本發(fā)明涉及自動(dòng)控制領(lǐng)域，特別涉及一種基于光學(xué)信號(hào)發(fā)射和接收的定位導(dǎo)引系統(tǒng)及方法，尤其適合于移動(dòng)路徑相對(duì)固定的自主導(dǎo)航設(shè)備。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有基于光學(xué)信號(hào)的定位導(dǎo)引系統(tǒng)與方法，普遍而言，定位精度低，算法復(fù)雜，要么需要高精度的時(shí)間測(cè)量，要么需要復(fù)雜算法，由此導(dǎo)致高成本，造成部署困難、環(huán)境適應(yīng)性差。

紅外線室內(nèi)定位導(dǎo)引方法，其原理是，紅外線標(biāo)識(shí)發(fā)射調(diào)制的紅外射線，通過安裝在室內(nèi)的光學(xué)傳感器接收進(jìn)行定位。雖然紅外線具有相對(duì)較高的室內(nèi)定位精度，但是由于光線不能穿過障礙物，使得紅外射線僅能視距傳播。直線視距和傳輸距離較短這兩大主要缺點(diǎn)使其室內(nèi)定位的效果很差。當(dāng)標(biāo)識(shí)放在口袋里或者有墻壁及其他遮擋時(shí)就不能正常工作，需要在每個(gè)房間、走廊安裝接收器，造價(jià)較高。因此，紅外線只適合短距離傳播，而且容易被熒光燈或者房間內(nèi)的燈光干擾，在精確定位上有局限性。

視覺導(dǎo)航定位導(dǎo)引方法是對(duì)對(duì)行駛區(qū)域的環(huán)境進(jìn)行圖像處理和智能學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)引。中國專利公告號(hào)CN201410504875.5，一種室內(nèi)視覺定位系統(tǒng)及方法，提供了一種通過雙攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)定位場(chǎng)所地圖構(gòu)建和基于地圖點(diǎn)、線、面、距離實(shí)現(xiàn)快速定位方法，其優(yōu)點(diǎn)是精度較高，缺點(diǎn)是對(duì)復(fù)雜環(huán)境的識(shí)別能力、學(xué)習(xí)能力有待提高，需要復(fù)雜的圖像處理識(shí)別算法實(shí)現(xiàn)特定標(biāo)識(shí)的識(shí)別和導(dǎo)引。

激光定位導(dǎo)引定位方法較精確，在地面無需其它輔助定位設(shè)施，行駛路徑可以靈活多變，適合多種現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。中國專利公告號(hào)CN201410049482.X，無反射板激光自車及其導(dǎo)航方法主導(dǎo)航AGV小車及其導(dǎo)航方法，提供了一種無需安裝反射板即可實(shí)現(xiàn)激光導(dǎo)航的AGV小車的定位和避障的無反射激光自主導(dǎo)航AGV小車，其缺點(diǎn)是需要激光掃描和地圖數(shù)據(jù)，設(shè)備復(fù)雜，算法量大，實(shí)時(shí)性差，成本較高。

LED定位導(dǎo)引方法，其原理是通過往天花板上的LED燈具發(fā)出像莫斯電報(bào)密碼一樣的閃爍信號(hào)，再由用戶智能手機(jī)照相機(jī)接收并進(jìn)行檢測(cè)，而且用戶不需要將手機(jī)相機(jī)對(duì)準(zhǔn)某一個(gè)特定方向，亦可以接收到反饋過來的直接光源信號(hào)，定位精度可以在1米之內(nèi)。LED定位需要改造LED燈具，增加芯片，增加成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于光學(xué)信號(hào)發(fā)射和接收的定位導(dǎo)引系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種基于光學(xué)信號(hào)發(fā)射和接收的定位導(dǎo)引系統(tǒng)，包括發(fā)射器陣列、接收器陣列、上位機(jī)、接收器陣列信息收發(fā)裝置和發(fā)射器陣列信息收發(fā)裝置；發(fā)射器陣列由2個(gè)或2個(gè)以上發(fā)射器組成，接收器陣列由2個(gè)或2個(gè)以上接收器組成，發(fā)射器陣列的任意一個(gè)發(fā)射器發(fā)射的光學(xué)信號(hào)接收器陣列只有部分接收器能接收到；上位機(jī)規(guī)劃移動(dòng)路徑、移動(dòng)方向與停止位置。

發(fā)射器陣列為固定端時(shí)，發(fā)射器陣列控制其位于規(guī)劃路徑上的發(fā)射器發(fā)射光學(xué)信號(hào)，在規(guī)劃路徑前進(jìn)方向與后退方向發(fā)射不同的光學(xué)信號(hào)，為接收器陣列停止發(fā)射特定的光學(xué)信號(hào)。

與之對(duì)應(yīng)的接收器陣列為移動(dòng)端，比較接收到光學(xué)信號(hào)的接收器位置與其定位中心線，獲得接收器陣列位置偏差信息；根據(jù)接收信號(hào)的差異確定規(guī)劃移動(dòng)方向和規(guī)劃停止位置；比較自身移動(dòng)方向與規(guī)劃移動(dòng)方向，獲得自身方向偏差；比較自身定位中心與規(guī)劃停止位置，獲得停止位置偏差。

發(fā)射器陣列為移動(dòng)端時(shí)，發(fā)射器陣列控制其位于定位中心線上的發(fā)射器發(fā)射光學(xué)信號(hào)，在自身前進(jìn)方向與后退方向發(fā)射光學(xué)信號(hào)不同。

與之對(duì)應(yīng)的接收器陣列為固定端，比較接收到光學(xué)信號(hào)的接收器位置與規(guī)劃路徑，獲得發(fā)射器陣列的位置偏差；根據(jù)接收到信號(hào)的差異確定發(fā)射器陣列移動(dòng)方向與定位中心位置；比較發(fā)射器陣列移動(dòng)方向與規(guī)劃移動(dòng)方向，獲得發(fā)射器陣列方向偏差；比較規(guī)劃停止位置與發(fā)射器陣列定位中心位置獲得發(fā)射器陣列停止位置偏差；接下來通過發(fā)射器陣列信息收發(fā)裝置和接收器陣列信息收發(fā)裝置將發(fā)射器陣列位置偏差信息、方向偏差信息與停止位置偏差信息發(fā)送給發(fā)射器陣列。

移動(dòng)端帶傾角傳感器、方位傳感器、距離傳感器和速度傳感器。

發(fā)射器陣列發(fā)射的光學(xué)信號(hào)是調(diào)制后信號(hào)。

與現(xiàn)有基于光學(xué)信號(hào)定位導(dǎo)引系統(tǒng)相比，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明無論室外還是室內(nèi)都可以實(shí)現(xiàn)高精度定位導(dǎo)引，不需要采用高精度的時(shí)間測(cè)量裝置或昂貴的圖像處理裝置，降低了定位導(dǎo)引系統(tǒng)的成本，提高了定位導(dǎo)引系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性。

本發(fā)明的另外一個(gè)目的是提供一種基于光學(xué)信號(hào)發(fā)射和接收的定位導(dǎo)引方法，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)路徑相對(duì)固定的設(shè)備的定位導(dǎo)引。

接收器陣列位于需要定位導(dǎo)引目標(biāo)上時(shí)，包括以下步驟：

A：上位機(jī)規(guī)劃移動(dòng)路徑、移動(dòng)方向和停止位置，并將其發(fā)送給發(fā)射器陣列；

B：發(fā)射器陣列控制位于規(guī)劃路徑上的發(fā)射器發(fā)射光學(xué)信號(hào)；

C：接收器陣列比較接收到光學(xué)信號(hào)的接收器位置與其定位中心線，獲得自身位置偏差；根據(jù)接收信號(hào)的差異確定規(guī)劃移動(dòng)方向和規(guī)劃停止位置；比較自身移動(dòng)方向與規(guī)劃移動(dòng)方向，獲得自身方向偏差；比較自身定位中心與規(guī)劃停止位置，獲得自身停止位置偏差；

D：接收器陣列將位置偏差信息、方向偏差信息、停止位置偏差信息、傾角信息、方位信息、速度信息、位移信息輸入需要定位導(dǎo)引目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)接收器陣列收到信號(hào)的接收器的位置與其定位中心線重合、移動(dòng)方向與規(guī)劃移動(dòng)方向一致、停止位置與規(guī)劃停止位置相同，從而實(shí)現(xiàn)需要定位導(dǎo)引目標(biāo)按上位機(jī)規(guī)劃路徑和方向移動(dòng)、在規(guī)劃位置停止的目的。

發(fā)射器陣列位于需要定位導(dǎo)引目標(biāo)上時(shí)，包括以下步驟：

A：上位機(jī)規(guī)劃移動(dòng)路徑、移動(dòng)方向和停止位置，并將其發(fā)送給接收器陣列；

B：發(fā)射器陣列控制位于其定位中心線上的發(fā)射器發(fā)射光學(xué)信號(hào)，且控制在其前進(jìn)方向與后退方向上發(fā)射不同的光學(xué)信號(hào)；

C：接收器陣列比較接收到光學(xué)信號(hào)的接收器位置與規(guī)劃路徑，獲得發(fā)射器陣列位置偏差；根據(jù)接收到信號(hào)的差異確定發(fā)射器陣列移動(dòng)方向與定位中心位置；比較發(fā)射器陣列移動(dòng)方向與規(guī)劃移動(dòng)方向，獲得發(fā)射器陣列方向偏差；比較規(guī)劃停止位置與發(fā)射器陣列定位中心位置獲得發(fā)射器陣列停止位置偏差；

D：接收器陣列通過發(fā)射器陣列信息收發(fā)裝置和接收器陣列信息收發(fā)裝置將發(fā)射器陣列位置偏差信息、方向偏差信息與停止位置偏差信息發(fā)送給發(fā)射器陣列；

E：發(fā)射器陣列將位置偏差信息、方向偏差信息、停止位置偏差信息、傾角信息、方位信息、速度信息、位移信息輸入需要定位導(dǎo)引目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)接收器陣列收到信號(hào)的接收器的位置與規(guī)劃路徑重合、發(fā)射器陣列移動(dòng)方向與規(guī)劃移動(dòng)方向一致、發(fā)射器陣列停止位置與規(guī)劃停止位置相同，從而實(shí)現(xiàn)需要定位導(dǎo)引目標(biāo)按上位機(jī)規(guī)劃路徑和方向移動(dòng)、在規(guī)劃位置停止的目的。

與現(xiàn)有基于光學(xué)信號(hào)定位導(dǎo)引方法相比,本發(fā)明的有益效果為：不需要復(fù)雜的算法或精密測(cè)量裝置就可以實(shí)現(xiàn)被定位端的定位導(dǎo)引，降低了定位導(dǎo)引系統(tǒng)的成本，提高了定位導(dǎo)引系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性。

附圖說明

圖1是接收器陣列位于需要定位導(dǎo)引目標(biāo)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2是發(fā)射器陣列位于需要定位導(dǎo)引目標(biāo)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖中，100，發(fā)射器陣列；1001，不發(fā)射光學(xué)信號(hào)的發(fā)射器；1002，發(fā)射光學(xué)信號(hào)的發(fā)射器；1003，上位機(jī)規(guī)劃的路徑；1004，發(fā)射器陣列定位中心線；101，接收器陣列；1011，未接收到光學(xué)信號(hào)的接收器；1012，接收到光學(xué)信號(hào)的接收器；1013，接收器陣列定位中心線；102，上位機(jī)；103，發(fā)射器陣列信息收發(fā)裝置；104，接收器陣列信息收發(fā)裝置。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明就行進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明的第一種實(shí)施方式涉及一種定位導(dǎo)引系統(tǒng)，如圖1所示，包含發(fā)射器陣列100、接收器陣列101、上位機(jī)102、發(fā)射器陣列信息收發(fā)裝置103和接收器陣列信息收發(fā)裝置104，其中接收器陣列位于需要定位導(dǎo)引目標(biāo)上。

具體而言，上位機(jī)通過發(fā)射器陣列信息收發(fā)裝置和接收器陣列信息收發(fā)裝置給發(fā)射器陣列發(fā)送規(guī)劃路徑1003、規(guī)劃移動(dòng)方向和規(guī)劃停止位置信息；發(fā)射器陣列控制規(guī)劃路徑上的發(fā)射器1002發(fā)射光學(xué)信號(hào)，并控制位于規(guī)劃路徑前進(jìn)方向與后退方向發(fā)射不同的光學(xué)信號(hào)，為接收器陣列停止發(fā)射特定的光學(xué)信號(hào)；接收器陣列中有些接收器1012接收到信號(hào)，有些接收器1011未接收到信號(hào)；比較接收到信號(hào)的接收器位置與接收器陣列定位中心線1013，獲得接收器陣列位置偏差；根據(jù)接收信號(hào)的差異確定規(guī)劃移動(dòng)方向和規(guī)劃停止位置；比較接收器陣列移動(dòng)方向與規(guī)劃移動(dòng)方向，獲得接收器陣列方向偏差；比較接收器陣列定位中心與規(guī)劃停止位置，獲得接收器陣列停止位置偏差。

接收器陣列將位置偏差信息、方向偏差信息、停止位置偏差信息、傾角信息、方位信息、速度信息、位移信息輸入需要定位導(dǎo)引目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)接收器陣列收到信號(hào)的接收器的位置與其定位中心線重合、移動(dòng)方向與規(guī)劃移動(dòng)方向一致、停止位置與規(guī)劃停止位置相同，從而實(shí)現(xiàn)需要定位導(dǎo)引目標(biāo)按上位機(jī)規(guī)劃路徑和方向移動(dòng)、在規(guī)劃位置停止的目的。

接收器陣列把自身的相對(duì)位置、傾角、方位等信息通過接收器陣列信息收發(fā)裝置和發(fā)射器陣列信息收發(fā)裝置發(fā)送到上位機(jī)；上位機(jī)獲得需要定位導(dǎo)引目標(biāo)的相對(duì)位置、傾角、方位、移動(dòng)距離、速度等信息。

本發(fā)明的第二種實(shí)施方式涉及一種定位導(dǎo)引系統(tǒng)，如圖2所示，包含發(fā)射器陣列100、接收器陣列101、上位機(jī)102、發(fā)射器陣列信息收發(fā)裝置103和接收器陣列信息收發(fā)裝置104，其中發(fā)射器陣列位于需要定位導(dǎo)引目標(biāo)上。

具體而言，上位機(jī)通過接收器陣列信息收發(fā)裝置給接收器陣列發(fā)送規(guī)劃路徑1003、規(guī)劃移動(dòng)方向和規(guī)劃停止位置信息；發(fā)射器陣列控制位于其定位中心線1004上的發(fā)射器1002發(fā)射光學(xué)信號(hào)，且在其前進(jìn)方向和后退方向上發(fā)射不同的光學(xué)信號(hào)；接收器陣列中有些接收器1012接收到信號(hào)，有些接收器1011未接收到信號(hào)；

比較接收到光學(xué)信號(hào)的接收器位置與規(guī)劃路徑，獲得發(fā)射器陣列的位置偏差；根據(jù)接收到信號(hào)的差異確定發(fā)射器陣列移動(dòng)方向與定位中心位置；比較發(fā)射器陣列移動(dòng)方向與規(guī)劃移動(dòng)方向，獲得發(fā)射器陣列方向偏差；比較規(guī)劃停止位置與發(fā)射器陣列定位中心位置獲得發(fā)射器陣列停止位置偏差。

接收器陣列通過發(fā)射器陣列信息收發(fā)裝置和接收器陣列信息收發(fā)裝置將發(fā)射器陣列位置偏差信息、方向偏差信息與停止位置偏差信息發(fā)送給發(fā)射器陣列；發(fā)射器陣列將位置偏差信息、方向偏差信息、停止位置偏差信息、傾角信息、方位信息、速度信息、位移信息輸入需要定位導(dǎo)引目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)接收器陣列收到信號(hào)的接收器的位置與規(guī)劃路徑重合、發(fā)射器陣列移動(dòng)方向與規(guī)劃移動(dòng)方向一致、發(fā)射器陣列移動(dòng)停止位置與規(guī)劃停止位置相同，從而實(shí)現(xiàn)需要定位導(dǎo)引目標(biāo)按上位機(jī)規(guī)劃路徑和方向移動(dòng)、在規(guī)劃位置停止的目的。

發(fā)射器陣列將自身的相對(duì)位置、傾角、方位等信息通過接收器陣列信息收發(fā)裝置和發(fā)射器陣列信息收發(fā)裝置發(fā)送到上位機(jī)；上位機(jī)獲得需要定位導(dǎo)引目標(biāo)的相對(duì)位置、傾角、方位、移動(dòng)距離、速度等信息。

本發(fā)明的第三種實(shí)施方式涉及一種定位導(dǎo)引方法，其中接收器陣列位于需要定位導(dǎo)引目標(biāo)上，如圖1所示，具體包含以下步驟：

A：上位機(jī)規(guī)劃移動(dòng)路徑、移動(dòng)方向和停止位置，并將其發(fā)送給發(fā)射器陣列；

B：發(fā)射器陣列控制位于規(guī)劃路徑上的發(fā)射器發(fā)射光學(xué)信號(hào)；

C：接收器陣列比較接收到光學(xué)信號(hào)的接收器位置與其定位中心線，獲得自身位置偏差；根據(jù)接收信號(hào)的差異確定規(guī)劃移動(dòng)方向和規(guī)劃停止位置；比較自身移動(dòng)方向與規(guī)劃移動(dòng)方向，獲得自身方向偏差；比較自身定位中心與規(guī)劃停止位置，獲得自身停止位置偏差；

D：接收器陣列將位置偏差信息、方向偏差信息、停止位置偏差信息、傾角信息、方位信息、速度信息、位移信息輸入需要定位導(dǎo)引目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)接收器陣列收到信號(hào)的接收器的位置與其定位中心線重合、移動(dòng)方向與規(guī)劃移動(dòng)方向一致、停止位置與規(guī)劃停止位置相同，從而實(shí)現(xiàn)需要定位導(dǎo)引目標(biāo)按上位機(jī)規(guī)劃路徑和方向移動(dòng)、在規(guī)劃位置停止的目的；

E：接收器陣列把自身的相對(duì)位置、傾角、方位等信息通過接收器陣列信息收發(fā)裝置和發(fā)射器陣列信息收發(fā)裝置發(fā)送到上位機(jī)；上位機(jī)獲得需要定位導(dǎo)引目標(biāo)的相對(duì)位置、傾角、方位、移動(dòng)距離、速度等信息。

本發(fā)明的第四種實(shí)施方式涉及一種定位導(dǎo)引方法，其中發(fā)射器陣列位于需要定位導(dǎo)引目標(biāo)上，如圖2所示，具體包含以下步驟：

A：上位機(jī)規(guī)劃移動(dòng)路徑、移動(dòng)方向和停止位置，并將其發(fā)送給接收器陣列；

B：發(fā)射器陣列控制位于其定位中心線上的發(fā)射器發(fā)射光學(xué)信號(hào)，且控制在其前進(jìn)方向與后退方向上發(fā)射不同的光學(xué)信號(hào)；

C：接收器陣列比較接收到光學(xué)信號(hào)的接收器位置與規(guī)劃路徑，獲得發(fā)射器陣列位置偏差；根據(jù)接收到信號(hào)的差異確定發(fā)射器陣列移動(dòng)方向與定位中心位置；比較發(fā)射器陣列移動(dòng)方向與規(guī)劃移動(dòng)方向，獲得發(fā)射器陣列方向偏差；比較規(guī)劃停止位置與發(fā)射器陣列定位中心位置獲得發(fā)射器陣列停止位置偏差；

D：接收器陣列通過接收器陣列信息收發(fā)裝置和發(fā)射器陣列信息收發(fā)裝置將發(fā)射器陣列位置偏差信息、方向偏差信息與停止位置偏差信息發(fā)送給發(fā)射器陣列；

E：發(fā)射器陣列將位置偏差信息、方向偏差信息、停止位置偏差信息、傾角信息、方位信息、速度信息、位移信息輸入需要定位導(dǎo)引目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)接收器陣列收到信號(hào)的接收器的位置與規(guī)劃路徑重合、發(fā)射器陣列移動(dòng)方向與規(guī)劃移動(dòng)方向一致、發(fā)射器陣列移動(dòng)停止位置與規(guī)劃停止位置相同，從而實(shí)現(xiàn)需要定位導(dǎo)引目標(biāo)按上位機(jī)規(guī)劃路徑和方向移動(dòng)、在規(guī)劃位置停止的目的；

F：發(fā)射器陣列將自身的相對(duì)位置、傾角、方位等信息通過接收器陣列信息收發(fā)裝置和發(fā)射器陣列信息收發(fā)裝置發(fā)送到上位機(jī)；上位機(jī)獲得需要定位導(dǎo)引目標(biāo)的相對(duì)位置、傾角、方位、移動(dòng)距離、速度等信息。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)，均應(yīng)不含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。