专利名称：海上个人应急示位系统的多用户冲突处理方法
技术领域：
本发明涉及个人使用的海上呼救设备
背景技术：
按照国际海事组织及我国海事局有关规定，海船上大多安装有VHF电 台海事无线电话GPS定位系统以及卫星船站等通信救援设备事故发生时， 船只可以通过这些设备向搜救部门求救但船员落水后，在水流的作用下， 将漂离失事地点 落水船员基本无个人用通讯或示位设备，因此当救援 人员赶到失事地点能很快发现失事船只，却很难确定落水船员的具体方位 目前，国内尚无供个人使用的海上呼救设备，国外的类似产品仅能实现对 单个用户的识别和定位；而海船失事通常会有数人或数十人落水，现有技 术中尚无法实现对多人的同时定位
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对多台信标机同时使用存在冲突和干 扰，搜索机无法进行定位的问题，提出的一种海上个人应急示位系统的多 用户冲突处理方法，可解决多用户冲突问题，可保证多个信标机同时工作 时，可被搜索机逐一搜索并显示
为解决上述技术问题，本发明是提出以下技术方案实现的 海上个人应急示位系统的多用户冲突处理方法，其采用船/飞机载搜索 机和个人便携式信标机两部分组成海上个人应急示位系统；搜索机安装在搜救直升机和搜救船上，信标机由船员随身携带；搜索机发出询问信号， 落水者携带的信标机收到询问信号后，发出无线电信标信号，搜索机接收 信标信号并测量出信标机的方位和距离，其特征在于
所述搜索机对n个信标机采用时分多址的方式实现无冲突的同时定 位；搜索机在询问时隙发出询问信号， 一次应答周期中，搜索机发送询问 信号后，n个信标机根据收到的询问信号在跟随在询问时隙后0 n-l个测 角时隙分别发送信标信号；各个时隙之间留出保护间隔； 其中，询问信号帧包含以下数据
解调同步数据；数据帧同步数据；工作模式；当前搜索机标志，用于 标识搜索机的编号时隙使用情况；用于标识当前使用的时隙和未使用的时 隙；优先接入系统标志，用于标识优先接入的信标机标号；校验字；其它 保留数据，用于作系统扩展；
信标信号帧包含以下数据
解调同步数据；数据帧同步数据；用来进行角度测量的数据；信标机 的标识，用于标识信标机的编号；信标机当前所接入的搜索机；GPS经纬 度信息，用于标识信标机接收到的GPS经纬度信息；信标机的尾号标识； 保留字节，用于作系统扩展；校验字节；
所述搜索机是采取如下步骤对n个信标机实现时隙分配的 步骤一初始化搜索机上电开机，该模式下，搜索机询问信号中， 工作模式标识优先接入系统标识和时隙使用情况为均初始化为0;
步骤二启动模式搜索机发送询问信号后，搜索机在一次应答周期 的0 n-1个测角时隙上连续监听信标机信号；步骤三搜索机在测角时隙上是否监听到信标机信号？有，则转步骤 四；无，则转步骤二；
步骤四搜索机判断监听到的信标信号的尾号标识是否表明只有一个信
标机？是，则进入步骤五的确认模式；否，则搜索机进入步骤六的异号冲 突模式；
步骤五确认模式搜索机发送询问信号；询问信号中，工作模式标识 为确认模式，优先接入系统标志中记录m号测角时隙上接收到的信标机的 标号以及该信标机的接入时隙即优先接入时隙，时隙使用情况中标明已使 用和未使用的时隙，0《m《n-l;所述优先接入时隙即为已使用时隙后的第 一个空闲时隙；信标机根据搜索机的询问信号，判断该询问信号中的优先 接入系统标志是否为自己的标号；如果是，则在优先接入时隙发送信标机 信号；如果不是，则在使用时隙使用情况中标明的已使用的时隙上空开优 先接入时隙后的下一个时隙发送信标信号；转步骤七；
步骤六异号冲突模式搜索机发送新的询问信号，询问信号中，工 作模式标识为异号冲突模式；优先接入系统标志中标记有优先接入的信 标机的尾号为m m+i 、 m+p;以及对应的接入时隙i i+l…"、'i+p; p为 搜索机监听到的信标信号的尾号标识表明的信标机个数；时隙使用情况中 标明已占用和未占用的时隙；发送询问信号后，未固定时隙的信标机接收 到异号冲突模式的询问信号后，对比优先接入系统标志中是否有自己的尾 号，有则按其对应的接入时隙发送应答信号；否，则在已占用时隙后，空 开优先接入系统标志中包含的信标机个数的时隙后的下一个时隙上发送应 答信号，转步骤七；步骤七搜索机判断是否有优先接入时隙无应答信号，是，则转步骤 八；否，则转步骤九；
步骤八同号冲突模式搜索机发送新的询问信号，询问信号中，工 作模式标识为同号冲突模式；优先接入系统标志中，标记同尾号的信标机 可以选择的时隙序列；同号冲突的信标机在可以选择的时隙序列中，选择 一个时隙用来发送信标信号；转步骤四；
步骤九搜索机判断最后一个测角时隙中是否监听到信标信号？若是， 则转步骤四，若否，则转步骤十；
步骤十搜索模式时，搜索机发送的询问信号的模式标志置为搜索模 式，时隙使用情况中标明已使用的时隙和空闲时隙，监听的时隙个数不变， 优先接入标识清零；
步骤十一判断后一个测角时隙中是否监听到信标信号？若是，则转 步骤四，若否，则转步骤卡
本发明带来以下有益效果-
搜索机发出询问信号，落水者携带的信标机收到询问信号后，发出无 线电信标信号，每台信标机的开机时间由于落水先后而不同，搜索机无法 确定每台信标机的开机时间，根据本发明提供的方法可以顺利实现一台搜 索机对无限多台信标机的同时无冲突的定位救猨人员通过搜索机测量信标 信号的方位和距离，快速确定落水人员的位置，大大提高救援成功率；加 快救助进程
-
图l:工作时隙分配2:搜索机处理程序流程图 图3:信标机处理程序流程图
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述 本发明所适用的海上个人应急示位系统主要由个人便携式信标机和船 (飞机)载搜索机两部分组成搜索机安装在搜救直升机和搜救船上，信标 机由船员随身携带船员落水后，信标机可以发出无线电信标信号，机载或 船载的搜索机根据此信号，确定呼救人员的位置，实施快速救助为加强搜 救效果，信标机还能发光发声，在近距离情况下和黑夜中，吸引救助者的 注意信标机应有良好的便携性密封性美观性和较长的续航能力，利于船员
随身携带，浸入水中时，也能长时间的正常工作其基本工作原理是利用
信标机发出的信标信号进行方位和距离的测量，或根据信标机发出信号中
带有的GPS位置和距离信息，判断落水者距离搜救人员的距离和方位，便 于及时施救
系统采用时分工作方式，在规定的时隙搜索机和信标机分别发出询问 和信标信号，40个测角时隙的情况见图1 其中，询问信号帧包含以下数据-a解调同步数据 b数据帧同步数据 c工作模式
d当前搜索机标志(搜索机的编号)
e时隙使用情况(标识当前使用的时隙和未使用的时隙)f优先接入系统标志(优先接入的信标机标号) g校验字
h其它保留数据(用来作系统扩展)；
信标信号帧包含以下数据
a解调同步数据
b数据帧同步数据
C用来进行角度测量的数据
d信标机的标识(信标机的编号)
e信标机当前所接入的搜索机
f GPS经纬度信息(信标机接收到的GPS经纬度信息，在无GPS模块 时，该字节保留)
g信标机的尾号标识(信标机标识号对某个质数取模后的余数，每 bit对应一个余数)
h保留字节(用来作系统扩展) i校验字节 具体的工作流程如图2 3所示，
参见图2，搜索机是采取如下步骤对n个信标机实现时隙分配的
步骤一初始化搜索机上电开机，该模式下，搜索机询问信号中， 工作模式标识优先接入系统标识和时隙使用情况为均初始化为0;
步骤二启动模式搜索机发送询问信号后，搜索机在一次应答周期 的0 n-1个测角时隙上连续监听信标机信号；
步骤三搜索机在测角时隙上是否监听到信标机信号？有，则转步骤四；无，则转步骤二；
步骤四搜索机判断监听到的信标信号的尾号标识是否表明只有一个信
标机？是，则进入步骤五的确认模式；否，则搜索机进入步骤六的异号冲 突模式；
步骤五确认模式搜索机发送询问信号；询问信号中，工作模式标识 为应答确认模式，优先接入系统标志中记录m号测角时隙上接收到的信标 机的标号以及该信标机的接入时隙即优先接入时隙，时隙使用情况中标明 已使用和未使用的时隙，0《m《n-l;所述优先接入时隙即为已使用时隙后 的第一个空闲时隙；信标机根据搜索机的询问信号，判断该询问信号中的 优先接入系统标志是否为自己的标号；如果是，则在优先接入时隙发送信 标机信号；如果不是，则在使用时隙使用情况中标明的已使用的时隙上空 开优先接入时隙后的下一个时隙发送信标信号；转步骤七；
步骤六异号冲突模式搜索机发送新的询问信号，询问信号中，工
作模式标识为异号冲突模式；优先接入系统标志中标记有优先接入的信
标机的尾号为mm+l " 、 m+p;以及对应的接入时隙i i+l、 i+p; p为 搜索机监听到的信标信号的尾号标识表明的信标机个数；时隙使用情况中 标明已占用和未占用的时隙；发送询问信号后，未固定时隙的信标机接收 到异号冲突模式的询问信号后，对比优先接入系统标志中是否有自己的尾 号，有则按其对应的接入时隙发送应答信号；否，则在已占用时隙后，空 开优先接入系统标志中包含的信标机个数的时隙后的下一个时隙上发送应 答信号，转步骤七；
步骤七搜索机判断是否有优先接入时隙无应答信号，是，则转步骤八；否，则转步骤九；
步骤八同号冲突模式搜索机发送新的询问信号，询问信号中，工 作模式标识为同号冲突模式；优先接入系统标志中，标记同尾号的信标机
可以选择的时隙序列；同号冲突的信标机在可以选择的时隙序列中，选择 一个时隙用来发送信标信号；转步骤四；此处同号冲突的信标机可以随机 或采用某种算法来确定选择一个时隙用来发送信标信号；
步骤九搜索机判断最后一个测角时隙中是否监听到信标信号？若是， 则转步骤四，若否，则转步骤十；
步骤十搜索模式时，搜索机发送的询问信号的模式标志置为搜索模 式，时隙使用情况中标明己使用的时隙和空闲时隙，监听的时隙个数不变， 优先接入标识清零；
步骤十一判断后一个测角时隙中是否监听到信标信号？若是，则转 步骤四，若否，则转步骤卡
参见图3，信标机开启后，监听搜索机信号；根据收到的询问信号判 断自己是否已接入？如已接入则在原时隙发送信标信号；如未接入，则根 据询问信号中的工作模式标识判断应该在哪个时隙接入发送信标信号
在上述工作方式下，最坏的情况是所有信标机都接收到启动模式的 询问信号在经过流程"启动询问一 _〉0号时隙应答_ 一〉应答确认询问一一 >0号时隙无应答，1号时隙应答"后，搜索机得知有同号信标机时隙冲突，
所有信标机在下一个询问周期都开始随机选择时隙，发送应答信号
在这种情况下，速度为20节的船，从上一次的作用范围(10km)内消
失的时间为Z = 20/(20*1.852) 1943.84 s
将所有的未用时隙都用来随机选择，则搜索机接收时需要接收全部40
个时隙的应答信号在船t时间内，搜索机共进行的询问周期数目是
/ = 〃16.81 116
某个信标机在此段时间内一直被淹没的概率是
p = (1- 加)116 3.307440955728640e-024 ,、 4040 7
即任何信标机信号一直被其它信标机信号淹没的概率非常小，任何信标 机在它从船的视野中消失前都会被船上的搜索机发现。
1权利要求
1、海上个人应急示位系统的多用户冲突处理方法，其采用船/飞机载搜索机和个人便携式信标机两部分组成海上个人应急示位系统；搜索机安装在搜救直升机和搜救船上，信标机由船员随身携带；搜索机发出询问信号，落水者携带的信标机收到询问信号后，发出无线电信标信号，搜索机接收信标信号并测量出信标机的方位和距离，其特征在于所述搜索机对n个信标机采用时分多址的方式实现无冲突的同时定位；搜索机在询问时隙发出询问信号，一次应答周期中，搜索机发送询问信号后，n个信标机根据收到的询问信号在跟随在询问时隙后0～n-1个测角时隙分别发送信标信号；各个时隙之间留出保护间隔；其中，询问信号帧包含以下数据解调同步数据；数据帧同步数据；工作模式；当前搜索机标志，用于标识搜索机的编号、时隙使用情况；用于标识当前使用的时隙和未使用的时隙；优先接入系统标志，用于标识优先接入的信标机标号；校验字；其它保留数据，用于作系统扩展；信标信号帧包含以下数据解调同步数据；数据帧同步数据；用来进行角度测量的数据；信标机的标识，用于标识信标机的编号；信标机当前所接入的搜索机；GPS经纬度信息，用于标识信标机接收到的GPS经纬度信息；信标机的尾号标识；保留字节，用于作系统扩展；校验字节；所述搜索机是采取如下步骤对n个信标机实现时隙分配的步骤一初始化搜索机上电开机，该模式下，搜索机询问信号中，工作模式标识、优先接入系统标识和时隙使用情况为均初始化为0；步骤二启动模式搜索机发送询问信号后，搜索机在一次应答周期的0～n-1个测角时隙上连续监听信标机信号；步骤三搜索机在测角时隙上是否监听到信标机信号？有，则转步骤四；无，则转步骤二；步骤四搜索机判断监听到的信标信号的尾号标识是否表明只有一个信标机？是，则进入步骤五的确认模式；否，则搜索机进入步骤六的异号冲突模式；步骤五确认模式搜索机发送询问信号；询问信号中，工作模式标识为确认模式，优先接入系统标志中记录m号测角时隙上接收到的信标机的标号以及该信标机的接入时隙即优先接入时隙，时隙使用情况中标明已使用和未使用的时隙，0≤m≤n-1；所述优先接入时隙即为已使用时隙后的第一个空闲时隙；信标机根据搜索机的询问信号，判断该询问信号中的优先接入系统标志是否为自己的标号；如果是，则在优先接入时隙发送信标机信号；如果不是，则在使用时隙使用情况中标明的已使用的时隙上空开优先接入时隙后的下一个时隙发送信标信号；转步骤七；步骤六异号冲突模式搜索机发送新的询问信号，询问信号中，工作模式标识为异号冲突模式；优先接入系统标志中标记有优先接入的信标机的尾号为m、m+1、……、m+p；以及对应的接入时隙i、i+1、……、i+p；p为搜索机监听到的信标信号的尾号标识表明的信标机个数；时隙使用情况中标明已占用和未占用的时隙；发送询问信号后，未固定时隙的信标机接收到异号冲突模式的询问信号后，对比优先接入系统标志中是否有自己的尾号，有则按其对应的接入时隙发送应答信号；否，则在已占用时隙后，空开优先接入系统标志中包含的信标机个数的时隙后的下一个时隙上发送应答信号，转步骤七；步骤七搜索机判断是否有优先接入时隙无应答信号，是，则转步骤八；否，则转步骤九；步骤八同号冲突模式搜索机发送新的询问信号，询问信号中，工作模式标识为同号冲突模式；优先接入系统标志中，标记同尾号的信标机可以选择的时隙序列；同号冲突的信标机在可以选择的时隙序列中，选择一个时隙用来发送信标信号；转步骤四；步骤九搜索机判断最后一个测角时隙中是否监听到信标信号？若是，则转步骤四，若否，则转步骤十；步骤十搜索模式时，搜索机发送的询问信号的模式标志置为搜索模式，时隙使用情况中标明已使用的时隙和空闲时隙，监听的时隙个数不变，优先接入标识清零；步骤十一判断后一个测角时隙中是否监听到信标信号？若是，则转步骤四，若否，则转步骤十。
全文摘要
本发明涉及个人使用的海上呼救设备。所要解决的技术问题是提出的一种海上个人应急示位系统的多用户冲突处理方法，可解决多用户冲突问题，可保证多个信标机同时工作时，可被搜索机逐一搜索并显示。搜索机发出询问信号，落水者携带的信标机收到询问信号后，发出无线电信标信号，搜索机接收信标信号并测量出信标机的方位和距离，其特征在于所述搜索机对n个信标机采用时分多址的方式实现无冲突的同时定位。根据本发明提供的方法可以顺利实现一台搜索机对无限多台信标机的同时无冲突的定位。救援人员通过搜索机测量信标信号的方位和距离，快速确定落水人员的位置，大大提高救援成功率；加快救助进程。
文档编号H04B7/185GK101662323SQ20081004224
公开日2010年3月3日 申请日期2008年8月29日 优先权日2008年8月29日
发明者严小商, 懿 梁, 欧阳慧 申请人:上海无线电设备研究所