CN102435976A - 海上应急示位系统 - Google Patents

Abstract

一种海上应急示位系统，在信标机和搜索机之间进行无线通信；携带信标机的人员落水时，能够通过落水自动开启或手动开启信标机的电源，由信标机向外发射无线呼救信号。装置搜索机的救援船或飞机在前往事故地点救援时，可沿途搜索并接收半径5公里以上海域内信标机发射的呼救信号，该搜索机通过无线电定位技术，能够获知携带该信标机的落水者相对该搜索机的方位及大致距离，帮助搜救人员实施定点营救。因此，本发明所述海上应急示位系统能够克服恶劣天气对海上搜救的影响，加快搜救进程，提高定点救援的成功概率。

Description

海上应急示位系统

技术领域

本发明涉及一种海上应急搜救的通信救援设备，特别涉及一种海上应急示位系统。

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。由于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，搜救人员的救援手段落后，只能通过分析失事区域的水流情况，推断船只上落水人员可能漂流到的位置；通过摄像系统、照明系统和红外夜视系统搜寻海面，进行拉网式查找。在沿海岛礁较多区域，岛礁环流复杂多变，难以推测落水者的方位；恶劣气候条件下，搜救更为困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种海上应急示位系统，通过搜救船或搜救飞机上装置的机载搜索机，对周边范围内信标机发出的信号进行无线电测向定位，帮助搜救人员确定携带了该些信标机的落水者的位置；因此，能够克服恶劣天气对海上搜救的影响，加快搜救进程，提高定点救援的成功概率。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种海上应急示位系统，其包含：

信标机，其由海上作业人员随身配戴，并在发生船难落水后向外发射无线通信信号；所述信标机包含通过电路连接的电源电路、信号处理电路和天线；

搜索机，其设置在前往事故地点救援的搜救船或飞机上；所述搜索机接收在其周边一定范围内的信标机发出的无线通信信号，并设置有分别根据该信号给出所述信标机相对距离及方向的两组信号处理模块。

所述信标机的电源电路包含电源管理模块，分别与所述电源管理模块通过电路连接的信号触发开关和电池；所述信号触发开关包含分别与所述电源管理模块通过电路连接的手动开关和落水自动开关；其中，

所述电池提供信标机的工作电源；

所述手动开关手动开启电源管理模块，使信标机被打开进入工作状态；

所述落水自动开关通过检测其是否侵入水中，自动开启电源管理模块，使信标机被打开进入工作状态；

所述电源管理模块在手动开关或落水自动开关开启时，将电池所提供的电源电压转为稳定的工作电压输出。

所述电池和电源管理模块之间还设置有一电源开关，控制信标机在低功耗待机状态和关机状态之间切换。

所述信标机的信号处理电路包含依次通过电路连接的系统控制模块、调制模块、功率放大器和滤波器；所述系统控制模块与所述电源管理模块通过电路连接；所述滤波器与所述天线通过电路连接；其中， 

所述系统控制模块接收到电源管理模块所输出的工作电压后，向调制模块传输发射数据并控制发送时间点；

所述调制模块将接收到的发射数据转变为调制信号，并将该调制信号传输至功率放大器；

所述功率放大器将接收到的调制信号放大至发射所需的功率后传输至滤波器；

所述滤波器接收到经过功率放大器放大的调制信号后，滤除其中的杂波和谐波。

所述信标机还包含与电源管理模块通过电路连接的蜂鸣器；当该蜂鸣器接收到电源管理模块所输出的稳定工作电压后，发出响声。

所述搜索机中给出信标机相对距离的模块，包含：

通信天线，其接收信标机发出的频率相匹配的无线通信信号；

滤波放大模块，接收所述通信天线输出的信号，对其中的干扰信号进行滤除，并对所需要的无线电信号进行放大；

信号解调模块，对滤波放大模块输出的信号进行解调，判断该信号是否是由信标机所发射的；

信号检测模块，对滤波放大模块输出的信号进行信号大小检测，估算发出该信号的信标机与所述搜索机的相对距离。

所述搜索机中给出信标机方向的模块，包含：

测向天线阵，其包含按设计分布位置组成阵列的多个天线，来分别接收同一个信标机发出的频率相匹配的无线通信信号；

天线信号处理模块，其将所述测向天线阵中各个接收天线获得的多路信号合成一路整合信号；

混频放大模块，其将所述天线信号处理模块输出的一路整合信号转换到一设定的频率，并在全信号范围内将该信号放大到一设定的输出幅度；

测向数据处理模块，其对混频放大模块输出的信号进行分时采样，并将其恢复成测向天线阵上各个天线接收到的多路信号，并计算所述多路信号的相位差，进而给出发射该信号的信标机与所述搜索机的相对方向。

所述天线信号处理模块进一步包含：

切换开关，其根据相关控制驱动指令，将所述测向天线阵发送的多路接收信号分时合并为一路整合信号；

声表滤波器和放大器，对应为这一路整合信号进行滤波和放大处理后，将信号向后续模块发送。

所述搜索机中还包含：

系统控制模块，其分别接收所述信号解调模块、信号检测模块和测向数据处理模块发送的信号数据，对整个搜索机的工作状态进行控制；

显示模块，其与系统控制模块连接，将表示信标机方位和距离的信息，直观显示在液晶显示器上；

蜂鸣器，其与所述系统控制模块连接，根据接收到的信标机信号的情况，发出不同声音，提醒搜救人员注意。

与现有技术相比，本发明本所述海上应急示位系统中，其优点在于：本发明中信标机是由海上作业人员（船员或乘客）配戴在身上，在人员发生船难落水后，信标机用于对外发射无线通信信号及呼救报警信号。在不使用时，信标机电源关闭，停止工作；当人员进行船外露天作业时，可开启电源使信标机处于低功耗待机状态，即不对外发射信号；落水时，能够通过落水自动开启或手动开启信标机的电源，进行信号发送，具有双重保障。

另一方面，本发明中装置搜索机的救援船或飞机在前往事故地点救援时，可沿途搜索并接收半径5公里以上海域内信标机发射的呼救信号，该搜索机通过无线电定位技术，能够获知携带该信标机的落水者相对该搜索机的方位及大致距离，帮助搜救人员实施定点营救。尤其是其中设置的测向天线阵，由不同位置的三路天线接收同一发射信号后，对这三路接收信号的相位差进行测量，从而推算出发射信号的方位，达到测角的目的。通过采用开关切换将该三路接收信号分时合并为一路整合信号，有效克服了系统相位校准困难的缺点，同时减少了调试难度，降低了成本。

因此，本发明所述海上应急示位系统能够克服恶劣天气对海上搜救的影响，加快搜救进程，提高定点救援的成功概率。

附图说明

图1是本发明所述海上应急示位系统中个人便携式信标机的总体结构示意图；

图2是本发明所述海上应急示位系统中机载搜索机的总体结构示意图；

图3是本发明所述海上应急示位系统的搜索机中测向天线阵及天线信号处理模块的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的具体实施方式。

本发明所述海上应急示位系统，包含信标机和搜索机两部分。其中，信标机是由海上作业人员（船员或乘客）配戴在身上，主要在发生船难落水后，用于对外发射无线通信信号及呼救报警信号。搜索机被装备在前往事故地点救援的搜救船或搜救直升机上，对落水者携带的信标机发出的无线通信信号进行侦听、发现、通信和定位，从而给出落水者的方向、距离信息，以指引搜救人员有针对性地实施营救。

如图1所示，作为无线通信的信号发送部分，本发明所述信标机中，包含通过电路连接的电源电路110、信号处理电路120和天线130。

其中，所述电源电路110包含电源管理模块111，分别与所述电源管理模块111通过电路连接的信号触发开关和电池114。所述信号触发开关包含分别与所述电源管理模块111通过电路连接的手动开关112和落水自动开关113。所述电池114和电源管理模块111之间还设置有一电源开关。

所述电池114向电源管理模块111提供工作电源，继而提供整个信标机的工作电源。所述手动开关112用于手动开启电源管理模块111，使得信标机被打开进入工作状态。所述落水自动开关113通过检测其是否侵入水中，从而判断信标机是否落入水中，从而自动开启电源管理模块111，使得信标机被打开进入工作状态。所述电源管理模块111在手动开关112或落水自动开关113开启时，用于将电池114所提供的电源电压转为稳定的电压输出。所述电源开关用于控制电源管理模块111，也就是信标机在低功耗待机状态和关机状态之间切换。

本实施例中，所述电源管理模块111可以采用型号为ADP3339-3.3的电源芯片来实现，用于将电池105所提供的7V-9V电压转为稳定的3.3V电压输出。

所述信号处理电路120包含依次通过电路连接的系统控制模块121、调制模块122、功率放大器123和滤波器124。其中，所述系统控制模块121与所述电源管理模块111通过电路连接；所述滤波器124与所述天线130通过电路连接。

本实施例中，所述系统控制模块121可以采用型号为MEGA48V-10AN的芯片，其接收到电源管理模块111所输出的3.3V工作电压后，开始进入工作状态，其向调制模块122传输发射数据并控制具体的发送时间点。所述调制模块122采用型号为ADF7020-1的芯片，将接收到的发射数据转变为调制信号，并将该调制信号传输至功率放大器123。所述功率放大器123将接收到的调制信号放大至发射所需的功率。所述滤波器124接收到经过功率放大器123放大的调制信号后，滤除其中的杂波和谐波。

最后，经过调制、放大和滤波的无线电发射信号通过天线130向外发射。

所述信标机还包含与电源管理模块111通过电路连接的蜂鸣器140；当该蜂鸣器140接收到电源管理模块111所输出的3.3V工作电压后，开始发出响声，以起到警示作用，可引起搜救人员的注意。本实施例中，所述蜂鸣器140采用电子设备常用小喇叭。

因此，本发明所述个人便携式信标机，可随身佩带或缝制在救生衣内。在不使用信标机时，将电源开关关闭，使信标机处于关机状态，停止工作。当船员或乘客进行船外露天作业时，开启该电源开关，使得信标机处于低功耗待机状态，即不对外发射信号，但具备落水自动开机功能，或可通过手动开关进行开机。当遇到突发事件，船员或乘客落水后，信标机可通过落水人员按下手动开关112开机，或者因在海水浸泡下使得落水自动开关113导通而自动开机，使得电源管理模块111在将电池114所提供的电压转为稳定的工作电压输出后，触发系统控制模块121向调制模块122发送发射信号，该发射信号经过进一步的调制、放大和滤波后，由天线130向搜索机发射无线电呼救信号，以等待搜索机接收到呼救信号，确认落水人员的具体位置后，对其实施快速有效的救援。

配合参见图2、图3所示，作为无线通信的信号接收部分，在本发明所述搜索机中，包含天线装置，以及通过相应的控制电缆、射频电缆等与之连接的搜索机主机。所述天线装置包含通信天线211、测向天线阵221及其天线信号处理模块222；图2中其他若干模块均位于所述搜索机主机位置。

具体的，所述搜索机中，通信天线211将接收的无线通信信号，发送至滤波放大模块212。由滤波放大模块212滤除其中的干扰信号，并对所需的无线电信号进行放大后，发送至信号解调模块213。

信号解调模块213对通信信号进行解调，判断该信号是否是信标机发射的无线电呼救信号；如果是信标机呼救信号，由所述信号检测模块214，对滤波放大模块212的输出进行信号大小检测，根据接收信号的大小与相对距离的对应关系的算法，估算发出该呼救信号的信标机与所述搜索机的相对距离。所述对应关系可以是靠多次外场试验测试得到。

另一方面，所述测向天线阵221包含按设计分布位置组成阵列的三个接收天线A、B、C，分别接收同一个信标机发射的无线通信信号，并发送至天线信号处理模块222。天线信号处理模块222中设置有切换开关2221，其根据相关控制驱动指令，将三路接收信号分时合并为一路整合信号。这一路整合信号再依次由声表滤波器2222和放大器2223进行滤波放大处理，因而在后续对该路整合信号通过射频电缆传输到搜索机主机时，可有效降低接收信号的噪声系数。

本实施例中，切换开关2221可以采用型号为ADG904的芯片，其在每个选通状态下只与输入其中的一路接收信号连通并向外输出该信号，实现所述分时合并处理。所述放大器2223可以采用型号为MBC13916的芯片。

天线信号处理模块222之后，在搜索机主机位置，由混频放大模块223将那路整合信号转换到某一固定的频率，并在全信号范围内将该信号放大到某一固定输出幅度，并输出至测向数据处理模块224。测向数据处理模块224对该信号进行分时采样，并将其恢复成测向天线阵221上接收到的三路信号，并以此计算测向天线阵221上各个接收天线接收信号的相位差。根据各个接收天线的相对位置关系与所述相位差等数据，计算得到发射该呼救信号的信标机的相对方向。

所述搜索机中设置的系统控制模块230，其分别接收上述信号解调模块213、信号检测模块214和测向数据处理模块224发送的信号数据，并分别连接一显示模块240和一蜂鸣器250。所述系统控制模块230对整个搜索机的工作状态进行控制，包含信号的分时合并、显示控制声音控制、数据处理和存储等。

所述显示模块240将系统控制模块230送来的信标机方位和距离信息通过处理，以特定的方式显示在液晶显示器上，直观表示了信标机的相对位置信息。所述蜂鸣器250根据接收信标机信号的情况，发出不同声音，提醒搜救人员注意。

所述搜索机的电源模块260，将220V交流电向直流电转化，为整个搜索机的系统工作提供+12V和+5V的直流稳压电源。所述天线信号处理模块222中还可以另外设置电源的分压电路（图中未示出），将电源模块260提供的5V电压转化为3.3Ｖ电压，来为天线装置的若干电路模块供电。

在本实施例中，所述混频放大模块223，可以使用motorola、mini等公司的专用芯片，包含放大器MBC13916、MAR-6SM、ERA-8SM，和混频器ADE-1完成；所述信号检测模块214与信号解调模块213，可以使用AD

公司专用芯片ADF7020-1；所述测向数据处理模块224，可以使用A/D专用芯片AD9432BSQ-105，FPGA芯片EP3C16Q240，DSP芯片TMS320DM642—600A实现； 所述显示模块240使用ARM驱动液晶屏完成，电源模块260由ARCH公司专用AC-DC电源模块260完成。

综上所述，本发明所述海上应急示位系统中，携带信标机的人员落水时，能够通过落水自动开启或手动开启信标机的电源，由信标机向外发射无线呼救信号。装置搜索机的救援船或飞机在前往事故地点救援时，可沿途搜索并接收半径5公里以上海域内信标机发射的呼救信号，该搜索机通过无线电定位技术，能够获知携带该信标机的落水者相对该搜索机的方位及大致距离，帮助搜救人员实施定点营救。因此，本发明所述海上应急示位系统能够克服恶劣天气对海上搜救的影响，加快搜救进程，提高定点救援的成功概率。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种海上应急示位系统，其特征在于，所述系统中包含

信标机，其由海上作业人员随身配戴，并在发生船难落水后向外发射无线通信信号；所述信标机包含通过电路连接的电源电路（110）、信号处理电路（120）和天线（130）；

搜索机，其设置在前往事故地点救援的搜救船或飞机上；所述搜索机接收在其周边一定范围内的信标机发出的无线通信信号，并设置有分别根据该信号给出所述信标机相对距离及方向的两组信号处理模块。

2.如权利要求1所述海上应急示位系统，其特征在于，

所述信标机的电源电路（110）包含电源管理模块（111），分别与所述电源管理模块（111）通过电路连接的信号触发开关和电池（114）；所述信号触发开关包含分别与所述电源管理模块（111）通过电路连接的手动开关（112）和落水自动开关（113）；其中，

所述电池（114）提供信标机的工作电源；

所述手动开关（112）手动开启电源管理模块（111），使信标机被打开进入工作状态；

所述落水自动开关（113）通过检测其是否侵入水中，自动开启电源管理模块（111），使信标机被打开进入工作状态；

所述电源管理模块（111）在手动开关（112）或落水自动开关（113）开启时，将电池（114）所提供的电源电压转为稳定的工作电压输出。

3.如权利要求2所述海上应急示位系统，其特征在于，

所述电池（114）和电源管理模块（111）之间还设置有一电源开关，控制信标机在低功耗待机状态和关机状态之间切换。

4.如权利要求3所述海上应急示位系统，其特征在于，

所述信标机的信号处理电路（120）包含依次通过电路连接的系统控制模块（121）、调制模块（122）、功率放大器（123）和滤波器（124）；所述系统控制模块（121）与所述电源管理模块（111）通过电路连接；所述滤波器（124）与所述天线（130）通过电路连接；其中， 

所述系统控制模块（121）接收到电源管理模块（111）所输出的工作电压后，向调制模块（122）传输发射数据并控制发送时间点；

所述调制模块（122）将接收到的发射数据转变为调制信号，并将该调制信号传输至功率放大器（123）；

所述功率放大器（123）将接收到的调制信号放大至发射所需的功率后传输至滤波器（124）；

所述滤波器（124）接收到经过功率放大器（123）放大的调制信号后，滤除其中的杂波和谐波。

5.如权利要求2所述海上应急示位系统，其特征在于，

所述信标机还包含与电源管理模块（111）通过电路连接的蜂鸣器（140）；当该蜂鸣器（140）接收到电源管理模块（111）所输出的稳定工作电压后，发出响声。

6.如权利要求1或4所述海上应急示位系统，其特征在于，

所述搜索机中给出信标机相对距离的模块，包含：

通信天线（211），其接收信标机发出的频率相匹配的无线通信信号；

滤波放大模块（212），接收所述通信天线（211）输出的信号，对其中的干扰信号进行滤除，并对所需要的无线电信号进行放大；

信号解调模块（213），对滤波放大模块（212）输出的信号进行解调，判断该信号是否是由信标机所发射的；

信号检测模块（214），对滤波放大模块（212）输出的信号进行信号大小检测，估算发出该信号的信标机与所述搜索机的相对距离。

7.如权利要求6所述海上应急示位系统，其特征在于，

所述搜索机中给出信标机方向的模块，包含：

测向天线阵（221），其包含按设计分布位置组成阵列的多个天线，来分别接收同一个信标机发出的频率相匹配的无线通信信号；

天线信号处理模块（222），其将所述测向天线阵（221）中各个接收天线获得的多路信号合成一路整合信号；

混频放大模块（223），其将所述天线信号处理模块（222）输出的一路整合信号转换到一设定的频率，并在全信号范围内将该信号放大到一设定的输出幅度；

测向数据处理模块（224），其对混频放大模块（223）输出的信号进行分时采样，并将其恢复成测向天线阵（221）上各个天线接收到的多路信号，并计算所述多路信号的相位差，进而给出发射该信号的信标机与所述搜索机的相对方向。

8.如权利要求6所述海上应急示位系统，其特征在于，

所述天线信号处理模块（222）进一步包含：

切换开关（2221），其根据相关控制驱动指令，将所述测向天线阵（221）发送的多路接收信号分时合并为一路整合信号；

声表滤波器（2222）和放大器（2223），对应为这一路整合信号进行滤波和放大处理后，将信号向后续模块发送。

9.如权利要求8所述海上应急示位系统，其特征在于，

所述搜索机中还包含：

系统控制模块（230），其分别接收所述信号解调模块（213）、信号检测模块（214）和测向数据处理模块（224）发送的信号数据，对整个搜索机的工作状态进行控制；

显示模块（240），其与系统控制模块（230）连接，将表示信标机方位和距离的信息，直观显示在液晶显示器上；

蜂鸣器（250），其与所述系统控制模块（230）连接，根据接收到的信标机信号的情况，发出不同声音，提醒搜救人员注意。

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