一种消防员应急室内定位系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于室内定位与导航技术领域，涉及一种消防员应急室内定位系统。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着高层建筑的增多，火灾事故时有发生，消防员由于对楼层结构不熟悉 和受烟雾弥漫影响等原因，很难对自身进行定位，场外指挥人员也无法摸清室内消防员的 行踪，这不利于指挥人员做出正确的判断，当消防员出现受伤或意外时，消防员自身无法找 到撤离路线，场外营救人员也无法快速到达现场，消防员的生命安全受到极大威胁，从而错 失最佳自救营救时机，如何实现对消防员的实时定位与跟踪成为一个迫切需要解决的问 题。
[0003] 消防员定位系统是一个特殊的室内定位系统，现有的各种室内定位方法并不能直 接用于消防员定位。这是因为：（1)工作环境恶劣：烟雾弥漫，可见度低，声音嘈杂，秩序混 乱，属于应急定位场合。（2)基础设施损坏：如首先要关掉电源，这就使得原有的安装在室 内的辅助定位设施失效，如要重新布置这些辅助设施，一是需要时间，二是有可能再次被损 坏，不能回收利用，既费人力又费财力。（3)室内信号较弱，误差大：室内GPS导航信号较弱， 无法实现室内定位，辅助惯性自主导航系统，可在一定程度上实现室内导航，但惯性自主导 航系统累积误差大，定位精度不高。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种消防员应急室内定位系统，系统由同步站 点、定位站点、定位终端构成；同步站点和定位站点均位于建筑物外，定位终端由位于建筑 物内的消防员随身携带，依据双曲定位原理，通过测量室外各定位站点到达定位终端的距 离差来实现对消防员的实时定位。
[0005] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0006] 本发明公开了一种消防员应急室内定位系统，属于室内定位与导航技术领域。定 位系统由位于室外的同步站点、定位站点和位于室内的定位终端构成。同步站点向每个定 位站点发送测距信号；定位站点将测距信号调制在本机载波上，生成抑制载波双边带调幅 信号，向室内定位终端辐射；定位终端接收混合信号，识别出信号分别来自于哪个定位站 点，然后计算出测距信号的相位差，根据双曲定位原理计算出消防员的3维坐标，实现消防 员实时定位与导航。
[0007] 进一步，所述定位站点的工作过程为：将低频正弦波测距信号调制在本机载波上， 生成抑制载波双边带调幅信号，经带通滤波和功率放大后由发射天线辐射出去。每个定位 站点载波信号频率不同，生成的双边带调幅信号频率也不能相同。
[0008] 进一步，所述定位站点的载波频率使用无线电频谱中的低频段（如警用对讲机频 段350-390MHZ)，这个频段的信号穿墙能力强。
[0009] 进一步，所述定位终端的工作过程为：将收到的各定位站点发射过来的混合信号， 经低噪声放大后，与本振信号进行混频，下变频到低中频信号，然后进行模数转换，使用快 速傅里叶变换得到信号的幅度谱和相位谱，计算出来自于每个定位站点上下边带信号的相 位差，即为低频正弦波测距信号的相位，计算来自于不同站点的低频正弦波测距信号的相 位差，从而得到各定位站点到达定位终端的距离差，根据双曲定位原理，构造方程组，求解 出每个定位终端的3维位置坐标。
[0010] 进一步，所述同步站点的工作过程为：同步站点将低频正弦波信号调制在射频本 振上，然后经过带通滤波和功率放大后向各定位站点辐射。
[0011] 进一步，所述定位站点的测距信号接收过程为：定位站点在收到同步站点发来的 射频信号后，经低噪声放大后，通过平方电路，滤除高频分量，经过带通滤波器，提取出定位 站点所需的低频正弦波测距信号。
[0012] 本发明的有益效果在于：（1)定位站点之间同步电路简单，定位站点与定位终端 之间无需同步电路；⑵定位站点所用载波信号频段低，穿墙特性好，定位精度高；(3)电路 结构简单，易于实现，系统构建成本低；(4)参考站点可使用大功率，接收终端可工作于小 功率，定位终端设备体积小，功耗低；（5)无需任何基础设施，对环境依赖程度低，可快速布 站，立即使用，特别适合于消防应用场合。
【附图说明】
[0013] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行 说明：
[0014] 图1为定位系统总体结构框图；
[0015] 图2为室外定位站点结构框图；
[0016] 图3为室内定位终端结构框图；
[0017] 图4为室外同步站点结构框图；
[0018] 图5为定位站点测距信号发生器结构框图；
【具体实施方式】
[0019] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0020] 图1为消防员定位系统总体结构框图，如图所示，本系统包括同步站点4,至少4个 定位站点2和定位终端3三部分构成，且同步站点和定位站点都布置在建筑物1外，其位置 已知；定位终端3由消防员随身携带，位于建筑物1内。各定位站点使用测距信号即低频正 弦波信号对载波信号进行调制，生成抑制载波双边带调幅信号，并向定位终端辐射。各定位 站点的低频正弦波测距信号的频率相同，相位差恒定，各定位站点的载波信号的频率不同。 定位终端接收信号，估计出各定位站点的低频正弦波测距信号到达定位终端时的相位差， 从而估计出各定位站点到定位终端的距离差，进而计算出定位终端的3维位置坐标。
[0021] 图2为定位站点的结构框图，如图所示，将测距信号发生器21所产生的低频正弦 波测距信号调制23到本地振荡器22所产生的载波信号上，生成抑制载波双边带调幅信号， 经过带通滤波器24和功率放大器25后，送往发射天线26辐射出去。各定位站点的本地振 荡器所产生的载波信号频率不同，否则会产生冲突，定位终端无法区分。
[0022] 图3为定位终端的结构框图，如图所示，定位终端通过接收天线31接收各定位站 点发射过来的混合信号，经低噪声放大器放大后32后，与本地信号33进行混频34,变为低 中频信号后，经模数转换ADC模块36变为数字信号，然后使用快速傅立叶变换FFT模块37 求解出每个站点的上下边带信号的相位，上下边带信号的相位差为低频正弦波测距信号的 相位，它消除了各定位站点载波信号的随机相位的影响；进而求解出各站点低频正弦波测 距信号到达定位终端的相位差，进而求解出各定位站点到达定位终端的距离差，从而位置 计算模块38可以求解出定位终端的3维位置坐标。
[0023] 图4为同步站点的结构框图，如图所示，同步站点将低频正弦波信号41调制43在 射频本振42上，然后经过带通滤波44和功率放大器4