三维天线辐射方向图对基于 TDOA 的无人机无线定位的影响

无人机下一个重大商业应用要求其在视觉视距（BVLOS）之外飞行。这种不可避免的 BVLOS 飞行能力也将需要具备跟踪无人机位置的能力，以确保预期服务的成功完成。在此背景下，我们探究无人机三维定位的基本极限以及三维天线辐射方向图的影响。尽管无人机/无人 aerial vehicle（UAV）定位在文献中已被充分研究，其与天线效应的关系大多未被探索。在本文中，我们研究天线辐射方向图对基于到达时间差（TDOA）的 UAV 定位精度的影响。具体而言，我们考虑如下场景：固定数量的射频（RF）传感器置于地面若干已知位置，从 UAV 发射的信号收集 TDOA 测量值，并依据这些观测估计 UAV 位置。为研究天线效应对基于 TDOA 定位方案基本极限的影响，我们建立了一个简单的解析模型，以近似各种天线朝向下的空对地（A2G）链路所经历的总天线增益。随后，我们推导了基于 TDOA 定位方案的 Cramer-Rao 下界，针对发射与接收天线朝向的全部三种组合：垂直-垂直（VV）、水平-水平（HH）和垂直-水平（VH）。