专利名称：数字化辐射巡测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种数字化辐射巡测系统，适用核电厂等具有放射源的场所。属于防止核污染的环境监测设备技术领域。
背景技术：
随着核工业的发展，核技术逐步服务于民用领域，防止核污染就成为社会关注的课题，各种监测核辐射的设备也逐渐得到推广应用。根据对国内外相关文献查新发现，目前国内大部分核辐射的监测设备的研究，仅仅停留在针对仪器设备本身的研究以及监测的程序控制方面的研究。国外关于核电厂事故应急救援的监测方法，主要集中于某一具体的仪器研究和数据的处理方法，没有巡测功能，设备也不能联成系统。
实用新型内容本实用新型需要解决的技术问题，即本实用新型的目的，是为了提供一种数字化辐射巡测系统，该巡测系统可实现移动核辐射监测、GPS定位的数据采集、存储、传输和分析。
本实用新型的技术问题可以通过采取如下措施解决数字化辐射巡测系统，其结构特点是由固定控制装置、移动控制装置和若干个移动监测装置构成，固定控制装置、移动控制装置和移动监测装置各设有GSM通信模块、短波通信模块及与之配套的天线；通过GSM通信模块，固定控制装置与移动控制装置、所述移动监测装置之间无线电连接，移动控制装置与所述移动监测装置无线电连接；通过所述短波通信模块，固定控制装置与移动控制装置、所述移动监测装置之间无线电连接，移动控制装置与所述移动监测装置无线电连接。
固定控制装置是整个辐射侦察系统的中心，是系统数据集中处理、存储、显示和分析的中心。整个系统采用两种通讯方式进行通讯，一种是短波单边带数据传输，一种是GSM短消息。在短波单边带数据传输方式下，采用主从是通讯方式，固定控制装置是主动的，移动控制装置和移动监测装置是被动的，只有固定控制装置主动向移动控制装置和移动监测装置发出需要数据的命令时，移动控制装置和移动监测装置才应答固定中心台，返回相应的数据。采用GSM短消息方式传输数据时，由移动控制装置和移动监测装置自动按预先设定的测量间隔时间，发送数据短消息到固定控制装置和指定的移动控制装置。
本实用新型的技术问题还可通过采取如下措施解决固定控制装1由控制器A、计算机、GSM模块及其天线、短波单边带电台及其天线和天线调谐器、蓄电池及相应电源设备构成；所述控制器A由控制电路、GPS模块、辐射仪连接而成；控制器通过I/O接口连接计算机，计算机中内置通信及系统控制软件。
移动控制装置由控制器A、便携计算机、GSM模块及其天线、短波单边带电台及其天线和天线调谐器、蓄电池等电源设备构成；所述控制器A由控制电路、GPS模块、辐射仪连接而成；所述控制器A通过I/O接口连接便携计算机，便携计算机内置通信及控制软件。
移动监测装置由控制器A、便携计算机或PDA、GSM模块及其天线、短波单边带电台及其天线和天线调谐器、γ射线仪和蓄电池构成；所述控制器A由控制电路、GPS模块、辐射仪连接而成；所述控制器A通过I/O接口连接便携计算机或PDA，便携计算机或PDA内置通信软件。
所述控制器A采用型号为YC-2051的位单片机系统，系统主要包括中央处理芯片CPU、I/O接品、通信接口、数据存储器、控制逻辑开关、指示电路、报警电路等部分。
所述γ射线仪是军工759厂自行研制的数字化γ射线仪，该射线仪具有RS-232标准的数据接口，方便与系统连接，其通信方式为主从通信方式。
所述短波单边带电台选用健伍公司生产的TK80短波单边带电台。
该电源为专业通信电源，与短波单边带电台配合使用，220VAC输入/13.8VDC输出，可通过切换开关实现浮充和交直流自动切换。电源滤波器用于抑制车辆发动机对供电电源的干扰。
所述GSM模块采用摩托罗拉公司的内嵌式GSM模块OEM版，其型号为Motorola D15 Modem、可进行短消息的数据传输，D15模块可满足该系统的设计要求，并具有以下特点1)三频900/1800/1900MHz GSM模块，适应全球运用；2)支持语音、数据、传真和短信息功能；3)GSM Phase 2+功能配置；4)外接或内置SIM卡读卡机方便任何应用；5)支持二次开发；6)DTE接口30针ZIF插座或板内28针插座；7)RF接口MMCX插座；8)电源5V±％5，小于4.75V时系统复位，超过6V时保护电路启动；9)待机电流45mA。
所述GPS模块采用GARMIN公司的内嵌式GPS模块GARMIN 25采集GPS位置、时间等信息。该模块具有以下特点1)并行12通道瞬间锁定可视卫星；2)多种供电模式、电平输出模式；3)长寿命后备锂电池使重捕获速度更快；4)全屏蔽封装，具备优秀的抗电磁干扰特点；5)电平输出RS-232(HVS，LVS)；CMOS(LVC，HVC)6)1pps秒脉冲输出精度可达到±1uS；7)差分精度可达5米；8)标准NMEA0183语句可选择输出；
9)二进制格式输出和MOTOROLA格式兼容；10)固定控制装置1、移动控制装置2和移动监测装置3设置于汽车上，分别构成固定中心台、移动中心台和巡测台。
本实用新型具有如下突出效果1、本实用新型的突出优点是集GPS全球定位、地理信息系统、移动辐射监测和移动数据传输的集成，是一个移动核辐射监测，GPS定位的数据采集、存储、传输和分析的多功能无线遥测系统。系统数据传输部分使用短波数据传输和GSM短消息数据传输两种方式。两种传输方式协同工作。短波进行数据传输，优点在于通信跟附近的地理条件没有多大关系，特别适合于地理条件较差、人迹较为稀少、没有其它通信网络覆盖的地方进行通信。缺点是信道(即信号传输的通道)容易受天气、电磁环境、宇宙射线等因素的干扰，具有不稳定性，不容易达到很高的可靠性。GSM网络是公共移动通信网络，目前国内已具有广泛的覆盖范围，特别是城市、乡镇、厂区和道路交通等区域，尤其适合移动的数据传输。
2、系统软件重点解决了地图的使用问题，打破了过去只能使用数字化地图的局限，使系统不仅能使用数字化地图，而且能够使用一般的扫描位图，并解决了位图在使用中的放大、缩小以及智能化定位、调图等问题，使系统更加适合军内外各类用户的使用。
3、具有远程控制功能，系统中心台对巡测台的远程控制，可通过中心台对巡测台的工作状态进行设置，并可发送指挥命令，实现了指挥控制的一体化。
4、信息管理和使用方便，控制器自带数据储存功能，能长期保留测量数据，并可转存至中心台，中心台可任意回放任何巡测台的工作数据，并可方便查阅某点详细测量数据和地理信息，量取距离，实时显示各巡测台的位置、行动路线、计量率、累计剂量。
5、使用国内军品核辐射侦察探头，提高了国有化程度，降低了成本并提高了可靠性，便于以后维护。
图1是本实用新型实施例1的无线连接示意图。
图2是本实用新型实施例1的结构框图。
图3是本实用新型实施例1的固定控制装置的结构示意图。
图4是本实用新型实施例1的移动控制装置的结构示意图。
图5是本实用新型实施例1的移动监测装置的结构示意图。
图6是本实用新型实施例1的单边电台的安装示意图。
图7是本实用新型实施例1的移动监测装置的安装示意图。
图8是本实用新型实施例1的外部天线结构示意图。
图9是图8中A-A剖视图。
具体实施方式
图1至图8构成本实用新型的实施例1。
从图1中可知，本实施例由固定控制装置1、移动控制装置2和若干个移动监测装置3构成，固定控制装置1、移动控制装置2和移动监测装置3各设有GSM通信模块、短波通信模块及与之配套的天线；通过GSM通信模块，固定控制装置1与移动控制装置2、所述移动监测装置3之间无线电连接，移动控制装置2与所述移动监测装置3无线电连接；通过所述短波通信模块，固定控制装置1与移动控制装置2、所述移动监测装置3之间无线电连接，移动控制装置2与所述移动监测装置3无线电连接。移动控制装置2和若干个移动监测装置3都安装在汽车上，分别构成移动中心台和移动侦察台，移动侦察台又可称为移动巡测台。
从图3可知，固定控制装置1由控制器A、计算机4、GSM模块及其天线5、短波单边带电台6及其天线7和天线调谐器8、蓄电池9及相应电源设备10构成；所述控制器A由控制电路、GPS模块、辐射仪连接而成；控制器通过I/O接口连接计算机4，计算机4中内置通信及系统控制软件。
固定控制装置1的功能如下1)负责统一的数据巡测；2)数据传输、数据处理、数据分析功能；3)提供数据后台接口功能；4)电子地图显示、报警功能。
5)移动监装置参数定义；6)数据回放。
从图4可知，移动控制装置2由控制器A、便携计算机11、GSM模块及其天线5、短波单边带电台6及其天线7和天线调谐器8、蓄电池9等电源设备10构成；所述控制器A由控制电路、GPS模块、辐射仪连接而成；所述控制器A通过I/O接口连接便携计算机11，便携计算机11内置通信及控制软件。
移动控制装置2具有如下功能1)一体化设计，操作简单；2)能使用短波单边带电台和GSM进行数据传输，保证数据传输的可靠性；3)可选择的“测量/中心”功能，可切换为监测装置3使用，并具有监测装置3的所有功能；4)当选择为中心时，可在便携计算机中的电子地图上显示所有下属监测装置3的测量路线轨迹以及相应的射线剂量率数据；5)监测核辐射剂量率；6)辐射剂量超标自动报警功能。
从图5可知，移动监测装置3由控制器A、便携计算机或PDA12、GSM模块及其天线5、短波单边带电台6及天线7和天线调谐器8、γ射线仪13和蓄电池9构成；所述控制器A由控制电路、GPS模块、辐射仪连接而成；所述控制器A通过I/O接口连接便携计算机或PDA12，便携计算机或PDA12内置通信软件。
移动监测装置3具有如下功能1)监测核辐射剂量率；2)辐射剂量超标自动报警功能3)自动测量和保存γ射线剂量率以及相应的测量时间、测量位置；4)能使用短波单边带电台和GSM进行数据传输，保证数据传输的可靠性；5)可选择不进行传输、手机短信传输、电台传输或短信、电台同时传输；6)能同时将数据传送给多个中心台；7)自带蓄电池，并可使用车载电平电源；8)安装便携计算机及相应软件可在系统软件的电子地图上看到本监测装置3测量路线轨迹以及相应的时间和射线剂量率测量数据。
本实施例中所述控制器A采用型号为YC-2051的8位单片机系统，系统主要包括中央处理芯片CPU、I/O接品、通信接口、数据存储器、控制逻辑开关、指示电路、报警电路等部分。控制器A的工作原理如下在装有电子地图的PDA(个人数字助理)上显示车辆的GPS位置信息和核辐射剂量数据，并通过PDA设置或查看运行参数；既可用作巡测移动中心台，也可用作巡测侦察台，根据需要可向多个中心台发送数据(数据可以加密或不加密)；通信信道采用短波单边带电台和GSM网，二种方式可自动切换，确保通信不中断。应用于核辐射监测等领域。
所述γ射线仪13是军工759厂自行研制的数字化γ射线仪。测量范围为100nSv/h～99Sv/h，剂量率高于100nSv/h时，测量误差不大于±20％，建立读数时间不大于5秒；自带电池工作可超过24小时。该射线仪具有RS-232标准的数据接口，方便与系统连接。通信方式主从方式。供电电源12VDC。γ射线仪13与移动台的YC-2051控制器通过RS-232接口进行连接。数据通过简单的协议传输到YC-2051控制器A。这种方式可以使得γ射线仪13放置的位置比较灵活。信号接口采用串行数字信号，便于数据的传输、处理和纠错，有效地避免了模拟信号传输带来的干扰和衰减等问题。同时，该数据采集接口可作为一个开放的数据接口，其它的测量二次仪表(探头)如化学剂量测量探头等，稍作改动即可连接到系统中来，同样可实现数据采集、存储和数据传输功能，以达到其它的防化、反恐和应急的功能要求，可扩展系统的使用范围。
与控制器A连接的短波单边带电台6选用健伍公司的型号为TK80的短波单边带电台作为短波通信设备，其特点及技术指标如下1)80个存储信道分别设定接收和发射频率；2)存储信道扫描功能扫描再启动方式为时间控制和载波控制方式；3)大屏幕背光液晶显示屏显示信道名称、频率、存储信道数目、工作模式、信号/噪声表和其它有关指示；4)寻呼系统配接适当的选件可实现单呼、组呼和群呼；5)VOX声控发射配接适当的选件可实现有线电话转接；6)数传方式可实现数据传输(300bpsASK/FSK)；7)坚固的铸铝结构保证长期可靠工作，符合MIL-STD 810D规范要求；
8)所有模式下全频段接收500kHz～30MHz连续可调；9)100W满功率输出分100W，50W，25W和15W四挡可调；10)内置式或外置式天线调谐器8选件内置式适用于八木和偶极型天线，外置式适用于鞭天线和长线天线等；11)前置截取点(AIP)接收器可扩大动态范围和消噪声；12)CW全插入和办插入可控制CW按键的延迟时间；13)接收频率微调可以步值1或10Hz精确调整接收频率以获得最佳接收效果。
所述电源电路为专业通信电源，与短波单边带电台配合使用，220VAC输入/13.8VDC输出，通过切换开关14可实现浮充和交直流自动切换。电源滤波器用于抑制车辆发动机对供电电源的干扰。
所述外置式天线调谐器7采用型号为KAT-1型天线调谐器可以更好地与选用的鞭天线7配合。达到阻抗、功率匹配的作用。其规格如下频率范围1.6MHz～30.0MHz功率容量150W PEP，100W连续输入阻抗50Ω调谐功率10W需要的天线对于2MHz～30MHz7～23m线状天线对于3.5MHz～30MHz2.7m鞭状天线调谐时间2～15秒以内(对于预调谐频率0.5秒以下)电源13.6VDC±15％(最大2A)工作温度-30～60℃所述GSM天线5采用型号为MG330的鞭天线，其技术特点1)本天线采用国际上先进的变距螺旋技术，有效的延长了天线的有效长度，提高了天线增益；2)结构上采用碳素玻璃钢做外支撑杆，使天线具有稳定而优良的电气性能和较好的机械强度。
其性能特点1)天线增益高。由于采用了变距螺旋技术，比同长度的金属直杆具有3dB的工程增益；2)调谐时间短。由于采用了变距螺旋技术，天线阻抗在工作频段内相对平稳，使天线的不调谐会明显减少，调谐时间明显缩短。
3)基本无静区。天线以斜置适配方式水平架设在车顶上，以水平极化和垂直极化两种方式工作，地波加近垂直入射工作方式，可保障0～500公里的有效通信。
技术指标1)工作频段3～22MHz；2)天线杆长度5m(3节)；3)平均增益相对于同长度的金属杆天线3db；
4)承载功率400W；5)外径天线杆18-30mm；6)接头处46mm；7)重量5.6kg。
固定台天线7采用型号为AN/ST-015A短波宽带天线(该型天线尺寸较大，恐不便架设，在此列出仅供参考)，其功能特性本天线是根据国内实际需求设计制作的一种具有高效、宽带、免调谐功能的短波行波天线。天线阻抗转换器采用非整比变换技术，辐射体为对称四振子伞型(倒V型)结构，振子臂采用网络匹配器未端加载，振子线与馈电连接采用“库力科夫方式”，阻抗转换器置于桅杆顶端，是国内当前性能价格比最突出的战术型短波天线。
主要技术指标1)频率范围2～30MHz；2)额定功率150W(平均)；3)极化方式水平+垂直极化；4)电波传播方式天波+地波；5)天线杆高度7.2m(只用单根天线杆)；6)振子长度15m×4；7)重量17kg；8)架设场地29m×9m。
本实施例中，移动控制装置2和移动监测装置3的基本硬件结构和连接都是相同的，通过开关设置YC-2051控制器为移动中心台，从而可接收其它移动控制装置2和移动监测装置3的数据。用短波单边带数据传输方式时，移动控制装置2通过设定相同的通信频率进行侦听获得数据。短消息方式则需要移动监测装置3设定该移动控制装置2需要发送数据。
在系统构成和探头、数据格式、数据输出等方面采取了开放式设计，当更换不同探测感应头时，就可适用于化学侦察、生物侦察、核化观测以及气象、水文、地质等不同用途。并预留了数据输出接口，可直接向事故后果评价等需要使用测量数据的其它系统传输数据。
此系统具有短波单边带电台6数字通信和GSM移动通信和两种通信方式。GSM可在网络覆盖范围内使用，短波单边带电台6通信距离远，与GSM移动通信相比受地形影响小，可独立成网，不受其它部门制约，数据能实时传输。两种通信手段既可独立使用，也可结合使用。同时，我们在系统上增加了数据自动补发功能，使通信意外中断时采集的数据在通信恢复后自动补发，并可由固定控制装置1或移动控制装置2远程任意查看，确保了信息完整、准确的传输。
控制器A采用一体化的设计，集主控、GPS定位、无线MODEM、GSM、显示、电源等模块于一体，减少了相互之间的大量连线，保留的少数接口均使用专用接头，有效防止了误连接操作，设备体积小、操作简便，系统工作时不需要人工干预，巡测台(移动监测装置3)可完全脱离笔记本电脑工作，不仅使工作时间延长近10倍，而且使系统性能更加稳定、可靠。控制器采取了通用式设计，一机多用，只需简单地设置开关，就可以适用于巡测台、中心台(固定控制装置1或移动控制装置2)和移动台等不同用途，便于系统的编成调整和维护。系统所用软件也采取了一体化设计，可一次安装到位，便于维护，操作简便。
系统由移动监测装置3连续、自动采集现场核辐射参数和所处的地理位置(包括经度、纬度、速度、时间)等信息，通过通信信道传送到固定控制装置1及移动控制装置2，固定控制装置1和移动控制装置2能够通过电子地图控制各移动监测装置3的测量活动，进行实时位置监测、核辐射监测；提出辅助决策数据；对辐射侦察活动组织指挥并提供进一步数据分析的计算机数据接口。
固定控制装置1工作时，使用短波单边带电台通信，GSM短消息处于待命状态。固定控制装置1按选择的时间间隔进行巡测，每次巡测获得所有移动监测装置3的巡测数据。移动控制装置2在接收到移动监测装置3回发固定控制装置1的数据时，也同时进行解码，由YC-2051控制器解码打包传输到与其相连接的台式计算机或便携式计算机。当短波单边带电台不能正常通信时，固定控制装置1指令移动监测装置启动GSM短消息方式传输数据。移动监测装置3可以同时向固定控制装置1和移动控制装置2传输数据。
移动监测装置3实时采集γ射线剂量率和GPS全球定位信息，通过通信信道传送到中心台，并通过PDA(个人数字助理)在电子地图上显示本车所在位置、时间、γ射线剂量率以及测量线路的轨迹。
移动控制装置2在紧急情况下(固定控制装置1故障或被破坏)，可通过软件设置，以及硬件不同的连接方式，构成具有完成固定控制装置1所有功能的移动控制装置2。
系统技术指标如下1)系统网络容量中心台/侦察台最大配置5∶250；2)移动台电池充满电的情况下连续工作6个小时(不包含短波通信设备供电)；3)辐射剂量率测量范围100nSv/h～99Sv/h；剂量率≥100nSv/h时误差≤±20％；4)建立时间≤5秒；5)GPS全球定位系统坐标测量精度小于15米，一次测量时间间隔≤1秒；6)短波数传通信距离≥300千米，可传输数据和语音；
7)短波单边带数据传输通信速率600bps；通信频率4～30MHz；8)GSM短消息传输速率9600bps；通信频率900/1800MHz；9)移动台仪表接口RS-232C接口，通信速率9600bps。
内置的控制软件根据用户需求以及系统方案应实现以下功能1)使用短波单边带电台进行数据传输，实现数据点测、巡测、设置和补测功能。
2)使用GSM短消息进行数据传输，实现数据自报、设置和补测功能。
3)辐射剂量超标自动报警功能。
4)可在电子地图上显示所有移动台的测量路线和轨迹相应射线剂量率数据。
5)基本的地理信息系统功能，可使用军用数字化地图和民用电子地图。
6)具有自动装载及更换电子地图文件的功能。
7)无线数据传输要有使用帧加密功能。可按照需要设定加密编码。
权利要求1.数字化辐射巡测系统，其特征是由固定控制装置(1)、移动控制装置(2)和若干个移动监测装置(3)构成，固定控制装置(1)、移动控制装置(2)和移动监测装置(3)各设有GSM通信模块、短波通信模块及与之配套的天线；通过GSM通信模块，固定控制装置(1)与移动控制装置(2)、所述移动监测装置(3)之间无线电连接，移动控制装置(2)与所述移动监测装置(3)无线电连接；通过所述短波通信模块，固定控制装置(1)与移动控制装置(2)、所述移动监测装置(3)之间无线电连接，移动控制装置(2)与所述移动监测装置(3)无线电连接。
2.根据权利要求1所述的数字化辐射巡测系统，其特征是固定控制装置(1)由控制器A、计算机(4)、GSM模块及其天线(5)、短波单边带电台(6)及其天线(7)和天线调谐器(8)、蓄电池(9)及相应电源设备(10)构成；所述控制器A由控制电路、GPS模块、辐射仪连接而成；控制器通过I/O接口连接计算机(4)，计算机(4)中内置通信及系统控制软件。
3.根据权利要求1所述的数字化辐射巡测系统，其特征是移动控制装置(2)由控制器A、便携计算机(11)、GSM模块及其天线(5)、短波单边带电台(6)及其天线(7)和天线调谐器(8)、蓄电池(9)等电源设备(10)构成；所述控制器A由控制电路、GPS模块、辐射仪连接而成；所述控制器A通过I/O接口连接便携计算机(11)，便携计算机(11)内置通信及控制软件。
4.根据权利要求1所述的数字化辐射巡测系统，其特征是移动监测装置(3)由控制器A、便携计算机或PDA(12)、GSM模块及其天线(5)、短波单边带电台(6)及其天线(7)和天线调谐器(8)、γ射线仪(13)和蓄电池(9)构成；所述控制器A由控制电路、GPS模块、辐射仪连接而成；所述控制器A通过I/O接口连接便携计算机或PDA(12)，便携计算机或PDA(12)内置通信软件。
5.根据权利要求1所述的数字化辐射巡测系统，其特征是所述控制器A采用型号为YC-2051的8位单片机系统，系统主要包括中央处理芯片CPU、I/O接品、通信接口、数据存储器、控制逻辑开关、指示电路、报警电路等部分。
6.根据权利要求1所述的数字化辐射巡测系统，其特征是所述γ射线仪(13)是军工759厂自行研制的数字化γ射线仪，该射线仪具有RS-232标准的数据接口，方便与系统连接，其通信方式为主从通信方式。
7.根据权利要求1所述的数字化辐射巡测系统，其特征是所述短波单边带电台(6)选用健伍公司生产的TK80短波单边带电台。
8.根据权利要求1所述的数字化辐射巡测系统，其特征是所述电源为专业通信电源，与短波单边带电台配合使用，220VAC输入/13.8VDC输出，可通过切换开关(14)实现浮充和交直流自动切换。电源滤波器用于抑制车辆发动机对供电电源的干扰。
9.根据权利要求1所述的数字化辐射巡测系统，其特征是固定控制装置(1)、移动控制装置(2)和移动监测装置(3)设置于汽车上，分别构成固定中心台、移动中心台和巡测台。
专利摘要本实用新型涉及一种数字化辐射巡测系统，其结构特点是由固定控制装置1、移动控制装置2和若干个移动监测装置3构成，固定控制装置1、移动控制装置2和移动监测装置3各设有GSM通信模块、短波通信模块及与之配套的天线；通过GSM通信模块，固定控制装置1与移动控制装置2、所述移动监测装置3之间无线电连接，移动控制装置2与所述移动监测装置3无线电连接；通过所述短波通信模块，固定控制装置1与移动控制装置2、所述移动监测装置3之间无线电连接，移动控制装置2与所述移动监测装置3无线电连接。本实用新型的突出优点是集GPS全球定位、地理信息系统、移动辐射监测和移动数据传输的集成，是一个移动核辐射监测，GPS定位的数据采集、存储、传输和分析的多功能无线遥测系统。
文档编号H04W4/00GK2690896SQ03274140
公开日2005年4月6日 申请日期2003年9月3日 优先权日2003年9月3日
发明者朱军文, 王汝智, 周绍午, 刘海英, 傅仁轩, 聂士严, 翁敏强, 曹学成, 余国强, 武钧 申请人:广州杰赛科技股份有限公司, 中国人民解放军广州军区司令部军训和兵种部