[发明专利]基于微动平台的磁跟踪系统的磁场源标定方法及系统

摘要

本发明属于电磁测量技术领域，具体为一种基于三轴微动平台的磁跟踪系统的磁场源原点及初始姿态标定方法及系统。本发明的标定系统，由三轴微动平台、三轴磁传感器、两个可旋转并实现空间任意指向的磁场源和控制处理显示装置组成，可实现磁场源之间相对位置及姿态的标定。具体标定方法是，由三轴微动平台控制磁传感器移动至选定的5个已知坐标点；再利用电磁跟踪系统对5个点的空间位置定位，获得磁场源与这些点之间的空间位置信息，然后计算出磁场源之间初始相对位置及姿态。根据标定结果对基于旋转磁场的磁跟踪算法进行校正，可显著提高定位精度。

主权项

一种基于微动平台和旋转磁场的磁跟踪系统的磁场源标定系统，其特征在于由下述四个部分组成：磁场源、三轴磁传感器装置、控制处理显示装置以及三轴微动平台；其中：所述磁场源有2个，均由正交三轴线圈和对应的三个控制驱动电路组成；正交三轴线圈的三个电磁铁线圈几何中心重合；第二磁场源的原点在第一磁场源的X轴上，两磁场源原点之间的距离为d，两磁场源的Y轴和Z轴相互平行；构成磁场源的电磁铁采用恒流激励方式，由控制处理显示装置控制每组的激励电流强度；正交三轴线圈用以模拟空间任意指向的磁棒； 所述磁传感器装置固定于三轴微动平台，由三轴微动平台控制其在空间精确移动，测量三个正交方向的磁感应强度；所述三轴磁场传感器装置包括：三轴分量传感器、一个信号调理和模拟‑数字转换模块，三轴分量传感器分别用来检测三个正交方向X’、Y’和Z’的磁感应强度，其输出经后续的信号调理和模拟‑数字转换模块送入控制处理显示装置，由控制处理显示装置中的采样处理模块采样处理； 所述控制处理显示装置由控制单元、算法单元、显示输出单元和三轴微动平台控制单元组成，所述控制单元包括三个部分：采样处理模块、激励电流强度控制模块和微动平台控制模块，采样处理模块是微处理器自带的I/O口，用于采样处理来自信号调理和模拟‑数字转换模块的信号；激励电流强度控制模块是微处理器根据计算出的模拟磁棒旋转角度所对应的磁场源三个正交线圈的激励电流，通过I/O口控制磁场源的控制驱动电路，提供对三轴正交线圈的激励控制，合成所需指向的模拟磁棒；微动平台控制模块是微处理器通过I/O口输出信号，根据要求控制微动平台三个轴的移动，并由此带动固定在微动平台上的三轴磁传感器装置移动至选定的座标点上；所述算法单元在微处理器内部，根据模拟磁棒旋转搜索并最终指向传感器过程中获得的旋转角度信息，用原点坐标标定算法，计算第一磁场源、第二磁场源的原点坐标；用初始姿态标定算法，第一计算磁场源、第二磁场源的各坐标轴的初始指向；所述显示输出单元为与微处理器相连的液晶显示器和I/O口，用于将由算法单元计算得到的标定结果输出并在显示器上显示出来；所述三轴微动平台控制单元在微处理器内部，根据要求通过I/O口输出的指令对微动平台三个轴的移动进行精确控制；所述三轴微动平台由三条相互正交的轨道及可在轨道上精确移动的固定装置组成，用于控制三轴磁传感器在空间精确移动。