CN206400088U - 一种信号发送装置 - Google Patents

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Abstract

一种信号发送装置，包括：第一旋转激光平面发射单元、第二旋转激光平面发射单元、测距信号发射单元以及控制单元；控制单元，连接第一旋转激光平面发射单元、第二旋转激光平面发射单元以及测距信号发射单元；第一旋转激光平面发射单元，用于绕着第一旋转轴旋转发射第一激光平面信号；第二旋转激光平面发射单元，用于绕着第二旋转轴旋转发射第二激光平面信号；测距信号发射单元，用于发射测距信号；控制单元，用于控制测距信号、第一激光平面信号以及第二激光平面信号的发射时刻。

Description

一种信号发送装置
技术领域
本实用新型涉及定位技术，尤指一种信号发送装置。
背景技术
随着移动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。
为了实现室内定位，相关方案例如通过室内全球定位系统(GPS，GlobalPositioning System)、红外线、蓝牙定位、WIFI定位、RFID(Radio FrequencyIdentification，射频识别)定位、双目定位等技术进行定位感知。然而，相关室内定位方案的成本较高、设备配置复杂且定位精度不足，无法满足人们在虚拟现实交互、增强现实交互、室内机器人导航等方面的需求。
实用新型内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本实用新型实施例提供了一种信号发送装置，能够提供实现室内精确定位的定位数据。
本实用新型实施例提供了一种信号发送装置，包括：第一旋转激光平面发射单元、第二旋转激光平面发射单元、测距信号发射单元以及控制单元；控制单元，连接第一旋转激光平面发射单元、第二旋转激光平面发射单元以及测距信号发射单元；
第一旋转激光平面发射单元，用于绕着第一旋转轴旋转发射第一激光平面信号；第二旋转激光平面发射单元，用于绕着第二旋转轴旋转发射第二激光平面信号；测距信号发射单元，用于发射测距信号；控制单元，用于控制测距信号、第一激光平面信号以及第二激光平面信号的发射时刻。
其中，所述信号发送装置还包括：第一通信单元，连接所述控制单元，用于获取信号接收装置检测到第一激光平面信号的第一时刻、检测到第二激光平面信号的第二时刻以及检测到测距信号的第三时刻；
所述控制单元，包括：第一计算子单元、第二计算子单元以及第三计算子单元，第三计算子单元连接第一计算子单元以及第二计算子单元；
第一计算子单元，用于根据发送第一激光平面信号的第一参考时刻、发送第二激光平面信号的第二参考时刻、信号接收装置检测到第一激光平面信号的第一时刻以及检测到第二激光平面信号的第二时刻，确定第一旋转角度以及第二旋转角度；
第二计算子单元，用于根据发送测距信号的第三参考时刻以及检测到测距信号的第三时刻，确定信号接收装置与信号发送装置之间的距离；
第三计算子单元，用于根据所述第一旋转角度、所述第二旋转角度以及所述距离，确定信号接收装置在三维测量坐标系中的三维坐标；
其中，所述第一旋转角度为所述第一时刻所述第一激光平面信号相对于第一旋转轴与第二旋转轴所确定平面的角度，所述第二旋转角度为所述第二时刻所述第二激光平面信号相对于第一旋转轴与第二旋转轴所确定平面的角度。
其中，所述第一通信单元包括第一通信子单元，连接所述控制单元，用于发射时间同步信号；所述控制单元包括第一控制子单元，用于控制时间同步信号的发射时刻。
其中，在信号接收装置检测到的第一激光平面信号、第二激光平面信号均为多路时，所述第一通信单元包括：多个第二通信子单元，每个第二通信子单元分别用于获取信号接收装置检测到每路第一激光平面信号的第一激光时刻、信号接收装置检测到每路第二激光平面信号的第二激光时刻；
所述控制单元包括：第二控制子单元，用于处理多个第一激光时刻，得到第一时刻；第三控制子单元，用于处理多个第二激光时刻，得到第二时刻。
其中，在信号接收装置检测到的测距信号均为多路时，所述第一通信单元包括：多个第三通信子单元，每个第三通信子单元分别用于获取信号接收装置检测到每路测距信号的测距时刻；
所述控制单元包括：第四控制子单元，用于处理多个测距时刻，得到第三时刻。
其中，所述第一旋转轴与所述第二旋转轴相互垂直。
其中，所述控制单元包括：第五控制子单元，用于控制第一旋转激光平面发射单元以及第二旋转激光平面发射单元分时发射第一激光平面信号以及第二激光平面信号。
其中，每个旋转激光平面发射单元包括电动机、激光发射器以及透镜，所述激光发射器和所述透镜设置在所述电动机的转轴处，所述激光发射器发射的激光束通过所述透镜转换成激光面，所述电动机带动所述透镜旋转，以形成旋转激光面。
其中，所述测距信号发射单元发射的测距信号为超声波信号。
与相关技术相比，本实用新型实施例提供的信号发送装置包括：第一旋转激光平面发射单元、第二旋转激光平面发射单元、测距信号发射单元以及控制单元；控制单元，连接第一旋转激光平面发射单元、第二旋转激光平面发射单元以及测距信号发射单元；第一旋转激光平面发射单元，用于绕着第一旋转轴旋转发射第一激光平面信号；第二旋转激光平面发射单元，用于绕着第二旋转轴旋转发射第二激光平面信号；测距信号发射单元，用于发射测距信号；控制单元，用于控制测距信号、第一激光平面信号以及第二激光平面信号的发射时刻。本实用新型实施例能够提供测距信号、第一激光平面信号以及第二激光平面信号，用于实现精度较高的室内定位，从而满足人们在虚拟现实交互、增强现实交互、室内机器人导航等方面的需求。
进一步地，本实用新型实施例中，信号发送装置根据信号接收装置对每种信号的多路接收时刻，进行融合处理，再进行定位计算，达到稳定有效的室内全向定位，避免定位丢失。
本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本实用新型技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型的技术方案，并不构成对本实用新型技术方案的限制。
图1为本实用新型实施例一的信号发送装置的示意图；
图2为本实用新型实施例二的三维空间定位系统的示意图；
图3为本实用新型实施例的三维坐标计算的原理图；
图4为本实用新型实施例二的信号发送装置的工作示意图。
具体实施方式
下文中将结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
实施例一
如图1所示，本实施例提供一种信号发送装置，包括：第一旋转激光平面发射单元、第二旋转激光平面发射单元、测距信号发射单元以及控制单元。控制单元，连接第一旋转激光平面发射单元、第二旋转激光平面发射单元以及测距信号发射单元。
第一旋转激光平面发射单元，用于绕着第一旋转轴旋转发射第一激光平面信号；第二旋转激光平面发射单元，用于绕着第二旋转轴旋转发射第二激光平面信号；测距信号发射单元，用于发射测距信号；控制单元，用于控制测距信号、第一激光平面信号以及第二激光平面信号的发射时刻。
在一些实现方式中，控制单元可以包括第一定时器、第二定时器、第三定时器以及处理器，处理器用于当第一定时器的定时时间到达时，触发测距信号发射单元发射测距信号，当第二定时器的定时时间到达时，触发第一旋转激光平面发射单元发射第一激光平面信号，当第三定时器的定时时间达到时，触发第二旋转激光平面发射单元发射第二激光平面信号。
其中，信号发送装置还包括：第一通信单元，连接控制单元，用于获取信号接收装置检测到第一激光平面信号的第一时刻、检测到第二激光平面信号的第二时刻以及检测到测距信号的第三时刻；控制单元，还用于根据发送第一激光平面信号的第一参考时刻、发送第二激光平面信号的第二参考时刻、信号接收装置检测到第一激光平面信号的第一时刻以及检测到第二激光平面信号的第二时刻，确定第一旋转角度以及第二旋转角度；根据发送测距信号的第三参考时刻以及检测到测距信号的第三时刻，确定信号接收装置与信号发送装置之间的距离；根据所述第一旋转角度、所述第二旋转角度以及所述距离，确定信号接收装置在三维测量坐标系中的三维坐标。
一些实现方式中，控制单元，可以包括：第一计算子单元、第二计算子单元以及第三计算子单元，第三计算子单元连接第一计算子单元以及第二计算子单元；
第一计算子单元，用于根据发送第一激光平面信号的第一参考时刻、发送第二激光平面信号的第二参考时刻、信号接收装置检测到第一激光平面信号的第一时刻以及检测到第二激光平面信号的第二时刻，确定第一旋转角度以及第二旋转角度；
第二计算子单元，用于根据发送测距信号的第三参考时刻以及检测到测距信号的第三时刻，确定信号接收装置与信号发送装置之间的距离；
第三计算子单元，用于根据所述第一旋转角度、所述第二旋转角度以及所述距离，确定信号接收装置在三维测量坐标系中的三维坐标。
其中，所述第一旋转角度为所述第一时刻所述第一激光平面信号相对于第一旋转轴与第二旋转轴所确定平面的角度，所述第二旋转角度为所述第二时刻所述第二激光平面信号相对于第一旋转轴与第二旋转轴所确定平面的角度。
其中，在所述第一参考时刻，信号发送装置发送的第一激光平面信号相对于第一旋转轴与第二旋转轴所确定平面的角度为第一参考角度，在所述第二参考时刻，信号发送装置发送的第二激光平面信号相对于第一旋转轴与第二旋转轴所确定平面的角度为第二参考角度。
在一些实现方式中，第一通信单元，还用于发送时间同步信号；所述控制单元还用于控制时间同步信号的发射时刻。例如，第一通信单元，可以包括第一通信子单元，连接控制单元，用于发射时间同步信号；所述控制单元，可以包括第一控制子单元，用于控制时间同步信号的发射时刻。在一些实现方式中，第一控制子单元可以包括第四定时器以及处理器，处理器用于当第四定时器的定时时间到达时，触发第一通信子单元发射时间同步信号。其中，信号发送装置通过向信号接收装置发送时间同步信号，进行基准时刻的同步，确保信号发送装置和信号接收装置的时钟同步，以确保信号发送装置后续进行的计算基于相同的基准，提高三维坐标计算的准确性。
在一些实现方式中，控制单元的第一计算子单元可以通过以下方式确定第一旋转角度以及第二旋转角度：
根据发送第一激光平面信号的第一参考时刻以及信号接收装置检测到第一激光平面信号的第一时刻，确定所述第一时刻与所述第一参考时刻之间的关系，根据所述第一时刻与第一参考时刻之间的关系以及所述第一参考时刻对应的第一参考角度，确定所述第一旋转角度；
根据发送第二激光平面信号的第二参考时刻以及信号接收装置检测到第二激光平面信号的第二时刻，确定所述第二时刻与所述第二参考时刻之间的关系，根据所述第二时刻与第二参考时刻之间的关系以及所述第二参考时刻对应的第二参考角度，确定所述第二旋转角度。
在一些实现方式中，第一参考角度可以等于第二参考角度。然而，本实施例对此并不限定。
于本实施例中，需要说明的是，第一旋转轴与第二旋转轴所确定的平面包括以下情况：当第一旋转轴与第二旋转轴能够在一个平面内相交时，第一旋转轴与第二旋转轴所确定的平面即为第一旋转轴与第二旋转轴唯一确定的平面；当第一旋转轴与第二旋转轴不能在一个平面内相交时，第一旋转轴与第二旋转轴所确定的平面指第一旋转轴与第二旋转轴确定的一对平行平面。
其中，在第一旋转轴与第二旋转轴所确定的唯一平面或一对平行平面中，第一旋转轴与第二旋转轴之间的夹角为预设角度。预设角度可以由使用者预先设置。较佳地，第一旋转轴与第二旋转轴相互垂直。
在一些实现方式中，信号发送装置的控制单元的第二计算子单元可以通过以下方式确定信号接收装置与信号发送装置之间的距离：
根据发送测距信号的第三参考时刻以及信号接收装置检测到测距信号的第三时刻，确定所述测距信号从信号发送装置到信号接收装置的传输时长，根据所述传输时长以及测距信号在空气中的传输速度，确定信号接收装置与信号发送装置之间的距离。
在一些实现方式中，测距信号可以为超声波信号。然而，本实用新型对此并不限定。于其他实现方式中，测距信号例如可以为激光束信号或者红外信号。
在一些实现方式中，当所述三维测量坐标系为笛卡尔坐标系，以所述第一旋转轴为X轴，以所述第二旋转轴为Y轴时，信号发送装置的控制单元的第三计算子单元可以用于根据下式求解得到信号接收装置在该三维测量坐标系中的三维坐标：
X0 2+Y0 2+Z0 2＝L2
Y0×tanα＝X0×tanβ＝Z0，
其中，(X0，Y0，Z0)表示信号接收装置在三维测量坐标系中的三维坐标，L为信号接收装置与信号发送装置之间的距离，α为第一旋转角度，β为第二旋转角度。
在一些实现方式中，在信号接收装置检测到的第一激光平面信号、第二激光平面信号均为多路时，第一通信单元还用于获取信号接收装置检测到每路第一激光平面信号的第一激光时刻，以及获取信号接收装置检测到每路第二激光平面信号的第二激光时刻；控制单元还用于采用第一预设融合方式处理多个第一激光时刻，得到第一时刻；采用第二预设融合方式处理多个第二激光时刻，得到第二时刻。例如，第一通信单元可以包括：多个第二通信子单元，每个第二通信子单元分别用于获取信号接收装置检测到每路第一激光平面信号的第一激光时刻、信号接收装置检测到每路第二激光平面信号的第二激光时刻；控制单元可以包括：第二控制子单元，用于采用第一预设融合方式处理多个第一激光时刻，得到第一时刻；第三控制子单元，用于采用第二预设融合方式处理多个第二激光时刻，得到第二时刻。
在一些实现方式中，在信号接收装置检测到的测距信号均为多路时，第一通信单元还用于获取信号接收装置检测到每路测距信号的测距时刻，控制单元还用于采用第三预设融合方式处理所述多个测距时刻，得到第三时刻。例如，第一通信单元可以包括：多个第三通信子单元，每个第三通信子单元分别用于获取信号接收装置检测到每路测距信号的测距时刻；控制单元可以包括：第四控制子单元，用于采用第三预设融合方式处理所述多个测距时刻，得到第三时刻。
在一些实现方式中，控制单元包括：第五控制子单元，用于控制第一旋转激光平面发射单元以及第二旋转激光平面发射单元分时发射第一激光平面信号以及第二激光平面信号。
在一些实现方式中，每个旋转激光平面发射单元包括电动机、激光发射器以及透镜，所述激光发射器和透镜设置在所述电动机的转轴处，所述激光发射器发射的激光束通过所述透镜转换成激光面，所述电动机带动所述透镜旋转，以形成旋转激光面。
需要说明的是，在一些实现方式中，信号发送装置只负责各类信号的发送，对信号接收装置在三维测量坐标系中的三维坐标的计算过程可以由信号接收装置执行，或者，也可以由独立于信号发送装置和信号接收装置的设备执行。例如，信号接收装置可以从信号发送装置获取第一参考时刻、第二参考时刻以及第三参考时刻，根据第一参考时刻、第二参考时刻、第一时刻以及第二时刻，确定第一旋转角度以及第二旋转角度，根据第三参考时刻以及第三时刻，确定信号接收装置与信号发送装置之间的距离，根据所述第一旋转角度、所述第二旋转角度以及所述距离，确定信号接收装置在三维测量坐标系中的三维坐标。或者，独立于信号发送装置和信号接收装置的设备可以从信号发送装置获取第一参考时刻、第二参考时刻以及第三参考时刻，从信号接收装置获取第一时刻、第二时刻以及第三时刻，根据第一参考时刻、第二参考时刻、第一时刻以及第二时刻，确定第一旋转角度以及第二旋转角度，根据第三参考时刻以及第三时刻，确定信号接收装置与信号发送装置之间的距离，根据所述第一旋转角度、所述第二旋转角度以及所述距离，确定信号接收装置在三维测量坐标系中的三维坐标。
下面的实施例中以信号发送装置执行三维坐标的计算过程为例进行说明。
实施例二
如图2所示，本实施例的三维空间定位系统包括：信号接收装置以及信号发送装置。信号发送装置作为三维空间定位的参考坐标基点，信号接收装置作为待定位点。
其中，信号发送装置用于向信号接收装置发送时间同步信号以同步基准时刻、发送测距信号、绕着第一旋转轴旋转发送第一激光平面信号以及绕着第二旋转轴旋转发送第二激光平面信号；信号接收装置用于从信号发送装置同步基准时刻，检测测距信号、第一激光平面信号以及第二激光平面信号。其中，第一旋转轴与第二旋转轴之间的夹角为预设角度。预设角度可以由使用者预先设置。较佳地，第一旋转轴与第二旋转轴相互垂直。
下面以信号发送装置为定位基站，信号接收装置为待定位标记设备为例进行说明。其中，待定位标记设备的数目为至少一个，即一个定位基站可以向至少一个待定位标记设备提供定位数据。
如图2所示，定位基站(信号发送装置)包括：第一通信单元、控制单元、第一旋转激光平面发射单元、第二旋转激光平面发射单元以及测距信号发射单元(例如，超声波发射器)。其中，第一通信单元用于实现和待定位标记设备之间的信息通信，例如可以向待定位标记设备(信号接收装置)发送时间同步信号，以使得待定位标记设备可以同步基准时刻；第一旋转激光平面发射单元用于绕着第一旋转轴旋转发送第一激光平面信号；第二旋转激光平面发射单元用于绕着垂直于第一旋转轴的第二旋转轴旋转发送第二激光平面信号；测距信号发射单元用于发送测距信号；控制单元用于控制时间同步信号、测距信号、第一激光平面信号以及第二激光平面信号的发射时刻。下面测距信号发射器以超声波发射器为例进行说明。
可选地，第一旋转轴与第二旋转轴能够相交。然而，本实施例对此并不限定。于实际应用中，第一旋转轴与第二旋转轴可不相交，例如，第一旋转轴与第二旋转轴确定的一对平行平面之间的垂直距离在相应的预定范围内。
可选地，超声波发射器位于第一旋转轴与第二旋转轴的交点处。然而，本实施例对此并不限定。于实际应用中，超声波发射器可位于第一旋转轴与第二旋转轴的交点附近(例如，以该交点为球心的预定范围内)。此外，当第一旋转轴与第二旋转轴不相交时，超声波发射器可位于第一交点处或附近(例如，以该第一交点为球心的预定范围内)，该第一交点为垂直于第一旋转轴且平行于第二旋转轴的直线与第一旋转轴的交点；或者，超声波发射器可位于第二交点处或附近(例如，以该第二交点为球心的预定范围内)，该第二交点为垂直于第二旋转轴且平行于第一旋转轴的直线与第二旋转轴的交点。
可选地，第一通信单元例如为无线电通信电路，或者，也可以是一个IC(Integrated Circuit，集成电路)芯片和天线组成的通信模块。然而，本实施例对此并不限定。于其他实施例中，第一通信单元例如为发光二极管(LED，Light Emitting Diode)，通过发送光信号，用于时间同步。
可选地，每个旋转激光平面发射单元(例如，第一旋转激光平面发射单元或者第二旋转激光平面发射单元)可以包括一个激光发射器、一个透镜以及一个电动机(例如，直流电动机)。例如，激光发射器可以设置在电动机上，激光发射器可以沿着电动机的转轴将一束激光发射到电动机转轴上的透镜，该束激光通过透镜形成一个激光平面，电动机带动透镜旋转，从而形成旋转激光平面。或者，激光发射器可以不设置在电动机上，激光发射器可以沿着电动机的转轴将一束激光发射到电动机转轴的镜面上；镜面可以将激光反射并通过透镜使激光束成为一个跟随电动机转动的激光面。然而，本实施例对此并不限定。于其他实现方式中，可以不采用透镜，而使用光栅等其他可以形成平面信号的光学元件。
在电动机转动的时候，控制单元(例如，单片机控制器)可以控制电动机的转速和激光发射器的启停，使激光面以一定的频率扫过整个室内空间。两个旋转激光平面发射器中的两个激光发射器相互垂直安装，两个形成散射激光面的电动机也相互垂直安装，且两个电动机的转轴可以分别记为X轴(如前述的第一旋转轴)和Y轴(如前述的第二旋转轴)，X轴垂直于Y轴。X轴上的电动机使激光面沿着X轴方向扫过空间，Y轴上的电动机使激光面沿着Y轴方向扫过空间。需要说明的是，在信号接收装置中用于接收激光平面信号的激光平面信号接收单元(例如硅光电池)在同一时刻只能接收一束激光信号时，X轴上的激光面与Y轴上的激光面要时分(TD，Time Division)发送，以使得激光平面信号接收单元可以交替接收X轴上的激光面和Y轴上的激光面。
其中，关于电动机的转速控制和激光发射器的启停可以由单片机控制器(即前述的控制单元)完成。可以通过PID(比例、积分、微分，Proportion、Integral、Derivative)算法对电动机进行调速，例如可采用增量式PID算法，该算法的公式如下：
Δuk＝A×ek-B×ek-1+C×ek-2；
其中，ek、ek-1、ek-2为连续三次的误差项，A、B、C为加权系数，Δuk为当前增量。
经过PID控制，电动机可以使得激光面按照固定的频率扫过室内空间。
此外，可以通过在电机转子上设置标识点的方式实现对激光发射器的启停控制。例如，当识别到X轴的电动机上的标识点后，启动X轴上的激光发射器并关闭Y轴上的激光发射器，当识别到Y轴的电动机上的标识点后，启动Y轴上的激光发射器并关闭X轴上的激光发射器。可以采用位置式PID算法对电机进行控制，使得标识点在所要求时刻到达指定位置。位置式PID算法公式如下：
其中，e()为误差项，Kp、Ki、Kd为PID系数，u(k)为当前位置。
在对电动机和激光发射器进行控制的同时，单片机控制器可以控制第一同步装置发送时间同步信号(用于同步基准时刻)和启动超声波发射器发送超声波信号。例如，如图4所示，单片机控制器可以控制第一通信单元在t1时刻发送时间同步信号，控制超声波发射器在t2时刻(即前述的第三参考时刻)发送超声波信号，控制X轴上的旋转激光平面发射单元在t3时刻(如前述的第一参考时刻)发送X轴激光面信号(如前述的第一激光平面信号)，控制Y轴上的旋转激光平面发射单元在t4时刻(即前述的第二参考时刻)发送Y轴激光面信号(如前述的第二激光平面信号)，其中，t1时刻可以早于t2时刻，t2时刻可以早于t3时刻，t3时刻可以早于t4时刻。然而，本实用新型对此并不限定。例如，上述信号的发射时刻可以根据以下条件进行设置：在一个发射周期中，时间同步信号的发射时刻早于超声波信号以及激光面信号的发射时刻，X轴激光面信号的发射时刻不同于Y轴激光面信号的发射时刻。较佳地，第一同步装置、旋转激光平面发射器A、超声波发射器在同一时刻发送信号，旋转激光平面发射器B发送信号的时刻迟于前述时刻。若超声波发射器发送信号的时刻迟于旋转激光平面发射器A发送信号的时刻，则该延迟时长应小于激光平面旋转一周的时长。
如图2所示，待定位标记设备(信号接收装置)可以包括：第二通信单元、激光平面信号接收单元(例如，光电感应电路)以及测距信号接收单元(例如，超声波接收器)。其中，第二通信单元用于实现和定位基站之间的信息通信，例如可以从定位基站的第一通信单元接收时间同步信号，用于同步基准时刻；激光平面信号接收单元用于检测定位基站发送的第一激光平面信号以及第二激光平面信号；测距信号接收单元用于检测定位基站发送的测距信号。下面测距信号接收单元以超声波接收器为例进行说明。
可选地，第二通信单元例如为无线电通信电路。或者，也可以是一个IC(Integrated Circuit，集成电路)芯片和天线组成的通信模块。然而，本实用新型实施例对此并不限定。于其他实施例中，第二通信单元还可以接收光信号进行时间同步。需要说明的是，第一通信单元与第二通信单元需要对应，例如，当第一通信单元为无线电通信电路时，第二通信单元亦为无线电通信电路。换言之，第一通信单元与第二通信单元采用对应的信号发射与信号检测技术，以实现定位基站与待定位标记设备之间的时间同步。
可选地，激光平面信号接收单元包括硅光电池，用于检测激光平面信号。
于本实施例中，定位基站的第一通信单元向待定位标记设备同步基准时刻；定位基站的激光发射器的激光点亮，且定位基站内部的电机支架带动激光面旋转，不断向周围空间旋转发射激光平面信号；定位基站的超声波发射器向周围空间不断发送超声波信号，例如以10Hz的脉冲频率，40KHz的调制频率发送超声波。如此，定位基站可以为待定位标记设备提供高精度、高频率、低延迟的定位数据。同时，待定位标记设备的第二通信单元会从第一同步装置同步基准时刻；激光平面信号接收单元在被激光平面信号扫到时，会记录被扫到的时刻；超声波接收器在检测到超声波信号时，会记录检测到超声波信号的时刻。
于本实施例中，定位基站可以通过第一通信单元和待定位标记设备的第二通信单元进行交互，以获取进行三维坐标计算的相关信息，并将计算得到的三维坐标给待定位标记设备。
下面参照图3，对进行三维坐标计算的原理进行说明。
如图3所示，以三维测量坐标系为笛卡尔坐标系为例进行说明。其中，以第一旋转轴为X轴，以第二旋转轴为Y轴，定位基站的超声波发射器所在位置为三维测量坐标系的原点O。然而，本实施例对此并不限定。于实际应用中，定位基站所在位置例如为原点O(此时，超声波发射器的所在位置可能位于原点O附近)。定位基站的旋转激光平面发射器A绕着X轴旋转发送第一激光平面信号，转速例如为w1；定位基站的旋转激光平面发射器B绕着Y轴旋转发送第二激光平面信号，转速例如为w2。X轴和Y轴所确定的平面为XOY平面。然而，本实施例对此并不限定。于实际应用中，定位基站的旋转激光平面发射器A例如绕着平行于X轴的第一旋转轴旋转发送第一激光平面信号，定位基站的旋转激光平面发射器B绕着Y轴(第二旋转轴)旋转发送第二激光平面信号，且第一旋转轴与Y轴垂直且不相交，此时，第一旋转轴与Y轴能够确定一对平行平面(包括XOY平面以及与XOY平面平行的平面)；或者，定位基站的旋转激光平面发射器A绕着X轴(第一旋转轴)旋转发送第一激光平面信号，定位基站的旋转激光平面发射器B例如绕着平行于Y轴的第二旋转轴旋转发送第二激光平面信号，且第二旋转轴与X轴垂直且不相交，此时，第二旋转轴与X轴能够确定一对平行平面(包括XOY平面以及与XOY平面平行的平面)。其中，该对平行平面之间的垂直距离例如在预定范围内。
其中，定位基站通过第一通信单元(如无线电通信电路)向待定位标记设备同步基准时刻。其中，通过基准时刻的同步，确保定位基站与待定位标记设备能够保持时钟同步，以确保后续涉及的时刻信息基于同一基准。然而，本实施例对此并不限定。定位基站还可以通过产生光信号向待定位标记设备同步基准时刻。
于此，将定位基站的旋转激光平面发射器A在第一参考角度发射第一激光平面信号的时刻称为第一参考时刻，将定位基站的旋转激光平面发射器B在第二参考角度发射第二激光平面信号的时刻称为第二参考时刻。其中，第一参考时刻以及第二参考时刻为不同时刻。第一参考角度与第二参考角度可相同或不同。
其中，定位基站还会通过第一通信单元(如无线电通信电路)从待定位标记设备获取检测到第一激光平面信号的第一时刻以及检测到第二激光平面信号的第二时刻。
例一：
第一参考角度和第二参考角度例如均为0，即在第一参考时刻(或第二参考时刻)，旋转激光平面发射器A(或B)发送的激光平面信号相对于XOY平面的第一参考角度α'为0。其中，旋转激光平面发射器A和B的转速可以相同。
于此，参照图3，当第一参考角度为0(即旋转平面S1与XOY平面的夹角为0)时，以第一激光平面信号为例进行说明，第一旋转角度α为旋转平面S1与XOY平面的夹角。
当定位基站的旋转激光平面发射器A绕着X轴顺时针旋转发送第一激光平面信号时，360-α＝(T1-T0)w1；
当定位基站的旋转激光平面发射器A绕着X轴逆时针旋转发送第一激光平面信号时，α＝(T1-T0)w1；
其中：α为第一旋转角度，T1为待定位标记设备检测到第一激光平面信号的时刻，T0为定位基站最近一次的第一参考时刻；w1为定位基站的旋转激光平面发射器A的转速。
在一个具体实施例中，当定位基站的旋转激光平面发射器A绕着X轴顺时针每旋转一周360°发射一次参考时刻，定位基站的控制单元也可以根据下式确定第一旋转角度：
当定位基站的旋转激光平面发射器A绕着X轴逆时针每旋转一周360°发射一次参考时刻，定位基站的控制单元可以根据下式确定第一旋转角度：
其中，α为第一旋转角度，T1为待定位标记设备检测到第一激光平面信号的时刻，T0(N)为定位基站最近一次的第一参考时刻(如第N个第一参考时刻)，T0(N-1)为定位基站前一次的第一参考时刻(如第N-1个第一参考时刻)；w1为定位基站的旋转激光平面发射器A的转速。
例二：
当第一参考角度α'不为0时，以第一激光平面信号为例进行说明。
当定位基站的旋转激光平面发射器A绕着X轴顺时针旋转发送第一激光平面信号时，360-γ＝(T1-T0)w1，α＝α'-γ；
当定位基站的旋转激光平面发射器A绕着X轴逆时针旋转发送第一激光平面信号时，γ＝(T1-T0)w1，α＝α'+γ；
其中：α为第一旋转角度，γ为从第一参考时刻到收到第一激光平面信号的时刻，第一激光平面旋转的角度；α'为第一参考角度；T1为待定位标记设备检测到第一激光平面信号的时刻，T0为定位基站最近一次的第一参考时刻；w1为定位基站的旋转激光平面发射器A的转速。
在一个具体实施例中，当定位基站的旋转激光平面发射器A绕着X轴顺时针每旋转一周360°发射一次参考时刻，定位基站的控制单元也可以根据下式确定第一旋转角度：
当定位基站的旋转激光平面发射器A绕着X轴逆时针每旋转一周360°发射一次参考时刻，定位基站的控制单元可以根据下式确定第一旋转角度：
其中，α为第一旋转角度，γ为从第一参考时刻到收到第一激光平面信号的时刻，第一激光平面旋转的角度；α'为第一参考角度；T1为待定位标记设备检测到第一激光平面信号的时刻，T0(N)为定位基站最近一次的第一参考时刻(如第N个第一参考时刻)，T0(N-1)为定位基站前一次的第一参考时刻(如第N-1个第一参考时刻)；w1为定位基站的旋转激光平面发射器A的转速。
同理，第二旋转角度β为旋转平面S2与XOY平面的夹角，其确定方式类似于第一旋转角度，故于此不再赘述。
需要说明的是：待定位标记设备需要将检测到第一激光平面信号的时刻(如前述的第一时刻)和检测到第二激光平面信号的时刻(如前述的第二时刻)发送给定位基站。
另外，信号发送装置的控制单元可以根据下式确定待定位标记设备与定位基站之间的距离：
L＝(T3-T0')×v，
其中，L为待定位标记设备与定位基站之间的距离，T3为待定位标记设备检测到超声波信号的接收时刻(即前述的第三时刻)，T0’为定位基站发送超声波信号的发送时刻(即前述的第三参考时刻)，v为声音在空气中的传播速度。其中，v在1个标准大气压和15℃的条件下约为340米/秒。
需要说明的是，第一个第一参考时刻或者第一个第二参考时刻可以和超声波信号的发送时刻(即前述的第三参考时刻)相同(例如为基准时刻)或不同。本实施例对此并不限定。但是超声波信号的发送时刻和信号发送装置发送激光平面信号的时刻之间的时长(即第三参考时刻和第一参考时刻或第二参考时刻之间的时间间隔)应小于激光平面旋转一周的时长，例如，激光平面的旋转速度为90转/秒，则时间间隔应小于1/90秒。
在信号发送装置的控制单元计算得到第一旋转角度、第二旋转角度以及待定位标记设备与定位基站之间的距离之后，可以根据下式求解得到待定位标记设备在三维测量坐标系中的三维坐标：
X0 2+Y0 2+Z0 2＝L2
Y0×tanα＝X0×tanβ＝Z0，
其中，(X0，Y0，Z0)表示待定位标记设备在三维测量坐标系中的三维坐标，L为所述待定位标记设备与定位基站之间的距离，α为第一旋转角度，β为第二旋转角度。
可见，本实施例基于测距信号(例如超声波信号)和两个旋转激光平面信号能够实现室内精确定位。本实施例通过第一通信单元和第二通信单元(如无线电通信电路)进行定位基站与待定位标记设备的基准时刻同步以及时刻信息传输，能够支持定位基站与待定位标记设备的配对使用，进而可以支持多基站的扩展应用。
实施例三
本实施例的三维空间定位系统包括：信号接收装置以及信号发送装置。其中，信号发送装置作为三维空间定位的参考坐标基点，信号接收装置作为待定位点。
本实施例与实施例二的区别在于：在本实施例中，信号发送装置用于对信号接收装置检测到每路第一激光平面信号的第一激光时刻、每路第二激光平面信号的第二激光时刻以及检测到每路测距信号的测距时刻，分别进行融合处理，得到第一时刻、第二时刻以及第三时刻，进而计算三维坐标。
本实施例的信号发送装置的结构可以参照实施例二所述的信号发送装置，故于此不再赘述。
于本实施例中，信号接收装置的测距信号接收单元为多路测距信号接收阵列，激光平面信号单元为多路激光平面信号接收阵列。其中，多路测距信号接收阵列例如为多路超声波接收阵列，多路超声波接收阵列可以包括多个超声换能器，多路激光平面信号接收阵列可以包括多个硅光电池。
在一些实现方式中，考虑到信号接收装置所在的待定位物体可能以任意姿态移动翻转，这些超声换能器和硅光电池需要按照一定的位置角度来摆放，以确保可以从不同的角度接收到超声波和激光平面信号。例如可采用球形结构来安装这些超声换能器和硅光电池。这种阵列排布方式便于超声换能器与硅光电池在待定位物体以任意姿态移动时都能够接收到超声波和激光平面信号。
下面以测距信号为超声波信号为例。
其中，信号发送装置的第一通信单元可以从信号接收装置获取信号接收装置检测到每路第一激光平面信号的第一激光时刻、检测到每路第二激光平面信号的第二激光时刻、检测到超声波信号的测距时刻。
三维测量坐标系可以为笛卡尔坐标系。信号发送装置的控制单元可以根据以下式子确定第一时刻、第二时刻以及第三时刻：
Tx＝Φx(T0,[Tx0,Tx1,...,Txm-1])；
Ty＝Φy(T0,[Ty0,Ty1,...,Tyk-1])；
T3＝F(T0,[Tu0,Tu1,...,Tun-1])。
其中，T0为信号接收装置接收到时间同步信号的时刻(即前述的基准时刻)；[Tx0,Tx1,...,Txm-1]为每个硅光电池接收到X轴上激光面信号(如前述的第一激光平面信号)的时刻(如前述的第一激光时刻)，m为接收到X轴上的激光面信号的硅光电池的个数；[Ty0,Ty1,...,Tyk-1]为每个硅光电池接收到Y轴上的激光面信号(如前述的第二激光平面信号)的时刻(如前述的第二激光时刻)，k为接收到Y轴上的激光面信号的硅光电池的个数；[Tu0,Tu1,...,Tun-1]为每个超声换能器接收到超声波信号的时刻(如前述的测距时刻)，n为接收到超声波信号的超声换能器的个数。
其中，Φx()、Φy()和F()为数据融合函数，所述数据融合函数采用的融合方法可以包括但不限于：最近邻域法、广义相关法、高斯和法、最优贝叶斯法、概率数据互联法、对称测量方程滤波、加权平均、几何平均、算术平均、平方平均、调和平均等。
其中，Tx为融合后得到的接收到X轴上激光面信号(如前述的第一激光平面信号)的时刻(如前述的第一时刻)，Ty为融合后得到的接收到Y轴上激光面信号(如前述的第二激光平面信号)的时刻(如前述的第二时刻)，T3为融合后得到的对超声波信号的接收时刻(如前述的第三时刻)。
后续关于信号发送装置的控制单元根据第一时刻、第二时刻以及第三时刻计算三维坐标的过程可以参照实施例二所述，故于此不再赘述。
虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型。任何本实用新型所属领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种信号发送装置，其特征在于，包括：第一旋转激光平面发射单元、第二旋转激光平面发射单元、测距信号发射单元以及控制单元；控制单元，连接第一旋转激光平面发射单元、第二旋转激光平面发射单元以及测距信号发射单元；
第一旋转激光平面发射单元，用于绕着第一旋转轴旋转发射第一激光平面信号；第二旋转激光平面发射单元，用于绕着第二旋转轴旋转发射第二激光平面信号；测距信号发射单元，用于发射测距信号；控制单元，用于控制测距信号、第一激光平面信号以及第二激光平面信号的发射时刻。
2.根据权利要求1所述的信号发送装置，其特征在于，所述信号发送装置还包括：第一通信单元，连接所述控制单元，用于获取信号接收装置检测到第一激光平面信号的第一时刻、检测到第二激光平面信号的第二时刻以及检测到测距信号的第三时刻；
所述控制单元，包括：第一计算子单元、第二计算子单元以及第三计算子单元，第三计算子单元连接第一计算子单元以及第二计算子单元。
3.根据权利要求2所述的信号发送装置，其特征在于，所述第一通信单元包括第一通信子单元，连接所述控制单元，用于发射时间同步信号；所述控制单元包括第一控制子单元，用于控制时间同步信号的发射时刻。
4.根据权利要求2所述的信号发送装置，其特征在于，在信号接收装置检测到的第一激光平面信号、第二激光平面信号均为多路时，所述第一通信单元包括：多个第二通信子单元，每个第二通信子单元分别用于获取信号接收装置检测到每路第一激光平面信号的第一激光时刻、信号接收装置检测到每路第二激光平面信号的第二激光时刻；
所述控制单元包括：第二控制子单元，用于处理多个第一激光时刻，得到第一时刻；第三控制子单元，用于处理多个第二激光时刻，得到第二时刻。
5.根据权利要求2或4所述的信号发送装置，其特征在于，在信号接收装置检测到的测距信号均为多路时，所述第一通信单元包括：多个第三通信 子单元，每个第三通信子单元分别用于获取信号接收装置检测到每路测距信号的测距时刻；
所述控制单元包括：第四控制子单元，用于处理多个测距时刻，得到第三时刻。
6.根据权利要求1至4任一项所述的信号发送装置，其特征在于，所述第一旋转轴与所述第二旋转轴相互垂直。
7.根据权利要求1所述的信号发送装置，其特征在于，所述控制单元包括：第五控制子单元，用于控制第一旋转激光平面发射单元以及第二旋转激光平面发射单元分时发射第一激光平面信号以及第二激光平面信号。
8.根据权利要求1所述的信号发送装置，其特征在于，每个旋转激光平面发射单元包括电动机、激光发射器以及透镜，所述激光发射器和所述透镜设置在所述电动机的转轴处，所述激光发射器发射的激光束通过所述透镜转换成激光面，所述电动机带动所述透镜旋转，以形成旋转激光面。
9.根据权利要求1所述的信号发送装置，其特征在于，所述测距信号发射单元发射的测距信号为超声波信号。
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