[发明专利]一种基于具有固定磁偶极矩标记磁源的线性定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁标记定位方法，尤其是涉及一种基于具有固定磁偶极矩标记磁源的线性定位方法。

背景技术

在基于磁标记定位技术中，标记磁源激发磁场的空间分布与标记磁源的位置、姿态参数满足特定的物理模型，利用磁测量传感器测量传感器采样位置点处标记磁源激发空间磁场的分布和标记磁源的物理模型，建立与标记磁源位置、姿态相关的目标函数，通过非线性迭代的反解方法不断调整待求解标记磁源的位置、姿态参数，以获得使目标函数最小的标记磁源的位置、姿态参数解，获得标记磁源的位置、姿态参数信息。磁标记定位技术由于具有非接触、无需激励源、传播不依赖于介质和物理模型成熟等优点，得到了广泛的应用，如工业生产中机械手臂终端运动轨迹追踪、医学上胃肠道检测所需内窥镜胶囊定位等。由于标记磁源位置、姿态参数的非线性逆问题求解多采用迭代优化方法实现，很大程度上受迭代初始值、迭代方向、收敛速度、收敛时间等影响，现有研究从软硬件着手改善标记磁源定位的精度和速度，包括增加用于测量标记磁源激发空间磁场的磁场测量传感器个数，获得信息量更大的磁场分布，然而，传感器个数的增加使得整个磁源定位系统成本增加、体积增大、使用不便，且更大的测量样本数据给后端信号处理带来很大负担；此外，通过矩阵和线代运算获得简化的非线性反解模型，然而，这些简化后的模型求解仍需至少五个以上的磁场测量传感器采样数据。如何以更少的传感器，更快地获得高精度定位是该磁标记定位领域研究的重点。

发明内容

针对上述背景技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供了一种基于具有固定磁偶极矩标记磁源的线性定位方法，对磁标记定位进行了研究，为快速、高精度、低成本的磁标记定位提供了一种有效的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

1)利用标记磁源构建空间磁场，被标记物体与标记磁源之间保持固定的空间相对位置，且该标记磁源的姿态通过姿态回归机构使标记磁源始终具有竖直向上的磁偶极矩，得到空间任意测量点上标记磁源产生磁场的磁通密度分布强度与该测量点同标记磁源之间间距的对应关系；

2)建立xyz直角坐标系，坐标系的坐标原点与标记磁源的中心点重合，z轴的正方向与标记磁源的磁偶极矩方向相同，再利用单个三轴磁场测量传感器检测该标记磁源产生的磁场在空间磁场任意一测量点处各个坐标轴方向磁通密度分量，获得测量点的磁通密度分布强度，根据步骤1)中的对应关系，获得测量点与标记磁源之间的间距；

3)由标记磁源磁偶极子正模型得到的各个坐标轴方向磁通密度分量和由三轴磁场测量传感器检测得到的磁通密度分量构建以下公式1：