CN106526538A - 一种定位基站、定位系统及定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定位基站、定位系统及定位方法，该定位基站包括旋转激光平面发射单元、超声波发射装置及同步装置；所述旋转激光平面发射单元，用于绕着旋转轴旋转发射呈设定角度出射的两个激光平面信号；所述超声波发射装置，用于发射超声波信号；所述同步装置，用于发送同步信号；其中，所述两个激光平面信号包括第一激光平面信号和第二激光平面信号，所述第一激光平面信号形成的平面与所述第二激光平面信号形成的平面之间呈90度夹角；所述第一激光平面信号形成的平面以及所述第二激光平面信号形成的平面均与所述旋转轴呈45度夹角。本发明简化了定位基站的结构，易于小型化，降低了生产制作成本，且定位精确。

Description

一种定位基站、定位系统及定位方法

技术领域

本发明涉及定位技术领域，尤其涉及一种定位基站、定位系统及定位方法。

背景技术

随着定位设备和网络技术的发展，位置服务在人们的生活中越来越重要。目前的定位根据定位区域的不同可以分为室外定位以及室内定位。其中，室外定位主要通过卫星定位系统实现，目前的室外定位技术能够很好地满足室外定位的需求。然而，在室内进行定位时，由于受定位时间、定位精度以及室内复杂环境等条件的限制，室外定位技术应用于室内定位时无法满足用户的需求。

为了满足室内定位，现有方案例如通过室内全球定位系统、红外线、蓝牙等技术进行定位感知。然而，现有室内定位方案的成本较高，设备配置复杂且定位精度有待提高。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种定位基站、定位系统及定位方法，简化了定位基站的结构，易于小型化，降低了制作成本，且定位精度较高。

第一方面，本发明实施例提供了一种定位基站，包括：

旋转激光平面发射单元、超声波发射装置以及同步装置；

所述旋转激光平面发射单元，用于绕着旋转轴旋转发射呈设定角度出射的两个激光平面信号；

所述超声波发射装置，用于发射超声波信号；

所述同步装置，用于发送同步信号；

其中，所述两个激光平面信号包括第一激光平面信号和第二激光平面信号，所述第一激光平面信号形成的平面与所述第二激光平面信号形成的平面之间呈90度夹角；所述第一激光平面信号形成的平面以及所述第二激光平面信号形成的平面均与所述旋转轴呈45度夹角。

第二方面，本发明实施例提供了一种定位系统，包括本发明实施例提供的定位基站，还包括空间待定位装置和计算装置，

所述空间待定位装置，用于接收所述定位基站中同步装置发送的同步信号、所述定位基站中发射的呈设定角度的两个激光平面信号，以及所述超声波发射装置发射的超声波信号，并分别记录接收到所述同步信号的第一基准时刻、接收到所述两个激光平面信号的第一时刻和第二时刻，以及接收到所述超声波信号的第三时刻；

计算装置，用于根据所述第一基准时刻，所述第一时刻、所述第二时刻以及所述定位基站中旋转激光平面发射单元的转速，确定目标激光平面从所述第一基准时刻分别到所述第一时刻和所述第二时刻旋转的第一旋转角度和第二旋转角度；

其中，目标激光平面为所述两个激光平面信号中最先扫描到所述空间待定位装置的激光平面信号形成的平面；

根据所述同步信号的第二基准时刻和所述空间待定位装置接收到超声波信号的第三时刻，确定所述空间待定位装置与所述定位基站之间距离；

根据所述第一旋转角度、所述第二旋转角度以及所述空间待定位装置与所述定位基站之间的距离确定所述空间待定位装置的位置。

第三方面，本发明实施例提供了一种定位方法，包括：

接收定位基站中同步装置发送的同步信号、所述定位基站中发射的呈设定角度的两个激光平面信号，以及超声波发射装置发射的超声波信号，并分别记录接收到所述同步信号的第一基准时刻、接收到所述两个激光平面信号的第一时刻和第二时刻，以及接收到所述超声波信号的第三时刻；

根据所述第一基准时刻，所述第一时刻、所述第二时刻以及所述定位基站中旋转激光平面发射单元的转速，确定目标激光平面从所述第一基准时刻分别到所述第一时刻和所述第二时刻旋转的第一旋转角度和第二旋转角度；其中，目标激光平面为所述两个激光平面信号中最先扫描到空间待定位装置的激光平面信号形成的平面；所述两个激光平面信号包括第一激光平面信号以及第二激光平面信号，所述第一激光平面信号形成的平面与所述第二激光平面信号形成的平面之间呈90度夹角；所述第一激光平面信号形成的平面以及所述第二激光平面信号形成的平面均与所述旋转轴呈45度夹角；

根据所述同步信号的第二基准时刻和所述空间待定位装置接收到超声波信号的第三时刻，确定所述空间待定位装置与所述定位基站之间距离；

根据所述第一旋转角度、所述第二旋转角度以及所述空间待定位装置与所述定位基站之间的距离确定所述空间待定位装置的位置。

本发明实施例提供的技术方案，在定位基站中通过采用发射栅能够将激光源发射的线激光信号转换成呈设定角度的两个激光平面信号，以使两个激光平面信号对空间待定位装置进行扫描，以进行定位，简化了定位基站的结构，使定位基站易于小型化，降低了制作成本，且定位精度较高。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明实施例提供的一种定位基站结构示意图；

图2是本发明实施例提供的又一种定位基站结构示意图；

图3a是本发明实施例提供的一种波浪镜片的正视图；

图3b是本发明实施例提供的又一种波浪镜片的正视图；

图3c是本发明实施例提供的又一种波浪镜片的正视图；

图4是本发明实施例提供的一种定位系统的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种定位方法的流程图；

图6a是本发明实施例提供的一种定位方法的原理图；

图6b是本发明实施例提供的又一种定位方法的原理图；

图6c是本发明实施例提供的又一种定位方法的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

图1是本发明实施例提供的一种定位基站的结构示意图，如图1所示，所述定位基站1包括：旋转激光平面发射单元、超声波发射装置40以及同步装置50。其中，旋转激光平面发射单元，用于绕着旋转轴60旋转发射呈设定角度出射的两个激光平面信号。

可选的，旋转激光平面发射单元包括激光源10、发射栅20、驱动装置30。其中，激光源10，用于发射线激光信号。发射栅20，用于将激光源10发射的线激光信号转换成呈设定角度出射的两个激光平面信号，并且设定角度可以是任意角度(任意角度不包括激光平面垂直于旋转轴的情况)，可根据需要进行确定，且可根据需要确定发射栅20的结构。驱动装置30，用于驱动从发射栅20出射的两个激光平面信号围绕旋转轴60进行旋转，以使两个激光平面信号分别对空间待定位装置进行空间扫描。超声波发射装置40，用于发送超声波信号；同步装置50，用于发送同步信号，同步信号携带两个激光平面信号的第一基准时刻的信息以及超声波信号发送的第二基准时刻的信息。

可选的，超声波发射装置40设置于旋转轴60的延长线上，并且超声波发射装置40还可以设置在其他位置。可选的，驱动装置30为电机，旋转轴为电机的转轴，并且驱动装置30还可以是其他驱动从发射栅出射的激光平面信号旋转的装置。发射栅20设置于电机的转盘圆周上，围绕电机的转轴进行旋转。激光源10可以设置在电机的转轴上，或者也可以设置在电机的转盘上，当激光源10设置在电机转盘上时，激光源10和发射栅20的相对位置不变；并且激光源10还可以设置在其他位置，只要使激光源10发射的线激光信号能正对发射栅表面即可。

所述定位基站1还包括控制装置(图1中未示出)，用于控制旋转激光平面发射单元的转速、控制旋转激光平面发射单元发射两个激光平面信号，以及控制同步装置发送同步信号的第一基准时刻。

需要说明的是，本发明实施例中图1中示例性将旋转轴的转动方向示意为逆时针方向，但旋转轴的转动方向还可以是顺时针方向。并且本发明实施例中示例性将超声波发射装置设置于图1中所示的位置，但仅仅是一种示例，在本发明的其他实施例中，超声波发射装置可设置于两个激光平面信号形成平面的交线与旋转轴的交点，或者还可以是其他位置。

图2是本发明实施例提供的又一种定位基站的结构示意图，在上述实施例的基础上，定位基站1包括旋转激光平面发射单元、超声波发射装置40以及同步装置50。可选的，旋转激光平面发射单元包括激光源10、发射栅20、驱动装置30、以及发射镜70，其中，发射镜70用于改变激光源10发射的线激光信号的方向，并将改变方向的线激光信号导向发射栅20。

本实施例中，可选的，发射镜70用于将激光源10发射的线激光信号进行反射，以使反射的线激光信号入射到发射栅20上。其中，发射镜的数量可以是一个，也可以是多个，并且发射镜的数量并不作限制。当驱动装置30为电机时，发射镜设置在电机的转轴上，随电机转轴的旋转而转动。发射栅设置在电机的转盘上，并与发射镜的相对位置不变。

所述定位基站1还包括控制装置(图2中未示出)，用于控制旋转激光平面发射单元的转速、控制旋转激光平面发射单元发射两个激光平面信号，以及控制同步装置发送同步信号的第一基准时刻。其中，可选的，控制装置用于控制电机的转速、控制旋转激光平面发射单元发射两个激光平面信号，以及控制同步装置发送同步信号的第一基准时刻。

进一步，可选的，发射栅为光学结构，包括第一部分和第二部分；第一部分，用于将激光源发射的线激光信号转换成第一激光平面信号；第二部分，用于将激光源发射的线激光信号转换成第二激光平面信号；其中，第一激光平面信号与第二激光平面信号呈设定角度。可选的，光学结构为波浪镜片。波浪镜片包括第一部分和第二部分；第一部分包括多数个第一波浪线，多数个第一波浪线平行设置，第一部分用于将激光源发射的线激光信号转换成第一激光平面信号；第二部分包括多数个第二波浪线，多数个第二波浪线平行设置，第二部分用于将激光源发射的线激光信号转换成第二激光平面信号；其中，第一波浪线的方向与第二波浪线的方向不同。其中，对于第一波浪线和第二波浪线的长度并不作限定，可根据需要进行设定。图3是本发明实施例提供的一种波浪镜片的正视图；如图3所示，可选的，波浪镜片20中第一波浪线201与旋转轴所在的方向垂直；波浪镜片20中第二波浪线202与旋转轴所在的方向呈45度夹角。其中，图3中竖直方向为旋转轴所在的方向，旋转轴的方向与图3a中虚线所在的方向平行。

其中，当第一波浪线与旋转轴所在的方向垂直时，波浪镜的第一部分转换的第一激光平面信号形成的平面与旋转轴平行。当第二波浪线与旋转轴所在的方向呈45度夹角时，波浪镜的第二部分转换的第二激光平面信号形成的平面与旋转轴呈45度夹角。

具体的，第一部分能够将入射到第一部分上的线激光信号展开，形成第一激光平面信号，并且第一激光平面信号形成平面与第一波浪线垂直。第二部分能够将入射到第二部分上的线激光信号展开，形成第二激光平面信号，并且第二激光平面信号形成的平面与第二波浪线垂直。

图3b是本发明实施例提供的又一种波浪镜片的正视图，如图3b所示，第一波浪线201与第二波浪线202之间呈90度夹角，且第一波浪线201和第二波浪线202与旋转轴的夹角均为45度。图3b中竖直方向与旋转轴所在的方向，旋转轴的方向与图3b中虚线所在的方向平行。

其中，当第一波浪线和第二波浪线之间呈90度夹角，且第一波浪线和第二波浪线与旋转轴的夹角均为45度时，第一激光平面信号形成的平面与第二激光平面信号形成的平面之间呈90度夹角，且第一激光平面信号形成的平面以及第二激光平面信号形成的平面均与旋转轴呈45度夹角。第一波浪线与第一激光平面信号形成的平面垂直，第二波浪线与第二激光平面信号形成的平面垂直。

图3c是本发明实施例提供的又一种波浪镜片的正视图；如图3c所示，波浪镜片20中第一波浪线201与旋转轴所在的方向呈第一预设角度；第二波浪线202与旋转轴所在的方向呈第二预设角度。图3c中竖直方向为旋转轴所在的方向，旋转轴的方向与图3c中虚线所在的方向平行。

当波浪镜片中的第一波浪线与旋转轴所在的方向呈第一预设角度；第二波浪线与旋转轴所在的方向呈第二预设角度时，第一激光平面信号形成的平面与旋转轴呈第三预设角度，第二激光平面信号形成的平面与旋转轴呈第四预设角度，其中，第一预设角度与第三预设角度之和为90度，第二预设角度与第四预设角度之和为90度。其中，对第一预设角度以及第二预设角度并不作限制，可根据需要进行设定。第一预设角度以及第二预设角度不能为90度。

需要说明的是，本发明实施例示例性采用了图3a-3c所示波浪镜的结构进行了说明，但是在本发明其他实施例中，波浪镜的结构还可以是其他形式，能够实现将线激光信号转换成呈设定角度的两个激光平面信号的目的即可。波浪镜为左右结构，也可以为上下结构，上面部分的波浪线和旋转轴呈一个角度，下面部分的波浪线和旋转轴呈一个角度，角度都不能为0度。

需要说明的是，光学结构还可以是其他结构，对光学结构并不作限定，能够将线激光信号转换成呈预设角度出射的两个激光平面信号即可，例如光学结构还可以是凸透镜等结构。

通过采用上述的发射栅，能够将线激光信号转换成呈设定角度的两个激光平面信号，以使两个激光平面信号空间待定位装置对空间进行扫描，对空间内的空间待定位装置进行定位。

图4是本发明实施例提供的一种定位系统结构示意图，其中，所述定位系统3包括定位基站1、空间待定位装置2和计算装置4。

所述空间待定位装置2，用于接收定位基站1中同步装置发送的同步信号、所述定位基站1中发射的呈设定角度的两个激光平面信号以及所述超声波发射装置发射的超声波信号，并分别记录接收到所述同步信号的第一基准时刻、接收到两个激光平面信号的第一时刻和第二时刻，以及接收到所述超声波信号的第三时刻；；

计算装置4，基于所述第一基准时刻，所述第一时刻、所述第二时刻以及定位基站1中旋转激光平面发射单元的转速确定目标激光平面从第一基准时刻分别到第一时刻和第二时刻旋转的第一旋转角度和第二旋转角度；其中，目标激光平面为两个激光平面信号中最先扫描到空间待定位装置的激光平面信号形成的平面；

根据同步信号的第二基准时刻以及第三时刻确定空间待定位装置与定位基站之间距离；

根据第一旋转角度、第二旋转角度以及空间待定位装置2与定位基站1之间的距离确定空间待定位装置2的位置。

具体的，当两个激光平面信号包括第一激光平面信号和第二激光平面信号，第一激光平面信号形成的平面与第二激光平面信号形成的平面之间呈90度夹角，且第一激光平面信号形成的平面以及第二激光平面信号形成的平面均与旋转轴呈45度夹角时，计算装置基于如下的公式确定所述空间待定位装置的位置：

其中，x为所述空间待定位装置在X轴方向的坐标，y为所述空间待定位装置在Y轴方向的坐标，z为所述空间待定位装置在Z轴方向的坐标；l为所述空间待定位装置与所述定位基站之间距离；θ＝θ₂-θ₁，θ₁为所述第一旋转角度；θ₂为所述第二旋转角度。

在本实施例中，可选的，空间待定位装置包括同步信号接收装置，光电感应电路、超声波接收装置，其中，同步信号接收装置用于接收同步信号；光电感应电路，用于接收两个激光平面信号，并分别记录接收到两个激光平面信号的第一时刻和第二时刻，超声波接收装置，用于接收超声波信号，并记录超声波信号接收到的第三时刻。

计算装置4可以和空间待定位装置2连接在一起，直接根据从空间待定位装置2得到的第一基准时刻、第二基准时刻、第一时刻、第二时刻以及预定的定位基站中驱动装置的转速来计算空间待定位装置2的空间位置；计算装置4也可以和空间待定位装置2分置，空间待定位装置2通过有线或者无线的方式将上述信息传送给计算装置，来计算得到空间待定位装置2的空间位置。

对于采用上述定位系统进行定位的方法，在下述的定位方法中进行详细的说明。通过采用上述的定位系统，简化了结构，并且降低了制备成本和控制难度，且定位精确。

图5是本发明实施例提供的一种定位方法流程图，所述方法用于本发明实施例提供的定位系统，所述方法具体包括：

S510：接收定位基站发送的同步信号、呈设定角度的两个激光平面信号以及超声波信号，并分别记录接收到所述同步信号的第一基准时刻、接收到所述两个激光平面信号的第一时刻和第二时刻，以及接收到所述超声波信号的第三时刻。

在本实施例中，同步信号由定位基站中同步装置发送，超声波信号由定位基站中超声波发射装置发送。同步信号携带两个激光平面信号的第一基准时刻的信息以及超声波信号发送的第二基准时刻的信息，第一时刻和第二时刻分别为两个激光平面信号扫描到空间待定位装置的时间，且第一时刻小于第二时刻。其中，第一基准时刻可以与第二基准时刻相同，也可以不同；第二基准时刻基于第一基准时刻的基础上，设定固定的时间差值进行超声波信号的发送。

S520：根据所述第一基准时刻，所述第一时刻、所述第二时刻以及所述定位基站中旋转激光平面发射单元的转速确定目标激光平面从所述第一基准时刻分别到第一时刻和第二时刻旋转的第一旋转角度和第二旋转角度。

在本实施例中，目标激光平面为所述两个激光平面信号中最先扫描到所述空间待定位装置的激光平面。

S530：根据同步信号的第二基准时刻以及所述空间待定位装置接收到超声波信号的第三时刻确定所述空间待定位装置与所述定位基站之间距离。

在本实施例中，由于发送超声波信号的时间是第二基准时刻，接收超声波信号的时刻是第三时刻，故由第三时刻以及第二基准时刻确定超声波在空间传输的时间，基于超声波在空间传输的时间以及超声波的传输速度即可确定超声波发射装置与空间待定位装置之间的距离，即定位基站与空间待定位装置之间的距离。

S540：基于所述第一旋转角度、所述第二旋转角度、以及所述空间待定位装置与所述定位基站之间的距离确定所述空间待定位装置的位置。

在本实施例中，当第一激光平面信号形成的平面与旋转轴平行，且当第二激光平面信号形成的平面与旋转轴呈45度夹角时，(第一激光平面信号和第二激光平面信号采用图3a所示的波浪镜片形成)，可选的，所述基于所述第一旋转角度、所述第二旋转角度、以及所述空间待定位装置与所述定位基站之间的距离确定所述空间待定位装置的位置，包括：

基于如下的公式确定所述空间待定位装置的位置：

其中，x为空间待定位装置在X轴方向的坐标，y为空间待定位装置在Y轴方向的坐标，z为空间待定位装置在Z轴方向的坐标；l为所述空间待定位装置与所述定位基站之间距离；θ＝θ₂-θ₁，θ₁为第一旋转角度，θ₂为第二旋转角度。

如图6a所示，驱动装置的转轴为Y轴的方向，故旋转轴为Y轴方向，超声波发送装置位于原点的位置。当旋转轴逆时针旋转时，θ₁为第二激光平面信号形成的平面从所述第一基准时刻到第一时刻旋转的角度，且为第二激光平面信号形成的平面从第一基准时刻到扫描到所述空间待定位装置时旋转的角度。θ₂为第二激光平面信号形成的平面从所述第一基准时刻到第二时刻旋转的角度，且为第一激光平面信号形成的平面从第一基准时刻到扫描到所述空间待定位装置时旋转的角度。当旋转轴顺时针旋转时，θ₁为第一激光平面信号形成的平面从所述第一基准时刻到第一时刻旋转的角度，且为第一激光平面信号形成的平面从第一基准时刻到扫描到所述空间待定位装置时旋转的角度；θ₂为第一激光平面信号形成的平面从所述第一基准时刻到第二时刻旋转的角度，且为第二激光平面信号形成的平面从第一基准时刻到扫描到所述空间待定位装置时旋转的角度，其中，第一时刻小于第二时刻。

对于空间待定位装置的位置的计算过程具体如下：以旋转轴逆时针旋转为例，如图6a所示，Y轴为旋转轴所在的方向；A点为空间待定位装置，AOY平面为第一激光平面信号形成的平面，第一激光平面信号形成的平面与旋转轴平行。A′点为空间待定位装置A在第二激光平面信号形成平面上的扫描位置，A′OZ平面为第二激光平面信号形成的平面，第二激光平面信号形成的平面与旋转轴呈45度。θ₁为第二激光平面信号形成的平面从所述第一基准时刻到第一时刻旋转的角度。若第一基准时刻为T₀.第一时刻为T₁，则θ₁＝(T₁-T₀)×w，其中，w为驱动装置的转速。θ₂为第二激光平面信号形成的平面形成的平面从第一基准时刻到第二时刻旋转的角度，若第二时刻为T₂，则θ₂＝(T₂-T₀)×w。

其中，当旋转轴逆时针旋转时，第一时刻为第二激光平面信号形成的平面扫描到空间待定位装置的时间，第二时刻为第一激光平面信号形成的平面扫描到空间待定位装置的时间，也就是说第一时刻为接收到第二激光平面信号的时间，第二时刻为接收到第一激光平面信号的时间。如图6a所示，y′是A′在Y轴上的投影，则在A′y′O三角形中，A′y′²+Oy′²＝A′O²。从A′向YOZ平面做垂线，垂点为T，T′为T在XOZ平面的投影。则在A′TT′三角形中，由于∠TT′A′＝45°，∠A′TT′＝90°，所以三角形A′TT′为等腰直角三角形，所以A′T＝TT′，在三角形A′Ty′中，A点在Y轴的方向的坐标值分别与图6a中的Oy′、TT′相等，A′O＝AO＝l。由此，得出A′y′²+y²＝l²；并计算出y。同理，对于x，z也可以得出，并不再累述。

在本实施例中，当第一激光平面信号形成的平面与第二激光平面信号形成的平面之间呈90度夹角，且第一激光平面信号形成的平面以及第二激光平面信号形成的平面均与旋转轴呈45度夹角时，(第一激光平面信号和第二激光平面信号采用如图4所示的波浪镜片形成)，可选的，所述根据第一旋转角度、所述第二旋转角度、以及所述空间待定位装置与所述定位基站之间的距离确定所述空间待定位装置的位置，包括：

基于如下的公式确定所述空间待定位装置的位置：

其中，x为空间待定位装置在X轴方向的坐标，y为空间待定位装置在Y轴方向的坐标，z为空间待定位装置在Z轴方向的坐标；l为所述空间待定位装置与所述定位基站之间距离；θ＝θ₂-θ₁，θ₁为第一旋转角度，θ₂为第二旋转角度。

如图6b所示，驱动装置的转轴为Y轴的方向，故旋转轴为Y轴方向，超声波发送装置位于原点的位置。当旋转轴顺时针旋转时，θ₁为第一激光平面信号形成的平面从第一基准时刻到第一时刻旋转的角度，且为第一激光平面信号形成的平面从第一基准时刻到扫描到空间待定位装置时旋转的角度；θ₂为第一激光平面信号形成的平面从第一基准时刻到第二时刻旋转的角度，且为第二激光平面信号形成的平面从第一基准时刻到扫描到空间待定位装置时旋转的角度。当旋转轴逆时针旋转时，θ₁为第二激光平面信号形成的平面从第一基准时刻到第一时刻旋转的角度，且为第二激光平面信号形成的平面从第一基准时刻到扫描到空间待定位装置时旋转的角度；θ₂为第二激光平面信号形成的平面从第一基准时刻到第二时刻旋转的角度，且为第一激光平面信号形成的平面从第一基准时刻到扫描到空间待定位装置时旋转的角度。

如图6b所示，针对空间待定位装置的位置的计算方法与图6a中空间待定位装置位置的计算方法相同。Y轴为旋转轴所在的方向，旋转轴沿逆时针方向旋转；A点为空间待定位装置，AOY平面为第一激光平面信号形成的平面，第一激光平面信号形成的平面与旋转轴呈45度。A′点为空间待定位装置A在第二激光平面信号形成平面的扫描位置，A′OZ平面为第二激光平面信号形成的平面，第二激光平面信号形成的平面与旋转轴呈45度。通过对第一激光平面信号形成的平面以及第二激光平面信号的交线作一个辅助的平行于旋转轴的平面，利用第一激光平面信号形成的平面以及第二激光平面信号形成的平面均与旋转轴呈45度夹角，以及几何关系，得到空间待定位装置A的坐标。

在本实施例中，当第一激光平面信号形成的平面与旋转轴呈第三预设角度，第二激光平面信号形成的平面与旋转轴呈第四预设角度时，(第一激光平面信号和第二激光平面信号采用图3c所示的光栅形成)可选的，所述根据所述第一旋转角度和第二旋转角度以及所述空间待定位装置与所述定位基站之间的距离确定空间待定位装置的位置，包括：

基于如下的公式确定所述空间待定位装置的位置：

x＝r cosθ₁

y＝r sinβ₁cotα₁

z＝r sinθ₁

其中，x为空间待定位装置在X轴方向的坐标，y为空间待定位装置在Y轴方向的坐标，z为空间待定位装置在Z轴方向的坐标；l为所述空间待定位装置与所述定位基站之间距离；α₁为第二激光平面信号形成的平面与旋转轴之间的角度，且为第四预设角度；α₂为第一激光平面信号形成的平面与旋转轴之间的角度，且为第三预设角度；θ＝θ₂-θ₁，θ₁为第一旋转角度，θ₂为第二旋转角度。

当转轴顺时针旋转时，θ₁为第一旋转角度，即为第一激光平面信号形成的平面从所述第一基准时刻到第一时刻旋转的角度，且为第一激光平面信号形成的平面从第一基准时刻到扫描到所述空间待定位装置时旋转的角度；θ₂为第二旋转角度，即为第一激光平面信号形成的平面从所述第一基准时刻到第二时刻旋转的角度，且为第二激光平面信号形成的平面从第一基准时刻到扫描到所述空间待定位装置时旋转的角度；

或者，旋转轴逆时针旋转时，θ₁为第二激光平面信号形成的平面从所述第一基准时刻到第一时刻旋转的角度，且为第二激光平面信号形成的平面从第一基准时刻到扫描到所述空间待定位装置时旋转的角度；θ₂为第二激光平面信号形成的平面从所述第一基准时刻到第二时刻旋转的角度，且为第一激光平面信号形成的平面从第一基准时刻到扫描到所述空间待定位装置时旋转的角度。

如图6c所示，以旋转轴逆时针旋转为例，Y轴为旋转轴所在的方向；A点为空间待定位装置，AOY平面为第一激光平面信号形成的平面，第一激光平面信号形成的平面与旋转轴之间的夹角为α₂。A′点为空间待定位装置A在第二激光平面信号形成平面的扫描位置，A′OZ平面为第二激光平面信号形成的平面，第二激光平面信号形成的平面与旋转轴之间的夹角为α₁。θ₁为第二激光平面信号形成的平面从所述第一基准时刻到第一时刻旋转的角度。若第一基准时刻为T₀.第一时刻为T₁，则θ₁＝(T₁-T₀)×w，其中，w为驱动装置的转速。θ₂为第二激光平面信号形成的平面形成的平面从第一基准时刻到第二时刻旋转的角度，若第二时刻为T₂，则θ₂＝(T₂-T₀)×w。

其中，第一时刻为第二激光平面信号形成的平面扫描到空间待定位装置的时间，第二时刻为第一激光平面信号形成的平面扫描到空间待定位装置的时间。如图6c所示，通过对第一激光平面信号形成的平面以及第二激光平面信号的交线作一个辅助的平行于旋转轴的平面，利用第一激光平面信号形成的平面以及第二激光平面信号形成的平面均分别与旋转轴之间的角度，以及几何关系，得到空间待定位装置A的坐标。

需要说明的是，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示装置结构以及定位原理的示意图并非按照一般比例作局部放大，而且所述以试图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。

通过采用具有发射栅的定位系统进行定位，降低了制作成本，简化了控制系统，且定位精度较高。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种定位基站，其特征在于，包括：

旋转激光平面发射单元、超声波发射装置以及同步装置；

所述旋转激光平面发射单元，用于绕着旋转轴旋转发射呈设定角度出射的两个激光平面信号；

所述超声波发射装置，用于发射超声波信号；

所述同步装置，用于发送同步信号；

其中，所述两个激光平面信号包括第一激光平面信号和第二激光平面信号，所述第一激光平面信号形成的平面与所述第二激光平面信号形成的平面之间呈90度夹角；所述第一激光平面信号形成的平面以及所述第二激光平面信号形成的平面均与所述旋转轴呈45度夹角。

2.根据权利要求1所述的定位基站，其特征在于，还包括控制装置，用于控制所述旋转激光平面发射单元的转速、控制所述旋转激光平面发射单元发射两个激光平面信号，以及控制所述同步装置发送同步信号的第一基准时刻。

3.根据权利要求1所述的定位基站，其特征在于，所述旋转激光平面发射单元包括：激光源、发射栅以及驱动装置；

所述激光源，用于发射线激光信号；

所述发射栅，用于将所述激光源发射的线激光信号转换成呈设定角度出射的所述两个激光平面信号；

所述驱动装置，用于驱动从所述发射栅出射的两个激光平面信号围绕所述旋转轴进行旋转，以使所述两个激光平面信号分别对空间进行扫描。

4.根据权利要求3所述的定位基站，其特征在于，所述旋转激光平面发射单元还包括发射镜，

所述发射镜，用于改变所述激光源发射的线激光信号的方向，并将改变方向的线激光信号导向所述发射栅。

5.根据权利要求3或4所述的定位基站，其特征在于，所述发射栅为光学结构，包括第一部分和第二部分；

所述第一部分，用于将所述激光源发射的线激光信号转换成第一激光平面信号；

所述第二部分，用于将所述激光源发射的线激光信号转换成第二激光平面信号。

6.根据权利要求5所述的定位基站，其特征在于，所述光学结构为波浪镜片；所述第一部分包括多数个第一波浪线，所述多数个第一波浪线平行设置；

所述第二部分包括多数个第二波浪线，所述多数个第二波浪线平行设置；

其中，所述第一波浪线与所述第二波浪线之间呈90度夹角，且所述第一波浪线和所述第二波浪线均与所述旋转轴所在的方向呈45度夹角。

7.一种定位系统，其特征在于，包括如权利要求1-6任一所述的定位基站，还包括空间待定位装置和计算装置，

所述空间待定位装置，用于接收所述定位基站中同步装置发送的同步信号、所述定位基站中发射的呈设定角度的两个激光平面信号，以及所述超声波发射装置发射的超声波信号，并分别记录接收到所述同步信号的第一基准时刻、接收到所述两个激光平面信号的第一时刻和第二时刻，以及接收到所述超声波信号的第三时刻；

所述计算装置，用于根据所述第一基准时刻，所述第一时刻、所述第二时刻以及所述定位基站中旋转激光平面发射单元的转速，确定目标激光平面从所述第一基准时刻分别到所述第一时刻和所述第二时刻旋转的第一旋转角度和第二旋转角度；其中，所述目标激光平面为所述两个激光平面信号中最先扫描到所述空间待定位装置的激光平面信号形成的平面；

根据所述同步信号的第二基准时刻和所述空间待定位装置接收到超声波信号的第三时刻，确定所述空间待定位装置与所述定位基站之间距离；

根据所述第一旋转角度、所述第二旋转角度以及所述空间待定位装置与所述定位基站之间的距离确定所述空间待定位装置的位置。

8.根据权利要求7所述的一种定位系统，其特征在于，所述根据所述第一旋转角度、所述第二旋转角度以及所述空间待定位装置与所述定位基站之间的距离确定所述空间待定位装置的位置，包括：

基于如下的公式确定所述空间待定位装置的位置：

$x=\frac{l{\mathrm{cos\θ}}_1}{\sqrt{1+{\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\θ}}{2}\right)}}$

$y=\frac{lsin\left(\frac{\mathrm{\θ}}{2}\right)}{\sqrt{1+{\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\θ}}{2}\right)}}$

$z=\frac{l{\mathrm{sin\θ}}_1}{\sqrt{1+{\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\θ}}{2}\right)}}$

其中，x为所述空间待定位装置在X轴方向的坐标，y为所述空间待定位装置在Y轴方向的坐标，z为所述空间待定位装置在Z轴方向的坐标；l为所述空间待定位装置与所述定位基站之间距离；θ＝θ₂-θ₁，θ₁为所述第一旋转角度；θ₂为所述第二旋转角度。

9.一种定位方法，其特征在于，所述方法包括：

接收定位基站中同步装置发送的同步信号、所述定位基站中发射的呈设定角度的两个激光平面信号，以及超声波发射装置发射的超声波信号，并分别记录接收到所述同步信号的第一基准时刻、接收到所述两个激光平面信号的第一时刻和第二时刻，以及接收到所述超声波信号的第三时刻；

根据所述第一基准时刻，所述第一时刻、所述第二时刻以及所述定位基站中旋转激光平面发射单元的转速，确定目标激光平面从所述第一基准时刻分别到所述第一时刻和所述第二时刻旋转的第一旋转角度和第二旋转角度；其中，所述目标激光平面为所述两个激光平面信号中最先扫描到空间待定位装置的激光平面信号形成的平面，所述两个激光平面信号包括第一激光平面信号以及第二激光平面信号，所述第一激光平面信号形成的平面与所述第二激光平面信号形成的平面之间呈90度夹角；所述第一激光平面信号形成的平面以及所述第二激光平面信号形成的平面均与所述旋转轴呈45度夹角；

根据所述同步信号的第二基准时刻和所述空间待定位装置接收到超声波信号的第三时刻，确定所述空间待定位装置与所述定位基站之间距离；

根据所述第一旋转角度、所述第二旋转角度以及所述空间待定位装置与所述定位基站之间的距离确定所述空间待定位装置的位置。

10.根据权利要求9所述的定位方法，其特征在于，所述根据所述第一旋转角度、所述第二旋转角度以及所述空间待定位装置与所述定位基站之间的距离确定所述空间待定位装置的位置，包括：

基于如下的公式确定所述空间待定位装置的位置：

$x=\frac{l{\mathrm{cos\θ}}_1}{\sqrt{1+{\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\θ}}{2}\right)}}$

$y=\frac{lsin\left(\frac{\mathrm{\θ}}{2}\right)}{\sqrt{1+{\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\θ}}{2}\right)}}$

$z=\frac{l{\mathrm{sin\θ}}_1}{\sqrt{1+{\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\θ}}{2}\right)}}$

其中，x为所述空间待定位装置在X轴方向的坐标，y为所述空间待定位装置在Y轴方向的坐标，z为所述空间待定位装置在Z轴方向的坐标；l为所述空间待定位装置与所述定位基站之间距离；θ＝θ₂-θ₁，θ₁为所述第一旋转角度；θ₂为所述第二旋转角度。