基于软件无线电的测距系统

孔春雷 王泽昊

摘要：基于软件无线电设备USRP-2920和LabVIEW实现一种无线测距系统，实现近距离条件下目标距离检测。同专用测距平台相比，基于USRP的测距平台具有易于编程以及多频带测量和功能多样化等优势。通过实测数据验证了测量平台的可行性。

关键词：无线测距;软件无线电;到达时间

中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）07-0083-02

在人们的日常生活中，获取目标的位置信息应用广泛，在公共安全、交通等领域发挥着重要作用。获取目标距离信息是定位系统的关键。当前，主要的测距技术基于接收信号强度指示（Receive Signal Strength Indication，RSSI）[1][2]，信号到达时间（Time of Arrival，TOA）的测距技术[3][4]等。其中，基于TOA测距结果测量精度高，因此得到了广泛应用和研究。

软件无线电最早用于军事领域，后来逐步适用到民用无线通信领域，利用软件易于配置编程，能够使得不同软件模块在同一个硬件平台上实现功能。本文利用软件无线电设备搭建无线测距平台，该平台采用软件开发的方式替代了功能单一专用平台的搭建。发射端发射周期窄脉冲信号，接收端提取接收信号的相位信息进而求得信号飞行时间，从而得到收发天线的距离。[1]

1 测量原理

1.1 基于信号到达时间方法

2 测量平台的搭建与实际测量

2.1 測量平台搭建

测距平台基于单台软件无线电设备USRP-2920搭建，总体框架如图1所示。USRP发射端和接收端分别通过15m长线缆连接定向天线。结合LabVIEW图形化编程软件，发射端发射周期窄脉冲信号。

2.2 实际测量

测量场景选在兰州大学飞云楼平台位置，此处环境空旷，周围障碍物较少为典型的视距（Line-of-Sight，LOS）场景，测量过程为静态测量。在接收端，USRP提取接收信号并在LabVIEW前面板实时显示接收信号在频域的表现形式，频域接收信号如图2所示，从图2中可以看到接收信号在各个频率点上的幅值和相位信息，同时可以看出相位信息变化范围从-π到π且为一条直线。拟合直线斜率绝对值即为信号飞行时间。

实际测量距离为4-10m，每测量一次移动接收天线1m，每一个距离位置连续进行10次测量以便于分析。如图3所示，测量结果同实际距离的对比，从图中可以看出收发天线距离较近时测量值一致性较好，随着收发距离的增大测量结果的一致性有变差趋势。

3 结语

基于USRP-2920软件无线电设备搭建的无线测距系统。基于该测距系统对室外空旷环境下对收发距离在4-10m情况下进行了实际测量。测量结果通过和实际距离进行对比验证测距系统的性能。通过对比，测距系统的测量结果具有较好的一致性。在下一步工作中，我们将通过改变测量带宽进行实际测量，通过对比不同带宽条件下测量结果之间的差异。

参考文献

[1] 胡迪，钱松荣.基于RSSI自适应无线定位算法[J].计算机应用与软件，2014（9）：139-141.

[2] 李银，汪洋，陈冬明.基于RSSI的无线传感器网络定位系统设计与实现[J].计算机测量与控制，2015（3）：1061-1064.

[3] 孙哲星，孙继平.异步测时矿井人员精确定位方法[J].煤炭学报，2018，43（05）：1464-1470.

[4] 杨天池，金梁，程娟.一种基于TOA定位的CHAN改进算法[J].电子学报，2009，37（04）：819-822.