[发明专利]使用一个或多个磁场的运动追踪系统

说明书

背景技术

当前追踪人员头部或其它对象的位置和取向的方法是复杂和昂贵的。现有 磁性头部追踪或运动追踪系统要求磁场的主动发射。磁性发射器通常是用电流 激励(energize)以产生磁场的三个线圈。这要求敷设电缆和复杂的驱动电路。 三个线圈一次一个相继地或者用三个不同的频率被激励。

已经进行尝试来仅使用地球的磁场和磁力计追踪人员头部，但是这具有严 格的限制，因为单独从地球的磁场矢量得到所有三个旋转(方位角、仰角和滚 动)是不可能的。

因此，存在对用于商业和军事应用两者的更简单和较不昂贵的追踪系统的 需要。

发明内容

提供了一种用于追踪对象的运动的系统和方法。系统包括被配置成生成第 一静态磁场的至少第一磁源，其中第一磁源被固定在第一坐标框架中，以及配 置成位于对象上并且检测第一静态磁场的多个磁性传感器。磁性传感器位于相 对于第一坐标框架可移动的第二坐标框架中。处理器操作用于从磁性传感器接 收磁场数据。操作性地耦合到处理器的存储器单元被配置成存储针对第一坐标 框架定义的磁场模型或磁场数据库，以及针对第二坐标框架定义的具有不确定 性的磁性传感器测量模型。处理器基于存储在存储器单元中的磁场数据和其它 信息来计算和输出对象的已估计位置和取向。

附图说明

从下面参考附图的描述，本发明的特征对于本领域技术人员来说将变得显 而易见。应该理解附图仅描述典型的实施例并且因此不被认为是在范围方面的 限制，本发明将通过使用附图来用另外的特征和细节被描述，其中：

图1是图示出根据一个实施例的运动追踪系统的示意图；

图2是根据一个实施例的用于运动追踪系统的设置方法的框图；

图3是根据一个实施例的用于在运动追踪系统中使用的估计方法的流程图；

图4A-图4C是图示出根据一个实施例的用于运动追踪系统的示例性设置 的示意图；以及

图5是图示出根据另一个实施例的用于运动追踪系统的示例性设置的示意 图。

具体实施方式

在下面的详细描述中，充分详细地描述实施例以使得本领域技术人员能够 实施本发明。应该理解可以在不脱离本发明的范围的情况下利用其它实施例。 因此，下面的详细描述不应被理解成限制意义。

提供了运动追踪系统和方法，其采用一个或多个磁场来追踪人员头部或其 它对象的位置和取向。在本系统和方法中，由磁源(例如一个或多个永久磁铁、 或用直流(DC)驱动的线圈)生成一个或多个静态磁场。

磁源生成通常90度分开的具有不同取向的轴的偶极场。偶极场的交叉创建 唯一一组场梯度。用多个三轴磁性传感器来感测DC磁场，例如包括非共线接 收器的三接收器三元组。接收器可以是磁阻磁力计，或者能够准确地测量DC 磁场的任何其它类型接收器。接收器的几何位置可以相对于彼此固定或可变。

在一个实施例中，本系统采用生成DC磁场的两个或更多偶极，其由能够 感测DC磁场的三个或更多接收器三元组感测。接收器三元组可以例如被安装 在头部安装显示器、头盔或头带上。

在多个接收器三元组在DC磁场内移动时，感测并且可以分析唯一场梯度 以确定每个传感器三元组的x、y和z位置。一旦已知每个接收器三元组的位置， 可以确定追踪系统的传感器组(suite)的角度取向，包括方位角、仰角和滚动。 在一个实施例中，这允许追踪系统确定人员头部或其它对象的位置和取向两者。

本追踪系统的简单导致更低的成本并且允许该系统在对其中存在大量金属 的其它系统很大程度上不实用的环境中使用，其可以影响AC磁性或脉冲DC 磁性系统。因此，本系统可以在飞行器、坦克、装甲车辆、消费者可穿戴显示 器、用于轮椅限制用户的运动指示、以及其它商业或军事应用中实施。

本系统也确实不具有光学追踪器具有的弱点，因为它对于干涉光源不受影 响。此外，本方法避免了现有的AC或脉冲DC系统在其中存在金属的环境中 的涡流问题。