[实用新型]一种无线测向定位搜救装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及遇险人员搜救技术领域，尤其涉及一种无线测向定位搜救装置。

背景技术

我国幅员广阔，地理、气象条件复杂，自然灾害时有发生，广大的野外工作者包括地质、矿山、地理勘察、大地测绘、工程设计等人员的工作，属于野外涉险作业，另外，随着国民经济和社会的发展与进步，我国隧道等基础建设以及海上运输等活动变得频繁，相关的工作也属于涉险作业。这些涉险作业的周围环境一旦出现意外，遇险人员被困后，往往需要借助外界人员的救助才能有效脱离险境。然而由于遇险人员所处的环境地形复杂或面积太大或被障碍物遮挡，造成搜救人员目力不能及，很难施救，所以除了目力搜寻外，搜救人员通常需要借助无线搜救装置来对对遇险人员发出的无线报警信号进行搜索定位，以准确找到遇险人员。目前，无线搜救装置所采用的无线信号定位技术可以分为五种：基于信号强度(signalstrengthofArrival，SSOA)、基于信号到达时延(timeofarrival，TOA)、基于信号到达时延差(timeDifferenceofArrival,TDOA)、基于信号到达角度(AngleofArrival，AOA)以及混合定位。

(1)基于信号强度的定位

基于信号强度的基本定位技术是通过测量接收信号的场强值，利用已知信道衰落模型以及发射信号的场强值估算出移动终端到多个发射基站之间的距离，通过求解收发信机之间的距离方程组，即能确定目标移动台位置。场强定位的一个关键问题是无线电信号强度(功率)衰落(损耗)数学模型的建立。有许多相关研究工作者对电波传播模型进行了深入的研究。建立了许多不同种类、适用于不同环境的电波传播损耗模型。在无线电覆盖预测和场强衰减定位时，通常使用的是Okumura模型，Hata模型，Okumura-Hata模型。但是由于实际无线电传播环境非常复杂，一般而言，这种方法只有在无线电波传播模型与地理环境匹配得比较好时，定位精度才较高。在实际运用时，通常需要用实际测量的方法来修正模型，提高定位精度。基于信号强度的定位方法相对来说容易实施，费用较小，不需要对移动终端和基站硬件进行修改，只要对通信软件做一些修改就可以了，但是其定位精度受多径衰落和阴影效应的影响，精度较差；

(2)基于信号到达时间的定位

基于信号到达时间定位的基本方法是同时从多个基站测量同一个移动终端的发射信号到达的时间，根据到达时间计算移动终端到基站的距离，再根据多个距离估计值估计移动终端的位置。当存在视距传播的情况下，若信号在移动终端和第i个基站之间的传播时间t_i，无线电信号传播速度为c，则信号到达时间和电波的传播速度的乘积就是移动终端与基站之间的距离R_i，即R_i＝c×t_i。若移动台位置坐标为(x₀,y₀)，第i个基站的位置坐标为(x_i,y_i)，则移动台被定位在以基站i所在位置(x_i,y_i)为圆心、R_i为半径的圆周上。即TOA方程组为：若测得信号在移动终端与三个基站间的传播时间，那么3个圆的交点就是移动台的位置。同步精度和时间测量误差是影响TOA定位精度的关键。应用TOA定位时，要求接收信号的基站/移动台知道信号的开始传输时刻，并要求基站和移动终端之间有非常精确的时钟，这一点实现起来是相当困难，这也是TOA基本定位技术的主要缺点。因为移动终端的位置是不确定的，而它与基站之间的传播时间本来就是被测参数，基站控制的移动终端同步一定存在较大的误差。因此，要使基站间、基站和移动终端间，特别是基站和移动终端间保持高精度的时间同步，就必须在基站和移动终端添加高精度的时钟，在基站添加还可以实施，在移动终端就相当不方便了，这不仅要增加移动终端的体积，而且要增加移动终端的成本。另外，TOA定位至少要求三个基站同时参与定位计算，在大区制蜂窝系统，受Hearability因素的影响，很难实现三个基站同时收到同一个终端的信号。由于同步误差、NLOS误差等影响，会使圆无法交汇，或者交汇处不是一个点而是一个区域。因此，在实际定位时，可以利用GPS对基站进行校时，提高同步精度，降低同步误差，并利用其他补偿算法来抑制NLOS误差，降低TOA测量误差，提高算法的定位精度。但同时也增加了系统开销和算法复杂程度。基于信号到达时间定位技术虽然系统设备相对复杂，但其基站和移动终端间能够保持高精度的时间同步，定位精度较高。

(3)基于信号到达时间差的定位