一种基于开源卫星影像地图的单兵导航定位系统

技术领域

本发明涉及导航定位技术领域，特别涉及一种基于开源卫星影像地图的单兵导航定位系统。

背景技术

单兵定位系统是一款保护执勤人员自身安全的集成型产品。系统包括后场指挥设备和单兵配套设备，具备对现场执勤人员的实时监控与指挥、辅助现场指挥员为迷途队员导航、确定遇险队员的实时位置并快速组织搜救等功能。可显示定位、方位、高度、温度等信息，但对于人体相应的生理参数并没有显示。

另外，目前单兵导航定位系统都是基于GPS定位，定位受限于GPS；这种定位系统对军事而言有两个重大限制。第一：此系统受限于视线范围，亦即此卫星必须在接收者的天线“视觉”范围内，才能获取信号。这个限制对室内(包括地下)及都市环境而言影响尤其大，对地面部队、遥驾飞机和精确弹药的导航构成严重的挑战。都市中的高楼可能阻断卫星的视线，造成反射或“多径”信号，使接收者困惑。在室内环境，GPS信号虽可收到，但衰减严重，这意味着受建筑物保护的地面作战部队不容易获得可靠的GPS定位信号。第二：敌人运用简单的技术和现成的设备，就可轻易破坏GPS信号。GPS功率相对较低，敌人只要发射扰乱信号，就能造成“干扰”。

因此，如何提供一种全面信息及摆脱GPS限制的单兵导航定位系统，成为同行从业人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种至少部分解决上述技术问题的基于开源卫星影像地图的单兵导航定位系统，可有效采集人体相应的生理参数，并可以不受限于GPS定位，可基于多种开源卫星影像地图，实现自适应定位。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于开源卫星影像地图的单兵导航定位系统，包括：多个穿戴无线终端、导航服务器和显示服务器；其中，多个穿戴无线终端与导航服务器无线通讯连接；所述导航服务器与显示服务器通过串口连接；

所述穿戴无线终端包括：MCU以及分别与MCU连接的无线通信模块、自适应定位模块、电子罗盘、倾角传感器、视频采集摄像头、温度传感器、数字高度计、体温传感器、血氧饱和度和脉搏参数采集模块；获得采集信息包括：定位信息、方位信息、倾角信息、视频信息、环境温度信息、高度信息、人体体温、血氧和脉搏信息；

所述MCU将采集信息通过无线通信模块发送给导航服务器，所述导航服务器将采集信息与预设的地图匹配进行图形化处理，将处理结果通过显示服务器进行显示；所述预设的地图为开源卫星影像地图，包括但不限于：高德、百度、arcgis、谷歌、bing、海图、腾讯、Openstreet、天地图和here地图。

进一步地，所述自适应定位模块包括：北斗定位单元、UWB自组网定位单元、GPS定位单元、基站定位单元和惯导定位单元。

进一步地，所述穿戴无线终端还包括调频模块；多个所述穿戴无线终端之间通过调频模块进行无线通信。

进一步地，所述MCU为ARM内核Cortex-M3之STM32系列32位闪存微控制器。

进一步地，所述穿戴无线终端还包括显示模块，用于显示采集信息和通信信息；所述通信信息来自其他穿戴无线终端和/或导航服务器。

进一步地，所述穿戴无线终端还包括照明灯和信号灯。

进一步地，所述穿戴无线终端还包括报警模块，所述报警模块为扬声器或闪烁灯。

进一步地，所述导航服务器包括：

3D模型构建模块，用于基于所述预设的地图，对目标范围进行3D模型构建；

处理模块，用于根据对应的所述穿戴无线终端返回的采集信息，设置虚拟人物配准在所述3D模型中；

监测模块，用于实时监测所述穿戴无线终端匹配的虚拟人物的运动姿态及生理参数。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的一种基于开源卫星影像地图的单兵导航定位系统，包括：多个穿戴无线终端、导航服务器和显示服务器；其中，多个穿戴无线终端与导航服务器无线通讯连接；所述导航服务器与显示服务器通过串口连接。该穿戴无线终端通过设置体温传感器、血氧饱和度和脉搏参数采集模块，可有效采集人体相应的生理参数；导航服务器将采集信息与多种开源卫星影像地图匹配进行图形化处理，最后可将处理结果通过显示服务器进行显示；可以不受限于GPS定位，基于多种开源卫星影像地图，实现自适应定位；具有可靠性、实时性、远程无线控制等优点，能够应用于对实时性有较高要求的工业及军用环境之中。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于开源卫星影像地图的单兵导航定位系统结构图；

图2为本发明实施例提供的穿戴无线终端的结构框图；

图3为本发明实施例提供的导航服务器的结构框图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明提供的一种基于开源卫星影像地图的单兵导航定位系统，包括：多个穿戴无线终端1、导航服务器2和显示服务器3；其中，多个穿戴无线终端1与导航服务器2无线通讯连接；导航服务器2与显示服务器3通过串口连接；

参照图2所示，每个穿戴无线终端1包括MCU以及分别与MCU连接的无线通信模块11、自适应定位模块12、电子罗盘13、倾角传感器14、视频采集摄像头15、温度传感器16、数字高度计17、体温传感器18、血氧饱和度和脉搏参数采集模块19；获得采集信息包括：定位信息、方位信息、倾角信息、视频信息、环境温度信息、高度信息、人体体温、血氧和脉搏信息；对于单兵作战而言，其生存环境复杂多变。温湿度等均可能发生剧烈变化，因此，本实施例中采集的人体体温、血氧和脉搏信息，可便于使用人员及时掌握所处环境的温湿度，从而做出适当的应对措施。

其中，MCU比如为ARM内核Cortex-M3之STM32系列32位闪存微控制器，可减少代码占用空间、具有低功耗的优势。无线通信模块11为4G/5G通信模块；也可以是ZigBee、WIFI等。通过集成ZigBee、WIFI等的通信模块，便于将采集的信息传输至导航服务器中。比如还可以通过采用内部保密的非标准的无线协议与外部设备进行通讯，有利于确保数据的安全性。

电子罗盘13为KMZ51双轴电子罗盘；体温传感器18为TSIC506数字式高精度体温传感器；血氧饱和度和脉搏参数采集模块19以CY8C5966LTI处理器为采集模块，

MCU将采集信息通过无线通信模块11发送给导航服务器2，导航服务器将2采集信息与预设的地图匹配进行图形化处理，将处理结果通过显示服务器3进行显示；该预设的地图为开源卫星影像地图，包括但不限于：高德、百度、arcgis、谷歌、bing、海图、腾讯、Openstreet、天地图和here地图。自适应定位模块12包括：北斗定位单元、UWB自组网定位单元、GPS定位单元、基站定位单元和惯导定位单元。可不局限于GPS定位，多种定位方式，可根据具体使用的环境选择最优的定位方式，从而实现精准定位。

其中，UWB自组网定位单元采用室内惯性导航定位技术，在不需要布置额外的设备和信标节点的情况下，可以达到水平定位精度误差小于2米，高度定位精确到楼层。支持前向、侧向、后退、小步跑等行进方式，可在高温和低温环境下正常工作。

该穿戴无线终端可连续工作时间：≥8H；可支持移动通讯和专网两种通讯模式；当采用专网通讯距离(无中继)可≥5000M。

进一步地，各个穿戴无线终端1还包括调频模块20，穿戴无线终端1之间可以利用调频模块20进行无线通信，各单兵穿戴无线终端之间能够互联成为小型互联型网络，可以获得最近的友军阵地、敌方信息、阵地地图，并能通过数字高度计获得准确的海拔高度，从而实现三维定位与地图绘制功能。

进一步地，穿戴无线终端1还包括显示模块21，比如为液晶LCD触摸屏，支持2D/3D显示。可以显示定位信息、方位信息、倾角信息、视频信息、环境温度信息、高度信息、人体体温、血氧和脉搏信息；以及显示来自其他穿戴无线终端和/或导航服务器的通信信息。

进一步地，穿戴无线终端还包括报警模块22，该报警模块22为扬声器或闪烁灯。比如当应用场景为在高海拔地区时，一般环境恶劣，声音嘈杂，如果采用蜂鸣器可能不会被其他人听见，因此选用了声音较大的扬声器或是更容易被看到的闪烁灯。该穿戴无线终端1还包括照明灯和信号灯；可用于夜间照明使用，同时信号灯可通过显示不同颜色的光表示不同的状态。比如当发处红色的光，预示着危险状态，其他队员或指挥部皆可收到该信息，以便采取相应的措施。

参照图3所示，导航服务器2包括：

3D模型构建模块31，用于基于所述预设的地图，对目标范围进行3D模型构建；

处理模块322，用于根据对应的所述穿戴无线终端返回的采集信息，设置虚拟人物配准在所述3D模型中。

监测模块33，用于实时监测所述穿戴无线终端匹配的虚拟人物的运动姿态及生理参数。

比如当消防员使用该穿戴无线终端位于灭火现场时，导航服务器可基于预设的地图，对目标范围进行3D模型构建，根据对应的穿戴无线终端返回的采集信息，设置虚拟人物配准在3D模型中，并实时监测所述穿戴无线终端匹配的虚拟人物的运动姿态及生理参数。从而实现火灾建筑3D模型搭建、消防员三维定位、通过显示服务器展示运动轨迹回放等功能。其中，该3D模型，可俯仰、旋转等多视角查看；实时监测消防员在救援过程中的运动姿态(比如：行进中倾斜度、角速度、线性加速度和方向)，能够追踪显示救援人员实时三维运动轨迹、方位、距离、高度、状态(停滞、步行、跑步、上下电梯、倒地)等信息，可以用于对救援人员实时监控与指挥，辅助现场指挥员为迷途队员导航，确定遇险人员的位置并快速组织搜救。并具有报警模块，当监测到运动姿态跌倒后，具有跌倒报警功能；并且位于显示服务器端的指挥员可群呼或单呼报警指挥撤离；可为抢险救援提供室内导航，极大地提高了消防行动的安全性，有力地保障了消防员的生命安全。

本发明实施例提出了一种基于开源卫星影像地图的单兵导航定位系统，包括：多个穿戴无线终端、导航服务器和显示服务器；其中，多个穿戴无线终端与导航服务器无线通讯连接；所述导航服务器与显示服务器通过串口连接。该穿戴无线终端通过设置体温传感器、血氧饱和度和脉搏参数采集模块，可有效采集人体相应的生理参数；导航服务器将采集信息与多种开源卫星影像地图匹配进行图形化处理，最后可将处理结果通过显示服务器进行显示；可以不受限于GPS定位，基于多种开源卫星影像地图，实现自适应定位；具有可靠性、实时性、远程无线控制等优点，能够应用于对实时性有较高要求的工业及军用环境之中。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。