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基于惯性导航技术的消防救援定位系统设计

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摘要

第1章 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 本课题主要研究内容及论文结构

第2章 相关理论及总体方案设计

2.1 惯性导航基本原理及关键技术

2.1.1 基本原理

2.1.2 常用坐标系及其转换关系

2.1.3 姿态更新方法

2.2 航位推测算法原理及其误差分析

2.2.1 航位推测算法原理

2.2.2 航位推测算法误差分析

2.3 误差处理的相关方法

2.3.1 定位误差来源及影响

2.3.2 系统误差处理方法

2.3.3 随机误差处理方法

2.3.4 零速修正法

2.4 总体设计方案

2.4.1 系统需求分析

2.4.2 系统整体解决方案

2.4.3 数据采集处理设计

2.4.4 数据通信设计

2.5 本章小结

第3章 消防救援定位系统的硬件设计

3.1 定位系统硬件结构

3.2 单人定位装置硬件设计

3.2.1 微控制器电路设计

3.2.2 惯性传感器电路设计

3.2.3 射频通信电路设计

3.2.4 电源电路设计

3.3 手持移动设备的选择

3.4 后方指挥中心系统平台设计

3.5 本章小结

第4章 消防救援定位系统的软件设计

4.1 定位系统软件结构

4.2 单人定位装置软件设计

4.2.1 数据采集处理软件设计

4.2.2 数据传输软件设计

4.3 手持移动设备软件设计

4.4 后方指挥中心软件设计

4.4.1 接收装置软件设计

4.4.2 上位机软件设计

4.5 本章小结

第5章 系统测试

5.1 开发调试平台及调试工具

5.2 定位系统功能测试

5.2.1 单人定位装置与手持设备连接测试

5.2.2 手持设备与后方指挥中心连接测试

5.2.3 定位系统综合测试

5.3 实验数据分析

5.3.1 行走距离的测试及精度分析

5.3.2 轨迹还原精度分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢

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摘要

近几年来,随着我国经济的高速发展,城市规模不断扩大,高层建筑日益增多,城市建筑结构日益复杂,给消防员的侦察、搜救以及灭火工作带来极大挑战。依据消防员实时发回的火灾现场信息,消防救援指挥部门做出相应的救援决策,可有效减少人员伤亡及财产损失。因此,深入研究室内消防员救援定位系统,对于工程实际应用及理论研究均具有十分重要的意义。
  本文在对我国现有的消防救援定位系统进行深入研究的基础上,结合我国当前的实际情况,采用惯性导航技术设计了消防救援定位系统,主要实现在复杂的火场环境下,对消防员进行精确定位。惯性导航技术是一种不依赖外部参照,完全自主的定位方法,具有很强的自主性和实时性。本文设计的消防救援定位系统分为三部分,即单人定位装置、手持移动设备和后方指挥中心。单人定位装置,主要实现数据采集、数据处理和数据通信的功能。其中,数据采集模块采用高集成度的MPU6050传感芯片作为主要芯片,实现数据采集功能;数据处理模块采用以ARM Cortex-M3为内核的STM32微控制器,实现数据处理功能;数据通信模块采用低功耗的CC2541蓝牙芯片,实现数据通信功能。对于手持移动设备和后方指挥中心部分则主要进行软件开发,实现火灾现场与消防车内指挥中心的数据通信,并在指挥中心内显示消防员的行走轨迹。
  本文对整个消防救援定位系统进行设计与搭建,完成了系统主要模块的设计以及调试工作,验证了设计方案的可行性。实验结果表明:该系统基本达到了设计要求,且定位精度高,稳定性好,能有效地实现消防员室内定位,并为消防指挥中心制定救援策略提供参考信息。

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