交流激磁跟蹤系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、電磁跟蹤具有無(wú)輻射、無(wú)視線障礙、三維六自由度定位、易操作和成本低等優(yōu)點(diǎn),已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療介入式診療、瞄準(zhǔn)、逆向工程、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域?，F(xiàn)在已研制出的跟蹤系統(tǒng)在跟蹤范圍、精度和速度方面上都存在一定不足,需要不斷改進(jìn)以符合企業(yè)使用要求。
　　本文對(duì)交流激磁跟蹤系統(tǒng)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究,以電磁波理論、優(yōu)化算法理論、模擬和數(shù)字電路為基礎(chǔ),通過(guò)硬件和軟件,實(shí)現(xiàn)了交流激磁感應(yīng)信號(hào)的采集、分析和處理,在一定范圍內(nèi)對(duì)目標(biāo)探頭成功進(jìn)行了跟蹤實(shí)驗(yàn)

2、。
　　首先,本文分析了交流激磁跟蹤系統(tǒng)原理,指出基于交流激磁方式的跟蹤系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn),建立了一種新型六自由度交流激磁跟蹤模型,推導(dǎo)了感應(yīng)電壓信號(hào)與表征探頭三維位置六自由度參數(shù)之間的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系式,并列出了對(duì)應(yīng)的磁跟蹤定位方程組。
　　其次,本文針對(duì)交流激磁跟蹤定位方程組的特點(diǎn),研究了高階非線性方程組的求解方法,重點(diǎn)分析了Powell算法、遺傳算法、Gauss-Newton和Levenberg-Marquardt算法的求解效果,

3、仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Levenberg-Marquardt算法對(duì)方程組求解可以得到高效結(jié)果。
　　最后,本文設(shè)計(jì)和搭建了跟蹤實(shí)驗(yàn)平臺(tái),優(yōu)化設(shè)計(jì)了發(fā)射和接收線圈,設(shè)計(jì)、焊接和調(diào)試了硬件電路,編寫(xiě)了基于單片機(jī)的下位機(jī)程序,利用MATLAB軟件編寫(xiě)信號(hào)采集、分析和處理的上位機(jī)程序。進(jìn)行了跟蹤實(shí)驗(yàn),將目標(biāo)探頭在PC機(jī)上描繪出的運(yùn)動(dòng)軌跡和真實(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行比對(duì),分析了系統(tǒng)跟蹤精度,確定了主要誤差來(lái)源,進(jìn)而驗(yàn)證系統(tǒng)原理、模型和算法的可行性,也對(duì)減