基于北斗/GPS的山区定位救援系统设计

泰山学院物理与电子工程学院 董 程 魏 浩 赵婧君 刘 磊

卫星导航[1]是通过全球导航卫星(Global Navigation Satellite System, GNSS)精确的测定位置和时间的方法。目前有美国的 GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的北斗和欧洲的 GALILEO 系统[3]。 我国计划 “北斗二代”到2020年实现全面商业化。

我国北斗应用范围较广，例如天津市蓟县林业局的森林防火实战指挥系统[4]；铁总公司的列车运行控制系统[5]；海洋渔业也应用了北斗系统[6]。在救援定位应用上，目前国内主要是 GPS+ 2G/3G通信模块，但是在没有手机信号情况下，这种系统无法做到报警救援。国内的惠州华阳公司曾开发了一款北斗 RDSS 应急终端ET600，具备乐一定的应急救援功能。但是体积较大，携带不便，价格贵，续航差。

针对目前国内山区及复杂环境下，移动信号失效时，无法准确定位、通信和搜救的问题。以北斗二代为基础研究了一套能够实时定位、通信畅通、体积适中、携带方便、价格低廉、通用性好、可靠性高、方便扩展的救援系统。

本设计主要解决三大问题：

（1）信号融合问题

目前北斗系统稳定性、精度、以及应用范围都不如GPS信号。因此研究双模式甚至是多模式下的定位导航[7]，可以进一步提高系统的精确度和稳定性。

（2）定位信号的抗噪性和补偿算法

信号接收时的噪声问题，尤其是信号的散射、反射产生的多径效应，多普勒效应甚至被遮挡都是影响定位的因素。通过对芯片接收灵敏度的提高，考虑采用软硬件算法对各种噪声滤波的研究可以提高其抗噪性。在信号被阻挡的过程中，多模式导航可提高可靠性，如信号被完全阻挡，那么利用惯性导航原理辅以硬件加速度检测器可以推算出坐标位置。

（3）嵌入式ARM系统开发

ARM硬件系统辅以Android操作系统使开发难度远大于以往简单的ARM和嵌入式开发足以满足本系统以及未来的升级功能和后续开发要求。

系统的用户终端通过北斗卫星通信链路与计算机控制中心连接，用户终端包括控制、加速度检测、多模定位、通信、存储、电源等模块以及键盘和显示屏，各模块均与控制模块连接。

如图1所示，山区定位救援系统还包括与电源模块相匹配的充电装置，包括太阳能充电器和支撑架。充电器包括折叠式软布包9，包内表面布设有若干块太阳能板8，包上设置有两对粘贴链10，包通过10固定在支撑架的伸缩杆2上。其中，支撑架包括连接架和四个伸缩杆，连接架包括连接杆5和固定在连接杆5两端的两个连接筒4，连接筒的两端均设置有内螺纹，伸缩杆2包括伸缩端1和固定端3，固定端 3 设置有与内螺纹配合使用的螺纹柱，伸缩端1设置有支撑腿6，四个伸缩杆2 通过固定端3的螺纹柱与连接架螺纹连接；支撑腿6为U型，支撑腿上端通过一销轴与伸缩杆2的伸缩端1铰接，销轴的一端设置有螺纹配合的锁紧螺母7；支撑腿设置有防滑胶套。

图1 户外支架模块和太阳能充电模块

本定位救援系统中选用多模定位模块 BM3013，能够使 GPS 和北斗两大坐标系相互转换结合，并在测距中利用两者相互补偿，提高了系统的准确性；选用加速度检测模块 MXA6500，当用户发生跌落等意外情况时自动检测并发送报警信息，选用三星 A9 四核 Exynos 4412 为控制模块，芯片速率高、通用性好，未来可以继续扩展升级 ；选用北京微电子所的研发芯片 BM3013 作为北斗及 GPS 卫星导航定位、短信（120 汉字 / 次）通信模块，可在水平3m、高度 6m 内精确定位精度高，灵敏度好。

[1]赵琳.卫星导航系统[M].哈尔滨工程大学出版社,2001.

[2]冉承其.北斗卫星导航系统运行与发展[J].卫星应用,2016(6)：13-16.

[3]林金海.北斗导航通讯技术在海事安全管理中的应用研究[D].集美大学,2016.

[4]付立红,王大震,张大永.蓟县护林员定位系统使用情况分析[J].森林防火,2014(3)：17-18.

[5]蔡伯根,上官伟,王剑,等.基于北斗卫星导航系统的列车安全定位保障方法[J].中国铁路,2013(4)：12-17.

[6]居礼.北斗卫星导航系统在海洋渔业的应用[J].卫星与网络,2013(3)：14-22.

[7]周巍.北斗卫星导航系统精密定位理论方法研究与实现[D].解放军信息工程大学,2013.