紧凑型多用户多级多目标磁跟踪系统技术方案

本公开涉及紧凑型多用户多级多目标磁跟踪系统。公开了一种紧凑型多用户磁跟踪系统。在一个实施方案中，通过使用发射器处的单个线圈和惯性传感器以及接收器处的磁力计和惯性传感器来感测由该单个线圈生成的磁场并确定该接收器相对于该发射器的位置和姿态来实现紧凑性。该发射器和该接收器各自包括用于交换时钟同步数据并向该接收器发送发射器姿态数据的无线收发器。在另一个实施方案中，频分复用或时分复用用于区分该多用户磁跟踪系统的多个用户。多个用户。多个用户。

【技术实现步骤摘要】
紧凑型多用户多级多目标磁跟踪系统


[0001]本公开涉及磁跟踪系统。

技术介绍

[0002]磁跟踪系统用于跟踪移动目标的位置。现有磁跟踪系统包括生成覆盖三维(3D)空间的交变或静态电磁场(下文称为“磁场”)的基站或“发射器”。磁场通常由被布置成彼此垂直的三个线圈(称为“三轴线圈”)发射。另选地，三轴线圈被放置在安装在移动平台上的外壳中。发射器附近的“目标”在目标移动时感测磁场的变化，并且基于该变化来确定该目标的位置。现有磁跟踪系统中使用的常规三轴线圈发射器设计具有使得该设计不适用于需要具有薄的或平坦的形状因数的外壳的某些应用的物理几何形状。

技术实现思路

[0003]公开了一种紧凑型多用户多级多目标磁跟踪系统。在第一实施方案中，紧凑性通过发射器来实现，该发射器包括单轴线圈、直流(DC)磁力计和惯性传感器，以及包括交流(AC)磁力计、DC磁力计和惯性传感器的一个或多个目标。包括在发射器侧中的单轴线圈发射磁场，该磁场由该一个或多个目标中的每个目标中的AC磁力计感测。包括在发射器和一个或多个目标中的DC磁力计和惯性传感器分别用于确定发射器和一个或多个目标的姿态。发射器和一个或多个目标各自包括无线收发器，该无线收发器用于发射和接收时钟同步数据并且在发射器和目标之间传送姿态数据，以用于计算发射器和目标之间的相对姿态或反之亦然。
[0004]在多目标实施方案中，有多个目标连接到特定发射器，并且每个目标相对于发射器被跟踪。
[0005]在多用户实施方案中，通过将不同频率分配给不同发射器或通过确保一次仅一个发射器发射磁场，频分复用或时分复用于检测和/或区分磁跟踪系统的多个用户。每个发射器支持多个目标。
[0006]在多级实施方案中，高级发射器跟踪较低级别发射器在磁跟踪系统中的位置。在该实施方案中，较低级别发射器的AC磁力计检测由高级发射器产生的磁场，并且计算其相对于高级发射器的位置。
[0007]本文所公开的紧凑型多用户多级多目标磁跟踪系统的特定具体实施提供以下优点中的一个或多个优点：1)由于包括在目标中的AC磁力计和DC磁力计减小到毫米级而使得形状因数减小；2)由于只有一个线圈包括在发射器中，因此降低了复杂性，从而消除了对线圈对准和平衡的需要；4)由于单轴线圈设计而使得校准较少；5)通过在千赫(kHz)范围内操作而使得环境干扰抑制得到改善；6)经由短程无线通信(例如，蓝牙)和/或锁相环路(PLL)使用时钟同步而使得稳健性得到改善；以及7)使用频分复用或时分复用来检测和/或区分多个用户的能力。
[0008]其他实施方案涉及系统、方法、装置和非暂态计算机可读介质。
[0009]在下面的附图和具体实施方式中示出了所公开的具体实施的细节。从说明书、附图和权利要求书中明显看出其他特征、目标和优点。
附图说明
[0010]图1A示出了具有三轴线圈发射器和三轴磁力计接收器的常规磁跟踪系统。
[0011]图1B示出了使用基于磁体的发射器和三轴磁力计接收器的常规磁跟踪系统。
[0012]图2A示出了根据一个实施方案的紧凑型多用户多级多目标磁跟踪系统。
[0013]图2B示出了根据一个实施方案的用于使用具有单轴线圈的发射器来跟踪接收器的模型。
[0014]图3A示出了根据一个实施方案的图2A和图2B的紧凑型多用户多级多目标磁跟踪系统的具体实施。
[0015]图3B示出了根据一个实施方案的图2A和图2B的紧凑型磁跟踪系统的另选具体实施。
[0016]图4示出了根据一个实施方案的来自多个发射器和/或附近磁源的磁干扰。
[0017]图5示出了根据一个实施方案的多用户磁跟踪系统中的频分复用(FDM)的原理。
[0018]图6示出了根据一个实施方案的多用户磁跟踪系统中的时分复用(TDM)的原理。
[0019]图7是根据一个实施方案的使用多用户磁跟踪系统中的FDM/TDM的过程的流程图。
[0020]图8示出了根据一个实施方案的参考图1至图7所述的多用户磁跟踪系统的发射器或接收器的设备架构。
[0021]在各附图中使用的相同参考符号表示类似的元件。
具体实施方式
[0022]图1A示出了磁跟踪系统100，该磁跟踪系统包括发射器101(Tx)和接收器102(Rx)，该发射器可以是具有常规三轴线圈的任何设备，该接收器用于感测由发射器101生成的磁场。在该实施方案和本文所述的后续实施方案中，发射器101是静止的，并且接收器102(下文也称为“目标”)由发射器101跟踪。接收器102可包括具有三轴磁力计的任何设备(例如，线圈、霍尔传感器、磁阻(MR)传感器)。使用本领域中已知的技术从感测到的磁场计算接收器102的位置(x,y,z)。发射器101中的三轴线圈的具体实施需要大量的工程努力以确保线圈对准、线圈平衡和校准。更重要的是，由于容纳z轴线圈所需的附加高度，三轴线圈发射器设计在需要具有薄的或平坦的形状因数的外壳的应用中可能不是选项。
[0023]参见图1B，示出了另选的磁跟踪系统103，该图示出了基于磁体的发射器104，该发射器包括磁体而不是三轴线圈以生成用于跟踪目的的静态磁场。然而，该静态磁场容易被环境磁场诸如地球磁场和磁跟踪系统103外部的其他磁场源干扰。
[0024]示例性紧凑型多用户磁跟踪系统
[0025]图2A示出了根据一个实施方案的紧凑型多用户多级多目标磁跟踪系统200。系统200包括发射器201和接收器202。发射器201包括用于发射电磁波的单轴线圈、DC磁力计、惯性测量单元(IMU)以及用于与接收器202进行时钟同步(“clock sync”)和数据通信的无线收发器(例如，蓝牙收发器芯片)。接收器202包括AC磁力计、DC磁力计、IMU以及用于与发射器201进行时钟同步和数据通信的无线收发器。
[0026]系统200可在多用户、多级和多目标磁跟踪系统中实现。多级意味着存在用于跟踪的发射器分级结构。例如，在家庭操作环境中，发射器可位于智能扬声器中，该智能扬声器跟踪房间中多个用户的移动，其中每个用户在其设备中具有调谐到智能扬声器发射器的接收器。在分级结构中的较低级别处，每个设备上还存在跟踪分配给该特定设备的目标的运动的发射器。在一个实施方案中，在发射器被佩戴在每个用户的手腕上(例如，在智能手表中)并且每个发射器跟踪用户手指的运动的情况下，可存在另一级别。多用户意指每个用户在其设备中携带发射器。多目标意味着每个用户的发射器可跟踪多个目标(例如，游戏控制器)。
[0027]接收器202中的AC磁力计用于感测由发射器201发射的在时间上相对快速变化的磁场(>100Hz)，并且发射器201和接收器202中的DC磁力计测量缓慢变化(例如，准静态)或静态的磁场。IMU可包括一个或多个惯性传感器，诸如一个或多个加速度计和/或角速率传感器(例如，陀螺仪传感器)。在一个实施方案中，IMU和磁力计包括在片上系统(SoC)中。在另一个实施方案中，IMU和磁力计在不同的硅上制造。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁跟踪系统的发射器，所述发射器包括：单轴线圈；电流驱动器，所述电流驱动器耦接到所述单轴线圈并且被配置为向所述单轴线圈提供电流以使得所述单轴线圈发射交流AC磁场；一个或多个惯性传感器；直流DC磁力计；无线收发器；一个或多个处理器；存储器，所述存储器耦接到所述一个或多个处理器并且存储指令，所述指令在被所述一个或多个处理器执行时使得所述一个或多个处理器执行包括以下的操作：使得所述电流驱动器向所述单轴线圈提供电流以发射磁场；使用来自所述一个或多个惯性传感器和DC磁力计的输出来确定所述发射器的姿态；以及使得所述无线收发器将所述姿态和时钟同步信号传输到接收器。2.根据权利要求1所述的发射器，其中所述发射器被配置为跟踪两个或更多个接收器。3.根据权利要求1所述的发射器，还包括：使得所述无线收发器使用时分复用来将所述姿态和时钟同步信号传输到所述接收器，其中为所述发射器分配用于传输到所述接收器的时隙。4.根据权利要求1所述的发射器，还包括：使得所述无线收发器使用频分复用来将所述姿态和时钟同步信号传输到所述接收器，其中为所述发射器分配用于传输到所述接收器的通信频率。5.根据权利要求1所述的发射器，其中所述发射器为智能扬声器、移动设备或可穿戴计算机。6.一种磁跟踪系统的接收器，所述接收器包括：一个或多个惯性传感器；直流DC磁力计；交流AC磁力计，所述AC磁力计被配置为感测由发射器发射的AC磁场；无线收发器；一个或多个处理器；存储器，所述存储器耦接到所述一个或多个处理器并且存储指令，所述指令在被所述一个或多个处理器执行时使得所述一个或多个处理器执行包括以下的操作：使用来自所述一个或多个惯性传感器和所述DC磁力计的输出来确定所述接收器的姿态；使用所述无线收发器来获得所述发射器的姿态和时钟同步信号；以及使用所感测到的磁场、...

【专利技术属性】
技术研发人员：段光武，郭健，J，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：