DSP在六自由度電磁跟蹤系統(tǒng)中的應(yīng)用

　摘 要：針對目前電磁跟蹤系統(tǒng)跟蹤速度慢，計算參數(shù)精度低的現(xiàn)況，文中介紹了一種采用DSP系統(tǒng)來完 成對感應(yīng)天線接收到的模擬信號采集處理的方案。該方案實現(xiàn)了單通道128 kHz的采樣率和12位的數(shù)據(jù)精度，解 決了系統(tǒng)中信號的時序配合問題，很準(zhǔn)確地得到了系統(tǒng)的接收矩陣，提高了系統(tǒng)的定位精度，并將數(shù)據(jù)刷新率提高 到125 Hz。

　　六自由度電磁跟蹤系統(tǒng)根據(jù)電磁感應(yīng)的原理來計算出目標(biāo)的六個自由度參數(shù)，從而唯一確定目標(biāo)的位 置和姿態(tài)。怎樣由接收到的模擬信號計算得到目標(biāo)的位置和姿態(tài)參數(shù)是影響整個系統(tǒng)性能的關(guān)鍵所在。在 一些早期的產(chǎn)品中對感應(yīng)天線接收信號的處理主要采用模擬電路和單片機來完成，由于模擬電路精度低，受 器件性能影響大，單片機的指令執(zhí)行速度慢，使整個系統(tǒng)無法準(zhǔn)確實時地確定目標(biāo)的位置。本文提出的DSP 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用了DSP快速的指令執(zhí)行周期和強大的數(shù)字信號處理功能和CPLD靈活的時序和邏輯控 制功能，快速準(zhǔn)確地完成了對每一路接收信號的采集和計算，得到了準(zhǔn)確的數(shù)字接收矩陣，為進一步計算目 標(biāo)的六個自由度參數(shù)打下良好基礎(chǔ)。本文主要介紹了DSP數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案和軟件設(shè)計流程。

　　1 電磁跟蹤系統(tǒng)的工作原理

　　六自由度電磁跟蹤系統(tǒng)的發(fā)射和接收天線均為三維正交環(huán)形天線。發(fā)射電路向發(fā)射天線的xyz軸按時

　　式中x為發(fā)射矩陣，為一單位對角陣，G為系統(tǒng)總增益，H、M為包含了接收天線相對于發(fā)射天線的位置和接收天線姿態(tài)角度的坐標(biāo)變換矩陣。因此接收矩陣是影響目標(biāo)參數(shù)精度的關(guān)鍵。