CN115843015A - 一种利用机载式手机信号探测搜救仪的搜救方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种信号探测装置及在探测过程中如何准确判别对象的方法，具体为通过无线电波对目标手机进行距离分析的机载式手机信号探测搜救仪以及利用该设备对目标区域人员精准搜救的研判方法。本发明通过两方面提高搜救效率，首先是设计定向搜救工作方式。若救援人员可获得被困人员的手机IMSI码，可将该IMSI码设置为搜救目标，诱使被困人员的手机接入手机信号探测搜救仪，从而根据RSRP值判定被困人员所在区域。其次是设计研判搜救工作方式及搜救目标研判方法。若救援人员无法获取被困人员的手机IMSI码，可采用研判工作方式进行搜救。其中搜救目标研判方法是该工作方式要解决的重点问题，综合运用白名单设置、吸附次数统计、射频功率调节等方法，避免将非被困人员的手机误判为被困人员的手机。

Description

一种利用机载式手机信号探测搜救仪的搜救方法

技术领域

本发明涉及一种利用机载式手机信号探测搜救仪的搜救方法，具体为通过无线电波对目标手机进行距离分析的机载式手机信号探测搜救仪以及利用该设备对目标区域人员精准搜救的研判方法。

背景技术

手机已成为人们生活的必备品，被人们随身携带。通过探测手机信号，进而对手机进行定位，也能实现对被困人员实施搜救的目的，并且具有搜救距离远、环境适应性强、便于核实被困人员身份等显著优点。通过研制手机信号探测搜救仪，将能进一步丰富搜救产品类型，进一步提升救援人员的搜救能力，但传统手段侦测方式单一，获得数据混乱无序，救援人员无法根据获得的数据做出准确判断。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够用于野外区域快速搜索、精准定位且降低干扰选项的利用机载式手机信号探测搜救仪的搜救方法。

针对传统的雷达、红外、音频等类型搜救仪存在的问题，本发明提出机载式手机信号探测搜救目标研判方法。

本发明解决上述技术问题采用如下步骤：

一、搭建搜救设备平台：

（1）设计定向搜救工作方式。若救援人员可获得被困人员的手机IMSI码，可将该IMSI码设置为搜救目标，诱使被困人员的手机接入手机信号探测搜救仪，从而根据RSRP值判定被困人员所在区域。

（2）设计研判搜救工作方式及搜救目标研判方法。若救援人员无法获取被困人员的手机IMSI码，可采用研判工作方式进行搜救。其中搜救目标研判方法是该工作方式要解决的重点问题，综合运用白名单设置、吸附次数统计、射频功率调节等方法，避免将非被困人员的手机误判为被困人员的手机。

本发明采用如下技术方案：

本发明根据被困人员手机IMSI码已知和未知两种不同的搜救需求，采用如下两种搜救方案，

（1）若被困人员手机IMSI码已知，

采用定向搜救工作方式，救援人员已在被困人员附近，救援人员采用手工方式或扫频方式选择一个最适合手机接入的频点，然后采用该频点激活机载设备的通信小区，诱使被困人员的手机接入机载设备，从而对被困人员手机进行定位，根据救援人员对于救援地域公网环境的掌握程度，选用手工方式或扫频方式选择频点；

若机载设备已处于搜救工作状态，此时不允许再次激活小区，避免设备处于失控状；

（1-1）TDD/FDD制式切换：

基带板具有TDD和FDD两种通信制式，二者只能选择其中一个，需要判断欲激活的频点制式或运营商类型是否与基带板当前制式一致；

若一致，基带板不需要切换TDD/FDD制式；

若欲激活的频点制式或运营商类型与基带板当前制式一致，则不需要重启基带板，

否则，需要重新启动基带板，将TDD制式切换为FDD制式，或将FDD制式切换为TDD制式，在重启基带板过程中，基带板各项功能将被关闭，基带板不再发送任何数据，需要创建专用的等待线程，一直等到基带板发出心跳信息，说明基带板完成重启过程，TDD/FDD制式切换成功，基带板处于正常工作状态；

（1-2）选用手工方式或扫频方式选择频点：

若采用扫频方式选择频点，通信制式一致后，需启动扫频流程，扫描公网环境中的最优频点，

在扫频过程中，需要执行三个流程环节，

一是设置频点列表，根据该列表进行频点扫描；

二是设置全频段扫描模式，扫描完频点列表中的频点后，继续扫描sib5中的异频点，确保扫频过程中全面性；

三是根据频点优先级和RSRP值综合确定最优频点，选用优先级最高的频点，在优先级相同的条件下选择RSRP值最大的频点，

根据手工方式选择的频点或扫频方式自动确定的频点，由基带板向功率放大器下发选频指令，使功率放大器工作频段与频点一致，此时功放处于正常工作状态，

将被困人员IMSI码添加到定位黑名单中，并将基带板设置为定位工作模式，此时基带板对于捕获到的黑名单之外的IMSI码，将进行快速释放，最后，激活通信小区，整个机载设备处于搜救工作状态；

（1-3）根据目标手机能量值锁定被困人员位置：

救援人员控制无人机在救援地域巡查，对被困人员进行搜索，当机载设备探测到被困人员IMSI码后，操控手机将会接收到机载设备发回的能量值，根据该能量值可判断被困人员手机的距离范围，在搜救过程中，当能量值逐渐变大时，说明正在向被困人员靠近，直至精确确定被困人员位置；

（2）若被困人员手机IMSI码未知：

采用研判搜救工作方式，不采用根据频点建站方式，采用根据运营商类型建站方式，

研判搜救工作方式中的TDD/FDD制式切换方式、扫频方式、目标手机能量值判读方式与“定向搜救工作方式”相同；

（2-1）确定欲搜救手机所属的运营商：

将运营商区分为移动（TDD）、移动（FDD）、联通、电信等四类，救援人员只需要确定欲搜救的运营商类型即可；

（2-2）激活频点：

采用扫频方式使机载设备自动选择一个最优频点，并采用重定向方式激活相应的通信小区，将白名单中的IMSI码重定向到次优公网频点小区，

若激活频点失败（如在野外，公网信号弱，有可能导致激活频点失败），此时采用强制方式激活频点，对于移动TDD，激活随机频点；对于移动FDD，激活1300频点；对于联通，激活1650频点；对于电信，激活100频点；

（2-3）排除干扰IMSI码：

在无人机挂载机载设备探测手机信号过程中，除了被困人员的手机被探测到外，包括救援人员以及周边人员的手机也有可能被探测到；

（2-3-1）将相关救援人员的手机IMSI码设置为白名单：

采用侦码设备或通过移动通信运营商获取到救援人员手机的IMSI码，然后将IMSI码输入到基带板的白名单中，而后启动机载设备，激活通信小区，使机载设备处于重定向工作模式，当机载设备探测到白名单中的IMSI码后，能够对其进行正确识别，为了避免白名单中的IMSI码被持续吸附在机载设备中，这时机载设备会向白名单中被吸附的UE回复TAUREJECT或者ATTACHREJECT消息，在回复过程中将消息中的rejectcause值设置为cause#15，此时UE会认为机载设备激活的跟踪区不允许本UE接入，同时将该跟踪区记录到UE的TA禁止列表中，当UE再次搜索到该跟踪区时，发现该跟踪区位于TA禁止列表中，将会不再尝试接入机载设备中，而是选择公网中的其他通信小区，从而使白名单中的手机处于正常通信状态，在机载设备向UE回复TAU REJECT或者ATTACH REJECT消息时，同时执行重定向操作，根据已设定的频点和重定向类型，打开重定向开关，将UE驱赶到相应的通信小区，为了进一步确保白名单中的手机不被误判，在操控手机中也增加白名单判断环节，当操控手机接收到白名单中的手机IMSI码后，将其正确选出，使其不在操控手机中显示，避免对救援人员造成干扰；

通过上述白名单设置过程，将能确保救援人员的手机不会被误判为被困人员的手机；

（2-3-2）将相关周边人员的手机IMSI码设置为白名单：

采用重定向工作模式，当机载设备探测到白名单外的IMSI码后，将不再释放，而是将其吸附在机载设备中，处于被机载设备控制的状态，此时被吸附的IMSI码，既包括被困人员的手机IMSI码，也包括周边人员的手机IMSI码，需要继续；

首先通过机载设备将被吸附手机的Flow Type值设置为“No Service”，此时被吸附的手机将显示为无服务状态；

然后，相继采用两种方法识别周边人员的手机IMSI码；

方法1：令被吸附的手机每隔10秒上报一次IMSI码信息，表明手机处于被吸附状态，同时每上报一次，将吸附次数增加1，若吸附次数稳定增加，提示救援人员该手机处于救援范围内，有可能为被困人员手机，若手机在30秒内未上报IMSI码信息，说明该手机未被吸附，表明其为周边人员手机，将其从吸附列表中删除，无进一步研判的必要；

方法2：为进一步确认被吸附手机是否为被困人员手机，可根据欲搜救的范围，调小机载设备的射频信号强度，缩小救援区域面积，为便于救援人员合理控制射频信号强度，在射频信号有效辐射距离和射频发射功率之间建立了映射关系，救援人员只要输入射频信号有效辐射距离，机载设备根据电磁波自由空间传播模型，可将射频发射功率自动调节到合适的数值；

具体换算方法如下：

①根据手机重选规则，确定使手机发生重选行为的RSRP（dBm）值，可根据该RSRP值确定射频信号的有效辐射距离，即机载设备向外发射射频信号时，强度大于RSRP值的距离为有效辐射距离，

②采用电磁波自由空间传播模型，确定能量衰减值与辐射距离和电磁波频率之间的映射关系，如下式所示：

L=32.45+20 lg(d)+20lg(f)

其中L为能量衰减值（dB），d为辐射距离（km），f为电磁波频率（MHz），将机载设备激活频点的频率f以及救援人员欲控制的有效辐射距离d代入上式，便可得到能量衰减值L；

③结合能量衰减值L和RSRP，可计算出机载设备射频输出功率P(dBm)，如下式所示：

P=L+RSRP

④最后根据机载设备最大射频输出功率P_max（dBm）计算出机载设备的衰减值L_b，如下式所示：

L_b=P_max-P

将该衰减值L_b输入机载设备，便可将机载设备的有效辐射距离控制在d以内；

（2-4）锁定待救援的IMSI码

采用上述方法将机载设备工作范围调小到有效辐射距离以内后，此时依然被吸附，并且吸附次数稳定增加的手机即可判定为被困人员手机，最后将该手机IMSI码设置为定位黑名单，并将机载设备由重定向模式切换为定位模式，便可对被困人员的手机实施定位活动。

本发明的积极效果如下：

（1）将手机信号探测搜救仪设计为无人机挂载方式，可有效提高搜救效率，并扩大搜救范围。

（2）设计了定向搜救和研判搜救两种工作方式，分别适用于被困人员手机IMSI码已知和未知两种情况，从而使手机信号探测搜救仪满足所有搜救场景。

（3）设计了搜救目标研判方法，避免将非被困人员的手机误判为被困人员的手机，有效提高搜救的成功率。

附图说明

附图1为本发明工作状态结构示意图；

附图2为本发明机载设备主体内部机械结构示意图；

附图3为本发明机载设备主体外部机械结构示意图；

附图4为本发明机载设备主体外壳与定向天线连接结构示意图；

附图5为本发明机载设备定向天线内部结构示意图；

附图6为本发明地面接收站外部机械结构示意图；

附图7为本发明地面接收站内部机械结构示意图；

附图8为定向天线朝向地面区域挂载方式示意图；

附图9为定向天线朝向垂直区域挂载方式示意图；

附图10为本发明硬件原理框图；

附图11为本发明定向搜救方式流程图；

附图12为本发明研判搜救方式流程图（上）；

附图13为本发明研判搜救方式流程图（下）；

附图14为本发明当无人机在搜救目标上方时定位对比图。

在附图中：1无人机、2机载设备、3地面接收站、4操控手机。

具体实施方式

如附图1-5所示为本发明的实施例1，其由如下部分组成：

选择适宜无人机挂载的手机信号探测搜救仪，

手机信号探测搜救仪主要包括机载设备、地面接收站、操控手机三部分。其中机载设备挂载在无人机上，用于探测手机信号；地面接收站由救援人员随身携带，用于接收机载设备回传的数据，以及发送机载设备控制指令；操作手机为控制终端，用于救援人员观察手机信号探测情况，并向机载设备下发控制指令。

机载设备将各组成部件集成在一个独立的箱体中，包括基带板、数传电台、交换机、电源、天线等核心部件。这样，机载设备就具有了完全独立的供电系统、数据传输系统、信号收发系统，可不依赖无人机的供电系统、数据传输系统、信号收发系统而独立工作。

为便于机载设备在无人机上挂载，在箱体上设计了尺寸可调安装孔，使机载设备能够适用于不同间距的挂载架。同时，采用了快速安装卡扣，能够在不采用安装工具的情况下，手工将机载设备安装在挂载架上，提高了现场可操作性。

在机载设备箱体的顶部和侧部都设置有安装孔，这样机载设备可兼容两种挂载方式，一是定向天线朝向地面区域挂载方式，二是定向天线朝向垂直区域挂载方式，有效拓宽了搜救的空间范围。

手机信号探测搜救仪的通信链路由机载设备、地面接收站、操控手机构成。机载设备通过数传电台与地面接收站通信，地面接收站通过无线路由器与操控手机通信，这样可采用便于携带、通用性更强的手机对机载设备进行控制，避免使用专用的工控机，便于救援人员使用。

如附图6-14所示，关于救援过程本发明包括两部分，一是集定向搜救和研判搜救于一体的工作方式，二是研判搜救工作方式中的搜救目标研判方法。

既然存在被困人员手机IMSI码已知和未知两种不同的搜救需求，针对这两种搜救需求，本发明设计了集定向搜救和研判搜救于一体的工作方式。

（1）定向搜救工作方式

若被困人员手机IMSI码已知，采用定向搜救工作方式。此时，救援人员已在被困人员附近，救援人员可采用手工方式或扫频方式选择一个最适合手机接入的频点，然后采用该频点激活机载设备的通信小区，诱使被困人员的手机接入机载设备，从而对被困人员手机进行定位。根据救援人员对于救援地域公网环境的掌握程度，灵活选用手工方式或扫频方式选择频点。若救援人员对救援地区公网环境较为熟悉，可采用手工方式选择频点，否则采用扫频方式。

若机载设备已处于搜救工作状态，此时不允许再次激活小区，避免设备处于失控状态。基带板具有TDD和FDD两种通信制式，二者只能选择其中一个，需要判断欲激活的频点制式或运营商类型是否与基带板当前制式一致。若一致，基带板不需要切换TDD/FDD制式。否则，需要重新启动基带板，将TDD制式切换为FDD制式，或将FDD制式切换为TDD制式。在重启基带板过程中，基带板各项功能将被关闭，基带板不再发送任何数据，需要创建专用的等待线程，一直等到基带板发出心跳信息，说明基带板完成重启过程，TDD/FDD制式切换成功，基带板处于正常工作状态。若欲激活的频点制式或运营商类型与基带板当前制式一致，则不需要重启基带板。

若采用扫频方式选择频点，通信制式一致后，需启动扫频流程，扫描公网环境中的最优频点。在扫频过程中，需要执行三个流程环节，一是设置频点列表，根据该列表进行频点扫描；二是设置全频段扫描模式，扫描完频点列表中的频点后，继续扫描sib5中的异频点，确保扫频过程中全面性；三是根据频点优先级和RSRP值综合确定最优频点，选用优先级最高的频点，在优先级相同的条件下选择RSRP值最大的频点。

根据手工方式选择的频点或扫频方式自动确定的频点，由基带板向功率放大器下发选频指令，使功率放大器工作频段与频点一致，此时功率放大器处于正常工作状态。然后将被困人员IMSI码添加到定位黑名单中，并将基带板设置为定位工作模式，此时基带板对于捕获到的黑名单之外的IMSI码，将进行快速释放。最后，激活通信小区，整个机载设备处于搜救工作状态。

此时，救援人员可控制无人机在救援地域巡查，对被困人员进行搜索。当机载设备探测到被困人员手机IMSI码后，操控手机将会接收到机载设备发回的RSRP值，根据该RSRP值可判断被困人员手机的距离范围。在搜救过程中，当RSRP值逐渐变大时，说明正在向被困人员靠近，直至精确确定被困人员位置。

如附图2所示，依据该流程图开发出相应的控制软件，该控制软件安装于操控手机中。该控制软件的主要操作步骤如下：

1.将被困人员手机的IMSI码输入到定位黑名单中；

2.选择“手工选择方式”，或“扫频方式”，用于确定欲激活的频点；

3.点击“启动”按钮，根据确定的频点激活通信小区，机载设备转入搜救状态；

4.当探测到被困人员手机IMSI码后，控制软件给出中标提示，以及RSRP值；

5.救援人员调整无人机飞行位置，会发现RSRP值发生变化，直至RSRP值调整为最大，即可确定被困人员手机位置。

定向搜救工作方式运用示例：

1.救援机构接到求助电话，得知某人员独自去某景区徒步旅游。该景区发生暴雨灾害性天气，该人员未返回，并且手机无法接通。该人员亲属猜测其被困景区，请求救援机构实施救援行动；

2.救援机构立即询问被困人员手机号码，而后联系运营商，得到被困人员手机的IMSI码，以及手机最近一次驻留的基站标识号。救援机构立即派出救援人员，根据基站标识号，迅速抵达被困区域；

3.救援人员抵达现场后，考虑到被困区域为平地，因此采用定向天线朝向地面区域方式，将机载设备挂载在无人机上。

4.接通无人机、机载设备、地面接收站的电源，然后打开操控手机。待操控手机接收到机载设备信号后，整套搜救设备就处于待工作状态；

5.救援人员将被困人员手机IMSI码输入到操控手机的APP中，然后选择手机运营商，启用扫频方式确定机载设备待激活的频点，并自动执行开启功率放大器、添加定位黑名单、设置定位模式、激活通信小区等一系列操作；

6.此时，机载设备已处于搜救工作状态，然后救援人员启动无人机，使无人机在被困区域内巡查；

7.当机载设备探测到被困人员手机IMSI码后，操控手机APP立刻给出提示，同时给出RSRP值。这时救援人员不断调整无人机空中位置，只需前后左右调整，不需要调整飞行高度，使RSRP值达到最大；

8.RSRP值达到最大时，无人机正下方位置即为被困人员所在位置。救援人员可进入该位置进行仔细搜索，直至找到被困人员为止。

（2）研判搜救工作方式

若被困人员手机IMSI码未知，采用研判搜救工作方式。由于此时被困人员手机IMSI码不明确，因此不适宜采用根据频点建站方式，适宜采用根据运营商类型建站方式。

“研判搜救工作方式”中的TDD/FDD制式切换方式、扫频方式、目标手机RSRP值判读方式与“定向搜救工作方式”相同，这里不再赘述。

首先确定欲搜救手机所属的运营商，将运营商区分为移动（TDD）、移动（FDD）、联通、电信等四类，救援人员只需要确定欲搜救的运营商类型即可。然后采用扫频方式使机载设备自动选择一个最优频点，并采用重定向方式激活相应的通信小区，将白名单中的IMSI码重定向到次优公网频点小区。

若激活频点失败（如在野外，公网信号弱，有可能导致激活频点失败），此时采用强制方式激活频点。对于移动TDD，激活随机频点；对于移动FDD，激活1300频点；对于联通，激活1650频点；对于电信，激活100频点。

由于采用重定向工作模式，对于捕获到的白名单外的IMSI码，将不再释放。这些IMSI码中，除了被困人员的手机IMSI码外，也包括非被困人员的手机IMSI码，需要采用搜救目标研判方法将被困人员手机IMSI码识别出来，具体方法详见“搜救目标研判方法实施方式”。

（三）搜救目标研判方法实施方式

在不明确被困人员身份的情况下实施搜救，是一种比较普遍的搜救需求。在无人机挂载机载设备探测手机信号过程中，除了被困人员的手机被探测到外，其他人员（包括救援人员和非被困人员）的手机也有可能被探测到。这就需要手机信号探测搜救仪具有一定的被困人员判断能力，能够正确识别被困人员的手机信号，避免将救援人员或非被困人员的手机误判为被困人员的手机，从而提高搜救成功率。

有可能被误判的手机包括救援人员的手机和非被困人员的手机，只要避免这两类手机被误判，就能确保搜救成功率。

首先可采用白名单设置方式解决救援人员手机被误判的问题。因为救援人员使用的手机是确定的，因此可采用侦码设备，或通过移动通信运营商获取到救援人员手机的IMSI码，然后将IMSI码输入到基带板的白名单中。而后启动机载设备，激活通信小区，使机载设备处于重定向工作模式。当机载设备探测到白名单中的IMSI码后，能够对其进行正确识别。为了避免白名单中的IMSI码被持续吸附在机载设备中，这时机载设备会向白名单中被吸附的手机回复TAU REJECT或者ATTACH REJECT消息，在回复过程中将消息中的rejectcause值设置为cause#15，此时手机会认为机载设备激活的跟通信小区不允许本手机接入，同时将该通信小区记录到手机的TA禁止列表中。当手机再次搜索到该通信小区时，发现该通信小区位于TA禁止列表中，将会不再尝试接入机载设备中，而是选择公网中的其他通信小区，从而使白名单中的手机处于正常通信状态。在机载设备向手机回复TAUREJECT或者ATTACH REJECT消息时，同时执行重定向操作，根据已设定的频点和重定向类型，打开重定向开关，将手机驱赶到相应的通信小区。为了进一步确保白名单中的手机不被误判，在操控手机中也增加白名单判断环节，当操控手机接收到白名单中的手机IMSI码后，将其正确选出，使其不在操控手机中显示，避免对救援人员造成干扰。

通过上述白名单设置过程，将能确保救援人员的手机不会被误判为被困人员的手机。

当机载设备探测到白名单外的IMSI码后，将不再释放，而是将其吸附在机载设备中，处于被机载设备控制的状态。此时被吸附的IMSI码，既包括被困人员的手机IMSI码，也包括非被困人员的手机IMSI码，需要继续将非被困人员的手机IMSI码识别出来。

首先通过机载设备将被吸附手机的Flow Type值设置为“No Service”，此时被吸附的手机将显示为无服务状态，对非被困人员起到一种提示作用。

然后，相继采用两种方法识别非被困人员的手机IMSI码。

方法1：令被吸附的手机每隔10秒上报一次IMSI码信息，表明手机处于被吸附状态，同时每上报一次，将吸附次数增加1。若吸附次数稳定增加，提示救援人员该手机处于救援范围内，有可能为被困人员手机。若手机在30秒内未上报IMSI码信息，说明该手机未被吸附，表明其为非被困人员手机，非被困人员只是偶然途径救援区域，将其从吸附列表中删除，无进一步研判的必要。

方法2：为进一步确认被吸附手机是否为被困人员手机，可根据欲搜救的范围，调小机载设备的射频信号强度，缩小救援区域面积，为便于救援人员合理控制射频信号强度，在射频信号有效辐射距离和射频发射功率之间建立了映射关系，救援人员只要输入射频信号有效辐射距离，机载设备根据电磁波自由空间传播模型，可将射频发射功率自动调节到合适的数值；

具体换算方法如下：

①根据手机重选规则，确定使手机发生重选行为的RSRP（dBm）值，可根据该RSRP值确定射频信号的有效辐射距离，即机载设备向外发射射频信号时，强度大于RSRP值的距离为有效辐射距离，

②采用电磁波自由空间传播模型，确定能量衰减值与辐射距离和电磁波频率之间的映射关系，如下式所示：

L=32.45+20 lg(d)+20lg(f)

其中L为能量衰减值（dB），d为辐射距离（km），f为电磁波频率（MHz），将机载设备激活频点的频率f以及救援人员欲控制的有效辐射距离d代入上式，便可得到能量衰减值L；

③结合能量衰减值L和RSRP，可计算出机载设备射频输出功率P(dBm)，如下式所示：

P=L+RSRP

④最后根据机载设备最大射频输出功率P_max（dBm）计算出机载设备的衰减值L_b，如下式所示：

L_b=P_max-P

将该衰减值L_b输入机载设备，便可将机载设备的有效辐射距离控制在d以内；救援人员逐渐调小射频输出信号有效辐射距离，被吸附的手机数量也会逐渐减少。一般而言，被困人员相对于非被困人员，其相对于无人机的距离更近一些，因此，在逐渐调小射频输出信号有效辐射距离的过程中，非被困人员的手机会首先被机载设备释放掉，当被吸附的手机数量为1个时，该手机极可能为被困人员的手机，将其判定为被困人员手机。然后将该手机IMSI码设置为定位黑名单，并将机载设备射频输出功率调至最大，避免该手机脱离控制。最后将机载设备由重定向模式切换为定位模式，便可对被困人员的手机实施定位活动。

如附图5所示，当无人机在搜救目标上方搜寻时，机载设备探测到的手机信号强度会不断变化，手机信号强度最大时，无人机正下方即为搜救目标所在位置。以上实施方式针对的是在地面区域进行搜救，若在垂直区域（如崖体侧面）进行搜救，需要采用定向天线朝向垂直区域方式，将机载设备挂载在无人机上，在垂直方向搜索被困人员，其他操作步骤与地面区域搜救方式相同。

在确定搜救目标过程中，情况比较复杂，在运用上述方法时，有这样几种情况需要注意：

（1）始终探测不到任何手机信号，说明无人机距离搜救目标较远。此时需要扩大无人机活动范围，直至探测到手机信号；

（2）探测到很多手机信号，为进一步确定搜救目标，在调整射频输出功率时，发现很难将被吸附手机的数量调整为1个，会从多个突然变化为0个，或从0个突然变化为多个，说明该区域存在多个被困人员。此时，可随机选择一个手机IMSI码进行定位；

（3）采用3套机载式手机信号探测搜救仪同时工作，搜救效果最佳。3套设备分别针对中国移动、中国联通、中国电信三大运营商，各自激活一个通信小区。若不具备3套设备，在搜索某个运营商手机未果的情况下，可切换为其他运营商的通信小区，继续搜索；

（4）本搜救目标研判方法最适宜在人烟稀少区域运用，可避免非被困人员手机信号对于搜救活动的干扰；

（5）为保证机载式手机信号探测搜救仪能够正常工作，需要准确判断被困人员所在位置。只要能够确定被困人员所在方圆1千米区域即可，可保证被困人员手机被探测到；

（6）当非被困人员长时间滞留在搜救区域内，搜救设备将难以区分其是否为搜救目标，这时设备会存在一定的误判率。需要救援人员结合其他信息（如机载摄像机拍摄的现场影像、根据IMSI码确定的手机注册人员信息、被困人员数量等），判断被吸附的手机是否为被困人员的手机。

如附图3-4所示，依据该流程图开发出相应的控制软件，该控制软件安装于操控手机中。该控制软件的主要操作步骤如下：

1.将救援人员手机的IMSI码输入到白名单中；

2.在中国移动、中国联通、中国电信三大运营商中进行选择；

3.点击“启动”按钮，控制软件采用扫频方式，针对选中的运营商进行公网扫频，扫到最适宜被困人员手机接入的频点。控制软件根据该频点激活通信小区，机载设备转入搜救状态，此时射频输出功率为最大，工作模式为重定向；

3.除白名单外的手机IMSI码都将被机载设备所吸附，每个IMSI码每被吸附1次，该IMSI码的吸附总次数增加1；

4.被吸附的IMSI码在连续30秒内不被吸附，说明其为路过的非被困人员的手机，将其从吸附列表中自动删除，不再进行研判；

5.若吸附的IMSI码较多，影响研判，救援人员采用滑动框（滑动框采用辐射距离进行标定）方式逐渐调小射频输出信号有效辐射距离，减少被吸附IMSI码的数量，直至只吸附1个IMSI码；

6.救援人员选中最终吸附的1个IMSI码，设置其为定位黑名单，工作模式转换为定位，射频输出功率自动恢复为最大。针对该IMSI码，控制软件给出中标提示，以及RSRP值。

7.救援人员调整无人机飞行位置，会发现RSRP值发生变化，直至RSRP值调整为最大，即可确定被困人员手机位置。

研判搜救工作方式运用示例：

1.某旅游团1名成员私自脱离队伍，去指定路线外的其他区域游玩。旅游团返回集合地时，才发现该成员失踪。由于旅游团管理不善，该成员的手机号码记录丢失，无法通过手机方式与该成员取得联系；

2.在该景区发生了泥石流灾害，旅游团组织者高度怀疑该成员被困于泥石流发生区域，因此请求救援机构在该泥石流发生区域实施救援行动；

3.由于无法提供被困人员的手机号码，因此无法确定被困人员手机的IMSI码，救援人员决定采用研判搜救方式实施救援行动；

4.救援人员携带3套机载式手机信号探测搜救仪抵达泥石流发生区域附近。考虑到该区域主要位于较为陡峭的山坡地带，因此采用定向天线朝向垂直区域方式，将机载设备挂载在无人机上。3套机载设备的挂载方式都相同。

5.接通无人机、机载设备、地面接收站的电源，然后打开操控手机。待操控手机接收到机载设备信号后，3套机载设备就处于待工作状态；

6.将救援人员的手机IMSI码设置在白名单中，避免救援人员的手机被机载设备吸附；

7.3套机载式手机信号探测搜救仪分别针对中国移动运营商、中国联通运营商、中国电信运营商，启用扫频方式，确定机载设备待激活的频点，并自动执行开启功率放大器、设置重定向模式、激活通信小区等一系列操作；

8.此时，3套机载设备已处于搜救工作状态，然后救援人员启动3套无人机，使这3套无人机在被困区域内巡查；

9.当机载设备探测到救援人员手机后，对其执行重定向操作，使其不被机载设备吸附；

10.当机载设备探测到救援人员手机外的手机后，对其进行吸附，并使其处于无服务状态，起到提示作用。若被吸附手机为路过的非被困人员手机，其离开救援区域后，将不再被吸附，从吸附列表中删除；

11.逐渐调小射频输出信号有效辐射距离，使被吸附的手机数量减少，直至为1个，将该手机判定为被困人员手机，并将该手机IMSI码设置为定位黑名单；

12.将机载设备射频输出功率调至最大，将机载设备由重定向模式切换为定位模式，对被困人员的手机实施定位活动；

13.操作手机APP给出RSRP值。这时救援人员以定向天线正前方为基准，不断上下左右调整无人机空中位置，使RSRP值达到最大；

14.RSRP值达到最大时，无人机定向天线正前方位置即为被困人员所在位置。救援人员可进入该位置进行仔细搜索，直至找到被困人员为止。

Claims (6)

1.一种利用机载式手机信号探测搜救仪的搜救方法，其特征在于包括如下步骤：

一、搭建搜救设备平台：

所述搜救设备平台由机载设备、地面接收站以及操控手机组成；

所述机载设备包括机壳（15）、第一数传电台（1）、第二数传电台（2）、交换机（3）、基带板（4）、变压器（5）、开关（6）、充电口（7）、第一数传天线（8）、第二数传天线（9）、扫频天线（10）、功率放大器（12）、锂电池（13）定向天线以及挂载装置，

所述第一数传电台（1）、第二数传电台（2）、交换机（3）、基带板（4）、变压器（5）、功率放大器（12）、锂电池（13）固定设置于机壳（15）内，

所述开关（6）、充电口（7）、第一数传天线（8）、第二数传天线（9）、扫频天线（10）、定向天线以及挂载装置设置于机壳（15）外侧，

所述定向天线由定向天线机壳（16）、低频振子（17）以及高频振子（18）组成，所述定向天线机壳（16）固定设置于机壳（15）下方，所述低频振子（17）以及高频振子（18）设置于定向天线机壳（16）内，所述定向天线通过电线与功率放大器（12）的相应接口连接，

所述挂载装置由一个以上的装载件（14）组成；

所述地面接收站由包括地面接收站机壳（19）、地面接收站锂电池（20）、地面接收站无线路由器（21）、第三数传天线（22）、无线路由器天线（23）、地面接收站充电口（25）、地面接收站开关（26）以及第三数传电台（27），

所述地面接收站锂电池（20）、地面接收站无线路由器（21）以及第三数传电台（27）固定设置于地面接收站机壳（19）内，

所述第三数传天线（22）、地面接收站充电口（25）以及地面接收站开关（26）设置于地面接收站机壳（19）外侧；

二、搜救方法如下：

根据被困人员手机IMSI码已知和未知两种不同的搜救需求，采用如下两种搜救方案，

（1）若被困人员手机IMSI码已知，

采用定向搜救工作方式，救援人员已在被困人员附近，救援人员采用手工方式或扫频方式接入手机的频点，然后采用该频点激活机载设备的通信小区，诱使被困人员的手机接入机载设备，从而对被困人员手机进行定位；

（1-1）TDD/FDD制式切换：

由于基带板具有TDD和FDD两种通信制式，根据欲激活的频点制式或运营商类型在基带板中选择采用其中之一；

（1-2）选用手工方式或扫频方式选择频点：

若采用扫频方式选择频点，通信制式一致后，启动扫频流程，扫描公网环境中的最优频点，

在扫频过程中，需要执行三个流程环节，

①．设置频点列表，根据该列表进行频点扫描；

②．设置全频段扫描模式，扫描完频点列表中的频点后，继续扫描sib5中的异频点，确保扫频过程中全面性；

③．根据频点优先级和RSRP值综合确定最优频点，选用优先级最高的频点，在优先级相同的条件下选择RSRP值最大的频点，

（1-3）根据目标手机能量值锁定被困人员位置：

救援人员控制无人机在救援地域巡查，对被困人员进行搜索，当机载设备探测到被困人员IMSI码后，操控手机将会接收到机载设备发回的能量值；

（2）若被困人员手机IMSI码未知：

采用研判搜救工作方式，研判搜救工作方式中的TDD/FDD制式切换方式、扫频方式、目标手机能量值判读方式与“定向搜救工作方式”相同；

（2-1）确定欲搜救手机所属的运营商：

将运营商区分为移动TDD、移动FDD、联通、电信等四类，救援人员根据欲搜救的运营商确定类型；

（2-2）激活频点：

采用扫频方式使机载设备自动选择一个最优频点，并采用重定向方式激活相应的通信小区，将白名单中的IMSI码重定向到次优公网频点小区，

若激活频点失败，如在野外，公网信号弱，有可能导致激活频点失败，此时采用强制方式激活频点，对于移动TDD，激活随机频点；对于移动FDD，激活1300频点；对于联通，激活1650频点；对于电信，激活100频点；

（2-3）排除干扰IMSI码：

在无人机挂载机载设备探测手机信号过程中，除了被困人员的手机被探测到外，包括救援人员以及周边人员的手机也有可能被探测到；

（2-3-1）将相关救援人员的手机IMSI码设置为白名单：

采用侦码设备或通过移动通信运营商获取到救援人员手机的IMSI码，然后将IMSI码输入到基带板的白名单中，而后启动机载设备，激活通信小区，使机载设备处于重定向工作模式；（2-3-2）将相关周边人员的手机IMSI码设置为白名单：

采用重定向工作模式，当机载设备探测到白名单外的IMSI码后，将不再释放，而是将其吸附在机载设备中，处于被机载设备控制的状态，此时被吸附的IMSI码，既包括被困人员的手机IMSI码，也包括周边人员的手机IMSI码；

具体换算方法如下：

①根据手机重选规则，确定使手机发生重选行为的RSRP值，可根据该RSRP值确定射频信号的有效辐射距离，即机载设备向外发射射频信号时，强度大于RSRP值的距离为有效辐射距离，

②采用电磁波自由空间传播模型，确定能量衰减值与辐射距离和电磁波频率之间的映射关系，如下式所示：

L=32.45+20 lg(d)+20lg (f)

其中L为能量衰减值，其单位是dB，d为辐射距离，其单位是km，f为电磁波频率，其单位是MHz，将机载设备激活频点的频率f以及救援人员欲控制的有效辐射距离d代入上式，便可得到能量衰减值L；

③结合能量衰减值L和RSRP，可计算出机载设备射频输出功率P，如下式所示：

P=L+RSRP

④最后根据机载设备最大射频输出功率P_max计算出机载设备的衰减值L_b，如下式所示：

L_b=P_max-P

将该衰减值L_b输入机载设备，便可将机载设备的有效辐射距离控制在d以内；

（2-4）锁定待救援的IMSI码

采用上述方法将机载设备工作范围调小到有效辐射距离以内后，此时依然被吸附，并且吸附次数稳定增加的手机即可判定为被困人员手机，最后将该手机IMSI码设置为定位黑名单，并将机载设备由重定向模式切换为定位模式，便可对被困人员的手机实施定位活动。

2.根据权利要求1所述的一种利用机载式手机信号探测搜救仪的搜救方法，其特征在于所述挂载装置设置于机壳（15）上端面或侧端面，且装载件（14）为四个。

3.根据权利要求2所述的一种利用机载式手机信号探测搜救仪的搜救方法，其特征在于所述机壳（15）外侧面还设置有电量指示器（11）。

4.根据权利要求3所述的一种利用机载式手机信号探测搜救仪的搜救方法，其特征在于所述地面接收站机壳（19）外侧面还设置有地面接收站电量指示器（24）。

5.根据权利要求4所述的一种利用机载式手机信号探测搜救仪的搜救方法，其特征在于所述地面接收站机壳（19）由上壳体以及插板（28）组成。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种利用机载式手机信号探测搜救仪的搜救方法，其特征在于所述基带板（4）是型号为：LynxBoard™ IDRB1003。

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