电磁跟踪系统大型三轴正交磁敏传感器设计

　　六自由度电磁跟踪定位系统根据法拉第电磁感应定律研制的空间跟踪定位装置，可实时地确定目标的6个参数，在机载火控系统阳1、精密医疗器械、虚拟现实系统、作战模拟训练、管道缺陷无损检测隋1等方面获得了广泛应用。现使用频繁、精度较高的两种电磁跟踪成型产品是Ascension公司的Flock of Birds系列和Polhemus公司的3Space Fastrak系列。交流式六自由度电磁跟踪定位系统一般采用三轴正交磁敏传感器作为系统发射、接收天线。现广泛采用的是球形磁芯三轴载流网环线圈形式的磁敏传感器。由于其尺寸一般较小，有效辐射距离较近，无法满足远距离精确跟踪定位的要求，限制了其在合成孔径雷达阵元误差校正等其他方面的应用。

　　现在电磁定位系统国内外研究主要侧重于定位模型算法精度和误差矫正，尤其医学方面的应用研究比较广泛，系统定位距离一般在1 m以内，对于更远距离的应用研究开展较少。为了拓展系统应用范围，增加系统跟踪定位的有效距离，在进一步提高收发电路功率的基础上，还需要对电磁跟踪系统所使用的三轴正交磁敏传感器进行大型化设计。而在实际设计过程中发现，由于磁芯加工工艺的限制，迸一步增加球形磁芯尺寸的难度相当大。同时，为了实现三轴正交均匀磁场，需要对三轴线圈进行嵌套，3个方向使用网环线圈会很困难，其均匀空间会很小或者线圈将很庞大。

　　针对球形磁芯网环结构三轴磁敏传感器的不足，考虑立方体的几何结构有助于较为精确保证三轴线圈的正交性和共心性，提出了一种采用正方体磁芯载流方环结构设计大型三轴磁敏传感器的方案。首先分析了载流方环线圈空间磁场分布规律，验证其满足偶极子模型基础的电磁跟踪定位系统建模原理。综合考虑正方体磁芯载流方环磁敏传感器的磁芯材料、线圈匝数、导线类型、绕制方式等影响因素，研制出-套大型三轴正交磁敏传感器。利用设计的大型磁敏天线，进行了电磁跟踪系统实验，在较远距离上实现了跟踪定位的功能，验证了设计天线的实用性和有效性。