一種定位基站、定位終端及空間定位系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種定位終端、定位基站和空間定位系統(tǒng)，定位基站固定設(shè)置在空間中預(yù)定位置處；定位基站包括激光掃描器和磁場(chǎng)發(fā)生器，激光掃描器用于以預(yù)定的掃射周期向空間中掃射定位光束，定位光束的截面為直線段；磁場(chǎng)發(fā)生器用于產(chǎn)生強(qiáng)度已知的低頻電磁場(chǎng)；定位終端包括光傳感器模組、磁場(chǎng)接收傳感器和處理器，光傳感器模組接收激光掃描器掃射的定位光束，磁場(chǎng)接收傳感器接收磁場(chǎng)發(fā)生器產(chǎn)生的低頻電磁場(chǎng)；處理器用于根據(jù)光傳感器模組接收到定位光束的時(shí)間、所述掃射周期、定位基站預(yù)定位置、磁場(chǎng)發(fā)生器發(fā)射的低頻電磁場(chǎng)強(qiáng)度以及磁場(chǎng)接收傳感器接收到的低頻電磁場(chǎng)強(qiáng)度，確定所述定位終端的位置，能用低成本的方式，實(shí)現(xiàn)高精度空間定位。
【專利說(shuō)明】
一種定位基站、定位終端及空間定位系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及空間定位領(lǐng)域，尤其涉及一種定位基站、定位終端及空間定位系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展以及智能終端的逐漸普及，基于位置服務(wù)(Locat1n Based Service，LBS)的應(yīng)用已經(jīng)在許多領(lǐng)域?yàn)樯a(chǎn)和生活提供了便捷體驗(yàn)，成為了社會(huì)生活的重要組成部分。在無(wú)遮擋的開(kāi)放環(huán)境中，利用GPS衛(wèi)星信號(hào)和通信基站信號(hào)實(shí)現(xiàn)定位，已經(jīng)成為業(yè)界常用方式。然而，采用GPS衛(wèi)星信號(hào)和通信基站信號(hào)定位的穩(wěn)定性差，其容易受到信號(hào)遮擋與信號(hào)覆蓋等因素的影響，同時(shí)GPS衛(wèi)星信號(hào)和通信基站信號(hào)定位的誤差往往達(dá)到幾米，甚至數(shù)十米，無(wú)法滿足精準(zhǔn)定位的需求。
[0003]隨著普適計(jì)算和分布式通信技術(shù)的深入研究，室內(nèi)無(wú)線通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到快速發(fā)展，為基于無(wú)線局域網(wǎng)(Wireless Local Area Networks，WLAN)、藍(lán)牙及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)的空間定位技術(shù)提供了可能性。然而，基于WLAN、WSN等網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)空間定位技術(shù)也存在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投入成本較高、網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)間較長(zhǎng)，無(wú)法滿足高精度定位需求等弊端。
[0004]隨著虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的日益繁榮，頭戴現(xiàn)實(shí)設(shè)備的樣式也逐漸豐富，虛擬游戲開(kāi)始出現(xiàn)，在沉浸式交互體驗(yàn)中，精確的空間定位追蹤技術(shù)顯得尤為關(guān)鍵，如何快速、便捷、經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)空間定位，成為亟待解決的問(wèn)題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種定位基站、定位終端及空間定位系統(tǒng)，以經(jīng)濟(jì)、快速、便捷的方式實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)空間定位。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種空間定位系統(tǒng)，包括定位終端和定位基站，定位基站固定設(shè)置在空間中預(yù)定位置處;定位基站包括激光掃描器和磁場(chǎng)發(fā)生器，所述激光掃描器用于以預(yù)定的掃射周期向空間中掃射定位光束，所述定位光束的截面為直線段;所述磁場(chǎng)發(fā)生器用于產(chǎn)生強(qiáng)度已知的低頻電磁場(chǎng);定位終端包括光傳感器模組、磁場(chǎng)接收傳感器和處理器，所述光傳感器模組用于接收激光掃描器掃射的定位光束，所述磁場(chǎng)接收傳感器用于接收磁場(chǎng)發(fā)生器產(chǎn)生的低頻電磁場(chǎng);所述處理器用于根據(jù)光傳感器模組接收到定位光束的時(shí)間、所述掃射周期、所述定位基站預(yù)定位置、所述磁場(chǎng)發(fā)生器發(fā)射的低頻電磁場(chǎng)強(qiáng)度以及所述磁場(chǎng)接收傳感器接收到的低頻電磁場(chǎng)強(qiáng)度，確定所述定位終端的位置。
[0007]優(yōu)選的，所述激光掃描器包括第一掃描光源和第二掃描光源;第一掃描光源，以所述掃射周期繞軸旋轉(zhuǎn)，向所述空間掃射第一定位光束;第二掃描光源，以所述掃射周期繞軸旋轉(zhuǎn)，向所述空間掃射第二定位光束;所述第一定位光束的截面和第二定位光束的截面相交。
[0008]優(yōu)選的，所述激光掃描器還包括同步光源，用于在滿足啟動(dòng)條件時(shí)向所述空間發(fā)出同步光信號(hào)。
[0009]優(yōu)選的，所述同步光源為紅外LED光源。
[0010]優(yōu)選的，第一掃描光源和/或第二掃描光源附近分別設(shè)置有一個(gè)位置傳感，用于感測(cè)第一掃描光源和/或第二掃描光源的旋轉(zhuǎn)方位，并向同步光源發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)。
[0011 ]優(yōu)選的，所述位置傳感為霍爾位置傳感器或光敏傳感器。
[0012]優(yōu)選的，所述磁場(chǎng)發(fā)生器中的發(fā)射線圈為三個(gè)正交方式固定的線圈；所述磁場(chǎng)接收傳感器中的接收線圈為三個(gè)正交方式固定的線圈。
[0013]優(yōu)選的，在所述磁場(chǎng)接收傳感器的接收線圈中心設(shè)置有一個(gè)鐵氧體磁芯。
[0014]優(yōu)選的，所述定位終端還包括運(yùn)動(dòng)傳感器。
[0015]優(yōu)選的，所述第一定位光束的截面和第二定位光束的截面垂直。
[0016]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種定位基站，包括激光掃描器和磁場(chǎng)發(fā)生器，所述磁場(chǎng)發(fā)生器用于產(chǎn)生強(qiáng)度已知的低頻電磁場(chǎng);所述激光掃描器包括第一掃描光源、第二掃描光源和同步光源;第一掃描光源和第二掃描光源均以預(yù)定掃射周期繞軸旋轉(zhuǎn)，分別向待定位空間掃射第一定位光束和第二定位光束，所述第一定位光束的截面和第二定位光束的截面相交;所述同步光源，用于在滿足啟動(dòng)條件向所述空間發(fā)出同步光信號(hào)。
[0017]優(yōu)選的，所述同步光源為紅外LED光源。
[0018]優(yōu)選的，第一掃描光源和/或第二掃描光源附近分別設(shè)置有一個(gè)位置傳感，用于感測(cè)第一掃描光源和/或第二掃描光源的旋轉(zhuǎn)方位，并向同步光源發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)。
[0019]優(yōu)選的，所述第一定位光束的截面和第二定位光束的截面垂直。
[0020]優(yōu)選的，所述磁場(chǎng)發(fā)生器中的發(fā)射線圈為三個(gè)正交方式固定的線圈。
[0021]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種定位終端，包括光傳感器模組、磁場(chǎng)接收傳感器和處理器，所述光傳感器模組用于接收定位基站以預(yù)定的掃射周期掃射的定位光束，所述磁場(chǎng)接收傳感器用于接收定位基站產(chǎn)生的強(qiáng)度已知的低頻電磁場(chǎng);所述處理器用于根據(jù)光傳感器模組接收到定位光束的時(shí)間、所述掃射周期、所述定位基站的預(yù)定位置、所述定位基站發(fā)射的低頻電磁場(chǎng)強(qiáng)度以及所述磁場(chǎng)接收傳感器接收到的低頻電磁場(chǎng)強(qiáng)度，確定所述定位終端的位置。
[0022]優(yōu)選的，所述磁場(chǎng)接收傳感器中的接收線圈為三個(gè)正交方式固定的線圈。
[0023]優(yōu)選的，在所述磁場(chǎng)接收傳感器的接收線圈中心設(shè)置有一個(gè)鐵氧體磁芯。
[0024]優(yōu)選的，光傳感器模組包括一個(gè)或多個(gè)光敏傳感器。
[0025]優(yōu)選的，所述定位終端還包括運(yùn)動(dòng)傳感器。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0027]本發(fā)明采用激光加磁場(chǎng)結(jié)合的方式進(jìn)行定位，用磁場(chǎng)確定定位終端距定位基站的距離，用激光確定定位終端相對(duì)于定位基站的方位，二者結(jié)合最終確定定位終端的確切位置，用低成本的方式，實(shí)現(xiàn)高精度空間定位。與純光學(xué)定位相比，計(jì)算更簡(jiǎn)單，測(cè)量精度更容易控制;與純磁場(chǎng)定位相比，避免了物理因素導(dǎo)致誤差變化大，測(cè)量精度和效果更優(yōu)。
【附圖說(shuō)明】
[0028]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖:
[0029]圖1為本發(fā)明實(shí)施例空間定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2為本發(fā)明實(shí)施例定位基站的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖3a為本發(fā)明實(shí)施例提供的第一掃描光源在水平方向上進(jìn)行掃描的示意圖；
[0032]圖3b為本發(fā)明實(shí)施例提供的第二掃描光源在垂直方向上進(jìn)行掃描的示意圖；
[0033]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的同步光源發(fā)出同步光信號(hào)的示意圖；
[0034]圖5為在本發(fā)明實(shí)施例掃描光源附件設(shè)置霍爾傳感器和磁鐵示意圖；
[0035]圖6為本發(fā)明實(shí)施例中磁場(chǎng)發(fā)生器的發(fā)射線圈示意圖；
[0036]圖7為本發(fā)明實(shí)施例定位終端的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖8為本發(fā)明實(shí)施例中磁場(chǎng)接受傳感器的一種接收線圈結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖9為本發(fā)明實(shí)施例定位終端接收到周期脈沖信號(hào)圖一；
[0039]圖10為本發(fā)明實(shí)施例定位終端接收到周期脈沖信號(hào)圖二；
[0040]圖11為本發(fā)明實(shí)施例定位終端接收到周期脈沖信號(hào)圖三。
【具體實(shí)施方式】
[0041]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0042]實(shí)施例一:
[0043]參見(jiàn)圖1，為本發(fā)明實(shí)施例空間定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，該空間定位系統(tǒng)包括定位終端2和定位基站I，定位基站I固定設(shè)置在空間中預(yù)定位置處，定位基站I中包括激光掃描器和磁場(chǎng)發(fā)生器，所述激光掃描器用于以預(yù)定的掃射周期向空間中掃射定位光束，所述定位光束的截面為直線段，激光掃描器可以為一字激光掃描器;所述磁場(chǎng)發(fā)生器用于產(chǎn)生強(qiáng)度已知的低頻電磁場(chǎng);定位終端2包括光傳感器模組、磁場(chǎng)接收傳感器和處理器，所述光傳感器模組用于接收激光掃描器掃射的定位光束，所述磁場(chǎng)接收傳感器用于接收磁場(chǎng)發(fā)生器產(chǎn)生的低頻電磁場(chǎng);所述處理器用于根據(jù)光傳感器模組接收到定位光束的時(shí)間、所述掃射周期、所述定位基站預(yù)定位置、所述磁場(chǎng)發(fā)生器發(fā)射的低頻電磁場(chǎng)強(qiáng)度以及所述磁場(chǎng)接收傳感器接收到的低頻電磁場(chǎng)強(qiáng)度，確定所述定位終端的位置。
[0044]整個(gè)空間定位方案中，定位終端2的位置確定方式為:通過(guò)磁場(chǎng)確定定位終端距定位基站的距離，通過(guò)激光確定定位終端相對(duì)于定位基站的方向，二者結(jié)合起來(lái)最終解算出定位終端的確切位置。
[0045]低頻電磁場(chǎng)測(cè)距原理:根據(jù)畢-薩-拉定律和法拉第電磁感應(yīng)定律推導(dǎo)而來(lái)，根據(jù)這兩個(gè)定律可以推導(dǎo)出低頻電磁場(chǎng)在空間傳播時(shí)的衰減規(guī)律，可以較精準(zhǔn)的得出磁場(chǎng)發(fā)射源和磁場(chǎng)接收端之間的物理距離，本結(jié)論在學(xué)術(shù)上已經(jīng)經(jīng)過(guò)反復(fù)證明，屬于已知技術(shù)，所以推導(dǎo)過(guò)程和公式不在本文中進(jìn)行詳述。
[0046]激光測(cè)方位原理:假設(shè)激光按Θ/秒角速度掃射，從啟動(dòng)位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，從定位光束啟動(dòng)到定位光束被定位終端接收到的時(shí)間為11秒，則定位終端所在的方位與定位光束啟動(dòng)位置夾角α = Θ *t I。通過(guò)兩個(gè)方向激光進(jìn)行掃射，即可準(zhǔn)確確定定位終端相對(duì)于基站的方向向量。
[0047]由于本發(fā)明實(shí)施例空間定位系統(tǒng)中包含定位終端和定位基站兩部分，下面以實(shí)施例二和實(shí)施例三來(lái)分別介紹定位基站和定位終端結(jié)構(gòu)。
[0048]實(shí)施例二:
[0049]參見(jiàn)圖2，為本發(fā)明實(shí)施例定位基站I的一種結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)施例定位基站I包括激光掃描器11和磁場(chǎng)發(fā)生器12。
[0050]所述磁場(chǎng)發(fā)生器12用于產(chǎn)生強(qiáng)度已知的低頻電磁場(chǎng)，所述磁場(chǎng)發(fā)生器中的發(fā)射線圈優(yōu)選為三個(gè)正交方式固定的線圈，如圖6所示。在一種實(shí)施方式中，三個(gè)線圈可以按預(yù)設(shè)時(shí)序輪流發(fā)射具有相同頻率的、強(qiáng)度已知的低頻電磁場(chǎng);在另一種實(shí)施方式中，三個(gè)線圈也可以同時(shí)發(fā)射不同頻率的低頻電磁場(chǎng)。
[0051]所述激光掃描器11包括第一掃描光源111、第二掃描光源112和同步光源113;第一掃描光源111和第二掃描光源112均以預(yù)定掃射周期繞軸旋轉(zhuǎn)，分別向待定位空間掃射第一定位光束和第二定位光束，所述第一定位光束的截面和第二定位光束的截面相交(即非平行)，優(yōu)選方案為:第一定位光束的截面和第二定位光束的截面垂直。第一掃描光源111和第二掃描光源112均可以為一字激光掃描光源，請(qǐng)參考圖3a和圖3b，圖3a為本發(fā)明實(shí)施例提供的第一掃描光源111在水平方向上進(jìn)行掃描的示意圖；圖3b為本發(fā)明實(shí)施例提供的第二掃描光源112在垂直方向上進(jìn)行掃描的示意圖。
[0052]所述同步光源113，用于在滿足啟動(dòng)條件時(shí)向所述空間發(fā)出同步光信號(hào)，同步光信號(hào)可以將整個(gè)有效定位空間全部覆蓋，參見(jiàn)圖4，為本發(fā)明實(shí)施例提供的同步光源發(fā)出同步光信號(hào)的示意圖。所述同步光源可以為紅外LED光源。
[0053]在本發(fā)明實(shí)施例中，同步光信號(hào)的啟動(dòng)信號(hào)可以通過(guò)控制器發(fā)出的指令，例如采用廣播指令的方法，也可以通過(guò)傳感器感測(cè)掃描光源的旋轉(zhuǎn)方向，用傳感信號(hào)作為啟動(dòng)信號(hào)。
[0054]在一種實(shí)施方式中，在第一掃描光源和/或第二掃描光源附近分別設(shè)置一個(gè)位置傳感，用于感測(cè)第一掃描光源和/或第二掃描光源的旋轉(zhuǎn)方位，并向同步光源發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)。所述位置傳感器可以為霍爾位置傳感器或光敏傳感器，當(dāng)然也可以為其他可實(shí)現(xiàn)本功能的傳感器，在此不做限定。圖5以第二掃描光源112為例，當(dāng)位置傳感器3為霍爾傳感器時(shí)，在第二掃描光源112的外殼上，配套設(shè)置一個(gè)或多個(gè)磁鐵，如圖5中設(shè)置了磁鐵31和磁鐵32，當(dāng)磁鐵旋轉(zhuǎn)過(guò)程中靠近霍爾傳感器時(shí)，霍爾傳感器產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)，該信號(hào)既作為同步光源的啟動(dòng)信號(hào)。在具體實(shí)施時(shí)，磁鐵31對(duì)準(zhǔn)霍爾傳感器時(shí)，第二掃描光源112處于掃描光束起始位置，當(dāng)磁鐵32對(duì)準(zhǔn)霍爾傳感器時(shí)，第二掃描光源112處于掃描光束結(jié)束位置。具體配套磁鐵的個(gè)數(shù)根據(jù)實(shí)際實(shí)施時(shí)的計(jì)算方式不同而進(jìn)行增減，在此不做限定。圖5中，當(dāng)位置傳感器3為光敏傳感器時(shí)，在第二掃描光源112的外殼上，配套設(shè)置一個(gè)或多個(gè)磁鐵反光標(biāo)記，使得反光標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)光敏傳感器時(shí)，光敏傳感器產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)作為同步光源啟動(dòng)信號(hào)，具體配套反光標(biāo)記的個(gè)數(shù)，同樣根據(jù)實(shí)際實(shí)施時(shí)的計(jì)算方式不同而進(jìn)行增減，在此不做限定。
[0055]實(shí)施例三:
[0056]參見(jiàn)圖7，為本發(fā)明實(shí)施例定位終端2的一種結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明實(shí)施定位終端2包括光傳感器模組21、磁場(chǎng)接收傳感器22和處理器23。
[0057]所述光傳感器模組21包括一個(gè)或多個(gè)光敏傳感器，用于接收激光掃描器12掃射的定位光束，每個(gè)光敏傳感器能夠在定位光束的作用下生成電信號(hào)，當(dāng)光敏傳感器為多個(gè)時(shí)，光敏傳感器之間按已知間隔分布，光敏傳感器可以為紅外光敏二極管、紅外光敏三極管或硅光電池。光傳感器模組21中的光敏傳感器，可以選用對(duì)特定頻率的紅外線敏感的紅外光敏二極管，此時(shí)，定位基站發(fā)射出的定位光束和同步光信號(hào)需要與光敏傳感器模組匹配，使得傳感器模組21中的紅外光敏二極管在被定位光束和同步光信號(hào)照射后，輸出相應(yīng)的脈沖信號(hào)。
[0058]所述磁場(chǎng)接收傳感器22用于接收磁場(chǎng)發(fā)生器11產(chǎn)生的低頻電磁場(chǎng)，所述磁場(chǎng)接收傳感器22中的接收線圈可以為三個(gè)正交方式固定的線圈，如圖6所示。為了減小接收線圈體積，增加磁導(dǎo)率，同時(shí)方便線圈纏繞，優(yōu)選在所述磁場(chǎng)接收傳感器22中的接收線圈中心設(shè)置一個(gè)正方形或圓形的鐵氧體磁芯，如圖8所示。
[0059]為了使定位效果更好，更穩(wěn)定，在一些實(shí)施例中，還可以在定位終端中設(shè)置運(yùn)動(dòng)傳感器，運(yùn)動(dòng)傳感器檢測(cè)定位終端的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，利用運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)定位終端的空間位置進(jìn)行修正計(jì)算和彌補(bǔ)。運(yùn)動(dòng)傳感器可以為MU慣性傳感器、加速度傳感器、陀螺儀中的一種或多種。當(dāng)本發(fā)明實(shí)施例的定位器被安裝在其他智能終端上使用時(shí)，該運(yùn)動(dòng)傳感器可以借用智能終端上的運(yùn)動(dòng)傳感器。
[0060]實(shí)施例四:
[0061]本實(shí)施例介紹一種空間定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)定位基站和至少一個(gè)定位終端，其有效定位范圍會(huì)呈一個(gè)扇形，即定位終端只有在有效定位范圍內(nèi)移動(dòng)，空間定位系統(tǒng)才能準(zhǔn)確的計(jì)算出該定位終端的位置，這種結(jié)構(gòu)適用小范圍位置定位，例如僅需要小范圍身體移動(dòng)的VR類游戲。
[0062]本發(fā)明實(shí)施例定位基站包括激光掃描器和磁場(chǎng)發(fā)生器，激光掃描器包括X軸掃描光源、Y軸掃描光源和同步光源，X軸掃描光源掃描出來(lái)的定位光束示意圖參見(jiàn)圖3a，Y軸掃描光源掃描出來(lái)的定位光束示意圖參見(jiàn)圖3b;X軸掃描光源、Y軸掃描光源和同步光源均發(fā)射特定頻率的紅外光源，在X軸掃描光源和Y軸掃描光源附件分別設(shè)置有一個(gè)霍爾位置傳感器，在X軸掃描光源和Y軸掃描光源的外殼上，分別設(shè)置有I個(gè)磁鐵，當(dāng)X軸掃描光源或Y軸掃描光源處于設(shè)定啟示方位時(shí)，磁鐵正好對(duì)準(zhǔn)霍爾位置傳感器，霍爾傳感器此時(shí)產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)，作為同步光源的啟動(dòng)信號(hào)，即X軸掃描光源和Y軸掃描光源每次掃射啟動(dòng)時(shí)，同步光源均會(huì)發(fā)射一個(gè)同步信號(hào)。本發(fā)明實(shí)施例所指的掃射啟動(dòng)指定位光束開(kāi)始掃射并旋轉(zhuǎn)至設(shè)定啟動(dòng)方位時(shí)。
[0063]本發(fā)明實(shí)施例的定位終端包括光傳感器模組、磁場(chǎng)接收傳感器和處理器，光傳感器模組包括一個(gè)或多個(gè)對(duì)特定頻率紅外光源敏感的光敏傳感器，能夠被定位光束和同步光信號(hào)照射后，輸出相應(yīng)的脈沖信號(hào)。
[0064]本發(fā)明實(shí)施例中，定位終端接收到的一個(gè)周期的脈沖信號(hào)圖，如圖9所示:標(biāo)號(hào)91為X軸掃描光源掃射啟動(dòng)時(shí)，光敏傳感器接收到同步光信號(hào)產(chǎn)生的脈沖;標(biāo)號(hào)92為X軸掃描光源掃射到光敏傳感器時(shí)，產(chǎn)生的脈沖;標(biāo)號(hào)93為Y軸掃描光源掃射啟動(dòng)時(shí)，光敏傳感器接收到同步光信號(hào)產(chǎn)生的脈沖;標(biāo)號(hào)94為Y軸掃描光源掃射到光敏傳感器時(shí)，產(chǎn)生的脈沖，圖9中，tl表示X軸掃描光源從啟動(dòng)到掃射到光敏傳感器的時(shí)間，t2表示X軸掃描光源從啟動(dòng)到掃射到光敏傳感器的時(shí)間，T1表不X軸掃描光源掃描周期，T2表不Y軸掃描光源掃描周期，TO表示掃描間隙，其中TO可以為O。
[0065]以激光掃描器(定位基站)為原點(diǎn)O建立直角坐標(biāo)系J，以01號(hào)紅外光敏傳感器為例，設(shè)該點(diǎn)為PO，假設(shè)激光掃描器恒定以Θ角速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掃射，定位基站指向PO點(diǎn)的方向向量的計(jì)算方法如下:
[0066]I)X軸掃描獲得偏轉(zhuǎn)角度α = Θ*11，轉(zhuǎn)角度α即ρΟ點(diǎn)在XY平面的投影點(diǎn)相對(duì)于原點(diǎn)的方位角。
[0067]2)Υ軸掃描獲得偏轉(zhuǎn)角β = θ*?2，偏轉(zhuǎn)角卵卩ρΟ點(diǎn)在YZ平面的投影點(diǎn)相對(duì)于原點(diǎn)的方位角。
[0068]3)已知兩個(gè)方位角，作為約束，即可以求得原點(diǎn)指向ρΟ點(diǎn)的方向向量，即定位基站指向PO點(diǎn)的方向向量。
[0069]依據(jù)低頻電磁場(chǎng)測(cè)距原理，通過(guò)磁場(chǎng)接受傳感器接收到的電磁場(chǎng)強(qiáng)度，和定位基站中的磁場(chǎng)發(fā)生器發(fā)射的已知強(qiáng)度的電磁場(chǎng)，計(jì)算定位終端距離定位基站的距離。整個(gè)空間定位方案中，通過(guò)磁場(chǎng)確定定位終端距定位基站的距離，通過(guò)激光確定定位終端相對(duì)于定位基站的方向，二者結(jié)合起來(lái)最終解算出定位終端的確切位置。
[0070]如果光傳感器模組中包括多個(gè)光敏傳感器，可以選擇任一個(gè)光敏傳感器采集到的光信號(hào)來(lái)計(jì)算定位終端的方向。
[0071 ]本發(fā)明實(shí)施例定位終端還可以增加運(yùn)動(dòng)傳感器，運(yùn)動(dòng)傳感器檢測(cè)定位終端的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，利用運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)定位終端的空間位置進(jìn)行修正計(jì)算和彌補(bǔ)。運(yùn)動(dòng)傳感器可以為IMU慣性傳感器、加速度傳感器、陀螺儀中的一種或多種。當(dāng)本發(fā)明實(shí)施例的定位器被安裝在其他智能終端上使用時(shí)，該運(yùn)動(dòng)傳感器可以借用智能終端上的運(yùn)動(dòng)傳感器。
[0072]實(shí)施例五:
[0073]在實(shí)施例四的基礎(chǔ)上，如果X軸掃描光源和Y軸掃描光源設(shè)置了聯(lián)動(dòng)機(jī)制，使得X軸掃描光源掃描結(jié)束，Y軸掃描光源立即啟動(dòng)掃描，貝lJ可以只在X軸掃描光源或Y軸掃描光源外殼上，設(shè)置一個(gè)磁鐵。假設(shè)，該磁鐵設(shè)置在X軸掃描光源外殼上，此時(shí)，定位終端接收到的一個(gè)周期的脈沖信號(hào)圖，如圖10所示。
[0074]實(shí)施例六:
[0075]實(shí)施例四和實(shí)施例五中，默認(rèn)帶動(dòng)掃描光源旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，因此在X軸掃描光源和/或Y軸掃描光源的外殼上，對(duì)應(yīng)設(shè)置I個(gè)磁鐵，只X軸掃描光源和/或Y軸掃描光源每次掃射啟動(dòng)時(shí)，同步光源信號(hào)。但在實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，帶動(dòng)掃描光源旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)轉(zhuǎn)速并不一定穩(wěn)定，因此，可以考慮在X軸掃描光源和Y軸掃描光源的外殼上，分別設(shè)置2個(gè)磁鐵，使X軸掃描光源、Y軸掃描光源在每次掃射啟動(dòng)時(shí)和每次掃射結(jié)束時(shí)，均發(fā)射一個(gè)同步信號(hào)，此種情況下，定位終端接收到的一個(gè)周期的脈沖信號(hào)圖，如圖11所示，其中95表示X軸激光掃描光源掃描結(jié)束時(shí)，光敏傳感器接收到同步光信號(hào)產(chǎn)生的脈沖;96表;軸激光掃描光源掃描結(jié)束時(shí)，光敏傳感器接收到同步光信號(hào)產(chǎn)生的脈沖。
[0076]設(shè)X軸掃描光源和Y軸掃描光源的掃射有效角度為β，則該周期內(nèi)，X軸旋轉(zhuǎn)的角速度θχ = β/Τ1，Υ軸旋轉(zhuǎn)的角速度Θγ = β/Τ2。
[0077]本實(shí)施例對(duì)每一個(gè)掃描周期都進(jìn)行單獨(dú)角速度計(jì)算，可以避免因?yàn)轳R達(dá)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)而造成的誤差。
[0078]實(shí)施例七:
[0079]實(shí)施例四、實(shí)施例五、實(shí)施例六中的空間定位系統(tǒng)，均包括一個(gè)定位基站，其有效定位范圍會(huì)呈一個(gè)扇形，在具體實(shí)施時(shí)，可以將上述實(shí)施例中的多個(gè)定位基站按一定的位置擺放，組成一個(gè)定位基站組，形成有效定位范圍覆蓋360度。例如，可以采用3?6個(gè)實(shí)施例二中的定位基站，背靠背綁定在一起，形成定位基站組，將每個(gè)定位基站的有效覆蓋范圍拼接后，形成360度覆蓋。
[0080]本發(fā)明空間定位系統(tǒng)，與純光學(xué)定位相比，計(jì)算更簡(jiǎn)單，測(cè)量精度更容易控制；與純磁場(chǎng)定位相比，避免了物理因素導(dǎo)致誤差變化大，測(cè)量精度和效果更優(yōu)。本發(fā)明空間定位技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)精確定位，特別適用于在虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域，進(jìn)行行動(dòng)追蹤。
[0081]本說(shuō)明書中公開(kāi)的所有特征，或公開(kāi)的所有方法或過(guò)程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0082]本說(shuō)明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開(kāi)的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。
[0083]本發(fā)明并不局限于前述的【具體實(shí)施方式】。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說(shuō)明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過(guò)程的步驟或任何新的組合。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種空間定位系統(tǒng)，其特征在于，包括定位終端和定位基站，定位基站固定設(shè)置在空間中預(yù)定位置處； 定位基站包括激光掃描器和磁場(chǎng)發(fā)生器，所述激光掃描器用于以預(yù)定的掃射周期向空間中掃射定位光束，所述定位光束的截面為直線段;所述磁場(chǎng)發(fā)生器用于產(chǎn)生強(qiáng)度已知的低頻電磁場(chǎng)； 定位終端包括光傳感器模組、磁場(chǎng)接收傳感器和處理器，所述光傳感器模組用于接收激光掃描器掃射的定位光束，所述磁場(chǎng)接收傳感器用于接收磁場(chǎng)發(fā)生器產(chǎn)生的低頻電磁場(chǎng);所述處理器用于根據(jù)光傳感器模組接收到定位光束的時(shí)間、所述掃射周期、所述定位基站預(yù)定位置、所述磁場(chǎng)發(fā)生器發(fā)射的低頻電磁場(chǎng)強(qiáng)度以及所述磁場(chǎng)接收傳感器接收到的低頻電磁場(chǎng)強(qiáng)度，確定所述定位終端的位置。2.如權(quán)利要求1所述的空間定位系統(tǒng)，其特征在于，所述激光掃描器包括第一掃描光源和第二掃描光源;第一掃描光源，以所述掃射周期繞軸旋轉(zhuǎn)，向所述空間掃射第一定位光束;第二掃描光源，以所述掃射周期繞軸旋轉(zhuǎn)，向所述空間掃射第二定位光束;所述第一定位光束的截面和第二定位光束的截面相交。3.如權(quán)利要求2所述的空間定位系統(tǒng)，其特征在于，所述激光掃描器還包括同步光源，用于在滿足啟動(dòng)條件時(shí)向所述空間發(fā)出同步光信號(hào)。4.如權(quán)利要求3所述的空間定位系統(tǒng)，其特征在于，所述同步光源為紅外LED光源。5.如權(quán)利要求3所述的空間定位系統(tǒng)，其特征在于，第一掃描光源和/或第二掃描光源附近分別設(shè)置有一個(gè)位置傳感，用于感測(cè)第一掃描光源和/或第二掃描光源的旋轉(zhuǎn)方位，并向同步光源發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)。6.如權(quán)利要求5所述的空間定位系統(tǒng)，其特征在于，所述位置傳感為霍爾位置傳感器或光敏傳感器。7.如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的空間定位系統(tǒng)，其特征在于，所述磁場(chǎng)發(fā)生器中的發(fā)射線圈為三個(gè)正交方式固定的線圈;所述磁場(chǎng)接收傳感器中的接收線圈為三個(gè)正交方式固定的線圈。8.如權(quán)利要求7所述的空間定位系統(tǒng)，其特征在于，在所述磁場(chǎng)接收傳感器的接收線圈中心設(shè)置有一個(gè)鐵氧體磁芯。9.如權(quán)利要求7任一項(xiàng)所述的空間定位系統(tǒng)，其特征在于，所述定位終端還包括運(yùn)動(dòng)傳感器。10.如權(quán)利要求7所述的空間定位系統(tǒng)，其特征在于，所述第一定位光束的截面和第二定位光束的截面垂直。11.一種定位基站，其特征在于，包括激光掃描器和磁場(chǎng)發(fā)生器，所述磁場(chǎng)發(fā)生器用于產(chǎn)生強(qiáng)度已知的低頻電磁場(chǎng);所述激光掃描器包括第一掃描光源、第二掃描光源和同步光源;第一掃描光源和第二掃描光源均以預(yù)定掃射周期繞軸旋轉(zhuǎn)，分別向待定位空間掃射第一定位光束和第二定位光束，所述第一定位光束的截面和第二定位光束的截面相交;所述同步光源，用于在滿足啟動(dòng)條件時(shí)向所述空間發(fā)出同步光信號(hào)。12.如權(quán)利要求11所述的定位基站，其特征在于，所述同步光源為紅外LED光源。13.如權(quán)利要求11所述的定位基站，其特征在于，第一掃描光源和/或第二掃描光源附近分別設(shè)置有一個(gè)位置傳感，用于感測(cè)第一掃描光源和/或第二掃描光源的旋轉(zhuǎn)方位，并向同步光源發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)。14.如權(quán)利要求13所述的定位基站，其特征在于，所述第一定位光束的截面和第二定位光束的截面垂直。15.如權(quán)利要求11至14任一項(xiàng)所述的定位基站，其特征在于，所述磁場(chǎng)發(fā)生器中的發(fā)射線圈為三個(gè)正交方式固定的線圈。16.一種定位終端，其特征在于，包括光傳感器模組、磁場(chǎng)接收傳感器和處理器，所述光傳感器模組用于接收定位基站以預(yù)定的掃射周期掃射的定位光束，所述磁場(chǎng)接收傳感器用于接收定位基站產(chǎn)生的強(qiáng)度已知的低頻電磁場(chǎng);所述處理器用于根據(jù)光傳感器模組接收到定位光束的時(shí)間、所述掃射周期、所述定位基站的預(yù)定位置、所述定位基站發(fā)射的低頻電磁場(chǎng)強(qiáng)度以及所述磁場(chǎng)接收傳感器接收到的低頻電磁場(chǎng)強(qiáng)度，確定所述定位終端的位置。17.如權(quán)利要求16所述的定位終端，其特征在于，所述磁場(chǎng)接收傳感器中的接收線圈為三個(gè)正交方式固定的線圈。18.如權(quán)利要求17所述的定位終端，其特征在于，在所述磁場(chǎng)接收傳感器的接收線圈中心設(shè)置有一個(gè)鐵氧體磁芯。19.如權(quán)利要求16所述的定位終端，其特征在于，光傳感器模組包括一個(gè)或多個(gè)光敏傳感器。20.如權(quán)利要求15至19任一項(xiàng)所述的定位終端，其特征在于，所述定位終端還包括運(yùn)動(dòng)傳感器。
【文檔編號(hào)】H04W64/00GK105898864SQ201610370578
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月30日
【發(fā)明人】李小虎, 張超
【申請(qǐng)人】成都理想境界科技有限公司