[发明专利]基于正交分布磁源的磁标记定位方法

说明书

本发明涉及一种基于正交分布磁源的磁标记定位方法，将正交分布的磁源作为标记物，固定于待追踪对象，利用磁源建立空间磁场；通过位置姿态已知的磁检测传感器，获得传感器位置上，由磁源建立的空间磁场叠加环境噪声的磁场磁通密度分布信息，结合磁源正向磁偶极子模型计算所得传感器位置上由磁源激发空间磁场分布的理论值，以及传感器阵列测量所得该位置上空间磁场磁通密度实际分布信息，建立待追踪对象的实时空间位置和姿态参数逆向求解数学模型，通过最优化算法，实现待追踪对象空间运动轨迹位置和姿态的在线实时追踪识别。通过正交分布磁源实现高信噪比的磁源激发空间磁场分布信息地获取，实现磁源位置、姿态信息求解精度的提高。

技术领域

本发明涉及一种追踪定位技术，特别涉及一种基于正交分布磁源的磁标记定位方法。

背景技术

在运动对象定位技术中，尤其是生物医学领域中的定位需求，常常要求定位技术采用非接触、传播不依赖于介质和无副作用等特性，如用于胃肠道检测的内窥镜胶囊定位，或者用于失语症治疗的口腔内舌体运动检测等。磁标记技术因其具有的非接触性、传播不依赖于介质以及成熟的数理模型等优势，而被广泛地应用于解决生物医学领域的定位问题。

磁标记定位方法通过将励磁源固定于待追踪对象，作为标记物，用励磁源的空间位置和姿态表征待追踪对象的空间位置和姿态，通过求解励磁源激发的空间磁场分布与其位置和姿态参数之间满足的数学模型，实现标记磁源定位，称为磁逆问题求解。在磁源定位技术中，磁源激发的空间磁场磁通密度分布信息的信噪比对磁逆问题求解结果的精度具有明显地影响。高的空间磁场磁通密度分布测量信息信噪比，将获得更高的定位精度。然而，励磁源激发的空间磁场强度会随着观测点与励磁源之间距离剧烈地衰减。此外，由于励磁源的磁偶极矩具有指向性，使得当励磁源的磁偶极矩与励磁源指向观测点矢量接近正交时，观测点检测到的励磁源激发空间磁场磁通密度强度较弱。因此，如何在现有的磁定位技术基础上，减弱因励磁源磁偶极矩指向性对检测所得磁场强度的影响，获得更高的信噪比，实现高精度磁源定位结果是磁标记定位技术研究领域的重点。

发明内容

本发明是针对基于磁标记的定位技术存在的问题，提出了一种基于正交分布磁源的磁标记定位方法，实现高精度、快速定位。

本发明的技术方案为：一种基于正交分布磁源的磁标记定位方法，具体包括如下步骤：

1)在待追踪对象上放置正交分布磁源，用于标记待追踪对象，正交分布磁源由两个独立的磁源构成，磁源采用磁偶极子模型，两个磁源的磁偶极矩互相垂直，形成正交分布，正交磁源在待追踪对象周围形成空间磁场分布；

2)利用在全局直角坐标系中空间位置和姿态已知的磁检测传感器阵列，测量该正交磁源建立的空间磁场磁通密度分布情况，磁检测传感器是单轴或者多轴的；

3)基于磁源磁偶极子模型以及空间位置和姿态已知的磁检测传感器阵列测量所得传感器位置上的空间磁场磁通密度分布信息，建立正交磁源实时空间位置和姿态参数的逆向求解模型；

4)通过优化算法，求解正交磁源实时空间位置和姿态参数求解模型，获得待追踪对象实时空间位置和姿态。

所述步骤1)中正交分布磁源的两个独立磁源均采用磁偶极子进行建模，两个磁源的位置参数分别为r_p和r_p⊥，两个磁源的磁偶极矩强度分别为m和m_⊥，两个磁源的磁偶极矩方向分别为M和M_⊥，并且它们的磁偶极矩相互垂直，即满足M·M_⊥＝0；

第i个磁检测传感器在全局直角坐标系x-y-z中位置参数为r_si，根据两个独立磁源磁偶极子激发的空间磁场磁通密度分布的理论计算，得到第i个磁检测传感器位置的空间磁场磁通密度分布值为两个独立磁源激发的空间磁场磁通密度分布B_ci和B_ci⊥的线性叠加B_Σc(i)，