一种基于GPS/北斗导航的脚踝追踪系统

1.一种基于GPS/北斗导航的脚踝追踪系统，其特征在于，该系统包括便携式微型定位追踪装置、无线电脚踝追踪电子锁铐、监视居住室内信息接收转发装置、以及数据监视中心，其中所述转发装置接收来自便携式微型定位追踪装置的数据信息，并通过无线网络转发给数据监视中心，所述无线电脚踝追踪电子锁铐能与便携式微型定位追踪装置进行通讯；所述便携式微型定位追踪装置包括第一控制模块、脚踝接收器、运动传感器、北斗/GPS双导模块、无线模块、振动器、干预电路、电源开关切换模块、LCD显示单元，其中第一控制模块与其他各部分相连；所述脚踝接收器上设有一个测距接收天线，用于接收来自无线电脚踝追踪电子锁铐上的无线电信号；所述无线电脚踝追踪电子锁铐包括第二控制模块、北斗/GPS双导模块、测距射频发生器、激活电路、检测报警电路、电磁锁及电磁锁控制模块，其中第二控制模块分别与其他各部分相连；所述检测报警电路在检测到有损坏行为发生时或者当无线电脚踝追踪电子锁铐与便携式微型定位追踪装置超过一定距离时，该检测报警电路会产生报警信号，并且通过第二控制模块启用激活电路，并打开备用电池，给北斗/GPS双导模块提供电力；所述监视居住室内信息接收转发装置包括第三控制模块、无线模块、干预电路、第一红外编码器、第一红外收发器、第二红外编码器、第二红外收发器、LED显示灯、扬声器，其中第三控制模块与其他各部分相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述北斗/GPS 双导模块设有一个北斗/GPS接收天线，用于接收来自北斗卫星的信号和GPS卫星信号，并把信号传递到北斗/GPS 双导模块，北斗/GPS 双导模块用于解算北斗卫星或者GPS卫星的定位信号。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述北斗/GPS 双导模块内部集成了双模SOC基带芯片和双模射频芯片，外部有源天线接收空中卫星信号送给所述射频芯片，所述射频芯片内部经LNA放大、混频处理后送到中频滤波器，然后通过VGA和AGC，再经过AD转换成数字中频信号送给所述基带芯片。
4.根据权利要求1-3之一所述的系统，其特征在于，第一控制模块、第二控制模块和第三控制模块包括处理器、模数转换单元、内存以及接口电路，所述处理器均采用嵌入式AT91RM9200系列芯片。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述便携式微型定位追踪装置还包括可充电电池，用于给便携式微型定位追踪装置提供电能。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述便携式微型定位追踪装置在被监视者外出行动时携带在身上；所述无线电脚踝追踪电子锁铐被强制佩戴在被监视者的脚踝上。

一种基于GPS/北斗导航的脚踝追踪系统\n技术领域\n[0001] 本发明属于卫星通信的技术领域涉及一种脚踝追踪系统，特别是指一种基于GPS/北斗导航的脚踝追踪系统，该系统集导航、定位、监控多种基本功能于一体。\n背景技术\n[0002] 目前，GPS卫星定位技术已经被广泛的应用在道路导航，尤其是应用在交通工具上，一般都是在交通工具上装设可接收定位卫星信号的天线，以及一可将定位卫星信号转译成经、纬度及高度数据的主机，在主机内还包含有一移动电话，该移动电话可将经、纬度及高度数据通过短消息传送到控制中心，该控制中心为一种可将经、纬度及高度数据套用在地图上，并经由服务人员通过移动电话通知使用者目前所在位置的付费机构，而已知使用GPS定位系统的使用者，都是被追踪及告知的对象，并无法直接取得相关定位数据。有鉴于此，现有技术中采用GPS追踪定位，虽然GPS技术比较成熟、器件价格低且民用频段是完全免费的，但是由于GPS是美国主导的卫星导航定位系统，虽然目前暂时免费并且全球开放其通讯码，但是一旦牵涉到国家战略利益并引发战争，则GPS就成为重大不安全因素。并且目前的追踪定位主要面向老人、小孩，防止走散，对于司法机构的保释在外服刑人员的监视，由于中国的监视居住实践和国外的监视居住实践是有区别的，在现有技术中没有GPS/北斗双定位的监视设备。\n[0003] 因此设计发明中国自己的监视居住电子系统是独特而不可替代的。以北斗卫星导航定位数据为基础，兼容GPS模式并立足于自主研发来克服上述缺陷，这是我们推出基于北斗导航的脚踝追踪系统的根本原因。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种具有实时、高效、安全、个性化和高稳定性的基于GPS/北斗导航的脚踝追踪系统。\n[0005] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：\n[0006] 本发明提供一种基于GPS/北斗导航的脚踝追踪系统，该系统包括便携式微型定位追踪装置、无线电脚踝追踪电子锁铐、监视居住室内信息接收转发装置、以及数据监视中心，其中所述转发装置接收来自便携式微型定位追踪装置的数据信息，并通过无线网络转发给数据监视中心，所述无线电脚踝追踪电子锁铐能与便携式微型定位追踪装置进行通讯；\n[0007] 进一步地，所述便携式微型定位追踪装置包括第一控制模块、脚踝接收器、运动传感器、北斗/GPS双导模块、无线模块、振动器、干预电路、电源开关切换模块、LCD显示单元，其中第一控制模块与其他各部分相连；\n[0008] 进一步地，所述脚踝接收器上设有一个测距接收天线，用于收来自无线电脚踝追踪电子锁铐上的无线电信号；\n[0009] 进一步地，所述无线电脚踝追踪电子锁铐包括第二控制模块、另一北斗/GPS双导模块、测距射频发生器、激活电路、检测报警电路、电磁锁及电磁锁控制模块，其中第二控制模块分别与其他各部分相连；所述检测报警电路在检测到有损坏行为发生时或者当无线电脚踝追踪电子锁铐与便携式微型定位追踪装置超过一定距离时，该检测报警电路会产生报警信号，并且通过第二控制模块启用激活电路，并打开备用电池，给北斗/GPS双导模块提供电力；\n[0010] 进一步地，所述监视居住室内信息接收转发装置包括第三控制模块、无线模块、干预电路、第一红外编码器、第一红外收发器、第二红外编码器、第二红外收发器、LED显示灯、扬声器，其中第三控制模块与其他各部分相连；\n[0011] 进一步地，所述北斗/GPS 双导模块设有一个北斗/GPS接收天线，用于接收来自北斗卫星的信号和GPS卫星信号，并把信号传递到北斗/GPS 双导模块，北斗/GPS 双导模块用于解算北斗卫星或者GPS卫星的定位信号；\n[0012] 进一步地，所述模块内部集成了双模SOC基带芯片和双模射频芯片，外部有源天线接收空中卫星信号送给所述射频芯片，所述射频芯片内部经LNA放大、混频处理后送到中频滤波器，然后通过VGA和AGC，再经过AD转换成数字中频信号送给所述基带芯片；\n[0013] 进一步地，第一控制模块、第二控制模块和第三控制模块包括处理器、模数转换单元、内存以及接口电路，所述处理器均采用嵌入式AT91RM9200系列芯片。\n[0014] 进一步地，所述便携式微型定位追踪装置还包括可充电电池，用于给便携式微型定位追踪装置提供电能；\n[0015] 进一步地，所述便携式微型定位追踪装置在被监视者外出行动携带在身上；所述无线电脚踝追踪电子锁铐被强制佩戴在被监视者的脚踝上。\n[0016] 本发明的有益效果是：本系统可以实时监控被监测者的信息，便携式微型定位追踪装置和无线电脚踝追踪电子锁铐抗强力损毁，被监视者单靠自力不能够除掉戴在脚上的无线电脚踝追踪电子锁铐，用来预防逃逸、追踪被监视者，一旦有逃逸发生，无线电脚踝追踪电子锁铐里面的备用电池将被激活供给无线电发射器和内嵌北斗/GPS双导航模块。便携式微型定位追踪装置和无线电脚踝追踪电子锁铐是一个两位一体，协调工作，防水、防破坏、电池连续工作1-2年的装置，司法部门依靠本装置可以实现对假释犯等需要监视居住的人员进行正常管理，防止、杜绝逃逸并可以在发生逃逸的情况下进行追踪逮捕。\n[0017] 附图说明：\n[0018] 图1为本发明的总结构示意图；\n[0019] 图2为本发明便携式微型定位追踪装置的硬件结构图；\n[0020] 图3为本发明的无线电脚踝追踪电子锁铐的硬件结构图；\n[0021] 图4为本发明的监视居住室内信息接收转发装置的硬件结构图；\n[0022] 图5为本发明的微型定位追踪装置安装在人体上的结构图；\n[0023] 图6为本发明的北斗/GPS双导模块的结构图。\n具体实施方式\n[0024] 下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。\n[0025] 参见附图1、5，为一种基于GPS/北斗导航的脚踝追踪系统，该系统包括：便携式微型定位追踪装置1被监视者外出行动要自觉携带在身上；无线电脚踝追踪电子锁铐2被强制佩戴在被监视者的脚踝上，依靠自己的力量不能除掉，是防止逃逸和追捕依据；监视居住室内信息接收转发装置3是安装在接受监视居住的人员家中住所内的装置，它接收来自便携式微型定位追踪装置1的数据信息，并借用无线网络5转发给数据监视中心4，该监视中心是司法部门监视居住管理系统，另外监视居住室内信息接收转发装置3还具备给便携式微型定位追踪装置1充电和下载日程出行范围限制的数据信息的功能。\n[0026] 参见附图2，便携式微型定位追踪装置1包括第一控制模块、脚踝接收器、运动传感器、北斗/GPS双导模块、无线模块、振动器、干预电路、电源开关切换模块、LCD显示单元，其中第一控制模块与其他各部分（脚踝接收器、运动传感器、北斗/GPS双导模块、无线模块、振动器、干预电路、电源开关切换模块、LCD显示单元）相连，脚踝接收器上设有一个测距接收天线，用于接收来自无线电脚踝追踪电子锁铐2上的无线电信号，这样无线电脚踝追踪电子锁铐2就能直接与便携式微型定位追踪装置1的第一控制模块进行通讯；北斗/GPS 双导模块设有一个北斗/GPS接收天线，用于接收来自北斗卫星的信号和GPS卫星信号，并把信号传递到北斗/GPS 双导模块，北斗/GPS 双导模块用于解算北斗卫星或者GPS卫星的定位信号；干预电路检测篡改行为（比如犯人要打开该追踪装置）传递给第一控制模块，并引起振动器产生振动；运动传感器可以检测被监视居住者的运动状态及速度等信息，可充电电池给便携式微型定位追踪装置1提供电能；无线模块通过无线网络实现与监视居住室内信息接收转发装置3之间的数据通讯；第一控制模块通过电源开关切换模块可以开关电源（可充电电池）；振动器在被监视居住者违规时用于提醒他；并在LCD显示单元上输出管理信息，如为什么违规，以及管理者的要求等信息。\n[0027] 参见附图3，无线电脚踝追踪电子锁铐2包括第二控制模块、北斗/GPS双导模块、测距射频发生器、激活电路、检测报警电路、电磁锁及电磁锁控制模块，其中第二控制模块分别与测距射频发生器、北斗/GPS双导模块、激活电路、检测报警电路、电磁锁控制模块相连，第二控制模块传递指令给测距射频发生器，并通过连接在测距射频发生器上的测距发射天线输出无线电信号；检测报警电路在检测到有损坏行为发生时或者当无线电脚踝追踪电子锁铐2与便携式微型定位追踪装置1超过一定距离时（如120米），该检测报警电路会产生报警信号（如声鸣），并且通过第二控制模块启用激活电路，并打开备用电池，给北斗/GPS双导模块提供电力。电子锁铐2在一般情况下，北斗/GPS双导模块处于休眠状态节省电力，当备用电池接通后，北斗/GPS双导模块会处于工作状态，接收北斗或者GPS卫星导航定位信号并通过北斗/GPS双导模块解算出目标位置数据；北斗/GPS双导模块和第二控制模块之间相互通讯；电磁锁控制模块连接着电磁锁，负责电磁锁的打开和关闭。无线电脚踝追踪电子锁铐2是一个防水、防破坏、不能独自除掉，内嵌的微型电池能连续工作1-2年。\n无线电脚踝追踪电子锁铐2的穿带是由螺钉销住固定在电子装置盒上。螺钉是特制的，它的中部有一个穿孔，穿孔是微型电磁锁的销针通过的地方。特制螺钉按要求旋转到位后，微型电磁锁就会释放销针，使2个特制螺钉被卡住。当需要给被监视者除掉脚踝装置的时候，需要使用命令信号，让微型电磁锁收回销针，这样，2个螺钉就可以被工具拆卸下来，从而让穿带与电子装置盒分离，脚踝装置从被监视者的脚踝上除掉。微型电磁锁和它的控制电路是实现这个功能的主体。\n[0028] 参见附图4，所述的监视居住室内信息接收转发装置3包括第三控制模块、无线模块、干预电路、第一红外编码器、第一红外收发器、第二红外编码器、第二红外收发器、LED显示灯、扬声器，其中第三控制模块与无线模块、干预电路、第一红外编码器、、第二红外编码器、、LED显示灯、扬声器连接，无线模块通过无线网络与便携式微型定位追踪装置1和数据监视中心4通讯；第一红外收发器与第一红外编码器互相连接，第二红外收发器与第二红外编码器互相连接，第三控制模块通过第一红外编码器和第二红外编码器信号强度的判断来确认装置自身在室内的初始位置，当装置的位置被移动的时候，数据监视中心4通过无线模块将会收到相应的警示信号；并可通过该无线模块以及扬声器发布相关信息；干预电路检测篡改行为并把检测结果传递给第三控制模块；LED显示灯用来显示装置的工作状态；电源变压器给接收转发装置3提供电力，当室内市电停掉后，备份电源将为接收转发装置3提供电力。\n[0029] 第一控制模块、第二控制模块和第三控制模块包括处理器、模数转换单元、内存以及各接口电路等，所述处理器均采用嵌入式AT91RM9200系列芯片。\n[0030] 参见附图6，为本发明中的北斗/GPS双导模块，该模块是一款支持BD2 B1/GPS L1频点的双模导航定位模块。模块内部集成了自制的BD2 B1/GPS L1双模SOC基带芯片，和一款BD2 B1/GPS L1双模射频芯片，为车载、船载和便携式手持等导航定位终端产品的制造提供了高精度、高灵敏度、低功耗、低成本的BD2 B1/GPS L1双模解决方案。\n[0031] 模块尺寸为22.4mm x 17mm x 2.0mm，体积小巧。采用28pin邮票孔封装，与主流GPS模块（如UBlox LEA-5/6系列）硬件上pin-to-pin兼容，板上可直接替换，平滑升级为双模导航定位，大大节省导航定位终端产品设计时间。\n[0032] 模块可对外部BD2 B1/GPS L1有源天线供电，外部有源天线接收空中卫星信号送给射频芯片，射频芯片内部经LNA放大、混频处理后送到中频滤波器，然后通过VGA和AGC，再经过AD转换成数字中频信号送给基带芯片。基带芯片接收到射频芯片送来的数字中频信号，经过捕获和跟踪、定位解算等一系列算法处理后，通过串口输出NMEA数据并给出\n1PPS信号。\n[0033] 模块接口说明：\n[0034] 模块有三个电源输入管脚（VCC、V_BCKP和V_ANT）与两个电源输出管脚（VCC_OUT和VCC_RF）；其中VCC为模块的工作主电源；V_BCKP为模块的备份输入电源，在主电源VCC断电时给RTC电路供电，确保关键信息不丢失，以实现热启动功能，模块内部设计有对备用电源V_BCKP的充电电路，推荐外接可充电的电池或大容量电容；V_ANT是天线供电输入管脚，模块内部通过电感与RF_IN连接；VCC_OUT为模块电源状态监测管脚，输出VCC电压值，外部可监测该管脚电压，以判断模块供电是否正常；VCC_RF输出VCC电压值，可用于天线供电。模块的天线接口（RF_IN管脚）可直接连接BD2 B1/GPS L1双模有源天线，该接口内部采用50Ω阻抗匹配。模块支持外部使用nRESET管脚复位（低电平有效）。\n[0035] 为保证模块正常工作，建议上电后对模块进行一次外部复位；当PWR-DWN管脚输入低电平时，模块进入休眠模式，功耗降至5mA以下；当输入恢复为高电平时，对模块外部复位后，模块可恢复正常工作。若使用该管脚对模块进行开关电控制，V_BCKP管脚无需接入备份电源，模块也可实现热启动功能。模块第28脚1PPS为秒脉冲信号输出。模块设计有两组UART串口，分别为串口1（TXD1/RXD1）和串口2（TXD2/RXD2）。串口1在UTC秒边界输出NMEA数据，上位机也可以通过该串口对模块进行工作模式切换、软件升级等操作。模块支持的波特率范围为4800bps～115200bps，默认波特率为9600bps。数据格式为：起始位1位、数据位8位、停止位1位、无校验位。串口2是备用串口，用以输出自定义格式的数据，也可用于软件升级。模块设计有3个GPIO接口（GPIO1/GPIO2/GPIO3），可根据用户需求定义该接口的功能。\n[0036] 本系统可以实时监控被监测者的信息，便携式微型定位追踪装置和无线电脚踝追踪电子锁铐抗强力损毁，被监视者单靠自力不能够除掉戴在脚上的无线电脚踝追踪电子锁铐，用来预防逃逸、追踪被监视者，一旦有逃逸发生，无线电脚踝追踪电子锁铐里面的备用电池将被激活供给无线电发射器和内嵌北斗/GPS双导航模块。便携式微型定位追踪装置和无线电脚踝追踪电子锁铐是一个两位一体，协调工作，防水、防破坏、电池连续工作1-2年的装置，司法部门依靠本装置可以实现对假释犯等需要监视居住的人员进行正常管理，防止、杜绝逃逸并可以在发生逃逸的情况下进行追踪逮捕。