【摘要】：電磁定位/跟蹤技術(shù)是利用電磁場的空間分布信息來獲取目標(biāo)的位置和姿態(tài)的一種定位/跟蹤方法,具有無輻射傷害、無視線障礙,操作簡單方便的特點(diǎn),因此被廣泛應(yīng)用在醫(yī)療器械、交通運(yùn)輸、機(jī)器人學(xué)習(xí)、軍事系統(tǒng)和可穿戴設(shè)備中。本文主要針對(duì)電磁定位/跟蹤的方法和系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入研究。本文首先分析了幾種具有典型性的電磁定位/跟蹤技術(shù),并進(jìn)行了總結(jié)和比較。針對(duì)目前電磁定位/跟蹤技術(shù)的算法復(fù)雜、可能存在局部最優(yōu)解和易受到外界磁場干擾的缺陷,提出并深入研究了基于雙獨(dú)立旋轉(zhuǎn)磁棒的磁定位方法。之后,搭建了基于數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的雙獨(dú)立磁棒磁定位系統(tǒng),并對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行了測試。在分析系統(tǒng)測試結(jié)果的基礎(chǔ)上,本文繼而提出了一種基于信號(hào)擬合技術(shù)的磁場信號(hào)處理方法和一種基于微動(dòng)平臺(tái)的磁定位系統(tǒng)標(biāo)定方法,用以提高系統(tǒng)的定位準(zhǔn)確度。為了進(jìn)一步提升系統(tǒng)的定位速度,本文分別提出了新的基于電控掃描的定位方法和基于鑒相技術(shù)的定位方法,并進(jìn)行了仿真研究和初步的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本文通過仿真和實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì),驗(yàn)證了雙獨(dú)立磁棒磁定位算法的有效性,證明了本算法具有計(jì)算簡單、無局部解、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。通過算法和系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì),定位精度能夠達(dá)到毫米量級(jí),定位速度有望達(dá)到秒級(jí)。
【學(xué)位授予單位】：復(fù)旦大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：R310;TN911.7
【圖文】：

式（２．１）表示了磁偶極子在空間中的磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布，式中Ｐ為磁偶極子的逡逑磁矩，ｒ?yàn)榇排紭O子中屯、指向定位目標(biāo)的矢量，ｒ?yàn)椋虻哪�，／�?為真空磁導(dǎo)率。逡逑如圖２．１所示。逡逑Ｂ（ｒ，ｐ）＝辟罕—Ｐ）邐ａｕ逡逑４巧’邋ｒ逡逑當(dāng)磁偶極子分別繞Ｘ軸、Ｙ軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，設(shè)逡逑口邋＝邋［０邋０邋片］逡逑９逡逑

圖２．２不同掃描半徑下的磁棒和偶極子模型的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布對(duì)比圖逡逑２N２設(shè)計(jì)思路逡逑

邐旋枯巧巧ｒ）逡逑ＡＢＣ逡逑圖２．２不同掃描半徑下的磁棒和偶極子模型的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布對(duì)比圖逡逑２N２設(shè)計(jì)思路逡逑根據(jù)上一小節(jié)中得出的結(jié)論，可利用兩個(gè)放置在空間不同位置磁棒的軸線逡逑指向，來唯一地確定跟蹤固標(biāo)的空間坐標(biāo)和姿態(tài)，這是雙磁棒旋轉(zhuǎn)搜索的磁定位逡逑方法的基礎(chǔ)。逡逑雙獨(dú)立旋轉(zhuǎn)磁棒定位方法的基本思路是；磁場源設(shè)計(jì)為兩支放置在空間不同逡逑位置的、可獨(dú)立地在水平面和堅(jiān)直面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、實(shí)現(xiàn)空間中的任意指向的磁棒；逡逑固定在跟蹤目標(biāo)上的Ｓ軸磁傳感器可檢測所在位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度。當(dāng)磁棒通過逡逑旋轉(zhuǎn)搜索指向跟蹤目標(biāo)時(shí)，磁傳感器可Ｗ檢測到最大磁感應(yīng)強(qiáng)度；當(dāng)兩支磁棒均逡逑指向跟蹤目標(biāo)時(shí)，根據(jù)磁棒旋轉(zhuǎn)的角度和兩磁棒之間的距離，通過幾何運(yùn)算即可逡逑確定傳感器相對(duì)于磁棒的空間位置。進(jìn)一步，因?yàn)楫?dāng)磁棒指向傳感器時(shí)，傳感器逡逑檢測到的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與磁棒軸線方向一致，通過旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的方法可計(jì)算出逡逑磁棒的空間姿態(tài)，終實(shí)現(xiàn)對(duì)跟蹤目標(biāo)的＝維六自由度的定位。逡逑ｚｉ邋Ｉ邐Ｘ－邋心＇逡逑■感器逡逑圖２．３雙磁棒旋轉(zhuǎn)搜索算法坐標(biāo)系逡逑１１逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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1 梁志國,路克杰,孫t熡

本文編號(hào)：2794035