1.一种异空域分布的飞行器集群协同导航优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，获取异空域分布的飞行器集群中各架飞行器的经、纬、高坐标及ECEF坐标系下的位置坐标、速度及自身机载导航设备精度；

S2，根据异空域分布的飞行器集群相对位置关系及集群中飞行器功能、种类，将异空域分布的飞行器集群进行划分，确定各集群中的飞行器数量及其分布空域，确定卫星拒止区域及卫星拒止区域中的采样点坐标；将各个已定义空域及卫星拒止区域采样点的初始经、纬、高坐标范围转换至ECEF坐标系上；

S3，以基于卫星拒止区域Ztarget内TD‑GDOP值设计的目标函数为优化准则，对卫星拒止区域外的中、低空层飞行器集群的构型进行综合优化，保持中、低空层飞行器集群在飞行过程中构型不变，并为进入卫星拒止区域内的低空层飞行器提供导航辅助；

S4，在步骤S3的基础上，以基于中空层飞行器集群所分布空域内的TD‑GDOP值设计的目标函数为优化准则，寻优得到高空层飞行器集群优化构型，从而得到最终的异空域分布飞行器集群优化构型；

S5，获取不同空域间飞行器的位置信息及相对距离数据，分别选取主、副基准飞行器，建立以主基准飞行器为坐标原点的相对坐标系，构建基于TDOA原理的协同导航模型；

S6，利用基于球面内插算法的协同定位算法，对基于TDOA原理的协同导航模型进行解算，得到中、低空层中待辅助飞行器在相对坐标系下的位置坐标；

S7，根据步骤S6中解算出的待辅助飞行器在相对坐标系下的位置坐标，将其转换至三维地球坐标系，并转换为经度、纬度、高度数据，建立滤波方程来对中、低空层中待辅助飞行器的机载位置坐标进行修正；

S8，判断飞行器导航位置坐标是否得到修正，如得到修正，则导航结束；否则，重复步骤S3‑步骤S7。

2.根据权利要求1所述异空域分布的飞行器集群协同导航优化方法，其特征在于，步骤S2中，确定各集群中的飞行器数量及其分布空域，确定卫星拒止区域及卫星拒止区域中的采样点坐标；将各个已定义空域及卫星拒止区域采样点的初始经、纬、高坐标范围转换至ECEF坐标系上，详细实现步骤如下：S21，根据异空域飞行器集群分布的相对位置关系，对飞行器分布空域进行高度方向与飞行器集群前进方向上的划分，根据高、中、低空三种相对高度关系及前、后两种相对位置关系，组合得到六种飞行器集群间相对位置关系，其中飞行器集群所在的高、中、低空层分别对应下标A、B、C，飞行器集群间的前、后关系通过上标k进行表示，k值越大表示飞行器集群相对位置越靠后；

S22，定义高空层飞行器集群 中飞行器数量为 其对应的飞行器集群分布空域为其中，λ、L、H分别表示飞行器集群的经度坐标、纬度坐标和高度坐标； 分别表示高空层飞行器集群的经度坐标最小值和最大值， 分别表示高空层飞行器集群的纬度坐标最小值和最大值， 分别表示高空层飞行器集群的高度坐标最小值和最大值；所述高空层飞行器集群 利用自身高精度机载导航设备进行惯性/卫星组合导航，并为中空层飞行器集群提供协同导航辅助；

S23，定义中空层飞行器集群 中飞行器数量为 其对应的飞行器集群分布空域为分别表示中空层飞行器集群的经度坐标最小值和最大值， 分别表示中空层飞行器集群的纬度坐标最小值和最大值， 分别表示中空层飞行器集群的高度坐标最小值和最大值；所述中空层飞行器集群 利用自身机载导航设备与高空层飞行器集群进行协同导航，并为低空层飞行器集群提供协同导航辅助；

S24，定义低空层飞行器集群 中飞行器数量为 其对应的飞行器集群分布空域为分别表示低空层飞行器集群的经度坐标最小值和最大值， 分别表示低空层飞行器集群的纬度坐标最小值和最大值， 分别表示低空层飞行器集群的高度坐标最小值和最大值；低空层飞行器集群 利用自身机载导航设备与中空层飞行器集群进行协同导航，并为前方已进入卫星拒止区域的低空层飞行器集群提供协同导航辅助；

S25，低空层飞行器集群 中的 架飞行器在飞行过程中进入卫星拒止区域Ztarget时，其卫星导航系统处于不可用状态，需使用与其相邻的中空层飞行器集群 与低空层飞行器集群 中的飞行器为其提供协同导航辅助，所述卫星拒止区域Ztarget为半椭球体，定义如下：其中，(λtarget,Ltarget,Htarget)为卫星拒止区域Ztarget内任一点经、纬、高坐标，axisλ、axisL、axisH为卫星拒止区域Ztarget在经、纬、高方向上的轴长；

S26，将定义空域 及卫星拒止区域Ztarget的初始经、纬、高坐标范围转换至ECEF坐标系，得到ECEF坐标系下的异空域飞行器集群分布空域：对卫星拒止区域Ztarget进行经、纬、高方向上的等间距采样，得到Ntarget个目标采样点的经、纬、高位置坐标 其中i＝1,2,...,Ntarget；对卫星拒止区域Ztarget中的采样点坐标 进行坐标转换，得到ECEF坐标系下的卫星拒止区域Ztarget中的第i个目标采样点坐标

其中，RN为地球卯酉圈曲率半径，f为地球扁率。

3.根据权利要求1所述异空域分布的飞行器集群协同导航优化方法，其特征在于，步骤S3中，以基于卫星拒止区域Ztarget内TD‑GDOP值设计的目标函数为优化准则，对卫星拒止区域外的中、低空层飞行器集群的构型进行综合优化的详细实现步骤如下：S31，初始化中空层飞行器集群 与低空层飞行器集群 中的飞行器构型，将初始化后的中、低空层飞行器集群作为协同导航中的基准飞行器集群，选取 中的一架中空层飞行器作为主基准飞行器，其余中、低空层飞行器作为副基准飞行器，得到主、副基准飞行器与卫星拒止区域Ztarget内的第i个目标采样点坐标 的几何距离差 为：测量伪距差 为：

其中， 为主基准飞行器至第i个目标采样点的几何距离， 为第j个副基准飞行器至第i个目标采样点的几何距离， 为主基准飞行器至第i个目标采样点的测量伪距， 为第j个副基准飞行器至第i个目标采样点的测量伪距， (x1,y1,z1)为中空层中主基准飞行器在ECEF坐标系下的位置坐标；(xj,yj,zj)为中、低空层 架副基准飞行器在ECEF坐标系下的位置坐标； 为主基准飞行器与第i个目标采样点间的时钟误差， 为第j个副基准飞行器与第i个目标采样点间的时钟误差；c为光速；

对于第j架副基准飞行器，有以下关系：

其中， 为卫星拒止区域Ztarget内的第i个目标采样点至主基准飞行器的方向余弦， 为卫星拒止区域Ztarget内的第i个目标采样点至第j架副基准飞行器的方向余弦，(δxi,δyi,δzi)为卫星拒止区域内的第i个目标采样点的位置误差，δui为是时钟误差引起的测距误差；

S32，对步骤S31中的几何距离差 和测量伪距差 进行矩阵描述，得到卫星拒止区域内目标采样点至主、副基准飞行器间的几何距离差矩阵：以及卫星拒止区域内目标采样点至主、副基准飞行器间的测量伪距差矩阵：考虑到第i个目标采样点与不同主、副基准飞行器间测量伪距标准差的差异，引入维噪声εi，得到测距误差矩阵 如下：其中，

S33，使用权重转换矩阵 对测距误差矩阵βi进行归一

化处理，得到：

Diβi＝DiHi·Xi+Diεi

其中， 为 架副基准飞行器与第i个目标采样点间的测距误

差标准差；噪声矩阵Diεi服从标准正态分布，Diεi～N(0,1)；

经过归一化处理的测距误差方程组满足普通最小二乘条件，解得卫星拒止区域内的第i个目标采样点位置误差的加权最小二乘解：其中，

由此，得到卫星拒止区域内第i个目标采样点的位置误差为：

其对应的定位误差协方差矩阵为：

S34，基于步骤S33中推导的卫星拒止区域内第i个目标采样点的定位误差协方差矩阵cov(δXi)，令矩阵Gi为：将不同主、副基准飞行器构型下第i个目标采样点的TD‑GDOPi进行如下定义：其中，，trace()表示矩阵的迹，Gi(1,1)、Gi(2,2)、Gi(3,3)分别表示矩阵Gi的主对角线元素。

S35，对卫星拒止区域Ztarget内Ntarget个采样点的TD‑GDOPi数值进行计算，定义卫星拒止区域内的加权时差几何精度因子WTD‑GDOPtarget如下：其中，ωi为卫星拒止区域Ztarget内第i个目标采样点的权值；依据进入卫星拒止区域Ztarget内的低空层飞行器高度层 对权值ωi进行定义：由此，计算得到中空层飞行器集群 与低空层飞行器集群 中的主、副基准飞行器构型优化的目标函数：其中， 为参与协同导航

的 架中、低空层基准飞行器在ECEF坐标系下的位置坐标一维排列；

S36，根据步骤(2)所提出的中、低空层飞行器集群 与 的分布空域 与 随机产生包含数量为M1的个体的种群，初始化个体 中每个基准飞行器在ECEF坐标系下的起始位置坐标及速度，根据目标函数f1(θ)计算得到每个个体的适应度，依照如下优化算法，更新个体的速度v与位置x：其中，n表示第n次迭代次数，m表示第m个粒子，ω表示惯性权重；c1、c2分别表示学习因子，为非负常数，用于调节个体最优位置p与种群最优位置g的最大步长；r1、r2分别为[0,1]范围内的随机数；

此外，根据中、低空层飞行器集群 与 的分布空域 与 定义，对于个体 中的每个位置坐标，当j1＝1,2,..., 时，有：

当 时，有：

同时，设置中空层飞行器集群间距离维持在最小间距 与最大间距 之间：其中j2＝1,2,...,

在指定的迭代次数内更新得到的目标函数f1(θ)值最小的个体θ为中空层飞行器集群与低空层飞行器集群 的综合最优构型，其中得到的中空层飞行器优化构型为

4.根据权利要求3所述异空域分布的飞行器集群协同导航优化方法，其特征在于，步骤S4中，以基于中空层飞行器集群所分布空域内的TD‑GDOP值设计的目标函数为优化准则，寻优得到高空层飞行器集群优化构型的实现步骤如下：以高空层飞行器集群 中的 架飞行器为对象，对中空层飞行器集群 分布空域进行经、纬、高方向上的等间距采样，得到 个目标采样点；结合步骤S3中得到的中空层飞行器优化构型 对构型优化后中空层飞行器集群中的 架飞行器位置坐标进行x,y,z三个方向上的等距拓展，得到其中s为第i1架中空层飞

行器位置坐标在某一方向上的总累计拓展次数，(Δx,Δy,Δz)为x,y,z三个方向上单次等距拓展的距离；由此，可得到 个拓展的中空层飞行器位置坐标集合矩阵；对于拓展的第i1架中空层飞行器位置坐标集合矩阵，矩阵在x,y,z三方向上的坐标点数目均为2s+1，由此可得到共 个拓展的中空层飞行器集群位置坐标集合；

计算 架高空层飞行器在特定构型下对于 内 个目标采样点及 个拓

展的中空层飞行器位置坐标点的TD‑GDOP数值，并进行加权计算，得到加权时差几何精度因子其中， 由此计算得到高空层飞行器集群 中基

准飞行器构型优化的目标函数：

其中， 为参与协同定位的 架高空

层基准飞行器在ECEF坐标系下的位置坐标一维排列；

根据步骤S36中优化算法，在高空层空域内初始化个体 中每架主、副基准飞行器在ECEF坐标系下的起始位置坐标及速度，根据目标函数f2(θ)计算得到每个个体的适应度，并进行个体速度v与位置x的更新；并对高空层飞行器构型优化时的具体的惯性权重ω，学习因子c1、c2进行重新设置；

此外，根据高空层飞行器集群 分布空域 的定义，对于个体 中的每个位置坐标，当j3＝1,2,..., 时，有：同时，设置高空层飞行器集群间距离最小值 使得优化得到的高空层飞行器间间距不小于其中，j4＝1,2,...,

在指定的迭代次数内更新得到的目标函数f2(θ)值最小的个体为高空层飞行器集群中 架飞行器的最优构型；

此外，高空层基准飞行器以优化得到的ECEF坐标系下的位置坐标 为圆心，为半径进行盘旋飞行，为中空层飞行器集群提供协同导航辅助，其中j3＝1,2,...,

5.根据权利要求1所述异空域分布的飞行器集群协同导航优化方法，其特征在于，步骤S5中，以不同空域间飞行器的位置信息及相对距离数据，分别选取主、副基准飞行器，建立以主基准飞行器为坐标原点的相对坐标系，构建基于TDOA原理的协同导航模型步骤如下：S51，分别在中空层基准飞行器集群 低空层基准飞行器集群 及高空层基准飞行器集群 中确定主、副基准飞行器，获取待辅助飞行器与对应的主基准飞行器的相对距离d1，以及与对应的第js个副基准飞行器间的相对距离S52，以主基准飞行器作为坐标原点，建立相对坐标系，相对坐标系的三维坐标轴与ECEF坐标系坐标轴平行，Z轴与地球自转轴方向平行，X轴在赤道平面内与零度子午线相交，Y轴与X轴、Z轴构成右手直角坐标系；

S53，根据S51中待辅助飞行器和主、副基准飞行器间的相对距离，构建待辅助飞行器至主、副基准飞行器的距离差 其中js＝2,3,...,Ns，Ns为参与协同定位的基准飞行器数量，由此建立相对坐标系下基于TDOA原理的协同导航模型：r r r

其中，(x ,y ,z)为待辅助飞行器在相对坐标系下的位置坐标， 为主基准飞行器在相对坐标系下的位置坐标， 为副基准飞行器在相对坐标系下的坐标位置。