面向生命探测的无线定位方法研究

发布时间：2020-07-30 13:34

【摘要】：我国自然灾害发生较多,地震和火灾的不断发生,造成房屋倒塌,数以万计的人被废墟掩埋致伤或者致死,而救援人员一般只能确定发生灾害的区域,被掩埋的人口密度及更详细具体的区域往往无法确定。已有的大部分救援及定位系统需要专门的设备,导致救援行动无法快速有效的进行。随着科技的快速发展,在我国约90%的人持有智能手机或智能设备,地震发生后这些设备都散落在被压埋人员身边或附近,本文针对上述情况,设计并实现了面向应急生命救援的手机探测定位系统,该系统通过对废墟下的无线智能设备进行WiFi搜索和定位,间接探测被压埋人员的位置,进而实现救援。本课题对于废墟下基于手机的无线定位方法进行了研究。首先,在汶川地震灾后遗址废墟下,对废墟下无线信道的特征进行研究。本文有针对性的选择了倾斜支撑型倒塌、翻转型倒塌、悬臂型倒塌和复合型倒塌几种典型震后建筑类型,采用频域扫频测量法对2.3~2.5GHz的无线信号的传播特性进行了测量,运用MATLAB对所测量的数据进行了分析,得到了包括自由空间路径损耗和废墟材料穿透损耗的大尺度衰减参量。在废墟材料穿透损耗的研究中,本文选取了对无线信号衰减较严重的钢筋混凝土和砌体进行分析,并分析了包括平均超量时延和均方根时延在内的小尺度衰减特性参量,对其特性进行拟合,并运用K-S检验和卡方检验进行拟合优度评估,最后得到系统MK传播模型,用来进行后续验证。其次,本文基于已研究的信道特征,对废墟下的无线定位生命探测系统进行了设计,并在安卓平台上予以实现。该系统主要分为客户端和服务器端两部分,客户端主要进行非待测设备的过滤、WiFi网络管理、WiFi信号采集、滤波处理和存储转发到服务器端,服务器端通过接收来自服务器的数据,快速地进行节点估算,显示待测点的相对坐标。最后,通过在实际环境下对系统进行测试表明,相比对数模型,本文得到的MK模型能有效减少定位误差,使救援能更快速高效地进行。
【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P315.9
【图文】：

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y )所处位置表示未知节点，1 1 2 A( x , y ), B ( x ,为 A DB , A DC , B DC，三者到 D 的距离为2 2 21 1 12 2 22 2 22 2 23 3 3( ) ( )( ) ( )( ) ( )x x y y dx x y y dx x y y d 第三个公式和前两个公式相减可得：2 2 2 2 2 23 1 3 1 3 1 3 3 12 2 2 2 2 3 2 3 2 3 2 3 3 2) 2( )) 2( )x x y y y x x y y d dx x y y y x x y y d d 12 2 2 2 2 21 3 1 3 1 3 1 3 3 12 2 2 2 2 22 3 2 3 2 3 2 3 3 2x x y y x x y y d dx x y y x x y y d d

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图 2-3 三角定位算法示意图Fig 2-3 Triangle positioning algorithm diagram2 22 22 2 2 23 3( ) ( ) 2 2 cosrrx x y y r r 0 1 0 10 2 0 2（x -x）（y -y）（x -x ）（y -y ）坐标。对弧 BC，AB 进行同样的运算，最后对这三个圆心运待测点位置。法示，待测点坐标 D ( x , y )，1 1 1 2 2 2( , ), ( , ), , ( , )k k kA x y A x y A x y 为离分别为1 2, , ,kd d d ，且权值为 1，则可得2 2 21 1 1( ) ( )x x y y d

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2 22 22 2 2 23 3( ) ( ) 2 2 cosrrx x y y r r 0 1 0 10 2 0 2（x -x）（y -y）（x -x ）（y -y ）圆心坐标。对弧 BC，AB 进行同样的运算，最后对这三个圆心运用三即为待测点位置。二乘算法2-4 所示，待测点坐标 D ( x , y )，1 1 1 2 2 2( , ), ( , ), , ( , )k k kA x y A x y A x y 为已知的距离分别为1 2, , ,kd d d ，且权值为 1，则可得2 2 21 1 12 2 2( ) ( )( ) ( )k k kx x y y dx x y y d

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