ES2931504T3 - Procedimiento de localización de un objeto que se mueve en un campo magnético generado por un conjunto de por lo menos tres generadores de campo magnéticos - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un método para localizar un objeto (1) fijado rígidamente a un sensor magnético triaxial (2), moviéndose en el campo magnético generado por un conjunto de al menos tres generadores magnéticos triaxiales (3) estacionarios en un marco de referencia común, caracterizándose el método porque comprende los pasos de: (a) para cada generador (3), determinar, en función de las medidas de campo magnético adquiridas por el sensor (2) y asociado a dicho generador (3), una posición de dicho sensor (2) en dicho marco de referencia común; (b) calcular, para cada generador (3), un parámetro representativo de un error en dicha posición determinado por el sensor (2) para el generador (3); (c) seleccionar un subconjunto del conjunto de generadores (3) en función de dichos parámetros estimados para cada uno de los generadores (3), comprendiendo dicho subconjunto seleccionado del conjunto de generadores (3) cada generador (3) para el cual dicho parámetro estimado es menor que al menos un umbral de referencia; (d) estimar la posición del objeto (1) mediante la fusión de las posiciones determinadas del sensor (2) para cada generador (3) seleccionado en dicho subconjunto. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento de localización de un objeto que se mueve en un campo magnético generado por un conjunto de por lo menos tres generadores de campo magnéticos

Campo técnico general

La presente invención se refiere al campo de la navegación sin GPS.

Más precisamente, se refiere a un procedimiento de localización de un objeto que se mueve en un campo magnético artificial.

Estado de la técnica

Se denomina localización magnética a una técnica en la que un objeto equipado con por lo menos un sensor de campo magnético es localizado en un campo magnético artificial, generado por lo menos por una fuente. La localización magnética permite una precisión elevada (con un error muy por debajo de un milímetro y por debajo de un grado). Unas aplicaciones se encuentran principalmente en el campo médico, por ejemplo para navegación quirúrgica.

La fuente, es decir, un generador de campo magnético, contiene normalmente tres bobinas perpendiculares que emiten unos campos magnéticos distinguibles, por ejemplo unos campos de CA con unas frecuencias diferentes. El sensor mide unos campos magnéticos también según tres ejes. Las señales del sensor según sus ejes se demodulan a continuación con respecto a las frecuencias de las bobinas emisoras. El conjunto de los datos resultantes de este proceso y el dominio (modelización y calibración) del campo magnético permiten calcular la posición y la orientación del sensor (o de una herramienta en la que está fijado el sensor) en tiempo real.

La técnica para estimar la posición y la orientación de un objeto midiendo el campo magnético emitido por una fuente con un sensor magnético es bien conocida desde los años 1970, véanse por ejemplo las patentes US3868565, US4737794, o US4945305.

El procesamiento de la señal recibida por el sensor implica su descomposición en unas componentes procedentes de cada una de las bobinas de la fuente. Esta descomposición se puede realizar utilizando: (1) unos campos magnéticos de CC pulsados de manera que las tres bobinas de la fuente emitan una señal una tras otra (véase por ejemplo la patente US4945305); (2) unos campos magnéticos de CA con unas frecuencias diferentes para las tres bobinas de la fuente, que permiten distinguirlas por una demodulación (véase por ejemplo la patente US3868565). La descomposición de las señales recibidas por las bobinas triaxiales del sensor con respecto a las bobinas triaxiales emisoras proporciona una matriz de 3 * 3 = 9 coeficientes a base de la cual la posición y la postura (es decir seis grados de libertad en total) del sensor con respecto a la fuente pueden ser calculadas (véase el documento US4737794).

Existen principalmente dos dificultades encontradas en este tipo de sistemas fuente-sensor.

En primer lugar, como el campo magnético decrece con el cubo de la distancia fuente-sensor, la señal se vuelve débil rápidamente y alcanza normalmente el nivel del ruido a una distancia de aproximadamente un metro para los sistemas existentes en el mercado. Se tiene así una degradación de las prestaciones en función de la distancia. Se puede alcanzar una buena precisión únicamente en una zona limitada alrededor de la fuente. Una solución es aumentar el tamaño de las bobinas o aumentar la corriente, lo cual se limita rápidamente en la práctica.

A continuación, un campo magnético emitido por la fuente, ya sea CC pulsada o CA, es perturbado por (1) unos materiales conductores (por la inducción de las corrientes de Foucault) y (2) unos materiales permeables, pudiendo los dos materiales encontrarse en las aplicaciones. Estas perturbaciones falsean las mediciones y degradan las prestaciones.

Para las perturbaciones estacionarias, una solución posible es elaborar un mapa del campo magnético según una red 3D en el espacio. Esta solución necesita efectuar una calibración por un experto y no es práctica en absoluto en todas las situaciones en las que los objetos perturbadores como unas herramientas se desplazan regularmente, lo cual necesitaría una recalibración permanentemente.

Alternativamente, se ha propuesto en la patente US6636757 montar hasta tres fuentes triaxiales sobre un "escudo" que actúa como un elemento aislante que limita la distorsión del campo magnético debida a un objeto metálico perturbador. Está previsto un procedimiento de calibración asociado. Se comprende que esta solución es probablemente eficaz pero muy pesada en la práctica.

En la patente US6400139, se ha propuesto la utilización de una sola fuente y de dos sensores: un sensor "control" y aquel cuya posición se busca ("sonda"), considerado como una fuente secundaria de campo de CA. En otras palabras, la arquitectura propuesta es equivalente a una arquitectura con dos fuentes y un sensor, pero en la que se buscaría la posición de una fuente, siendo conocida la del sensor. Un examen de la fase de la señal sensor permite separar las perturbaciones debidas a los materiales conductores, pero no las de los materiales permeables. En otros documentos, no se ha intentado corregir el efecto de una perturbación, sino simplemente detectarla, véanse las solicitudes US2011224537 o US2011004430.

Se constata que la búsqueda de una solución que sea al mismo tiempo aplicable y sin pérdida de prestaciones o de resolución temporal en una situación genérica sigue siendo un problema abierto.

Sería deseable así disponer de un procedimiento de localización magnética que sea siempre tan eficaz, pero además completamente robusto contra las perturbaciones de la naturaleza que sea.

Presentación de la invención

La presente invención se refiere así según un primer aspecto a un procedimiento de localización de un objeto solidario con un sensor magnético triaxial, que se mueve en un campo magnético generado por un conjunto de por lo menos tres generadores magnéticos triaxiales estáticos en un sistema de referencia común, estando el procedimiento caracterizado por que comprende las etapas siguientes:

(a) para cada generador, determinar en función de mediciones de campo magnético adquiridas por el sensor y asociadas a dicho generador una posición de dicho sensor en dicho sistema de referencia común;

(b) calcular para cada generador un parámetro representativo de un error en dicha posición determinada del sensor para el generador;

(c) seleccionar un subconjunto del conjunto de los generadores en función de dichos parámetros estimados para cada uno de los generadores;

(d) estimar la posición del objeto por fusión de las posiciones determinadas del sensor para cada generador seleccionado en dicho subconjunto.

Según otras características ventajosas y no limitativas:

• el sensor y los generadores están constituidos cada uno por tres bobinas organizadas triaxialmente; • la etapa (b) comprende para cada generador la estimación de los valores de dos invariantes matemáticas en función de las mediciones de campo magnético adquiridas por el sensor y asociadas a dicho generador;

• dicho parámetro representativo de un error en dicha posición determinada del sensor se calcula para cada generador en la etapa (b) en función de los valores estimados de dichas dos invariantes matemáticas para dicho generador y de valores teóricos de dichas dos invariantes matemáticas;

• dicho parámetro representativo de un error en dicha posición determinada del sensor es una estimación de dicho error en dicha posición determinada del sensor;

• dicho subconjunto del conjunto de los generadores seleccionado en la etapa (c) comprende cada generador para el cual dicho parámetro estimado es inferior a por lo menos un umbral de referencia;

• si dicho subconjunto comprende menos de un número mínimo predeterminado de generadores, dicho subconjunto del conjunto de los generadores seleccionado en la etapa (c) comprende además cada generador para el cual dicho parámetro estimado es inferior a por lo menos un umbral degradado superior al umbral de referencia;

• la posición obtenida por fusión es la posición media de las posiciones determinadas del sensor para cada generador seleccionado en dicho subconjunto; •

• si dicho subconjunto del conjunto de los generadores seleccionado en la etapa (c) comprende por lo menos un generador para el cual dicho parámetro estimado es superior a dicho umbral de referencia, la posición obtenida por fusión es la posición media de las posiciones determinadas del sensor para cada generador del mayor subconjunto de dicho subconjunto de los generadores para los cuales dicho parámetro estimado permanece inferior a dicho umbral de referencia;

• la postura se tiene en cuenta además de la posición en las etapas (a) a (d).

Según un segundo aspecto, la invención se refiere a un sistema que comprende un sensor magnético triaxial, un conjunto de por lo menos tres generadores magnéticos triaxiales estáticos en un sistema de referencia común, para la localización de un objeto solidario con el sensor y que se mueve en el campo magnético generado por dichos generadores, caracterizado por que comprende unos medios de procesamiento de datos configurados para implementar:

- un módulo de determinación, para cada generador, en función de mediciones de campo magnético adquiridas por el sensor y asociadas a dicho generador, de una posición de dicho sensor en dicho sistema de referencia común;

- un módulo de cálculo para cada generador de un parámetro representativo de un error en dicha posición determinada del sensor para el generador;

- un módulo de selección de un subconjunto del conjunto de los generadores en función de dichos parámetros estimados para cada uno de los generadores;

- un módulo de estimación de la posición del objeto por fusión de las posiciones determinadas del sensor para cada generador seleccionado en dicho subconjunto.

Según un tercer y un cuarto aspecto, la invención se refiere a un producto de programa de ordenador que comprende unas instrucciones de código para la ejecución de un procedimiento de localización de un objeto solidario con un sensor magnético triaxial, que se mueve en un campo magnético generado por un conjunto de por lo menos tres generadores magnéticos triaxiales estáticos en un sistema de referencia común, según el primer aspecto de la invención; y a un medio de almacenamiento legible por un equipo informático en el que un producto de programa de ordenador comprende unas instrucciones de código para la ejecución de un procedimiento de localización de un objeto solidario con un sensor magnético triaxial, que se mueve en un campo magnético generado por un conjunto de por lo menos tres generadores magnéticos triaxiales estáticos en un sistema de referencia común, según el primer aspecto de la invención.

Presentación de las figuras

Otras características y ventajas de la presente invención aparecerán con la lectura de la descripción siguiente de un modo de realización preferido. Esta descripción se dará con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

- la figura 1 es un esquema de un sistema para la implementación del procedimiento según la invención; - la figura 2 ilustra con mayor detalle un ejemplo de implementación del procedimiento según la invención.

Descripción detallada

Arquitectura

Con referencia a la figura 1, el presente procedimiento permite la localización de un objeto 1 solidario con un sensor magnético triaxial 2, que se mueve en un campo magnético (anotado B ) generado por un conjunto de por lo menos tres generadores magnéticos triaxiales 3 (en la continuación de la presente descripción, se denominará n el número de generadores 3, con n < 3, en el ejemplo de la figura 1 n = 4. Se podrá llegar hasta ocho o diez generadores 3 para unos resultados de muy buena calidad sin que sea demasiado difícil distinguir las contribuciones de los diferentes generadores, véase más abajo).

Dichos generadores magnéticos triaxiales 3 son estáticos en un sistema de referencia común, preferentemente ortonormal, normalmente el sistema de referencia terrestre. Esto significa que son fijos y tienen por lo tanto unas posiciones predeterminadas unos con respecto a los otros. Ventajosamente, los triejes están todos orientados de acuerdo con dicho sistema de referencia común ortonormal, es decir que los tres ejes de cada generador 3 corresponden a los tres ejes de dicho sistema de referencia común, de manera que se faciliten los cálculos.

Están constituidos normalmente por tres bobinas axiales organizadas triaxialmente (es decir, extendiéndose cada una según uno de los tres ejes). Preferentemente, los generadores (e incluso cada una de sus bobinas) están asociados a unas frecuencias diferentes y distinguibles (frecuencia de la corriente alterna que los alimenta), pero se comprenderá como se explica en la introducción, que también es posible por ejemplo pulsar los campos en los diferentes generadores uno tras otro.

Se comprenderá que este campo magnético "artificial" generado por los generadores 3 se inscribe generalmente en un campo magnético ambiental (de origen natural), sustancialmente estático en dicho sistema de referencia común, que no es generado por los generadores 3 (normalmente el campo magnético terrestre), pero se comprenderá que este campo ambiental es despreciable ante el campo generado por los generadores, de manera que este último podrá ser considerado solo.

Como ya se ha explicado, el campo magnético es un campo vectorial en el caso tridimensional, es decir que asocia un vector de tres dimensiones a cada punto tridimensional en el que el objeto es móvil.

Este objeto 1 puede ser cualquier objeto móvil cuya posición se desea conocer, por ejemplo un vehículo de ruedas, un dron, una herramienta, un instrumento, etc., pero también una persona o una parte de su cuerpo (sus manos, etc.).

El objeto 1 está equipado con un sensor magnético triaxial 2, es decir con medios de medición magnéticos, constituido generalmente por tres bobinas (y generalmente por los magnetómetros) axiales dispuestas triaxialmente. Más precisamente, el sensor 2 es solidario con el objeto 1, es decir, presenta un movimiento sustancialmente idéntico en el sistema de referencia terrestre. Preferentemente, el sistema de referencia del objeto 1 está provisto de un sistema de referencia cartesiano ortonormal en el que las coordenadas están anotadas (x-i,X2,X3), el sensor 20 presenta así una posición predeterminada y fija en este sistema de referencia.

Preferentemente, el sistema de referencia ortonormal asociado al objeto 1 se elige por convención (y por facilidad para la continuación de la presente descripción) tal que el trieje del sensor 2 esté ventajosamente orientado de acuerdo con dicho sistema de referencia ortonormal asociado al objeto 1, es decir que los tres ejes del sensor 2 correspondan a los tres ejes de dicho sistema de referencia del objeto 1, de manera que se faciliten los cálculos. Pero el experto en la materia sabrá en cualquier caso extrapolar a cualquier disposición espacial unos generadores 3 y sensores 2.

El sistema puede comprender unos medios de procesamiento 21 (normalmente un procesador) para la puesta en práctica directamente en tiempo real de las operaciones de procesamiento del presente procedimiento, o bien las mediciones pueden ser emitidas a través de unos medios de comunicación hacia un dispositivo externo tal como un servidor remoto, o también las mediciones pueden ser registradas en unos medios de almacenamiento de datos 22 locales (una memoria por ejemplo de tipo flash) para un eventual procesamiento a posteriori.

En el ejemplo de la figura 1, el sensor 2 y los generadores 3 están dispuestos sobre una mesa, que está equipada con los medios de procesamiento 21, con los que están conectados a través de una conexión por cable.

Si es un equipo remoto (tal como un servidor) que alberga "la inteligencia", comprende unos medios de procesamiento dedicados tales como un procesador para la implementación de los tratamientos del presente procedimiento que se describirán a continuación.

En la continuación de la presente descripción, se verá que los medios de procesamiento de datos locales o de un equipo remoto pueden realizar indiferentemente y según las aplicaciones la totalidad o parte de las etapas del procedimiento.

Determinación de posición de fuente única

En una primera etapa (a), el procedimiento comprende la determinación, para cada generador 3, de una posición de dicho sensor 2 en dicho sistema de referencia común en función de mediciones de campo magnético adquiridas por el sensor 2 y asociadas a dicho generador 3. La etapa (a) comprende asimismo ventajosamente la determinación, para cada generador 3, de una postura (es decir, una orientación) de dicho sensor 2 en dicho sistema de referencia común.

En otras palabras, n posiciones/posturas se determinan independientemente. Cada una de estas determinaciones de posición/postura está de acuerdo ventajosamente con el estado de la técnica de "única fuente" que comprende un generador que consiste en tres bobinas ortogonales y un sensor también de tres bobinas triaxiales. En otras palabras, cada posición/postura se calcula como si el generador 3 asociado estuviera solo.

Cada "subsistema" generador-sensor del presente sistema de varias fuentes es así equivalente normalmente a un sistema de fuente única tal como se describe en la patente US4737794. Permite una localización en una zona limitada alrededor de la fuente, por ejemplo con los procedimientos descritos en las patentes US4737794 y US5307072.

Se recuerda que las contribuciones de los diversos generadores 3 están diferenciados preferentemente gracias a sus frecuencias diferentes.

Se extraen preferentemente los seis grados de libertad para la localización en posición y en postura del objeto 1 de los nueve coeficientes de una matriz (denominada "signal matrix" en los documentos mencionados) procedente de la demodulación de las señales recibidas por las tres bobinas del sensor 2 con respecto a las tres bobinas del generador 3.

Como se verá, el presente sistema de varias fuentes "fusionará" los resultados de localización de cada subsistema de fuente única de una manera ingeniosa para obtener una posición/orientación "unificada".

Se debe observar que el procedimiento comprende preferentemente la armonización previa de los generadores 3 para poder representar las localizaciones con respecto a todas las fuentes en el sistema de referencia común. En efecto, el sistema de referencia común es indispensable para verificar la compatibilidad mutua de los resultados de una sola fuente y fusionarlos de manera inteligente.

La armonización se realiza en calibración. Se determinan las posiciones y las posturas de todas las fuentes con respecto a un sistema de referencia absoluto, que se puede elegir según la aplicación.

En la continuación de la descripción, solo se hablará de la posición del objeto 1, pero se comprenderá que el presente procedimiento tiene en cuenta asimismo ventajosamente la postura, y el experto en la materia sabrá extrapolarlo en consecuencia.

Integridad de fuente única

En una etapa (b), se estima por los medios de procesamiento de datos 21 para cada generador 3 un parámetro representativo de un error en dicha posición (y llegado el caso en dicha postura) determinada del sensor 2 para el generador 3. En otras palabras, se asocia a cada uno de los n generadores 3 un parámetro de error. Dicho parámetro se puede ver como un nivel de error, y puede ser directamente una estimación del error de posición (expresado como una distancia) y/o del error de postura (expresado como un ángulo).

Este parámetro permite distinguir las fuentes cuya integridad está comprometida (error anormalmente alto, por ejemplo debido a la presencia de una perturbación metálica cerca del generador 3), de aquellas cuya integridad está confirmada (error en unos niveles de tolerancia aceptables).

En efecto, la solicitante ha constatado el hecho físico según el cual en un sistema de fuente única, el error debido a una perturbación local es asimétrico con respecto al centro de la perturbación: es mayor por el lado alejado de la fuente que por el lado entre la fuente y la perturbación. En otras palabras, una perturbación local dispuesta entre la fuente y el sensor tendrá un fuerte impacto en la medición, pero una perturbación local dispuesta más allá del sensor no tendrá ningún impacto sustancial en la medición asociada a esta fuente.

El presente procedimiento propone así no intentar corregir las perturbaciones ni incluso detectarlas como era el caso en la técnica anterior, sino simplemente jugar con la redundancia de los generadores 3 de manera que basen permanentemente la localización únicamente en base a las mediciones fiables, es decir excluir las "fuentes perturbadas".

En cuanto se obtiene una disposición de los generadores adaptada a los lugares típicos de las perturbaciones (rodeando por ejemplo la zona en la que el objeto 1 está destinado a desplazarse), dicha solución es muy robusta (cualquier tipo de perturbación, incluidas unas eventuales deficiencias de un generador 3) y muy fácil de implementar. Además, y como se verá más adelante, es modulable en función de los niveles de precisión deseados (según la aplicación buscada).

Experimentalmente, se observa una reducción del error por un factor entre dos y cinco.

Para ello, como se ha descrito anteriormente, el cálculo de fuente única extrae los seis grados de libertad para la localización en posición y en postura de los nueve coeficientes de una matriz resultante de la demodulación de las señales recibidas por las tres bobinas del sensor con respecto a las tres bobinas del generador 3. Ahora bien, entre los grados de libertad redundantes (tres), hay dos invariantes matemáticas, es decir unas magnitudes que tienen teóricamente unos valores constantes. La estimación de estas invariantes con los datos medidos permite probar la integridad de la medición (comparando con los valores teóricos que deberían haber presentado en un modelo perfecto) y proporcionar así una estimación del error.

Se denomina en la presente memoria Mij la amplitud del campo magnético procedente de la bobina j de un generador 3 y medido por la bobina i del sensor 2, con i j = 1,2,3 para los ejes x, y, z de los dos sistemas de referencia. Se observa que se tienen n matrices Mk, asociada cada una a uno de los n generadores 3.

Si se supone que cada generador 3 comprende tres bobinas perfectamente ortogonales que emiten un campo magnético perfectamente dipolar y que el sensor triaxial también es perfecto, cada matriz M tiene la forma (véase por ejemplo el documento US4737794):

En este caso, A indica la matriz ortogonal para la postura del sensor con respecto al sistema de referencia de la fuente. El parámetro k es el momento dipolar multiplicado por ¡j /4tt y r - ^ x 2 y 2 z2 y la distancia entre la fuente y el sensor, encontrándose este último en (x, y, z) en el sistema de referencia de la fuente.

Una descomposición en valor singular de la matriz M da

en la que P, Q son unas matrices ortogonales, mientras que los valores singulares valen si = 2k/r3 y S2 = S3 = k/r3 Las proporciones S1/S2 = 2 y S1/S3 = 2 tienen por lo tanto unos valores predefinidos y son dichas invariantes matemáticas inherentes al modelo dipolar para el campo magnético. Se comprenderá que el experto en la materia podrá encontrar otros valores de invariantes matemáticas, por ejemplo S2/S1 = 0,5 y S2/S3 = 1, si - 2s2 = 0 y si - 2s3 = 0, etc. Generalmente, se podrá adoptar cualquier invariante matemática obtenida a partir de los valores singulares de la matriz de los datos medidos de campo magnético.

Una desviación de las invariantes con respecto a sus valores teóricos indica que el modelo no es válido, lo cual se puede deber a una perturbación del campo magnético (o cualquier otro problema relacionado con el generador 3). Para cuantificar la desviación, se puede por ejemplo, si se anota

~ 6 S t f , t f l s i t f l

>L1 >l 2 >l 2

los valores estimados y teóricos de la primera y de la segunda invariantes, introducir la función:

en el presente ejemplo preferido; o unas funciones similares, que permiten estimar las desviaciones de las invariantes matemáticas S1/S2 y S1/S3. Más precisamente, se podrá elegir cualquier función tal que en el caso perfecto (es decir,

y si no, f(M) > 0, con f aumentando cuando aumenta la diferencia entre los valores estimados de las invariantes (a partir de los datos medidos) y sus valores teóricos (en este caso 2).

Por ejemplo, se podrá adoptar alternativamente la función f{M) = \c [h - c^st \ \c2h — c fs t| .

La función f(m) o cualquier función similar es un ejemplo preferido de parámetro representativo de un error de posición/postura.

La función f(M) permite incluso una estimación del error Ax en posición y el error A0 en postura:

Ax « Ct r / ( M ) ;

A(p » C2 f (A i) .

Los coeficientes C1 y C2 pueden ser determinados en simulación o en experimento y adaptados al nivel de confianza deseado.

Así, la etapa (b) comprende ventajosamente el cálculo de { / ( M k) } fegj1.nj, o incluso el de {AArfe} fcej1;n]] y/o {A<pk}keli-,nJ

En una situación realista, los campos magnéticos no corresponden a los dipolos perfectos. Por el contrario, las desviaciones del campo dipolar se pueden modelizar y corregir en calibración y se calculará el criterio de integridad para una matriz M corregida. En este caso, la función f(M) cuantifica asimismo la desviación del modelo y permite por lo tanto una estimación del error.

Se observará que por razones físicas, los procedimientos de fuente única permiten una localización únicamente con una ambigüedad en el semiespacio, ya que el campo magnético no permite distinguir las posiciones (x, y z) y (-x,-y,-z) (en el sistema de referencia común), esta limitación es físicamente inevitable para los campos dipolares.

El presente sistema de varias fuentes no adolece de esta ambigüedad, ya que el semiespacio incorrecto para uno o varios generadores 3 conduciría a una incompatibilidad de las localizaciones de fuente única con unas diferencias del orden del metro, mientras que para los semiespacios correctos, la compatibilidad se verifica normalmente en el orden submilimétrico o, en el caso de perturbaciones (locales), en un orden por lo menos centimétrico.

Selección y fusión de múltiples fuentes

Se utiliza en la presente memoria la estimación de fuente única del error para preseleccionar las fuentes que se tendrán en cuenta en el cálculo de fuentes múltiples.

En una etapa (c), se selecciona un subconjunto del conjunto de los generadores 3 en función de dichos parámetros estimados para cada uno de los generadores 3. La idea es separar, llegado el caso, las eventuales fuentes cuya integridad está comprometida.

Una vez que los resultados para la localización del sensor con respecto a todos los generadores 3 seleccionados están disponibles en un sistema de referencia común, se fusionarán en un resultado final que puede incluir una estimación del error. La etapa (d) comprende así la estimación de la posición del objeto 1 por fusión de las posiciones determinadas del sensor 2 para cada generador 3 seleccionado en dicho subconjunto. Más precisamente, se determina una posición unificada del sensor 2, y se deduce de ella la posición del objeto 1 (por un simple offset). Se debe comprender bien que por fusión se entiende la combinación de varias mediciones de posición "completas" calculadas con respecto a los generadores 3, en particular triaxiales. Esta disposición no debe ser confundida con la combinación de mediciones magnéticas con respecto a varios generadores magnéticos de un único eje para calcular una sola posición como se encuentra en el estado de la técnica (esto no constituye una fusión de varias posiciones, sino la simple reconstitución de una única posición).

Dicho subconjunto del conjunto de los generadores 3 seleccionado en la etapa (c) comprende preferentemente cada generador 3 para el cual dicho parámetro estimado es inferior a por lo menos un umbral de referencia, denominado "diana de precisión", por ejemplo 1 mm en posición y/o 1° en postura.

Puede ser deseable que dicho subconjunto contenga por lo menos un número mínimo predeterminado N de generadores 3, por ejemplo N = 2 (en particular si n = 3) o N = 3 (en particular si n > 3).

Si es el caso de dicho subconjunto seleccionado, entonces todo es correcto y se puede pasar a la etapa (d). En el ejemplo de la figura 2, los resultados para la posición de las fuentes 1 a 3 son compatibles con respecto a un umbral de referencia de 1 mm. La fuente 4 no es compatible, posiblemente a causa de una perturbación de su campo por un objeto metálico entre el sensor y esta fuente. Esta perturbación, que infligiría un error de algunos milímetros en una localización solamente con la fuente 4, no tiene ningún impacto en la medición de múltiples fuentes.

Si no es el caso (dicho subconjunto contiene menos del número mínimo predeterminado N de generadores 3), es deseable añadir más incluso si otros generadores 3 están asociados a una precisión menor.

Así, si dicho subconjunto comprende menos de un número mínimo predeterminado de generadores 3, dicho subconjunto del conjunto de los generadores 3 seleccionado en la etapa (c) comprende además por lo menos un (incluso cada) generador 3 para el cual dicho parámetro estimado es inferior a por lo menos un umbral degradado superior al umbral de referencia, denominado "diana degradada", por ejemplo 1,5 mm en posición y/o 1,5° en postura.

Puede haber varios umbrales degradados, y se pueden considerar sucesivamente estos umbrales (desde el más bajo hasta el más elevado) hasta que se alcance dicho número mínimo predeterminado N de generadores

En otras palabras, dicho subconjunto del conjunto de los generadores 3 seleccionado en la etapa (c) comprende cada generador 3 para el cual dicho parámetro estimado es inferior al umbral más bajo de entre una pluralidad de umbrales predeterminados tal que dicho subconjunto comprenda por lo menos un número mínimo predeterminado de generadores 3.

Se comprenderá que otros modos de cálculo podrán ser tenidos en cuenta por el experto en la materia, por ejemplo clasificando los generadores 3 según el valor del error de posición asociado, y tomando por ejemplo los N con el error más bajo.

En lo que respecta a la fusión de la etapa (d), una forma sencilla de proceder es tomar la posición media de las posiciones determinadas (y llegado el caso tomar la postura media de las posturas determinadas) del sensor 2 para cada generador 3 seleccionado en dicho subconjunto.

Esto puede ser válido únicamente si el subconjunto comprende solamente unos generadores 3 para los cuales el error de posición está por debajo del umbral de referencia.

Si por el contrario, dicho subconjunto del conjunto de los generadores 3 seleccionado en la etapa (c) comprende por lo menos un generador 3 para el cual dicho parámetro estimado es superior a dicho umbral de referencia (es decir, inferior a un umbral degradado), se puede determinar el valor fusionado, será la media del subconjunto compatible más grande (es decir, o en caso de igualdad entre dos o varios subconjuntos, la media del subconjunto con una covarianza mínima.

Se comprenderá que otros modos de cálculo podrán ser tenidos en cuenta por el experto en la materia, ponderando por ejemplo las posiciones determinadas en el cálculo de la posición unificada según si el generador 3 asociado presenta un error de posición por encima o por debajo del umbral de referencia. Se puede incluso considerar por ejemplo, ponderar las posiciones determinadas con la inversa del error.

De manera particularmente preferida, el algoritmo sigue así los puntos siguientes para cada muestra de medición:

1. Elección de un umbral de referencia, por ejemplo 1 mm/1°.

2. Preselección de los generadores 3. Solo se aceptarán posteriormente los generadores para los cuales la estimación del error es compatible con el umbral de referencia. Si el número de generadores 3 preseleccionados es inferior al número mínimo predeterminado (por ejemplo tres), el algoritmo vuelve al punto 1 con un umbral degradado, por ejemplo 1,5 mm/1,5°.

3. Prueba de si los resultados de los generadores 3 preseleccionados son compatibles con respecto al umbral predeterminado.

a. En caso afirmativo, el resultado será la media de las posiciones asociadas a los generadores 3 preseleccionados con la estimación del error dado por el umbral de referencia.

b. Si no, probar si un subconjunto de los generadores 3 preseleccionados de un número N igual o inferior al número predefinido N (por ejemplo N = 2) es compatible con respecto al umbral de referencia.

i. En caso afirmativo, el resultado será la media de las posiciones asociadas a los generadores 3 del subconjunto compatible más grande o, en caso de igualdad entre dos o varios subconjuntos, la media de las posiciones asociadas a los generadores 3 del subconjunto con una covarianza mínima. El error estimado será la diana de precisión.

ii. Si no, el algoritmo volverá al punto 1 con un umbral degradado.

El algoritmo es modificable con respecto al nivel de confianza (que entra en las pruebas de compatibilidad), el número mínimo predeterminado N y los umbrales.

Si el algoritmo no encuentra ninguna localización compatible con el peor de los umbrales (degradados), se podrá proporcionar solamente un umbral inferior del error. Adaptando los umbrales a la escala de los errores esperados 0 tolerados, se puede evitar este caso o no presenta ningún defecto. Si, por ejemplo, una precisión mejor que 1 mm es la única limitación para el funcionamiento de una aplicación, basta con probar la diana de 1 mm y, si no se puede alcanzar a causa de una perturbación, rechazar la medición.

Equipos y sistema

Según un segundo aspecto, la invención se refiere en particular a un sistema para la implementación de uno u otro de los modos de realización del procedimiento.

Como se ha explicado anteriormente, el sistema comprende un sensor magnético triaxial 2 y un conjunto de por lo menos tres generadores magnéticos triaxiales 3 estáticos en un sistema de referencia común, para la localización de un objeto 1 solidario con el sensor 2 y que se mueve en el campo magnético generado por dichos generadores 3.

El sistema comprende, de manera eventualmente remota, los medios de procesamiento de datos 21 configurados para la implementación de las etapas del procedimiento, y llegado el caso, unos medios de almacenamiento de datos 22 y/o unos medios de comunicación para la exportación de los resultados.

Los medios de procesamiento de datos 21 del sistema están configurados para implementar:

- un módulo de determinación, para cada generador 3, de una posición de dicho sensor 2 en dicho sistema de referencia común en función de mediciones de campo magnético adquiridas por el sensor 2 y asociadas a dicho generador 3;

- un módulo de cálculo, para cada generador 3, de un parámetro representativo de un error en dicha posición determinada del sensor 2 para el generador 3;

- un módulo de selección de un subconjunto del conjunto de los generadores 3 en función de dichos parámetros estimados para cada uno de los generadores 3;

- un módulo de estimación de la posición del objeto 1 por fusión de las posiciones determinadas del sensor 2 para cada generador 3 seleccionado en dicho subconjunto.

Producto de programa de ordenador

Según un tercer y un cuarto aspectos, la invención se refiere a un producto de programa de ordenador que comprende unas instrucciones de código para la ejecución (en los medios de procesamiento 21) de un procedimiento de localización de un objeto 1 solidario con un sensor magnético triaxial 2, que se mueve en un campo magnético generado por un conjunto de por lo menos tres generadores magnéticos triaxiales 3 estáticos en un sistema de referencia común según el primer aspecto de la invención, así como a unos medios de almacenamiento legibles por un equipo informático (por ejemplo unos medios de almacenamiento de datos 22) en el que se encuentra este producto de programa de ordenador.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de localización de un objeto (1) solidario con un sensor magnético triaxial (2), que se mueve en un campo magnético generado por un conjunto de por lo menos tres generadores magnéticos triaxiales (3) estáticos en un sistema de referencia común, comprendiendo el procedimiento la etapa siguiente:

(a) para cada generador (3) determinar, en función de unas mediciones de campo magnético adquiridas por el sensor (2) y asociadas a dicho generador (3), una posición de dicho sensor (2) en dicho sistema de referencia común;

estando el procedimiento caracterizado por que comprende las etapas siguientes:

(b) calcular para cada generador (3) un parámetro representativo de un error en dicha posición determinada del sensor (2) para el generador (3);

(c) seleccionar un subconjunto del conjunto de los generadores (3) en función de dichos parámetros estimados para cada uno de los generadores (3), comprendiendo dicho subconjunto del conjunto de los generadores (3) seleccionado cada generador (3) para el cual dicho parámetro estimado es inferior a por lo menos un umbral de referencia;

(d) estimar la posición del objeto (1) por fusión de las posiciones determinadas del sensor (2) para cada generador (3) seleccionado en dicho subconjunto.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el sensor (2) y los generadores (3) están constituidos cada uno por tres bobinas organizadas triaxialmente.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 y 2, en el que la etapa (b) comprende para cada generador (3) la estimación de los valores de dos invariantes matemáticas en función de las mediciones de campo magnético adquiridas por el sensor (2) y asociadas a dicho generador (3).

4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que se calcula dicho parámetro representativo de un error en dicha posición determinada del sensor (2) para cada generador (3) en la etapa (b) en función de los valores estimados de dichas dos invariantes matemáticas para dicho generador (3) y de valores teóricos de dichas dos invariantes matemáticas.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicho parámetro representativo de un error en dicha posición determinada del sensor (2) es una estimación de dicho error en dicha posición determinada del sensor (2).

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que, si dicho subconjunto comprende menos de un número mínimo predeterminado de generadores (3), dicho subconjunto del conjunto de los generadores (3) seleccionado en la etapa (c) comprende además cada generador (3) para el cual dicho parámetro estimado es inferior a por lo menos un umbral degradado superior al umbral de referencia.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la posición obtenida por fusión es la posición media de las posiciones determinadas del sensor (2) para cada generador (3) seleccionado en dicho subconjunto.

8. Procedimiento según las reivindicaciones 6 y 7 en combinación, en el que, si dicho subconjunto del conjunto de los generadores (3) seleccionado en la etapa (c) comprende por lo menos un generador (3) para el cual dicho parámetro estimado es superior a dicho umbral de referencia, la posición obtenida por fusión es la posición media de las posiciones determinadas del sensor (2) para cada generador (3) del mayor subconjunto de dicho subconjunto de los generadores (3) para los cuales dicho parámetro estimado permanece inferior a dicho umbral de referencia.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que se tiene en cuenta la postura además de la posición en las etapas (a) a (d).

10. Sistema que comprende un sensor magnético triaxial (2), un conjunto de por lo menos tres generadores magnéticos triaxiales (3) estáticos en un sistema de referencia común, para la localización de un objeto (1) solidario con el sensor (2) y que se mueve en el campo magnético generado por dichos generadores (3), comprendiendo el sistema unos medios de procesamiento de datos (21) configurados para implementar:

- un módulo de determinación, para cada generador (3), de una posición de dicho sensor (2) en dicho sistema de referencia común en función de unas mediciones de campo magnético adquiridas por el sensor (2) y asociadas a dicho generador (3);

caracterizado por que el sistema comprende unos medios de procesamiento de datos (21) configurados para implementar:

- un módulo de cálculo, para cada generador (3), de un parámetro representativo de un error en dicha posición determinada del sensor (2) para el generador (3);

- un módulo de selección de un subconjunto del conjunto de los generadores (3) en función de dichos parámetros estimados para cada uno de los generadores (3);

- un módulo de estimación de la posición del objeto (1) por fusión de las posiciones determinadas del sensor (2) para cada generador (3) seleccionado en dicho subconjunto.

11. Producto de programa de ordenador que comprende unas instrucciones de código para la ejecución de un procedimiento de localización de un objeto (1) solidario con un sensor magnético triaxial (2), que se mueve en un campo magnético generado por un conjunto de por lo menos tres generadores magnéticos triaxiales (3) estáticos en un sistema de referencia común, según una de las reivindicaciones 1 a 9, cuando dicho programa es ejecutado en un ordenador.

12. Medio de almacenamiento legible por un equipo informático en el que un producto de programa de ordenador comprende unas instrucciones de código para la ejecución de un procedimiento de localización de un objeto (1) solidario con un sensor magnético triaxial (2), que se mueve en un campo magnético generado por un conjunto de por lo menos tres generadores magnéticos triaxiales (3) estáticos en un sistema de referencia común, según una de las reivindicaciones 1 a 9.