[发明专利]紧凑型多用户多级多目标磁跟踪系统

说明书

本公开涉及紧凑型多用户多级多目标磁跟踪系统。公开了一种紧凑型多用户磁跟踪系统。在一个实施方案中，通过使用发射器处的单个线圈和惯性传感器以及接收器处的磁力计和惯性传感器来感测由该单个线圈生成的磁场并确定该接收器相对于该发射器的位置和姿态来实现紧凑性。该发射器和该接收器各自包括用于交换时钟同步数据并向该接收器发送发射器姿态数据的无线收发器。在另一个实施方案中，频分复用或时分复用用于区分该多用户磁跟踪系统的多个用户。

技术领域

本公开涉及磁跟踪系统。

背景技术

磁跟踪系统用于跟踪移动目标的位置。现有磁跟踪系统包括生成覆盖三维(3D)空间的交变或静态电磁场(下文称为“磁场”)的基站或“发射器”。磁场通常由被布置成彼此垂直的三个线圈(称为“三轴线圈”)发射。另选地，三轴线圈被放置在安装在移动平台上的外壳中。发射器附近的“目标”在目标移动时感测磁场的变化，并且基于该变化来确定该目标的位置。现有磁跟踪系统中使用的常规三轴线圈发射器设计具有使得该设计不适用于需要具有薄的或平坦的形状因数的外壳的某些应用的物理几何形状。

发明内容

公开了一种紧凑型多用户多级多目标磁跟踪系统。在第一实施方案中，紧凑性通过发射器来实现，该发射器包括单轴线圈、直流(DC)磁力计和惯性传感器，以及包括交流(AC)磁力计、DC磁力计和惯性传感器的一个或多个目标。包括在发射器侧中的单轴线圈发射磁场，该磁场由该一个或多个目标中的每个目标中的AC磁力计感测。包括在发射器和一个或多个目标中的DC磁力计和惯性传感器分别用于确定发射器和一个或多个目标的姿态。发射器和一个或多个目标各自包括无线收发器，该无线收发器用于发射和接收时钟同步数据并且在发射器和目标之间传送姿态数据，以用于计算发射器和目标之间的相对姿态或反之亦然。

在多目标实施方案中，有多个目标连接到特定发射器，并且每个目标相对于发射器被跟踪。

在多用户实施方案中，通过将不同频率分配给不同发射器或通过确保一次仅一个发射器发射磁场，频分复用或时分复用于检测和/或区分磁跟踪系统的多个用户。每个发射器支持多个目标。

在多级实施方案中，高级发射器跟踪较低级别发射器在磁跟踪系统中的位置。在该实施方案中，较低级别发射器的AC磁力计检测由高级发射器产生的磁场，并且计算其相对于高级发射器的位置。

本文所公开的紧凑型多用户多级多目标磁跟踪系统的特定具体实施提供以下优点中的一个或多个优点：1)由于包括在目标中的AC磁力计和DC磁力计减小到毫米级而使得形状因数减小；2)由于只有一个线圈包括在发射器中，因此降低了复杂性，从而消除了对线圈对准和平衡的需要；4)由于单轴线圈设计而使得校准较少；5)通过在千赫(kHz)范围内操作而使得环境干扰抑制得到改善；6)经由短程无线通信(例如，蓝牙)和/或锁相环路(PLL)使用时钟同步而使得稳健性得到改善；以及7)使用频分复用或时分复用来检测和/或区分多个用户的能力。

其他实施方案涉及系统、方法、装置和非暂态计算机可读介质。

在下面的附图和具体实施方式中示出了所公开的具体实施的细节。从说明书、附图和权利要求书中明显看出其他特征、目标和优点。

附图说明

图1A示出了具有三轴线圈发射器和三轴磁力计接收器的常规磁跟踪系统。

图1B示出了使用基于磁体的发射器和三轴磁力计接收器的常规磁跟踪系统。

图2A示出了根据一个实施方案的紧凑型多用户多级多目标磁跟踪系统。

图2B示出了根据一个实施方案的用于使用具有单轴线圈的发射器来跟踪接收器的模型。

图3A示出了根据一个实施方案的图2A和图2B的紧凑型多用户多级多目标磁跟踪系统的具体实施。

图3B示出了根据一个实施方案的图2A和图2B的紧凑型磁跟踪系统的另选具体实施。