CN106646342A - 一种定位基站和定位*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定位基站和定位***，定位基站包括底座和设置于底座上的两个旋转轴，每个旋转轴上设置有两个激光扫描器，每个激光扫描器出射的激光扫描线均不垂直于所在旋转轴的轴心，四个激光扫描器出射的激光扫描线扫描过空间中同一点时的四条激光扫描线不完全重合，并且同一旋转轴上的两个激光扫描器在垂直于旋转轴的平面上的两个投影点，分别与轴心在同一平面上的投影点相连形成的两条连线之间的夹角小于等于90°。由于减少了同一旋转轴上出射的两个激光扫描线扫描到定位区域中同一点之间的时间间隔，从而减少了对定位终端的定位失真，从而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***

技术领域

本发明涉及空间定位领域，尤其涉及一种定位基站和定位***。

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***)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。

发明内容

本发明的目的是提供一种定位基站和定位***，以快速和精准地实现空间定位。

为了实现上述发明目的，本发明实施例第一方面提供了一种定位基站，包括底座和设置于所述底座上的两个旋转轴，每个旋转轴上设置有两个激光扫描器，每个激光扫描器出射的激光扫描线均不垂直于所在旋转轴的轴心，四个激光扫描器出射的激光扫描线扫描过空间中同一点时的四条激光扫描线不完全重合，并且同一旋转轴上的两个激光扫描器在垂直于旋转轴的平面上的两个投影点，分别与轴心在同一平面上的投影点相连形成的两条连线之间的夹角小于等于90°。

可选地，在所述定位基站运行时，四个激光扫描器出射的激光扫描线在所述定位基站的定位区域内不相交。

可选地，同一旋转轴上的两个激光扫描器，其中一个激光扫描器出射的激光扫描线与所在旋转轴的轴心之间的夹角为0°±15°，另一个激光扫描器出射的激光扫描线与所在旋转轴的轴心之间的夹角为45°±15°。

可选地，两个旋转轴的旋转方向相同。

可选地，根据两个旋转轴的旋转方向，两个旋转轴上的四个激光扫描器依次对所述定位基站的定位区域进行扫描，第一个激光扫描器出射的激光扫描线与所在旋转轴的轴心之间的夹角为0°±15°，第二个激光扫描器出射的激光扫描线与所在旋转轴的轴心之间的夹角为45°±15°，第三个激光扫描器出射的激光扫描线与所在旋转轴的轴心之间的夹角为45°±15°，第四个激光扫描器出射的激光扫描线与所在旋转轴的轴心之间的夹角为0°±15°，并且，所述第二个激光扫描器出射的激光扫描线与所述第三个激光扫描器出射的激光扫描线的偏转方向相同，其中，所述第一个激光扫描器和所述第二个激光扫描器设置于一个旋转轴上，所述第三个激光扫描器和所述第四个激光扫描器设置于另一个旋转轴上。

可选地，同一旋转轴上的两个激光扫描器出射的激光扫描线的偏斜方向一致。

可选地，所述定位基站还包括同步信号发送装置。

本发明实施例第二方面还提供一种定位***，包括：

定位终端；

如第一方面所述的定位基站；

数据处理设备，用于根据所述定位终端被所述定位基站出射的激光扫描线扫描的时间点，确定所述定位终端相对所述定位基站的位置。

本发明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：

由于采用了将同一旋转轴上的两个激光扫描器的位置，设置为在垂直于该旋转轴的平面上的两个投影点，分别与轴心在同一平面上的投影点相连形成的两条连线之间的夹角小于等于90°这一技术方案，减少了同一旋转轴上出射的两个激光扫描线扫描到定位区域中同一点之间的时间间隔，从而减少了对定位终端的定位失真，从而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为本发明实施例提供的定位基站的结构示意图；

图2A为本发明实施例提供的定位基站的激光扫描平面的示意图；

图2B为激光扫描器发出激光扫描线的示意图；

图3为两个激光扫描器之间的角度为180°的示意图；

图4为本发明实施例提供的定位基站上的四个激光扫描器的位置示意图；

图5A为本发明实施例提供的两个旋转轴出射的激光扫描线的第一种示意图；

图5B为本发明实施例提供的两个旋转轴出射的激光扫描线的第二种设置方式的示意图；

图6A为同一旋转轴上两个激光扫描器出射的激光扫描线的偏斜方向一致的示意图；

图6B为同一旋转轴上两个激光扫描器出射的激光扫描线的偏斜方向不一致的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种定位基站，该定位基站包括底座和设置于底座上的两个旋转轴，每个旋转轴上设置有两个激光扫描器，请参考图1，图1为本发明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和第二旋转轴13，第一旋转轴12和第二旋转轴13设置在底座11上，需要说明的是，第一旋转轴12和第二旋转轴13之间的距离可以由本领域所属的技术人员根据实际情况进行设定，以满足实际情况的需要，在此不做限制。

定位基站的定位区域是指四个激光扫描器出射的激光扫描线能够共同扫描到的区域，取决于旋转轴的激光扫描器的设置方式及激光扫描线的有效传播距离，在此就不再赘述了。

请继续参考图1，如图1所示，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出射的第一激光扫描线和第二激光扫描器122出射的第二激光扫描线均不垂直于第一旋转轴12的轴心；第二旋转轴13上设置有第三激光扫描器131和第三激光扫描器132，第三激光扫描器131出射的第三激光扫描线和第四激光扫描器132出射的第四激光扫描线均不垂直于第二旋转轴13的轴心。在实际应用中，每个激光扫描器出射的激光扫描线具体可以通过一字线激光器发出，或者通过对出射的点激光利用菲涅耳透镜或鲍威尔棱镜转换为一字线激光，在此不做限制。

请继续参考图2A，图2A为本发明实施例提供的定位基站的激光扫描平面的示意图，该图为俯视图，如图2A所示，第一激光扫描器121出射的第一激光线对应的激光扫描平面21，第二激光扫描器122出射的第二激光线对应的激光扫描平面22，第三激光扫描器131出射的第三激光线对应的激光扫描平面31，第四激光扫描器132出射的第四激光线对应的激光扫描平面32。

在本实施例中，四个激光扫描器的的结构可以相同，仅仅是其在各自所在旋转轴上的位置以及偏转方向不同，请参考图2B，图2B为激光扫描器发出激光扫描线的示意图，如图2B所示，第一激光扫描器121出射的激光扫描线与激光扫描器之间形成激光扫描平面21，第一激光扫描器121的出光张角一般在90°～130°这一范围之内。

在具体实施过程中，定位基站还包括同步信号发送装置，同步信号发送装置可以是LED阵列和/或射频信号发生器，当然，定位终端上也需要设置相应的光敏传感器和/或射频信号接收器。由于四个激光扫描器出射的激光扫描线扫描过空间中同一点时的四条激光扫描线不完全重合，所以定位基站通过同步信号发送装置发出同步信号后，再通过四个激光扫描器出射的激光扫描线对定位区域进行扫描，定位***中的数据处理设备即能够以定位终端接收到同步信号的时间点为起点，再以定位终端被四个激光扫描线扫描时生成的信号为终点，再根据旋转轴旋转时的角速度，从而能够计算出定位终端相对于定位基站发出同步信号时、每个激光扫描器对应的激光扫描平面的偏移量，即能够确定出定位终端相对于定位基站的位置，相当于通过定位基站对定位终端进行了定位，具体的定位过程在此就不再赘述了。

理论上来讲，定位基站只需要两组且每组包括两个不平行的激光扫描平面，最少三个激光扫描平面进行扫描，即能够对定位终端进行定位，当然，为了保证定位基站的定位区域，激光扫描平面不能垂直于其所在的旋转轴，因此，在本实施例中，只要保证第一激光扫描线、第二激光扫描线、第三激光扫描线和第四激光扫描线在扫描过空间中同一点时的四条激光扫描线不完全重合，即能够保证能够对定位区域内的定位终端进行定位。

发明人在实现本发明的过程中，发现定位基站上激光扫描线的设置方式，会对定位结果造成较大的影响，具体来讲，请参考图3，图3为两个激光扫描器之间的角度为180°的示意图，如图3所示，两个激光扫描器出射的激光扫描线分别对应激光扫描平面301和激光扫描平面302，该旋转轴按顺时针方向旋转，从而带动激光扫描平面301和激光扫描平面302对定位终端进行扫描，设定定位终端先处于A点，则在激光扫描平面301扫描过A点之后，激光扫描平面302在旋转轴旋转180°之后才能够扫描到A点，而A点在旋转轴旋转180°这一段时间内，可能会产生位移例如移动到A’点，也就是说，但是在根据定位终端被激光扫描平面301和激光扫描平面302扫描时生成的反馈信息，确定定位终端的位置时，而实质上激光扫描平面301和激光扫描平面302各自在扫描定位终端时，定位终端的位置是不相同，也就是说，如图3所示的两个激光扫描平面的设置方式，会造成对运动中的定位终端的定位失真，同时为了避免同一定位基站上的两个旋转轴各自出射的激光扫描线在定位区域相交，还需要分时进行扫描，例如，一个旋转轴上的激光扫描器在当前周期内出射激光进行扫描，另一个旋转轴上的集扫描器在下一周期内出射激光进行扫描，后续的扫描方式以此类推，可以看出，由于两个旋转轴各自出射的激光扫描线相差一个周期，所以这会进一步加剧对定位终端的定位失真。

因此，在本发明实施例中，将同一旋转轴上的两个激光扫描器的位置，设置为在垂直于该旋转轴的平面上的两个投影点，分别与轴心在同一平面上的投影点相连形成的两条连线之间的夹角小于等于90°，减少了同一旋转轴上出射的两个激光扫描线扫描到定位区域中同一点之间的时间间隔，从而减少了对定位终端的定位失真。

如前所述，激光扫描器的出光张角一般在90°～130°这一范围之内，以最大的出光张角130°为例，该出光张角的一半为65°，在激光扫描器出射的激光扫描线与其所在的旋转轴的轴心之间的夹角为45°时，其在垂直与轴心的平面上的投影的出光张角一定小于65°，因此，请继续参考图2A，在保证同一旋转轴上两个激光扫描器之间的距离的情况下，将同一旋转轴上的两个激光扫描器的位置，设置为在垂直于该旋转轴的平面上的两个投影点，分别与轴心在同一平面上的投影点相连形成的两条连线之间的夹角小于等于90°是能够实现的，如图2A所示，也即设置∠A小于等于90°，在此就不再赘述了。

通过上述部分可以看出，由于采用了将同一旋转轴上的两个激光扫描器的位置，设置为在垂直于该旋转轴的平面上的两个投影点，分别与轴心在同一平面上的投影点相连形成的两条连线之间的夹角小于等于90°这一技术方案，减少了同一旋转轴上出射的两个激光扫描线扫描到定位区域中同一点之间的时间间隔，从而减少了对定位终端的定位失真，从而实现了快速和精准地实现空间定位的技术效果。

以第一旋转轴12为例，请同时参考图2A和图4，图4为本发明实施例提供的定位基站上的四个激光扫描器的位置示意图，如图2A和图4所示，第一激光扫描器121出射的激光扫描线与第一旋转轴的轴心之间的角度为0°，第二激光扫描器122出射的激光扫描线与第一旋转轴的轴心之间的角度为45°。当然，在实际应用中，第一激光扫描器121出射的激光扫描线和第二激光扫描器122出射的激光扫描线还可以进行一定的偏转，例如，第一激光扫描器121出射的激光扫描线与第一旋转轴的轴心之间的角度为0°±15°，第二激光扫描器122出射的激光扫描线与第一旋转轴的轴心之间的角度为45°±15°。

定位基站上的另一个旋转轴，也即第二旋转轴13上两个激光扫描器的位置设置，可以参考第一旋转轴12的设置方式，在此就不再赘述了。

当然，需要说明的是，在定位基站的运行过程中，根据旋转轴的旋转方向，要保证在旋转轴上第一个激光扫描器对定位基站的定位区域开始扫描后，旋转轴旋转90°内第二个激光扫描器即对定位区域开始扫描，而需要避免第一个激光扫描器对定位区域开始扫描后，旋转轴旋转270°以上第二个激光扫描器才开始对定位区域进行扫描，这样，才能够保证在较短的时间内，同一旋转轴上的两个激光扫描器出射的激光扫描线能够扫描过定位终端。

在具体实施过程中，定位基站上的两个旋转轴的旋转方向可以不相同，也可以相同。

在定位基站上的两个旋转轴的旋转方向不相同时，为了避免两个旋转轴上激光扫描器出射的激光扫描线在定位区域内相交，可以在两个旋转轴的旋转速度相同的情况下，将旋转轴每旋转一圈作为一个周期，这样，两个旋转轴可以每间隔一个周期进行扫描，例如，第一旋转轴12在第一个周期进行扫描，第二旋转轴13在第一周期不进行扫描，第一旋转轴12在第二个周期不进行扫描，第二旋转轴13在第二周期进行扫描，依次类推，即能够完成定位，可以看出，这种方式与两个激光扫描器与轴心的两条连线之间的角度为180°这一方式相比，虽然保证了同一旋转轴出射的激光扫描线能够在在较短的时间内，对定位区域内的定位终端进行扫描，在一定程度上减小了定位失真，但是由于两个旋转轴扫描到定位终端的时刻存在一个周期的时间差，所以仍然存在较为明显的定位失真。

在定位基站上的两个旋转轴的旋转方向相同时，可以在第一旋转轴12对定位区域开始扫描之后，第二旋转轴13立即开始对定位区域进行扫描，例如，请继续参考图2A，如图2A所示，第一旋转轴12和第二旋转轴13均按照顺时针方向旋转，在第一旋转轴12的两个激光扫描器对定位基站的定位区域进行扫描之后，第二旋转轴13的两个激光扫描器也对定位基站的定位区域进行扫描，可以看出，只要保证第一旋转轴12的第二激光扫描器122出射的激光扫描线，和第二旋转轴13的第三激光扫描器131出射的激光扫描线在定位区域内不会相交即可，这样，只要两个旋转轴上的四个激光扫描器出射的激光扫描线扫描过定位区域，即能够对位于定位区域内的定位终端进行定位，可以看出，“定位基站上的两个旋转轴的旋转方向相同”这一方式与“定位基站上的两个旋转轴的旋转方向不相同”相比，大大缩减了两个旋转轴分别出射的激光扫描线对定位区域内进行扫描的时间间隔，进一步减少了定位失真。

在具体实施过程中，请参考图5A，图5A为本发明实施例提供的两个旋转轴出射的激光扫描线的第一种设置方式的示意图，如图5A所示，两个旋转轴的旋转方向相同，均为顺时针旋转，依次扫描过定位区域的激光扫描线为第一激光扫描器121出射的激光扫描线、第二激光扫描器122出射的激光扫描线、第三激光扫描器131出射的激光扫描线和第四激光扫描器132出射的激光扫描线，其中，第一激光扫描器121出射的激光扫描线与第一旋转轴12的轴心平行，第二激光扫描器122出射的激光扫描线与第一旋转轴12的轴心呈45°夹角，第三激光扫描器131出射的激光扫描线与第二旋转轴13的轴心呈45°夹角，第四激光扫描器132出射的激光扫描线与第二旋转轴13的轴心平行，并且第二激光扫描器122出射的激光扫描线，与第三激光扫描器131出射的激光扫描线的偏转方向不相同。

请继续参考图5B，图5B为本发明实施例提供的两个旋转轴出射的激光扫描线的第二种设置方式的示意图，如图5B所示，两个旋转轴的旋转方向相同，均为顺时针旋转，依次扫描过定位区域的激光扫描线为第一激光扫描器121出射的激光扫描线、第二激光扫描器122出射的激光扫描线、第三激光扫描器131出射的激光扫描线和第四激光扫描器132出射的激光扫描线，其中，第一激光扫描器121出射的激光扫描线与第一旋转轴12的轴心平行，第二激光扫描器122出射的激光扫描线与第一旋转轴12的轴心呈45°夹角，第三激光扫描器131出射的激光扫描线与第二旋转轴13的轴心呈45°夹角，第四激光扫描器132出射的激光扫描线与第二旋转轴13的轴心平行，并且第二激光扫描器122出射的激光扫描线，与第三激光扫描器131出射的激光扫描线的偏转方向相同。

请继同时参考图5A和图5B，同一旋转轴上两个激光扫描器出射的激光扫描线所占据的距离为L，两个旋转轴之间的激光扫描线之间的间隔距离为△L，在图5A对应的设置方式中，两个旋转轴一共需要转过长度为2L+△L的距离才能够实现对定位终端的扫描，而在图5B对应的设置方式中，因为第二个激光扫描器出射的激光扫描线与第三个激光扫描器出射的激光扫描线的偏转方向相同，第三个激光扫描器出射的激光扫描线，能够充分利用第二个激光扫描器出射的激光扫描线扫描后的空间，所以两个旋转轴需要旋转的距离明显小于2L+△L，因此可以明显看出，在两种设置方式的旋转方向相同的情况下，图5B所示的两个旋转轴出射的激光扫描线的设置方式能够明显地减少激光扫描线之间的时间间隔，能够在更短的时间内完成对定位区域内的定位终端的扫描，从而能够进一步地缩减两个旋转轴分别出射的激光扫描线对定位区域内进行扫描的时间间隔，进一步减少定位失真。

需要说明的是，上述介绍的L和△L的具体数值在此不做限定，本领域所属的技术人员能够根据旋转轴的半径、激光扫描器的发散角等等实际情况进行设定，以满足实际情况的需要，在此就不再赘述了。

在具体实施过程中，如前所述，同一旋转轴上的两个激光扫描器出射的激光扫描线都能够在一定程度上偏斜，请参考图6A和图6B，图6A为同一旋转轴上两个激光扫描器出射的激光扫描线的偏斜方向一致的示意图，图6B为同一旋转轴上两个激光扫描器出射的激光扫描线的偏斜方向不一致的示意图，可以看出，图6A所示的设置方式，同一旋转轴上两个激光扫描器之间的间隔距离可以更小，而图6B所示的设置方式，同一旋转轴上两个激光扫描器之间的间隔距离需要更大，因此在将两个激光扫描器出射的激光扫描线的偏斜方向设置为一致时，后一个激光扫描线能够充分利用前一个激光扫描线扫描后的空间，从而能够进一步减少同一旋转轴上出射的两个激光扫描线扫描到定位区域中同一点之间的时间间隔，从而进一步减少对定位终端的定位失真，当然，偏斜的角度需要在限定的范围内，在此就不再赘述了。

基于同一发明构思，本发明实施例另一方面还提供一种定位***，该定位***包括定位基站、定位终端和数据处理设备，其中，定位终端可以是带有能够接收到定位基站出射的激光扫描线的设备，如头戴显示器、手柄等虚拟现实设备；定位基站在前述部分中已经进行了详细的介绍，在此为了说明书的简洁就不再赘述了；数据处理设备可以是一个独立的设备，例如数据处理设备为独立的电脑主机、定位终端为头戴显示器，也可以集成到定位基站或者定位终端上，例如数据处理设备集成到定位终端上时即为头戴式一体机，在此就不再赘述了。

本发明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：

由于采用了将同一旋转轴上的两个激光扫描器的位置，设置为在垂直于该旋转轴的平面上的两个投影点，分别与轴心在同一平面上的投影点相连形成的两条连线之间的夹角小于等于90°这一技术方案，减少了同一旋转轴上出射的两个激光扫描线扫描到定位区域中同一点之间的时间间隔，从而减少了对定位终端的定位失真，从而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。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明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 (8)

1.一种定位基站，其特征在于，包括底座和设置于所述底座上的两个旋转轴，每个旋转轴上设置有两个激光扫描器，每个激光扫描器出射的激光扫描线均不垂直于所在旋转轴的轴心；四个激光扫描器出射的激光扫描线扫描过空间中同一点时的四条激光扫描线不完全重合；同一旋转轴上的两个激光扫描器在垂直于旋转轴的平面上的两个投影点，分别与轴心在同一平面上的投影点相连形成的两条连线之间的夹角小于等于90°。

2.如权利要求1所述的定位基站，其特征在于，在所述定位基站运行时，四个激光扫描器出射的激光扫描线在所述定位基站的定位区域内不相交。

3.如权利要求1所述的定位基站，其特征在于，同一旋转轴上的两个激光扫描器，其中一个激光扫描器出射的激光扫描线与所在旋转轴的轴心之间的夹角为0°±15°，另一个激光扫描器出射的激光扫描线与所在旋转轴的轴心之间的夹角为45°±15°。

4.如权利要求3所述的定位基站，其特征在于，两个旋转轴的旋转方向相同。

5.如权利要求4所述的定位基站，其特征在于，根据两个旋转轴的旋转方向，两个旋转轴上的四个激光扫描器依次对所述定位基站的定位区域进行扫描，第一个激光扫描器出射的激光扫描线与所在旋转轴的轴心之间的夹角为0°±15°，第二个激光扫描器出射的激光扫描线与所在旋转轴的轴心之间的夹角为45°±15°，第三个激光扫描器出射的激光扫描线与所在旋转轴的轴心之间的夹角为45°±15°，第四个激光扫描器出射的激光扫描线与所在旋转轴的轴心之间的夹角为0°±15°，并且，所述第二个激光扫描器出射的激光扫描线与所述第三个激光扫描器出射的激光扫描线的偏转方向相同，其中，所述第一个激光扫描器和所述第二个激光扫描器设置于一个旋转轴上，所述第三个激光扫描器和所述第四个激光扫描器设置于另一个旋转轴上。

6.如权利要求5所述的定位基站，其特征在于，同一旋转轴上的两个激光扫描器出射的激光扫描线的偏斜方向一致。

7.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信号发送装置。

8.一种定位***，其特征在于，包括：

定位终端；

如权利要1-7中任一权项所述的定位基站；

数据处理设备，用于根据所述定位终端被所述定位基站出射的激光扫描线扫描的时间点，确定所述定位终端相对所述定位基站的位置。