CN106211294B

CN106211294B - 一种ais海上搜救示位标及其示位方法

Info

Publication number: CN106211294B
Application number: CN201610746102.7A
Authority: CN
Inventors: 袁海峰
Original assignee: Shenzhen Quark Elec Technologies Co ltd
Current assignee: Shenzhen Quark Elec Technologies Co ltd
Priority date: 2016-08-29
Filing date: 2016-08-29
Publication date: 2023-09-01
Anticipated expiration: 2036-08-29
Also published as: CN106211294A

Abstract

本发明公开了一种AIS海上搜救示位标及其示位方法，包括GPS射频前端、GPS接收模块、AIS射频前端、AIS接收模块、AIS发射模块、基带信息处理模块和电源模块，GPS接收模块连接在GPS射频前端和基带信息处理模块之间，AIS射频前端和基带信息处理模块之间分别连接AIS接收模块和AIS发射模块，电源模块也连接在基带信息处理模块上。此搜救示位标定期检查剩余电池的电量，同时根据周围AIS设备的信号强弱情况来动态调整GPS模块的工作状态和AIS发射模块的发射功率以及发射间隔时间，从而最大限度的提高搜救示位标的工作时间以及发射效率。此搜救示位标还包含太阳能电池板，通过光伏效应给电池充电，延长搜救示位标的工作时间，提高搜救效果。

Description

一种AIS海上搜救示位标及其示位方法

技术领域

本发明涉及海上通信设备领域，具体是一种AIS海上搜救示位标及其示位方法。

背景技术

近年来，随着船舶科技的迅速发展和海洋经济的崛起，海上交通运输的地位日益显著，世界航运市场得到了前所未有的扩大与发展。世界航运业的迅猛发展在带来巨大经济利益的同时，也使海上交通情况变得越来越复杂。碰撞、触礁、搁浅、沉没等造成重大人身伤亡的海上交通事故仍然屡屡发生。生命无价，海上搜救工作具有十分重要的作用。

AIS***是一种有效的海上避碰、导航、助航安全***。根据国际海事组织（IMO）的强制要求，目前所有300吨以上国际航行船舶和500吨以上非国际航行船舶均已经安装了AIS设备。虽然目前小型船舶未被强制安装此设备，但是由于AIS的自报位特性和制造成本的逐渐降低，越来越多的小型船只也逐渐安装了AIS设备。

AIS海上搜救示位标（AIS-MOB）是一种可以安装在救生衣上或者随身携带的搜救示位报警设备，该设备可通过人工启动或者落水后自动启动，在AIS信道或指配的专用信道上发送个人位置和报警信息。该信息可被一定范围内的所有AIS终端设备和基站设备接收并显示。配备AIS 搜救示位标的人员一旦落水，个人位置和报警信息就会被周围的船只或者基站获取。营救人员可以根据应急搜救示位标的位置，对落水人员立刻进行搜救，提高搜救效率。

传统的AIS-MOB一般包括电池、启动开关、GPS***、微控制器、AIS控制器及调制器、功率放大器、AIS发射天线等部分。其工作原理为：人工或者遇水后打开启动开关，微控制器接收GPS***发送来的位置信息，此信息随后通过AIS控制器进行数据包格式转换、调制器进行调制编码、功率放大器进行信号放大，最后通过AIS发射天线发送个人位置和报警信息。此过程中，GPS***和功率放大器是耗费电池电能的主要部件。如果在AIS-MOB落水后一定距离内没有可以接收AIS信号的接收设备时，AIS-MOB的发射就属于无效发射，只会白白耗费AIS-MOB电池的有限电能，这就直接导致缩短了可营救落水遇险人员的时间，影响了搜救效果。

较为先进的技术是如申请号为2015103078144提出的一种搜救示位标。该发明所述示位标根据是否接收到周围AIS信号来决定是否发送或以可调的间隔时间来发送AIS信号，由于AIS接收装置的功耗小于AIS发射装置的功耗，避免了因周围不存在AIS接收设备而无效地发送AIS信号造成的搜救示位标电能消耗。但是此类示位标有如下缺陷：

以是否接收到9位标准MMSI号或者标准IMO号作为判断周围是否有AIS收发设备的标准对于中国目前的海上情况是非常有局限性的。很多小型船只（尤其是近海货船、渔船等不需要进入公海的各种船只）虽然有AIS发射和接收功能，但是并没有在IMO（国际海事组织）注册，所以并没有真正的MMSI或者IMO号。所以单纯以这个为标准会错过很多潜在的救援机会。这在人命关天的关键时刻不是最佳做法。

此类示位标的AIS信号发射功率是一定的，而越是在周围船只少的地方，越应该增大发射信号功率，提高信号的覆盖范围，从而提高可以被其他AIS设备发现的机率。

此类示位标的GPS***处于连续工作状态。而GPS***连续工作状态下会消耗12%到18%的电池能量。对于电池工作时间就几乎等同于获救机会窗时间的搜救示位标来说，如果可以通过调整GPS***的休眠时间来提高示位标的工作时间，延长向外发送求救信号的时间，就可以提高搜救的成功率。通常人员落水后的移动范围在短期内不会出现非常大的变化，所以搜救示位标在电池电量有限的情况下，没有必要保持位置信息的实时更新，可以在短期内复用GPS***最后一次采集到的位置信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种AIS海上搜救示位标及其示位方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种AIS海上搜救示位标，包括GPS射频前端、GPS接收模块、AIS射频前端、AIS接收模块、AIS发射模块、基带信息处理模块和电源模块，所述的GPS射频前端外接GPS天线，所述的AIS射频前端外接AIS天线，所述GPS接收模块连接在GPS射频前端和基带信息处理模块之间，所述AIS射频前端和基带信息处理模块之间分别连接AIS接收模块和AIS发射模块，所述电源模块也连接在基带信息处理模块上；所述电源模块包括太阳能板、可充电电池和电源管理及监控单元，所述可充电电池分别连接太阳能板、电源管理及监控单元，电源管理及监控单元连接基带信息处理模块。

作为本发明进一步的方案：所述GPS射频前端模块包括低噪声放大器和带通滤波器，所述带通滤波器和低噪声放大器连接，所述低噪声放大器连接外接GPS天线；所述GPS接收模块包括下变频器、中频放大器和模数转换器，下变频器、中频放大器和模数转换器依次连接，所述下变频器连接带通滤波器，所述模数转换器连接基带信息处理模块。

作为本发明进一步的方案：所述AIS射频前端包括低通滤波器、收发转换开关、低噪声放大器和分路器，所述低通滤波器连接外接AIS天线，所述收发转换开关连接在低通滤波器和低噪声放大器之间，所述收发转换开关上还连接有AIS发射模块的可调功率放大器，所述分路器连接在低噪声放大器和AIS接收模块之间。

作为本发明进一步的方案：所述AIS接收模块包括两路独立的接收通道，每路接收通道均包括声表滤波器、下变频器、中频滤波器和模数转换器，所述声表滤波器连接AIS射频前端的分路器，所述声表滤波器、下变频器、中频滤波器、模数转换器依次连接，所述模数转换器连接基带信息处理模块；

作为本发明进一步的方案：所述AIS发射模块包括依次连接的数模转换器和可调功率放大器，所述数模转换器连接基带信息处理模块连接，所述可调功率放大器连接收发转换开关。

一种所述的AIS海上搜救示位标的示位方法，具体步骤如下：

步骤1：搜救示位标启动，开始工作，设置AIS发射模块的发射间隔时间T的初始值为T1，发射功率P的初始值为P1，GPS模块的启动间隔时间A的初始值为0，即GPS连续工作，不进入休眠状态，设置电池电量检测间隔时间B的初始值为B1；

步骤2：判断电池剩余电量是否高于第一百分比a%；若是，执行步骤3的过程；否则执行步骤4的过程；

步骤3：GPS模块连续工作，持续获取当前位置信息，发送至基带信息处理模块，基带信息处理模块获取位置信息，随后进入步骤9；

步骤4：判断电池剩余电量是否高于第二百分比b%；若是，执行步骤5的过程；否则执行步骤10的过程；

步骤5：GPS模块连续工作，持续获取当前位置信息，发送至基带信息处理模块，基带信息处理模块获取位置信息，随后进入步骤6；

步骤6：AIS接收模块分别检测AIS的两个接收通道上的RSSI值，随后进入步骤7；

步骤7：判断两个AIS接收通道的RSSI是否都高于CdBm；若是，执行步骤9的过程；否则执行步骤8；

步骤8：设置AIS发射模块的发送功率P为P2，随后进入步骤9；

步骤9：AIS发送模块按照设定的时间间隔和发送功率来发送AIS求救信息，每隔B1时间后，进入步骤14；

步骤10：GPS模块获取当前位置信息，发送至基带信息处理模块，随后进入步骤11；

步骤11：GPS模块的启动间隔时间A设置成A1，GPS模块然后进入休眠状态，随后进入步骤12；

步骤12：AIS发送模块的间隔发送时间T设置成T2，随后进入步骤13；

步骤13：基带信息处理模块获取位置信息，同时保存该位置信息；在GPS模块处于休眠状态阶段，最后一次获得的GPS位置信息将一直作为当前位置信息；GPS模块在休眠A1时间重启后将更新位置信息，随后进入步骤6；

步骤14：重新检测一次电池电量，随后进入步骤2；

作为本发明进一步的方案：上述步骤中，第一百分比a%大于第二百分比b%，AIS发射模块的发送功率P1小于P2，AIS发射模块的发射间隔时间T1小于T2。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过在搜救示位标中安装GPS接收模块、AIS接收和发射模块、基带信息处理模块、电源模块，可以在基带信息处理模块的控制下，根据电池剩余电量以及周围AIS发射装置信号的强弱来动态调整搜救示位标向外发送AIS求救信号的功率大小和间隔发送时间，从而延长搜救示位标的工作时间，提高搜救效率。

本发明根据电池剩余电量来动态调整GPS接收模块的工作状态，在GPS接收模块处于休眠状态时采用其最后一次获取的位置信息作为当前有效信息，用于AIS发射模块发送出去的求救位置信息。通常人员落水后的移动范围在短期内不会出现非常大的变化，所以此方案在实际搜救过程中提供的位置信息足够使用。而由此方案带来的积极效果是延长了搜救示位标的工作时间，提高了搜救效率。

本发明通过监测示位标周围AIS信号的RSSI值来判定周围AIS接收装置的有无或者远近。由于中国内河、内海和近海中有很多船只并没有严格申请和使用IMO号和MMSI号，所以本发明使用的方法更适合国情，优化了实际监测效果、提高了搜救效率。

附图说明

图1是发明搜救示位标***的结构示意图。

图2为图1的GPS射频前端和GPS接收模块的结构示意图。

图3为图1的AIS射频前端、AIS接收模块和AIS发送模块的结构示意图。

图4为本发明示位方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～3，本发明实施例中，一种AIS海上搜救示位标，AIS海上搜救示位标包括GPS射频前端1、GPS接收模块2、AIS射频前端3、AIS接收模块4、AIS发射模块5、基带信息处理模块6和电源模块7。

如图1所示，GPS射频前端1外接GPS天线，接收射频信号，并将处理后的射频信号发送至GPS接收模块2进行下一步的处理。

如图1所示，GPS接收模块2和GPS射频前端1连接，GPS接收模块2对GPS射频前端1发送过来的射频信号进行下变频、信号放大和模数转换后，将信号送入基带信息处理模块6，进行数字化处理。

如图1所示，AIS射频前端3外接AIS天线，用于发送和接收射频信号。接收到的射频信号在完成前端处理后经过内部的分路器，分成2路分别送入AIS接收模块4的2个通道进行下一步的处理。AIS射频前端3包括一个收发转换开关用于时分复用，根据基带信息处理模块6的指令进行射频信号接收和发送的转换。AIS天线在不同的时隙分别完成射频信号的接收和发射功能。

如图1所示，AIS接收模块4和AIS射频前端3连接，AIS接收模块4对从AIS射频前端3发送过来的射频信号进行、滤波、下变频、中频滤波和模数转换后将2路信号合并送入基带信息处理模块6，进行下一步的数字化处理。

如图1所示，AIS发射模块5和基带信息处理模块6连接，接收基带信息处理模块6发送的信息，并将处理后的模拟信号发送至AIS射频前端3。AIS射频前端3通过收发开关发送到AIS天线，从而完成射频信号的发射。

如图1所示，基带信息处理模块6和GPS接收模块2、AIS接收模块4、AIS发送模块5、电源模块7连接。

基带信息处理模块6完成如下功能：

（1）接收来自GPS接收模块2的数字信号，完成位置信息的解析。

（2）接收来自电源模块7的电池容量信息，从而根据电池剩余容量判断是否需要为了延长示位标的工作时间而延长AIS发射模块5的发射间断时间和是否需要设置GPS接收模块2断续的工作。当电池电量大于第一百分比的时候，表明电池尚余充足电量，此时AIS发射模块5按照第一发射功率值和第一时间间隔来发送位置信息。当电池电量小于第一百分比而大于第二百分比的时候，表明电池电量处于居中范围，此时基带信息处理模块6对AIS接收模块5在AIS频点上检测的RSSI（接收信号的强度指示）值和初始设定值进行大小比较。当前者小于初始设定值时，表示示位标周围没有或者距离很远的地方才有AIS接收装置。AIS发射模块5采用第二发射功率发射位置信息，提高信号被其他AIS接收装置捕获的机会。否则按照的第一功率值设置AIS发射模块5。第一发射功率值小于第二发射功率值。电池电量第一百分比大于第二百分比。当电池容量小于第二百分比容量的时候，表明电池剩余电量较少，能够支持搜救示位标的工作时间不多。此时基带信息处理模块配置GPS间隔工作时间，并用按照此GPS间隔工作时间来设置GPS模块进入工作或者休眠状态，由此降低GPS的消耗电量。同时基带信息处理模块6将使用第二时间间隔来配置AIS信息发送的间隔时间，降低AIS发送模块5的消耗电量，延长搜救示位标的工作时间。第一时间间隔小于第二时间间隔。

（3）接收来自AIS接收模块4的数字信号，完成对AIS信号频点的信号检测，计算两个频点的RSSI（接收信号的强度指示）值。根据检测结果和搜救示位标初始设定的值进行比较，从而设定AIS发送模块5的发送功率。当从AIS接收模块4获取的RSSI值低于示位标设定值时，表示示位标周围没有或者距离很远的地方才有AIS接收装置。此时在电池容量允许的范围内，设置AIS发送模块5的发送功率为第二功率值来发射位置信息，提高信号被其他AIS接收装置捕获的机会。否则按照第一功率值设置AIS发射模块5。第一功率值小于第二功率值。

如图1所示，电源模块7用于整个***供电，同时具有电量监测和保护功能。电源模块7包括：太阳能板71、可充电电池72、电源管理及监控单元73。太阳能板71和可充电电池72连接，利用光伏效应完成光能到电能的转换，从而对可充电电池72进行充电。可充电电池72为搜救示位标提供电能，具有重复充电功能。电源管理及监控单元73和可充电电池72相连，实现电压监控并将实时电压发送到基带信息处理模块6。基带信息处理模块6从而根据可充电电池72的电压水平确定剩余电量，进而确定不同的工作模式，使得搜救示位标达到最佳的工作状态。电源管理及监控单元73还实现对可充电电池72的过电流、过电压保护功能，延长可充电电池72的工作寿命。

如图2所示，GPS射频前端1和GPS接收模块2相连，完成把从GPS天线接收到的射频信号转换成数字基带信号的完整过程。GPS射频前端1模块包括低噪声放大器11、带通滤波器12。低噪声放大器11接收来自天线的射频信号，并完成前端信号放大功能。带通滤波器12和低噪声放大器11连接，实现对前端信号的滤波，过滤掉噪声，允许GPS频段的有效信号通过。

如图2所示，GPS接收模块2包括：下变频器21、中频放大器22、模数转换器23。下变频器21接收来自GPS频段的射频信号，经过混频后输出低于GPS频段的中频信号。此中频信号经过中频放大器22完成信号放大，随后经过模数转换器23完成模拟信号到数字信号的转换。此数字信号将被输入基带信息处理模块6，进行下一步的数字信号处理。下变频器21将使用4092Mhz作为中频频率，优先选择工作在这个频段。

如图3所示，AIS射频前端3分别和AIS接收模块4、AIS发射模块5连接。AIS射频前端3内部包括一个收发转换开关32用于时分复用，根据基带信息处理模块6的指令进行射频信号接收和发送的转换。AIS射频前端3包括：低通滤波器31、收发开关32、低噪声放大器33、分路器34。低通滤波器31和AIS天线连接。低通滤波器31在AIS天线用作接收功能的时候，对接收到的无线信号进行高频滤波。低通滤波器31在AIS天线用作发射功能的时候，对来自AIS发射模块5的射频信号进行低通滤波，随后送入AIS天线，完成信号发射功能。收发开关32一端通过低通滤波器31和天线连接，另外2端分别连接低噪声放大器33和AIS发射模块5的可调功率放大器51。示位标工作的时候，收发开关32根据基带信息处理模块6的指令进行接收和发送通道的切换。低噪声放大器33和收发开关32连接，在AIS天线用作接收功能的时候，低噪声放大器33对于通过收发开关32的射频信号进行放大，随后送入分路器34。分路器34和低噪声放大器33连接，将低噪声放大器33发送的射频信号均等的分成2路，送入AIS接收模块4的2个通道。

AIS接收模块4包括2路独立的接收通道，每个通道包括声表滤波器411、下变频器412、中频滤波器413、模数转换器414，分别在AIS的2个频点上工作。以通道141为列，声表滤波器411连接AIS射频前端3的分路器34，接收射频信号，信号经过下变频器412完成射频信号到中频信号的转换，随后中频信号被输入到中频滤波器413进行带通滤波。模数转换器414和中频滤波器413连接，完成从中频滤波器413发送的中频信号数字化处理。模数转换器414发送出来的数字信号将被输入基带信息处理模块6，进行下一步的数字信号处理。同理，通道2完成另外一路的射频信号的处理过程。

AIS发射模块5包括数模转换器52和可调功率放大器51。数模转换器52和基带信息处理模块6连接。搜救示位标工作在发射状态的时候，基带信息处理模块6输出需要发送的信息，此信息通过数模转换器52进行数字信号到模拟信号的转化。可调功率放大器51和数模转换器52连接，对来自数模转换器52的模拟信号进行功率放大，随后输出到AIS射频前端3，通过收发开关32发送到AIS天线，完成射频信号的发射。

图4是本实施例进行示位的方法的流程图，此实施例的流程包括如下各步骤：

步骤1：搜救示位标启动，开始工作。设置AIS发射模块的发射间隔时间T的初始值为T1，发射功率P的初始值为P1；GPS模块的启动间隔时间A的初始值为0，即GPS连续工作，不进入休眠状态，设置电池电量检测间隔时间B的初始值为B1；

步骤3：GPS模块连续工作，持续获取当前位置信息，发送至基带信息处理模块；基带信息处理模块获取位置信息，随后进入步骤9；

步骤5：GPS模块连续工作，持续获取当前位置信息，发送至基带信息处理模块。基带信息处理模块获取位置信息，随后进入步骤6；

步骤6：AIS接收模块分别检测AIS的2个通道上的RSSI值，随后进入步骤7；

步骤7：判断2个AIS通道的RSSI是否都高于CdBm；若是，执行步骤9的过程；否则执行步骤8；

步骤8：设置AIS发射模块的发送功率P为P2，随后进入步骤9；

步骤14：重新检测一次电池电量，随后进入步骤2；

上述实施例中，第一百分比a%大于第二百分比b%；AIS发射模块的发送功率P1小于P2；AIS发射模块的发射间隔时间T1小于T2。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims

1.一种AIS海上搜救示位标，包括GPS射频前端（1）、GPS接收模块（2）、AIS射频前端（3）、AIS接收模块（4）、AIS发射模块（5）、基带信息处理模块（6）和电源模块（7），所述的GPS射频前端（1）外接GPS天线，所述的AIS射频前端（3）外接AIS天线，其特征在于，所述GPS接收模块（2）连接在GPS射频前端（1）和基带信息处理模块（6）之间，所述AIS射频前端（3）和基带信息处理模块（6）之间分别连接AIS接收模块（4）和AIS发射模块（5），所述电源模块（7）也连接在基带信息处理模块（6）上；所述电源模块（7）包括太阳能板（71）、可充电电池（72）和电源管理及监控单元（73），所述可充电电池（72）分别连接太阳能板（71）、电源管理及监控单元（73），电源管理及监控单元（73）连接基带信息处理模块（6）；

所述GPS射频前端模块（1）包括低噪声放大器（11）和带通滤波器（12），所述带通滤波器（12）和低噪声放大器（11）连接，所述低噪声放大器（11）连接外接GPS天线；所述GPS接收模块（2）包括下变频器（21）、中频放大器（22）和模数转换器（23），下变频器（21）、中频放大器（22）和模数转换器（23）依次连接，所述下变频器（21）连接带通滤波器（12），所述模数转换器（23）连接基带信息处理模块（6）；

所述AIS射频前端（3）包括低通滤波器（31）、收发转换开关（32）、低噪声放大器（33）和分路器（34），所述低通滤波器（31）连接外接AIS天线，所述收发转换开关（32）连接在低通滤波器（31）和低噪声放大器（33）之间，所述收发转换开关（32）上还连接有AIS发射模块（5）的可调功率放大器（51），所述分路器（34）连接在低噪声放大器（33）和AIS接收模块（4）之间；

所述AIS接收模块（4）包括两路独立的接收通道，每路接收通道均包括声表滤波器（411）、下变频器（412）、中频滤波器（413）和模数转换器（414），所述声表滤波器（411）连接AIS射频前端（3）的分路器（34），所述声表滤波器（411）、下变频器（412）、中频滤波器（413）、模数转换器（414）依次连接，所述模数转换器（414）连接基带信息处理模块（6）；

所述AIS发射模块（5）包括依次连接的数模转换器（52）和可调功率放大器（51），所述数模转换器（52）连接基带信息处理模块（6）连接，所述可调功率放大器（51）连接收发转换开关（32）。

2.一种如权利要求1所述的AIS海上搜救示位标的示位方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤8：设置AIS发射模块的发送功率P为P2，随后进入步骤9；

步骤14：重新检测一次电池电量，随后进入步骤2。

3.根据权利要求2所述的AIS海上搜救示位标的示位方法，其特征在于，上述步骤中，第一百分比a%大于第二百分比b%，AIS发射模块的发送功率P1小于P2，AIS发射模块的发射间隔时间T1小于T2。