基于MEMS的消防單兵室內(nèi)定位研究與設(shè)計(jì).pdf

1、社會(huì)的快速發(fā)展與火災(zāi)頻發(fā)的狀況對(duì)消防救援提出越來(lái)越高的要求。針對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的特殊情況，開(kāi)發(fā)高效可靠的消防員室內(nèi)定位設(shè)備，確保后方指揮系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)了解火場(chǎng)中消防人員的位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，高效快速的部署救援決策，有效的完成救援任務(wù)，保障消防員及人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全有著重要意義。
　　本文首先簡(jiǎn)述了室內(nèi)定位相關(guān)技術(shù)和慣性導(dǎo)航研究現(xiàn)狀。由于傳統(tǒng)的室內(nèi)定位技術(shù)無(wú)法直接應(yīng)用于火場(chǎng)環(huán)境，本文基于前期消防員單兵作戰(zhàn)偵查系統(tǒng)研究基礎(chǔ)和特殊的應(yīng)用場(chǎng)景，提

2、出了不依賴(lài)于外部信息的消防員上下雙慣導(dǎo)定位方案。然后，對(duì)該方案各個(gè)模塊的硬件電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包括電源電路、FPGA最小控制系統(tǒng)、雙慣導(dǎo)模塊以及藍(lán)牙模塊等;之后，探討了人員運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立過(guò)程、行走位移的估計(jì)以及室內(nèi)航向角的推算算法;最后，利用FPGA按照Top-Down（自上而下）模塊化設(shè)計(jì)思想和流程對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，并完成了對(duì)各單元模塊的仿真測(cè)試。
　　本文提出的室內(nèi)定位方案摒棄了慣用的零速檢測(cè)(ZUPT)算法，通

3、過(guò)對(duì)慣導(dǎo)數(shù)據(jù)的研究和分析，建立了用于人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷和行走步長(zhǎng)估計(jì)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，結(jié)合自相關(guān)函數(shù)對(duì)步頻的計(jì)算，求解出行走路程，使室內(nèi)位移值計(jì)算更加準(zhǔn)確;利用擴(kuò)展卡爾曼濾波（EKF）對(duì)慣導(dǎo)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，可精確推算出行人運(yùn)動(dòng)方位角;定位裝置選用具有并行數(shù)據(jù)處理能力的現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA作為主控制器，可將兩慣導(dǎo)模塊的采集數(shù)據(jù)同時(shí)處理，提高了實(shí)時(shí)性、降低了設(shè)計(jì)成本。
　　大量實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，本方案硬件設(shè)計(jì)合理、算法高效、系統(tǒng)性能穩(wěn)定