电子雷管起爆区域安全管理与防信号干扰系统及控制方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及电子雷管起爆区域安全管理与防信号干扰系统及控制方法。

背景技术

电子雷管起爆区域安全管理与防信号干扰系统主要用于危险预警、人员提醒和信号屏蔽等方面，逐渐成为城市公共安全的重要保证。在无线通信技术高速发展的时代，越来越多的产品使用无线通信的方式来进行传输。然而，一些特定的地方(例如电子雷管起爆区域、军事禁地等)，可能会对无线通信进行限制，以确定这些区域的安全。

现在常采用信号屏蔽器来限制一定区域内的无线通信，但是这种方式不能适用某些特定的环境。例如，在进行电子雷管爆破时，须保证没有手机信号的干扰，也要保证起爆区域内人员的安全。这时候不仅要屏蔽爆破区域内的手机信号，而且还要监控和通知爆破区域内的人员，以保证爆破活动正常进行。

针对上述提出的信号屏蔽系统不能满足爆破环境中人员的监控和通知要求的问题，现有两种解决解决办法：一种是通过区域中的视频监控来实现人员的位置确定。但是，一旦爆破区域较大需要的设备就越多，而且还需要专门的人去通知，需要消耗大量的人力物力。另一种通过传感器技术来确定是否有人进入爆破区域，一旦有人进入就会自动报警引起工作人员的注意。这种方法虽然能确定有人进入了系统，但是不能确定人的位置，而且也很难去通知。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于，提供电子雷管起爆区域安全管理与防信号干扰系统及控制方法，该系统基于基站模型，运用GSM系统构架，结合基于卡尔曼的RSSI三角质心定位算法建立系统能对起爆区域中的人员进行监控和通知，同时也能阻止手机之间的通信，这样既保证了进入爆破区域的人员的安全，也达到了消除手机信号对电子爆破干扰的目的。

为了达到上述目的，进而采取的技术方案如下：

电子雷管起爆区域安全管理与防信号干扰系统，包括：

信号干扰模块，用于把爆破区域内的手机信号降到2G状态，处于2G信号状态下的手机会自动进行区域选择；

射频发射模块，用于向区域内基站发送射频信号，通过射频搜索所在区域公网的区域信息，更改射频功率、优化参数，将基站设置为区域内的最优区域；

射频接收模块，用于手机请求接入本区域基站时接收手机发送的上行无线信号；

信号处理模块，包括解调器和信号多核处理器，所述解调器接收射频接收模块传递的信号调节成上行无线信号传递给信号多核处理器，多核处理器协议处理得到用户的相关信息，再通过基于卡尔曼的RSSI算法与三角质心定位算法确定用户的位置；

警示通知模块，用于自动地根据获取的用户信息给闯入爆破区域的用户发送提醒短信；

终端显示模块，用于将信号处理模块所有被吸入的手机用户的信息和被吸入的时间在终端上显示，将已注册人员的手机号、位置信息以及吸入时间显示到屏幕上；

此外，所述终端显示模块控制射频发射模块、警示通知模块和信号处理模块；

电源模块，为各模块提供电能。

作为本发明进一步的改进：所述信号干扰模块为3/4/5G信号干扰器。

作为本发明进一步的改进：所述射频发射模块包括功分器和第一天线，射频接收模块包括第二天线和射频接收器，所述第一天线和第二天下分别用于射频发射模块信号的发射和基站的接收。

电子雷管起爆区域人员安全管理与防信号干扰控制方法，包括：

搭建基站的环境：根据爆破区域范围设置基站的功率阐述避免功率过大影响到外围的手机；

将手机信号接入基站：通过信号屏蔽模块把爆破区域内的信号降到2G，处于2G信号的手机更容易接入基站，使得在进入该区域内的手机可以稳定接收基站发送的信息；

获取上行无线信号：基站系统配置完成后，将开始在规定的范围内发送广播消息，同时不断监听上行消息，完成整个区域的覆盖与监听。手机发送上行信号进行注册，被基站的射频捕获，并将信号的信息块提取；

信息块校验提取：上行接入信息都有相应的校验位，基站将通过相应的校验算法进行数据有效性校验，通过校验的信息块为有效数据块，无法校验的信息块将被丢弃，通过校验的信息块将被提交给上层的协议处理单元，协议处理单元将对信息块进行解析，完成信息的提取；

信息提示和位置获取：完成手机号提取，再通过短信发送器给区域内的人发送提醒短信，同时，通过显示终端监控目标人员的手机位置，确保人员的安全。

本发明的有益效果是：

本发明基于基站模型，运用GSM系统构架，将处于爆破区域用户的手机连到基站中，手机一旦接入基站就不能再进行正常的通信，达到了信号屏蔽的目的，基站通过信号处理和基于卡尔曼的RSSI三角质心定位算法获得用户的手机号、时间、位置等相关信息；获得手机号后通过基站给手机发送短信以达到通知爆破区域内滞留人员的目的；通过当前手机所处位置可以判断爆破区域内有无滞留人员；既保证了进入爆破区域的人员的安全，也避免了手机信号对电子爆破的干扰。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明结构组成示意图；

图2为本发明中信号处理模块示意图；

图3为三角质心定位算法示意图；

图4为本发明的工作流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

如图1-2所示：

电子雷管起爆区域安全管理与防信号干扰系统，包括：

信号干扰模块1，用于把爆破区域内处于3G、4G、5G状态的手机信号降到2G状态，处于2G信号状态下的手机会自动进行区域选择，而原本是2G状态的手机不会影响；

射频发射模块2，包括功分器21和第一天线22，用于向区域内基站发送射频信号，通过射频搜索所在区域公网的区域信息，更改射频功率、优化参数，将基站设置为区域内的最优区域，且远远优于其他区域；手机在开机后通常会搜索周围区域的广播信道，通过比较信道信号的强弱选择最优的区域，并根据获得的信号获取区域的配置参数；所以，手机一直都会处于接收广播区域状态，进行区域测量；一般公网基站广播消息的频率不高，通过优化参数提高广播消息的频率，这样手机能够最快速度的接入基站的虚拟区域；

射频接收模块3，包括第二天线31和射频接收器32，用于手机请求接入本区域基站时接收手机发送的上行无线信号，也就是用于接收手机终端发送的上行无线信号，进入该区域内的手机接入该虚拟区域后，首先会接收广播消息，该广播消息包含切换算法、加密算法以及相关参数配置；该切换算法根据跨越位置区更新的原理，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；当位置区参数与当前的区域不同时，区域内的手机以为跨越了位置区边缘，就会启动位置更新程序；因此，手机接收该消息后会快速完成区域切换，手机这时发射的信号就会被射频接收模块3所接收；

信号处理模块4，包括解调器41和信号多核处理器42，所述解调器41接收射频接收模块3传递的信号调节成上行无线信号传递给信号多核处理器42，多核处理器协议处理得到用户的相关信息，再通过三角质心定位算法确定用户的位置；通俗的说，在接收到手机信号后，信号解调器41工作，把接收的信号解调为上行无线信号，解调后的信号经过信号多核处理器42中相应的检验算法进行数据有效性校验，通过校验的信息块为有效数据块被保存，无法校验的信息块将被丢弃；多核处理器承载着协议栈软件，完成对其系统框架冗余功能的裁剪以及区域接入算法和重选算法的优化，通过校验的信息块将被提交给上层的协议处理单元，协议处理单元将对信息块进行解析，完成信息的提取；

警示通知模块5，用于自动地根据获取的用户信息给闯入爆破区域的用户发送提醒短信；

终端显示模块6，用于将信号处理模块4所有被吸入的手机用户的信息和被吸入的时间在终端上显示，将已注册人员的手机号、位置信息以及吸入时间显示到屏幕上；而终端显示模块6主要完成信号解调、协议处理、信息块校验、信息提取以及位置获取的工作。手机接入基站并发起上行接入过程时，信号处理模块4将会将信号解调为上行无线信号。在接收上行信号时R信道起到了关键性的作用，当手机与基站建立通信时，手机会通过R信道向基站发送一个探针信号来申请一条专用的信道来进行信号传输；而且，只要当前环境的信号强度比之前强时，手机就会自动发射连接信号。所以，当信号强度发生变化时，我们需要判断是否为R信号变化引起的，我们应该进一步通过R信号译码和信息解读。只要检测到R信号就表明上行信号开始发送，就能及时接收到上行信号。接收到上行信号后，协议处理单元物理层对其传输方式进行优化，信令继续快速地发往上层，并由上层进行处理。为了获取手机用户的信息，需要系统构造立即分配信令。手机收到立即分配信令后，将会在其分配的SDCCH上发出携带有信息的探帧。SDCCH是基站与移动台间点对点的双向信道，用于传送基站和移动台间的指令与信道指配信息，如位置更新；该系统就是从该信息的探帧中提取出用户的手机号信息；然后进行人员的定位，这里采用基于RSSI的三角质心定位算法来实现起爆区人员的位置的获取；首先在起爆区域内搭建三个基站保证能覆盖整个起爆区域，然后选取若干测试点，记录在这些点各基站收到的信号强度，建立各个点上的位置和信号强度关系的离线数据库(x,y,ss1,ss2,ss3)。在实际定位时，根据测得的信号强度(ss1',ss2',ss3')和数据库中记录的信号强度进行比较，信号强度均方差最小的那个点的坐标作为节点的坐标；计算出的接收信号强度总与实际情况下有误差，因为实际环境的复杂性，换算出的锚节点(数据库中记录的节点)到未知节点(即起爆区内的人员位置)的距离d总是大于实际两节点间的距离；为了减小锚节点到未知节点距离的误差，我们采用基于卡尔曼滤波的RSSI算法。把用信号均方差计算的出的距离d和测出的信号强度(ss1',ss2',ss3')当作估计值是一个四维向量(ss1',ss2',ss3',d)

此外，所述终端显示模块6控制射频发射模块2、警示通知模块5和信号处理模块4；

电源模块7，为各模块提供电能。

所述信号干扰模块1为3/4/5G信号干扰器，所述第一天线22和第二天下分别用于射频发射模块2信号的发射和基站的接收。

如附图4中，详细说明了本系统的工作流程图：

电子雷管起爆区域人员安全管理与防信号干扰控制方法，包括：

搭建基站的环境：根据爆破区域范围设置基站的功率阐述避免功率过大影响到外围的手机；

将手机信号接入基站：通过信号屏蔽模块把爆破区域内的信号降到2G，处于2G信号的手机更容易接入基站，使得在进入该区域内的手机可以稳定接收基站发送的信息；

获取上行无线信号：基站系统配置完成后，将开始在规定的范围内发送广播消息，同时不断监听上行消息，完成整个区域的覆盖与监听。手机发送上行信号进行注册，被基站的射频捕获，并将信号的信息块提取；

信息块校验提取：上行接入信息都有相应的校验位，基站将通过相应的校验算法进行数据有效性校验，通过校验的信息块为有效数据块，无法校验的信息块将被丢弃，通过校验的信息块将被提交给上层的协议处理单元，协议处理单元将对信息块进行解析，完成信息的提取；

信息提示和位置获取：完成手机号提取，再通过短信发送器给区域内的人发送提醒短信，同时，通过显示终端监控目标人员的手机位置，确保人员的安全。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。