[发明专利]一种基于磁偶极子模型的磁性标记物定位方法及装置

权利要求书

1.一种基于磁偶极子模型的磁性标记物定位方法，其特征在于：包括如下步骤：

A、固定布置磁性标记物和由M个磁传感器组成的磁传感器模块，磁性标记物的两极连线竖直延伸，且位于各磁传感器的感应范围内；

B、读取第i个磁传感器所测得的磁感应强度数据，根据该磁感应强度数据建立磁偶极子模型，基于磁性标记物的竖直布置方式，得到磁偶极子模型的第一简化模型，并将该第一简化模型转换为一个一元四次方程，利用解析方法对该一元四次方程进行求解以得到正实根，并进入步骤C；

C、对所述第一简化模型进行变换得到第二简化模型，根据磁传感器模块所在位置与磁性标记物中心位置之间的高度相关参数、正实根和第二简化模型，计算得到磁性标记物对应于第i个磁传感器时的空间二维位置；

D、将磁性标记物分别对应于M个磁传感器时的各空间二维位置进行融合，得到磁性标记物的最终位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁偶极子模型的磁性标记物定位方法，其特征在于：所述步骤B包括如下步骤：

B1、建立以磁传感器模块中心为原点的全局坐标系和以第i个磁传感器为中心的局部坐标系，第i个磁传感器在全局坐标系下的坐标为(u^g,v^g)；

B2、根据第i个磁传感器测得的磁感应强度数据建立磁偶极子模型为：

其中，B_x、B_y、B_z分别为磁感应强度在各方向上的分量，B_T是与磁性标记物磁矩有关的参数，(x,y,z)是第i个磁传感器在全局坐标系下的位置坐标，设(a,b)是磁性标记物在全局坐标系下的空间二维位置坐标,c为磁传感器模块所在位置相对于磁性标记物中心的高度相关参数，H₀＝(m,n,p)^T是表示磁性标记物方向的单位矢量，m²+n²+p²＝1，

B3、统一全局坐标系与局部坐标系，以第i个磁传感器为中心建立新的坐标系，在新的坐标系中，磁传感器的位置坐标(x,y,z)＝(0,0,0)，因磁性标记物方向为竖直方向，故磁钉的方向单位矢量为(m,n,p)＝(0,0,1)，则可得到磁偶极子模型的第一简化模型：

B3、根据第一简化模型构建方程为：

将该方程简化为一元四次方程：

A·R⁴-F·R-C＝0，

其中，R＝r²＝(a²+b²+c²)，A＝B_x²+B_y²+B_z²，F＝B_T²，C＝3B_T²c²；

B4、利用解析方法对上述一元四次方程进行求解，并保留正实根R_z。

3.根据权利要求2所述的一种基于磁偶极子模型的磁性标记物定位方法，其特征在于：所述步骤C包括如下步骤：

C1、将第一简化模型变换为第二简化模型：

C2、分别将步骤B2中测得的B_x和B_y、步骤B3中计算所得的正实根R＝R_z，代入步骤C1中的第二简化模型，即可得到所述磁性标记物在以第i个磁传感器为原点的局部坐标系下的空间二维位置(a^s,b^s)；

C3、设所述磁性标记物对应于第i个磁传感器时，在全局坐标系下的空间二维位置为(a^g,b^g)，则：a^g＝u^g+a^s，b^g＝v^g+b^s。

4.根据权利要求2或3所述的一种基于磁偶极子模型的磁性标记物定位方法，其特征在于：所述M取值为不小于1的整数。