基于MEMS的消防單兵室內(nèi)定位研究與設計.pdf

1、社會的快速發(fā)展與火災頻發(fā)的狀況對消防救援提出越來越高的要求。針對火災現(xiàn)場的特殊情況，開發(fā)高效可靠的消防員室內(nèi)定位設備，確保后方指揮系統(tǒng)能夠?qū)崟r了解火場中消防人員的位置和運動狀態(tài)，高效快速的部署救援決策，有效的完成救援任務，保障消防員及人民群眾的生命財產(chǎn)安全有著重要意義。
　　本文首先簡述了室內(nèi)定位相關(guān)技術(shù)和慣性導航研究現(xiàn)狀。由于傳統(tǒng)的室內(nèi)定位技術(shù)無法直接應用于火場環(huán)境，本文基于前期消防員單兵作戰(zhàn)偵查系統(tǒng)研究基礎和特殊的應用場景，提

2、出了不依賴于外部信息的消防員上下雙慣導定位方案。然后，對該方案各個模塊的硬件電路進行了設計，包括電源電路、FPGA最小控制系統(tǒng)、雙慣導模塊以及藍牙模塊等;之后，探討了人員運動狀態(tài)判斷的神經(jīng)網(wǎng)絡建立過程、行走位移的估計以及室內(nèi)航向角的推算算法;最后，利用FPGA按照Top-Down（自上而下）模塊化設計思想和流程對系統(tǒng)功能進行了實現(xiàn)，并完成了對各單元模塊的仿真測試。
　　本文提出的室內(nèi)定位方案摒棄了慣用的零速檢測(ZUPT)算法，通

3、過對慣導數(shù)據(jù)的研究和分析，建立了用于人體運動狀態(tài)判斷和行走步長估計的BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型，結(jié)合自相關(guān)函數(shù)對步頻的計算，求解出行走路程，使室內(nèi)位移值計算更加準確;利用擴展卡爾曼濾波（EKF）對慣導數(shù)據(jù)進行融合，可精確推算出行人運動方位角;定位裝置選用具有并行數(shù)據(jù)處理能力的現(xiàn)場可編程門陣列FPGA作為主控制器，可將兩慣導模塊的采集數(shù)據(jù)同時處理，提高了實時性、降低了設計成本。
　　大量實驗測試表明，本方案硬件設計合理、算法高效、系統(tǒng)性能穩(wěn)定