基于CSS定位技术在消防灭火救援中的应用研究

来源:用户上传      作者: 张文杰

　　【摘要】建立可靠的火场人员定位系统，对实现火灾环境建筑内人员定位具有重要的现实意义。本文详细介绍了CSS定位技术的原理及特点，对其在消防灭火救援中的应用进行了研究。
　　【关键词】消防灭火救援CSS定位Chirp信号
　　一、引言
　　随着经济建设的迅速发展，消防部队的作战任务愈来愈艰巨复杂。如何在救援行动中最大限度地发挥战斗员的战斗力，体现指挥员的战斗意图，随时调整战斗部署，使每名战斗员在指挥员掌控之中，并能够快速准确实施救援，是摆在消防部队面前一个必须解决的问题，而解决这一问题的关键在于实现现场战斗员的精确定位。CSS定位技术近年得到较快发展，本文结合消防部队作战任务的需要，就CSS定位技术在消防部队灭火救援行动中的应用进行探讨。
　　二、CSS定位技术原理及特点
　　2.1CSS定位原理
　　Chirp信号是一种扩频信号，在一个Chirp信号周期内会表现出线性调频的特性，即信号频率随时间变化而线性变化。Chirp信号的频率在一个信号周期内会“扫过”一定的带宽，所以Chirp信号又被形象地称为“扫频信号”。Chirp信号的扫频特性可以应用在通信领域，用以表征数据符号，达到扩频的效果。近年来，IEEE将CSS技术列为IEEE 802.15.4a技术标准的底层实现方式之一，该项技术在通信领域的应用正日益受到关注。CSS技术是一种时分多址（Time Division Multiple Address，TDMA）的定制应用，利用脉冲压缩使得接收脉冲能量非常集中，极易被检测出来，提高了抗干扰和多径效应能力。CSS技术可以直接捕获脉冲压缩，从而利用锁相环电路进行同步，且脉冲压缩技术有很好的抗频率偏移特性，能满足高可靠性和低功耗要求。
　　从基本定位原理上说，任何定位系统首先需要获取标签与定位基站之间的距离。CSS采用高质量的时钟电路，时间的精确度可以达到3-4ns，因而实际测距精度可以达到1m左右。CSS采用SDS-TWR的测量方法，获取双向传输的时间，进而获取节点距离。通过研究可知，由于CSS基于时间测量机制，在测量精度3-4ns情况下，无线电检测精度将达到1-1.2m，而在实际使用中，由于前段多路径到达波检测、时间偏差等原因影响，误差可以控制在1-3m，在测量距离上0dbm时可以达到100m的最大传输距离，且只要信号到达，就可以利用信号测距。
　　2.2CSS定位技术特点
　　在实际应用中，CSS系统的室内初步测距精度在1-4m，单次测量时间可以低至33ms，经过滤波器处理后，精度能够提升到1-2m左右，而在室外测距应用中，即使远达2Km的测量（增加功率放大器），也能维持上述精度，即只要信号到达就能维持相应精度。对于测量范围而言，CSS系统的测量范围将达到节点双向通讯所覆盖的最大范围，即只要节点之间能够通讯，系统就能够进行实际的距离测量，因此才有功率放大器并选择合适的天线后，500-2400m的范围应该不会存在问题，其测量特性也不会因为增加功率放大器这一环节而有所变化。
　　三、CSS定位技术在灭火救援中的应用
　　CSS技术起源于脉冲通信，CSS定位技术最初的开发和应用是在军事领域，其目的是单兵在城市环境条件下能够以0.3m的分辨率来测定自身所在的位置。
　　同时，CSS设备具有很强的穿透能力（如墙壁等），可以随时将战斗员的位置信息传递给指挥员，CSS定位系统具备为实时的室内外精确跟踪能力，定位精度可以到几个厘米，CSS在室内精确定位方面将会对GPS定位起到有效的补充作用。依据CSS技术在测距、精确定位及通信方面的优势，可以在消防灭火救援中对其进行推广应用。
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