CN110730417B - 一种枪支定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种枪支定位系统，包括枪支、活动室及PC机，所述枪支内设置有定位标签，所述定位标签包括UWB定位模块，所述活动室内设置有若干定位基站，若干所述定位基站上设置有若干传感器，若干所述传感器用于获取所述定位标签发射的UWB信息并传输至PC机，所述UWB定位模块用于室内定位；所述定位标签还包括运营商卡模块和卫星定位模块用于室外定位，所述卫星定位模块通过所述运营商卡模块与所述PC机实现信息交互。室内通过极窄脉冲来传输数据而不是通过传统的载波来传输数据，其数据传输速度极高，系统复杂性低、抗多径衰落能力强，室外再采用卫星定位实现室内和室外无缝衔接。

Description

一种枪支定位系统
技术领域
本发明涉及枪支管理领域，具体涉及一种枪支定位系统。
背景技术
目前在军警行业对枪支物品的管理，还处于纸质化时代，所有枪支物品在领用时只是做信息记录登记，使用过程中没有进行实时监测；如在岗亭携带枪支执勤时，管理中心无法判断人员枪支在岗、离岗状态，当非法离开活动区域时，更是无法对其进行监控，现有技术的室内定位系统大多采用wifi和红Zigbee，但是WiFi技术由于其能耗较大，且容易受到信号的干扰，信号覆盖的范围也仅局限于90m以内的空间，Zigbee技术尽管具有低功耗、低成本、通信效率高等优点，但是其定位结果不稳定，系统可靠性不强。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种枪支定位系统，系统结构简单，抗干扰能力强，室内和室外无缝衔接。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种枪支定位系统，包括枪支、活动室及PC机，所述枪支内设置有定位标签，所述定位标签包括UWB定位模块，所述活动室内设置有若干定位基站，若干所述定位基站上设置有若干传感器，若干所述传感器用于获取所述定位标签发射的UWB信息并传输至PC机，所述UWB定位模块用于室内定位；
所述定位标签还包括运营商卡模块和卫星定位模块用于室外定位，所述卫星定位模块通过所述运营商卡模块与所述PC机实现信息交互。
通过上述技术手段，在室内时定位标签按照一定频率发射脉冲信号不断的和若干所述定位基站进行测距，若干基站通过无线网络将位置参数信息传输至PC机，PC机根据收到的位置信息利用精确的算法分析处理位置信息以及向定位标签发出指令；当枪支被移动到室外时再启用卫星定位模块通过运营商模块将位置信息发送到PC机进行信息交互，室内通过极窄脉冲来传输数据而不是通过传统的载波来传输数据，其数据传输速度极高，系统复杂性低、抗多径衰落能力强，室外再采用卫星定位实现室内和室外无缝衔接。
优选的，若干所述定位基站包括一个主基站和若干从基站，所述从基站用于接收UWB信息，所述主机站除了接收UWB信息外还向若干所述从基站发送同步信号。
通过上述技术手段，使各个定位基站获得统一的时钟，以便获得标签发射的信号到达不同基站的时间差。
优选的，所述定位应用模块通过TDOA定位算法解算出标签的位置信息。
通过上述技术手段，利用改进的TDOA算法解算出标签的实时位置及运动轨迹，可精准快速地进行同步，大幅度提高系统的容量、稳定性和实时性。
优选的，所述定位基站的个数至少为4个，所述定位基站的设置位置在所述活动室内形成三维坐标系。
通过上述技术手段，可同时对枪支进行一维、二位和三维位置检测，方便进行功能扩展，以及提高检测精度。
优选的，所述定位标签内还设置有报警模块，所述报警模块采用声光电报警；若干所述定位基站采用超宽带TOF测距技术构成的电子围栏，当所述定位标签超出所述电子围栏的范围时，所述声光电报警模块发出报警信号。
通过上述技术手段，设立电子围栏，当枪支活动超过电子围栏的允许范围时，发出报警信号提醒工作人员方便对枪支进行管理。
优选的，若干所述定位基站内还设置有微处理器，所述微处理器用于控制定位基站发射信息，所述微处理器为AT89C52。
通过上述技术手段，使用AT89C52单片机作为微处理器，低功耗，功能强大，可扩展性强。
优选的，所述AT89C52的输出端连接有第一PTR2000；所述PC机通过MAX202连接有第二PTR2000。
通过上述技术手段，采用PTR2000作为无线传输模块的接收和发送，外围元件少，工作频率稳定，抗干扰能力强。
优选的，所述定位标签内还可拆卸设置有锂电池。
通过上述技术手段，设置可拆卸锂电池，体积小，容量大，可充放电次数多，节省维护成本。
优选的，所述枪支还包括安装槽，所述安装槽内设置有磁体；所述定位标签底部设置有NPN型常闭接近开关，所述NPN型常闭接近开关的蓝线接地，所述NPN型常闭接近开关的黑线和棕线之间连接有蜂鸣器。
通过上述技术手段，当拆除所述定位标签时，磁体和所述NPN型常闭接近开关断开触发蜂鸣器发出警报通知警务人员，使枪支监督管理更到位。
本发明的有益效果是：
1. 本发明的一种枪支定位系统，包括枪支、活动室及PC机，枪支内设置有定位标签，定位标签包括UWB定位模块，活动室内设置有若干定位基站，若干定位基站上设置有若干传感器，若干传感器用于获取定位标签发射的UWB信息并传输至PC机，UWB定位模块用于室内定位；定位标签还包括运营商卡模块和卫星定位模块用于室外定位，卫星定位模块通过运营商卡模块与PC机实现信息交互，室内通过极窄脉冲来传输数据而不是通过传统的载波来传输数据，其数据传输速度极高，系统复杂性低、抗多径衰落能力强，室外再采用卫星定位实现室内和室外无缝衔接；
2. 本发明的若干定位基站的个数至少为4个，形成三维坐标系，其中Z轴方向上至少设置1个，可同时对枪支进行一维、二维和三维位置检测，方便进行功能扩展，以及提高检测精度。
附图说明
图1为本发明的定位标签和PC机通信的工作原理图；
图2为本发明的定位标签无线传输模块的电路配置图；
图3为本发明PC机的无线传输模块的电路配置图；
图4为本发明一个实施例的若干从基站安装示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下。
实施例1
如图1所示，一种枪支定位系统，包括枪支、活动室及PC机，枪支内设置有定位标签，定位标签包括UWB定位模块，活动室内设置有若干定位基站，若干定位基站上设置有若干传感器，若干传感器用于获取定位标签发射的UWB信息并传输至PC机，UWB定位模块用于室内定位；定位标签还包括运营商卡模块和卫星定位模块用于室外定位，卫星定位模块通过运营商卡模块与PC机实现信息交互。
在室内时定位标签按照一定频率发射脉冲信号不断的和若干定位基站进行测距，若干基站通过无线网络将位置参数信息传输至PC机，PC机根据收到的位置信息利用精确的算法分析处理位置信息以及向定位标签发出指令；当枪支被移动到室外时再启用卫星定位模块通过运营商模块将位置信息发送到PC机进行信息交互，室内通过极窄脉冲来传输数据而不是通过传统的载波来传输数据，其数据传输速度极高，系统复杂性低、抗多径衰落能力强，室外再采用卫星定位实现室内和室外无缝衔接。
若干定位基站包括一个主基站和若干从基站，从基站用于接收节点信息，主机站除了接收节点信息外还向若干从基站发送同步信号。使各个定位基站获得统一的时钟，以便获得标签发射的信号到达不同基站的时间差。定位应用模块通过TDOA定位算法解算出标签的位置信息。利用改进的TDOA算法解算出标签的实时位置及运动轨迹，可精准快速地进行同步，大幅度提高系统的容量、稳定性和实时性。定位基站的个数至少为4个，定位基站的设置位置在所述活动室内形成三维坐标系。可同时对枪支进行一维、二位和三维位置检测，方便进行功能扩展，以及提高检测精度。
下面，若干个基站在室内对定位标签的定位方法包括以下步骤：
S1：以活动室内的地板为水平面，在地板的四个侧壁上安装若干个第一批从基站，每一面墙壁上的从基站间隔距离相等，形成平面坐标系，执行S2；
S2：在四个侧壁上离地板一段高度的位置安装上若干个第二批从基站和第三批从基站，第一批从基站、第二批从基站和第三批从基站呈阵列分布，执行S3；
S3：当标签出现在一个区域时，根据若干从基站接收到的UWB信号强度，定义信号强度为
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，PC机设置的最小信号强度阈值为a，将信号强度
Figure DEST_PATH_IMAGE004
与最小信号强度阈值a进行一一对比，若
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，则执行S5，若
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，执行S4；
S4：排除该基站；
S5：统计
Figure DEST_PATH_IMAGE010
的从基站的个数，定义为j个，执行S6；
S6：将统计出的j个从基站分别与定位标签进行测距，定义定位标签
Figure DEST_PATH_IMAGE012
的坐标为
Figure DEST_PATH_IMAGE014
，统计出j个从基站的三维坐标为
Figure DEST_PATH_IMAGE016
，分别计算定位标签与j个从基站的距离，距离计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE018
，再计算j个距离的算数平均值，设距离的算数平均值为
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE022
，若
Figure DEST_PATH_IMAGE024
，则执行S4，若
Figure DEST_PATH_IMAGE026
，则执S7
S7：定义筛选的第二批的从基站个数为k，若k>3时，再执行S5，直到筛选的从基站个数k=3，执行S8；
S8：利用这3个择优选择出的从基站与主机站和PC机进行数据交换，利用TDOA算法解析出定位标签的位置。
定位标签内还设置有报警模块，报警模块采用声光电报警；若干定位基站采用超宽带TOF测距技术构成的电子围栏，当定位标签超出电子围栏的范围时，声光电报警模块发出报警信号。设立电子围栏，当枪支活动超过电子围栏的允许范围时，发出报警信号提醒工作人员方便对枪支进行管理。定位标签内还可拆卸设置有锂电池。设置锂电池，体积小，容量大，可充放电次数多，节省维护成本。枪支还包括安装槽，安装槽内设置有磁体；定位标签底部设置有NPN型常闭接近开关，NPN型常闭接近开关的蓝线接地，NPN型常闭接近开关的黑线和棕线之间连接有蜂鸣器。当拆除所述定位标签时，磁体和NPN型常闭接近开关断开触发蜂鸣器发出警报通知警务人员，使枪支监督管理更到位。
若干定位基站内还设置有微处理器，微处理器用于控制定位基站发射信息，信息包括活动标签的位置参数信息，微处理器为AT89C52。使用AT89C52单片机作为微处理器，低功耗，功能强大，可扩展性强。
AT89C52的输出端连接有第一PTR2000；PC机通过MAX2000连接有第二PTR2000。
如图2所示，AT89C52的输出端连接有第一PTR2000，AT89C52的TXD引脚与第一PTR2000的NI脚相连，AT89C52的TXD引脚与第一PTR2000的DO引脚相连，AT89C52的TXEN引脚与第一PTR2000的TXED引脚相连；如图3所示，第二PTR2000的NI脚与MAX202的T2IN脚相连，第二PTR2000的NO脚与MAX202的T1IN脚相连，第二PTR2000的TXED引脚与MAX202的TXED脚相连，MAX202再通过串口T1OUT、R1IN和R2IN与PC机相应串口连接。采用PTR2000作为无线传输模块的接收和发送，外围元件少，工作频率稳定，抗干扰能力强。
本发明的实施原理，当警务人员在活动室内活动时，枪支上的定位标签按照一定频率发射脉冲信号不断的和若干定位基站进行测距，基站将位置参数信息通过无线传输的方式上传至PC机，PC机通过TDOA定位算法解算出标签的位置，并画图该枪支的活动轨迹图，当枪支超出电子围栏的区域时，PC机根据解析出的位置信息向定位标签发出警示指令，警示指令控制报警模块发出报警信号，另外当警务人员离开活动室到室外时，立即启动卫星定位模块对该枪支的位置进行实时监控，做到室内和室外一体化，实现无缝衔接。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (1)

1.一种枪支定位系统，包括枪支、活动室及PC机，其特征在于，所述枪支内设置有定位标签，所述定位标签包括UWB定位模块，所述活动室内设置有若干定位基站，若干所述定位基站上设置有若干传感器，若干所述传感器用于获取所述定位标签发射的UWB信息并传输至PC机，所述UWB定位模块用于室内定位；
所述定位标签还包括运营商卡模块和卫星定位模块用于室外定位，所述卫星定位模块通过所述运营商卡模块与所述PC机实现信息交互；
若干所述定位基站包括一个主基站和若干从基站，所述从基站用于接收UWB信息，所述主基 站除了接收UWB信息外还向若干所述从基站发送同步信号；
所述PC机通过TDOA定位算法解算出标签的位置信息；
所述定位基站的个数至少为4个，若干所述定位基站在所述活动室内形成三维坐标系；
所述定位标签内还设置有报警模块，所述报警模块采用声光电报警；若干所述定位基站采用超宽带TOF测距技术构成的电子围栏，当所述定位标签超出所述电子围栏的范围时，所述报警模块发出报警信号；
若干所述定位基站内还设置有微处理器，所述微处理器用于控制定位基站发射信息，所述微处理器为AT89C52；
所述AT89C52的输出端连接有第一PTR2000；所述PC机通过MAX202连接有第二PTR2000；
所述定位标签内还可拆卸设置有锂电池；
所述枪支还包括安装槽，所述安装槽内设置有磁体；所述定位标签底部设置有NPN型常闭接近开关，所述NPN型常闭接近开关的蓝线接地，所述NPN型常闭接近开关的黑线和棕线之间连接有蜂鸣器；
其中，若干个基站在室内对定位标签的定位方法包括以下步骤：
S1：以活动室内的地板为水平面，在地板的四个侧壁上安装若干个第一批从基站，每一面墙壁上的从基站间隔距离相等，形成平面坐标系，执行S2；
S2：在四个侧壁上离地板一段高度的位置安装上若干个第二批从基站和第三批从基站，第一批从基站、第二批从基站和第三批从基站呈阵列分布，执行S3；
S3：当标签出现在一个区域时，根据若干从基站接收到的UWB信号强度，定义信号强度为
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，PC机设置的最小信号强度阈值为a，将信号强度
Figure 856320DEST_PATH_IMAGE002
与最小信号强度阈值a进行一一对比，若
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，则执行S5，若
Figure 366935DEST_PATH_IMAGE004
，执行S4；
S4：排除该基站；
S5：统计
Figure DEST_PATH_IMAGE005
的从基站的个数，定义为j个，执行S6；
S6：将统计出的j个从基站分别与定位标签进行测距，定义定位标签
Figure 523504DEST_PATH_IMAGE006
的坐标为
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，统计出j个从基站的三维坐标为
Figure 59658DEST_PATH_IMAGE008
，分别计算定位标签与j个从基站的距离，距离计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，再计算j个距离的算数平均值，设距离的算数平均值为
Figure 779090DEST_PATH_IMAGE010
，计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，若
Figure 211340DEST_PATH_IMAGE012
，则执行S4，若
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，则执S7；
S7：定义经过S6筛选的从基站个数为k，若k>3时，再执行S5，直到筛选的从基站个数k=3，执行S8；
S8：利用这3个择优选择出的从基站与主基站和PC机进行数据交换，利用TDOA算法解析出定位标签的位置。
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