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无人机目标无源定位方法研究

邹先雄  
【摘要】:近年来,无人机行业迅猛发展。在无人机为人们带来便利的同时,也成为了不法分子手中的犯罪工具。对无人机实现管制已经势在必行,而管制的前提是能够对黑飞无人机实现精确定位。基于无源定位的方法具有抗干扰能力强,可以全天候工作,在无人机起飞前就能实现对无人机和操作手的定位等诸多优点。首先,本文对跳频通信进行了理论研究,并在实验室采集无人机信号(包括控制信号和图传信号)进行分析。然后,结合无人机的特点,本文研究了交叉定位算法和无源定位算法在较小区域(一般考虑半径为2000m)内对无人机的定位性能。实现精确的交叉定位的前提是多个测向基站测得无人机准确方位角(和俯仰角),然后通过定位算法解得无人机的平面(或空间)坐标。接下来,本文研究了幅度搜索法测向、全向振幅单脉冲测向、相位干涉仪测向、相关干涉仪测向和空间谱测向五种常用测向算法在小区域内对无人机的测向性能,并对影响每种测向算法测向精度的因素进行了仿真分析。在总结分析上述算法的优劣之后,本文提出基于微带天线的幅度比值查表法测向。对FFT变换、包络检波和直接平均三种幅度提取算法进行仿真分析以确定最佳的幅度提取算法,并对算法的可行性进行了验证,为工程实现提供理论技术准备。最后,本文对二维平面、三维空间下的双站、多站交叉定位分别进行了分析仿真,对影响定位精度的因素也做了仿真研究,并对二维平面双站定位的模糊区域面积,二维平面、三维空间交叉定位精度的GDOP都进行了研究。本文在分析了无源时差定位的定位原理之后,对常用的Chan定位算法和Taylor定位算法进行了分析及仿真,验证了其定位能力。并以Chan算法为基础进行了不同布站方式下的定位精度的GDOP的仿真分析。现阶段,对无人机跳频信号进行时差估计的精度难以保证,以及在小区域内采用时差定位对时差测量精度要求更为苛刻。结合以上研究,本文认为现阶段在实际工程中采用交叉定位成本更低,系统实现更容易,精度也可以得到保证。


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