CN109451420A - 一种基于uwb的舰船人员舱内定位及健康管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于UWB技术领域，具体涉及一种基于UWB的舰船人员舱内定位及健康管理系统。该系统包括具有生命体征传感器的定位标签、定位基站、同步控制器和定位服务器；其中，定位标签反复发出脉冲数据包；定位基站接收定位标签发送出来的脉冲数据包，测量每个脉冲数据包到达定位基站天线的精确时间；同步控制器用于完成网络的协调控制，保证各个定位基站的定位时序，并汇集各个定位基站的脉冲数据包发送至定位服务器；定位服务器根据脉冲数据包到达各个定位基站的时间差和多路径算法，确定定位标签的位置及人员的健康状态。本发明能够有效解决由于舱内屏蔽而定位不准确的问题。

Description

一种基于UWB的舰船人员舱内定位及健康管理系统
技术领域
本发明属于UWB(超带宽无载波通信)技术领域，具体涉及一种基于UWB的舰船人员舱内定位及健康管理系统。
背景技术
基于卫星通信的全球定位系统GPS以良好的定位精度解决了军事和民用的很多室外定位的实际问题。但是，对于舱室内空间的定位，由于信号的屏蔽，其定位精度就明显下降，甚至无法工作。船舶由于其工作环境特殊，用常规手段进行人员定位比较困难，所以建立一套有效的船舱室内人员定位系统对提高船员的考勤管理、访客的监控管理和遇险应急救援具有重要意义。
UWB技术出现于1960年代，此前主要作为军事技术在雷达等通信设备中使用。由于UWB系统发射的功率谱密度非常低，使其具有功耗低、系统复杂度低、隐秘性好、截获率低、保密性好等优点，可很好地满足现代通信系统对安全性的要求；且抗多径衰减能力强，具有很强的穿透能力，能提供精确的定位精度，成为现代室内定位系统的“宠儿”。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提出一种基于UWB的舰船人员舱内定位及健康管理系统，以解决由于船舱内信号的屏蔽，所导致的定位精度不准确的问题；以及如何对船员的实时监控状态进行监测，以实现船员的健康管理的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于UWB的舰船人员舱内定位系统，该定位系统包括定位标签、定位基站、同步控制器和定位服务器；其中，定位标签反复发出脉冲数据包；定位基站接收定位标签发送出来的脉冲数据包，测量每个脉冲数据包到达定位基站天线的精确时间；同步控制器用于完成网络的协调控制，保证各个定位基站的定位时序，并汇集各个定位基站的脉冲数据包发送至定位服务器；定位服务器根据脉冲数据包到达各个定位基站的时间差和多路径算法，确定定位标签的位置。
进一步地，定位标签为可穿戴式定位标签。
此外，本发明还提出一种基于UWB的舰船人员舱内定位及健康管理系统，该定位及健康管理系统采用上述舱内定位系统，定位标签具有生命体征传感器。
(三)有益效果
本发明提出的基于UWB的舰船人员舱内定位及健康管理系统，包括具有生命体征传感器的定位标签、定位基站、同步控制器和定位服务器；其中，定位标签反复发出脉冲数据包；定位基站接收定位标签发送出来的脉冲数据包，测量每个脉冲数据包到达定位基站天线的精确时间；同步控制器用于完成网络的协调控制，保证各个定位基站的定位时序，并汇集各个定位基站的脉冲数据包发送至定位服务器；定位服务器根据脉冲数据包到达各个定位基站的时间差和多路径算法，确定定位标签的位置及人员的健康状态。本发明能够有效解决由于舱内屏蔽而定位不准确的问题。
附图说明
图1为本发明实施例的舱内定位系统结构图；
图2为本发明实施例的舱内定位系统工作流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本实施例提出一种基于UWB的舰船人员实时舱内定位及健康管理系统，其结构如图1所示。该定位及健康管理系统包括具有生命体征传感器的定位标签、定位基站、同步控制器和定位服务器。
其中，定位标签与生命体征传感器结合，升级为集监控监测和医疗诊断为一体的可穿戴健康医疗设备，实现对船员多传感器数据融合，对体温传感器、脉搏传感器及血压传感器等多个微型传感器数据的融合解算，可监测船员的体温、心率及血压。
每个UWB实时定位系统的定位标签反复发出脉冲数据包，这个数据包是由一串超宽频脉冲组成的。由于这些标签是不同时发送和每个标签发送的时间极短，持续不断的数据包碰撞概率很小，所以，在同一地区可以处理几百个到几千个定位标签；
UWB实时定位系统的定位基站接收定位标签发送出来的脉冲数据包。定位基站通常部署在定位区域的边缘。三个定位基站或以上可以精确进行二维定位，四个定位基站或以上可以精确进行三维定位。
定位基站使用高度敏感、高速度、短脉冲的监听器来测量每个脉冲数据包到达其天线的精确时间。超宽频脉冲极宽的带宽使得这些定位基站测量脉冲数据包到达的时间可以精确到纳秒级。
同步控制器主要完成网络的协调控制，保证各个定位基站的定位时序，并汇集各定位基站的脉冲数据包发送至定位服务器。
定位服务器根据脉冲数据包到达各个定位基站的时间差和一个多路径算法，精确地确定一个定位标签的位置及人员健康状态。
该舱内定位及健康管理系统的工作流程，如图2所示。
为降低功耗，定位标签工作采用睡眠唤醒方式，即定位之前所有标签休眠，每秒醒来一次。同步控制器发出标签信号通过以太网传递给定位基站的基带模块，并开始呼叫待定位标签。睡眠标签每秒自动唤醒一次，完成握手通信，若无法完成握手通信，则更换定位基站。通信完成后进入到定位过程。
定位过程中，定位标签发出1ns载波4GHz频段的UWB定位窄脉冲，定位基站接收脉冲并通过基带部分的延迟锁相环处理得到到达时间信息，通过以太网送给同步控制器，再上传到定位服务器，计算脉冲到达每三个(或四个)定位基站的到达时间差并进行定位计算，同时提取相应标签的人员健康状态信息。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于UWB的舰船人员舱内定位系统，其特征在于，所述定位系统包括定位标签、定位基站、同步控制器和定位服务器；其中，所述定位标签反复发出脉冲数据包；所述定位基站接收所述定位标签发送出来的脉冲数据包，测量每个脉冲数据包到达所述定位基站天线的精确时间；所述同步控制器用于完成网络的协调控制，保证各个定位基站的定位时序，并汇集各个定位基站的脉冲数据包发送至所述定位服务器；所述定位服务器根据所述脉冲数据包到达各个定位基站的时间差和多路径算法，确定所述定位标签的位置。
2.如权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述定位标签为可穿戴式定位标签。
3.一种基于UWB的舰船人员舱内定位及健康管理系统，其特征在于，所述定位及健康管理系统采用上述任一项权利要求所述的舱内定位系统，所述定位标签具有生命体征传感器。
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