DE102020109122A1

DE102020109122A1 - Verzerrungskorrektur zur ortung eines objekts in einem magnetfeld

Info

Publication number: DE102020109122A1
Application number: DE102020109122.2A
Authority: DE
Inventors: Westley S. Ashe
Original assignee: Ascension Technology Corp
Current assignee: Northern Digital Inc
Priority date: 2019-04-02
Filing date: 2020-04-01
Publication date: 2020-10-08
Also published as: US20200319267A1; CA3076356A1; CN111796667A; CA3076356C; US11397220B2

Abstract

Ein System ist konfiguriert, um ein Magnetfeld zu modellieren, indem ein erster Wert für Eigenschaften eines Magnetfelds an einer ersten Position in dem Magnetfeld gemessen wird. Das System misst einen zweiten Wert für Eigenschaften des Magnetfelds an einer zweiten Position in dem Magnetfeld. Das System bestimmt einen Abstand zwischen der ersten Position und der zweiten Position. Das System berechnet auf der Grundlage jeden der Abstände eine Verzerrungskomponente des Magnetfelds an etwa der zweiten Position in dem Magnetfeld, den ersten Wert für jede der einen oder mehreren Eigenschaften, und den zweiten Wert für jede der einen oder der mehreren Eigenschaften. Das System gibt ein Modell von mindestens einem Bereich des Magnetfelds aus.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft das Verfolgen eines Objekts in einem Magnetfeld, insbesondere das Bestimmen von Verzerrungen in einem elektromagnetischen (EM) Signal und das Korrigieren der Verzerrungen zum Verfolgen eines Objekts in dem Magnetfeld.
HINTERGRUND
Magnetische Ortungssysteme (MT-Systeme) werden unter anderem verwendet, um die Lokalisierung von Instrumenten und Anatomie in medizinischen Verfahren, VR-Einstellungen (Virtual Reality) und AR-Einstellungen (Augmented Reality) zu unterstützen. Solche Systeme können die Position eines Sensors basierend auf gemessenen Feldlinien eines übertragenen Magnetfeldes bestimmen.
KURZDARSTELLUNG
Ein elektromagnetisches Ortungssystem (Electro Magnetic Tracking - EMT-System) (auch als ein magnetisches Ortungssystem bezeichnet) kann zum Verfolgen einer Vorrichtung für eine Reihe von Anwendungen verwendet werden, z. B. für medizinische Anwendungen, AR/VR-Anwendungen usw. In einer AR/VR-Einstellung kann das EMT-System beispielsweise dazu verwendet werden, die Position und/oder Orientierung einer Vorrichtung in Bezug auf ein Head Mounted Display (HMD) zu verfolgen, das an einen Benutzer gekoppelt ist. Die HMD-Anzeige kann eine Darstellung der Vorrichtung in einer AR/VR-Schnittstelle an einer ungefähren Position und Orientierung zeigen, die einer tatsächlichen Position und Orientierung der Vorrichtung in Bezug auf den Benutzer entspricht. In einer medizinischen Umgebung kann das magnetische Ortungssystem zum Beispiel die Position und Orientierung einer chirurgischen Vorrichtung in Bezug auf einen Bediener oder einen anderen Bezugsrahmen bestimmen. Zahlreiche weitere Anwendungen zur Ortung eines Objekts sind bekannt.
Das magnetische Ortungssystem ist konfiguriert, um die Position und Orientierung eines Empfängers (z. B. einer georteten Vorrichtung) in Bezug auf einen Sender, basierend auf einem Magnetsignal (das auch als ein Magnetfeld bezeichnet wird), das von dem Sender emittiert wird, zu bestimmen. Die Position bezieht sich auf einen physikalischen Standort des Empfängers in Bezug auf den Sender (oder umgekehrt), und die Positionsdaten können als ein Positionsvektor ausgedrückt werden. Die Orientierung bezieht sich auf eine Richtung, in welche die geortete Vorrichtung in Bezug auf den Empfänger zeigt, und kann als Orientierungsmatrix ausgedrückt werden. Der Empfänger ist konfiguriert, um das vom Sender empfangene Magnetsignal zum Erhalt von Positionsdaten zu demodulieren, welche die Position der georteten Vorrichtung in Bezug auf den Empfänger darstellen, und um Orientierungsdaten zu erhalten, welche die Orientierung des Senders in Bezug auf den Empfänger darstellen. In einem Gesichtspunkt wird das von einem Sender des EMT-Systems empfangene Magnetsignal in eine Signalmatrix zerlegt. Die Elemente der Signalmatrix haben jeweils entsprechende Größen, die eine Funktion der Amplitude des empfangenen Magnetsignals und eines Abstands zwischen dem Sender und dem Empfänger sind. Die Berechnung von Position und/oder Orientierung kann in einem Koordinatenraum aus der Perspektive des Empfängers durchgeführt werden (z. B. wobei der Empfänger den Ursprung des Koordinatensystems darstellt). Die Berechnung der Position und/oder Orientierung kann in einem Koordinatenraum aus der Perspektive des Senders durchgeführt werden (z. B. wobei der Sender den Ursprung des Koordinatensystems darstellt).
In vielen Situationen ist das magnetische Feld, das von dem Sender emittiert wird, verzerrt oder mindestens teilweise verzerrt. In einigen Implementierungen können Bereiche des Magnetfelds näher an dem Sender eine relativ niedrige Verzerrung aufweisen oder ganz unverzerrt sein. Außerdem können Bereiche weiter von dem Sender entfernt relativ höheren Verzerrungen aufweisen. Verzerrungen können durch Objekte in der Umgebung des magnetischen Ortungssystems verursacht werden, wie beispielsweise metallische Objekte.
Das magnetische Ortungssystem ist konfiguriert, um zu bestimmen, welche Verzerrungen in dem von dem Sender emittierten Magnetfeld vorhanden sind, so dass die Position und Orientierung der georteten Vorrichtung selbst in den verzerrten Bereichen des Magnetfelds genau bestimmt werden kann. Das magnetische Ortungssystem ist konfiguriert, um die Verzerrungen des Magnetfelds durch Vergleichen der Messungen des Magnetfelds in niedrigen Verzerrungsbereichen des Magnetfelds mit Messungen des Magnetfelds in höheren Verzerrungsbereichen des Magnetfelds abzubilden. Im Allgemeinen ist das magnetische Ortungssystem konfiguriert, um ein Modell der Verzerrungen des Magnetfelds von Bereichen in der Nähe des Senders (die niedrige Verzerrungen aufweisen) auf Bereiche weiter entfernt von dem Sender (die größere Verzerrungen aufweisen können) aufzubauen. Sobald Verzerrungen für einen bestimmten Bereich des Magnetfelds bestimmt wurden, wird dieser Bereich zu einem zuverlässigen Bereich und kann als eine Basis für eine weitere Abbildung von verzerrten Bereiche (z. B. für einen anderen verzerrten Bereich) verwendet werden.
Das magnetische Ortungssystem schließt eine inertiale Messeinheit (IMU) ein, die konfiguriert ist, um Bewegungsdaten bereitzustellen, die eine Bewegung der georteten Vorrichtung darstellen. Die Bewegungsdaten können lineare Beschleunigungsdaten einschließen, die von einem oder mehreren Beschleunigungsmessern gemessen werden. Die Bewegungsdaten können Winkelgeschwindigkeitsdaten einschließen, die von einem oder mehreren Gyroskopen bereitgestellt werden. Die IMU ist mit der georteten Vorrichtung gekoppelt, die den Empfänger einschließt.
Die von der IMU bereitgestellten Bewegungsdaten werden von dem magnetischen Ortungssystem verwendet, um eine Verzerrungskomponente des Magnetfelds in dem Bereich des Magnetfelds zu bestimmen, in dem der Empfänger das Magnetfeld misst. Die geortete Vorrichtung, die den Empfänger und die IMU einschließt, wird aus einem ersten Bereich des Magnetfelds mit niedrigen oder bekannten Verzerrungen zu einem zweiten Bereich des Magnetfelds mit hoher und/oder unbekannten Verzerrungen bewegt. Die gemessene Bewegung der georteten Vorrichtung kann verwendet werden, um die neue Position und Orientierung der georteten Vorrichtung in dem zweiten Bereich des Magnetfelds in Bezug zu dem Sender zu berechnen. Die Messung des Magnetfelds in dem niedrigen Verzerrungsbereich wird zur Berechnung eines unverzerrten Magnetfelds in dem zweiten Bereich des Magnetfelds verwendet. Die Verzerrungskomponente des zweiten Bereichs kann durch Feststellen der Differenz zwischen dem gemessenen Magnetfeld in dem zweiten Bereich und der Berechnung des unverzerrten Magnetfelds in dem zweiten Bereich bestimmt werden.
Die geortete Vorrichtung kann einen ersten magnetischen Empfänger und einen zweiten magnetischen Empfänger einschließen, die auf der georteten Vorrichtung miteinander gekoppelt sind. Die ersten und zweiten magnetischen Empfänger sind in einem vorbestimmten Abstand von einer anderen angeordnet. Der erste und der zweite Empfänger sind konfiguriert, um das Magnetfeld in einem ersten Bereich des Magnetfelds und in einem zweiten Bereich des Magnetfelds zu messen. In einigen Implementierungen können der erste und der zweite Empfänger konfiguriert sein, um gleichzeitig das Magnetfeld an den ersten und zweiten Bereichen zu messen. Ähnlich wie bei dem oben beschriebenen Beispiel ist der erste Bereich ein niedriger Verzerrungsbereich (z. B. ein Bereich mit bekannter Verzerrung), und der zweite Bereich ist ein höherer Verzerrungsbereich (z. B. ein Bereich mit unbekannter Verzerrung). Das magnetische Ortungssystems ist konfiguriert, um die Verzerrungskomponente des zweiten Bereichs zu bestimmen, indem basierend auf der Messung im ersten Bereich bestimmt wird, wie das unverzerrte Magnetfeld im zweiten Bereich sein würde. Das magnetische Ortungssystem bestimmt dann eine Differenz zwischen dem gemessenen Magnetfeld in dem zweiten Bereich und dem berechneten Magnetfeld in dem zweiten Bereich, um die Verzerrungskomponente des Magnetfelds in dem zweiten Bereich zu bestimmen. Der zweite Bereich wird zu einem zuverlässigen Bereich, und kann durch das magnetische Ortungssystem als eine Basis für eine weitere Abbildung der Verzerrungen (z. B. in anderen verzerrten Bereichen des Magnetfelds) verwendet werden.
Die hierin beschriebenen Techniken schließen einen oder mehrere der folgenden Vorteile ein. Eine absolute Positionsreferenz kann direkt von dem elektromagnetischen Ortungssystem erhalten werden, wenn sich die geortete Vorrichtung in dem niedrigen Verzerrungsbereich des emittierten Magnetfelds befindet. Das EMT-System kann die Position unter Verwendung von Daten bestimmen, die nur eine relative Position der georteten Vorrichtung aus dem unverzerrten Bereich des Magnetfelds einschließen. Das magnetische Ortungssystem erfordert kein zweites Ortungsmittel (z. B. ein optisches Mittel, ein zweites Ortungssystem usw.), um eine Verzerrungskorrektur durchzuführen und/oder unverzerrte Positionen der georteten Vorrichtung zu erhalten, wenn sich die geortete Vorrichtung in dem verzerrten Bereich befindet.
Eine Sensoranordnung des magnetischen Ortungssystems kann das Verfahren einer Korrektur der Verzerrungen des Magnetfelds und einer Erzeugung eines Modells der Verzerrungen des Magnetfelds beschleunigen, da mehr des verzerrten Bereichs in einer vorgegebenen Zeit korrigiert werden kann. Redundante Daten, die von einer Sensoranordnung verfügbar sind, können das System beim Auswählen des Sensors/der Sensoren unterstützen, oder ein Punkt, der aus einer Kombination davon resultiert (z. B. ein virtueller Punkt auf der georteten Vorrichtung), sollte zur Bestimmung der Position und Orientierung des georteten Vorrichtung verwendet werden. Die bestimmte Position und Orientierung kann durch das magnetische Ortungssystem verwendet werden, um den/die anderen Sensor(en) in dem Magnetfeld zu lokalisieren.
Ein Verfahren zur Verzerrungskorrektur zur Ortung eines Objekts in einem Magnetfeld durch ein magnetisches Ortungssystem schließt das Messen eines ersten Wertes für jede von einer oder mehreren Eigenschaften eines Magnetfelds an einer ersten Position im Magnetfeld durch einen Magnetsensor ein. Das Verfahren schließt das Messen, durch den Magnetsensor, eines zweiten Werts für jede der einen oder mehreren Eigenschaften des Magnetfelds an einer zweiten Position in dem Magnetfeld ein. Das Verfahren schließt das Bestimmen, durch die Rechenvorrichtung in Verbindung mit dem Magnetsensor, eines Abstands zwischen der ersten Position und der zweiten Position ein. Das Verfahren schließt das Berechnen einer Verzerrungskomponente des Magnetfelds an etwa der zweiten Position in dem Magnetfeld ein. Die Berechnung kann auf jedem der Abstände, des ersten Werts für jede der einen oder mehreren Eigenschaften und des zweiten Werts für jede der einen oder mehreren Eigenschaften basieren. Das Verfahren schließt, auf der Grundlage der Berechnung der Rechenvorrichtung, das Ausgeben eines Modells von mindestens einem Bereich des Magnetfelds ein.
In einem Gesichtspunkt schließt die Maßnahme, welche die Bestimmung des Abstands zwischen der ersten Position und der zweiten Position in dem Magnetfeld zusätzliche Maßnahmen ein, einschließlich Messen, durch eine inertiale Messeinheit (IMU), von Bewegungsdaten, welche Bewegung des Magnetsensors von der ersten Position zu der zweiten Position darstellen. Die Maßnahmen schließen auf der Grundlage der Bewegungsdaten ein Bestimmen des ersten Werts für jede der einen oder mehreren Eigenschaften, und des zweiten Werts für jede der einen oder mehreren Eigenschaften, des Abstands zwischen der ersten Position und der zweiten Position, ein.
In einem Gesichtspunkt wird ein erster Wert für jede der einen oder mehreren Eigenschaften des Magnetfelds durch einen ersten Magnetsensor gemessen. Der zweite Wert für jede der einen oder mehreren Eigenschaften des Magnetfelds wird durch einen zweiten Magnetsensor gemessen, der sich von dem ersten Magnetsensor unterscheidet.
In einem Gesichtspunkt sind der erste Magnetsensor und der zweite Magnetsensor durch einen Versatzabstand verbunden und getrennt. Der Abstand zwischen der ersten Position und der zweiten Position in dem Magnetfeld entspricht etwa dem Versatzabstand.
In einem Gesichtspunkt weist die erste Position in einem Bereich des Magnetfelds weniger Verzerrung auf als ein anderer Bereich des Magnetfelds, einschließlich der zweiten Position. In einigen Implementierungen schließt das Berechnen der Verzerrungskomponente das Abrufen eines Modells des Magnetfelds, das der zweiten Position entspricht, das Bestimmen eines dritten Werts der einen oder mehreren Eigenschaften des Magnetfelds, das, gemäß dem Modell, einem unverzerrten empfangenen Magnetfeld an der zweiten Position entspricht, und das Bestimmen einer Differenz zwischen dem dritten Wert für jede der einen oder mehreren Eigenschaften des Magnetfelds und dem zweiten Wert für jede der einen oder mehreren Eigenschaften ein, die an der zweiten Position gemessen werden. Die Differenz stellt die Verzerrungskomponente des Magnetfelds dar.
In einem Gesichtspunkt schließt die eine oder mehrere Eigenschaften des Magnetfelds eine Feldstärke des Magnetfelds ein. Die Feldstärke basiert auf einem Abstand des Magnetsensors von einem Sender, der konfiguriert ist, um das Magnetfeld zu erzeugen. In einigen Implementierungen wird der erste Wert für jede der einen oder mehreren Eigenschaften als Antwort auf die Bestimmung gemessen, dass sich der Magnetsensor in einem Bereich des Magnetfelds befindet, der näherungsweise keine Verzerrung aufweist oder dass sich der Magnetsensor im Bereich des Magnetfelds mit einer bekannten Verzerrung befindet.
In einem Gesichtspunktschließt das Verfahren ein Ausdehnen des Bereichs mit der bekannten Verzerrung des Magnetfelds ein. Die erste Position umfasst eine Position in dem Magnetfeld, die innerhalb des Bereichs liegt, der die bekannte Verzerrung des Magnetfelds aufweist. Die zweite Position umfasst eine Position in dem Magnetfeld, die außerhalb des Bereichs liegt, der die bekannte Verzerrung des Magnetfelds aufweist.
In einem Gesichtspunkt schließt das Verfahren die Bestimmung einer korrigierten Position des Magnetsensors in dem Magnetfeld, auf der Grundlage des Modells von mindestens dem Bereich des Magnetfelds, das Erzeugen einer grafischen Darstellung der korrigierten Position des Magnetsensors in dem Magnetfeld, und das Veranlassen einer Anzeige der grafischen Darstellung in einer Benutzerschnittstelle ein.
In einem Gesichtspunkt schließt das magnetische Ortungssystem eine Quellvorrichtung ein, die zum Erzeugen eines Magnetfelds konfiguriert ist. Das magnetische Ortungssystem schließt eine geortete Vorrichtung ein, die einen Magnetsensor einschließt, der konfiguriert ist, um das Magnetfeld zu messen und Magnetdaten zu erzeugen, die das Magnetfeld darstellen, und eine inertiale Messeinheit (IMU), die konfiguriert ist, um Bewegungsdaten auf der Grundlage einer Bewegung der IMU zu erzeugen. Die IMU ist mit dem Magnetsensor gekoppelt. Das magnetische Ortungssystem schließt eine Rechenvorrichtung, die mindestens einen Prozessor einschließt, ein. Die Rechenvorrichtung ist konfiguriert, um die folgenden Operationen auszuführen. Die Operationen schließen das Empfangen von ersten Magnetdaten von dem Magnetsensor ein, die eine erste Position des Magnetsensors darstellen. Die Operationen schließen das Empfangen von zweiten Magnetdaten von dem Magnetsensor ein, die eine zweite Position des Magnetsensors darstellen. Die zweite Position befindet sich in einem relativ stärker verzerrten Bereich des Magnetfelds als die erste Position. Die Operationen schließen das Bestimmen eines Abstands zwischen der ersten Position und der zweiten Position auf der Grundlage von Bewegungsdaten ein, die von der IMU empfangen werden, die eine Bewegung des Magnetsensors von der ersten Position zu der zweiten Position darstellen. Die Operationen schließen das Bestimmen der ersten magnetischen Daten und der zweiten magnetischen Daten, einer Verzerrungskomponente des Magnetfelds, auf der Grundlage des Abstands, ein. Die Operationen schließen das Ausgeben eines Modells des Magnetfelds auf der Grundlage der Verzerrungskomponente ein.
In einem Gesichtspunkt kann das magnetische Ortungssystem einen Sender einschließen, der zur Erzeugung des Magnetfelds konfiguriert ist. Der Sender ist konfiguriert, um ein Magnetfeld einschließlich einer Vielzahl von Achsen unter Verwendung einer Vielzahl von Senderachsen zu erzeugen. Der Magnetsensor ist konfiguriert, um das Magnetfeld zu messen, indem jede der übertragenen Achsen des Magnetfelds gemessen wird. In einigen Implementierungen umfassen die Bewegungsdaten lineare Beschleunigungsdaten und Winkelbeschleunigungsdaten. Die IMU umfasst einen oder mehrere Beschleunigungsmesser und ein oder mehrere Gyroskope.
In einem Gesichtspunkt schließt das Berechnen der Verzerrungskomponente durch das magnetisches Ortungssystem das Abrufen eines Modells des Magnetfelds, das der zweiten Position entspricht, das Bestimmen eines Wertes des Magnetfelds, das, gemäß dem Modell, einem unverzerrten empfangenen Magnetfeld an der zweiten Position entspricht, und das Bestimmen einer Differenz zwischen dem Wert des Magnetfelds und einem Wert der zweiten Magnetdaten, die an der zweiten Position gemessen werden, ein. Die Differenz stellt die Verzerrungskomponente des Magnetfelds dar. In einigen Implementierungen schließen die Operationen ferner das Bestimmen einer korrigierten Position des Magnetsensors in dem Magnetfeld, auf der Grundlage des Modells des Magnetfelds, das Erzeugen einer grafischen Darstellung der korrigierten Position des Magnetsensors in dem Magnetfeld, und das Veranlassen einer Anzeige der grafischen Darstellung in einer Benutzerschnittstelle ein.
In einem Gesichtspunkt schließt das magnetische Ortungssystem eine Quellvorrichtung ein, die zum Erzeugen eines Magnetfelds konfiguriert ist. Das magnetische Ortungssystem schließt eine geortete Vorrichtung einschließlich einem ersten Magnetsensor ein, der konfiguriert ist, um das Magnetfeld zu messen und Magnetdaten zu erzeugen, die das Magnetfeld an einer ersten Position in Bezug auf die Quellvorrichtung darstellen. Die geortete Vorrichtung schließt einen zweiten Magnetsensor ein, der mit dem ersten Magnetsensor in einem bestimmten Abstand gekoppelt ist und konfiguriert ist, um das Magnetfeld zu messen und Magnetdaten zu erzeugen, die das Magnetfeld an einer zweiten Position in Bezug auf die Quellvorrichtung und in dem bestimmten Abstand von der ersten Position darstellen. Das magnetische Ortungssystem schließt eine Rechenvorrichtung ein, die mindestens einen Prozessor einschließt. Die Rechenvorrichtung ist zur Durchführung von Operationen konfiguriert, einschließlich dem Empfangen, von dem ersten Magnetsensor, einer ersten magnetischen Darstellung des Magnetfelds an der ersten Position, dem Empfangen, von dem zweiten Magnetsensor, einer zweiten magnetischen Darstellung des Magnetfelds an einer zweiten Position, wobei sich die zweite Position in einem relativ stärker verzerrten Bereich des Magnetfelds als die erste Position befindet, das Bestimmen, auf der Grundlage des bestimmten Abstands, der ersten magnetischen Daten und der zweiten magnetischen Daten, einer Verzerrungskomponente des Magnetfelds und das Ausgeben eines Modells des Magnetfelds auf der Grundlage der Verzerrungskomponente.
In einem Gesichtspunkt ist das magnetische Ortungssystem konfiguriert, um ein nicht-transitorisches, computerlesbares Medium zum Speichern von Anweisungen, die durch einen oder mehrere Prozessoren, die konfiguriert sind, Operationen durchzuführen, einschließlich dem Erhalten, von einem Magnetsensor, eines ersten Werts für jede der einen oder mehreren Eigenschaften eines Magnetfelds an einer ersten Position in dem Magnetfeld, einzuschließen. Die Operationen schließen das Erhalten, von dem Magnetsensor, eines zweiten Werts für jede der einen oder mehreren Eigenschaften des Magnetfelds an einer zweiten Position in dem Magnetfeld ein. Die Operationen schließen das Bestimmen eines Abstands zwischen der ersten Position und der zweiten Position ein. Die Operationen schließen das Schätzen, auf der Grundlage von jedem der Abstände, des ersten Werts für jeden der einen oder der mehreren Eigenschaften, und des zweiten Werts für jeden der einen oder der mehreren Eigenschaften, eine Verzerrungskomponente des Magnetfelds an etwa der zweiten Position in dem Magnetfeld ein. Die Operationen schließen, auf der Grundlage der Berechnung, das Ausgeben eines Modells von mindestens einem Bereich des Magnetfelds ein.
Die Einzelheiten einer oder mehrerer Ausführungsformen des hierin beschriebenen Gegenstandes sind in den begleitenden Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung aufgeführt. Andere Merkmale, Objekte und Vorteile des Gegenstandes werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen ersichtlich.
Figurenliste

1A zeigt ein Beispiel eines magnetischen Ortungssystems einschließlich einer inertialen Messeinheit (IMU).
1B zeigt eine beispielhafte Darstellung einer Fehlerabbildung, die auf der Grundlage von Messungen des magnetischen Ortungssystems von 1A erzeugt wird.
2 zeigt ein Beispiel eines magnetischen Ortungssystems, das einen ersten Magnetfeldempfänger und einen zweiten Magnetfeldempfänger einschließt.
3 zeigt ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Bestimmen von Verzerrungen in einem Magnetfeld zum Orten einer Vorrichtung in dem Magnetfeld darstellt.
4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Bestimmen von Verzerrungen in einem Magnetfeld unter Verwendung des magnetischen Ortungssystems von 1A darstellt.
5 zeigt ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Verfahren zum Bestimmen von Verzerrungen in einem Magnetfeld unter Verwendung des magnetischen Ortungssystems von 2 darstellt.
6 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Computersystems.

Gleiche Referenzsymbole in den verschiedenen Zeichnungen zeigen gleiche Elemente an.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ein elektromagnetisches Ortungssystem (EMT-System) (auch als magnetisches Ortungssystem bezeichnet) kann in medizinischen Einstellungen, VR-Einstellungen (Virtual Reality), AR-Einstellungen (Augmented Reality) usw. verwendet werden, um eine Vorrichtung zu orten. Zum Beispiel kann das EMT-System in einer chirurgischen Umgebung verwendet werden, um medizinische Ausrüstung, Roboterarme usw. zu verfolgen, sodass die dreidimensionale Position (z. B. der Standort) und die Orientierung der Vorrichtung einem medizinischen Fachmann (z. B. einem Chirurgen) während eines medizinischen Eingriffs bekannt ist.
In vielen Situationen ist ein von einem Sender (eines EMT-Systems) emittiertes Magnetfeld verzerrt oder mindestens teilweise verzerrt. In einigen Implementierungen können Bereiche des Magnetfelds näher an dem Sender eine relativ niedrige Verzerrung aufweisen oder ganz unverzerrt sein. Außerdem können Bereiche weiter von dem Sender entfernt relativ höhere Mengen an Verzerrung aufweisen. Solche Verzerrungen können durch Objekte in der Umgebung des magnetischen Ortungssystems verursacht werden, wie beispielsweise metallischen Objekten.
Das magnetische Ortungssystem ist konfiguriert, um zu bestimmen, welche Verzerrungen in dem von dem Sender emittierten Magnetfeld vorhanden sind, so dass die Position und Orientierung der georteten Vorrichtung selbst in den verzerrten Bereichen des Magnetfelds genau bestimmt werden kann. Das magnetische Ortungssystem ist konfiguriert, um die Verzerrungen des Magnetfelds abzubilden, indem Messungen des Magnetfelds in niedrigen Verzerrungsbereichen (z. B. Bereichen bekannter Verzerrungen, unverzerrter Bereiche usw.) des Magnetfelds mit Messungen des Magnetfelds in höheren Verzerrungsbereichen (z. B. Bereichen unbekannter Verzerrungen usw.) des Magnetfelds verglichen werden. Im Allgemeinen ist das magnetische Ortungssystem konfiguriert, um ein Modell der Verzerrungen des Magnetfelds von Bereichen in der Nähe des Senders (typischerweise mit niedrigen Verzerrungen) bis Bereichen weiter von dem Sender entfernt (die höhere Verzerrungen aufweisen können) zu erzeugen. Sobald Verzerrungen für einen bestimmten Bereich des Magnetfelds bestimmt wurden, kann dieser Bereich als zuverlässiger Bereich betrachtet werden und kann als eine Basis für eine weitere Abbildung von verzerrten Bereiche (z. B. für einen anderen verzerrten Bereich) verwendet werden.
1A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines magnetischen Ortungssystems 100, das zum Bestimmen einer Position einer georteten Vorrichtung 104 (z. B. eines chirurgischen Skalpells?) in einem Magnetfeld 116, in Bezug auf eine Ortungsvorrichtung 102 des Magnetfelds, verwendet werden kann. Im Allgemeinen schließt die Ortungsvorrichtung 102 einen Sender (auch als Quelle bezeichnet) ein, der konfiguriert ist, um das Magnetfeld 116 (z. B. ein magnetisches Signal) zu erzeugen, wie beispielsweise durch eine oder mehrere feldemittierende Spulen.
Die Ortungsvorrichtung 104 des Systems 100 schließt einen Magnetfeld-Empfänger 114 ein (auch als Magnetsensor bezeichnet), der konfiguriert ist, um Eigenschaften des Magnetfelds 116 beispielsweise durch eine oder mehrere Feldmessspulen zu messen. Die geortete Vorrichtung 104 schließt auch eine inertiale Messeinheit (IMU) 112 ein, die konfiguriert ist, um Bewegungsdaten auf der Grundlage der Bewegung der georteten Vorrichtung 104 zu erzeugen. Der Empfänger 114 ist konfiguriert, um das Magnetfeld 116 zu messen und einen Abstand R1 zu bestimmen, um den die verfolgte Vorrichtung 104 von der Ortungsvorrichtung 102 verschoben ist. Beispielsweise kann der Abstand R1 berechnet werden, wenn die Stärke des Magnetfelds an der Ortungsvorrichtung 102 und die Feldstärke am Empfänger 114 bekannt sind. In 1A befindet sich der Abstand R1 entlang der y-Achse des Koordinatensystems, aber die geortete Vorrichtung 104 kann irgendwo in dem Magnetfeld 116 in Bezug auf die Ortungsvorrichtung 102 positioniert werden und der Abstand kann mit anderen Koordinaten (z. B. x-Achsen-Koordinaten, z-Achsen- Koordinaten, Koordinatenkombinationen, usw.) dargestellt werden.
Der Empfänger 114 ist konfiguriert zum Messen der Positionsdaten in dem Magnetfeld 116 mit Bezug auf den Sender der Ortungsvorrichtung 102. Die Position der georteten Vorrichtung 104 stellt einen physikalischen Standort des Empfängers 114 in Bezug auf den Sender der Ortungsvorrichtung 102 (oder umgekehrt) dar. In einigen Implementierungen können Positionsdaten als ein Positionsvektor von Positionskoordinaten (z. B. x-, y-, z-Koordinaten) ausgedrückt werden. Verschiedene Perspektiven können verwendet werden, um ein Koordinatensystem zu definieren (z. B. zum Quantifizieren von Abständen usw.); zum Beispiel ein System, in dem die Ortung 102, die geortete Vorrichtung 104 usw. am Ursprung des Koordinatensystems platziert werden können. In diesem Beispiel verwendet der Empfänger 114 ein kartesisches Koordinatensystem (mit x -, y- und z-Koordinaten), um einen Raum darzustellen; es können jedoch auch andere Arten von Koordinatensystemen (z. B. zylindrische, kugelförmige usw.) verwendet werden.
Der Empfänger 114 ist mechanisch mit der IMU 112 gekoppelt. Beispielsweise kann der Empfänger durch ein Element 124 (z. B. einen Balken oder eine andere Art von Struktur) mit der IMU 112 gekoppelt sein, und das Element 124 kann ein starres oder halb starres Material sein. Die Länge des starren Elements 124 ist allgemein bekannt, so dass der Abstand R2 zwischen dem Empfänger 114 und der IMU 112 durch die magnetischen Ortungssystems 100 bekannt ist. Da bekannt, kann der Abstand R2 durch das magnetische Ortungssystem 100 verwendet werden, um die Position des Empfängers 114 in dem Magnetfeld 116 zu bestimmen. Zum Beispiel erzeugt, wenn die geortete Vorrichtung 104 in dem Magnetfeld 116 bewegt wird, gedreht, usw., die IMU 112 inertiale Daten (z. B. Bewegungsdaten). Der Abstand R2 wird zur Bestimmung einer Bahn des Empfängers 112 verwendet, der sich in dem Magnetfeld 116, wie durch Pfeil 126 veranschaulicht, bewegt. Die Abmessungen des Elements 124 (die dem magnetischen Ortungssystem 100 bekannt sind) werden von dem Ortungssystem verwendet, um die Position des Empfängers 114 in Bezug auf die IMU 112 zu bestimmen. In dem Beispiel von 1A wird die IMU 112 um R2 entlang einer y-Achse von dem Empfänger 114 verschoben. Wenn beispielsweise die IMU 112 um die x-Achse gedreht wird, kann das magnetische Ortungssystem 100 bestimmen, dass die Bahn des Empfängers ein Bogen mit dem Radius R2 durch das Magnetfeld 116 ist. Die IMU 112 ist konfiguriert, um die Bewegung (z. B. lineare und Winkelbeschleunigungen) der georteten Vorrichtung 104 durch das Koordinatensystem (z. B. entlang der drei Koordinatenachsen) zu messen. Potentielle Drehungen und/oder Bewegungen um x -, y- und z-Achsen sind in 1A gezeigt, dargestellt durch graphische Symbole, die jeder einzelnen Achse zugeordnet sind.
Die Orientierung der georteten Vorrichtung 104 bezieht sich auf eine Richtung, in die sich die geortete Vorrichtung in Bezug auf die Ortungsvorrichtung 102 richtet, und kann in ähnlicher Weise durch Verwendung eines Koordinatensystems ausgedrückt werden und beispielsweise als ein Orientierungsvektor von Koordinaten (z. B. Azimut (ψ), Höhe (0) und Rollwinkel (φ)) dargestellt werden. Während die Orientierung als Koordinaten im Hinblick auf die geortete Vorrichtung 102 dargestellt werden können, wobei die geortete Vorrichtung 104 der Ursprung ist, kann die Orientierung alternativ als Koordinaten im Hinblick auf die geortete Vorrichtung 102 dargestellt werden, wobei der Empfänger der Ursprung ist. Auf diese Weise kann die geortete Vorrichtung 104 als ein Sensor mit sechs Freiheitsgraden (6DoF) fungieren, der konfiguriert ist, um die Messung von Positions- und Orientierungsinformationen in Bezug auf eine Vorwärts-/Rückwärts-Position, eine Aufwärts-/Abwärts-Position, eine Links-/Rechts-Position, Azimut, Höhe und Rollwinkel zu ermöglichen.
Die Bewegungsdaten stellen die Bewegung der georteten Vorrichtung 104 in Bezug auf eine fixierte Vorrichtung einer Umgebung des Systems 100 dar (z. B. werden globale Beschleunigungswerte, wie Schwerkraft, durch Normalisierung der Bewegungsdaten korrigiert). Verschiedene Arten von Bewegung (z. B. lineare und/oder Winkelgeschwindigkeit, lineare und/oder Winkelbeschleunigung, usw.) können bestimmt werden durch die Verwendung von einer oder mehreren Messtechniken. Beispielsweise können Bewegungsdaten lineare Beschleunigungsdaten, die durch einen oder mehrere Beschleunigungsmesser gemessen werden, Winkelgeschwindigkeitsdaten, die von einem oder mehreren Gyroskopen geliefert werden, usw. einschließen.
Die Ortungsvorrichtung 102 schließt einen Transceiver (nicht gezeigt) ein, der im Allgemeinen einen Sender und einen Empfänger einschließt. In einem Beispiel ist der Transceiver mit einer Antenne verbunden und ist konfiguriert, um Bewegungsdaten von der IMU 112 der georteten Vorrichtung 104 über einen Kommunikationskanal (z. B. über einen drahtlosen Kommunikationskanal) zu empfangen. Zum Beispiel ist die Ortungsvorrichtung 102 konfiguriert, um die Messungen (z. B. Positions- und Ausrichtungsmessungen) der georteten Vorrichtung 104 einer Rechenvorrichtung 110 bereitzustellen, z. B. über einen Kanal 120. Die Rechenvorrichtung 110 bestimmt Informationen in Bezug auf die georteten Vorrichtung 104 (z. B. Positionsinformation, Orientierungsinformationen, beides, usw.) auf der Grundlage der Messungen. In einigen Implementierungen ist die geortete Vorrichtung 104 konfiguriert, um die Positions- und Orientierungsdaten direkt zu der Rechenvorrichtung 110 zu senden, wie etwa über einen Kanal 118. Die Bewegungsdaten können von der georteten Vorrichtung 104 über Kommunikationsprotokolle wie Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee usw. an die Ortungsvorrichtung 104 übertragen werden.
Gemäß einigen Gesichtspunkten ist die Ortungsvorrichtung 102 mit einem Head-Mounted-Display (HMD) gekoppelt, das von einem Benutzer getragen werden kann und dem Benutzer eine graphische Benutzerschnittstelle zur Verfügung stellen kann. Die Ortungsvorrichtung 102 kann mit einer Rechenvorrichtung 110 (oder andererseits mit einem Teil davon) gekoppelt sein, die konfiguriert ist, um die Berechnungen zum Bestimmen der Position und der Orientierung der georteten Vorrichtung 102 für das System 100 durchzuführen. Die geortete Vorrichtung 104 kann eine oder mehrere von einer Steuerung, einem chirurgischen Werkzeug, usw. sein, das durch das HMD dargestellt wird. Zum Beispiel kann ein Chirurg (oder ein anderer Benutzer) eine Darstellung eines Skalpells betrachten, das die Position und Orientierung dieses chirurgischen Werkzeugs in Bezug auf den relativen Standort des Chirurgen berücksichtigt.
Die Rechenvorrichtung 110 umfasst einen oder mehrere Prozessoren und ist konfiguriert, um die Positionsdaten, die Orientierungsdaten und die Bewegungsdaten zu empfangen, die von der Ortungsvorrichtung 104 gemessen und/oder empfangen werden. Die Ortungsvorrichtung 104 misst das von der georteten Vorrichtung 104 ausgesandte Magnetsignal 116 und wandelt das Magnetsignal in Positions- und Orientierungsdaten um, die von der Rechenvorrichtung 110 verarbeitet werden können. Gemäß einigen Gesichtspunkten ist die Ortungsvorrichtung 102 ein Teil der Rechenvorrichtung 110. In Situationen, in denen die Ortungsvorrichtung 102 ein Teil der Rechenvorrichtung 110 ist, kann sich die Beschreibung austauschbar auf die Rechenvorrichtung und die Ortungsvorrichtung beziehen, um die Positionsdaten und die Orientierungsdaten eindeutig zu machen.
Die Rechenvorrichtung 110 ist konfiguriert, um eine oder beide von Position und Orientierung der georteten Vorrichtung 104 auf der Grundlage des empfangenen Magnetsignals zu bestimmen, das die gemessenen Eigenschaften des Magnetfelds 116 darstellt. In einigen Beispielen kann die Rechenvorrichtung 110 die Position und/oder Orientierung des georteten Vorrichtung 104 in Bezug auf die Position und/oder Orientierung der Ortungsvorrichtung 102 bestimmen.
In einigen Implementierungen ist die geortete Vorrichtung 104 konfiguriert, um das vom Sender empfangene Magnetsignal 116 zu demodulieren, um Positionsdaten zu erhalten, welche die Position der georteten Vorrichtung 104 in Bezug auf die Ortungsvorrichtung 102 darstellen, und um Orientierungsdaten zu erhalten, welche die Orientierung der georteten Vorrichtung 104 in Bezug auf die Ortungsvorrichtung 102 darstellen. In einigen Implementierungen ist das Magnetsignal 116 einer bestimmten Frequenz zugeordnet, welche die geortete Vorrichtung 104 der Ortungsvorrichtung 102 zuordnen kann, um die Ortungsvorrichtung von einer oder mehreren anderen Vorrichtungen zu unterscheiden, die möglicherweise (elektro-) magnetische Signale mit anderen Frequenzen aussenden.
Die Ortungsvorrichtung 102 kann die von der georteten Vorrichtung 104 empfangenen Positionsdaten, Orientierungsdaten und Bewegungsdaten mit einer Vorrichtungskennung markieren. Die Rechenvorrichtung 110 kann anhand der Kennung bestimmen, welcher Vorrichtung die Positionsdaten, Orientierungsdaten und Bewegungsdaten zugeordnet sind, und diese Informationen für eine oder mehrere Anwendungen verwenden. Zum Beispiel kann die Rechenvorrichtung eine Benutzerschnittstelle erzeugen, in der die geortete Vorrichtung 104 zusammen mit anderen georteten Vorrichtungen dargestellt wird. Zum Beispiel werden die Position und die Orientierung der georteten Vorrichtung 104 gemeldet, usw.
Das Magnetfeld 116 schließt im Allgemeinen einen Bereich mit niedriger Verzerrung 106 ein. Der niedrige Verzerrungsbereich 106 kann auch als ein Bereich mit weniger Verzerrung (z. B. in Bezug auf einen anderen Bereich des Magnetfelds 116) oder ein unverzerrter Bereich des Magnetfelds bezeichnet werden. Der niedrige Verzerrungsbereich 106 ist im Allgemeinen näher an den Sender in Bezug zu anderen Abschnitten des Magnetfelds 116. Der niedrige Verzerrungsbereich 106 gleicht im Allgemeinen einem idealen Magnetfeld und kann eine Basis zur Bestimmung der Verzerrungen des Magnetfelds 116 in anderen Bereichen des Magnetfelds bereitstellen. Im Allgemeinen ist das magnetische Feld 116 näher zu dem Sender stärker (z. B. von der Ortungsvorrichtung 102) und weiter entfernt von der Ortungsvorrichtung schwächer. In einigen Implementierungen ist die Intensität des Magnetfelds 116 umgekehrt proportional als Funktion des Abstands R1 von dem Sender, wie beispielsweise ein Kubikabfall (z. B. 1/R1³).
In vielen Fällen wird das von dem Sender des magnetischen Ortungssystems 100 emittierte Magnetfeld 116 durch ein oder mehrere Objekte 122 verzerrt, die in der Umgebung des magnetischen Ortungssystems 100 vorhanden sind. Während das Objekt 122 ein Teil des magnetischen Ortungssystems 100 sein kann, ist das Objekt im Allgemeinen kein Teil des magnetischen Ortungssystems. Zum Beispiel kann das Objekt 122 Möbel, wie etwa einen Metalloperationstisch, chirurgische Instrumente, abgehängte Decken, Filterschränke, Elektronik oder jedes andere Objekt, im Allgemeinen mindestens teilweise metallisch, einschließen, das Verzerrungen des Magnetfelds 116 verursachen kann.
Wenn das Objekt 122 Verzerrungen des Magnetfelds 116 des magnetisches Ortungssystems 100 verursacht, schließt das Magnetfeld einen verzerrten Bereich 108 (durch gestrichelte Feldlinien in 1A angezeigt) ein. Die Verzerrungen können Abweichungen von einer idealen dipol-normierten Form einschließen, wie es in der Technik bekannt ist. Im Allgemeinen ist die Verzerrungswirkung proportional zu dem Abstand R1 der georteten Vorrichtung 104 von dem Sender. Zum Beispiel kann die Verzerrung eine exponentielle Funktion (z. B. R1⁶) des Abstands von dem Sender sein. Daher ist die Magnitude der Verzerrungen des Magnetfelds 116 bei entfernteren Abständen (größeren Werten von R1) vom Sender größer als bei näheren Abständen (kleinere Werte von R1) vom Sender der Ortungsvorrichtung 102.
Um die Position der georteten Vorrichtung 104 in dem Magnetfeld 116 zu bestimmen, ist das magnetische Ortungssystem 100 konfiguriert zum Empfangen einer Messung des Magnetfelds von dem Empfänger 114 der georteten Vorrichtung 104 in dem niedrigen Verzerrungsbereich 106 des Magnetfelds. Die geortete Vorrichtung 104 wird in den höheren Verzerrungsbereich 108 des Magnetfelds 116 bewegt, wie durch den Pfeil 126 gezeigt. Der Empfänger 114 misst das Magnetfeld 116 in dem höheren Verzerrungsbereich 108. Zusätzlich wird eine Bahn der georteten Vorrichtung 104 durch die IMU 112 gemessen, wenn sich die geortete Vorrichtung 104 bewegt von dem niedrigen Verzerrungsbereich 106 in den höheren Verzerrungsbereich 108. In einigen Implementierungen werden die Bewegungsdaten und jede Messung des Magnetfelds 116 in dem höheren Verzerrungsbereich 108 (Messung höherer Verzerrung oder Messung des zweiten magnetischen Felds) und in dem niedrigen Verzerrungsbereich 106 (Messung niedriger Verzerrung oder Messung des ersten magnetischen Felds), die jeweils durch die geortete Vorrichtung 104 erfasst werden, an die Rechenvorrichtung 110 zur Berechnung der Position der georteten Vorrichtung 104 gesendet. Wie oben angegeben, kann die Berechnung an jeder der georteten Vorrichtung 104, Ortungsvorrichtung 102 oder einer entfernten Rechenvorrichtung 110 durchgeführt werden, die in 1A gezeigt ist.
Die Rechenvorrichtung 110 bestimmt die Bahn der georteten Vorrichtung 104, die eine Bestimmung der relativen Position der georteten Vorrichtung 104 in Bezug auf eine ursprüngliche Position der georteten Vorrichtung 104 einschließt (z. B. wenn die geortete Vorrichtung 104 das magnetische Feld 116 in dem niedrigen Verzerrungsbereich 106 misst). Die Rechenvorrichtung 110 (oder die IMU 112) ist konfiguriert, um jedes dreiachsige Beschleunigungsmessersignal (das jeweils x -, y- und z-Koordinaten darstellt) nach dem Kompensieren der Gravitationsbeschleunigung doppelt zu integrieren. Eine einzige Integration wird an den Ausgaben des Gyroskops ausgeführt, die Azimut, Elevation und Rollwinkel bereitstellen.
Die berechnete Bahn wird mit der Messung der niedrigeren Verzerrung korreliert, um einen Referenzrahmen (z. B. Perspektive) für die geortete Vorrichtung 104 zu bilden. Fehler in der linearen Beschleunigung (z. B. aufgrund von Gravitationseffekten) folgen der Funktion von $Positionsfehler = 0,5 (Ae) * T^{2}$
wobei Ae der Fehler bei Beschleunigungsmessungen ist und wobei T die verstrichene Zeit zwischen Messungen ist.
Die Rechenvorrichtung 110 berechnet so, auf der Grundlage der empfangenen Bewegungsdaten und der Messung des Magnetfelds 116 in dem niedrigen Verzerrungsbereich 106, eine ungefähre Position der georteten Vorrichtung 104 in dem Magnetfeld 116 nachdem die geortete Vorrichtung bewegt wird. Die aktualisierte Position ist eine Position in Bezug auf die Ortungsvorrichtung. Die Position der georteten Vorrichtung 104 ist mit hoher Wahrscheinlichkeit bekannt, wenn sich die geortete Vorrichtung in dem niedrigen Verzerrungsbereich 106 befindet. Daher bestimmt die Rechenvorrichtung 110 die relative Position der georteten Vorrichtung 104 von der Ausgangsposition der georteten Vorrichtung, wenn das magnetische Feld 116 in dem niedrigen Verzerrungsbereich 106 gemessen wird. Der eingeführte Fehler, wie bei Gl. 1 gezeigt.
Die Rechenvorrichtung 110 berechnet, was das unverzerrte Magnetfeld an der berechneten Position sein sollte (z. B. in Übereinstimmung mit einem idealen magnetischen Dipol). Das gemessene Magnetfeld 116 an der aktualisierten Position wird mit der idealen Basislinie verglichen. Wenn sich die geortete Vorrichtung 104 in einem höheren Verzerrungsbereich 108 befindet, ist die Differenz größer, als wenn sich die geortete Vorrichtung in einem niedrigen Verzerrungsbereich 106 befindet. Die Differenz zwischen dem gemessenen Magnetfeld 116 und dem berechneten Magnetfeld 116 wird als die Verzerrungskomponente des Magnetfelds behandelt und auf den aktualisierten Standort der georteten Vorrichtung 104 abgebildet, um ein Modell der Verzerrungen in dem Magnetfeld zu erzeugen.
Das magnetische Ortungssystem 100 verwendet die statistische Fehlerwahrscheinlichkeit des Beschleunigungsmessers, um zu bestimmen, wie weit eine zuverlässige Zone des Magnetfelds 116 erweitert werden kann, bevor eine weitere Messung mit hoher Zuverlässigkeit und niedriger Verzerrung des Magnetfelds 116 von der georteten Vorrichtung 104 benötigt wird. Hier bezieht sich die zuverlässige Zone auf einen Bereich des Magnetfelds 116, in dem ungefähre Verzerrungspegel bekannt sind und für die das magnetische Ortungssystem 100 eine Verzerrung bei der Messung des Magnetfelds 116 kompensieren kann, um eine genaue Position der georteten Vorrichtung 104 zu berichten. Mit anderen Worten schließt die zuverlässige Zone anfänglich den niedrigen Verzerrungsbereich 106 ein (in der Regel in der Nähe der Ortungsvorrichtung). Da die georteten Vorrichtung 104 eine Verzerrungskomponente des Magnetfelds 116 an verschiedenen Standorten in dem höheren Verzerrungsbereich 108 bestimmt, werden diese Abschnitte zu Bereichen mit bekannter Verzerrung. Diese verschiedenen Standorte können als eine Basis für eine weitere Annäherung der Verzerrungen des Magnetfelds 116 tiefer hinein in den höheren Verzerrungsbereich 108, weiter entfernt von dem niedrigen Verzerrungsbereich 106 (z. B. weiter entlang des Pfeils 126) verwendet werden. Auf diese Weise werden die Verzerrungen des Magnetfelds 116 schrittweise modelliert, was Fehler in der Positionsannäherung der georteten Vorrichtung 104 verringert, die aus den Bewegungsdaten eingeführt werden können. In anderen Worten weisen kleinere Abstände in der Bewegung der georteten Vorrichtung 104 (z. B. entlang des Pfeils 126) zwischen Berechnungen der Verzerrungskomponente des Magnetfelds 116 in der Regel einen relativ kleineren Fehler in der Verzerrungsberechnung auf (und somit der korrigierten Positionsberechnung). Größere Abstände zwischen Berechnungen der Verzerrungskomponente in dem höheren Verzerrungsbereich 108 können zu relativ größeren Fehlern in der Verzerrungsannäherung führen.
Die zuverlässige Bereichsausdehnung, die durch das magnetische Ortungssystem 100 durchgeführt wird, kann mathematisch beschrieben werden. Im Allgemeinen enthält der niedrige Verzerrungsbereich 106 keine magnetischen Verzerrer. Verzerrer (wie z. B. das Objekt 122) tendieren vielmehr dazu, in dem Raum zu existieren, der den niedrigen Verzerrungsbereich 106 umgibt, wo die geortete Vorrichtung 104 geortet wird. Das magnetische Feld eines einzigen Verzerrers 122 kann modelliert werden als M=(T*K)/R_d ³, wobei M das magnetische Moment des Verzerrers ist, T das magnetische Moment des Senders ist, K eine proportionale Konstante abhängig von dem jeweiligen Verzerrer 122 ist, und R_d der Bereich des genannten Verzerrers von dem Sender ist. Das Magnetfeld an dem Magnetfeld-Empfänger 114 ist aufgrund des Verzerrers proportional zu M/R_sd ³, wobei R_sd der Bereich von der georteten Vorrichtung 104 bis zu dem Verzerrer 122 ist. Für Verzerrer außerhalb des Ortungsvolumens (z. B. wo die geortete Vorrichtung 104 geortet wird), kann das Verhältnis von gesendetem Feld zu Verzerrerfeld beschrieben werden als Verhältnis=T/R_t ³/(T*K/R_d ³)*(M/R_sd ³). Das Magnetfeld 116 fällt proportional zu 1/R_t ³ ab und das Verzerrerfeld an der georteten Vorrichtung 104 fällt proportional zu etwa dem Kubik der Gesamtdistanz von dem Sender zum Verzerrer 122 plus dem Verzerrer zu der georteten Vorrichtung 104 ab. Generell werden der/die Magnetfeld-Empfänger (z. B. Empfänger 114) von dem/den Verzerrem 122 außerhalb des Ortungsvolumens signifikant weniger beeinflusst, wenn sich der/die Magnetfeld-Empfänger näher am Sender befindet/befinden.
Ein beispielhaftes Modell für einen Verzerrer 122 ist eine Leiterschleife. Die Vektorkomponenten des Magnetfelds an dem Magnetfeld-Empfänger können aufgrund dieses Verzerrers ausgedrückt werden als: $B_{i}^{d i s t} ({\vec{r}}_{d s}) = I \vec{a} \cdot {\vec{B}}^{d i p, i} ({\vec{r}}_{d s})$
wobei r_ds der Abstand zwischen dem Verzerrer und dem Magnetfeld-Empfänger ist, I der Strom in der Schleife ist, m der Vektorbereich der Schleife ist und B^dip,i das Feld einer Dipol-Einheit entlang der i Achse ist. Der Sender stellt die Energie bereit, um den Strom zu treiben, der wie folgt ausgedrückt werden kann: $I = k {\vec{B}}^{x m t r} ({\vec{r}}_{x d}) \cdot \vec{a}$
wobei k eine Konstante ist, die abhängig von der Senderfrequenz und den Materialeigenschaften der leitenden Schleife ist, B^xmtr das Feld des Senders ist und r_xd der Positionsvektor von dem Sender zu dem Verzerrer ist.
Ein Ausdruck für das Feld des Verzerrers ist: $B_{i}^{d i s t} ({\vec{r}}_{d s}, {\vec{r}}_{x d}) = k [{\vec{B}}^{x m t r} ({\vec{r}}_{x d}) \cdot \vec{a}] [\vec{a} \cdot {\vec{B}}^{d i p, i} ({\vec{r}}_{d s})]$
Das magnetische Feld des Senders entspricht angenähert dem eines Dipols, der als 1/r³ abrutscht. Daher bezieht sich die Magnitude des Verzerrerfelds auf seine Nähe zu sowohl dem Sender und dem Empfänger und kann ausgedrückt werden als: $| B^{d i s t} ({\vec{r}}_{d s}, {\vec{r}}_{x d}) | \propto \frac{1}{{(r_{d s} r_{x d})}^{3}}$
Die Magnitude des Senderfelds am Empfänger ist proportional zum Kubik des Abstands zwischen diesen beiden: $| B^{x m t r} ({\vec{r}}_{x s}) | \propto \frac{1}{r_{x s}^{3}}$
Daher kann, solange das Produkt der Abstände von Verzerrer-zu-Sender und Verzerrer-zu-Magnetfeld-Empfänger 114 größer ist als der Abstand von Empfänger-zu-Sender, das Feld des Senders an dem Magnetfeld-Empfänger dann über den Verzerrer 122 dominieren.
Die Ausgangsposition der georteten Vorrichtung 104 (z. B. in dem zuverlässigen Bereich oder in dem niedrigen Verzerrungsbereich 106) kann auf mehrere Arten bestimmt werden. Die Ausgangsposition kann ein Standort innerhalb eines Schwellenradius der georteten Vorrichtung 104 sein. Die Ausgangsposition kann durch einen Benutzer bestimmt werden. Zum Beispiel kann ein Benutzer die geortete Vorrichtung 104 an einen Standort innerhalb des niedrigen Verzerrungsbereichs 106 bewegen. Das magnetische Ortungssystems 100 kann dem Benutzer (z. B. durch eine Benutzerschnittstelle) die Position der georteten Vorrichtung 104 auf der Grundlage der Messungen des Magnetfelds 116 ohne Verzerrungsmodell anzeigen. Wenn sich die geortete Vorrichtung 104 in dem niedrigen Verzerrungsbereich 106 befindet, ist die gemeldete Position der georteten Vorrichtung 104 (z. B. in Bezug auf die Ortungsvorrichtung 102) nahe dem tatsächlichen Standort der georteten Vorrichtung, wie durch den Benutzer gesehen wird. Das magnetische Ortungssystem 100 kann verschiedene andere Mittel zum Verifizieren der Ausgangsposition der georteten Vorrichtung 104 verwenden, wie etwa die Verwendung eines Kontakts (z. B. eines Metallkontakts, wie einer Ladestation für die geortete Vorrichtung 104), eines Berührungssensors, einer durch einen Benutzer manipulierten Steuerung usw., um zu verifizieren, dass sich die Ausgangsposition der georteten Vorrichtung 104 in einem niedrigeren Verzerrungsbereich 106 des Magnetfelds 116 befindet. Beispielsweise kann der Benutzer einen Knopf drücken, wenn die Position der georteten Vorrichtung 104, die durch das magnetische Ortungssystem 100 dargestellt wird, genau der tatsächlichen Position der georteten Vorrichtung 104 entspricht.
Gemäß einigen Gesichtspunkten ist ein Fehlerberechnungsmodul (nicht gezeigt) der Rechenvorrichtung 110 konfiguriert, um einen Fehler der relativen Position der georteten Vorrichtung 104 aus den Bewegungsdaten der IMU 112 zu bestimmen. Die Rechenvorrichtung 110 kann einen annähernden Standort der georteten Vorrichtung 104 mit einer Auflösung gemäß dem Fehlerwert bestimmen. Die Rechenvorrichtung 110 kann den Positionsfehler auf der Grundlage von Parametern, einschließlich der verstrichenen Zeit, des systematischen Fehlers, der Linearität, der Sensorauflösung, und so weiter, bestimmen. Wenn der Fehlerwert unterhalb eines Schwellenwerts liegt, wird der berechnete relative Positionswert der georteten Vorrichtung 104 zu der Ausgangsposition hinzugefügt, die wie oben beschrieben verifiziert worden ist, um zu einer absoluten Position der georteten Vorrichtung in Bezug auf die Ortungsvorrichtung und den Sender zu führen. Die Rechenvorrichtung 110 bestimmt das ideale Magnetfeld an der berechneten absoluten Position der georteten Vorrichtung 104 und subtrahiert sie von dem gemessenen Magnetfeld 116 an diesem Standort.
Die Rechenvorrichtung 110 erzeugt eine Fehlerabbildung (auch als ein Verzerrungsfehlerfeld, eine Fehlerfeldabbildung, oder ein Verzerrungsfeld bezeichnet) als Modell für die weitere Positionsbestimmungen. Wenden wir uns 1B zu, in der ein Beispiel einer Fehlerabbildung gezeigt ist. Die Differenz ΔE zwischen dem gemessenen Feld 116 und dem idealen Feld 132 wird bestimmt und in einem Koordinatenraum abgebildet. Auch wenn ΔE in 1B eindimensional erscheint, wird die Differenz ΔE wird in allen Richtungen bestimmt. Beispielsweise kann das Fehlerfeld in der Perspektive der Ortungsvorrichtung 102 definiert werden. Die Fehlerabbildung schließt x-, y- und z-Vektorkomponenten der Verzerrung an jedem Standort ein, an dem eine Messung des Magnetfelds 116 von dem Empfänger 114 erfasst wird. Die Rechenvorrichtung kombiniert mehrere Fehlerfelder (z. B. eine von jeder Messung des Magnetfelds 116) in der Fehlerabbildung.
Die Fehlerabbildung wird verwendet, um weitere Messungen des Magnetfelds 116 anzupassen. Wenn die Fehlerabbildung an einem bestimmten Standort die Differenz zwischen dem gemessenen Magnetfeld 116 an diesem Standort durch die geortete Vorrichtung 104 und ein für diesen Standort berechnetes ideales Magnetfeld unterhalb eines Schwellenwerts reduziert, definiert die Rechenvorrichtung 110 diesen Standort als einen verzerrungs-korrigierten Standort und fügt diesen Standort (z. B. einen Bereich in der Nähe dieses Standorts in Übereinstimmung mit den Positionsfehlerberechnungen wie oben beschrieben) dem zuverlässigen Bereich des Magnetfelds 116 hinzu. Das Magnetfeld 116 des zuverlässigen Bereichs kann dann als eine Basis für eine weitere Verzerrungsabbildung des höheren Verzerrungsbereichs 108 verwendet werden. Der zuverlässige Bereich schließt die gleiche Positionszuverlässigkeit wie ein unverzerrter Bereich ein. In einigen Implementierungen kann ein gewisser Fehlerwert in der Positionsbestimmung in einem unverzerrten Bereich aufgrund von Hardwareeinschränkungen immer noch vorhanden sein. Dieser potentielle Fehler kann durch Kalibrierung der Hardware (z. B. eine einmalige Kalibrierung) oder auf ähnliche Weise gehandhabt werden.
Das Fehlerabbildungsverfahren kann in einer oder mehreren verschiedenen Arten durchgeführt werden. Zum Beispiel kann das Fehlerabbildungsverfahren eine Optimierung des Modells externer Dipolquellen einschließen. Die Fehlerabbildung kann das Optimieren einer Taylor-Entwicklung der Felder einschließen. Bei einem anderen Beispiel schließt die Fehlerabbildung eine Feldabbildung ein, in der eine mehrdimensionale Nachschlagetabelle für einen Positionswert auf der Grundlage einer Vielzahl von gemessenen Feldern abgefragt wird. In noch einem anderen Beispiel schließt die Fehlerabbildung eine Korrekturabbildung ein, in der die Messungen des Magnetfeld 116 des Empfängers 114 der georteten Vorrichtung 104 direkt durch die Rechenvorrichtung 110 durch eine erneute Abbildung der Standorte ohne Rücksicht auf die gemessenen Felder korrigiert werden, wie in Anhang A dieses Dokuments beschrieben.
Wenden wir uns 2 zu, in der ein magnetisches Ortungssystem 200 gezeigt ist. Das magnetische Ortungssystem 200 gleicht dem magnetischen Ortungssystem 100 von 1A, mit der Ausnahme, dass die geortete Vorrichtung 204 keine IMU aufweist. Die geortete Vorrichtung 204 schließt vielmehr einen ersten Empfänger (der im Wesentlichen dem Empfänger 114 von 1A gleicht) und einen zweiten Empfänger 202, der das Magnetfeld 116 zusammen mit dem ersten Empfänger 114 für die geortete Vorrichtung 204 misst, ein. Im Allgemeinen gleicht der zweite Empfänger 202 im Wesentlichen dem Empfänger 114 und ist konfiguriert zum Messen des Magnetfelds 116 an einer zweiten Position entlang des ersten Empfängers 114, der konfiguriert ist zum Messen des Magnetfelds 116 an einer ersten Position. Der zweite Empfänger 202 ist konfiguriert, um das Magnetfeld 116 in einem Abstand R2 von dem ersten Empfänger zu messen.
Der erste Empfänger 114 und der zweite Empfänger 202 sind voneinander in einem Abstand R2 verschoben. Ein starres oder halbstarres Element 224 koppelt den ersten Empfänger 114 und den zweiten Empfänger 202 gemeinsam bei Abstand R2. Während es nicht erforderlich ist, dass R2 ein fester Abstand ist (z. B. kann das Element 224 eine einstellbare Länge oder Größe haben), ist der Abstand R2 der Rechenvorrichtung 110 bekannt. Zum Beispiel kann das Element 224 einen ausfahrbaren Stab einschließen, die sich auf unterschiedliche Längen einstellen kann. Im Allgemeinen ist das Element 224 von fester Größe. In einigen Implementierungen schließt das Element 224 keinen Stab (wie in 2 gezeigt) ein, sondern kann jeder Kopplungsmechanismus sein, der den ersten Empfänger 114 mit dem zweiten Empfänger 204 in einem festen oder variablen Abstand R2 koppelt. Zum Beispiel kann der Abstand R2 2,4, 6, 8, 10, usw. Zoll betragen. Während jeder praktische Abstand R2 verwendet werden kann, beträgt der Abstand R2 im Allgemeinen etwa 6-8 Zoll.
Die Rechenvorrichtung 110 ist konfiguriert, um die Verzerrungskomponente des Magnetfelds 116 zu bestimmen. Die geortete Vorrichtung 204 ist konfiguriert, um das Magnetfeld 116 an einem ersten Standort in der zuverlässigen Zone des Magnetfelds 116 zu messen, der anfänglich den niedrigen Verzerrungsbereich 106 einschließen kann. Das magnetische Ortungssystem 200 kann den niedrigen Verzerrungsbereich 106 in einer ähnlichen Weise wie das magnetische Ortungssystem 100 von 1A bestimmen.
Das magnetischen Ortungssystems 200 erhält, durch den ersten Empfänger 114, eine erste Messung des Magnetfelds 116 in dem niedrigen Verzerrungsbereich 106 (oder in dem zuverlässigen Bereich in nachfolgenden Iterationen). Die erste Messung des Magnetfelds 116 wird in ähnlicher Weise zu der erhalten, die in Bezug auf 1A beschrieben wird. Der zweite Empfänger 202 ist konfiguriert, um eine zweite Messung des Magnetfelds 116 aus dem Abstand R2 zu erhalten. Im Allgemeinen liegt der Standort des Empfängers 202, an dem die zweite Messung durchgeführt wird, in dem höheren Verzerrungsbereich 108.
Die Rechenvorrichtung 110 bestimmt auf der Grundlage der ersten Messung des Magnetfelds 116, das durch den ersten Empfänger 114 erhalten wird, ein ideales Magnetfeld (auch als unverzerrtes Magnetfeld bezeichnet) für die Position des ersten Empfängers. Die Rechenvorrichtung 110 bestimmt auf der Grundlage des bekannten Abstands R2, was das ideale Magnetfeld an der Position des Empfängers 202 sein sollte. Die Position des zweiten Empfängers 202 wird auf der Grundlage der Orientierung des ersten Empfängers 114 bestimmt.
Die Rollen des ersten und des zweiten Empfängers 114, 202 können sich auf der Grundlage der Position der georteten Vorrichtung 204 abwechseln. Zum Beispiel kann, wenn der zweite Empfänger 202 sich innerhalb des niedrigen Verzerrungsbereichs 106 (oder des zuverlässigen Bereichs) befindet, die zweite Messung des Magnetfelds 116 als eine Basis zum Berechnen der Verzerrung des Magnetfelds an der Position des ersten Empfängers 114 verwendet werden. Zum Beispiel können, in einer nachfolgenden Iteration, die Rollen der Empfänger 114, 202 wieder in die ursprüngliche Konfiguration zurückkehren, falls der erste Empfänger 114 als innerhalb der zuverlässigen Zone liegend bestimmt wird und der zweite Empfänger 202 nicht in der zuverlässigen Zone liegt.
Um eine größere Zunahme der zuverlässigen Bereichsgröße zu erhalten, sind der erste und zweite Empfänger im Allgemeinen mit der Ortungsvorrichtung 102 radial ausgerichtet, wenn Messungen des Magnetfelds 116 erhalten werden. Dies liegt daran, dass die Verzerrung des Magnetfelds 116 tendenziell größer ist, wenn der Wert von R1 zunimmt. Jedoch ist diese Konfiguration für die Funktionalität des magnetisches Ortungssystem 200 nicht notwendig. Der zweite Empfänger 202 kann ein Abstand aus R2 in jeder Richtung von dem ersten Empfänger 114 aus sein und kann sich in einem niedrigen Verzerrungsbereich 106 oder einem höheren Verzerrungsbereich 108 befinden. Der zuverlässige Bereich wird erweitert, wenn sich der erste (oder zweite) Empfänger in dem zuverlässigen Bereich befindet und der andere Empfänger sich außerhalb des zuverlässigen Bereichs befindet. Wenn sowohl die ersten und zweiten Empfänger 114, 202 sich außerhalb des zuverlässigeren Bereichs befinden, wird der zuverlässige Bereich im Allgemeinen nicht erweitert. Wenn sich sowohl der erste und der zweite Empfänger 114, 202 innerhalb des zuverlässigen Bereichs befinden, kann die erzeugte Fehlerabbildung (z. B. wie in Bezug auf 1B beschrieben) unter Verwendung von aktualisierten Messungen verbessert werden.
Sobald die beiden Messungen des Magnetfelds 116 erhalten werden, kann die Rechenvorrichtung 110 eine Verzerrungskomponente des Magnetfelds an entweder dem ersten oder zweiten Empfänger in einer ähnlichen Weise, wie in Bezug auf 1A beschrieben, bestimmen. Beispielsweise wird das ideale Feld, das durch den ersten Empfänger 114 gemessen wird, auf die bestimmte Position des zweiten Empfängers 202 projiziert und bestimmt die Differenz zwischen dem tatsächlichen gemessenen Wert des Magnetfelds 116 und dem idealen Magnetfeld an der Position des zweiten Empfängers 202. Die Fehlerabbildung wird auf ähnliche Weise aufgebaut, wie dies in Bezug auf 1A beschrieben ist.
Sobald die Verzerrungskomponente des Magnetfelds 116 für den Standort von einem oder beiden Empfängern 114, 202 abgebildet worden ist, kann die geortete Vorrichtung 204 bewegt und das Verfahren wiederholt werden, um den zuverlässigen Bereich zu erweitern. Zum Beispiel kann die geortete Vorrichtung 204 von der Ortungsvorrichtung 102 weg bewegt werden, wie durch den Pfeil 226 gezeigt. Wenn einer der beiden Empfänger 114, 202 in dem zuverlässigen Bereich (sogar in dem erweiterten zuverlässigen Bereich) bleibt, kann der zuverlässige Bereich bei der nächsten Iteration wiederum erweitert werden. Wenn zum Beispiel der Abstand R2 8 Zoll beträgt, kann die geortete Vorrichtung 204 bis zu 8 Zoll aus der zuverlässigen Zone bewegt werden, und das Verfahren wiederholt werden, um die zuverlässige Zone um diesen Betrag zu erweitern.
Messungen des Magnetfelds 116 durch die Empfänger 114, 202 müssen nicht simultan erfolgen, sondern liegen im Allgemeinen zeitlich nahe beieinander. Wenn die geortete Vorrichtung 204 stationär ist, kann ein längerer Zeitraum zwischen den Messungen durch die Empfänger 114, 202 vergehen. Wenn das Magnetfeld 116 statisch ist, kann eine beliebige Zeitspanne zwischen den Messungen durch die Empfänger 114, 202 vergehen, wenn die geortete Vorrichtung 204 stationär ist.
Andere Ausführungsformen der magnetische Ortungssysteme 100, 200 sind möglich. Zum Beispiel kann die geortete Vorrichtung 104,204 in dem Bereich nahe der Begrenzung des zuverlässigen Bereichs hin und her bewegt werden, bis die Position der georteten Vorrichtung 104, 204, die durch die Rechenvorrichtung 110 bestimmt wird, sich nicht ändern oder sich weniger als ein Schwellenwert in nachfolgenden Iterationen bewegt. Leichte Unterschiede in der Positionsschätzung können aufgrund der Fehler in der Bahnberechnung oder aufgrund von Fehlern in anderen Schätzungen (z. B. des idealen Magnetfelds bei einer Position der georteten Vorrichtung 104, 204) auftreten. Durch Wiederholen des Verfahrens in einem Bereich, kann die Wahrscheinlichkeit der Fehlerfeldabbildungen, und so das Modell der Verzerrungen, erhöht werden.
Um zu bestimmen, wann vorhergehende Messungen, welche weniger zuverlässig oder unzuverlässig sein können, aktualisiert werden sollten, können die folgenden Verfahren verwendet werden. Magnetische Ortungssysteme erzeugen in der Regel eine Matrix von wechselseitigen Induktivitäten zwischen den zahlreichen Sensor- und Senderspulen. Die Senderspulenanordnung wird allgemein als Senderkonstellation bezeichnet. Die Konstellation wird während des Herstellungsprozesses durch Analyse oder Abbildung derart charakterisiert, dass der Feldvektor von jeder Spule als eine Funktion der Position in Bezug auf diese Spule bekannt ist. Für eine perfekte, fehlerfreie Sensorposition in Bezug auf die Senderkonstellation ist jeder der wechselseitigen Induktivitätswerte in der Matrix von der angegebenen Sensorposition genau vorhersagbar, obwohl dies im Allgemeinen nicht der Fall ist. Je nach der Art der Konstellation, die in einem bestimmten System verwendet wird, wird die Position des Empfängers 114 häufig unter Verwendung von mindestens einem Quadrat-Algorithmus berechnet, wie etwa Levenberg-Marquard, oder von dem Dipol-Algorithmus. In jedem Fall entsprechen die gemessenen wechselseitigen Induktivitätsmatrixwerte im Allgemeinen nicht genau den theoretischen Werten bei bester Vorhersage der Sensorposition. Dieser Fehler wird im Allgemeinen als Restfehler bezeichnet und kann als Konfidenzindikator für die Zuverlässigkeit der Positionsausgabe verwendet werden. Ein höherer Restfehler zeigt Matrixwerte an, die nicht zu dem Modell passen und daher wahrscheinlich verzerrt sind. Somit kann der Rest aus diesen Algorithmen ein Indikator für einen Positionsfehler in der Lösungsausgabe sein. Im Fall des magnetischen Ortungssystems 100 können Sensorpositionswerte, die über einen relativ niedrigeren Rest verfügen als Referenzwerte zur Verwendung bei der Korrektur derjenigen mit höheren Resten gewählt werden.
Zusätzliche Empfänger können zu der georteten Vorrichtung 104, 202 hinzugefügt werden, um die Wahrscheinlichkeit der Verzerrungsberechnung für eine bestimmte Messiteration zu erhöhen. Zum Beispiel kann die geortete Vorrichtung 104 zwei Empfänger einschließen. Zum Beispiel kann die geortete Vorrichtung 104, 202 drei, vier oder mehr Empfänger mit bekannten Abständen s voneinander einschließen. Die oben für die geortete Vorrichtung 104 und die geortete Vorrichtung 204 beschriebenen Verfahren können kombiniert werden, und die durch die Messungen von IMU 112 und Magnetfeld 116 von mehreren Empfängern gemeldete Bahn kann verwendet werden, um die Verzerrung des Magnetfelds zu schätzen.
In einem Gesichtspunkt kann der niedrige Verzerrungsbereich 106 ein Bereich sein, der von dem Sender versetzt ist und keinen Bereich in der Nähe des Senders einschließt. Wenn sich beispielsweise ein Objekt 122 in der Nähe des Senders befindet, kann es einen niedrigeren Verzerrungsbereich 106 in einem weiteren Abstand von dem Sender geben als einen höheren Verzerrungsbereich 108 näher zu dem Sender der Ortungsvorrichtung 102.
Das magnetische Ortungssystem 100, 200 kann verwendet werden, um zu erfassen, dass eine Verzerrung in einem Bereich vorhanden ist, und zu berichten, dass die Verzerrung an einer bestimmten Position und eine Annäherung der Verzerrung an diese Position in Bezug zu der Ortungsvorrichtung 102 ist. Zum Beispiel kann eine Benutzerschnittstelle des magnetischen Ortungssystems 100, 200 dem Benutzer mitteilen, dass eine Verzerrung mit einem Indikator erfasst worden ist.
In einem Gesichtspunkt kann die Rechenvorrichtung 110 mindestens teilweise elektromagnetische Stellungsdaten verwenden, um die Position der georteten Vorrichtung 104, 204 in dem zuverlässigen Bereich und dem höheren Verzerrungsbereich 108 zum Korrigieren der Verzerrung zu bestimmen. Zum Beispiel kann eine Kalman-Stellungsberechnung verwendet werden, um die Position der Empfänger 114, 202 zu bestimmen.
In einem Beispiel kann die Rechenvorrichtung 110 die Bewegungsdaten und die Messung(en) des Magnetfelds 116 unter Verwendung eines Kalman-Filters kombinieren. Zum Beispiel können die Bewegungsdaten und die Magnetfeld-Messungsdaten durch einen Kalman-Filter fusioniert werden. Zum Beispiel können die verrauschten Signale von jeder der IMU und dem/der magnetischen Empfänger durch den Kalman-Filter fusioniert werden, um die Berechnung der Position der georteten Vorrichtung 104 zu verbessern. Jedoch können andere Verfahren der Positionsberechnung unter Verwendung der durch die IMU 112 empfangenen Daten und den/die magnetischen Empfänger 114, 202 durchgeführt werden.
3 zeigt ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren 300 zum Bestimmen von Verzerrungen in einem Magnetfeld zum Orten einer Vorrichtung in dem Magnetfeld darstellt. In Verfahren 300 ist das magnetische Ortungssystem (z. B. das magnetische Ortungssystem 100 der 200 von 1 und 2) konfiguriert, um die Verzerrung für ein Magnetfeld zu korrigieren. Das magnetische Ortungssystem ist konfiguriert, um einen ersten Wert eines Magnetfelds an einer ersten Position in dem Magnetfeld zu messen (302). Wie in Bezug auf die 1-2 beschrieben, kann ein Empfänger 114 diese Messung aufzeichnen und die Daten, welche die Messung darstellen, an die Rechenvorrichtung übertragen. Das magnetische Ortungssystem ist konfiguriert, um einen zweiten Wert des Magnetfelds an einer zweiten Position in dem Magnetfeld zu messen (304). Wie in Bezug auf 1A beschrieben, wird die geortete Vorrichtung (z. B. die geortete Vorrichtung 104) im Allgemeinen zu einem anderen Standort bewegt, und der Empfänger 114 erhält eine weitere Messung des Magnetfelds 116 an dem anderen Standort. Wie oben in Bezug auf 2 beschrieben, kann ein zweiter Empfänger 202 eine Messung des Magnetfelds an einer anderen Position, gemäß einem bekannten Abstand, erhalten.
Das magnetische Ortungssystem ist konfiguriert, um einen Abstand zwischen der ersten Position und der zweiten Position zu bestimmen (306). Für die geortete Vorrichtung 104 wird der Abstand durch Messung der Bahn durch die IMU 112 bestimmt. Für die geortete Vorrichtung 204 ist der Abstand auf der Grundlage von R2 bekannt.
Das magnetische Ortungssystem ist konfiguriert, um auf der Grundlage von jedem der Abstände, den ersten Wert und den zweiten Wert einer Verzerrungskomponente des Magnetfelds zu berechnen (308). Die Verzerrungswerte werden auf der Grundlage einer erzeugten Fehlerfeldabbildung, wie oben in Bezug auf 1A beschrieben, berechnet.
Das magnetische Ortungssystems ist auf Grundlage der Schätzung zum Ausgeben eines Modells von mindestens einem Bereich des Magnetfelds konfiguriert. Das Modell kann die Fehlerfeldabbildung, ein Modell des Magnetfelds selbst, oder einem Teil von einem oder beiden einschließen. In einigen Implementierungen wird das Modell von der Rechenvorrichtung 110 verwendet, um einen Positionswert der georteten Vorrichtung zu korrigieren, und die korrigierte Position wird tatsächlich an eine Benutzerschnittstelle für verschiedene Anwendungen ausgegeben. Zum Beispiel kann die Ausgabe eine graphische Darstellung der georteten Vorrichtung in einer Umgebung oder Szene einschließen, die der tatsächlichen Umgebung oder Szene in der Realität entspricht, in der sich das magnetische Ortungssystem befindet. Zum Beispiel kann die Ausgabe ein Textmeldung von Koordinaten der georteten Vorrichtung einschließen. Andere derartige Ausgaben sind möglich. Die graphische Darstellung kann auf einem Display ausgegeben werden, wie zum Beispiel einem Head-Mounted-Display (HMD), einem chirurgischen Terminal usw.
4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren 400 zum Bestimmen von Verzerrungen in einem Magnetfeld unter Verwendung des magnetischen Ortungssystems von 1A darstellt. Das magnetische Ortungssystem 100 ist konfiguriert, um erste magnetische Daten zu empfangen (402), die eine erste Position eines Magnetsensors darstellen. Das magnetische Ortungssystem 100 ist konfiguriert, um zweite Magnetdaten zu empfangen (402), die eine zweite Position eines Magnetsensors darstellen, wobei sich die zweite Position in einem relativ stärker verzerrten Bereich des Magnetfelds befindet als die erste Position. Das magnetische Ortungssystem 100 ist konfiguriert, um Bewegungsdaten zu empfangen (406), die eine Bewegung eines Magnetsensors von der ersten Position zu der zweiten Position darstellen. Das magnetische Ortungssystem 100 ist konfiguriert, um auf der Grundlage der Bewegungsdaten einen Abstand zwischen der ersten Position und der zweiten Position zu bestimmen (408). Das magnetische Ortungssystem 100 ist konfiguriert, um eine Verzerrungskomponente des Magnetfelds zu bestimmen (410). Das magnetische Ortungssystem 100 ist so konfiguriert, dass es ein Modell des Magnetfelds ausgibt (412). Das Verfahren 400 kann mit dem Verfahren 300 und mit Variationen der unter Bezug auf die 1 und 2 beschrieben Verfahren kombiniert werden.
5 zeigt ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Verfahren 500 zum Bestimmen von Verzerrungen in einem Magnetfeld unter Verwendung des magnetischen Ortungssystems von 2 darstellt. Das magnetische Ortungssystem 200 ist konfiguriert, um erste magnetische Daten zu empfangen (502), die eine erste Position eines ersten Magnetsensors darstellen. Das magnetische Ortungssystem 200 ist konfiguriert, um zweite Magnetdaten zu empfangen (504), die eine zweite Position eines zweiten Magnetsensors darstellen, wobei sich die zweite Position in einem relativ stärker verzerrten Bereich des Magnetfelds als die erste Position befindet. Das magnetische Ortungssystem 200 ist konfiguriert, um den Abstand zwischen dem ersten Magnetsensor und dem zweiten Magnetsensor zu bestimmen (506). Das magnetische Ortungssystem 200 ist konfiguriert, um eine Verzerrungskomponente des Magnetfelds zu bestimmen (508). Das magnetische Ortungssystem 200 ist so konfiguriert, dass es ein Modell des Magnetfelds ausgibt (510). Verfahren 500 kann mit Verfahren 300 und/oder 400 und mit Variationen der Verfahren kombiniert werden, die in Bezug auf 1 und 2 beschrieben sind.
Das beschriebene magnetische Ortungssystem 100 kann unter Verwendung von Software implementiert werden, die auf einem computerlesbaren Medium zur Ausführung auf einem Computer eingeschlossen ist (z. B. die Rechenvorrichtung 110 von 1A). Zum Beispiel kann die Software Prozeduren in einem oder mehreren Computerprogrammen bilden, die auf einem oder mehreren programmierten oder programmierbaren Computersystemen (die verschiedene Architekturen haben können) ausgeführt werden.
6 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Computersystems 600. Die Rechenvorrichtung 110 von 1A kann ein Beispiel für das hierin beschriebene Computersystem 600 sein. Das System 600 kann einen Prozessor 610, einen Speicher 620, eine Speichervorrichtung 630 und eine Ein-/Ausgabevorrichtung 640 einschließen. Jede der Komponenten 610, 620, 630 und 640 kann z. B. über einen Systembus 650 miteinander verbunden werden. Der Prozessor 610 ist in der Lage, Befehle zur Ausführung innerhalb des Systems 600 zu verarbeiten. Der Prozessor 610 kann ein Single-Thread-Prozessor, ein Multi-Thread-Prozessor oder ein Quantencomputer sein. Der Prozessor 610 ist in der Lage, im Speicher 620 oder auf der Speichervorrichtung 630 gespeicherte Befehle zu verarbeiten. Der Prozessor 610 kann Operationen ausführen, z. B. das EMT-System 100 veranlassen, die Position und/oder die Orientierung der georteten Vorrichtung 102 zu bestimmen.
Der Speicher 620 speichert Informationen innerhalb des Systems 600. In einigen Implementierungen ist der Speicher 620 ein computerlesbares Medium. Der Speicher 620 kann z. B. eine flüchtige Speichereinheit oder eine nicht-flüchtige Speichereinheit sein.
Die Speichervorrichtung 630 ist in der Lage, Massenspeicher für das System 600 bereitzustellen. In einem Gesichtspunkt ist die Speichervorrichtung 630 ein nichtflüchtiges computerlesbares Medium. Die Speichervorrichtung 630 kann, zum Beispiel, ein Festplattenlaufwerk, eine optische Plattenvorrichtung, ein Solid-Date-Laufwerk, ein Flash-Laufwerk, ein Magnetband oder eine andere Speichervorrichtung mit großer Kapazität einschließen. Die Speichervorrichtung 630 kann alternativ eine Cloud-Speichervorrichtung sein, z. B. eine logische Speichervorrichtung mit mehreren physischen Speichervorrichtungen, die in einem Netzwerk verteilt sind und auf die über ein Netzwerk zugegriffen wird. In einigen Implementierungen können die auf dem Speicher 620 gespeicherten Informationen auch oder stattdessen auf der Speichervorrichtung 630 gespeichert werden.
Die Ein-/Ausgabevorrichtung 640 stellt Ein-/Ausgabeoperationen für das System 600 bereit. In einigen Beispielen schließt die Ein-/Ausgabevorrichtung 640 eine oder mehrere von Netzwerkschnittstellenvorrichtungen (z. B. eine Ethernet-Karte), eine serielle Kommunikationsvorrichtung (z. B. ein RS-232 10-Anschluss) und/oder eine drahtlose Schnittstellenvorrichtung (z. B. eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung mit kurzer Reichweite, eine 602.11-Karte, ein drahtloses 3 G-Modem oder ein drahtloses 4G-Modem) ein. Im Allgemeinen schließt die Ein-/Ausgabevorrichtung 640 Treibervorrichtungen ein, die konfiguriert sind, um Eingabedaten zu empfangen und Ausgabedaten an andere Ein-/Ausgabevorrichtungen zu senden, z. B. eine Tastatur, einen Drucker und Anzeigevorrichtungen. In einigen Implementierungen werden mobile Rechenvorrichtungen, mobile Kommunikationsvorrichtungen und andere Vorrichtungen verwendet.
Das System 600 kann einen Mikrocontroller einschließen. Ein Mikrocontroller ist eine Vorrichtung, die mehrere Elemente eines Computersystems in einem einzigen Elektronikpaket einschließt. Zum Beispiel könnte das einzelne Elektronikpaket den Prozessor 610, den Speicher 620, die Speichervorrichtung 630 und die Ein-/Ausgabevorrichtungen 640 enthalten.
Obwohl ein beispielhaftes Computersystem in 6 beschrieben wurde, können Implementierungen des Gegenstandes und der vorstehend beschriebenen funktionalen Operationen in anderen Arten digitaler elektronischer Schaltungen oder in Computersoftware, Firmware oder Hardware implementiert werden, einschließlich der in dieser Beschreibung offenbarten Strukturen und ihrer strukturellen Äquivalente oder in Kombinationen von einer oder mehreren davon. Implementierungen des in dieser Beschreibung beschriebenen Gegenstands können als ein oder mehrere Computerprogrammprodukte implementiert werden, d. h. als ein oder mehrere Module von Computerprogrammbefehlen, die auf einem konkreten Programmträger, z. B. einem computerlesbaren Medium, kodiert sind, um von einem Verarbeitungssystem ausgeführt zu werden oder den Betrieb eines Verarbeitungssystems zu steuern. Das computerlesbare Medium kann eine maschinenlesbare Speichervorrichtung, ein maschinenlesbares Speichersubstrat, eine Speichervorrichtung, eine Zusammensetzung von Materie, die ein maschinenlesbares, übertragenes Signal bewirkt, oder eine Kombination aus einem oder mehreren von ihnen sein.
Der Ausdruck „Computersystem“ kann alle Geräte, Vorrichtungen und Maschinen zur Datenverarbeitung umfassen, einschließlich beispielsweise eines programmierbaren Prozessors, eines Computers oder mehrerer Prozessoren oder Computer. Ein Verarbeitungssystem kann neben der Hardware auch einen Code einschließen, der eine Ausführungsumgebung für das betreffende Computerprogramm schafft, z. B. einen Code, der eine Prozessor-Firmware, einen Protokollstapel, ein Datenbankverwaltungssystem, ein Betriebssystem oder eine Kombination aus einem oder mehreren davon darstellt.
Ein Computerprogramm (auch bekannt als Programm, eine Software, eine Softwareanwendung, ein Skript, eine ausführbare Logik oder ein Code) kann in jeder Form von Programmiersprache geschrieben werden, einschließlich kompilierter oder interpretierter Sprachen oder deklarativer oder prozeduraler Sprachen, und es kann in jeder Form eingesetzt werden, einschließlich als eigenständiges Programm oder als Modul, Komponente, Unterprogramm oder andere Einheit, die sich für die Verwendung in einer Computerumgebung eignet. Ein Computerprogramm entspricht nicht unbedingt einer Datei in einem Dateisystem. Ein Programm kann in einem Abschnitt einer Datei, die andere Programme oder Daten enthält (z. B. ein oder mehrere Skripte, die in einem Auszeichnungssprache-Dokument gespeichert sind), in einer einzigen Datei, die dem betreffenden Programm gewidmet ist, oder in mehreren koordinierten Dateien (z. B. Dateien, die ein oder mehrere Module, Unterprogramme oder Codeteile speichern), gespeichert werden. Ein Computerprogramm kann eingesetzt werden, um auf einem Computer oder auf mehreren Computern ausgeführt zu werden, die sich an einem Standort befinden oder über mehrere Standorte verteilt und durch ein Kommunikationsnetz miteinander verbunden sind.
Computerlesbare Medien, die zum Speichern von Computerprogrammbefehlen und Daten geeignet sind, schließen alle Formen von nichtflüchtigen oder flüchtigen Speichern, Medien und Speicherbauteilen ein, einschließlich beispielsweise Halbleiterspeicherbauteile, z. B. EPROM, EEPROM und Flash-Speicherbauteile; Magnetplatten, z. B. interne Festplatten oder Wechselplatten oder Magnetbänder; magnetooptische Platten; und CD-ROM- und DVD-ROM-Platten. Der Prozessor und der Speicher können durch spezielle Logikschaltungen ergänzt oder in diese integriert werden. Die Komponenten des Systems können durch jede Form oder jedes Medium der digitalen Datenkommunikation, z. B. durch ein Kommunikationsnetz, miteinander verbunden werden. Beispiele für Kommunikationsnetze schließen ein lokales Netz („LAN“) und ein Weitverkehrsnetz („WAN“), z. B. das Internet ein.
Eine Reihe von Ausführungsformen wurden beschrieben. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang des hier beschriebenen Gegenstands abzuweichen. Andere solche Ausführungsformen fallen in den Umfang der folgenden Ansprüche.

Claims

Verfahren zum Modellieren eines Magnetfelds, wobei das Verfahren umfasst: Messen, durch einen Magnetsensor, eines ersten Werts für jede der einen oder mehreren Eigenschaften eines Magnetfelds an einer ersten Position in dem Magnetfeld; Messen, durch den Magnetsensor, eines zweiten Werts für jede der einen oder mehreren Eigenschaften des Magnetfelds an einer zweiten Position in dem Magnetfeld; Bestimmen eines Abstands zwischen der ersten Position und der zweiten Position durch eine Rechenvorrichtung, die mit dem Magnetsensor in Verbindung steht; Berechnen einer Verzerrungskomponente des Magnetfelds an etwa in der zweiten Position des Magnetfelds, durch die Rechenvorrichtung in Kommunikation mit dem Magnetsensor, auf der Grundlage von jedem der Abstände, dem ersten Wert für jede der einen oder der mehreren Eigenschaften und dem zweiten Wert für jede der einen oder der mehreren Eigenschaften; und das Ausgeben eines Modells von der Rechenvorrichtung von mindestens einem Bereich des Magnetfelds auf der Grundlage der Berechnung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des Abstands zwischen der ersten Position und der zweiten Position in dem Magnetfeld umfasst: Messen, durch eine inertiale Messeinheit (IMU), der Bewegungsdaten, die die Bewegung des Magnetsensors von der ersten Position zu der zweiten Position darstellt; und Bestimmen, auf Grundlage der Bewegungsdaten, des ersten Werts für jede der einen oder mehreren Eigenschaften, und des zweiten Werts für jede der einen oder mehreren Eigenschaften, den Abstand zwischen der ersten Position und der zweiten Position.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Wert für jede der einen oder mehreren Eigenschaften des Magnetfelds durch einen ersten Magnetsensor gemessen wird, wobei der zweite Wert für jede der einen oder mehreren Eigenschaften des Magnetfelds durch einen zweiten Magnetsensor gemessen wird, der sich von dem ersten Magnetsensor unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der erste Magnetsensor und der zweite Magnetsensor verbunden und durch einen Versatzabstand getrennt sind, und wobei der Abstand zwischen der ersten Position und der zweiten Position in dem Magnetfeld etwa dem Versatzabstand entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Position in einem Bereich des Magnetfelds weniger Verzerrung als ein anderer Bereich des Magnetfelds, der die zweite Position umfasst, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Berechnen der Verzerrungskomponente umfasst: Abrufen eines Modells des Magnetfelds, das der zweiten Position entspricht; Bestimmen eines dritten Werts des einen oder der mehreren Eigenschaften des Magnetfelds, der einem unverzerrten empfangenen Magnetfeld in der zweiten Position entspricht, gemäß dem Modell; und Bestimmen einer Differenz zwischen dem dritten Wert für jeden der einen oder mehreren Eigenschaften des Magnetfelds und dem zweiten Wert für jeden der einen oder mehreren Eigenschaften, die an der zweiten Position gemessen werden und der Differenz, welche die Verzerrungskomponente des Magnetfelds darstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die eine oder mehreren Eigenschaften des Magnetfelds eine Feldstärke des Magnetfelds umfassen, wobei die Feldstärke auf einem Abstand des Magnetsensors von einem Sender basiert, der konfiguriert ist, um das Magnetfeld zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Wert für jede der einen oder mehreren Eigenschaften in Reaktion auf die Bestimmung gemessen wird, dass sich der Magnetsensor in einem Bereich des Magnetfelds befindet, der näherungsweise keine Verzerrung aufweist, oder dass sich der Magnetsensor im Bereich des Magnetfelds mit einer bekannten Verzerrung befindet.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner das Expandieren des Bereichs mit den bekannten Verzerrung des Magnetfelds umfassend, wobei die erste Position eine Position in dem Magnetfeld innerhalb des Bereiches mit der bekannten Verzerrung des Magnetfelds, und wobei die zweite Position eine Position in dem Magnetfeld außerhalb des Bereichs mit der bekannten Verzerrung des Magnetfelds umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Bestimmen einer korrigierten Position des Magnetsensors in dem Magnetfeld auf der Grundlage des Modells von mindestens dem Bereich des Magnetfelds; Erzeugen einer grafischen Darstellung der korrigierten Position des Magnetsensors in dem Magnetfeld; und Veranlassen einer Anzeige der grafischen Darstellung in einer Benutzerschnittstelle.
Magnetisches Ortungssystem, umfassend: eine Quellvorrichtung, die konfiguriert ist, um ein Magnetfeld zu erzeugen; eine verfolgte Vorrichtung, umfassend: einen Magnetsensor, der konfiguriert ist, um das Magnetfeld zu messen und Magnetdaten zu erzeugen, die das Magnetfeld darstellen; und eine inertiale Messeinheit (IMU), die konfiguriert ist, um Bewegungsdaten auf der Grundlage einer Bewegung der IMU zu erzeugen, wobei die IMU mit dem Magnetsensor gekoppelt ist; und eine Rechenvorrichtung, die mindestens einen Prozessor umfasst, wobei die Rechenvorrichtung zum Durchführen von Operationen konfiguriert ist: Empfangen erster magnetischer Daten, die eine erste Position des Magnetsensors darstellen, von dem Magnetsensor; Empfangen zweiter magnetischer Daten, die eine zweite Position des Magnetsensors darstellen, von dem Magnetsensor, wobei sich die zweite Position in einem relativ stärker verzerrten Bereich des Magnetfelds als die erste Position befindet; Bestimmen eines Abstands zwischen der ersten Position und der zweiten Position auf der Grundlage von Bewegungsdaten, die von der IMU empfangen werden, die eine Bewegung des Magnetsensors von der ersten Position zu der zweiten Position darstellen; Bestimmen der ersten magnetischen Daten und der zweiten magnetischen Daten und einer Verzerrungskomponente des Magnetfelds, auf der Grundlage des Abstands; und Ausgeben eines Modells des Magnetfelds auf der Grundlage der Verzerrungskomponente.
Magnetisches Ortungssystem nach Anspruch 11, ferner umfassend: ein Sender ist konfiguriert, um das Magnetfeld zu erzeugen, wobei der Sender konfiguriert ist, um unter Verwendung mehrerer Senderachsen ein Magnetfeld zu erzeugen, das mehrere Achsen umfasst, und wobei der Magnetsensor konfiguriert ist, um das Magnetfeld durch Messen jeder der übertragenen Achsen des Magnetfelds zu messen.
Magnetisches Ortungssystem nach Anspruch 11, wobei die Bewegungsdaten lineare Beschleunigungsdaten und Winkelbeschleunigungsdaten umfassen, und wobei die IMU einen oder mehrere Beschleunigungsmesser und einen oder mehrere Gyroskope umfasst.
Magnetisches Ortungssystem nach Anspruch 11, wobei die Berechnung der Verzerrungskomponente umfasst: Abrufen eines Modells des Magnetfelds, das der zweiten Position entspricht; Bestimmen eines Wertes des Magnetfelds, das einem unverzerrten empfangenen Magnetfeld in der zweiten Position, gemäß dem Modell, entspricht; und Bestimmen einer Differenz zwischen dem Wert des Magnetfelds und einem Wert der zweiten magnetischen Daten, die an der zweiten Position gemessen werden, wobei die Differenz die Verzerrungskomponente des Magnetfelds darstellt.
Magnetisches Ortungssystem nach Anspruch 14, die Operationen weiterhin umfassend: Bestimmen einer korrigierten Position des Magnetsensors in dem Magnetfeld auf der Grundlage eines Modells des Magnetfelds; Erzeugen einer grafischen Darstellung der korrigierten Position des Magnetsensors in dem Magnetfeld; und Veranlassen einer Anzeige der grafischen Darstellung in einer Benutzerschnittstelle.
Magnetisches Ortungssystem, umfassend: eine Quellvorrichtung, die konfiguriert ist, um ein Magnetfeld zu erzeugen; eine verfolgte Vorrichtung, umfassend: einen ersten Magnetsensor, der konfiguriert ist, um das Magnetfeld zu messen und Magnetdaten zu erzeugen, die das Magnetfeld an einer ersten Position in Bezug auf die Quellvorrichtung darstellen; und einen zweiten Magnetsensor, der mit dem ersten Magnetsensor in einem bestimmten Abstand gekoppelt ist und konfiguriert ist, um das Magnetfeld zu messen und Magnetdaten zu erzeugen, die das Magnetfeld an einer zweiten Position in Bezug auf die Quellvorrichtung und in dem bestimmten Abstand von der ersten Position darstellen; und eine Rechenvorrichtung, die mindestens einen Prozessor umfasst, wobei die Rechenvorrichtung zum Durchführen von Operationen konfiguriert ist: Empfangen erster magnetischer Daten von dem ersten Magnetsensor, die das Magnetfeld in der ersten Position darstellen; Empfangen zweiter magnetischer Daten von dem zweiten Magnetsensor, die das Magnetfeld in einer zweiten Position darstellen, wobei sich die zweite Position in einem relativ stärker verzerrten Bereich des Magnetfelds als die erste Position befindet; Bestimmen der ersten magnetischen Daten und der zweiten magnetischen Daten und einer Verzerrungskomponente des Magnetfelds auf der Grundlage des bestimmten Abstands; und Ausgeben eines Modells des Magnetfelds auf der Grundlage der Verzerrungskomponente.
Magnetisches Ortungssystem nach Anspruch 16, wobei die Berechnung der Verzerrungskomponente umfasst: Abrufen eines Modells des Magnetfelds, das der zweiten Position entspricht; Bestimmen eines Wertes des Magnetfelds, das einem unverzerrten empfangenen Magnetfeld in der zweiten Position, gemäß dem Modell, entspricht; und Bestimmen einer Differenz zwischen dem Wert des Magnetfelds und einem Wert der zweiten magnetischen Daten, die an der zweiten Position gemessen werden, wobei die Differenz die Verzerrungskomponente des Magnetfelds darstellt.
Magnetisches Ortungssystem nach Anspruch 16, wobei die Operationen ferner umfasst: Bestimmen einer korrigierten Position des zweiten Magnetsensors in dem Magnetfeld auf der Grundlage eines Modells des Magnetfelds; Erzeugen einer grafischen Darstellung der korrigierten Position des zweiten Magnetsensors in dem Magnetfeld; und Veranlassen einer Anzeige der grafischen Darstellung in einer Benutzerschnittstelle.
Nicht-transitorisches computerlesbares Medium, das Befehle speichert, die von einem oder mehreren Prozessoren ausführbar sind, die konfiguriert sind, um Operationen auszuführen, umfassend: Erhalten eines ersten Werts für jede der einen oder mehreren Eigenschaften eines Magnetfelds an einer ersten Position in dem Magnetfeld von einem Magnetsensor; Erhalten eines zweiten Werts für jede der einen oder der mehreren Eigenschaften des Magnetfelds an einer zweiten Position in dem Magnetfeld von dem Magnetsensor; Bestimmen eines Abstands zwischen der ersten Position und der zweiten Position; Berechnen des ersten Werts für jede der einen oder mehreren Eigenschaften und des zweiten Werts für jede der einen oder der mehreren Eigenschaften, einer Verzerrungskomponente des Magnetfelds an etwa der zweiten Position des Magnetfelds auf der Grundlage von jedem der Abstände; und Ausgeben eines Modells von mindestens einem Bereich des Magnetfelds auf der Grundlage der Schätzung.
Nicht-transitorisches computerlesbares Medium nach Anspruch 19, wobei das Bestimmen des Abstands zwischen der ersten Position und der zweiten Position in dem Magnetfeld umfasst: Messen, durch eine inertiale Messeinheit (IMU), der Bewegungsdaten, die Bewegung des Magnetsensors von der ersten Position zu der zweiten Position darstellt; und Bestimmen, auf Grundlage der Bewegungsdaten, des ersten Werts für jede der einen oder mehreren Eigenschaften, und des zweiten Werts für jede der einen oder mehreren Eigenschaften, den Abstand zwischen der ersten Position und der zweiten Position.
Nicht-transitorisches computerlesbares Medium nach Anspruch 20, wobei die Bewegungsdaten lineare Beschleunigungsdaten und Winkelbeschleunigungsdaten umfasst und wobei die IMU einen oder mehrere Beschleunigungsmesser und einen oder mehrere Gyroskope umfasst.
Nicht-transitorisches computerlesbares Medium nach Anspruch 21, weiter umfassend: einen ersten Magnetsensor, der konfiguriert ist, um den ersten Wert für jede der einen oder mehreren Eigenschaften des Magnetfelds zu messen; und und einen zweiten Magnetsensor, der sich von dem ersten Magnetsensor unterscheidet, wobei der zweite Magnetsensor konfiguriert ist, um den zweiten Wert für jede der einen oder mehreren Eigenschaften des Magnetfelds zu messen.
Nicht-transitorisches computerlesbares Medium nach Anspruch 22, wobei der erste Magnetsensor und der zweite Magnetsensor verbunden und durch einen Versatzabstand getrennt sind, und wobei der Abstand zwischen der ersten Position und der zweiten Position in dem Magnetfeld etwa dem Versatzabstand entspricht.