基于北斗短报文和紧急无线示位标的海上搜救终端

马骏; 聂桂根; 廖密; 高文亮

doi:10.12265/j.gnss.2024057

基于北斗短报文和紧急无线示位标的海上搜救终端

doi: 10.12265/j.gnss.2024057

武汉大学卫星导航定位技术研究中心, 武汉 430072

基金项目: 国家重点研发计划(2018YFE0206500)

详细信息

作者简介:
马骏：(2000—)，男，硕士研究生，研究方向为电路与系统. E-mail：2022206180002@whu.edu.cn

聂桂根：(1964—)，男，博士，教授，研究方向为大地测量学. E-mail：ggnie@whu.edu.cn

廖密：(1991—)，女，博士研究生，研究方向为电子信息. E-mail：miliao@whu.edu.cn

高文亮：(1999—)，男，博士研究生，教授，研究方向为导航、大地测量学. E-mail：wl_gao@whu.edu.cn

通信作者:
聂桂根 E-mail: ggnie@whu.edu.cn

中图分类号: P228.49
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出版历程
- 收稿日期: 2024-03-20
- 录用日期: 2024-03-20
- 网络出版日期: 2024-07-18

Maritime rescue terminal based on BDS short message and emergency position indicating radio beacon

GNSS Research Center, Wuhan University, Wuhan 430072, China

摘要

摘要: 针对海上遇险报警终端定位精度和实时性不足等问题，设计一种兼具北斗短报文和紧急无线示位标(emergency position indicating radio beacon，EPIRB)功能的海上搜救终端. 结合指挥中心和相关软件系统，实现遇险快速上报和精确定位. 北斗短报文可以实现终端和卫星之间的通讯. 全球卫星搜救系统(COSPAS-SARSAT)是由国际海事卫星组织推行的海上遇险搜救系统的重要组成部分，通过EPIRB发送的信号，来定位事故地点和事故信息. 将北斗短报文和EPIRB结合，并联合定位模块和温度、心率等传感器. 当持有者遇险时，海上搜救终端会立刻不断向指挥中心发送遇险信息，通过指挥中心解析可对救援任务展开提供支持. 经测试，其动态、静态定位精度达到10 m级；具有北斗短报文，紧急无线示位标通讯功能.
- 北斗卫星导航系统(BDS) /
- 北斗短报文 /
- 北斗紧急无线电示位标(EPIRB) /
- 海上遇险与安全服务 /
- 全球卫星搜救系统(COSPAS-SARSAT)
Abstract: Traditional maritime rescue terminals suffer from insufficient positioning accuracy and real-time performance. A maritime rescue terminal is designed for combines the functions of BDS short message and Emergency Position Indicating Radio Beacons (EPIRB). Combined with the command center and related software systems, it can achieve rapid reporting and precise positioning of distress. BeiDou Navigation Satellite System (BDS) short message communication can send messages between terminals and satellites. The COSPAS-SARSAT is an important component of the maritime distress search and rescue system implemented by the International Maritime Satellite Organization. It uses signals sent by EPIRB to locate accident locations and information. Combine the BDS short message with EPIRB, and assemble positioning modules and temperature, heart rate, and other sensors. When the holder is in danger, the terminal will immediately continuously send distress information to the command center, which can provide support for the rescue mission through analysis by the command center. After testing, its dynamic and static positioning accuracy has reached the level of 10 meters; BDS short message, EPIRB working well.
- BeiDou Satellite Navigation System (BDS) /
- BDS short message /
- BeiDou emergency position indication system /
- maritime distress and safety service /
- COSPAS-START

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图 1 海上搜救终端设备硬件架构

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图 2 搜救终端设备软件架构

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图 3 静态测试报告

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图 4 海上搜救终端定位轨迹

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图 5 短报文指挥终端部分测试数据

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图 6 示位标测试仪测试报告

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表 1 北斗短报文和COSPAS发送成功率统计

发送类型	发送次数/接收次数	发送成功率/%
北斗短报文	118/116	98.3
COSPAS	120/120	100

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表 2 海上搜救终端设备北斗短报文编码格式

数据类型	数据位置(字节)	数据格式
定位数据	1~23	度分格式，纬度数据11字节，经度数据12字节
报警卡号	24~31	卡号最多为7位，占用7字节
求救信息	32~33	第一位0表示测试，1表示求救. 第二位0表示未收到回执，1表示收到回执
报警次数	34~35	占用2 字节，如果报警次数大于99则归0
心率	36~38	3位整数，占用3字节
时间	39~50	年月日时分秒格式，占用12字节
速度	51~57	4位整数3位小数，占用7字节
体温	58~59	2位整数，占用2 字节

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表 3 EPIRB定位协议长消息通用格式^[3]

数据位置/bit	数据内容
1~24	帧同步
25~26	格式和协议标志
27~36	国家码
37~40	标准位置协议代码
41~85	位置协议编码	41~50	包含信标的10 bit COSPAS-SARSAT类型批准证书编号
		51~64	14位序列号
		65~74	具有15 min分辨率的纬度数据
		74~85	具有15 min分辨率的经度数据
86~106	BCH-1，21 bit BCH纠错码，可纠正3位以内错误
107~112	固定设备代码
113~132	位置偏移数据	113~122	具有4 s分辨率的纬度偏移数据
113~132	位置偏移数据	123~132	具有4 s分辨率的经度偏移数据
133~144	BCH-2，12 bit BCH纠错码，可纠正2位以内错误

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表 4 定位误差绝对值的统计指标 m

方向	最大值	最小值	中位数	平均值
N	5.593	0.007	0.879	1.587
E	5.003	0.014	1.242	1.468
U	3.328	0.001	0.517	0.761
总体	7.532	0.121	2.017	2.365

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参考文献(15)

[1]	中国卫星导航系统管理办公室. 北斗卫星导航系统公开服务性能规范(3.0版): BDS-OS-PS-3.0[S]. 北京: 2021.
[2]	任小强. 船舶海上遇险报警与海上遇险通信[J]. 航海技术, 2012(3): 42-43. DOI: 10.3969/j.issn.1006-1738.2012.03.016
[3]	Cospas-Sarsat Secretariat. Specificaiton for COSPAS-SARSAT 406 MHz Distress Beacons, C/S T. 001[S/OL]. (2023-11-21)[2024-02-12]. Canada: 2021. https://www.cospas-sarsat.int/en/documents-pro/system-documents/system-documents
[4]	SERRA A A, NEPA P, MANAR G. A wearable two-antenna system on a life jacket for Cospas-Sarsat personal locator beacons[J]. IEEE transactions on antennas and propagation, 2011, 60(2): 1035-1042. DOI: 10.1109/TAP.2011.2173151
[5]	JOO I, LEE J H, LEE Y M, et al. Development and performance analysis of the second generation 406 MHz EPIRB[C]//The 4th Advanced Satellite Mobile Systems, 2008. DOI: 10.1109/asms.2008.64
[6]	KANG W, LI J X. Development and application prospect of global satellite search and rescue system in China[J]. China telecom construction, 2001(7): 34-36.
[7]	庞佑军. 基于北斗卫星导航的搜救系统原理与构型[J]. 航空电子技术, 2013, 44(4): 7-13. DOI: 10.3969/j.issn.1006-141X.2013.04.02
[8]	林泽攀, 武红敢. 林草北斗终端设备研制及其应用示范[J]. 林业科技通讯, 2022(7): 27-29.
[9]	夏宁. 基于MCS-51单片机的国际救援示位标软件设计与开发[D]. 兰州: 兰州大学, 2014.
[10]	赵冬. 小型化海上个人应急搜救示位标的设计与实现[D]. 西安: 西安电子科技大学, 2014.
[11]	蔡阳. 基于北斗卫星系统的船用北斗短报文设备的设计与实现[D]. 西安: 西安电子科技大学, 2016.
[12]	曹爱萍, 毕玉珊, 林玲玉. 基于北斗短报文的船舶通信终端设计[J]. 通讯世界, 2019, 26(4): 139-140. DOI: 10.3969/j.issn.1006-4222.2019.04.091
[13]	曲加圣, 王嘉鑫. 一种用于人员海上救生的北斗信标设计与实现[J]. 电子测量技术, 2019, 42(19): 63-68.
[14]	廖密, 聂桂根, 赵静, 等. 基于DDS的406MHz船载卫星应急无线电示位标的设计与实现[C]//第十三届中国卫星导航年会论文集, 2022.
[15]	杨少龙, 黄金, 李伟超, 等. 基于北斗压缩编码传输的海气界面监测系统[J]. 中国航海, 2023, 46(1): 66-72. DOI: 10.3969/j.issn.1000-4653.2023.01.009