張文杰

【摘要】建立可靠的火場(chǎng)人員定位系統(tǒng)，對(duì)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)環(huán)境建筑內(nèi)人員定位具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文詳細(xì)介紹了CSS定位技術(shù)的原理及特點(diǎn)，對(duì)其在消防滅火救援中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

【關(guān)鍵詞】消防滅火救援CSS定位Chirp信號(hào)

一、引言

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，消防部隊(duì)的作戰(zhàn)任務(wù)愈來(lái)愈艱巨復(fù)雜。如何在救援行動(dòng)中最大限度地發(fā)揮戰(zhàn)斗員的戰(zhàn)斗力，體現(xiàn)指揮員的戰(zhàn)斗意圖，隨時(shí)調(diào)整戰(zhàn)斗部署，使每名戰(zhàn)斗員在指揮員掌控之中，并能夠快速準(zhǔn)確實(shí)施救援，是擺在消防部隊(duì)面前一個(gè)必須解決的問(wèn)題，而解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)戰(zhàn)斗員的精確定位。CSS定位技術(shù)近年得到較快發(fā)展，本文結(jié)合消防部隊(duì)作戰(zhàn)任務(wù)的需要，就CSS定位技術(shù)在消防部隊(duì)滅火救援行動(dòng)中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

二、CSS定位技術(shù)原理及特點(diǎn)

2.1CSS定位原理

Chirp信號(hào)是一種擴(kuò)頻信號(hào)，在一個(gè)Chirp信號(hào)周期內(nèi)會(huì)表現(xiàn)出線性調(diào)頻的特性，即信號(hào)頻率隨時(shí)間變化而線性變化。Chirp信號(hào)的頻率在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)會(huì)“掃過(guò)”一定的帶寬，所以Chirp信號(hào)又被形象地稱為“掃頻信號(hào)”。Chirp信號(hào)的掃頻特性可以應(yīng)用在通信領(lǐng)域，用以表征數(shù)據(jù)符號(hào)，達(dá)到擴(kuò)頻的效果。近年來(lái)，IEEE將CSS技術(shù)列為IEEE 802.15.4a技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的底層實(shí)現(xiàn)方式之一，該項(xiàng)技術(shù)在通信領(lǐng)域的應(yīng)用正日益受到關(guān)注。CSS技術(shù)是一種時(shí)分多址（Time Division Multiple Address，TDMA）的定制應(yīng)用，利用脈沖壓縮使得接收脈沖能量非常集中，極易被檢測(cè)出來(lái)，提高了抗干擾和多徑效應(yīng)能力。CSS技術(shù)可以直接捕獲脈沖壓縮，從而利用鎖相環(huán)電路進(jìn)行同步，且脈沖壓縮技術(shù)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(shuō)，任何定位系統(tǒng)首先需要獲取標(biāo)簽與定位基站之間的距離。CSS采用高質(zhì)量的時(shí)鐘電路，時(shí)間的精確度可以達(dá)到3-4ns，因而實(shí)際測(cè)距精度可以達(dá)到1m左右。CSS采用SDS-TWR的測(cè)量方法，獲取雙向傳輸?shù)臅r(shí)間，進(jìn)而獲取節(jié)點(diǎn)距離。通過(guò)研究可知，由于CSS基于時(shí)間測(cè)量機(jī)制，在測(cè)量精度3-4ns情況下，無(wú)線電檢測(cè)精度將達(dá)到1-1.2m，而在實(shí)際使用中，由于前段多路徑到達(dá)波檢測(cè)、時(shí)間偏差等原因影響，誤差可以控制在1-3m，在測(cè)量距離上0dbm時(shí)可以達(dá)到100m的最大傳輸距離，且只要信號(hào)到達(dá)，就可以利用信號(hào)測(cè)距。

2.2CSS定位技術(shù)特點(diǎn)

在實(shí)際應(yīng)用中，CSS系統(tǒng)的室內(nèi)初步測(cè)距精度在1-4m，單次測(cè)量時(shí)間可以低至33ms，經(jīng)過(guò)濾波器處理后，精度能夠提升到1-2m左右，而在室外測(cè)距應(yīng)用中，即使遠(yuǎn)達(dá)2Km的測(cè)量（增加功率放大器），也能維持上述精度，即只要信號(hào)到達(dá)就能維持相應(yīng)精度。對(duì)于測(cè)量范圍而言，CSS系統(tǒng)的測(cè)量范圍將達(dá)到節(jié)點(diǎn)雙向通訊所覆蓋的最大范圍，即只要節(jié)點(diǎn)之間能夠通訊，系統(tǒng)就能夠進(jìn)行實(shí)際的距離測(cè)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(yīng)該不會(huì)存在問(wèn)題，其測(cè)量特性也不會(huì)因?yàn)樵黾庸β史糯笃鬟@一環(huán)節(jié)而有所變化。

三、CSS定位技術(shù)在滅火救援中的應(yīng)用

CSS技術(shù)起源于脈沖通信，CSS定位技術(shù)最初的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用是在軍事領(lǐng)域，其目的是單兵在城市環(huán)境條件下能夠以0.3m的分辨率來(lái)測(cè)定自身所在的位置。

同時(shí)，CSS設(shè)備具有很強(qiáng)的穿透能力（如墻壁等），可以隨時(shí)將戰(zhàn)斗員的位置信息傳遞給指揮員，CSS定位系統(tǒng)具備為實(shí)時(shí)的室內(nèi)外精確跟蹤能力，定位精度可以到幾個(gè)厘米，CSS在室內(nèi)精確定位方面將會(huì)對(duì)GPS定位起到有效的補(bǔ)充作用。依據(jù)CSS技術(shù)在測(cè)距、精確定位及通信方面的優(yōu)勢(shì)，可以在消防滅火救援中對(duì)其進(jìn)行推廣應(yīng)用。

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