海上應急示位系統的製作方法
2023-04-22 18:27:11 1
專利名稱：海上應急示位系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種海上應急搜救的通信救援設備，特別涉及一種海上應急示位系統。
背景技術：
按照國際海事組織及我國海事局有關規定，海船上大多安裝有VHF電臺、海事無線電話、GPS定位系統以及衛星船站等通信救援設備。事故發生時，船隻可以通過這些設備向搜救部門求救。但船員落水後，在水流的作用下，將漂離失事地點。由於落水船員基本無個人用通訊或示位設備，因此當救援人員趕到失事地點能很快發現失事船隻，卻很難確定落水船員的具體方位。目前，搜救人員的救援手段落後，只能通過分析失事區域的水流情況，推斷船隻上落水人員可能漂流到的位置；通過攝像系統、照明系統和紅外夜視系統搜尋海面，進行拉網式查找。在沿海島礁較多區域，島礁環流複雜多變，難以推測落水者的方位； 惡劣氣候條件下，搜救更為困難。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種海上應急示位系統，通過搜救船或搜救飛機上裝置的機載搜索機，對周邊範圍內信標機發出的信號進行無線電測向定位，幫助搜救人員確定攜帶了該些信標機的落水者的位置；因此，能夠克服惡劣天氣對海上搜救的影響，加快搜救進程，提高定點救援的成功概率。為了達到上述目的，本實用新型的技術方案是提供一種海上應急示位系統，其包含信標機，其由海上作業人員隨身配戴，並在發生船難落水後向外發射無線通信信號；所述信標機包含通過電路連接的電源電路、信號處理電路和天線；搜索機，其設置在前往事故地點救援的搜救船或飛機上；所述搜索機接收在其周邊一定範圍內的信標機發出的無線通信信號，並設置有分別根據該信號給出所述信標機相對距離及方向的兩組信號處理模塊。所述信標機的電源電路包含電源管理模塊，分別與所述電源管理模塊通過電路連接的信號觸發開關和電池；所述信號觸發開關包含分別與所述電源管理模塊通過電路連接的手動開關和落水自動開關；其中，所述電池提供信標機的工作電源；所述手動開關手動開啟電源管理模塊，使信標機被打開進入工作狀態；所述落水自動開關通過檢測其是否侵入水中，自動開啟電源管理模塊，使信標機被打開進入工作狀態；所述電源管理模塊在手動開關或落水自動開關開啟時，將電池所提供的電源電壓轉為穩定的工作電壓輸出。所述電池和電源管理模塊之間還設置有一電源開關，控制信標機在低功耗待機狀態和關機狀態之間切換。所述信標機的信號處理電路包含依次通過電路連接的系統控制模塊、調製模塊、 功率放大器和濾波器；所述系統控制模塊與所述電源管理模塊通過電路連接；所述濾波器與所述天線通過電路連接；其中，所述系統控制模塊接收到電源管理模塊所輸出的工作電壓後，向調製模塊傳輸發射數據並控制發送時間點；所述調製模塊將接收到的發射數據轉變為調製信號，並將該調製信號傳輸至功率放大器；所述功率放大器將接收到的調製信號放大至發射所需的功率後傳輸至濾波器；所述濾波器接收到經過功率放大器放大的調製信號後，濾除其中的雜波和諧波。所述信標機還包含與電源管理模塊通過電路連接的蜂鳴器；當該蜂鳴器接收到電源管理模塊所輸出的穩定工作電壓後，發出響聲。所述搜索機中給出信標機相對距離的模塊，包含通信天線，其接收信標機發出的頻率相匹配的無線通信信號； 濾波放大模塊，接收所述通信天線輸出的信號，對其中的幹擾信號進行濾除，並對所需要的無線電信號進行放大；信號解調模塊，對濾波放大模塊輸出的信號進行解調，判斷該信號是否是由信標機所發射的；信號檢測模塊，對濾波放大模塊輸出的信號進行信號大小檢測，估算發出該信號的信標機與所述搜索機的相對距離。所述搜索機中給出信標機方向的模塊，包含測向天線陣，其包含按設計分布位置組成陣列的多個天線，來分別接收同一個信標機發出的頻率相匹配的無線通信信號；天線信號處理模塊，其將所述測向天線陣中各個接收天線獲得的多路信號合成一路整合信號；混頻放大模塊，其將所述天線信號處理模塊輸出的一路整合信號轉換到一設定的頻率，並在全信號範圍內將該信號放大到一設定的輸出幅度；測向數據處理模塊，其對混頻放大模塊輸出的信號進行分時採樣，並將其恢復成測向天線陣上各個天線接收到的多路信號，並計算所述多路信號的相位差，進而給出發射該信號的信標機與所述搜索機的相對方向。所述天線信號處理模塊進一步包含切換開關，其根據相關控制驅動指令，將所述測向天線陣發送的多路接收信號分時合併為一路整合信號；聲表濾波器和放大器，對應為這一路整合信號進行濾波和放大處理後，將信號向後續模塊發送。所述搜索機中還包含系統控制模塊，其分別接收所述信號解調模塊、信號檢測模塊和測向數據處理模塊發送的信號數據，對整個搜索機的工作狀態進行控制；顯示模塊，其與系統控制模塊連接，將表示信標機方位和距離的信息，直觀顯示在液晶顯示器上；蜂鳴器，其與所述系統控制模塊連接，根據接收到的信標機信號的情況，發出不同
聲音，提醒搜救人員注意。與現有技術相比，本實用新型本所述海上應急示位系統中，其優點在於本實用新型中信標機是由海上作業人員(船員或乘客)配戴在身上，在人員發生船難落水後，信標機用於對外發射無線通信信號及呼救報警信號。在不使用時，信標機電源關閉，停止工作；當人員進行船外露天作業時，可開啟電源使信標機處於低功耗待機狀態，即不對外發射信號； 落水時，能夠通過落水自動開啟或手動開啟信標機的電源，進行信號發送，具有雙重保障。另一方面，本實用新型中裝置搜索機的救援船或飛機在前往事故地點救援時，可沿途搜索並接收半徑5公裡以上海域內信標機發射的呼救信號，該搜索機通過無線電定位技術，能夠獲知攜帶該信標機的落水者相對該搜索機的方位及大致距離，幫助搜救人員實施定點營救。尤其是其中設置的測向天線陣，由不同位置的三路天線接收同一發射信號後， 對這三路接收信號的相位差進行測量，從而推算出發射信號的方位，達到測角的目的。通過採用開關切換將該三路接收信號分時合併為一路整合信號，有效克服了系統相位校準困難的缺點，同時減少了調試難度，降低了成本。因此，本實用新型所述海上應急示位系統能夠克服惡劣天氣對海上搜救的影響， 加快搜救進程，提高定點救援的成功概率。
圖1是本實用新型所述海上應急示位系統中個人可攜式信標機的總體結構示意圖；圖2是本實用新型所述海上應急示位系統中機載搜索機的總體結構示意圖；圖3是本實用新型所述海上應急示位系統的搜索機中測向天線陣及天線信號處理模塊的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖說明本實用新型的具體實施方式
。本實用新型所述海上應急示位系統，包含信標機和搜索機兩部分。其中，信標機是由海上作業人員(船員或乘客)配戴在身上，主要在發生船難落水後，用於對外發射無線通信信號及呼救報警信號。搜索機被裝備在前往事故地點救援的搜救船或搜救直升機上，對落水者攜帶的信標機發出的無線通信信號進行偵聽、發現、通信和定位，從而給出落水者的方向、距離信息，以指引搜救人員有針對性地實施營救。如圖1所示，作為無線通信的信號發送部分，本實用新型所述信標機中，包含通過電路連接的電源電路110、信號處理電路120和天線130。其中，所述電源電路110包含電源管理模塊111，分別與所述電源管理模塊111通過電路連接的信號觸發開關和電池114。所述信號觸發開關包含分別與所述電源管理模塊 111通過電路連接的手動開關112和落水自動開關113。所述電池114和電源管理模塊111 之間還設置有一電源開關。所述電池114向電源管理模塊111提供工作電源，繼而提供整個信標機的工作電源。所述手動開關112用於手動開啟電源管理模塊111，使得信標機被打開進入工作狀態。 所述落水自動開關113通過檢測其是否侵入水中，從而判斷信標機是否落入水中，從而自動開啟電源管理模塊111，使得信標機被打開進入工作狀態。所述電源管理模塊111在手動開關112或落水自動開關113開啟時，用於將電池114所提供的電源電壓轉為穩定的電壓輸出。所述電源開關用於控制電源管理模塊111，也就是信標機在低功耗待機狀態和關機狀態之間切換。本實施例中，所述電源管理模塊111可以採用型號為ADP3339-3. 3的電源晶片來實現，用於將電池105所提供的7V-9V電壓轉為穩定的3. 3V電壓輸出。所述信號處理電路120包含依次通過電路連接的系統控制模塊121、調製模塊 122、功率放大器123和濾波器124。其中，所述系統控制模塊121與所述電源管理模塊111 通過電路連接；所述濾波器124與所述天線130通過電路連接。本實施例中，所述系統控制模塊121可以採用型號為MEGA48V-10AN的晶片，其接收到電源管理模塊111所輸出的3. 3V工作電壓後，開始進入工作狀態，其向調製模塊122 傳輸發射數據並控制具體的發送時間點。所述調製模塊122採用型號為ADF7020-1的晶片，將接收到的發射數據轉變為調製信號，並將該調製信號傳輸至功率放大器123。所述功率放大器123將接收到的調製信號放大至發射所需的功率。所述濾波器124接收到經過功率放大器123放大的調製信號後，濾除其中的雜波和諧波。最後，經過調製、放大和濾波的無線電發射信號通過天線130向外發射。所述信標機還包含與電源管理模塊111通過電路連接的蜂鳴器140 ；當該蜂鳴器 140接收到電源管理模塊111所輸出的3. 3V工作電壓後，開始發出響聲，以起到警示作用， 可引起搜救人員的注意。本實施例中，所述蜂鳴器140採用電子設備常用小喇叭。因此，本實用新型所述個人可攜式信標機，可隨身佩帶或縫製在救生衣內。在不使用信標機時，將電源開關關閉，使信標機處於關機狀態，停止工作。當船員或乘客進行船外露天作業時，開啟該電源開關，使得信標機處於低功耗待機狀態，即不對外發射信號，但具備落水自動開機功能，或可通過手動開關進行開機。當遇到突發事件，船員或乘客落水後，信標機可通過落水人員按下手動開關112開機，或者因在海水浸泡下使得落水自動開關113導通而自動開機，使得電源管理模塊111在將電池114所提供的電壓轉為穩定的工作電壓輸出後，觸發系統控制模塊121向調製模塊122發送發射信號，該發射信號經過進一步的調製、放大和濾波後，由天線130向搜索機發射無線電呼救信號，以等待搜索機接收到呼救信號，確認落水人員的具體位置後，對其實施快速有效的救援。配合參見圖2、圖3所示，作為無線通信的信號接收部分，在本實用新型所述搜索機中，包含天線裝置，以及通過相應的控制電纜、射頻電纜等與之連接的搜索機主機。所述天線裝置包含通信天線211、測向天線陣221及其天線信號處理模塊222 ；圖2中其他若干模塊均位於所述搜索機主機位置。具體的，所述搜索機中，通信天線211將接收的無線通信信號，發送至濾波放大模塊212。由濾波放大模塊212濾除其中的幹擾信號，並對所需的無線電信號進行放大後，發送至信號解調模塊213。信號解調模塊213對通信信號進行解調，判斷該信號是否是信標機發射的無線電呼救信號；如果是信標機呼救信號，由所述信號檢測模塊214，對濾波放大模塊212的輸出進行信號大小檢測，根據接收信號的大小與相對距離的對應關係的算法，估算發出該呼救信號的信標機與所述搜索機的相對距離。所述對應關係可以是靠多次外場試驗測試得到。另一方面，所述測向天線陣221包含按設計分布位置組成陣列的三個接收天線A、 B、C，分別接收同一個信標機發射的無線通信信號，並發送至天線信號處理模塊222。天線信號處理模塊222中設置有切換開關2221，其根據相關控制驅動指令，將三路接收信號分時合併為一路整合信號。這一路整合信號再依次由聲表濾波器2222和放大器2223進行濾波放大處理，因而在後續對該路整合信號通過射頻電纜傳輸到搜索機主機時，可有效降低接收信號的噪聲係數。本實施例中，切換開關2221可以採用型號為ADG904的晶片，其在每個選通狀態下只與輸入其中的一路接收信號連通並向外輸出該信號，實現所述分時合併處理。所述放大器2223可以採用型號為MBC13916的晶片。天線信號處理模塊222之後，在搜索機主機位置，由混頻放大模塊223將那路整合信號轉換到某一固定的頻率，並在全信號範圍內將該信號放大到某一固定輸出幅度，並輸出至測向數據處理模塊224。測向數據處理模塊2M對該信號進行分時採樣，並將其恢復成測向天線陣221上接收到的三路信號，並以此計算測向天線陣221上各個接收天線接收信號的相位差。根據各個接收天線的相對位置關係與所述相位差等數據，計算得到發射該呼救信號的信標機的相對方向。所述搜索機中設置的系統控制模塊230，其分別接收上述信號解調模塊213、信號檢測模塊214和測向數據處理模塊2M發送的信號數據，並分別連接一顯示模塊240和一蜂鳴器250。所述系統控制模塊230對整個搜索機的工作狀態進行控制，包含信號的分時合併、顯示控制聲音控制、數據處理和存儲等。所述顯示模塊240將系統控制模塊230送來的信標機方位和距離信息通過處理， 以特定的方式顯示在液晶顯示器上，直觀表示了信標機的相對位置信息。所述蜂鳴器250 根據接收信標機信號的情況，發出不同聲音，提醒搜救人員注意。所述搜索機的電源模塊沈0，將220V交流電向直流電轉化，為整個搜索機的系統工作提供+12V和+5V的直流穩壓電源。所述天線信號處理模塊222中還可以另外設置電源的分壓電路(圖中未示出)，將電源模塊260提供的5V電壓轉化為3.3 V電壓，來為天線裝置的若干電路模塊供電。在本實施例中，所述混頻放大模塊223，可以使用motorolimini等公司的專用晶片，包含放大器MBC13916、MAR-6SM、ERA-8SM，和混頻器ADE-I完成；所述信號檢測模塊214 與信號解調模塊213，可以使用AD公司專用晶片ADF7020-1 ；所述測向數據處理模塊224，可以使用A/D專用晶片 AD9432BSQ-105，FPGA 晶片 EP3C16Q240，DSP 晶片 TMS320DM642—600A 實現；所述顯示模塊 240使用ARM驅動液晶屏完成，電源模塊沈0由ARCH公司專用AC-DC電源模塊260完成。綜上所述，本實用新型所述海上應急示位系統中，攜帶信標機的人員落水時，能夠通過落水自動開啟或手動開啟信標機的電源，由信標機向外發射無線呼救信號。裝置搜索機的救援船或飛機在前往事故地點救援時，可沿途搜索並接收半徑5公裡以上海域內信標機發射的呼救信號，該搜索機通過無線電定位技術，能夠獲知攜帶該信標機的落水者相對該搜索機的方位及大致距離，幫助搜救人員實施定點營救。因此，本實用新型所述海上應急示位系統能夠克服惡劣天氣對海上搜救的影響，加快搜救進程，提高定點救援的成功概率。 儘管本實用新型的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本實用新型的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本實用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實用新 型的保護範圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求1.一種海上應急示位系統，其特徵在於，所述系統中包含信標機，其由海上作業人員隨身配戴，並在發生船難落水後向外發射無線通信信號；所述信標機包含通過電路連接的電源電路(110 )、信號處理電路(120 )和天線(130 )；搜索機，其設置在前往事故地點救援的搜救船或飛機上；所述搜索機接收在其周邊一定範圍內的信標機發出的無線通信信號，並設置有分別根據該信號給出所述信標機相對距離及方向的兩組信號處理模塊。
2.如權利要求1所述海上應急示位系統，其特徵在於，所述信標機的電源電路(110)包含電源管理模塊(111)，分別與所述電源管理模塊 (111)通過電路連接的信號觸發開關和電池(114);所述信號觸發開關包含分別與所述電源管理模塊(111)通過電路連接的手動開關(112)和落水自動開關(113)；其中， 所述電池(114)提供信標機的工作電源；所述手動開關(112)手動開啟電源管理模塊(111)，使信標機被打開進入工作狀態； 所述落水自動開關(113)通過檢測其是否侵入水中，自動開啟電源管理模塊(111)，使信標機被打開進入工作狀態；所述電源管理模塊(111)在手動開關(112)或落水自動開關(113)開啟時，將電池 (114)所提供的電源電壓轉為穩定的工作電壓輸出。
3.如權利要求2所述海上應急示位系統，其特徵在於，所述電池(114)和電源管理模塊(111)之間還設置有一電源開關，控制信標機在低功耗待機狀態和關機狀態之間切換。
4.如權利要求3所述海上應急示位系統，其特徵在於，所述信標機的信號處理電路(120)包含依次通過電路連接的系統控制模塊(121)、調製模塊(122)、功率放大器(123)和濾波器(1M);所述系統控制模塊(121)與所述電源管理模塊(111)通過電路連接；所述濾波器(124 )與所述天線(130 )通過電路連接；其中，所述系統控制模塊(121)接收到電源管理模塊(111)所輸出的工作電壓後，向調製模塊(122)傳輸發射數據並控制發送時間點；所述調製模塊(122)將接收到的發射數據轉變為調製信號，並將該調製信號傳輸至功率放大器(123);所述功率放大器(123)將接收到的調製信號放大至發射所需的功率後傳輸至濾波器 (124)；所述濾波器(124)接收到經過功率放大器(123)放大的調製信號後，濾除其中的雜波和諧波。
5.如權利要求2所述海上應急示位系統，其特徵在於，所述信標機還包含與電源管理模塊(111)通過電路連接的蜂鳴器(140)；當該蜂鳴器 (140)接收到電源管理模塊(111)所輸出的穩定工作電壓後，發出響聲。
6.如權利要求1或4所述海上應急示位系統，其特徵在於， 所述搜索機中給出信標機相對距離的模塊，包含通信天線(211)，其接收信標機發出的頻率相匹配的無線通信信號； 濾波放大模塊(212)，接收所述通信天線(211)輸出的信號，對其中的幹擾信號進行濾除，並對所需要的無線電信號進行放大；信號解調模塊(213)，對濾波放大模塊(212)輸出的信號進行解調，判斷該信號是否是由信標機所發射的；信號檢測模塊(214)，對濾波放大模塊(212)輸出的信號進行信號大小檢測，估算發出該信號的信標機與所述搜索機的相對距離。
7.如權利要求6所述海上應急示位系統，其特徵在於， 所述搜索機中給出信標機方向的模塊，包含測向天線陣(221 )，其包含按設計分布位置組成陣列的多個天線，來分別接收同一個信標機發出的頻率相匹配的無線通信信號；天線信號處理模塊(222)，其將所述測向天線陣(221)中各個接收天線獲得的多路信號合成一路整合信號；混頻放大模塊(223)，其將所述天線信號處理模塊(222)輸出的一路整合信號轉換到一設定的頻率，並在全信號範圍內將該信號放大到一設定的輸出幅度；測向數據處理模塊(2M)，其對混頻放大模塊(223)輸出的信號進行分時採樣，並將其恢復成測向天線陣(221)上各個天線接收到的多路信號，並計算所述多路信號的相位差，進而給出發射該信號的信標機與所述搜索機的相對方向。
8.如權利要求6所述海上應急示位系統，其特徵在於， 所述天線信號處理模塊(222)進一步包含切換開關(2221)，其根據相關控制驅動指令，將所述測向天線陣(221)發送的多路接收信號分時合併為一路整合信號；聲表濾波器(2222)和放大器(2223)，對應為這一路整合信號進行濾波和放大處理後， 將信號向後續模塊發送。
9.如權利要求8所述海上應急示位系統，其特徵在於， 所述搜索機中還包含系統控制模塊(230)，其分別接收所述信號解調模塊(213)、信號檢測模塊(214)和測向數據處理模塊(224)發送的信號數據，對整個搜索機的工作狀態進行控制；顯示模塊(240)，其與系統控制模塊(230)連接，將表示信標機方位和距離的信息，直觀顯示在液晶顯示器上；蜂鳴器(250)，其與所述系統控制模塊(230)連接，根據接收到的信標機信號的情況， 發出不同聲音，提醒搜救人員注意。
專利摘要一種海上應急示位系統，在信標機和搜索機之間進行無線通信；攜帶信標機的人員落水時，能夠通過落水自動開啟或手動開啟信標機的電源，由信標機向外發射無線呼救信號。裝置搜索機的救援船或飛機在前往事故地點救援時，可沿途搜索並接收半徑5公裡以上海域內信標機發射的呼救信號，該搜索機通過無線電定位技術，能夠獲知攜帶該信標機的落水者相對該搜索機的方位及大致距離，幫助搜救人員實施定點營救。因此，本實用新型所述海上應急示位系統能夠克服惡劣天氣對海上搜救的影響，加快搜救進程，提高定點救援的成功概率。
文檔編號G01S1/68GK202217049SQ20112034137
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月13日 優先權日2011年9月13日
發明者嚴小商, 嚴鵬, 梁懿 申請人:上海無線電設備研究所