CN114885275B - 基于多模通信的高精度无线信标装置、***及通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及导航通信定位技术领域，公开了一种基于多模通信的高精度无线信标装置、***及通信方法，装置包括天线阵列、微波网络模块、电源管理模块、主控制器、第一无线通信模块和第二无线通信模块，第一无线通信模块、第二无线通信模块均包括LORA通信模块、蜂窝移动网络通信模块、北斗RDSS模块和多模定位模块；所述LORA通信模块、定位模块、蜂窝移动网络通信模块和北斗RDSS模块的一端与主控制器连接，另一端通过所述微波网络模块与所述天线阵列连接。本发明可以提高无线信标的可靠性。

Description

基于多模通信的高精度无线信标装置、***及通信方法

技术领域

本发明涉及导航与通信定位技术领域。尤其是重要目标搜寻定位及信息通信技术，具体是一种基于多模通信的高精度无线信标装置、***及通信方法。

背景技术

目前航空、航天等行业对飞行运动产品研制和运行过程中重要部件的回收越来越重视，部件自身外观和设备状态可反映工作过程中受到的力学过载、振动和热冲击工况，同时其自身保存的实时数据更是关系到载体产品的健康监测记录，是载体性能升级优化和故障原因分析最可靠、最科学、最有效、最直接的依据，比如飞行器的“黑匣子”。这类产品能否及时定位并回收关键在于其是否具有定位信息实时获取并且及时告知搜寻人员的功能，现有的技术手段主要还是依靠技术人员根据预定的目标运动轨迹进行推算开始搜寻，或者利用GPS卫星定位终端和GSM通信技术对远程目标准确定位，实时追踪。前者耗费时间，人力、物力，成本大，搜寻效果差，后者受到移动运营商基站布点限制，同时存在定位数据安全隐患，所以迫切需要一种安全性高，更可靠，更稳定的目标定位手段来对目标进行位置获取，研制一款具有信标功能的产品或者与产品具有的同样运动轨迹的信标装置，对于飞行运动类产品或部件搜寻具有重要价值。信标装置具有自带锂电池供电功能，可以根据电池容量续航几小时甚至几十小时，为了保护目标位置的安全性，一般信标装置定位信息都是点对点加密发送。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于多模通信的高精度无线信标装置、***及通信方法，提高无线信标的可靠性。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于多模通信的高精度无线信标装置，包括天线阵列、微波网络模块、电源管理模块、主控制器、第一无线通信模块和第二无线通信模块，第一无线通信模块、第二无线通信模块的结构相同，均包括LORA通信模块、蜂窝移动网络通信模块、北斗RDSS模块和多模定位模块；所述LORA通信模块、多模定位模块、蜂窝移动网络通信模块和北斗RDSS模块的一端与主控制器连接，另一端通过所述微波网络模块与所述天线阵列连接，所述微波网络模块包括多个功分合路器，所述天线阵列包括多个天线对，所述LORA通信模块、多模定位模块、蜂窝移动网络通信模块和北斗RDSS模块通过所述功分合路器连接一个天线对，所述主控制器用于所述多模定位模块接收的定位信息进行融合，形成新的信息帧后，通过对应的无线通信模块中的北斗RDSS模块、蜂窝移动网络通信模块和LORA模块发送出去。

所述的一种基于多模通信的高精度无线信标装置，包括两个主控制器，两个主控制器采用高频分时模式进行交互操作；

所述多模定位模块包括北斗RNSS定位模块和GPS/GLONASS定位模块。

微波网络模块包括八组功分合路器；所述天线阵列包括第一天线对、第二天线对、第三天线对和第四天线对；

所述第一无线通信模块中的北斗RDSS模块和多模定位模块分别通过一个功分合路器与第一天线对连接；所述第二无线通信模块中的北斗RDSS模块和多模定位模块分别通过一个功分合路器与第二天线对连接；

第一无线通信模块中的蜂窝移动网络通信模块和LORA通信模块分别通过一个功分合路器与第三天线对连接，第二无线通信模块中的蜂窝移动网络通信模块和LORA通信模块分别通过一个功分合路器与第四天线对连接。

所述第一无线通信模块和第二无线通信模块还包括RS422接口模块和光耦接口模块；

所述RS422接口模块与所述主控制器连接，用于实现数据或指令交互；

所述光耦接口模块与所述主控制器连接，用于接收外部供电***的供电监测信号。

所述天线对包括两组天线，两组天线相背安装，组成一个全向组合。

所述电源管理模块包括充电管理模块、锂电池组、继电器模块、双路选择电路、宽压输入DCDC模块，外接电源经所述充电管理模块给所述锂电池组充电，所述锂电池组的输出端经所述继电器模块、所述双路选择电路与所述DCDC模块连接，外接电源经所述双路选择电路与所述DCDC模块连接，所述DCDC模块用于将外接电源的输出或锂电池组的输出进行电压转换后给各个模块供电；所述继电器模块的控制端与所述主控制器连接。

所述继电器模块包括两个继电器控制电路，两个继电器控制电路的控制端与主控制器的输出端连接，两个继电器控制电路中的继电器触点并联连接后，一端与锂电池组的输出端连接，另一端与所述双路选择电路连接。

此外，本发明还提供了一种基于多模通信的高精度无线信标***，包括所述的一种基于多模通信的高精度无线信标装置，还包括两个搜寻***接收端，所述搜寻***接收端包括移动接收模块、LORA接收模块，所述移动接收模块用于接收蜂窝移动网络通信模块发送的信息，所述LORA接收模块用于接收所述LORA通信模块发送的信息。

此外，本发明还提供了一种基于多模通信的高精度无线信标通信方法，采用所述的一种基于多模通信的高精度无线信标装置实现，包括以下步骤：

S1、通过主控制器初始化***参数；

S2、主控制器初始化看门狗，建立定位信息获取路径；

S3、等待各通信模块复位完成后，判断定位信息是否获取成功，若成功，保存定位数据，并进入步骤S4，若不成功，返回步骤S2；

S4、建立无线发送信道，通过第一无线通信模块和第二无线通信模块交替进行数据发送。

所述步骤S1中，初始化***参数包括：LORA通信模块、蜂窝移动网络通信模块和北斗RDSS模块的通信参数配置，以及外部供电监测配置、锂电池电压采集参数配置和锂电池控制IO输出参数配置；

所述步骤S2~S4由两个主控制器交替进行。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明提供了一种基于多模通信的高精度无线信标装置、***及通信方法，装置内含两组独立的通信模块，每1组模块均包含北斗RNSS+GPS/GLONASS多模定位模块，北斗RDSS模块，蜂窝移动网络通信模块（4G、5G等）和LORA通信模块，可以实现多模定位，以及短报文通信、蜂窝移动通信和LORA短距离通信等通信功能；装置还包括电源管理模块进行***供配电，以及主控制器进行数据交互和处理。本发明利用MCU控制板作为主控制器与北斗RNSS+GPS/GLONASS多模定位模块，北斗RDSS模块，蜂窝移动网络模块和LORA模块进行数据交互，通过多模定位将定位信息分别通过北斗RDSS模块，蜂窝移动网络模块和LORA模块发送到对应接收终端，提高了无线信标的可靠性。

2、本发明还采用双主控制器冗余备份控制各通信模块的工作以及对外通信，锂电池控制等，进一步提高了装置的可靠性。

3、为了增加捕获卫星信号的机会，本发明采用两组天线互为冗余，指向不同的方向，提高了装置的信号捕捉能力。

4、同时为了保证可靠性，无线信标装置还设置有有线接口模块，可以与外部设备进行数据交互，实现配置信息装订、远程控制和数据监测等功能。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种基于多模通信的高精度无线信标装置的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的一种基于多模通信的高精度无线信标装置的结构示意图；

图3为本发明实施例三中电源管理模块的结构示意图；

图4为本发明实施例三中继电器模块的电路原理图；

图5为本发明实施例四提供的一种基于多模通信的高精度无线信标***的结构示意图；

图6为本发明实施例五提供的一种基于多模通信的高精度无线信标通信方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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。

实施例一

如图1所示，本发明实施例一提供了一种基于多模通信的高精度无线信标装置，包括天线阵列、微波网络模块、电源管理模块、主控制器、第一无线通信模块和第二无线通信模块，第一无线通信模块、第二无线通信模块的结构相同，均包括LORA通信模块、多模定位模块、蜂窝移动网络通信模块和北斗RDSS模块；所述LORA通信模块、定位模块、蜂窝移动网络通信模块和北斗RDSS模块的一端与主控制器连接，另一端通过所述微波网络模块与所述天线阵列连接，所述微波网络模块8组功分合路器，所述天线阵列包括多个天线对，所述LORA通信模块、蜂窝移动网络通信模块、多模定位模块和北斗RDSS模块通过所述微波网络模块均连接一个天线对，所述主控制器用于将各个无线通信模块中多模定位模块和接收的定位信息和设备状态信息进行融合形成新的信息帧后，通过对应的无线通信模块中的北斗RDSS模块、蜂窝移动网络通信模块和LORA通信模块发送出去。

具体地，本实施例中，所述第一无线通信模块和第二无线通信模块还包括RS422接口模块和光耦接口模块；所述RS422接口模块与所述主控制器连接，用于实现数据或指令交互；所述光耦接口模块与所述主控制器连接，用于接收外部供电***的供电监测信号。

此外，本实施中，所述多模定位模块可以通过北斗RNSS、GPS或者GLONASS多模对信标装置进行定位，北斗RDSS模块指北斗RDSS短报文通讯模块，***通过定位模块获取定位信息后发送给所述主控制器，主控制器将定位信息融合设备状态信息，形成新的信息帧，通过两个无线通信模块中的北斗RDSS短报文通讯模块、蜂窝移动网络通信模块和LORA模块按照预设的目标地址发送出去。本实施例中，每个RDSS短报文模块的最小发送周期是30秒，为了确保每个短报文发送间隔大于30秒，在主控制器的协调下，每个模块增加10秒时间，可以实现平均每隔20秒发送一次报文，增加设备落地毁损前发出短报文的频度和成功率。这样对于每个短报文模块而言，间隔时间约为40秒，大于北斗卡30秒的限制，满足使用要求。如果使用的是60秒卡，可以通过双卡切换分时复用将平均速度提高到35秒/次。如果可以申请到北斗更高级别的1秒级RDSS通信卡，通信速率还可以更快。

本实施例中，LORA通信模块、蜂窝移动网络通信模块北斗RNSS+GPS/GLONASS多模定位模块蜂窝移动网络通信模块和北斗RDSS模块均采用成熟技术功能模块，使得产品内部结构清晰，功能划分明确，调试便利。此外，装置包括两组北斗短报文模块，增加了冗余，每个模块发送间隔X秒（X为当前北斗卡的通信限制时间），两个短报文模块可以将发送间隔降低到小于X/2秒+5秒，如果采用30秒通信卡，北斗RDSS通信频次可以达到20秒。蜂窝移动网络通信模块可以为移动/联通3G、4G或5G通信模块。

本实施例中，采用双蜂窝移动网络通信模块和LORA通信模块，增加了冗余，假设每个模块发送间隔Y秒，双蜂窝移动网络通信模块可以将发送间隔降低到小于Y/2秒。

此外，本实施例中，主控制器的主控程序内部增加了看门狗，超过4秒不喂狗，程序经复位，从头运行。避免异常情况下程序跑飞。主控程序内部重要信息通过RS422接口模块与监测设备进行实时监测，便于提前发现故障以及后期设备故障诊断与分析。

本实施例中，LORA通信模块是一种体积小、低功耗、高性能远距离的无线串口模块。模块设计是采用高效的ISM频段射频扩频芯片，模块采用中国LoRa应用联盟推荐的工作频率470Mhz~510Mhz，可通过AT指令在线修改参数，LORA通信采用固定信道广播发射。LORA具有远距离抗干扰的优点。空旷理想环境下，通信距离最高可达5km，支持定点传输、广播传输、信道监听，支持空中唤醒（超低功耗），支持FE前向纠错，提高通信稳定性。LORA为了防止撞包，通信方式与蜂窝移动网络通信模块类似，采用广播定点通信。

此外，本实施例中，还配置了装订功能：为了保证产品的可升级维护，无线信标装置预留了***通信设置接口，可以通过RS422接口于计算机通信，对主控制器进行单独配置，包含各个无线通信模块通信时间，通信间隔，还有北斗与蜂窝网络接收终端***配置，LORA接收终端地址和信道配置，同时可以控制继电器断电。

此外，信标装置还设置了数据监测功能：为了保存无线信标装置的定位数据，***可以通过有线进行数据实时存储，还可以通过RS422接口模块输出到计算机或者其他监测终端进行数据可视化显示。监测终端的可视化数据解析软件具有实时解析定位信息和设备状态信息的功能，同时根据解析位置同步导航地图进行目标搜寻导航。

实施例二

如图2所示，本发明实施例二提供了一种基于多模通信的高精度无线信标装置，与实施例一相同相同的是，其包括天线阵列、微波网络模块、电源管理模块、第一无线通信模块和第二无线通信模块，第一无线通信模块、第二无线通信模块的结构相同，与实施例一不同的是，本实施例中，无线信标装置包括两个主控制器，两个主控制器采用高频分时模式进行交互操作。

此外，本实施例中，微波网络模块包括8组功分合路器；所述天线阵列包括四个天线对，第一天线对包括天线A1和A2、第二天线对包括天线B1和B2、第三天线对包括天线C1和C2，第四天线对包括天线D1和D2；所述第一无线通信模块中的北斗RDSS模块和多模定位模块分别通过一个功分合路器与第一天线对连接；第一无线通信模块中的蜂窝移动网络通信模块和LORA通信模块分别通过一个功分合路器与第三天线对C1和C2连接，第二无线通信模块中的北斗RDSS模块通过一个功分合路器与第二天线对连接；所述第二无线通信模块中的北斗RDSS模块和多模定位模块分别通过一个功分合路器与第二天线对连接；蜂窝移动网络通信模块第二无线通信模块中的蜂窝移动网络通信模块和LORA通信模块通过分别通过一个功分合路器与第四天线对连接。第三天线对和第四天线对中，每个天线都集成了LORA天线和4GLTE或5G天线。通过以上设置，使得第一无线通信模块对应两组天线对（A1、A2和C1、C2），第二无线通信模块对应两组天线对（B1、B2和D1、D2），各个无线通信模块都有自己的天线对，进一步地增加***的安全性。

进一步地，本实施例中，所述天线对包括两组天线，两组天线相背安装，组成一个全向组合。本实施例通过八天线冗余设计，可以保证在任何姿态下，尽最大效果获取导航卫星信号，提高通讯可靠性。

本实施例采用低功耗单片机做主控制器，提高了产品集成度，同时采用高频分时复用模式，两个CPU进行交互操作，为了保证瞬时负载功率不会太大，两个CPU分时进行无线模块控制通信降低了功耗和体积，提高了可靠性和安全性。

进一步地，本实施例中，为实现无线信标装置天线小型化设计，LORA天线选择高介电常数的陶瓷印制板，4GLTE天线或5G天线采用PIFA天线形式，通过开槽的方式实现多频技术。

本实施例中，无线信标装置包含1组与被搜寻目标的有线通信（RS422接口模块或者其它有线通信模块），4组无线通信模块（北斗RDSS模块、多模定位模块，蜂窝移动网络通信模块，LORA模块），各模块工作独立，除了需要通过主控制器进行数据信息交互，任何一个模组故障均不影响无线信标装置的基本定位信息发送功能。同时采用双通信模块进行冗余定位信息发送设计。

本实施例中，采用4组8天线实现无线信标装置的对外通信。分时通信，避免同时发射功耗过大，减短锂电池持续供电工作的时间。无线信标装置属于无线接收和发送设备，通过导航卫星、基站等与搜寻***实现通信，各模块均为独立通信，而且搜寻***接收没有频度要求，可以随时接收。搜寻***按照无线信标装置上安装的SIM信息实现不同无线信标装置的位置唯一标识，而且根据北斗卡的通信方式，实现30s通信一次，无线信标装置内部有双备份模块，只要收到1包数据即可实现目标定位。所以不同位置的无线信标装置可以单独工作不需要互相协同，独立与远程搜寻***通信即可。

本实施例中，由于无线信标装置上有两套独立的定位模块，所以无线信标装置可以独立地获取位置信息，并组合成发送数据包。如图2所示，布局上，A1、A2天线相背安装，可以组成一个全向组合的天线对；B1、B2天线相背安装，也可以组成一个全向组合的天线对。两个天线对不会同时发射，所以不会造成频率干涉。同理蜂窝移动网络通信模块和LORA模块采用的天线对，C1和C2相背安装，D1和D2相背安装。

实施例三

本发明实施例三提供了一种基于多模通信的高精度无线信标装置，与实施例一相同的是，其包括天线阵列、微波网络模块、电源管理模块、第一无线通信模块和第二无线通信模块，第一无线通信模块、第二无线通信模块的结构相同，如图3所示，与实施例一不同的是，本实施例中，所述电源管理模块包括充电管理模块、锂电池组、继电器模块P1、双路选择电路U6、DCDC模块，外接电源经保护二极管U5连接所述充电管理模块给所述锂电池组充电，所述锂电池组的输出端经所述继电器模块P1、所述双路选择电路U6与所述DCDC模块连接，外接电源经所述双路选择电路U6与所述DCDC模块连接，所述DCDC模块用于将外接电源的输出或锂电池组的输出进行电压切换后二次变换给各个模块供电；所述继电器模块的控制端与所述主控制器连接。所述DCDC模块包括DC转换芯片U4和二次电源变换模块U8，其中DC转换芯片将外接电源转化为12V直流电压，二次电源变换模块U8将12V直流电压转化为3.3V和5V直流电压后为电路供电。

进一步地，如图4所示，所述继电器模块包括两个继电器控制电路，两个继电器控制电路的控制端与主控制器的输出端Lictr1和Lictr2连接，两个继电器控制电路中的继电器触点并联连接后，一端与锂电池组的输出端连接，另一端与所述双路选择电路连接。图4中，Lictr1和Lictr2分别采用不同电平控制对应的继电器使得锂电池进行导通输出。防止***意外复位导致信标装置断电。继电器闭合时，Lictr1=1或Lictr2=0均能保证锂电池向***供电，继电器断开时，Lictr1=0且Lictr2=1才能保证锂电池断开向***供电。

本实施例中，电源管理模块通过双继电器切换控制电池组供电，防止由于MCU复位导致意外断电，同时有EMI抗电磁干扰和DCDC二次电源变换等功能。以外部供电输入为例进行说明：外部电源通过接口引入后分3路，其中1路经过保护二极管U5给锂电池充电，1路经过双路选择二极管U6的分支进入DCDC转换芯片U3，输出DC12V，另外1路进入光耦P2采集供电状态监测，通知MCU外部电源是否供电。

锂电池经过充电模块进行充电管理，同时进入继电器模块P1的输入端，继电器模块由MCU控制信号控制输出，当继电器模块接通时，锂电池电压经双路选择二极管U6的另外一端给DC转换芯片U4供电，DC转换芯片U4将电压转换为12V直流后给二次电源变换模块U8及各个通信模块供电，二次电源变换模块U8将电压转换后给主控制器和其它模块供电。多次电源转换防止某一功能电路损坏导致设备整体功能丧失的风险。

此外，如图3所示，本实施例中，主控制器接收外部通过RS422接口P3输出的锂电池断电指令，MCU对指令进行判读，从而实现无线信标装置断电控制。主控制器通过RS422接口P4将无线信标装置实时定位信息，无线信标装置工况实时传输给数据监测设备。

本实施例的无线信标装置可以通过外部9V~36V进行宽压供电工作。此外装置自带锂电池，可通过外部供电口进行充电，当外部供电断开时，转换为锂电池供电，设备继续工作直到落地或电池耗尽。为了在测试状态下保护锂电池长期多频次过放电，装置外接一路锂电池下电指令信号，通过该信号可以主动控制锂电池与设备内部其它电路断开。

实施例四

本发明实施例四提供了一种基于多模通信的高精度无线信标***，包括实施例一或二或三所述的一种基于多模通信的高精度无线信标装置，还包括两组搜寻***接收端，所述搜寻***接收端包括移动接收模块、LORA接收模块和短报文接收模块，所述移动接收模块用于接收蜂窝移动网络通信模块发送的信息，所述LORA接收模块用于接收所述LORA通信模块发送的信息，所述短报文接收模块用于接收所述北斗RDSS模块发送的短报文信息。并且两组搜寻***接收端可以通过互相通信完成功能自检，确保与信标装置的可靠通信。

本实施例中，蜂窝移动网络通信模块采用内核为四模的LTE Cat.4模块，可以实现短信、网络通信、基站定位、FTP、HTTP等功能。本模块采用网络流量加密通信方式进行定位信息交互。网络较差时，蜂窝移动网络通信模块连接的天线对会采用最大功率传输。为了保证蜂窝移动网络通信模块正常工作，搜寻***接收端采样双卡接收定位信息。每隔5s交叉发送通信信息到搜寻***接收模块。如图5所示，信标装置按照A1和A2先后间隔1s发送，5s后A3和A4先后间隔1s发送，5s返回到A1和A2发送，整个周期12s，通信4次，通信频率0.3Hz。既确保了通信频次，也节省了功耗。

同样，为了降低每个环节发生故障时数据丢失的概率，北斗RDSS短报文通讯模块A、B和搜寻***接收端1、2采用交互发送的方式，即A-1、B-1、A-2、B-2四条数据链路，其中RDSS短报文通讯模块A、B各自发送的频率为Xs+5s，但RDSS短报文通讯模块A、B发送间隔设置为约X/2+5s，如此循环。这种模式下，即使有任何一个北斗RDSS模块或搜寻***接收端发生故障，都会确保有数据发回。发射功率上，A模块和B模块都是10W发射功率，即使通过功分合路器，四个天线上的功率分配也可以达到4W以上，满足北斗RDSS有效通讯的标称功率要求。

本实施例的高精度无线信标***，采用两组搜寻***接收端设备，交叉接收两个无线通信模块发送的数据，形成互为备份的四条通讯链路，增加了传输链路的可靠性。

无线信标装置运行时，需要配合搜寻***北斗RDSS短报文通讯，蜂窝移动网络接收终端和LORA接收终端机进行定位数据接收，无线信标装置带着北斗天线安装在载体上，随目标运动，同时将每次定位后的变化的位置信息，通过北斗模块发送到北斗卫星经由北斗卫星转发至搜寻***，另一方面通过RS422总线传递无线信标装置状态监测数据。为了尽量避免单点失效，搜寻***可布置了两台接收端，两个接收端收到数据后通过串口上传给计算机，保存、显示、分析处理。

实施例五

如图6所示，本发明实施例五提供了一种基于多模通信的高精度无线信标通信方法，采用所述的一种基于多模通信的高精度无线信标装置实现，包括以下步骤：

S1、通过主控制器初始化***参数；所述步骤S1中，初始化***参数包括：LORA通信模块、蜂窝移动网络通信模块和北斗RDSS模块的通信参数配置，以及外部供电监测配置、锂电池电压采集参数配置和锂电池控制IO输出参数配置。

S2、主控制器初始化看门狗，建立定位信息获取路径。

S3、等待各通信模块复位完成后，判断定位信息是否获取成功，若成功，保存定位数据，并进入步骤S4，若不成功，返回步骤S2。

S4、建立无线发送信道，通过第一无线通信模块和第二无线通信模块交替进行数据发送。

具体地，本实施例中，所述步骤S2~S4由两个主控制器交替进行，两个主控制器之间握手，保证控制器时间同步，此外，两个主控制器分别控制一个无线通信模块进行数据发送。

本实施例中，外部***加电为无线信标装置供电，无线信标装置自动进入正常工作状态。北斗RNSS+GPS/GLONASS多模定位模块开始搜星工作，主控制器开始与多模定位模块通信并获取响应信息（如果获取不到响应信息，是否继续后面的操作，还是等待），经过分析接收到的数据，构建发送帧。同时采集锂电池电压信息，编入发送帧，主控制器还要与LORA通信模块，蜂窝移动网络通信模块进行交互，确认工作状态，并尝试与附近终端建立数据通信，将定位信息发送到指定终端。外部供电状态下，锂电池处于充电状态，同时锂电池供电开关闭合，以防无线信标装置外部电源随时突然断开，导致无线信标装置意外断电。

外部供电停止，无线信标装置检测到此状态变化，这时无线信标装置自动切换到锂电池供电，按照设定的发送顺序分别控制A、B模块向搜寻***接收端1、2轮流发送信息。即使多模定位模块没有获取到有效实时位置信息，北斗RDSS模块也会周期性地将最后收到并缓存的信息发送给搜寻***接收端，通过定位信息中的时间码来区分。无线信标装置其它部分电路维持前面的工作状态不变，可持续工作至少3h以上，直到***损毁或者电池耗尽，或者收到锂电池断电命令进行断电操作。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种基于多模通信的高精度无线信标装置，其特征在于，包括天线阵列、微波网络模块、电源管理模块、主控制器、第一无线通信模块和第二无线通信模块，第一无线通信模块、第二无线通信模块的结构相同，均包括LORA通信模块、蜂窝移动网络通信模块、北斗RDSS模块和多模定位模块；所述LORA通信模块、多模定位模块、蜂窝移动网络通信模块和北斗RDSS模块的一端与主控制器连接，另一端通过所述微波网络模块与所述天线阵列连接，所述微波网络模块包括多个功分合路器，所述天线阵列包括多个天线对，所述LORA通信模块和蜂窝移动网络通信模块通过所述功分合路器连接其中一个天线对，多模定位模块和北斗RDSS模块通过所述功分合路器连接其中另一个天线对，所述主控制器用于所述多模定位模块接收的定位信息进行融合，形成新的信息帧后，通过对应的无线通信模块中的北斗RDSS模块、蜂窝移动网络通信模块和LORA模块发送出去，所述电源管理模块用于对装置进行供电。

2.根据权利要求1所述的一种基于多模通信的高精度无线信标装置，其特征在于，包括两个主控制器，两个主控制器采用高频分时模式进行交互操作；

所述多模定位模块包括北斗RNSS定位模块和GPS/GLONASS定位模块。

3.根据权利要求1所述的一种基于多模通信的高精度无线信标装置，其特征在于，微波网络模块包括八组功分合路器；所述天线阵列包括第一天线对、第二天线对、第三天线对和第四天线对；

所述第一无线通信模块中的北斗RDSS模块和多模定位模块分别通过一个功分合路器与第一天线对连接；所述第二无线通信模块中的北斗RDSS模块和多模定位模块分别通过一个功分合路器与第二天线对连接；

第一无线通信模块中的蜂窝移动网络通信模块和LORA通信模块分别通过一个功分合路器与第三天线对连接，第二无线通信模块中的蜂窝移动网络通信模块和LORA通信模块分别通过一个功分合路器与第四天线对连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于多模通信的高精度无线信标装置，其特征在于，所述第一无线通信模块和第二无线通信模块还包括RS422接口模块和光耦接口模块；

所述RS422接口模块与所述主控制器连接，用于实现数据或指令交互；

所述光耦接口模块与所述主控制器连接，用于接收外部供电***的供电监测信号。

5.根据权利要求1所述的一种基于多模通信的高精度无线信标装置，其特征在于，所述天线对包括两组天线，两组天线相背安装，组成一个全向组合。

6.根据权利要求1所述的一种基于多模通信的高精度无线信标装置，其特征在于，所述电源管理模块包括充电管理模块、锂电池组、继电器模块、双路选择电路、宽压输入DCDC模块，外接电源经所述充电管理模块给所述锂电池组充电，所述锂电池组的输出端经所述继电器模块、所述双路选择电路与所述DCDC模块连接，外接电源经所述双路选择电路与所述DCDC模块连接，所述DCDC模块用于将外接电源的输出或锂电池组的输出进行电压转换后给各个模块供电；所述继电器模块的控制端与所述主控制器连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于多模通信的高精度无线信标装置，其特征在于，所述继电器模块包括两个继电器控制电路，两个继电器控制电路的控制端与主控制器的输出端连接，两个继电器控制电路中的继电器触点并联连接后，一端与锂电池组的输出端连接，另一端与所述双路选择电路连接。

8.一种基于多模通信的高精度无线信标***，其特征在于，包括权利要求1所述的一种基于多模通信的高精度无线信标装置，还包括两组搜寻***接收端，所述搜寻***接收端包括移动接收模块、LORA接收模块、短报文接收模块，所述移动接收模块用于接收蜂窝移动网络通信模块发送的信息，所述LORA接收模块用于接收所述LORA通信模块发送的信息，所述短报文接收模块用于接收所述北斗RDSS模块发送的短报文信息。

9.一种基于多模通信的高精度无线信标通信方法，其特征在于，采用权利要求2所述的一种基于多模通信的高精度无线信标装置实现，包括以下步骤：

S1、通过主控制器初始化***参数；

S2、主控制器初始化看门狗，所述看门狗用于程序复位，建立定位信息获取路径；

S3、等待各通信模块复位完成后，判断定位信息是否获取成功，若成功，保存定位数据，并进入步骤S4，若不成功，返回步骤S2；

S4、建立无线发送信道，通过第一无线通信模块和第二无线通信模块交替进行数据发送。

10.根据权利要求9所述的一种基于多模通信的高精度无线信标通信方法，其特征在于，所述步骤S1中，初始化***参数包括：LORA通信模块、蜂窝移动网络通信模块和北斗RDSS模块的通信参数配置，以及外部供电监测配置、锂电池电压采集参数配置和锂电池控制IO输出参数配置；

所述步骤S2~S4由两个主控制器交替进行。

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