一种灾后搜救手机探测方法及专有手机

摘要

本发明公开了一种灾后搜救手机探测方法，属于灾后搜救生命探测技术领域。所述方法包括：定位表层手机；从所述表层手机中选择若干个专有手机，开启所述专有手机的直放站功能；基站发射控制信号，所述专有手机转发所述控制信号；收到所述控制信号的手机发起登记接入，发送登记接入信号；所述专有手机转发所述登记接入信号；所述基站接收所述登记接入信号，完成登记。本发明还提供一种专有手机。本发明通过专有手机直放站功能的开启，以接力的方式进行深层手机的探测登记与定位，最终完成对所有终端的登记搜救工作，能够有效的避免由于基站和手机最大发射功率及天线接收灵敏度的限制对手机定位造成的影响，从而提高手机定位效率，提高灾后搜集的探测效率。

说明书

技术领域

本发明涉及灾后搜救生命探测技术领域，特别涉及一种灾后搜救手机探测方法及专有手 机。

背景技术

自然灾害具有瞬间发生、破坏剧烈、监测预报困难、社会影响深远等特点，例如，破坏 性强烈的地震、山体滑坡等灾害，给国家经济建设和人民生命财产安全造成巨大的危害和损 失。国内外无数次的自然灾害事例证明，灾后紧急救援技术水平对于减轻灾害损失具有极其 重要的意义。

我国目前在灾害紧急救援技术方面还十分薄弱，主要依靠人力、搜救犬以及生命探测仪 进行生命探测，以寻找幸存者。人力和搜救犬探测效率比较低下，且受周边环境影响严重。 现有生命探测仪均存在着受现场环境影响较大、搜索空间范围小、搜索速度慢、缺乏快速定 位能力等缺点，远远满足不了灾后废墟埋压被困人员大范围快速搜救的需求。

为了解决现有技术中生命探测仪受到环境影响严重，导致搜救效率低下的问题，一种基 于手机的灾后生命探测方法和系统被提出。如图1所示，这种系统由手机(移动终端)和若 干生命探测仪(基站)组成。发生灾情后，由生命探测仪(基站)发送消息诱发被困人员手 机(移动终端)进行登记接入，搜索生命探测仪发出的信号建立紧急链路链接。生命探测仪 根据求救信号，确定移动终端并进行定位操作，最终确定被困人员的位置，进行有效的施救。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：现有的基于诱发手机 注册的灾后生命探测与定位系统，由于手机、基站最大发射功率及天线接收灵敏度的限制， 加之灾后废墟环境下信号衰减严重，无线环境复杂，使得被埋在废墟深层被埋手机难以被探 测到，严重影响了搜救工作的开展。

发明内容

为了解决现有技术中由于基站和手机最大发射功率及天线接收灵敏度的限制，影响深层 被埋手机定位探测的问题，本发明实施例提供了一种灾后搜救手机探测方法及专有手机。所 述技术方案如下：

一种灾后搜救手机探测方法，所述方法包括：

定位表层手机；

从所述表层手机中选择若干个专有手机，开启所述专有手机的直放站功能；

基站发射控制信号，所述专有手机转发所述控制信号；

收到所述控制信号的手机发起登记接入，发送登记接入信号；

所述专有手机转发所述登记接入信号；

所述基站接收所述登记接入信号，完成登记。

所述基站接收所述登记接入信号，包括：

所述基站接收到不同的所述专有手机转发的同一所述手机发送的登记接入信号，记录这 些登记接入信号到达的时间，结合所述专有手机的位置，得到所述手机的定位结果。

所述得到所述手机的定位结果，包括：

所述手机发送的登记接入信号经过所述专有手机转发后，到达所述基站的时间其中，t为所述手机发送登记接入信号的时间，t_j为所述基站接收到所述登记接入信号的时 间，j＝1，2，3，4……；

设定所述专有手机E_j坐标分别为(X_j，Y_j，Z_j)，所述手机坐标为(x，y，z)，选取至少4个专有 手机E_j相关数据，计算方程组

得到所述手机的坐标；其中，所述D_j为专有手机E_j与所述基站之间的距离。

所述专有手机转发所述登记接入信号时，携带自身信息；或

逐个关闭所述专有手机的直放站功能，以确定所述基站接收到登记接入信号所对应的专 有手机。

所述从所述表层手机中选择若干个专有手机，开启所述专有手机的直放站功能，包括：

从所述定位完毕的表层手机中，随机选取若干个专有手机；

基站发送直放站控制信号，控制选中的专有手机开启直放站功能。

所述专有手机的直放站功能还包括：

放大所述基站发射的控制信号和所述手机发起的登记接入信号。

一种专有手机，具有现有手机的通信功能，该专有手机还包括直放站单元，用于接收与 转发基站发射的控制信号与手机发送的登记接入信号。

所述直放站单元还用于放大所述基站发射的控制信号与手机发送的登记接入信号。

所述专有手机还包括控制单元，用于接收所述基站发送直放站控制信号，控制所述直放 站单元的开启与关闭。

所述专有手机还包括信息单元，用于存储自身信息；

所述直放站单元还用于在转发所述手机发送的登记接入信号时，从所述信息单元获取专 有手机的自身信息并发送。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例通过利用终端前向链路衰减的大小对被埋终端进行分层处理，利用传统基 于诱发手机登记的定位方法完成表层手机的定位。在完成表层所有手机的定位之后，选出若 干个已完成定位的专有手机并开启它们的直放站功能，将接收到的基站控制信息放大并向更 深层次的手机发送。深层手机接收到从专有手机下行放大而来的基站控制信息后，发送登记 接入消息，经专有手机上行放大后发送给基站用于对深层手机的定位。这样，利用专有手机 的直放站功能，完成对深层手机的接力通信，最终采用定位算法可以完成对所有手机的定位。 本发明实施例提供的方案，能够有效的避免由于基站和手机最大发射功率及天线接收灵敏度 的限制对手机定位造成的影响，从而提高手机定位效率，提高灾后搜集的探测效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附 图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域 普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中基于手机的灾后生命探测系统示意图；

图2是本发明实施例工作原理示意图；

图3是本发明实施例1提供的灾后搜救手机探测方法原理流程图；

图4是本发明实施例2提供的定位专有手机与登记接入信号关系方法示意图；

图5是本发明实施例4提供的专有手机结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进 一步地详细描述。

当地震等自然灾害发生后，大型建筑倒塌的废墟中会有大量的人员被困或者被埋，这些 被埋人员手机分布位置不确定，也不均衡。例如，有的手机被埋在废墟的表层，很容易可以 跟基站取得联系，而有的手机则被埋在废墟的深层，由于废墟本身对无线信号的衰减，被埋 在深层的手机无法与生命探测的基站取得联系，因而也就无法知道深层手机的位置、数量等 信息。在基于诱发手机终端登记接入的灾后生命探测与定位系统中，待定位手机终端只有在 接收到前向链路信号的强度达到正确解码要求时，才会被诱发发起登记接入。因而，本发明 实施例的控制方法其原理在于：基站在不激活专有手机的直放站功能的前提下利用传统基于 诱发手机登记的定位方法完成表层手机的定位(专有手机需具备可控的无线直放站功能)，所 谓表层指的是基站和手机间的通信不会因为链路衰减而失败。在完成表层所有手机的定位之 后(即手机收到来自基站的登记完成消息)，选出若干个已完成定位的专有手机并开启它们的 直放站功能，将接收到的基站在导频信道、同步信道和广播信道的消息放大并向更深层次的 手机发送。深层手机接收到从专有手机下行放大而来的基站消息后，发送登记请求消息，经 专有手机上行放大后发送给基站用于对深层手机的定位。这样，利用专有手机的直放站功能， 完成对深层手机的接力通信，最终采用定位算法可以完成对所有手机的定位。具体的工作示 意如图2所示，其中浅色的为普通手机，深色的为专有手机。

本发明实施例是基于一种基于手机的灾后生命探测方法和系统的，本发明实施例中的探 测基站可以是基于手机的生命探测方法中的生命探测仪，也可以是具有相应功能的其它信号 发生装置。

实施例1

本发明实施例1提供的灾后搜救手机探测方法具体如图3所示，包括如下步骤：

步骤10，定位表层手机。

这里，我们设定专有手机与普通手机一被埋在灾后的废墟中。而表层手机包括专有手机 和普通手机。表层手机指的是与定位基站存在视距链路或者通过普通的定位算法就可以得到 精确定位的手机，这些手机通常位于灾后废墟的表层，因而被称为表层手机。对应的，埋在 废墟的深层或者由于各种无线环境的损耗而不能直接与搜救基站取得联系的手机成为深层手 机。

具体的定位算法可以参照如下过程：设待搜救终端的待定坐标为(X，Y，Z)，k个生命探 测仪的坐标分别为生命探测仪与终端的相对时钟偏差为c为电波传播速度，t_i为每个生命探测仪同一时刻测量到手机的登记信号到达时延，则

据此可以计算得到终端的三维信息的被埋位置。

步骤20，从完成表层手机中选择若干个专有手机，开启专有手机的直放站功能。

这里的专有手机，是具备有直放站功能的专有手机，除了具备一般手机的通信功能外， 还具有直放站的功能。直放站功能可以通过基站发射相应的直放站控制信号来开启或者关闭。

这里的直放站功能，类似与一般通信系统中所使用的直放站，主要用于接收和转发基站 发射的控制信号和手机发起的登记接入信号，还用于放大这些信号。也就是说，通常情况下， 直放站会接收基站发射的控制信号和手机发起的登记接入信号，进行放大后再转发。

对于表层手机的定位，自然包括表层所有的普通手机与专有手机，这些专有手机的要保 证一定的数量。从完成定位的表层手机中，随机的选择部分专有手机，开启它们的直放站功 能。一般的，为了后续的定位算法需要，通常需要选取4个专有手机并开启它们的直放站功 能。

步骤30，基站发射控制信号，专有手机转发所述控制信号。

这里，基站为完成定位，需要发射控制信号，用以控制收到信号的手机发起接入登记。 这里的控制信号实际上是一个诱发信号，类似于现有的普通基站在导频信道、同步信道以及 广播信道上发送的信息，主要目的在于使接收到该信号的手机发起登记接入的过程。开启了 直放站功能的专有手机在收到这个控制信号后，对该控制信号进行放大并转发。

步骤40，收到控制信号的手机发起登记接入，发送登记接入信号。

这里，由于表层的手机已经完成了定位，不会再对控制信号发起回应，只有第一次接收 到控制信号的手机才会发起登记接入。一般的，都是接收到通过专有手机转发的控制信号。 这些手机在接收到控制信号后要发起登记接入。

步骤50，专有手机转发普通手机的登记接入信号。

手机发起的登记接入，信号无法直接发送到基站，因而需要专有手机再次进行转发，转 发后的登记接入信号可以被基站接收到

步骤60，基站接收登记接入信号，完成登记。

这里，基站接收到登记接入信号后，对相应的手机进行登记。

本实施例中，通过开启专有手机的直放站功能，对基站发射的控制信号进行转发，从而 使原本不能收到基站控制信号的深层手机也可以接收到转发的控制信号。再对手机发起登记 接入的信号通过专有手机的直放站功能进行转发，以使基站可以接收到，这样，通过专有手 机的接力，就可以完成对于深层手机的定位。

实施例2

本发明实施例2提供的方案中，基站发射的控制信号经过专有手机直放站功能转发后， 接收到的手机开始发起登记接入。登记接入的信号也需要经过专有手机直放站功能的转发。 而基站接收到的经过不同的专有手机转发的同一手机发送的登记接入信号，必须要结合这些 登记接入信号到达的时间和相应的专有手机的位置，才可以计算详细的手机的定位结果。

一般的，为了区分不同的专有手机所转发的登记接入信号的区别，可以在专有手机转发 登记接入信号之后加入自身的信息，这样，接收到信号的基站可以通过专有手机的信息来区 分不同的专有手机转发的信号，并结合专有手机的位置来定位手机的具体位置。

特别的，基站收到某个深层手机的登记接入信息是从不同专有手机中继后传给各基站的， 由于接收到的信息相同，导致基站不能区分其对应是从哪个专有手机中继而来，因而无法进 行定位。这就需要逐个关闭专有手机的直放站功能，从而逐一的对应专有手机与登记接入信 号的关系。

具体的方法包括：从完成定位的专有手机中选出4个并开启直放站功能，将基站的下行 信号放大发送给深层手机以诱发深层手机发起登记接入。之后把深层手机发出上行登记接入 信号放大发送给基站，基站统计第一条登记消息到达的时间及强度。(这里，假设所选的4个 专有手机能保证接收到登记接入信息的时延扩展不发生重叠)。基站在手机发出下一条登记接 入信息前，关掉其中一个专有手机的直放站功能，基站统计该条登记消息到达的时间及强度。 重复上述步骤，直到剩下一个专有手机具备直放站功能，至此可以得到4个时域扩展的登记 接入信号所对应的专有手机，也就是将接收到的登记接入信号与转发它的专有手机完成了一 一对应，进而就可以完成对深层手机的定位。具体的示意图见图4。

实施例3

本发明实施例3中，需要对手机的具体位置进行定位。通常采用的是一种到达时间差 (Time Difference Of Arrival，TDOA)定位方法，又称为双曲线定位，属无源定位方法，通 过测量无线电信号到达不同监测系统的天线单元的时间差，来对发射无线电信号的发射源进 行定位。TDOA的基本原理包括：测量同一信号到达不同接收机的时间差，根据时间差确定 一条双曲线轨迹，多条双曲线轨迹求交点则可以实现对目标点的定位。

具体的对于手机的定位算法如下：

设在深层手机发出第1条登记接入消息的时间为t。某一基站B在接收到经专有手机E_j放大的第1条登记接入消息的时刻为t_j，进而得到第1条登记接入信息经过E_j到达该基站的 时间为

设专有手机E_j与基站B之间的距离为D_j，则深层手机与专有手机之间的距离

设专有手机E_j坐标分别为(X_j，Y_j，Z_j)，深层手机坐标为(x，y，z)，则有

分别求深层手机与专有手机E_j的距离差可得到方程组：

解之得到深层手机坐标(x，y，z)。

通过这一算法，可以计算出具体的深层手机的坐标位置，也就完成了对于深层手机的定 位。

实施例4

如图5所示，本发明实施例4提供一种专有手机，在具有现有手机的通信功能的基础上， 还包括直放站单元100，用于接收与转发基站发射的控制信号与手机发送的登记接入信号。

这里，专有手机首先具有现有技术中任何手机所具有的通信功能，可以是2G的GSM手 机或者CDMA手机，也可以是3G中的CDMA2000手机、WCDMA手机或者TD-SCDMA手 机，也可以是各种制式的通信系统升级后与之对应的手机。

具体的，专有手机的专有功能主要体现在用于灾后生命探测的过程中，为了适应这个特 殊的应用，专有手机需要具备一个直放站单元100，实现与现有的直放站功能相类似的对于 信号的接收转发功能，这里主要用以实现对于基站发射的控制信号和手机发送的登记接入信 号的接收与转发。

特别的，对于直放站单元100来说，还具备对接收的信号进行放大后转发的功能，主要 包括对接收到的基站发射的控制信号进行放大后再转发，对于接收的手机发送的登记接入信 号也是同样放大后再转发。

特别的，上述的专有手机还包括控制单元200，用于接收基站发送直放站控制信号，控 制直放站单元100的开启与关闭。

特别的，上述的专有手机还包括信息单元300，用于存储自身信息；

直放站单元100还用于在转发手机发送的登记接入信号时，从信息单元300获取专有手 机的自身信息并发送。

本实施例中的专有手机，主要应用于上述几个实施例的应用场景中。当然，在其它的应 用场景中，只要需要专有手机对于信号进行转发和放大时，都可以应用本实施例提供的专有 手机。

综上，本发明实施例通过利用终端前向链路衰减的大小对被埋终端进行分层处理，利用 传统基于诱发手机登记的定位方法完成表层手机的定位。在完成表层所有手机的定位之后， 选出若干个已完成定位的专有手机并开启它们的直放站功能，将接收到的基站控制信息放大 并向更深层次的手机发送。深层手机接收到从专有手机下行放大而来的基站控制信息后，发 送登记接入消息，经专有手机上行放大后发送给基站用于对深层手机的定位。这样，利用专 有手机的直放站功能，完成对深层手机的接力通信，最终采用定位算法可以完成对所有手机 的定位。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成， 也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中， 上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之 内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。