基于CSS技术的室内定位通信系统的研究与实现

　本系统使用的是对称双边双向测距算法，它相当于在被定义的时间内进行了两次TOA测量。TOA测距通过测量信号在两端点间的传输时间来测量距离，因此对 时间精度有着严格的要求，这意味着在两次TOA测量的过程中不允许发生因数据碰撞而引起的重传。这在单标签点的情况下是很容易实现的，但是在多标签点的环 境下就完全不同了。标签点必须进行统一的管理来避免碰撞的发生，且该管理算法必须保证整个系统的平等性与高效性。为了达到这一目标，设计了图8所示的定位 管理算法。

在系统内的众多标签节点中选择一个作为网络主协调控制器来控制标签节点和锚节点的时序。作为主协调控制器的标签节点周期性地发送广播包来发起空闲时隙的 竞争。每一个标签在收到广播信号后发送应答数据包竞争空闲时隙。作为主协调器的标签节点接收到应答信号后，根据竞争选举算法选出一个标签点，同时广播包含 选取结果的广播数据包。各标签点收到选举结果后返回确认信号，没有被选中的标签点进入等待状态，被选中的标签点和系统内的4个的锚节点分别进行测距。在被 选中的标签点完成测量之前，其余的标签点进入等待状态等待下一次的时隙。被选中的标签点完成测量后向作为主协调器的标签节点发送定位完成信号并进入等待模 式，主协调器标签点收到定位完成信号后，重新发起竞争。为了避免某个标签点被重复选取而造成的不平等，需要对标签点进行优先级管理。在编程中运用队列原 理，一个标签点完成定位后将其放入队尾，使其竞争优先级排到最低，从而避免重复分配造成的不平等。重复这些步骤直到所有的标签点完成测量。
定位服务器在系统中主要完成与标签点的接口驱动、数据处理计算和用户界面，通过USB接口接收标签点的距离数据，使用LLOP算法计算出移动标签的坐 标，并通过显示界面显示出标签点的相对位置信息。由于标签节点使用USB接口，具有很强的通用性，因此定位服务器可以为PC或其他的嵌入式系统。
4 定位结果分析
该系统的最大定位距离可以达到800 m，为了检验该系统的定位性能，分别将该系统在室内和室外两种环境下进行定位实验，定位结果如下。
4.1 室外环境定位
室外实验选用一个宽阔的球场，定位区域内无障碍物，4个锚节点放置在一个60 m×60 m的正方形区域的4个端点。将标签点放置在正方形区域内的多个已知坐标点上进行测量，部分定位结果如图9所示。

从图10可以看出，室内环境下的测量坐标和实际坐标有一定的误差，误差的大小也相差较大。在小于2 m的区域误差很大，这是由于在短距离条件下信号传播时间较短，干扰、时钟误差和定时器误差对测量结果的影响较大。大于2 m后的误差明显减小，有两个点的误差在20 cm以内，因此在中远距离情况下，该系统在室内环境下也具有较高的定位精度。
通过比较两种环境下的定位结果可以看出，在同为视距环境下，在室内定位精度与稳定性不如室外定位，这是因为室内环境受多径效应干扰更为严重。同时可以看 到，定位距离在3 m以上的中远距离定位的相对精度较高，这恰恰是实际室内定位应用中最常用的，因此，该系统具有较高的实用价值。
本文利用Chirp扩频信号抗干扰、抗多径能力强的特点，利用SDS-TWR测距算法，设计并实现了一个室内定位通信系统，并设计了一套系统管理算法实 现了对系统的管理，该系统在室外和室内都可以获得较高的定位精度。该系统结构简单，具有很强的通用性，可以作为单独的定位通信系统或者作为一个功能部件嵌 入到其他系统中，具有较广的应用前景。
参考文献
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