基于軟件無線電的測距系統

孔春雷 王澤昊

摘要：基于軟件無線電設備USRP-2920和LabVIEW實現一種無線測距系統，實現近距離條件下目標距離檢測。同專用測距平臺相比，基于USRP的測距平臺具有易于編程以及多頻帶測量和功能多樣化等優勢。通過實測數據驗證了測量平臺的可行性。

關鍵詞：無線測距;軟件無線電;到達時間

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）07-0083-02

在人們的日常生活中，獲取目標的位置信息應用廣泛，在公共安全、交通等領域發揮著重要作用。獲取目標距離信息是定位系統的關鍵。當前，主要的測距技術基于接收信號強度指示（Receive Signal Strength Indication，RSSI）[1][2]，信號到達時間（Time of Arrival，TOA）的測距技術[3][4]等。其中，基于TOA測距結果測量精度高，因此得到了廣泛應用和研究。

軟件無線電最早用于軍事領域，后來逐步適用到民用無線通信領域，利用軟件易于配置編程，能夠使得不同軟件模塊在同一個硬件平臺上實現功能。本文利用軟件無線電設備搭建無線測距平臺，該平臺采用軟件開發的方式替代了功能單一專用平臺的搭建。發射端發射周期窄脈沖信號，接收端提取接收信號的相位信息進而求得信號飛行時間，從而得到收發天線的距離。[1]

1 測量原理

1.1 基于信號到達時間方法

2 測量平臺的搭建與實際測量

2.1 測量平臺搭建

測距平臺基于單臺軟件無線電設備USRP-2920搭建，總體框架如圖1所示。USRP發射端和接收端分別通過15m長線纜連接定向天線。結合LabVIEW圖形化編程軟件，發射端發射周期窄脈沖信號。

2.2 實際測量

測量場景選在蘭州大學飛云樓平臺位置，此處環境空曠，周圍障礙物較少為典型的視距（Line-of-Sight，LOS）場景，測量過程為靜態測量。在接收端，USRP提取接收信號并在LabVIEW前面板實時顯示接收信號在頻域的表現形式，頻域接收信號如圖2所示，從圖2中可以看到接收信號在各個頻率點上的幅值和相位信息，同時可以看出相位信息變化范圍從-π到π且為一條直線。擬合直線斜率絕對值即為信號飛行時間。

實際測量距離為4-10m，每測量一次移動接收天線1m，每一個距離位置連續進行10次測量以便于分析。如圖3所示，測量結果同實際距離的對比，從圖中可以看出收發天線距離較近時測量值一致性較好，隨著收發距離的增大測量結果的一致性有變差趨勢。

3 結語

基于USRP-2920軟件無線電設備搭建的無線測距系統。基于該測距系統對室外空曠環境下對收發距離在4-10m情況下進行了實際測量。測量結果通過和實際距離進行對比驗證測距系統的性能。通過對比，測距系統的測量結果具有較好的一致性。在下一步工作中，我們將通過改變測量帶寬進行實際測量，通過對比不同帶寬條件下測量結果之間的差異。

參考文獻

[1] 胡迪，錢松榮.基于RSSI自適應無線定位算法[J].計算機應用與軟件，2014（9）：139-141.

[2] 李銀，汪洋，陳冬明.基于RSSI的無線傳感器網絡定位系統設計與實現[J].計算機測量與控制，2015（3）：1061-1064.

[3] 孫哲星，孫繼平.異步測時礦井人員精確定位方法[J].煤炭學報，2018，43（05）：1464-1470.

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