CN117717414A - 基于幅度解析的电磁定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电磁定位技术领域，具体为一种基于幅度解析的电磁定位系统及方法。本发明系统包括磁场源模块、磁传感器模块和控制模块；磁场源模块包含磁场源和交流恒流源，磁场源由两组相互正交的三轴线圈组成，交流恒流源为线圈提供激励电流；磁传感器模块包含三轴磁传感器和信号调理模块；控制模块包含激励控制电路、采样电路与微处理器；本发明按照一定规则对磁场源的线圈施加确定幅度、频率、相位的余弦信号，磁传感器模块输出磁感应强度信号至控制模块，控制模块利用幅度解析技术获取磁传感器检测信号中的特殊频率信号的幅度比，实现对目标的定位。本发明测量精度高、定位速度快、抗干扰能力强，可应用于微创手术导航、三维超声成像等领域。

Description

基于幅度解析的电磁定位系统及方法

技术领域

本发明属于电磁跟踪技术领域，具体涉及一种基于幅度解析的电磁定位系统及方法。

背景技术

电磁跟踪是一种利用电磁场在空间分布信息对跟踪目标进行定位的方法，在计算机辅助的小型高精度微创手术导航系统，虚拟现实等领域具有非常广泛的应用，是目标跟踪领域的研究热点。和其他的跟踪方式相比，电磁跟踪具有无损伤、无辐射、无光路遮挡，操作简单方便的特点。但是，传统的电磁跟踪方法一般依赖于磁场源理论模型，存在迭代算法复杂、易受干扰等问题。

为解决上述问题，专利201110123757.6提出了一种基于“微处理器的双磁棒旋转搜索电磁定位系统”，这种方法不依赖于磁场源理论模型，采用简单的几何算法即可实现定位；但该方法的旋转磁场是通过步进电机控制螺旋管的旋转实现磁场的旋转，速度受步进电机带动螺线管旋转速度的限制，系统的实时性较差。为提高系统的定位速度，专利ZL201510123915.6提出了一种“基于最大磁感应强度矢量旋转角快速测定的电磁跟踪方法及系统”；通过测定最大磁感应强度矢量旋转角，实现对目标的定位。该方法提高了系统的定位速度，但极易受噪声干扰。为兼顾高精度、高速度，专利201810298617.4提出一种基于鉴相技术的电磁定位系统及方法，在保持系统定位精度的基础上改善抗干扰性能的电磁定位系统，但定位速度仍有提升空间。为进一步提高定位精度、定位速度，专利202310401074.5提出基于相位解析的电磁定位系统，在保持定位精度不变的情况下将定位时间缩短至1/3。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既能提高定位精度和抗干扰能力，又能提定位速度的电磁定位系统及方法。

本发明是在专利202310401074.5的基础上，进一步提供一种用六种不同频率的交流恒流源同时激励系统的两个磁场源；获得三轴磁传感器(定位目标)检测到的磁感应强度矢量，分析提取位置信息，进一步提高电磁定位系统的定位速度和定位精度。

本发明提出的基于幅度解析技术的电磁定位系统，由如下三个部分组成：磁场源模块，磁传感器模块以及控制模块；其中：

所述磁场源模块，包含磁场源和交流恒流源；所述磁场源由两个相对位置和姿态已知、组成和结构完全相同的三轴正交线圈组成，两个三轴正交线圈记为S₁和S₂；所谓三轴正交线圈是由三个缠绕在磁芯上的、中心点重合且相互正交的线圈组成；线圈通电后即产生磁场；所述交流恒流源由恒流源及相关控制电路组成，为构成磁场源的线圈提供激励电流，即交流恒流源在控制模块的控制下按一定顺序输出一定频率的正余弦电流激励磁场源的各线圈；

所述磁传感器模块，包含一个三轴磁传感器以及相应的信号调理电路；所述三轴磁传感器附着于被定位目标，用于测量定位目标所处位置的三轴正交磁感应强度，将检测到的结果输入到信号调理电路中；信号调理电路对三轴磁传感器检测到的数据进行滤波和放大；

所述控制模块，包含激励控制电路、采样电路与A/D转换以及微处理器；所述激励控制电路在微处理器的控制下实现对磁场源各线圈激励电流的通断；所述采样电路与A/D转换电路对磁传感器输出的三路模拟信号采样并将其转换为数字信号，并输入到微处理器中进行处理；所述微处理器首先将采样得到的三路信号合成磁感应强度信号，并进行平方运算得到信号I；再对信号I进行幅度解析运算，得到特定频率位置的幅度值；再根据特定频率位置的幅度比，提取出位置信息，实现对目标点的跟踪定位。

定义本发明所述电磁定位系统的相关概念如下：

磁场源：S₁由三个相互正交的线圈(S₁₁、S₁₂、S₁₃)组成；S₂由三个相互正交的线圈(S₂₁、S₂₂、S₂₃)组成；

坐标系：坐标系1为全局坐标系，其三个坐标轴X₁、Y₁、Z₁分别与组成S₁的三个相互正交的线圈(S₁₁、S₁₂、S₁₃)的轴线重合，坐标系原点(0，0，0)，对应于组成S₁的三个线圈重合的中心点；坐标系2的三个坐标轴X₂、Y₂、Z₂分别与组成S₂的三个相互正交的线圈(S₂₁、S₂₂、S₂₃)的轴线重合，组成S₂的三个线圈重合的中心点位于坐标系2的原点，坐标系2的原点位于为全局坐标系的(d，0，0)点，即两个磁场源装置中心点之间的距离为d；此外，X₁、X₂相互平行但方向相反；Y₁与Y₂、Z₁与Z₂相互平行且方向相同。

待测目标的位置表示：待测目标P在坐标系1中的坐标表示为(x₁，y，z)，在坐标系2中的坐标表示为(x₂，y，z)，其中x₁和x₂之和为的d。

为实现对磁传感器的定位，通过以下幅度解析技术获取两组磁传感器检测到的特定频率信号的幅度比值，据此计算出磁传感器位置坐标。

对线圈S₁₁、S₁₂和S₁₃分别施加幅度为A、相位为0、角频率为w₁₁、w₁₂和w₁₃的余弦激励信号Acos w₁₁t、Acosw₁₂t和Acosw₁₃t；再用幅度为A，相位为0、角频率分别为w₂₁、w₂₂和w₂₃的余弦信号Acosw₂₁t、Acosw₂₂t和Acosw₂₃t激励线圈S₂₁、S₂₂和S₂₃。

此时，S₁在磁传感器处所形成的合成磁感应强度记为B₁，B₁在磁传感器三个正交轴的分量依次记为B_1x，B_1y，B_1z；S₂在磁传感器处所形成的合成磁感应强度记为B₂，B₂在此磁传感器三个正交轴的分量记为B_2x，B_2y，B_2z；两个磁场源在三轴磁传感器处产生的总磁感应强度记为B，B为B₁、B₂的矢量和。

磁传感器在坐标系1的坐标为(x₁、y、z)，其与坐标系1原点之间的距离为r₁，有r₁ ²＝x₁ ²+y²+z²；利用磁偶极子公式求解磁传感器各轴检测到的S₁产生的磁感应强度如式(1)：

其中，k₁为常系数；

于是，对S₁所形成的合成磁感应强度B₁进行平方运算得到的信号1如式(2)：

当磁传感器空间位置确定时，M₁为常量；

由式(2)知：此时传感器检测到的合成磁感应强度B₁的平方包含角频率为w₁₁+w₁₂、w₁₁-w₁₂、w₁₁+w₁₃、w₁₁-w₁₃、w₁₂+w₁₃和w₁₂-w₁₃的余弦信号；本发明选取角频率为w₁₁+w₁₂、w₁₁+w₁₃和w₁₂+w₁₃的余弦信号，提取这三个特定频率信号的幅值3x₁y、3x₁z和3yz，并由式(3)计算出所选频率信号的两个幅度比R₁₁、R₁₂。

磁传感器在坐标系2的坐标为(x₂、y、z)，其与坐标系2原点之间的距离为r₂，有r₂ ²＝x₂ ²+y²+z²；利用磁偶极子公式求解磁传感器各轴检测到的S₂产生的磁感应强度如式(4)：

其中，k₂为常系数。

于是，对S₂所形成的合成磁感应强度B₂进行平方运算得到的信号2，如式(5)：

当磁传感器空间位置确定时，M₂为常量。

由式(5)知：此时传感器检测到的合成磁感应强度B₂的平方，其包含角频率为w₂₁+w₂₂、w₂₁-w₂₂、w₂₁+w₂₃、w₂₁-w₂₃、w₂₂+w₂₃和w₂₂-w₂₃的余弦信号；本发明选取角频率为w₂₁+w₂₂、w₂₁+w₂₃和w₂₂+w₂₃的余弦信号，提取这三个特定频率信号的幅值3x₂y、3x₂z和3yz，并由式(6)计算出所选频率信号的两个幅度比R₂₁、R₂₂：

R₂₁＝3x₂z/3yz＝x₂/y，R₂₂＝3x₂y/3yz＝x₂/z； (6)

已知待测目标相对于S₁和S₂的两组幅度比(R₁₁、R₁₂)、(R₂₁、R₂₂)、以及两磁场源中心点之间的距离d，待测目标在系统坐标系中的位置坐标算式(x、y、z)可由式(7)计算(其中x＝x₁)：

从三轴磁传感器检测到的合成磁感应强度的平方(信号I)中提取两组幅度比(R₁₁、R₁₂)、(R₂₁、R₂₂)，具体如下：

采用数字或模拟的方式获取信号1的复频域信息：对信号I进行FFT运算，将信号I解析成是由不同频率、幅值，相位的余弦波。选取合适的频率，保证其频率独立且不与其他频率混叠避免不必要的干扰然后提取其幅值：假设采样频率为F_s，采样点数为N，FFT后，某一点n(n从1开始)表示的频率为：F_n＝(n-1)F_s/N，该频率在复频域所对应的模为Y_n，则该频率信号在时域的幅值为2Y_n/N。即为该频率信号的幅值。

综上，本发明基于幅度解析的电磁定位方法，具体操作流程如下：

(1)对线圈S₁₁、S₁₂和S₁₃分别施加幅度为A、相位为0、角频率为w₁₁、w₁₂和w₁₃的余弦激励信号Acos w₁₁t、Acos w₁₂t和Acos w₁₃t；再用幅度为A，相位为0、角频率分别为w₂₁、w₂₂和w₂₃的余弦信号Acos w₂₁t、Acos w₂₂t和Acos w₂₃t激励线圈S₂₁、S₂₂和S₂₃；

(2)对三轴磁传感器模块的三路模拟输出进行严格同步的采样后输入控制模块；

(3)控制模块计算出磁传感器检测到的S₁和S₂在磁传感器处产生的合成磁感应强度的平方记为信号I；

(4)对信号I进行FFT运算，提取出信号I中角频率为w₁₁+w₁₂、w₁₁+w₁₃、w₁₂+w₁₃、w₂₁+w₂₂、w₂₁+w₂₃和w₂₂+w₂₃的六个余弦信号的幅值：假设采样频率为F_s，采样点数为N，FFT后，某一点n(n从1开始)表示的频率为：F_n＝(n-1)F_s/N，该频率在复频域所对应的模为Y_n，则该频率信号在时域的幅值为2Y_n/N，即为该频率信号的幅值；

(5)利用幅度比关系式(3)、(6)，以及两磁场源中心点之间的距离d，根据公式(7)计算求得磁场传感器装置的空间位置坐标。

本发明所提出的基于幅度解析技术确定定位目标的方法，其激励信号为幅值恒定、频率恒定、相位为0的余弦信号。系统通过解析磁传感器检测到的合成磁感应强度平方信号的复频域信息，提取特定信号的幅度，根据公式(3)、(6)计算幅度比，继而根据公式(7)实现对目标的定位。

采用本发明提出的幅度解析技术同时用6个不同频率的交流恒流源激励S₁、S₂获得特定频率成分的幅度比；进而计算三轴磁传感器(目标点)的坐标位置，经过1次激励即可获得定位所需的所有信息。本发明测量精度高、定位速度快、抗干扰能力强，可应用于计算机辅助的小型高精度微创手术的导航，三维超声成像等领域。与专利202310401074.5所述技术相比，在相同激励信号频率的条件下，定位速度提高1倍，定位精度提升1/3，系统复杂度进一步降低。

附图说明

图1为本发明电磁定位系统的结构框图。

图2为本发明电磁定位系统的结构细节图。

图3为系统所涉及的各个线圈的位置和编号示意图。

图4为系统所涉及的全局坐标系示意图。

图5为系统的工作流程图。

图6为本发明具体实施例中幅度解析算法示意图。

图中标号：1为磁场源模块，2为磁传感器模块，3为控制模块。4为磁场源的激励信号，5、6、7为S₁对应的三轴正交线圈,8、9、10为S₂对应的三轴正交线圈；11为磁传感器，12为信号调理模块；13为AD转换与采样电路,14为处理器的控制单元,15为激励控制电路，16为处理器的存储单元，17为处理器的幅度解析单元，18为处理器的坐标计算单元。

具体实施方式

下面结合具体实施例并参照附图，对系统组成以及工作过程进行详细说明。下文所涉及的坐标系定义、角度定义以及线圈编号均同发明内容。但是，本发明的保护范围并不仅仅局限于此实例，熟悉该领域的技术人员根据发明的技术内容，通过简单的更换和代替所作出的其他实例，都应该属于本发明的保护范围。本发明所保护的范围以权利要求书的为准。

图1为本发明的系统结构组成示意图，包括两个部分：磁场源模块1、磁传感器模块2以及控制模块3。

图2为本发明的系统功能模块图。

从图2可以看出，磁场源模块包括由三轴线圈5、6、7组成的S₁，8、9、10组成的S₂以及交流恒流激励电源4，磁场源是由缠绕在软磁铁材料上的三轴正交线圈组成，线圈的中心点相互重合。交流恒流激励电源4在控制模块的控制下为线圈提供特定频率的激励信号，本实施例中交流恒流激励电源4可以同时输出6路频率固定、相位固定的恒流激励信号，可实现对指定线圈的交替激励。输出信号频率可以在一定范围设定并且有较高的稳定性。

磁传感器模块2包括三轴磁传感器11和信号调理模块12。磁传感器11可检测所在位置三个正交方向的磁感应强度。传感器检测到的磁感应强度通过信号调理模块12进行放大滤波，从而方便后续的采样及转换。

控制模块3包括激励控制电路15、采样电路以及A/D转换13、控制单元14、存储单元16、幅值解析单元17以及坐标计算单元18。激励控制电路15在控制单元14的控制下实现对各线圈激励电流的通断；A/D转换电路13含三路模拟信号接口用于接入磁传感器模块输出的三路模拟信号1、2、3，经A/D转换后变成三路数字信号输入到处理器的存储单元16中进行存储；幅值解析单元求取信号1、2、3的矢量和得到合成磁感应强度，进而根据公式(2)或(5)计算出合成磁感应强度平方的信号在特殊频率的幅值；坐标计算单元18根据公式(3)或(6)计算特定频率的幅度比，最后根据公式(7)算出传感器所在位置的坐标。

图3为系统所涉及的各个线圈的位置和编号示意图。线圈S₁₁、线圈S₁₂、线圈S₁₃分别代表坐标系1中与X₁、Y₁、Z₁轴相对应的三个线圈。线圈S₂₁、线圈S₂₂、线圈S₂₃分别代表坐标系2中与X₂、Y₂、Z₂轴相对应的三个线圈。不同频率的余弦信号同时激励线圈S₁₁、线圈S₁₂，线圈S₁₃、线圈S₂₁、线圈S₂₂、线圈S₂₃，利用幅度解析法求解合成磁感应强度的平方特殊频率的幅值求解出两组幅度比(R₁₁、R₁₂)、(R₂₁、R₂₂)。

图4为全系统坐标示意图。坐标系1的原点位于(0，0，0)，与S₁三个线圈的中心点重合。坐标系2的原点位于(d，0，0)，与S₂三个线圈的中心点重合。即两个磁场源装置中心点之间的距离为d。X₁、X₂相互平行但方向相反；Y₁与Y₂、Z₁与Z₂相互平行、方向相同。

图5为系统的工作流程图，具体步骤如下：

(1)首先是系统的初始化，包括将控制模块的两路数模转换内核配置成同步模式；配置微处理器工作模式，数据传递模式设置成从外设到内存，同时设置好内存首地址；配置系统定时器，实现对采样频率的精准控制；具体实施S₁的激励电流频率为w₁₁＝1kHz、w₁₂＝1.5kHz和w₁₃＝2kHz，S₂的激励电流频率为w₂₁＝1.5kHz、w₂₂＝3kHz、和w₂₃＝3.5kHz，合成磁感应强度B²包含的频率13个，其中无其他频率信号干扰的特殊信号(此频率上仅有一个确定幅值的信号)分别为2.5kHz、3.5kHz、1kHz、1.5kHz、6.5kHz、5kHz，其幅值分别为：3x₁y、3yz、3x₁z、3x₂y、3yz、3x₂z；为避免频谱混叠，本发明将采样频率设置成32kHz；

(2)恒流交流电源对线圈S₁₁施加幅度为1A、相位为0、角频率为1kHz的余弦激励信号，对线圈S₁₂施加同幅同相、角频率为1.5kHz的余弦激励信号，对线圈S₁₃施加同幅同相、角频率为2kHz的余弦激励信号；再用幅度为1A，相位为0、角频率为1.5kHz的余弦信号激励线圈S₂₁，对线圈S₂₂施加同幅同相、角频率为3kHz的余弦激励信号，对线圈S₂₃施加同幅同相、角频率为3.5kHz的余弦激励信号；

(3)AD转换及采样模块采集磁传感器模块输出的三路正交磁感应强度模拟信号，转换成数字信号后输入到处理器中，利用幅度解析获取幅度比(R₁₁、R₁₂)、(R₂₁、R₂₂)并存储；

(4)将步骤(3)中得到的幅度比，带入公式(7)，求出待测目标的位置，实现对目标的定位。

图6为本发明具体实施例中幅度解析算法示意图。具体实施步骤如下：

(1)AD转换后得到三路数字信号，经微处理器传送到处理器的存储空间中；处理器对磁传感器模块输出的三路三轴正交磁感应强度求取平方和得到信号1；

(2)对步骤(1)中得到的信号1进行快速傅里叶变换，将信号1解析成是由不同频率、幅值、相位的正弦波组成的信号；在内存中开辟两个2048点的浮点格式的数组，用于存储快速傅里叶变换得到的信号频谱，以奇数地址存储实数部分，以偶数地址存储虚数部分；

(3)选取合适的频率，保证其频率独立且不与其他频率混叠避免不必要的干扰然后提取其幅值：采样频率为32kHz，采样点数为N＝1024点，即频率分辨率为32kHz/1024＝31.25Hz；无其他频率信号干扰的特殊信号分别为2.5kHz、3.5kHz、1kHz、1.5kHz、6.5kHz、5kHz，又因2.5kHz/31.25Hz＝80、3.5kHz/31.25Hz＝112、1kHz/31.25Hz＝32、1.5kHz/31.25Hz＝48、6.5kHz/31.25Hz＝208、5kHz/31.25Hz＝160、可知信号1中对应数字频谱的谱点数分别为81、113、33、49、209、161；取出该点对应的实部和虚部，求其模值Y_n(n为上述的谱点数)利用公式2Y_n/N，带入Y_n、N求取幅值并存储。

Claims (5)

1.一种基于幅度解析的电磁定位系统，其特征在于，由如下三个部分组成：磁场源模块，磁传感器模块以及主控模块，其中：

所述磁场源模块，包含磁场源和交流恒流源；所述磁场源由两组相对位置和姿态已知、组成和结构完全相同的三轴正交线圈组成，记为磁场源S₁和磁场源S₂；所谓三轴正交线圈是由三个缠绕在磁芯上的、中心点重合且相互正交的线圈组成，线圈通电后即产生磁场；所述交流恒流源由恒流源及相关控制电路组成，为构成磁场源的线圈提供激励电流，即交流恒流源在控制模块的控制下输出激励磁场源线圈的余弦电流；

所述磁传感器模块，包含一个三轴磁传感器以及相应的信号调理电路；所述三轴磁传感器附着于被跟踪目标，测量跟踪目标所处位置的三个正交方向的磁感应强度，将检测到的结果输入到信号调理电路中；信号调理电路对三轴磁传感器检测到的信号进行滤波和放大；

所述控制模块，包含激励控制电路、采样电路与A/D转换以及微处理器；所述激励控制电路在微处理器的控制下实现对磁场源各线圈激励电流的通断；所述采样电路与A/D转换电路对磁传感器输出的三路模拟信号(对应于三个正交方向的磁感应强度)采样并将其转换为数字信号输入到微处理器中进行处理；所述微处理器首先将采样得到的三路信号合成总磁感应强度信号，并进行平方运算得到信号I；再对信号I进行幅度解析运算，得到特定频率信号的幅度值；根据信号I中特定频率信号的幅度比，提取出位置信息，实现对目标点的跟踪定位；

其中，相关概念定义如下：

磁场源S₁由三个相互正交的线圈S₁₁、S₁₂、S₁₃组成；磁场源S₂由三个相互正交的线圈S₂₁、S₂₂、S₂₃组成；

坐标系1为全局坐标系，其三个坐标轴X₁、Y₁、Z₁分别与组成S₁的三个相互正交的线圈S₁₁、S₁₂、S₁₃的轴线重合，坐标系原点(0，0，0)对应于组成磁场源S₁的三个线圈重合的中心点；坐标系2，其三个坐标轴X₂、Y₂、Z₂分别与组成S₂的三个相互正交的线圈S₂₁、S₂₂、S₂₃的轴线重合，组成S₂的三个线圈重合的中心点位于坐标系2的原点，坐标系2的原点位于为全局坐标系的(d，0，0)点，即两个磁场源装置中心点之间的距离为d；此外，X₁、X₂相互平行但方向相反；Y₁与Y₂、Z₁与Z₂相互平行且方向相同；

待测目标的位置表示：待测目标P在坐标系1中的坐标表示为(x₁，y，z)，在坐标系2中的坐标表示为(x₂，y，z)，其中x₁和x₂之和为的d。

2.基于权利要求1所述电磁定位系统的电磁定位方法，其特征在于，通过以下幅度解析技术获取两组磁传感器检测到的特定频率信号的幅度比值，据此计算出磁传感器位置坐标；具体步骤为：

(一)对线圈S₁₁、S₁₂和S₁₃分别施加幅度为A、相位为0、角频率为w₁₁、w₁₂和w₁₃的余弦激励信号Acosw₁₁t、Acosw₁₂t和Acosw₁₃t；再用幅度为A，相位为0、角频率分别为w₂₁、w₂₂和w₂₃的余弦信号Acosw₂₁t、Acosw₂₂t和Acosw₂₃t激励线圈S₂₁、S₂₂和S₂₃；

此时S₁在磁传感器处所形成的合成磁感应强度记为B₁，B₁在磁传感器三个正交轴的分量依次记为B_1x，B_1y，B_1z；S₂在磁传感器处所形成的合成磁感应强度记为B₂，B₂在此磁传感器三个正交轴的分量记为B_2x，B_2y，B_2z；两个磁场源在三轴磁传感器处产生的总磁感应强度记为B，B为B₁、B₂的矢量和；

磁传感器在坐标系1的坐标为(x₁、y、z)，其与坐标系1原点之间的距离为r₁，有r₁ ²＝x₁ ²+y²+z²；利用磁偶极子公式求解磁传感器各轴检测到的S₁产生的磁感应强度如式(1)：

其中，k₁为常系数；

于是，对S₁所形成的合成磁感应强度B₁进行平方运算得到的信号1如式(2)：

当磁传感器空间位置确定时，M₁为常量；

由(2)式知：此时传感器检测到的合成磁感应强度B₁的平方包含角频率为w₁₁+w₁₂、w₁₁-w₁₂、w₁₁+w₁₃、w₁₁-w₁₃、w₁₂+w₁₃和w₁₂-w₁₃的余弦信号；选取角频率为w₁₁+w₁₂、w₁₁+w₁₃和w₁₂+w₁₃的余弦信号，提取这三个特定频率信号的幅值3x₁y、3x₁z和3yz，并由式(3)计算出所选频率信号的两个幅度比R₁₁、R₁₂：

(二)磁传感器在坐标系2的坐标为(x₂、y、z)，其与坐标系2原点之间的距离为r₂，有r₂ ²＝x₂ ²+y²+z²；利用磁偶极子公式求解磁传感器各轴检测到的S₂产生的磁感应强度如式(4)：

其中，k₂为常系数；

于是，对S₂所形成的合成磁感应强度B₂进行平方运算得到的信号2，如式(5)：

当磁传感器空间位置确定时，M₂为常量；

由(5)式知：此时传感器检测到的合成磁感应强度B₂的平方，其包含角频率为w₂₁+w₂₂、w₂₁-w₂₂、w₂₁+w₂₃、w₂₁-w₂₃、w₂₂+w₂₃和w₂₂-w₂₃的余弦信号；选取角频率为w₂₁+w₂₂、w₂₁+w₂₃和w₂₂+w₂₃的余弦信号，提取这三个特定频率信号的幅值3x₂y、3x₂z和3yz，并由式(6)计算出所选频率信号的两个幅度比R₂₁、R₂₂：

R₂₁＝3x₂z/3yz＝x₂/y，R₂₂＝3x₂y/3yz＝x₂/z， (6)。

3.根据权利要求2所述的电磁定位方法，其特征在于，根据式(3)、式(6)计算得到的两组幅度比(R₁₁、R₁₂)、(R₂₁、R₂₂)、以及两磁场源中心点之间的距离d，待测目标在系统坐标系中的位置坐标算式(x、y、z)由(7)计算(其中x＝x₁)：

4.根据权利要求3所述的电磁定位方法，其特征在于，从三轴磁传感器检测到的合成磁感应强度的平方(信号I)中提取两组幅度比(R₁₁、R₁₂)、(R₂₁、R₂₂)，具体如下：

采用数字或模拟的方式获取信号1的复频域信息：对信号I进行FFT运算，将信号I解析成是由不同频率、幅值，相位的余弦波；选取合适的频率，保证其频率独立且不与其他频率混叠：假设采样频率为F_s，采样点数为N，FFT后，某一点n(n从1开始)表示的频率为：该频率在复频域所对应的模为Y_n，则该频率信号在时域的幅值为2Y_n/N；即为该频率信号的幅值。

5.根据权利要求2所述的电磁定位方法，其特征在于，具体操作流程如下：

(1)对线圈S₁₁、S₁₂和S₁₃分别施加幅度为A、相位为0、角频率为w₁₁、w₁₂和w₁₃的余弦激励信号Acosw₁₁t、Acosw₁₂t和Acosw₁₃t；再用幅度为A，相位为0、角频率分别为w₂₁、w₂₂和w₂₃的余弦信号Acosw₂₁t、Acosw₂₂t和Acosw₂₃t激励线圈S₂₁、S₂₂和S₂₃；

(2)对三轴磁传感器模块的三路模拟输出进行严格同步的采样后输入控制模块；

(3)控制模块计算出磁传感器检测到的S₁和S₂在磁传感器处产生的合成磁感应强度的平方记为信号I；

(4)对信号I进行FFT运算，提取出信号I中角频率为w₁₁+w₁₂、w₁₁+w₁₃、w₁₂+w₁₃、w₂₁+w₂₂、w₂₁+w₂₃和w₂₂+w₂₃的六个余弦信号的幅值：假设采样频率为F_s，采样点数为N，FFT后，某一点n(n从1开始)表示的频率为：F_n＝(n-1)F_s/N，该频率在复频域所对应的模为Y_n，则该频率信号在时域的幅值为2Y_n/N，即为该频率信号的幅值；

(5)利用幅度比关系式(3)、(6)，以及两磁场源中心点之间的距离d，根据公式(7)计算求得磁场传感器装置的空间位置坐标。