具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

本实施例公开了一种基于交变磁场的姿态识别系统，如图1所示，包括三轴交变磁场发生器、控制单元和磁场校验单元；

所述三轴交变磁场发生器与控制单元连接，在控制单元的控制下，产生时分复用的、三轴正交的局部交变磁场；并将监测的每个轴的磁场驱动电流反馈输出到控制单元；

所述控制单元，根据内设的包括磁场频率控制参数、磁场强度控制参数、磁场时序控制参数在内的参数，输出局部交变磁场的频率、强度以及通道切换控制信号到三轴交变磁场发生器；并根据所述磁场驱动电流反馈进行局部交变磁场的强度调节；

所述磁场校验单元，用于校验所述局部交变磁场；在校验时，所述磁场校验单元置于预设校验区域，对所述局部交变磁场进行接收、放大、滤波和采样后，将采样信号输出到控制单元，校验所述控制单元中内设的包括磁场频率控制参数、磁场强度控制参数、磁场时序控制参数在内的参数。

具体的，所述三轴交变磁场发生器包括三轴正交磁场发射天线、功率驱动电路组、驱动信号切换电路、驱动信号发生电路和驱动电流监测电路组；

所述三轴正交磁场发射天线包括三组发射线圈Tx、Ty和Tz，所述功率驱动电路组包括分别与三组发射线圈连接的功率驱动电路a、功率驱动电路b和功率驱动电路c；所述功率驱动电路组中的三个功率驱动电路通过驱动通道切换电路与驱动信号发生电路连接；

所述驱动信号发生电路与所述控制单元连接，在控制单元输出的频率、强度控制信号的控制下，产生对应频率和强度的磁场激励信号输出到驱动通道切换电路；

所述驱动通道切换电路在控制单元输出的通道切换控制信号的控制下，将所述驱动信号发生电路产生的磁场激励信号分时、依次切换到对应的功率驱动电路中进行功率放大输出激励电压；每个发射线圈在对应的激励电压的激励下，产生偶极子磁场；三个发射线圈产生的磁场依次作用在空间中，构成时变局部交变磁场。

所述驱动电流监测电路组包括三个驱动电流监测电路分别连接在对应的功率驱动电路与发射线圈连接的支路上，对每个发射线圈内驱动电流进行采样和调理后，输出到控制单元。

更具体的，如图2所示，所述三轴正交磁场发射天线包括线圈骨架和三组发射线圈Tx、Ty和Tz；

所述线圈骨架的结构满足能够使三个发射线圈Tx、Ty、Tz两两正交同心的固定缠绕在线圈骨架外表面上；

所述线圈骨架采用耐高温非金属材料制成，所述非金属材料为聚醚醚酮为基础的复合材料，所述非金属材料的耐高温值不低于300℃；采用用以聚醚醚酮为基础的复合材料，骨架材料易于获取并降低工艺制造要求。

所述发射线圈由铜质漆包线绕制，所述正交磁场发射天线组的每个发射线圈与各自串联谐振电容网络组成串联谐振回路；

特殊的，所述三轴正交磁场发射天线的线圈骨架结构尺寸、发射线圈线径和绕制匝数是根据所需要产生的磁场强度，依据毕奥-沙伐尔定律计算得出。

本实施例中，线圈骨架外廓结构尺寸为32mm×32mm×32mm的正方体，漆包线线径选择为0.17mm；所述正方体的外表面上开有固定三个发射线圈的线槽，线槽的深度以三个发射线圈缠绕后，三轴正交磁场发射天线的外表平整为准。

所述串联谐振电容网络由若干电容值为pF至nF级别，耐压能力为600V以上的COG等级陶瓷电容器并联组成，与发射线圈组成的串联谐振回路；

所述串联谐振电容网络的电容值：

其中，f为谐振频率；L为谐振频率条件下，发射天线线圈电感量。

如图3所示，所述驱动信号发生电路包括直接数字频率合成(DDS)模块、高阶低通滤波模块、可编程增益放大模块；

所述直接数字频率合成(DDS)模块在所述功率控制单元的频率控制信号的控制下，输出设定频率的激励信号到高阶低通滤波模块；

更具体的，所述直接数字频率合成(DDS)模块为具有28位频率调节字的AD9833；所述频率调节字由频率控制信号控制；在本实施例中，在频率控制信号的控制下，直接数字频率合成(DDS)模块输出频率为5kHz的激励信号到高阶低通滤波模块；

所述高阶低通滤波模块滤除所述直接数字频率合成(DDS)模块产生的激励信号中的高次谐波，输出平滑后的激励信号；

更具体的，所述高阶低通滤波模块为两个由低噪声放大器OPA2189搭建的多重反馈滤波器串联组成的四阶有源低通滤波模块；，高阶低通滤波模块截止频率设置为15KHz；

所述可编程增益放大模块在所述功率控制单元的强度控制信号的控制下，对所述高阶低通滤波模块输出的平滑后的激励信号进行放大；

更具体的，所述可编程增益放大模块为由低噪声放大器OPA189和数控电位计AD5293组成的同相比例放大电路；

所述数控电位计以串联形式接入放大电路反馈回路中，在所述功率控制信号的控制下，对数控电位计的1024个档位进行调节，实现对平滑后的激励信号连续增益放大调节。

采用直接数字频率合成(DDS)模块产生固定频率信号，然后由高阶低通滤波模块滤除信号源中谐波成分。激励信号频率编程可调，可实现信号频率的准确、连续地调节。

具体的，所述功率驱动电路组包括三路功率驱动电路，所述功率驱动电路为由D类功率放大器TPA3126D2组成的固定增益功率驱动电路，D类功率放大器TPA3126D2组成的功率驱动电路固定增益为20dB。

在发射线圈所处交流回路中采用D类功率放大器进行驱动，D类功率放大器输出正弦脉宽调制电压激励电压驱动发射线圈，在发射线圈驱动电流确定要求下，降低了电源功率要求，优化了效率。

具体的，所述驱动通道切换电路为基于HEF4051B的一路输入-三路输出切换电路；在所述控制单元输出的通道切换控制信号控制下进行通道切换，控制三个发射线圈分时激励，在空间形成局部交变磁场。

具体的，如图4所示，所述驱动电流监测电路包括高精度电流采样模块、采样调理模块和高精度模数转换(ADC)模块；

所述高精度电流采样模块对对应的发射线圈中的激励电流进行采样，输出增益为1mV/1mA的采样电压信号；

更具体的，所述高精度电流采样模块为具有极高精度表面贴装电流传感芯片电阻VCS1625ZP，电阻阻值为1Ω，电阻容差为±1‰，温度系数为±0.05ppm/℃；

所述采样调理模块对所述高精度电流采样模块输出的采样电压信号进行放大处理，输出放大后的采样电压；

更具体的，所述采样调理模块为由差分放大器LT6376组成的放大电路和低噪声放大器OPA189组成的放大电路串联组成的比例放大电路，其中差分放大器LT6376组成的放大电路增益为10,低噪声放大器OPA189组成的放大电路增益为1.5；

所述高精度模数转换(ADC)模块将所述放大后采样电压进行模拟/数字转换，并将数字转换结果输出至所述控制单元；

更具体的，所述高精度模数转换(ADC)模块为具有110.8KHz带宽的24位ADC的AD7768-4，在所述控制单元输出的监测读取信号的控制下，将数字转换结果输出至所述控制单元。

基于驱动电流监测电路的反馈回路，对三轴交变磁场发生器的磁场强度进行自适应调整。使三轴交变磁场发生器产生的磁场强度保持稳定，由此提到姿态识别精度。

具体的，本实施例的所述功率控制单元内置控制程序中，内设有包括磁场频率控制参数、磁场强度控制参数、磁场时序控制参数在内的参数，在进行局部交变磁场产生控制时，通过频率、强度控制信号，将磁场频率控制参数、磁场强度控制参数注入驱动信号发生电路的直接数字频率合成(DDS)模块和可编程增益放大模块，使接数字频率合成(DDS)模块输出符合磁场频率控制参数的激励信号，使可编程增益放大模块的增益放大调节符合磁场强度控制参数的要求，同时，所述功率控制单元还接收所述驱动电流监测电路反馈的各发射线圈的电流强度，判断各发射线圈的磁场强度是否满足控制要求，如强度不满足，则通过调节强度控制信号中的磁场强度控制参数调节可编程增益放大模块的增益放大量，使磁场强度满足要求。

具体的，在本实施例的姿态识别系统出厂或维修后，以及其他需要对局部交变磁场进行定标时，采用所述磁场校验单元对所述局部交变磁场进行校验，在进行校验时，将所述磁场校验单元置于预设校验区域。

所述预设校验区域为以三轴正交磁场发射天线为圆心，以垂直三轴正交磁场发射天线放置平面向上为正方向，半径在20cm至40cm的正半球区域内。

如图5所示，所述磁场发生器校验单元包含单轴磁场感应线圈、磁场感应信号调理电路和磁场感应信号采集电路；

具体的，如图6所示，所述单轴磁场感应线圈包括线圈骨架和感应线圈；所述线圈骨架采用玻璃包裹非晶丝制成；所述感应线圈的采用密绕方式固定缠绕在线圈骨架外表面上。

感应线圈采用密绕方式固定，提高了单轴磁场感应线圈测量灵敏度，在单轴磁场感应线圈位置确定要求下，提升空间内单点磁场测量准确性。

更具体的，所述非晶丝骨架长度为6mm；所述感应线圈采用直径0.02mm的自粘性漆包线，所述绕制感应线圈长度不超过5mm。

所述磁场反应信号调理电路为由仪表放大器AD8429组成的放大电路和低噪声放大器OPA2189搭建的多重反馈滤波器串联组成的四阶有源低通滤波模块电路串联组成，其中差分放大器LT6376组成的放大电路增益为600,高阶低通滤波模块截止频率设置为15KHz；

所述高精度模数转换(ADC)模块将所述磁场反应信号调理电路输出的放大后采样信号进行模拟/数字转换，在所述控制单元输出的标校读取信号的控制下，将数字转换结果输出至控制单元。

控制单元,分别获取三轴正交磁场发射天线中发射天线线圈产生磁场信号测量结果，测量结果作为调整磁场频率功率控制单元中程序存储参数依据，以校验所述控制单元中内设的包括磁场频率控制参数、磁场强度控制参数、磁场时序控制参数在内的参数。

基于磁场感应电路的校验电路，对三轴交变磁场发生器的磁场频率、磁场稳定时间进行标校。使三轴交变磁场发生器产生的磁场频率稳定，分时时间内产生磁场稳定度符合实际应用需求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。