嵌入式的六维位姿电磁定位系统

　　电磁定位相比于其它定位方法，可实现定位目标六维位姿参数的跟踪，具有精度高、快速、无视线遮挡问题等优点。被广泛的应用于室内自动车、水上运动物体和手术机器人等运动物体的导航。伴随计算机科学及微电子学的发展，基于嵌入式系统的定位技术受到了极大关注。尤其在一些对定位速度和精度要求较高的特殊场合，对基于嵌入式系统的精准定位系统的需求日益迫切。

　　本文提出电磁定位方法，利用线圈之间磁场耦合确定目标物体位置和方向参数，主要依据电磁感应原理和磁偶极子模型来实现。首先，定位系统向发射线圈施加正弦交变信号，使其周围产生交变的电磁场。系统中作为定位目标的接收线圈感应出相应的感应电动势，该电动势与发射和接收线圈之间的相对位置与方向有关。通过将该电磁场的空间分布模型化为磁偶极子模型，接收线圈的感应电动势与其自身六维位姿参数有关，形成函数方程组。进而，通线性解析算法解算这些方程组，可得到接收线圈的位置和方向参数，完成对定位目标六维位姿参数的求解。

　　本文完成了以嵌入式系统为核心的电磁定位系统，主要包括高频电磁信号发射单元、高频电磁信号接收单元、接收信号的提取处理单元以及结果显示单元。飞思卡尔嵌入式芯片MK60实现定位系统的核心控制功能，完成信号通道选择、信号放大以及信号提取和处理部分。信号发射器产生正弦交流信号，通过功率放大及滤波电路后，激励三维正交发射线圈产生交变的电磁场。三维正交接收线圈感应电磁场信号，其接收信号通过信号放大、带通滤波以及弱信号处理后，MK60芯片进行采样和数据处理；最终终端显示定位结果。

　　设计的嵌入式系统实现了正弦信号提取、变频正弦信号幅值与相位参数计算的快速算法，实现了基于叠加原理的微弱交变信号检测与提取方法，均提升了该系统的定位量程和准确度。在空间内搭建系统标定和检测平台，对定位系统的耦合系数进行了标定，进一步对该系统的定位精度和实时性进行测试和验证；仿真及实验结果表明，该定位系统能够对一定范围内的目标进行准确的实时定位与跟踪。