消防员在复杂的室内环境中实施救援时,受有毒气体、烟尘的影响,难以判断自己当前所处的位置,监控指挥人员也缺乏有效的方式对消防员进行实时定位,在消防员遇险时,无法提供及时有效的救援。室内环境下无法使用GPS,而Wi-Fi、蓝牙、RFID、UWB等室内定位方式需要预先布置基站,不能满足应急救援的要求。而且救灾现场往往伴随着电力中断、通信瘫痪等问题,定位数据无法通过基础通信设施传输,需要建立独立的通信网络。然而,复杂的室内环境会造成信号的严重遮挡,影响通信网络的覆盖范围,无法进行大范围的室内定位。针对以上问题,本文设计了一套基于惯性导航原理的穿戴式消防员导航定位系统,该系统包括四部分:一个定位节点、多个中继节点、一个接收节点和一款监控终端上位机。其中,定位节点安装在消防员的脚后跟外侧,采集脚部运动的惯性数据,利用惯性导航原理,实时计算出消防员相对于初始位置的三维位置坐标,并将定位数据发送出去;多个中继节点由消防员随身携带,在行动过程中布置在室内,建立起独立的无线传输网络;接收节点与监控终端连接,接收到定位数据后转发给监控终端的上位机;上位机处理定位数据,实时显示消防员的位置坐标,绘制消防员的行动轨迹,坐标数据和轨迹图片可保存。本文对系统的算法、硬件和软件进行了详细研究和设计,主要内容如下:1、通过研究惯性导航的相关理论,分析人行走时的步态周期,并采用基于卡尔曼滤波的零速修正方法修正误差,设计了可以在嵌入式系统中实时运行的消防员导航定位算法,实现了对消防员在三维空间中位置的实时估算。2、针对穿戴式设备应具有的小体积、低功耗的特点,对系统硬件部分的各个模块进行了器件选型和电路设计,并制作了PCB电路板,焊接形成实物。3、通过分析各节点所要完成的功能,设计了定位节点的定位程序、中继节点的数据中继转发程序和接收节点的数据接收程序。在数据传输过程中,使用了基于LoRa技术的中继转发的方式,扩大了通信网络的覆盖范围。设计了监控终端上位机软件,实现了三维坐标和三维行动轨迹的实时显示和保存。最后,本文对系统进行了相对定位误差测试和通信距离测试,测试结果表明系统的相对定位误差在5%以内,通过布置中继节点,可完成数据的多跳传输,实现远距离、多楼层建筑物的信号覆盖,验证了系统具有一定实用价值。