劉小洪 郭勇 林偌黠 向玉玲

摘要：震后人員被埋，確定人員被埋位置是提高救援效率、救援成功率的關鍵因素之一?；谑謾C主動誘發(fā)技術及TDOA定位技術的研究，提出了一種利用手機的空間定位搜救系統(tǒng)。系統(tǒng)計算出目標手機的三維坐標，直接反映出被埋人員的二維平面位置及被埋深度，對救援有非常積極的作用；定位計算中，引入了NLOS衰減因子，通過梯度算法，迭代更新衰減因子，可以有效消除NLOS對測距的影響。最后仿真表明，該文定位方法有較高的定位精度，可以應用于震后人員搜救中。

關鍵詞：NLOS；TDOA定位；震后搜救；主動誘發(fā)

中圖分類號：TP18 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）25-5991-03

我國是一個地震高發(fā)國家，地震發(fā)生后人員被埋，不能確定被埋人員在廢墟中的具體位置使得救援效率受到極大的限制。目前國內外針對震后生命探測設備的研究主要集中在光學、紅外、雷達、音頻探測4個方面，這些探生設備在震后救援中存在探測范圍小、能耗高、不可定位或者定位誤差大等缺點，使得在實際救援時有很大的局限性。

隨著移動通信技術的發(fā)展，我國手機用戶數(shù)量大幅增加；根據(jù)手機用戶使用習慣，手機一般都置于機主5m范圍內，確定手機位置，也基本能確定被埋人員的位置，因此利用手機定位人員位置成為可能。由于震后被埋人員都處在NLOS（非視距）環(huán)境中，在蜂窩網(wǎng)絡中利用TDOA技術對手機定位受到NLOS影響，會產(chǎn)生很大的定位誤差。鄧平[1]和蔡永棋[2]等人對NLOS環(huán)境下的定位技術做了深入的研究；劉懿[3]等人提出了一種利用TDOA/AOA二次定位技術實現(xiàn)被困人員的定位?；谶@些理論成果，該文提出了一種NLOS環(huán)境下的手機定位技術在震后救援中應用研究。

1 系統(tǒng)原理

1.1主動誘發(fā)技術

在移動通信系統(tǒng)中，當手機位置更新（Location Update）時會主動發(fā)射發(fā)送隨機信號接入碼（Random Access Channel，RACH）信號，向所在網(wǎng)絡注冊。手機從一個位置移動另一個位置過程中，當其接收到一個更強的廣播信道時，解碼廣播信道消息獲取位置區(qū)識別號（Location Area Identification，LAI），并與自身RAM中的LAI對比，如果LAI發(fā)生變化，則認為進入了新小區(qū)，需要向新小區(qū)發(fā)出RACH注冊申請，此時小區(qū)基站可以檢測到申請注冊的手機[5]。

對于被埋手機來說，能獲得被埋手機信號利用定位算法就可以估計出手機的位置。利用上述手機位置更新原理，提出如圖1的主動誘發(fā)技術方案，在廢墟周圍架設廣播信道與原基站不一樣的偽基站，當被埋手機接收到信號功率[Pb>Pa]時，被埋手機誤認為位置發(fā)生了變化，會主動向偽基站構成的小區(qū)發(fā)出注冊申請，偽基站利用接收到的注冊申請信號即可實現(xiàn)對手機的定位。

從仿真結果分析可知，圖中LOS的定位結果為不受NLOS影響的定位結果，只考慮了TDOA測量誤差，圖中橫坐標為NLOS衰減因子，表示NLOS對測量的影響程度，NLOS因子越小影響測距越嚴重，反之影響測距結果較小，從仿真結果來看，該文的算法和Chan算法隨著NLOS衰減因子増大，定位結果越準確，但本文的算法的定位結果整體上都大大優(yōu)于Chan算法。

4 結論

本文利用手機主動誘發(fā)技術和TDOA空間定位技術提出了一種在震后廢墟NLOS環(huán)境下的被埋人員搜救系統(tǒng)。文章中提出

的TDOA定位算法，可以直接計算出[MS]的空間坐標，不僅能定位[MS]的二維平面位置，還能估計被埋深度，對災后被埋人員快速定位，實施救援有重要的意義。引入NLOS影響測距的衰減因子，利用梯度算法更新迭代衰減因子，減小NLOS的影響，從仿真結果來看，對比Chan算法和LOS環(huán)境下的定位性能，文章中的算法有比較好的定位性能。

參考文獻：

[1] 鄧平，劉林，范平志.一種基于TDOA重構的蜂窩網(wǎng)定位服務NLOS誤差消除方法[J].電波科學學報，2003，18（3）：312-316.

[2] 蔡永棋.NLOS環(huán)境下的TDOA定位算法研究[D].長沙：中南大學，2009.

[3] 劉懿，郭勇，，鄭凱源，等. 基于手機信號定位的地震災害搜救系統(tǒng)研究[J].計算機工程與應用，2008，44（22）：219-221.

[4] 宋玉，王洪雁. NLOS環(huán)境下基于到達時間差（TDOA）的定位算法[J].系統(tǒng)仿真技術，2006，2（3）：125-129.

[5] 朱大立.一種基于誘發(fā)技術的移動電話主動探測方案[J].移動通信，2006（1）：107-109.

[6] 張紅梅，田増山. GSM手機主動探測方案設計與實現(xiàn)[J].廣東通信技術，2013（3）：13-17.

[8] 劉賡. 基于TDOA的空間定位算法[J].計算機工程與設計，2008，29（15）：3892-3894.