姚克波 陳岱岱

摘? ?要：隨著海事活動、戶外探險、野外作業(yè)的廣泛開展，緊急情況下快速準確的人員定位技術越發(fā)關鍵。文章首先闡述個人示位標的概念與原理，設計了個人示位標樣機，通過實際試驗測試其在個人緊急定位方面的性能。結果表明，所設計的個人示位標性能穩(wěn)定可靠，能夠在2 min內(nèi)實現(xiàn)準確定位，定位誤差小于50 m。

關鍵詞：個人示位標;PLB;緊急定位;無線電通信

個人示位標（Personal Locator Beacons，PLB）是一種小型手持式無線電裝置，是個人用全球遇險搜救的最佳設備。所有的PLB工作頻率為406 MHz的遇險求救信號以數(shù)字模式傳輸，以及121.5 MHz的尋位信號以模擬信號模式傳輸，具有攜帶方便、報警快速精確、操作簡便等特點，被廣泛應用于戶外探險、野外作業(yè)等領域。緊急情況下，可手動啟動PLB，發(fā)射無線電求救信號至國際搜救衛(wèi)星系統(tǒng)（COSPAS—SARSAT），實現(xiàn)覆蓋全球的及時救助[1]。

在2015—2017年內(nèi)，COSPAS—SARSAT系統(tǒng)顯示每年平均有2 300余人通過示位標獲救，在多次遇險事件中，示位標提供了唯一的求救信號[2]。個人示位標的應用加快了遇險事件的救援速度，有效降低搜救成本和個人生命安全及財產(chǎn)損失。因此，目前在澳大利亞新南威爾士州、新西蘭政府這兩個地方免費為徒步旅行者提供個人示位標。

1? ? 國內(nèi)外PLB研究情況

根據(jù)COSPAS—SARSAT官方網(wǎng)站統(tǒng)計資料，2012年全球生產(chǎn)PLB為6.359 7萬臺，更換1.209 4萬臺，保有量46.867 1萬臺。全球主要PLB廠商主要集中于歐美發(fā)達國家（見表1）。其中，美國ACR公司是世界最大的示位標制造商，示位標產(chǎn)品型號超過73個，生產(chǎn)的PLB產(chǎn)品最早通過了COSPAS—SARSAT的認證。澳大利亞GME公司是澳大利亞及新西蘭這兩大示位標需求大國唯一的示位標制造商。英國Ocean公司的Rescue Me是目前世界最小的PLB。

在2013年之前，國內(nèi)的PLB產(chǎn)品主要以代理國外產(chǎn)品為主，在中國電子科技集團及海洋領域高校的研究推動下，國產(chǎn)PLB產(chǎn)品主要應用于海洋電子產(chǎn)業(yè)中面向落水人員救助，在陸上探險、野外作業(yè)等領域具有較大市場潛力[3]。

2? ? PLB系統(tǒng)設計

基于綜合PLB產(chǎn)品快速精確定位、內(nèi)置衛(wèi)星通信、漂浮能力等方面的需求，現(xiàn)提出PLB的設計方案，其整機電路方案原理框架如圖1所示。

其中，呼救信號主體功能由406 MHz發(fā)射機實現(xiàn)。406 MHz發(fā)射機主要由溫補晶振TCXO、相位調(diào)制器PM、鎖相環(huán)PLL、功放PA、帶通濾波器BPF等組成。TCXO產(chǎn)生12.688 750 MHz基準頻率，經(jīng)相位調(diào)制和32倍頻后，得到406.040 MHz調(diào)相信號，然后經(jīng)信號后處理，通過天線發(fā)射至搜救衛(wèi)星。

同時，121.5 MHz尋位發(fā)射機輸出ASK掃頻音信號，附近搜救人員通過該信號可定位PLB大體位置。電路由121.5 MHz晶體振蕩器、ASK幅度鍵控調(diào)制電路、功放PA、帶通濾波器BPF等組成。其中，調(diào)制信號（掃頻音）由主控器MCU產(chǎn)生，電路采用超低工作電壓器件和高效降壓電路降低電池電力消耗。

內(nèi)置的GPS接收機提供更高定位精度，直接將當前GPS定位信息發(fā)射給搜救衛(wèi)星，使定位精度由原來3.7 km（衛(wèi)星多普勒定位精度）提高到100 m以內(nèi)，并能及時更新當前位置信息。

天線采用卷尺天線，配合天線匹配電路實現(xiàn)兩頻點50 Ω阻抗，兩頻點共用一根天線。

閃光燈在夜間會自動開啟，以2～3 s的間隔閃爍，方便夜間搜救人員定位。

紅外編程器采用USB接口與PC機連接，紅外部分采用的是異步收發(fā)方式，載波頻率38 kHz，數(shù)據(jù)波特率為1 200 bps，具有雙向傳輸功能。

3? ? 射頻輸出信號穩(wěn)定方法

在整個工作周期及溫度范圍，電池電壓變化范圍達到7～9.6 V，以保證射頻輸出相位調(diào)制信號的調(diào)制深度、調(diào)制斜率、調(diào)制對稱性以及射頻輸出功率的穩(wěn)定性。本文根據(jù)電壓分段原理，用實時溫度值對射頻功放的增益進行調(diào)節(jié)，設計采用溫度、電壓及射頻功率傳感器，形成閉環(huán)控制，確保穩(wěn)定的射頻輸出（見圖2）。其中，MCU接收檢測功率、電池電壓和功放溫度信號，PID控制對功放進行模擬調(diào)整。

4? ? PLB性能測試

為了測試本文設計PLB的性能，在烏克蘭FCC Equipment Testing Firm公司的The Public Enterprise Testing Centre Omega測試中心開展PLB性能測試。測試標準依據(jù)COSPAS—SARSAT 406 MHz Beacon Type Approval Standard C/S T.007。試驗方案分別在兩個測試點，對兩類配置方案進行定位耗時和定位精度測試，其中，兩個測試點坐標事先精確測定，且兩個測試點相距8.71 km（見表2），配置方案如圖3所示。

測試點1 緯度：44°35'14.64'' 經(jīng)度：33°29'20.04''

測試點2 緯度：44°31'19.66'' 經(jīng)度：33°32'59.26''

配置方案1 桌上測試（a）—距離地面1 m高鋁板桌

配置方案2 地面測試（b）—鋁板底座

測試結果如表3所示。所設計的PLB在測試點1的定位數(shù)據(jù)為緯度 44°35'16''，經(jīng)度 33°29'20''。PLB在測試點2的定位數(shù)據(jù)為緯度44°31'20''，經(jīng)度33°33'00''。

5? ? 結語

本文設計了個人示位標，設計406 MHz發(fā)射機核心電路及121.5 MHz尋位發(fā)射機電路，并設計了MCU控制射頻輸出相位穩(wěn)定控制閉環(huán)回路。最后通過試驗測試，測定了PLB的定位性能，定位耗時小于2 min，定位誤差小于50 m，能夠滿足緊急情況下的個人示位。

表3? PLB定位測試結果

配置方案 測試點1 測試點2

定位耗時/s 定位誤差/m 定位耗時/s 定位誤差/m

配置1—桌上 104 41.9 104 19.4

配置2—地面 104 41.9 104 19.4作者簡介：姚克波（1977— ），男，江蘇連云港人，工程師，大專;研究方向：特種無線通信。

[參考文獻]

[1]SERRA A A，NEPA P，MANARA G.A wearable two-antenna system on a life jacket for cospas-sarsat personal locator beacons[J].IEEE Transactions on Antennas&Propagation，2012（2）：1035-1042.

[2]馬瑞寧.AIS個人搜救示位標的研究及應用[J].電子測試，2015（2）：14-15.

[3]方雄生，薛國松，陳凱.基于北斗RDSS的個人示位標的設計[J].數(shù)字通信世界，2016（12）：8-9.

Abstract：With the extensive development of maritime activities， outdoor exploration and field operations， rapid and accurate personnel positioning technology is becoming more and more important in emergency situations. In this paper， the concept and principle of personal locator are introduced， and the prototype of personal marker is designed， and its performance in personal emergency positioning is tested by practical experiment. The results show that the performance of the personal indicator is stable and reliable， and the positioning error is less than 50 m in 2 min.

Key words：personal indicator; PLB; emergency location; radio communication