CN103487814A - 基于场强定向/卫星定位的无线目标识别搜寻方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种基于场强定向/卫星定位的无线目标识别搜寻方法与装置，分为信标发射通路处理方法和定向接收通路处理方法，包括有信标发射单元1、定向接收单元2、卫星接收单元3共3部分构成。工作时，信标发射单元1发射定向信标，定向接收单元2接收定向信标，确定被寻信标的方向和位置，完成目标搜寻和信标身份识别；若信标发射单元1和定向接收单元2均连接有卫星接收单元3，则定向接收单元2便可提示其与信标发射单元1的相对位置，具有体积小、质量轻、操作简单、携带方便，且设计先进、性能优良等特点，满足应急搜寻、目标引导等各应用领域的迫切需求。

Description

基于场强定向/卫星定位的无线目标识别搜寻方法与装置
技术领域
本发明涉及一种搜寻方法与装置。特别是一种基于场强定向/卫星定位的无线目标识别搜寻方法与装置。
背景技术
目前，在应急搜寻、目标引导应用领域，卫星导航定位系统无疑是应用最为广泛的，其霸主地位已无可争议。但是，卫星导航定位系统仍存在无法克服的缺陷，如：定位时间长，恶劣天气和地理环境中无法导航定位，从而导致总体性能急剧下降以至无法工作。在此背景下，各国发展了其它众多应急搜寻、目标引导技术，其中场强定向技术应用较为广泛，各国此技术上开发了相应的场强定向/定位技术产品，如俄罗斯的场强定向设备（由信标发射机和定向接收机组成），其信标发射机发射未调制的载波信标，定向接收机接收该定向信标，通过声音的强弱搜寻信标发射机的具体方位。但是，由于此类设备体积庞大、质量重、功耗高、元器件集成度低、可靠性差且无数传功能、不易携带等，已不适应实际使用环境的要求。因此，如何提供一种设计先进、工作有效的基于场强定向/卫星定位的无线目标识别搜寻方法与装置，这是业内人士急待解决的一个重要课题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述已有技术的不足，提供一种设计先进、工作有效的基于场强定向/卫星定位的无线目标识别搜寻方法与装置。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种基于场强定向/卫星定位的无线目标识别搜寻方法，其方法包含有信标发射通路处理方法和定向接收通路处理方法。其中：
所述信标发射通路处理方法，分为2条发射通路，即第1条通路是接收卫星数据发射通路，第2条通路是信标自身身份识别码发射通路，两条通路均分别依次经步骤203网络层处理，步骤204纠错与编码，步骤205 MSK调制，步骤206信道控制，步骤207频率合成，步骤208信道处理，最后以无线射频信号向外发射。
所述定向接收通路处理方法，经步骤301信道处理后，分为2条接收通路，即第1条通路是接收射频信号场强处理通路，第2条通路是接收射频信号数据解调通路。且场强处理通路又分为两种方法：一种是直接根据场强信号大小经步骤307场强数据处理，步骤309目标显示搜寻方位；另一种是经步骤307场强数据处理，步骤308电子指南针方位精度补偿，步骤309目标显示搜寻方位。而数据解调通路，首先依次经步骤302 MSK解调，步骤303纠错与编码，步骤304网络层处理后，又分为两种方法，即一种是当处理数据为卫星信号时，则经步骤305卫星数据处理，再经步骤309目标显示搜寻方位；另一种是当处理数据为信标自身身份识别码时，则经步骤306身份识别码处理，再经步骤309目标显示搜寻方位。
一种基于场强定向/卫星定位的无线目标识别搜寻装置，由信标发射单元1、定向接收单元2、卫星接收单元3共3部分构成。其中：
所述信标发射单元1包括电路模件11，电池12，天线13，机壳14，机盖15，其中电路模件11又分为控制板111，射频板112。
所述定向接收单元2包括电路模件21，电池22，机壳23，机盖24。其中电路模件21采用模块化电路结构设计，又包括1个微处理器2101，1个内置定向天线2102，1个混频器2103，1个中频接收处理器2104，1个MSK基带接收器2105，1个电子指南针2106，1个加速度传感器2107，1个电可擦除存储器2108，1个高频放大器2109，2个射频滤波器2110和2111，1个中频滤波器2112，1个RS232接口2113，1个实时时钟2114等。
所述卫星接收单元包括电路模件31，接口32，壳体33。
本发明的工作方式是：
信标发射单元1设置好工作信道和自身身份识别码（连接好电池12和天线13）按开机键，开始发射定向信标。定向接收单元2（连接好电池22）按开机键，将信道号设置为搜寻的信标发射单元1的信道号。
当信标发射单元1发射定向信标后，定向接收单元2接收定向信标，通过比较不同方向接收到的信标信号强度，通过目标显示屏提示信标发射单元1的方向，迅速完成目标搜寻。同时，定向接收单元2可以对接收到的信标进行身份识别，从而保障了搜寻目标的正确性。若信标发射单元1和定向接收单元2均连接有卫星接收单元3，此时信标发射单元1发射的信标不仅含有身份识别信息，而且还含有卫星定位信息，定向接收单元2可以通过接收到的信标位置信息，提示其与信标发射单元1的位置。
本发明的内置定向天线2102，采用磁加载技术，使得其体积极小。同时，在信标发射单元1和定向接收单元2的电路设计中，均采用大规模集成硬件电路和嵌入式控制软件相结合的设计原则，使得电路结构清晰，可靠性高，而且减小了电路面积，从而为场强定向/卫星定位的无线目标识别搜寻装置小型化奠定了坚实的基础。此装置具有体积小、质量轻、操作简单、携带方便，且设计先进、性能优良等特点，满足应急搜寻、目标引导等各应用领域的迫切需求。
 
附图说明
图1 为本发明工作状态布局示意图；
图2 为本发明信标发射通路处理方法流程图；
图3 为本发明定向接收通路处理方法流程图； 
图4 为本发明信标发射单元结构示意图；
图5 为本发明信标发射单元电原理图；
图6 为本发明定向接收单元结构示意图；
图7 为本发明定向接收单元电原理图；
图8 为本发明卫星接收单元结构示意图；
图9 为本发明定向接收单元电路模件PCB板布局图。
图中符号说明：
1 为信标发射单元，
11 为电路模件，
111 为控制板，
1111 为微处理器STM32F103C8T6，
1112 为MSK基带接收器CMX469，
1113 为压控振荡器JTOS-50，
1114 为频率锁相器LMX2306，
1115 为小信号放大器2SC3356，
1116 为加速度传感器KXSS5-2057，
1117 为电可擦除存储器93AA66A，
1118 为RS232接口SP3232EEY，
1119 为实时时钟T75A8.00MHz，
112 为射频板，
1121 为中小信号放大器RD00HVS1，
1122 为中小信号放大器RD06HVS1，
1123 为功率检测器ADC-10-4，
12 为电池，
13 为天线，
14 为机壳，
15 为机盖，
2 为定向接收单元，
21 为电路模件，
2101 为微处理器STM32F103VET6，
2102 为内置定向天线，
2103 为混频器ADEX-10L，
2104 为中频接收处理器SA606DK，
2105 为MSK基带接收器CMX469，
2106 为电子指南针HMC5843，
2107 为加速度传感器KXSS5-2057，
2108 为电可擦除存储器93AA66A，
2109 为高频放大器AT-41511，
2110 为射频滤波器，
2111 为射频滤波器，
2112 为中频滤波器SC-21E6AK，
2113 为RS232接口SP3232EEY，
2114 为实时时钟T75A8.00MHz，
22 为电池，
23 为机壳，
24 为机盖，
3 为卫星接收单元，
31 为电路模件，
32 为接口，
33 为壳体。
 
具体实施方式
请参阅图1至图9所示，为本发明具体实施例。
从图1可以看出：本发明的包括有1个信标发射单元1、8个定向接收单元2、9个卫星接收单元3，共3部分构成。其中：信标发射单元1接有1个卫星接收单元3,8个定向接收单元2各接有1个卫星接收单元3。工作时，信标发射单元1设置好工作信道和自身身份识别码（连接好电池12和天线13）按开机键，开始发射定向信标。定向接收单元2（连接好电池22）按开机键，将信道号设置为搜寻的信标发射单元1的信道号。当信标发射单元1发射定向信标后，定向接收单元2接收定向信标，通过比较不同方向接收到的信标信号强度，通过目标显示屏提示信标发射单元1的方向，迅速完成目标搜寻。同时，定向接收单元2可以对接收到的信标进行身份识别，从而保障了搜寻目标的正确性。若信标发射单元1和定向接收单元2均连接有卫星接收单元3，此时信标发射单元1发射的信标不仅含有身份识别信息，而且还含有卫星定位信息，定向接收单元2可以通过接收到的信标位置信息，提示其与信标发射单元1的位置。具体实施时，可以从不同方位设置N个定向接收单元2，同时且独立进行搜寻工作，实现快速准确搜寻同一目标的目的。
从图2可以看出：本发明信标发射通路处理方法步骤如下：
步骤201卫星数据：完成对从卫星接收单元3接收的数据进行电平转换，继而进行数据帧解包提取所需信息，然后将提取的卫星数据信息送至网络层处理；
步骤202身份识别码：完成对从电可擦除存储器中提取身份识别码数据信息，然后将提取的身份识别码数据信息送至网络层处理；
步骤203网络层处理和步骤204纠错与编码：完成卫星数据信息或身份识别码数据信息的组帧，继而进行数据的纠错与编码；
步骤205 MSK调制：完成数据新的MSK基带调制，即将数字信号转化为适合无线信道传输的模拟信号；
步骤206信道控制和步骤207频率合成：完成载波信号的形成与控制，并将经MSK调制后的基带信号调制到载波上。
步骤208信道处理：完成已调载波信号的放大与控制。即自动控制已调载波信号功率，并将此已调载波信号功率控制在技术指标要求的范围内，最后以无线射频信号向外发射；
从图3可以看出：本发明定向接收通路处理方法步骤如下：
步骤301信道处理：完成无线射频信号的接收工作。即将接收的射频信号解调为模拟基带信号，并通过模拟电平指示接收的射频信号强度，然后将模拟基带信号送至MSK解调器进行解调，并将接收的射频信号强度指示信号送至场强数据处理单元；
步骤302 MSK解调：完成将解调后的模拟基带信号经MSK解调为数字基带信号；
步骤303纠错与解码和步骤304网络层处理：完成数字基带信号数据的纠错与编码，继而从解码的数据帧中提取出卫星数据信息和身份识别码数据信息；
步骤305卫星数据：完成对提取的卫星数据信息进行数据帧解包并提取所需信息。然后将提取的卫星数据信息送至目标显示处理；
步骤306身份识别码：完成对身份识别码数据信息的识别判断，然后将判断结果信息送至目标显示处理；
步骤307场强数据：完成对接收的射频信号场强信号进行整形、滤波、A/D采样后，将采样后的数据信息送至目标显示处理；
步骤308电子指南针：完成对接收的射频信号场强数据信息进行方位精度补偿。即通过电子指南针技术获取当前定向接收单元2的地理方位数据，并将此数据补偿射频信号场强数据的参量，形成精度较高的方位数据，然后将补偿后的数据送至目标显示处理；
步骤309目标显示：完成信标发射机单元1的卫星定位显示、场强定向显示即信标发射单元身份识别信息显示。
从图4可以看出：本发明信标发射单元1包括有电路模件11，电池12，天线13，机壳14，机盖15，且电路模件11设置在机壳14内的右边，电池设置在机壳14内的左边，而天线13接口设置在机壳14的顶部中心位置，连同机盖15相结合构成一个整体部分。
从图5可以看出：本发明信标发射单元1的电路模件11为模块化结构，分为控制板111，射频板112，而控制板111又包括1个微处理器1111，1个MSK基带接收器1112，1个压控振荡器1113，1个频率锁相器1114，1个小信号放大器1115，1个加速度传感器1116，1个电可擦除存储器1117，1个RS232接口1118，1个实时时钟1119；而射频板112又包括1个中小信号放大器1121，1个中小信号放大器1122，1个功率检测器1123。其中：微处理器1111分别与频率锁相器1114、加速度传感器1116、电可擦除存储器1117、RS232接口1118、实时时钟1119呈双向连接；微处理器1111依次与MSK基带接收器1112、压控振荡器1113、小信号放大器1115呈单向连接；压控振荡器1113的输出端和输入端分别与频率锁相器1114的输入端和输出端相对应连接；小信号放大器1115依次与小信号放大器1121、中小信号放大器1122呈单向连接；中小信号放大器1122与功率检测器1123及小信号放大器1121呈环形连接。
从图6可以看出：本发明定向接收单元2包括有电路模件21，电池22，机壳23，机盖24，且电路模件21设置在机壳23内的右边，电池设置在机壳23内的左边，连同机盖24相结合构成一个整体部分。
从图7可以看出：本发明定向接收单元2的电路模件21为模块化结构，包括1个微处理器2101，1个内置定向天线2102，1个混频器2103，1个中频接收处理器2104，1个MSK基带接收器2105，1个电子指南针2106，1个加速度传感器2107，1个电可擦除存储器2108，1个高频放大器2109，2个射频滤波器2110和2111，1个中频滤波器2112，1个RS232接口2113，1个实时时钟2114。其中：微处理器2101分别与电子指南针2106、加速度传感器2107、电可擦除存储器2108、RS232接口2113和实时时钟2114呈双向连接；微处理器2102依次相继与射频滤波器2110、高频放大器2109、射频滤波器2111、混频器2103、中频滤波器2112、中频接收处理器2104、MSK基带接收器2105至微处理器2101呈单向连接。
从图8可以看出：本发明卫星接收单元3包括有：1个电路模件31，1个接口32，1个壳体33，且电路模件31设置在壳体33内，接口32设置在壳体33的前端，三者相结合构成一个整体部分。
从图9可以看出：本发明定向接收单元2的电路模件21中，各电路模块均设置在PCB板的正面，而内置定向天线2102设置在PCB板的反面。
值得说明的是：本发明中内置定向天线2102为自制专用件，各单元机壳和机盖为压铸件，其余为通用工业标准件。
以上实施例，仅为说明本发明的技术特征和可实施例，其目的在于使该领域的技术人员能够了解本发明的内容并具体实施。由此，凡根据本发明的构思作出的变换和修饰，均包含在本发明的权利要求范围内，依专利法提出申请。

Claims (5)

1.一种基于场强定向/卫星定位的无线目标识别搜寻方法，包含有信标发射通路处理方法和定向接收通路处理方法，其特征是：
a．所述信标发射通路处理方法，分为2条发射通路，即第1条通路是接收卫星数据发射通路，第2条通路是信标自身身份识别码发射通路，两条通路均分别依次经步骤203网络层处理，步骤204纠错与编码，步骤205 MSK调制，步骤206信道控制，步骤207频率合成，步骤208信道处理，最后以无线射频信号向外发射，具体步骤如下：
步骤201卫星数据：完成对从卫星接收单元3接收的数据进行电平转换，继而进行数据帧解包提取所需信息，然后将提取的卫星数据信息送至网络层处理；
步骤202身份识别码：完成对从电可擦除存储器中提取身份识别码数据信息，然后将提取的身份识别码数据信息送至网络层处理；
步骤203网络层处理和步骤204纠错与编码：完成卫星数据信息或身份识别码数据信息的组帧，继而进行数据的纠错与编码；
步骤205 MSK调制：完成数据新的MSK基带调制，即将数字信号转化为适合无线信道传输的模拟信号；
步骤206信道控制和步骤207频率合成：完成载波信号的形成与控制，并将经MSK调制后的基带信号调制到载波上；
步骤208信道处理：完成已调载波信号的放大与控制，即自动控制已调载波信号功率，并将此已调载波信号功率控制在技术指标要求的范围内，最后以无线射频信号向外发射；
b．所述定向接收通路处理方法，经步骤301信道处理后，分为2条接收通路，即第1条通路是接收射频信号场强处理通路，第2条通路是接收射频信号数据解调通路，且场强处理通路又分为两种方法：一种是直接根据场强信号大小经步骤307场强数据处理，步骤309目标显示搜寻方位；另一种是经步骤307场强数据处理，步骤308电子指南针方位精度补偿，步骤309目标显示搜寻方位，而数据解调通路，首先依次经步骤302 MSK解调，步骤303纠错与编码，步骤304网络层处理后，又分为两种方法，即一种是当处理数据为卫星信号时，则经步骤305卫星数据处理，再经步骤309目标显示搜寻方位；另一种是当处理数据为信标自身身份识别码时，则经步骤306身份识别码处理，再经步骤309目标显示搜寻方位，具体步骤如下：
步骤301信道处理：完成无线射频信号的接收工作，即将接收的射频信号解调为模拟基带信号，并通过模拟电平指示接收的射频信号强度，然后将模拟基带信号送至MSK解调器进行解调，并将接收的射频信号强度指示信号送至场强数据处理单元；
步骤302 MSK解调：完成将解调后的模拟基带信号经MSK解调为数字基带信号；
步骤303纠错与解码和步骤304网络层处理：完成数字基带信号数据的纠错与编码，继而从解码的数据帧中提取出卫星数据信息和身份识别码数据信息；
步骤305卫星数据：完成对提取的卫星数据信息进行数据帧解包并提取所需信息，然后将提取的卫星数据信息送至目标显示处理；
步骤306身份识别码：完成对身份识别码数据信息的识别判断，然后将判断结果信息送至目标显示处理；
步骤307场强数据：完成对接收的射频信号场强信号进行整形、滤波、A/D采样后，将采样后的数据信息送至目标显示处理；
步骤308电子指南针：完成对接收的射频信号场强数据信息进行方位精度补偿，即通过电子指南针技术获取当前定向接收单元2的地理方位数据，并将此数据补偿射频信号场强数据的参量，形成精度较高的方位数据，然后将补偿后的数据送至目标显示处理；
步骤309目标显示：完成信标发射机单元1的卫星定位显示、场强定向显示即信标发射单元身份识别信息显示。
2. 一种基于场强定向/卫星定位的无线目标识别搜寻装置，包括有1个信标发射单元（1）、8个定向接收单元（2）、9个卫星接收单元（3），共3部分构成，且信标发射单元（1）接有1个卫星接收单元（3）,8个定向接收单元（2）各接有1个卫星接收单元（3），其特征是：
a．所述信标发射单元（1）包括有电路模件（11），电池（12），天线（13），机壳（14），机盖（15），且电路模件（11）设置在机壳（14）内的右边，电池设置在机壳（14）内的左边，而天线（13）接口设置在机壳（14）的顶部中心位置，连同机盖（15）相结合构成一个整体部分；
b．所述定向接收单元（2）包括有电路模件（21），电池（22），机壳（23），机盖（24），且电路模件（21）设置在机壳（23）内的右边，电池设置在机壳（23）内的左边，连同机盖（24）相结合构成一个整体部分；
c．所述卫星接收单元（3）包括有：1个电路模件（31），1个接口（32），1个壳体（33），且电路模件（31）设置在壳体（33）内，接口（32）设置在壳体（33）的前端，三者相结合构成一个整体部分。
3. 如权利要求2所述的基于场强定向/卫星定位的无线目标识别搜寻装置，其特征是：
所述信标发射单元（1）的电路模件（11）为模块化结构，分为控制板（111），射频板（112），而控制板（111）又包括1个微处理器（1111），1个MSK基带接收器（1112），1个压控振荡器（1113），1个频率锁相器（1114），1个小信号放大器（1115），1个加速度传感器（1116），1个电可擦除存储器（1117），1个RS232接口（1118），1个实时时钟（1119）；而射频板（112）又包括1个中小信号放大器（1121），1个中小信号放大器（1122），1个功率检测器（1123），其中：微处理器（1111）分别与频率锁相器（1114）、加速度传感器（1116）、电可擦除存储器（1117）、RS232接口（1118）、实时时钟（1119）呈双向连接；微处理器（1111）依次与MSK基带接收器（1112）、压控振荡器（1113）、小信号放大器（1115）呈单向连接；压控振荡器（1113）的输出端和输入端分别与频率锁相器（1114）的输入端和输出端相对应连接；小信号放大器（1115）依次与小信号放大器（1121）、中小信号放大器（1122）呈单向连接；中小信号放大器（1122）与功率检测器（1123）及小信号放大器（1121）呈环形连接。
4.如权利要求2所述的基于场强定向/卫星定位的无线目标识别搜寻装置，其特征是：
所述定向接收单元（2）的电路模件（21）为模块化结构，包括1个微处理器（2101），1个内置定向天线（2102），1个混频器（2103），1个中频接收处理器（2104），1个MSK基带接收器（2105），1个电子指南针（2106），1个加速度传感器（2107），1个电可擦除存储器（2108），1个高频放大器（2109），2个射频滤波器（2110）和（2111），1个中频滤波器（2112），1个RS232接口（2113），1个实时时钟（2114），其中：微处理器（2101）分别与电子指南针（2106）、加速度传感器（2107）、电可擦除存储器（2108）、RS232接口（2113）和实时时钟（2114）呈双向连接；微处理器（2102）依次相继与射频滤波器（2110）、高频放大器（2109）、射频滤波器（2111）、混频器（2103）、中频滤波器（2112）、中频接收处理器（2104）、MSK基带接收器（2105）至微处理器（2101）呈单向连接。
5. 如权利要求2所述的基于场强定向/卫星定位的无线目标识别搜寻装置，其特征是：
所述电路模件（21）中各电路模块均设置在PCB板的正面，而内置定向天线（2102）设置在PCB板的反面。
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