基于軟件無(wú)線電的測(cè)距系統(tǒng)

孔春雷 王澤昊

摘要：基于軟件無(wú)線電設(shè)備USRP-2920和LabVIEW實(shí)現(xiàn)一種無(wú)線測(cè)距系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)近距離條件下目標(biāo)距離檢測(cè)。同專用測(cè)距平臺(tái)相比，基于USRP的測(cè)距平臺(tái)具有易于編程以及多頻帶測(cè)量和功能多樣化等優(yōu)勢(shì)。通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了測(cè)量平臺(tái)的可行性。

關(guān)鍵詞：無(wú)線測(cè)距;軟件無(wú)線電;到達(dá)時(shí)間

中圖分類號(hào)：TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）07-0083-02

在人們的日常生活中，獲取目標(biāo)的位置信息應(yīng)用廣泛，在公共安全、交通等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。獲取目標(biāo)距離信息是定位系統(tǒng)的關(guān)鍵。當(dāng)前，主要的測(cè)距技術(shù)基于接收信號(hào)強(qiáng)度指示（Receive Signal Strength Indication，RSSI）[1][2]，信號(hào)到達(dá)時(shí)間（Time of Arrival，TOA）的測(cè)距技術(shù)[3][4]等。其中，基于TOA測(cè)距結(jié)果測(cè)量精度高，因此得到了廣泛應(yīng)用和研究。

軟件無(wú)線電最早用于軍事領(lǐng)域，后來(lái)逐步適用到民用無(wú)線通信領(lǐng)域，利用軟件易于配置編程，能夠使得不同軟件模塊在同一個(gè)硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)功能。本文利用軟件無(wú)線電設(shè)備搭建無(wú)線測(cè)距平臺(tái)，該平臺(tái)采用軟件開發(fā)的方式替代了功能單一專用平臺(tái)的搭建。發(fā)射端發(fā)射周期窄脈沖信號(hào)，接收端提取接收信號(hào)的相位信息進(jìn)而求得信號(hào)飛行時(shí)間，從而得到收發(fā)天線的距離。[1]

1 測(cè)量原理

1.1 基于信號(hào)到達(dá)時(shí)間方法

2 測(cè)量平臺(tái)的搭建與實(shí)際測(cè)量

2.1 測(cè)量平臺(tái)搭建

測(cè)距平臺(tái)基于單臺(tái)軟件無(wú)線電設(shè)備USRP-2920搭建，總體框架如圖1所示。USRP發(fā)射端和接收端分別通過(guò)15m長(zhǎng)線纜連接定向天線。結(jié)合LabVIEW圖形化編程軟件，發(fā)射端發(fā)射周期窄脈沖信號(hào)。

2.2 實(shí)際測(cè)量

測(cè)量場(chǎng)景選在蘭州大學(xué)飛云樓平臺(tái)位置，此處環(huán)境空曠，周圍障礙物較少為典型的視距（Line-of-Sight，LOS）場(chǎng)景，測(cè)量過(guò)程為靜態(tài)測(cè)量。在接收端，USRP提取接收信號(hào)并在LabVIEW前面板實(shí)時(shí)顯示接收信號(hào)在頻域的表現(xiàn)形式，頻域接收信號(hào)如圖2所示，從圖2中可以看到接收信號(hào)在各個(gè)頻率點(diǎn)上的幅值和相位信息，同時(shí)可以看出相位信息變化范圍從-π到π且為一條直線。擬合直線斜率絕對(duì)值即為信號(hào)飛行時(shí)間。

實(shí)際測(cè)量距離為4-10m，每測(cè)量一次移動(dòng)接收天線1m，每一個(gè)距離位置連續(xù)進(jìn)行10次測(cè)量以便于分析。如圖3所示，測(cè)量結(jié)果同實(shí)際距離的對(duì)比，從圖中可以看出收發(fā)天線距離較近時(shí)測(cè)量值一致性較好，隨著收發(fā)距離的增大測(cè)量結(jié)果的一致性有變差趨勢(shì)。

3 結(jié)語(yǔ)

基于USRP-2920軟件無(wú)線電設(shè)備搭建的無(wú)線測(cè)距系統(tǒng)。基于該測(cè)距系統(tǒng)對(duì)室外空曠環(huán)境下對(duì)收發(fā)距離在4-10m情況下進(jìn)行了實(shí)際測(cè)量。測(cè)量結(jié)果通過(guò)和實(shí)際距離進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證測(cè)距系統(tǒng)的性能。通過(guò)對(duì)比，測(cè)距系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果具有較好的一致性。在下一步工作中，我們將通過(guò)改變測(cè)量帶寬進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，通過(guò)對(duì)比不同帶寬條件下測(cè)量結(jié)果之間的差異。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡迪，錢松榮.基于RSSI自適應(yīng)無(wú)線定位算法[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2014（9）：139-141.

[2] 李銀，汪洋，陳冬明.基于RSSI的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2015（3）：1061-1064.

[3] 孫哲星，孫繼平.異步測(cè)時(shí)礦井人員精確定位方法[J].煤炭學(xué)報(bào)，2018，43（05）：1464-1470.

[4] 楊天池，金梁，程娟.一種基于TOA定位的CHAN改進(jìn)算法[J].電子學(xué)報(bào)，2009，37（04）：819-822.