基于辐射源目标地图导航可穿戴电子设备设计

钱雪 程浩翔 吴林泽

摘要：可穿戴电子设备为载体，基于辐射源目标的位置信息实行逆向无源定位与导航。利用设置新辐射源或已存在辐射源作为定位参考基点，被导航人 员穿戴带有定位功能的电子设备，通过已知的辐射源目标地图，利用无源定位算法实现人员位置信息的确定以及导航服务。本项目可以应用于卫星导 航系统以及手机地图软件无法提供或精确提供导航定位服务时的某些特定场合，如地铁里、搜救现场、城市密集巷道、偏远深山区以及手机等导航设备 无法工作等环境中，具有携带方便、精度高、抗干扰性强等优点。本文基于辐射源目标地图导航可穿戴电子设备设计进行分析，结合 hackrf one 与

ubuntu 技术，从而实现人性化、科学化设计。

关键词：辐射源;目标地图导航;可穿戴电子设备;设计

中图分类号：TN966 文献标识码：A 文章编号：1672-9129（2017）09-016-02

Abstract：Wearableelectronicdevicesareusedasacarriertocarryoutreversepassivelocationandnavigationbasedonthelocationinformationofthetargetofthe radiation source. By setting a new radiation source or an existing radiation source as a positioning reference point， the navigator wears the electronic device with the positioning function， and uses the passive positioning algorithm to determine the position information of the person and the navigation service by using the knownradiationsourcetargetmap.Theprojectcanbeusedinsomespecialoccasionswhenthesatellitenavigationsystemandthemobilemapsoftwarecannot provideoraccuratelyprovidethenavigationandpositioningservicesuchasthesubway，searchandrescuesites，denseurbanroadways，remotemountainousareas andnavigationdevicessuchasmobilephonesthatcannotworkIn，witheasytocarry，highprecision，stronganti-interferenceadvantages.Thisarticleanalyzesthe designofthewearableelectronicdevicebasedonthetargetmapnavigationoftheradiationsourceandcombineshackrfonewithubuntutechnologysoastoreal- ize humane and scientificdesign.

Keywords： radiation source; target map navigation; wearable electronic equipment; design

1 輻射源目标地图导航可穿戴电子设备设计意义

1.1 国家实施“智慧城市的建设”的需求

“智慧城市”旨在运用信息和通信技术手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息，从而对包括民生、环保、公共安全、城市服务、 工商业活动在内的各种需求做出智能响应。其实质是利用先进的信息技术，实现城市智慧式管理和运行，进而为城市中的人创造更美好的生活， 促进城市的和谐、可持续成长。可穿戴电子设备的优势：高密度集成，低功耗，微型化，携带方便。

1.2 弥补现代导航的缺陷

存在累积误差，导航精度随时间的持续而逐渐降低;建立在通信设备

（如手机）的基础上，依赖网络信号良好的条件，在一些信号差或弱的地方无法进行定位导航，导航手段单一;容易受到外界的干扰。辐射源目标地图定位导航的优势：1）精度高，摆脱对 GPS 等卫星导航系统的依赖;2）在信号弱或无的地方仍能正常工作，抗干扰性强;3）丰富导航手段，实现多 方式组合导航。因此，本项目研究作为一种新的导航定位技术，给现有卫星导航系统提供了辅助的导航定位手段，将有助于进一步增加导航定位精度，提高人们的出行安全与便捷程度，丰富可穿戴电子设备的功能，具 有重要的社会意义和较高的实用价值。

2 基于辐射源目标地图导航可穿戴电子设备设计

2.1 设计目的

本项目主要是对外辐射源的逆向导航的研究并将其与可穿戴设备结合，摆脱对导航卫星的依赖，提高导航的精度，改善 GPS 卫星导航的局限性，与可穿戴设备结合为使用者带来便利。1、通过设置已知位置的辐射源，利用可穿戴设备对辐射源信号的接收，系统对辐射源信息进行时差定位算法分析和综合，确定出接收者的位置信息;2、基于现有的电子地图，通过对接收者位置信息的分析，根据实际需求进行导航;3、通过安卓系统的开发将基于外辐射源的逆向导航技术与可穿戴设备融合。

2.2 主要技术

1）基于时差定位算法的高精度无源定位技术;三个或三个以上的辐射源发射已知位置信息（x1，y1，z1）、（x2，y2，z2）…（xn，yn，zn），发射时间分别为t1，t2

…tn;设备所处位置（x，y，z），接收到辐射源发射信号时间分别为T1，T2，…Tn.

2）辐射源目标地图构建与动态更新技术;在地图中标绘出用于作为导航参考点的辐射源目标的准确位置，以及该辐射源区别于其它辐射源的信号特征标志。该地图中的辐射源目标发生变化，及时地对其进行动态更新。

3）定位参考点优选与数据融合处理技术。类似于移动通信的小区切 换，优先选择较近较强的辐射源来进行定位。

第一，技术优势：目前可穿戴设备迅速发展，通信技术与电子地图已 进入成熟阶段，逆向无源时差定位算法的理论已比较完备，外辐射源分布范围较广实际测试容易实现;第二，产品优势：随着社会的发展，人们对出 行的效率追求越来越高，携带便利的可穿戴设备的越来越受到欢迎，本产品在技术改革的同时顺应智慧城市发展的需求，可以使得城市交通变的更加智能化;第三，人力资源优势：项目组整合了信息对抗专业与通信工 程专业两个专业的同学，专业知识丰厚学习能力较强，可以熟练运用安卓开发、计算机高级语言编程和定位算法等技术，且拥有杭州电子科技大学通信工程学院相关技术专家的支持和指导。

1.3 硬件设计——hackrfone

PC 机通过 USB 接口与 NXP LP43xx 微控制器通信;微控制器通过并行总线及GPIO模拟的JTAG接口与CPLD连接;MAX5864对发送的数据进行数模转换DAC，对接收的数据进行模数转换ADC;MAX2837完成上/下变频，并通过宽带混频器 RFFC5072 提高频率范围;射频前端采用一级

LNA/PA 进行放大，并最终通过 TR Switch 与天线连接。

可穿戴设备实现整体无线化一直是人们梦寐以求的，这与当前笔记本 实现的无线是不同的，未来可穿戴设备无线化是指物联网与设备间的无线 连接，如果无线化得到了实现，未来在使用可穿戴设备比用笔记本还方便， 可以进行激光图像显示、镭射 3D 及无线网络充电等。这些属于无线通信技术，可以为无线局域网和个人局域网提供方便，带来低功耗、高带宽的优势。 可穿戴设备的普及必会要求其更好地为人服务，这就需要可穿戴设

备与人之间的交流要人性化，这样人们才会真正使用可穿戴设备。要实现这个目标，可穿戴设备的交互方式将会走向多样化，可以通过书写控制， 也可以通过语言控制、肢体手势控制等。随着智能化的提升，可穿戴设备可以自动选择操作流程，使用起来较为简单，有可能达到与家用电器操作一样简单，使用者不需要专门学习就能操作。

1.4 系统设计--ubuntu

便捷安装。图形方式，打开系统设置——附加驱动，选择驱动激活;命令的方式为，终端（ctrl+alt+t）执行：sudoapt-getinstallfglrx##此方法不能选择驱动版本。

手工安装。请确定当前闭源显卡驱动是否支持当前内核版本和 xorg 版本。如果闭源显卡驱动不支持要求，请不要安装;查看内核版本终端执行：uname-a查看当前xorg版本，终端执行：X-version;待以上条件满足后，进入 AMD 显卡官网下载对应的驱动。32 位系统，下载好 A 卡的驱动文件XXXXXXX.run，（可能是个zip包，在终端内unzipamd-*.zip即可）;然后右键xxx.run，属性-权限-"允许作为程序执行文件"前打勾——关闭;

再双击打开，然后推荐选择在终端中运行（如果安装出错，可以查看问题）; 安装过程和 win 下安装软件类似，不在赘述，安装后重启生效。

目前，信息技術获得了快速发展，网络也越来越普及，各种家用电器 也开始走向智能化，未来完全可以实现家电与可穿戴设备之间的网络连接，可穿戴设备可以通过网络调控家电的运作，也可以通过网络下载新的 家电应用程序，从而提高家电的性能。同时利用互联网也可以远程遥控家 中的家电，在任何地方就能让家中的电器工作，为生活提供便利。

3 基于辐射源目标地图导航可穿戴电子设备应用

当今是信息化时代，信息化是当今时代发展的大趋势，代表着先进的生产力，国家目前正大力建设“智慧城市”，通信信息化正向智能化前进。导航随着人类政治、经济和军事活动的产生而产生，发展而发展，虽然至今为止，已经开发出了大量的导航系统，但是人们对新的导航手段的探索和研究始终没有停止。其原因之一在于不同的应用场景中，对导航的要求是各不相同的，现今的每一种导航手段都有其优点，但也存在其不足。如具有自主导航能力的惯性导航系统虽然具有不受外界干扰，适合高动态场合等优点，但是它存在累积误差，导航精度随时间的持续而逐渐降低;GPS卫星导航的精度非常高，但是它极易受到外界干扰。所以在实际应用中经常将多种导航手段结合在一起，进行组合导航，包括采用其它的导航手段，如星光天文导航，地形匹配导航等。汲取各种导航手段的优点，从而最终实现具有高精度、高可靠、高可用等特点的综合化导航系统所以多样化的导航逐渐成为导航技术的重要发展趋势之一。2014 是可穿戴年，各种可穿戴设备越来越受到追捧，具有良好的发展前景。可穿戴技术从 2013 年谷歌公司推出 Google glass 开始，人类开始进入可穿戴互联的时代。作为人机交互技术、传感技术、柔性材料技术、信息处理其与电子导航设备相融合也是大势所趋主要内容与技术水平。

3.1 城市公共交通的定位导航应用

在“智慧城市”建设中，在城市的公交车站、地铁站、重要地标放置辐射源，市民或游客能时刻通过辐射源地图进行交通方式的选择性导航，而可穿戴设备将更加便于人们的携带，更大程度的解放出手机。在地铁站或 其他一些信号弱，网络差的地方同样能实行精确定位导航。交通系统，对车辆信息的获取。

3.2 灾难救援工作应用

驴友们出行，在人迹稀少的地方面临网络信号差的境况，同样可以使用本项目产品作为导航定位。与 GPS 导航进行组合从而对于个体进行更精准定位、导航;灾难救援时对于个体的定位便于救援。在火灾救援现场， 手机等导航设备无法正常工作，对消防人员的位置进行实时定位，以便在现场实时跟踪消防人员的位置，保障消防人员和被救援人员安全。

4 结语

目前国内正掀起一场可穿戴设备的热潮，而组合导航，多样化导航也是市场发展的大势所趋。我们提倡的“无限制性导航”新概念必将深受广大消费群体的追捧，且逆向无源定位的定位导航手段的应用在国内处于初级阶段，有非常大的国内市场;此产品不仅将填补国内空、占领国际市场，而且将带动国内及本地区可穿戴电子导航等产业的快速发展。本项目研究及后续产业化的实施，必将推动浙江省可穿戴电子科技产业做大做强，建立校企合作、能够使科研成果迅速转化生产力的研发机构，并的形成一支稳定精干的科研队伍。有助于缩小浙江高新技术及装备与国际先进水平之间的差距，加快浙江省建设区域创新体系，推动高技术产业化。 因此，该设备的实际应用对我国、我省在提高可穿戴电子设备定位导航高新技术领域核心竞争力、占领国际技术制高点具有现实意义，对发展壮大具有国际竞争力的相关企业具有重要的促进作用。

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