一种北斗广域迁徙目标自主物联立体监视一体化装置及其工作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种北斗广域迀徙目标自主物联立体监视一体化装置及其工作方法， 属于北斗/GPS定位技术应用、生物行为生态学研究技术领域。
【背景技术】
[0002] 空间属性是动物行为的重要特征，也是行为生态学研究中必须要面对的难题之 一。在动物界中，随着季节变化进行的、方向确定的、有规律的和长距离的迀居活动十分常 见，例如，鸟类的迀徙，昆虫的迀飞，鱼类的洄游以及哺乳动物的迀移。研究这些动物的迀居 活动可以帮助我们更好地了解动物的生境选择、领域分析、迀徙路线、活动节律等。目前，研 究人员进行生物行为研究的主要方法有野外观察、雷达监测、环志以及卫星跟踪等。
[0003] 与野外观察、雷达监测、环志以等传统研究方法相比，卫星跟踪技术跟踪范围广、 时间长，可以在短时间内准确获得跟踪对象的繁殖地、越冬地、迀徙停歇地以及迀徙过程、 停歇时间等采用常规方法难以获得的大量数据。对动物迀徙的研究起到了重要推动作用。 目前已有的卫星跟踪装置主要采用GPS定位，具有精度高、实时性好等优点，但是不可否 认，这些装置普遍存在着采集信息单一、重量大、费用高、续航时间短等缺点，这些缺点限制 了卫星跟踪技术的普及，阻碍了动物行为生态学研究的进一步发展。
【发明内容】
[0004] 本发明公开了一种北斗广域迀徙目标自主物联立体监视一体化装置；
[0005] 本发明还公开了上述装置的工作方法；
[0006] 本发明能够有效避免现存方法的缺点，提尚卫星定位跟踪技术的准确性和实用 性。
[0007] 本发明的技术方案为：
[0008] -种北斗广域迀徙目标自主物联立体监视一体化装置，包括传感信息采集模块、 控制模块、北斗模块和供电及工作状态指示模块，所述传感信息采集模块、所述控制模块、 所述北斗模块依次连接，所述传感信息采集模块、所述控制模块、所述北斗模块分别连接所 述供电及工作状态指示模块；
[0009] 所述传感信息采集模块用于采集研究对象自身的心率及所处环境的温度、湿度； 所述供电及工作状态指示模块用于为所述传感信息采集模块、所述控制模块以及所述北斗 模块供电，并判断本装置是否处于正常工作状态。
[0010] 所述装置使用时，所述传感信息采集模块佩戴在所述研究对象上，采集研究对象 自身及周边的环境信息。
[0011] 根据本发明优选的，所述传感信息采集模块包括各类传感器模块及传感采集信息 预处理模块，所述各类传感器模块包括若干传感器，所述传感采集信息预处理模块连接所 述供电及工作状态指示模块；
[0012] 所述各类传感器模块用于采集研究对象的心率以及所处环境的温度、湿度，所述 传感采集信息预处理模块对通过所述各类传感器模块获得的传感器数据进行放大、A/D数 模转换、量化与编码处理，所述传感器数据包括研究对象的心率以及所处环境的温度、湿 度。
[0013] 根据本发明优选的，所述若干传感器包括心率监测传感器、红外测温传感器、大气 湿度传感器。
[0014] 根据本发明优选的，所述北斗模块包含北斗一代模块、北斗二代模块、微型天线、 第三串口及第四串口，所述北斗一代模块是指北斗短报文通信全功能模块，所述北斗短报 文通信全功能模块集成北斗RDSS射频收发芯片、北斗专用RDSS基带电路以及功放芯片；
[0015] 所述北斗二代模块用于定位研究对象，获取研究对象的位置信息、运动状态信息 及时间信息，其中，位置信息包括研究对象经炜度、高度，所述运动状态信息包括研究对象 速率和方位角；所述北斗一代模块用于所述装置与控制中心的短报文通信，上传研究对象 的位置信息、运动状态信息、时间信息、研究对象的心率以及所处环境的温度、湿度，同时接 收控制中心下发的指令信息；所述控制中心是指远程指挥中心，远程指挥中心是研究人员 远程调控该装置的中心，通过卫星发送指令到该装置的控制模块，控制模块通过接收的指 令控制装置的供断电、信息采集频率以及信息上传频率；所述微型天线实现对北斗二代模 块获取的定位数据与各类传感器模块采集的传感器数据的接收和发送，实现所述装置与卫 星的通信。
[0016] RDSS基带电路集成了 10个独立的数字接收机通道和1个发射通道，完成北斗 RDSS基带信号的接收和发射基带信号的生成功能；所述装置使用过程中，将所述微型天线 固定在研究对象身上，并辅助整个装置固定；所述北斗二代模块采用卡尔曼滤波优化算法， 在各种复杂环境下保持出色的捕获跟踪能力，输出连续可靠的定位结果。
[0017] 根据本发明优选的，所述控制模块包括嵌入式处理器MCU模块，所述嵌入式处理 器MCU模块包括第一串口、定位解算模块、第二串口、短报文通信编解码模块、存储模块、传 感信息处理模块及供电控制模块，所述第一串口连接所述定位解算模块，所述第二串口连 接所述短报文通信编解码模块，所述供电控制模块连接所述供电及工作状态指示模块；所 述北斗二代模块通过第三串口与所述第一串口进行通信，所述北斗一代模块通过第四串口 与所述第二串口进行通信，所述传感信息处理模块连接所述传感采集信息预处理模块；
[0018] 所述第一串口用来实现北斗定位功能；所述定位解算模块用于解算北斗二代模块 获取的定位数据，生成时间、位置及速度数据，并定时输送给所述存储模块；所述第二串口 用来控制北斗卫星通信；所述传感信息处理模块接收所述传感采集信息预处理模块发送的 数据，并对该数据进行整合，将整合后的数据与上一次存储在存储模块的数据进行比较，如 果整合后的数据中，研究对象自身的心率变化率大于5%，且研究对象所处环境的温度变化 幅度大于2°C，且研究对象所处环境的湿度变化率大于10%，则将整合后的数据发送至存 储模块，否则，丢弃整合后的数据；所述短报文通信编解码模块用于接收存储模块处理后的 所有数据，编码成短报文，通过所述北斗一代模块发送；所述短报文通信编解码模块还用于 接收所述北斗一代模块发送的短报文，并进行解码及分析，得到控制中心发送的对所述装 置的控制信息；所述存储模块用于存储传感信息处理模块解算处理之后的研究对象自身的 心率、所处环境的温度、湿度以及所述定位解算模块解算的时间、位置及速度数据，并定时 发送至短报文通信编解码模块；所述供电控制模块根据控制中心下发的指令实现对所述装 置中各个模块的供电与断开。
[0019]根据本发明优选的，所述供电及工作状态指示模块包括供电模块及工作状态指示 灯，所述供电模块包括电池与电源管理芯片，所述工作状态指示灯是指LED灯。
[0020] 所述电源管理芯片根据控制中心下发的指令实现对所述装置中各个模块供电的 输出控制；所述工作状态指示灯通过发出不同颜色的灯光来表示所述装置的工作状态。
[0021] 所述供电模块中的电池续航能力强、体积小、质量小，减轻整个装置的重量，使整 个所述装置轻便。
[0022] 上述装置的工作方法，具体步骤包括：
[0023] (1)将所述装置固定在研究对象上；
[0024] (2)对所述装置开机供电；
[0025] (3)所述传感信息采集模块、所述控制模块、所述北斗模块初始化并自检，如果自 检成功，进入步骤（4)，如果自检失败，断电重新开机，重复步骤（3);
[0026] (4)所述北斗二代模块定位研究对象，获取研究对象的位置信息、运动状态信息及 时间信息，其中，位置信息包括研究对象经炜度、高度，所述运动状态信息包括研究对象速 率和方位角；所述北斗二代模块将研究对象的位置信息、运动状态信息及时间信息发送给 定位解算模块，定位解算模块进行解算，生成时间、位置及速度数据，并发送至所述存储模 块；
[0027] (5)所述各类传感器模块实时采集研究对象自身及周边的环境参数，即研究对象 自身的心率以及所处环境的温度、湿度，并通过所述传感采集信息预处理模块依次进行放 大、A/