用于空间定位的电磁跟踪系统研究

摘要

随着科技高速发展，便携式激光扫描仪作为激光技术、电子计算机技术和人工智能技术相结合的产物，在空间三维测量领域得到日益广泛的应用和发展。尤其是其内置的电磁跟踪技术不但在便携式激光扫描仪中起着关键作用，还在机械制造、考古、医疗导航设备、虚拟现实等现代科技中有着至关重要的作用，因此本课题的主要内容就是设计一个电磁跟踪系统。
　　 文中阐述电磁跟踪系统的基本原理，给出了相应的电磁跟踪算法，进行了系统整体设计。重点进行了电磁跟踪系统的硬件电路设计和软件程序设计。系统的硬件电路包括发射单元、接收单元、DSP单元三部分。发射单元主要是产生系统所需要的发射信号，利用功放电路对发射信号进行放大，选择合适的三轴正交线圈组作发射器；接收单元采用三轴磁阻传感器实现磁信号到电信号的变换，然后通过滤波放大电路和相敏检波电路滤除信号中的噪声；DSP单元介绍了发射控制电路、A/D转换电路和串口电路。系统的软件设计主要包括发射控制、数据采集、方位计算和串口通信四部分，分别实现发射信号的分时控制、模拟信号到数字信号的转换、空间坐标值的求解以及将坐标值上传给计算机用于便携式激光扫描仪等。
　　 根据设计制作了专门的实验电路，对系统各部分功能进行测试。通过对实验数据分析，验证了空间电磁场大小和发射器距离的关系，同时可知电路各部分工作正常，系统功能基本可以实现。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 绪论

1.1课题背景

1.2定位技术概述

1.3国外发展状态

1.4国内发展状态

1.5课题研究内容

1.6小结

第二章 系统基本原理及算法

2.1系统基本原理

2.2系统设计

2.3电磁跟踪算法

2.3.1空间方位矩阵的变换

2.3.2参数计算

2.4小结

第三章 发射单元设计

3.1发射器

3.2信号发生电路

3.2.1基本原理

3.2.2分频电路

3.2.3波形变换电路

3.3功放电路

3.3.1 TDA2003

3.3.2电路参数求解

3.4小结

第四章 接收单元设计

4.1接收器

4.1.1磁场测量方式

4.1.2 HMC2003

4.1.3置位复位电路

4.2信号放大电路

4.3滤波电路

4.3.1滤波器

4.3.2电路参数求解

4.4相敏检波电路

4.5小结

第五章 DSP外围接口设计

5.1 F2812介绍

5.2发射控制

5.3数据采集

5.3.1 AD7656

5.3.2 F2812和AD7656的接口电路

5.4 DSP与PC机接口电路

5.4.1 F2812串口特点

5.4.2串口电路

5.5小结

第六章 软件设计

6.1开发环境简介

6.2主程序

6.3方位计算子程序

6.4串口通信子程序

6.5小结

第七章 实验数据及分析

7.1发射信号实验

7.2接收信号实验

7.3磁场分布验证

7.4 ρ值验证

7.5小结

第八章 结论和展望

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文