[發明專利]一種無線測向定位搜救裝置及搜救方法

在審

• 申請號: 201510581263.0
• 申請日: 2015-09-14
• 公開（公告）號: CN105158728A
• 公開（公告）日: 2015-12-16
• 發明（設計）人: 張洪濤;孫旻;夏冬;許亦清;熊元能;朱忱
• 申請（專利權）人: 鎮江億海軟件有限公司
• 主分類號: G01S1/20
• 分類號: G01S1/20;G01S3/52
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及遇險人員搜救技術領域，尤其涉及一種無線測向定位搜救裝置及搜救方法。

背景技術

我國幅員廣闊，地理、氣象條件復雜，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，屬于野外涉險作業，另外，隨著國民經濟和社會的發展與進步，我國隧道等基礎建設以及海上運輸等活動變得頻繁，相關的工作也屬于涉險作業。這些涉險作業的周圍環境一旦出現意外，遇險人員被困后，往往需要借助外界人員的救助才能有效脫離險境。然而由于遇險人員所處的環境地形復雜或面積太大或被障礙物遮擋，造成搜救人員目力不能及，很難施救，所以除了目力搜尋外，搜救人員通常需要借助無線搜救裝置來對對遇險人員發出的無線報警信號進行搜索定位，以準確找到遇險人員。目前，無線搜救裝置所采用的無線信號定位技術可以分為五種：基于信號強度(signalstrengthofArrival，SSOA)、基于信號到達時延(timeofarrival，TOA)、基于信號到達時延差(timeDifferenceofArrival,TDOA)、基于信號到達角度(AngleofArrival，AOA)以及混合定位。

(1)基于信號強度的定位

基于信號強度的基本定位技術是通過測量接收信號的場強值，利用已知信道衰落模型以及發射信號的場強值估算出移動終端到多個發射基站之間的距離，通過求解收發信機之間的距離方程組，即能確定目標移動臺位置。場強定位的一個關鍵問題是無線電信號強度(功率)衰落(損耗)數學模型的建立。有許多相關研究工作者對電波傳播模型進行了深入的研究。建立了許多不同種類、適用于不同環境的電波傳播損耗模型。在無線電覆蓋預測和場強衰減定位時，通常使用的是Okumura模型，Hata模型，Okumura-Hata模型。但是由于實際無線電傳播環境非常復雜，一般而言，這種方法只有在無線電波傳播模型與地理環境匹配得比較好時，定位精度才較高。在實際運用時，通常需要用實際測量的方法來修正模型，提高定位精度。基于信號強度的定位方法相對來說容易實施，費用較小，不需要對移動終端和基站硬件進行修改，只要對通信軟件做一些修改就可以了，但是其定位精度受多徑衰落和陰影效應的影響，精度較差；

(2)基于信號到達時間的定位

基于信號到達時間定位的基本方法是同時從多個基站測量同一個移動終端的發射信號到達的時間，根據到達時間計算移動終端到基站的距離，再根據多個距離估計值估計移動終端的位置。當存在視距傳播的情況下，若信號在移動終端和第i個基站之間的傳播時間t_i，無線電信號傳播速度為c，則信號到達時間和電波的傳播速度的乘積就是移動終端與基站之間的距離R_i，即R_i＝c×t_i。若移動臺位置坐標為(x₀,y₀)，第i個基站的位置坐標為(x_i,y_i)，則移動臺被定位在以基站i所在位置(x_i,y_i)為圓心、R_i為半徑的圓周上。即TOA方程組為：若測得信號在移動終端與三個基站間的傳播時間，那么3個圓的交點就是移動臺的位置。同步精度和時間測量誤差是影響TOA定位精度的關鍵。應用TOA定位時，要求接收信號的基站/移動臺知道信號的開始傳輸時刻，并要求基站和移動終端之間有非常精確的時鐘，這一點實現起來是相當困難，這也是TOA基本定位技術的主要缺點。因為移動終端的位置是不確定的，而它與基站之間的傳播時間本來就是被測參數，基站控制的移動終端同步一定存在較大的誤差。因此，要使基站間、基站和移動終端間，特別是基站和移動終端間保持高精度的時間同步，就必須在基站和移動終端添加高精度的時鐘，在基站添加還可以實施，在移動終端就相當不方便了，這不僅要增加移動終端的體積，而且要增加移動終端的成本。另外，TOA定位至少要求三個基站同時參與定位計算，在大區制蜂窩系統，受Hearability因素的影響，很難實現三個基站同時收到同一個終端的信號。由于同步誤差、NLOS誤差等影響，會使圓無法交匯，或者交匯處不是一個點而是一個區域。因此，在實際定位時，可以利用GPS對基站進行校時，提高同步精度，降低同步誤差，并利用其他補償算法來抑制NLOS誤差，降低TOA測量誤差，提高算法的定位精度。但同時也增加了系統開銷和算法復雜程度。基于信號到達時間定位技術雖然系統設備相對復雜，但其基站和移動終端間能夠保持高精度的時間同步，定位精度較高。

(3)基于信號到達時間差的定位