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利用手机信号进行生命探测的研究与系统设计.pdf

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上传者: xl46512 2012-05-08 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《利用手机信号进行生命探测的研究与系统设计pdf》,可适用于IT/计算机领域,主题内容包含成都理工大学硕士学位论文利用手机信号进行生命探测的研究与系统设计姓名:陈川申请学位级别:硕士专业:通信与信息系统指导教师:郭勇摘要Ⅰ利用手机信号进行符等。

成都理工大学硕士学位论文利用手机信号进行生命探测的研究与系统设计姓名:陈川申请学位级别:硕士专业:通信与信息系统指导教师:郭勇摘要Ⅰ利用手机信号进行生命探测的研究与系统设计作者简介:陈川女年月生师从成都理工大学郭勇教授年月毕业于成都理工大学通信与信息系统专业获得工学硕士学位。摘要本文反映了年行业基金项目(项目基金号:)《基于手机信息的生命搜救方法和技术的研究》项目组的部分工作成果得到了郭勇教授高嵩讲师、博士的悉心指导和大力支持并得到地震局防震减灾所陈维锋所长和彭晋川副研究员的指导帮助。我国是发生地震灾害较多的国家随着城市化进程逐步加快地震灾害的潜在危险与日俱增一旦发生破坏性地震将造成人民生命财产的巨大损失。最大限度地减轻地震灾害造成的损失是我国防震减灾工作的重要任务而如何搜救被压、埋人员是地震救援的关键。为此本文针对灾后紧急救援的需要提出了一种新的生命探测方法利用手机跨越位置区要发出请求信号的原理通过主动探测地震灾害中被压、埋人员身上携带的手机信号间接搜救遇难人员。首先本文提出了搜救系统的基本设计思想详细分析了利用手机跨越位置区更新的特点设计搜救系统的可行性给出了技术方案的基本模型并提出了研究的主要内容明确了研究任务。其次通过实验室法和查阅文献法对地震现场被压埋手机环境进行分析确定了被压埋手机在有网状态下存在理想屏蔽和非理想屏蔽在无网状态下存在理想屏蔽和非理想屏蔽的四种基本状态模型。然后本文对搜救系统进行了总体设计并给出了设计原理框图并对具体实施方案进行了详细的讨论。接着本文深入研究了现有移动通信体制的相关技术分析了GSM系统的基本结构与功能和GSM通信事件的基本过程确定了探测的原理和方案并对系统核心部分“仿冒”基站进行了功能设计。最后提出了通过设计两种特殊天线的方法实现了对被压埋手机的定位建立了定位相关的计算模型。并对天线的设计提出了合理的建议。该系统不但能探测到有网状态和无网状态下待机的手机并能将其定位在一定的范围内为地震救援提供了可靠的帮助。利用手机信号进行生命探测技术是一种崭新的不依赖于GPS的无线导航定位技术。基于手机跨越位置区更新的特点设计诱发技术采取主动探测的方法摘要Ⅱ配合地震救援该技术将是解决我国地震救援中定位被压埋人员这一难题的最具潜力的方法之一对我国防震减灾工作有较大的现实意义。关键字:灾害救援主动探测无线通信手机定位AbstractⅢANovelLifeDetectingSystemResearchandDesignBasedonCellPhoneDetectingIntroductionoftheauthor:chenchuan,female,wasborninJuly,whosetutorwasProfessorguoyongShegraduatedfromChengduUniversityofTechnologyincommunicationandinformationsystemmajorandwasgrantedtheMasterDegreeinJune,AbstractThispaperisfromthefundprojectoftheearthquakeindustryincalledtheresearchofnewlifedetectionapproachesandtechnologybasedoncellphonesignalIthasbeenfinishedduetothedirectionsandsupportofProfessorGuoyongandlecturerDoctorGaosongChinaisacountryfullofstrongearthquakedisastersThefastercitiesdevelop,themorepotentialdamagesearthquakedisasterscauseItwillbringpeopleenormouslossifdestructiveearthquakehappensSohowtominimizethelossearthquakecausesistheimperativedutyoftheprotectingagainstandmitigatingtheearthquakedisastersAndhowtosearcheffectivelythesurvivalsisthekeyofthedisasterrescueTomeettherescuerequirementafteradisaster,anewlifedetectionsystemisproposedinthispaperItisbasedontheprinciplethatacellphonewillgivearegisteringsignalafterswitchingtoanothercellularnetworkThesystemsearchesthesurvivalsbydetectingthecellphonesignaltransmittedbythecellphonecarriedwiththesurvivalsFirstly,thispaperproposesthebasicprincipleofthesearchingsystemItprovesthepossibilityofthesearchingsystemcapableofdetectingtheregisteringsignalThetechnicalschemeandthemainideaofthesystemarealsoincludedSecondly,itcanbeconcludedthattherearefourbasicmodesfortheburiedcellphoneintheearthquakescenethroughanalyzingtheenvironmentofitusingtheexperimentingandlookingupthedocumentsTheyareidealandnonidealmaskswithinandwithoutthecellularnetworkLater,theprincipleofthemainstructureofthesystemisdemonstratedandtheimplementationproposalisalsoincludedAbstractⅣThen,thispaperanalyzesthetechnologiesofthepresentsystemofmobilecommunicationandstatesthebasicstructure,functionandthecommunicationprocessoftheGSMsystem,whichdeterminestheprincipleandschemeofthisnewlifedetectionsystemAndthenitintroducesthefunctiondesignoftheimitatingbasestationwhichisthecoreofthesystemSuccessivelythispaperintroducesthepositioningschemeofthelifedetectionsystembyresearchingspecialantennaandthemodelofthepositioningisalsocreatedDuetotheinitiativedetectingtechnology,thesystemcandetectandpositionroughlythecellphonewithinandwithoutthecellularnetwork,andconsequentlyprovideareliablemethodtosearchandrescuesurvivalsafteranearthquakeKeywords:disasterrescuepositivedetectionwirelesscommunicationcellphonepositioning独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知除了文中特别加以标注和致谢的地方外论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果也不包含为获得成都理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名:年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解成都理工大学有关保留、使用学位论文的规定有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘允许论文被查阅和借阅。本人授权成都理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名:学位论文作者导师签名:年月日第章绪论第章绪论我国是发生地震灾害较多的国家。最大限度地减轻地震灾害造成的损失是我国防震减灾工作的重要任务而如何搜救被压、埋人员是的地震救援的关键。研究背景及意义随着城市化进程逐步加快地震灾害的潜在危险与日俱增一旦发生破坏性地震将造成人民生命财产的巨大损失。如何最大限度地减轻地震灾害造成的损失是我国防震减灾工作的重要任务其中抢救被压埋人员有效地减少人员伤亡是减轻灾害损失的首要任务也是最能体现出减灾实效和社会显示度的关键环节。目前我国对地震中被压埋人员的搜索技术主要依赖于传统的搜救犬而在高新技术领域薄弱紧急救援队伍缺乏实用有效的搜救设备迫切需要国家在“十一五”期间开展高新技术应用于生命搜索救助的攻关研究地震搜索救助技术中的关键技术。“”事件后美国有关部门深感目前城市搜救技术的不足为了指导搜救技术研发工作的开展由美国国土安全部和美国联邦紧急事务管理署负责召集了美国和加拿大从事城市搜救和消防的有关官员和专家经过二年多的研究于年月编写出一份名为《城市搜救技术需求-需求分析》(UrbanSearchandRescueTechnologyNeedsIdentificationofNeeds)的报告明确提出通过探测手机而间接地搜索被压埋幸存者是一个值得考虑的新型搜索方法。年月日发生在我国汶川的级地震造成了严重的人员伤亡在地震搜救过程中我们了解到有一些在地震中被压埋的人员正是通过利用手机打电话或发短信的方式与外界取得联系获得了救助。因此利用手机信号间接进行生命搜救的方法对增强地震救援能力有很实际的意义。近几年中国城市地区的手机市场已开始出现饱和迹象。据预测到年中国亿人口中将有近半数的人(亿)都会使用手机产品。日常生活中人们常常会随身携带手机当遭遇地质、地震、建筑物垮塌等城市灾害时很多人由于不能及时逃出建筑物而被压埋在坍塌的废墟内这时有行为能力的被压埋者可以利用随身携带的手机主动向外界求救。但是如果灾害区域内移动通信网络瘫痪或者压埋区形成了一个天然的电磁波屏蔽场或者被压埋者丧失了行为能力那么此时的手机就只能处于一种无线电缄默的待机状态无法主动跟外界通信联络。这时如及时地主动搜寻该状态下的此类手机就有很大可能找到手机附近的被压埋人员可大大提高对压埋人员的搜索效率从而救援更多的压埋幸存者。因此本文实质就是从地震压埋实际情况出发研究如何搜寻地震后废墟下压埋的成都理工大学硕士学位论文手机即被压埋手机的探测方法和技术。同时本文也是从防震减灾的重要任务出发研究一种新的基于手机信息的生命搜救方法和技术即通过实时检测搜索范围内被压埋者身边的手机数量、位置或标识以帮助搜救队员确定被压埋者的人数和具体位置。该项研究属于采用各种生命探测技术类型(如声波、光学等)的搜救方法的一个分支是对地震紧急救援理论和具体方法、技术的重要补充对未来提高紧急救援队伍装备水平和地震紧急救援能力具有深远的意义。国内外相关技术研究现状及分析前已述及本文的实质是研究如何搜寻地震后废墟下被压埋的手机。经大量的文献和实物调研目前手机探测的方法可分为被动式和主动式两种。被动式手机探测原理是通过被动接收手机的发射信号来进行探测的即仅当手机处于有网络状态在通信(包括语音和数据业务如发短信、下载数据等)过程中才能被检测到。国内外探测此类状态的手机探测仪已有很成熟的产品如国内考场监考防作弊常用的“手机探测狗”检测距离为米定位精度可达米左右日本村一无线信号探测器其探测频率MHzGHz探测距离米米能够识别手机信号。但是在地震后的灾区现场往往基站已经遭到破坏并且被压埋者通常丧失行为能力无法操作手机进行通信。而被动式的手机探测方法只限于在有网的条件下并且手机的主人有行为能力能够操作手机进行通信的情况下才能探测到手机。显然被动式手机探测不能满足我们前面已提出的需求。因此地震后废墟下压埋的待机状态下的手机必须采取主动式探测方法进行探测也就是要设法激活手机使其主动对外发射信号然后通过探测这个信号来获取有用的信息帮助救援队进行高效率地搜救。国内外主动式手机探测的研究甚少朱大立()提出了一种基于诱发技术的移动电话主动探测方案即按照一定的需求采用诱发技术诱使手机发射信号从而利用该信号获取手机的信息进一步判断手机的存在与否、进行数量统计甚至对手机定位。这种方案被定位于涉密场所对手机的监管。论文内容与结构论文共分为七章。第一章介绍了利用手机信号进行生命探测的研究背景及意义以及现有的国内外相关技术、设备的研究现状。提出了本文的研究思路第二章对搜救系统的设计思想进行了详尽的阐述明确提出了本文的研究内容第章绪论与任务第三章根据实验室实验的大量数据和查阅大量有关地震现场资料明确了地震灾区现场被压埋的手机所处的四种状态第四章确定了搜救系统的总体设计方案并对主要的组成部分提出了具体的设计建议第五章通过对国内现有移动通信相关技术调研掌握了GSM系统的结构与功能和GSM通信事件的基本过程并针对GSM网络给出了探测原理提出了探测方案并对搜救系统的核心“仿冒”基站进行设计第六章着重对被压埋手机的定位问题提出了具体的解决方案并设计了特殊天线给出了定位的具体算法第七章对本文的工作做了全面的总结对进一步的研究工作进行了展望。成都理工大学硕士学位论文第章设计思想及关键技术研究思路在第一章国内外相关技术研究现状及分析中我们知道现有的动式的探测方案无法满足地震救援的实际要求。因此本文的研究思路是参考朱大力提出的基于诱发技术的移动电话主动探测方案结合地震救援现场的具体情况提出一种适用于地震救援的主动式探测手机方案达到能够对地震现场小范围搜救时确定搜救区域内被压埋手机的数量并将手机定位在一个较小的范围内的目标这将为地震搜救工作提供及时有效的帮助信息有效的为搜救工作赢得时间。设计思想无论GSM制式还是CDMA制式手机发射信号都有以下三种情况:开关机、通话(包括短信、数据服务)和注册。显然对实时检测有意义的情况是注册。注册也就是位置更新(LOCATIONUPDATE)包含三种情况:定期更新跨越位置区更新和开机更新。其中跨越位置区更新是指手机在从一个位置区进入到另一个位置区的时候进行的注册。手机判断进入一个新的位置区的标准就是收到一个更强的广播信道并且解码系统的消息显示处于不同的位置区(位置区识别码LAI不同)。因此如图所示我们可以通过模拟手机跨越位置区的条件来诱发手机启动位置更新程序发射信号。即设计一种功能类似移动基站(“仿冒”基站)的设备模拟基站发射广播消息使该广播信道信号更强位置区参数与当前的小区不同这样周围的手机以为跨越了位置区边缘就会启动位置更新程序请求接入这个虚拟的小区。根据手机这个时候发射的信号就能够判断手机的存在。同时采取一定的策略还可以较精确地统计探测范围内手机的数量和获取手机的位置。第章设计思想及关键技术研究内容与任务研究内容地震废墟中被压埋人员携带的手机大多数都处于待机状态解决复杂空间内对待机状态的手机实时有效地探测是本文研究的关键。将上述技术方案应用于压埋人员的手机探测是一种新的探索。国内现有主要的GSMCDMA及“小灵通”等移动终端属“双向沟通”的无线电设备此类设备最大的特点之一就是设备处于待机或者仅接听时也会断续或连续地与移动基站沟通信息报告所处位置等数据正是基于此可以利用移动通信系统的原理设计“仿冒”的移动基站主动与这些处于待机状态的手机进行联络实时检测搜索范围内手机的数量、位置或标识从而帮助搜索队员统计压埋人员的人数指示压埋人员的方位。本文研究的主要内容有以下三个方面:)移动通信技术体制和标准调研与分析在国内现有移动通信技术体制和标准调研的基础上分析移动终端和基站、数据交换中心通信的技术体系以GSM网络为例总结GSM通信体制的网络结构、信令接口协议、基站结构和功能研究和分析手机鉴权、收发信息类别和格式掌握手机跨越位置区注册的详细技术以及通信数据的结构和内容等理论基础。)手机搜寻方法研究。“仿冒”基站基站图诱发技术方案示意图成都理工大学硕士学位论文分析震灾现场对于手机探测的复杂度建立手机搜寻的基本模型以及模拟试验场利用“仿冒”基站和广播通信确定手机是否存在通过指挥控制中心信号分析软件快速确定搜索范围内手机的数量通过对移动网络通信中手机定位方法的研究利用地震救援现场建立的统一坐标框架将移动通信手机定位技术相结合提出一种改进的综合定位技术。)基于手机信号的搜寻系统方案设计。手机搜寻系统主要包括指挥控制中心和“仿冒”基站等。“仿冒”基站由天线、收发信机和信号处理模块构成。天线的设计选用种工作频率满足多种移动通信机制收发信机根据不同情况完成信号转发或者是诱发、信号处理功能研究手机定位的相关算法开展指挥控制中心对“仿冒”基站处理后的手机信息进行数量统计和信息识别技术的研究完成手机搜寻系统的总体设计和各部分硬件设计为进一步设计此类实用化装备打下理论基础。研究任务朱大立提出的手机主动式探测方案给我们提供了研究的方向但将其用于地震人员搜索的技术可行性还有待于我们进一步研究。具体的研究任务如下:)从被压埋手机的实际情况入手深入研究地震废墟中被压埋手机的电磁环境探讨适用于地震救援现场探测手机的具体技术方式和方法为进一步对“仿冒”基站进行系统方案设计准备。)朱大立的方案只是提出了一种粗略的技术框架需要深入调研国内现有两大主要移动通信网络GSM和CDMA的技术体制和标准本文以GSM通信网络为主要研究对象细化和完善方案的技术内容提出实现可行的理论基础。)对“仿冒”基站系统解剖研究各单元的研制可行性给出参考设计方案。第章地震现场手机压埋环境分析第章地震现场手机压埋环境分析本文所研究的手机搜寻方法是基于特定环境下的手机探测问题。因此需要分析手机在地震后被压埋的环境和状态才能有地放矢地研究具体方法和技术手段。汶川地震救援工作经验告诉我们地震现场的情况十分复杂能否掌握对地震现场的复杂情况直接影响到救援工作的效果。建筑是人类自己建造的重要活动空间它量大面积广造型各异,结构形式多样存世时间有长有短质量和造价也差别很大。结构是建筑的骨架部分支撑着建筑完成其应有的功能。建筑结构在地震中遭受破坏特别是倒塌后常常会带来大量的人员伤亡。研究掌握建筑结构在地震中的倒塌行为及倒塌后能否形成一定的生存空间不但对救助被围困人员有着重要意义对于如何建立手机搜寻模型更是起到关键作用。建筑结构分类建筑一般是由基础、承重墙、柱、梁、楼盖板、门窗、装修件、水电线路设施等组成的其中由基础、竖向承重构件(如承重墙、柱等)、水平承重构件(如梁、楼盖板、屋盖板等)等组成的承受房屋的自重、人群、家具、设备的重力、风力等载荷和地震、温度变化、地基不均匀沉降等作用的体系用以保证房屋的安全和正常的使用此体系称为(建筑)结构。竖向承重构件平时主要承担竖向力而在地震时要承担很大的水平作用关系到结构是否会倒塌。建筑结构的类型是根据建筑的特点确定的迅速判断结构类型对地震搜救更为重要。建筑结构的类型可按不同的方法进行划分针对我国大中城市和城镇的情况常见的分类方式主要有按结构材料分按结构构件关系分。对于基于手机信息的生命搜救方法研究我们最关心的是不同结构材料的建筑物倒塌形成的生存空间对电磁波的不同屏蔽效果。按结构材料分为以下种结构:()钢筋混凝土结构:是指以混凝土和钢筋为主要材料建造的结构包括普通钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构在多高层建筑中应用非常广泛。()砌体结构:是指普通烧结粘土砖、空心砖、硅酸盐砖、中小型砌块、料石或毛石等以砂浆为粘结材料砌筑而成的结构通常只作为多层建筑中的竖向构件应用非常广泛。()钢结构:是指以钢材为主要材料制成的结构通常用于大跨度和高层建筑目前在我国发展十分迅速。()其他结构:除上述三种结构外采用其他结构材料的建筑如木结构、竹楼、碉楼、干打垒等在城市中这些结构几乎已经销声匿迹。成都理工大学硕士学位论文建筑物倒塌类型及生存空间建筑物一旦坍塌地板、墙体和天花板便会掉落从而形成各种各样的空间。地震救援目的就是要将可能围困在废墟中的空间内的人员救出。可见了解建筑物倒塌类型及其所形成的空间特点对救援行动是很重要的。一般来讲建筑物倒塌类型及其所形成的空间有以下种基本类型:倾斜支撑型倒塌空间该类型往往出现在某一支撑墙倒塌或地板连接处在一端断裂的情况下。这类倒塌的塌落部分通常两端被支撑住会形成具有较大的空间的废墟也就意味着救援目标生存的可能性很大。图倾斜支撑型倒塌空间.悬臂型倒塌空间这类倒塌发生在当地板或天花板的一端被吊于墙的一部分另一端则自由悬挂着。显然进入这种倒塌空间去营救受困者是十分危险的。图悬臂型倒塌空间V型倒塌空间这类倒塌是由于建筑物楼板中部不堪重负而断裂、塌落而形成的。这种倒塌情况下救援目标的生存可能性很小。手机信号被屏蔽的可能性很大。第章地震现场手机压埋环境分析图V型倒塌空间夹层型倒塌空间这类倒塌是由于建筑上层支撑墙和支撑柱不够结实,使过多的荷载施加在下层构件上,因此所有的上层构件都落到了下层。这种倒塌情况下救援目标有一定的生存空间。图夹层型倒塌空间实验法分析手机状态实验方案一一、实验目的:掌握手机在屏蔽环境中各种工作状态下是否有主动信号发出。二、实验环境:成都理工大学信息工程学院楼屏蔽室(平方米)。三、实验设备:手机信号测试仪(一部)、电场测试器(一部)、GSM手机(两部)、CDMA手机(两部)、小灵通(一部)、大灵通(一部)。.村一无线信号侦测器:测试范围(MHZGHZ)。功能简介:侦测手机及手机基站信号均会发出电话铃声个信号指示灯随信号强弱变化功能指示灯亮为手机信号功能指示灯息“BS”指示灯亮为基站信号。.电场测试器:型号(TES)、测试范围(MHZGHZ)。功能简介:本测试器是宽频带设计以监测MHZ至GHZ范围的高频辐射具有无方向性之电场测试及高灵敏度可使用于测量横电磁场室(TEMcell)及电成都理工大学硕士学位论文磁波暗室(Absorberrooms)的电场及磁场强度。测量结果以电场强度、磁场强度及功率密度等单位来表示。.GSM手机:三星E索爱T。.CDMA手机:三星SCHM诺基亚。.小灵通:OKWAP。.大灵通:普天PTS。四、试验步骤:.将各型号手机带入屏蔽室关好屏蔽室门等待手机无网络状态。.利用村一无线信号侦测器分别检测GSM手机开机过程、待机状态、拨号状态、发送短信状态及关机过程有无信号发出记录结果。.利用村一无线信号侦测器分别检测CDMA手机开机过程、待机状态、拨号状态、发送短信状态及关机过程有无信号发出记录结果。.利用村一无线信号侦测器分别检测小灵通开机过程、待机状态、拨号状态、发送短信状态及关机过程有无信号发出记录结果。.利用村一无线信号侦测器分别检测大灵通开机过程、待机状态、拨号状态、发送短信状态及关机过程有无信号发出记录结果。.利用电场测试器分别检测GSM手机开机过程、待机状态、拨号状态、发送短信状态及关机过程有无信号发出记录数据。.利用电场测试器分别检测CDMA手机开机过程、待机状态、拨号状态、发送短信状态及关机过程有无信号发出记录数据。.利用电场测试器分别检测小灵通开机过程、待机状态、拨号状态、发送短信状态及关机过程有无信号发出记录数据。.利用电场测试器分别检测大灵通开机过程、待机状态、拨号状态、发送短信状态及关机过程有无信号发出记录数据。五、试验数据:表利用村一无线信号侦测器检测数据:GSM制式手机CDMA制式手机小灵通大灵通手机制及型号手机状态三星E索爱T-三星SCHM诺基亚OKWAP普天PTS开机无无无无无无待机无无无无无无拨号无无无无无无发送短信无无无无无无关机无无无无无无第章地震现场手机压埋环境分析无网状态下环境值:电场强度:µAm磁场强度:mVm功率密度:µWm表利用电场测试器检测数据:GSM制式手机CDMA制式手机小灵通大灵通手机制式及型号手机状态三星E索爱T-三星SCHM诺基亚OKWAP普天PTS电场强度µAm磁场强度mVm开机功率密度µWm电场强度µAm磁场强度mVm待机功率密度µWm电场强度µAm磁场强度mVm拨号功率密度µWm电场强度µAm磁场强度mVm发送短信功率密度µWm电场强度µAm磁场强度mVm关机功率密度µWm成都理工大学硕士学位论文六、实验结论:由以上实验数据得出以下结论:各种制式和型号的手机在屏蔽的状态下无论是开机过程、待机状态、拨号状态、发送短信状态及关机过程即无信号发出也无能量辐射。实验方案二一、实验目的:掌握手机在有网络的情况下各种工作状态下是否有主动信号发出。二、实验环境:成都理工大学信息工程学院楼楼梯附近时间选择下午点(此处此时间段流动人员很少可有效避免其它手机对实验的干扰)。三、实验设备:手机信号测试仪(一部)、电场测试器(一部)、GSM手机(两部)、CDMA手机(两部)、小灵通(一部)、大灵(一部)。.村一无线信号侦测器:测试范围(MHZGHZ)功能简介:侦测手机及手机基站信号均会发出电话铃声个信号指示灯随信号强弱变化功能指示灯亮为手机信号功能指示灯息“BS”指示灯亮为基站信号。.电场测试器:型号(TES)、测试范围(MHZGHZ)、功能简介:本测试器是宽频带设计以监测MHZ至GHZ范围的高频辐射具有无方向性之电场测试及高灵敏度可使用于测量横电磁场室(TEMcell)及电磁波暗室(Absorberrooms)的电场及磁场强度。测量结果以电场强度、磁场强度及功率密度等单位来表示。.GSM手机:三星E索爱T。.CDMA手机:三星SCHM诺基亚。.小灵通:OKWAP。.大灵通:普天PTS。四、试验过程:利用村一无线信号侦测器分别检测GSM手机开机过程、待机状态、拨号状态、响铃状态、发送短信、接受短信及关机过程有无信号发出记录结果。利用村一无线信号侦测器分别检测CDMA手机开机过程、待机状态、拨号状态、响铃状态、发送短信、接受短信及关机过程有无信号发出记录结果。利用村一无线信号侦测器分别检测小灵通开机过程、待机状态、拨号状态、响铃状态、发送短信、接受短信及关机过程有无信号发出记录结果。利用村一无线信号侦测器分别检测大灵通开机过程、待机状态、拨号状态、响铃状态、发送短信、接受短信及关机过程有无信号发出记录结果。利用电场测试器分别检测GSM手机开机过程、待机状态、拨号状态、响铃状态、第章地震现场手机压埋环境分析发送短信、接受短信及关机过程有无信号发出记录数据。利用电场测试器分别检测CDMA手机开机过程、待机状态、拨号状态、响铃状态、发送短信、接受短信及关机过程有无信号发出记录数据。利用电场测试器分别检测小灵通开机过程、待机状态、拨号状态、响铃状态、发送短信、接受短信及关机过程有无信号发出记录数据。五、实验数据表利用村一无线信号侦测器检测数据:GSM制式手机CDMA制式手机小灵通大灵通手机制式及型号手机状态三星E索爱T-三星SCHM诺基亚OKWAP普天PTS开机有有有有有有待机无无无无无无拨号有有有有有有响铃有有有有有有发送短信有有有有有有接收短信有有有有有有关机有有有有有有有网状态下的环境值:电场强度:mAM磁场强度:mVM功率密度:µWm表利用电场测试器测量数据:GSM制式手机CDMA制式手机小灵通大灵通手机制式及型号手机状态三星E索爱T-三星SCHM诺基亚OKWAP普天PTS电场强度mAm磁场强度Vm开机功率密度Wm待机电场强度mAm成都理工大学硕士学位论文磁场强度Vm功率密度Wm电场强度mAm磁场强度Vm.拨号功率密度Wm..电场强度mAm磁场强度Vm通话功率密度Wm电场强度mAm.磁场强度Vm.发送短信功率密度Wm.电场强度mAm磁场强度Vm接收短信功率密度Wm.电场强度mAm.磁场强度Vm.关机功率密度Wm.六、实验结论:除了待机状态手机的开机过程、拨号状态、通话过程、响铃状态、发送短信、接收短信及关机过程中均能检测到电场强度、磁场强度和功率密度的由弱变强再有强变弱的过程。以上各表记录都均是最大值。不同品牌不同型号不同制式的手机在各种相同状态下产生的辐射能量是不同的。实验过程中发现手机和基站间联系建立的一瞬间会有很强的辐射能量发出之第章地震现场手机压埋环境分析后又会逐渐减低。原因:(网上)资料显示:在TDMA(时分多址)通信系统中如GSM、DCS和PCS中为了有效地利用频率资源都是在时间上把一个载频划分成不同的几个时间段每个时间段分配给一个手机。在GSM系统中是将每一个KHz的载频划分为个时间段(时隙)。为了不干扰其他时隙上的用户要确保每个发射机只在自己的时隙上发射所以要求每个发射机只在自己的时隙到来时开启自己的时隙结束时关闭。但是在发射机开启和关闭时会在短时间内产生广谱干扰。关闭或开启的时间越短这个干扰的频谱越宽。宽频干扰能对其他信道上的手机产生干扰。为了减小这种干扰要求发射机的开启和关闭时间尽量长。但是每个发射机都有自己的时隙不可能无限延长开启和关闭时间。这样就必须在时间和频率之间求得一个平衡。为此目的在GSM标准中规定了发射机的时隙模板如图所示这个模板具体规定了发射机开启和关闭的时间。图中虚线部分是发射机输出功率从开始到结束的轨迹示意图。图发射机的时隙模板从以上资料可以得出:手机发射机只在自己的时隙上发射在时隙刚到来时发射机开启根据图示的功率轨迹(POWERRAMP轨迹)显示发射机的功率慢慢变大然后达到一个平衡值之后慢慢减弱在时隙结束时回到初始值发射机关闭。由此可以得出手机在和基站建立连接的一瞬间既是达到平衡值时此时功率最大之后逐渐降低。理论和实验测试现象相符合。成都理工大学硕士学位论文两种实验法结论通过以上两个方案的实验可知在地震现场无论网络是否存在被动式探测方案都无法实施因为手机在待机状态下无法被探测到。本章小结从以上的分析我们得出结论在地震基站被破坏的情况下被动式探测根本探测不到手机的存在。因此我们必须通过设计主动式探测的方案来解决在无网络的情况下探测手机的问题。环境分析是得出手机搜寻具体方法的前提。通过对各种建筑物在地震后倒塌的种基本类型分析以及对现有建筑材料的分析我们不难分析得出在地震现在被压埋的手机所处的四种环境。图震后现场被压埋环境分析图由上图可知我们把地震救援现场被压埋手机的状态分为以下四种模型:有网状态下理想屏蔽、非理想屏蔽无网状态下理想屏蔽、非理想屏蔽。第章系统总体设计方案第章系统总体设计方案系统总体设计搜救系统主要由以下几部分组成:指挥控制中心、“仿冒”基站、直放站、天线等。搜救系统的总体设计示意图如下图所示。下面分别介绍各主要部分的功能。图搜救系统的总体设计示意图系统各部分主要功能.控制中心控制中心主要功能是提供每一组直放站统一的时钟并将各直放站接收到的携带某种与手机有关的特征信息通过仿冒基站送到控制中心的信号处理模块进行处理借助计算机统计出仿冒基站覆盖范围内被压埋手机的数量利用第五章提出的定位方法计算出手机的估计位置。为了实现控制中心的控制功能控制中心应由以下四部分主要结构组成:发射天线(或可伸缩式的微型天线)、收发信机、信号处理模块和控制显示四个部分其中信号处理模块是指挥控制中心系统的核心系统的主要功能也是通过收发信成都理工大学硕士学位论文机模块实现的。其中控制显示部分包括判决器、单片机、液晶显示、键盘。系统结构框图如图所示。各部分主要功能:图指挥控制中心结构框图()收发信机:收发信机由两部分组成:发信机部分和收信机部分。发信机部分的主要功能是模拟基站发射广播消息使该广播信道信号更强位置区参数与当前的小区不同这样周围的手机以为跨越了位置区边缘就会启动位置更新程序请求接入这个虚拟的小区。接收信机接收手机这个时候发射的信号就能够判断手机的存在。设计收发信机的功率可调整覆盖范围mm这样可把被探测手机定位在某一个较小范围内并且便于区分地面人员的手机信号和地下被压埋人员的手机信号。()信号处理模块:以DSP芯片为核心完成基带数字信号处理信道编解码功能包括CDMA和GSM两个通道。并采用均衡处理目的是校正复杂地形引起的无线电信号失真。()控制显示部分:在整个系统的设计方案中采用单片机来实现人机交互来达到对硬件的控制。根据判决器的输出控制LCD显示及驱动报警电路。并且调试时可根据实际需要灵活设置判决器的门限以达到提取有效手机信号的目的。()按键:利用键盘对所测半径进行设置控制系统清零和重新搜索达到多次探测以求数据准确的目的。由于薄膜按键式键盘只需一个PO口节省资源程序量小所以本系统选用薄膜按键式键盘。()显示:探测到的手机数量和位置等信息要在显示屏上输出。其次利用键盘配置初始信息时也需要显示按键信息因此需外接显示屏。由于液晶显示器功耗低抗干扰能力强体积小所以选用字符型液晶显示器(LCD)模块。()电源:选用锂离子电池因其具有充电速度较快、漏电量极少、电压高、能量高、储存能量密度大、重量比一般的电池轻、体积也小等特点适合便携式产品的设计。.“仿冒”基站“仿冒”基站的主要功能是提供模拟现有基站发射的广播消息使该广播信道信号更强位置区参数与当前的小区不同这样周围的手机以为跨越了位置区边缘就会启动位置更新程序请求接入这个虚拟的小区。以做到诱发手机主第章系统总体设计方案动发射信号的目的“仿冒”基站的设计是实现主动式探测的关键。.直放站直放站(中继器)属于同频放大设备是指在无线通信传输过程中起到信号增强的一种无线电发射中转设备。直放站的基本功能就是一个射频信号功率增强器。直放站在下行链路中由施主天线在现有的覆盖区域中拾取信号通过带通滤波器对带通外的信号进行极好的隔离将滤波的信号经功放放大后再次发射到待覆盖区域。在上行链接路径中覆盖区域内的MS手机的信号以同样的工作方式由上行放大链路处理后发射到相应基站从而达到基站与手机间的信号的正常传递。搜救系统引用直放站的目的是为了实现“小容量、大覆盖”的目标。使用直放站一是在不增加基站数量的前提下保证了仿冒基站网络覆盖二是其造价远远低于有同样效果的微蜂窝系统。直放站是解决延伸仿冒基站覆盖能力的一种优选方案。它具有结构简单、投资较少和安装方便等优点。本章小结本章给出了搜救系统的总体设计方案由于考虑到地震救援装备轻便性设计了由一个仿冒基站带多个直放站的形式。总体设计的完整性和各主要部分的功能设计确保了搜救系统的切实可行性。成都理工大学硕士学位论文第章“仿冒”基站设计方案国内现有移动通信相关技术调研GSM系统的结构与功能GSM系统由许多功能单元组成整个系统分为个相互独立的子系统即移动台(MobileStation,MS)、基站子系统(BaseStationSystem,BSS)、网络子系统(NetworkSwitchingSystem,NSS)和操作维护子系统(OperationSupportSystem,OSS)。其中基站子系统(BSS)在移动台(MS)和网络子系统(NSS)之间提供和管理传输通路特别是包括了MS与GSM系统的功能实体之间的无线接口管理。NSS必须管理通信业务保证MS与相关的公用通信网或与其它MS之间建立通信也就是说NSS不直接与MS互通BSS也不直接与公用通信网互通。MS、BSS和NSS组成GSM系统的实体部分。操作支持系统(OSS)则提供运营部门一种手段来控制和

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