一种消防员应急室内定位系统技术方案

本发明专利技术公开一种消防员应急室内定位系统。系统由位于室外的同步站点、定位站点和位于室内的消防员随身携带的定位终端构成。同步站点向每个定位站点发送测距信号；定位站点将测距信号调制在本机载波上，生成抑制载波双边带调幅信号，向室内定位终端辐射；定位终端接收混合信号，识别出信号分别来自于哪个定位站点，然后计算出来自于各定位站点的测距信号相位差，根据双曲定位原理计算定位终端的3维坐标，实现消防员实时定位与导航。本系统具有如下优点：(1)定位站点与定位终端无需同步电路；(2)低频信号穿墙特性好；(3)电路简单，易于实现，成本较低；(4)定位终端功耗低，体积小；(5)无需基础设施，可快速布站，投入使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于室内定位与导航
，涉及一种消防员应急室内定位系统。
技术介绍
近年来，随着高层建筑的增多，火灾事故时有发生，消防员由于对楼层结构不熟悉 和受烟雾弥漫影响等原因，很难对自身进行定位，场外指挥人员也无法摸清室内消防员的 行踪，这不利于指挥人员做出正确的判断，当消防员出现受伤或意外时，消防员自身无法找 到撤离路线，场外营救人员也无法快速到达现场，消防员的生命安全受到极大威胁，从而错 失最佳自救营救时机，如何实现对消防员的实时定位与跟踪成为一个迫切需要解决的问 题。 消防员定位系统是一个特殊的室内定位系统，现有的各种室内定位方法并不能直 接用于消防员定位。这是因为：（1)工作环境恶劣：烟雾弥漫，可见度低，声音嘈杂，秩序混 乱，属于应急定位场合。（2)基础设施损坏：如首先要关掉电源，这就使得原有的安装在室 内的辅助定位设施失效，如要重新布置这些辅助设施，一是需要时间，二是有可能再次被损 坏，不能回收利用，既费人力又费财力。（3)室内信号较弱，误差大：室内GPS导航信号较弱， 无法实现室内定位，辅助惯性自主导航系统，可在一定程度上实现室内导航，但惯性自主导 航系统累积误差大，定位精度不高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种消防员应急室内定位系统，系统由同步站 点、定位站点、定位终端构成；同步站点和定位站点均位于建筑物外，定位终端由位于建筑 物内的消防员随身携带，依据双曲定位原理，通过测量室外各定位站点到达定位终端的距 离差来实现对消防员的实时定位。 为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案： 本专利技术公开了一种消防员应急室内定位系统，属于室内定位与导航
定 位系统由位于室外的同步站点、定位站点和位于室内的定位终端构成。同步站点向每个定 位站点发送测距信号；定位站点将测距信号调制在本机载波上，生成抑制载波双边带调幅 信号，向室内定位终端辐射；定位终端接收混合信号，识别出信号分别来自于哪个定位站 点，然后计算出测距信号的相位差，根据双曲定位原理计算出消防员的3维坐标，实现消防 员实时定位与导航。 进一步，所述定位站点的工作过程为：将低频正弦波测距信号调制在本机载波上， 生成抑制载波双边带调幅信号，经带通滤波和功率放大后由发射天线辐射出去。每个定位 站点载波信号频率不同，生成的双边带调幅信号频率也不能相同。 进一步，所述定位站点的载波频率使用无线电频谱中的低频段（如警用对讲机频 段350-390MHZ)，这个频段的信号穿墙能力强。 进一步，所述定位终端的工作过程为：将收到的各定位站点发射过来的混合信号， 经低噪声放大后，与本振信号进行混频，下变频到低中频信号，然后进行模数转换，使用快 速傅里叶变换得到信号的幅度谱和相位谱，计算出来自于每个定位站点上下边带信号的相 位差，即为低频正弦波测距信号的相位，计算来自于不同站点的低频正弦波测距信号的相 位差，从而得到各定位站点到达定位终端的距离差，根据双曲定位原理，构造方程组，求解 出每个定位终端的3维位置坐标。 进一步，所述同步站点的工作过程为：同步站点将低频正弦波信号调制在射频本 振上，然后经过带通滤波和功率放大后向各定位站点辐射。 进一步，所述定位站点的测距信号接收过程为：定位站点在收到同步站点发来的 射频信号后，经低噪声放大后，通过平方电路，滤除高频分量，经过带通滤波器，提取出定位 站点所需的低频正弦波测距信号。 本专利技术的有益效果在于：（1)定位站点之间同步电路简单，定位站点与定位终端 之间无需同步电路；⑵定位站点所用载波信号频段低，穿墙特性好，定位精度高；(3)电路 结构简单，易于实现，系统构建成本低；(4)参考站点可使用大功率，接收终端可工作于小 功率，定位终端设备体积小，功耗低；（5)无需任何基础设施，对环境依赖程度低，可快速布 站，立即使用，特别适合于消防应用场合。【附图说明】 为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行 说明： 图1为定位系统总体结构框图； 图2为室外定位站点结构框图； 图3为室内定位终端结构框图； 图4为室外同步站点结构框图； 图5为定位站点测距信号发生器结构框图；【具体实施方式】 下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。 图1为消防员定位系统总体结构框图，如图所示，本系统包括同步站点4,至少4个 定位站点2和定位终端3三部分构成，且同步站点和定位站点都布置在建筑物1外，其位置 已知；定位终端3由消防员随身携带，位于建筑物1内。各定位站点使用测距信号即低频正 弦波信号对载波信号进行调制，生成抑制载波双边带调幅信号，并向定位终端辐射。各定位 站点的低频正弦波测距信号的频率相同，相位差恒定，各定位站点的载波信号的频率不同。 定位终端接收信号，估计出各定位站点的低频正弦波测距信号到达定位终端时的相位差， 从而估计出各定位站点到定位终端的距离差，进而计算出定位终端的3维位置坐标。 图2为定位站点的结构框图，如图所示，将测距信号发生器21所产生的低频正弦 波测距信号调制23到本地振荡器22所产生的载波信号上，生成抑制载波双边带调幅信号， 经过带通滤波器24和功率放大器25后，送往发射天线26辐射出去。各定位站点的本地振 荡器所产生的载波信号频率不同，否则会产生冲突，定位终端无法区分。 图3为定位终端的结构框图，如图所示，定位终端通过接收天线31接收各定位站 点发射过来的混合信号，经低噪声放大器放大后32后，与本地信号33进行混频34,变为低 中频信号后，经模数转换ADC模块36变为数字信号，然后使用快速傅立叶变换FFT模块37 求解出每个站点的上下边带信号的相位，上下边带信号的相位差为低频正弦波测距信号的 相位，它消除了各定位站点载波信号的随机相位的影响；进而求解出各站点低频正弦波测 距信号到达定位终端的相位差，进而求解出各定位站点到达定位终端的距离差，从而位置 计算模块38可以求解出定位终端的3维位置坐标。 图4为同步站点的结构框图，如图所示，同步站点将低频正弦波信号41调制43在 射频本振42上，然后经过带通滤波44和功率放大器4当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种消防员应急室内定位系统，其特征在于：由位于室外的同步站点、定位站点和位于室内的定位终端构成；同步站点向每个定位站点发送测距信号；定位站点将测距信号调制在本机载波上，生成抑制载波双边带调幅信号，向室内定位终端辐射；定位终端接收混合信号，识别出信号分别来自于哪个定位站点，然后计算出测距信号的相位差，根据双曲定位原理计算出消防员的3维坐标，实现消防员实时定位与导航。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王韬，乔自士，谢晓姣，沈亦豪，高瞻，李东，徐建，覃大伟，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85