專(zhuān)利名稱(chēng)：一種災(zāi)后搜救終端定位方法及生命探測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及災(zāi)后搜救生命探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種災(zāi)后搜救終端定位方法及生命探測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
自然災(zāi)害具有瞬間發(fā)生、破壞劇烈、監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)困難、社會(huì)影響深遠(yuǎn)等特點(diǎn)，例如，破壞性強(qiáng)烈的地震、山體滑坡等災(zāi)害，給國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大的危害和損失。國(guó)內(nèi)外無(wú)數(shù)次的自然災(zāi)害事例證明，災(zāi)后緊急救援技術(shù)水平對(duì)于減輕災(zāi)害損失具有極其重要的意義。我國(guó)目前在災(zāi)害緊急救援技術(shù)方面還十分薄弱，主要依靠人力、搜救犬以及生命探測(cè)裝置進(jìn)行生命探測(cè)，以尋找幸存者。人力和搜救犬探測(cè)效率比較低下，且受周邊環(huán)境影響嚴(yán)重?，F(xiàn)有生命探測(cè)裝置均存在著受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境影響較大、搜索空間范圍小、搜索速度慢、 缺乏快速定位能力等缺點(diǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了災(zāi)后廢墟埋壓的被困人員大范圍快速搜救的需求。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中生命探測(cè)裝置受到環(huán)境影響嚴(yán)重，導(dǎo)致搜救效率低下的問(wèn)題，一種基于手機(jī)的災(zāi)后生命探測(cè)方法和系統(tǒng)被提出。如圖I所示，這種系統(tǒng)由手機(jī)(移動(dòng)終端)和若干生命探測(cè)裝置(基站)組成。發(fā)生災(zāi)情后，由生命探測(cè)裝置(基站)發(fā)送消息誘發(fā)被困人員手機(jī)(移動(dòng)終端)進(jìn)行登記接入，搜索生命探測(cè)裝置發(fā)出的信號(hào)建立緊急鏈路鏈接。生命探測(cè)裝置根據(jù)求救信號(hào)，確定移動(dòng)終端并進(jìn)行定位操作，最終確定被困人員的位置，進(jìn)行有效的施救。在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問(wèn)題基于接收強(qiáng)度的定位方法，根據(jù)無(wú)線信號(hào)從發(fā)射端與接收端的衰減值再結(jié)合無(wú)線傳播衰減的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)傳播距離d進(jìn)行估算進(jìn)而完成對(duì)發(fā)射端的定位。該方法應(yīng)用運(yùn)于廢墟環(huán)境下的終端定位有兩個(gè)難點(diǎn)1、終端具有基于接收前向信號(hào)強(qiáng)度的開(kāi)環(huán)功控能力，生命探測(cè)裝置無(wú)法準(zhǔn)確獲取終端反向信號(hào)的發(fā)射功率，也就很難獲取準(zhǔn)確地傳播路徑的衰減值；2、針對(duì)廢墟環(huán)境的復(fù)雜性，很難提出一個(gè)精確的無(wú)線傳播衰減的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ??；诘竭_(dá)時(shí)間差的定位方法，根據(jù)無(wú)線信號(hào)從發(fā)射端到多個(gè)接收端的傳輸時(shí)間差，再結(jié)合公式Ad = CX At進(jìn)行定位的方法。該方法應(yīng)用運(yùn)于廢墟環(huán)境下的終端定位有兩個(gè)難點(diǎn)1、在廢墟環(huán)境下，信號(hào)傳送存在嚴(yán)重的多徑擴(kuò)散；2、電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí),速度會(huì)有較大的衰減。此外，由于在測(cè)量某條消息的接收信號(hào)強(qiáng)度和到達(dá)時(shí)間時(shí)，伴隨著隨機(jī)測(cè)量誤差， 該誤差將導(dǎo)致在不同環(huán)境、不同條件下的定位坐標(biāo)之間產(chǎn)生比較大的隨機(jī)定位誤差?，F(xiàn)有技術(shù)中，尚沒(méi)有一種行之有效的災(zāi)后搜救終端定位的方案可以完成在災(zāi)后搜救中對(duì)終端進(jìn)行準(zhǔn)確的定位
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中生命探測(cè)存在的傳播路徑衰減值估計(jì)不準(zhǔn)、傳播模型建立困難、無(wú)線信號(hào)的多徑效應(yīng)以及傳播速率衰減而造成的無(wú)法精確定位終端的問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種災(zāi)后搜救終端定位方法及生命探測(cè)裝置。所述技術(shù)方案如下 一種災(zāi)后搜救終端定位方法，所述方法包括A、至少4臺(tái)生命探測(cè)裝置同時(shí)接收終端的登記接入信號(hào)；B、根據(jù)所述終端的登記接入信號(hào)計(jì)算得到所述終端的位置坐標(biāo)；C、根據(jù)連續(xù)兩次所述登記接入信號(hào)計(jì)算得到的所述位置坐標(biāo)對(duì)本次計(jì)算的到的所述位置坐標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)和校正，得到校正位置坐標(biāo)；D、比較所述校正位置坐標(biāo)與所述位置坐標(biāo)，若其差值小于預(yù)先設(shè)定的值，則將所述校正位置坐標(biāo)作為所述終端的定位結(jié)果；否則，返回步驟B。所述步驟B,進(jìn)一步包括根據(jù)所述登記接入信號(hào)到達(dá)時(shí)間t及信號(hào)強(qiáng)度p，4臺(tái)生命探測(cè)裝置分別與所述終端的距離為
權(quán)利要求
1.一種災(zāi)后搜救終端定位方法，其特征在于，所述方法包括A、至少4臺(tái)生命探測(cè)裝置同時(shí)接收終端的登記接入信號(hào)；B、根據(jù)所述終端的登記接入信號(hào)計(jì)算得到所述終端的位置坐標(biāo)；C、根據(jù)連續(xù)兩次所述登記接入信號(hào)計(jì)算得到的所述位置坐標(biāo)對(duì)本次計(jì)算的到的所述位置坐標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)和校正，得到校正位置坐標(biāo)；D、比較所述校正位置坐標(biāo)與所述位置坐標(biāo)，若其差值小于預(yù)先設(shè)定的值，則將所述校正位置坐標(biāo)作為所述終端的定位結(jié)果；否則，返回步驟B。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟B，進(jìn)一步包括根據(jù)所述登記接入信號(hào)到達(dá)時(shí)間t及信號(hào)強(qiáng)度p，4臺(tái)生命探測(cè)裝置分別與所述終端的距離為
3.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述步驟C，進(jìn)一步包括利用上一條所述登記接入信號(hào)得到的位置坐標(biāo)信息對(duì)本條登記接入信號(hào)所得到位置坐標(biāo)進(jìn)行估計(jì)，得到f = Ak-^l，其中，所述Ak為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，表示相鄰兩條登記接入信號(hào)所得到位置坐標(biāo)信息間的關(guān)系i = 0α,,,η)，表示利用所述終端第k條登記接入信號(hào)計(jì)算得到的位置坐標(biāo)；計(jì)算先驗(yàn)估計(jì)均方差矩陣A— =+2，Pk為后驗(yàn)估計(jì)均方差矩陣，if稱(chēng)為先驗(yàn)估計(jì)均方差矩陣，Q為過(guò)程噪聲協(xié)方差矩陣；計(jì)算增益矩陣心= 4(4+尺)—1，其中，Kk為增益矩陣，表示對(duì)先驗(yàn)后殘留誤差的的修正，R為統(tǒng)計(jì)噪聲協(xié)方差矩陣；后驗(yàn)估計(jì)均方差矩陣A = (7-，其中，I為單位矩陣；狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣A = ，其中Tk為第k條登記接入信號(hào)的時(shí)延拓展寬度；Ik-I接收k條登記接入信號(hào)后所得到的所述終端校正位置坐標(biāo)Z； = f+，其中，Lk為接收k條登記接入信號(hào)后所得到的終端校正位置坐標(biāo)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在利用上一條所述登記接入信號(hào)得到的位置坐標(biāo)信息對(duì)本條登記接入信號(hào)所得到位置坐標(biāo)進(jìn)行估計(jì)之前，該方法還包括在近距離視距實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，根據(jù)測(cè)試終端發(fā)出登記接入信號(hào)序號(hào)k為次序，統(tǒng)計(jì)過(guò)程噪聲w = (xk,yk, zk) - {xk -i,yk-1, Zk — i)及其協(xié)方差矩陣 Q = E (wTw)；變換所述測(cè)試終端位置坐標(biāo)進(jìn)行大量測(cè)量，統(tǒng)計(jì)測(cè)量噪聲[=(；^,7,2；)-卜,>^；)及其協(xié)方差矩陣R = E(VtV)；設(shè)定還未收到登記消息的手機(jī)位置粗略估計(jì)值1 = η)，初始后驗(yàn)估計(jì)均方差矩陣PO = R，初始狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣AO = I，k = I，完成初始化過(guò)程。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，該方法還包括在得到所述終端的定位結(jié)果后，所述生命探測(cè)裝置通知所述終端停止發(fā)送登記接入信號(hào)。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述至少4臺(tái)生命探測(cè)裝置中至少I(mǎi)臺(tái)為主生命探測(cè)裝置，所述主生命探測(cè)裝置發(fā)送前向鏈路控制信號(hào)，誘使所述終端發(fā)送所述登記接入信號(hào)；所述至少4臺(tái)生命探測(cè)裝置接收所述終端的登記接入信號(hào)，發(fā)送到所述主生命探測(cè)裝置進(jìn)行處理。
7.—種生命探測(cè)裝置，其特征在于，該裝置包括接收單元、初始定位單元、校正單元和比較輸出單元，其中，所述接收單元，用于接收終端的登記接入信號(hào)；所述初始定位單元，用于根據(jù)所述終端的登記接入信號(hào)計(jì)算得到所述終端的位置坐標(biāo)；所述校正單元，用于根據(jù)連續(xù)兩次所述登記接入信號(hào)計(jì)算得到的所述位置坐標(biāo)對(duì)本次計(jì)算的到的所述位置坐標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)和校正，得到校正位置坐標(biāo)；所述比較輸出單元，用于比較所述校正位置坐標(biāo)與所述位置坐標(biāo)，若其差值小于預(yù)先設(shè)定的值，則將所述校正位置坐標(biāo)作為所述終端的定位結(jié)果。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述初始定位單元包括測(cè)量子單元、距離差計(jì)算子單元和初始坐標(biāo)計(jì)算子單元，其中，所述測(cè)量子單元，用于匯總計(jì)算所述終端與不同的所述生命探測(cè)裝置之間的距離；所述距離差計(jì)算子單元，用于計(jì)算所述生命探測(cè)裝置兩兩之間與所述終端的距離差； 所述初始坐標(biāo)計(jì)算子單元，用于計(jì)算所述終端的位置坐標(biāo)。
9.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述校正單元包括初始化子單元、預(yù)測(cè)子單元和校正子單元，其中，所述初始化子單元，用于計(jì)算過(guò)程噪聲及其協(xié)方差矩陣、統(tǒng)計(jì)測(cè)量噪聲及其協(xié)方差矩陣；設(shè)定還未收到登記消息的手機(jī)位置粗略估計(jì)值、初始后驗(yàn)估計(jì)均方差矩陣、初始狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，完成初始化過(guò)程；所述預(yù)測(cè)子單元，用于利用上一條所述登記接入信號(hào)得到的位置坐標(biāo)信息對(duì)本條登記接入信號(hào)所得到位置坐標(biāo)進(jìn)行估計(jì)，并預(yù)測(cè)計(jì)算后驗(yàn)估計(jì)均方差矩陣；所述校正子單元，用于計(jì)算增益矩陣、后驗(yàn)估計(jì)均方差矩陣和狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，并計(jì)算接收若干條登記接入信號(hào)后所得到的所述終端校正位置坐標(biāo)。
10.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述比較輸出單元包括比較子單元和輸出子單元，其中，所述比較子單元，用于比較接收若干條登記接入信號(hào)后所得到的所述終端校正位置坐標(biāo)和利用所述終端若干條登記接入信號(hào)計(jì)算得到的位置坐標(biāo)，確定其是否小于預(yù)先設(shè)定的值；所述輸出子單元，用于將接收若干條登記接入信號(hào)后所得到的所述終端校正位置坐標(biāo)作為所述終端的最終位置坐標(biāo)定位結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種災(zāi)后搜救終端定位方法，屬于災(zāi)后搜救生命探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。所述方法包括至少4臺(tái)生命探測(cè)裝置同時(shí)接收終端的登記接入信號(hào)；根據(jù)所述終端的登記接入信號(hào)計(jì)算得到所述終端的位置坐標(biāo)；根據(jù)連續(xù)兩次所述登記接入信號(hào)計(jì)算得到的所述位置坐標(biāo)對(duì)本次計(jì)算的到的所述位置坐標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)和校正，得到校正位置坐標(biāo)；比較所述校正位置坐標(biāo)與所述位置坐標(biāo)，若其差值小于預(yù)先設(shè)定的值，則將所述校正位置坐標(biāo)作為所述終端的定位結(jié)果。本發(fā)明還提供了一種生命探測(cè)裝置。本發(fā)明通過(guò)對(duì)終端進(jìn)行定位，并對(duì)定位結(jié)果結(jié)合時(shí)間差和強(qiáng)度差進(jìn)行修正，可以得到較為精準(zhǔn)的終端定位結(jié)果，從而能夠精準(zhǔn)的定位終端的位置，進(jìn)而提高災(zāi)后搜救生命探測(cè)的準(zhǔn)確度和效率。
文檔編號(hào)G01S5/02GK102612137SQ20121001659
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月18日
發(fā)明者萬(wàn)能, 呂子平, 孫曉飛, 施滸立, 王曉冠, 肖延南, 鄧中亮, 陳才湖, 韓淼 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)