[发明专利]一种多磁性目标的定位方法及定位系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线定位技术，尤其涉及一种对多目标定位的方法和定位系统。 

背景技术

近年来，无线定位技术得到了越来越多的应用。诸如对交通工具和活动目标的跟踪、虚拟现实制作、机器人定位、人体内部微型医疗设备跟踪、手术导航、地下铁磁材料定位等等。目前，普遍应用的无线定位技术有GPS、射频无线信号强度定位、计算机视觉定位、磁定位，以及基于图像的X射线检查、CT检查、核磁共振检查、三维超声检查等。其中，GPS和射频无线信号强度定位适用于无遮挡空间中定位，对于室内和有物体阻挡时，定位误差较大。计算机视觉定位是基于视觉图像分析的定位，在被跟踪目标的图像不可采集(或不可见)的情况下该种定位技术便不再适用。而对于人体内物体活内置于人体内装置的位置确定，可用X射线检查、CT检查、核磁共振检查、三维超声检查。这些方法可以提供清晰度比较高的二维或三维影像，但是这些方法提供的是图像信息，需要进一步的处理计算才能给出体内装置的三维位置，尽管如此还是不能给出体内装置的面对方向。同时由于X射线、CT、核磁共振、三维超声这些设备价格昂贵而且操作复杂，不可能长时间来对微型设备进行实时跟踪，且X射线、CT等设备长时间跟踪对人体会有副作用，应用受到限制。而对于某些周围有非磁性材料阻挡物体的近距离 目标，如人体内置目标(人体本身是非磁性材料)，采用磁场定位会有较高的精度，是一种合适的定位方法。并且在某些应用场合，希望定位系统能同时跟踪两个或多个目标，以满足应用需要。 

目前，现有技术之一，在人体内设置多个具有电磁场发生器的设备，电磁场发生器产生不同频率的磁场，通过磁场传感器检测电磁场计算磁场源的位置和方向，可实现对体内多个设备进行跟踪。但是这种采用时变的电磁场定位有着明显的缺陷：首先，电磁场会使周围电导体产生涡流，影响磁场分布，从而影响系统定位精度；其次，用于微型设备跟踪时发射电磁场会消耗微型设备的电能，并需要特定的电磁激励电路，不利于目标的微型化。 

现有技术之二，采用磁传感器来对人体内置有永磁体的一微型设备进行定位，即采用磁场矢量和方法，用磁场传感器测量体内永磁体发出的磁场强度。但是，该方法不能对吞入微型设备的随意走动和运动的测试者进行检测。因此，美国专利2005/0143648A1将小的永磁体放入无线胶囊内镜中，并将两根圆环分别固定在人体的胸部和腰部。两根圆环上分别固定了4个磁感受器，使磁传感器与体内无线胶囊内镜的相对位置固定，来检测胶囊内镜的位置和方向。但是，此方法无法消除在长时间的检测过程中，人体呼吸、转动、和相对伸缩引起的人体相对检测传感器的移动带来的测量误差，从而导致定位误差。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种多磁性目标的定位方法及定位系统，解决对多目标的定位问题。 

本发明另一目的是：解决运动物体内置目标的精确定位跟踪问题。 

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为： 

一种多磁性目标的定位方法，包括以下步骤： 

A、获取传感器阵列上各传感器所处的空间位置，以及测量各磁性目标作用在所述各传感器处的磁感应强度数据，所述磁性目标内置永磁体； 

B、利用测量获得的所述各传感器点的磁感应强度数据以及毕奥-萨伐尔定律，定义多磁性目标的一误差目标函数； 

C、利用非线性优化算法寻找所述磁性目标的位置和方向参数，使所述误差目标函数最小，此时所述磁性目标的位置和方向参数即为各磁性目标的定位数据； 

D、当所述磁性目标中至少一个被设定为被测目标，其余被设定为参考目标时，计算所述被测目标相对所述参考目标的运动轨迹，对所述被测目标进行相对定位。 

所述的定位方法，其中：所述步骤A包括如下：测量各传感器所在位置磁场的三个正交磁感应强度分量；所述步骤B中的所述误差目标函数按照如下步骤获取： 

B₁、利用测量得到的所述传感器处的三个正交磁感应强度分量定义误差函数三个分量分别为：