【摘 要】
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无人机导航性能检测是保障无人机产品质量和规范无人机产品市场的重要手段,飞行轨迹检测是评价无人机导航性能的重要内容。目前我国在无人机飞行轨迹检测领域还未形成相当完备体系的规范,现有检测设备测试精度有限、对运动性场景适应不足。本文提出了一种基于超宽带（Ultra Wideband,UWB）定位技术的无人机飞行轨迹检测方法,从空间坐标几何解算模型及其优化算法、高精度空间定位基站布局、天线相位中心测量、定
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无人机导航性能检测是保障无人机产品质量和规范无人机产品市场的重要手段,飞行轨迹检测是评价无人机导航性能的重要内容。目前我国在无人机飞行轨迹检测领域还未形成相当完备体系的规范,现有检测设备测试精度有限、对运动性场景适应不足。本文提出了一种基于超宽带（Ultra Wideband,UWB）定位技术的无人机飞行轨迹检测方法,从空间坐标几何解算模型及其优化算法、高精度空间定位基站布局、天线相位中心测量、定位基站间延时校准等方面开展研究,开发了基于UWB定位的高精度无人机飞行轨迹测量系统,并完成了实验验证。论文主要工作如下:1、针对无人机飞行轨迹检测大范围、高精度、高动态的要求,设计了基于UWB定位的无人机飞行轨迹检测方案,由无人机挂载轻量级UWB标签,采用“单发射,多基站接收”方式,通过多基站时钟同步、全局高精度标定技术,实现无人机飞行轨迹高精度测量,为飞行速度、偏航距等飞行性能参数计算提供原始定位数据支撑。2、提出了基于UWB定位的无人机飞行轨迹检测方法,建立了UWB定位模型,分析了影响定位系统精度的误差来源,以到达时间差（Time Difference of Arrival,TDOA）测量误差作为基站布设评价指标,提出了高精度空间定位基站布局优化方法,建立了天线相位中心测量误差模型,采用标定工装提取天线中轴线和顶点,解算天线相位中心,设计了一种基于空间中点的基站间高精度延时校准方法。仿真结果表明,所提方法能够实现无人机飞行轨迹高精度检测。3、搭建了基于UWB定位的无人机飞行轨迹检测硬件系统,设计了天线相位中心标定装置,基于分层架构设计思想,开发了基于Qt平台的无人机飞行性能检测软件,实现了无人机实时位置解算、飞行轨迹实时显示、无人机飞行性能分析等功能。4、开展了无人机飞行轨迹检测系统定位精度对比实验,实验结果表明,在120m×60m×40m的空间范围内,系统定位误差在水平方向上小于0.1cm,高程方向上定位误差小于0.15m,符合轨迹检测系统精度要求,开展了多型号无人机样品性能测试,为后续无人机导航性能检测做了铺垫。
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