RU2690526C1 - Method of determining object location and device for its implementation - Google Patents
Method of determining object location and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2690526C1 RU2690526C1 RU2018120978A RU2018120978A RU2690526C1 RU 2690526 C1 RU2690526 C1 RU 2690526C1 RU 2018120978 A RU2018120978 A RU 2018120978A RU 2018120978 A RU2018120978 A RU 2018120978A RU 2690526 C1 RU2690526 C1 RU 2690526C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- receiver
- frame
- output
- switch
- radiator
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 104
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 70
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 35
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 18
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 15
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- WLWIMKWZMGJRBS-UHFFFAOYSA-N primin Chemical compound CCCCCC1=CC(=O)C=C(OC)C1=O WLWIMKWZMGJRBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 3
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000012732 spatial analysis Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
- G01S3/04—Details
- G01S3/10—Means for reducing or compensating for quadrantal, site, or like errors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
- G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/06—Systems determining position data of a target
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/06—Systems determining position data of a target
- G01S13/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
- G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
- G01S3/143—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction by vectorial combination of signals derived from differently oriented antennae
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
- G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
- G01S3/16—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived sequentially from receiving antennas or antenna systems having differently-oriented directivity characteristics or from an antenna system having periodically-varied orientation of directivity characteristic
- G01S3/18—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived sequentially from receiving antennas or antenna systems having differently-oriented directivity characteristics or from an antenna system having periodically-varied orientation of directivity characteristic derived directly from separate directional antennas
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к разделу физика и может найти применение при определении абсолютных координат подвижного объекта относительно нулевой координаты для нужд пеленгации, навигации, измерения расстояния или скорости для определения местоположения или обнаружения объектов.The invention relates to the section of physics and can be used in determining the absolute coordinates of a moving object relative to the zero coordinate for the needs of direction finding, navigation, measuring distance or speed to determine the location or detection of objects.
Известен способ определения местоположения объекта (книга Расчет вероятностного критерия достоверности локализации диполя в обратной задаче магнитостатики / Гуменюк - Сычевский В.И., Недайвода И.В., Примин М.А. - Киев, 1990. 17 с. (Препр. / АН УССР. Ин-т кибернетики им. В.М. Глушкова)), заключающийся в том, что при пространственном анализе вектора магнитной индукции и его производных решается обратная задача магнитостатики, когда по известному в некоторой точке пространства магнитному полю определяют местоположение дипольного источника поля относительно указанной точки и дипольный или квадратурный момент источника. При этом если источник поля аппроксимируется магнитным диполем с моментом М, то решение обратной задачи получают при помощи итерационных, аналитических или аппаратурно-аналитических методов. Например, при измеренных в одной точке пространства первых и вторых производных вектора магнитной индукции, решение задачи получают аналитически и реализуют алгоритм обработки информации в реальном масштабе времени. Способ выполняет возложенные на него функции, однако обладает низкой устойчивостью поскольку, как отмечают сами авторы, небольшие ошибки в измеренных параметрах поля приводят к значительным погрешностям в определении местоположения и вектора магнитного момента диполя.A known method for determining the location of an object (the book Calculation of a Probabilistic Criterion for the Reliability of a Dipole Localization in the Inverse Problem of Magnetostatics / Gumenyuk - Sychevsky V.I., Nedayvoda I.V., Primin MA - Kiev, 1990. 17 p. (Prep. / AN Inst. Of cybernetics named after VM Glushkov)), which consists in the fact that spatial analysis of the vector of magnetic induction and its derivatives solves the inverse problem of magnetostatics, when the location of a dipole source of the field is determined by the magnetic field known at some point in space This point and the dipole or quadrature moment of the source. Moreover, if the field source is approximated by a magnetic dipole with the moment M, then the solution of the inverse problem is obtained using iterative, analytical or instrumental-analytical methods. For example, with the first and second derivatives of the magnetic induction vector measured at one point in space, the solution of the problem is obtained analytically and implements an information processing algorithm in real time. The method performs the functions assigned to it, however, it has low stability since, as the authors themselves point out, small errors in the measured field parameters lead to significant errors in determining the location and the vector of the magnetic moment of the dipole.
Известен способ позиционирования подвижного объекта в фиксированной системе координат (патент РФ №2413957 МПК G01S 3/00 (2006.01), год опубликования 2011), заключающийся в том, что генерируют последовательно во времени двухполярные импульсы магнитных полей разной пространственной ориентации, измеряют ортогональные компоненты магнитного поля на вершине импульса каждой полярности каждого двухполярного импульса магнитного поля каждой пространственной ориентации на подвижном объекте; компенсируют влияние магнитного поля Земли путем попарного вычитания компонент магнитных полей, измеренных во время действия разных полярностей каждого двухполярного импульса магнитного поля, сохраняют скомпенсированные измеренные компоненты магнитных полей, вычисляют текущие координаты подвижного приемника после каждого переключения ориентации магнитного поля, используя текущие скомпенсированные компоненты магнитного поля, а также сохраненные скомпенсированные компоненты магнитного поля, полученные во время действия предыдущих двухполярных импульсов магнитного поля другой ориентации по отношению к текущему двухполярному импульсу, составляющих повторяющийся период генерирования импульсного магнитного поля. Способ решает поставленную задачу, однако требует для своей реализации специальной конструкции датчиков с минимальными размерами, а также уменьшения влияния импульсного характера нагрузки на блок питания.A known method of positioning a moving object in a fixed coordinate system (RF Patent No. 2413957
В качестве прототипа выбран способ позиционирования пары излучатель - приемник для определения их взаимного положения (Желамский М.В. Особенности измерения локального магнитного поля позиционирования на малых дальностях. Журнал Измерительная техника №9, 2014 с. 39-43). Способ заключается в том, что создают независимые магнитные поля, которые раздельно регистрируют подвижным приемником с несколькими датчиками, при этом для определения шести координат (три линейных и три угла Эйлера) излучатель содержит три независимых обмотки, а подвижный приемник - до трех взаимно ортогональных индукционных датчика, причем полученный с датчиков набор данных используется для пересчета параметров излучателя поля в координаты подвижного объекта путем периодического решения систем нелинейных уравнений с учетом математической модели магнитного поля излучателя. Определение координат объекта основано на том, что известен закон распределения магнитного поля в пространстве. При этом решается система уравнений, как минимум, с шестью неизвестными. Например, три координаты объекта, три вектора ориентации объекта в пространстве. Как правило, добавляются еще три неизвестных, связанных с неточностью изготовления датчиков. В виду изменения величины магнитного поля на несколько порядков требуются точные многократные измерения для выделения полезного сигнала над уровнем естественных шумов. Трудность представления решения в аналитическом виде, погрешность измерения физических величин в широком динамическом диапазоне, необходимость фильтрации шумов приводят к итерационным методам решения вычисления координат. Это непростая задача, учитывая количество неизвестных и ограниченное время для нахождения координат подвижных объектов.As a prototype, a method of positioning the emitter-receiver pair was used to determine their mutual position (Zhelamsky MV, Features of measuring the local magnetic field of positioning at short distances. Journal Measuring Equipment No. 9, 2014 p. 39-43). The method consists in creating independent magnetic fields that are separately recorded by a moving receiver with several sensors, while for determining six coordinates (three linear and three Euler angles) the emitter contains three independent windings, and the moving receiver - up to three mutually orthogonal induction sensors the data set obtained from the sensors is used to recalculate the parameters of the field emitter into the coordinates of a moving object by periodically solving systems of nonlinear equations taking into account the math ical model of the magnetic field of the radiator. The determination of the coordinates of the object is based on the fact that the law of distribution of the magnetic field in space is known. In this case, the system of equations is solved, with at least six unknowns. For example, three coordinates of an object, three vectors of orientation of an object in space. As a rule, three more unknowns are added, related to the inaccuracy of manufacturing sensors. In view of the change in the magnitude of the magnetic field by several orders of magnitude, precise multiple measurements are required to highlight the useful signal above the level of natural noise. The difficulty of presenting the solution in an analytical form, the error in measuring physical quantities in a wide dynamic range, the need for noise filtering lead to iterative methods for solving coordinates. This is not an easy task, given the number of unknowns and the limited time for finding the coordinates of moving objects.
Способ - прототип выполняет поставленные для него задачи, но обладает двумя существенными недостатками:Method - the prototype performs the tasks set for it, but it has two significant drawbacks:
1. Погрешность производимых измерений существенным образом зависит от точности математической модели излучателей и приемников магнитного поля, участвующих в вычислении окончательного результата. Например, оценка погрешностей при решении обратной задачи магнитостатики дана в литературе (Расчет вероятностного критерия достоверности локализации диполя в обратной задаче магнитостатики / Гумелюк - Сычевский В.И., Недайвода И.В., Примин М.А., - Киев, 1990. - 17 С - (Препр. / АН УССР. Институт кибернетики им. Глушкова)). Излучатель там представлен моделью магнитного диполя. Оценка указывает на достаточно высокую допустимую погрешность ±10% с вероятностью 0.9, что неприемлемо в некоторых практических приложениях.1. The accuracy of the measurements made depends substantially on the accuracy of the mathematical model of the emitters and magnetic field receivers involved in the calculation of the final result. For example, the estimation of errors in solving the inverse problem of magnetostatics is given in the literature (Calculation of a probabilistic criterion for the reliability of a dipole localization in an inverse problem of magnetostatics / Gumelyuk - Sychevsky V.I., Nedaivoda I.V., Primin M.A. - Kiev, 1990. - 17 C - (Prep. / AS USSR. Institute of Cybernetics them. Glushkov)). The radiator there is represented by a model of a magnetic dipole. The estimate indicates a fairly high allowable error of ± 10% with a probability of 0.9, which is unacceptable in some practical applications.
Кроме этого проведение вычислительных операций при определении местоположения приемника затягивается, поскольку расчет параметров сложной математической модели элементов системы должен производиться регулярно.In addition, the computational operations in determining the location of the receiver is delayed, since the calculation of the parameters of a complex mathematical model of the elements of the system should be performed regularly.
2. Внесение магнитомягких изделий (железа) в зону измерения искажает магнитное поле. Даже небольшое отклонение магнитного поля от модели представляет большую проблему. В этом случае в литературе (Желамский М.В. Электромагнитное позиционирование подвижных объектов. М: Физматлит, 2013, стр. 201 и стр. 204) рекомендуется картографирование магнитного поля.2. The introduction of magnetic products (iron) into the measurement zone distorts the magnetic field. Even a slight deviation of the magnetic field from the model is a big problem. In this case, in the literature (Zhelamsky, MV, Electromagnetic Positioning of Moving Objects. M: Fizmatlit, 2013, p. 201 and p. 204), the mapping of the magnetic field is recommended.
Известна система для определения положения и ориентации объекта, перемещающегося в ограниченной области пространства (патент РФ №2241958 МПК G01C 21/00 (2000.01), G05D 1/00 (2000.01), год опубликования 2004), содержащая источник рабочего поля, выполненный с возможностью формирования в упомянутой области перемещения объекта неоднородного несимметричного постоянного магнитного поля, по меньшей мере шесть однокомпонентных дифференциальных датчиков магнитного поля для измерения текущих градиентов магнитного поля, размещенных в области перемещения объекта с обеспечением жесткой связи с объектом и исключением взаимного дублирования, устройство для приема сигналов датчиков и передачи этих сигналов на средства обработки данных, содержащие блок памяти для хранения координат датчиков, определенных в системе координат объекта, и расчетных градиентов магнитного поля, формируемого источником рабочего поля, и вычислительный блок для решения системы по меньшей мере шести алгебраических уравнений, включающей упомянутые координаты датчиков и составленной приравниванием измеренных значений градиентов к расчетным градиентам магнитного поля, с получением трех линейных и трех угловых координат объекта. Предложенное авторами техническое решение, требуя проведения сложных вычислительных операций в реальном масштабе времени, затягивает процесс определения координат объекта.A known system for determining the position and orientation of an object moving in a limited region of space (RF Patent No. 22,11958 IPC G01C 21/00 (2000.01), G05D 1/00 (2000.01), year of publication 2004), containing the source of the working field, configured to form in the above-mentioned area of movement of an inhomogeneous asymmetric constant magnetic field object, at least six one-component differential magnetic field sensors for measuring current magnetic field gradients located in the area of object movement with securing a tight connection with the object and eliminating mutual duplication, a device for receiving sensor signals and transmitting these signals to data processing devices containing a memory block for storing the coordinates of the sensors defined in the object’s coordinate system and the calculated magnetic field gradients formed by the source of the working field, and computational unit for solving a system of at least six algebraic equations including the mentioned coordinates of the sensors and compiled by equating the measured values ntov to the calculated magnetic field gradients, with obtaining three linear and three angular coordinates of the object. The technical solution proposed by the authors, requiring complex real-time computational operations, delays the process of determining the coordinates of the object.
Известна система локальной навигации (Черноножкин В.А., Половко С.А. Система локальной навигации для наземных мобильных роботов. Научная электронная библиотека «КИБЕРЛЕНИНКА», https://cyberleninka.ru/article/v/sistema-lokalnoy-navigatsii-dlya-nazemnyh-mobilnyh-robotov). Система состоит из блока чувствительных элементов (трех гироскопов и трех акселерометров), блока программной обработки информации (в него входят основной модуль, модуль обработки входящих пакетов, модуль определения навигационной информации, модуль сохранения/считывания логов), пульта управления. Система предусматривает соединение блока программной обработки информации с блоком чувствительных элементов, и пультом управления. Недостатками системы являются сложность реализации, необходимость в применении чувствительных датчиков (гироскопов и акселерометров), а также необходимость начальной настройки и накопление ошибки определения навигационных параметров объекта со временем.The system of local navigation is known (Chernonozhkin V.A., Polovko S.A. The system of local navigation for ground mobile robots. Scientific electronic library "CYBERLININKA", https://cyberleninka.ru/article/v/sistema-lokalnoy-navigatsii-dlya -nazemnyh-mobilnyh-robotov). The system consists of a block of sensitive elements (three gyroscopes and three accelerometers), a block of software processing of information (it includes the main module, the input packet processing module, the navigation information definition module, the log saving / reading module), and the control panel. The system provides for the connection of a program processing unit with a unit of sensitive elements, and a control panel. The disadvantages of the system are the complexity of implementation, the need to use sensitive sensors (gyroscopes and accelerometers), as well as the need for initial setup and the accumulation of an error in determining the navigation parameters of an object with time.
В качестве прототипа выбрано устройство для магнитного позиционирования (Желамский М.В. Первый отечественный магнитный трекер для целеуказания. Журнал Датчики и Системы №1, 2011 с. 9-15). Устройство, схема которого представлена на рис. 2 указанного литературного источника, состоит из генератора фиксированного магнитного поля, подвижного приемника, закрепленного на объекте, контроллера, интерфейса и вычислителя, при этом интерфейс соединен с подвижным приемником, а через контроллер и с генератором магнитного поля, причем вычислитель через интерфейс и контроллер подключен к выходу генератора магнитного поля и к выходу подвижного приемника. Устройство выполняет свои функции, но имеет недостаточную точность, что было показано при анализе работоспособности способа - прототипа. А именно:The device for magnetic positioning was chosen as a prototype (Zhelamsky MV. First domestic magnetic tracker for target designation. Journal of Sensors and Systems No. 1, 2011 p. 9-15). The device whose scheme is shown in Fig. 2 of the specified literary source, consists of a fixed magnetic field generator, a movable receiver attached to the object, a controller, an interface and a transmitter, and the interface is connected to a movable receiver, and through the controller and the magnetic field generator, and the calculator is connected via an interface and controller the output of the magnetic field generator and the output of the rolling receiver. The device performs its functions, but has insufficient accuracy, which was shown in the analysis of the performance of the method - the prototype. Namely:
1. Погрешность производимых измерений существенным образом зависит от точности математической модели излучателей и приемников магнитного поля, участвующих в вычислении окончательного результата. Например, оценка погрешностей при решении обратной задачи магнитостатики дана в литературе (Расчет вероятностного критерия достоверности локализации диполя в обратной задаче магнитостатики / Гумелюк - Сычевский В.И., Недайвода И.В., Примин М.А., - Киев, 1990. - 17 С - (Препр. / АН УССР. Институт кибернетики им. Глушкова)). Излучатель там представлен моделью магнитного диполя. Оценка указывает на достаточно высокую допустимую погрешность ±10% с вероятностью 0.9, что неприемлемо в некоторых практических приложениях. Кроме этого проведение вычислительных операций при определении местоположения приемника затягивается, поскольку расчет параметров сложной математической модели элементов системы должен производиться регулярно.1. The accuracy of the measurements made depends substantially on the accuracy of the mathematical model of the emitters and magnetic field receivers involved in the calculation of the final result. For example, the estimation of errors in solving the inverse problem of magnetostatics is given in the literature (Calculation of a probabilistic criterion for the reliability of a dipole localization in an inverse problem of magnetostatics / Gumelyuk - Sychevsky V.I., Nedaivoda I.V., Primin M.A. - Kiev, 1990. - 17 C - (Prep. / AS USSR. Institute of Cybernetics them. Glushkov)). The radiator there is represented by a model of a magnetic dipole. The estimate indicates a fairly high allowable error of ± 10% with a probability of 0.9, which is unacceptable in some practical applications. In addition, the computational operations in determining the location of the receiver is delayed, since the calculation of the parameters of a complex mathematical model of the elements of the system should be performed regularly.
2. Внесение магнитомягких изделий (железа) в зону измерения искажает магнитное поле. Даже небольшое отклонение магнитного поля от модели представляет большую проблему. В этом случае в литературе (Желамский М.В. Электромагнитное позиционирование подвижных объектов. М: Физматлит, 2013, стр. 201 и стр. 204) рекомендуется картографирование магнитного поля.2. The introduction of magnetic products (iron) into the measurement zone distorts the magnetic field. Even a slight deviation of the magnetic field from the model is a big problem. In this case, in the literature (Zhelamsky, MV, Electromagnetic Positioning of Moving Objects. M: Fizmatlit, 2013, p. 201 and p. 204), the mapping of the magnetic field is recommended.
Основными операциями, используемыми вышеперечисленными известными способами и элементами всех устройств, их реализующих, являются излучение (излучатель для устройств) и измерение (приемник излучения для устройства). В нашем случае излучение связано с созданием магнитного поля, измерение - с оценкой показателей магнитного поля в точке измерения.The main operations used by the above-mentioned known methods and elements of all devices that implement them are radiation (emitter for devices) and measurement (radiation receiver for the device). In our case, the radiation is associated with the creation of a magnetic field, measurement - with the evaluation of the magnetic field at the point of measurement.
Итак, выполняя возложенные на него задачи, способ и устройство для его осуществления обладают низкой точностью и малым быстродействием, а так же не проявляет робастных свойств при внесении магнитомягких материалов в зону измерения.So, carrying out the tasks assigned to him, the method and device for its implementation have low accuracy and low speed, and also does not show robust properties when introducing soft magnetic materials into the measurement zone.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении точности измерения и увеличении быстродействия.The technical result of the invention is to improve the accuracy of measurement and increase speed.
Такой результат достигается за счет того, что способ определения местоположения объекта, заключающийся в том, что измерение координат его расположения осуществляют путем создания магнитного поля излучателем, регистрации его приемником с дальнейшим вычислением координат расположения приемника, дополняют тем, что излучатель изготавливают с использованием трех рамок, причем три рамки излучателя х, у и z располагают во взаимоперпендикулярных плоскостях, приемник выполнен с использованием трех рамок х, у и z, расположенных во взаимоперпендикулярных плоскостях, перед измерением проводят калибровку, необходимую для определения констант, используемых при расчете координат приемника, для чего размещают приемник в точке с координатами (х, 0, 0), создают магнитное поле, подключая генератор синусоидального сигнала к рамке излучателя х, измеряют магнитную индукцию рамкой приемника х, по этому параметру рассчитывают константу Кх и запоминают ее, перемещают приемник в точку с координатами (0, у, 0), создают магнитное поле, подключая генератор синусоидального сигнала к рамке излучателя у, измеряют магнитную индукцию рамкой приемника у, по этому параметру рассчитывают константу Ку и запоминают ее, располагают приемник в точку с координатами (0, 0, z), создают магнитное поле, подключая генератор синусоидального сигнала к рамке излучателя z, измеряют магнитную индукцию рамкой приемника z, по этому параметру рассчитывают константу Кz и запоминают ее, далее для определения координат выбранной точки устанавливают в нее приемник, излучателем формируют вращающееся магнитное поле, подключая два генератора синусоидальных сигналов, сдвинутых друг относительно друга на 90 электрических градусов, к двум из трех рамок излучателя х и у, рамкой приемника х измеряют магнитную индукцию в выбранной точке, определяют фазовый угол сдвига α синусоиды магнитной индукции в точке измерения относительно генерируемой излучателем и максимальное значение магнитной индукции Вх, запоминают величины угла α и максимального значения магнитной индукции Вх, излучателем формируют вращающееся магнитное поле, подключая два генератора синусоидальных сигналов, сдвинутых друг относительно друга на 90 электрических градусов, к двум из трех рамок излучателя у и z, рамкой приемника у измеряют магнитную индукцию в выбранной точке, определяют фазовый угол сдвига β синусоиды магнитной индукции в точке измерения относительно генерируемой излучателем и максимальное значение магнитной индукции By, запоминают величины угла β и максимального значения магнитной индукции By, излучателем формируют вращающееся магнитное поле, подключая два генератора синусоидальных сигналов, сдвинутых друг относительно друга на 90 электрических градусов, к двум из трех рамок излучателя z и х, рамкой приемника z измеряют магнитную индукцию в выбранной точке, определяют фазовый угол сдвига γ синусоиды магнитной индукции в точке измерения относительно генерируемой излучателем и максимальное значение магнитной индукции Bz, запоминают величины угла γ и максимального значения магнитной индукции Bz, а затем вычисляют текущие координаты положения приемника, используя сохраненные данные о константах Кх, Ку, Кz, углах α, β, γ и величинах максимальных значений магнитной индукции Вх, By и Bz.This result is achieved due to the fact that the method of determining the location of the object, which consists in measuring the coordinates of its location by creating a magnetic field with an emitter, registering it with a receiver, and then calculating the coordinates of the location of the receiver, is complemented by the fact that the emitter is made using three frames, moreover, the three frames of the radiator x, y and z are arranged in mutually perpendicular planes, the receiver is made using three frames x, y and z arranged in mutual perepend Before the measurement, calibration is performed on the visual planes necessary for determining the constants used in calculating the receiver coordinates. To do this, place the receiver at a point with coordinates (x, 0, 0), create a magnetic field by connecting a sinusoidal signal generator to the radiator frame x, measure the magnetic induction by receiver frame x, this parameter is used to calculate the constant Kx and memorize it, move the receiver to a point with coordinates (0, y, 0), create a magnetic field by connecting a sine wave generator to the frame of the radiator y, measure the magnetic induction with the receiver frame y, use this parameter to calculate the constant Q and memorize it, locate the receiver at a point with coordinates (0, 0, z), create a magnetic field by connecting a sinusoidal signal generator to the radiator frame z, measure the magnetic induction frame receiver z, this parameter is used to calculate the constant Kz and memorize it; then, to determine the coordinates of the selected point, a receiver is set in it, a rotating magnetic field is generated by the radiator, connecting two generators of sinusoidal signals, shifted relative to each other by 90 electrical degrees, to two of the three radiator frames x and y, the receiver’s frame x measures the magnetic induction at the selected point, determines the phase angle of shift α of the sinusoid magnetic induction at the measuring point relative to the generated radiator and the maximum magnetic induction Bx, remember the values of the angle α and the maximum value of the magnetic induction Bx, the emitter forms a rotating magnetic field, connecting two generators of sinusoidal signals shifted relative to each other ug by 90 electrical degrees, to two of the three radiator frames y and z, the receiver’s frame y measures the magnetic induction at the selected point, determines the phase shift angle β of the sinusoid magnetic induction at the measurement point relative to the generated radiator and the maximum magnetic induction By, remember the angle values β and the maximum value of the magnetic induction By, the emitter forms a rotating magnetic field, connecting two generators of sinusoidal signals, shifted relative to each other by 90 electrical degrees, to two of the three frames of the radiator z and x, the frame of the receiver z measure the magnetic induction at the selected point, determine the phase shift angle γ of the sinusoid magnetic induction at the measurement point relative to that generated by the radiator and the maximum value of magnetic induction Bz, remember the values of angle γ and the maximum value of magnetic induction Bz and then calculate the current coordinates of the position of the receiver, using the stored data on the constants Kx, Ku, Kz, angles α, β, γ and the values of the maximum values of magnetic induction Bx, By and Bz.
Технический результат достигается тем, что в устройство определения местоположения объекта, содержащее излучатель и приемник, первый генератор, контроллер своим третьим выходом подключенный ко второму входу вычислителя, предназначенного для вычисления текущих координат местоположения приемника, введены первый усилитель тока, второй усилитель тока, третий усилитель тока, первый коммутатор, второй генератор, пульт управления, второй коммутатор, вычислитель констант, измеритель индукции Вх, измеритель индукции By, измеритель индукции Bz, первый синхронный фильтр, второй синхронный фильтр, третий синхронный фильтр, при этом излучатель выполнен в виде рамки излучателя х, рамки излучателя у и рамки излучателя z, ориентированных друг относительно друга во взаимоперпендикулярных плоскостях, приемник выполнен в виде рамки приемника х, рамки приемника у и рамки приемника z, ориентированных друг относительно друга во взаимоперпендикулярных плоскостях, рамка излучателя х подключена к выходу первого усилителя тока, рамка излучателя у подключена к выходу второго усилителя тока, рамка излучателя z подключена к выходу третьего усилителя тока, вход первого усилителя тока соединен с первым выходом первого коммутатора, вход второго усилителя тока соединен со вторым выходом первого коммутатора, вход третьего усилителя тока соединен с третьим выходом первого коммутатора, к первому информационному входу первого коммутатора подключен выход первого генератора, а ко второму информационному входу первого коммутатора подключен выход второго генератора, контроллер первым своим выходом соединен с управляющим входом первого коммутатора, пульт управления подключен ко входу контроллера, второй выход контроллера подключен к управляющему входу второго коммутатора, первый выход второго коммутатора через вычислитель констант соединен с первым входом вычислителя, третий вход вычислителя соединен со вторым выходом второго коммутатора, рамка приемника х через измеритель индукции Вх подключена к информационному входу первого синхронного фильтра, выход которого соединен с первым информационным входом второго коммутатора, рамка приемника у через измеритель индукции By подключена к информационному входу второго синхронного фильтра, выход которого соединен со вторым информационным входом второго коммутатора, рамка приемника z через измеритель индукции Bz подключена к информационному входу третьего синхронного фильтра, выход которого соединен с третьим информационным входом второго коммутатора, при этом выход первого генератора соединен с синхронизационными входами первого синхронного фильтра, второго синхронного фильтра и третьего синхронного фильтра, выход пульта управления подключен к управляющим входам первого синхронного фильтра, второго синхронного фильтра и третьего синхронного фильтра, причем первый и второй генераторы вырабатывают на своих выходах синусоидальные сигналы, сдвинутые друг относительно друга на 90 электрических градусов.The technical result is achieved in that the device for determining the location of the object containing the emitter and receiver, the first generator, controller, its third output connected to the second input of the transmitter, designed to calculate the current coordinates of the location of the receiver, introduced the first current amplifier, second current amplifier, third current amplifier , first switch, second generator, control panel, second switch, constant calculator, Ix induction meter, By induction meter, Bz induction meter, the first synchronous filter, the second synchronous filter, the third synchronous filter, while the radiator is made in the form of a radiator frame x, the radiator frame y and the radiator frame z oriented relative to each other in mutually perpendicular planes, the receiver is made in the shape of a receiver frame x, the receiver frame y and receiver frame z, oriented relative to each other in mutually perpendicular planes, radiator frame x is connected to the output of the first current amplifier, radiator frame y is connected to the output of the second current amplifier, pa The transmitter emitter z is connected to the output of the third current amplifier, the input of the first current amplifier is connected to the first output of the first switch, the input of the second current amplifier is connected to the second output of the first switch, the input of the third current amplifier is connected to the third output of the first switch, to the first information input of the first switch is connected the output of the first generator, and the output of the second generator are connected to the second information input of the first switch; the controller is connected to the control input of the first one with its first output switch, the control panel is connected to the controller input, the second controller output is connected to the control input of the second switch, the first output of the second switch is connected to the first input of the calculator through the calculator of the constant, the third input of the calculator is connected to the second output of the second switch, the receiver x frame is connected through the induction meter Вх to the information input of the first synchronous filter, the output of which is connected to the first information input of the second switch, the receiver frame y through the meter By line is connected to the information input of the second synchronous filter, the output of which is connected to the second information input of the second switch, receiver frame z is connected via the induction meter Bz to the information input of the third synchronous filter whose output is connected to the third information input of the second switch, and the output of the first generator connected to the synchronization inputs of the first synchronous filter, the second synchronous filter and the third synchronous filter, the output of the control panel is connected to the control The main inputs of the first synchronous filter, the second synchronous filter, and the third synchronous filter, the first and second generators producing sinusoidal signals at their outputs that are shifted relative to each other by 90 electrical degrees.
На фиг. 1 изображены временные диаграммы индукции магнитного поля, измеренные в различных точках, находящихся под разными углами к излучателю, выполненному в виде вращающегося магнита; на фиг. 2 изображены временные диаграммы индукции магнитного поля, измеренные в различных точках, находящихся под разными углами к излучателю, выполненному в виде двух рамок с электрическим током, когда вращение магнитного поля производится электрически; на фиг. 3 приведена векторная диаграмма, иллюстрирующая процедуру определения координат объекта при использовании трех измерений, а на фиг. 4 изображена структурная схема устройства, реализующего предложенный способ.FIG. 1 shows the time diagrams of the magnetic field induction, measured at various points at different angles to the radiator, made in the form of a rotating magnet; in fig. 2 shows time diagrams of the magnetic field induction, measured at various points at different angles to the radiator, made in the form of two frames with an electric current when the magnetic field is rotated electrically; in fig. 3 shows a vector diagram illustrating the procedure for determining the coordinates of an object using three dimensions, and FIG. 4 shows a block diagram of a device implementing the proposed method.
Для фиг. 1 введены следующие обозначения: N и S северный и южный полюсы постоянного магнита 1, являющегося излучателем магнитного поля и вращающегося с постоянной угловой скоростью ω в декартовой системе координат с осями у и х; «1», «2» и «3» - три положения приемника, отличающиеся различными углами по отношению к излучателю (магниту); В1 - индукция магнитного поля приемника в точке «1», В2 - индукция магнитного поля приемника в точке «2», В3 - индукция магнитного поля приемника в точке «3»; α1 и α3 - временные отклонения индукции в точках измерения от исходной синусоиды индукции излучателя, характеризующие углы расположения приемника по отношению к излучателю для трех выбранных точек в пространстве. Следует указать, что для точки «2» угол α2=0, то есть приемник находится соосно с излучателем. На фиг. 2 изображены две расположенные под углом 90° и неподвижные в пространстве рамка излучателя х 2, ориентированная по оси «х» и рамка излучателя у 3, ориентированная по оси «у» с токами ix и iy соответственно. Рамки излучателя х и у 2 и 3 играют роль излучателя магнитного поля, управление которым производится путем регулирования мгновенных значений токов в рамках по синусоидальному закону. Токи ix и iy в рамках излучателя х и у 2 и 3 сдвинуты друг относительно друга на 90 электрических градусов, что позволяет синтезировать вращающееся магнитное поле, аналогичное тому, которое получается при использовании магнита на фиг. 1. Остальные обозначения на фиг. 2 аналогичны обозначениям фиг. 1. На фиг. 3 использованы следующие обозначения: х, у и z - ортогональные оси, соответствующие трем рамкам излучателя; Вх, By и Bz - проекции вектора индукции, измеренного приемником, на оси; r - результирующий вектор магнитной индукции В, измеренный приемником; α, β и γ - угловые показатели, характеризующие расположение объекта относительно излучателя. На фиг. 4 обозначены: 2 - рамка излучателя х, 3 - рамка излучателя у, 4 - рамка излучателя z, ориентированные друг относительно друга под углом в 90 геометрических градусов. Рамки 2, 3 и 4 подключены к выходам первого усилителя тока 5, второго усилителя тока 6 и третьего усилителя тока 7 соответственно. Усилители тока 5, 6 и 7 формируют на своих выходах электрический ток, достаточный для создания требуемого магнитного потока, формируемого рамками излучателя х, у и z 2, 3 и 4 в трех взаимоперпендикулярных направлениях. В свою очередь, вход первого усилителя тока 5 соединен с первым выходом первого коммутатора 8, вход второго усилителя тока 6 соединен со вторым выходом первого коммутатора 8, вход третьего усилителя тока 7 соединен с третьим выходом первого коммутатора 8. К первому информационному входу первого коммутатора 8 подключен выход первого генератора 9, а ко второму информационному входу первого коммутатора подключен выход второго генератора 10. Первый 9 и второй 10 генераторы вырабатывают на своих выходах синусоидальные сигналы, сдвинутые друг относительно друга на 90 электрических градуса, как показано на фиг. 2. Это позволяет синтезировать вращающееся магнитное поле. Контроллер 11 на первом своем выходе, соединенном с управляющим входом первого коммутатора 8, формирует сигнал управления, который указывает на порядок подключения первого генератора 9 и второго генератора 10 к первому 5, второму 6 и третьему 7 усилителям. Для выбора режима контроллера 11 предусмотрен пульт управления 12, сигнал с выхода которого подключен ко входу контроллера 11. Второй выход контроллера 11 подключен к управляющему входу второго коммутатора 13, первый выход второго коммутатора 13 через вычислитель констант 14 соединен с первым входом вычислителя 15, второй вход которого подключен к третьему выходу контроллера 11, третий вход вычислителя 15 соединен со вторым выходом второго коммутатора 13. Определение магнитной индукции, сформированной в точке измерения рамкой излучателя х 2, рамкой излучателя у 3 и рамкой излучателя z 4, осуществляется рамкой приемника х 16, рамкой приемника у 17 и рамкой приемника z 18. Напряжения Ux, Uy и Uz, появившиеся от воздействия изменяющегося во времени магнитного поля излучателя на соответствующих рамках приемника, подключены следующим образом. Рамка приемника х 16 через измеритель индукции Вх 19 подключена к информационному входу первого синхронного фильтра 20, выход которого соединен с первым информационным входом второго коммутатора 13. Рамка приемника у 17 через измеритель индукции By 21 подключена к информационному входу второго синхронного фильтра 22, выход которого соединен со вторым информационным входом второго коммутатора 13. Рамка приемника z 18 через измеритель индукции Bz 23 подключена к информационному входу третьего синхронного фильтра 24, выход которого соединен с третьим информационным входом второго коммутатора 13. Кроме этого выход первого генератора 9 соединен с синхронизационными входами первого синхронного фильтра 20, второго синхронного фильтра 22 и третьего синхронного фильтра 24, а выход пульта управления 12 подключен к управляющим входам первого синхронного фильтра 20, второго синхронного фильтра 22 и третьего синхронного фильтра 24. Измеритель индукции х 19, измеритель индукции у 21 и измеритель индукции z 22 предназначены для преобразования напряжений Ux, Uy и Uz в напряжения, соответствующие магнитной индукции для каждой из осей с учетом частоты сигнала излучателя, количества витков и размера рамок и их конструктивных особенностей.For FIG. 1, the following notation is introduced: N and S are the north and south poles of the
Способ осуществляют следующим образом. Предлагаемый способ, в основе которого лежит вращающееся магнитное поле, и определение координат относительно начала поворота индукции магнитного поля излучателя, позволяет обойтись без использования сложной математической модели магнитного поля излучателя при определении координат приемника.The method is as follows. The proposed method, which is based on a rotating magnetic field, and determining the coordinates relative to the beginning of the rotation of the magnetic field of the radiator, eliminates the need for using a complex mathematical model of the magnetic field of the radiator when determining the coordinates of the receiver.
Вращающееся магнитное поле может быть создано, например, вращающимся магнитом 1 (фиг. 1). Приведенные временные диаграммы индукции магнитного поля В в различных точках пространства являются иллюстрацией предлагаемого принципа определения координат. При вращении магнита с угловой скоростью со можно определить смещение по времени вектора магнитной индукции в точке измерения. На фиг. 1 показаны три точки пространства (1, 2 и 3), в которых измеряется магнитная индукция В. Если синхронизировать временные диаграммы с углом поворота магнита 1, то по временной диаграмме, снимаемой с датчика, можно определить угол вектора, соединяющего датчик с осью вращения излучателя. Это угол -α1 для точки 1 или +α3 для точки 3. Для точки 2 этот угол нулевой. При вращении магнита 1 в трех плоскостях можно определить углы вектора индукции во всех плоскостях, как показано на фиг. 3. Однако механическое вращение магнита 1 имеет ряд недостатков: невозможно вращать магнит одновременно в трех плоскостях; частота вращения магнита 1 ограничена энергетическими конструктивными и технологическими возможностями.A rotating magnetic field can be created, for example, by a rotating magnet 1 (Fig. 1). The given time diagrams of magnetic induction B at various points in space are an illustration of the proposed principle of determining the coordinates. When the magnet rotates with angular velocity с, one can determine the time shift of the magnetic induction vector at the measurement point. FIG. 1 shows three points of space (1, 2 and 3) in which magnetic induction B is measured. If you synchronize the time diagrams with the angle of rotation of the
Поле можно вращать электрически. Для этого в рамке излучателя х 2 и рамке излучателя у 3, расположенных перпендикулярно плоскости вращения магнитного поля создают ток синусоидальной формы, сдвинутый на 90 электрических градусов друг относительно друга (фиг. 2). Магнитное поле, генерируемое каждой рамкой, складывается геометрически. В пространстве образуется вращающееся магнитное поле, аналогичное механическому вращению магнита.The field can be rotated electrically. To do this, in the radiator frame x 2 and the
Для создания вращающегося поля в трех плоскостях используются три рамки, расположенные перпендикулярно друг относительно друга в плоскостях х (рамка излучателя х 2), у (рамка излучателя у 3), z (рамка излучателя z 4) как показано на фиг. 4. При создании вращающегося магнитного поля поочередно во времени используется пара рамок излучателя: рамка излучателя х 2, рамка излучателя у 3; рамка излучателя х 2, рамка излучателя z 4; рамка излучателя у 3, рамка излучателя z 4. По рамкам в каждой паре протекает синусоидальный ток, сдвинутый по фазе на 90 градусов друг относительно друга.To create a rotating field in three planes, three frames are used, located perpendicular to each other in planes x (radiator frame x 2), y (radiator frame y 3), z (radiator frame z 4) as shown in FIG. 4. When creating a rotating magnetic field, a pair of radiator frames are used alternately in time: radiator frame x 2,
Для измерения магнитного поля используется трехкоординатный приемник. Одним из вариантов измерения магнитного поля является измерение потенциала в приемной рамке. Для измерения трех векторов магнитного поля используются три рамки, расположенные в перпендикулярных плоскостях. Величина магнитной индукции получается геометрическим сложением векторов, полученных с данных рамок, как показано на фиг. 3.To measure the magnetic field is used three-coordinate receiver. One of the options for measuring the magnetic field is to measure the potential in the receiving frame. To measure the three vectors of the magnetic field, three frames are used, located in perpendicular planes. The magnitude of the magnetic induction is obtained by geometrically adding the vectors obtained from these frames, as shown in FIG. 3
Допустим, ориентация объекта в пространстве известна и измерительные рамки расположены в плоскости рамок излучения. Для простоты изложения предположим, что излучателем магнитного поля является диполь.For example, the orientation of an object in space is known and the measuring frames are located in the plane of the radiation framework. For simplicity, we assume that the emitter of the magnetic field is a dipole.
Для примера проведем расчет координат по измеренным величинам. Представим декартову систему координат х, у, z. После проведения трех опытов при вращении магнитного поля в трех плоскостях и измерения вектора магнитного поля известны данные углов расположения объекта α, β, γ и значение вектора магнитной индукции поля В (фиг. 3). В первом опыте ток подается на рамки, расположенные в плоскостях X, Y, во втором опыте - в плоскостях X, Z, в третьем - в плоскостях Y, Z. Уравнение, связывающее координаты и значение магнитного поля в общем виде для диполя, приведено в книге (Аналитические методы локализации дипольного источника магнитного поля / В.И. Гуменюк-Сычевский, И.В. Недайвода, М.А. Примин. - Киев, 1990. - 19 с. - (Препринт; / АН УССР. Институт кибернетики им В. М. Глушкова; 90-21)) на странице 3. Уравнение диполя проще, но им можно пользоваться при большом удалении объекта от излучателя магнитного поля. В этом случае погрешность модели незначительная.For example, we will calculate the coordinates by the measured values. Imagine a Cartesian coordinate system x, y, z. After carrying out three experiments with rotating the magnetic field in three planes and measuring the magnetic field vector, the angles of the object α, β, γ and the value of the magnetic field induction vector B (Fig. 3) are known. In the first experiment, the current is supplied to the frames located in the X, Y planes, in the second experiment - in the X, Z planes, in the third - in the Y, Z planes. The equation relating the coordinates and the value of the magnetic field in general form for a dipole is given in book (Analytical methods for localizing a dipole source of a magnetic field / V.I. Gumenyuk-Sychevsky, I.V. Nedayvoda, M.A. Premin. - Kiev, 1990. - 19 p. - (Preprint; / Academy of Sciences of the Ukrainian SSR. Institute of Cybernetics named after V. M. Glushkov; 90-21)) on
Запишем уравнения 1 и 2 для индукции магнитного поля:We write
где х, у, z - геометрические координаты положения объекта в пространстве в метрах;where x, y, z are the geometric coordinates of the position of the object in space in meters;
r - результирующий вектор магнитной индукции В;r is the resultant magnetic induction vector B;
μ=μ0*μ1;μ = μ0 * μ1;
μ0 - магнитная постоянная Гн*м; μ1 - магнитная проницаемость среды, равная 1 для воздуха;μ0 is the magnetic constant H * m; μ1 is the magnetic permeability of the medium, equal to 1 for air;
Мх, My, Mz магнитный момент А⋅м2.Mh, My, Mz magnetic moment А⋅м 2 .
Для нахождения искомых результатов х, у, z необходимо предварительно на этапе калибровки найти некоторые константы (назовем их Кх, Ку и Кz). При этом в режиме калибровки магнитное поле создается поочередно каждой из трех рамок излучателя, а измеритель устанавливается в заданную точку с известным расстоянием от излучателя. Например, для первого опыта приемник располагается строго по оси х от излучателя (координаты у и z в этой точке равны нулю), и следовательно создается только момент Мх, a My=0, Mz=0. Обозначим константой Кх значения, которые не меняются во время данного измерения.To find the desired results x, y, z, it is necessary to find some constants at the calibration stage (let's call them Kx, Ku, and Kz). In the calibration mode, a magnetic field is created alternately for each of the three frames of the radiator, and the meter is set at a given point with a known distance from the radiator. For example, for the first experiment, the receiver is located strictly along the x axis from the emitter (the y and z coordinates are zero at this point), and therefore only Mo moment is generated, a My = 0, Mz = 0. Denote by Kx the values that do not change during this measurement.
Эта константа и определяется при калибровке излучателя. Она зависит от протекающего тока, числа витков, площади рамки с током и конструктивных особенностей. Для этого опыта уравнение 2 может быть представлено в виде 3.This constant is determined when calibrating the emitter. It depends on the current flow, the number of turns, the area of the frame with current and design features. For this experience,
Поскольку у=0, z=0, можно определить Kх=Вх·x3/2. Помещая последовательно измеритель в точки с координатами: х=0, y=Y, z=0; х=0, у=0, z=Z в режиме калибровки можно определить оставшиеся константы Kу, Kz.As y = 0, z = 0, can be determined kx = Bx · x 3/2. Placing successively the meter in the points with coordinates: x = 0, y = Y, z = 0; x = 0, y = 0, z = Z in the calibration mode, you can determine the remaining constants Kу, Kz.
В режиме «работа», имея в виду геометрическую зависимость координат, представленную системой уравнений 4In the "work" mode, bearing in mind the geometric dependence of the coordinates represented by the system of
можно найти координаты в аналитическом виде, представленном для координаты х уравнением 5You can find the coordinates in the analytical form presented for the x coordinate by
Для точной модели рамки с током и для нахождения координат в ближней от излучателя зоне можно воспользоваться численным решением уравнения 1. Точное уравнение для рамки с током приведено в источнике (Желамский М.В. Электромагнитное позиционирование подвижных объектов. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2013. - 320 с. - ISBN 978-5-9221-1407-3) на стр. 123. Это уравнение достаточно сложное для представления в аналитическом виде. Можно воспользоваться итерационным методом. В нашем случае это достаточно просто, поскольку итерация производится по одной переменной. Другие переменные связаны соотношениями 4.For an accurate model of a frame with current and for finding coordinates in the zone nearest to the radiator, you can use the numerical solution of
Исходя из приведенных математических выкладок, процесс определения местоположения объекта осуществляют следующим образом.Based on the above mathematical calculations, the process of determining the location of an object is as follows.
В процессе определения местоположения объекта различают два режима: «калибровка» и «работа».In the process of determining the location of the object, two modes are distinguished: “calibration” and “work”.
Режим работы «калибровка» предназначен для определения констант Кх, Ку и Кz, участвующих в расчете координат и является наладочным. При этом сам излучатель, образованный рамками излучателя х, у и z (2, 3 и 4) располагается в заданной точке с известным расстоянием от излучателя и остается неподвижным в пространстве. В процессе первого измерения приемник располагается на заданном расстоянии х от излучателя, когда координаты у и z приемника относительно излучателя равны нулю. После выбора этого режима с пульта управления 12 на вход контроллера 11 поступает код, несущий информацию о выбранном режиме. На первом выходе контроллера 11 согласно алгоритму работы контроллера 11 формируется сигнал, который поступает на управляющий вход первого коммутатора 8. Первый коммутатор 8 по данному сигналу подключает выход первого генератора 9 через первый свой выход синусоидальный сигнал ко входу первого усилителя тока 5. Этот усилитель, служащий для согласования электрических сигналов между первым выходом первого коммутатора 8 и рамкой излучателя х 2, обеспечивает синусоидальность тока ix в рамке излучателя х 2.The “calibration” mode of operation is intended to determine the constants Kx, Ku, and Kz involved in the calculation of coordinates and is setup. At the same time, the radiator itself, formed by the radiator x, y and z (2, 3, and 4) frames, is located at a given point with a known distance from the radiator and remains fixed in space. During the first measurement, the receiver is located at a given distance x from the emitter, when the coordinates y and z of the receiver relative to the emitter are equal to zero. After selecting this mode from the
Сформированное рамкой излучателя х 2 магнитное поле воспринимается рамкой приемника х 16 и в виде напряжения Ux подается на вход измерителя индукции Вх 19. Этот узел преобразует напряжение Ux в напряжение, соответствующее магнитной индукции Вх с учетом частоты сигнала излучателя, количества витков и размера рамки приемника х 16 и ее конструктивных особенностей. Далее полученный сигнал обрабатывается первым синхронным фильтром 20, назначение которого - определить амплитуду измеренного сигнала и его фазу относительно сигнала первого генератора 9. Для успешной работы первого синхронного фильтра 20 на его синхронизирующий вход подается сигнал от первого генератора.The magnetic field formed by the radiator frame x 2 is perceived by the receiver frame x 16 and in the form of voltage Ux is fed to the input of the
Работа синхронных фильтров 20, 22 и 24 одинакова и заключается в следующем. Синхронный фильтр применяется, когда частота сигнала, поступающего от приемника ω, как в нашем случае, точно известна. Пусть есть периодический сигнал: Acos(ωt+α), где надо найти амплитуду А и фазу α относительно опорного сигнала такой же частоты, поступающего от первого генератора 9. Проводим математическую операцию, умножая сигнал, поступающий с приемника и имеющий фазовый сдвиг α, на сигнал sin(ωt) и cos(ωt), синтезировать которые при известной частоте ω достаточно просто. Получаем:The operation of the
Это вытекает из математических формул:This follows from the mathematical formulas:
cos(α)cos(β)=l/2(cos(α-β)+cos(α+β)) cos(α)sin(β)=l/2(sin(α-β)+sin(α+β)) Если провести интегрирование (суммирование) правых выражений за период Т, то периодические составляющие будут равны нулю, и мы получим некоторые числа N и М.cos (α) cos (β) = l / 2 (cos (α-β) + cos (α + β)) cos (α) sin (β) = l / 2 (sin (α-β) + sin (α + β)) If we carry out the integration (summation) of the right expressions for the period T, then the periodic components will be zero, and we will get some numbers N and M.
Отсюда вычисляем амплитуду и фазу сигнала:From here we calculate the amplitude and phase of the signal:
Поскольку на этапе калибровки необходимо определить только амплитуду сигнала, первый синхронный фильтр 20 получает от пульта управления 12 сигнал о режиме калибровка, поступающий на управляющий вход первого синхронного фильтра 20. По этому сигналу алгоритм работы первого синхронного фильтра настраивается на определение только амплитуды индукции Вх по формулам 8, 9 и 10.Since at the stage of calibration it is necessary to determine only the amplitude of the signal, the first
Полученный сигнал об амплитуде индукции Вх с выхода первого синхронного фильтра 20 подается на первый информационный вход второго коммутатора 13, на управляющий вход которого от контроллера 11 приходит код управления, указывающий на то, что выбран режим калибровки и на то, какая из рамок (в данном случае рамка излучателя х 2) участвует в режиме калибровки. По данному сигналу управления второй коммутатор 13 передает сигнал с первого синхронного фильтра 20 на первый выход второго коммутатора 13, что приводит к появлению на входе вычислителя констант 14 информации о величине магнитной индукции Вх, измеренной рамкой приемника х 16. Эта величина позволяет по формуле, полученной выше, вычислить константу Kх=Вх·х3/2, учитывая что величина х задана расстоянием, но котором в режиме калибровки находятся излучатель и приемник. Полученное значение Кх с выхода вычислителя констант 14 поступает на первый вход вычислителя 15, в котором и фиксируется.The received signal about the amplitude of induction B from the output of the first
После этого можно приступить к определению констант Ку и Кz, для чего аналогичным порядком как и в случае определения Кх помещают поочередно и последовательно рамку приемника у 17 и рамку приемника z 18 в точки с координатами х=0, y=Y, z=0; х=0, у=0, z=Z. При этом измеряют известные геометрическиеAfter that, one can proceed to the determination of the constants Ku and Kz, for which, in the same manner as in the definition of Kx, the receiver frame y17 and the receiver frame z18 are placed alternately and successively in points with coordinates x = 0, y = Y, z = 0; x = 0, y = 0, z = Z. In this measure, the known geometric
показатели у и z, что позволяет определить константы Kу и Kz так, как изложено ранее для константы Кх. В порядке определения констант в режиме калибровки имеются следующие особенности. При определении Kу по сигналу с пульта управления 12 на вход контроллера 11 поступает код, несущий информацию о выбранном режиме. На первом выходе контроллера 11 согласно алгоритму работы контроллера 11 формируется сигнал, который поступает на управляющий вход первого коммутатора 8. Первый коммутатор 8 по данному сигналу подключает синусоидальный сигнал с выхода первого генератора 9 через второй свой выход ко входу второго усилителя тока 6. Этот усилитель, служащий для согласования электрических параметров выхода первого коммутатора 8 и рамки излучателя у 3, обеспечивает синусоидальность тока iy в рамке излучателя у 3. При этом излучатель, образованный рамками 2, 3 и 4 располагается в заданной точке с известным расстоянием у от приемника и остается неподвижным в пространстве.indicators y and z, which makes it possible to determine the constants Ky and Kz in the way stated earlier for the constant Kx. In order to define constants in calibration mode, the following features are available. When determining K, the signal from the
Сформированное рамкой излучателя у 3 магнитное поле воспринимается рамкой приемника у 17 и в виде напряжения Uy подается на вход измерителя индукции By 21. Этот узел преобразует напряжение Uy в напряжение, соответствующее магнитной индукции By с учетом частоты сигнала излучателя, количества витков и размера рамки у приемника 17 и ее конструктивных особенностей. Далее полученный сигнал обрабатывается вторым синхронным фильтром 22, назначение и принцип действия которого такие же, как и для первого синхронного фильтра 20. Сигнал о величине индукции By с выхода второго синхронного фильтра подается на второй информационный вход второго коммутатора 13, на управляющий вход которого от контроллера 11 приходит код управления, указывающий на то, что выбран режим калибровки и на то, какая из рамок (в данном случае рамка у излучателя 3) участвует в режиме калибровки. По данному сигналу управления второй коммутатор 13 передает сигнал со второго синхронного фильтра 22 на первый выход второго коммутатора 13, что приводит к появлению на входе вычислителя констант 14 информации о величине магнитной индукции By, измеренной рамкой приемника у 17. Эта величина позволяет по формуле, полученной выше, вычислить константу Kу=Ву·у3/2, учитывая, что величина у задана расстоянием, на котором в режиме калибровки находятся излучатель и приемник. Полученное значение Ку с выхода вычислителя констант 14 поступает на первый вход вычислителя 15, в котором и фиксируется.The magnetic field formed by the
Далее производят определение Кz, располагая рамку приемника z 18 в точку с координатами х=0, у=0, z=Z. При этом в процессе расчета Кz по сигналу от пульта управления 12 участвуют контроллер 11, формирующий на своем первом выходе код, управляющий первым коммутатором 8, первый коммутатор 8 подключает к третьему выходу первый генератор 9. Третий усилитель тока 7 формирует на своем выходе синусоидальный ток iz, поступающий в рамку излучателя z 4. В процессе приема информации, необходимой для расчета Кz, участвуют рамка приемника z 18, измеритель индукции Bz 23, третий синхронный фильтр 24, сигнал с выхода которого поступает на третий информационный вход второго коммутатора 13. Работа вычислителя констант 14 и вычислителя 15 аналогична двум ранее рассмотренным случаям. Величина Кz определяется по выражению Kz=Bz·z3/2. На этом режим калибровки заканчивается.Next, make the definition of Kz, having the frame of the
По окончания калибровки с пульта управления 12 на вход контроллера 11 поступает код, соответствующий режиму «работа». При этом рамки излучателя 2, 3 и 4 располагаются в заданной точке, а рамки приемника 16, 17 и 18 располагаются в точке, координаты которой необходимо определить. На своем первом выходе контроллер 11 вырабатывает сигнал, поступающий на управляющий вход первого коммутатора 8. Этот сигнал содержит информацию о том, какая пара рамок излучателя участвует в данном этапе работы. Пусть первоначально в качестве источника вращающегося магнитного поля выбраны рамка излучателя х 2 и рамка излучателя у 3. В этом случае первый коммутатор 8 подключает первый генератор 9 через первый усилитель тока 5 к рамке излучателя х 2 и обеспечивает протекание в ней синусоидального тока с заданной частотой ω. В то же время коммутатор 8 соединяет второй генератор 10, подключенный ко второму входу коммутатора 8, ко второму своему выходу и через второй усилитель тока к рамке излучателя у 3. При этом первый и второй генераторы 9 и 10 формируют на первом и втором входах первого коммутатора 8 синусоидальные сигналы, сдвинутые друг относительно друга на 90 электрических градусов, что обеспечивает формирование рамками излучателя х 2 и рамкой излучателя у 3 вращающегося магнитного поля. Для определения величины и фазового сдвига магнитного поля в точке измерения относительно излучаемого используют рамку приемника х 16. Полученный сигнал от рамки приемника х 16 обрабатывается измерителем индукции Вх 19 и поступает на информационный вход первого синхронного фильтра 20. На синхронизирующий вход синхронного фильтра 29 к этому моменту с выхода первого генератора 9 поступает синусоидальный сигнал, относительно которого необходимо кроме индукции Вх определить (в отличие от режима «калибровка») еще и фазовый сдвиг α (смотри фиг. 3). Эти величины с выхода первого синхронного фильтра 20 поступают на первый вход второго коммутатора 13. На управляющий вход второго коммутатора 13 со второго выхода контроллера 11 приходит информация о выбранном режиме и тех рамках излучателя, которые формируют вращающееся магнитное поле. Второй коммутатор передает информацию со своего первого информационного входа на второй выход, подключенный к третьему входу вычислителя 15. Вычислитель 15, получающий информацию о выбранном режиме работы и тех рамках излучателя, которые формируют вращающееся магнитное поле от третьего выхода контроллера 11, запоминает полученную информацию. Следующим этапом режима «работа» является процесс определения величины By и угла β. Для этого в процедуре измерения задействованы рамка излучателя у 3 и рамка излучателя z 4. По сигналу от контроллера 11 на управляющем входе первого коммутатора 8 формируется сигнал, под управлением которого первый генератор 9 подключается ко второму выходу первого коммутатора 8 и далее через второй усилитель тока 6 к рамке излучателя у 3. В свою очередь второй генератор 10 подключается первым коммутатором 8 к третьему выходу и через третий усилитель тока 7 к рамке излучателя z 4. Эти процедуры приводят к формированию в пространстве вращающегося магнитного поля, поскольку сигналы с выходов первого 9 и второго генераторов сдвинуты друг относительно друга на 90 электрических градусов. Для определения индукции By и фазового сдвига β используется рамка приемника у 17, сигнал Uy с которой поступает через измеритель индукции 21 на информационный вход второго синхронного фильтра 22. Второй синхронный фильтр за счет информации на своем синхронизирующем входе от первого генератора 9 и от пульта управления 12 на управляющем входе настроен на определение угла β и индукции By. Полученные по ранее рассмотренной методике (формулы 6-11) величины поступают на второй информационный вход второго коммутатора 13 и через второй выход подаются на третий вход вычислителя 15, где запоминаются. На третьем этапе измерения в режиме «работа» используются рамка излучателя z 4 и рамка излучателя х 2. При этом первый генератор 9 первым коммутатором 8 подключается к рамке излучателя z 4, а второй генератор 10 соединяется с рамкой излучателя х 2. В данном случае измеряется угол γ и индукция Bz. Процедура определения указанных величин аналогична ранее рассмотренным на примере углов α и β, а также величин индукций Вх и By. По окончании процедуры измерения в вычислителе присутствуют все величины, необходимые для определения координат точки, в которой находится приемник излучения. Их можно легко определить, проведя вычисления по системе уравнений (4) и уравнению (5). Это происходит по сигналу от пульта управления 12, который, подавая сигнал на вход контроллера 11, формирует на третьем выходе контроллера 11 сигнал, поступающий на второй вход вычислителя 15 и служащий командой на начало итоговых вычислений. Использование предлагаемого способа предполагает отказ от использования математической модели магнитного поля, что повышает точность измерений и сокращает процедуру вычислений, увеличивая быстродействие установки.At the end of the calibration from the
Устройство для определения местоположения объекта работает следующим образом. В режиме «калибровка» излучатель, представляющий собой рамку излучателя х 2, рамку излучателя у 3 и рамку излучателя z 4, располагаемые взаимоперпендикулярно друг другу, помещают в какую либо точку пространства. Приемник, образованный тремя рамками (рамкой приемника х 16, рамкой у 17 и рамкой z 18) помещают в точку с координатами (х, 0, 0) по отношению к излучателю, при этом расстояние х заранее известно. Пульт управления 12 на своем первом выходе формирует сигнал, который поступает на вход контроллера 11. С первого выхода контроллера 11 на управляющий вход первого коммутатора 8 поступает сигнал, который подключает первый генератор 9 к первому выходу первого коммутатора и далее через первый усилитель тока 5 к рамке излучателя х 2. Рамка начинает формировать магнитное поле, фиксируемое приемником.The device for determining the location of the object works as follows. In the “calibration” mode, the radiator, which is a radiator frame x 2,
На всех рамках приемника 16, 17 и 18 появляются напряжения Ux, Uy и Uz, которые через измеритель индукции х 19, измеритель индукции у 21 и измеритель индукции z 23 формируют сигналы на информационных входах первого синхронного фильтра 20, второго синхронного фильтра 22 и третьего синхронного фильтра 24. При этом на синхронизирующих входах указанных фильтров присутствует синхросигнал от первого генератора 9, а на управляющих входах - сигнал от пульта управления 12. Сигнал от пульта управления 12 на управляющих входах синхронных фильтров 20, 22 и 24 в данном режиме «калибровка» предписывает синхронным фильтрам определять только величину амплитуды индукций, измеренных рамками приемника. На выходах синхронных фильтров 20, 22 и 24 появляется информация об амплитуде сигналов, характеризующих индукцию, измеренную соответствующими рамками приемника. Однако по сигналу со второго выхода контроллера 11, подключенного к управляющему входу второго коммутатора на вход вычислителя констант 14 через первый выход второго коммутатора поступает сигнал только с рамки приемника х 16, обработанный измерителем индукции х 19 и первым синхронным фильтром 20. Вычислитель констант 14 рассчитывает коэффициент Кх, необходимый в дальнейшем для определения координат расположения приемника по оси х. Эта величина поступает на первый вход вычислителя 15 и сохраняется там. На втором этапе выполнения режима «калибровка» приемник переносится в точку с координатами (0, у, 0), для которой расстояние у заранее известно, и процесс определения коэффициента Ку повторяет процесс определения коэффициента Кх с той лишь разницей, что по сигналу от пульта управления 12 контроллер 11 формирует на своем первом выходе сигнал, предписывающий первому коммутатору 8 подключить первый генератор 9 через второй усилитель тока 6 к рамке излучателя у 3. В то же время второй коммутатор 13, получивший на своем управляющем входе сигнал от контроллера 11, коммутирует информацию о величине индукции By, полученную от рамки приемника у 17, обработанную измерителем индукции By 21 и вторым синхронным фильтром 22 со второго своего информационного входа на вход вычислителя констант 14. В вычислителе констант 14 происходит расчет коэффициента Ку, величина которого после расчета поступает на первый вход вычислителя 15 и там хранится. После этого приемник помещают в точку с координатами (0, 0, z), для которой заранее известна координата z. Контроллер 11 формирует на своем первом выходе сигнал, предписывающий первому коммутатору 8 подключить первый генератор 9 через третий усилитель тока 7 синусоидальный сигнал заданной частоты к рамке излучателя z 4. Прием сигналов, определяющих величину индукции Bz сформированного излучателем магнитного поля, производится аналогично вышерассмотренному, но второй коммутатор 13, по сигналу со второго выхода контроллера 11, поступающего на управляющий вход второго коммутатора 13, подключает к вычислителю констант 14 информацию от третьего синхронного фильтра 24. Вычислитель констант 14 определят величину Кz и передает ее на хранение в вычислитель 15 через первый его вход. На этом режим «калибровка» заканчивается.On all the frames of the
В режиме «работа» пульт управления 12 на своем выходе формирует код, соответствующий указанному режиму. Этот код поступает на вход контроллера 11, который передает сигнал на управляющий вход первого коммутатора 8. По этому сигналу первый коммутатор 8 подключает первый генератор 9, вырабатывающий синусоидальный сигнал с частотой ω, через первый усилитель тока 5 к рамке излучателя х 2. Кроме этого первый коммутатор 8 соединяет второй генератор 10, вырабатывающий синусоидальный сигнал с частотой со, но сдвинутый на 90 электрических градусов по отношению к сигналу первого генератора 9, через второй усилитель тока 6 с рамкой излучателя у 3. Рамки начинают излучать вращающееся магнитной поле, воспринимаемое приемником. На данном этапе осуществления режима «работа» измеряется величина индукции Вх и угол α, которые указывают на координаты расположения приемника по отношению к излучателю, соответствующие фиг. 3. В этом положении оценивается сигнал Ux, фиксируемый рамкой приемника х 16. Поступая на измеритель индукции 19 и далее на информационный вход первого синхронного фильтра 20, этот сигнал позволяет оценить не только величину амплитуды индукции Вх (как это было в режиме «калибровка»), но и фазовый сдвиг α, для чего на синхронизирующий вход первого синхронного фильтра 20 поступает сигнал с выхода первого генератора 9, а на управляющий вход - сигнал с выхода пульта управления 12. Сигнал с пульта управления позволяет отличить режим «работа» от «калибровка» и изменить алгоритм работы первого синхронного фильтра 20. Информация о величинах Вх и α, полученная первым синхронным фильтром 20, приходит на первый информационный вход второго коммутатора, который по сигналу, поступающему на управляющий вход от контроллера 11, соединяет первый информационный свой вход со вторым выходом и далее с третьим входом вычислителя 15. В вычислитель поступает информация о величинах Вх и α, где хранится до проведения окончательных расчетов. Далее первый коммутатор 8 по сигналу контроллера 11 подключает первый генератор 9 ко второму усилителю тока 6 и далее к рамке излучателя у 3, а второй генератор 19 через усилитель тока 7 к рамке излучателя z 4. Тем самым формируется вращающееся магнитное поле, позволяющее измерить величину By и угол β, как было показано на этапе описания способа. В этом положении оценивается сигнал Uy, фиксируемый рамкой приемника у 17. Поступая на измеритель индукции 21 и далее на информационный вход второго синхронного фильтра 22, этот сигнал позволяет оценить не только величину амплитуды индукции By, но и фазовый сдвиг β, для чего на синхронизирующий вход второго синхронного фильтра 22 поступает сигнал с выхода первого генератора 9, а на управляющий вход - сигнал с выхода пульта управления 12. Сигнал с пульта управления позволяет отличить режим «работа» от «калибровка» и изменить алгоритм работы второго синхронного фильтра 20 по сравнению с режимом «калибровка». Информация о величинах By и β, полученная вторым синхронным фильтром 22, приходит на второй информационный вход второго коммутатора 13, который по сигналу, поступающему на его управляющий вход от контроллера 11, соединяет второй информационный свой вход со вторым выходом и далее с третьим входом вычислителя 15. В вычислитель поступает информация о величинах By и β, где хранится до проведения окончательных расчетов. На третьем этапе режима «работа» проводятся измерения величин Bz и угла γ. При этом последовательность измерений не меняется, с той лишь разницей, что в работе излучателя задействованы первый генератор 9, подключаемый через третий усилитель тока 7 к рамке излучателя z 4 и второй генератор 10, который подключается к рамке излучателя х 2 через первый усилитель тока 5. Эти соединения осуществляются первым коммутатором 8 под управлением контроллера 11. Измерение магнитной индукции в точке установки приемника производят рамкой приемник z 18, при этом напряжение Uz после обработки измерителем индукции Bz 23 анализируется третьим синхронным фильтром 24, который сигналами на своих синхронизирующем и управляющем входах настроен на измерение Bz и угла γ. После измерения эти параметров они, появляясь на третьем входе второго коммутатора 13, через второй выход второго коммутатора 13 передаются на третий вход вычислителя 15, в котором фиксируются. Устройство готово к расчету. Расчет координат расположения приемника проводится вычислителем 15 по системе уравнений (4) и формуле (5).In the "work" mode, the
Установив приемник на объект, местоположение которого необходимо определить, можно узнать координаты х, у, и z объекта.By setting the receiver to an object whose location you want to determine, you can find out the x, y, and z coordinates of the object.
Исключение из алгоритма расчета координат математической модели магнитного поля позволяет исключить из алгоритма определения сложную математическую модель магнитного поля, зависящую от многих внешних факторов и обойтись только геометрическими и электромагнитными измерениями, что повышает точность измерения и сокращает время проведения испытаний.The exclusion from the algorithm for calculating the coordinates of a mathematical model of a magnetic field makes it possible to exclude from the algorithm of determination a complex mathematical model of a magnetic field that depends on many external factors and only get by with geometric and electromagnetic measurements, which increases the measurement accuracy and reduces the time for testing.
Таким образом, предложенный вариант реализации способа и устройства позволяет улучшить показатели измерения по быстродействию и точности.Thus, the proposed embodiment of the method and device allows to improve the measurement performance in speed and accuracy.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018120978A RU2690526C1 (en) | 2018-06-06 | 2018-06-06 | Method of determining object location and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018120978A RU2690526C1 (en) | 2018-06-06 | 2018-06-06 | Method of determining object location and device for its implementation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2690526C1 true RU2690526C1 (en) | 2019-06-04 |
Family
ID=67037787
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018120978A RU2690526C1 (en) | 2018-06-06 | 2018-06-06 | Method of determining object location and device for its implementation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2690526C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2801977C1 (en) * | 2022-06-02 | 2023-08-21 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Method for determining coordinates and parameters of movement of magnetic field source |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5119104A (en) * | 1990-05-04 | 1992-06-02 | Heller Alan C | Location system adapted for use in multipath environments |
US5189366A (en) * | 1988-12-20 | 1993-02-23 | Loma Group Limited | Method and apparatus using a varying electromagnetic field for determining the nature, or a property of a non-metallic material |
WO2005056363A1 (en) * | 2003-12-05 | 2005-06-23 | Westinghouse Brake And Signal Holdings Limited | Railway vehicle detection |
RU2302644C1 (en) * | 2005-11-03 | 2007-07-10 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Magnetic field measuring device |
RU2342527C2 (en) * | 2003-05-29 | 2008-12-27 | Шлюмбергер Текнолоджи Бв | Definition of geometry of boreholes inside cased wells by means of cross borehole electro-magnetic measurements |
RU2452652C2 (en) * | 2010-02-01 | 2012-06-10 | Открытое акционерное общество "Маяк" | Method of determining coordinates of magnetic field source (versions) |
-
2018
- 2018-06-06 RU RU2018120978A patent/RU2690526C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5189366A (en) * | 1988-12-20 | 1993-02-23 | Loma Group Limited | Method and apparatus using a varying electromagnetic field for determining the nature, or a property of a non-metallic material |
US5119104A (en) * | 1990-05-04 | 1992-06-02 | Heller Alan C | Location system adapted for use in multipath environments |
RU2342527C2 (en) * | 2003-05-29 | 2008-12-27 | Шлюмбергер Текнолоджи Бв | Definition of geometry of boreholes inside cased wells by means of cross borehole electro-magnetic measurements |
WO2005056363A1 (en) * | 2003-12-05 | 2005-06-23 | Westinghouse Brake And Signal Holdings Limited | Railway vehicle detection |
RU2302644C1 (en) * | 2005-11-03 | 2007-07-10 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Magnetic field measuring device |
RU2452652C2 (en) * | 2010-02-01 | 2012-06-10 | Открытое акционерное общество "Маяк" | Method of determining coordinates of magnetic field source (versions) |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ЖЕЛАМСКИЙ М.В. Особенности измерения локального магнитного поля позиционирования на малых дальностях. Ж., Измерительная техника, 2014, N9, с.39-43. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2801977C1 (en) * | 2022-06-02 | 2023-08-21 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Method for determining coordinates and parameters of movement of magnetic field source |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4622644A (en) | Magnetic position and orientation measurement system | |
Storms et al. | Magnetic field navigation in an indoor environment | |
CA2097962C (en) | Non-concentricity compensation in position and orientation measurement systems | |
JPH08512125A (en) | Method and apparatus for measuring the position and orientation of an object in the presence of interfering metals | |
Kim et al. | Indoor positioning system using geomagnetic anomalies for smartphones | |
US6487516B1 (en) | System for three dimensional positioning and tracking with dynamic range extension | |
Huang et al. | Accurate 3-D position and orientation method for indoor mobile robot navigation based on photoelectric scanning | |
Lee et al. | DV-SLAM (dual-sensor-based vector-field SLAM) and observability analysis | |
CN102426392B (en) | Electromagnetic tracking method based on quadrature magnetic bar rotation search and system thereof | |
US6484131B1 (en) | Localization and tracking system | |
WO2019245487A1 (en) | Operating method of a metal detector capable of measuring target depth | |
Yan et al. | A three degree-of-freedom optical orientation measurement method for spherical actuator applications | |
Saxena et al. | Indoor positioning system using geo-magnetic field | |
WO2001071374A2 (en) | Localisation of a signal emitting source | |
Navarro et al. | Magnetic map building for mobile robot localization purpose | |
WO2003081265A1 (en) | Electromagnetic wave generation source sensing device | |
RU2690526C1 (en) | Method of determining object location and device for its implementation | |
Berdyshev et al. | Mapping Problems of Geophysical Fields in Ocean and Extremum Problems of Underwater Objects Navigation | |
Qiu et al. | Indoor geomagnetic positioning based on a joint algorithm of particle filter and dynamic time warp | |
Garcia et al. | Localization using a particle filter and magnetic induction transmissions: Theory and experiments in air | |
CN106908058B (en) | Method for determining aperture of geomagnetic positioning array | |
Včelák et al. | Long-range magnetic tracking system | |
CN113108777B (en) | Single anchor positioning method based on magnetic beacon | |
Tkhorenko et al. | Algorithm to position an object moving in the low-frequency electromagnetic field | |
RU2686855C1 (en) | Gradiometric method of magnetic survey and device for its implementation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200607 |