电磁定位方法研究与系统设计

发布时间：2020-08-15 11:15

【摘要】：电磁定位/跟踪技术是利用电磁场的空间分布信息来获取目标的位置和姿态的一种定位/跟踪方法,具有无辐射伤害、无视线障碍,操作简单方便的特点,因此被广泛应用在医疗器械、交通运输、机器人学习、军事系统和可穿戴设备中。本文主要针对电磁定位/跟踪的方法和系统设计进行了深入研究。本文首先分析了几种具有典型性的电磁定位/跟踪技术,并进行了总结和比较。针对目前电磁定位/跟踪技术的算法复杂、可能存在局部最优解和易受到外界磁场干扰的缺陷,提出并深入研究了基于双独立旋转磁棒的磁定位方法。之后,搭建了基于数字信号处理器(DSP)的双独立磁棒磁定位系统,并对系统性能进行了测试。在分析系统测试结果的基础上,本文继而提出了一种基于信号拟合技术的磁场信号处理方法和一种基于微动平台的磁定位系统标定方法,用以提高系统的定位准确度。为了进一步提升系统的定位速度,本文分别提出了新的基于电控扫描的定位方法和基于鉴相技术的定位方法,并进行了仿真研究和初步的系统设计。本文通过仿真和实际系统的设计,验证了双独立磁棒磁定位算法的有效性,证明了本算法具有计算简单、无局部解、抗干扰能力强的优点。通过算法和系统的优化设计,定位精度能够达到毫米量级,定位速度有望达到秒级。
【学位授予单位】：复旦大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R310;TN911.7
【图文】：

式（２．１）表示了磁偶极子在空间中的磁感应强度的分布，式中Ｐ为磁偶极子的逡逑磁矩，ｒ为磁偶极子中屯、指向定位目标的矢量，ｒ为ｒ的模，／／0为真空磁导率。逡逑如图２．１所示。逡逑Ｂ（ｒ，ｐ）＝辟罕—Ｐ）逦ａｕ逡逑４巧’邋ｒ逡逑当磁偶极子分别绕Ｘ轴、Ｙ轴旋转时，设逡逑口邋＝邋［０邋０邋片］逡逑９逡逑

图２．２不同扫描半径下的磁棒和偶极子模型的磁感应强度分布对比图逡逑２N２设计思路逡逑

逦旋枯巧巧ｒ）逡逑ＡＢＣ逡逑图２．２不同扫描半径下的磁棒和偶极子模型的磁感应强度分布对比图逡逑２N２设计思路逡逑根据上一小节中得出的结论，可利用两个放置在空间不同位置磁棒的轴线逡逑指向，来唯一地确定跟踪固标的空间坐标和姿态，这是双磁棒旋转搜索的磁定位逡逑方法的基础。逡逑双独立旋转磁棒定位方法的基本思路是；磁场源设计为两支放置在空间不同逡逑位置的、可独立地在水平面和坚直面进行旋转、实现空间中的任意指向的磁棒；逡逑固定在跟踪目标上的Ｓ轴磁传感器可检测所在位置的磁感应强度。当磁棒通过逡逑旋转搜索指向跟踪目标时，磁传感器可Ｗ检测到最大磁感应强度；当两支磁棒均逡逑指向跟踪目标时，根据磁棒旋转的角度和两磁棒之间的距离，通过几何运算即可逡逑确定传感器相对于磁棒的空间位置。进一步，因为当磁棒指向传感器时，传感器逡逑检测到的磁感应强度方向与磁棒轴线方向一致，通过旋转坐标系的方法可计算出逡逑磁棒的空间姿态，终实现对跟踪目标的＝维六自由度的定位。逡逑ｚｉ邋Ｉ逦Ｘ－邋心＇逡逑■感器逡逑图２．３双磁棒旋转搜索算法坐标系逡逑１１逡逑

【参考文献】

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1 梁志国,路克杰,孙t熡

本文编号：2794035