CN114786164A - 基于北斗卫星及移动通信的多组北斗天线报警装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于北斗卫星及移动通信的多组北斗天线报警装置及方法，通过设置ARM处理器、北斗三号定位及短报文通信模块、北斗天线组、全网通移动通信模块、全网通移动通信主副天线、单刀多掷开关组、倾角传感器、蓝牙模块、报警提示模块，其中北斗三号定位及短报文通信模块通过单刀多掷开关组与北斗天线组连接。由ARM处理器控制北斗天线组的选通确定S频点入站信号最强的北斗天线，根据预设报警参数及报警条件，在无公共移动通信网络信号情况下，由北斗三号定位及短报文通信模块对短报文报警信息进行上报，使车辆及时报警，适用于野外探险无移动通信网络信号的情景。

Description

基于北斗卫星及移动通信的多组北斗天线报警装置及方法

技术领域

本发明涉及卫星通信技术，特别是关于一种基于北斗卫星及移动通信的多组北斗天线的报警装置及该装置的报警方法，用于车辆户外巡逻、户外探险领域的应用。

背景技术

北斗三号全球卫星导航系统（简称：北斗三号系统）是中国独立研发的全球卫星导航系统。北斗三号系统标称空间星座由3 颗地球静止轨道（GEO）卫星、3 颗倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星和24 颗中圆地球轨道（MEO）卫星组成。北斗三号系统提供全球定位、测速、授时服务，提供区域短报文、全球短报文及国际搜救服务。目前国内公共移动网络在人口密集的地区覆盖较为完善，荒郊及人口稀少地区覆盖还存在较大盲区。

现有基于北斗卫星通信的，用于车辆户外任务巡逻、户外探险的报警装置为单组北斗天线报警装置，当车辆在无公共移动网络覆盖的户外执行任务途中遇险时，报警装置会将遇险地的位置坐标、遇险报警时间、报警信息内容等信息，通过北斗短报文传送给北斗监控服务平台，供监控中心相关人员指挥调度，安排救援等。

报警装置在进行北斗短报文通信时，需响应北斗卫星S频点服务波束并锁定S频点入站波束，随后将观测到的数据（位置坐标、时间信息、报警内容等）组帧通过L频点执行入站通信，如不锁定S频点入站波束将无法执行入站操作，也就不能进行短报文通信。考虑到北斗卫星的方向性，为使车辆在移动过程中报警装置也能很好的锁定卫星信号及S频点入站波束，需将报警装置天线组垂直向上安装在车顶或周围无遮挡的位置。然而，当车辆在进行户外巡逻、户外探险任务时，发生车辆侧翻、车辆倾斜角度过大无法移动等险情时，报警装置的北斗天线组指向会随之发生较大变化，导致报警装置无法锁定北斗卫星S频点入站波束，无法进行北斗短报文通信及卫星定位，从而无法进行有效的遇险报警。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于北斗卫星及移动通信的多组北斗天线报警装置及方法。通过该报警装置及方法，在无全网通公共移动网络信号区，当车辆执行户外巡逻、户外探险任务时，出现车辆侧翻、车辆倾角度大等遇险情况时，通过ARM处理器控制北斗三号定位及短报文通信模块与北斗天线组选通，实现短报文信息上报；在有全网通公共移动网络信号区，优先通过全网通移动通信模块的工作方式进行信息数据上报，并发出报警信息，解决了遇险及时报警的问题。

为此，本发明提供一种基于北斗卫星及移动通信的多组北斗天线报警装置，包括ARM处理器、北斗三号通信及天线组、全网通移动通信及天线组及其他辅助部分；

所述北斗三号通信及天线组包括：北斗三号定位及短报文通信模块、单刀多掷开关组、北斗天线组；

所述全网通移动通信及天线组包括：全网通移动通信模块、全网通移动通信主副天线；

其他辅助部分包括：倾角传感器、蓝牙模块、报警提示模块、电源模块；

所述ARM处理器与北斗三号定位及短报文通信模块、全网通移动通信模块、单刀多掷开关组、倾角传感器、蓝牙模块、报警提示模块连接；

所述北斗三号定位及短报文通信模块通过单刀多掷开关组与北斗天线组信号连接。

进一步地：

所述北斗三号定位及短报文通信模块包括定位单元和通信单元。

进一步地：

所述单刀多掷开关组共设置有三组开关，分别是单刀多掷开关一、单刀多掷开关二、单刀多掷开关三；

所述单刀多掷开关一与北斗天线组的S频点天线连接；

所述单刀多掷开关二与北斗天线组的B1频点天线连接；

所述单刀多掷开关三与北斗天线组的L频点天线连接。

进一步地：

所述北斗天线组共设置有五组天线，每组天线都有S频点、B1频点、L频点三个频点天线；五组天线分别安装在报警装置的上、前、后、左、右五个面上，每组天线与所安装的面保持垂直。

进一步地：每一单刀多掷开关由3路GPIO控制。

本发明还提供一种基于北斗卫星及移动通信的多组北斗天线报警装置的报警方法：该方法中，在北斗三号卫星通信上报和全网通移动网络通信上报方式中，优先选择全网通移动网络通信上报方式。

工作中，所述报警装置锁定北斗三号卫星S频点入站信号最强的一组北斗天线工作，B1频点、L频点相应锁定到与S频点相同的这组天线上。

该方法的具体实施步骤如下：

1）报警参数的预设

在报警装置中预先设置包括遇险报警信息、报警装置倾斜角度阈值、上报数据频度；

2）通信方式的确定

所述报警装置上电后，同时对北斗天线组进行选通及信号锁定，和对全网通移动网络信号进行检测锁定；

如果全网通移动网络信号和北斗三号卫星信号同时被锁定时，则优先选择全网通移动网络进行通信上报工作；

如果无全网通移动网络信号时，则由北斗三号卫星进行通信上报工作；

如果全网通移动网络信号和北斗三号卫星信号都未被锁定时，则重新进行信号检测锁定；

3）信息的传递

由所述ARM处理器判断报警装置倾斜角度是否超过设定阈值和报警按键是否被开启，按照预设的上报数据频度，通过全网通移动通信模块/北斗三号定位及短报文通信模块以不同的状态模式向外发报。

其中：

对北斗天线组进行选通及信号锁定时，所述ARM处理器实时通过控制单刀多掷开关组依次进行北斗天线组的选通，首先选择北斗三号卫星S频点入站信号最强的一组北斗天线，然后B1频点、L频点都直接锁定到与S频点相同的北斗天线上。

其中：

如果报警装置倾斜角度未超过设定阈值且报警按键未被开启，设置一种正常状态模式；

如果报警装置倾斜角度超过设定阈值或报警按键被开启，设置一种报警状态模式；

在正常状态模式下，由ARM处理器将从北斗三号定位及短报文通信模块的定位单元获取的定位信息、时间信息，连同车辆参数信息一同打包处理后发送给全网通移动通信模块/北斗三号定位及短报文通信模块的通信单元，由全网通移动通信模块/北斗三号定位及短报文通信模块将报警装置的定位信息、时间信息以及车辆参数信息，上报到监控平台；

在报警状态模式下，由ARM处理器将从北斗三号定位及短报文通信模块的定位单元获取的定位信息、时间信息，连同车辆参数信息一同打包处理后发送给全网通移动通信模块/北斗三号定位及短报文通信模块的通信单元，由全网通移动通信模块/北斗三号定位及短报文通信模块将报警装置的定位信息、时间信息以及车辆参数信息、预设的遇险报警信息，上报到监控平台。

本发明由于采取上述技术方案，其相比于现有技术体现了如下显著的技术效果：

1.本发明提供的基于北斗卫星及移动通信的多组北斗天线报警装置，通过在报警装置不同表面上安装多个北斗天线的方式，使得当车辆遇险向不同方向倾斜时，都可以保证至少有一个北斗天线锁定北斗卫星信号，从而使报警信息成功发送。

2.本发明提供的基于北斗卫星及移动通信的多组北斗天线报警装置，设置单刀多掷开关组，分别控制S频点信号、B1频点信号、L频点信号的传输，使得所有天线的同一频点信号都通过同一开关控制。ARM处理器通过GPIO组控制单刀多掷开关组使北斗天线组与北斗三号定位及短报文通信模块连通，将复杂多点连接设置简单化并易实施。

3.本发明提供的基于北斗卫星及移动通信的多组北斗天线报警装置的报警方法，通过北斗卫星通信和移动网络通信两种方式，实现了无移动网络时情况下的通信可实施性。

4.本发明提供的基于北斗卫星及移动通信的多组北斗天线报警装置的报警方法，通过选通S频点入站信号最强的北斗天线，将B1频点、L频点直接锁定到同S频点相同的这组北斗天线上，实现最强信号的迅速锁定，提高了报警装置上报信息的成功率。

5.本发明提供的基于北斗卫星及移动通信的多组北斗天线报警装置的报警方法，通过提前对遇险报警信息、报警装置倾斜角度阈值、上报数据频度等参数进行设置，可以灵活进行报警参数的预设，从而达到用户使用的预期值。

附图说明

图1为基于北斗卫星及移动通信的多组北斗天线报警装置构成图；

图2为单刀多掷开关组与北斗天线组的连接关系图；

图3为报警方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述，但本领域的技术人员应该知道，以下附图和实施例并不是对本发明技术方案作的唯一限定，凡是在本发明技术方案精神实质下所做的任何等同变换或改动，均应视为属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种基于北斗卫星及移动通信的多组北斗天线报警装置，安装在车上，如图1所示，该报警装置可以是多面体形状以适应各种角度倾斜，整个装置主要包括：ARM处理器1和北斗三号通信及天线组、全网通移动通信及天线组以及辅助部分。

北斗三号通信及天线组包括：北斗三号定位及短报文通信模块2、单刀多掷开关组3、北斗天线组4。

全网通移动通信及天线组包括：全网通移动通信模块5、全网通移动通信主副天线6。

辅助部分包括：倾角传感器7、蓝牙模块8、报警提示模块9、电源模块10。

ARM处理器1采用低功耗、多串口的ARM处理器，以降低设备功耗及满足同时与多个外设进行串口通信的需求。

ARM处理器1通过串口与北斗三号定位及短报文通信模块2、全网通移动通信模块5信号连接，ARM处理器1也与单刀多掷开关组3、倾角传感器7、蓝牙模块8、报警提示模块9信号连接。通过北斗三号定位及短报文通信模块2或全网通移动通信模块5进行短报文信息的传输，当达到报警预设值时，控制报警提示模块9进行报警提示。

进一步地，ARM处理器1可通过不同串口分别控制北斗三号定位及短报文通信模块的通信单元电路、北斗三号定位及短报文通信模块的定位单元电路、全网通移动通信模块、蓝牙模块的工作，可根据设定的工作流程通过GPIO控制单刀多掷开关组、蜂鸣器及状态指示灯等。

如图2所示，ARM处理器1通过GPIO控制单刀多掷开关组3选择性地将北斗天线组4各个天线的不同频点与北斗三号定位及短报文通信模块2连通。

单刀多掷开关组3共有三组开关，分别是单刀多掷开关一11、单刀多掷开关二12、单刀多掷开关三13。

北斗天线组4共有五组天线，分别是北斗天线一21～北斗天线五25，每组天线都可有S频点、B1频点、L频点三个频点信号。

单刀多掷开关一11只控制连接北斗天线的S频点信号，即单刀多掷开关一11的5个接口可连接北斗天线一21～北斗天线五25的5路S频点天线，S频点天线的作用是信号的接收。

同理，单刀多掷开关二12只控制连接北斗天线的B1频点信号，即单刀多掷开关二12的5个接口可连接北斗天线一21～北斗天线五25的5路B1频点天线，B1频点天线作用是信号的接收。

同理，单刀多掷开关三13只控制连接北斗天线的L频点信号，即单刀多掷开关三13的5个接口可连接北斗天线一21～北斗天线五25的5路L频点天线，L频点天线的作用是信号的发送。

所以，ARM处理器1至少需要设置9路GPIO，记为GPIO1～GPIO9，每3路为一组，每组GPIO对应控制一组开关，实现五组天线的选通，使得北斗三号定位及短报文通信模块2在某一时刻与北斗天线组中的某一组天线接通。

北斗天线组4，采用五组介质叠层天线，介质叠层天线是一种低损耗高频介质材料所做，五组介质叠层天线分别安装在报警装置的上、前、后、左、右五个面上，用于车辆在水平以及上坡、下坡、左倾、右倾路面行驶时的信号传送，每组天线与所安装的面保持垂直，车辆正常行驶时，上面的天线朝上，保持与北斗三号卫星信号畅通，当发生侧翻或倾斜时，其他面的北斗天线会与北斗三号卫星连通，以保证在车辆侧翻或倾斜角度过大时能够锁定北斗三号卫星信号及S频点入站波束。

北斗三号定位及短报文通信模块2，包括通信单元电路和定位单元电路，用于报警装置（车辆）的北斗短报文通信（位置坐标的实时上报及遇险报警内容等信息数据的上报）、实时定位，功放采用10W功放，以兼顾功耗和进行短报文通信所需的功率。

全网通移动通信模块5，用于报警装置（车辆）位置坐标的实时上报及遇险报警内容等信息数据的上报，全网通移动通信模块支持2G、3G、4G网络通信。

全网通移动通信主副天线6，采用主、副两个FPC全网通天线，以保证移动网络信号接收的良好性。

倾角传感器7，用于感应报警装置（车辆）的倾斜角度。

蓝牙模块8，用于对相关参数的预设，包括遇险报警信息、报警装置倾斜角度阈值、上报数据频度。如报警装置倾斜角度阈值为50°、60°、75°等，上报数据频度为10s、30、1min、5min等。这些参数也可通过报警装置对外串口进行设置。

报警提示模块9，包括状态指示灯、报警按键、蜂鸣器。

电源模块10，电池组及充电管理电路等电路组成，报警装置优先使用外部电源供电，无外部电源接入时采用自动切换为电池组供电。

本发明还提供了一种基于北斗卫星及移动通信的多组北斗天线的报警方法，如图3所示：

1）报警参数的预设

基于上述的报警装置，预先对该装置的报警相关参数进行设置，包括遇险报警信息、报警装置倾斜角度阈值、上报数据频度等，这些参数通过蓝牙模块或报警装置对外串口提前进行设置，比如报警装置倾斜角度阈值设为50°或60°或75°，上报数据频度设为10s或30s或1min或5min等。

2）通信方式的确定

包括是选择北斗三号卫星通信还是选择全网通移动网络通信。

2.1）北斗天线的选通及信号锁定

报警装置上电后，ARM处理器1实时通过GPIO接口控制单刀多掷开关组3依次进行北斗天线组4的选通，进而检测锁定最强的北斗三号定位及短报文通信信号。报警装置首先选择北斗三号卫星S频点入站信号最强的一组北斗天线，如图2所示，因单刀多掷开关一11只控制连接北斗天线组4的S频点，所以ARM处理器1通过第一组GPIO（GPIO1 、2、3），控制单刀多掷开关一11依次与北斗天线组4中的每一组天线进行单独选通并检测，记录北斗三号卫星S频点入站信号，最终选定S频点入站信号最强的一组天线，继而ARM处理器1通过第二组GPIO（GPIO4 、5、6），控制单刀多掷开关二12与北斗天线组4选通，将B1频点直接锁定到与S频点入站信号最强的相同一组北斗天线上；ARM处理器1通过第三组GPIO（GPIO7 、8、9），控制单刀多掷开关三13与北斗天线组4选通，将L频点直接锁定到与S频点入站信号最强的相同一组北斗天线上。这样B1频点、L频点都直接锁定到与S频点相同的一组北斗天线上，锁定信号的目的是提高报警装置上报信息成功率。

通过轮巡选通，实时锁定S频点信号最强的一组北斗天线即可。

2.2）全网通移动网络信号的检测锁定

在进行北斗天线的选通及信号锁定的同时，ARM处理器1也实时通过全网通移动通信模块5对全网通移动网络信号进行检测锁定。

ARM处理器1根据北斗天线或全网通移动网络的信号锁定情况，以全网通移动网络通信为优先原则，即当全网通移动网络信号和北斗三号卫星信号同时被锁定时，优先由全网通移动网络进行数据信息上报，无全网通移动网络信号时则由北斗三号卫星进行数据信息上报；如果全网通移动网络信号和北斗三号卫星信号都未被锁定，则返回开始端重新进行信号检测锁定。

对应于决定的不同通信方式，点亮不同的状态指示灯。

3）信息的传递

当报警装置就位后，ARM处理器1实时读取倾角传感器7的数据，判断当前报警装置（车辆）倾斜角度是否超过了设定阈值，同时ARM处理器1判断报警按键是否开启。

3.1）如果报警装置倾斜角度未超过设定阈值且报警按键未被开启：

当通过全网通移动网络通信上报时，ARM处理器1将由北斗三号定位及短报文通信模块2的定位单元获取的报警装置（车辆）的定位信息、时间信息及车辆参数信息，经过打包处理后，通过串口发送给全网通移动通信模块5，由全网通移动通信模块5将报警装置（车辆）的定位信息、时间信息以及车辆参数信息，通过全网通移动网络上报到监控平台。

当通过北斗三号卫星通信上报时，ARM处理器1将由北斗三号定位及短报文通信模块2的定位单元获取的报警装置（车辆）的定位信息、时间信息及车辆参数信息，经过打包处理后，通过串口发送给北斗三号定位及短报文通信模块2的通信单元，由北斗三号定位及短报文通信模块2的通信单元将报警装置（车辆）的定位信息、时间信息以及车辆参数信息，通过北斗三号卫星上报到监控平台。

由于报警装置（车辆）倾斜角度未达到设定的阈值，且报警按键未被开启，可设置一种正常状态模式：可控制状态指示灯闪烁一次，蜂鸣器鸣响一声。

3.2）如果报警装置倾斜角度超过设定阈值或报警按键被开启：

当通过全网通移动网络通信上报时，ARM处理器1将由北斗三号定位及短报文通信模块2的定位单元获取的报警装置（车辆）的定位信息、时间信息及车辆参数信息，经过打包处理后，通过串口发送给全网通移动通信模块5，由全网通移动通信模块5将报警装置（车辆）的定位信息、时间信息以及车辆参数信息、预先设置的遇险报警信息，通过全网通移动网络上报到监控平台。

当通过北斗三号卫星通信上报时，ARM处理器1将由北斗三号定位及短报文通信模块2的定位单元获取的报警装置（车辆）的定位信息、时间信息及车辆参数信息，经过打包处理后，通过串口发送给北斗三号定位及短报文通信模块2的通信单元，由北斗三号定位及短报文通信模块2的通信单元将报警装置（车辆）的定位信息、时间信息以及车辆参数信息、预先设置的遇险报警信息，通过北斗三号卫星上报到监控平台。

此时可设置一种报警状态模式：可控制状态指示灯常亮，蜂鸣器鸣响两声。

上报方式以全网通移动网络通信为优先原则。

工作过程中，始终通过对单刀多掷开关组3的控制，锁定北斗天线组4的最强信号。ARM处理器1通过GPIO1、GPIO2、GPIO3控制单刀多掷开关一11将北斗天线组4的5路S频点中入站信号最强的1路和北斗三号定位及短报文通信模块2连通，则S频点的信号接通；ARM处理器1再通过GPIO4、GPIO5、GPIO6控制单刀多掷开关二12将北斗天线组4中锁定S频点的一组天线的B1频点和北斗三号定位及短报文通信模块2连通，则B1频点的信号接通；ARM处理器1通过GPIO7、GPIO8、GPIO9控制单刀多掷开关三13将北斗天线组4中锁定S频点的一组天线的L频点和北斗三号定位及短报文通信模块2连通，则L频点的信号接通。ARM处理器1控制北斗天线组4与北斗三号定位及短报文通信模块2的连通，接收信号、定位信号、发送信号正常后，判定是否产生报警条件，然后发出报警。

Claims (10)

1.一种基于北斗卫星及移动通信的多组北斗天线报警装置，其特征在于：

包括ARM处理器、北斗三号通信及天线组、全网通移动通信及天线组及辅助部分；

所述北斗三号通信及天线组包括：北斗三号定位及短报文通信模块、单刀多掷开关组、北斗天线组；

所述全网通移动通信及天线组包括：全网通移动通信模块、全网通移动通信主副天线；

所述辅助部分包括：倾角传感器、蓝牙模块、报警提示模块、电源模块；

所述ARM处理器与北斗三号定位及短报文通信模块、全网通移动通信模块、单刀多掷开关组、倾角传感器、蓝牙模块、报警提示模块连接；

所述北斗三号定位及短报文通信模块通过单刀多掷开关组与北斗天线组连接。

2.根据权利要求1所述的基于北斗卫星及移动通信的多组北斗天线报警装置，其特征在于：

所述北斗三号定位及短报文通信模块包括定位单元和通信单元。

3.根据权利要求1所述的基于北斗卫星及移动通信的多组北斗天线报警装置，其特征在于：

所述单刀多掷开关组共设置有三组开关，分别是单刀多掷开关一、单刀多掷开关二、单刀多掷开关三；

所述单刀多掷开关一与北斗天线组的S频点天线连接；

所述单刀多掷开关二与北斗天线组的B1频点天线连接；

所述单刀多掷开关三与北斗天线组的L频点天线连接。

4.根据权利要求1或3所述的基于北斗卫星及移动通信的多组北斗天线报警装置，其特征在于：

所述北斗天线组共设置有五组天线，每组天线都有S频点、B1频点、L频点三个频点信号；

五组天线分别安装在报警装置的上、前、后、左、右五个面上，每组天线与所安装的面保持垂直。

5.根据权利要求4所述的基于北斗卫星及移动通信的多组北斗天线报警装置，其特征在于：

每一单刀多掷开关由3路GPIO控制。

6.根据权利要求1-5任一项所述基于北斗卫星及移动通信的多组北斗天线报警装置的报警方法，其特征在于：

在北斗三号卫星通信上报和全网通移动网络通信上报方式中，优先选择全网通移动网络通信上报方式。

7.根据权利要求6所述的报警方法，其特征在于：

所述报警装置锁定北斗三号卫星S频点入站信号最强的一组北斗天线工作，B1频点、L频点相应锁定到与S频点相同的这组天线上。

8. 根据权利要求6所述的报警方法，其特征在于，实施步骤如下：

1）报警参数的预设

在报警装置中预先设置包括遇险报警信息、报警装置倾斜角度阈值、上报数据频度；

2）通信方式的确定

所述报警装置上电后，同时对北斗天线组进行选通及信号锁定，和对全网通移动网络信号进行检测锁定；

如果全网通移动网络信号和北斗三号卫星信号同时被锁定时，则优先选择全网通移动网络进行通信上报工作；

如果无全网通移动网络信号时，则由北斗三号卫星进行通信上报工作；

如果全网通移动网络信号和北斗三号卫星信号都未被锁定时，则重新进行信号检测锁定；

3）信息的传递

由所述ARM处理器判断报警装置倾斜角度是否超过设定阈值和报警按键是否被开启，按照预设的上报数据频度，通过全网通移动通信模块/北斗三号定位及短报文通信模块以不同的状态模式向外发报。

9.根据权利要求8所述的报警方法，其特征在于：

对北斗天线组进行选通及信号锁定时，所述ARM处理器实时通过控制单刀多掷开关组依次进行北斗天线组的选通，首先选择北斗三号卫星S频点入站信号最强的一组北斗天线，然后B1频点、L频点都直接锁定到与S频点相同的北斗天线上。

10.根据权利要求8所述的报警方法，其特征在于：

如果报警装置倾斜角度未超过设定阈值且报警按键未被开启，设置一种正常状态模式；

如果报警装置倾斜角度超过设定阈值或报警按键被开启，设置一种报警状态模式；

在正常状态模式下，由ARM处理器将从北斗三号定位及短报文通信模块的定位单元获取的定位信息、时间信息，连同车辆参数信息一同打包处理后发送给全网通移动通信模块/北斗三号定位及短报文通信模块的通信单元，由全网通移动通信模块/北斗三号定位及短报文通信模块将报警装置的定位信息、时间信息以及车辆参数信息，上报到监控平台；

在报警状态模式下，由ARM处理器将从北斗三号定位及短报文通信模块的定位单元获取的定位信息、时间信息，连同车辆参数信息一同打包处理后发送给全网通移动通信模块/北斗三号定位及短报文通信模块的通信单元，由全网通移动通信模块/北斗三号定位及短报文通信模块将报警装置的定位信息、时间信息以及车辆参数信息、预设的遇险报警信息，上报到监控平台。

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