[0001] 本发明涉及无人机定位技术领域，尤其涉及一种无人机定位方法、装置及系统。

[0002] 随着无人机技术的飞速发展，无人机已经被广泛应用于各个领域，包括军事、民用和商业等。然而，随着无人机数量的增加，对无人机的监测与管控也变得越来越重要。特别是在军事安全、民航安全和个人隐私保护方面，对无人机的准确测向显得尤为重要。

[0003] 传统的无人机测向技术主要依赖于雷达和信号侦察技术。雷达是通过测量目标到达雷达的电磁波的时间延迟和方向来确定目标的位置。信号侦察技术包括波束形成和到达角（AOA）测量两种方法。波束形成是利用天线阵列的多个单独天线元素，通过旋转或调整天线阵列的方向，可以确定信号的来向。到达角测量是通过测量来自不同天线的信号之间的相位差来确定信号的来源方向。然而，雷达系统成本较高，而波束形成和到达角测量在复杂信号环境中的适应性较低。

[0025] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0026] 在本发明说明书的描述中，需要理解的是，术语“上部”、“下部”、“上端”、“下端”、“下表面”、“上表面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0027] 在本发明说明书的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

[0028] 在本发明的描述中，“多个”的含义是多个，例如两个，三个，四个等，除非另有明确具体的限定。

[0029] 在本发明说明书的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0030] 下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

[0031] 一实施例中，提供一种无人机定位方法，请参考图1，其包括：S11：获取至少三台天线设备的信号；其中，每台所天线设备包括多根天线。

[0032] 可实施地，在 时刻下获取天线设备中每根天线接收到的信号 并得到信源所在的方向角度 ，目标信源信号记为 ， ,其中 表示时间上的信号振幅， 表示时间 上的相位信息。在 方向上会有一个与目标信源同频同时刻到达天线的干扰信号 ,此时天线所接收到的信号
, 表示信号在传播过程中所产生的时延。

[0033] 另外，每根天线与信源间的距离不同，假设以天线1为参考点相邻两天线间的距离是 ,目标信号的来波方向为 ，那么各根天线所接收到的信号可以表示为：, 为波长 , 为光
速即 ，为目标信号的频率。

[0034] 用矢量来表示天线设备所接收到的信号，可以得出 ，将其展开得 ,为方便后续书写和阅读，可
以改写为 ， 为目标信
号的方向矢量，只依赖于天线设备中多根天线的几何结构和波的传播方向。

[0035] S12：对信号进行分析，得出其来波方向，每台天线设备的来波方向包括一个或两个；当来波方向包括一个时，该来波方向即为其目标信号来波方向；当来波方向包括两个时，根据目标信号的信号特征，在该两个来波方向中选出其目标信号来波方向。

[0036] 具体地，对信号进行DOA分析，可以得出其来波方向。由于目标信号和干扰信号对于不同的天线设备来说DOA不同，有些天线设备会存在两个来波方向，有些天线设备只存在一个来波方向。当两种信号的来波方向相差比较大时，天线设备会存在两个来波方向，如图2a中的天线设备1、天线设备3，其中一个来波方向为目标信号的来波方向，另一个来波方向为干扰信号的来波方向，通过目标信号的信号特征，可以分析出那个方向对应为目标信号的来波方向。当两种信号的来波方向相差比较小时，无法分辨出两种方向，此时天线设备只存在一个来波方向，如图2a中的天线设备2，该来波方向即作为其目标信号来波方向。

[0037] 上述实施例中，如图2a中的目标信号位置，天线设备1、天线设备3包括两个来波方向，天线设备2包括一个来波方向。当目标信号位置不同时，每个天线设备的来波方向数量会不同，如图2b中，天线设备1包括两个来波方向，天线设备2、天线设备3包括一个来波方向；如图2c中，天线设备1、天线设备2、天线设备3都包括两个来波方向。

[0038] S13：基于目标信号来波方向，利用线性约束最小方差准则，对天线设备的信号进行滤波处理。

[0039] 可实施地，具体包括：S131：对天线设备的信号添加权重系数，对 进行波束形成，表示为：
；
其中， 为权重系数 的共轭转置，权重系数 为一个 的矩阵， 表示
天线设备中天线的个数。

[0040] S132：计算波束的输出功率，表示为：；
其中， = 表示信号向量 的协方差矩阵， 是信号的
幅度， 是信号的瞬时功率，而 是瞬时功率的期望值也就是平均功率。

[0041] S133：利用线性约束最小方差准则，对输出功率进行约束，得到最优权重系数。

[0042] 线性约束最小方差准则的约束条件为：；
其中， 为目标信号来波方向， 表示 的方向矢量，由于天线设备测得的
信号防线可能存在变差，需要对 在 到 范围内做一个积分，即
。

[0043] 联立 方程组可以 解得最 优权重 系数 ，其 中为任意非零常数， 为 的共轭转置。

[0044] S134：利用最优权重系数，计算对应的波束。

[0045] 将天线设备接收到的信号通过最优权重系数进行加权求和，得到最终的信号，增强了目标信号，抑制了干扰信号。

[0046] S14：利用经过滤波处理后的所有天线设备的信号做TDOA，得到目标信号的位置。

[0047] S15：对天线设备的来波方向数量进行确认，确认是否有来波方向包括一个的天线设备，如果有，则进入第一流程，如果无，则结束。

[0048] 由于至少三台天线设备分布的位置不同，请参考图2a、2b、2c，不管目标信号位于什么位置，至少有一台天线设备会包括两个来波方向，有可能没有天线设备包括一个来波方向，有可能会有一台天线设备包括一个来波方向，也有可能会有多台天线设备包括一个来波方向。

[0049] 对于有两个来波方向的天线设备来说，经过S13的处理，对于干扰信号的抑制效果好，目标信号的分量远远大于干扰信号的分量；但是对于只有一个来波方向的天线设备来说，经过S13的处理，对于干扰信号的抑制效果没有那么好，因此该天线设备的信号中干扰信号的影响还是比较强，有必要对该天线设备的信号进行进一步地处理。

[0050] S16：第一流程，请参考图3，包括：S161：根据目标信号的位置，计算目标信号到达第一天线设备相对于到达第二天
线设备的时间差，第一天线设备为来波方向包括两个的天线设备，第二天线设备为来波方向包括一个的天线设备。

[0051] S162：对第二天线设备的信号做互相关处理；具体地，利用时间差将第二天线设备的时延迁移到对应的第一天线设备的时延，将迁移后的第二天线设备的信号与经过滤波处理后的第一天线设备的信号做卷积，得到互相关处理后的第二天线设备的信号；其中，对应的第一天线设备指时间差对应的第一天线设备。

[0052] 具体地，假设目标信号到达第一天线设备相对于到达第二天线设备的时间差为，假设第一天线设备的时延为 ，第二天线设备的时延为 ，那么 ，将第二天线设备的时延改为 ，即将其时延迁移到了对应的第一天线设备的时延 ；然
后做卷积处理，得到互相关处理后的第二天线设备的信号，可以表示为：
，其中， 表示经过滤波处理的第一天设备的信号，
表示经过迁移后的第二天线设备的信号。

[0053] 可实施地，第一天线设备的数量、第二天线设备的数量可能会有以下几种情况：（1）第一天线设备的数量为1个，第二天线设备的数量为多个；
此种情况将第一天线设备与每一第二天线设备分别计算时间差，然后分别对每一
第二天线设备做互相关处理。

[0054] （2）第一天线设备的数量为多个，第二天线设备的数量为1个；作为一种实施方式，可以将其中一第一天线设备与第二天线设备计算时间差，然
后利用该时间差对第二天线设备做互相关处理。优选地，该第一天线设备的选择可以根据每个第一天线设备的两个来波方向的差值，选取两个来波方向相差最大的第一天线设备作为该第一天线设备。

[0055] 作为另一种实施方式，还可以将每个第一天线设备与第二天线设备计算时间差，然后利用该些时间差分别对第二天线设备做互相关处理，这样会得到多个经过互相关处理的第二天线设备的信号，可以根据预设规则得出最终的第二天线设备的信号，如可以采用平均或加权平均的方式等。

[0056] （3）当天线设备的数量为三台以上时，还可能会出现：第一天线设备的数量为多个，第二天线设备的数量也为多个；作为一种实施方式，可以将其中一第一天线设备分别与每一第二天线设备计算时
间差，然后利用该些时间差分别对每一第二天线设备做互相关处理，这样对于每一第二天线设备来说，会得到一个经过互相关处理后的信号。优选地，该第一天线设备的选择可以根据每个第一天线设备的两个来波方向的差值，选取两个来波方向相差最大的第一天线设备作为该第一天线设备。

[0057] 作为另一种实施方式，可以将每个第一天线设备分别与每一第二天线设备计算时间差，然后利用该些时间差分别对每一第二天线设备做互相关处理，这样对于每一第二天线设备来说，会得到多个经过互相关处理后的信号，可以根据预设规则得出最终的每一第二天线设备的信号，如可以采用平均或加权平均的方式等。

[0058] S163：利用第一天线设备的信号、互相关处理后的第二天线设备的信号做TDOA，得到经过处理后的目标信号的位置。

[0059] 一实施例中，请参考图4，第一流程之后，还包括：对互相关处理进行循环迭代。

[0060] 具体地，包括：循环第一流程进行迭代，直至该次迭代与前一次迭代得到的位置差值在预设位置差值范围内，则结束迭代，最后一次迭代得到的位置即为最终的位置。

[0061] 一实施例中，请参考图5，该次迭代与前一次迭代得到的位置差值在预设位置差值范围内之后，还包括：继续循环第一流程进行迭代，直至该次迭代与前一次迭代得到的位置差值在预设
位置差值范围内的次数达到第一预设次数（如：10次），则结束迭代，最后一次迭代得到的位置即为最终的位置。

[0062] 另一实施例中，还可以为：继续循环第一流程进行迭代，直至该次迭代与前一次迭代得到的位置差值在预设位置差值范围内，连续达到预设次数（如：10次），则结束迭代，最后一次迭代得到的位置即为最终的位置。

[0063] 一实施例中，对天线设备的来波方向数量进行确认，确认是否有来波方向包括一个的天线设备，如果无，之后还包括：进入第二流程。

[0064] 可实施地，S17：第二流程，请参考图6，包括：S171：由目标信号的位置得到目标信号所在的方向。

[0065] S172：基于得到的目标信号所在的方向，利用线性约束最小方差准则，对天线设备的信号进行滤波处理。

[0066] 可实施地，处理方法可以与S13中的相同，此处不再赘述。

[0067] 优选地，S172的线性约束最小方差准则中的方向积分范围比S13的线性约束最小方差准则中的方向积分范围小。

[0068] S173：利用经过处理后的所有天线设备的信号做TDOA，得到经过处理后的目标信号的位置。

[0069] 第二流程之后，还包括：循环第二流程进行迭代，直至该次迭代与前一次迭代得到的方向差值在预设方向差值范围内，则结束迭代，最后一次迭代得到的位置及方向即为最终的位置及方向。

[0070] 优选地，循环第二流程进行迭代过程中，每次迭代的方向积分范围比前一次的方向积分范围小。

[0071] 一实施例中，请参考图7，循环第二流程进行迭代过程中，该次迭代与前一次迭代得到的方向差值在预设方向差值范围内之后，还包括：继续循环第二流程进行迭代，直至该次迭代与前一次迭代得到的方向差值在预设
方向差值范围内的次数达到第二预设次数（如：10次），则结束迭代，最后一次迭代得到的位置及方向即为最终的位置及方向。

[0072] 另一实施例中，还可以为：继续循环第二流程进行迭代，直至该次迭代与前一次迭代得到的方向差值在预设方向差值范围内，连续达到预设次数（如：10次），则结束迭代，最后一次迭代得到的位置及方向即为最终的位置及方向。

[0073] 一实施例中，还提供一种无人机定位装置，请参考图8，其包括：信号获取模块11，其用于获取至少三台天线设备的信号；其中，每台所述天线设备包括多根天线；
来波方向确定模块12，其用于对所述信号进行分析，得出其来波方向，每台所述天线设备的来波方向包括一个或两个；当来波方向包括一个时，该来波方向即为其目标信号来波方向；当来波方向包括两个时，根据目标信号的信号特征，在该两个来波方向中选出其目标信号来波方向；
滤波处理模块13，其用于基于所述目标信号来波方向，利用线性约束最小方差准
则，对所述天线设备的信号进行滤波处理；
目标信号的位置确定模块14，其用于利用经过滤波处理后的所有天线设备的信号
做TDOA，得到所述目标信号的位置；
来波方向数量确认模块15，其用于对所述天线设备的来波方向数量进行确认，确
认是否有来波方向包括一个的天线设备，如果有，则进入第一流程模块，如果无，则结束；
第一流程模块，具体包括：
时间差获取模块16，其用于根据所述目标信号的位置，计算所述目标信号到达第
一天线设备相对于到达第二天线设备的时间差，所述第一天线设备为来波方向包括两个的天线设备，所述第二天线设备为来波方向包括一个的天线设备；
互相关处理模块17，其用于对所述第二天线设备的信号做互相关处理；具体地，利用所述时间差将所述第二天线设备的时延迁移到对应的所述第一天线设备的时延，将迁移后的所述第二天线设备的信号与经过滤波处理后的所述第一天线设备的信号做卷积，得到互相关处理后的所述第二天线设备的信号；其中，对应的所述第一天线设备指所述时间差对应的所述第一天线设备；
目标信号的位置重新确定模块18，其用于利用所述第一天线设备的信号、互相关
处理后的所述第二天线设备的信号做TDOA，得到经过处理后的目标信号的位置。

[0074] 可实施地，根据目标信号的位置或者经过处理后的目标信号的位置还可以得出目标信号的方向。

[0075] 一实施例中，无人机定位装置还包括：互相关循环迭代模块，其用于循环第一流程进行迭代，直至该次迭代与前一次迭
代得到的位置差值在预设位置差值范围内，则结束迭代，最后一次迭代得到的位置即为最终的位置。

[0076] 一实施例中，无人机定位装置还包括：第二流程模块，其用于：
由目标信号的位置得到目标信号所在的方向；
基于得到的目标信号所在的方向，利用线性约束最小方差准则，对天线设备的信
号进行滤波处理；
利用经过处理后的所有天线设备的信号做TDOA，得到经过处理后的目标信号的位
置；
还用于：循环上述流程进行迭代，直至该次迭代与前一次迭代得到的方向差值在
预设方向差值范围内，则结束迭代，最后一次迭代得到的位置及方向即为最终的位置及方向。

[0077] 一实施例中，还提供一种无人机定位系统，其包括：至少三台天线设备；
无人机定位装置，其用于接收天线设备的信号，并对天线设备的信号进行处理，以进行定位。该无人机定位装置为上述任一实施例所述的无人机定位装置。

[0078] 一实施例中，还提供一种电子设备，请参考图9。在硬件层面，该设备包括处理器21、内部总线22、网络接口23、内存24以及存储器25，当然还可能包括其他业务所需要的硬件。本发明一个或多个实施例可以基于软件方式来实现，比如由处理器21从存储器25中读取对应的计算机程序到内存24中然后运行。当然，除了软件实现方式之外，本发明一个或多个实施例并不排除其他实现方式，比如逻辑器件亦或软硬件结合的方式等等，也就是说以下处理流程的执行主体并不限定于各个逻辑单元，也可以是硬件或逻辑器件。

[0079] 上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机，计算机的具体形式可以是个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件收发设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任意几种设备的组合。

[0080] 在一个典型的配置中，计算机包括一个或多个处理器 (CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

[0081] 内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器 (RAM) 和/或非易失性内存等形式，如只读存储器 (ROM) 或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。

[0082] 计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存 (PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器 (DRAM)、其他类型的随机存取存储器 (RAM)、只读存储器 (ROM)、电可擦除可编程只读存储器 (EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器 (CD‑ROM)、数字多功能光盘 (DVD) 或其他光学存储、磁盒式磁带、磁盘存储、量子存储器、基于石墨烯的存储介质或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体 (transitory media)，如调制的数据信号和载波。

[0083] 上述对本发明特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

[0084] 在本说明书的描述中，参考术语“一种实施方式”、“一种实施例”、“具体实施过程”、“一种举例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0085] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。