一种单兵作战定位基站的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种单兵作战定位基站，包括消防战士携带的定位器和通讯基站，消防战士携带的定位器和通讯基站信号连接，消防战士携带的定位器内设有信号发射器，通讯基站内设有信号接收器、电源模块、控制单元和显示模块，信号发射器与信号接收器信号连接，信号接收器的输出端与控制单元的输入端相连，电源模块与控制单元相连，控制单元的输出端与显示模块的输入端相连；其结构简单，使用、安装方便，操作简单，定位精确、可靠，成本低，适用范围广，使用寿命长，具有安全可靠的作用。
【专利说明】一种单兵作战定位基站
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种单兵作战定位基站。
【背景技术】
[0002]目前利用无线通讯技术实现定位功能有基于测距技术和非测距技术，基于非测距技术的定位算法主要有:质心法，凸规划定位算法；距离矢量跳数的算法；基于测距技术的定位算法主要有10八、八0八、100八和；每种定位算法所能适应的环境不同，应根据实际情况进行选择；例如在火场中被困人员由于受高温、烟气、断电等影响，很难感知自已所处位置，场外指挥人员，也无法摸清火场中人员的行踪状态，做出有效指挥，从而降低灭火效率，或是消防人员无法有效接受疏散而造成伤亡。如何能够使消防员有效的对火场进行补救、在感知到危险时迅速撤离到安全地带，这成为人们研究的主要目的。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单，使用、安装方便，操作简单，定位精确、可靠，成本低，适用范围广，使用寿命长，具有安全可靠作用的单兵作战定位基站。
[0004]为解决上述问题，本发明采用如下技术方案:
一种单兵作战定位基站，包括消防战士携带的定位器和通讯基站，所述消防战士携带的定位器和通讯基站信号连接，所述消防战士携带的定位器内设有信号发射器，所述通讯基站内设有信号接收器、电源模块、控制单元和显示模块，所述信号发射器与信号接收器信号连接，所述信号接收器的输出端与控制单元的输入端相连，所述电源模块与控制单元相连，所述控制单元的输出端与显示模块的输入端相连；单兵作战定位基站是指通过特定的定位技术来获取消防战士的位置信息(经纬度坐标),在电子地图上标出被定位对象的位置的技术或服务，其利用无线通讯技术实现定位功能有基于测距技术和非测距技术，基于非测距技术的定位算法主要有:质心法，凸规划定位算法；距离矢量跳数的算法；基于测距技术的定位算法主要有10八、八0八、100八和；每种定位算法所能适应的环境不同，应根据实际情况进行选择；
1？881 (1-6661^6 81^181:1-611^11 111(11一社。!")表示信号强度指示，是真实的接收信号强度与最优接收功率等级间的差值；1^)1111(11681:01-)是链路质量指示，表征接收数据帧的能量与质量山以值越大说明链路质量越好#331值和[以值在收发模块每接收一个数据帧时都可以得到；及时反映信号强度变化和受到干扰变化的动态范围比8331大，有更高的分辨率；
无线信号传输中普遍采用的理论模型一 31121(1(^1118模型，如式(1):(己)〕(10111=((10) 1 (10111-10111? ((1/(10) +^(10111 ；
在本系统实际的应用中，使用简化了的31121(10*1118模型，如式(2):
1^881=- (10=10810(1+八)；
II:信号传播常量，也称作信号传播系数，单位； (1:到信号源的距离，单位:111 ；
八:距离信号源处接收信号强度，单位:(180 ；
(^2530片上定位引擎采用基于接收信号强度指示￠331)的距离定位方法，根据接收信号强度和参考节点的坐标位置计算出待定位节点的坐标，然后将计算得到的位置信息发送给网络终端，完成定位；定位引擎需要个参考节点的坐标^0，冲，XI，0，-^7,77]作为输入参数；参考节点坐标表示参考节点的位置是在[0,63.75]的范围内；可以通过软件编程来实现实际定位距离的拓展；拓展后的参考节点X，1坐标范围为[0, 16384.75]，实现了更远距离的通信。
[0005]作为优选的技术方案，基站定位则是利用基站对消防战士所携带的定位器距离的测算距离来确定消防战士的位置，其不需要消防战士具有⑶3定位能力，但是精度很大程度依赖于基站的分布及覆盖范围的大小，有时误差会超过一公里。
[0006]火场中被困人员由于受高温、烟气、断电等影响，很难感知自已所处位置，场外指挥人员，也无法摸清火场中人员的行踪状态，做出有效指挥，从而降低灭火效率，或是消防人员无法有效接受疏散而造成伤亡。如何能够使消防员有效的对火场进行补救、在感知到危险时迅速撤离到安全地带。单兵作战定位系统的出现有效保障了单兵作战人员的人身安全。
[0007]在建筑物每次建立一个21^66网络，配电箱内放置21^66网络协调器，每个指示牌内部放置21^66网络的路由器，每次组成一个固定的网络10的21^66网络，定位器为一个21^66设备，当它被消防指战员带人21^66网络覆盖区域,就会被21^66路由器接收到发送的信标信号，并发送到协调器，然后被传送到控制器，控制器通过被传送上来的信标数据进行分析，得出消防指战员(携带定位器)在疏散图上对应的位置。
[0008]进一步的，随着高新技术日新月异的发展和在军事领域广泛应用，现代战争的战场样式发生了很大的变化，战场上杀伤因素不断增多，精确打击和夜战能力不断加强，信息技术对机动作战能力的促进不断提高，单兵系统作为信息化战场的关键环节，它是把单兵作为整个作战指挥系统的一个武器平台，从人一机一环境全面考虑、统筹规划与设计的人机系统，研究单兵系统目的是既要发挥单兵的主观优势又要发挥信息、数字技术在单兵作战时的客观优势，从而全面提高作战的创造性、预见性、灵活性；本发明先回顾了单兵定位系统的起源和发展，分析了各种单兵作战定位系统的构成和战斗力，讨论了我军单兵作战定位系统的特点及发展方向；在此基础上，本发明重点研究了一个基于无线自组网八(^0(3的单兵系统设计，提出了一种具有较强抗毁能力的网络生成机制，通过充分结合了我军战士灵活机动的特点，突出了单兵或小组的作战优势与定位优势，提高了网络的连通性；在本发明研究的方案中，我们尝试采用了最新的移动计算技术，通过集成基于^1-01(1操作系统的平板电脑、％移动通信模块、11？1近距离无线传输技术，试图提高单兵系统的整体计算、通信能力。在整体设计的框架下，本文深入研究了视频图像的捕获、传输技术和基于⑶3单兵间距识别的定位技术，最后讨论了后台作战指挥系统的设计和关键技术。
[0009]进一步的，单兵作战定位基站:消防员单兵定位装置是一种追踪室内外应急救援人员实时三维运动轨迹、方位距离、高度、姿态等信息的装置，用于辅助现场指挥员为迷途队员导航、确定遇险队员的位置并快速组织搜救。该装置可对室外以及各种复杂构筑物室内环境(甚至密闭的环境)建立三维模型，为活动在该环境内且佩戴微型定位装置的消防员提供准确的定向定位和推估导航，同时为指挥者提供全视角的消防人员方位信息，有助于实现指挥员和消防员之间的高效联动。
[0010]一、装置组成原理
装置由三部分组成:无线微型定位装置、无线接收终端、人员定位三维展示平台。
[0011]1).无线微型定位装置:该无线装置主要佩戴在使用者身上，体积较小，蓄电池供能。内部主要装置为识别卡，识别卡采用惯性导航模组以及无线数传发送模块。惯性导航模组能实时监测当前识别卡移动位移距离、方向角、所在高度以及倾角等各种重要参数。同时，各种相关参数通过“无线数传发送模块”发送到服务器端。
[0012]2).无线接收终端:无线接收终端主要设备为“无线数传接受模块”，该模块和定位装置中识别卡上的“无线数传发送模块”是相对应的，主要用于接受发送模块传送过来的各种重要数据，并进行存储和分析。
[0013]3).人员定位三维监控平台:三维监控平台根据无线接收终端传送过来的人员位置相关参数，利用相关数学模型和三维图形相结合，计算出人员所在的位置并在三维监控服务平台中展示人员所在位置、行走轨迹以及人员的姿态。
[0014]二、装置主要功能
1).人员三维定位和轨迹模拟
根据人员所佩戴的无线微型定位装置传输回来的三维参数，在建筑三维模型中实现对消防人员的准确定位及高亮标注，便于后方指挥系统实时掌握救援第一线动态。同时，根据人员定位设备传输回来的三维参数在建筑三维中实现人员行走轨迹实时动态模拟，每个的消防员行走的轨迹采用一种颜色表现，便于实时监控消防人员的位置，对于许多极度危险区域，可以提示消防员做好防范，做到救援现场的高效风险防控。
[0015]2).消防员间联动配合、安全退出引导
通过后方指挥员统一调度，以及消防员自身所佩戴的终端设备，在能见度差、情况复杂的救援现场，可实现相互间协同作业，以及实现紧急情况下的队友搜救、被困人员救助、安全退出引导等。
[0016]3 ).可视化直观指挥调度
能第一时间查看人员在楼宇内部分布，同时各个人员有其特有的编号，每个编号均对应相关消防人员的基本信息等，便于总指挥现场调度和调控。
[0017]同时还可准确能查看楼宇内部的消防设备分布，每个设备的基本信息及状态信息等，便于指挥消防员在救援过程中及时启用。
[0018]4).建筑三维展示
装置本身带有三维构建和展示模块，可对特定构筑物在较短时间内实现三维建模。同时可以在显示终端能够对建筑三维模型实现缩放、平移、旋转定位功能，从而达到对建筑不同部分(外墙、内部结构、通道、设备等)可视化漫游浏览。
[0019]5).无线微型终端功能扩展
无线微型定位装置即无线终端还可以根据实际需要进行模块化配置，如氧气倒计时模块、毒气报警模块、生命呼叫仪模块、语音导航模块等可按需配置。
[0020]三、装置主要技术指标 0、水平精度(30；
垂直精度彡0.5 III；
连续工作时间彡3 11 ；
多路处理能力彡4路；
延时时间〈48 ；
空旷地带通信距离?3000 III ；
了)、工作温度范围-101?751 ；
8?、定位模块体积6.5 X 15X2.6 0111 ；
9?、定位模块重量155邑；
四、装置使用方法
1).前端战士请按照如下步骤进行:
(1)打开无线微型定位装置开关按钮启动定位装置；
(2)通过无线微型定位装置佩带卡子卡在正后腰带上；
2).后端指挥请按照如下步骤进行:
(1)将无线接收终端和三维展示平台笔记本放置于平整的桌面或现场便于操作者观察和操作的位置上；
(2 )用串口延长线连接三维展示平台笔记本和无线接收终端；
(3)打开无线接收终端开关按钮；
(4)打开三维展示平台笔记本电脑，启用三维展示平台软件进行实时定位追踪。
[0021]五、装置应用领域拓展
装置不但适合消防员救援系统，同是还在矿山抢险、刑侦、楼宇定位以及地下交通等行业使用。尤其在复杂的密闭构筑物环境中，如矿井、隧道、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场、等环境中，常常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品在室内的位置信息等，装置的高效和便捷，使其大有用武之地。
[0022]消防员是国家培养出的特殊人才，是国家的宝贵财富，所以无论是在消防灭火中，还是在救急救助等抢险救援活动中，首先以保护消防职员自身安全为重要前提。正是基于这样一种理念，高科技的消防设备才彰显其重要价值。通过科学的系统化设计，借助科学技术的力量保障消防员的安全，提高其战斗力，促进我国安全工程的技术发展，体现以人为本、生命至上、科学救人、自身防护的行动理念和指导思想，有效的进行火灾扑救，也是所有科技开发者的最终理想。
[0023]目前商用技术基本采用11？1，^10等无线通讯基站方案，针对应急救援主要采用惯性导航等技术方案，因为应急救援面对的场所应该都是灾害性的，基站无线通讯都属于瘫痪状态，还有就是社会成本过高，所以只能采用惯性导航技术，它无需任何额外的基础设施或网络，以无线方式实时输出人员的行走距离与方向信息，可以实现在各种复杂环境中人员的准确定位，为保证人员的生命安全提供有效的保证。
[0024]本发明一种单兵作战定位基站的有益效果是:解决单兵作战定位器的通讯与实时传输问题，消防战士携带定位器进入火场后与通讯基站形成无线自组网进行通讯，以此为信标来确定单兵的具体位置。其结构简单，使用、安装方便，操作简单，定位精确、可靠，成本低，适用范围广，使用寿命长，具有安全可靠的作用。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为本发明一种单兵作战定位基站的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]参阅图1所示的一种单兵作战定位基站，包括消防战士携带的定位器和通讯基站，所述消防战士携带的定位器和通讯基站信号连接，所述消防战士携带的定位器内设有信号发射器，所述通讯基站内设有信号接收器、电源模块、控制单元和显示模块，所述信号发射器与信号接收器信号连接，所述信号接收器的输出端与控制单元的输入端相连，所述电源模块与控制单元相连，所述控制单元的输出端与显示模块的输入端相连；单兵作战定位基站是指通过特定的定位技术来获取消防战士的位置信息(经纬度坐标),在电子地图上标出被定位对象的位置的技术或服务，其利用无线通讯技术实现定位功能有基于测距技术和非测距技术，基于非测距技术的定位算法主要有:质心法，凸规划定位算法；距离矢量跳数的算法；基于测距技术的定位算法主要有10八、八0八、100八和；每种定位算法所能适应的环境不同，应根据实际情况进行选择；
1？881 (1-6661^6 81^181:1-611^11 111(11一社。!")表示信号强度指示，是真实的接收信号强度与最优接收功率等级间的差值；1^)1^118111:7丨仏丨一社。!")是链路质量指示，表征接收数据帧的能量与质量山以值越大说明链路质量越好#331值和[以值在收发模块每接收一个数据帧时都可以得到；及时反映信号强度变化和受到干扰变化的动态范围比8331大，有更高的分辨率；
无线信号传输中普遍采用的理论模型一 31121(1(^1118模型，如式(1):((1)〕(10111=((10) 1 (10111-10111? ((1/(10) +^(10111 ；
在本系统实际的应用中，使用简化了的31121(10*1118模型，如式(2):
1^881=- (10=10810(1+八)；
II:信号传播常量，也称作信号传播系数，单位；
(1:到信号源的距离，单位:111 ；
八:距离信号源1111处接收信号强度，单位:(180 ；
(^2530片上定位引擎采用基于接收信号强度指示￠331)的距离定位方法，根据接收信号强度和参考节点的坐标位置计算出待定位节点的坐标，然后将计算得到的位置信息发送给网络终端，完成定位；定位引擎需要个参考节点的坐标^0，冲，XI，0，…，$7,77]作为输入参数；参考节点坐标表示参考节点的位置是在[0,63.75]的范围内；可以通过软件编程来实现实际定位距离的拓展；拓展后的参考节点X，1坐标范围为[0, 16384.75〕，实现了更远距离的通信。
[0028]基站定位则是利用基站对消防战士所携带的定位器距离的测算距离来确定消防战士的位置，其不需要消防战士具有⑶3定位能力，但是精度很大程度依赖于基站的分布及覆盖范围的大小，有时误差会超过一公里。
[0029]本发明一种单兵作战定位基站的有益效果是:解决单兵作战定位器的通讯与实时传输问题，消防战士携带定位器进入火场后与通讯基站形成无线自组网进行通讯，以此为信标来确定单兵的具体位置。其结构简单，使用、安装方便，操作简单，定位精确、可靠，成本低，适用范围广，使用寿命长，具有安全可靠的作用。
[0030]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种单兵作战定位基站，其特征在于:包括消防战士携带的定位器和通讯基站，所述消防战士携带的定位器和通讯基站信号连接，所述消防战士携带的定位器内设有信号发射器，所述通讯基站内设有信号接收器、电源模块、控制单元和显示模块，所述信号发射器与信号接收器信号连接，所述信号接收器的输出端与控制单元的输入端相连，所述电源模块与控制单元相连，所述控制单元的输出端与显示模块的输入端相连；单兵作战定位基站利用无线通讯技术实现定位功能有基于测距技术和非测距技术，基于非测距技术的定位算法主要有:质心法，凸规划定位算法；距离矢量跳数的算法；基于测距技术的定位算法主要有 TOA、AOA、TDOA 和 RSSI； RSSI (reeeive signalstrength indieator)表示信号强度指示,是真实的接收信号强度与最优接收功率等级间的差值；LQI (link quality indieator)是链路质量指示，表征接收数据帧的能量与质量；LQI值越大说明链路质量越好；RSSI值和LQI值在RCnet收发模块每接收一个数据帧时都可以得到；及时反映信号强度变化和受到干扰变化LQI的动态范围比RSSI大，有更高的分辨率； 无线信号传输中普遍采用的理论模型一 Shadowing模型，如式(I): [Pr (d)]dBm=[Pr(dO)]dBm-1OnIg(d/d0)+XdBm ； 在本系统实际的应用中，使用简化了的Shadowing模型，如式(2):RSSI=- (10nlogl0d+A)； η:信号传播常量，也称作信号传播系数，单位:dBm/m ； d:到信号源的距离，单位:m; A:距离信号源Im处接收信号强度，单位:dBm ； CC2530片上定位引擎采用基于接收信号强度指示(RSSI)的距离定位方法，根据接收信号强度和参考节点的坐标位置计算出待定位节点的坐标，然后将计算得到的位置信息发送给网络终端，完成定位；定位引擎需要个参考节点的坐标[x0，y0，xl，yl，…，x7，y7]作为输入参数；参考节点坐标表示参考节点的位置是在[0,63.75]的范围内；可以通过软件编程来实现实际定位距离的拓展；拓展后的参考节点X，y坐标范围为[0，16384.75]，实现了更远距离的通信。
2.根据权利要求1所述的单兵作战定位基站，其特征在于:基站定位利用基站对消防战士所携带的定位器距离的测算距离来确定消防战士的位置。
【文档编号】H04W64/00GK104394589SQ201410664164
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月20日 优先权日:2014年11月20日
【发明者】晋宝生, 周文 申请人:北京东霖消防科技有限公司