無線測向定位搜救裝置的製作方法

2023-10-19 14:33:12

專利名稱：無線測向定位搜救裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種搜救設備，特別是無線測向定位搜救裝置。
背景技術：
我國幅員廣闊、地 理、氣象條件複雜、自然災害時有發生；廣大的野外工作者包括地質、礦山、地理勘察、大地測繪、工程設計等人員的工作，屬於野外涉險作業，另外，隨著國民經濟和社會的發展與進步，我國野外徒步、駕車等旅遊活動已經成為國民普及的日常化大眾化活動，一旦出現意外，特別是因意外失去知覺，不能傳遞信息情況，地形複雜目力不能及或地震被障礙物遮擋，就很難施救，傳統的搜救方法除了目力搜尋外，還有用警犬和紅外線探測器搜尋等技術，這還遠遠滿足不了複雜條件的施救需要。目前，國內外針對搜救目的電子系統的研究開發熱點是趨向於採用GPS定位模式或者通過檢測人體發出的超低頻電場來進行人員的無線搜索定位。這樣的系統雖然有它的優點，但是在構成具體應用系統時有以下問題1、系統往往過於複雜，成本高，不易普及；2、要依賴地面其它通信系統才能達成系統助能，系統生存能力差；3、一般難以做到對具體對象的應答式搜尋，使用受限。

實用新型內容本實用新型的目的是針對現有技術的不足，而提供一種無線測向定位搜救裝置， 本裝置能夠對那些因意外失去知覺，地勢複雜，目力不能及或被障礙物遮擋，黑暗等惡劣情況下的失蹤人員，能確定具體方位，實施快速準確的救援。為實現上述目的，本實用新型採用如下技術方案來實現一種無線測向定位搜救裝置，包括內含通信協議的尋的主機和信標子機，尋的主機包括控制主機和與控制主機連接的人機接口、尋的信號處理電路、以及與尋的信號處理電路連接的尋的發射電路和尋的接收電路，尋的發射電路與定向天線連接；信標子機包括信標信號處理電路及與信標信號處理電路連接的信標接收電路、信標發射電路和天線；通信協議為一軟體，協調尋的主機和信標子機的相互工作，尋的主機與信標子機按通信協議無線聯絡。所述尋的主機中的控制主機內設兩顆MCU，兩顆MCU分別完成人機接口的輸入輸出控制和基帶數位訊號編解碼的處理，一顆MCU與人機接口連接，另一顆MCU與尋的信號處理電路連接。尋的主機無線定向定位方法是尋的主機的無線測向、定位設計採用軟、硬體協同實現，同時結合ASK無線發射接收模塊電路完成定向定位功能。所使用的定向定位設計技術是基於無線電測向技術的一個分支。該電路可自動搜尋能發射無線電波的小型信號源。 其主要工作原理是依靠尋的主機與定向定位天線位置的移動來判斷信標子機的回饋信號強度的大小，從而達到識別信標子機位置的目的。該系統中所使用的定向定位天線類型為八木定向天線。尋的主機的作用是尋的主機由管理者使用，當需要開展搜救工作時，搜救者攜帶尋的主機前往搜救地域，發出搜救指令去喚醒可能的信標子機，尋的主機的接收機同時接收應答信號，已確定失蹤者的有無和人數，進而根據搜索到的應答信號可以轉化為測向定位工作模式以進一步確定失蹤者的方位；按照通信協議發出信令(查詢信令或測向定位信令)；接收信標子機的應答信號，並解讀、判別、統計；測向、定位(利用定向天線)；顯示數據。所述的信標子機的作用是信標子機由個人攜帶，每個自己具有唯一的信標符，用以表明攜帶者個人身份信息；平時處於靜默狀態，只有在收到主機的喚醒指令時才起動工作，發回相應的應帶信號以供識別；具備唯一電子標識，可視同攜帶者身份標誌；具有智能喚醒功能，平時休眠，在主機信令驅動下可甦醒並發出應答信號；間斷的應答信號模式(用於回答尋的主機查詢，比較省電)；連續應答模式(用於尋的主機對本信標機的測向、定位)。所述的通信協議中的幀結構由幀頭、地址位、指令位、校驗位、幀尾構成，一個完整的幀由32位數據構成，幀頭由特定的一組數據表明通信開始，地址位表明唯一的目標信標子機，指令位指定所進行搜尋方式，或者相應的回饋信息，校驗位與幀尾保證了幀在傳輸時的準確性和有效性。通信協議的作用是協調主機和信標子機的相互工作；定義信息編碼標準。本實用新型所述無線測向搜救的方法是由一個以上內含通信協議的尋的主機和信標子機構成系統使用，信標子機由個人外出時隨身攜帶，當個人失去聯繫時，由搜救者使用尋的主機搜索失蹤者，尋的主機發送搜索信號，激活失蹤者攜帶的信標子機，自動產生應答信號，尋的主機接收識別，從而獲得失蹤者的信息、人數、身份、範圍等。本裝置的工作模式有1、查詢搜索模式尋的主機發出查詢指令，任何能收到該信令的信標子機將自動甦醒，按照系統通信協議，依次發回自己的標識信號給主機，尋的主機接收各子機信號，解調、判讀、統計後， 將搜索結果顯示在IXD顯示屏上；2、測向、定位搜索模式在這種模式下，尋的主機將對選定的某臺信標子機發出要求，信標子機將連續的發回應答信號，主機通過對該信號的接收和檢測，利用定向天線實施測向和定位。本裝置具備自有的無線收發系統和完整的通信協議，可以自成體系的獨立工作， 不需要其它任何通信設備，可以直流供電，不需要專門電力設置也可工作。本實用新型的優點是1、在實際的應用中，可先利用尋的主機對全部的信標子機進行掃描檢測，以測定在被測區域中有無失蹤人員；然後再對察到的特定的信標子機進行無線測向、定位操作，本系統能夠對那些因意外失去知覺，地雜複雜，目力不能及或被障礙物遮擋，黑暗等惡劣情況下的失蹤人員，能確定具體方位，實施快速準確的救援，減少傷亡；2、實現無線測向定位搜救方法的裝置結構簡單，具備自有的無線收發系統和完整的通信協議，可以自成體系的獨立工作，不需要任何其它通信設備；可以直流供電，不需要專門電力設施也可工作，因此本裝置對各種惡劣場合的適用性非常良好。

圖1為本實用新型無線電測向定位搜救裝置框圖；圖2為尋的主機電路結構框圖；圖3為信標子機電路結構框圖；圖4為尋的主機程序流程框圖；圖5為信標子機程序流程框圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型無線測向定位搜救裝置，包括內含通信協議的尋的主機1 和信標子機2以及天線a3和天線b4，尋的主機1包括控制主機1-1和與控制主機1_1連接的人機接口 1-2、尋的信號處理電路1-3、以及與尋的信號處理電路1-3連接的尋的發射模塊1-4和尋的接收模塊1-5，尋的發射模塊1-4與天線a3連接；信標子機2包括信標信號處理電路2-1及與信標信號處理電路2-1連接的信標接收模塊2-2、信標發射模塊2-3和天線b4 ；通信協議為一軟體，協調尋的主機1和信標子機2的相互工作，尋的主機1與信標子機2按通信協議無線聯絡。如圖2所示，所述尋的主機1中的控制主機1-1內設主控和受控兩顆MCU，兩顆MCU 分別完成人機接口 1-2的輸入、輸出控制和基帶數位訊號編解碼的處理，主控MCU分別控制液晶面板1-2-1和鍵盤1-2-2輸入電路，從而完成控制10與界面的功能，同時主控MCU控制受控MCU完成指令的發送與接收，受控MCU與315M接收模塊1_5和八木定向天線3_2來完成信息的接收工作，315M接收模塊1-5還與信號場強指示電路1-5-1 —起完成系統的定向定位工作。受控MCU為了完成發送信息的功能還控制323M發射模塊1-4和鞭狀全向天線3-1，信號處理電路1-3分別與控制主機1_1、315M接收模塊1_5和323M發射模塊1_4連接。尋的主機1中的信號發射模塊1-4使用單片MICRF102，完成對基帶數字信息的 ASK調製過程。為保證發射的信號具有足夠的穿透力，調製好的信號還需經射頻功率放大器處理，故還設有射頻功率放大電路，定向天線通過射頻功率放大電路與尋的發射模塊1-4 連接。所述的定向定位天線為八木定向天線。尋的主機定向定位接收電路使用的是315M超再生模塊。該模塊除完成將接收的信號進行ASK解調處理產生外還需要將接收的信號送入幅度檢測電路完成測向、定位的功能。如圖3所示，信標子機2的信號處理電路2-1分別與接收模塊2-2和發射模塊2_3連接，通過控制323M接收模塊2-2和小型直立天線4-2完成針對於尋的主機1的數據信號及控制信息的接收工作。同時信標子機2可通過313M發射模塊2-3和普通拉杆全向天線 4-1向尋的主機1回發答覆信息，並完成信標子機2的定向定位功能。所述的信標子機使用單片AtmegalL單片機作為核心處理器完成基帶信息處理和對接收電路與發射電路的電源控制工作，完成子機實現低功耗的設計目標。信標子機中 323MHz接收電路採用Mierel公司的MICRF008小型單片無線通信接收器集成電路作為核心部件完成對接收到的射頻信號進行處理。信標子機中的315MHz發射電路採用分立元件搭建，同時加入電源控制電路，以滿足子機對功耗和便攜性的要求。如圖4所示，尋的主機的程序流程是步驟S401，流程開始；步驟S402，尋的主機根據要求初始化MCU，人機互動接口和相應的發射模塊、接收模塊；步驟S403，尋的主機中的控制主機將人機互動接口輸入的數據經過處理後送到信號處理電路中，同時信號處理電路按照自有的通信協議將接收到的信息進行轉換、處理；步驟S404，若信號處理電路判別接收到的信息是否為定向定位模式；步驟S405，若信息為定向定位模式，則信號處理電路將轉換好的信息發送到發射模塊；步驟S406，信號處理電路打開接收模塊，準備接收數據；步驟S407，接收模塊若接收到信息，則向控制主機送回經過處理後的接收信息。否則進入步驟S405，準備重新發送信息；步驟S404』，若信號處理電路判別接收到的信息是否為全掃描模式；步驟S405』，若信息為全掃描模式，則信號處理電路將轉換好的信息發送到發射模塊；步驟S406』，信號處理電路打開接收模塊，準備接收數據；步驟S407』，接收模塊將接收到信息經過處理後送回控制主機。如圖5所示，信標子機的程序流程是步驟S501，流程開始；步驟S502，信標子機沒間隔一段時間打開接收模塊，查詢並等待尋的主機的接收命令；步驟S503，若接收到的命令為主機全掃描命令，信標子機準備進入全掃描處理模式。步驟S504，讀取信標子機本身的用戶地址碼。步驟S505，持續不斷的發送帶有信標子機本身地址信息的全掃描模式應答信息， 此信息持續3秒。處理完成後返回步驟S502 ；步驟S503』，若接收到的命令為主機定向定位命令，信標子機準備進入定向定位模式。步驟S504』，讀取信標子機本身的用戶地址碼。若接收到的信息中的信標子機地址碼和讀取的信標子機本身的用戶地址碼相同，若兩個地址碼不相同，則返回步驟S502 ；步驟S505』，則信標子機將持續不斷的發送帶有信標子機本身地址信息的定向定位模式應答信息，此信息持續90秒；處理完成後返回步驟S502 ；步驟S503」，若接收到的命令為不是全掃描命令和定向定位命令，則表明接收到的信息為其它同頻幹擾信息。返回則返回步驟S502;通信協議中的幀結構由幀頭、地址位、指令位、校驗位、幀尾構成，一個完整的幀由 32位數據構成，幀頭由特定的一組數據表明通信開始，地址位表明唯一的目標信標子機，指令位指定所進行搜尋方式，或者相應的回饋信息，校驗位與幀尾保證了幀在傳輸時的準確性和有效性。本搜救裝置經測試，性能指標為1、全向查詢半徑開闊地域彡150m;存在遮蔽物或覆蓋情況下IOm 50m ；2測向角域彡15°3、區域定位功能裝置可提供概略定位，定位原理是利用兩臺主機，相距一定距離，同時對應答的信標機進行測向，兩條方向線的交點即為測定的位置點。由於測向存在一定的誤差角域，所以測定的位置相應也是一個概略的區域。4、無線頻段300MHz 400MHz5、發射功率500mW6、典型系統容量1024(個信標子機){可以擴展}；7、信標子機待機時間48h 120h (根據採用電池容量)。
權利要求1.無線測向定位搜救裝置，其特徵是該裝置包括內含通信協議的尋的主機和信標子機，尋的主機包括控制主機和與控制主機連接的人機接口、尋的信號處理電路、以及與尋的信處理電路連接的尋的發射電路和尋的接收電路，尋的發射電路與定向天線連接；信標子機包括信標信號處理電路及與信標信號處理電路連接的信標接收電路、信標發射電路和天線。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特徵是所述尋的主機中的控制主機內設兩顆MCU， 兩顆MCU分別完成人機接口的輸入輸出控制和基帶數位訊號編解碼的處理，一顆MCU與人機接口連接，另一顆MCU與尋的信號處理電路連接。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特徵是所述尋的信號發射電路為單片MICRF102，完成對基帶數字信息的ASK調製過程。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特徵是設有射頻功率放大電路，定向天線通過射頻功率放大電路與尋的發射模塊連接。
5.根據權利要求1所述的裝置，其特徵是尋的接收電路為315M超再生模塊，該模塊除完成將接收的信號進行ASK解調處理產生外還需要將接收的信號送入幅度檢測電路完成測向、定位的功能。
6.根據權利要求1所述的裝置，其特徵是所述的信標子機的信號處理電路採用單片 Atmegal6L，單片機作為核心處理器，完成信標子機中的基帶信息處理和對信標接收電路與信標發射電路的電源控制。
專利摘要本實用新型公開了一種無線測向定位搜救裝置，該裝置包括內含通信協議的尋的主機和信標子機，尋的主機包括控制主機和與控制主機連接的人機接口、尋的信號處理電路、以及與尋的信號處理電路連接的尋的發射電路和尋的接收電路，尋的發射電路與定向天線連接；信標子機包括信標信號處理電路及與信標信號處理電路連接的信標接收電路、信標發射電路和天線；通信協議為一軟體，協調尋的主機和信標子機的相互工作，尋的主機與信標子機按通信協議無線聯絡。本裝置利用尋的主機對全部的信標子機進行掃描檢測，再對察到的特定的信標子機進行無線測向、定位操作，對失蹤人員實施快速準確的救援，減少傷亡；而且結構簡單，可以獨立工作，還可直流供電。
文檔編號G01S1/08GK202041637SQ20112007276
公開日2011年11月16日 申請日期2011年3月16日 優先權日2011年3月16日
發明者丁龍, 張權, 翟江輝, 趙秋明, 黃靈鷺 申請人:桂林電子科技大學