基于uwb与伪卫星组合系统的无人机室内定位研究

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1、学校代码10530学号201510171770分类号TN915；TN83密级公开硕士学位论文基于UWB与伪卫星组合系统的无人机室内定位研究学位申请人盛利指导教师段斌教授学院名称信息工程学院学科专业电气工程（科学型）研究方向智能电网二○一八年六月六日ResearchonIndoorPositioningofUAVBasedonUWBandPseudo-satelliteCompositeSystemCandidateShengLiSupervisorDuanBin（Professor）CollegeTheCollegeofInformationEngine

2、eringProgramElectricalEngineering（ScientificType）SpecializationSmartGridDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDate6thJune2018摘要随着社会经济的快速发展，城市电荷负荷量逐渐增大，与之相应的地下变电站数目不断增多、室内变压线路更加复杂等，这也就使得室内变电站巡检人员的工作量快速增加、变电站人工巡检效率低、巡检人员人身安全问题更加紧张等。因此当下研究重点是急需借助一种辅助工具取代人工进行室内变电站的巡检。本

3、文提出以无人机代替人工进行巡检，对所需室内变电站场景下无人机自主导航的实现进行了研究与设计。本文首先对无人机电力巡检技术、无人机室内导航的研究现状作了介绍，对于依靠自身传感器实现室内自主导航的微型无人机来说，无人机的体积和载荷极大地限制机载设备的选择范围，因此，本文提出采用以传统的接收卫星信号方法实现无人机室内自主导航。而室内环境下，无人机无法接收GPS信号，针对这一问题，引出了本文所做研究内容及重点如下：（1）提出了一种基于UWB技术的室内定位系统。通过对室内常见无线定位方法与技术的优缺点比较，选取了基于到达时间差（TDOA）定位算法的超宽带（UWB）

4、无线定位技术。通过对最优解算算法进行比较，选取了基于最小二乘（WLS）进行定位算法。因室内无线信号存在非视距下（NLOS）传播误差影响，算法上先利用卡尔曼滤波模型对原始测距信息进行平滑滤波处理，再采用基于WLS的TDOA进行定位解算，仿真结果验证了该模型的可行性。（2）完成基于UWB技术的室内定位系统软硬件设计。硬件设计部分包括：控制模块、无线收发模块、接口模块、电源模块等。软件设计包括驱动程序及定位服务器设计。针对信号收发所产生的时延影响分析，主要存在有信号空气传播时延以及硬件时延，信号空气的传播时延通过在软件算法中加入513ns进行去除，硬件时延利用

5、迭代方法获取最优解。实验最终完成定位系统定位精度在10cm范围内，达到理想要求。（3）通过对模拟GNSS信号结构、定位原理的理论研究，对卫星定位技术误差源进行分析后，完成了对模拟GNSS卫星信号系统以及控制软件的设计。同时对组合系统进行仿真平台搭建，对模拟卫星信号系统仿真文件进行了验证实验，其结果证明仿真平台具备正常播发模拟卫星信号功能；对无人机在室内做了定点悬停实验，实验结果达到预期要求。本文的最后，就室内变电站巡检无人机导航定位系统的下一步工作做了一定的探讨和展望。关键词：变电站巡检无人机；超宽带技术；卡尔曼滤波；伪卫星技术；室内定位IAbstra

6、ctWiththerapiddevelopmentofsocio-economic,thecity’schargeloadgraduallyincreases,thenumberofundergroundsubstationsincreasingandindoorvoltage-transformationlinesgettingmorecomplexcorrespondingly,whichhaveledtoarapidincreaseintheworkloadofindoorsubstationinspectors,lowefficiencyofma

7、nualinspections,andtenserpersonalsafetyoftheinspectors.Therefore,thefocusofthecurrentstudyistheurgentneedtouseanauxiliarytooltoreplacethemanualinspectionofindoorsubstations.ThispaperproposestouseUAVsinsteadofmanualinspectionstocarryoutresearchanddesignontherealizationofUAVautonom

8、ousnavigationundertherequiredindoorsubst