[发明专利]可变旋转平面的电磁跟踪搜索方法及其系统

权利要求书

1.一种可变旋转平面的电磁跟踪搜索方法，用于跟踪目标位置和姿态六自由度的非迭代电磁跟踪系统，其特征在于：系统开始跟踪的第一步按照基础电磁跟踪搜索方法即第一旋转平面固定，确定跟踪目标位置，即依据磁场轴向最大原理，通过分析依附在跟踪目标上的磁场传感器测量的旋转磁棒磁感应强度，使得磁棒指向跟踪目标；再次跟踪时选择最优的第一旋转平面，经过角度切换后，进行两个正交平面内的旋转搜索；其中：        所述的磁场轴向最大原理，是指离开磁棒一端相同距离的所有位置中，轴向方向位置的磁感应强度最大；偏离轴向方向的角度越大，磁感应强度越小；     所述的旋转搜索，是指磁棒依次在两个正交平面内旋转，使得磁棒指向跟踪目标；通过比较同一平面内不同时刻测得的磁感应强度，找到该平面内磁感应强度最大时磁棒的旋转角度；在第一个平面内旋转得到最大磁感应强度时，磁棒指向跟踪目标在该平面内的投影，此时在第一个平面内转过的角度为第一旋转角α；在第二个平面内旋转得到最大磁感应强度时，磁棒指向跟踪目标本身，此时在第二个平面内转过的角度为第二旋转角β；

    所述的正交平面由参考坐标系确定；参考坐标系的原点为磁棒一端固定不动点，X轴为任意水平方向，Z轴为水平面向上的法线方向，Y轴符合右手坐标系法则；第一旋转平面固定，第二旋转平面垂直于第一旋转平面，与第一旋转平面相交于第一次旋转结束时磁棒的指向；

   所述的第一旋转平面有三种可选平面：

（1）T平面：与平面XOY平行的平面；

（2）C平面：与平面XOZ平行的平面；

（3）S平面：与平面YOZ平行的平面；

所述最优第一旋转平面的选择依据是：前一时刻跟踪目标在固定坐标系中的位置坐标（x, y, z），对坐标的绝对值进行排序：当                                                最小时，选择跟踪目标所在的S平面作为第一旋转平面，垂直于S平面、与S平面相交于第一次旋转结束时磁棒指向的平面作为第二旋转平面；当最小时，选择跟踪目标所在的C平面作为第一旋转平面，垂直于C平面、与C平面相交于第一次旋转结束时磁棒指向的平面作为第二旋转平面；当最小时，选择跟踪目标所在的T平面作为第一旋转平面，垂直于T平面、与T平面相交于第一次旋转结束时磁棒指向的平面作为第二旋转平面；对于某两个或三个坐标绝对值相等的特殊情况，在保证与前一时刻第一旋转平面一致的条件下，任意选择一个搜索效率较高的第一旋转平面。

2.根据权利要求1所述的可变旋转平面的电磁跟踪搜索方法，其特征在于所述的角度切换的步骤为：当前一时刻的第一旋转平面与当前的第一旋转平面不一致时，对第一旋转角α、第二旋转角β进行变换；所述第一旋转角α是指磁棒在第一个平面内转过的角度，所述第二旋转角β。是指磁棒在第二个平面内旋转得到最大磁感应强度时，磁棒指向跟踪目标本身，此时在第二个平面内转过的角度；第一旋转平面的变换有如下六种情况：

    （1）T平面转换为C平面：

    （2）T平面转换为S平面：或

    （3）C平面转换为T平面：或

    （4）C平面转换为S平面：

 （5）S平面转换为T平面：

 （6）S平面转换为C平面：或

 其中，第一旋转角，第二旋转角；α的下标t,c,s 分别表示T，C，S平面上的第一旋转角，β的下标t,c,s 分别表示T，C，S平面上的第二旋转角：

α_t为在T平面上的第一旋转角度，β_t为在与T平面正交的平面上的第二旋转角；

α_c为C平面上的第一旋转角度，β_c为在与C平面正交的平面上的第二旋转角度；

α_s为在S平面上的第一旋转角度，β_s为在与S平面正交的平面上的第二旋转角度。

3.一种使用如权利要求1或2所述的可变旋转平面的电磁跟踪搜索方法的电磁跟踪系统，其特征在于该系统除了具有目前通常的电磁跟踪方法外，还包括实现上述可变旋转平面的电磁跟踪搜索方法的控制模块。