CN107202995A - 一种基于北斗的船舶应急定位与通信系统及其监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于北斗的船舶应急定位与通信系统及其监测方法，该系统包括定位系统，与控制系统之间双向通信连接，用于通过北斗卫星导航系统获取船舶的位置信息；控制系统，与通信系统之间双向通信连接，用于传输通信数据和发送控制指令；示位系统，受控制系统指令控制，用于显示LED灯光和发送寻位信号；通信系统，与救援监控平台系统之间双向通信，用于发送求救信息和位置信息；救援监控平台系统，用于接收通信系统发送的求救信息和位置信息，同时下发控制指令。本发明具有信息安全、通信稳定、性能可靠等特点，应急和救援平台系统化程度高，提高了应急处理和救援效率，有效提升船舶水上安全航行能力、遇险报警能力和应急处置能力。

Description

一种基于北斗的船舶应急定位与通信系统及其监测方法
技术领域
本发明属于应急救援通信领域，具体地讲涉及一种基于北斗的船舶应急定位与通信系统及其监测方法。
背景技术
应急定位与通信系统作为水上人员生命安全的最后一道保障，具有不可替代的作用。目前我国航行船舶使用的示位装置定位主要使用美国的GPS(Global PositioningSystem，全球定位系统)，通信使用COSPAS-SARSAT(全球卫星搜救系统)，信息安全存在隐患；同时现有的船舶应急定位和通信系统功能单一，应急和救援平台系统化程度低，紧急情况下，发挥的定位和求援作用非常有限，导致应急处理和救援效率低下。
发明内容
根据现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于北斗的船舶应急定位与通信系统，具有信息安全、通信稳定、性能可靠等特点，应急和救援平台系统化程度高，提高了应急处理和救援效率，有效提升船舶水上安全航行能力、遇险报警能力和应急处置能力。
本发明采用以下技术方案：
一种基于北斗的船舶应急定位与通信系统，其特征在于，包括如下组成部分：
定位系统，与控制系统之间双向通信连接，用于通过北斗卫星导航系统获取船舶的位置信息；
控制系统，与通信系统之间双向通信连接，用于传输通信数据和发送控制指令；
示位系统，受控制系统指令控制，用于显示LED灯光和发送寻位信号；
通信系统，通过北斗卫星导航系统与救援监控平台系统之间双向通信，用于发送求救信息和位置信息；
救援监控平台系统，用于接收通信系统发送的求救信息和位置信息，实时更新位置信息，同时通过通信系统下发控制指令，监测各系统工作状态。
优选的，所述定位系统包括GPS/BDS双模天线模块，所述GPS/BDS双模天线模块通过低噪声放大器模块和RNSS基带模块与所述控制系统连接；所述GPS/BDS双模天线模块用于接收北斗卫星导航系统发射的定位信号；所述低噪声放大器模块用于放大定位信号，提升定位精度；所述RNSS基带模块用于定位信号数据的协议解析，输出标准格式的位置数据信息至控制系统。
进一步优选的，所述控制系统包括如下组成部分：
处理器模块，用于控制定位系统、示位系统和通信系统工作，并进行北斗定位、通信信息的协议解析和数据分发；
数据存储模块，用于存储由处理器模块接收的位置信息数据和发送的求救信息数据；
电源管理模块Ⅰ，用于为处理器模块、存储器模块、定位系统和示位系统供电，可手动开启或者遇水开启。
进一步优选的，所述示位系统包括如下组成部分：
LED环照灯，受控制系统中的处理器模块指令控制，用于遇险应急状态下灯光告警指示，产生的灯光颜色为白光，有效光强不小于0.5cd；
状态指示灯，受控制系统中的处理器模块指令控制，对接收信号、发射信号、自检信息状态进行指示，包括121.5MHz信号指示灯、通信指示灯、卫星状态指示灯；
寻位信号发射模块，包括121.5MHz晶振、混频器和放大器,121.5MHz晶振提供的基准频率与受控制系统指令控制生成的寻位信息经混频器变换后产生寻位信号，寻位信号经放大器放大后生成121.5MHz频率的寻位信号；
寻位信号发射天线，用于发射由寻位信号发射模块产生的121.5MHz频率的寻位信号。
进一步优选的，所述通信系统包括如下组成部分：
接收天线，用于接收2491.75MHz频率的北斗一代数据信号；
北斗一代接收电路，用于将北斗接收天线接收到的北斗一代数据信号放大后传送至北斗射频通道，采用低噪放三级放大电路，接收灵敏度为-127.6dBm；
射频通道，用于接收北斗一代接收电路传送的北斗一代数据信号，经过频率转换和协议解析，直接输出北斗标注格式的数据信息到控制系统中的处理器模块；同时用于产生需发射的北斗短报文数据信号，发送至北斗10W功率放大电路；
10W功率放大电路，用于将北斗射频通道产生的北斗短报文数据信号功率放大至10W后发送至北斗发射天线；
发射天线，用于发射1615.68MHz频率的北斗一代数据信号；
电源管理模块Ⅱ，用于为北斗一代接收电路、北斗射频通道、北斗10W功率放大电路供电，可手动开启或者遇水开启。
进一步优选的，所述定位系统、控制系统、示位系统、通信系统可集成于基于北斗卫星的船载无线电示位终端上。
进一步优选的，所述处理器模块采用STM32F103ARM芯片；所述北斗射频通道采用BG7812芯片。
相应地，本发明还提供了一种采用前述基于北斗卫星的船舶应急定位与通信系统的监测方法,包括如下步骤：
S1，船舶处于正常航行状态时，该系统处于静默状态，不开启工作；
S2，当船舶遇险，判断是否沉没；
S3，未沉没，船员可手动开启该系统，置于水中，系统供电开始工作；沉没时，该系统电源遇水自动开启，系统供电开始工作；
S4，控制系统受电源管理模块Ⅰ供电开启工作，发送指令控制定位系统、示位系统和通信系统工作；
S5，定位系统开启工作，通过北斗卫星导航系统获取遇险船舶位置信息，通过控制系统传送至通信系统，通信系统通过北斗卫星导航系统将求救信息和船舶位置信息发送至救援监控平台系统；
S6，与步骤S5同时，示位系统开启工作，LED环照灯闪烁、状态指示灯指示工作状态、寻位信号发射模块产生121.5MHz寻位信号并经发射天线发射；
S7，救援监控平台系统收到求救信号和位置信息，警报响起，通知相关的救援机构组织救援，实时更新遇险船舶位置信息，同时接收救援队伍反馈的救援进度信息；
S8，与步骤S7同时，救援人员根据LED环照灯闪烁的灯光、寻位信号和位置信息，寻找遇险船舶，同时反馈救援进度至救援监控平台系统；
S9，救援监控平台系统判断救援工作是否结束；
S10，救援监控平台系统若收到救援仍未结束的指令，则重复步骤S7与S8；若收到救援结束指令，则消除警报，该系统应急定位与通信工作结束。
本发明的优点和有益效果在于：
1)本发明的应急定位与通信系统通过定位系统、控制系统、示位系统、通信系统以及救援监控平台系统的组合配合，可以在船舶遇险沉没时，自动工作并发送求救信息和船舶位置信息，同时发送121.5MHz寻位信号和闪烁LED灯光引导救援组织，有效减少救援时间，提高救援效率，保障船上人员生命安全，提升了船舶水上安全航行能力、遇险报警能力和应急处置能力。
2)本发明的应急定位与通信系统可手动开启也可自动开启，紧急情况下能够提前手动开启系统，为救援工作赢得时间；同时也能被动的自启系统，引导救援工作。
3)本发明的应急定位与通信系统基于北斗卫星，通过北斗短报文双向通信发送船舶求救信息和位置信息，确保信息可以成功发送和接收，具有即时性强、通信成功率高、工作稳定性好等优势。
4)本发明的应急定位与通信系统的处理器模块采用STM32F103ARM芯片，射频通道采用BG7812芯片；上述多个特定型号的器件配合，实现本发明装置的最佳效果。
5)本发明提供的采用基于北斗卫星的船舶应急定位与通信系统进行示位的方法，对船舶遇险时发出的求救信息和位置信息到现场救援情况的全过程进行跟踪，完成了事故预警、现场救援、救援进展、处置结果的一系列动作，提升了船舶水上安全航行能力、遇险报警能力和应急处置能力。
附图说明
图1为本发明的应急定位与通信系统的结构示意图。
图2为本发明的定位系统的结构示意图。
图3为本发明的控制系统的结构示意图。
图4为本发明的示位系统的结构示意图。
图5为本发明示位系统中的寻位信号发射模块结构示意图。
图6为本发明的通信系统的结构示意图。
图7为本发明的示位方法的工作流程图。
附图标记：
10-定位系统，11-GPS/BDS双模天线模块，12-低噪声放大器模块，13-RNSS基带模块，20-控制系统，21-处理器模块，22-数据存储模块，23-电源管理模块Ⅰ，30-示位系统，31-LED环照灯，32-状态指示灯，33-寻位信号发射模块，34-寻位信号发射天线，40-通信系统，41-接收天线，42-北斗一代接收电路，43-射频通道，44-10W功率放大电路，45-发射天线，46-电源管理模块Ⅱ，50-救援监控平台系统。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种基于北斗的船舶应急定位与通信系统，包括如下组成部分：定位系统10，与控制系统20之间双向通信连接，兼容BDS(北斗卫星导航系统)和GPS(全球定位系统)，支持BDS/GPS双模定位，可以实时获取船舶的位置信息，在船舶遇险时，将船舶的位置信息通过控制系统20、通信系统40传送至救援监控平台系统50；
控制系统20，与通信系统40之间双向通信连接，用于传输通信数据和发送控制指令；
示位系统30，受控制系统20指令控制，用于显示LED灯光和发送寻位信号；
通信系统40，使用北斗卫星导航系统作为通信链路，通过北斗一代短报文通信与救援监控平台系统50之间双向通信，用于发送求救信息和位置信息；
救援监控平台系统50，用于接收通信系统40发送的求救信息和位置信息，通知救援组织前往船舶遇险地点进行救援，实时更新位置信息，同时通过通信系统40下发控制指令，监测各系统工作状态。
如图2所示，所述定位系统10包括GPS/BDS双模天线模块11，所述GPS/BDS双模天线模块11通过低噪声放大器模块12和RNSS基带模块13与所述控制系统20连接；所述GPS/BDS双模天线模块11用于接收北斗卫星导航系统发射的定位信号；所述低噪声放大器模块12采用两级放大的形式，可以有效放大定位信号，提升定位精度；所述RNSS基带模块13用于定位信号数据的协议解析，输出标准格式的位置数据信息至控制系统20。
如图3所示，所述控制系统20包括如下组成部分：处理器模块21，采用STM32F103低功耗ARM芯片，用于控制定位系统10、示位系统30和通信系统40工作，并进行北斗定位、通信信息的协议解析和数据分发；
数据存储模块22，用于存储控制系统20接收的北斗定位信息和发送的求救信息和遇险船舶位置信息；
电源管理模块Ⅰ23，用于为处理器模块21、存储器模块22、低噪声放大器模块12、RNSS基带模块13、LED环照灯31、状态指示灯32、121.5MHz寻位信号发射模块33供电，可手动开启或者遇水开启。
如图4所示，所述示位系统30包括如下组成部分：LED环照灯31，受控制系统20指令控制，用于遇险应急状态下灯光告警指示，产生的灯光颜色为白光，有效光强不小于0.5cd；
状态指示灯32，受控制系统20指令控制，对接收信号、发射信号、自检信息等状态进行指示，包括121.5MHz信号指示灯、通信指示灯、卫星状态指示灯；
如图5所示，寻位信号发射模块33，包括121.5MHz晶振、混频器和放大器,121.5MHz晶振提供的基准频率与受控制系统20指令控制生成的寻位信息经混频器变换后产生寻位信号，寻位信号经放大器放大后生成121.5MHz频率的寻位信号；
寻位信号发射天线34，用于发射寻位信号发射模块33产生的121.5MHz频率的寻位信号。
如图6所示，所述通信系统40包括如下组成部分：接收天线41，用于接收2491.75MHz频率的北斗一代数据信号；
北斗一代接收电路42，使用BG7812芯片作为射频通道芯片，用于将接收天线41接收到的北斗一代数据信号放大后传送至北斗射频通道43，采用低噪放三级放大电路，接收灵敏度为-127.6dBm；
射频通道43，用于接收北斗一代接收电路42传送的北斗一代数据信号，经过频率转换和协议解析，直接输出北斗标注格式的数据信息到控制系统20；同时用于产生需发射的北斗短报文数据信号，发送至10W功率放大电路44；
10W功率放大电路44，用于将射频通道43产生的北斗短报文数据信号功率放大至10W后发送至发射天线45；
发射天线45，用于发射1615.68MHz频率的北斗一代数据信号；
电源管理模块Ⅱ46，用于为北斗一代接收电路42、射频通道43、10W功率放大电路44供电，可手动开启或者遇水开启。
本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
本发明的应急定位与通信系统可手动开启也可自动开启，紧急情况下能够提前手动开启系统，同时也能被动的自启系统，引导救援工作；同时本发明的示位方法，对船舶遇险时发出的求救信息和位置信息到现场救援情况的全过程进行跟踪，完成了事故预警、现场救援、救援进展、处置结果的一系列动作。如图7所示，下面结合具体工作过程和附图，对本发明的系统和监测方法的步骤进行详细说明：
S1，船舶处于正常航行状态时，该系统处于静默状态，不开启工作；
S2，当船舶遇险，判断是否沉没；
S3，未沉没，船员可手动开启该系统，置于水中，系统供电开始工作；沉没时，该系统电源遇水自动开启，系统供电开始工作；
S4，控制系统20受电源管理模块Ⅰ23供电开启工作，发送指令控制定位系统10、示位系统30和通信系统40工作；
S5，定位系统10开启工作，通过北斗卫星导航系统获取遇险船舶位置信息，通过控制系统20传送至通信系统40，通信系统40通过北斗卫星导航系统将求救信息和船舶位置信息发送至救援监控平台系统50；
S6，与步骤S5同时，示位系统30开启工作，LED环照灯31闪烁、状态指示灯32指示工作状态、寻位信号发射模块33产生121.5MHz寻位信号并经寻位信号发射天线34发射；
S7，救援监控平台系统50收到求救信号和位置信息，警报响起，通知相关的救援机构组织救援，实时更新遇险船舶位置信息，同时接收救援队伍反馈的救援进度信息；
S8，与步骤S7同时，救援人员根据LED环照灯31闪烁的灯光、寻位信号和位置信息，寻找遇险船舶，同时反馈救援进度至救援监控平台系统50；
S9，救援监控平台系统50判断救援工作是否结束；
S10，救援监控平台系统50若收到救援仍未结束的指令，则重复步骤S7与S8；若收到救援结束指令，则消除警报，该系统应急定位与通信工作结束。
综上所述，本发明提供了一种基于北斗的船舶应急定位与通信系统及其监测方法，通过定位系统10、控制系统20、示位系统30、通信系统40以及救援监控平台系统50的组合配合，可以在船舶遇险沉没时，自动工作并发送求救信息和船舶位置信息，发送121.5MHz寻位信号和闪烁LED灯光引导救援组织，同时对船舶遇险时发出的求救信息和位置信息到现场救援情况的全过程进行跟踪，完成了事故预警、现场救援、救援进展、处置结果的一系列动作。有效减少救援时间，提高救援效率，保障船上人员生命安全，提升了船舶水上安全航行能力、遇险报警能力和应急处置能力。

Claims (8)

1.一种基于北斗的船舶应急定位与通信系统，其特征在于，包括如下组成部分：
定位系统(10)，与控制系统(20)之间双向通信连接，用于通过北斗卫星导航系统获取船舶的位置信息；
控制系统(20)，与通信系统(40)之间双向通信连接，用于传输通信数据和发送控制指令；
示位系统(30)，受控制系统(20)指令控制，用于显示LED灯光和发送寻位信号；
通信系统(40)，通过北斗卫星导航系统与救援监控平台系统(50)之间双向通信，用于发送求救信息和位置信息；
救援监控平台系统(50)，用于接收通信系统(40)发送的求救信息和位置信息，实时更新位置信息，同时通过通信系统(40)下发控制指令，监测各系统工作状态。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗的船舶应急定位与通信系统，其特征在于：所述定位系统(10)包括GPS/BDS双模天线模块(11)，所述GPS/BDS双模天线模块(11)通过低噪声放大器模块(12)和RNSS基带模块(13)与所述控制系统(20)连接；所述GPS/BDS双模天线模块(11)用于接收北斗卫星导航系统发射的定位信号；所述低噪声放大器模块(12)用于放大定位信号，提升定位精度；所述RNSS基带模块(13)用于定位信号数据的协议解析，输出标准格式的位置信息数据至控制系统(20)。
3.根据权利要求2所述的一种基于北斗的船舶应急定位与通信系统，其特征在于，所述控制系统(20)包括如下组成部分：
处理器模块(21)，用于控制定位系统(10)、示位系统(30)和通信系统(40)工作，并进行北斗定位、通信信息的协议解析和数据分发；
数据存储模块(22)，用于存储由处理器模块(21)接收的位置信息数据和发送的求救信息数据；
电源管理模块Ⅰ(23)，用于为处理器模块(21)、存储器模块(22)、定位系统(10)和示位系统(30)供电，可手动开启或者遇水开启。
4.根据权利要求3所述的一种基于北斗的船舶应急定位与通信系统，其特征在于，所述示位系统(30)包括如下组成部分：
LED环照灯(31)，受控制系统(20)中的处理器模块(21)指令控制，用于遇险应急状态下灯光告警指示，产生的灯光颜色为白光，有效光强不小于0.5cd；
状态指示灯(32)，受控制系统(20)中的处理器模块(21)指令控制，对接收信号、发射信号、自检信息状态进行指示，包括121.5MHz信号指示灯、通信指示灯、卫星状态指示灯；
寻位信号发射模块(33)，包括121.5MHz晶振、混频器和放大器,121.5MHz晶振提供的基准频率与受控制系统(20)指令控制生成的寻位信息经混频器变换后产生寻位信号，寻位信号经放大器放大后生成121.5MHz频率的寻位信号；
寻位信号发射天线(34)，用于发射由寻位信号发射模块(33)产生的121.5MHz频率的寻位信号。
5.根据权利要求4所述的一种基于北斗的船舶应急定位与通信系统，其特征在于，所述通信系统(40)包括如下组成部分：
接收天线(41)，用于接收2491.75MHz频率的北斗一代数据信号；
北斗一代接收电路(42)，用于将北斗接收天线(41)接收到的北斗一代数据信号放大后传送至北斗射频通道(43)，采用低噪放三级放大电路，接收灵敏度为-127.6dBm；
射频通道(43)，用于接收北斗一代接收电路(42)传送的北斗一代数据信号，经过频率转换和协议解析，直接输出北斗标注格式的数据信息到控制系统(20)中的处理器模块(21)；同时用于产生需发射的北斗短报文数据信号，发送至北斗10W功率放大电路(44)；
10W功率放大电路(44)，用于将北斗射频通道(43)产生的北斗短报文数据信号功率放大至10W后发送至北斗发射天线(45)；
发射天线(45)，用于发射1615.68MHz频率的北斗一代数据信号；
电源管理模块Ⅱ(46)，用于为北斗一代接收电路(42)、北斗射频通道(43)、北斗10W功率放大电路(44)供电，可手动开启或者遇水开启。
6.根据权利要求1所述的一种基于北斗的船舶应急定位与通信系统，其特征在于：所述定位系统(10)、控制系统(20)、示位系统(30)、通信系统(40)可集成于基于北斗卫星的船载无线电示位终端上。
7.根据权利要求5所述的一种基于北斗的船舶应急定位与通信系统，其特征在于：所述处理器模块(21)采用STM32F103ARM芯片；所述北斗射频通道(43)采用BG7812芯片。
8.一种根据权利要求5所述的基于北斗卫星的船舶应急定位与通信系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，船舶处于正常航行状态时，该系统处于静默状态，不开启工作；
S2，当船舶遇险，判断是否沉没；
S3，未沉没，船员可手动开启该系统，置于水中，系统供电开始工作；沉没时，该系统电源遇水自动开启，系统供电开始工作；
S4，控制系统(20)受电源管理模块Ⅰ(23)供电开启工作，发送指令控制定位系统(10)、示位系统(30)和通信系统(40)工作；
S5，定位系统(10)开启工作，通过北斗卫星导航系统获取遇险船舶位置信息，通过控制系统(20)传送至通信系统(40)，通信系统(40)通过北斗卫星导航系统将求救信息和船舶位置信息发送至救援监控平台系统(50)；
S6，与步骤S5同时，示位系统(30)开启工作，LED环照灯(31)闪烁、状态指示灯(32)指示工作状态、寻位信号发射模块(33)产生121.5MHz寻位信号并经发射天线(34)发射；
S7，救援监控平台系统(50)收到求救信号和位置信息，警报响起，通知相关的救援机构组织救援，实时更新遇险船舶位置信息，同时接收救援队伍反馈的救援进度信息；
S8，与步骤S7同时，救援人员根据LED环照灯(31)闪烁的灯光、寻位信号和位置信息，寻找遇险船舶，同时反馈救援进度至救援监控平台系统(50)；
S9，救援监控平台系统(50)判断救援工作是否结束；
S10，救援监控平台系统(50)若收到救援仍未结束的指令，则重复步骤S7与S8；若收到救援结束指令，则消除警报，该系统应急定位与通信工作结束。
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