一種適用于災(zāi)害救援的探測系統(tǒng)及其協(xié)作通訊定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及公共安全、電子通訊與定位技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種適用于災(zāi)害救援的探測系統(tǒng)及其協(xié)作通訊定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類文明的飛速發(fā)展，宇宙奧秘的幔紗被一層層剝下。然而時(shí)至如今，自然災(zāi)害依然難以預(yù)測，一次次突襲而來，致使難以估量的巨大損失。人命關(guān)天，生命是最寶貴的財(cái)產(chǎn)，災(zāi)害過后搜救受害者刻不容緩。一直以來，救援工作一直為搜救設(shè)備所掣肘:由于信號(hào)弱、干擾多，傳統(tǒng)基于生命體征的生命探測儀效率低下，難以勝任災(zāi)害場合尤其是大范圍內(nèi)的搜救工作；RFID、GPS、北斗、WIFI等精度較高的定位方式則需要受害者配有并開啟相關(guān)設(shè)備，缺乏實(shí)際操作性，難以廣泛應(yīng)用。
[0003]信息時(shí)代，手機(jī)已逐漸成為人們必不可少的生活用品。據(jù)統(tǒng)計(jì)，80%以上的受害者隨身攜帶手機(jī)，換言之，手機(jī)是突發(fā)災(zāi)害場合下使用最廣泛的電子產(chǎn)品。因而，利用手機(jī)搜救無疑事半功倍。近年來，一種基于建立便攜緊急救援基站的方式引起了廣泛的關(guān)注。通過提高緊急救援基站廣播信號(hào)發(fā)射功率或者采用干擾機(jī)屏蔽已存基站的下行信號(hào)，可使有限區(qū)域內(nèi)的手機(jī)觸發(fā)手機(jī)重選并連接至緊急救援基站；而后緊急救援基站誘導(dǎo)手機(jī)發(fā)射信號(hào)，并獲取手機(jī)信號(hào)的時(shí)間到達(dá)、強(qiáng)度或者角度信息分析定位。這對(duì)于救援無疑是一重大利好，然而該方法面臨如下問題:若采用單個(gè)便攜基站探測多個(gè)目標(biāo)手機(jī)，定位精度很低，探測范圍受限，效率低下；若采用有限幾個(gè)便攜基站聯(lián)合探測定位，基站間存在相互干擾，難以有效協(xié)作，效率與探測范圍不高；若采用很多便攜基站探測，除了上述問題，由于基站設(shè)備較為精密，搜救成本會(huì)大幅提升；此外，采用多個(gè)便攜基站還有一大弊端，由于搜尋的盲目性，多個(gè)便攜基站對(duì)同一手機(jī)非協(xié)作式探測會(huì)造成極大的資源浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決災(zāi)害環(huán)境下基于手機(jī)搜救所面臨的探測成本高、探測范圍小、探測精度低、探測盲目性等問題，本發(fā)明提出了一種適用于災(zāi)害救援的探測系統(tǒng)及其協(xié)作通訊定位方法，實(shí)現(xiàn)了大范圍監(jiān)控與小范圍精度搜索的優(yōu)化搜救方式以滿足實(shí)際搜救場合大范圍高效定位的需求。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述要求，本發(fā)明的技術(shù)方案包括:
[0006]—、一種適用于災(zāi)害救援的協(xié)作通訊定位方法:
[0007]先通過緊急救援基站建立覆蓋災(zāi)害區(qū)域的救援網(wǎng)絡(luò)，發(fā)射誘發(fā)信號(hào)使災(zāi)害區(qū)域內(nèi)的手機(jī)連接到救援網(wǎng)絡(luò)并誘導(dǎo)其發(fā)射信號(hào)，并根據(jù)接收到的手機(jī)發(fā)射信號(hào)對(duì)手機(jī)進(jìn)行初步定位；通過近似信道傳播模型與已存通信網(wǎng)功率等確定緊急救援基站網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，連接覆蓋區(qū)內(nèi)的手機(jī)設(shè)備。
[0008]災(zāi)害區(qū)域內(nèi)通過多個(gè)手持探測終端進(jìn)行中繼和實(shí)時(shí)輔助定位，手持探測終端為救援人員所手持在受災(zāi)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行使用，手持探測終端通過專用通信信道與緊急救援基站通信，并實(shí)時(shí)監(jiān)聽目標(biāo)手機(jī)發(fā)射的信號(hào)，同時(shí)手持探測終端接收緊急救援基站的誘發(fā)信號(hào)并放大，對(duì)緊急救援基站的通信盲區(qū)進(jìn)行中繼探測，并將通信盲區(qū)探測到的手機(jī)信號(hào)放大發(fā)送到緊急救援基站；
[0009]緊急救援基站將已連接到緊急救援基站的目標(biāo)手機(jī)之間的通信信息和調(diào)度信息實(shí)時(shí)廣播與調(diào)度信息發(fā)送到災(zāi)害區(qū)域內(nèi)的所有手持探測終端，以使得手持探測終端監(jiān)聽目標(biāo)手機(jī)發(fā)射的信號(hào)，同時(shí)救援人員根據(jù)調(diào)度信息搜尋受害者；調(diào)度信息用以調(diào)度各個(gè)手持探測終端探測不同區(qū)域，以避免資源浪費(fèi)和低效協(xié)作，實(shí)時(shí)探測獲得更高精度的手機(jī)位置信息；手持探測終端根據(jù)緊急救援基站實(shí)時(shí)廣播傳送來的目標(biāo)手機(jī)的通信信息接收目標(biāo)手機(jī)的發(fā)射信號(hào)，從中提取手機(jī)信號(hào)信息，將手機(jī)信號(hào)信息與自身位置信息通過專用通信信道實(shí)時(shí)上傳給緊急救援基站；
[0010]緊急救援基站接收所有手持探測終端實(shí)時(shí)上傳的數(shù)據(jù)后，對(duì)災(zāi)害區(qū)域內(nèi)的所有手機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)再定位，獲得更高精度的手機(jī)位置信息，并將手機(jī)位置信息與調(diào)度信息廣播傳送給各個(gè)手持，獲得更高精度的手機(jī)位置信息，手持探測終端顯示目標(biāo)手機(jī)位置，救援人員受手持探測終端上顯示信息的內(nèi)容指導(dǎo)進(jìn)行救援，可根據(jù)調(diào)度信息救援，如此循環(huán)實(shí)時(shí)探測更新目標(biāo)手機(jī)位置發(fā)送手持探測終端以便現(xiàn)場救援。
[0011]所述的實(shí)時(shí)探測過程中，緊急救援基站間歇誘發(fā)目標(biāo)手機(jī)發(fā)射信號(hào)，以更新目標(biāo)手機(jī)位置。
[0012]所述的手機(jī)信號(hào)信息包括信號(hào)強(qiáng)度和信號(hào)方向。所述的目標(biāo)手機(jī)為已連接到緊急救援基站的手機(jī)。所述的緊急救援基站廣播發(fā)送的目標(biāo)手機(jī)的通信信息包括目標(biāo)手機(jī)識(shí)別碼(IMSI，國際移動(dòng)用戶識(shí)別碼)與時(shí)隙、頻率等通信信道信息。所述的調(diào)度信息指緊急救援基站下達(dá)的指定搜尋目標(biāo)手機(jī)識(shí)別碼、路徑或區(qū)域等信息，以便支配各個(gè)手持探測終端協(xié)作探測。
[0013]所述的初步定位具體采用:緊急救援基站根據(jù)目標(biāo)手機(jī)發(fā)射的信號(hào)采用TDOA(time-difference_of-arrival，信號(hào)到達(dá)時(shí)間差)、SSOA(signal-strength_of-arrival，信號(hào)到達(dá)強(qiáng)度)或者 AOA(angle_of-arrival，信號(hào)到達(dá)角度)的定位方法對(duì)目標(biāo)手機(jī)位置進(jìn)行初步獲取，以縮小搜尋區(qū)域或者發(fā)現(xiàn)受害者較多區(qū)域；當(dāng)采用上述定位方法無法初步獲取時(shí)，初步定位位置為整個(gè)救援網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。
[0014]所述的緊急救援基站接收所有手持探測終端實(shí)時(shí)上傳的數(shù)據(jù)后對(duì)災(zāi)害區(qū)域內(nèi)的所有手機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)再定位所采用的定位方法是:緊急救援基站根據(jù)各個(gè)手持探測終端位置所采集到的所有位置數(shù)據(jù)信息，利用SS0A或者Α0Α方法進(jìn)行多錨點(diǎn)優(yōu)化定位。
[0015]二、一種適用于災(zāi)害救援的探測系統(tǒng):
[0016]包括緊急救援基站和多個(gè)進(jìn)行中繼和定位的手持探測終端，手持探測終端通過專用通信信道與緊急救援基站通信，接收緊急救援基站的誘發(fā)信號(hào)并放大，對(duì)緊急救援基站的通信盲區(qū)進(jìn)行探測，并將通信盲區(qū)探測到的手機(jī)信號(hào)放大發(fā)送到緊急救援基站；并且手持探測終端根據(jù)緊急救援基站實(shí)時(shí)廣播傳送來的目標(biāo)手機(jī)的通信信息接收目標(biāo)手機(jī)的發(fā)射信號(hào)，從中提取手機(jī)信號(hào)信息，將手機(jī)信號(hào)信息與自身位置信息通過專用通信信道實(shí)時(shí)上傳給緊急救援基站；手持探測終端具有顯示屏，顯示屏顯示目標(biāo)手機(jī)位置與調(diào)度信息；
[0017]所述的緊急救援基站，建立覆蓋災(zāi)害區(qū)域的救援網(wǎng)絡(luò)，發(fā)射誘發(fā)信號(hào)使災(zāi)害區(qū)域內(nèi)的手機(jī)連接到救援網(wǎng)絡(luò)并誘導(dǎo)其發(fā)射信號(hào)，并根據(jù)接收到的手機(jī)發(fā)射信號(hào)對(duì)手機(jī)進(jìn)行初步定位；并且將已連接到緊急救援基站的目標(biāo)手機(jī)之間的通信信息實(shí)時(shí)廣播發(fā)送到災(zāi)害區(qū)域內(nèi)的所有手持探測終端，以使得手持探測終端監(jiān)聽目標(biāo)手機(jī)發(fā)射的信號(hào)；緊急救援基站接收所有手持探測終端實(shí)時(shí)上傳的數(shù)據(jù)后，對(duì)災(zāi)害區(qū)域內(nèi)的所有手機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)再定位，并將手機(jī)位置信息與調(diào)度信息廣播傳送給各個(gè)手持，調(diào)度信息用以調(diào)度各個(gè)手持探測終端探測不同區(qū)域，以避免資源浪費(fèi)和低效協(xié)作，實(shí)時(shí)探測獲得更高精度的手機(jī)位置信息。
[0018]所述的手持探測終端具體可包含天線、雙工器、低噪聲放大器、定位模塊、功率放大器、電源、FPGA模塊和顯示屏等硬件模塊。
[0019]所述的緊急救援基站包含:
[0020]救援網(wǎng)絡(luò)建立模塊，救援網(wǎng)絡(luò)建立模塊發(fā)射誘發(fā)信號(hào)使得災(zāi)害區(qū)域內(nèi)手機(jī)連接到救援網(wǎng)絡(luò)并發(fā)射信號(hào)；
[0021]受害者管理模塊，受害者管理模塊記錄災(zāi)害區(qū)域內(nèi)連接到緊急救援基站的手機(jī)識(shí)別碼信息(MSI，國際移動(dòng)用戶識(shí)別碼)，并剔除工作人員、已獲救受害者和無關(guān)人員的手機(jī)識(shí)別碼信息；
[0022]終端通信模塊，終端通信模塊配置并建立與手持探測終端的通信連接，包括提供隨