专利名称：无线测向定位搜救装置及搜救方法
技术领域：
本发明涉及一种人员搜救方法和设备，特别是无线测向定位搜救装置及搜救方法。
背景技术：
我国幅员广阔、地理、气象条件复杂、自然灾害时有发生；广大的野外工作者包括地质、矿山、地理勘察、大地测绘、工程设计等人员的工作，属于野外涉险作业，另外，随着国民经济和社会的发展与进步，我国野外徒步、驾车等旅游活动已经成为国民普及的日常化大众化活动，一旦出现意外，特别是因意外失去知觉，不能传递信息情况，地形复杂目力不能及或地震被障碍物遮挡，就很难施救，传统的搜救方法除了目力搜寻外，还有用警犬和红外线探测器搜寻等技术，这还远远满足不了复杂条件的施救需要。目前，国内外针对搜救目的电子系统的研究开发热点是趋向于采用GPS定位模式或者通过检测人体发出的超低频电场来进行人员的无线搜索定位。这样的系统虽然有它的优点，但是在构成具体应用系统时有以下问题1、系统往往过于复杂，成本高，不易普及；2、要依赖地面其它通信系统才能达成系统功能，系统生存能力差；3、一般难以做到对具体对象的应答式搜寻，使用受限。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种无线测向定位搜救方法及装置，本装置和方法能够对那些因意外失去知觉，地势复杂，目力不能及或被障碍物遮挡，黑暗等恶劣情况下的失踪人员，能确定具体方位，实施快速准确的救援。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案来实现一种无线测向定位搜救装置，包括内含通信协议的寻的主机和信标子机，寻的主机包括控制主机和与控制主机连接的人机接口、寻的信号处理电路、以及与寻的信号处理电路连接的寻的发射电路和寻的接收电路，寻的发射电路与定向天线连接；信标子机包括信标信号处理电路及与信标信号处理电路连接的信标接收电路、信标发射电路和天线；通信协议为一软件，协调寻的主机和信标子机的相互工作，寻的主机与信标子机按通信协议无线联络。所述寻的主机中的控制主机内设两颗MCU，两颗MCU分别完成人机接口的输入输出控制和基带数字信号编解码的处理，一颗MCU与人机接口连接，另一颗MCU与寻的信号处理电路连接。寻的主机无线定向定位方法是寻的主机的无线测向、定位设计采用软、硬件协同实现，同时结合ASK无线发射接收模块电路完成定向定位功能。所使用的定向定位设计技术是基于无线电测向技术的一个分支。该电路可自动搜寻能发射无线电波的小型信号源。 其主要工作原理是依靠寻的主机与定向定位天线位置的移动来判断信标子机的回馈信号
3强度的大小，从而达到识别信标子机位置的目的。该系统中所使用的定向定位天线类型为八木定向天线。寻的主机的作用是寻的主机由管理者使用，当需要开展搜救工作时，搜救者携带寻的主机前往搜救地域，发出搜救指令去唤醒可能的信标子机，寻的主机的接收机同时接收应答信号，已确定失踪者的有无和人数，进而根据搜索到的应答信号可以转化为测向定位工作模式以进一步确定失踪者的方位；按照通信协议发出信令(查询信令或测向定位信令)；接收信标子机的应答信号，并解读、判别、统计；测向、定位(利用定向天线)；显示数据。所述的信标子机的作用是信标子机由个人携带，每个自己具有唯一的信标符，用以表明携带者个人身份信息；平时处于静默状态，只有在收到主机的唤醒指令时才起动工作，发回相应的应带信号以供识别；具备唯一电子标识，可视同携带者身份标志；具有智能唤醒功能，平时休眠，在主机信令驱动下可苏醒并发出应答信号；间断的应答信号模式(用于回答寻的主机查询，比较省电)；连续应答模式(用于寻的主机对本信标机的测向、定位)。所述的通信协议中的帧结构由帧头、地址位、指令位、校验位、帧尾构成，一个完整的帧由32位数据构成，帧头由特定的一组数据表明通信开始，地址位表明唯一的目标信标子机，指令位指定所进行搜寻方式，或者相应的回馈信息，校验位与帧尾保证了帧在传输时的准确性和有效性。通信协议的作用是协调主机和信标子机的相互工作；定义信息编码标准。本发明所述无线测向搜救的方法是由一个以上内含通信协议的寻的主机和信标子机构成系统使用，信标子机由个人外出时随身携带，当个人失去联系时，由搜救者使用寻的主机搜索失踪者，寻的主机发送搜索信号，激活失踪者携带的信标子机，自动产生应答信号，寻的主机接收识别，从而获得失踪者的信息、人数、身份、范围等。本装置的工作模式有1、查询搜索模式寻的主机发出查询指令，任何能收到该信令的信标子机将自动苏醒，按照系统通信协议，依次发回自己的标识信号给主机，寻的主机接收各子机信号，解调、判读、统计后， 将搜索结果显示在IXD显示屏上；2、测向、定位搜索模式在这种模式下，寻的主机将对选定的某台信标子机发出要求，信标子机将连续的发回应答信号，主机通过对该信号的接收和检测，利用定向天线实施测向和定位。本装置具备自有的无线收发系统和完整的通信协议，可以自成体系的独立工作， 不需要其它任何通信设备，可以直流供电，不需要专门电力设置也可工作。本发明的优点是
1、在实际的应用中，可先利用寻的主机对全部的信标子机进行扫描检测，以测定在被测区域中有无失踪人员；然后再对察到的特定的信标子机进行无线测向、定位操作，本系统能够对那些因意外失去知觉，地杂复杂，目力不能及或被障碍物遮挡，黑暗等恶劣情况下的失踪人员，能确定具体方位，实施快速准确的救援，减少伤亡；2、实现无线测向定位搜救方法的装置结构简单，具备自有的无线收发系统和完整的通信协议，可以自成体系的独立工作，不需要任何其它通信设备；可以直流供电，不需要专门电力设施也可工作，因此本装置对各种恶劣场合的适用性非常良好。
图1为本发明无线电测向定位搜救装置框图；图2为寻的主机电路结构框图；图3为信标子机电路结构框图；图4为寻的主机程序流程框图；图5为信标子机程序流程框图。
具体实施例方式如图1所示，本发明无线测向定位搜救装置，包括内含通信协议的寻的主机1和信标子机2以及天线a3和天线b4，寻的主机1包括控制主机1-1和与控制主机1_1连接的人机接口 1-2、寻的信号处理电路1-3、以及与寻的信号处理电路1-3连接的寻的发射模块1-4 和寻的接收模块1-5，寻的发射模块1-4与天线a3连接；信标子机2包括信标信号处理电路2-1及与信标信号处理电路2-1连接的信标接收模块2-2、信标发射模块2-3和天线b4 ； 通信协议为一软件，协调寻的主机1和信标子机2的相互工作，寻的主机1与信标子机2按通信协议无线联络。如图2所示，所述寻的主机1中的控制主机1-1内设主控和受控两颗MCU，两颗MCU 分别完成人机接口 1-2的输入、输出控制和基带数字信号编解码的处理，主控MCU分别控制液晶面板1-2-1和键盘1-2-2输入电路，从而完成控制10与界面的功能，同时主控MCU控制受控MCU完成指令的发送与接收，受控MCU与315M接收模块1_5和八木定向天线3_2来完成信息的接收工作，315M接收模块1-5还与信号场强指示电路1-5-1 —起完成系统的定向定位工作。受控MCU为了完成发送信息的功能还控制323M发射模块1-4和鞭状全向天线3-1，信号处理电路1-3分别与控制主机1_1、315M接收模块1_5和323M发射模块1_4连接。寻的主机1中的信号发射模块1-4使用单片MICRF102，完成对基带数字信息的 ASK调制过程。为保证发射的信号具有足够的穿透力，调制好的信号还需经射频功率放大器处理，收还设有射频功率放大电路，定向天线通过射频功率放大电路与寻的发射模块1-4 连接。所述的定向定位天线为八木定向天线。寻的主机定向定位接收电路使用的是315M超再生模块。该模块除完成将接收的信号进行ASK解调处理产生外还需要将接收的信号送入幅度检测电路完成测向、定位的功能。
如图3所示，信标子机2的信号处理电路2-1分别与接收模块2-2和发射模块2_3 连接，通过控制323M接收模块2-2和小型直立天线4-2完成针对于寻的主机1的数据信号及控制信息的接收工作。同时信标子机2可通过313M发射模块2-3和普通拉杆全向天线 4-1向寻的主机1回发答复信息，并完成信标子机2的定向定位功能。所述的信标子机使用单片Atmegal6L单片机作为核心处理器完成基带信息处理和对接收电路与发射电路的电源控制工作，完成子机实现低功耗的设计目标。信标子机中 323MHz接收电路采用Mierel公司的MICRF008小型单片无线通信接收器集成电路作为核心部件完成对接收到的射频信号进行处理。信标子机中的315MHz发射电路采用分立元件搭建，同时加入电源控制电路，以满足子机对功耗和便携性的要求。如图4所示，寻的主机的程序流程是步骤S401，流程开始；步骤S402，寻的主机根据要求初始化MCU，人机交互接口和相应的发射模块、接收模块；步骤S403，寻的主机中的控制主机将人机交互接口输入的数据经过处理后送到信号处理电路中，同时信号处理电路按照自有的通信协议将接收到的信息进行转换、处理；步骤S404，若信号处理电路判别接收到的信息是否为定向定位模式；步骤S405，若信息为定向定位模式，则信号处理电路将转换好的信息发送到发射模块；步骤S406，信号处理电路打开接收模块，准备接收数据；步骤S407，接收模块若接收到信息，则向控制主机送回经过处理后的接收信息。否则进入步骤S405，准备重新发送信息；步骤S404，若信号处理电路判别接收到的信息是否为全扫描模式；步骤S405’，若信息为全扫描模式，则信号处理电路将转换好的信息发送到发射模块；步骤S406’，信号处理电路打开接收模块，准备接收数据；步骤S407’，接收模块将接收到信息经过处理后送回控制主机。如图5所示，信标子机的程序流程是步骤S501，流程开始；步骤S502，信标子机没间隔一段时间打开接收模块，查询并等待寻的主机的接收命令；步骤S503，若接收到的命令为主机全扫描命令，信标子机准备进入全扫描处理模式。步骤S504，读取信标子机本身的用户地址码。步骤S505，持续不断的发送带有信标子机本身地址信息的全扫描模式应答信息， 此信息持续3秒。处理完成后返回步骤S502 ；步骤S503’，若接收到的命令为主机定向定位命令，信标子机准备进入定向定位模式。步骤S504’，读取信标子机本身的用户地址码。若接收到的信息中的信标子机地址码和读取的信标子机本身的用户地址码相同，若两个地址码不相同，则返回步骤S502 ；
步骤S505’，则信标子机将持续不断的发送带有信标子机本身地址信息的定向定位模式应答信息，此信息持续90秒；处理完成后返回步骤S502 ；步骤S503”，若接收到的命令为不是全扫描命令和定向定位命令，则表明接收到的信息为其它同频干扰信息。返回则返网步骤S502;通信协议中的帧结构由帧头、地址位、指令位、校验位、帧尾构成，一个完整的帧由 32位数据构成，帧头由特定的一组数据表明通信开始，地址位表明唯一的目标信标子机，指令位指定所进行搜寻方式，或者相应的回馈信息，校验位与帧尾保证了帧在传输时的准确性和有效性。本搜救装置经测试，性能指标为1、全向查询半径开阔地域彡150m;存在遮蔽物或覆盖情况下IOm 50m ；2测向角域彡15°3、区域定位功能装置可提供概略定位，定位原理是利用两台主机，相距一定距离，同时对应答的信标机进行测向，两条方向线的交点即为测定的位置点。由于测向存在一定的误差角域，所以测定的位置相应也是一个概略的区域。4、无线频段300MHz 400MHz5、发射功率500mW6、典型系统容量1024(个信标子机){可以扩展}；7、信标子机待机时间4 120h (根据采用电池容量)。
权利要求
1.无线测向定位搜救装置，其特征是该装置包括内含通信协议的寻的主机和信标子机，寻的主机包括控制主机和与控制主机连接的人机接口、寻的信号处理电路、以及与寻的信号处理电路连接的寻的发射电路和寻的接收电路，寻的发射电路与定向天线连接；信标子机包括信标信号处理电路及与信标信号处理电路连接的信标接收电路、信标发射电路和天线；通信协议为一软件，协调寻的主机和信标子机的相互工作，寻的主机与信标子机按通信协议无线联络。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征是所述寻的主机中的控制主机内设两颗MCU， 两颗MCU分别完成人机接口的输入输出控制和基带数字信号编解码的处理，一颗MCU与人机接口连接，另一颗MCU与寻的信号处理电路连接。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征是所述寻的信号发射电路为单片MICRF102，完成对基带数字信息的ASK调制过程。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征是设有射频功率放大电路，定向天线通过射频功率放大电路与寻的发射模块连接。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征是寻的接收电路为315M超再生模块，该模块除完成将接收的信号进行ASK解调处理产生外还需要将接收的信号送入幅度检测电路完成测向、定位的功能。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征是所述的信标子机的信号处理电路采用单片 Atmegal6L，单片机作为核心处理器，完成信标子机中的基带信息处理和对信标接收电路与信标发射电路的电源控制。
7.无线测向定位搜救方法，其特征是由一个或多个内含通信协议的寻的主机和多个信标子机构成系统使用，信标子机由个人外出时随身携带，当个人失去联系时，由搜救者使用寻的主机搜索失踪者，寻的主机发送搜索信号，激活失踪者携带的信标子机，自动产生应答信号，寻的主机接收识别，从而获得失踪者的信息、人数、身份、范围。
8.根据权利要求7所述的无线测向定位搜救方法，其特征是所述系统的工作模式包括(1)查询搜索模式寻的主机发出查询指令，任何能收到该信令的信标子机将自动苏醒，按照系统通信协议，依次发回自己的标识信号给主机，寻的主机接收各子机信号，解调、 判读、统计后，将搜索结果显示在IXD显示屏上；(2)测向、定位搜索模式在这种模式下，寻的主机将对选定的某台信标子机发出要求，信标子机将连续的发回应答信号，主机通过对该信号的接收和检测，利用定向天线实施测向和定位。
9.根据权利要求7所述的无线测向定位搜救方法，其特征是所述的通信协议的帧结构由帧头、地址位、指令位、校验位、帧尾构成，一个完整的帧由32位数据构成，帧头由特定的一组数据表明通信开始，地址位表明唯一的目标信标子机，指令位指定所进行的搜寻方式或者相应的回馈信息，校验位和帧尾保证了帧在传输时的准确性和有效性。
全文摘要
本发明公开了一种无线测向定位搜救装置及搜救方法，该装置包括内含通信协议的寻的主机和信标子机，寻的主机包括控制主机和与控制主机连接的人机接口、寻的信号处理电路、以及与寻的信号处理电路连接的寻的发射电路和寻的接收电路，寻的发射电路与定向天线连接；信标子机包括信标信号处理电路及与信标信号处理电路连接的信标接收电路、信标发射电路和天线；通信协议为一软件，协调寻的主机和信标子机的相互工作，寻的主机与信标子机按通信协议无线联络。本装置利用寻的主机对全部的信标子机进行扫描检测，再对察到的特定的信标子机进行无线测向、定位操作，对失踪人员实施快速准确的救援，减少伤亡；而且结构简单，可以独立工作，还可直流供电。
文档编号G01S1/08GK102221684SQ201110066079
公开日2011年10月19日 申请日期2011年3月16日 优先权日2011年3月16日
发明者丁龙, 张权, 翟江辉, 赵秋明, 黄灵鹭 申请人:桂林电子科技大学