一种适用于灾害救援的探测系统及其协作通讯定位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及公共安全、电子通讯与定位技术领域，特别涉及一种适用于灾害救援的探测系统及其协作通讯定位方法。
【背景技术】
[0002]随着人类文明的飞速发展，宇宙奥秘的幔纱被一层层剥下。然而时至如今，自然灾害依然难以预测，一次次突袭而来，致使难以估量的巨大损失。人命关天，生命是最宝贵的财产，灾害过后搜救受害者刻不容缓。一直以来，救援工作一直为搜救设备所掣肘:由于信号弱、干扰多，传统基于生命体征的生命探测仪效率低下，难以胜任灾害场合尤其是大范围内的搜救工作；RFID、GPS、北斗、WIFI等精度较高的定位方式则需要受害者配有并开启相关设备，缺乏实际操作性，难以广泛应用。
[0003]信息时代，手机已逐渐成为人们必不可少的生活用品。据统计，80%以上的受害者随身携带手机，换言之，手机是突发灾害场合下使用最广泛的电子产品。因而，利用手机搜救无疑事半功倍。近年来，一种基于建立便携紧急救援基站的方式引起了广泛的关注。通过提高紧急救援基站广播信号发射功率或者采用干扰机屏蔽已存基站的下行信号，可使有限区域内的手机触发手机重选并连接至紧急救援基站；而后紧急救援基站诱导手机发射信号，并获取手机信号的时间到达、强度或者角度信息分析定位。这对于救援无疑是一重大利好，然而该方法面临如下问题:若采用单个便携基站探测多个目标手机，定位精度很低，探测范围受限，效率低下；若采用有限几个便携基站联合探测定位，基站间存在相互干扰，难以有效协作，效率与探测范围不高；若采用很多便携基站探测，除了上述问题，由于基站设备较为精密，搜救成本会大幅提升；此外，采用多个便携基站还有一大弊端，由于搜寻的盲目性，多个便携基站对同一手机非协作式探测会造成极大的资源浪费。
【发明内容】
[0004]为了解决灾害环境下基于手机搜救所面临的探测成本高、探测范围小、探测精度低、探测盲目性等问题，本发明提出了一种适用于灾害救援的探测系统及其协作通讯定位方法，实现了大范围监控与小范围精度搜索的优化搜救方式以满足实际搜救场合大范围高效定位的需求。
[0005]为实现上述要求，本发明的技术方案包括:
[0006]—、一种适用于灾害救援的协作通讯定位方法:
[0007]先通过紧急救援基站建立覆盖灾害区域的救援网络，发射诱发信号使灾害区域内的手机连接到救援网络并诱导其发射信号，并根据接收到的手机发射信号对手机进行初步定位；通过近似信道传播模型与已存通信网功率等确定紧急救援基站网络的覆盖范围，连接覆盖区内的手机设备。
[0008]灾害区域内通过多个手持探测终端进行中继和实时辅助定位，手持探测终端为救援人员所手持在受灾区域内进行使用，手持探测终端通过专用通信信道与紧急救援基站通信，并实时监听目标手机发射的信号，同时手持探测终端接收紧急救援基站的诱发信号并放大，对紧急救援基站的通信盲区进行中继探测，并将通信盲区探测到的手机信号放大发送到紧急救援基站；
[0009]紧急救援基站将已连接到紧急救援基站的目标手机之间的通信信息和调度信息实时广播与调度信息发送到灾害区域内的所有手持探测终端，以使得手持探测终端监听目标手机发射的信号，同时救援人员根据调度信息搜寻受害者；调度信息用以调度各个手持探测终端探测不同区域，以避免资源浪费和低效协作，实时探测获得更高精度的手机位置信息；手持探测终端根据紧急救援基站实时广播传送来的目标手机的通信信息接收目标手机的发射信号，从中提取手机信号信息，将手机信号信息与自身位置信息通过专用通信信道实时上传给紧急救援基站；
[0010]紧急救援基站接收所有手持探测终端实时上传的数据后，对灾害区域内的所有手机进行实时再定位，获得更高精度的手机位置信息，并将手机位置信息与调度信息广播传送给各个手持，获得更高精度的手机位置信息，手持探测终端显示目标手机位置，救援人员受手持探测终端上显示信息的内容指导进行救援，可根据调度信息救援，如此循环实时探测更新目标手机位置发送手持探测终端以便现场救援。
[0011]所述的实时探测过程中，紧急救援基站间歇诱发目标手机发射信号，以更新目标手机位置。
[0012]所述的手机信号信息包括信号强度和信号方向。所述的目标手机为已连接到紧急救援基站的手机。所述的紧急救援基站广播发送的目标手机的通信信息包括目标手机识别码(IMSI，国际移动用户识别码)与时隙、频率等通信信道信息。所述的调度信息指紧急救援基站下达的指定搜寻目标手机识别码、路径或区域等信息，以便支配各个手持探测终端协作探测。
[0013]所述的初步定位具体采用:紧急救援基站根据目标手机发射的信号采用TDOA(time-difference_of-arrival，信号到达时间差)、SSOA(signal-strength_of-arrival，信号到达强度)或者 AOA(angle_of-arrival，信号到达角度)的定位方法对目标手机位置进行初步获取，以缩小搜寻区域或者发现受害者较多区域；当采用上述定位方法无法初步获取时，初步定位位置为整个救援网络覆盖范围。
[0014]所述的紧急救援基站接收所有手持探测终端实时上传的数据后对灾害区域内的所有手机进行实时再定位所采用的定位方法是:紧急救援基站根据各个手持探测终端位置所采集到的所有位置数据信息，利用SS0A或者Α0Α方法进行多锚点优化定位。
[0015]二、一种适用于灾害救援的探测系统:
[0016]包括紧急救援基站和多个进行中继和定位的手持探测终端，手持探测终端通过专用通信信道与紧急救援基站通信，接收紧急救援基站的诱发信号并放大，对紧急救援基站的通信盲区进行探测，并将通信盲区探测到的手机信号放大发送到紧急救援基站；并且手持探测终端根据紧急救援基站实时广播传送来的目标手机的通信信息接收目标手机的发射信号，从中提取手机信号信息，将手机信号信息与自身位置信息通过专用通信信道实时上传给紧急救援基站；手持探测终端具有显示屏，显示屏显示目标手机位置与调度信息；
[0017]所述的紧急救援基站，建立覆盖灾害区域的救援网络，发射诱发信号使灾害区域内的手机连接到救援网络并诱导其发射信号，并根据接收到的手机发射信号对手机进行初步定位；并且将已连接到紧急救援基站的目标手机之间的通信信息实时广播发送到灾害区域内的所有手持探测终端，以使得手持探测终端监听目标手机发射的信号；紧急救援基站接收所有手持探测终端实时上传的数据后，对灾害区域内的所有手机进行实时再定位，并将手机位置信息与调度信息广播传送给各个手持，调度信息用以调度各个手持探测终端探测不同区域，以避免资源浪费和低效协作，实时探测获得更高精度的手机位置信息。
[0018]所述的手持探测终端具体可包含天线、双工器、低噪声放大器、定位模块、功率放大器、电源、FPGA模块和显示屏等硬件模块。
[0019]所述的紧急救援基站包含:
[0020]救援网络建立模块，救援网络建立模块发射诱发信号使得灾害区域内手机连接到救援网络并发射信号；
[0021]受害者管理模块，受害者管理模块记录灾害区域内连接到紧急救援基站的手机识别码信息(MSI，国际移动用户识别码)，并剔除工作人员、已获救受害者和无关人员的手机识别码信息；
[0022]终端通信模块，终端通信模块配置并建立与手持探测终端的通信连接，包括提供随