CN102547563B - 一种生命探测装置及生命探测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生命探测装置及生命探测系统，属于生命探测技术领域。所述生命探测装置包括基带单元和射频单元，所述基带单元，用于生成控制信息并发送给所述射频单元；接收所述射频单元发送的基带信号，进行解算，得到终端的注册信息及位置信息；所述射频单元，用于接收所述控制信息，调制后进行发射；接收终端发送的信息，解调后生成所述基带信号，发送给所述基带单元。本发明通过提出基于不同终端的灾后生命探测装置，具有探测信息准确，覆盖范围广，位置确定能力高等特点，将大大提高灾后的施救效率。

Description

一种生命探测装置及生命探测系统

技术领域

本发明涉及生命探测技术领域，特别涉及一种生命探测装置及生命探测系统。

背景技术

自然灾害具有瞬间发生、破坏剧烈、监测预报困难、社会影响深远等特点，例如，破坏性强烈的地震、山体滑坡等灾害，给国家经济建设和人民生命财产安全造成巨大的危害和损失。国内外无数次的自然灾害事例证明，灾后紧急救援技术水平对于减轻灾害损失具有极其重要的意义。

随着我国现代化、城市化建设的加快，城市建筑物的规模、高度以及跨度都逐渐增加，人口密度也越来越大。要对被困人员实施高效有序的救援，除了要确保紧急救援队伍反应迅速、机动性高和突击性强之外，同样重要的是要给救援队伍配备必要的高新救助技术装备。先进的救助技术与装备是提高救助成功率，最大限度减轻人员伤亡的技术保障，而且也是重要的手段之一。而生命探测装置则是震后救援中的重要高技术搜救装备。

现有的生命探测装置主要包括音视频生命探测仪、红外生命探测仪和雷达生命探测仪。音视频及光学生命探测仪需要将可伸缩的探头伸入到灾害现场的缝隙中以便近距离地接近被困幸存者，探测速度慢，且探头直径大小、探杆长度等因素限制其有效的空间探测范围。红外热成像生命探测仪利用人体的红外特征进行生命探测，难以实现对灾区的大面积快速并行探测，且穿透墙体困难。雷达生命探测仪通过测试被探测者的呼吸运动或者移动来工作，只具备人员到探测仪的距离测算能力，依靠转动侦测杆进行人员搜索，且不具备对于大面积废墟内被埋人员的并行搜索与三维位置坐标定位能力。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术存在着探测信息不准确，覆盖范围小，不具有位置确定能力等问题，受环境影响严重，搜救效率低下。

发明内容

为了解决现有技术中生命探测装置受到环境影响严重，导致搜救效率低下的问题，本发明实施例提供了一种生命探测装置及生命探测系统。所述技术方案如下：

一种生命探测装置，所述生命探测装置包括基带单元和射频单元，其中，

所述基带单元，用于生成控制信息并发送给所述射频单元；接收所述射频单元发送的基带信号，进行解算，得到终端的注册信息及位置信息；

所述射频单元，用于接收所述控制信息，调制后进行发射；接收终端发送的信息，解调后生成所述基带信号，发送给所述基带单元。

该装置还包括时钟定位单元，用于获取定位信息和授时信息，并发送给所述基带单元和射频单元。

所述基带单元进一步包括前向调制子单元、反向解算子单元、控制子单元和通信子单元，其中，

所述前向调制子单元，用于生成控制信息并发送给所述射频单元；

所述反向解算子单元，用于接收所述射频单元发送的基带信号，进行解扩计算，得到注册信息并发送所述控制子单元；

所述控制子单元，用于控制所述前向调制子单元和反向解算子单元，并根据所述反向解算子单元发送的注册信息进行解算，得到终端的位置信息；

所述通信子单元，用于多个所述生命探测装置之间的通信，并用于对所述生命探测装置的控制信号的发送与接收。

所述射频单元进一步包括发送子单元、接收子单元和天线子单元，其中，

所述发送子单元，用于接收控制信息，调制后发送给所述天线子单元；

所述接收子单元，用于接收终端发送的信息，解调生成基带信号，发送给所述基带单元；

所述天线子单元，用于实现空中接口，接收调制后的控制信息并以无线的形式发送；接收所述终端发送的终端的信息，并发送给所述接收子单元。

所述基带单元生成的控制信息为终端位置更新控制信息；所述终端的注册信息包括终端信号到达时间和终端卡号信息。

该装置还包括电源单元，用于为各个单元提供电源。

该装置还包括外设单元，用于用户输入控制指令，显示所述生命探测装置相关信息。

一种生命探测系统，包括至少4台如上所述的生命探测装置，指定1台所述生命探测装置为主生命探测装置，其中，

所述主生命探测装置，用于向待搜索区域广播发送控制信息，控制收到控制信息的终端发起注册；对接收到的注册信息进行解算，得到终端的相关信息。

所述生命探测装置，用于接收检测所述终端的注册信息，并将所述注册信息发送所述主生命探测装置。

所述主生命探测装置还用于发送停止注册控制信息，指示已发起注册的终端停止发送注册信息。

所述终端的注册信息包括终端信号到达时间和终端卡号信息；

所述主生命探测装置用于将各个所述生命探测装置发送的所述终端的注册信息进行统计，解算终端的位置信息。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过基于终端的灾后生命探测装置，具体利用移动通信系统覆盖广泛、用户数量较大的优势，在不对现有的手机终端做任何改动的情况下，模拟基站功能，诱发终端发起位置更新过程，从而登记注册终端的相关信息，据此计算终端的具体位置和其它信息，从而实现对终端的准确定位。本发明实施例提供的方案，能够有效的探测到灾害发生后被掩埋在废墟下的幸存者，具有探测信息准确，覆盖范围广，位置确定能力高等特点，通过基于终端的灾后生命探测装置，将大大提高灾后的施救效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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。

图1是本发明实施例1提供的生命探测装置结构图；

图2是本发明实施例2提供的生命探测装置结构图；

图3是本发明实施例3提供的生命探测装置中基带单元100结构图；

图4是本发明实施例4提供的生命探测装置中射频单元200结构图；

图5是本发明实施例5提供的生命探测装置结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

为了解决现有技术中生命探测仪受到环境影响严重，导致搜救效率低下的问题，本发明实施例提出一种基于手机终端的灾后生命探测方法和系统。这种系统由手机(移动终端)和若干生命探测装置组成。发生灾情后，被困人员手机(移动终端)如果搜索不到正常通信信号进行求救，则移动终端搜索生命探测装置发出的信号建立紧急链路链接。移动终端自动将注册信息进行编码发送至生命探测装置，生命探测装置根据注册信息中的移动终端的唯一标识，确定移动终端并进行定位操作，最终确定被困人员的位置，进行有效的施救。

与传统生命探测装置的单向探测相比，本发明实施例提出的基于终端的灾后生命探测装置具有探测信息准确，覆盖范围广，具有较好的位置确定能力等特点，通过基于手机的灾后生命探测与定位系统，将大大提高震后的施救效率。

本发明实施例的总体思想是：针对现有的相关协议，在不对现有技术中的手机终端进行改变的情况下，模拟现有的基站功能实现生命探测装置。地震发生后手机周围的基站均已无法正常工作，此时手机处于搜索状态，主生命探测装置发送模拟的基站前向链路控制信号，控制接收到信号的手机终端进行位置更新，从而发出位置更新信号，进行登记注册。或者通过生命探测装置发送控制信号通知手机终端进行位置更新，从而诱使实际终端进行位置更新的登记注册。生命探测装置接收到这些位置更新信号，解调后进行记录和计算，通过若干个生命探测装置接收到终端的注册信息的时间和强度，结合手机终端自身的信息，确定手机终端所处的位置，完成对于手机终端的定位。一般来说，灾后被困人员距离自身携带的手机终端距离不会太远，因而据此可以得到被困人员的位置，方便进行搜救。

基于以及手机终端的特点，本发明实施例提供的生命探测装置中的各个单元、模块均符合现有移动通信系统的各项标准，从而可以模拟的基站功能，实现与手机终端的通信和控制。实际上，本发明实施例提供的方案不仅可以应用于现有的CDMA2000系统、WCDMA系统、TD-SCDMA系统，还可以应用于现有的GSM系统以及CDMA的2G系统，对于移动通信系统的演进版本和后续升级版本，例如LTE演进系统中，也可以适用本发明实施例提供的方案。不论何种移动通信系统，只要在本发明实施例提供的方案框架下，只需要对通用部分做适应性的修改均可以实现本发明实施例的目的，因而，本发明实施例提供的方案，适用于所有的移动通信系统以及该系统提供的手机终端。

实施例1

如图1所示，本发明实施例1提供了一种生命探测装置，包括基带单元100和射频单元200，具体如下：

基带单元100，用于生成控制信息并发送给射频单元200；接收射频单元200发送的基带信号，进行解算，得到终端的注册信息及位置信息。

这里，基带单元100首先需要生成控制信息，这个控制信息可以是控制终端位置更新的控制信息。也就是说，这里的控制信息是为了让终端进行位置更新而产生的位置更新信息，终端在收到这个控制信息后，会发起位置更新请求，这个位置更新请求包括对生命探测装置发起登记接入，产生的终端注册信息。

一般的，这里的控制信息是为了让终端产生位置更新，因而是模拟现有的基站控制终端进行位置更新的方式进行，也就是生命探测装置通过在模拟广播信道(或者模拟主公共控制物理信道等)发送一定功率的控制信息，让接收到这个控制信息的终端误以为自身位置已发生变化，从而发起位置更新的过程。这个过程现有的相关文档有详细的描述，此处不再赘述。

将控制信息发送给射频单元200后，基带单元100还要接收射频单元200返回的基带信号，并进行解算，从中解算出具体的终端的注册信息及位置信息。这个注册信息中包含终端信号到达时间和终端卡号信息。通过这些信息，可以解算的到终端的位置信息。

射频单元200，用于接收控制信息，调制后进行发射；接收终端发送的信息，解调后生成基带信号，发送给基带单元100。

这里，基带单元100生成的控制信息，需要发送给射频单元200。射频单元200接收这个控制信息，并将该控制消息进行调制，调制以后通过天线在无线信道进行发射。这里的无线信道一般是指导频信道或者同步信道等等控制信道。终端接收到这个控制消息后，会发起位置更新的过程，从而通过无线信道发送相关信息给射频单元200。射频单元200将收到的消息进行解调后生成基带信号，并将基带信号发送给基带单元100。

这里的射频单元200实际上是模拟现有的基站的射频系统，完成各种信号的调制解调与收发，也就是完成有线信道与无线信道的转换，实现的空中接口功能，在前向链路上完成对数字基带信号的调制发射，在反向链路上完成对接收信号解调接收。

完整的生命探测装置的工作过程中，基带单元100首先需要生成控制信息，并将控制信息发送给射频单元200。射频单元200将该控制信息调制后进行无线发射。接收到该控制信号的终端，根据该控制信号的要求发起位置更新的过程，通过无线信道向射频单元200发送自身的信息。射频单元200将这些终端信息解调后发送给基带单元100。基带单元100对这些终端的信息进行解算，计算得到终端的具体位置和信息，从而确定该终端的具体信息，方便对于该终端所有者的救援。

实施例2

如图2所示，上述实施例1中的生命探测装置中，进一步还包括一个时钟定位单元300，用于获取定位信息和授时信息，并发送给基带单元100和射频单元200。

这个时钟定位单元300，用以为生命探测装置提供高同步精度时钟，保证定位时信号时延测量中的时间基准同步。并且为生命探测装置提供高精度自身坐标，在对终端进行定位时需要用到。

一般的，时钟定位单元300可以是现有常用的GPS定位单元，利用GPS的授时功能和定位功能完成相应的定位和授时。随着技术的发展，时钟定位单元300也可以是其它任何实现授时和定位的系统的接收单元，例如，可以是北斗系统的终端机，或者北斗2系统的终端机，也可以是欧洲伽利略系统的终端机等等。只要能够完成授时和定位的功能，都可以用来作为时钟定位单元300。

实施例3

如图3所示，如上所述实施例1或者2提供的生命探测装置中，基带单元100进一步包括前向调制子单元101、反向解算子单元102、控制子单元103和通信子单元104，具体如下：

前向调制子单元101，用于生成控制信息并发送给射频单元200。

反向解算子单元102，用于接收射频单元200发送的基带信号，进行解扩计算，得到注册信息并发送控制子单元103。

控制子单元103，用于控制前向调制子单元101和反向解算子单元102，并根据反向解算子单元102发送的注册信息进行解算，得到终端的位置信息。

通信子单元104，用于所述生命探测装备之间的通信，并用于对生命探测装置的控制信号的发送与接收。

本实施例3中，各个子单元分别完成不同的功能，以实现基带单元100的具体功能。如前两个实施例所述，生命探测装置的作用在于得到终端的具体位置信息和终端自身的信息，以方便救援。实际上，单台的生命探测装置很难计算出准确的终端位置，因而需要多台生命探测装置同时工作，同时探测终端的信息，从而通过定位算法计算终端的具体位置。因而多台生命探测装置之间需要通信，或者每台生命探测装置都需要与后台控制系统连接以交换信息，这就需要通信子单元104完成所述生命探测装备之间的通信，并用于对生命探测装置的控制信号的发送与接收。

实施例4

如图4所示，如上所述实施例1或者2提供的生命探测装置中，射频单元200进一步包括发送子单元201、接收子单元202和天线子单元203，具体如下：

发送子单元201，用于接收控制信息，调制后发送给天线子单元203。

接收子单元202，用于接收终端发送的信息，解调生成基带信号，发送给基带单元100。

天线子单元203，用于实现空中接口，接收调制后的控制信息并以无线的形式发送；接收终端发送的终端的信息，并发送给接收子单元202。

本实施例4中，具体利用天线子单元203实现空中接口功能，在前向链路上完成对数字基带信号的调制发射，在反向链路上完成对接收信号解调接收。该射频单元200支持我国现有的手机通信使用的频段。例如，CDMA2000分配的频率是1920～1935MHz(上行)/2110～2125MHz(下行)，共15MHz×2。该射频单元200支持现有CDMA2000手机使用的频点，CDMA2000商用网络频点从低到高依次可用得频点是37，78，119，160，201，242，283。TD-SCDMA手机运行于B频段即2010MHz～2025MHz频段。该射频单元200支持现有TD-SCDMA手机使用的频点，TD-SCDMA商用网络频点从低到高依次可用得频点是10055、10063、10071、10080、10088、10096、10104、10112、10120。WCDMA分配的频率是1940～1955MHz(上行)/2130～2145MHz(下行)，共15MHz×2。该射频单元200支持现有WCDMA手机使用的频点，WCDMA手机可用频点为3个，具体频点号如下：

频点F1：上行9713下行10663

频点F2：上行9738下行10688

频点F3：上行9763下行10713

现有WCDMA手机使用频点为F3频点。

另外，为了维护方便，对于不同频点的天线可拆卸更换。

实施例5

如图5所示，如上所述实施例1或者2提供的生命探测装置中，进一步还包括电源单元400和外设单元500，具体如下：

电源单元400，用于为各个单元提供电源。

显然，生命探测装置中各个单元均需要电源供应，因而一个合适的外部电源对于生命探测装置的稳定运行有着重要的意义。

外设单元500，用于用户输入控制指令，显示所述生命探测装置相关信息。

这里外设单元500一般包括键盘、显示器等等，用户通过外设单元500输入对于生命探测装置的控制信号等，由生命探测装置对这些信号进行响应，完成相关的设置，并通过显示器显示结果。例如，用户可以通过键盘输入查询指令，用以查询生命探测装置的某个参数，生命探测装置通过显示器显示结果。用户需要调整该参数的时候，通过键盘输入，生命探测装置根据输入进行调整，之后将调整后的结果显示在显示器上。

也就是说，这里的外设单元500完成一个人机交互的过程，以方便用户随时对生命探测装置的运行进行监测和控制。

实施例6

本发明实施例6提供一种生命探测系统，包括至少4台如上述各个实施例所述的生命探测装置，其中，指定1台所述生命探测装置为主生命探测装置，用于向待搜索区域广播发送控制信息，控制收到控制信息的终端发起注册；对接收到的注册信息进行解算，得到终端的相关信息；

生命探测装置，用于接收检测终端的注册信息，并将注册信息发送主生命探测装置。

这里，系统中包括多台生命探测装置，根据定位算法的需求，一般需要4台生命探测装置才可以更好的完成对于终端的定位计算。各台生命探测装置并没有不同，只需要根据需要指定1台生命探测装置为主生命探测装置，用以最初控制信息的生成与发射，还用于计算最终的终端定位结果，汇总终端的相关信息。其它各台生命探测装置(包括主生命探测装置)在终端接收到控制信息并进行注册后，接收终端的注册信息，并将这些信息汇总发送给主生命探测装置。

一般的，终端的注册信息包括终端信号到达时间和终端卡号信息；主生命探测装置将各个所述生命探测装置发送的所述终端的注册信息进行统计，计算终端的位置信息。

进一步的，主生命探测装置还用于发送停止注册控制信息，指示已发起注册的终端停止发送注册信息。

具体的定位算法可以参照如下过程：设待搜救终端的待定坐标为(X，Y，Z)，k个生命探测仪的坐标分别为(X_i，Y_i，Z_i，i＝1，2，3，·，k，k≥4)，生命探测仪与终端的相对时钟偏差为Δt_u，c为电波传播速度，t_i为每个生命探测仪同一时刻测量到手机的登记信号到达时延，则

$t_i*c=\sqrt{{(X_i-X)}^2+{(Y_i-Y)}^2+{(Z_i-Z)}^2}+\mathrm{c\Δ}{t}_c,(i=\mathrm{1,2}\·,\mathrm{k\; k}\≥4)$

据此可以计算得到终端的三维信息的被埋位置。

本系统应用过程中，首先在欲探测的废墟周边架设4台生命探测装置，其中一台生命探测装置向待搜索区域广播一定功率的信号(这个信号就是控制信号，用以诱使收到信号的手机终端发起位置更新)，即通过模拟导频信号、同步信号与手机终端联系。手机终端通过监听模拟广播信道(或者模拟主公共控制物理信道)接收系统参数消息，从而可以收到这个控制消息，接收之后，向生命探测装置发送位置更新信号，即发起注册。4台生命探测装置同时检测该手机终端位置更新信号，提取信号信息，包括信号到达时间、手机卡号信息等等。将信息汇总到主生命探测装置上。主生命探测装置发送控制信号，指示已检测到的手机终端停止发送信号。继续检测其它手机终端，直到完成对废墟下的手机终端信号检测与统计。主生命探测装置解算被埋手机终端的位置和相关信息，根据这些信息，解救被埋人员。

综上，本发明各个实施例通过基于终端的灾后生命探测装置，具体利用现有的移动系统覆盖广泛、用户数量较大的优势，在不对现有的手机终端做任何改动的情况下，模拟基站功能，诱发终端发起位置更新过程，从而登记注册终端的相关信息，据此计算终端的具体位置和其它信息，从而实现对终端的准确定位。本发明实施例提供的方案，能够有效的探测到灾害发生后被掩埋在废墟下的幸存者(通过终端)，具有探测信息准确，覆盖范围广，位置确定能力高等特点，通过基于终端的灾后生命探测装置，将大大提高灾后的施救效率。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种生命探测装置，其特征在于，所述生命探测装置包括基带单元和射频单元，其中，

所述基带单元，用于生成控制信息并发送给所述射频单元；接收所述射频单元发送的基带信号，进行解算，得到终端的注册信息；

所述射频单元，用于接收所述控制信息，调制后进行发射；接收终端发送的信息，解调后生成所述基带信号，发送给所述基带单元；

所述基带单元进一步包括前向调制子单元、反向解算子单元、控制子单元和通信子单元，其中，

所述前向调制子单元，用于生成控制信息并发送给所述射频单元；

所述反向解算子单元，用于接收所述射频单元发送的基带信号，进行解扩计算，得到解扩信号并发送所述控制子单元；

所述控制子单元，用于控制所述前向调制子单元和反向解算子单元，并根据所述反向解算子单元发送的解扩信号进行解算，得到终端的注册信息；

所述通信子单元，用于多个所述生命探测装置之间的通信，并用于对所述生命探测装置的控制信号的发送与接收。

2.如权利要求1所述的生命探测装置，其特征在于，该装置还包括时钟定位单元，用于获取定位信息和授时信息，并发送给所述基带单元和射频单元。

3.如权利要求1或2所述的生命探测装置，其特征在于，所述射频单元进一步包括发送子单元、接收子单元和天线子单元，其中，

所述发送子单元，用于接收控制信息，调制后发送给所述天线子单元；

所述接收子单元，用于接收终端发送的信息，解调生成基带信号，发送给所述基带单元；

所述天线子单元，用于实现空中接口，接收调制后的控制信息并以无线的形式发送；接收所述终端发送的终端的信息，并发送给所述接收子单元。

4.如权利要求1所述的生命探测装置，其特征在于，所述基带单元生成的控制信息为终端切换控制信息；所述终端的注册信息包括终端信号到达时间和终端卡号信息。

5.如权利要求1所述的生命探测装置，其特征在于，该装置还包括电源单元，用于为各个单元提供电源。

6.如权利要求1或5所述的生命探测装置，其特征在于，该装置还包括外设单元，用于用户输入控制指令，显示所述生命探测装置相关信息。

7.一种生命探测系统，包括至少4台如权利要求1所述的生命探测装置，其特征在于，指定1台所述生命探测装置为主生命探测装置，其中，

所述主生命探测装置，用于向待搜索区域广播发送控制信息，控制收到控制信息的终端发起注册；对接收到的注册信息进行解算，得到终端的相关信息；

所述生命探测装置，用于接收检测所述终端的注册信息，并将所述注册信息发送所述主生命探测装置。

8.如权利要求7所述的生命探测系统，其特征在于，所述主生命探测装置还用于发送停止注册控制信息，指示已发起注册的终端停止发送注册信息。

9.如权利要求8所述的生命探测系统，其特征在于，所述终端的注册信息包括终端信号到达时间和终端卡号信息；

所述主生命探测装置用于将各个所述生命探测装置发送的所述终端的注册信息进行统计，计算终端的定位信息。