電磁跟蹤系統(tǒng)大型三軸正交磁敏傳感器設(shè)計(jì)

　　六自由度電磁跟蹤定位系統(tǒng)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律研制的空間跟蹤定位裝置，可實(shí)時(shí)地確定目標(biāo)的6個(gè)參數(shù)，在機(jī)載火控系統(tǒng)陽(yáng)1、精密醫(yī)療器械、虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、作戰(zhàn)模擬訓(xùn)練、管道缺陷無(wú)損檢測(cè)隋1等方面獲得了廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)使用頻繁、精度較高的兩種電磁跟蹤成型產(chǎn)品是Ascension公司的Flock of Birds系列和Polhemus公司的3Space Fastrak系列。交流式六自由度電磁跟蹤定位系統(tǒng)一般采用三軸正交磁敏傳感器作為系統(tǒng)發(fā)射、接收天線?，F(xiàn)廣泛采用的是球形磁芯三軸載流網(wǎng)環(huán)線圈形式的磁敏傳感器。由于其尺寸一般較小，有效輻射距離較近，無(wú)法滿足遠(yuǎn)距離精確跟蹤定位的要求，限制了其在合成孔徑雷達(dá)陣元誤差校正等其他方面的應(yīng)用。

　　現(xiàn)在電磁定位系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究主要側(cè)重于定位模型算法精度和誤差矯正，尤其醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用研究比較廣泛，系統(tǒng)定位距離一般在1 m以內(nèi)，對(duì)于更遠(yuǎn)距離的應(yīng)用研究開(kāi)展較少。為了拓展系統(tǒng)應(yīng)用范圍，增加系統(tǒng)跟蹤定位的有效距離，在進(jìn)一步提高收發(fā)電路功率的基礎(chǔ)上，還需要對(duì)電磁跟蹤系統(tǒng)所使用的三軸正交磁敏傳感器進(jìn)行大型化設(shè)計(jì)。而在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，由于磁芯加工工藝的限制，迸一步增加球形磁芯尺寸的難度相當(dāng)大。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)三軸正交均勻磁場(chǎng)，需要對(duì)三軸線圈進(jìn)行嵌套，3個(gè)方向使用網(wǎng)環(huán)線圈會(huì)很困難，其均勻空間會(huì)很小或者線圈將很龐大。

　　針對(duì)球形磁芯網(wǎng)環(huán)結(jié)構(gòu)三軸磁敏傳感器的不足，考慮立方體的幾何結(jié)構(gòu)有助于較為精確保證三軸線圈的正交性和共心性，提出了一種采用正方體磁芯載流方環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大型三軸磁敏傳感器的方案。首先分析了載流方環(huán)線圈空間磁場(chǎng)分布規(guī)律，驗(yàn)證其滿足偶極子模型基礎(chǔ)的電磁跟蹤定位系統(tǒng)建模原理。綜合考慮正方體磁芯載流方環(huán)磁敏傳感器的磁芯材料、線圈匝數(shù)、導(dǎo)線類型、繞制方式等影響因素，研制出-套大型三軸正交磁敏傳感器。利用設(shè)計(jì)的大型磁敏天線，進(jìn)行了電磁跟蹤系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，在較遠(yuǎn)距離上實(shí)現(xiàn)了跟蹤定位的功能，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)天線的實(shí)用性和有效性。
?