与人员定位读卡器距离较近时，由于信号在该距离上的传播时间小于计时器的时间分辨率，会出现无法实现TOA检测的情况。
根据煤矿井下巷道的实际环境，需要针对巷道内RSS方法和TOA方法各自的特点，结合无线信号的传播特性、误差产生的原理，建立合适的***和定位方法，实现煤矿井下人员精确定位。本发明提供了一种基于RSS和TOA互补的矿井移动目标定位方法，将RSS方法和TOA方法相结合，采集定位基站和定位卡的测距数据信息，采用测距区间方法和速度阈值函数方法实现对NLOS误差信号的抑制，将速度阈值函数方法处理后获得的权值对距离测量值进行优化，并通过加权平均法实现煤矿井下人员、车辆和其他移动目标的精确定位。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有矿井人员精确定位技术中存在的问题，并提供一种更适合井下巷道环境的精准定位方法，可有效避免非视距信号在不同巷道环境信号衰减特性不一致问题，以及克服传统的单一定位方法导致定位误差过大的缺陷。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种基于RSS和TOA互补的矿井移动目标定位方法，其特征在于，在矿井巷道中间隔一定距离安装定位基站，在待定位目标上安装定位卡，完成对巷道中测距区间的测量，根据所述测距区间划分定位服务区域；定位基站每间隔一定时间，采集定位卡的定位数据，定位服务器对所述定位数据依次进行距离测量值计算并鉴别干扰测量值；所述定位服务器依次计算定位卡移动速率，根据定位卡移动速率和构造的速度阈值函数，进行速度阈值处理，完成距离估计值优化和测量距离修正，获得用于精确定位的距离估计值；利用加权定位法对所述距离估计值进行精确定位计算，实现基于距离和移动速率的移动目标精确定位。
进一步地，所述测量区间包括R-测量区间和T-测量区间，测量过程包括以下步骤：
步骤A1：定位基站i向距离其最近的两个定位基站i-1和定位基站i+1发送测距信号，同时记录测距信号的发射功率值Wi，计时器开始记录时间Ti,i-1和Ti,i+1，所述测距信号中包含定位基站i的地址信息，Wi的单位为mW，i表示巷道中第i个定位基站，i＝1，2，3，…，n；
步骤A2：所述定位基站i-1接收到所述测距信号，获取到达功率值Wi,i-1，延时Ti-1后，向定位基站i回复信号Si-1,i，所述信号Si-1,i包含所述到达功率值Wi,i-1和响应时延Ti-1；所述定位基站i+1接收到测距信号，获取到达功率值Wi,i+1，延时Ti+1后，向定位基站i回复信号Si+1,i，所述信号Si+1,i包含所述到达功率值Wi,i+1和响应时延Ti+1，Wi,i-1和Wi,i-1的单位为mW；Ti-1和Ti+1的单位为s；
步骤A3：定位基站i接收到信号Si-1,i和信号Si+1,i，分别停止计时，记录时间Ti,i-1和Ti,i+1，将发射功率值Wi，响应时延Ti-1、Ti+1，时间Ti,i-1、Ti,i+1，以及接收到的到达功率值Wi,i-1、Wi,i+1，通过矿井通信网络传输到定位服务器，Ti,i-1和Ti,i+1的单位为s；
步骤A4：所述定位服务器根据数据Ti-1、Ti,i-1，通过TOA测距公式
Figure BDA0002045178060000021
计算得到定位基站i与定位基站i-1之间的距离测量值
Figure BDA0002045178060000022
根据数据Ti+1、Ti,i+1，通过TOA测距公式
Figure BDA0002045178060000023
计算得到定位基站i与定位基站i+1之间的距离测量值
Figure BDA0002045178060000024
所述定位服务器根据发射功率值Wi，到达功率值Wi,i-1、Wi,i+1，通过RSS测距公式
Figure BDA0002045178060000025
计算得到定位基站i与定位基站i-1之间的距离测量值
Figure BDA0002045178060000026
通过RSS测距公式
Figure BDA0002045178060000027
计算得到定位基站i与定位基站i+1之间的距离测量值
Figure BDA0002045178060000031
式中lg表示以10为底的对数，f表示测距信号的频率，单位为MHz，Gtr表示定位基站全向天线的增益，单位为dBi；
步骤A5：定位服务器将步骤A4得到的距离测量值
Figure BDA0002045178060000032
作为待定位目标在定位基站i-1与定位基站i之间R-测距区间的最大距离测量值
Figure BDA0002045178060000033
即定位基站i-1与定位基站i的R-测距区间为
Figure BDA0002045178060000034
将距离测量值
Figure BDA0002045178060000035
作为待定位目标在定位基站i与定位基站i+1之间R-测距区间的最大距离测量值
Figure BDA0002045178060000036
即定位基站i与定位基站i+1之间的R-测距区间为
Figure BDA0002045178060000037
将距离测量值
Figure BDA0002045178060000038
作为待定位目标在定位基站i-1与定位基站i之间T-测距区间的最大距离测量值
Figure BDA0002045178060000039
即定位基站i-1与定位基站i的T-测距区间为
Figure BDA00020451780600000310
将距离测量值
Figure BDA00020451780600000311
作为待定位目标在定位基站i与定位基站i+1之间T-测距区间的最大距离测量值
Figure BDA00020451780600000312
即定位基站i与定位基站i+1之间的T-测距区间为
Figure BDA00020451780600000313
已知巷道顶板与巷道底板之间的距离为待定位目标的最小距离测量值dmin；
步骤A6：重复步骤A1至步骤A5，依次计算出巷道中相邻两个定位基站所对应R-测距区间和T-测距区间，并根据R-测距区间和T-测距区间对巷道中对应的定位基站划分其定位服务区域；
步骤A7：周期性动态更新巷道中相邻两个定位基站所对应的R-测距区间和T-测距区间。
进一步地，所述采集定位卡的定位数据主要包括以下步骤：
步骤B1：目标定位卡M向距离其最近的两个定位基站A和定位基站B发送定位信号，同时目标定位卡M的计时器开始记录时间TMA和TMB，所述定位信号中包含目标定位卡M的地址信息和卡内存储的目标身份识别信息，以及信号发射功率值WM，WM的单位为mW；
步骤B2：所述定位基站A接收到定位信号，获取信号发射功率值WM，记录定位信号的到达功率值WMA，延时TA后，向目标定位卡M回复信号SAM，同时定位基站A的计时器开始记录时间TAM；所述定位基站B接收到定位信号，获取并记录定位信号的到达功率值WMB，延时TB后，向目标定位卡M回复信号SBM，同时定位基站B的计时器开始记录时间TBM；所述WMA和WMB的单位为mW；
步骤B3：当所述目标定位卡M接收到信号SAM后，停止计时TMA，并记录传播时延TMA，延时T′A后，向定位基站A回复信号S'AM，所述信号S'AM包含所述传播时延TMA和响应时延T′A；当所述目标定位卡M接收到信号SBM后，停止计时TMB，并记录传播时延TMB，延时T′B后，向定位基站B回复信号S'BM，所述信号S'BM包含所述传播时延TMB和响应时延T′B，所述TMA、TMB、T′A、T′B的单位为s；
步骤B4：当所述定位基站A接收到信号S'AM后，获取并记录定位信号的到达功率值W'MA，同时停止计时TAM，并记录传播时延TAM；当所述定位基站B接收到信号S'BM后，获取并记录定位信号的到达功率值W'MB，同时停止计时TBM，并记录传播时延TBM，所述TAM、TBM的单位为s；
步骤B5：将定位基站A和定位基站B采集的目标定位卡M的定位数据WM、WMA、WMB、W'MA、W'MB、TMA、TAM、TMB、TBM、TA、TB、T′A、T′B，通过矿井通信网络传输到定位服务器；
步骤B6：在N个时间间隔T内，重复步骤B1～步骤B5，获取4(N+1)组定位数据，N＝1，2，3，……。
进一步地，所述距离测量值计算主要包括以下步骤：
步骤C1：所述定位服务器对定位数据WMA、WMB、W'MA、W'MB进行处理，分别计算目标定位卡M到定位基站A的到达功率平均值
Figure BDA0002045178060000041
目标定位卡M到定位基站B的到达功率平均值
Figure BDA0002045178060000042
步骤C2：所述定位服务器将步骤C1计算得到的到达功率平均值WMA,aver带入公式
Figure BDA0002045178060000043
得到距离测量值dMA,R，将步骤C1计算得到的到达功率平均值WMB,aver带入公式
Figure BDA0002045178060000044
得到距离测量值dMB,R，式中dMA,R表示基于RSS测距方法的目标定位卡M与定位基站A之间的距离测量值，dMB,R表示基于RSS测距方法的目标定位卡M与定位基站B之间的距离测量值，lg表示以10为底的对数，f表示定位信号的频率，单位为MHz，Gt表示目标定位卡全向天线的增益，Gr表示定位基站全向天线的增益，单位为dBi，所述dMA,R和dMB,R单位为m；
步骤C3：所述定位服务器根据定位数据TMA、TAM、TMB、TBM、TA、TB、T′A、T′B，通过公式
Figure BDA0002045178060000045
计算得到电磁波信号在目标定位卡M和定位基站A之间的传播时间TM,A；通过公式
Figure BDA0002045178060000046
计算得到电磁波信号在目标定位卡M和定位基站B之间的传播时间TM,B；
步骤C4：所述定位服务器根据公式dTA＝c·TM,A计算得到定位基站A到目标定位卡M之间的距离测量值dMA,T；根据公式dTB＝c·TM,B计算得到定位基站B到目标定位卡M之间的距离测量值dMB,T；c为电磁波在矿井下的传播速度，所述dMA,T和dMB,T的单位为m。
进一步地，所述鉴别干扰测量值的过程包括以下步骤：
步骤D1：根据N个时间间隔T内，获得的2(N+1)个R-距离测量值，分别用向量表示为
Figure BDA0002045178060000051
和
Figure BDA0002045178060000052
测量得到2(N+1)个T-距离测量值，分别用向量表示为
Figure BDA0002045178060000053
和
Figure BDA0002045178060000054
步骤D2：由所述R-测距区间，判断向量
Figure BDA0002045178060000055
中的每一个元素
Figure BDA0002045178060000056
是否在定位基站A至定位基站B之间的定位服务区域内，i＝1，2，3，……，N+1，当
Figure BDA0002045178060000057
时，所述目标定位卡M在定位基站A与定位基站B之间的定位服务区域内，则保存元素
Figure BDA0002045178060000058
当
Figure BDA0002045178060000059
时，所述目标定位卡M在定位基站A与定位基站B之间的定位服务区域外，则对应元素
Figure BDA00020451780600000510
步骤D3：由所述R-测距区间，判断向量
Figure BDA00020451780600000511
中的的每一个元素
Figure BDA00020451780600000512
是否在定位基站B至定位基站A之间的定位服务区域内，i＝1，2，3，……，N+1，当
Figure BDA00020451780600000513
时，所述目标定位卡M在定位基站B与定位基站A之间的定位服务区域内，则保存元素
Figure BDA00020451780600000514
当
Figure BDA00020451780600000515
时，所述目标定位卡M在定位基站B与定位基站A之间的定位服务区域外，则对应元素
Figure BDA00020451780600000516
步骤D4：由所述T-测距区间，判断向量
Figure BDA00020451780600000517
中的的每一个元素
Figure BDA00020451780600000518
是否在定位基站A至定位基站B之间的定位服务区域内，i＝1，2，3，……，N+1，当
Figure BDA00020451780600000519
时，所述目标定位卡M在定位基站A与定位基站B之间的定位服务区域内，则保存元素
Figure BDA00020451780600000520
当
Figure BDA00020451780600000521
时，所述目标定位卡M在定位基站A与定位基站B之间的定位服务区域外，则对应元素
Figure BDA00020451780600000522
步骤D5：由所述T-测距区间，判断向量
Figure BDA00020451780600000523
中的的每一个元素
Figure BDA00020451780600000524
是否在定位基站B至定位基站A之间的定位服务区域内，i＝1，2，3，……，N+1，当
Figure BDA0002045178060000061
时，所述目标定位卡M在定位基站B与定位基站A之间的定位服务区域内，则保存元素
Figure BDA0002045178060000062
当
Figure BDA0002045178060000063
时，所述目标定位卡M在定位基站B与定位基站A之间的定位服务区域外，则对应元素
Figure BDA0002045178060000064
进一步地，所述速度阈值函数包括R-速度阈值函数和T-速度阈值函数，构造的R-速度阈值函数为
Figure BDA0002045178060000065
构造的T-速度阈值函数为
Figure BDA0002045178060000066
式中T1为矿井下允许的机车最大运行速度，T2为矿井下允许的人员最大运行速度，α和β为加权系数。
进一步地，所述速度阈值处理和距离估计值优化包括R-速度阈值处理和距离估计值优化，包括以下步骤：
步骤E1：将干扰测量值鉴别后得到的向量
Figure BDA0002045178060000067
中的元素值
Figure BDA0002045178060000068
和
Figure BDA0002045178060000069
中的元素值
Figure BDA00020451780600000610
分别计算其相邻元素的差值△dA1、△dA2、…、△dA(j-1)和△dB1、△dB2、…、△dB(j-1)；根据公式
Figure BDA00020451780600000611
计算得到目标定位卡M的移动速率vA,1、vA,2、…、vA,j-1和vB,1、vB,2、…、vB,j-1，其中j＝1,2,…,N+1；
步骤E2：根据函数阈值T1和T2，依次将步骤E1得到的移动速率vA,1、vA,2、…、vA,j-1和vB,1、vB,2、…、vB,j-1带入R-速度阈值函数中，分别对其进行速度阈值处理，获得每个R-距离测量值的权值；
步骤E3：由获得的每个R-距离测量值的权值，构建权值向量
Figure BDA00020451780600000612
和
Figure BDA00020451780600000613
通过计算公式
Figure BDA00020451780600000614
得到R-距离测量值优化后的R-距离估计向量
Figure BDA00020451780600000615
通过计算公式
Figure BDA00020451780600000616
得到R-距离测量值优化后的R-距离估计向量
Figure BDA00020451780600000617
式中
Figure BDA00020451780600000618
是
Figure BDA00020451780600000619
的转置向量，
Figure BDA00020451780600000620
是
Figure BDA00020451780600000621
的转置向量。
进一步地，所述速度阈值处理和距离估计值优化包括T-速度阈值处理和距离估计值优化，包括以下步骤：
步骤F1：将干扰测量值鉴别后得到的向量
Figure BDA00020451780600000622
中的元素值
Figure BDA00020451780600000623
和
Figure BDA00020451780600000624
中的元素值
Figure BDA0002045178060000071
分别计算其相邻差值△dA1、△dA2、…、△dA(j-1)和△dB1、△dB2、…、△dB(j-1)，根据公式
Figure BDA0002045178060000072
计算得到目标定位卡M的移动速率vA,1、vA,2、…、vA,j-1和vB,1、vB,2、…、vB,j-1，其中j＝1,2,…,N+1；
步骤F2：根据函数阈值T1和T2，依次将步骤F1得到的移动速率vA,1、vA,2、…、vA,j-1和vB,1、vB,2、…、vB,j-1带入T-速度阈值函数中，对其进行速度阈值处理，获得每个T-距离测量值的权值；
步骤F3：由获得的每个T-距离测量值的权值，构建权值向量
Figure BDA0002045178060000073
和
Figure BDA0002045178060000074
通过计算公式
Figure BDA0002045178060000075
得到T-距离测量值优化后的T-距离估计向量
Figure BDA0002045178060000076
通过计算公式
Figure BDA0002045178060000077
得到T-距离测量值优化后的T-距离估计向量
Figure BDA0002045178060000078
式中
Figure BDA0002045178060000079
是
Figure BDA00020451780600000710
的转置向量，
Figure BDA00020451780600000711
是
Figure BDA00020451780600000712
的转置向量。
进一步地，所述测量距离修正包括以下过程：通过距离相对误差公式
Figure BDA00020451780600000713
计算得到巷道中每两个最近邻定位基站间的R-距离相对误差值，根据公式
Figure BDA00020451780600000714
计算得到巷道中每两个最近邻定位基站间的R-距离修正权值，由公式
Figure BDA00020451780600000715
计算得到R-距离修正向量
Figure BDA00020451780600000716
由公式
Figure BDA00020451780600000717
计算得到R-距离修正向量
Figure BDA00020451780600000718
通过距离相对误差公式
Figure BDA00020451780600000719
计算得到巷道中每两个最近邻定位基站间的T-距离相对误差值，根据公式
Figure BDA00020451780600000720
计算得到巷道中每两个最近邻定位基站间的T-距离修正权值，由公式
Figure BDA00020451780600000721
计算得到T-距离修正向量
Figure BDA00020451780600000722
由公式
Figure BDA00020451780600000723
计算得到T-距离修正向量
Figure BDA00020451780600000724
式中ri,i+1、ri+1,i为最近邻两个定位基站间的实际距离值，
Figure BDA00020451780600000725
为RSS测距公式计算得到的最近邻两个定位基站间的距离测量值，
Figure BDA00020451780600000726
为TOA测距公式计算得到的最近邻两个定位基站间的距离测量值，i＝1，2，3，…，n-1。
进一步地，所述精确定位计算包括以下步骤：
步骤G1：根据目标定位卡M所在的定位服务区域的两个最近邻定位基站A和定位基站B的位置坐标得到两组R-方程组
Figure BDA0002045178060000081
和
Figure BDA0002045178060000082
得到两组T-方程组
Figure BDA0002045178060000083
和
Figure BDA0002045178060000084
式中(x，y)为目标定位卡M的坐标位置，(xA，yA)为定位基站A的坐标位置，(xB，yB)为定位基站B的坐标位置；
步骤G2：将获得的R-距离修正向量
Figure BDA00020451780600000839
的向量元素值依次带入对应的R-方程组
Figure BDA0002045178060000086
中，通过解方程组得到携带所述目标定位卡M的目标物体的x坐标向量
Figure BDA0002045178060000087
和y坐标向量
Figure BDA0002045178060000088
将获得的R-距离修正向量
Figure BDA0002045178060000089
的向量元素值依次带入对应的R-方程组
Figure BDA00020451780600000810
中，通过解方程组得到携带所述目标定位卡M的目标物体的x坐标向量
Figure BDA00020451780600000811
和y坐标向量
Figure BDA00020451780600000812
式中j＝1，2，…，N+1；
步骤G3：将获得的T-距离修正向量
Figure BDA00020451780600000813
的向量元素值依次带入对应的T-方程组
Figure BDA00020451780600000814
中，通过解方程组得到携带所述目标定位卡M的目标物体的x坐标向量
Figure BDA00020451780600000815
和y坐标向量
Figure BDA00020451780600000816
将获得的T-距离修正向量
Figure BDA00020451780600000817
的向量元素值依次带入对应的T-方程组
Figure BDA00020451780600000818
中，通过解方程组得到携带所述目标定位卡M的目标物体的x坐标向量
Figure BDA00020451780600000819
和y坐标向量
Figure BDA00020451780600000820
式中j＝1，2，…，N+1；
步骤G4：分别求取x坐标向量
Figure BDA00020451780600000821
和y坐标向量
Figure BDA00020451780600000822
中元素的平均值
Figure BDA00020451780600000823
通过公式
Figure BDA00020451780600000824
计算得到x坐标向量
Figure BDA00020451780600000825
中每个元素所对应的权值向量
Figure BDA00020451780600000826
通过公式
Figure BDA00020451780600000827
计算得到x坐标向量
Figure BDA00020451780600000828
中每个元素所对应的权值向量
Figure BDA00020451780600000829
通过公式
Figure BDA00020451780600000830
计算得到y坐标向量
Figure BDA00020451780600000831
中每个元素所对应的权值向量
Figure BDA00020451780600000832
通过公式
Figure BDA00020451780600000833
计算得到y坐标向量
Figure BDA00020451780600000834
中每个元素所对应的权值向量
Figure BDA00020451780600000835
所述权值向量
Figure BDA00020451780600000836
所述权值向量
Figure BDA00020451780600000837
所述权值向量
Figure BDA00020451780600000838
式中j＝1，2，…，N+1；
步骤G5：分别求取x坐标向量
Figure BDA0002045178060000091
和y坐标向量
Figure BDA0002045178060000092
中元素的平均值
Figure BDA0002045178060000093
通过公式
Figure BDA0002045178060000094
计算得到x坐标向量
Figure BDA0002045178060000095
中每个元素所对应的权值向量
Figure BDA0002045178060000096
通过公式
Figure BDA0002045178060000097
计算得到x坐标向量
Figure BDA0002045178060000098
中每个元素所对应的权值向量
Figure BDA0002045178060000099
通过公式
Figure BDA00020451780600000910
计算得到y坐标向量
Figure BDA00020451780600000911
中每个元素所对应的权值向量
Figure BDA00020451780600000912
通过公式
Figure BDA00020451780600000913
计算得到y坐标向量
Figure BDA00020451780600000914
中每个元素所对应的权值向量
Figure BDA00020451780600000915
所述权值向量
Figure BDA00020451780600000916
所述权值向量
Figure BDA00020451780600000917
所述权值向量
Figure BDA00020451780600000918
式中j＝1，2，…，N+1；
步骤G6：依次计算
Figure BDA00020451780600000919
分别得到目标位置优化后的x坐标向量
Figure BDA00020451780600000920
和y坐标向量
Figure BDA00020451780600000921
依次计算
Figure BDA00020451780600000922
Figure BDA00020451780600000923
分别得到目标位置优化后的x坐标向量
Figure BDA00020451780600000924
和y坐标向量
Figure BDA00020451780600000925
步骤G7：判断每个x坐标向量
Figure BDA00020451780600000926
和每个y坐标向量
Figure BDA00020451780600000927
中的向量元素值是否趋近于同一个数值，如果不满足条件，则将每个x坐标向量
Figure BDA00020451780600000928
Figure BDA00020451780600000929
依次赋值给
Figure BDA00020451780600000930
将每个y坐标向量
Figure BDA00020451780600000931
依次赋值给
Figure BDA00020451780600000932
Figure BDA00020451780600000933
重复步骤G4～G6，如果满足条件，则获得用于精确定位的目标物体坐标
Figure BDA00020451780600000934
Figure BDA00020451780600000935
和
Figure BDA00020451780600000936
步骤G8：计算目标物体坐标
Figure BDA00020451780600000937
和
Figure BDA00020451780600000938
的平均坐标
Figure BDA00020451780600000939
计算目标物体坐标
Figure BDA00020451780600000940
和
Figure BDA00020451780600000941
的平均坐标
Figure BDA00020451780600000942
分别以定位基站A和定位基站B为坐标原点A和坐标原点B，并计算平均坐标
Figure BDA00020451780600000943
到坐标原点A的距离值dA，计算平均坐标
Figure BDA00020451780600000944
到坐标原点B的距离值dB，以坐标原点A为圆心，以距离值dA为半径画圆，同时以坐标原点B为圆心，以距离值dB为半径画圆，两圆相交位置即为携带所述目标定位卡M的目标物体精确位置。
本发明的一种抑制NLOS时延误差的矿井移动目标定位方法和***产生的有益效果为：
1.本发明结合矿井巷道NLOS时延的特点，基于SDS-TWR定位技术实现同步时延抑制和计时误差消除，同时将RSS方法和TOA方法相结合，采集定位卡与最近邻定位基站之间的测距数据信息，降低了单一测距方法导致的计算误差，并且提高了矿井定位精度。
2.本发明通过测量矿井下相邻两个定位基站之间的测距区间，并划定定位服务区域，根据两个定位基站的定位服务区域来判断待定位目标到定位基站之间的距离测量值是否在定位服务区域内，实现对NLOS误差信号的抑制。
3.本发明通过连续N次采样，能够获得比较可靠的测距数据信息，减少***误差和巷道环境干扰造成的测量误差，并且对连续N次采样获得的数据进行分析，计算其矿井移动目标的移动速度。结合矿井下移动目标的安全移动速度，设置速度阈值，通过设计速度阈值函数获得每个距离测量值的权值，并实现对距离测量值的优化，进一步提高目标定位精度。
4.本发明对巷道中每两个最近邻定位基站间的距离相对误差值，求取距离修正权值，并对距离测量值进行距离修正。并且利用加权定位法对修正后的距离估计值进行精确定位计算，实现煤矿井下人员、车辆和其他移动目标的精确定位。
附图说明
图1是本发明的定位***示意图；
图2是本发明的定位方法流程图；
图3是本发明的R-测量区间和T-测量区间的测量流程图；
图4是本发明的目标定位卡的定位数据采集流程图；
图5是本发明的计算距离测量值流程图；
图6是本发明的鉴别干扰测量值流程图；
图7是本发明的目标精确定位流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施方法对本发明做详细、完整地描述，实施例不应被视为限制本发明的使用范围。
如图1所示，一种基于RSS和TOA互补的矿井移动目标定位***包括：
1.所述定位***分为井上部分和井下部分，主要包括：管理子***、有线网络子***和无线网络子***；管理子***包括地面监控终端(101)、调度指挥终端(102)；有线网络子***包括定位服务器(103)、数据传输模块(104)、核心交换机(105)和本质安全型交换机(106)；无线网络子***包括本质安全型交换机(106)、定位模块；
2.地面监控终端(101)具有地图显示，工作人员位置及资料显示、查询，工作人员位置统计，历史位置追踪查询等功能，用于矿井各级调度中心对矿井人员位置或者车辆位置的监控，目标定位信息的实时显示和预警；
3.调度指挥终端(102)用于目标定位信息的接收、管理，以及各级调度中心向矿井人员或者车辆发送调度和指挥命令；地面监控终端(101)与调度指挥终端(102)相互电性连接，调度指挥终端(102)能够通过API接口访问定位服务器(103)，获取待定位目标的实时数据，实现对井下工作人员及相关设备的实时监控和指挥调度。
4.定位服务器(103)可采用"台式服务器"、"机架式服务器"、"机柜式服务器"或者"刀片式服务器"，能够接收数据传输模块(104)发送的测量数据信息，并且能够保存指挥调度指令和通过数据传输模块(104)将指挥调度指令发送至本质安全型定位基站(107)，以及能够进行NLOS误差数据的抑制处理，获取井下目标定位卡的精确定位坐标，以及对定位结果进行存储。
5.数据传输模块(104)用于测量数据和调度指挥指令的传输，以矿用光纤为主要传输介质，一端与核心交换机(105)相连，另一端通过本质安全型交换机(106)与本质安全型定位基站(107)相连接。
6.核心交换机(105)用于对所有接入有线网络的设备的管理和数据交换。
7.本质安全型交换机(106)用于接收本质安全型定位基站(107)发送的测距数据和传输调度指挥终端(102)向本质安全型定位基站(107)发送的调度指挥指令。
8.定位模块包括本质安全型定位基站(107)和本质安全型定位卡(108)，均采用全向天线，所述本质安全型定位基站(107)能够与最近邻本质安全型定位基站进行通信，以及与定位服务区域内的井下目标所携带的本质安全型定位卡(108)进行通信，生成并输出包括井下目标身份信息在内的测距数据；均具有信号收发、接收功率识别、计时和时间记录功能，能够用于进行信号收发时刻、时间的计量和保存。
9.本质安全型定位基站(107)在巷道内间隔一定距离，并在同一侧、同一高度上沿着一定的方向布设，作为目标物体定位检测的锚节点，主要包括电源，备用电池、控制器及通信模块及天线，同时存储有自身位置信息和标识信息，能够检测本质安全型定位卡(108)发送的定位信号，生成并输出包括定位目标的身份信息在内的定位信息。
10.本质安全型定位卡(108)由矿井下车辆、移动设备和工作人员携带，作为定位***进行定位检测的目标节点，分配唯一的标识码并存储有所属目标物体的身份识别信息。
如图2所示，本发明的定位方法包括以下步骤：
1.(201)：在矿井巷道中同一侧同一高度上沿着一定的方向布设定位基站，对每一个定位基站依次进行编号和记录位置坐标，在待定位目标上配置含有身份识别信息的定位卡；
2.(202)：定位基站向其最近邻的两个定位基站进行通信，周期性动态测量每一个定位基站所对应的定位服务区域的R-测距区间和T-测距区间，并划定每一个定位基站的定位服务区域；
3.(203)：目标定位卡与最近邻的两个定位基站进行通信，定位基站将采集的目标定位卡定位数据发送至井上定位服务器后，定位服务器根据定位数据分别计算接收信号强度RSS的距离测量值和信号到达时间TOA的距离测量值；
4.(204)：在N个时间间隔T内，重复步骤(203)，获取4(N+1)组定位数据，N＝1，2，3，……；定位服务器依次计算每一组定位数据，分别计算2(N+1)组接收信号强度RSS的距离测量值和2(N+1)组信号到达时间TOA的距离测量值；
5.(205)：鉴别干扰测量值，根据所述R-测距区间，依次对2(N+1)组接收信号强度RSS的距离测量值进行干扰测量值的鉴别处理；根据所述T-测距区间，依次对2(N+1)组到达时间TOA的距离测量值进行干扰测量值的鉴别处理，对鉴别得到的干扰测量值进行估计处理，用于消除巷道内的非视距NLOS误差数据；
6.(206)：首先，构造R-速度阈值函数和T-速度阈值函数，R-速度阈值函数为
Figure BDA0002045178060000121
T-速度阈值函数为
Figure BDA0002045178060000122
式中T1为矿井下允许的机车最大运行速度，T2为矿井下允许的人员最大运行速度，α和β为加权系数；其次，进行速度阈值处理并进行距离测量值优化，根据设定的速度阈值T1和速度阈值T2，对步骤5鉴别干扰测量值后得到的距离测量值依次进行速度阈值处理，并根据获得的权值进行距离估计值优化，获取用于目标定位的；速度阈值处理和优化主要包括R-速度阈值处理和优化，T-速度阈值处理和优化。
R-速度阈值处理和距离估计值优化包括以下步骤：
步骤E1：将干扰测量值鉴别后得到的向量
Figure BDA0002045178060000123
中的元素值
Figure BDA0002045178060000124
和
Figure BDA0002045178060000125
中的元素值
Figure BDA0002045178060000126
分别计算其相邻元素的差值△dA1、△dA2、…、△dA(j-1)和△dB1、△dB2、…、△dB(j-1)；根据公式
Figure BDA0002045178060000127
计算得到目标定位卡M的移动速率vA,1、vA,2、…、vA,j-1和vB,1、vB,2、…、vB,j-1，其中j＝1,2,…,N+1；
步骤E2：根据函数阈值T1和T2，依次将步骤E1得到的移动速率vA,1、vA,2、…、vA,j-1和vB,1、vB,2、…、vB,j-1带入R-速度阈值函数中，分别对其进行速度阈值处理，获得每个R-距离测量值的权值；
步骤E3：由获得的每个R-距离测量值的权值，构建权值向量
Figure BDA0002045178060000131
和
Figure BDA0002045178060000132
通过计算公式
Figure BDA0002045178060000133
得到R-距离测量值优化后的R-距离估计向量
Figure BDA0002045178060000134
通过计算公式
Figure BDA0002045178060000135
得到R-距离测量值优化后的R-距离估计向量
Figure BDA0002045178060000136
式中
Figure BDA0002045178060000137
是
Figure BDA0002045178060000138
的转置向量，
Figure BDA0002045178060000139
是
Figure BDA00020451780600001310
的转置向量。
T-速度阈值处理和距离估计值优化过程包括以下步骤：
步骤F1：将干扰测量值鉴别后得到的向量
Figure BDA00020451780600001311
中的元素值
Figure BDA00020451780600001312
和
Figure BDA00020451780600001313
中的元素值
Figure BDA00020451780600001314
分别计算其相邻差值△dA1、△dA2、…、△dA(j-1)和△dB1、△dB2、…、△dB(j-1)，根据公式
Figure BDA00020451780600001315
计算得到目标定位卡M的移动速率vA,1、vA,2、…、vA,j-1和vB,1、vB,2、…、vB,j-1，其中j＝1,2,…,N+1；
步骤F2：根据函数阈值T1和T2，依次将步骤F1得到的移动速率vA,1、vA,2、…、vA,j-1和vB,1、vB,2、…、vB,j-1带入T-速度阈值函数中，对其进行速度阈值处理，获得每个T-距离测量值的权值；
步骤F3：由获得的每个T-距离测量值的权值，构建权值向量
Figure BDA00020451780600001316
和
Figure BDA00020451780600001317
通过计算公式
Figure BDA00020451780600001318
得到T-距离测量值优化后的T-距离估计向量
Figure BDA00020451780600001319
通过计算公式
Figure BDA00020451780600001320
得到T-距离测量值优化后的T-距离估计向量
Figure BDA00020451780600001321
式中
Figure BDA00020451780600001322
是
Figure BDA00020451780600001323
的转置向量，
Figure BDA00020451780600001324
是
Figure BDA00020451780600001325
的转置向量。
7.(207)：对步骤6中的距离估计值进行测量距离修正，获取距离修正后的距离估计值，主要包括R-距离估计值和T-距离估计值的测量距离修正。测量距离修正包括以下过程：通过距离相对误差公式
Figure BDA00020451780600001326
计算得到巷道中每两个最近邻定位基站间的R-距离相对误差值，根据公式
Figure BDA00020451780600001327
计算得到巷道中每两个最近邻定位基站间的R-距离修正权值，由公式
Figure BDA00020451780600001328
计算得到R-距离修正向量
Figure BDA00020451780600001329
由公式
Figure BDA00020451780600001330
计算得到R-距离修正向量
Figure BDA00020451780600001331
通过距离相对误差公式
Figure BDA0002045178060000141
计算得到巷道中每两个最近邻定位基站间的T-距离相对误差值，根据公式
Figure BDA0002045178060000142
计算得到巷道中每两个最近邻定位基站间的T-距离修正权值，由公式
Figure BDA0002045178060000143
计算得到T-距离修正向量
Figure BDA0002045178060000144
由公式
Figure BDA0002045178060000145
计算得到T-距离修正向量
Figure BDA0002045178060000146
式中ri,i+1、ri+1,i为最近邻两个定位基站间的实际距离值，
Figure BDA0002045178060000147
为RSS测距公式计算得到的最近邻两个定位基站间的距离测量值，
Figure BDA0002045178060000148
为TOA测距公式计算得到的最近邻两个定位基站间的距离测量值，i＝1，2，3，…，n-1；
8.(208)：利用加权定位法对步骤7修正后的距离估计值进行精确定位计算。
如图3所示，本发明的R-测距区间和T-测距区间的测量过程包括以下步骤：
1.初始化(301)：目标定位卡和定位基站启动工作状态；
2.发送测距信号(302)即步骤A1：定位基站i向距离其最近的两个定位基站i-1和定位基站i+1发送测距信号，同时记录测距信号的发射功率值Wi，计时器开始记录时间Ti,i-1和Ti,i+1，所述测距信号中包含定位基站i的地址信息，Wi的单位为mW，i表示巷道中第i个定位基站，i＝1，2，3，…，n；
3.回复测距信号(303)即步骤A2：所述定位基站i-1接收到所述测距信号，获取到达功率值Wi,i-1，延时Ti-1后，向定位基站i回复信号Si-1,i，所述信号Si-1,i包含所述到达功率值Wi,i-1和响应时延Ti-1；所述定位基站i+1接收到测距信号，获取到达功率值Wi,i+1，延时Ti+1后，向定位基站i回复信号Si+1,i，所述信号Si+1,i包含所述到达功率值Wi,i+1和响应时延Ti+1，Wi,i-1和Wi,i-1的单位为mW；Ti-1和Ti+1的单位为s；
4.获取测距数据并上传(304)即步骤A3：定位基站i接收到信号Si-1,i和信号Si+1,i，分别停止计时，记录时间Ti,i-1和Ti,i+1，将发射功率值Wi，响应时延Ti-1、Ti+1，时间Ti,i-1、Ti,i+1，以及接收到的到达功率值Wi,i-1、Wi,i+1，通过矿井通信网络传输到定位服务器，Ti,i-1和Ti,i+1的单位为s；
5.计算距离测量值(305)即步骤A4：所述定位服务器根据数据Ti-1、Ti,i-1，通过TOA测距公式
Figure BDA0002045178060000149
计算得到定位基站i与定位基站i-1之间的距离测量值
Figure BDA00020451780600001410
根据数据Ti+1、Ti,i+1，通过TOA测距公式
Figure BDA00020451780600001411
计算得到定位基站i与定位基站i+1之间的距离测量值
Figure BDA0002045178060000151
所述定位服务器根据发射功率值Wi，到达功率值Wi,i-1、Wi,i+1，通过RSS测距公式
Figure BDA0002045178060000152
计算得到定位基站i与定位基站i-1之间的距离测量值
Figure BDA0002045178060000153
通过RSS测距公式
Figure BDA0002045178060000154
计算得到定位基站i与定位基站i+1之间的距离测量值
Figure BDA0002045178060000155
式中lg表示以10为底的对数，f表示测距信号的频率，单位为MHz，Gtr表示定位基站全向天线的增益，单位为dBi；
6.获取测距区间(306)即步骤A5：定位服务器将步骤A4得到的距离测量值
Figure BDA0002045178060000156
作为待定位目标在定位基站i-1与定位基站i之间R-测距区间的最大距离测量值
Figure BDA0002045178060000157
即定位基站i-1与定位基站i的R-测距区间为
Figure BDA0002045178060000158
将距离测量值
Figure BDA0002045178060000159
作为待定位目标在定位基站i与定位基站i+1之间R-测距区间的最大距离测量值
Figure BDA00020451780600001510
即定位基站i与定位基站i+1之间的R-测距区间为
Figure BDA00020451780600001511
将距离测量值
Figure BDA00020451780600001512
作为待定位目标在定位基站i-1与定位基站i之间T-测距区间的最大距离测量值
Figure BDA00020451780600001513
即定位基站i-1与定位基站i的T-测距区间为
Figure BDA00020451780600001521
将距离测量值
Figure BDA00020451780600001514
作为待定位目标在定位基站i与定位基站i+1之间T-测距区间的最大距离测量值
Figure BDA00020451780600001515
即定位基站i与定位基站i+1之间的T-测距区间为
Figure BDA00020451780600001516
已知巷道顶板与巷道底板之间的距离为待定位目标的最小距离测量值dmin；
7.划分定位服务区域(307)即步骤A6：重复步骤A1至步骤A5，依次计算出巷道中相邻两个定位基站所对应R-测距区间和T-测距区间；根据定位基站i与定位基站i-1的R-测距区间
Figure BDA00020451780600001517
定位基站i与定位基站i+1之间的R-测距区间为
Figure BDA00020451780600001518
划分定位基站i的RSS定位服务区域；根据定位基站i与定位基站i-1的T-测距区间为
Figure BDA00020451780600001519
定位基站i与定位基站i+1之间的T-测距区间为
Figure BDA00020451780600001520
划分定位基站i的TOA定位服务区域，RSS定位服务区域和TOA定位服务区域重叠部分即为定位基站i的定位服务区域；根据巷道中每个定位基站的R-测距区间和T-测距区间，对巷道中所有定位基站划分其对应的定位服务区域；
8.周期性动态更新定位服务区域(308)即步骤A7：周期性动态更新巷道中相邻两个定位基站所对应的R-测距区间和T-测距区间，实现对每个定位基站的定位服务区域的自动校准，提高目标定位精度。
如图4所示，本发明的采集目标定位卡的定位数据包括以下步骤：
1.(401)：目标定位卡M向距离其最近的两个定位基站A和定位基站B发送定位信号，同时目标定位卡M的计时器开始记录时间TMA和TMB，所述定位信号中包含目标定位卡M的地址信息和卡内存储的目标身份识别信息，以及信号发射功率值WM，WM的单位为mW；
2.(402)：所述定位基站A接收到定位信号，获取信号发射功率值WM，记录定位信号的到达功率值WMA，延时TA后，向目标定位卡M回复信号SAM，同时定位基站A的计时器开始记录时间TAM；所述定位基站B接收到定位信号，获取并记录定位信号的到达功率值WMB，延时TB后，向目标定位卡M回复信号SBM，同时定位基站B的计时器开始记录时间TBM；所述WMA和WMB的单位为mW；
3.(403)：当所述目标定位卡M接收到信号SAM后，停止计时TMA，并记录传播时延TMA，延时T′A后，向定位基站A回复信号S'AM，所述信号S'AM包含所述传播时延TMA和响应时延T′A；当所述目标定位卡M接收到信号SBM后，停止计时TMB，并记录传播时延TMB，延时T′B后，向定位基站B回复信号S'BM，所述信号S'BM包含所述传播时延TMB和响应时延T′B，所述TMA、TMB、T′A、T′B的单位为s；
4.(404)：当所述定位基站A接收到信号S'AM后，获取并记录定位信号的到达功率值W'MA，同时停止计时TAM，并记录传播时延TAM；当所述定位基站B接收到信号S'BM后，获取并记录定位信号的到达功率值W'MB，同时停止计时TBM，并记录传播时延TBM，所述TAM、TBM的单位为s；
5.(405)：将定位基站A和定位基站B采集的目标定位卡M的定位数据WM、WMA、WMB、W'MA、W'MB、TMA、TAM、TMB、TBM、TA、TB、T′A、T′B，通过矿井通信网络传输到定位服务器。
如图5所示，本发明的根据定位数据计算距离测量值主要包括以下步骤：
1.(501)：所述定位服务器对测距数据WMA、WMB、W'MA、W'MB进行处理，分别计算目标定位卡M到定位基站A的到达功率平均值
Figure BDA0002045178060000161
目标定位卡M到定位基站B的到达功率平均值
Figure BDA0002045178060000162
2.(502)：所述定位服务器将步骤(501)计算得到的到达功率平均值WMA,aver带入公式
Figure BDA0002045178060000171
得到距离测量值dMA,R，将步骤(501)计算得到的到达功率平均值WMB,aver带入公式
Figure BDA0002045178060000172
得到距离测量值dMB,R，式中dMA,R、dMB,R表示基于RSS测距方法的目标定位卡与定位基站之间的距离测量值，lg表示以10为底的对数；f表示定位信号的频率，单位为MHz，Gt表示目标定位卡全向天线的增益、Gr表示定位基站全向天线的增益，单位为dBi，所述dMA,R和dMB,R单位为m；
3.(503)：所述定位服务器根据测距数据TMA、TAM、TMB、TBM、TA、TB、T′A、T′B，通过公式
Figure BDA0002045178060000173
计算得到电磁波信号在目标定位卡M和定位基站A之间的传播时间TM,A；通过公式
Figure BDA0002045178060000174
计算得到电磁波信号在目标定位卡M和定位基站B之间的传播时间TM,B；
4.(504)：所述定位服务器根据公式dTA＝c·TM,A计算得到定位基站A到目标定位卡M之间的距离测量值dMA,T；根据公式dTB＝c·TM,B计算得到定位基站B到目标定位卡M之间的距离测量值dMB,T；c为电磁波在矿井下的传播速度，所述dMA,T和dMB,T的单位为m。
如图6所示，本发明的鉴别干扰测量值的过程包括以下步骤：
1.R-距离测量值(601)：在N个时间间隔T内，定位服务器计算得到的距离测量值包括基于RSS测距方法获得的2(N+1)个R-距离测量值，分别用向量表示为
Figure BDA0002045178060000175
和
Figure BDA0002045178060000176
2.(602)：由所述R-测距区间，判断向量
Figure BDA0002045178060000177
中的每一个元素
Figure BDA0002045178060000178
是否在定位基站A至定位基站B之间的定位服务区域内，i＝1，2，3，……，N+1，当
Figure BDA0002045178060000179
时，所述目标定位卡M在定位基站A与定位基站B之间的定位服务区域内，则保存元素
Figure BDA00020451780600001710
当
Figure BDA00020451780600001711
时，所述目标定位卡M在定位基站A与定位基站B之间的定位服务区域外，则对应元素
Figure BDA00020451780600001712
3.(603)：由所述R-测距区间，判断向量
Figure BDA00020451780600001713
中的的每一个元素
Figure BDA00020451780600001714
是否在定位基站B至定位基站A之间的定位服务区域内，i＝1，2，3，……，N+1，当
Figure BDA00020451780600001715
时，所述目标定位卡M在定位基站B与定位基站A之间的定位服务区域内，则保存元素
Figure BDA00020451780600001716
当
Figure BDA0002045178060000181
时，所述目标定位卡M在定位基站B与定位基站A之间的定位服务区域外，则对应元素
Figure BDA0002045178060000182
4.T-距离测量值(604)：在N个时间间隔T内，定位服务器计算得到的距离测量值包括基于TOA测距方法获得的2(N+1)个T-距离测量值，分别用向量表示为
Figure BDA0002045178060000183
和
Figure BDA0002045178060000184
5.(605)：由所述T-测距区间，判断向量
Figure BDA0002045178060000185
中的的每一个元素
Figure BDA0002045178060000186
是否在定位基站A至定位基站B之间的定位服务区域内，i＝1，2，3，……，N+1，当
Figure BDA0002045178060000187
时，所述目标定位卡M在定位基站A与定位基站B之间的定位服务区域内，则保存元素
Figure BDA0002045178060000188
当
Figure BDA0002045178060000189
时，所述目标定位卡M在定位基站A与定位基站B之间的定位服务区域外，则对应元素
Figure BDA00020451780600001810
6.(606)：由所述T-测距区间，判断向量
Figure BDA00020451780600001811
中的的每一个元素
Figure BDA00020451780600001812
是否在定位基站B至定位基站A之间的定位服务区域内，i＝1，2，3，……，N+1，当
Figure BDA00020451780600001813
时，所述目标定位卡M在定位基站B与定位基站A之间的定位服务区域内，则保存元素
Figure BDA00020451780600001814
当
Figure BDA00020451780600001815
时，所述目标定位卡M在定位基站B与定位基站A之间的定位服务区域外，则对应元素
Figure BDA00020451780600001816
如图7所示，本发明的利用加权定位法对步骤7修正后的距离估计值进行目标精确定位计算过程包括以下步骤：
1.(701)：根据目标定位卡M所在的定位服务区域的两个最近邻定位基站A和定位基站B的位置坐标得到两组R-方程组
Figure BDA00020451780600001817
和
Figure BDA00020451780600001818
得到两组T-方程组
Figure BDA00020451780600001819
和
Figure BDA00020451780600001820
式中(x，y)为目标定位卡M的坐标位置，(xA，yA)为定位基站A的坐标位置，(xB，yB)为定位基站B的坐标位置；
2.(702)：将获得的R-距离修正向量
Figure BDA00020451780600001826
的向量元素值依次带入对应的R-方程组
Figure BDA00020451780600001822
中，通过解方程组得到携带所述目标定位卡M的目标物体的x坐标向量
Figure BDA00020451780600001823
和y坐标向量
Figure BDA00020451780600001824
将获得的R-距离修正向量
Figure BDA00020451780600001827
的向量元素值依次带入对应的R-方程组
Figure BDA0002045178060000191
中，通过解方程组得到携带所述目标定位卡M的目标物体的x坐标向量
Figure BDA0002045178060000192
和y坐标向量
Figure BDA0002045178060000193
式中j＝1，2，…，N+1；
3.(703)：将获得的T-距离修正向量
Figure BDA0002045178060000194
的向量元素值依次带入对应的T-方程组
Figure BDA0002045178060000195
中，通过解方程组得到携带所述目标定位卡M的目标物体的x坐标向量
Figure BDA0002045178060000196
和y坐标向量
Figure BDA0002045178060000197
将获得的T-距离修正向量
Figure BDA0002045178060000198
的向量元素值依次带入对应的T-方程组
Figure BDA0002045178060000199
中，通过解方程组得到携带所述目标定位卡M的目标物体的x坐标向量
Figure BDA00020451780600001910
和y坐标向量
Figure BDA00020451780600001911
式中j＝1，2，…，N+1；
4.(704)：分别求取x坐标向量
Figure BDA00020451780600001912
和y坐标向量
Figure BDA00020451780600001913
中元素的平均值
Figure BDA00020451780600001914
通过公式
Figure BDA00020451780600001915
计算得到x坐标向量
Figure BDA00020451780600001916
中每个元素所对应的权值向量
Figure BDA00020451780600001917
通过公式
Figure BDA00020451780600001918
计算得到x坐标向量
Figure BDA00020451780600001919
中每个元素所对应的权值向量
Figure BDA00020451780600001920
通过公式
Figure BDA00020451780600001921
计算得到y坐标向量
Figure BDA00020451780600001922
中每个元素所对应的权值向量
Figure BDA00020451780600001923
通过公式
Figure BDA00020451780600001924
计算得到y坐标向量
Figure BDA00020451780600001925
中每个元素所对应的权值向量
Figure BDA00020451780600001926
所述权值向量
Figure BDA00020451780600001927
Figure BDA00020451780600001928
式中j＝1，2，…，N+1；
5.(705)：分别求取x坐标向量
Figure BDA00020451780600001929
和y坐标向量
Figure BDA00020451780600001930
中元素的平均值
Figure BDA00020451780600001931
通过公式
Figure BDA00020451780600001932
计算得到x坐标向量
Figure BDA00020451780600001933
中每个元素所对应的权值向量
Figure BDA00020451780600001934
通过公式
Figure BDA00020451780600001935
计算得到x坐标向量
Figure BDA00020451780600001936
中每个元素所对应的权值向量
Figure BDA00020451780600001937
通过公式
Figure BDA0002045178060000201
计算得到y坐标向量
Figure BDA0002045178060000202
中每个元素所对应的权值向量
Figure BDA0002045178060000203
通过公式
Figure BDA0002045178060000204
计算得到y坐标向量
Figure BDA0002045178060000205
中每个元素所对应的权值向量
Figure BDA0002045178060000206
所述
Figure BDA0002045178060000207
Figure BDA0002045178060000208
式中j＝1，2，…，N+1；
6.(706)：依次计算
Figure BDA0002045178060000209
分别得到目标位置优化后的x坐标向量
Figure BDA00020451780600002010
和y坐标向量
Figure BDA00020451780600002011
依次计算
Figure BDA00020451780600002012
Figure BDA00020451780600002013
分别得到目标位置优化后的x坐标向量
Figure BDA00020451780600002014
和y坐标向量
Figure BDA00020451780600002015
7.(707)：判断每个x坐标向量
Figure BDA00020451780600002016
和每个y坐标向量
Figure BDA00020451780600002017
中的向量元素值是否趋近于同一个数值，如果不满足条件，则将每个x坐标向量
Figure BDA00020451780600002018
Figure BDA00020451780600002019
依次赋值给
Figure BDA00020451780600002020
将每个y坐标向量
Figure BDA00020451780600002021
依次赋值给
Figure BDA00020451780600002022
Figure BDA00020451780600002023
重复步骤G4～G6，如果满足条件，则获得用于精确定位的目标物体坐标
Figure BDA00020451780600002024
Figure BDA00020451780600002025
和
Figure BDA00020451780600002026
8.(708)：计算目标物体坐标
Figure BDA00020451780600002027
和
Figure BDA00020451780600002028
的平均坐标
Figure BDA00020451780600002029
计算目标物体坐标
Figure BDA00020451780600002030
和
Figure BDA00020451780600002031
的平均坐标
Figure BDA00020451780600002032
分别以定位基站A和定位基站B为坐标原点A和坐标原点B，并计算平均坐标
Figure BDA00020451780600002033
到坐标原点A的距离值dA，计算平均坐标
Figure BDA00020451780600002034
到坐标原点B的距离值dB，以坐标原点A为圆心，以距离值dA为半径画圆，同时以坐标原点B为圆心，以距离值dB为半径画圆，两圆相交位置即为携带所述目标定位卡M的目标物体精确位置。

Claims (10)

1.一种基于RSS和TOA互补的矿井移动目标定位方法，其特征在于：在矿井巷道中间隔一定距离安装定位基站，在待定位目标上安装定位卡，测量巷道中相邻定位基站之间的R-测距区间和T-测距区间，所述R表示基于RSS方法，T表示基于TOA方法，根据所述R-测距区间和T-测距区间划分定位服务区域；定位基站每间隔一定时间，采集定位卡的定位数据，定位服务器对所述定位数据依次进行R-距离测量值计算和T-距离测量值计算，并分别鉴别干扰测量值；所述定位服务器依次计算定位卡基于RSS测距公式的移动速率，并根据构造的R-速度阈值函数，进行R-速度阈值处理、距离估计值优化和测量距离修正，获得用于精确定位的R-距离修正向量；所述定位服务器依次计算定位卡基于TOA测距公式的移动速率，并根据构造的T-速度阈值函数，进行T-速度阈值处理、距离估计值优化和测量距离修正，获得用于精确定位的T-距离修正向量；利用加权定位法对所述R-距离修正向量和T-距离修正向量进行精确定位计算，实现基于距离和移动速率的移动目标精确定位。
2.如权利要求1所述的一种基于RSS和TOA互补的矿井移动目标定位方法，其特征在于，所述测距区间包括R-测距区间和T-测距区间，测量过程包括以下步骤：
步骤A1：定位基站i向距离其最近的两个定位基站i-1和定位基站i+1发送测距信号，同时记录测距信号的发射功率值Wi，计时器开始记录时间Ti,i-1和Ti,i+1，所述测距信号中包含定位基站i的地址信息，Wi的单位为mW，i表示巷道中第i个定位基站，i＝1，2，3，…，n；
步骤A2：所述定位基站i-1接收到所述测距信号，获取到达功率值Wi,i-1，延时Ti-1后，向定位基站i回复信号Si-1,i，所述信号Si-1,i包含所述到达功率值Wi,i-1和响应时延Ti-1；所述定位基站i+1接收到测距信号，获取到达功率值Wi,i+1，延时Ti+1后，向定位基站i回复信号Si+1,i，所述信号Si+1,i包含所述到达功率值Wi,i+1和响应时延Ti+1，Wi,i-1和Wi,i-1的单位为mW；Ti-1和Ti+1的单位为s；
步骤A3：定位基站i接收到信号Si-1,i和信号Si+1,i，分别停止计时，记录时间Ti,i-1和Ti,i+1，将发射功率值Wi，响应时延Ti-1、Ti+1，时间Ti,i-1、Ti,i+1，以及接收到的到达功率值Wi,i-1、Wi,i+1，通过矿井通信网络传输到定位服务器，Ti,i-1和Ti,i+1的单位为s；
步骤A4：所述定位服务器根据数据Ti-1、Ti,i-1，通过TOA测距公式
Figure FDA0002575290270000011
计算得到定位基站i与定位基站i-1之间的距离测量值
Figure FDA0002575290270000012
根据数据Ti+1、Ti,i+1，通过TOA测距公式
Figure FDA0002575290270000021
计算得到定位基站i与定位基站i+1之间的距离测量值
Figure FDA0002575290270000022
所述定位服务器根据发射功率值Wi，到达功率值Wi,i-1、Wi,i+1，通过RSS测距公式
Figure FDA0002575290270000023
计算得到定位基站i与定位基站i-1之间的距离测量值
Figure FDA0002575290270000024
通过RSS测距公式
Figure FDA0002575290270000025
计算得到定位基站i与定位基站i+1之间的距离测量值
Figure FDA0002575290270000026
式中lg表示以10为底的对数，f表示测距信号的频率，单位为MHz，Gtr表示定位基站全向天线的增益，单位为dBi；
步骤A5：定位服务器将步骤A4得到的距离测量值
Figure FDA0002575290270000027
作为待定位目标在定位基站i-1与定位基站i之间R-测距区间的最大距离测量值
Figure FDA0002575290270000028
即定位基站i-1与定位基站i的R-测距区间为
Figure FDA0002575290270000029
将距离测量值
Figure FDA00025752902700000210
作为待定位目标在定位基站i与定位基站i+1之间R-测距区间的最大距离测量值
Figure FDA00025752902700000211
即定位基站i与定位基站i+1之间的R-测距区间为
Figure FDA00025752902700000212
将距离测量值
Figure FDA00025752902700000213
作为待定位目标在定位基站i-1与定位基站i之间T-测距区间的最大距离测量值
Figure FDA00025752902700000214
即定位基站i-1与定位基站i的T-测距区间为
Figure FDA00025752902700000215
将距离测量值
Figure FDA00025752902700000216
作为待定位目标在定位基站i与定位基站i+1之间T-测距区间的最大距离测量值
Figure FDA00025752902700000217
即定位基站i与定位基站i+1之间的T-测距区间为
Figure FDA00025752902700000218
已知巷道顶板与巷道底板之间的距离为待定位目标的最小距离测量值dmin；
步骤A6：重复步骤A1至步骤A5，依次计算出巷道中相邻两个定位基站所对应R-测距区间和T-测距区间，并根据R-测距区间和T-测距区间对巷道中对应的定位基站划分其定位服务区域；
步骤A7：周期性动态更新巷道中相邻两个定位基站所对应的R-测距区间和T-测距区间。
3.如权利要求2所述的一种基于RSS和TOA互补的矿井移动目标定位方法，其特征在于，所述采集定位卡的定位数据主要包括以下步骤：
步骤B1：目标定位卡M向距离其最近的两个定位基站A和定位基站B发送定位信号，同时目标定位卡M的计时器开始记录时间TMA和TMB，所述定位信号中包含目标定位卡M的地址信息和卡内存储的目标身份识别信息，以及信号发射功率值WM，WM的单位为mW；
步骤B2：所述定位基站A接收到定位信号，获取信号发射功率值WM，记录定位信号的到达功率值WMA，延时TA后，向目标定位卡M回复信号SAM，同时定位基站A的计时器开始记录时间TAM；所述定位基站B接收到定位信号，获取并记录定位信号的到达功率值WMB，延时TB后，向目标定位卡M回复信号SBM，同时定位基站B的计时器开始记录时间TBM；所述WMA和WMB的单位为mW；
步骤B3：当所述目标定位卡M接收到信号SAM后，停止计时TMA，并记录传播时延TMA，延时T′A后，向定位基站A回复信号S′AM，所述信号S′AM包含所述传播时延TMA和响应时延T′A；当所述目标定位卡M接收到信号SBM后，停止计时TMB，并记录传播时延TMB，延时T′B后，向定位基站B回复信号S′BM，所述信号S′BM包含所述传播时延TMB和响应时延T′B，所述TMA、TMB、T′A、T′B的单位为s；
步骤B4：当所述定位基站A接收到信号S′AM后，获取并记录定位信号的到达功率值W′MA，同时停止计时TAM，并记录传播时延TAM；当所述定位基站B接收到信号S′BM后，获取并记录定位信号的到达功率值W′MB，同时停止计时TBM，并记录传播时延TBM，所述TAM、TBM的单位为s；
步骤B5：将定位基站A和定位基站B采集的目标定位卡M的定位数据WM、WMA、WMB、W′MA、W′MB、TMA、TAM、TMB、TBM、TA、TB、T′A、T′B，通过矿井通信网络传输到定位服务器；
步骤B6：在N个时间间隔T内，重复步骤B1～步骤B5，获取4(N+1)组定位数据，N＝1，2，3，……。
4.如权利要求3所述的一种基于RSS和TOA互补的矿井移动目标定位方法，其特征在于，所述距离测量值计算主要包括以下步骤：
步骤C1：所述定位服务器对定位数据WMA、WMB、W′MA、W′MB进行处理，分别计算目标定位卡M到定位基站A的到达功率平均值
Figure FDA0002575290270000031
目标定位卡M到定位基站B的到达功率平均值
Figure FDA0002575290270000032
步骤C2：所述定位服务器将步骤C1计算得到的到达功率平均值WMA,aver带入公式
Figure FDA0002575290270000041
得到距离测量值dMA,R，将步骤C1计算得到的到达功率平均值WMB,aver带入公式
Figure FDA0002575290270000042
得到距离测量值dMB,R，式中dMA,R表示基于RSS测距方法的目标定位卡M与定位基站A之间的距离测量值，dMB,R表示基于RSS测距方法的目标定位卡M与定位基站B之间的距离测量值，lg表示以10为底的对数，f表示定位信号的频率，单位为MHz，Gt表示目标定位卡全向天线的增益，Gr表示定位基站全向天线的增益，单位为dBi，所述dMA,R和dMB,R单位为m；
步骤C3：所述定位服务器根据定位数据TMA、TAM、TMB、TBM、TA、TB、T′A、T′B，通过公式
Figure FDA0002575290270000043
计算得到电磁波信号在目标定位卡M和定位基站A之间的传播时间TM,A；通过公式
Figure FDA0002575290270000044
计算得到电磁波信号在目标定位卡M和定位基站B之间的传播时间TM,B；
步骤C4：所述定位服务器根据公式dTA＝c·TM,A计算得到定位基站A到目标定位卡M之间的距离测量值dMA,T；根据公式dTB＝c·TM,B计算得到定位基站B到目标定位卡M之间的距离测量值dMB,T；c为电磁波在矿井下的传播速度，单位为m/s，所述dMA,T和dMB,T的单位为m。
5.如权利要求4所述的一种基于RSS和TOA互补的矿井移动目标定位方法，其特征在于，所述鉴别干扰测量值的过程包括以下步骤：
步骤D1：根据N个时间间隔T内，获得的2(N+1)个R-距离测量值，分别用向量表示为
Figure FDA0002575290270000045
和
Figure FDA0002575290270000046
测量得到2(N+1)个T-距离测量值，分别用向量表示为
Figure FDA0002575290270000047
和
Figure FDA0002575290270000048
步骤D2：由R-测距区间，判断向量
Figure FDA0002575290270000049
中的每一个元素
Figure FDA00025752902700000410
是否在定位基站A至定位基站B之间的定位服务区域内，i＝1，2，3，……，N+1，当
Figure FDA00025752902700000411
时，目标定位卡M在定位基站A与定位基站B之间的定位服务区域内，则保存元素
Figure FDA00025752902700000412
当
Figure FDA00025752902700000413
时，目标定位卡M在定位基站A与定位基站B之间的定位服务区域外，则对应元素
Figure FDA00025752902700000414
步骤D3：由R-测距区间，判断向量
Figure FDA0002575290270000051
中的每一个元素
Figure FDA0002575290270000052
是否在定位基站B至定位基站A之间的定位服务区域内，i＝1，2，3，……，N+1，当
Figure FDA0002575290270000053
时，目标定位卡M在定位基站B与定位基站A之间的定位服务区域内，则保存元素
Figure FDA0002575290270000054
当
Figure FDA0002575290270000055
时，目标定位卡M在定位基站B与定位基站A之间的定位服务区域外，则对应元素
Figure FDA0002575290270000056
步骤D4：由T-测距区间，判断向量
Figure FDA0002575290270000057
中的每一个元素
Figure FDA0002575290270000058
是否在定位基站A至定位基站B之间的定位服务区域内，i＝1，2，3，……，N+1，当
Figure FDA0002575290270000059
时，目标定位卡M在定位基站A与定位基站B之间的定位服务区域内，则保存元素
Figure FDA00025752902700000510
当
Figure FDA00025752902700000511
时，目标定位卡M在定位基站A与定位基站B之间的定位服务区域外，则对应元素
Figure FDA00025752902700000512
步骤D5：由T-测距区间，判断向量
Figure FDA00025752902700000513
中的每一个元素
Figure FDA00025752902700000514
是否在定位基站B至定位基站A之间的定位服务区域内，i＝1，2，3，……，N+1，当
Figure FDA00025752902700000515
时，目标定位卡M在定位基站B与定位基站A之间的定位服务区域内，则保存元素
Figure FDA00025752902700000516
当
Figure FDA00025752902700000517
时，目标定位卡M在定位基站B与定位基站A之间的定位服务区域外，则对应元素
Figure FDA00025752902700000518
6.如权利要求5所述的一种基于RSS和TOA互补的矿井移动目标定位方法，其特征在于，所述速度阈值函数包括R-速度阈值函数和T-速度阈值函数，构造的R-速度阈值函数为
Figure FDA00025752902700000519
构造的T-速度阈值函数为
Figure FDA00025752902700000520
式中T1为矿井下允许的机车最大运行速度，T2为矿井下允许的人员最大运行速度，α和β为加权系数，vR为基于RSS测距公式的目标定位卡M移动速率，
Figure FDA00025752902700000521
vT为基于TOA测距公式的目标定位卡M移动速率，
Figure FDA00025752902700000522
Δd为相邻距离测量值的差值。
7.如权利要求6所述的一种基于RSS和TOA互补的矿井移动目标定位方法，其特征在于，所述速度阈值处理和距离估计值优化包括R-速度阈值处理和距离估计值优化，包括以下步骤：
步骤E1：将干扰测量值鉴别后得到的向量
Figure FDA0002575290270000061
中的元素值
Figure FDA0002575290270000062
和
Figure FDA0002575290270000063
中的元素值
Figure FDA0002575290270000064
分别计算其相邻元素的差值△dA1、△dA2、…、△dA(j-1)和△dB1、△dB2、…、△dB(j-1)；根据公式
Figure FDA0002575290270000065
计算得到目标定位卡M的移动速率vA,1、vA,2、…、vA,j-1和vB,1、vB,2、…、vB,j-1，其中j＝1,2,…,N+1；
步骤E2：根据函数阈值T1和T2，依次将步骤E1得到的移动速率vA,1、vA,2、…、vA,j-1和vB,1、vB,2、…、vB,j-1带入R-速度阈值函数中，分别对其进行速度阈值处理，获得每个R-距离测量值的权值；
步骤E3：由获得的每个R-距离测量值的权值，构建权值向量
Figure FDA0002575290270000066
和
Figure FDA0002575290270000067
通过计算公式
Figure FDA0002575290270000068
得到R-距离测量值优化后的R-距离估计向量
Figure FDA0002575290270000069
通过计算公式
Figure FDA00025752902700000610
得到R-距离测量值优化后的R-距离估计向量
Figure FDA00025752902700000611
式中
Figure FDA00025752902700000612
是
Figure FDA00025752902700000613
的转置向量，
Figure FDA00025752902700000614
是
Figure FDA00025752902700000615
的转置向量。
8.如权利要求6所述的一种基于RSS和TOA互补的矿井移动目标定位方法，其特征在于，所述速度阈值处理和距离估计值优化包括T-速度阈值处理和距离估计值优化，包括以下步骤：
步骤F1：将干扰测量值鉴别后得到的向量
Figure FDA00025752902700000616
中的元素值
Figure FDA00025752902700000617
和
Figure FDA00025752902700000618
中的元素值
Figure FDA00025752902700000619
分别计算其相邻差值△dA1、△dA2、…、△dA(j-1)和△dB1、△dB2、…、△dB(j-1)，根据公式
Figure FDA00025752902700000620
计算得到目标定位卡M的移动速率vA,1、vA,2、…、vA,j-1和vB,1、vB,2、…、vB,j-1，其中j＝1,2,…,N+1；
步骤F2：根据函数阈值T1和T2，依次将步骤F1得到的移动速率vA,1、vA,2、…、vA,j-1和vB,1、vB,2、…、vB,j-1带入T-速度阈值函数中，对其进行速度阈值处理，获得每个T-距离测量值的权值；
步骤F3：由获得的每个T-距离测量值的权值，构建权值向量
Figure FDA00025752902700000621
和
Figure FDA00025752902700000622
通过计算公式
Figure FDA00025752902700000623
得到T-距离测量值优化后的T-距离估计向量
Figure FDA00025752902700000624
通过计算公式
Figure FDA00025752902700000625
得到T-距离测量值优化后的T-距离估计向量
Figure FDA0002575290270000071
式中
Figure FDA0002575290270000072
是
Figure FDA0002575290270000073
的转置向量，
Figure FDA0002575290270000074
是
Figure FDA0002575290270000075
的转置向量。
9.如权利要求5所述的一种基于RSS和TOA互补的矿井移动目标定位方法，其特征在于，所述测量距离修正包括：通过距离相对误差公式
Figure FDA0002575290270000076
计算得到巷道中每两个最近邻定位基站间的R-距离相对误差值，根据公式
Figure FDA0002575290270000077
计算得到巷道中每两个最近邻定位基站间的R-距离修正权值，由公式
Figure FDA0002575290270000078
计算得到R-距离修正向量
Figure FDA0002575290270000079
由公式
Figure FDA00025752902700000710
计算得到R-距离修正向量
Figure FDA00025752902700000711
通过距离相对误差公式
Figure FDA00025752902700000712
计算得到巷道中每两个最近邻定位基站间的T-距离相对误差值，根据公式
Figure FDA00025752902700000713
计算得到巷道中每两个最近邻定位基站间的T-距离修正权值，由公式
Figure FDA00025752902700000714
计算得到T-距离修正向量
Figure FDA00025752902700000715
由公式
Figure FDA00025752902700000716
计算得到T-距离修正向量
Figure FDA00025752902700000717
式中ri,i+1、ri+1,i为最近邻两个定位基站间的实际距离值，
Figure FDA00025752902700000718
为RSS测距公式计算得到的最近邻两个定位基站间的距离测量值，
Figure FDA00025752902700000719
为TOA测距公式计算得到的最近邻两个定位基站间的距离测量值，i＝1，2，3，…，n-1。
10.如权利要求9所述的一种基于RSS和TOA互补的矿井移动目标定位方法，其特征在于，所述精确定位计算过程包括以下步骤：
步骤G1：根据目标定位卡M所在的定位服务区域的两个最近邻定位基站A和定位基站B的位置坐标得到两组R-方程组
Figure FDA00025752902700000720
和
Figure FDA00025752902700000721
得到两组T-方程组
Figure FDA00025752902700000722
和
Figure FDA00025752902700000723
式中(x，y)为目标定位卡M的坐标位置，(xA，yA)为定位基站A的坐标位置，(xB，yB)为定位基站B的坐标位置；
步骤G2：将获得的R-距离修正向量
Figure FDA00025752902700000728
的向量元素值依次带入对应的R-方程组
Figure FDA00025752902700000725
中，通过解方程组得到携带所述目标定位卡M的目标物体的x坐标向量
Figure FDA00025752902700000726
和y坐标向量
Figure FDA00025752902700000727
将获得的R-距离修正向量
Figure FDA00025752902700000836
的向量元素值依次带入对应的R-方程组
Figure FDA0002575290270000082
中，通过解方程组得到携带所述目标定位卡M的目标物体的x坐标向量
Figure FDA0002575290270000083
和y坐标向量
Figure FDA0002575290270000084
式中j＝1，2，…，N+1；
步骤G3：将获得的T-距离修正向量
Figure FDA0002575290270000085
的向量元素值依次带入对应的T-方程组
Figure FDA0002575290270000086
中，通过解方程组得到携带所述目标定位卡M的目标物体的x坐标向量
Figure FDA0002575290270000087
和y坐标向量
Figure FDA0002575290270000088
将获得的T-距离修正向量
Figure FDA00025752902700000837
的向量元素值依次带入对应的T-方程组
Figure FDA00025752902700000810
中，通过解方程组得到携带所述目标定位卡M的目标物体的x坐标向量
Figure FDA00025752902700000811
和y坐标向量
Figure FDA00025752902700000812
式中j＝1，2，…，N+1；
步骤G4：分别求取x坐标向量
Figure FDA00025752902700000813
和y坐标向量
Figure FDA00025752902700000814
中元素的平均值
Figure FDA00025752902700000815
通过公式
Figure FDA00025752902700000816
计算得到x坐标向量
Figure FDA00025752902700000817
中每个元素所对应的权值向量
Figure FDA00025752902700000818
通过公式
Figure FDA00025752902700000819
计算得到x坐标向量
Figure FDA00025752902700000820
中每个元素所对应的权值向量
Figure FDA00025752902700000821
通过公式
Figure FDA00025752902700000822
计算得到y坐标向量
Figure FDA00025752902700000823
中每个元素所对应的权值向量
Figure FDA00025752902700000824
通过公式
Figure FDA00025752902700000825
计算得到y坐标向量
Figure FDA00025752902700000826
中每个元素所对应的权值向量
Figure FDA00025752902700000827
所述
Figure FDA00025752902700000828
Figure FDA00025752902700000829
式中j＝1，2，…，N+1；
步骤G5：分别求取x坐标向量
Figure FDA00025752902700000830
和y坐标向量
Figure FDA00025752902700000831
中元素的平均值
Figure FDA00025752902700000832
通过公式
Figure FDA00025752902700000833
计算得到x坐标向量
Figure FDA00025752902700000834
中每个元素所对应的权值向量
Figure FDA00025752902700000835
通过公式
Figure FDA0002575290270000091
计算得到x坐标向量
Figure FDA0002575290270000092
中每个元素所对应的权值向量
Figure FDA0002575290270000093
通过公式
Figure FDA0002575290270000094
计算得到y坐标向量
Figure FDA0002575290270000095
中每个元素所对应的权值向量
Figure FDA0002575290270000096
通过公式
Figure FDA0002575290270000097
计算得到y坐标向量
Figure FDA0002575290270000098
中每个元素所对应的权值向量
Figure FDA0002575290270000099
所述
Figure FDA00025752902700000910
Figure FDA00025752902700000911
式中j＝1，2，…，N+1；
步骤G6：依次计算
Figure FDA00025752902700000912
分别得到目标位置优化后的x坐标向量
Figure FDA00025752902700000913
和y坐标向量
Figure FDA00025752902700000914
依次计算
Figure FDA00025752902700000937
Figure FDA00025752902700000916
分别得到目标位置优化后的x坐标向量
Figure FDA00025752902700000917
Figure FDA00025752902700000918
和y坐标向量
Figure FDA00025752902700000919
步骤G7：判断每个x坐标向量
Figure FDA00025752902700000920
和每个y坐标向量
Figure FDA00025752902700000921
中的向量元素值是否趋近于同一个数值，如果不满足条件，则将每个x坐标向量
Figure FDA00025752902700000922
Figure FDA00025752902700000923
依次赋值给
Figure FDA00025752902700000924
将每个y坐标向量
Figure FDA00025752902700000925
依次赋值给
Figure FDA00025752902700000926
重复步骤G4～G6，如果满足条件，则获得用于精确定位的目标物体坐标
Figure FDA00025752902700000927
和
Figure FDA00025752902700000928
步骤G8：计算目标物体坐标
Figure FDA00025752902700000929
和
Figure FDA00025752902700000930
的平均坐标
Figure FDA00025752902700000931
计算目标物体坐标
Figure FDA00025752902700000932
和
Figure FDA00025752902700000933
的平均坐标
Figure FDA00025752902700000934
分别以定位基站A和定位基站B为坐标原点A和坐标原点B，并计算平均坐标
Figure FDA00025752902700000935
到坐标原点A的距离值dA，计算平均坐标
Figure FDA00025752902700000936
到坐标原点B的距离值dB，以坐标原点A为圆心，以距离值dA为半径画圆，同时以坐标原点B为圆心，以距离值dB为半径画圆，两圆相交位置即为携带所述目标定位卡M的目标物体精确位置。
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