随着无人机行业日益繁荣,尤其是在各大电商巨头涌入后,其市场规模呈指数倍增长,因此关于无人机定位技术的研究极具现实意义和市场价值。本论文主要研究了基于多天线技术实现单基站对无人机的定位和跟踪,应用于基站较稀疏,且要求低延时的场景。首先对无人机市场、智能天线进行DOA估计、天线阵型和二维联合估计等做了背景调研,研究分析了智能天线的基本原理和现有无线定位的基本原理,阐述了对定位的影响因素和评价标准。最后对本文的主要贡献进行详细说明。具体如下:(1)提出一种二维DOA与时延的联合估计算法。首先基于新L型天线将整个问题转化成两个子问题:1、一维DOA和时延联合估计;2、垂直角与水平角联合估计问题。问题1可通过传统算法处理,问题2通过提出一种基于互相关阵的ccm-ESPRIT改进算法实现角度自匹配二维DOA估计。最后进行了仿真论证;(2)提出一种基于单基站的无人机三维定位算法。首先研究了关于多径去相干算法,结合多级维纳滤波对(1)所提联合估计算法进一步优化,以满足单基站定位下对目标的快速有效二维DOA估计,结合TOF的精准测距实现无人机定位。最后进行了仿真论证;(3)提出一种基于单基站的无人机跟踪策略。通过将全空域按波束赋形的波宽进行角度划分。根据目标位置设定激活集和候选集,设计分级码本依靠一级确认,二级精细的方式,借鉴TCP协议中的拥塞控制理论对跟踪过程涉及的扫描周期间隔做了一个递进式的更新机制,较完美的做到了定位复杂度和丢失概率的平衡,通过循环上述过程实现对目标的持续稳定跟踪。最后仿真验证了其有效性。