专利名称：一种远程监控gps/ins组合跟踪系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种远程监控GPS/INS组合跟踪系统，嵌入消防防护服中使用， 属于消防设备技术领域。
背景技术：
GPS (全球定位系统)是20世纪70年代由美国海陆空三军联合研制的新一代空间卫星定位系统。GPS通过接收分布在太空中的M颗卫星发送的无线信号计算定位信息，具有高精度、全天候、高效率等特点，为用户提供精确的位置和速度信息，但由于其无线信号传播的直线性，其工作性能受到环境等因素的影响，无法在高楼、隧道等卫星信号被遮挡的环境中正常工作，影响载体定位的精确性。INS (惯性定位系统)系统是利用惯性元件来感测载体的位置和速度等信息，具有自主导航和抗干扰能力强等特点，在短时间内具有较高的精度。但随着INS系统工作时间的增长，定位误差也随之增大。GPS/INS组合定位系统利用GPS系统的长期稳定性和INS系统的短期高精度性，将两种定位系统组合优化，充分利用各自优点，实时传输载体的导航参数，使高精度的定位成为可能。GPS/INS定位系统是目前世界上最先进的全球定位系统，凭借着其高精度，低造价的优点，广泛应用于各个领域。WSN (无线传感器网络)是由部署在检测区域内大量的微型传感器节点通过无线通信形成的一个多跳的自组织网络系统，具有信息采集、数据处理和无线通信等多种功能。无线传感器网络涉及传感器技术、网络通信技术、无线传输技术、微电子制造技术等，是多学科高度交叉、新兴、前沿的技术领域，具有广阔的应用前景。
发明内容本实用新型的目的是利用现有的GPS/INS组合定位技术，提供了一种可嵌入消防服装的能够实现实时监控的GPS/INS组合跟踪系统。为了实现上述发明目的，本实用新型提供了一种远程监控GPS/INS组合跟踪系统，其特征在于，包括GPS/INS组合跟踪装置以及远程接收监控装置，GPS/INS组合跟踪装置嵌入消防防护服中，GPS/INS组合跟踪装置与远程接收监控装置之间通过无线连接。优选地，所述的GPS/INS组合跟踪装置包括GPS定位模块、INS处理模块、卡尔曼滤波与综合处理模块、第一气压传感器模块、WSN发送模块和电源模块，GPS定位模块和INS 处理模块皆与卡尔曼滤波与综合处理模块连接，卡尔曼滤波与综合处理模块和第一气压传感器模块皆与WSN发送模块连接，电源模块分别连接GPS定位模块、INS处理模块、卡尔曼滤波与综合处理模块、第一气压传感器模块和WSN发送模块。优选地，所述的GPS定位模块包括GPS天线和GPS接收机，GPS天线连接GPS接收机，GPS接收机连接卡尔曼滤波与综合处理模块。GPS天线用于接收卫星信号，GPS接收机对接收的卫星信号解算处理，输出GPS定位数据。
3[0010]优选地，所述的INS处理模块包括三轴陀螺仪、三轴加速度计和INS处理模块，三轴陀螺仪和三轴加速度计皆与INS处理模块相连接，INS处理模块连接卡尔曼滤波与综合处理模块。三轴陀螺仪和三轴加速度计由载体运动而产生相应的移动转角信号和速率脉冲信号，并传送到INS处理模块，INS处理模块对惯性定位信号解算处理得到惯性定位数据。所述的卡尔曼滤波与综合处理模块接收上述GPS定位模块和INS处理模块的输出信号，通过卡尔曼滤波和解算，得到修正后的定位参数，并将此修正参数反馈给INS处理模块和GPS定位模块，得到组合定位参数，并将此参数传送到下一模块。所述的WSN发送模块接收卡尔曼滤波与综合处理模块修正后的组合定位参数， 并通过无线传输方式将信号实时传输到WSN接收模块，WSN接收模块将接收到的信号传送到数据显示模块。优选地，所述的第一气压传感器模块包括依次连接的气压传感器、信号放大电路、 滤波电路和A/D转换电路，A/D转换电路连接WSN发送模块。优选地，所述的WSN发送模块与WSN接收模块之间采用ZigBee无线通信方式传输信号，其传输波段为2. 4GHz的免授权频段(ISM)。优选地，所述的远程接收监控装置包括WSN接收模块、第二气压传感器模块和数据显示模块，WSN接收模块和第二气压传感器模块皆与数据显示模块相连接。优选地，所述的第二气压传感器模块包括依次连接的气压传感器、信号放大电路、 滤波电路和A/D转换电路，A/D转换电路连接WSN发送模块。将这两个气压传感器的接收信号进行对比和解算，得到载体的高度信息，可以有效解决GPS / INS组合定位对载体的高度测量精度较差的问题。优选地，所述的电源模块包括锂离子电池组、电池组充电适配器、电源保护模块和电源报警器，锂离子电池组分别连接电池组充电适配器和电源保护模块，电源保护模块连接电源报警器。所述电源模块为整个系统供电，当电源电量不足时，发出警报，提醒消防人员及时撤离火场。优选地，所述的GPS/INS组合跟踪装置设于消防防护服的肩部位置处。既不会影响整个系统的正常工作，也不会对消防人员的消防作业产生干扰。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是1 .本实用新型是一种适用于消防的跟踪装置，可远程监测消防人员的位置和运动状态信息，并将监测到的信息实时传送到控制中心，以便控制中心的统筹指挥。本实用新型体积小、质量轻，可嵌入消防服装，便于消防人员的携带。2.本实用新型采用了 GPS / INS组合定位技术，利用GPS定位的长期稳定性和全天候工作特点，以及INS的短期高精度性来改善系统的性能，实现了高精度的定位功能，适用于中低运动载体在强干扰环境下的定位。3 .本实用新型采用WSN无线传输方式，可以在有线传输无法进行的恶劣环境中实时远程监测载体的运动状态和位置信息。WSN采用ZigBee无线通信技术，传输波段为免授权频段(ISM)。4 .本实用新型采用气压传感器辅助测量的方法，有效地解决了 GPS / INS组合定位对载体高度测量误差较大的问题，提高了系统的定位精度。5.本实用新型采用一种体积小、质量轻，可长时间向系统供电的电源，并有电源
4报警器，当电量低于预定值时报警器报警。
图1为GPS/INS组合跟踪装置结构框图。
具体实施方式
下面结合实施例来具体说明本实用新型。实施例一种远程监控GPS/INS组合跟踪系统，包括GPS/INS组合跟踪装置以及远程接收监控装置，如图1所示，为GPS/INS组合跟踪装置结构框图，所述的GPS/INS组合跟踪装置包括GPS定位模块、INS处理模块、卡尔曼滤波与综合处理模块、第一气压传感器模块、WSN 发送模块和电源模块，GPS定位模块和INS处理模块皆与卡尔曼滤波与综合处理模块连接， 卡尔曼滤波与综合处理模块和第一气压传感器模块皆与WSN发送模块连接，电源模块分别连接GPS定位模块、INS处理模块、卡尔曼滤波与综合处理模块、第一气压传感器模块和WSN 发送模块。所述的GPS/INS组合跟踪装置设于消防防护服的肩部位置处。所述的GPS定位模块包括GPS天线和GPS接收机，GPS天线连接GPS接收机，GPS 接收机连接卡尔曼滤波与综合处理模块。GPS定位模块的主要功能是接收卫星信号，经过放大、滤波、解算等一系列过程，实现对载体的跟踪和监测，其中包括载体的经度、纬度、高度、 运动速度、时间等信息，并为卡尔曼滤波与综合处理模块提供伪距、伪距率和星历信息。所述的INS处理模块包括三轴陀螺仪、三轴加速度计和INS处理模块，三轴陀螺仪和三轴加速度计皆与INS处理模块相连接，INS处理模块连接卡尔曼滤波与综合处理模块。 所述三轴陀螺仪用于检测载体的运动角速度，所述三轴加速度计用于检测载体的线性加速度。INS处理模块接收三轴陀螺仪生成的移动转角信号和三轴加速度计生成的速率脉冲信号，通过INS处理模块内部的固化程序，获得载体的位置、速度等参数信息，并将上述参数信息传送到卡尔曼滤波与综合处理模块。卡尔曼滤波与综合处理模块接收GPS定位模块的定位参数信息和INS处理模块的检测信息，通过卡尔曼滤波与综合处理模块内部的固化算法，将上述信息融和解算，得到最终的定位参数，并将此参数反馈给INS处理模块和GPS定位模块，同时将此参数传送到WSN 发送模块。WSN发送模块接收卡尔曼滤波与综合处理模块的定位信息，并通过无线传输方式完成定位信息从载体端到显示端的远程传送。所述的WSN发送模块与WSN接收模块之间采用ZigBee无线通信方式传输信号，其传输波段为2. 4GHz的免授权频段。所述的第一气压传感器模块包括依次连接的气压传感器、信号放大电路、滤波电路和A/D转换电路，A/D转换电路连接WSN发送模块。所述的第二气压传感器模块包括依次连接的气压传感器、信号放大电路、滤波电路和A/D转换电路，A/D转换电路连接WSN发送模块。气压传感器模块测量大气气压参数，并将测量信息通过WSN发送模块传送给信息接收端。在本系统中，采用双气压传感器模式，分别测量载体端和信息接收端的气压参数， 通过气压差解算出载体端与接收端的高度差，解决了 GPS / INS组合定位对载体的高度测量精度较差的问题。
5[0034]所述的电源模块包括锂离子电池组、电池组充电适配器、电源保护模块和电源报警器，锂离子电池组分别连接电池组充电适配器和电源保护模块，电源保护模块连接电源报警器。锂离子电池组为整个系统供电，提供设备正常工作所需的能量；电池组充电适配器由电源变压器和整流电路组成，为电池组提供合适的供电，保证设备正常、可靠的工作，同时具有保护功能，使设备不会因为电源的波动而损坏。本实用新型通过电池组充电适配器提供220V交流供电和车载供电两种模式，提高了设备使用的便利性。电源保护模块为整个供电系统提供过流、过热和短路等保护。同时在电源模块中设计了电源报警器，当电源电量不足时，发出警报，提醒消防人员及时撤离火场。所述的远程接收监控装置包括WSN接收模块、第二气压传感器模块和数据显示模块，WSN接收模块和第二气压传感器模块皆与数据显示模块相连接。本实用新型的远程监控GPS/INS组合跟踪系统的工作原理如下系统开启后，先完成自检和信息初始化过程。当一切正常完成后，GPS天线开始接收卫星信号，并将接收到的信号传给GPS接收机，通过GPS接收机内部的固化算法得到GPS 伪距和伪距率等信息，并输送给卡尔曼滤波与综合处理模块。当载体开始运动时，INS处理模块中的三轴陀螺仪和三轴加速度计分别测量载体的角速度和线性加速度，并以移动转角信号和速率脉冲信号的形式进入INS处理模块，经解算处理得到载体的位置和速度信息。 GPS的伪距、伪距率和INS的位置、速度等信息分别进入卡尔曼滤波与综合处理模块，卡尔曼滤波与综合处理模块对三轴陀螺仪和三轴加速度计进行加速度计偏差与陀螺漂移修正， 对INS处理模块进行位置、速度、姿态和误差修正，对GPS接收机进行位置、速度、姿态和时钟误差修正，并将修正参数传送到WSN发送模块。同时，气压传感器模块测量气压值，经放大、滤波、A/D转换成数字信号进入WSN发送模块。WSN发送模块将接收到的信号用无线传输方式传送给WSN接收模块，并远程显示，完成对目标的跟踪和指挥控制等任务。
权利要求1.一种远程监控GPS/INS组合跟踪系统，其特征在于，包括GPS/INS组合跟踪装置以及远程接收监控装置，GPS/INS组合跟踪装置嵌入消防防护服中，GPS/INS组合跟踪装置与远程接收监控装置之间通过无线连接。
2.如权利要求1所述的远程监控GPS/INS组合跟踪系统，其特征在于，所述的GPS/INS 组合跟踪装置包括GPS定位模块、INS处理模块、卡尔曼滤波与综合处理模块、第一气压传感器模块、WSN发送模块和电源模块，GPS定位模块和INS处理模块皆与卡尔曼滤波与综合处理模块连接，卡尔曼滤波与综合处理模块和第一气压传感器模块皆与WSN发送模块连接，电源模块分别连接GPS定位模块、INS处理模块、卡尔曼滤波与综合处理模块、第一气压传感器模块和WSN发送模块。
3.如权利要求2所述的远程监控GPS/INS组合跟踪系统，其特征在于，所述的GPS定位模块包括GPS天线和GPS接收机，GPS天线连接GPS接收机，GPS接收机连接卡尔曼滤波与综合处理模块。
4.如权利要求2所述的远程监控GPS/INS组合跟踪系统，其特征在于，所述的INS处理模块包括三轴陀螺仪、三轴加速度计和INS处理模块，三轴陀螺仪和三轴加速度计皆与INS 处理模块相连接，INS处理模块连接卡尔曼滤波与综合处理模块。
5.如权利要求2所述的远程监控GPS/INS组合跟踪系统，其特征在于，所述的第一气压传感器模块包括依次连接的气压传感器、信号放大电路、滤波电路和A/D转换电路，A/D转换电路连接WSN发送模块。
6.如权利要求2所述的远程监控GPS/INS组合跟踪系统，其特征在于，所述的电源模块包括锂离子电池组、电池组充电适配器、电源保护模块和电源报警器，锂离子电池组分别连接电池组充电适配器和电源保护模块，电源保护模块连接电源报警器。
7.如权利要求2所述的远程监控GPS/INS组合跟踪系统，其特征在于，所述的WSN发送模块与WSN接收模块之间采用ZigBee无线通信方式传输信号，其传输波段为2. 4GHz的免授权频段。
8.如权利要求1所述的远程监控GPS/INS组合跟踪系统，其特征在于，所述的远程接收监控装置包括WSN接收模块、第二气压传感器模块和数据显示模块，WSN接收模块和第二气压传感器模块皆与数据显示模块相连接。
9.如权利要求8所述的远程监控GPS/INS组合跟踪系统，其特征在于，所述的第二气压传感器模块包括依次连接的气压传感器、信号放大电路、滤波电路和A/D转换电路，A/D转换电路连接WSN发送模块。
10.如权利要求1所述的远程监控GPS/INS组合跟踪系统，其特征在于，所述的GPS/ INS组合跟踪装置设于消防防护服的肩部位置处。
专利摘要本实用新型涉及一种远程监控GPS/INS组合跟踪系统，其特征在于，包括GPS/INS组合跟踪装置以及远程接收监控装置，GPS/INS组合跟踪装置嵌入消防防护服中，GPS/INS组合跟踪装置与远程接收监控装置之间通过无线连接。本实用新型可远程监测消防人员的位置和运动状态信息，并将监测到的信息实时传送到控制中心，以便控制中心的统筹指挥。本实用新型体积小、质量轻，可嵌入消防服装，便于消防人员的携带。
文档编号G01S19/49GK202075415SQ20112012421
公开日2011年12月14日 申请日期2011年4月25日 优先权日2011年4月25日
发明者倪虎生, 李媛媛, 王 华, 许武军, 陶梦月 申请人:东华大学