南郵本科團隊研發超寬帶火場定位導航系統

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近日，記者從南京郵電大學了解到，該校本科生團隊成功研發出超寬帶（UWB）火場定位導航系統。該系統是一種追蹤室內應急救援人員實時三維運動軌跡、方位距離、高度、姿態等信息的裝置，用于輔助火場指揮員為迷途隊員導航、確定遇險隊員位置并快速組織搜救。憑借此項技術，該學生團隊獲得了2023年“互聯網+”大學生創新創業校賽特等獎。

據了解，在火場上，消防員單兵定位時由于環境復雜，信號易受火焰、墻體、濃煙干擾，是制約火場定位精度的根本原因。針對此問題，該學生團隊采用超寬帶通信擴頻技術，通過納秒級窄脈沖直接傳遞信號，可以在信噪較低的狀態下工作,抗干擾能力優秀。

“如同開車，若車道狹窄，所有的車都會擠在一個單車道上，而GHz級別的超寬頻譜范圍如同一條寬闊的車道，可以允許更多信號同時快速‘行駛’。”團隊負責人、南京郵電大學2020級軟件工程專業本科生黃宇辰介紹。

此外，該團隊還引入三維慣性導航的卡爾曼濾波技術，從包含噪聲的測量中估計動態系統的狀態，使定位數據處理部分精度提高了30%。

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測試效果圖  南京郵電大學供圖

“這個算法相當于結合了‘先驗’和‘后驗’兩個概念，‘先驗’即根據上一時刻的狀態，預測下一個狀態會在哪，而‘后驗’指的是根據傳感器捕獲的部分現場數據，進一步修正位置值，這樣就能達到既預測、又驗證的效果。”黃宇辰表示，最終，他們將裝置定位精度縮小至0.1米，并達到了僅0.01秒的延遲和更寬的工作溫度范圍。

傳統的GPS定位和藍牙定位在室內環境可視化簡陋，不能顯示各消防員的具體坐標，且難以識別立體位置，無法及時高效地施行救援活動。黃宇辰團隊突破了火場快速建模技術，獨創嵌入可視化平臺，使得定位系統可以基于火場建筑施工或竣工數據進行建模，并將超寬帶定位技術提供的坐標信息嵌入建筑3D模型中可視化顯示，解決了傳統定位系統中位置顯示不直觀的問題，“讓每一扇窗，每一面墻都能具體顯示”。