磁干扰环境下基于多传感器的内窥镜姿态定位技术

作     者：王森 陈晓冬 杜承阳 汪毅 郁道银 WANG Sen;CHEN Xiaodong;DU Chengyang;WANG Yi;YU Daoyin

作者机构：天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 天津大学光电信息技术教育部重点实验室天津300072 

出 版 物：《传感技术学报》 (Chinese Journal of Sensors and Actuators)

年 卷 期：2013年第26卷第8期

页      面：1110-1115页

核心收录：

学科分类：0808[工学-电气工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0802[工学-机械工程] 0811[工学-控制科学与工程] 

基　　金：国家"十二五"科技支撑计划项目(2012BAI19B02) 

主　　题：内窥镜 姿态定位 磁干扰 多传感器 惯性传感 

摘      要：在内窥镜临床检查中,医生往往依靠病理经验来判断内窥镜探头在人体内的姿态方位,具有较大的主观误差,影响病灶的诊断结果。虽然电磁跟踪技术EMT(Electro-Magnetic Tracing)可以对内窥镜的探头进行科学定位从而解决上述问题,但是在铁磁性医疗仪器的干扰下,磁场模型的畸变导致该方法的精度严重下降。提出一种基于多传感器的姿态收敛技术,在电磁定位的基础上增加IMU惯性测量单元,通过四元数微分方程以及双矢量误差收敛模型得到稳定的姿态输出结果;其中,收敛模型采用分离式收敛的FQA算法降低了三轴MEMS磁场传感器的误差发散性,并结合磁干扰阈值判断,保证了在磁干扰环境下内窥镜姿态解算的精度和鲁棒性,实验表明该系统的姿态定位误差小于1°且具有较强的抗干扰性。