基于北斗定位技术的海上求救终端研究

赵树源，盛仕伟，赵知崇，高 伟

（1.大连科技学院 电气工程学院，辽宁 大连 116052；2.大连交通大学 机车车辆工程学院，辽宁 大连 116028；3.中国电信股份有限公司大连分公司，辽宁 大连 116021）

0 引言

海上环境特殊，如有人员遇险，无法采用有线通信方式向陆地求救。而移动通信信号只能覆盖岸边或近海，因此也不能作为海上求救通信方式。目前海上求救的通信方式以卫星通信为主，求救系统采用全球海上遇难与安全系统（Global Maritime Distress and Safety System，GMDSS）。GMDSS 是国际海事组织建立的一种基于卫星通信和无线通信技术的现代化搜寻救助通信系统[1-2]。当船舶在海上遇难时，可以通过GMDSS 向附近的船只或岸站发送求救信号。但GMDSS 设备沉重，需要安装在船舶上，当海上单独作业的船员落水或出现紧急状况时无法接触到GMDSS，此外当船舶受损或电力系统出现问题，将导致GMDSS 无法正常工作[3-5]。为了弥补GMDSS 不便于携带、无法为船员提供及时自主救助的缺陷，本文提供一种利用北斗定位结合卫星通信技术的海上遇险求救可穿戴式终端，可利用北斗短报文技术和卫星通信方式向其他船只或陆地救助机构发送位置信息和求救信号。

1 系统设计方案

1.1 系统整体结构

设计的终端采用电池供电，以低功耗STM32处理器为核心，外围搭载北斗定位芯片和卫星通信芯片，提供救生衣自动启动和声光报警接口。终端由STM32 控制模块、北斗定位模块、卫星通信模块以及生理参数监测模块4 部分组成。终端由锂电池供电，STM32 控制模块实现信息处理和其他模块控制，北斗定位模块提供定位信息并发送短报文，卫星通信模块向其他船只和岸站发送求救信号，生理参数监测模块完成船员心率、体温、呼吸及血氧信号的采集和分析。系统的整体结构如图1所示。

图1 海上遇险一键求救终端系统结构图

1.2 系统各模块功能

STM32 控制模块是终端的核心，完成北斗定位模块发送的位置信息采集，控制北斗定位模块发送短报文，控制卫星通信模块传输信息，接收生理参数监测模块发送的心率、体温、呼吸及血氧信号并进行分析处理。

北斗定位模块由UM220-IV 芯片和外围电路组成。UM220-IV 是一款完全国产化的、小尺寸、高集成度的低功耗北斗定位芯片，支持辅助定位功能，功耗为90 mW，芯片结构如图2 所示。北斗定位模块实现位置信息采集和短报文功能。

图2 UM220-IV 结构图

卫星通信模块由Iridium 9603 平台和外围电路组成。Iridium 9603 是一款适用于陆海空移动市场的通信平台，支持铱星SBD 服务。卫星通信模块实现求救信号的数据远程通信。

生理参数监测模块的采集模块实现船员心率、体温、呼吸及血氧信号的采集，并将数据传送给STM32 控制模块。血氧和心率采集电路如图3所示。

图3 血氧和心率采集电路

2 系统软件设计

系统启动后，首先进行初始化，待各模块进入正常工作状态后，检测是否有按键触发求救。如果检测到有按键触发，则采集位置信息和生理参数信息，发送北斗短报文，并通过卫星通信方式发送求救信号。如果未检测到按键触发，则实时检测船员的生理信号，如果发现心率、体温、呼吸及血氧数据异常则自主启动求救，发送求救信号。具体软件流程如图4 所示。终端留有预留接口，当系统连接救生衣充气装置、声光报警装置等辅助设备时，系统在初始化过程中检测外接辅助装置的类型，在按键或自主启动求救流程时，进入相应子程序，控制辅助装置工作。

图4 主程序流程图

3 结语

基于北斗定位及卫星通信的海上遇险一键求救终端为可穿戴设计，由锂电池供电，采用完全自主知识产权的UM220-IV 北斗定位芯片和覆盖全球的高稳定Iridium 9603 卫星通信芯片。终端可以一键触发求救功能，此外，终端具备生理参数实时采集处理功能，若发现生理信息异常则自主触发求救功能。终端预留救生衣自动充气和声光报警等接口，方便后续功能扩展。此终端具备功能完善、低功耗、易于穿戴等特点，可以有效降低搜救成本，可作为现有GMDSS 系统的备用装置，在GMDSS 无法启动时，为船员提供有效的救助。