消防員在復雜的室內(nèi)環(huán)境中實施救援時,受有毒氣體、煙塵的影響,難以判斷自己當前所處的位置,監(jiān)控指揮人員也缺乏有效的方式對消防員進行實時定位,在消防員遇險時,無法提供及時有效的救援。室內(nèi)環(huán)境下無法使用GPS,而Wi-Fi、藍牙、RFID、UWB等室內(nèi)定位方式需要預先布置基站,不能滿足應急救援的要求。而且救災現(xiàn)場往往伴隨著電力中斷、通信癱瘓等問題,定位數(shù)據(jù)無法通過基礎(chǔ)通信設施傳輸,需要建立獨立的通信網(wǎng)絡。然而,復雜的室內(nèi)環(huán)境會造成信號的嚴重遮擋,影響通信網(wǎng)絡的覆蓋范圍,無法進行大范圍的室內(nèi)定位。針對以上問題,本文設計了一套基于慣性導航原理的穿戴式消防員導航定位系統(tǒng),該系統(tǒng)包括四部分:一個定位節(jié)點、多個中繼節(jié)點、一個接收節(jié)點和一款監(jiān)控終端上位機。其中,定位節(jié)點安裝在消防員的腳后跟外側(cè),采集腳部運動的慣性數(shù)據(jù),利用慣性導航原理,實時計算出消防員相對于初始位置的三維位置坐標,并將定位數(shù)據(jù)發(fā)送出去;多個中繼節(jié)點由消防員隨身攜帶,在行動過程中布置在室內(nèi),建立起獨立的無線傳輸網(wǎng)絡;接收節(jié)點與監(jiān)控終端連接,接收到定位數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān)控終端的上位機;上位機處理定位數(shù)據(jù),實時顯示消防員的位置坐標,繪制消防員的行... 

【文章來源】：大連理工大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3 本文主要工作及結(jié)構(gòu)安排
2 系統(tǒng)總體設計
    2.1 系統(tǒng)設計需求與整體框架
        2.1.1 系統(tǒng)設計需求
        2.1.2 系統(tǒng)整體框架
    2.2 系統(tǒng)算法設計概述
        2.2.1 系統(tǒng)算法框架
        2.2.2 系統(tǒng)算法的執(zhí)行方式
    2.3 系統(tǒng)硬件設計概述
    2.4 系統(tǒng)軟件設計概述
    2.5 本章小結(jié)
3 系統(tǒng)算法設計
    3.1 慣性導航相關(guān)理論
        3.1.1 慣導系統(tǒng)與行人慣導算法
        3.1.2 常用參考坐標系與姿態(tài)的表示
        3.1.3 捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的工作原理
    3.2 消防員導航定位算法設計
        3.2.1 傳感器誤差校正
        3.2.2 捷聯(lián)慣導解算
        3.2.3 步態(tài)檢測
        3.2.4 零速修正
    3.3 本章小結(jié)
4 系統(tǒng)硬件設計
    4.1 微處理器模塊
        4.1.1 微處理器的選擇
        4.1.2 微處理器模塊的電路設計
    4.2 無線傳輸模塊
        4.2.1 無線傳輸方式的選擇
        4.2.2 無線傳輸模塊的電路設計
    4.3 慣性傳感器模塊
        4.3.1 慣性傳感器的選擇
        4.3.2 慣性傳感器模塊的電路設計
    4.4 串口通信模塊
        4.4.1 USB轉(zhuǎn)串口芯片的選擇
        4.4.2 串口通信模塊的電路設計
    4.5 電源模塊
        4.5.1 穩(wěn)壓芯片與充電芯片的選擇
        4.5.2 電源模塊的電路設計
        4.5.3 電池容量的選擇
    4.6 本章小結(jié)
5 系統(tǒng)軟件設計
    5.1 數(shù)據(jù)采集軟件設計
    5.2 定位算法軟件設計
    5.3 無線傳輸軟件設計
        5.3.1 SX1278基本配置
        5.3.2 無線傳輸軟件流程
    5.4 串口通信軟件設計
    5.5 上位機軟件設計
        5.5.1 串口通信
        5.5.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與存儲
        5.5.3 軌跡繪制
    5.6 本章小結(jié)
6 系統(tǒng)測試
    6.1 測試前準備
    6.2 水平相對定位誤差測試
    6.3 垂直相對定位誤差測試
    6.4 多樓層相對定位誤差測試
    6.5 通信距離測試
        6.5.1 室外視距
        6.5.2 室內(nèi)跨樓層
    6.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術(shù)論文情況
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于MIMU的自適應步態(tài)檢測算法[J]. 路永樂,陳永煒,李瑤,李俊林,劉宇.  壓電與聲光. 2018(05)
[2]LoRa覆蓋性能評估及定位技術(shù)研究[J]. 盧小姣,龐成鑫,邵嘉,白若琛.  通信技術(shù). 2018(09)
[3]智能移動平臺融合定位技術(shù)綜述[J]. 裴凌,劉東輝,龔正,趙毅.  導航定位與授時. 2017(05)
[4]卡爾曼濾波算法研究[J]. 毛秀華,吳健.  艦船電子對抗. 2017(03)
[5]一種基于聚類分析的自適應步態(tài)檢測方法[J]. 姜鳴,趙紅宇,劉學良.  鄭州大學學報(工學版). 2017(03)
[6]室內(nèi)定位方法綜述[J]. 席瑞,李玉軍,侯孟書.  計算機科學. 2016(04)
[7]行人慣性導航系統(tǒng)平臺設計與實現(xiàn)[J]. 萬駿煒,曾慶化,陳磊江,陳維娜,鄧孝逸.  計算機應用與軟件. 2015(02)
[8]基于RFID的消防員定位[J]. 李昆,劉爭,陳續(xù)陽.  電子制作. 2015(02)
[9]基于慣性導航技術(shù)的消防員室內(nèi)定位技術(shù)[J]. 袁狄平,李牧,李智慧,靳學勝.  消防科學與技術(shù). 2014(12)
[10]基于ZigBee技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)的研究[J]. 劉艷,吳蒙.  計算機技術(shù)與發(fā)展. 2014(04)

博士論文
[1]慣性行人導航系統(tǒng)的算法研究[D]. 趙紅宇.大連理工大學 2015

碩士論文
[1]遠距離低功耗無線傳感網(wǎng)絡終端節(jié)點的設計與實現(xiàn)[D]. 李時杰.合肥工業(yè)大學 2018
[2]基于慣性導航技術(shù)的消防救援定位系統(tǒng)設計[D]. 張仲.哈爾濱理工大學 2018
[3]基于微慣性系統(tǒng)的室內(nèi)定位方法研究[D]. 楊書天.東南大學 2017
[4]微功率無線水表抄表系統(tǒng)的設計與開發(fā)[D]. 張鵬.湖南大學 2016
[5]基于行人航位推算的行人導航系統(tǒng)算法研究[D]. 夏琳琳.北京理工大學 2016
[6]基于Android系統(tǒng)的家用便攜式心電檢測儀的設計[D]. 郭偉.重慶大學 2016
[7]MINS/GPS/ADS組合導航系統(tǒng)實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 孔超.南京航空航天大學 2015
[8]激光陀螺羅經(jīng)水平通道控制技術(shù)研究[D]. 張健.哈爾濱工程大學 2015
[9]改進UKF及在車載MIMU/北斗組合中的應用[D]. 梁宏.哈爾濱工程大學 2015
[10]微型航姿參考系統(tǒng)中微機械陀螺溫度誤差及補償算法研究[D]. 溫祖強.上海交通大學 2011



本文編號：2915186