[发明专利]一种高背景磁场下的磁定位方法及装置

权利要求书

1.一种高背景磁场下的磁定位方法，其特征在于，布置在背景磁场大小和方向均相同的两个空间对称位置点的传感器组检测背景磁场以及目标物体的永磁块磁场，采用差分放大电路将传感器组中差分传感器和被差分传感器检测得到的相等的背景磁场磁感应强度作为共模信号相减，剔除高背景磁场，得到传感器组中两传感器位置点处目标物体永磁块的磁感应强度差值；由N组传感器组测量得到包含N个磁感应强度差值的磁感应强度差值向量，N≥5；采用差分磁定位算法，得到差分磁定位方程组；将包含目标物体永磁块位置和姿态变量的差分磁定位方程组与实际测量所得的磁感应强度差值向量建立目标函数；采用非线性优化算法求解目标函数，即可获得目标物体永磁块的三维位置和二维姿态，完成目标物体的定位过程；

所述的差分磁定位算法为：根据在高背景磁场下传感器组检测得到的磁感应强度差值信号只包含目标物体永磁块的磁场信号，得到磁感应强度的差值方程：

式(3)中，B_(i)k(α)为第k组传感器组中被差分传感器所在位置点处的永磁块磁感应强度；B_(i+1)k(α)为第k组传感器组中差分传感器所在位置点处的永磁块磁感应强度；Bⁿ_k(α)为第k组传感器组检测到的磁信号相减后其敏感轴方向上的磁感应强度差值，k＝1，2，…，N，N≥5；n为敏感轴的方向分量，n＝{i，j，k}； 其中x，y，z为目标物体永磁块的位置变量， 为目标物体永磁块的磁矩方位角变量；

N组传感器组的传感器阵列的差分磁定位方程组为：

式(4)中，Bⁿ_k(α)为第k组传感器组在放大电路中共模相减后其敏感轴方向上的磁感应强度差值，k＝1，2，3，...，N；n为传感器组的敏感轴方向分量，n＝{i，j，k}；B_d(α)为N组传感器组差分相减后其敏感轴方向上的磁感应强度差值向量；将包含目标物体永磁块位置和姿态变量 的差分磁定位方程组(4)与实际测量所得的磁感应强度差值向量建立目标函数f(α)；采用非线性优化算法求解目标函数f(α)，即可获得目标物体永磁块的三维位置(x，y，z)和二维姿态 完成定位过程。

2.应用权利要求1所述的高背景磁场下的磁定位方法的装置，其特征在于，所述装置包括传感器阵列(1)、信号处理模块(2)和数据处理及算法系统(3)；传感器阵列(1)检测到的背景磁场和永磁块的磁感应强度信号经过差分放大电路(21)，将差分传感器(121)和被差分传感器(122)检测到的磁信号相减，去除传感器组在两个传感器(11)位置点处 检测到的高背景磁场(61)，保留含有弱小的永磁块磁场(62)的磁信号；传感器组中两传感器(11)位置点处的磁信号相减后的差值，再经过同相放大电路(22)进行二次放大；经过两次放大的磁信号经低通滤波(23)，将引入到磁检测信号中的高频噪声滤去，再经过A/D转换(24)后将模拟信号转换为数字信号，通过PCI总线，传送至计算机内；数据处理及算法系统(3)将采样后存储的磁信号差值数据选取连续的多个数据F取平均值，作为差分磁定位算法的检测信号 根据目标物体永磁块磁场分布数学模型的差分磁定位公式(4)得到N组传感器组差分相减后其敏感轴方向上的磁感应强度的差值向量B_d(α)，由差分磁定位算法和所述装置测量所得的磁感应强度差值确定目标函数f(α)；采用非线性优化算法优化目标函数f(α)，计算得到永磁块的位置和姿态。

3.根据权利要求2所述的高背景磁场下的磁定位方法的装置，其特征在于，传感器阵列(1)由N组传感器组组成，每组传感器组均由两个传感器(11)构成，传感器组的数量多于或者等于5组，传感器总个数大于或等于10个；选择背景磁场相等的两空间对称位置点处，布置一组传感器组；各传感器组中的传感器敏感轴方向布置在三个两两垂直的方向上，每组传感器组中的两个传感器敏感轴的布置方向一致；传感器阵列(1)布置在工作区域外部，传感器组的布置位置和传感器敏感轴方向覆盖目标物体运动的整个区域。

4.根据权利要求3所述的高背景磁场下的磁定位方法的装置，其特征在于，信号处理模块(2)由信号处理通路组成，每路信号处理通路均由差分放大电路(21)、同相放大电路(22)、低通滤波电路(23)、A/D转换(24)组成；每组传感器组对应一路信号处理通路。