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《基于 uwb 的消防員室內無線定位算法分析與仿真》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在工程資料-天天文庫。
1、基于UWB的消防員室內無線定位算法分析與仿真1緒論1.1背景及意義隨著社會和科技的進步，石油、化工、建材等高火險行業(yè)快速發(fā)展，由于危險化學品導致的易燃易爆場所迅速增加，導致高樓大廈或大型建筑場地內的火災頻繁發(fā)生。潛在性起火因素日漸增多，火災形勢愈發(fā)多樣性、復雜化。尤其是在爆炸、化學事故等疊加災害的救援過程中，由于進行搜索救援時室內環(huán)境復雜，消防人員在面對火災撲救工作外，還需擔負救援傷患的任務。導致消防員在搜救過程中可能消耗的時間和經(jīng)歷過多，從而危及自身安全[1]。因為此類突發(fā)情況而因公殉職的消防人員逐年遞增。如今，戰(zhàn)斗于一線的消防工作
2、已然成為社會中最為危險的行業(yè)之一。在事故現(xiàn)場進行救援的同時，如何保障消防人員自身的生命安全也是成為人們關注的交點。若能在指揮中心精確地定位火災現(xiàn)場消防人員的位置信息，除了能更高效地展開人員調度及營救工作外，更能確保消防人員自身遭遇險情時得到及時的援救，減少消防人員的傷亡率，因此針對火災現(xiàn)場消防人員的定位算法研究是十分有意義的[2,3]。........1.2消防救援定位國內外研究現(xiàn)狀1.2.1基于無線電測向的救援定位無線電波依賴于自由空間內的均勻介質發(fā)送信號，利用交叉天線完成信號的接收。依據(jù)到達接收端的信號強度，天線可初步估計發(fā)射信號
3、的方向。美國exit-technologies公司基于此工作原理，研發(fā)了名為TrackerFRT的消防救援裝置[1]。當身處火災現(xiàn)場的消防人員遭遇險情時，其佩戴的TrackerFRT將會發(fā)出呼救信號，指示周邊人員前來救援。上海市消防研究所成功改進了這一裝置，使其增加了距離指示功能。當消防人員需要援助時，救援人員會持有改進的裝置進行搜尋，裝置以接收信號的強弱判斷救援方向，以及與消防人員的相對距離達到定位的效果。在火災現(xiàn)場的噪音繁多復雜的情況下，由于求救信號具有繞射性，所以搜救設備接收信號后會依據(jù)障礙物對指示方向進行一定優(yōu)化，但所受多徑干
4、擾仍然會在一定程度上影響定位精度，導致搜救效率降低。1.2.2基于RFID的火災救援設備RFID（RadioFrequencyIdentification）技術，又稱為射頻識別技術，適合于室內定位應用?；赗FID技術的室內定位系統(tǒng)主要由兩部分組成：分別為RFID閱讀器和RFID標簽[4,5]。兩者可在非接觸的前提下，運用與之相匹配的射頻識別信號，完成信息采集、存儲等相關功能。RFID標簽依據(jù)其不同的工作原理，可分為兩種類型：有源標簽和無源標簽。有源RFID標簽自身包含電源供應設備，可在一定信號覆蓋區(qū)域內主動搜索來自閱讀器的詢問信號，
5、與之進行信息傳遞。而無源RFID標簽只能依靠接收閱讀器發(fā)出的射頻信號提取能源，被動地反饋自身信息。與有源RFID標簽相比，無源RFID標簽外形更為輕便、價格低廉，所以被廣泛應用于物流、零售、交通等行業(yè)[6]。美國加利福尼亞大學伯克利分校利用RFID技術共同研究開發(fā)了一套火災現(xiàn)場信息收集和救援裝置[1]。由于無源RFID標簽的傳輸距離有限，通常情況下為1到2米，無法達到在火災現(xiàn)場的工作要求。所以此處將選用有源RFID標簽。有源的RFID設備事被先安裝在建筑物內，及消防人員統(tǒng)一使用的氧氣瓶上。當發(fā)生火災時，消防人員進入RFID信號接收范圍
6、內，建筑物內配備的RFID設備會將煙霧濃度、室內溫度等信息傳遞給消防員，而消防員同時將自身的編號反饋給設備，從而對其位置進行跟蹤和監(jiān)控。由于RFID具有近距離感應的特點，所以在搜救過程中采用接收信號強度（RSSI，ReceivedSignalStrengthIndication）的定位方法。在定位中，采取RSSI建庫方法，即預先采集目標區(qū)域內多個參考節(jié)點的RSSI值后，建立關于位置信息的指紋庫，而后在實際應用時，目標節(jié)點接收到參考節(jié)點對應的RSSI值后，與事先創(chuàng)建的指紋庫中的數(shù)值進行相關運算，提取相關度最大的值所對應的位置信息，得到目
7、標節(jié)點估計定位[7]。在具體實施定位時，對于負載多變的消防環(huán)境而言，建立一個性能穩(wěn)定的指紋庫具有一定難度。.......第2章超寬帶室內定位技術2.1超寬帶概述超寬帶（UHz，則不論信號的相對帶寬是否超過規(guī)定值，都認定其為Uotorola、IBM和Intel等主流芯片生產(chǎn)廠商對UultispectralSolution公司和美國海軍設施工程服務中心（NFESC，NavalFacilitiesEngineeringCenter）聯(lián)合開發(fā)的UHz。在多徑效應存在的前提下，信號接收機通過高速隧道二級管檢測器對USE，Root-Mean-Sq
8、uareError），對算法的性能進行評估。在二維定位算法中，假設信噪比為-5dB，分別選取參考節(jié)點為4-9個的條件下，使用TOA定位算法、基于LSE的TDOA定位算法、基于Chan的TDOA定位算法及TDOA/AOA混
