无人机无源时差定位方法研究及实现

作     者：陈云龙 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：罗丰;王伟

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：无人机 无源时差定位 时延估计 通用软件无线电 

摘      要：随着操作门槛降低,居民消费水平提高,消费级无人机近年来持续火热,但由此引发的无人机“黑飞、“滥飞事件也层出不穷,给社会发展造成了严重影响。因此,反无人机系统的需求日益增长,而对无人机进行定位跟踪是反无人机系统中的一个关键环节。无源时差定位方法作为一种定位无人机的有效方法,因为其被动定位,隐蔽性好并且可定位无人机操控者的优越性,受到了国内外的广泛重视。本文重点研究了通过无源时差定位方法来定位无人机的技术,并结合无人机信号传输特性,对时差定位方法中的时延估计算法进行了优化,设计并实现了一套无人机时差定位系统。论文的主要研究工作如下:本文首先对无人机的通信系统进行了研究。主要针对消费级无人机常用的通信系统进行介绍,分别对无人机的遥控和图传信号所使用的通信链路,数学模型,特征参数进行了研究,并采集实际的无人机通信链路信号,分析其时频域特征,为接下来的定位方法研究提供基础。然后研究了对无人机目标的时差定位算法。主要从时差定位的两个关键技术,时延估计和位置解算两方面展开工作。时延估计方面,对广义互相关时延估计算法进行了分析,并在PHAT-GCC改进算法基础上,对其进行了优化,并且提升了算法运行效率;位置解算方面,对三种位置解算算法的原理进行了详细的推导分析,并通过仿真比较了三种算法的性能;并且通过仿真测试了影响定位精度的因素,并给出了无人机时差定位系统的布站建议。最后设计并实现了无人机时差定位系统。基于USRP硬件平台和GNU Radio软件平台,设计并搭建了无人机时差定位系统,并对整个系统进行了实现,然后将设计的定位系统应用到实际场景中对无人机进行位置估计并分析定位误差。