个人示位标研究与设计

姚克波 陈岱岱

摘   要：随着海事活动、户外探险、野外作业的广泛开展，紧急情况下快速准确的人员定位技术越发关键。文章首先阐述个人示位标的概念与原理，设计了个人示位标样机，通过实际试验测试其在个人紧急定位方面的性能。结果表明，所设计的个人示位标性能稳定可靠，能够在2 min内实现准确定位，定位误差小于50 m。

关键词：个人示位标;PLB;紧急定位;无线电通信

个人示位标（Personal Locator Beacons，PLB）是一种小型手持式无线电装置，是个人用全球遇险搜救的最佳设备。所有的PLB工作频率为406 MHz的遇险求救信号以数字模式传输，以及121.5 MHz的寻位信号以模拟信号模式传输，具有携带方便、报警快速精确、操作简便等特点，被广泛应用于户外探险、野外作业等领域。紧急情况下，可手动启动PLB，发射无线电求救信号至国际搜救卫星系统（COSPAS—SARSAT），实现覆盖全球的及时救助[1]。

在2015—2017年内，COSPAS—SARSAT系统显示每年平均有2 300余人通过示位标获救，在多次遇险事件中，示位标提供了唯一的求救信号[2]。个人示位标的应用加快了遇险事件的救援速度，有效降低搜救成本和个人生命安全及财产损失。因此，目前在澳大利亚新南威尔士州、新西兰政府这两个地方免费为徒步旅行者提供个人示位标。

1    国内外PLB研究情况

根据COSPAS—SARSAT官方网站统计资料，2012年全球生产PLB为6.359 7万台，更换1.209 4万台，保有量46.867 1万台。全球主要PLB厂商主要集中于欧美发达国家（见表1）。其中，美国ACR公司是世界最大的示位标制造商，示位标产品型号超过73个，生产的PLB产品最早通过了COSPAS—SARSAT的认证。澳大利亚GME公司是澳大利亞及新西兰这两大示位标需求大国唯一的示位标制造商。英国Ocean公司的Rescue Me是目前世界最小的PLB。

在2013年之前，国内的PLB产品主要以代理国外产品为主，在中国电子科技集团及海洋领域高校的研究推动下，国产PLB产品主要应用于海洋电子产业中面向落水人员救助，在陆上探险、野外作业等领域具有较大市场潜力[3]。

2    PLB系统设计

基于综合PLB产品快速精确定位、内置卫星通信、漂浮能力等方面的需求，现提出PLB的设计方案，其整机电路方案原理框架如图1所示。

其中，呼救信号主体功能由406 MHz发射机实现。406 MHz发射机主要由温补晶振TCXO、相位调制器PM、锁相环PLL、功放PA、带通滤波器BPF等组成。TCXO产生12.688 750 MHz基准频率，经相位调制和32倍频后，得到406.040 MHz调相信号，然后经信号后处理，通过天线发射至搜救卫星。

同时，121.5 MHz寻位发射机输出ASK扫频音信号，附近搜救人员通过该信号可定位PLB大体位置。电路由121.5 MHz晶体振荡器、ASK幅度键控调制电路、功放PA、带通滤波器BPF等组成。其中，调制信号（扫频音）由主控器MCU产生，电路采用超低工作电压器件和高效降压电路降低电池电力消耗。

内置的GPS接收机提供更高定位精度，直接将当前GPS定位信息发射给搜救卫星，使定位精度由原来3.7 km（卫星多普勒定位精度）提高到100 m以内，并能及时更新当前位置信息。

天线采用卷尺天线，配合天线匹配电路实现两频点50 Ω阻抗，两频点共用一根天线。

闪光灯在夜间会自动开启，以2～3 s的间隔闪烁，方便夜间搜救人员定位。

红外编程器采用USB接口与PC机连接，红外部分采用的是异步收发方式，载波频率38 kHz，数据波特率为1 200 bps，具有双向传输功能。

3    射频输出信号稳定方法

在整个工作周期及温度范围，电池电压变化范围达到7～9.6 V，以保证射频输出相位调制信号的调制深度、调制斜率、调制对称性以及射频输出功率的稳定性。本文根据电压分段原理，用实时温度值对射频功放的增益进行调节，设计采用温度、电压及射频功率传感器，形成闭环控制，确保稳定的射频输出（见图2）。其中，MCU接收检测功率、电池电压和功放温度信号，PID控制对功放进行模拟调整。

4    PLB性能测试

为了测试本文设计PLB的性能，在乌克兰FCC Equipment Testing Firm公司的The Public Enterprise Testing Centre Omega测试中心开展PLB性能测试。测试标准依据COSPAS—SARSAT 406 MHz Beacon Type Approval Standard C/S T.007。试验方案分别在两个测试点，对两类配置方案进行定位耗时和定位精度测试，其中，两个测试点坐标事先精确测定，且两个测试点相距8.71 km（见表2），配置方案如图3所示。

测试点1 纬度：44°35'14.64'' 经度：33°29'20.04''

测试点2 纬度：44°31'19.66'' 经度：33°32'59.26''

配置方案1 桌上测试（a）—距离地面1 m高铝板桌

配置方案2 地面测试（b）—铝板底座

测试结果如表3所示。所设计的PLB在测试点1的定位数据为纬度 44°35'16''，经度 33°29'20''。PLB在测试点2的定位数据为纬度44°31'20''，经度33°33'00''。

5    结语

本文设计了个人示位标，设计406 MHz发射机核心电路及121.5 MHz寻位发射机电路，并设计了MCU控制射频输出相位稳定控制闭环回路。最后通过试验测试，测定了PLB的定位性能，定位耗时小于2 min，定位误差小于50 m，能够满足紧急情况下的个人示位。

表3  PLB定位测试结果

配置方案 测试点1 测试点2

定位耗时/s 定位误差/m 定位耗时/s 定位误差/m

配置1—桌上 104 41.9 104 19.4

配置2—地面 104 41.9 104 19.4作者简介：姚克波（1977— ），男，江苏连云港人，工程师，大专;研究方向：特种无线通信。

[参考文献]

[1]SERRA A A，NEPA P，MANARA G.A wearable two-antenna system on a life jacket for cospas-sarsat personal locator beacons[J].IEEE Transactions on Antennas&Propagation，2012（2）：1035-1042.

[2]馬瑞宁.AIS个人搜救示位标的研究及应用[J].电子测试，2015（2）：14-15.

[3]方雄生，薛国松，陈凯.基于北斗RDSS的个人示位标的设计[J].数字通信世界，2016（12）：8-9.

Abstract：With the extensive development of maritime activities， outdoor exploration and field operations， rapid and accurate personnel positioning technology is becoming more and more important in emergency situations. In this paper， the concept and principle of personal locator are introduced， and the prototype of personal marker is designed， and its performance in personal emergency positioning is tested by practical experiment. The results show that the performance of the personal indicator is stable and reliable， and the positioning error is less than 50 m in 2 min.

Key words：personal indicator; PLB; emergency location; radio communication