论文部分内容阅读
在应急救援行动中,救援人员与待救人员的位置信息对指挥救援中心均至关重要。救援人员携带的惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)可以在各种复杂环境中,仅依靠惯性传感信息实现对救援人员的位置估计,但在很大程度上仍无法获取待救人员的位置信息。因此,发展具有搜寻功能的人员定位技术成为现代高效应急救援的关键。超宽带(Ultra Wide Band,UWB)雷达技术发展迅速,雷达传感器逐渐趋于小型化与便携化,通过与惯性技术相结合,可以实现搜寻过程中的位置信息互补,完成对待救人员的搜寻,具有很好的应用前景。本文通过救援人员随身携带惯性测量单元与UWB终端的方式获取救援人员与待救人员的位置信息。由惯性测量单元和UWB终端提供救援人员的位置信息,由救援人员携带的UWB搜寻雷达获取待救人员的位置信息,最终实现系统的定位与搜寻功能。主要研究内容如下:针对救援人员的定位问题,本文提出了一种基于UWB和IMU的联合定位算法。该算法以扩展卡尔曼滤波器作为信息融合框架,以UWB设备的测距信息作为观测量,并建立非视距(Non-Line of Sight,NLOS)误差识别与补偿机制。实验证明,联合定位算法降低了对于UWB基站数量的要求,在稀疏基站的情况下,算法依然能够精确定位救援人员。同时,联合定位算法能够对测量结果中的NLOS误差进行识别与补偿,与传统融合算法相比,联合定位算法在复杂环境中的定位误差下降了48%。针对待救人员的搜寻问题,本文采用基于移动式雷达网络的目标搜寻算法与UWB搜寻雷达合成孔径(Synthetic Aperture Radar,SAR)成像技术结合的方式发现并定位待救人员。其中,基于移动式雷达网络的目标搜寻算法可以借助冗余测量信息缓解测距误差带来的影响,能够对待救人员进行初步定位,有效缩小了救援人员的搜索范围。UWB搜寻雷达合成孔径成像技术可以对待搜索区域进行探测,通过比较不同时刻的探测结果发现并定位待救人员,实验证明搜救技术的成功率达到70%。