本文選題：消防員　切入點(diǎn)：室內(nèi)定位　出處：《山東大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：社會(huì)的快速發(fā)展與火災(zāi)頻發(fā)的狀況對(duì)消防救援提出越來(lái)越高的要求。針對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的特殊情況,開(kāi)發(fā)高效可靠的消防員室內(nèi)定位設(shè)備,確保后方指揮系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)了解火場(chǎng)中消防人員的位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài),高效快速的部署救援決策,有效的完成救援任務(wù),保障消防員及人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全有著重要意義。本文首先簡(jiǎn)述了室內(nèi)定位相關(guān)技術(shù)和慣性導(dǎo)航研究現(xiàn)狀。由于傳統(tǒng)的室內(nèi)定位技術(shù)無(wú)法直接應(yīng)用于火場(chǎng)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(chǔ)和特殊的應(yīng)用場(chǎng)景,提出了不依賴于外部信息的消防員上下雙慣導(dǎo)定位方案。然后,對(duì)該方案各個(gè)模塊的硬件電路進(jìn)行了設(shè)計(jì),包括電源電路、FPGA最小控制系統(tǒng)、雙慣導(dǎo)模塊以及藍(lán)牙模塊等;之后,探討了人員運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立過(guò)程、行走位移的估計(jì)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(shè)計(jì)思想和流程對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行了實(shí)現(xiàn),并完成了對(duì)各單元模塊的仿真測(cè)試。本文提出的室內(nèi)定位方案摒棄了慣用的零速檢測(cè)(ZUPT)算法,通過(guò)對(duì)慣導(dǎo)數(shù)據(jù)的研究和分析,建立了用于人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷和行走步長(zhǎng)估計(jì)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,結(jié)合自相關(guān)函數(shù)對(duì)步頻的計(jì)算,求解出行走路程,使室內(nèi)位移值計(jì)算更加準(zhǔn)確;利用擴(kuò)展卡爾曼濾波(EKF)對(duì)慣導(dǎo)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合,可精確推算出行人運(yùn)動(dòng)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(chǎng)可編程門陣列FPGA作為主控制器,可將兩慣導(dǎo)模塊的采集數(shù)據(jù)同時(shí)處理,提高了實(shí)時(shí)性、降低了設(shè)計(jì)成本。大量實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明,本方案硬件設(shè)計(jì)合理、算法高效、系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠,達(dá)到了消防員室內(nèi)定位的需要,具有較強(qiáng)的使用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。
[Abstract]:The rapid development of the society and the frequent fire situation put forward higher and higher requirements for fire fighting rescue. In view of the special situation of the fire scene, the development of efficient and reliable fireman indoor positioning equipment, To ensure that the rear command system can understand the position and movement of fire fighting personnel in real time, deploy rescue decisions efficiently and quickly, and effectively complete the rescue mission. It is of great significance to ensure the life and property safety of firefighters and people. Firstly, this paper briefly introduces the research status of indoor positioning technology and inertial navigation. Because the traditional indoor positioning technology can not be directly applied to the fire site environment, In this paper, based on the research foundation and special application scene of firemen's single combat investigation system, a new scheme of fireman's upper and lower inertial navigation is proposed, which does not depend on external information. Then, the hardware circuit of each module of the scheme is designed. Including the power circuit FPGA minimum control system, dual inertial navigation module and Bluetooth module, etc. After that, the establishment process of neural network, the estimation of walking displacement and the calculation algorithm of indoor heading angle are discussed. The function of the system is realized by using FPGA according to Top-Downmodularization design idea and flow chart, and the simulation test of each unit module is completed. The indoor positioning scheme proposed in this paper abandons the usual zero-speed detection algorithm. Based on the research and analysis of inertial navigation data, a BP neural network model for the estimation of human motion state and walking step size is established. Combining with the calculation of the step frequency of autocorrelation function, the walking distance is solved. The calculation of indoor displacement value is more accurate, the extended Kalman filter (EKF) is used to fuse the inertial navigation data, and the moving azimuth angle of the traveller can be calculated accurately. The locator adopts field programmable gate array (FPGA) with parallel data processing ability as main controller, which can process the data collected by the two inertial navigation modules at the same time, which improves the real-time performance and reduces the design cost. A large number of experiments show that, The hardware design of this scheme is reasonable, the algorithm is efficient, the system performance is stable and reliable, which meets the need of fireman's indoor positioning, and has strong application value and broad application prospect.
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN96

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本文編號(hào)：1688788