一种提高电磁定位精度的方法及模型修正研究-论文.pdf

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1、第14卷第20期2014年7月科学技术与工程Vo1．14No．20Ju1．20141671—1815(2014)20—0220—05ScienceTechnologyandEngineering⑥2014Sci．Tech．Engrg．机电技术一种提高电磁定位精度的方法及模型修正研究李然王聪冯朝坤(中国航空工业洛阳电光设备研究所，洛阳471009)摘要介绍了电磁定位系统在工程实践中对误差进行修正的方法，考虑了环境磁场影响，制造工艺影响，提出了修正模型，并给出了具体修正方法。通过对实测数据的误差分析能够证明，该方法能够将定位精度提高5倍。关键词磁偶极子环境磁场天线标定中图法分类号

2、TM936．1；文献标志码A电磁定位系统通过电磁感应原理实现被测物体响，发射天线、接收天线由于制造工艺的限制所产生在空间中移动轨迹和姿态。目前比较常见的定位方的不一致性对精度的影响J。实际上，由于电磁定法有惯性定位、超声波定位、光电定位和电磁定位，位系统本身的原理决定，其主要用于微弱磁场测量，其中电磁定位又分为交流电磁定位和直流电磁定因此，如果不考虑干扰因素，很可能导致系统精度不位。电磁定位的理论基础是磁偶极子原理，但在工好，甚至完全无法工作。本文从几个角度修正了经程应用中，常常引入一些不希望的干扰，如何去除干典的磁偶极子定位模型，欧拉角定位算法。扰成了提高定位精度的研究重点

3、¨l2J。本文就从实2．1环境磁场影响际出发分析了可能造成误差的原因，一方面是来自定义发射线圈产生的磁场为有用磁场，除此以背景噪声的影响，另一方面是来自制造工艺的影响，外的所有磁场均为环境磁场，例如，地球磁场、CRT并给出了磁偶极子的修正模型。显示器、电机等一切能够产生电磁场的设备产生的工频磁场，这些磁场在空间中与有用磁场叠加，被接1理想磁偶极子定位模型收天线采到。有些干扰源产生的电磁场强度甚至比在工程应用中，发射天线与接收天线之间的距发射天线产生的磁场强度还要大。这些磁场的特点离R远远大于接收天线的物理尺寸时，可以应用磁各不相同。偶极子模型进行头部位置跟踪。(工程中，大于1

4、．5地磁场：指地球周围空间分布的磁场，地球磁场倍接收天线尺寸以上的距离就可以忽略高阶次极子近似于地球中心磁偶极子的磁场，赤道附近磁场最的因素]。)理想磁偶极子定位模型l4J：小，两级最强。地球表面的磁场受到各种因素的影Y：一HMX。响而随时间变化。地磁平均强度为(3～7)×10一T。式中，y为接收矩阵，代表接收天线输出电压；X为工频磁场：工频磁场(EMF)是一些围绕在任何发射矩阵，代表发射天线馈电电压；K为系统增益，一种电器设备周围以50Hz频率变化的磁场，输电由线圈面积，匝数Ⅳ，激励电流幅值和频率，接收线、电器设备都会产生工频磁场，在人们身边还有很电路放大增益决定；H为姿态

5、变换矩阵；M为位置多电器会产生工频磁场，如电视机，电吹风，电冰箱，变换矩阵。y、、日、均为三阶方阵。计算机等。工频磁场的特点：①随电流变化，强度变2误差分析化；②随距离增加，场强快速下降。例如CRT显示器在不同距离测得工频磁场强度如下：在电磁定位系统中以往的文献算法大都基于理2．5～50(Z=3cm)，0．04～2T(Z=30cm)，想条件，并没有考虑环境磁场对定位精度的影0．01～0．15T(Z=100ClTI)。2014年1月16日收到通过分析发现，有用磁场与环境磁场强度在一第一作者简介：李然(1979一)，男，汉族，河南洛阳人。硕士研究个数量级上，因此必须对环境磁场进行

6、去除。生，工程师。研究方向：识别与跟踪技术。E—mail：eoei@vip．2．2发射天线、接收天线不一致性由于工艺的限制发射天线和接收天线的绕制很2(】期李然，等：一种提高电磁定位精度的方法及模型修正研究难保证一致性。发射天线和接收天线的不一致性主要体现在如y3一A=一~HMX3(4)下几个方面。为方便起见，将上述三个式子合并为一个矩阵2．2．1环路面积差异方程式：发射天线、l，、z轴的线圈是同时绕制在磁芯y—A：一KHMX(5)、／骨架上的。一层线圈是绕制在另一层线圈的外侧，n由于漆包线线径的因素，外侧线圈要大于内侧线圈，整理得y：一KHMX虽然现在可以通过计算机手段精确

7、控制线圈的匝+A(、6)／数，但仍然无法避免制造过程中引入的误差，发射天n实际发射矩阵为线环路面积差异会导致三轴发射功率的不一致，同理，接收天线环路面积差异会导致接收信号幅度的『1l1213]=l：，l(7)不一致。LX31X32X33J2．2．2磁场中心不重合相比于环路面积的差异，磁场中心不重合更加实际接收矩阵y为难以控制，设计一个合理的磁芯骨架是解决该问题ryl。Y1]的一个办法，但仍然有局限性。y=ly2y22，l(8)磁场法线方向与标准直角坐标系存在夹角；磁Ly3y33．J场法线方向是电磁定位的