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文章详情介绍：
【监护仪科普】一分钟带您看懂监护仪
监护仪是疾病治疗中常用的一种医疗器械，它在使用过程中连续监护病人的生理参数，分析变化趋势，并可对异常监测信号进行报警提醒，指出临危情况，供医生应急处理和进行治疗。不管是患者还是家属，了解监护仪是十分重要的，能看懂监护仪也会让患者、陪护更安心更放心。
随着现代医学的不断发展，作为各级医院基本设备配置的监护仪正被广泛应用于医院ICU、CCU、麻醉、手术室及临床科室，可向医护人员提供病人生命体征的重要信息。利用这些信息，临床医生能更好地分析患者的病情，从而采取适当的治疗措施，获得最佳的效果，因此，监护仪的作用越来越受到重视。
监护仪是用来实时监测和评估患者生理指标的仪器，并在此基础上进行数据记录、趋势判断、事件回顾等；临床上监护仪主要分为转运监护仪、床旁监护仪、插件式监护仪和遥测监护仪。床旁监护仪的主要作用临床监测心电、血压、血氧、体温、呼吸、心率、EtCO2等主要生理指标，并结合正常范围发出提示以及报警功能。
2023年北斗系统室外定位技术科普
导航定位系统的本质就是利用距离求解位置，系统首先计算用户接收机到每颗卫星之间的距离，然后综合多颗卫星的数据计算出接收机的具体位置。
一、北斗定位工作原理
导航定位系统的本质就是利用距离求解位置，系统首先计算用户接收机到每颗卫星之间的距离，然后综合多颗卫星的数据计算出接收机的具体位置。
在导航定位中，地面用户持有的定位终端作为接收端，导航卫星作为发射端。卫星需要按照一定周期发射包含卫星星历、工作状况、电离层延时修正等信息的导航电文。当用户接收到导航电文时，提取出卫星时间信息，将卫星时间与接收端时钟作对比后，系统就可以知道卫星与用户的距离，再利用导航电文的星历，推算出卫星发射电文时所处的位置与速度。
由于接收使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，由此产生的误差会导致最终测量得出的距离（伪距）不那么精确，也就不是真实距离。为了消除这个误差，除了使用用户的三维坐标 x、y、z 之外，还要将钟差也作为未知量来进行求解。
根据解方程原则，有四个未知数的情况下需要四个已知方程式求解。因此，为了计算出准确位置信息，用户至少要能同时收到四颗北斗卫星的导航电文。
每一代北斗定位系统的工作原理 / 工作过程都有一定的差异。
北斗一代：双星定位
首先由地面中心站点向卫星 1（S1）和卫星 2（S2），同时发出站点的查询信号，该信号是在 C 波段的；当两颗“北斗一代”工作卫星接到信号以后，经卫星上的信号转发器改变频率、放大信号以后，再向提供服务区域内的接收装置用户发送广播，该信号是在波段的；如果接收装置用户回应了其中颗卫星的查询信号，则同时向两颗卫星（S1、S2）发送入站答应信号，此时用户申请使用服务的信号内容工作在 L 波段），最终经过 2 颗卫星把申请使用服务信号转发回地面中心站点，该信号工作在 C 波段；当地面中心站点接到用户所发的申请使用服务的信号，分别计算出接收机用户所在地点到 2 颗卫星（S1、S2）的距离之和，最后根据用户的申请使用服务的具体内容，站点做出相对应的数据处理，并且回应。
北斗二代：三球交汇定位
根据高中数学知识可知，在立体直角坐标系中 X、Y、Z 坐标可以确定任何点的位置如果我们知道某个人或物的三个坐标数据就可以准确获得其具体定位坐标，即只需三颗卫星，就可以实现地球上任何一点的定位。
其次，在地球任意位置都可以搜索到至少三颗北斗导航卫星并将其命名为 A、B、C，在任一时刻三颗卫星的坐标都是确定数值假设分别为，Ya，Za）、Xb，Yb，Zb）、Xc，Yc，Zc）。
在导航过程中信号传输所需时间为“T”、它乘以电磁波的传播速度 “C”，可以得出用户与某颗卫星间的距离“L”。
在已知三颗卫星的位置以及用户到三颗卫星之间的距离后，假设用户的位置为（Xu ，Yu， Zu）之后便会得到一个三元二次方程组，三个方程、三个未知数就可以算出用户的具体位置。
La2 =(Xu-Xa)2 +(Yu-Ya)2 +(Zu-Za)2
Lb2 =(Xu-Xb)2 +(Yu-Yb)2 +(Zu-Zb)2
Lc2 =(Xu-Xc)2 +(Yu-Yc)2 +(Zu-Zc)2
北斗三代：四星交会定位原理
在导航定位中，地面用户持有的定位终端作为接收端，导航卫星作为发射端。卫星需要按照一定周期发射包含卫星星历、工作状况、电离层延时修正等信息的导航电文。当用户接收到导航电文时，提取出卫星时间信息，将卫星时间与接收端时钟作对比后，系统就可以知道卫星与用户的距离，再利用导航电文的星历，推算出卫星发射电文时所处的位置与速度。
由于接收使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，由此产生的误差会导致最终测量得出的距离（伪距）不那么精确，也就不是真实距离。为了消除这个误差，除了使用用户的三维坐标 x、y、z 之外，还要将钟差也作为未知量来进行求解。
根据解方程原则，有四个未知数的情况下需要四个已知方程式求解。因此，为了计算出准确位置信息，用户至少要能同时收到四颗北斗卫星的导航电文。与 GPS 的工作原理相似，对应的多元方程组为 :
[(x1- x)2 + (y1 – y)2 +(z1 – z)2 ] 1/2 + c(Vt1-Vto) = D1
[(x2- x)2 + (y2 – y)2 +(z2 – z)2 ] 1/2 + c(Vt2-Vto) = D2
[(x3- x)2 + (y3 – y)2 +(z3 – z)2 ] 1/2 + c(Vt3-Vto) = D3
[(x4- x)2 + (y4 – y)2 +(z4 – z)2 ] 1/2+ c(Vt4-Vto) = D4
通过解以上方程组便可得到终端的具体位置。
二、北斗系统四大功能及特点
1、功能与服务
北斗系统服务性能优异、功能强大，可提供多种服务，满足用户多样化需求。其中，向全球用户提供定位导航授时、国际搜救、全球短报文通信等三种全球服务；向亚太地区提供区域短报文通信、星基增强、精密单点定位、地基增强等四种区域服务。
（1）北斗导航装置四大功能：
卫星通信短信功能。将短报文通过“北斗”卫星传送给指挥总机、另一台接收装置、或地面信息控制中心站点。接收装置可以在任意波束下进行正常通信，可由接收装置用户对具体的波束进行指定。（注：短报文作为北斗的特色功能，本报告将作为重点内容单独进行详细介绍。）
数据接口控制功能。“北斗”卫星接收装置具备通用标准数据接口（RS232 串口），可以把接收装置接收到的信号通过通用接口传递出去。
卫星定位功能。接收装置能够可靠实时的输出当前所在的经纬度、高度、速度等导航地理信息，同时按照标准的信息方式显示出来。
系统校时功能。接收装置内部设置有时钟，可以与接收到的导航信息数据包进行自动校对。
（2）北斗导航装置七大服务
定位导航授时服务。通过 30 颗卫星，免费向全球用户提供服务，全球范围水平定位精度优于 9 米、垂直定位精度优于 10 米，测速精度优于 0.2 米 / 秒、授时精度优于 20 纳秒。
国际搜救服务。通过 6 颗中圆地球轨道卫星，旨在向全球用户提供符合国际标准的遇险报警公益服务。创新设计返向链路，为求救者提供遇险搜救请求确认服务。
全球短报文通信服务。北斗系统是世界上首个具备全球短报文通信服务能力的卫星导航系统，通过 14 颗中圆地球轨道卫星，为特定用户提供全球随遇接入服务，最大单次报文长度 560 比特（40 个汉字）。
区域短报文通信服务。北斗系统是世界上首个面向授权用户提供区域短报文通信服务的卫星导航系统，通过 3 颗地球静止轨道卫星，为中国及周边地区用户提供数据传输服务，最大单次报文长度 14000 比特（1000 个汉字），具备文字、图片、语音等传输能力。
星基增强服务。创新集成设计星基增强服务，通过 3 颗地球静止轨道卫星，旨在向中国及周边地区用户提供符合国际标准的Ⅰ类精密进近服务，支持单频及双频多星座两种增强服务模式，可为交通运输领域提供安全保障。
精密单点定位服务。创新集成设计精密单点定位服务，通过 3 颗地球静止轨道卫星，免费向中国及周边地区用户提供定位精度水平优于 30 厘米、高程优于 60 厘米，收敛时间优于 30 分钟的高精度定位增强服务。
地基增强服务。建成地面站全国一张网，向行业和大众用户提供实时米级、分米级、厘米级和事后毫米级高精度定位增强服务。
2、技术特点
首先是通导一体化。利用卫星定位系统进行短报文数据传输是我国北斗卫星导航系统的首创，拓展了卫星定位系统的应用领域，因此，通导一体是北斗导航系统独有特色。
其他卫星导航系统仅能无源定位，因而用户只能知道“我在哪”，而北斗用户不但自己知道“我在哪”，还能告诉别人“我在哪”以及“在干什么”。比如突发地震、海上遇险时，在其他通信手段失效的情况下，北斗短报文通信可以成为传递求救信息、拯救生命的最后保险。在救灾减灾、野外救援、远洋渔业等行业领域发挥了重要作用。此前这类应用需要专业设备才可达成，目前，可将短报文芯片集成到智能手机，这就意味着仅通过智能手机即可采用短报文通信功能，使用户可以在紧急情况下通过北斗卫星信号传递信息，实现了智能手机卫星通信能力。
其次是星间链路。这是北斗三号全球组网卫星突出的亮点之一，极大地提高了卫星独立运转的能力，各卫星可以通过星载设备相互通讯，彼此实时共享位置，很快就能知道所有卫星与自己的相对位置。如此一来，不仅扩大了覆盖范围，还极大提高了效率，独自组网，成为地面网的备份。该技术最大的优势是，不再依靠卫星地面站，就可以实现全天候全天时通讯。如果没有这一项能力的支撑，就需要经过地面站的统一指挥，一个一个地对单颗卫星发布指令，因此就需要建设遍布全球的地面站。
三、北斗特色功能 — 短报文
短报文作为一种基础通信功能，指卫星定位终端和北斗卫星或北斗地面服务站之间能够直接通过卫星信号进行双向的信息传递。短报文不仅可点对点双向通信，其提供的指挥端机可进行一点对多点的广播传输，这使得北斗终端可从单一的定位设备升级为通导一体设备，具备指挥能力。目前，北斗全球短报文通信业务已经开通。
从北斗二号到北斗三号，北斗系统短报文功能不断强化，利用 3 颗 GEO 卫星，采用广义 RDSS 体制和 RNSS ＋短报文通信体制，升级了短报文通信服务，还可以通过星间链路实现全球短报文通信。北斗三号全球短报文（GSMC）容量为
560 比特（约 40 汉字），区域短报文（RSMC） 容量为 14000 比特（约 1000 汉字），支持简单的图片和语音发送，这使得北斗三号装备的通信能力大幅增强。考虑到北斗三号在短报文性能上的提升和拓展，融合了导航和通信功能的北斗装备在北斗三号中成为了新的增量赛道，其价值量相较于单一的导航装备或有显著提升。
1、RNSS 与 RDSS
服务于用户位置确定的卫星无线电业务有两种。一种是卫星无线电导航业务，英文全称 Radio Navigation Satellite System，缩写 RNSS，由用户接收卫星无线电导航信号，自主完成至少到 4 颗卫星的距离测量，进行用户位置，速度及航行参数计算。GPS 等系统是典型的 RNSS 系统。
另一种是卫星无线电测定业务，英文全称 Radio Determination Satellite Service，缩写 RDSS。用户至卫星的距离测量和位置计算无法由用户自身独立完成，必须由外部系统通过用户的应答来完成。其特点是通过用户应答，在完成定位的同时，完成了向外部系统的用户位置报告，还可实现定位与通信的集成，实现在同一系统中的 NAVCOMM 集成。
所谓 RNSS 与 RDSS 集成概念，是在卫星导航系统的导航卫星及运控应用系统中同时集成 RNSS 和 RDSS 两种业务。
系统既可为用户提供连续定位，测速能力 ( 即所谓无源导航定位 )，又可进行无信息传输的高安全级别的位置报告。其导航与通信的集成可以互相嵌入，互为增强。
北斗采用了 RNSS 和 RDSS 两种服务用于用户位置确定，是全球第一个 RNSS 与 RDSS 相融合的系统。
2、集成的原理与方法
RNSS 与 RDSS 集成的原理和方法如下：
·在部分导航卫星上同时安排 RNSS 和 RDSS 载荷，地面运控系统具有 RNSS 和 RDSS 信息处理和运行控制能力。
·RNSS 和 RDSS 的导航体制和信号格式统一在同一时间系统中。
·系统中地球同步轨道 (GEO) 卫星的 RDSS 出站信号和 RNSS 导航信号均可既用于导航，又可用于位置报告和通信服务。
·地面运控系统中 RDSS 系统具有用户信号随机接入能力。可以处理短促突发信息，完成用户至中心控制系统的信息交换。
·用户入站信息可携带用户位置信息，实现用户位置报告。也可不带用户位置信息，由 RDSS 功能直接从应答信号中处理出用户位置坐标，实现无信息的位置报告。
·RDSS 及 RNSS 双模用户机同时具备 RNSS 和 RDSS 功能，在同一用户终端实现连续定位，测速，通信和位置报告。
3、RNSS 与 RDSS 集成功能特点
这种双导航定位系统的集成与 RNSS 加通信系统的组合式集成相比，有如下优点。
在导航系统内完成导航与通信集成，既增强了导航功能，又避免了因通信体制，部门编制不同带来的通信苦恼，互通性好。
·位置报告链路与导航链路相结合，其信息传输链路具有与 GPSP(Y) 码可比拟的安全性。利用 RDSS 功能实现无位置信息的用户位置报告，保密安全性好。用于军事救援时，降低了被俘虏的风险。
·卫星波束覆盖范围内的所有用户都具有随机接入能力，直接通信的范围广，接通能力强，实时性好。
·双模用户终端定位手段丰富，可靠性高。
·系统及用户终端的效费比高，成本相对低廉。
·利用 RDSS 实现双向授时，其精度可优于 10ns，与通常的 GPS 授时相比，可提高 5 ～ 10 倍。
可用于更高动态用户的时间同步。研究分析与初步实践证明，RNSS 与 RDSS 集成可成为未来卫星导航的最佳选择，以满足日益增长的导航定位、通信、授时之需要。
四、北斗定位技术难点及不足
北斗定位技术的难点表现在以下几个方面：
首先是时间的精准度问题。为了提供高稳定的时间频率基准信号，每一颗导航卫星都要搭载精度非常高的原子钟（超精密原子钟）。由于技术要求高、指标严苛，我国原子钟产品曾经完全依赖进口，是困扰无数航天人的关键问题之一。原来都是依靠进口，后来我国终于研制出了精度达到国际先进水平的铷 (rú) 原子钟。据说，该原子钟运行三百万年，误差都不超过一秒。
其次是卫星覆盖数量，以北斗三号为例，北斗三号卫星系统包含了 GEO( 地球同步轨道）、IGSO( 倾斜同步轨道）和MEO( 中轨道）三种不同的轨道。这种混合星座的设计，能够保证亚太大部分地区，每时可见 12-16 颗卫星，全球其他地区每时可见 4-6 颗卫星。此外，信号无法覆盖室内且对环境免疫性较差，难以满足室内定位以及室外遮挡等复杂区域定位的必要条件。
五、北斗定位误差来源及处理方法
1、北斗定位误差源
卫星信号为电磁波信号，它主要由码信号与导航电文信号调制而成，前者提供时间标记，用于确定卫星信号发射时间，后者提供卫星星历等信息。卫星信号从两万多米的高空传播到地面，会受到诸多因素的干扰，根据传统 GNSS 分类方法，可将这些影响因素分为三类：①与卫星有关的误差；②与传播路径有关的误差；③与用户接收机有关的误差。具体误差源见下表。
卫星时钟差是卫星钟频率漂移引起的卫星钟时间与 GPS 标准时之间的差值；卫星轨道误差是指卫星星历中表示的卫星轨道与真实轨道的不符值；相对论效应是由于卫星钟和接收机钟所处的状态（运动速度和重力位）不同而引起的卫星钟与接收机钟之间产生相对钟误差的现象。
电离层延迟是值卫星信号穿过电离层（距地球表面 50-1000km 的空间范围内）时，信号传播的速度和路径发生改变，从而导致的信号延迟；对流层延迟是指卫星信号穿过地球上方50km 左右未被电离的中性大气层时，信号发生折射，传播速度、路径、方向发生改变；卫星信号从两万米高空向地面发射，接收机天线接收的信号不但有直接从卫星发射的信号，还有从反射体反射的间接信号，这两种信号叠加被接收机接收后产生干涉从而影响码和相位的量测，这种效应称为多路径效应；接收机钟差是值用户接收设备时钟与卫星钟之间的同步误差。
天线相位中心偏差是值用户接收设备的天线相位中心与设备几何中心不一致引起的误差；摄动天体（月球、太阳）对弹性地球的引力作用，使地球表面产生周期性的涨落，称为固体潮现象，它同样会影响定位。
上述误差源对定位的影响方式不尽相同，但都会导致定位出现发散、漂移等现象，如电离层延迟引起的卫星信号传播路径的距离差，沿天顶方向最大可达到 50m，沿水平方向最大可达到 150m，如此大的误差，无论对测量还是导航，都是必须加以考虑的。
2、北斗定位误差处理方法
目前，已有众多方法用于处理这些误差，按照处理顺序，它们大致可分为三类：预处理、模型改正和参数估计：
·预处理：预处理过程是指在定位解算之前，利用导航电文或者 GNSS 分析机构的产品，直接对卫星数据进行修正。
导航电文可解码出广播星历，其不仅提供了卫星位置信息，还提供了卫星钟差、电离层延迟等改正信息，其提供的卫星轨道精度为 3-5m，由于是实时的，卫星钟差与电离层延迟改正数精度不高。对于事后处理，可以直接采用国际 GNSS 服务组织（IGS）提供的高精度轨道钟差产品通过插值或者拟合的方法来改正星历误差。除了轨道与钟差，IGS 还提供高精度的电离层、对流层延迟改正产品。
·模型改正：模型改正同样是在定位解算之前，根据已经建立好的误差模型，无需外部数据引入，直接对数据进行改正。
此类改正要求误差易于建模且稳定，例如相对论效应、固体潮、地球潮汐等。
·参数估计：参数估计是针对那些难以准确建模的误差，将其作为与用户三维坐标一样的未知参数，在定位解算过程中。
除了上述方法外，还有两类很常用误差源处理方法，一类是通过把卫星不同频段或不同类型的数据按某种方式组合成一个新的数据，达到消除某类误差的目的，如消电离层组合（需要两个频段信号），其消除了电离层延迟的高阶项。另一
类是差分法，其原理是利用一个参考基准站提供的高精度卫星数据，将其与用户设备的卫星观测数据差分，可消除掉卫星钟差、卫星轨道误差、电离层延迟、对流层延迟等误差，实现在 1s 内，达到厘米甚至毫米级定位精度的效果。