[发明专利]一种基于具有固定磁偶极矩标记磁源的线性定位方法

摘要

本发明公开了一种基于具有固定磁偶极矩标记磁源的线性定位方法。利用始终具有竖直向上的磁偶极矩的标记磁源构建空间磁场，得到磁通密度分布强度与该测量点同标记磁源之间间距的对应关系；建立xyz直角坐标系，再检测空间磁场任意一测量点处各个坐标轴方向磁通密度分量，获得磁通密度分布强度和测量点与标记磁源之间的间距；基于标记磁源磁偶极子正模型，由各个坐标轴方向磁通密度分量和三轴磁场测量传感器检测到的磁通密度分量，获得标记磁源位置的各个坐标值，实现被标记物体的准确定位。本发明实现了基于线性模型的磁源位置参数求解，相比传统磁标记定位方法，该方法只需要单个三轴磁传感器，无需非线性迭代方法求解，具有定位快速、精度高、成本低的特点。

主权项

一种基于具有固定磁偶极矩标记磁源的线性定位方法，其特征在于该方法的步骤如下：1)利用标记磁源构建空间磁场，被标记物体与标记磁源之间保持固定的空间相对位置，且该标记磁源的姿态通过姿态回归机构使标记磁源始终具有竖直向上的磁偶极矩，得到空间任意测量点上标记磁源产生磁场的磁通密度分布强度与该测量点同标记磁源之间间距的对应关系；2)建立xyz直角坐标系，坐标系的坐标原点与标记磁源的中心点重合，z轴的正方向与标记磁源的磁偶极矩方向相同，再利用单个三轴磁场测量传感器检测该标记磁源产生的磁场在空间磁场任意一测量点处各个坐标轴方向磁通密度分量，获得测量点的磁通密度分布强度，根据步骤1)中的对应关系，获得测量点与标记磁源之间的间距；3)由标记磁源磁偶极子正模型得到的各个坐标轴方向磁通密度分量和由三轴磁场测量传感器检测得到的磁通密度分量构建以下公式1：$\left\{\begin{array}{c}{B}_x=\frac{{\mathrm{\μ}}_{0}m}{4\mathrm{\π}{(x^2+y^2+z^2)}^{5/2}}3\mathrm{xz}\\ B_y=\frac{{\mathrm{\μ}}_{0}m}{4\mathrm{\π}{(x^2+y^2+z^2)}^{5/2}}3\mathrm{yz}\\ B_z=\frac{{\mathrm{\μ}}_{0}m}{4\mathrm{\π}{(x^2+y^2+z^2)}^{5/2}}(2z^2-x^2-y^2)\end{array}\right.---\left(1\right)$其中，B_x是三轴磁场测量传感器测量点处x轴方向磁通密度分量，B_y是三轴磁场测量传感器测量点处y轴方向磁通密度分量，B_z是三轴磁场测量传感器测量点处z轴方向磁通密度分量，m为标记磁源在磁偶极子模型下磁偶极矩强度，μ₀为真空磁导率；然后利用步骤1)中的对应关系所得磁传感器测量点与标记磁源之间的间距代入上述公式1求解得到以下公式2，获得标记磁源位置的各个坐标值，实现被标记物体的准确定位；$\left\{\begin{array}{c}x=\±\sqrt{\frac{B_x^2}{B_x^2+B_y^2}(\frac{2r^2}{3}-\frac{4\mathrm{\π}{r}^5{B}_z}{3{\mathrm{\μ}}_{0}m})}\\ y=\±\sqrt{\frac{B_y^2}{B_x^2+B_y^2}(\frac{2r^2}{3}-\frac{4\mathrm{\π}{r}^5{B}_z}{3{\mathrm{\μ}}_{0}m})}\\ z=\±\sqrt{\frac{4\mathrm{\π}{r}^5{B}_z}{3{\mathrm{\μ}}_{0}m}+\frac{r^2}{3}}\end{array}\right.---\left(2\right)$其中，r为三轴磁场测量传感器测量点与标记磁源之间的间距。