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电磁位置追踪系统的组成及原理

(2014-09-16 15:46:49)
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杂谈

电磁位置追踪系统的基本组成结构电磁位置追踪系统主要是利用电磁场、电磁波对跟踪目标进行定位的。它的基本组成结构如图所示。电磁位置追踪系统主要由数据处理与控制部分、电磁信号发射部分、电磁信号接收部分和电磁定位算法等组成。

http://s14/large/001Q3C3zgy6M5riAs4R7d

首先,由数据处理与控制部分产生控制信号,控制信号发射部分,信号发射部分主要是一正交的三轴线圈,受控制信号控制,三轴线圈分时工作,向空间辐射电磁场。信号接收部分也由正交的三轴线圈构成,负责接收空间中的电磁场信号,并经过A/D转换后将数据传入数据处理与控制部分,经过电磁定位算法将数据解算出目标物体的位置姿态信息。信号接收部分由三个线圈组成,分三个时段接收电磁场信号,这样最后就得到9组数据,组成了一个3×3的矩阵。这9组中包含了目标物体足够的信息,可以用电磁定位算法解算出目标物体的位置姿态信息。

交流式和直流式电磁位置追踪系统

电磁位置追踪系统根据发射磁场使用的驱动电流的种类不同,可以分为两类:直流电磁位置追踪系统(Ascension直流电磁式位置追踪系统)

和交流电磁位置追踪系统(Polhemus 交流电磁式位置追踪系统)。

交流式电磁位置追踪系统

电磁位置追踪系统是使用交变的电磁场来确定目标物体方位的系统,信号发射部分的作用是向三个相互垂直的线圈分时发送一定的较低频率的正弦电流信号,同时向接收电路提供相位参考信号。信号接收部分的作用是利用三个相互垂直的线圈对感应到的交流信号进行幅度的测量与相位的判决,主要是与参考信号同相或者反相,然后将测量幅度和相位判决的结果输出给A/D转换电路。最后,采样后的数字信号经过传输电路送入到数据处理与控制部分进行计算处理得到目标物体的定位信息。下图表示了电磁位置追踪系统发射时序。电磁位置追踪系统的主要优点是定位的距离较远,在没有外界干扰的情况下,定位精度较高。它的缺点主要是易受周围环境中金属物体的干扰,原因是交变的电磁场会在金属物体的表面产生涡流效应,从而扭曲了目标物体周围的磁场,对于测量产生误差,导致交流式电磁定位系统所计算出的目标物体的位置和方向与实际不符。

http://s5/large/001Q3C3zgy6M5rmw7ru04

直流式电磁位置追踪系统

电磁位置追踪系统的信号发射部分也是由三个相互垂直的线圈组成的,不同的是它发射的是具有一定幅度的直流脉冲信号,因而在空间中会产生一串脉冲磁场,所以系统的周围的金属物体只会在直流脉冲信号的下降沿和上升沿产生涡流效应,而在电流的平稳阶段不会产生涡流效应,因此,这样可以有效的消除涡流效应对系统产生的影响,所以电磁位置追踪系统对金属物体的抗干扰性相比交流式要更好一些。下图表示了交流式电磁定位系统发射时序。

http://s12/large/001Q3C3zgy6M5rn9BtVdb

电磁位置追踪系统的优点是对金属物体不敏感,并且无需电磁信号接收部分的相位判决电路,因为电磁信号感应出的电流的正负便可以表示该感应电流的方向,这样也就简化了系统的电路结构。它的缺点主要是定位的距离与交流式相比相对较近,同时,由于需要测量周围环境中的固有磁场,它需要多测量一组周围环境中磁场数据,共需要得到12组数据,这样增加了测量时间,在一定程度上降低了整个系统的工作频率。

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