基于捷联惯导的消防员运动位置检测研究

发布时间：2020-05-31 11:46

【摘要】：在发生重大火灾事故时,如何高效的确认消防员精确的位置信息对于救援指导工作异常重要。在室内特殊的环境下,GPS信号会受到严重的干扰,不能满足定位要求。而且火灾属于突发事件,所以像RFID等需要借助外部环境的定位方式也不能应用在消防员运动位置检测中,而惯性传感器依靠自身的特点,可以实现自主定位,因此本文采用捷联惯导定位方法,对消防员在室内的运动位置信息进行研究。本文采用捷联惯导定位技术,设计了消防员运动位置检测系统。它通过对惯性传感器输出的信息进行分析、解算,从而可以得到携带系统的消防员在室内的运动位置信息,然后,一方面主控芯片利用GPRS网络将解算的运动位置信息发送到指挥者中心,方便指挥救援工作;另一方面将位置信息保存到SD卡,通过仿真画出消防员运动检测系统的运动轨迹。其中该系统硬件方面:采用高性能主控芯片,并且搭载了MPU6050陀螺仪模块、SD卡模块、GPRS模块等组合在一起作为消防员运动检测系统硬件平台。软件方面:根据捷联惯导定位原理,对MPU6050模块输出的加速度和角速度信息进行推算,从而确定携带系统的消防员在室内的姿态信息和位置信息。在计算过程中主要涉及了不同坐标系之间的转换、消防员系统姿态解算、速度求解和位置求解四个算法,完成对其的推导与解算。该定位系统可以有效地检测消防员在室内的位置信息,并将位置信息发送到指挥者中心,方便指挥救援工作,同时保存到SD卡,通过电脑画出路径轨迹。实验测试发现消防员的位置信息可以实时传送到指挥者中心,该系统偏转角误差大约为0.14°;翻滚角误差大约为0.06°;位置轨迹相对误差为2.27%。
【图文】：

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捷联惯导定位原理图

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最后求解姿态矩阵，同时速度和位置计算：通过消防员运动位置检测系统载体受力信息，求解防员的速度信息。：由于位置积分对系统的定位精度影响很小，，这里对一阶近似式，得出消防员的位置信息。算求解的位置信息和角度信息是通过核心控制器对惯性种相对的位置信息求解方法。因为位置和角度的求解并息，它是一种近似的求解方式，捷联惯导系统在求解时个运算周期内的直线运动求解的，而且把这段时间姿距离和角度的变化关系，从而推算出消防员系统相对于原理图如图 2-2 所示。
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN96;TP274

【参考文献】