CN112284397A - 基于微波技术的室内定位搜救系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于微波技术的室内定位搜救系统及方法，包括微波天线模块(1)、环形器(2)、射频收发模块(3)、信号处理器(4)、红外测温模块(5)、定位模块(6)，所述微波天线模块(1)与所述环形器(2)连接，所述环形器(2)与所述射频收发模块(3)连接，所述射频收发模块(3)与所述信号处理器(4)连接，所述信号处理器(4)上连接有红外测温模块(5)和定位模块(6)。有益效果：射频技术成本低，辐射面积距离广。无需在光照条件下即可进行搜寻。搜索精度高，可适用于不同目标的搜救工作。
Description
技术领域
本发明涉及微波搜索定位技术领域，具体的说是一种基于微波技术的室内定位搜救系统及方法。
背景技术
对于可视条件不好，同时环境条件又不熟悉的陌生环境如下如何快速有效的搜寻到相关人员，对于搜救工作有着极大的应用需求。
目前室内定位技术主要包括UWB定位技术、超声波定位技术、红外定位技术、蓝牙定位技术、WIFI定位技术以及基于人脸识别的视频定位技术等，上述定位技术均有一定的应用场景，但均存在一定的弊端，如UWB定位技术需要设置较多的发射终端，超声波定位技术以及红外定位技术容易受周围环境影响，蓝牙及WIFI定位技术需要预先设置发射终端，而基于人脸识别技术的定位视频定位需要一定的光照条件等。无法应用于完全陌生环境，定位搜救技术均需要一定的预设条件；不适用于特殊条件下应急搜救；室内需要布置大量的定位中间件，成本高。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种基于微波技术的室内定位搜救系统及方法，利用射频技术和红外技术结合，进行微波探测和搜索。
为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：
一种基于微波技术的室内定位搜救系统，其关键技术在于：包括微波天线模块、环形器、射频收发模块、信号处理器、红外测温模块、定位模块，所述微波天线模块与所述环形器连接，所述环形器与所述射频收发模块连接，所述射频收发模块与所述信号处理器连接，所述信号处理器上连接有红外测温模块和定位模块。
上述方案中，基于近年来射频技术的辐射距离的逐渐增大，来进行搜救探测。利用环形器将收发信号分通道通行，对反射回来的信号进行分析后，再结合红外测温模块进行红外校准，更为准确的确定搜救目标的位置，确认目标后，通过定位模块进行标记和定位，进行下一步搜救工作。便于后续工作人员进行具体营救计划。射频技术成本低，辐射面积距离广。无需在光照条件下即可进行搜寻。
再进一步的技术方案，所述射频收发模块包括射频单元和数字合成单元，所述射频单元包括射频芯片，所述数字合成单元包括数字合成芯片；所述环形器设置有发送通道和接收通道，所述发送通道、接收通道均与所述微波天线模块连通，所述发送通道的发送信号端与所述射频芯片发送信号输出端连接，所述接收通道的接送信号端与所述射频芯片接收信号输入端连接，所述射频芯片的第一数字信号端经电容C16与所述数字合成芯片的第一数字信号输出端连接，所述射频芯片的第二数字信号端经电容C17与所述数字合成芯片的第二数字信号输出端连接，所述数字合成芯片的第一数字信号输出端经电阻R11接地，所述数字合成芯片的第二数字信号输出端经电阻R10接地；所述数字合成芯片型号为：AD9910BSVZ；所述射频芯片型号为：RF-TR300。
采用上述方案，信号处理器控制射频收发模块发出对应波段的射频信号，并且实现分通道发生和接收。信号便于分清，易于采集。
再进一步的技术方案，所述射频收发模块发出的射频信号的工作波段为L波段；所述射频收发模块发出的射频信号的发射功率为20dBm；所述射频收发模块发出的射频信号的检测精度-105dBm。
采用上述方案，在L波段，使发出的射频信号距离长达几百米甚至几十公里，已达到搜救和探索的需求。
再进一步的技术方案，所述信号处理器的处理器芯片型号为：XC6SLX9-2TQG144I；在所述信号处理器的存储端上连接有存储器芯片，该存储器芯片型号为XCF04SVO20C；所述处理器芯片的67、66、64、61引脚分别与所述数字合成芯片14、70、69、67引脚端连接；所述处理器芯片的26、27引脚连接所述红外测温模块；所述处理器芯片的17、24、23、22、21、16引脚连接所述定位模块的定位芯片。
再进一步的技术方案，所述信号处理器上还连接有通讯模块，该通讯模块包括通讯芯片型号为WH-L101-L，该通讯芯片的通讯端上连接有通讯天线；所述通讯芯片的第4、19、20、21、23、24引脚端分别与所述处理器芯片的138、141、140、139、137、134引脚端连接。
采用上述方案，确认目标后，进行定位并可通知相关搜救人员到达指定目的地进行搜救。
一种基于微波技术的室内定位搜救方法，其关键在于按照以下步骤进行：
预处理：信号处理器设定发送探测信号的频段、功率和精度；信号处理器设定反射信号特征提取类型和每个特征阈值；信号处理器设定人体温度搜索阈值；
步骤一：信号处理器控制射频收发模块发出探测信号；并实时接收射频收发模块接收的反射信号；
步骤二：信号处理器对反射信号进行预处理后，按照特征提取类型进行特征提取；
步骤三：信号处理器对提取到的特征与对应的特征阈值进行比较；若符合人体特征，则进入步骤四；否则返回步骤一，继续搜索；
步骤四：信号处理器启动红外测温模块，对符合人体特征的反射信号方向进行测温搜索；若检测到的温度符合人体温度搜索阈值，则进入步骤五；否则返回步骤四；
步骤五：信号处理器确定搜索目标，并基于定位模块对搜索目标位置进行标记，得到目标标记位置，并将该位置经通讯模块发送至指定对象。
采用上述方案，根据探测距离范围设定探测信号的频率、功率。基于搜寻目标的类别，对反射信号进行特征分析和对比，从而确定搜索目标所在的大致方向，结合红外测温，对搜索目标的位置进行更进一步的确认，实现从粗估计到精准定位的过程，确定目标后，经定位模块进行标记定位并将目标的位置经通讯模块发送至对应的搜救人员。整个系统无需人为参与，目标确认准确，搜救效果好，上述系统不仅限于对人体的搜救，可根据搜索目标对射频信号的吸收、反射信号特征的不同，可适用于不同目标的搜救工作。
实现陌生区域内人员定位；不需要额外布置定位装备；适应性强，受环境影响小；便于进行特殊环境下的战场搜救工作。
再进一步的技术方案，所述特征提取类型至少包括扫频幅频特性和反射信号反射系数。上述特征适用于人体搜救。
本发明的有益效果：基于近年来射频技术的辐射距离的逐渐增大，来进行搜救探测。利用环形器将收发信号分通道通行，对反射回来的信号进行分析后，再结合红外测温模块进行红外校准，更为准确的确定搜救目标的位置，确认目标后，通过定位模块进行标记和定位，进行下一步搜救工作。便于后续工作人员进行具体营救计划。射频技术成本低，辐射面积距离广。无需在光照条件下即可进行搜寻。根据探测距离范围设定探测信号的频率、功率。基于搜寻目标的类别，对反射信号进行特征分析和对比，从而确定搜索目标所在的大致方向，结合红外测温，对搜索目标的位置进行更进一步的确认，实现从粗估计到精准定位的过程，确定目标后，经定位模块进行标记定位并将目标的位置经通讯模块发送至对应的搜救人员。整个系统无需人为参与，目标确认准确，搜救效果好，上述系统不仅限于对人体的搜救，可根据搜索目标对射频信号的吸收、反射信号特征的不同，可适用于不同目标的搜救工作。
附图说明
图1是本发明的系统结构框图；
图2是射频收发模块、环形器、微波天线模块的电路图；
图3是信号处理器、红外测温的电路图；
图4是定位模块电路图；
图5是通讯模块电路图；
图6是搜救方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。
从图1可以看出，一种基于微波技术的室内定位搜救系统，包括微波天线模块1、环形器2、射频收发模块3、信号处理器4、红外测温模块5、定位模块6，所述微波天线模块1与所述环形器2连接，所述环形器2与所述射频收发模块3连接，所述射频收发模块3与所述信号处理器4连接，所述信号处理器4上连接有红外测温模块5和定位模块6。
结合图2可以看出，所述射频收发模块3包括射频单元和数字合成单元，所述射频单元包括射频芯片，所述数字合成单元包括数字合成芯片；
所述环形器2设置有发送通道和接收通道，所述发送通道、接收通道均与所述微波天线模块1连通，所述发送通道的发送信号端与所述射频芯片发送信号输出端连接，所述接收通道的接送信号端与所述射频芯片接收信号输入端连接，所述射频芯片的第一数字信号端经电容C16与所述数字合成芯片的第一数字信号输出端连接，所述射频芯片的第二数字信号端经电容C17与所述数字合成芯片的第二数字信号输出端连接，所述数字合成芯片的第一数字信号输出端经电阻R11接地，所述数字合成芯片的第二数字信号输出端经电阻R10接地；
在本实施例中，所述数字合成芯片型号为：AD9910BSVZ；
在本实施例中，所述射频芯片型号为：RF-TR300。
在本实施例中，所述射频收发模块3发出的射频信号的工作波段为L波段；所述射频收发模块3发出的射频信号的发射功率为20dBm；所述射频收发模块3发出的射频信号的检测精度-105dBm。
在本实施例中，从图3可以看出，所述信号处理器4的处理器芯片型号为：XC6SLX9-2TQG144I；在所述信号处理器4的存储端上连接有存储器芯片，参见图3，本实施例中，该存储器芯片型号为XCF04SVO20C；
结合图2和图3可以看出，所述处理器芯片的67、66、64、61引脚分别与所述数字合成芯片14、70、69、67引脚端连接；
本实施例中，参见图3，所述处理器芯片的26、27引脚连接所述红外测温模块5；
所述处理器芯片的17、24、23、22、21、16引脚连接所述定位模块的定位芯片。
参见图5可以看出，所述信号处理器4上还连接有通讯模块7，在本实施例中，该通讯模块7包括通讯芯片型号为WH-L101-L，该通讯芯片的通讯端上连接有通讯天线；
参见图5和图3，所述通讯芯片的第4、19、20、21、23、24引脚端分别与所述处理器芯片的138、141、140、139、137、134引脚端连接。
一种基于微波技术的室内定位搜救方法，参见图6，方法按照以下步骤进行：
预处理：信号处理器4设定发送探测信号的频段、功率和精度；信号处理器4设定反射信号特征提取类型和每个特征阈值；信号处理器4设定人体温度搜索阈值；在本实施例中，设定搜索目标为人体，搜索距离为100m-200m；特征提取类型包括扫频幅频特性和反射信号反射系数。
步骤一：信号处理器4控制射频收发模块3发出探测信号；并实时接收射频收发模块3接收的反射信号；
步骤二：信号处理器4对反射信号进行预处理后，按照特征提取类型进行特征提取；
步骤三：信号处理器4对提取到的特征与对应的特征阈值进行比较；若符合人体特征，则进入步骤四；否则返回步骤一，继续搜索；
步骤四：信号处理器4启动红外测温模块5，对符合人体特征的反射信号方向进行测温搜索；若检测到的温度符合人体温度搜索阈值，则进入步骤五；否则返回步骤四；
步骤五：信号处理器4确定搜索目标，并基于定位模块对搜索目标位置进行标记，得到目标标记位置，并将该位置经通讯模块发送至指定对象。
实施过程中，将该系统安装于无人机上，远端控制中心控制无人平台进入需要搜救区域，启动射频收发模块和红外测温模块，射频模块发射超短波射频信号，由于人体导电性能介于导体和非导体之间，对于射频信号既有吸收又有反射，具有一定的固定特性，反射波的损耗、相移等物理特性均不同于常规的导体和非导体，通过这些特征的综合判断，确定物体是属于人体还是其它物体，同时通过红外测温模块的配合，进一步确定是否是人体，并对人体位置进行高精度定位，检测到人体以后通过LORA通信模块通知指挥中心进行有针对性的搜救工作。
应当指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改性、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于微波技术的室内定位搜救系统，其特征在于：包括微波天线模块(1)、环形器(2)、射频收发模块(3)、信号处理器(4)、红外测温模块(5)、定位模块(6)，所述微波天线模块(1)与所述环形器(2)连接，所述环形器(2)与所述射频收发模块(3)连接，所述射频收发模块(3)与所述信号处理器(4)连接，所述信号处理器(4)上连接有红外测温模块(5)和定位模块(6)。
2.根据权利要求1所述的基于微波技术的室内定位搜救系统，其特征在于：所述射频收发模块(3)包括射频单元和数字合成单元，所述射频单元包括射频芯片，所述数字合成单元包括数字合成芯片；
所述环形器(2)设置有发送通道和接收通道，所述发送通道、接收通道均与所述微波天线模块(1)连通，所述发送通道的发送信号端与所述射频芯片发送信号输出端连接，所述接收通道的接送信号端与所述射频芯片接收信号输入端连接，所述射频芯片的第一数字信号端经电容C16与所述数字合成芯片的第一数字信号输出端连接，所述射频芯片的第二数字信号端经电容C17与所述数字合成芯片的第二数字信号输出端连接，所述数字合成芯片的第一数字信号输出端经电阻R11接地，所述数字合成芯片的第二数字信号输出端经电阻R10接地；
所述数字合成芯片型号为：AD9910BSVZ；
所述射频芯片型号为：RF-TR300。
3.根据权利要求1所述的基于微波技术的室内定位搜救系统，其特征在于：所述射频收发模块(3)发出的射频信号的工作波段为L波段；
所述射频收发模块(3)发出的射频信号的发射功率为20dBm；
所述射频收发模块(3)发出的射频信号的检测精度-105dBm。
4.根据权利要求2所述的基于微波技术的室内定位搜救系统，其特征在于：所述信号处理器(4)的处理器芯片型号为：XC6SLX9-2TQG144I；在所述信号处理器(4)的存储端上连接有存储器芯片，该存储器芯片型号为XCF04SVO20C；
所述处理器芯片的67、66、64、61引脚分别与所述数字合成芯片14、70、69、67引脚端连接；
所述处理器芯片的26、27引脚连接所述红外测温模块(5)；
所述处理器芯片的17、24、23、22、21、16引脚连接所述定位模块的定位芯片。
5.根据权利要求4所述的基于微波技术的室内定位搜救系统，其特征在于：所述信号处理器(4)上还连接有通讯模块(7)，该通讯模块(7)包括通讯芯片型号为WH-L101-L，该通讯芯片的通讯端上连接有通讯天线；所述通讯芯片的第4、19、20、21、23、24引脚端分别与所述处理器芯片的138、141、140、139、137、134引脚端连接。
6.一种基于微波技术的室内定位搜救方法，其特征在于按照以下步骤进行：
预处理：信号处理器(4)设定发送探测信号的频段、功率和精度；信号处理器(4)设定反射信号特征提取类型和每个特征阈值；信号处理器(4)设定人体温度搜索阈值；
步骤一：信号处理器(4)控制射频收发模块(3)发出探测信号；并实时接收射频收发模块(3)接收的反射信号；
步骤二：信号处理器(4)对反射信号进行预处理后，按照特征提取类型进行特征提取；
步骤三：信号处理器(4)对提取到的特征与对应的特征阈值进行比较；若符合人体特征，则进入步骤四；否则返回步骤一，继续搜索；
步骤四：信号处理器(4)启动红外测温模块(5)，对符合人体特征的反射信号方向进行测温搜索；若检测到的温度符合人体温度搜索阈值，则进入步骤五；否则返回步骤四；
步骤五：信号处理器(4)确定搜索目标，并基于定位模块对搜索目标位置进行标记，得到目标标记位置，并将该位置经通讯模块发送至指定对象。
7.根据权利要求6所述的基于微波技术的室内定位搜救方法，其特征在于：所述特征提取类型至少包括扫频幅频特性和反射信号反射系数。
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| Title |
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| 高卫: "《精确制导武器系统电子干扰效果试验与评估》", 31 August 2018, 国防工业出版社, pages: 61 - 70 * |
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