[发明专利]可变旋转平面的电磁跟踪搜索方法及其系统

摘要

本发明属于电磁跟踪技术领域，具体为可变旋转平面的电磁跟踪搜索方法及其系统。本发明方法包括：基础的电磁跟踪搜索方法：磁棒依次在两个正交平面内旋转搜索（其中第一旋转平面固定），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，依据磁场轴向最大原理，使得磁棒指向跟踪目标；然后，磁棒按照基础电磁跟踪搜索方法指向跟踪目标，再次跟踪时选择最优的第一旋转平面，经过角度切换后，完成两个正交平面内的旋转搜索。基于可变旋转平面搜索方法的电磁跟踪系统，在原有非迭代算法计算速度快的基础上，使得搜索效率大幅提高，可以高效地实现跟踪目标位置和姿态六自由度的实时跟踪。

主权项

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。