基于CSS定位技術在消防滅火救援中的應用研究

張文杰

【摘要】建立可靠的火場人員定位系統，對實現火災環境建筑內人員定位具有重要的現實意義。本文詳細介紹了CSS定位技術的原理及特點，對其在消防滅火救援中的應用進行了研究。

【關鍵詞】消防滅火救援CSS定位Chirp信號

一、引言

隨著經濟建設的迅速發展，消防部隊的作戰任務愈來愈艱巨復雜。如何在救援行動中最大限度地發揮戰斗員的戰斗力，體現指揮員的戰斗意圖，隨時調整戰斗部署，使每名戰斗員在指揮員掌控之中，并能夠快速準確實施救援，是擺在消防部隊面前一個必須解決的問題，而解決這一問題的關鍵在于實現現場戰斗員的精確定位。CSS定位技術近年得到較快發展，本文結合消防部隊作戰任務的需要，就CSS定位技術在消防部隊滅火救援行動中的應用進行探討。

二、CSS定位技術原理及特點

2.1CSS定位原理

Chirp信號是一種擴頻信號，在一個Chirp信號周期內會表現出線性調頻的特性，即信號頻率隨時間變化而線性變化。Chirp信號的頻率在一個信號周期內會“掃過”一定的帶寬，所以Chirp信號又被形象地稱為“掃頻信號”。Chirp信號的掃頻特性可以應用在通信領域，用以表征數據符號，達到擴頻的效果。近年來，IEEE將CSS技術列為IEEE 802.15.4a技術標準的底層實現方式之一，該項技術在通信領域的應用正日益受到關注。CSS技術是一種時分多址（Time Division Multiple Address，TDMA）的定制應用，利用脈沖壓縮使得接收脈沖能量非常集中，極易被檢測出來，提高了抗干擾和多徑效應能力。CSS技術可以直接捕獲脈沖壓縮，從而利用鎖相環電路進行同步，且脈沖壓縮技術有很好的抗頻率偏移特性，能滿足高可靠性和低功耗要求。

從基本定位原理上說，任何定位系統首先需要獲取標簽與定位基站之間的距離。CSS采用高質量的時鐘電路，時間的精確度可以達到3-4ns，因而實際測距精度可以達到1m左右。CSS采用SDS-TWR的測量方法，獲取雙向傳輸的時間，進而獲取節點距離。通過研究可知，由于CSS基于時間測量機制，在測量精度3-4ns情況下，無線電檢測精度將達到1-1.2m，而在實際使用中，由于前段多路徑到達波檢測、時間偏差等原因影響，誤差可以控制在1-3m，在測量距離上0dbm時可以達到100m的最大傳輸距離，且只要信號到達，就可以利用信號測距。

2.2CSS定位技術特點

在實際應用中，CSS系統的室內初步測距精度在1-4m，單次測量時間可以低至33ms，經過濾波器處理后，精度能夠提升到1-2m左右，而在室外測距應用中，即使遠達2Km的測量（增加功率放大器），也能維持上述精度，即只要信號到達就能維持相應精度。對于測量范圍而言，CSS系統的測量范圍將達到節點雙向通訊所覆蓋的最大范圍，即只要節點之間能夠通訊，系統就能夠進行實際的距離測量，因此才有功率放大器并選擇合適的天線后，500-2400m的范圍應該不會存在問題，其測量特性也不會因為增加功率放大器這一環節而有所變化。

三、CSS定位技術在滅火救援中的應用

CSS技術起源于脈沖通信，CSS定位技術最初的開發和應用是在軍事領域，其目的是單兵在城市環境條件下能夠以0.3m的分辨率來測定自身所在的位置。

同時，CSS設備具有很強的穿透能力（如墻壁等），可以隨時將戰斗員的位置信息傳遞給指揮員，CSS定位系統具備為實時的室內外精確跟蹤能力，定位精度可以到幾個厘米，CSS在室內精確定位方面將會對GPS定位起到有效的補充作用。依據CSS技術在測距、精確定位及通信方面的優勢，可以在消防滅火救援中對其進行推廣應用。

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