消防员室内定位系统研究

发布时间：2017-05-07 06:14

  本文关键词：消防员室内定位系统研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：实现消防员室内定位不仅能提高火灾现场救援效率,还能保障消防员自身安全。在室内环境,GPS信号丢失,无法进行定位;现有的室内定位方式如蓝牙、无线局域网、超宽带、射频标签等也不能适用于消防员室内定位,这些方法需要在建筑物内预先安装基础设施,不能满足应急性要求。惯性导航系统虽然能够不依赖外部信息实现自主导航,但是存在累积误差的问题,很难达到较高的定位精度。为此,本文研究了一种基于相对位姿测量的消防员室内定位方法。该方法在在左右脚鞋底安装电子开关用于检测消防员鞋底与地面的接触情况,在行人左右脚内侧分别安装多目标测距电路用于测量左右脚坐标系之间的相对位姿关系,从而测量出每只脚前后两次接触地面时的相对位姿关系,进而确定出每只脚在参考坐标系中的位置,实现消防员的实时定位与轨迹跟踪。为了验证该方法,本文设计了实验演示系统,通过测试证明了该方法的可行性。该实验系统由相对位姿测量电路和上位机显示软件构成。相对位姿测量电路由FPGA控制多组超声波测距模块实现。FPGA通过时分方式,控制超声波发射模块的触发信号并且检测超声波接收模块收到的回波信号,实现多目标测距。通过串口将多组距离值传给MATLAB软件进行位姿计算并在GUI界面中显示。本文初步研究了一种基于相对位姿测量的自主定位方法,为消防员室内定位系统的研究与开发提供了一种新的思路。
【关键词】：室内定位 超声波 多目标测距 相对位姿 轨迹跟踪
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB559
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-7
• 1 绪论7-12
• 1.1 研究背景及意义7-8
• 1.2 研究目的8-9
• 1.3 国内外研究现状9-11
• 1.4 本文主要研究内容11-12
• 2 室内定位的相关技术12-24
• 2.1 室内定位基本原理12-17
• 2.1.1 信号到达时间12-13
• 2.1.2 信号到达时间差13-14
• 2.1.3 信号到达角度14-15
• 2.1.4 信号强度15
• 2.1.5 邻近算法15-16
• 2.1.6 近场电磁波特性16-17
• 2.2 室内定位现有技术概述17-22
• 2.2.1 GPS和伪GPS定位技术17-18
• 2.2.2 位置指纹定位技术18-19
• 2.2.3 惯性导航系统定位技术19-21
• 2.2.4 基于短距离无线技术的定位21-22
• 2.3 存在的问题22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 3 消防员室内定位系统原理24-36
• 3.1 定位系统结构和流程24-26
• 3.1.1 系统结构24-25
• 3.1.2 系统工作流程图25-26
• 3.2 基于超声波的多目标测距26-28
• 3.3 多目标测距误差分析28-30
• 3.4 定位原理和算法30-33
• 3.4.1 航位推测法30-31
• 3.4.2 基于相对位姿态测量室内定位31-33
• 3.5 消防员室内定位系统优势33-34
• 3.6 本章小结34-36
• 4 系统设计与实现36-53
• 4.1 系统总体设计36
• 4.2 超声波收发模块36-41
• 4.3 FPGA逻辑电路设计41-49
• 4.3.1 时钟频率的选择42-43
• 4.3.2 回波识别和波形产生模块43-44
• 4.3.3 计时和选择模块44-45
• 4.3.4 数据帧组合模块45-46
• 4.3.5 串.传输模块46-49
• 4.4 定位算法设计49-52
• 4.4.1 相对位姿定位49-50
• 4.4.2 图形用户接50-52
• 4.5 本章小结52-53
• 5 实验结果和分析53-59
• 5.1 实验平台53-54
• 5.2 测距误差54-56
• 5.3 定位跟踪56-57
• 5.4 系统缺陷57-58
• 5.5 本章小结58-59
• 6 总结与展望59-60
• 6.1 论文总结59
• 6.2 后续工作的展望59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-67
• 附录67
• A作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目67
• B作者在攻读硕士学位期间发表的论文和专利67

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