北斗手机在中国海上搜救领域的应用

杨世洪

(天津市七一二通信广播有限公司 天津300462)

北斗手机在中国海上搜救领域的应用

杨世洪

(天津市七一二通信广播有限公司 天津300462)

基于交通运输部海上搜救项目的要求及目标客户群体的需求，提出基于北斗的海上遇险报警手机的终端需求，选择使用泰斗北斗二代芯片并通过专业的结构设计，使该终端达到IP68的防护等级。同时，通过硬件、结构及软件设计，实现“一键搜救”等相关海上搜救功能。简要介绍了北斗导航系统和北斗手机的设计方案，通过北斗手机在北斗示范工程中的应用，指出我国的北斗产业在海上搜救等诸多领域发挥了巨大作用，北斗产业的前景广阔。

海上搜救 北斗系统应用 手机

0 引 言

我国海岸线总长度约为 32,000,km，大陆海岸线超过 18,000,km，海上交通具有流量大、密度高、通航范围大、通航环境复杂等特点。近年来，随着我国经济的不断发展，需要进一步开发利用海洋资源，越来越多的海事工作人员参与到海洋渔业养殖、海洋油气资源开发、海上交通运输、海洋旅游业等海洋事业中。与此同时，海上自然灾害或意外事故时常发生，导致海上遇难人数居高不下。北斗系统具备高定位和短报文通信等诸多优势，能够为海上遇险搜救提供新的更有效的手段。交通运输部作为我国海上遇险搜救的主要职责机构，迫切需要利用北斗卫星导航技术，建立新型海上搜救信息系统，有效提高海上应急处理能力，保障涉海人员生命财产安全，提升交通运输行业管理服务水平。天津市七一二通信广播有限公司作为该示范工程中标单位，承担了海上遇险报警手机的研制和生产工作。

基于北斗的中国海上搜救信息系统示范工程(简称示范工程)是交通运输行业的第 2个民用示范项目，其工可报告于2014年4月10日获得总装备部和交通运输部联合批复(装电【2014】80号)，2014年11月14日通过初步设计评审，2015年11月10日项目验收通过。

1 北斗导航定位系统介绍

1.1 北斗导航系统构成

北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统，是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)之后第3个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统(BDS)、美国 GPS、俄罗斯GLONASS和欧盟 GALILEO均是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。

北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段3部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务，并具有短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度 10,m，测速精度 0.2,m/s，授时精度10,ns。

1.2 北斗导航定位系统特点

1.2.1 开放性

北斗卫星导航系统的建设、发展和应用将对全世界开放，为全球用户提供高质量的免费服务，积极与世界各国开展广泛而深入的交流与合作，促进各卫星导航系统间的兼容与互操作，推动卫星导航技术与产业的发展。

1.2.2 自主性

中国将自主建设和运行北斗卫星导航系统，北斗卫星导航系统可独立为全球用户提供服务。

2 北斗手机产品设计要求

2.1 功能指标

①支持北斗单模、GPS单模、北斗/GPS双模定位；②支持 GSM/WCDMA双网制式；③支持 G-sensor、电磁传感器、陀螺仪、距离传感器和环境光传感器；④支持手机通讯基本功能及蓝牙、WiFi、拍照、摄像、图片浏览、音频播放、视频播放及数据业务等；⑤支持一键求救、浸水报警、遇水漂浮、求救时带有灯光闪烁等；⑥支持专业信息软件推送、海洋安全救助系统。

2.2 主要参数

①支持 Android 4.0及以上操作系统；②支持10.16,cm以上屏幕及分辨率；③支持 1,GHz及以上主频；④支持 GSM/WCDMA双网制式；⑤待机时间大于 72,h；⑥工作温度为－20～＋55,℃；⑦防水等级不低于7级。

2.3 功能要求

基于北斗的遇险报警手机终端设计要求如下：

①一键求救，支持预设号码，在按求助键时能够将位置信息自动发送到海上搜救中心和预设号码；②误报警技术处理，通过特殊的按键处理，防止用户误操作导致大量的误报警数据；③北斗兼容定位，卫星定位模块支持北斗系统；④位置远程提取，经过授权的情况下可以连续提取目标手机的位置；⑤电子海图导航，支持电子海图导航；⑥目标跟踪，支持对经过授权的目标进行定位跟踪。

3 北斗手机设计方案

3.1 硬件设计方案

3.1.1 基带设计方案

CPU 采用 MTK6582，PMIC为 MT6323，WiFi/BT/FM 一体芯片 MT6627，MTK6582采用Cortex-A7四核架构，ARMv7L指令集，运行频率为1.3,GHz，频率范围为598～1,331,MHz。

3.1.2 北斗＋GPS设计方案

采用泰斗微电子推出的国内首个集成了基带、射频与Flash 的“三合一”SiP单芯片BDS/GPS双模解决方案TD1020。

北斗/GPS三防智能手机，采用北斗和GPS双模定位，并支持 A-GNSS模式，搜星快速且定位准确，在恶劣条件下也能进行定位。该手机适用于普通消费类用户、户外运动爱好者、交警巡警、海上作业人员等各种群体。

TD1020是泰斗微电子推出的国内首个集成了基带、射频与Flash 的“三合一”SiP单芯片BDS/GPS双模解决方案，可大力推动我国实现北斗导航芯片的自主可控。该单芯片采用了泰斗微电子自主研发的、55,nm工艺的 BDS/GPS双模基带芯片，并采用小型化、高经济性的QFN 7×7,mm封装。TD1020采用新型接收机架构，在捕获、跟踪等关键技术上采用自主知识产权的新一代信号处理技术，大大增强了灵敏度与鲁棒性，可在各种复杂场景下保持极佳的定位体验。

3.1.3 北斗＋GPS导航技术指标

①捕获灵敏度为-147,dBm(射频端)；②跟踪灵敏度为-160,dBm(射频端)；③冷启动时间＜32,s；④热启动时间＜2,s；⑤定位精度＜10,m；⑥测速精度＜0.1,m/s；⑦工作温度为-40～85,℃。

3.2 软件设计方案

3.2.1 GPS&北斗双模定位导航

支持单北斗、单 GPS、北斗/GPS双模共 3种定位模式 。

3.2.2 一键报警

在出现遇险情况需要救援时，可长按手机右侧的红色按键，手机将启动遇险报警倒计时，当倒计时完成后，包含有手机当前位置数据的报警信息将被发送，同时手机将进入搜救模式界面。

3.2.3 定位模式切换

在手机系统设置中方便地选择或切换卫星定位模式，在单北斗、单 GPS或北斗/GPS双模中选择希望使用的卫星定位方式。

可通过滑动方式，在手机锁屏界面上将指南针切换为卫星星座图，星座图可向用户直观展示手机当前接收卫星信号的情况。

3.2.4 卫星定位情况

可通过手机附带应用 BDMonitor方便地查看手机接收北斗、GPS卫星的详细情况。通过应用，用户可以了解手机当前接收到的北斗、GPS卫星信号强度、定位状况以及其他相关信息。

3.2.5 一键搜救

针对水上从业人员可能遇到的由于风浪、碰撞、火灾或其他意外导致的人员落水，设备提供了一键报警功能。同时，考虑到落水人员可能长时间处于手机信号无法覆盖的位置情况，设备专门设计了特殊的搜救模式。

3.2.6 一键报警

在出现遇险情况，需要救援时，可长按手机右侧的红色按键，手机将启动遇险报警倒计时。当倒计时完成后，包含有手机当前位置数据的报警信息将被发送，同时手机将进入搜救模式界面。

3.2.7 搜救模式

当报警信息发送完毕后，手机自动进入搜救模式界面。点击该界面上方按钮可再次发送报警信息。当手机搜索到基站网络信号后，手机将位置信息与其他文本信息作为报警信息发送到指定接收号码。手机继续保持搜救模式，手机屏幕黑屏，关闭除卫星定位、搜索手机信号及定时发送报警短信外的全部功能，手机处理器降频工作用户亦无法进行任何额外操作。

3.2.8 宝船网应用

可为海事、搜救、渔业、边防、航运、船舶租赁、港口等提供综合信息服务的平台——宝船网 2.0。该平台的发布是“互联网＋”在航运领域的具体体现。平台以船舶位置为基础，是融合了全球电子海图、卫星通信系统、全球 AIS数据资源、全球船舶数据资料和全球专业气象数据的综合信息服务平台，既可用于政府海上管理部门综合指挥和搜救，也可为企业提供船舶航行相关的信息服务，从而提高海上航行安全能力和生产管理效率。

3.3 工业设计方案

3.3.1 外形时尚

区别于传统的三防机外形笨重、过厚，用户手感差，采用的设计方案在满足三防的前提下，机器更纤薄、更符合现代的审美观；设计有圆弧倒角，增加手感，避免划伤，增加了跌落时的可靠性；设计有独立按键，其中独立的SOS键便于发送求救信号，独立的拍照键、HOME键方便用户操作。

3.3.2 特殊材料

壳体使用PC＋玻纤，取代传统的橡胶＋TPU，增强了手机硬度和强度。

3.3.3 橡胶工艺

表面使用橡胶漆喷涂工艺，起到了防滑效果，同时增强了用户的手感。

3.3.4 时尚色彩

选用搜救橙色＋黑色方案，同时增加了荧光粉，有灯光照射时颜色更明显，有利于夜晚搜救。

3.4 结构设计方案

3.4.1 结构设计特点

结构设计的关键是密封性，所以在结构设计中，需要对各部位和各种器件进行合理布局和有效利用，以达到防水和防尘的目的。大的组件分为前壳组件、后壳组件以及 SIM 卡盖等，并采用内置电池设计以减少整机厚度，同时为用户方便装卸SIM卡和T卡，采用SIM卡盖设计。前壳组件包括TP、MIC、听筒和前壳等，后壳组件包括喇叭、摄像头Lens等。

3.4.2 防水防尘设计方案

3.4.2.1 TP防水

TP将采用防水背胶粘在前壳上，TP防水胶的好坏是防水的关键，要求：①无杂质、毛丝和起皱；②不能用涂胶不均的边角料模切；③离型纸要求用透明PET，以方便装贴时的目检；④壳体要求平面度平整，避免贴合不严密。

3.4.2.2 听筒/喇叭防水

采用本体防水的听筒和喇叭。

3.4.2.3 MIC防水

采用MIC加防水膜的方式。

3.4.2.4 SIM卡盖防水

以硅胶圈填充盖子与壳体间隙，两侧挤压过盈，达到密封作用。

3.4.2.5 USB/耳机盖防水

使用硅胶圈填充盖子与壳体间隙，两侧挤压过盈，达到密封效果。

3.4.3 防震设计方案

3.4.3.1 LCD显示屏防震抗压

显示屏与壳体和背部支撑之间分别用泡棉大面积填充，以达到支撑和缓冲及密封的作用。

3.4.3.2 主板/小板防震抗压

主板小板和其他小支架等零件都以螺钉加定位来装配和固定。

3.4.3.3 手机的防震和抗压方案

设计方案的关键是支撑和缓冲。从结构设计出发，保证壳体强度，满足一定强度下的压力，避免受力集中，分散压力。利用泡棉和壳体自身的韧性，缓解和分散冲击力。

其次是材料。塑胶材料从经济和强度平衡考虑，一般用PC加玻纤，玻纤的比率越大，材料越硬，同时也越脆。因为有浮纤影响外观的问题，一般比率在10%～20%,。

在结构设计中，对各部位、各零件合理布局，包括螺钉位、卡扣位、配合间隙等都考虑到强度和压力。

4 应用成果

航海领域是卫星导航系统关系最密切的应用，自2012年12月北斗系统提供区域服务以来，交通运输部于 2014年启动航海领域北斗应用示范工程。有统计表明，北斗已成为海上搜救工作的“利器”：对遇险对象的搜寻效率提高 30%,以上；救捞系统的管理能力和救助调度能力明显提升，人命救助成功率达到98%,以上；节约近 1.5亿元的人身伤害赔偿费，为涉海企业和人员减少数十亿元的遇险财产损失。通过北斗应用示范工程，推动北斗在民用领域的大量应用，形成规模效应，带动北斗产业链的形成和发展，为北斗的健康可持续发展奠定了坚实的基础。目前，全国已经有几十万艘出海渔船都安装了北斗卫星导航系统终端，海外作业人员配备了北斗手机，其应用极大地保障了渔船和渔民的出海安全，巩固和发展了渔业生产。

5 北斗手机在其他领域的应用和展望

5.1 北斗手机在其他领域的应用

由于工作性质，地质工作人员经常在无人区域开展调查工作。一旦发生意外，由于无法实时获得人员的位置信息和状况，为救援工作造成了困难。利用北斗手机可实现对野外人员、车辆、飞机、轨迹跟踪、紧急呼救、应急救援等野外安全保障工作，保障野外人员的生命和财产安全。

5.2 市场前景预测

北斗产业是中国卫星导航与位置服务产业的一个代名词。自 2013年北斗应用元年以来，北斗产业每年的复合增长率超过 30%,。北斗应用市场分为大众市场、行业市场和专业市场。北斗导航芯片国产化进程近来也取得了重大突破。在由中国信息通信研究院主办的“北斗移动通信一体化芯片发布会暨智能终端北斗应用高峰论坛”上获悉，展讯通信、海思半导体、联芯科技等国内主要 IC设计企业均已成功研发出北斗移动通信一体化芯片，这意味着智能手机等消费电子产品可以大量安装国产芯片。2016年初安装我国自主研发的北斗多模导航芯片的智能手机将大量面世，将促使北斗应用进入千万量级乃至亿级市场。■

［1］ 文竹. 壮大北斗产业，创新位置服务——第三届中国卫星导航与位置服务年会暨展览会在京召开[J]. 数字通信世界，2014(Z2)：61-62.

［2］ 贠敏. 大北斗、新位置，让导航亲民接地气——第三届卫星导航与位置服务年会暨展览会举行[J]. 卫星应用，2014(10)：60-61.

［3］ 王晓涛. 北斗企业的未来：走哪条路面临选择[J]. 中国战略新兴产业，2014(4)：67-69

［4］ 马智伟. 中国北斗卫星导航产业整体发展现状及趋势——《2013—2014年中国北斗导航产业发展蓝皮书》发布[J]. 卫星应用，2014(9)：56-59.

［5］ 曹德胜. 基于北斗的中国海上搜救信息系统示范工程[J]. 数字通信世界，2014(Z1)：59-60.

［6］ 姚钢. 北斗导航芯片着手产业化[J]. 电子设计技术，2010，17(3)：81.

The Application of BeiDou Mobile in China Maritime Search and Rescue

YANG Shihong
(Tianjin 712 Communication & Broadcasting Co.，Ltd.，Tianjin 300462，China)

The project investigates a mobile terminal that applies to marine distress alert，which is based on the request of marine search and rescue of Ministry of Transport and the target customer group．The Taidou BeiDou 2nd generation chips were selected to use into the terminal to reach IP68 level of protection professional physical design．In order to realize the demand of “One Key Search and Rescue” and other related marine search and rescue items，many hardware，software and internal structures were designed．This paper briefly describes the BeiDou system and the design solutions of BeiDou mobile phone and points out that the BeiDou industry plays a great role in the area of China marine search and rescue through the application of BeiDou mobile phone in BeiDou demonstration project and China BeiDou industry has a great potential.

maritime search and rescue；BeiDou Navigation Satellite System(BDS)application；mobile phone

TN927＋.23

A

1006-8945(2016)07-0084-04

2016-06-03