專利名稱：基于北斗的擴(kuò)頻無線電救生裝置及救生信號(hào)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種救生裝置，具體地說是一種基于北斗的擴(kuò)頻無線電救生 裝置。本發(fā)明也涉及一種信號(hào)的處理方法。
(二)
背景技術(shù)：
對(duì)無線電救生系統(tǒng)的研制最早始于美國(guó)。其具有代表性的配套產(chǎn)品為"PRC" 系列，隨著技術(shù)的進(jìn)步而不斷改進(jìn)更新。如最早的"AN/PRC-49"以及在此基礎(chǔ) 上發(fā)展起來的"AN/PRC-90"、 "AN/PRC-103"、 "AN/PRC-106"等等。目前應(yīng)用最 為廣泛的是"PRC-112"及其改進(jìn)的"PRC-112/B"系列產(chǎn)品。該系統(tǒng)專門針對(duì)美 軍各兵種飛行員所研制，以保證其跳傘降落后搜救工作的順利實(shí)施。該系統(tǒng)工作 頻率121.5MHz，可根據(jù)環(huán)境不同將其擴(kuò)展至225-299. 975MHz頻段；內(nèi)置GPS信 號(hào)接收機(jī)；電臺(tái)采用傳統(tǒng)的AM方式；信號(hào)覆蓋待救方60至100公里半徑范圍； 定位精度100米；接收機(jī)具有視距范圍內(nèi)目標(biāo)自動(dòng)引導(dǎo)功能；系統(tǒng)體積為28立 方英寸，大小為7.69X3xi.5英寸；重量為28盎司；常規(guī)電源為"A-5312/0" 型號(hào)電池，另配外接電源接口；其應(yīng)用主要針對(duì)軍方，具體為陸軍9300套，海 軍3700套，空軍2128套。此外，該系列還有正在研制的"PRC-149"型號(hào)，尚 未發(fā)布相關(guān)資料，也未投入使用。近年來，西歐、日本等國(guó)也陸續(xù)研制出屬于自 己的無線電救生系統(tǒng)。
目前我國(guó)的搜救技術(shù)還比較落后，民用搜救基本依賴進(jìn)口，軍用無線電救生 設(shè)備目前國(guó)內(nèi)尚沒有成熟產(chǎn)品，基本還處于依賴人力的階段。雖然也有一些關(guān)于 無線電救生裝置或方法的報(bào)道，例如專利申請(qǐng)?zhí)枮?00420023936、名稱為 一種單兵無線電定位裝置的專利文件；《通訊與電視》2005.4其中刊登的船載 應(yīng)急無線電示位標(biāo)(EPIRB)設(shè)計(jì)研究[M]等。但是均沒有應(yīng)用北斗定位和通信，也 沒有涉及擴(kuò)頻技術(shù)。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種信號(hào)不易被干擾、不易被破譯的基于北斗的擴(kuò)頻 無線電救生裝置。本發(fā)明的目的還在于提供一種基于北斗的擴(kuò)頻無線電救生裝置的救生信號(hào)處理方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
基于北斗的擴(kuò)頻無線電救生裝置由求救、救援兩部分組成的擴(kuò)頻電臺(tái)；求救 部分由編碼器、擴(kuò)頻模塊和調(diào)制發(fā)送模塊組成，待救方位置信號(hào)經(jīng)過北斗接收機(jī) 處理后進(jìn)入編碼器與時(shí)間信息內(nèi)容一同轉(zhuǎn)換成擴(kuò)頻電臺(tái)的導(dǎo)航電文，由擴(kuò)頻模塊 擴(kuò)頻，通過調(diào)制發(fā)送模塊將生成信號(hào)經(jīng)天線發(fā)送；救援部分由射頻前端、信號(hào)處 理平臺(tái)及輸出顯示部分組成，射頻前端通過對(duì)接收信號(hào)的放大、濾波提取有用信 號(hào)送入信號(hào)處理平臺(tái)，信號(hào)處理平臺(tái)對(duì)輸入的信號(hào)迸行解擴(kuò)、解調(diào)獲得待救人員 的位置信息傳送到輸出顯示模塊輸出。
基于北斗的擴(kuò)頻無線電救生裝置的救生信號(hào)處理方法為
由求救、救援兩部分組成基于北斗的擴(kuò)頻無線電救生裝置，求救部分由編碼 器、擴(kuò)頻模塊和調(diào)制發(fā)送模塊組成，救援部分由射頻前端、信號(hào)處理平臺(tái)及輸出 顯示部分組成；
由北斗接收機(jī)接收到的待救方位置信號(hào)通過接口傳入編碼器，該位置信號(hào)和 時(shí)間信息內(nèi)容轉(zhuǎn)換成擴(kuò)頻電臺(tái)的導(dǎo)航電文，在擴(kuò)頻模塊產(chǎn)生一組偽隨機(jī)碼，并將 導(dǎo)航電文與偽隨機(jī)碼進(jìn)行模二相加，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻，將位置信息調(diào)制到擴(kuò)頻序列當(dāng)中， 通過調(diào)制發(fā)送模塊將已有的擴(kuò)頻序列與載波進(jìn)行調(diào)制并將生成信號(hào)通過天線發(fā) 送；搜救接收機(jī)射頻前端通過對(duì)接收信號(hào)的放大、濾波提取有用信號(hào)并送入信號(hào) 處理平臺(tái)，信號(hào)處理平臺(tái)輸入的信號(hào)采用與發(fā)送信號(hào)相同的偽隨機(jī)碼進(jìn)行解擴(kuò)、 解調(diào)獲得待救人員的位置信息并通過相應(yīng)接口將信息內(nèi)容傳送到輸出顯示模塊 輸出待救人員位置信息。
所述的實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻的方法為擴(kuò)頻電臺(tái)的載波調(diào)制方式為二進(jìn)制移相鍵控調(diào) 制，載波調(diào)制信號(hào)數(shù)學(xué)模型可表示為
其中W。一載波頻率； ^一信號(hào)振幅；
p—信號(hào)初相。
待救方位置信號(hào)經(jīng)過北斗接收機(jī)處理后以信息碼{" }的形式進(jìn)入擴(kuò)頻電臺(tái)，其中n為信息碼序列所含信息比特?cái)?shù)；在擴(kuò)頻電臺(tái)的發(fā)射端，該位置信息^U首 先經(jīng)編碼器編碼形成具有固定格式的導(dǎo)航電文^0，其中^為時(shí)間；導(dǎo)航電文"W 與由本振產(chǎn)生的偽碼c(O進(jìn)行模二加運(yùn)算，該過程即為擴(kuò)頻過程；擴(kuò)頻以后的導(dǎo) 航電文經(jīng)載波調(diào)制生成信號(hào)<0表示為
s(O =」J(0c(0exp[/'O。/ + p)]。
所述的搜救接收機(jī)射頻前端通過對(duì)接收信號(hào)的放大、濾波提取有用信號(hào)并送 入信號(hào)處理平臺(tái)，信號(hào)處理平臺(tái)輸入的信號(hào)采用與發(fā)送信號(hào)相同的偽隨機(jī)碼進(jìn)行 解擴(kuò)、解調(diào)獲得待救人員的位置信息并通過相應(yīng)接口將信息內(nèi)容傳送到輸出顯示
模塊輸出待救人員位置信息的具體方法為
獲得的擴(kuò)頻信號(hào)首先經(jīng)帶通濾波器濾波，低噪聲放大器放大，兩次混頻，由 射頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為中頻信號(hào)，此時(shí)信號(hào)數(shù)學(xué)模型為-r(O = 51'(卜t) ++ w(O<formula>formula see original document page 7</formula>
其中s々-r)一擴(kuò)頻電臺(tái)接收端獲得的期望信號(hào)；
"(0—信道噪聲、電源熱噪聲等干擾信號(hào)；
7(0 —傳輸信道中存在的各種干擾信號(hào)； r一信號(hào)傳輸時(shí)延；
HV —經(jīng)過變頻后的中頻信號(hào)頻率；
接收信號(hào)經(jīng)過本地載波exp[-y(w7 + O]解調(diào)和本地偽碼c'(卜r')解擴(kuò)
后可表示為
其中= — T)c(f - r)c* 0 - r')exp{/[w,F - r) + }*exp(—y(w7 + p')); w2(0 = J(0c,0 — r')'exp(-_/(w7 + ;
w3(f) = w(0c"V — T')'exp(-jXw7 + O); r'一本地偽碼相位差；W'—本地載波頻率； p'—本地載波相位；
在r(0中，W,(O為接收機(jī)對(duì)接收有用信號(hào)的解調(diào)和解擴(kuò)的結(jié)果；M^(0為本
地偽碼和載波對(duì)信道干擾作頻譜擴(kuò)展的結(jié)果；H^(0為本地偽碼和載波與噪聲的
相乘結(jié)果；對(duì)r(O作基帶濾波處理后可濾去A(O、 W(/)項(xiàng)；若擴(kuò)頻接收機(jī)與接 收信號(hào)實(shí)現(xiàn)完全同步，則本地偽碼相位、載波頻率和相位與接收信號(hào)完全相同， 即<formula>formula see original document page 8</formula> 接收機(jī)無失真的獲得發(fā)送端信息內(nèi)容d(r);該信號(hào)
經(jīng)譯碼、校驗(yàn)等環(huán)節(jié)，最終得到待救方發(fā)送的位置信息。
本發(fā)明提供了一種具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無線電救生系統(tǒng)。目前國(guó)內(nèi)外普 遍應(yīng)用的無線電救生系統(tǒng)定位信息主要由美國(guó)的全球定位系統(tǒng)(GPS)提供，是 否對(duì)某國(guó)開放，開放后定位精度如何均由美國(guó)控制，它國(guó)無權(quán)決定。如果類似系 統(tǒng)應(yīng)用于我國(guó)則必然受制于人，針對(duì)這一問題，本發(fā)明將北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)用戶 終端作為系統(tǒng)核心，提供待救方位置信息。
本發(fā)明的主要特點(diǎn)是采用基于擴(kuò)頻技術(shù)的電臺(tái)發(fā)送救援信號(hào)。目前國(guó)內(nèi)外普 遍應(yīng)用的無線電救生系統(tǒng)主要依靠調(diào)幅(AM)電臺(tái)發(fā)送含有位置信息的求救信號(hào)， 該類型電臺(tái)由傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)，具有信號(hào)易被干擾、易被破解的缺陷。針對(duì)這一問 題，本發(fā)明將擴(kuò)頻技術(shù)應(yīng)用于對(duì)電臺(tái)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，通過采用偽碼調(diào)制、載波調(diào)制 等信號(hào)處理手段使信號(hào)傳送過程具有抗干擾、保密性好的特點(diǎn)。
無線電救生系統(tǒng)由求救、救援兩部分組成。求救部分主要包括衛(wèi)星定位系統(tǒng) 與求救電臺(tái)；救援部分主要為搜救接收機(jī)。系統(tǒng)的主要工作方式為待營(yíng)救人員 依靠衛(wèi)星定位系統(tǒng)獲得自身的位置信息，并將其傳入求救電臺(tái)中發(fā)送至救援方， 在求救過程中連續(xù)發(fā)送信號(hào)，并實(shí)時(shí)修正自身所處位置；救援方依靠搜救接收機(jī) 提供的求救者位置信息擬定搜救方案并最終完成搜救工作?，F(xiàn)將每一部分對(duì)應(yīng)的 功能及設(shè)計(jì)內(nèi)容介紹如下-
(1)北斗用戶終端該部分為我國(guó)獨(dú)立研制并設(shè)計(jì)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系 統(tǒng)，其主要功能為接收"北斗"衛(wèi)星定位系統(tǒng)傳輸?shù)拇确轿恢眯畔?，此外北?用戶終端還具有實(shí)時(shí)通訊功能，操作者可將身體狀況和周圍環(huán)境等內(nèi)容以短消息 方式發(fā)送至救援方，以輔助救援方制定合理的營(yíng)救方案。(2) 擴(kuò)頻電臺(tái)電臺(tái)主要完成的功能為發(fā)送待營(yíng)救人員位置信息至接收端， 由于需要保證待營(yíng)救人員位置信息的安全性，電臺(tái)發(fā)送的信息內(nèi)容需要加密；鑒 于擴(kuò)頻信號(hào)具有抗千擾、抗多徑、保密性好等優(yōu)點(diǎn)，在本發(fā)明中擬采用擴(kuò)頻技術(shù) 將電臺(tái)設(shè)計(jì)為擴(kuò)頻電臺(tái)。擴(kuò)頻電臺(tái)主要分為三個(gè)模塊編碼器、擴(kuò)頻模塊和調(diào)制 發(fā)送模塊。編碼器的作用為將接口傳來的位置和時(shí)間等信息內(nèi)容轉(zhuǎn)換成擴(kuò)頻電臺(tái) 的導(dǎo)航電文；擴(kuò)頻模塊將產(chǎn)生一組偽隨機(jī)碼，并將導(dǎo)航電文與偽隨機(jī)碼進(jìn)行模2 相加，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻。該過程也是對(duì)信息加密的過程，將位置信息調(diào)制到擴(kuò)頻序列當(dāng) 中，只有固定的對(duì)應(yīng)偽碼方能解擴(kuò)，以此完成對(duì)信息的加密工作；調(diào)制發(fā)送模塊 主要將已有的擴(kuò)頻序列與載波進(jìn)行調(diào)制并將生成信號(hào)通過天線發(fā)送。
(3) 搜救接收機(jī)搜救接收機(jī)為救援方所持，主要實(shí)現(xiàn)接收并顯示待救人 員位置信息的功能。主要包括射頻前端、信號(hào)處理平臺(tái)及輸出顯示三部分。其中 射頻前端通過對(duì)接收信號(hào)的放大、濾波以提取有用信號(hào)并送入信號(hào)處理平臺(tái)；信 號(hào)處理平臺(tái)則對(duì)輸入的信號(hào)釆用與發(fā)送信號(hào)相同的偽隨機(jī)碼進(jìn)行解擴(kuò)、解調(diào)以獲 得待救人員的位置信息并通過相應(yīng)接口將信息內(nèi)容傳送到輸出顯示模塊；輸出顯 示模塊即為系統(tǒng)的外設(shè)，如顯示器、LED屏等等，作用為顯示待救人員位置信息。
綜上所述，本發(fā)明是一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無線電救生系統(tǒng)。本發(fā)明針對(duì) 目前同類型產(chǎn)品定位信息依賴GPS提供的問題，提出了采用我國(guó)自行研制的"北 斗"衛(wèi)星定位系統(tǒng)用戶終端作為定位位置來源的方法；針對(duì)目前同類型產(chǎn)品信號(hào) 易被干擾、易被破譯的問題，提出采用擴(kuò)頻體制設(shè)計(jì)電臺(tái)的方法?；谝陨系脑?因，本發(fā)明應(yīng)用范圍不僅限于民用搜救，也可擴(kuò)展至軍用；同時(shí)，本發(fā)明對(duì)"北 斗"衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也具有積極的推動(dòng)作用。
(四)


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)工作流程圖； 圖2為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖； 圖3為信號(hào)擴(kuò)頻、調(diào)制流程圖； 圖4為擴(kuò)頻電臺(tái)發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)框圖； 圖5為擴(kuò)頻電臺(tái)接收機(jī)結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述本發(fā)明主要應(yīng)用在交通工具(如飛機(jī)、艦船、車輛等)失事后對(duì)人員的搜救 工作中。由于交通工具失事后待救人員所處地域環(huán)境往往惡劣復(fù)雜，待救人員人 身安全一般會(huì)受到威脅甚至已經(jīng)受傷，難于對(duì)系統(tǒng)展開操作。基于以上原因考慮， 本發(fā)明將系統(tǒng)工作方式定義為手動(dòng)、自動(dòng)兩個(gè)部分?，F(xiàn)以飛行員為例說明系統(tǒng)工 作方式當(dāng)座椅將飛行員彈射出機(jī)艙后系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行，接收"北斗"衛(wèi)星定位系 統(tǒng)傳來的位置信息并發(fā)送給接收方，并根據(jù)飛行員位置的不斷變化實(shí)時(shí)修正；飛 行員落地后信息仍然持續(xù)發(fā)送，由于北斗接收機(jī)具有實(shí)時(shí)通訊功能，飛行員可據(jù) 此手動(dòng)更新位置信息并發(fā)送自身狀態(tài)，如身體條件、環(huán)境條件等情況以便救援方 準(zhǔn)確制定援救方案并實(shí)施救援。
結(jié)合圖2，基于北斗的擴(kuò)頻無線電救生裝置由求救、救援兩部分組成的擴(kuò)頻 電臺(tái)；求救部分由編碼器、擴(kuò)頻模塊和調(diào)制發(fā)送模塊組成，待救方位置信號(hào)經(jīng)過 北斗接收機(jī)處理后進(jìn)入編碼器與時(shí)間信息內(nèi)容一同轉(zhuǎn)換成擴(kuò)頻電臺(tái)的導(dǎo)航電文， 由擴(kuò)頻模塊擴(kuò)頻，通過調(diào)制發(fā)送模塊將生成信號(hào)通過天線發(fā)送；救援部分由射頻 前端、信號(hào)處理平臺(tái)及輸出顯示部分組成，射頻前端通過對(duì)接收信號(hào)的放大、濾 波提取有用信號(hào)送入信號(hào)處理平臺(tái)，信號(hào)處理平臺(tái)對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)、解調(diào) 獲得待救人員的位置信息傳送到輸出顯示模塊輸出。
現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的方法作進(jìn)一步闡述。擴(kuò)頻電臺(tái)的載波調(diào)制方式選為二
進(jìn)制移相鍵控調(diào)制(sps/:)，載波調(diào)制信號(hào)數(shù)學(xué)模型可表示為<formula>formula see original document page 10</formula>
其中W。一載波頻率；
^一信號(hào)振幅； p—信號(hào)初相。
待救方位置信號(hào)經(jīng)過北斗接收機(jī)處理后以信息碼{" }的形式進(jìn)入擴(kuò)頻電臺(tái)， 其中n為信息碼序列所含信息比特?cái)?shù)。在擴(kuò)頻電臺(tái)的發(fā)射端，該位置信息{" }首
先經(jīng)編碼器編碼形成具有固定格式的導(dǎo)航電文WO，其中^為時(shí)間；導(dǎo)航電文"0) 與由本振產(chǎn)生的偽碼"O進(jìn)行模二加運(yùn)算，該過程即為擴(kuò)頻過程；擴(kuò)頻以后的導(dǎo) 航電文經(jīng)載波調(diào)制生成信號(hào)可表示為上述過程即為信號(hào)的擴(kuò)頻、調(diào)制過程，附圖3為信號(hào)擴(kuò)頻、調(diào)制流程圖。該 信號(hào)經(jīng)鏡像濾波、功率放大、輸出濾波等過程處理后發(fā)送，信號(hào)經(jīng)信道傳輸后到 達(dá)擴(kuò)頻電臺(tái)接收機(jī)；附圖4為擴(kuò)頻電臺(tái)發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)框圖，通過附圖4可以看到擴(kuò) 頻模塊由編碼器、DDS、偽碼發(fā)生器、模二加運(yùn)算器四部分組成，電源經(jīng)穩(wěn)壓電 路控制給本振和功率放大器供電，鏡像濾波、輸出濾波可選用無源濾波器進(jìn)行處 理。在擴(kuò)頻電臺(tái)的接收端，獲得的擴(kuò)頻信號(hào)首先經(jīng)帶通濾波器濾波，低噪聲放大 器放大，兩次混頻，由射頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為中頻信號(hào)，此時(shí)信號(hào)數(shù)學(xué)模型可表示為
r (o = y (, - r)+JX0+w(o
=WO - r) exp {_/[w/F 0 — t) + p]} + + "(0
其中《々-"一擴(kuò)頻電臺(tái)接收端獲得的期望信號(hào)； "(0—信道噪聲、電源熱噪聲等干擾信號(hào)；
/(0—傳輸信道中存在的各種干擾信號(hào)； r一信號(hào)傳輸時(shí)延；
HV —經(jīng)過變頻后的中頻信號(hào)頻率；
接收信號(hào)KO經(jīng)過本地載波exp[力Xw + p')]解調(diào)和本地偽碼c、-r')解擴(kuò)
后可表示為
,0) = w丄(f) + w2 01) + w3 (0 其中w,(0 = -— 0-r言)exp0 — r) + }'exp(—7 + ; w2 (0 = >/(0c* (卜t ')爭(zhēng)exp(-7 + O);
w3) = w(/)c*(卜r ')*exP(~y'" P'》；
r'一本地偽碼相位差；
W'—本地載波頻率； p'—本地載波相位；
在r(f)中，w々)為接收機(jī)對(duì)接收有用信號(hào)的解調(diào)和解擴(kuò)的結(jié)果；w,(f)為本地偽碼和載波對(duì)信道干擾作頻譜擴(kuò)展的結(jié)果；W3 為本地偽碼和載波與噪聲的
相乘結(jié)果。對(duì)r(0作基帶濾波處理后可濾去W(0、 A(O項(xiàng)。若擴(kuò)頻接收機(jī)與接 收信號(hào)實(shí)現(xiàn)完全同步，則本地偽碼相位、載波頻率和相位與接收信號(hào)完全相同， 即M^-w'， p = <， r = r'。此時(shí)接收機(jī)即可無失真的獲得發(fā)送端信息內(nèi)容d(O。 該信號(hào)經(jīng)譯碼、校驗(yàn)等環(huán)節(jié)，最終得到待救方發(fā)送的位置信息，附圖5為擴(kuò)頻電 臺(tái)接收機(jī)結(jié)構(gòu)框圖。
本發(fā)明中求救電臺(tái)的設(shè)計(jì)基于擴(kuò)頻技術(shù)。擴(kuò)頻電臺(tái)的工作過程也就是對(duì)由北 斗用戶終端傳來的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理的過程，可概括為擴(kuò)頻一調(diào)制一解擴(kuò)一解 調(diào)，如附圖4、 5所示。在發(fā)送端，由北斗用戶終端傳來的位置信號(hào)經(jīng)過基帶編 碼處理后與高速的偽隨機(jī)碼序列進(jìn)行模二加運(yùn)算，以此實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻。在接收端，接 收到的擴(kuò)頻信號(hào)經(jīng)過低噪聲放大、混頻后，用與發(fā)送端相同的偽隨機(jī)碼對(duì)接收信 號(hào)進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)，得到信息內(nèi)容。由于偽隨機(jī)碼具有良好的自相關(guān)特性，即只有 當(dāng)偽隨機(jī)碼相位一致時(shí)才表現(xiàn)出強(qiáng)自相關(guān)特性，不同偽隨機(jī)碼序列彼此正交。即
如果7 = 7'，貝Ur') = l ; 大于 一 個(gè)碼元，則
H>(/,-r)c、-0 =-冬，7V為一個(gè)偽隨機(jī)碼周期包含的碼元個(gè)數(shù)。這種特性
可以用來區(qū)分不同用戶，達(dá)到抗干擾、保密的目的。在擴(kuò)頻電臺(tái)中，擴(kuò)頻信號(hào)需 要經(jīng)過載波調(diào)制方能發(fā)送出去，目的是要使傳輸信號(hào)特性與信道相匹配。解調(diào)則 是調(diào)制的逆過程。
綜上所述，本發(fā)明提出了一種新型的無線電救生系統(tǒng)，以"北斗用戶終端+ 擴(kuò)頻電臺(tái)"為系統(tǒng)組成模式，能夠有效提高我國(guó)的搜救技術(shù)水平。本發(fā)明涉及到 擴(kuò)頻通信、信號(hào)處理、衛(wèi)星定位等相關(guān)知識(shí)及技術(shù)，可供軍民兩用；可應(yīng)用在飛 行員搜救、海上救生、探險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)員搜救等等領(lǐng)域。本發(fā)明將會(huì)極大的推動(dòng)我國(guó)搜 救技術(shù)的發(fā)展，并能夠促進(jìn)其廣泛應(yīng)用，對(duì)"北斗"系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化同樣具有積極 的現(xiàn)實(shí)意義。
如無特殊說明，本說明書所有數(shù)學(xué)符號(hào)所表示意義均統(tǒng)一。
權(quán)利要求
1、一種基于北斗的擴(kuò)頻無線電救生裝置，由求救、救援兩部分組成的擴(kuò)頻電臺(tái)；其特征是求救部分由編碼器、擴(kuò)頻模塊和調(diào)制發(fā)送模塊組成，待救方位置信號(hào)經(jīng)過北斗接收機(jī)處理后進(jìn)入編碼器與時(shí)間信息內(nèi)容一同轉(zhuǎn)換成擴(kuò)頻電臺(tái)的導(dǎo)航電文，由擴(kuò)頻模塊擴(kuò)頻，通過調(diào)制發(fā)送模塊將生成信號(hào)通過天線發(fā)送；救援部分由射頻前端、信號(hào)處理平臺(tái)及輸出顯示部分組成，射頻前端通過對(duì)接收信號(hào)的放大、濾波提取有用信號(hào)送入信號(hào)處理平臺(tái)，信號(hào)處理平臺(tái)對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)、解調(diào)獲得待救人員的位置信息傳送到輸出顯示模塊輸出。
2、 一種基于北斗的擴(kuò)頻無線電救生裝置的救生信號(hào)處理方法，其特征是 由求救、救援兩部分組成基于北斗的擴(kuò)頻無線電救生裝置，求救部分由編碼器、擴(kuò)頻模塊和調(diào)制發(fā)送模塊組成，救援部分由射頻前端、信號(hào)處理平臺(tái)及 輸出顯示部分組成；由北斗接收機(jī)接收到的待救方位置信號(hào)通過接口傳入編碼器，該位置信號(hào) 和時(shí)間信息內(nèi)容轉(zhuǎn)換成擴(kuò)頻電臺(tái)的導(dǎo)航電文，在擴(kuò)頻模塊產(chǎn)生一組偽隨機(jī)碼， 并將導(dǎo)航電文與偽隨機(jī)碼進(jìn)行模二相加，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻，將位置信息調(diào)制到擴(kuò)頻序 列當(dāng)中，通過調(diào)制發(fā)送模塊將已有的擴(kuò)頻序列與載波進(jìn)行調(diào)制并將生成信號(hào)通 過天線發(fā)送；搜救接收機(jī)射頻前端通過對(duì)接收信號(hào)的放大、濾波提取有用信號(hào) 并送入信號(hào)處理平臺(tái)，信號(hào)處理平臺(tái)輸入的信號(hào)采用與發(fā)送信號(hào)相同的偽隨機(jī) 碼進(jìn)行解擴(kuò)、解調(diào)獲得待救人員的位置信息并通過相應(yīng)接口將信息內(nèi)容傳送到 輸出顯示模塊輸出待救人員位置信息。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于北斗的擴(kuò)頻無線電救生裝置的救生信號(hào)處理 方法，其特征是所述的實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻的方法為擴(kuò)頻電臺(tái)的載波調(diào)制方式為二進(jìn)制 移相鍵控調(diào)制，載波調(diào)制信號(hào)數(shù)學(xué)模型可表示為-其中W。一載波頻率；^一信號(hào)振幅； 信號(hào)初相。待救方位置信號(hào)經(jīng)過北斗接收機(jī)處理后以信息碼{ }的形式進(jìn)入擴(kuò)頻電臺(tái)，其中w為信息碼序列所含信息比特?cái)?shù)；在擴(kuò)頻電臺(tái)的發(fā)射端，該位置信息{" }首先經(jīng)編碼器編碼形成具有固定格式的導(dǎo)航電文^(0，其中/為時(shí)間；導(dǎo)航 電文d(O與由本振產(chǎn)生的偽碼c(O進(jìn)行模二加運(yùn)算，該過程即為擴(kuò)頻過程；擴(kuò)頻以后的導(dǎo)航電文經(jīng)載波調(diào)制生成信號(hào)AO表示為柳=W(轉(zhuǎn))exp[yO。/ +州。
4、根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于北斗的擴(kuò)頻無線電救生裝置的救生信號(hào) 處理方法，其特征是所述的搜救接收機(jī)射頻前端通過對(duì)接收信號(hào)的放大、濾 波提取有用信號(hào)并送入信號(hào)處理平臺(tái)，信號(hào)處理平臺(tái)輸入的信號(hào)采用與發(fā)送信 號(hào)相同的偽隨機(jī)碼進(jìn)行解擴(kuò)、解調(diào)獲得待救人員的位置信息并通過相應(yīng)接口將信息內(nèi)容傳送到輸出顯示模塊輸出待救人員位置信息的具體方法為獲得的擴(kuò)頻信號(hào)首先經(jīng)帶通濾波器濾波，低噪聲放大器放大，兩次混頻， 由射頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為中頻信號(hào)，此時(shí)信號(hào)數(shù)學(xué)模型為-<formula>formula see original document page 3</formula>其中S々-"一擴(kuò)頻電臺(tái)接收端獲得的期望信號(hào)； ^0—信道噪聲、電源熱噪聲等干擾信號(hào)； 7(0—傳輸信道中存在的各種干擾信號(hào)； r一信號(hào)傳輸時(shí)延；MV —經(jīng)過變頻后的中頻信號(hào)頻率；接收信號(hào)經(jīng)過本地載波exp[-J'07 + 解調(diào)和本地偽碼c4(/ - r')解擴(kuò)后可表示為其中<formula>formula see original document page 3</formula>w3 (0 二 "O — r ')'exp(-/(w Y + p'));r'一本地偽碼相位差；W'—本地載波頻率； p'—本地載波相位；在r(0中，W々)為接收機(jī)對(duì)接收有用信號(hào)的解調(diào)和解擴(kuò)的結(jié)果；w,(0為本地偽碼和載波對(duì)信道干擾作頻譜擴(kuò)展的結(jié)果；W(O為本地偽碼和載波與噪聲的相乘結(jié)果；對(duì)r(0作基帶濾波處理后可濾去^0)、 Wj,)項(xiàng)；若擴(kuò)頻接收機(jī)與 接收信號(hào)實(shí)現(xiàn)完全同步，則本地偽碼相位、載波頻率和相位與接收信號(hào)完全相 同，即w,f-w'， p = <， r = r';接收機(jī)無失真的獲得發(fā)送端信息內(nèi)容AO; 該信號(hào)經(jīng)譯碼、校驗(yàn)等環(huán)節(jié)，最終得到待救方發(fā)送的位置信息。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種基于北斗的擴(kuò)頻無線電救生裝置及救生信號(hào)處理方法。求救部分由編碼器、擴(kuò)頻模塊和調(diào)制發(fā)送模塊組成，待救方位置信號(hào)經(jīng)過北斗接收機(jī)處理后進(jìn)入編碼器與時(shí)間信息內(nèi)容一同轉(zhuǎn)換成擴(kuò)頻電臺(tái)的導(dǎo)航電文，由擴(kuò)頻模塊擴(kuò)頻，通過調(diào)制發(fā)送模塊將生成信號(hào)經(jīng)天線發(fā)送；救援部分由射頻前端、信號(hào)處理平臺(tái)及輸出顯示部分組成，射頻前端通過對(duì)接收信號(hào)的放大、濾波提取有用信號(hào)送入信號(hào)處理平臺(tái)，信號(hào)處理平臺(tái)對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)、解調(diào)獲得待救人員的位置信息傳送到輸出顯示模塊輸出。本發(fā)明應(yīng)用范圍不僅限于民用搜救，也可擴(kuò)展至軍用；同時(shí)，本發(fā)明對(duì)“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也具有積極的推動(dòng)作用。
文檔編號(hào)G01S1/02GK101408610SQ200810137588
公開日2009年4月15日 申請(qǐng)日期2008年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月21日
發(fā)明者洋 劉, 徐定杰, 欣 李, 偉 王, 榮 趙, 郝燕玲 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)