專利名稱：一種遠程監(jiān)控gps/ins組合跟蹤系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種遠程監(jiān)控GPS/INS組合跟蹤系統(tǒng)，嵌入消防防護服中使用， 屬于消防設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
GPS (全球定位系統(tǒng))是20世紀70年代由美國海陸空三軍聯(lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星定位系統(tǒng)。GPS通過接收分布在太空中的M顆衛(wèi)星發(fā)送的無線信號計算定位信息，具有高精度、全天候、高效率等特點，為用戶提供精確的位置和速度信息，但由于其無線信號傳播的直線性，其工作性能受到環(huán)境等因素的影響，無法在高樓、隧道等衛(wèi)星信號被遮擋的環(huán)境中正常工作，影響載體定位的精確性。INS (慣性定位系統(tǒng))系統(tǒng)是利用慣性元件來感測載體的位置和速度等信息，具有自主導(dǎo)航和抗干擾能力強等特點，在短時間內(nèi)具有較高的精度。但隨著INS系統(tǒng)工作時間的增長，定位誤差也隨之增大。GPS/INS組合定位系統(tǒng)利用GPS系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性和INS系統(tǒng)的短期高精度性，將兩種定位系統(tǒng)組合優(yōu)化，充分利用各自優(yōu)點，實時傳輸載體的導(dǎo)航參數(shù)，使高精度的定位成為可能。GPS/INS定位系統(tǒng)是目前世界上最先進的全球定位系統(tǒng)，憑借著其高精度，低造價的優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。WSN (無線傳感器網(wǎng)絡(luò))是由部署在檢測區(qū)域內(nèi)大量的微型傳感器節(jié)點通過無線通信形成的一個多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具有信息采集、數(shù)據(jù)處理和無線通信等多種功能。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)涉及傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、無線傳輸技術(shù)、微電子制造技術(shù)等，是多學科高度交叉、新興、前沿的技術(shù)領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是利用現(xiàn)有的GPS/INS組合定位技術(shù)，提供了一種可嵌入消防服裝的能夠?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)控的GPS/INS組合跟蹤系統(tǒng)。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實用新型提供了一種遠程監(jiān)控GPS/INS組合跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，包括GPS/INS組合跟蹤裝置以及遠程接收監(jiān)控裝置，GPS/INS組合跟蹤裝置嵌入消防防護服中，GPS/INS組合跟蹤裝置與遠程接收監(jiān)控裝置之間通過無線連接。優(yōu)選地，所述的GPS/INS組合跟蹤裝置包括GPS定位模塊、INS處理模塊、卡爾曼濾波與綜合處理模塊、第一氣壓傳感器模塊、WSN發(fā)送模塊和電源模塊，GPS定位模塊和INS 處理模塊皆與卡爾曼濾波與綜合處理模塊連接，卡爾曼濾波與綜合處理模塊和第一氣壓傳感器模塊皆與WSN發(fā)送模塊連接，電源模塊分別連接GPS定位模塊、INS處理模塊、卡爾曼濾波與綜合處理模塊、第一氣壓傳感器模塊和WSN發(fā)送模塊。優(yōu)選地，所述的GPS定位模塊包括GPS天線和GPS接收機，GPS天線連接GPS接收機，GPS接收機連接卡爾曼濾波與綜合處理模塊。GPS天線用于接收衛(wèi)星信號，GPS接收機對接收的衛(wèi)星信號解算處理，輸出GPS定位數(shù)據(jù)。
3[0010]優(yōu)選地，所述的INS處理模塊包括三軸陀螺儀、三軸加速度計和INS處理模塊，三軸陀螺儀和三軸加速度計皆與INS處理模塊相連接，INS處理模塊連接卡爾曼濾波與綜合處理模塊。三軸陀螺儀和三軸加速度計由載體運動而產(chǎn)生相應(yīng)的移動轉(zhuǎn)角信號和速率脈沖信號，并傳送到INS處理模塊，INS處理模塊對慣性定位信號解算處理得到慣性定位數(shù)據(jù)。所述的卡爾曼濾波與綜合處理模塊接收上述GPS定位模塊和INS處理模塊的輸出信號，通過卡爾曼濾波和解算，得到修正后的定位參數(shù)，并將此修正參數(shù)反饋給INS處理模塊和GPS定位模塊，得到組合定位參數(shù)，并將此參數(shù)傳送到下一模塊。所述的WSN發(fā)送模塊接收卡爾曼濾波與綜合處理模塊修正后的組合定位參數(shù)， 并通過無線傳輸方式將信號實時傳輸?shù)絎SN接收模塊，WSN接收模塊將接收到的信號傳送到數(shù)據(jù)顯示模塊。優(yōu)選地，所述的第一氣壓傳感器模塊包括依次連接的氣壓傳感器、信號放大電路、 濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，A/D轉(zhuǎn)換電路連接WSN發(fā)送模塊。優(yōu)選地，所述的WSN發(fā)送模塊與WSN接收模塊之間采用ZigBee無線通信方式傳輸信號，其傳輸波段為2. 4GHz的免授權(quán)頻段(ISM)。優(yōu)選地，所述的遠程接收監(jiān)控裝置包括WSN接收模塊、第二氣壓傳感器模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊，WSN接收模塊和第二氣壓傳感器模塊皆與數(shù)據(jù)顯示模塊相連接。優(yōu)選地，所述的第二氣壓傳感器模塊包括依次連接的氣壓傳感器、信號放大電路、 濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，A/D轉(zhuǎn)換電路連接WSN發(fā)送模塊。將這兩個氣壓傳感器的接收信號進行對比和解算，得到載體的高度信息，可以有效解決GPS / INS組合定位對載體的高度測量精度較差的問題。優(yōu)選地，所述的電源模塊包括鋰離子電池組、電池組充電適配器、電源保護模塊和電源報警器，鋰離子電池組分別連接電池組充電適配器和電源保護模塊，電源保護模塊連接電源報警器。所述電源模塊為整個系統(tǒng)供電，當電源電量不足時，發(fā)出警報，提醒消防人員及時撤離火場。優(yōu)選地，所述的GPS/INS組合跟蹤裝置設(shè)于消防防護服的肩部位置處。既不會影響整個系統(tǒng)的正常工作，也不會對消防人員的消防作業(yè)產(chǎn)生干擾。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是1 .本實用新型是一種適用于消防的跟蹤裝置，可遠程監(jiān)測消防人員的位置和運動狀態(tài)信息，并將監(jiān)測到的信息實時傳送到控制中心，以便控制中心的統(tǒng)籌指揮。本實用新型體積小、質(zhì)量輕，可嵌入消防服裝，便于消防人員的攜帶。2.本實用新型采用了 GPS / INS組合定位技術(shù)，利用GPS定位的長期穩(wěn)定性和全天候工作特點，以及INS的短期高精度性來改善系統(tǒng)的性能，實現(xiàn)了高精度的定位功能，適用于中低運動載體在強干擾環(huán)境下的定位。3 .本實用新型采用WSN無線傳輸方式，可以在有線傳輸無法進行的惡劣環(huán)境中實時遠程監(jiān)測載體的運動狀態(tài)和位置信息。WSN采用ZigBee無線通信技術(shù)，傳輸波段為免授權(quán)頻段(ISM)。4 .本實用新型采用氣壓傳感器輔助測量的方法，有效地解決了 GPS / INS組合定位對載體高度測量誤差較大的問題，提高了系統(tǒng)的定位精度。5.本實用新型采用一種體積小、質(zhì)量輕，可長時間向系統(tǒng)供電的電源，并有電源
4報警器，當電量低于預(yù)定值時報警器報警。
圖1為GPS/INS組合跟蹤裝置結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例來具體說明本實用新型。實施例一種遠程監(jiān)控GPS/INS組合跟蹤系統(tǒng)，包括GPS/INS組合跟蹤裝置以及遠程接收監(jiān)控裝置，如圖1所示，為GPS/INS組合跟蹤裝置結(jié)構(gòu)框圖，所述的GPS/INS組合跟蹤裝置包括GPS定位模塊、INS處理模塊、卡爾曼濾波與綜合處理模塊、第一氣壓傳感器模塊、WSN 發(fā)送模塊和電源模塊，GPS定位模塊和INS處理模塊皆與卡爾曼濾波與綜合處理模塊連接， 卡爾曼濾波與綜合處理模塊和第一氣壓傳感器模塊皆與WSN發(fā)送模塊連接，電源模塊分別連接GPS定位模塊、INS處理模塊、卡爾曼濾波與綜合處理模塊、第一氣壓傳感器模塊和WSN 發(fā)送模塊。所述的GPS/INS組合跟蹤裝置設(shè)于消防防護服的肩部位置處。所述的GPS定位模塊包括GPS天線和GPS接收機，GPS天線連接GPS接收機，GPS 接收機連接卡爾曼濾波與綜合處理模塊。GPS定位模塊的主要功能是接收衛(wèi)星信號，經(jīng)過放大、濾波、解算等一系列過程，實現(xiàn)對載體的跟蹤和監(jiān)測，其中包括載體的經(jīng)度、緯度、高度、 運動速度、時間等信息，并為卡爾曼濾波與綜合處理模塊提供偽距、偽距率和星歷信息。所述的INS處理模塊包括三軸陀螺儀、三軸加速度計和INS處理模塊，三軸陀螺儀和三軸加速度計皆與INS處理模塊相連接，INS處理模塊連接卡爾曼濾波與綜合處理模塊。 所述三軸陀螺儀用于檢測載體的運動角速度，所述三軸加速度計用于檢測載體的線性加速度。INS處理模塊接收三軸陀螺儀生成的移動轉(zhuǎn)角信號和三軸加速度計生成的速率脈沖信號，通過INS處理模塊內(nèi)部的固化程序，獲得載體的位置、速度等參數(shù)信息，并將上述參數(shù)信息傳送到卡爾曼濾波與綜合處理模塊。卡爾曼濾波與綜合處理模塊接收GPS定位模塊的定位參數(shù)信息和INS處理模塊的檢測信息，通過卡爾曼濾波與綜合處理模塊內(nèi)部的固化算法，將上述信息融和解算，得到最終的定位參數(shù)，并將此參數(shù)反饋給INS處理模塊和GPS定位模塊，同時將此參數(shù)傳送到WSN 發(fā)送模塊。WSN發(fā)送模塊接收卡爾曼濾波與綜合處理模塊的定位信息，并通過無線傳輸方式完成定位信息從載體端到顯示端的遠程傳送。所述的WSN發(fā)送模塊與WSN接收模塊之間采用ZigBee無線通信方式傳輸信號，其傳輸波段為2. 4GHz的免授權(quán)頻段。所述的第一氣壓傳感器模塊包括依次連接的氣壓傳感器、信號放大電路、濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，A/D轉(zhuǎn)換電路連接WSN發(fā)送模塊。所述的第二氣壓傳感器模塊包括依次連接的氣壓傳感器、信號放大電路、濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，A/D轉(zhuǎn)換電路連接WSN發(fā)送模塊。氣壓傳感器模塊測量大氣氣壓參數(shù)，并將測量信息通過WSN發(fā)送模塊傳送給信息接收端。在本系統(tǒng)中，采用雙氣壓傳感器模式，分別測量載體端和信息接收端的氣壓參數(shù)， 通過氣壓差解算出載體端與接收端的高度差，解決了 GPS / INS組合定位對載體的高度測量精度較差的問題。
5[0034]所述的電源模塊包括鋰離子電池組、電池組充電適配器、電源保護模塊和電源報警器，鋰離子電池組分別連接電池組充電適配器和電源保護模塊，電源保護模塊連接電源報警器。鋰離子電池組為整個系統(tǒng)供電，提供設(shè)備正常工作所需的能量；電池組充電適配器由電源變壓器和整流電路組成，為電池組提供合適的供電，保證設(shè)備正常、可靠的工作，同時具有保護功能，使設(shè)備不會因為電源的波動而損壞。本實用新型通過電池組充電適配器提供220V交流供電和車載供電兩種模式，提高了設(shè)備使用的便利性。電源保護模塊為整個供電系統(tǒng)提供過流、過熱和短路等保護。同時在電源模塊中設(shè)計了電源報警器，當電源電量不足時，發(fā)出警報，提醒消防人員及時撤離火場。所述的遠程接收監(jiān)控裝置包括WSN接收模塊、第二氣壓傳感器模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊，WSN接收模塊和第二氣壓傳感器模塊皆與數(shù)據(jù)顯示模塊相連接。本實用新型的遠程監(jiān)控GPS/INS組合跟蹤系統(tǒng)的工作原理如下系統(tǒng)開啟后，先完成自檢和信息初始化過程。當一切正常完成后，GPS天線開始接收衛(wèi)星信號，并將接收到的信號傳給GPS接收機，通過GPS接收機內(nèi)部的固化算法得到GPS 偽距和偽距率等信息，并輸送給卡爾曼濾波與綜合處理模塊。當載體開始運動時，INS處理模塊中的三軸陀螺儀和三軸加速度計分別測量載體的角速度和線性加速度，并以移動轉(zhuǎn)角信號和速率脈沖信號的形式進入INS處理模塊，經(jīng)解算處理得到載體的位置和速度信息。 GPS的偽距、偽距率和INS的位置、速度等信息分別進入卡爾曼濾波與綜合處理模塊，卡爾曼濾波與綜合處理模塊對三軸陀螺儀和三軸加速度計進行加速度計偏差與陀螺漂移修正， 對INS處理模塊進行位置、速度、姿態(tài)和誤差修正，對GPS接收機進行位置、速度、姿態(tài)和時鐘誤差修正，并將修正參數(shù)傳送到WSN發(fā)送模塊。同時，氣壓傳感器模塊測量氣壓值，經(jīng)放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進入WSN發(fā)送模塊。WSN發(fā)送模塊將接收到的信號用無線傳輸方式傳送給WSN接收模塊，并遠程顯示，完成對目標的跟蹤和指揮控制等任務(wù)。
權(quán)利要求1.一種遠程監(jiān)控GPS/INS組合跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，包括GPS/INS組合跟蹤裝置以及遠程接收監(jiān)控裝置，GPS/INS組合跟蹤裝置嵌入消防防護服中，GPS/INS組合跟蹤裝置與遠程接收監(jiān)控裝置之間通過無線連接。
2.如權(quán)利要求1所述的遠程監(jiān)控GPS/INS組合跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述的GPS/INS 組合跟蹤裝置包括GPS定位模塊、INS處理模塊、卡爾曼濾波與綜合處理模塊、第一氣壓傳感器模塊、WSN發(fā)送模塊和電源模塊，GPS定位模塊和INS處理模塊皆與卡爾曼濾波與綜合處理模塊連接，卡爾曼濾波與綜合處理模塊和第一氣壓傳感器模塊皆與WSN發(fā)送模塊連接，電源模塊分別連接GPS定位模塊、INS處理模塊、卡爾曼濾波與綜合處理模塊、第一氣壓傳感器模塊和WSN發(fā)送模塊。
3.如權(quán)利要求2所述的遠程監(jiān)控GPS/INS組合跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述的GPS定位模塊包括GPS天線和GPS接收機，GPS天線連接GPS接收機，GPS接收機連接卡爾曼濾波與綜合處理模塊。
4.如權(quán)利要求2所述的遠程監(jiān)控GPS/INS組合跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述的INS處理模塊包括三軸陀螺儀、三軸加速度計和INS處理模塊，三軸陀螺儀和三軸加速度計皆與INS 處理模塊相連接，INS處理模塊連接卡爾曼濾波與綜合處理模塊。
5.如權(quán)利要求2所述的遠程監(jiān)控GPS/INS組合跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一氣壓傳感器模塊包括依次連接的氣壓傳感器、信號放大電路、濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，A/D轉(zhuǎn)換電路連接WSN發(fā)送模塊。
6.如權(quán)利要求2所述的遠程監(jiān)控GPS/INS組合跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述的電源模塊包括鋰離子電池組、電池組充電適配器、電源保護模塊和電源報警器，鋰離子電池組分別連接電池組充電適配器和電源保護模塊，電源保護模塊連接電源報警器。
7.如權(quán)利要求2所述的遠程監(jiān)控GPS/INS組合跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述的WSN發(fā)送模塊與WSN接收模塊之間采用ZigBee無線通信方式傳輸信號，其傳輸波段為2. 4GHz的免授權(quán)頻段。
8.如權(quán)利要求1所述的遠程監(jiān)控GPS/INS組合跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述的遠程接收監(jiān)控裝置包括WSN接收模塊、第二氣壓傳感器模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊，WSN接收模塊和第二氣壓傳感器模塊皆與數(shù)據(jù)顯示模塊相連接。
9.如權(quán)利要求8所述的遠程監(jiān)控GPS/INS組合跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述的第二氣壓傳感器模塊包括依次連接的氣壓傳感器、信號放大電路、濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，A/D轉(zhuǎn)換電路連接WSN發(fā)送模塊。
10.如權(quán)利要求1所述的遠程監(jiān)控GPS/INS組合跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述的GPS/ INS組合跟蹤裝置設(shè)于消防防護服的肩部位置處。
專利摘要本實用新型涉及一種遠程監(jiān)控GPS/INS組合跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，包括GPS/INS組合跟蹤裝置以及遠程接收監(jiān)控裝置，GPS/INS組合跟蹤裝置嵌入消防防護服中，GPS/INS組合跟蹤裝置與遠程接收監(jiān)控裝置之間通過無線連接。本實用新型可遠程監(jiān)測消防人員的位置和運動狀態(tài)信息，并將監(jiān)測到的信息實時傳送到控制中心，以便控制中心的統(tǒng)籌指揮。本實用新型體積小、質(zhì)量輕，可嵌入消防服裝，便于消防人員的攜帶。
文檔編號G01S19/49GK202075415SQ20112012421
公開日2011年12月14日 申請日期2011年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月25日
發(fā)明者倪虎生, 李媛媛, 王 華, 許武軍, 陶夢月 申請人:東華大學