鄒 渝，程桂禹*，康宏斌，代婷鈺，何厚伯，保永泰，鄭 然*

（1.陸軍軍醫(yī)大學陸軍衛(wèi)勤訓練基地，重慶400042；2.陸軍軍醫(yī)大學基礎醫(yī)學院，重慶400042）

0 引言

陸軍戰(zhàn)場搜救行動中，快速、準確定位待救人員是準確實施搜救的首要前提，而傷員搜救引導器是實現這一目標的關鍵。目前，飛行員、潛艇人員、特戰(zhàn)人員及其他執(zhí)行特殊任務的人員均配備了呼救定位裝置用于搜救引導，這些呼救定位裝置能夠有效滿足海、空軍傷員搜救引導的需要[1-2]。但是因應用場景不同，現有的呼救定位裝備無法有效滿足陸軍戰(zhàn)場搜救的需要，具體體現在以下幾個方面：（1）隱蔽性不強?，F有呼救定位裝置報知距離通常較遠，需要增大信號強度來提高己方可探測性。如直接應用于陸地搜救，無法滿足隱蔽性要求。（2）不便攜帶。陸軍戰(zhàn)斗人員通常隨身攜帶戰(zhàn)斗裝備，單兵戰(zhàn)斗負荷已基本達到極限，難以增加額外負荷。（3）成本較高。現有呼救定位裝置采購需求小，總體費用不高。而陸軍戰(zhàn)場搜救需求量大，現有呼救定位裝置無法滿足陸軍大批量列裝的需要。因此，本文設計一種低功耗、便攜、經濟的傷員搜救引導器，以滿足陸軍戰(zhàn)場搜救裝備體系建設的迫切需要。

1 應用場景

陸軍作為陸上作戰(zhàn)的主體力量，戰(zhàn)場傷員搜救需要滿足全域機動、精確作戰(zhàn)的要求。陸軍戰(zhàn)場傷員搜救引導器要滿足陸軍多樣化作戰(zhàn)任務和復雜作戰(zhàn)環(huán)境下的使用需要，適應多種應用場景[3-6]。傷員搜救引導器的典型應用場景詳見表1。

2 性能需求

傷員搜救引導器應具有定位報知功能，因此綜合采用北斗衛(wèi)星無線電導航系統(tǒng)（radio navigation satellite system，RNSS）定位和超短波定位技術為實現陸軍戰(zhàn)場傷員位置準確報知、傷員信息上報、距離精確測算等功能提供支撐。傷員搜救引導器的信號鏈路與應用場景如圖1所示，其性能需求包括基本性能、環(huán)境適應性和勤務適應性。

表1 傷員搜救引導器的典型應用場景

圖1 傷員搜救引導器的信號鏈路與應用場景

基本性能是傷員搜救引導器的主要性能需求，是實現戰(zhàn)場傷員搜救引導功能的關鍵指標?；拘阅苄枨笤斠姳?。

表2 傷員搜救引導器的基本性能及需求

環(huán)境適應性是引導器對陸軍戰(zhàn)場環(huán)境的適應能力要求，對于確保引導器在不同自然環(huán)境下正常工作十分重要。對于軍事裝備而言，一般工作溫度為-20～55℃，存儲溫度為-55～70℃，環(huán)境相對濕度≤95%，傷員搜救引導器需要滿足溫度、濕度的通用性要求。針對傷員搜救引導器的特殊要求，抗風能力、抗淋雨能力和高原適應性等環(huán)境適應性指標的特殊需求詳見表3。

表3 傷員搜救引導器環(huán)境適應性的特殊性能及需求

勤務適應性主要是為適應不同任務需要，在抗沖擊、抗振動、電磁兼容性、隱蔽與防偵察能力方面的要求，以國家軍用標準為基本依據。為了滿足傷員搜救引導器戰(zhàn)場運用的特殊要求，勤務適應性特殊需求詳見表4。

表4 傷員搜救引導器勤務適應性的特殊性能及需求

3 設計方案

傷員搜救引導器的設計要符合多樣化應用場景，滿足基本性能、環(huán)境適應性和勤務適應性要求。引導器設計以ARM（advanced RISC machines）處理器為核心，包含超短波模塊、北斗模塊和紫外驅動模塊等，實現超短波專用救生頻點（243 MHz）搜救、北斗定位、紫外光定位等功能。其組成框圖如圖2所示。

圖2 傷員搜救引導器組成框圖

3.1 ARM主控模塊

ARM主控模塊以ARM處理器為核心進行開發(fā)。該處理器具有性能好、功耗低、價格優(yōu)勢明顯等特點，能夠有效滿足陸軍戰(zhàn)場傷員搜救引導器的設計需求。其內部結構及外圍電路組成如圖3所示。

3.2 超短波模塊

超短波模塊由數字處理單元、頻合單元、接收單元和發(fā)射單元組成，如圖4所示。

圖3 ARM主控模塊組成框圖

圖4 超短波模塊組成框圖

3.2.1 數字處理單元

數字處理單元由現場可編程邏輯門陣列（field programmable gate array，FPGA）、數字信號處理器（digital signal processing，DSP）和A/D轉換電路組成。中頻信號經A/D轉換后，在FPGA內部完成編碼和載波同步、跟蹤、解調和解擴，然后將數據傳送給DSP。DSP進行譯碼后作出應答，將響應的數據（含響應指令、地址碼等）連同測距碼、同步碼、校驗碼等進行卷積和擴頻，經D/A轉換后傳送至發(fā)射單元。數字處理單元組成框圖如圖5所示。

圖5 數字處理單元組成框圖

3.2.2 頻合單元

頻合單元主要是為數字處理單元提供標頻時鐘信號，為接收單元和發(fā)射單元提供本振信號，如圖6所示。該單元采用低功耗微型貼片頻率合成芯片和溫度補償晶體振蕩器（temperature compensate x’tal oscillator，TCXO），可滿足壓控振蕩器（voltage controlled oscillator，VCO）低工作電壓、低功耗等技術要求，具有面積小、功耗低、可靠性高等優(yōu)點。

3.2.3 接收單元

接收單元是將來自天線的射頻信號轉化為中頻信號，并將該中頻信號交由數字處理單元處理。接收單元包括保護電路、高頻放大電路（一級高頻放大電路、二級高頻放大電路）、混頻電路、濾波電路、中頻放大電路、自動增益控制（automatic generation control，AGC）電路等部分，組成框圖如圖7所示。

3.2.4 發(fā)射單元

發(fā)射單元主要實現中頻信號的上變頻、功率放大及濾波功能，以及在243 MHz救生頻點發(fā)射信標功率信號。發(fā)射單元原理框圖如圖8所示。

3.3 北斗模塊

北斗導航系統(tǒng)是我國自主研制的導航系統(tǒng)，技術應用比較成熟，具有自主、可控的優(yōu)點，目前北斗3號已完成組網[7-9]。北斗模塊主要用于定位，定位完成后將定位結果通過串口傳送至北斗模塊，并將北斗模塊的短報文內容處理及發(fā)射出去[10]。北斗模塊主要包括數字信號處理部分和低噪放部分，其接收到的微弱信號通過處理進入基帶模塊，再將分析好的數據發(fā)送到上位機軟件，如圖9所示。

3.4 紫外驅動模塊和電源

紫外驅動模塊采用成熟電路驅動紫外燈。當發(fā)射端發(fā)射某一固定光功率的測距信號時，接收端接收到測距信號后通過功率測量得到接收光功率，再根據紫外光在大氣信道中的衰減特性，推導計算搜救定位距離。電源采用一次性鋰錳電池，具有安全性高、能量密度高、免激活、貯存壽命長等特點，可為設備各功能單元提供適宜的工作電壓和電流，滿足戰(zhàn)場傷員搜救引導器的設計要求。傷員搜救引導器外形與內部構造圖如圖10所示。

圖6 頻合單元組成框圖

圖7 接收單元組成框圖

圖8 發(fā)射單元原理框圖

圖9 北斗模塊組成框圖

圖10 傷員搜救引導器

4 試驗驗證

傷員搜救引導器設計完成后，進行樣機試制，同時結合引導器的典型應用場景進行試驗，以驗證功能的完整性。傷員搜救引導器的試驗驗證要滿足實戰(zhàn)化搜救任務和訓練要求，在性能試驗的基礎上突出任務需求滿足度考核驗證[11]。試驗條件、方法和驗證標準詳見表5。

表5 傷員搜救引導器的試驗條件、方法和驗證標準

經試驗，傷員搜救引導器在15~1 200 m高度范圍內北斗RNSS定位功能和超短波定位功能正常，電源續(xù)航能力能夠滿足設計要求。

環(huán)境適應性試驗采用室內環(huán)境條件試驗與室外自然環(huán)境試驗相結合的方式。勤務適應性試驗結合搜救任務進行，重點試驗傷員搜救引導器與現有搜救裝備體系的融合度。試驗結果表明，傷員搜救引導器各項參數達到設計要求，能夠滿足戰(zhàn)場搜救的需要。

5 結語

傷員搜救引導器設計以陸軍戰(zhàn)場搜救需求為牽引，以ARM處理器為核心，綜合集成超短波定位、北斗定位和紫外定位功能。通過樣品試制和試驗驗證，傷員搜救引導器各項指標達到設計要求，設計方案具有較強的可行性。傷員搜救引導器具有低功耗、低成本、便攜等特點，具有較強的推廣價值。后續(xù)需進一步結合戰(zhàn)場搜救場景開展作戰(zhàn)試驗，進一步驗證、完善傷員搜救引導器的設計。