Програмована система сигнального тракту пристроїв магнiтного трекiнгу для задач локальної навiгацiї

Ключові слова: пристрої локальної навігації, апаратно-програмнi засоби вiртуальної реальностi, магнiтний трекiнг, програмована вбудована система

Анотація

Робота присвячена проблематицi апаратно-програмної реалiзацiї пристроїв магнiтного трекiнгу для високоточного визначення положення об’єктiв в просторi, зокрема в концепцiях вiртуальної та доповненоїреальностi. Базовий принцип методу магнiтного трекiнгу базується на розрахунку положення об’єктiв за результатами динамiчного вимiрювання вектора iндукцiї опорних магнiтних полiв. Такi опорнi магнiтнiполя формуються актюаторними котушками в низькочастотному спектрi електромагнiтного випромiню вання. Суттєвими перевагами систем магнiтного трекiнгу вiдносно систем оптичних систем є можливiстьфункцiонування поза зоною прямого бачення. Вiдносно систем iнерцiального трекiнгу перевагами систем магнiтного трекiнгу є можливiсть високоточного вимiрювання координат та вiдсутнiсть похибок, щовиникають внаслiдок часового дрейфу сигналiв акселерометрiв та гiроскопiв. Проте, сфера застосувань систем магнiтного трекiнгу є обмеженою. Це обумовлено паразитним впливом на результат вимiрюванняджерел стороннiх електромагнiтних завад та металiчних предметiв, якi спотворюють опорнi поля. В данiй роботi вирiшується задача розроблення сигнального тракту пристроїв магнiтного трекiнгу просторовогоположення. Проблемами, що обумовили цю задачу, є необхiднiсть забезпечення широкого дiапазону змiни сигналiв (до 120 dB) та високої завадостiйкостi вимiрювання при специфiчних умовах експлуатацiї. Запропонованi рiшення направленi на пiдвищення точностi та розширення зони вимiрювання просторового положення, а їх новизною є алгоритм завадостiйкого перетворення при динамiчному перемиканнi параметрiв сигнального тракту. Враховуючи вимоги до сучасних радiоелектронних пристроїв, сигнальний тракт реалiзовано на концепцiї програмованих систем на кристалi PSoC, Cypress Semiconductor. Представлено вибiр та конфiгурування компонентiв сигнального тракту, результати SPICE модельних дослiджень та приклад практичної реалiзацiї.

Біографії авторів

Р. Л. Голяка, Національний університет "Львівська політехніка"

Голяка Р. Л., д.т.н., професор кафедри електронних приладів 

Т. А. Марусенкова, Національний університет "Львівська політехніка"

Марусенкова Т. А., кандидат технічних наук, асистент кафедри програмного забезпечення

І. Н. Прудиус, Національний університет "Львівська політехніка"

Прудиус І. Н., д.т.н., професор кафедри радіоелектронних пристроїв та систем

С. Є. Фабіровський, Національний університет "Львівська політехніка"
Фабіровський С. Є., к.т.н., асистент кафедри радіоелектронних пристроїв та систем

Посилання

Dongsik Jo and Gerard Jounghyun Kim. (2016) ARIoT: scalable augmented reality framework for interacting with Internet of Things appliances everywhere. IEEE Transactions on Consumer Electronics, vol. 62, iss. 3, pp. 334–340. DOI: 10.1109/TCE.2016.7613201

Tobias Reichl, José Gardiazabal and Nassir Navab. (2013) Electromagnetic Servoing—A New Tracking Paradigm. IEEE Transactions on Medical Imaging, vol. 32, iss. 8, pp. 1526-1535. DOI: 10.1109/TMI.2013.2259636

Ezequiel Navarro Pérez, Antonio Rojas Cuevas, Claudio Cañete Cabeza and etc. (2017) PREMO: VR EM Motion Tracking Sensors & Applications. PREMO S.L., 224 p.

Dmytro Fedasyuk, Roman Holyaka and Tetyana Marusenkova. (2019) A Tester of the MEMS Accelerometers Operation Modes. 3rd International Conference on Advanced Information and Communications Technologies (AICT), pp. 227-230. DOI: 10.1109/AIACT.2019.8847840

Dmytro Fedasyuk, Roman Holyaka and Tetyana Marusenkova. (2019) Method of Analyzing Dynamic Characteristics of MEMS Gyroscopes in Test Measurement Mode. 9th International Conference on Advanced Computer Information Technologies (ACIT), pp. 157-160. DOI: 10.1109/ACITT.2019.8780058

Wooyoung Kim, Jihoon Song and Frank C. Park. (2018) Closed-Form Position and Orientation Estimation for a Three-Axis Electromagnetic Tracking System. IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 65, iss. 5, pp. 4331-4337. DOI: 10.1109/TIE.2017.2760244

Hui He, Pratik Maheshwari and David J. Pommerenke. (2016) The Development of an EM-Field Probing System for Manual Near-Field Scanning. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, vol. 58, iss. 2, pp. 356–363. DOI: 10.1109/TEMC.2015.2496376

Hossein Sadjadi, Keyvan Hashtrudi-Zaad and Gabor Fichtinger. (2016) Simultaneous Electromagnetic Tracking and Calibration for Dynamic Field Distortion Compensation. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, vol. 63, iss. 8, pp. 1771-1781. DOI: 10.1109/TBME.2015.2502138

Ian Sharp, Kegen Yu and Thuraiappah Sathyan. (2012) Positional Accuracy Measurement and Error Modeling for Mobile Tracking. IEEE Transactions on Mobile Computing, vol. 11, iss. 6, pp. 1021-1032. DOI:10.1109/TMC.2011.119

Shuang Song, Zheng Li, Haoyong Yu and Hongliang Ren. (2015) Electromagnetic Positioning for Tip Tracking and Shape Sensing of Flexible Robots. IEEE Sensors Journal, vol. 15, iss. 8, pp. 4565-4575. DOI: 10.1109/JSEN.2015.2424228

Alfred M. Franz, Tamás Haidegger, Wolfgang Birkfellner, Kevin Cleary, Terry M. Peters and Lena Maier-Hein. (2014) Electromagnetic Tracking in Medicine—A Review of Technology, Validation, and Applications. IEEE Transactions on Medical Imaging, vol. 33, iss. 8, pp. 1702-1725. DOI: 10.1109/TMI.2014.2321777

Natasha Alves, Cecilia Jobst, Fanny Hotze, Paul Ferrari, Marc Lalancette, Tom Chau, Pascal van Lieshout and Douglas Cheyne. (2016) An MEG-Compatible Electromagnetic-Tracking System for Monitoring Orofacial Kinematics. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, vol. 63, is. 8, pp. 1709-1717. DOI: 10.1109/TBME.2015.2500102

Alice Matthews (2017) VR 3D electromagnetic motion tracking sensor.

(2018) Premo 3DV06 Datasheet, 26 p.

Bjorn Waske and Jon Atli Benediktsson. (2007) Fusion of Support Vector Machines for Classification of Multisensor Data. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol. 45, iss. 12, pp. 3858-3866. DOI: 10.1109/TGRS.2007.898446

Isaac Skog. (2018) Inertial and Magnetic-Field Sensor Arrays - Capabilities and Challenge. IEEE sensors conference, pp. 1-4. DOI: 10.1109/ICSENS.2018.8589760

Houde Dai, Shuang Song, Chao Hu, Bo Sun and Zhirong Lin. (2018) A Novel 6-D Tracking Method by Fusion of 5-D Magnetic Tracking and 3-D Inertial Sensing. // IEEE Sensors Journal, vol. 18, iss. 23, pp. 9640-9648. DOI: 10.1109/JSEN.2018.2872650

PSoC® 5LP: CY8C52LP Family Datasheet: Programmable System-on-Chip.

Cypress Semiconductor Corporation (2017) 8-Bit Waveform Generator (WaveDAC8) 2.10. PSoC® Creator™ Component Datasheet, 19 p.

Cypress Semiconductor Corporation (2017) Mixer 2.0. PSoC® Creator™ Component Datasheet, 16 p.

Cypress Semiconductor Corporation (2017) Programmable Gain Amplifier (PGA) 2.0. PSoC® Creator™ Component Datasheet, 16 p.

Cypress Semiconductor Corporation (2018) CY8CKIT-050 PSoC 5LP Development Kit Guide.

Опубліковано
2020-03-30
Як цитувати
Голяка, Р. Л., Марусенкова, Т. А., Прудиус, І. Н. і Фабіровський, С. Є. (2020) «Програмована система сигнального тракту пристроїв магнiтного трекiнгу для задач локальної навiгацiї», Вісник НТУУ "КПІ". Серія Радіотехніка, Радіоапаратобудування, (80), с. 48-56. doi: 10.20535/RADAP.2020.80.48-56.
Номер
Розділ
Телекомунікації, радіолокація і навігація, радіоптика та електроакустика

Статті цього автора (авторів), які найбільше читають