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Präzise Magnetnavigation

Die Nutzung von Magnetfeldern für die Realisierung von Navigations- und Trackingsystemen rückt immer weiter in den Fokus der Forschung. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Frage, inwiefern ein 2-dimensionales Trackingsystem, unter Verwendung eines einzelnen Hall-Effect-Sensors, realisierbar ist und welche nutzbaren Daten ein solcher Sensor für ein Trackingsystem bereitstellen kann. Es wurden viele verschiedene Experimente durchgeführt, um Informationen zu Magnetfeldern und den Bezug zum Sensor zu erhalten. Dabei wurde eine Abhängigkeit der Magnetfeldstärke von der Distanz zwischen Magnet und Sensor festgestellt. Außerdem konnte, je nach Aufbau der Magnete, entweder eine Punktsymmetrie oder keine Symmetrie in den Sensorwerten ermittelt werden. Zusätzlich konnte eine Ähnlichkeit der Sensorwerte beider Achsen, bei einer Rotation um den Mittelpunkt des Sensors, mit der Sinus- bzw. Cosinus-Funktion festgestellt werden. Der Prototyp des Trackingsystems, realisiert durch eine magnetische Karte, zeigt die Machbarkeit, aber auch die Grenzen eines solchen Systems auf. Diese beziehen sich auf die räumliche Einschränkung des Aktionsbereiches der Karte und die nicht vorhandene Rotationsbestimmung des Sensors. Das Konzept der magnetischen Karte bietet vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten in Bereichen, in denen ein Tracking in einem kleinen räumlichen Maßstab gefordert wird.

The use of magnetic fields for the implementation of navigation and tracking systems is increasingly becoming a focus of research. This thesis examines the extent to which a two-dimensional tracking system can be implemented using a single Hall-effect sensor, and what useful data such a sensor can provide for a tracking system. Many different experiments were conducted to gather information about magnetic fields and their relationship to the sensor. These experiments revealed that the magnetic field strength depends on the distance between the magnet and the sensor. Furthermore, depending on the configuration of the magnets, either point symmetry or no symmetry was observed in the sensor readings. In addition, it was found that the sensor readings from both axes, when rotated around the center of the sensor, exhibit a similarity to the sine and cosine functions, respectively. The prototype of the tracking system, implemented using a magnetic map, demonstrates both the feasibility and the limitations of such a system. These limitations relate to the spatial constraints of the map’s operational range and the inability to determine the sensor’s rotation. The concept of the magnetic map offers promising application possibilities in areas where tracking on a small spatial scale is required.

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