一种用于电磁跟踪的实时自适应误差校准系统的制作方法

本发明涉及通信定位技术领域，特别涉及一种用于电磁跟踪的实时自适应误差校准系统。

背景技术：

近年来，随着无线通信技术的发展，定位技术受到越来越多的关注。但是由于应用环境的复杂性，常用的高频无线信号，存在多径干扰和衰减严重的问题，影响定位精度。低频电磁定位技术通过检测磁感应信号强度，定位目标的位置参数及姿态参数，具有速度快、精度高、定位效果不受物体遮挡影响等优点，且传感器尺寸可以微型化、成本低，适合大规模应用，目前已经广泛应用于虚拟现实、作战模拟训练、机载火控系统、管道机器人定位、精密医疗器械等领域。

虽然低频电磁定位技术不受物体遮挡的影响，但是在医疗、工厂、仓储、物流等存在大量金属物体的环境中应用时，磁场信号会受到环境电磁、金属等干扰而产生畸变，影响定位精度。特别是在金属物流、仓储环境中应用时，定位标签需要固定在金属表面，极易受到铁磁性物体的磁化效应以及金属物体的涡流效应影响，导致定位误差。当电磁定位系统在金属环境中应用时，主要的误差来源包括：铁磁材料；由磁场本身引起的其他导电材料中的涡流；由其他电子设备引起的外部电流；非均匀波传输介质，例如空气或人体等。因此，如何降低金属物体对低频电磁定位技术的影响，提高定位精度，及时获取人员、物体的位置信息，对于保证自动化工业生产过程中的人员、产品安全，提高生产效率、节约成本，以及建立信息化管理系统具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种用于电磁跟踪的实时自适应误差校准系统。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种用于电磁跟踪的实时自适应误差校准系统，包括：至少一个发射装置、发射天线、至少一个接收装置、接收天线，其中，

每个所述发射装置与所述发射天线配对，用于通过所述发射天线向外发射脉冲定位信号，其中，所述脉冲定位信号在环境中传播受到电磁干扰；

每个所述接收装置与所述接收天线配对，用于通过所述接收天线，采用分时接收方式接收携带有电磁干扰的脉冲定位信号，并进行信号处理和误差校准对上述携带有电磁干扰的脉冲定位信号进行处理，去除脉冲定位信号中的电磁干扰，获取真实的脉冲定位信号。

进一步，所述发射天线采用电场天线或磁场天线，其中，

所述电场天线包括：偶极子天线、单极子天线或者多个天线组成的阵列；

所述磁场天线包括：环形线圈、方形线圈、磁棒天线或者多个天线组成的阵列；所述接收天线采用电场天线或磁场天线，其中，

所述电场天线包括：偶极子天线、单极子天线或者多个天线组成的阵列；

所述磁场天线包括：环形线圈、方形线圈、磁棒天线、接收传感器或者多个天线组成的阵列。

进一步，所述接收装置包括：信号采集模块、信号处理模块和误差校准模块，其中，

所述信号采集模块用于通过分时采样，分别获取同一个接收通道在脉冲定位信号发射过程中、脉冲信号下降沿、脉冲信号不发送时三个时间段内接收的信号；

所述信号处理模块用于所述信号采集模块的接收信号进行处理，分别获取含有噪声的定位信号，定位信号在金属材料中产生的涡流信号，环境中的电磁干扰；

所述误差校准模块用于用于从含有干扰的定脉冲位信号中，去除存在的干扰信号，对脉冲定位信号进行校准，获取真实的脉冲定位信号。

进一步，当所述发射天线的数量不少于2个时，不同发射天线的定位信号分时发送，所述信号采集模块采集脉冲定位信号发射过程中、脉冲信号下降沿以及所有定位信号均不发送时的接收信号。

进一步，当所述接收天线不少于2个时，所有接收信道的采集过程相同。

进一步，所述信号处理模块通过对所述涡流信号进行分析，获取环境中金属材料的类别以及金属干扰的位置。

进一步，当所述信号处理模块分析出金属材料为铁磁材料时，获取铁磁材料的磁化干扰；

当所述信号处理模块分析出金属材料位于发射与接收之间，获取金属材料造成的介质干扰。

进一步，当所述接收天线的数量不少于2个时，由所述误差校准模块将每个所述接收天线接收的信号分别进行误差校准处理。

进一步，所述接收装置还包括：定位跟踪模块，所述定位跟踪模块用于根据所述误差校准模块的真实脉冲定位信号，对目标进行定位跟踪。

进一步，当分析存在铁磁性干扰时，所述真实的脉冲定位信号bt为：

bt＝bd-be-bf，

其中，bd为含有误差的发射信号强度，be采集应用环境中的电磁干扰；铁磁性物质，则存在并计算获得bf。

根据本发明实施例的用于电磁跟踪的实时自适应误差校准系统，通过与发射设备配对的发射天线发射脉冲信号，在信号高电平时采集定位信号，能有效地减少金属环境中涡流效应对定位信号的干扰。通过分时采样，利用相同的接收天线获取金属环境中的干扰信号，不需要额外的接收装置，降低了系统的复杂度。通过分时处理，分别获取接收位置处不同干扰源的干扰噪声，并且利用金属材料的涡流效应来获取金属材料的物理特性以及铁磁干扰，能够准确地获取金属环境下的多种干扰。利用获取的干扰信息，误差校准模块能够实时地消除定位信号中的干扰噪声，系统稳定高效，实时性能好，且能够自适应地适用于变化的环境中，不需要事先获取环境中的干扰信息。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的用于电磁跟踪的实时自适应误差校准系统的结构图；

图2为根据本发明实施例的用于电磁跟踪的实时自适应误差校准系统的示意图；

图3为根据本发明实施例的电磁定位系统工作流程图；

图4为根据本发明实施例的基于误差校准的定位跟踪过程图；

图5为根据本发明实施例的电磁定位系统信号采集流程图；

图6为根据本发明存储实施例的自适应误差识别过程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提出一种用于电磁跟踪的实时自适应误差校准系统，以解决现有电磁定位跟踪系统在金属环境中应用时，会受到铁磁材料、涡流、电磁干扰以及传输介质的影响，造成定位误差的问题。

如图1所示，本发明实施例的用于电磁跟踪的实时自适应误差校准系统，包括：至少一个发射装置1、发射天线2、至少一个接收装置4、接收天线3。

具体的，每个发射装置1与发射天线配对，用于通过发射天线1向外发射脉冲定位信号，其中，脉冲定位信号在环境中传播受到电磁干扰。

每个接收装置4与接收天线3配对，用于通过接收天线3，采用分时接收方式接收携带有电磁干扰的脉冲定位信号，并进行信号处理和误差校准对上述携带有电磁干扰的脉冲定位信号进行处理，去除脉冲定位信号中的电磁干扰，获取真实的脉冲定位信号。其中，定位信号包括：脉冲信号或经过调制后的信号。

在本发明的一个实施例中，发射装置2和接收装置4均可成为定位目标。参看图2所示，为了提高定位跟踪系统的精度，可以采用多个发射装置(201,202,203)或者多个接收装置(204,205,206)来对一个定位目标进行定位跟踪。

发射天线2采用电场天线或磁场天线，其中，电场天线包括：偶极子天线、单极子天线或者多个天线组成的阵列；磁场天线包括：环形线圈、方形线圈、磁棒天线或者多个天线组成的阵列。

参看图3所示，发射装置302的每一个天线分别发送脉冲定位信号301，接收装置303的一个或者多个同时接收空间中某一位置的磁场信号，并且将多路接收信号304进行信号处理(305)。定位服务器通过误差校准(306)，计算磁场强度信息，然后利用一个周期内的磁场强度信息对当前的位置和姿态信息进行解算，对目标进行定位跟踪(307)。

参看图4所示，发射装置401包括信号产生装置403和信号发射天线404。定位信号405发出以后，被接收装置402接收和处理。接收装置402通过分时接收模块406对信号进行接收，然后通过信号处理模块407对定位信号进行处理，分别获取含噪声的信号408以及噪声干扰409。误差校准模块410将信号中的噪声去除，获取真实的信号，然后通过定位跟踪模块411对目标进行定位跟踪。

接收天线采用电场天线或磁场天线，其中，电场天线包括：偶极子天线、单极子天线或者多个天线组成的阵列；磁场天线包括：环形线圈、方形线圈、磁棒天线、接收传感器或者多个天线组成的阵列。

具体的，接收装置包括：信号采集模块、信号处理模块和误差校准模块。当接收天线不少于2个时，所有接收信道的采集过程相同。接收装置通过与接收设备配对的接收天线接收发射的脉冲定位信号以及环境中的电磁干扰，并通过信号采集模块、信号处理模块以及误差校准模块对接收信号进行处理，去除定位信号中的电磁干扰，获取真实的电磁定位信号。

信号采集模块用于通过分时采样，分别获取同一个接收通道在脉冲定位信号发射过程中、脉冲信号下降沿、脉冲信号不发送时三个时间段内接收的信号。

具体的，信号处理模块通过对涡流信号进行分析，获取环境中金属材料的类别以及金属干扰的位置。当信号处理模块分析出金属材料为铁磁材料时，获取铁磁材料的磁化干扰；

当信号处理模块分析出金属材料位于发射与接收之间，获取金属材料造成的介质干扰。

当发射天线的数量不少于2个时，不同发射天线的定位信号分时发送，信号采集模块采集脉冲定位信号发射过程中、脉冲信号下降沿以及所有定位信号均不发送时的接收信号。

信号处理模块用于信号采集模块的接收信号进行处理，分别获取含有噪声的定位信号，定位信号在金属材料中产生的涡流信号，环境中的电磁干扰。

误差校准模块用于用于从含有干扰的定脉冲位信号中，去除存在的干扰信号，对脉冲定位信号进行校准，获取真实的脉冲定位信号。

当接收天线的数量不少于2个时，由误差校准模块将每个接收天线接收的信号分别进行误差校准处理。

在本发明的一个实施例中，接收装置还包括：定位跟踪模块，定位跟踪模块用于根据误差校准模块的真实脉冲定位信号，对目标进行定位跟踪。

当分析存在铁磁性干扰时，真实的脉冲定位信号bt为：

bt＝bd-be-bf，

其中，bd为含有误差的发射信号强度，be采集应用环境中的电磁干扰；铁磁性物质，则存在并计算获得bf。

本发明实例中，本发明实例中，信号采集流程参看图5所示，在t1、t3、t5时间段内采集含有干扰(503)的定位信号501，在t7时间段内采集应用环境中的电磁干扰等在没有定位信号时依然存在的干扰，而在t2、t4、t6时间段内采集周围环境中的涡流信号502，通过涡流信号对周围环境进行识别以及进行自适应误差校准。

如图6所示，自适应误差识别过程如下，在t1、t3、t5时间段内(601)对发射信号进行测量，获得含有误差的发射信号强度bd，在t7时间段内(602)采集应用环境中的电磁干扰以等，得到be，而在t2、t4、t6时间段内(603)对环境中的涡流场信号进行测量，并通过对涡流场进行分析，获取干扰源的类别及位置，进而对环境进行识别(604)。若干扰源为铁磁性物质，则存在并计算获得bf，否则不存在铁磁性干扰。若干扰源位置在发射天线与接收天线中间，则存在非视距衰减，并且通过分类获取介质相对磁导率μr，否则磁场定位信号为视距传播。

当获取到磁场干扰的数值后，对传感器接收数据进行校准，则接收传感器接收到的真实信号强度(605)为：

bt＝bd-be-bf

根据本发明实施例的用于电磁跟踪的实时自适应误差校准系统，通过与发射设备配对的发射天线发射脉冲信号，在信号高电平时采集定位信号，能有效地减少金属环境中涡流效应对定位信号的干扰。通过分时采样，利用相同的接收天线获取金属环境中的干扰信号，不需要额外的接收装置，降低了系统的复杂度。通过分时处理，分别获取接收位置处不同干扰源的干扰噪声，并且利用金属材料的涡流效应来获取金属材料的物理特性以及铁磁干扰，能够准确地获取金属环境下的多种干扰。利用获取的干扰信息，误差校准模块能够实时地消除定位信号中的干扰噪声，系统稳定高效，实时性能好，且能够自适应地适用于变化的环境中，不需要事先获取环境中的干扰信息。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。