適用于地震等災(zāi)害場合的移動終端定位系統(tǒng)與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及了一種定位系統(tǒng)與方法，尤其是涉及了一種適用于地震等災(zāi)害場合的移動終端定位系統(tǒng)與方法，能夠在地震等災(zāi)害場合下對攜帶手機的受災(zāi)人員進行有效快速的營救。
【背景技術(shù)】
[0002]我國處于世界兩大自然災(zāi)害帶的交匯處，三大板塊交界處，是地震等災(zāi)害頻繁發(fā)生的地區(qū)。近年來，我國地震等自然災(zāi)害頻發(fā)，2008年汶川地震和2014年云南魯?shù)榈卣鹪斐闪酥卮蟮娜藛T傷亡。及時搜救被壓埋在廢墟中的幸存者是減少傷亡的關(guān)鍵。目前已有的緊急搜救手段主要有搜救犬，生命探測儀等，但是他們都有明顯的不足之處:前者工作時間短，效率低，后者搜索范圍小，定位精度差。因此，有必要開發(fā)一套普適的快速、高精度的搜索定位系統(tǒng)，為災(zāi)害和事故現(xiàn)場的搜救工作提供強有力的可靠保障。
[0003]無線電定位技術(shù)是射頻技術(shù)的一種重要形式，該技術(shù)是利用無線電信號的電參數(shù)獲取定位參量，再采用合適的定位方法計算出目標(biāo)所處的位置。它已被廣泛應(yīng)用于軍事任務(wù)、公安執(zhí)法、車載導(dǎo)航、緊急救援等領(lǐng)域。目前有利用RFID、ZigBee、WIFI等技術(shù)的無線定位技術(shù)，但是RFID技術(shù)需要對特定的電子標(biāo)簽進行定位，ZigBee和WIFI技術(shù)更適用于外界干擾少的短距離情況，如室內(nèi)定位，而地震等自然災(zāi)害都是突發(fā)的和室外大范圍的，上述技術(shù)均不適用。
[0004]近年來，手機等各種通訊設(shè)備已經(jīng)融入了人們的日常生活，個人移動通訊網(wǎng)絡(luò)信號已成為一種可利用的定位資源。據(jù)中國工業(yè)和信息化部估計，2012年我國手機用戶數(shù)量已超過10億，意味著75%的中國公民擁有手機，而這一數(shù)字還在持續(xù)上升，而據(jù)德國救援聯(lián)邦機構(gòu)調(diào)查顯示，發(fā)生災(zāi)害時，80%的被埋受害者隨身攜帶手機?？紤]到手機的普及，利用無線通信技術(shù)對手機進行定位可能成為搜救技術(shù)的一個突破點。一般來講，手機信號比人體紅線等生命體征信號要強烈的多，并且它是普遍存在的日常工具，隨著通信技術(shù)的進步，偵測與定位手機終端是能夠?qū)崿F(xiàn)的，并且可以達到很高的定位精度。因此，在災(zāi)害場合，基于手機設(shè)備的主動式搜救系統(tǒng)具備非常好的應(yīng)用前景。然而，現(xiàn)有的能夠與手機通信的基站設(shè)備只能在一些需要受害者配合的情形下方可有效檢測和分析手機信號，如打通話、發(fā)短信或使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。而在災(zāi)害場合，受害者很可能已經(jīng)失去行動能力，無法操作手機。此外，現(xiàn)有設(shè)備無法滿足屏蔽外界干擾信號、主動觸發(fā)手機信號重選、識別受害者手機信息、支撐高效定位算法、顯示定位信息等諸多需求。本發(fā)明著力解決災(zāi)害環(huán)境下基于手機搜救所面臨的關(guān)鍵問題，滿足實際搜救場合大范圍高效定位的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]考慮到災(zāi)害場合的特殊性，本發(fā)明系統(tǒng)采用了一種適用于地震等災(zāi)害場合的移動終端定位系統(tǒng)與方法，建立一套搜救基站系統(tǒng)，采用主動定位方法，誘使手機主動連接到搜救基站并發(fā)射信號，獲取手機號碼，識別不同的手機來區(qū)分受災(zāi)者，提取重要的手機信息用于定位計算，并將結(jié)果通過顯示器顯示出來等。本發(fā)明無需受災(zāi)者參與，進行主動定位，定位精度較高，基站便攜，能進行快速準(zhǔn)確的救援。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一、一種適用于地震等災(zāi)害場合的移動終端定位系統(tǒng):
包括與待定位手機進行無線電通訊的主基站和兩個從基站，主基站和兩個從基站分別置于覆蓋待定位手機所在地域的三角形的三個角點處，以主基站為參考建立坐標(biāo)，主基站和兩個從基站均連接有GPS模塊與基準(zhǔn)時鐘模塊，兩個從基站通過GPS模塊獲取自身的位置信息并上傳給主基站，主基站與兩個從基站均通過基準(zhǔn)時鐘模塊進行時鐘同步；主基站通過發(fā)射廣播信號或提高廣播信號的功率觸發(fā)該地域內(nèi)的待定位手機進行小區(qū)重選，重選后手機連入主基站，主基站再次向連入主基站的手機發(fā)射誘發(fā)信號誘發(fā)手機發(fā)射信號，手機因誘發(fā)而發(fā)射的信號分別由主機站和兩個從基站接收；兩個從基站與主基站保持通信，兩個從基站在主基站分配的信道上獲取手機因誘發(fā)而發(fā)射的信號，并將接收到的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)到達時間信息、信號到達角度、信號強度等信息一起發(fā)送給主基站。
[0007]所述的主基站和兩個從基站均包括FPGA和DSP協(xié)同模塊以及用于供電的電源模塊，接收天線分別接收基站廣播信號和手機信號輸入到分路器，分路器的輸出端分為兩路，一路依次經(jīng)第一濾波器、第一放大器、第二濾波器、第一混頻器、第三濾波器、第二放大器、第一解調(diào)器后連接到FPGA和DSP協(xié)同模塊的一個接收端；另一路依次經(jīng)第四濾波器、第三放大器、第五濾波器、第二混頻器、第六濾波器、第四放大器、第二解調(diào)器后連接到FPGA和DSP協(xié)同模塊的一個接收端；
FPGA和DSP協(xié)同模塊的DSP模塊連接有基準(zhǔn)時鐘模塊，DSP模塊的輸出端經(jīng)第一調(diào)制器、第五放大器和發(fā)射濾波器后連接發(fā)射天線，F(xiàn)PGA和DSP協(xié)同模塊中的FPGA模塊與DSP模塊連接進行協(xié)同控制，F(xiàn)PGA和DSP協(xié)同模塊與顯示屏連接；在所述接收天線接收手機信號后對手機信號依次進行濾波、放大和濾波處理后輸入到第一混頻器中混頻，第一混頻器輸出混頻后的信號再一次經(jīng)濾波、放大和解調(diào)處理后，將解調(diào)后的手機信號傳送到FPGA和DSP協(xié)同模塊進行處理，F(xiàn)PGA和DSP協(xié)同模塊對解調(diào)信號進行協(xié)同處理，從中提取手機信息，并進行定位計算，F(xiàn)PGA和DSP協(xié)同模塊的DSP模塊發(fā)出包含有手機信息的手機，依次經(jīng)過調(diào)制、放大和濾波處理后通過發(fā)射天線發(fā)送出去。
[0008]所述的第一放大器、第二放大器、第三放大器、第四放大器和第五放大器均為低噪聲放大器。
[0009]所述的接收天線接收的信號為基站廣播信號和手機因誘發(fā)而發(fā)射的信號。
[0010]所述的手機信息包括電話號碼、IMEI碼和手機信號傳播信息，手機信號傳播信息包括手機信號傳播頻率、手機信號傳播時間、手機信號到達角度和手機信號強度。
[0011]二、一種適用于地震等災(zāi)害場合的移動終端定位方法:
采用并建立移動上述終端定位系統(tǒng)，移動終端定位系統(tǒng)中的一個主基站和兩個從基站均作為偽基站，主基站與從基站均含有GPS模塊與基準(zhǔn)時鐘模塊基準(zhǔn)時鐘模塊，以主基站為參考建立坐標(biāo)，從基站通過GPS模塊獲取自身的位置信息并上傳給主基站，主基站與從基站均通過基準(zhǔn)時鐘模塊進行時鐘同步；主基站通過發(fā)射廣播信號或提高廣播信號的功率屏蔽外界基站的影響，并觸發(fā)該地域內(nèi)的待定位手機進行小區(qū)重選，重選后手機連入主基站，主基站再次向手機發(fā)射誘發(fā)信號誘發(fā)手機發(fā)射信號，并同時將發(fā)送給手機的誘發(fā)信號發(fā)送到從基站，手機因誘發(fā)而發(fā)射的信號由從基站接收；從基站與主基站保持通信，從基站在主基站分配的信道上獲取手機因誘發(fā)而發(fā)射的信號，并將接收到的數(shù)據(jù)、該數(shù)據(jù)的到達時間信息和信號強度一起發(fā)送給主基站；主基站對接收到的數(shù)據(jù)采用TDOA、AOA和SSOA其中之一或者混合的方法對待定位手機進行分析處理，完成定位。
[0012]所述的主基站接收到的數(shù)據(jù)包含有手機信號到達時間信息、手機信號到達角度和手機信號強度。
[0013]作為優(yōu)選，所述的主基站利用手機信號到達時間信息進行TDOA定位計算，利用手機信號強度進行SSOA定位計算。
[0014]本發(fā)明需要能夠誘使受災(zāi)區(qū)域內(nèi)的手機主動連接到本發(fā)明定位系統(tǒng)，并在無需受害者參與的情況下發(fā)射信號。系統(tǒng)能通過不同的方式與尚有行動能力和喪失行動能力的受災(zāi)者采用不同的信號誘發(fā)方式，以獲取更可靠的數(shù)據(jù)來用于定位計算。
[0015]本發(fā)明無需受災(zāi)者參與，進行主動定位，能夠覆蓋受災(zāi)范圍，通過搜救基站發(fā)射基站廣播信號，迫使受災(zāi)區(qū)域內(nèi)的手機發(fā)生小區(qū)重選，從而使區(qū)域內(nèi)的手機連接到搜救基站并發(fā)射信號。除此之外，本發(fā)明系統(tǒng)還具備識別和定位手機的功能。
[0016]考慮到手機在基站中斷后耗電量大的情況，搜救基站具有便攜特點，能夠及時到達災(zāi)害地點進行快速準(zhǔn)確的救援。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明考慮到了災(zāi)害場合下受災(zāi)者可能已失去行動能力的情況，采取主動定位方式，無需受災(zāi)者參與便能夠搜索到手機；能夠分析處理接收到的手機信號，獲取手機信息、識別區(qū)分不同手機、進行定位計算；實施可采用TDOA和SSOA混合定位方法，定位精度較高；設(shè)備具有便攜式的優(yōu)點，能夠及時送往災(zāi)害現(xiàn)場，進行緊急救援。
【附圖說明】
[0018]圖1是定位系統(tǒng)地域覆蓋示意圖。
[0019]圖2是搜救基站原理與結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3是小區(qū)重選示意圖。
[0021]圖4是本發(fā)明優(yōu)選的無線定位架構(gòu)與方法示意圖。
[0022]圖中:1、分路器，2、第一濾波器，3、第