穿戴式消防员导航定位系统设计
发布时间：2020-12-13 21:10
消防员在复杂的室内环境中实施救援时,受有毒气体、烟尘的影响,难以判断自己当前所处的位置,监控指挥人员也缺乏有效的方式对消防员进行实时定位,在消防员遇险时,无法提供及时有效的救援。室内环境下无法使用GPS,而Wi-Fi、蓝牙、RFID、UWB等室内定位方式需要预先布置基站,不能满足应急救援的要求。而且救灾现场往往伴随着电力中断、通信瘫痪等问题,定位数据无法通过基础通信设施传输,需要建立独立的通信网络。然而,复杂的室内环境会造成信号的严重遮挡,影响通信网络的覆盖范围,无法进行大范围的室内定位。针对以上问题,本文设计了一套基于惯性导航原理的穿戴式消防员导航定位系统,该系统包括四部分:一个定位节点、多个中继节点、一个接收节点和一款监控终端上位机。其中,定位节点安装在消防员的脚后跟外侧,采集脚部运动的惯性数据,利用惯性导航原理,实时计算出消防员相对于初始位置的三维位置坐标,并将定位数据发送出去;多个中继节点由消防员随身携带,在行动过程中布置在室内,建立起独立的无线传输网络;接收节点与监控终端连接,接收到定位数据后转发给监控终端的上位机;上位机处理定位数据,实时显示消防员的位置坐标,绘制消防员的行...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 本文主要工作及结构安排
2 系统总体设计
2.1 系统设计需求与整体框架
2.1.1 系统设计需求
2.1.2 系统整体框架
2.2 系统算法设计概述
2.2.1 系统算法框架
2.2.2 系统算法的执行方式
2.3 系统硬件设计概述
2.4 系统软件设计概述
2.5 本章小结
3 系统算法设计
3.1 惯性导航相关理论
3.1.1 惯导系统与行人惯导算法
3.1.2 常用参考坐标系与姿态的表示
3.1.3 捷联惯导系统的工作原理
3.2 消防员导航定位算法设计
3.2.1 传感器误差校正
3.2.2 捷联惯导解算
3.2.3 步态检测
3.2.4 零速修正
3.3 本章小结
4 系统硬件设计
4.1 微处理器模块
4.1.1 微处理器的选择
4.1.2 微处理器模块的电路设计
4.2 无线传输模块
4.2.1 无线传输方式的选择
4.2.2 无线传输模块的电路设计
4.3 惯性传感器模块
4.3.1 惯性传感器的选择
4.3.2 惯性传感器模块的电路设计
4.4 串口通信模块
4.4.1 USB转串口芯片的选择
4.4.2 串口通信模块的电路设计
4.5 电源模块
4.5.1 稳压芯片与充电芯片的选择
4.5.2 电源模块的电路设计
4.5.3 电池容量的选择
4.6 本章小结
5 系统软件设计
5.1 数据采集软件设计
5.2 定位算法软件设计
5.3 无线传输软件设计
5.3.1 SX1278基本配置
5.3.2 无线传输软件流程
5.4 串口通信软件设计
5.5 上位机软件设计
5.5.1 串口通信
5.5.2 数据转换与存储
5.5.3 轨迹绘制
5.6 本章小结
6 系统测试
6.1 测试前准备
6.2 水平相对定位误差测试
6.3 垂直相对定位误差测试
6.4 多楼层相对定位误差测试
6.5 通信距离测试
6.5.1 室外视距
6.5.2 室内跨楼层
6.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MIMU的自适应步态检测算法[J]. 路永乐,陈永炜,李瑶,李俊林,刘宇. 压电与声光. 2018(05)
[2]LoRa覆盖性能评估及定位技术研究[J]. 卢小姣,庞成鑫,邵嘉,白若琛. 通信技术. 2018(09)
[3]智能移动平台融合定位技术综述[J]. 裴凌,刘东辉,龚正,赵毅. 导航定位与授时. 2017(05)
[4]卡尔曼滤波算法研究[J]. 毛秀华,吴健. 舰船电子对抗. 2017(03)
[5]一种基于聚类分析的自适应步态检测方法[J]. 姜鸣,赵红宇,刘学良. 郑州大学学报(工学版). 2017(03)
[6]室内定位方法综述[J]. 席瑞,李玉军,侯孟书. 计算机科学. 2016(04)
[7]行人惯性导航系统平台设计与实现[J]. 万骏炜,曾庆化,陈磊江,陈维娜,邓孝逸. 计算机应用与软件. 2015(02)
[8]基于RFID的消防员定位[J]. 李昆,刘争,陈续阳. 电子制作. 2015(02)
[9]基于惯性导航技术的消防员室内定位技术[J]. 袁狄平,李牧,李智慧,靳学胜. 消防科学与技术. 2014(12)
[10]基于ZigBee技术的室内定位系统的研究[J]. 刘艳,吴蒙. 计算机技术与发展. 2014(04)
博士论文
[1]惯性行人导航系统的算法研究[D]. 赵红宇.大连理工大学 2015
硕士论文
[1]远距离低功耗无线传感网络终端节点的设计与实现[D]. 李时杰.合肥工业大学 2018
[2]基于惯性导航技术的消防救援定位系统设计[D]. 张仲.哈尔滨理工大学 2018
[3]基于微惯性系统的室内定位方法研究[D]. 杨书天.东南大学 2017
[4]微功率无线水表抄表系统的设计与开发[D]. 张鹏.湖南大学 2016
[5]基于行人航位推算的行人导航系统算法研究[D]. 夏琳琳.北京理工大学 2016
[6]基于Android系统的家用便携式心电检测仪的设计[D]. 郭伟.重庆大学 2016
[7]MINS/GPS/ADS组合导航系统实现关键技术研究[D]. 孔超.南京航空航天大学 2015
[8]激光陀螺罗经水平通道控制技术研究[D]. 张健.哈尔滨工程大学 2015
[9]改进UKF及在车载MIMU/北斗组合中的应用[D]. 梁宏.哈尔滨工程大学 2015
[10]微型航姿参考系统中微机械陀螺温度误差及补偿算法研究[D]. 温祖强.上海交通大学 2011
本文编号：2915186
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 本文主要工作及结构安排
2 系统总体设计
2.1 系统设计需求与整体框架
2.1.1 系统设计需求
2.1.2 系统整体框架
2.2 系统算法设计概述
2.2.1 系统算法框架
2.2.2 系统算法的执行方式
2.3 系统硬件设计概述
2.4 系统软件设计概述
2.5 本章小结
3 系统算法设计
3.1 惯性导航相关理论
3.1.1 惯导系统与行人惯导算法
3.1.2 常用参考坐标系与姿态的表示
3.1.3 捷联惯导系统的工作原理
3.2 消防员导航定位算法设计
3.2.1 传感器误差校正
3.2.2 捷联惯导解算
3.2.3 步态检测
3.2.4 零速修正
3.3 本章小结
4 系统硬件设计
4.1 微处理器模块
4.1.1 微处理器的选择
4.1.2 微处理器模块的电路设计
4.2 无线传输模块
4.2.1 无线传输方式的选择
4.2.2 无线传输模块的电路设计
4.3 惯性传感器模块
4.3.1 惯性传感器的选择
4.3.2 惯性传感器模块的电路设计
4.4 串口通信模块
4.4.1 USB转串口芯片的选择
4.4.2 串口通信模块的电路设计
4.5 电源模块
4.5.1 稳压芯片与充电芯片的选择
4.5.2 电源模块的电路设计
4.5.3 电池容量的选择
4.6 本章小结
5 系统软件设计
5.1 数据采集软件设计
5.2 定位算法软件设计
5.3 无线传输软件设计
5.3.1 SX1278基本配置
5.3.2 无线传输软件流程
5.4 串口通信软件设计
5.5 上位机软件设计
5.5.1 串口通信
5.5.2 数据转换与存储
5.5.3 轨迹绘制
5.6 本章小结
6 系统测试
6.1 测试前准备
6.2 水平相对定位误差测试
6.3 垂直相对定位误差测试
6.4 多楼层相对定位误差测试
6.5 通信距离测试
6.5.1 室外视距
6.5.2 室内跨楼层
6.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MIMU的自适应步态检测算法[J]. 路永乐,陈永炜,李瑶,李俊林,刘宇. 压电与声光. 2018(05)
[2]LoRa覆盖性能评估及定位技术研究[J]. 卢小姣,庞成鑫,邵嘉,白若琛. 通信技术. 2018(09)
[3]智能移动平台融合定位技术综述[J]. 裴凌,刘东辉,龚正,赵毅. 导航定位与授时. 2017(05)
[4]卡尔曼滤波算法研究[J]. 毛秀华,吴健. 舰船电子对抗. 2017(03)
[5]一种基于聚类分析的自适应步态检测方法[J]. 姜鸣,赵红宇,刘学良. 郑州大学学报(工学版). 2017(03)
[6]室内定位方法综述[J]. 席瑞,李玉军,侯孟书. 计算机科学. 2016(04)
[7]行人惯性导航系统平台设计与实现[J]. 万骏炜,曾庆化,陈磊江,陈维娜,邓孝逸. 计算机应用与软件. 2015(02)
[8]基于RFID的消防员定位[J]. 李昆,刘争,陈续阳. 电子制作. 2015(02)
[9]基于惯性导航技术的消防员室内定位技术[J]. 袁狄平,李牧,李智慧,靳学胜. 消防科学与技术. 2014(12)
[10]基于ZigBee技术的室内定位系统的研究[J]. 刘艳,吴蒙. 计算机技术与发展. 2014(04)
博士论文
[1]惯性行人导航系统的算法研究[D]. 赵红宇.大连理工大学 2015
硕士论文
[1]远距离低功耗无线传感网络终端节点的设计与实现[D]. 李时杰.合肥工业大学 2018
[2]基于惯性导航技术的消防救援定位系统设计[D]. 张仲.哈尔滨理工大学 2018
[3]基于微惯性系统的室内定位方法研究[D]. 杨书天.东南大学 2017
[4]微功率无线水表抄表系统的设计与开发[D]. 张鹏.湖南大学 2016
[5]基于行人航位推算的行人导航系统算法研究[D]. 夏琳琳.北京理工大学 2016
[6]基于Android系统的家用便携式心电检测仪的设计[D]. 郭伟.重庆大学 2016
[7]MINS/GPS/ADS组合导航系统实现关键技术研究[D]. 孔超.南京航空航天大学 2015
[8]激光陀螺罗经水平通道控制技术研究[D]. 张健.哈尔滨工程大学 2015
[9]改进UKF及在车载MIMU/北斗组合中的应用[D]. 梁宏.哈尔滨工程大学 2015
[10]微型航姿参考系统中微机械陀螺温度误差及补偿算法研究[D]. 温祖强.上海交通大学 2011
本文编号：2915186
本文链接：https://www.wllwen.com/jianzhugongchenglunwen/2915186.html
