定位系统的制作方法

本实用新型涉及定位领域，尤其涉及一种定位系统。

背景技术：

GPS(Global Positioning System，全球定位系统)为目前主流的定位技术，其是结合卫星及无线技术的导航系统，为用户提供精确的定位。用户在能接收到卫星信号的区域，便可方便地利用GPS获取定位信息。但在室内环境中，可能由于建筑物的遮挡，导致GPS信号的接收不良，因而无法利用GPS进行定位，专用的室内定位系统由此衍生。室内定位系统是一种用于在建筑物内或在密集工业区中对物体或人进行无线定位的设备的网络。

室内定位系统的实际使用场景复杂。例如，在机器人比赛中，需要通过在比赛场地设置多个基站，并预先测量各基站的坐标，从而通过基站来检测比赛机器人的坐标。而比赛场地的复杂可能导致各基站的坐标不便于测量或者测量需要耗费较多的人力和时间，不能满足定位系统快速搭建的需求。

技术实现要素：

本实用新型提供一种定位系统。

具体地，本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种定位系统，包括至少四个基站及可移动设置于至少四个所述基站中的定位设备，至少四个所述基站中任意三个基站的位置不共线；至少四个所述基站中每一者与其他三者之间的距离为第一距离；所述定位设备被设置在至少两个标定位置，各标定位置与其中任意三个所述基站之间的距离为第二距离，所述第二距离大于零；至少四个所述基站形成相对坐标系，通过所述第一距离、第二距离以及各标定位置在预设的固定坐标系下的绝对坐标，计算所述相对坐标系和所述固定坐标系之间的变换参数。

可选地，至少四个所述基站位于同一水平高度。

可选地，所述基站包括第一处理器以及与所述第一处理器电连接的第一指示灯，所述第一指示灯用于指示所述基站的ID状态。

可选地，所述基站还包括与所述第一处理器电连接的第二指示灯，所述第二指示灯用于指示所述基站的工作状态。

可选地，所述基站还包括与所述第一处理器电连接的第一USB接口，所述第一USB接口用于连接外部电源或者服务器。

可选地，还包括固定件，所述基站通过所述固定件安装至固定设备上。

可选地，所述定位设备包括第二处理器以及与所述第二处理器电连接的第三指示灯，所述第三指示灯用于指示所述定位设备的ID状态。

可选地，所述定位设备还包括与所述第二处理器电连接的第四指示灯，所述第四指示灯用于指示所述定位设备的工作状态。

可选地，所述定位设备还包括与所述第二处理器电连接的总线接口，所述总线接口用于连接外部电源、服务器或基站。

可选地，所述定位设备还包括与所述第二处理器电连接的第二USB接口，所述第二USB接口用于连接外部电源或者服务器。

由以上本实用新型实施例提供的技术方案可见，本实用新型通过获取多个易于测量绝对坐标的标定位置的绝对坐标，替代现有的直接测量基站的绝对坐标，不仅简化了定位系统的架设流程，从而缩短定位系统的架设时间，提高效率，还扩展了定位系统的使用场景，基站的位置布放更加灵活，能够在较为复杂的环境下进行定位系统的搭建。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本实用新型。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例中的定位系统的结构布设示意图；

图2是本发明一实施例中的定位系统的搭建方法的流程图；

图3是本发明一实施例中的基站的结构框图；

图4是本发明一实施例中的基站的立体图；

图5是本发明一实施例中的基站在另一方向上的立体图；

图6是本发明一实施例中的定位设备的结构框图；

图7是本发明一实施例中的定位设备的立体图。

附图标记：

xyz：相对坐标系；XYZ：固定坐标系；

10：第一特定位置；11：第二特定位置；13：第三特定位置；14：第四特定位置；

21：第一标定位置；22：第二标定位置；

200：基站；201：第一处理器；202：第一指示灯；203：第二指示灯；204：第一USB接口；

300：定位设备；301：第二处理器；302：第三指示灯；303：第四指示灯；304：总线接口；305：第二USB接口。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本实用新型使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本实用新型可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本实用新型范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

下面结合附图，对本实用新型的定位系统进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

参见图1，本发明实施例还提供一种定位系统，该定位系统可包括至少四个基站200及可移动设置于至少四个所述基站200中的定位设备300。其中，至少四个所述基站200中任意三个基站200的位置不共线。

本实施例中，至少四个所述基站200中每一者与其他三者之间的距离为第一距离。需要说明的是，每两个基站200之间的距离可能相同、也可能不同。第一距离可由每个基站200能够通过测距的方式获取。基站200测距的方式可为多种，例如，在其中一实施例中，基站200可通过感应的方式测距，从而获得其与其他基站200之间的第一距离。在另一实施例中，基站200可采用直接测量的方式测距，从而获得其与其他基站200之间的第一距离。当然，也可通过人工测距的方式来获得每两个基站200之间的距离。

所述定位设备300被设置在至少两个标定位置，各标定位置与其中任意三个所述基站200之间的距离为第二距离。其中，各标定位置与各基站200之间的距离可能相同，也可能不同。第二距离可由所述定位设备300能够通过测距的方式获取。其中，定位设备300测距的方式可为多种，例如，在其中一实施例中，定位设备300可通过感应的方式测距，从而获得其在当前标定位置与所述任意三个基站200的位置之间的第二距离。在另一实施例中，定位设备300可通过直接测量的方式测距，从而获得其在当前标定位置与所述任意三个基站200的位置之间的第二距离。本发明对定位设备300测距的方式不作限定。当然，也可通过人工测距的方式来获得各标定位置与其中任意三个基站300之间的距离。

所述第二距离大于零，即标定位置与任一基站200的位置不重合，从而可快速通过三边定位实现对标定位置在相对坐标系下的相对坐标的计算，进一步提高定位系统搭建的效率。

至少四个所述基站200形成相对坐标系xyz，通过所述第一距离、第二距离以及各标定位置在预设的固定坐标系下XYZ的绝对坐标，计算所述相对坐标系xyz和所述固定坐标系XYZ之间的变换参数。

在布设好基站200和定位设备300后，可通过不同设备计算所述相对坐标系xyz和所述固定坐标系XYZ之间的变换参数，例如，在其中一实施例中，所述基站200可根据至少四个所述基站200形成的相对坐标系xyz，并根据各基站200之间的第一距离、各标定位置与任意三个基站200之间的第二距离以及各标定位置在预设的固定坐标系XYZ下的绝对坐标，计算所述相对坐标系xyz和所述固定坐标系之间的变换参数。

在另一实施例中，基站200和定位设备300与服务器通信连接，所述服务器可根据至少四个所述基站200形成的相对坐标系xyz，并根据各基站200之间的第一距离、各标定位置与任意三个基站200之间的第二距离以及各标定位置在预设的固定坐标系XYZ下的绝对坐标，计算所述相对坐标系xyz和所述固定坐标系之间的变换参数。

当然，也可通过定位设备300计算所述相对坐标系xyz和所述固定坐标系XYZ之间的变换参数，定位设备300根据至少四个所述基站200形成的相对坐标系xyz，并根据各基站200之间的第一距离、各标定位置与任意三个基站200之间的第二距离以及各标定位置在预设的固定坐标系XYZ下的绝对坐标，计算所述相对坐标系xyz和所述固定坐标系之间的变换参数。

需要说明的是，标定位置在固定坐标系XYZ下的绝对坐标可由放置在该标定位置上的定位设备300测得，可为已知绝对坐标的标定位置，由用户输入基站200或者服务器。例如，在其中一实施例中，可通过定位设备300直接测得当前标定位置在所述固定坐标系XYZ下的绝对坐标。可选地，所述固定坐标系为世界坐标系，所述定位设备300可基于GPS、wifi(WIreless-Fidelity，无线网)等定位方式测量当前标定位置在世界坐标系下的绝对坐标。

在另一实施例中，标定位置在固定坐标系XYZ下的绝对坐标为已知绝对坐标的标定位置。选择当前区域中已知绝对坐标的位置为标定位置，用户直接输入对应标定位置在固定坐标系XYZ下的绝对坐标即可获得标定位置的绝对坐标，从而可通过标定位置的相对坐标和绝对坐标来计算相对坐标系xyz和固定坐标系XYZ之间的变换参数，从而使得定位系统中基站200的位置的选取更加灵活，基站200的设定位置无需受场地环境条件的约束。本实施例中，当前区域是指待定位的室内区域，可以为机器人比赛场地，也可为其他待定位的室内区域。

本实施例的固定坐标系XYZ可为用户确定的坐标系，例如，以当前区域的其中一个角(如房间四个角中的任一角)作为基准所确定的坐标系。在配置较高的系统中，可以将固定坐标系XYZ升级为通过GPS确定的世界坐标系。

另外，建立相对坐标系xyz的方式可根据需要设定。以下将以基站200实现定位系统的搭建为例进一步说明。

例如，在其中一实施例中，基站200可根据至少四个基站200的位置，建立相对坐标系xyz。具体而言，基站200设定其中一个基站200的位置为原点，并设定作为原点的基站200的位置与另一基站200的位置形成的向量作为其中一坐标轴，建立相对坐标系xyz。当然，建立相对坐标系xyz的方式不限于此，例如，也可以设定至少四个基站200的位置中的任意两个基站200的位置的连线的中部为原点，并设定该任意两个基站200的连线作为其中一坐标轴，建立相对坐标系xyz。

可选地，所述相对坐标系xyz为三维直角坐标系。当然，所述相对坐标系xyz也不限于三维直角坐标系，也可根据需要选择维数为二维或者多于三维的直角坐标系或者其他非直角坐标系。本实施例选择三维直角坐标系，能够获得待检测位置(例如比赛机器人)的空间坐标，定位更加直观。

基站200的位置可根据比赛场地尺寸和定位需求等设定，例如，基站200的位置可选择为四个或者四个以上。本实施例中，基站200的为四个，四个基站200的位置中任意三个不重合，从而可根据四个基站200的位置之间的第一距离来计算四个基站200的位置在相对坐标系xyz下的相对坐标，以便于计算标定位置在相对坐标系xyz下的相对坐标。

基站200的数量也可根据实际情况进行选择，例如，可根据当前区域(即待定位的区域)的形状和尺寸来选择，从而更好更全面地覆盖当前区域。例如，在其中一实施例中，当前区域为四边形，基站200可选择为四个，四个基站200分别设置在当前区域的四个边上，实现对当前区域的全面覆盖。四个基站200中任意三个基站不共线，从而可通过三角形计算各基站在相对坐标系下的相对坐标。在另一实施例中，当前区域为不规则的形状，基站200可选择四个以上，从而更好更全面地覆盖当前区域。

在一实施例中，至少四个所述基站200位于同一水平高度，进一步简化定位系统的架设流程，从而加快定位系统的搭建。

标定位置的数量也可根据需要选择，例如，标定位置可选择为两个，或者两个以上。本实施例中，标定位置为两个，从而减少计算量，加快定位系统架设的速度。当然，在其他实施例中，标定位置也可选择为三个或者更多，可通过多个数量的标定位置对计算的结果进行验证，确保定位系统搭建的准确性。

在一具体实施例中，结合图1和图2，标定位置包括第一标定位置21和第二标定位置22，基站200的位置包括第一特定位置10、第二特定位置11、第三特定位置13和第四特定位置14，其中第一特定位置10、第二特定位置11、第三特定位置13和第四特定位置14在当前区域的高度相同。

设定第一特定位置10为原点，以第一特定位置10和第二特定位置11形成的向量作为x轴，建立右手笛卡尔直角坐标系，该直角坐标系即为相对坐标系xyz。

其中，第一特定位置10、第二特定位置11、第三特定位置13和第四特定位置14在相对坐标系xyz下的相对坐标分别为(x₁₀、y₁₀、z₁₀)、(x₁₁、y₁₁、z₁₁)、(x₁₂、y₁₂、z₁₂)和(x₁₃、y₁₃、z₁₃)，其中，x₁₀＝y₁₀＝z₁₀＝y₁₁＝z₁₁＝z₁₂＝z₁₃＝0。第一特定位置10与第二特定位置11、第三特定位置13、第四特定位置14之间的第一距离分别为d_10-11、d_10-12、d_10-13，第二特定位置11与第三特定位置13、第四特定位置14之间的第一距离分别为d_11-12、d_11-13，第三特定位置13与第四特定位置14之间的第一距离为d_12-13，x₁₁＝d_10-11，则可根据下式计算第一特定位置10、第二特定位置11、第三特定位置13和第四特定位置14在相对坐标系xyz下的相对坐标：

根据公式(1)即可计算出第二特定位置11、第三特定位置13和第四特定位置14在相对坐标系xyz下的相对坐标。

第一标定位置21与第二特定位置11、第三特定位置13、第四特定位置14之间的第二距离分别为d_21-11、d_21-12、d_21-13，第二标定位置22与第二特定位置11、第三特定位置13、第四特定位置14之间的距离分别为d_22-11、d_22-12、d_22-13。假设第一标定位置21在相对坐标系xyz下的相对坐标为(x₂₁、y₂₁、z₂₁)、第二标定位置22在相对坐标系xyz下的相对坐标为(x₂₂、y₂₂、z₂₂)，则通过三边定位原理计算第一标定位置21和第二标定位置22在相对坐标系xyz下的相对坐标的计算公式分别如下：

根据公式(2)即可计算出第一标定位置21在相对坐标系xyz下的相对坐标，根据公式(3)即可计算出第二标定位置22在相对坐标系xyz下的相对坐标，再结合第一标定位置21和第二标定位置22在固定坐标系XYZ下的绝对坐标，即可计算出所述相对坐标系xyz和所述固定坐标系之间的变换参数。

结合图3、图4和图5，所述基站200可包括第一处理器201以及第一指示灯202。其中，所述第一指示灯202与所述第一处理器201电连接，从而可通过第一处理器201控制第一指示灯202的显示状态。所述第一指示灯202用于指示所述基站200的ID状态。基站200的ID状态可包括基站ID(身份标识号)获取失败以及当前基站200的ID。本实施例中，可通过第一指示灯202的发光颜色来区分基站200的ID状态，还可通过第一指示灯202的发光时长来区分基站200的ID状态，也可以通过第一指示灯202的闪烁状态来区分基站200的ID状态，或者，通过第一指示灯202的发光颜色、发光时长和闪烁状态中的至少两者的结合来区分基站200的ID状态。当然，也可以通过其他方式来区分基站200的ID状态。

所述基站200还可包括第二指示灯203。所述第二指示灯203与所述第一处理器201电连接，从而可通过第一处理器201可控制第二指示灯203的显示状态。所述第二指示灯203用于指示所述基站200的工作状态。基站200的工作状态可包括自检失败、定位失败、基站200与定位设备300通信失败和基站200与定位设备300通信成功等。本实施例中，可通过第二指示灯203的发光颜色来区分基站200的工作状态，还可通过第二指示灯203的发光时长来区分基站200的工作状态，也可以通过第二指示灯203的闪烁状态来区分基站200的工作状态，或者，通过第二指示灯203的发光颜色、发光时长和闪烁状态中的至少两者的结合来区分基站200的工作状态。当然，也可以通过其他方式来区分基站200的工作状态。

表1是第一指示灯202和第二指示灯203的显示状态与基站200的ID状态、工作状态关系表。

表1

需要说明的是，表1中，第一处理器201检测到其它基站200的数量少于预设数量(例如3个)，则控制第二指示灯203红灯常亮，表明当前记载无法与所需数量的基站200进行定位。

若基站200自检失败，则可通过重启基站200的方式来克服。若多次重启基站200仍然不能解决基站200自检失败的问题，则当前基站200可能损坏，需要及时更换。

进一步地，所述基站200还可包括第一通讯接口。所述第一通讯接口与所述第一处理器201电连接，从而可通过第一通讯接口与外部设备(例如外部电源、服务器等)通信连接，实现对基站200的供电和数据互传等。可选地，所述第一通讯接口用于连接外部电源，从而实现对基站200的供电。可选地，所述第一通讯接口用于连接服务器，从而实现基站200与服务器之间的通信连接，实现数据的互传。例如，基站200可通过第一通讯接口获取升级信息，实现对基站200的固件升级操作，也可以通过服务器发送参数至基站200，完成参数的设置，基站200还可以将实时检测的数据发送至服务器，以便于后台的进一步分析与处理。所述第一通讯接口为第一USB接口204或者其他类型的通讯接口，本发明对此不作限定。

所述定位系统还可包括固定件，所述基站200通过所述固定件安装至固定设备(例如，设置在当前区域中的固定杆)上，从而实现对基站200的固定，防止基站200晃动造成的定位不准确。可选地，所述固定件为固定夹。当然，所述固定件还可选择为螺丝等紧固件。

结合图6和图7，所述定位设备300可包括第二处理器301以及与第三指示灯302。其中，所述第三指示灯302所述第二处理器301电连接，从而可通过第二处理器301控制第三指示灯302的显示状态。所述第三指示灯302用于指示所述定位设备300的ID状态。定位设备300的ID状态可包括定位设备ID获取失败以及当前定位设备300的ID。本实施例中，可通过第三指示灯302的发光颜色来区分定位设备300的ID状态，还可通过第三指示灯302的发光时长来区分定位设备300的ID状态，也可以通过第三指示灯302的闪烁状态来区分定位设备300的ID状态，或者，通过第三指示灯302的发光颜色、发光时长和闪烁状态中的至少两者的结合来区分定位设备300的ID状态。当然，也可以通过其他方式来区分定位设备300的ID状态。

所述定位设备300还可包括第四指示灯303。所述第四指示灯303与所述第二处理器301电连接，从而可通过第二处理器301控制所述第四指示灯303的显示状态。所述第四指示灯303用于指示所述定位设备300的工作状态。定位设备300的工作状态可包括自检失败、定位失败、定位误差过大和定位正常等。本实施例中，可通过第四指示灯303的发光颜色来区分定位设备300的工作状态，还可通过第四指示灯303的发光时长来区分定位设备300的工作状态，也可以通过第四指示灯303的闪烁状态来区分定位设备300的工作状态，或者，通过第四指示灯303的发光颜色、发光时长和闪烁状态中的至少两者的结合来区分定位设备300的工作状态。当然，也可以通过其他方式来区分定位设备300的工作状态。

表2是第三指示灯302和第四指示灯303的显示状态与定位设备300的ID状态、工作状态关系表。

表2

需要说明的是，表2中，当第二处理器301检测到的基站200数量小于预设数据(例如预设数据等于3)时，则控制第四指示灯303为红灯闪烁，表明定位数据错误或者不存在定位数据。当第二处理器301检测到的基站200数量等于预设数据，则控制第四指示灯303为红灯常亮，表明定位数据误差较大。当第二处理器301检测到的基站200的数量大于预设数据，则控制第四指示灯303为红绿灯交替闪烁，表明定位数据正常。

另外，若定位设备300自检失败，则可通过重启定位设备300的方式来克服。若多次重启定位设备300仍然不能解决定位设备300自检失败的问题，则当前定位设备300可能损坏，需要及时更换。

所述定位设备300还可包括与所述第二处理器301电连接的第二通讯接口，从而可通过第二通讯接口与外部设备(例如外部电源、服务器、基站200等)，实现对定位设备300的供电和数据互传等。

可选地，所述第二通讯接口可包括总线接口304，所述总线接口304与所述第二处理器301电连接，且所述总线接口304用于连接外部电源、服务器或基站200，从而实现对定位设备300的供电，或者实现定位设备300与服务器之间的数据互传，以升级定位设备300或进行参数设置，或者实现定位设备300与基站200之间的数据传输。其中，所述总线接口304可选择为CAN总线接口304(Controller Area Network，控制器局域网络)或者其他类型的总线接口304。

可选地，所述第二通讯接口可包括第二USB接口305，所述第二USB接口305与所述第二处理器301电连接。所述第二USB接口305用于连接外部电源或者服务器，从而实现对定位设备300的供电或者定位设备300与服务器之间的数据互传，以进行定位设备300的升级或参数设置。当然，所述第二通讯接口还可为其他类型的通讯接口，本发明对此不作限定。

另外，本实施例中，所述变换参数包括：所述相对坐标系xyz转换至所述固定坐标系XYZ的旋转矩阵和平移向量，从而统一当前区域的定位标准，便于用户识别。

本发明实施例中，通过测量多个易于测量的标定位置的绝对坐标，替代现有的直接测量基站200的绝对坐标，不仅简化了定位系统的架设流程，从而缩短定位系统的架设时间，提高效率，还扩展了定位系统的使用场景，能够在较为复杂的环境下进行定位系统的搭建。通过获取标定位置的相对坐标和绝对坐标来计算相对坐标系xyz和固定坐标系XYZ之间的变换参数，从而使得定位系统中基站200的位置的选取更加灵活，基站200的设定位置无需受场地环境条件的约束。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。