摘要：提出了基于對稱雙邊兩路測距(SDS-TWR)機制的無線定位節點設計方案。定位節點采用NA5TR1為無線定位節點的核心器件，該器件內部集成了具有雙邊兩路測距功能的模塊和2．45 GHz ISM RF收發器，利用ATmega644v單片機為控制器，完成無線定位節點的整體設計，并給出無線定位節點電路原理圖。節點通過測量不同基站間數據延遲時間差，實時計算出基站間的距離，經上位機對距離數據的處理，實現對目標的定位。測試結果表明，定位節點測距精度高，通信最遠距離達600 m。
關鍵詞：無線定位；節點設計；NA5TR1；ATmega644v

隨著無線通信、微處理器技術的不斷進步，推動了無線定位技術的發展。目前常用的無線定位技術有GPS技術、Zibgee技術、藍牙技術、紅外技術等，根據不同領域對定位精度的要求，以上技術應用于實時定位跟蹤、醫療、工業檢查及控制、安全管理等領域但這些定位技術的定位精度都不高，一般在3m以上。利用NA5TR1芯片，采用均勻的雙邊兩路測距技術，可以實現定位精度在1 m以內，經過軟放大或硬件放大后，數據傳輸距離可達800m。

1 無線定位系統
無線定位系統包括參考節點和移動節點，參考節點按照一定的規律固定地放置在需要定位的區域，一般將參考節點放置在矩形區域的4個頂角位置，并按照矩形的兩條平行線進行區域擴展，移動節點放置在被定位的實體上。選擇一個參考節點與上位機連接，實現數據的采集及處理，從而實現定位的目的。由于NA5TR1具有測距的功能，上位機接收到的數據是不同參考節點到被定位實體的距離，利用合理的算法，對距離數據進行計算處理，最終實現目標定位。

2 定位節點的特征
定位節點是放置在需要定位區域的固定參考節點，該節點具有體積小、功耗低、高精度測距的功能、并能實現無線數據的收發。定位節點主要包括ATmega644v單片機、NA5TR1無線射頻芯片、電源模塊及接口模塊等組成。NA5TR1芯片實現無線數據的收發并具有測距功能，單片機通過SPI接口實現對NA5TR1的控制及數據處理和與上位機連接。由于需要定位區域的環境狀況的不確定性及定位節點需要長時間的工作，在設計定位節點時需要選擇性能穩定、成本低、集成度高、測距精度高的芯片，NA5TR1內部集成了具有雙邊兩路測距的功能模塊和2．45 GHz ISM RF收發器。滿足高精度定位節點設計的要求。

3 NA5TR1芯片的性能及特征
NASTR1是NANOTRON公司推出的具有短距離高精度測距功能的無線射頻芯片。該芯片集成了2．45 GHz ISM RF收發器，在硬件方面支持測距功能(鏈接點之間的距離測量)、FDMA(頻分復用通道Frequency Division MultiplexAccess)帶有3個非疊加頻率通道和7個疊加的頻率通道、象征性的0 dBm能量輸出、常規條件下，RF靈敏度≤-95 dBm@BER=0．001、RSSI靈敏度達到-95 dBm(僅對于匹配的尖脈沖)，適應的溫度范圍工業級：T=-40～+85℃，帶內載波干擾比(C／I)：C／I=0…3 dB@250 kbps@C=-80 dBm，允許的電壓范圍：2．3～2．7 V，具有節能的掉電模式，掉電模式下的最小工作電流≤2Ua，外部控制器通過軟件控制芯片的節能模式，為外部控制器提供32．768 kHz時鐘信號、集成了SPI接口(32 Mb／s，只能是從模式)、集成了幀緩沖器，微控制器管理功能，4位通用的數據I／O口，便于連接傳感器，在嚴實時性和緊急任務計算的條件下，提供硬件MAC加速功能。
NA5TR1包括了NA1TR8的大部分功能，但增加了一些新的功能。主要有：信道、數據分散延遲線吸收、快速尖脈沖序列接口、默認的標準指令集、可編程上拉電阻。信道是將一個寬頻帶分成許多窄頻帶，NA5TR1所用的帶寬是2．4 GHzISM頻帶(2．4～2．483 5 GHz)。然而，用戶可以通過對芯片編程，使用80 MHz的帶寬。或者22MHz的帶寬。這樣可以與符合ISM帶寬的設備實現信道共享。NA5TR1的信道功能使用FDMA技術實現。此技術可以將80 MHz頻帶分成幾個獨立復用的符合ISM標準的22 MHz的頻帶。這個窄帶能被設成任意的22 MHz的頻率。
NA5TR1可完成測距的功能，采用對稱雙邊兩路測距方法(SDS-TWR)。僅用兩個基站就可以實現測距，通過兩個基站的相互通信及應答，4個通信過程如下：A基站的數據包發給B基站，B基站的一個應答數據包發給A基站。B基站的數據包發給A基站，A基站的一個應答數據包發給B基站。采用信號傳播延遲(發送和應答)和響應數據包的處理延遲，兩個基站間的距離就可以計算出來，如圖1所示。D=(T1-T2)／2。