CN206223967U - 一种定位基站和定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种定位基站和定位系统，该定位基站包括：底座；第一旋转轴，设置于所述底座上的第一位置，所述第一旋转轴上设置有第一激光扫描器和第二激光扫描器；第二旋转轴，设置于所底座上的第二位置，所述第二旋转轴上至少设置有第三激光扫描器。由于采用了在定位基站上设置两个旋转轴，并且在两个旋转轴上分别设置两个和一个激光扫描器的技术方案，利用了光沿直线传播的特性，根据三个激光扫描信号来确定定位终端相对于定位基站的位置，由于激光扫描定位的精度在毫米级，并且定位速度都在毫秒级，所以定位速度较快且定位结果精度较高，因此实现了快速和精准地实现空间定位的技术效果。

Description

一种定位基站和定位系统

技术领域

本实用新型涉及空间定位领域，尤其涉及一种定位基站和定位系统。

背景技术

空间定位是指确定一个设备在空间的位置，例如，可以通过GPS(英文：GlobalPositioning System；中文：全球定位系统)技术来确定设备的位置。但是，随着人们对定位精度的要求越来越高，GPS技术提供的米级精度已经无法满足人们的需要，并且在一些特定的空间如室内、地下室等等，由于墙壁等障碍物会遮挡GPS信号，所以GPS技术也无法应用在这些特定的空间。

目前，在室内、地下室等特定的空间，一般通过无线定位技术来进行定位，具体是根据设备接收到多个位置已知的无线AP(英文：Access Point；中文：接入点，又被称为热点)的信号强度，然后利用信号衰减模型估算出移动设备距离各个AP的距离，最后利用三角定位算法确定出该设备所在的位置。但是，无线定位技术提供的精度仍然在米级，无法满足人们对空间定位精度越来越高的要求。

随着虚拟现实领域的日益繁荣，虚拟游戏开始出现，在虚拟游戏提供的沉浸式交互体验中，精确的空间定位追踪技术显得尤为关键，因此如何快速和精准地实现空间定位，成为亟待解决的问题之一。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种定位基站和定位系统，以快速和精准地实现空间定位。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型第一方面提供了一种定位基站，包括：

底座；

第一旋转轴，设置于所述底座上的第一位置，所述第一旋转轴上设置有第一激光扫描器和第二激光扫描器，所述第一激光扫描器对应的第一扫描平面和所述第二激光扫描器对应的第二扫描平面均不垂直于所述第一旋转轴；

第二旋转轴，设置于所底座上的第二位置，所述第二旋转轴上至少设置有第三激光扫描器，其中，所述第三激光扫描器对应的第三扫描平面不垂直于所述第二旋转轴，所述第一扫描平面、所述第二扫描平面和所述第三扫描平面扫描到空间中一点时，任意两个平面能够相交成一条直线。

可选地，所述定位基站还包括同步装置，所述同步装置设置于所述底座上，所述同步装置用于发送同步信号。

可选地，所述同步装置具体为LED阵列和/或射频信号发生器。

可选地，所述定位基站还包括旋转轴定位装置，所述旋转轴定位装置设用于检测所述第一旋转轴和所述第二旋转轴的转动位置。

可选地，所述第一旋转轴和所述第二旋转轴位于同一水平面或者同一竖直平面。

本实用新型第二方面还提供一种定位系统，包括：

至少一个定位终端，所述定位终端上设置有光敏传感器；

如第一方面所述的定位基站；

数据处理设备，用于根据所述光敏传感器接收到的所述定位基站发送的激光扫描信号，确定所述定位终端相对于所述定位基站的位置。

本实用新型实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：

由于采用了在定位基站上设置两个旋转轴，并且在两个旋转轴上分别设置两个和一个激光扫描器的技术方案，利用了光沿直线传播的特性，根据三个激光扫描信号来确定定位终端相对于定位基站的位置，由于激光扫描定位的精度在毫米级，并且定位速度都在毫秒级，所以定位速度较快且定位结果精度较高，因此实现了快速和精准地实现空间定位的技术效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的定位基站的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的定位基站的激光扫描平面的示意图；

图3为本实用新型实施例提供的定位终端接收信号的波形图；

图4为本实用新型另一实施例中的定位基站的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供了一种定位基站，请参考图1，图1为本实用新型实施例提供的定位基站的结构示意图，如图1所示，该定位基站包括：

底座11；

第一旋转轴12，设置于底座11上的第一位置，第一旋转轴12上设置有第一激光扫描器121和第二激光扫描器122，第一激光扫描器121对应的第一扫描平面和第二激光扫描器122对应的第二扫描平面不垂直于第一旋转轴12；

第二旋转轴13，设置于所底座11上的第二位置，第二旋转轴13上至少设置有第三激光扫描器131，其中，第三激光扫描器131对应的第三扫描平面不垂直于第二旋转轴13，第一扫描平面、第二扫描平面和第三扫描平面扫描到空间中一点时，任意两个平面能够相交成一条直线。

当然，在实际应用中，第二旋转轴13上同样可以设置第三激光扫描器131和第四激光扫描器132，在此不做限制；在确定定位终端相对于定位基站的位置只需要从其中任意选择三个激光扫描器即可，多出的一个激光扫描器可以用于协助进行验证或者补偿，从而提高对定位终端进行定位时的定位精度，例如，可以先通过第一激光扫描器121、第二激光扫描器122和第三激光扫描器131确定定位终端相对于定位基站的第一位置之后，再通过第一激光扫描器121、第二激光扫描器122和第四激光扫描器132确定定位终端相对于定位基站的第二位置，从而判断两个位置是否相同或者差别较小，若两个位置相同或者差别较小，则确定第一位置为准确的位置，这样实现了验证的目的，当然若不相同或者差别较大则可以再测一次，当然，也可以直接将两个位置的坐标进行平均处理，将平均处理后的位置坐标作为准确的位置，这样实现了补偿的目的。

请继续参考图1，定位基站还包括同步装置14，同步装置14设置于底座11上，同步装置14用于发送同步信号。

具体来讲，在定位基站中的三个激光扫描器进行扫描的过程中，需要提供一个同步信号，从而能够以该同步信号的发出时间点为起点，以激光扫描器发出的激光扫描信号被定位终端中光敏传感器接收到的时间点为终点，从而计算三个激光扫描器各自对应的激光扫描平面的偏转距离，最后根据三个激光扫描平面各自的偏转距离，即能够根据三角定位原理联立方程求得定位终端相对于定位基站的位置。定位终端中的光敏传感器例如可以是光敏电阻等等，在此不做限制。

当然，在另一实施例中，在能够保证定位基站和定位终端所采用的时间相同的理想情况下，也可以在某一时间点控制定位基站中的三个激光扫描器开始进行扫描，也即以该时间点为起点，并以激光扫描器发出的激光扫描信号被定位终端中光敏传感器收到的时间点为终点，这样同样能够求得定位终端相对于定位基站的位置，在此就不再赘述了。需要说明的是，本处所介绍的理想情况是指定位基站和定位终端所采用的时间在毫秒级甚至是微秒级上相同，从而保证对定位终端进行定位的准确性，在此就不再赘述了。

在具体实施过程中，同步装置14具体为LED阵列和/或射频信号发生器。

具体来讲，通过LED阵列发出同步光信号，同步光信号例如可以为红外光信号等等，定位终端通过光敏传感器接收到同步光信号后，即能够将当前时间点作为同步时间点；同理，射频信号发生装置生成同步射频信号并发送后，定位终端通过射频信号接收装置接收到同步射频信号后，也能够将当前时间点作为同步时间点，在此就不再赘述了。

需要说明的是，在同步装置为LED阵列时，定位终端可以通过光敏传感器来接收LED阵列发出的同步光信号，也可以专门设置额外的光敏传感器来接收LED阵列发出的同步光信号，在此不做限制。

在具体实施过程中，定位基站还包括旋转轴定位装置，旋转轴定位装置设用于检测第一旋转轴12和第二旋转轴13的转动位置，请继续参考图1，在本实施例中，旋转轴定位装置具体包括设置于第一旋转轴12上的第一旋转轴定位装置151和设置于第二旋转轴13上的第二旋转轴定位装置152。

在实际应用中，旋转轴定位装置可以由霍尔传感器和磁体组成，或者可以由激光发生器和光敏传感器组成，或者可以由码盘组成。在接下来的部分中，将以设置于第一旋转轴12上的第一旋转轴定位装置151为例，来详细进行介绍：

首先，介绍旋转轴定位装置151由霍尔传感器和磁体组成的情形：磁体可以设置在第一旋转轴12上的固定位置，霍尔传感器设置于底座11上磁体的运动路径附近，这样，在第一旋转轴12旋转的时候，磁体经过霍尔传感器所在的位置，引起霍尔传感器附近的磁场变化，因此霍尔传感器会输出一个脉冲信号，定位基站内的控制装置如单片机、处理芯片等等接收该脉冲信号后，即会控制同步装置发出同步信号，而第一旋转轴12会带动第一激光扫描器203和第二激光扫描器204进行扫描，磁体在第一旋转轴12旋转一周后再次经过霍尔传感器所在的位置时，即会再次触发霍尔传感器输出脉冲信号，在此就不再赘述了。

当然，在实际应用中，也可以设定在霍尔传感器输出预设次数的脉冲信号后，例如可以设定霍尔传感器输出两次脉冲信号后，也即第一旋转轴12每旋转两次，定位基站内的控制装置才输出同步信号，预设次数的具体数值可以根据实际情况确定，以满足实际情况的需要，在此就不再赘述了。

然后，介绍旋转轴定位装置151由激光发生器和光敏传感器组成的情形：光敏传感器可以设置在第一旋转轴12上，激光发生器可以设置在底座11上，这样，光敏传感器在第一旋转轴12的带动下，光敏传感器经过激光发生器所在的位置时，就会在激光发生器发出的激光的触发下而生成电信号，该电信号被定位基站内的控制装置接收后，即会控制同步装置发出同步信号，而第一旋转轴12会带动第一激光扫描器203和第二激光扫描器204进行扫描，光敏传感器在第一旋转轴12旋转一周后再次经过激光发生器所在的位置时，即会再次触发光敏传感器输出电信号，在此就不再赘述了。

当然，在实际应用中，激光发生器和光敏传感器的位置不限于上述方式，例如可以将激光发生器设置在第一旋转轴12上，以及将光敏传感器设置在底座11上，或者将激光发生器和光敏传感器同时设置在第一旋转轴12或底座11上，并在底座11或第一旋转轴12上对应的位置贴上反光条或者反光镜，或者将红外一体收发器设置在第一旋转轴12或底座11上，并在底座11或第一旋转轴12上对应的位置贴上反光条或者反光镜，等等，在此就不再赘述了。

需要说明的是，旋转轴定位装置151中的光敏传感器和激光发生器需要和定位终端中的光敏传感器、以及定位基站中的光扫描器区分开来，以避免对定位终端和定位基站中激光定位数据造成干扰，例如可以通过设置不同波长的方式进行区分等等。

最后，介绍旋转轴定位装置151由码盘组成的情形：码盘(英文：encoding disk)是测量角位移的数字编码器，包括接触编码器和光学编码器两类，接触编码器或光学编码器可以设置在第一旋转轴12上，从而能够在第一旋转轴12旋转的过程中准确测量出第一旋转轴12的位置，并生成相应的信号，定位基站内的控制装置根据该信号即能够控制同步装置生成发出同步信号，在此就不再赘述了。

当然，在实际应用中，通过本实施例的介绍，本领域所属的技术人员能够根据实际情况，将旋转轴定位装置设置为采用上述介绍的一种或者多种方式的组合，以满足实际情况的需要，在此就不再赘述了。

设置在第二旋转轴13上的第二旋转轴定位装置152的实现方式与第一旋转轴定位装置151一致，在此为了说明书的简洁，就不再赘述了。

请参考图2，图2为本实用新型实施例提供的定位基站的激光扫描平面的俯视图，如图2所示，在本实施例中，设置于第一旋转轴12上的第一激光扫描器121对应的激光扫描平面为21，设置于第一旋转轴12上的第二激光扫描器122对应的激光扫描平面为22，设置于第二旋转轴13上的第三激光扫描器131对应的激光扫描平面为23。

这样，在将第一旋转轴定位装置151和第二旋转轴定位装置152同时触发，且将第一旋转轴12和第二旋转轴13的转速调整为相同时，定位基站即能够根据第一旋转轴定位装置151或第二旋转轴定位装置152的触发情况来发送同步信号，而定位终端即能够按同步信号→第一激光扫描信号→第二级扫描信号→第三激光扫描信号这样的顺序接收该四个信号，请参考图3，图3为本实用新型实施例提供的定位终端接收信号的波形图，如图3所示，在本实施例中，在定位终端接收到同步信号30后，即能够依次接收到第一激光扫描器121发出的第一激光扫描信号31、第二激光扫描器122发出的第二激光扫描信号32和第三激光扫描器131发出的第三激光扫描信号33，因此，即能够通过同步信号的发出时间点和该三个激光扫描信号各自的接收时间点，以及第一旋转轴12和第二旋转轴13旋转时的角速度，确定每个激光扫描平面的偏转角度，这样，已知三个方位角作为约束，即可以求得定位终端相对于定位基站的相对位置，具体的数学计算方法有多种，在此就不再赘述了。

可以看出，本实用新型实施例中的技术方案利用了光沿直线传播的特性，根据三个激光扫描信号来确定定位终端相对于定位基站的位置，由于激光扫描定位的精度在毫米级，并且定位速度都在毫秒级，所以定位速度较快，因此实现了快速和精准地实现空间定位的技术效果。

另外，由于在实际应用中不可避免地会产生测量误差，而第一旋转轴12和第二旋转轴13之间具有一定的距离，测量误差相对较小，相对于三个激光扫描器设置在同一个旋转轴上而言，三个激光扫描器对应的三个激光扫描平面之间的距离较小，测量误差相对较大，所以提高了所确定的定位终端的位置的准确性。

在本实施例中，第一旋转轴12和第二旋转轴13位于同一水平面，在另一实施例中，请参考图4，图4为另一实施例中的定位基站的结构示意图，第一旋转轴12和第二旋转轴13还可以位于同一竖直平面，需要说明的是，图中未示出三个激光扫描器，该三个激光扫描器可以根据需要设置在第一旋转轴12和第二旋转轴13上合适的位置，在此就不再赘述了。

在其他实施例中，第一旋转轴12和第二旋转轴13之间的位置还可以为其他形式，激光扫描器之间的位置也可以进行适当的调整，只需要保证第一激光扫描器121对应的第一扫描平面、第二激光扫描器122对应的第二扫描平面和第三激光扫描器131对应的第三扫描平面满足“第一扫描平面和第二激光扫描器对应的第二扫描平面均不垂直于第一旋转轴，第三扫描平面不垂直于第二旋转轴，第一扫描平面、第二扫描平面和第三扫描平面扫描到空间中一点时，任意两个平面能够相交成一条直线”这一条件即可，在此就不再赘述了。

通过上述部分可以看出，由于采用了在定位基站上设置两个旋转轴，并且在两个旋转轴上分别设置两个和一个激光扫描器的技术方案，利用了光沿直线传播的特性，根据三个激光扫描信号来确定定位终端相对于定位基站的位置，由于激光扫描定位的精度在毫米级，并且定位速度都在毫秒级，所以定位速度较快且定位结果精度较高，因此实现了快速和精准地实现空间定位的技术效果。

基于同一发明构思，本实用新型实施例另一方面还提供一种定位系统，该定位系统包括：

至少一个定位终端，定位终端上设置有光敏传感器，定位终端例如可以是头戴式显示设备、操作手柄等，在此不做限制；

如前述部分介绍的定位基站，由于该定位基站在前述部分中已经进行了详细地介绍，在此就不再赘述了；

数据处理设备，用于根据光敏传感器接收到的定位基站发送的激光扫描信号，确定定位终端相对于定位基站的位置，在实际应用中，数据处理设备可以单独存在，也可以集成在定位终端、定位基站或其他设备上，在此就不再赘述了。

本实用新型实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：

由于采用了在定位基站上设置两个旋转轴，并且在两个旋转轴上分别设置两个和一个激光扫描器的技术方案，利用了光沿直线传播的特性，根据三个激光扫描信号来确定定位终端相对于定位基站的位置，由于激光扫描定位的精度在毫米级，并且定位速度都在毫秒级，所以定位速度较快且定位结果精度较高，因此实现了快速和精准地实现空间定位的技术效果。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (6)

1.一种定位基站，其特征在于，包括：

底座；

第一旋转轴，设置于所述底座上的第一位置，所述第一旋转轴上设置有第一激光扫描器和第二激光扫描器，所述第一激光扫描器对应的第一扫描平面和所述第二激光扫描器对应的第二扫描平面均不垂直于所述第一旋转轴；

第二旋转轴，设置于所底座上的第二位置，所述第二旋转轴上至少设置有第三激光扫描器，其中，所述第三激光扫描器对应的第三扫描平面不垂直于所述第二旋转轴，所述第一扫描平面、所述第二扫描平面和所述第三扫描平面扫描到空间中一点时，任意两个平面能够相交成一条直线。

2.如权利要求1所述的定位基站，其特征在于，所述定位基站还包括同步装置，所述同步装置设置于所述底座上，所述同步装置用于发送同步信号。

3.如权利要求2所述的定位基站，其特征在于，所述同步装置具体为LED阵列和/或射频信号发生器。

4.如权利要求1所述的定位基站，其特征在于，所述定位基站还包括旋转轴定位装置，所述旋转轴定位装置设用于检测所述第一旋转轴和所述第二旋转轴的转动位置。

5.如权利要求1所述的定位基站，其特征在于，所述第一旋转轴和所述第二旋转轴位于同一水平面或者同一竖直平面。

6.一种定位系统，其特征在于，包括：

至少一个定位终端，所述定位终端上设置有光敏传感器；

如权利要求1-5中任一权项所述的定位基站；

数据处理设备，用于根据所述光敏传感器接收到的所述定位基站发送的激光扫描信号，确定所述定位终端相对于所述定位基站的位置。