A Cluster‑Based Cooperative Localization Algorithm for UAVs Using Difference‑of‑Convex Programming

PENG ZHENNI; YANG XINTONG; FAN Rui

doi:10.16356/j.2097-6771.2026.02.019

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A Cluster‑Based Cooperative Localization Algorithm for UAVs Using Difference‑of‑Convex Programming

更新时间：2026-04-30

- A Cluster‑Based Cooperative Localization Algorithm for UAVs Using Difference‑of‑Convex Programming
- Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics（Natural Science Edition） Vol. 58, Issue 2, Pages: 434-440(2026)
- 作者机构：
  
  1.南京航空航天大学公共实验教学部，南京 211106
  2.南京航空航天大学电子信息工程学院，南京 211106
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.16356/j.2097-6771.2026.02.019
  CLC： TP391.41
- Received：03 June 2025，
  
  Revised：2025-12-31，
  
  Published：28 April 2026
- 稿件说明：
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彭珍妮，杨歆童，樊　瑞. 基于凸差分的无人机分簇融合协同定位算法［J］. 南京航空航天大学学报（自然科学版），2026，58（2）：434⁃440.

PENG Zhenni， YANG Xintong， FAN Rui. A cluster‑based cooperative localization algorithm for UAVs using difference‑of‑convex programming［J］. Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics（Natural Science Edition），2026， 58（2）：434⁃440.
彭珍妮，杨歆童，樊　瑞. 基于凸差分的无人机分簇融合协同定位算法［J］. 南京航空航天大学学报（自然科学版），2026，58（2）：434⁃440. DOI： 10.16356/j.2097-6771.2026.02.019.

PENG Zhenni， YANG Xintong， FAN Rui. A cluster‑based cooperative localization algorithm for UAVs using difference‑of‑convex programming［J］. Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics（Natural Science Edition），2026， 58（2）：434⁃440. DOI： 10.16356/j.2097-6771.2026.02.019.

摘要

针对无人机集群定位精度要求高的问题，提出了一种基于凸差分（Difference‑of‑convex， DC ）的无人机分簇融合协同定位算法。首先建立了基于位置信息的协同定位数学模型，然后按照凸优化算法结构，将非凸约束转化为差分形式目标函数，提升位置信息解的精度。接着为优化迭代过程利用多维尺度分析（Multi‑dimensional scaling， MDS）方法提供初始位置估计，并将初始化过程加入每轮簇内定位过程。进而分析带有测距误差情况下的定位算法，利用最大似然估计改写目标函数，减小定位误差完成位置估计。随后提出了分簇融合方法，借助公共结点和Procrustes分析算法实现全局定位。通过仿真实验测量算法定位误差，与常见定位算法进行比较验证算法有效性。结果表明，所提出的算法具有定位精度高、适合多无人机网络的特点，能有效提高无人机集群定位性能。

Abstract

To address the challenges of high positioning accuracy requirements in unmanned aerial vehicle swarm localization， a cluster‑based cooperative localization algorithm for unmanned aerial vehicles based on difference‑of‑convex （DC） programming is proposed. A cooperative localization mathematical model based on positional information is established. Then， following the structure of convex optimization algorithms， the non‑convex constraints are transformed into a difference‑of‑convex objective function to enhance the accuracy of the position solution. To optimize the iterative process， the multi‑dimensional scaling （MDS） method is used to provide an initial position estimate， and this initialization step is incorporated into each round of intra‑cluster localization. The algorithm is further analyzed under the condition of ranging errors. The objective function is reformulated using maximum likelihood estimation to reduce positioning errors and improve location estimation accuracy. Subsequently， a cluster fusion method is introduced， which utilizes common nodes and the Procrustes analysis algorithm to achieve global localization. Simulation experiments are conducted to measure localization errors， and comparisons with commonly used localization algorithms are made to validate the effectiveness of the proposed method. The results demonstrate that the proposed algorithm features high localization accuracy， and is well‑suited for multi‑unmanned aerial vehicle networks， effectively enhancing the localization performance of UAV swarms.

关键词

Keywords

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