12、基于协作定位的弹性导航融合技术解析

基于协作定位的弹性导航融合技术解析

1. 引言

空中集群技术源于自然界生物集群的行为，它并非多个集群成员的简单编队飞行，而是多个成员高度有序协作、自主调整行为以完成复杂多变任务的智能群体。集群成员根据类型和功能分配不同任务，导致定位精度存在差异。例如，在搜索救援行动中，复杂环境可能使部分成员在特定位置和时间定位精度突然下降，影响救援效率。

传统机载惯性导航设备不受外部环境干扰，但存在漂移误差，精度会迅速降低，需要其他导航系统辅助；卫星导航技术精度较高，但易受电磁干扰且稳定性差，不能作为可靠的导航信息源。因此，空中集群对导航系统的准确性和可靠性提出了很高要求，协作导航技术可弥补单成员导航的不足，提高集群整体定位精度。

近年来，学者们对被动机载定位进行了大量研究，成熟的定位技术包括方向交叉定位、时间差定位和频率差定位等。其中，到达时间差（TDOA）方法应用广泛，基于多传感器的TDOA定位技术适用于宽带信号，能实现较高的定位精度。TDOA估计性能与信号带宽、信号积累时间和信噪比正相关，定位精度与TDOA估计精度和接收站距离正相关。还有一种两步TDOA定位技术可有效减少时钟误差的影响，其步骤如下：
1. 使用已知源为每对传感器定义权重，反映其时间同步程度。
2. 使用新创建的权重和从未知源接收到的TDOA观测值，采用加权最小二乘估计器进行定位。

定位解决方案大致可分为三类：
|分类|包含方法|特点|
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|参数搜索方法|网格逐点搜索法、重要性采样法|计算复杂度高、耗时，但定位精度可接近Cramér - Rao下界|
|迭代方法|凸优化方法、泰勒级数迭代方法、约束总体最