[发明专利]一种基于UWB技术的无人机定位方法

权利要求书

1.一种基于UWB技术的无人机定位方法，其特征在于，无人机上悬挂有UWB定位标签，空间中分布设置有UWB定位基站，还包括有定位服务器；定位方法包括以下步骤：

(1)将UWB定位标签作为轻量级目标标识挂载到无人机上，通过特定频率向各个基站间广播带有自身时间戳的时间数据包；

(2)UWB定位基站接收UWB定位标签发送的时间数据包，同时记录接收到数据包的时间；

(3)UWB定位基站将数据包接收时间与时间数据包重新组合，形成定位数据包，并将定位数据包发送给定位服务器；

(4)定位服务器接收定位数据包后解包，计算出时间数据包的到达各个UWB定位基站的时间，进而基于TDOA算法，计算出无人机的空间位置，同时绘制、存储飞行轨迹。

2.根据权利要求1所述一种基于UWB技术的无人机定位方法，其特征在于，为使步骤(2)至步骤(4)中各个UWB定位基站、UWB定位标签之间时间同步，具体过程如下：

(101)指定任一UWB定位基站为“主基站”，其他UWB基站为“从基站”；

(102)主基站以时间T为周期，向从基站周期性地发送时钟校验包(CCP)；

(103)从基站记录第i次接收到CCP的时间为tccpr_i；

(104)从基站记录第i次接收到CCP时的时间偏移为τccp_i＝T-(tccpr_i-tccpr_i-1)；

(105)从基站当前时间为t_a，其真实时间应为t_real＝t_a+τccp_i；

(106)各个从基站均以主基站为基准，实现时间同步。

3.根据权利要求1所述一种基于UWB技术的无人机定位方法，其特征在于，步骤(4)中定位服务器基于TDOA算法计算出无人机的空间位置的具体过程如下：

假设三维空间上任意的分布着N个UWB定位基站，移动标签的估计位置为(x,y,z)，第i个基站的位置为(X_i，Y_i，Z_i)；

无人机即UWB定位标签到达第i个基站的距离为R_i，得到

令并带入式(1)中，可得

假定以第m个基站为参考点，无人机即UWB定位标签到第i个基站的距离R_i，与到第m个基站的距离R_m之间的距离差ΔR_i，m写作：

ΔR_i,m＝c·Δt_i,m＝R_i-R_m (3)

式中，c为电磁波传播速度，Δt为第i个基站与第m个基站接收到UWB定位标签时间戳的时间差；

为求解方程(3)，可先进行线性化处理，则

依据式(2)，R_m为

式(4)、(5)相减可得

式中，X_i，m＝X_i-X_m，Y_i，m＝Y_i-Y_m，Z_i，m＝Z_i-Z_m；

设x，y，z，R_m为未知数，则式(6)能够视为线性方程组，求解该方程组便能够得到无人机即UWB定位标签的坐标位置。