元20的点光源实时位置跟踪器，网络同步控制器13能同时向至少两个接收端单元40发出同步要求计算位置的信号；时序控制器10也采用实时的有线或无线通信方式接收来自网络同步控制器13发出的时序指令信号，各发射端单元20由时序控制器10设置发光时序，依次控制每个发射端单元20的LED发光点组件实现点光源循环发光，使每个LED点光源按时序控制器10设定的时间控制序列按时发射发光脉冲，而接收机12的接收端单元40也按照时序控制器10设定的时间控制序列接收目标电光源发射的发光脉冲，再通过嵌入式系统44计算发射端单元20的LED发光点组件的位置，同时将数据传输给信息集成器和显示器14，实现点光源的位置信息显示输出或发送位置信息到外部设备。
[0023]在本实施例中，参见图1、图3和图6，时序控制器10依次控制各发射端单元20的LED发光点组件进行点光源循环发光的频率为200Hz。
[0024]在本实施例中，参见图1?图6，实施例子通过有线或无线的网络同步控制器13同步发射机11和接收机12，可以接收每个发射端单元20的点光源的位置信息数据，并对数据进行计算及存储等工作。每个点光源多次循环得到的位置信息通过不断优化算法计算，且能动态跟踪，最终数据传输给显示终端14，由终端管理软件进行点光源位置信息的显示。
[0025]在本实施例中，参见图1?图6，发射机中的多个点光源的发射单元20由时序控制器10设置发光时序脉冲33，控制LED点光源循环发光，发送点光源信息。每个发射单元20按时序控制器10设定的时间控制序列按时发射发光脉冲。点光源采用红外发光二极管(LED)，制成非常小巧且方便移动的部件，其布局的拓扑结构可以任意，而且使用者可把LED置于任何活动部件上，以200循环每秒的速度循环发光。光信号的频率控制在接收端单元40能完整采集到光信号，而且要避开环境中已有的干扰，完成坐标位置的计算，其频率范围亦为200HZ。
[0026]在本实施例中，参见图1?图6，每个点光源发射端单元的点光源通过接收端40接收点光源的投影位置信息，接收机12是通过多个接收端单元40并联来构成的测量定位系统，从发射机11中每个点光源发射端单元发送的光点信号通过每个接收端单元检测得到三个LED的投影位置，并计算得到三维坐标值。三个CXD传感器排列在同一平面上可以任意分布，用于接收发射端单元中每个点光源的投影和计算空间坐标位置(X，y，z)。接收端单元40使用三个线性CXD光电传感器41、42、43跟踪LED点光源，取得各测量点投影和计算三维空间位置，每个LED的投影位置是根据光电传感器通过三组镜头在CCD上读取，再计算出LED相对于光电传感器的三维坐标。每组镜头使用定焦距柱形光学镜，传感器能够跟踪接收LED点光源的投影位置信息。一个LED点光源通过三个线性CXD光电传感器41、42、43定位得到此LED的空间坐标点M (x, y, z)，这由C⑶光电传感器41、42、43上柱形镜的焦点位置以及点光源的投影在CCD上的位置来确定。
[0027]在本实施例中，参见图1?图6，一个点光源发射的光投影到三个线性CXD光电传感器41、42、43的其中两个光电传感器上，两条投影直线垂直于两个CXD光电传感器，由CXD光电传感器检测的光点位置能构建两平面相交的空间所在直线，因为由两个光学焦点和两条投影直线，能组成两平面，这两个平面的交线能够通过空间的点光源位置。同样地，由该点光源发射的光投影到另外一个光电传感器，由CCD光电传感器检测的光点位置能知道投影平面相交于一条与CXD光电传感器垂直的直线，投影直线垂直于CXD光电传感器，由CXD光电传感器检测的光点位置能知道投影直线的空间位置，由光学焦点和投影直线能组成另一平面，这个平面与前两个平面相交线于一点，相交的M点就是点光源的位置。因此，由一个点光源发射的光投影到三个41、42、43，三个平面交于一点M (X，y, z)，该M点即为点光源的空间位置坐标。M (x, y, z)的值由嵌入式系统44计算得到。
[0028]在本实施例中，根据红外LED点光源循环高速发光信号，使用集成光电传感器的接收端装置，能够在复杂的室内环境中较为精确地测得该点光发射端的位置，能够满足航模多旋叶飞行器编队飞行，确定机器人在空间的走动位置及与邻近其他机器人的位置等多种室内定位的应用要求，定位精度高，稳定性好，成本较低。同时，发射机和接收机的角色可视应用需要互换。
[0029]在本实施例中，使用光电传感器接收机进行定位，采用有线或无线的实时通信方法。其特征在于通过网络通信技术，点光源接收端通过嵌入式系统可以由光电传感器接收到的平面位置信息来计算空间点光源的位置，并对位置数据进行存储等工作。每个点光源在发射端循环得到的位置信息，使用优化算法处理，最终传输给显示终端，由终端管理软件实现点光源位置信息的显示。定位精度比其他检测方法高，成本比iGPS设备低，范围比Nikon Krypton测量技术产品广，发射机和接收机的角色互换使光信号不容易受到复杂多变的室内环境的影响，且在三维坐标系中精度对称。
[0030]上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明3D光电传感定位系统的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种3D光电传感定位系统，由发射机(11)、接收机(12)、网络同步控制器(13)、信息集成器和显示器(14)四部分组成光电定位系统，由所述发射机(11)作为离散点光源发射端生成所述离散点光源，由所述接收机(12)作为线性光电传感器接收端来接收所述离散点光源的信号，其特征在于:所述发射机(11)由一系列发射端单元(20)串联组成，每个所述发射端单元(20)由3?5个LED发光点组件组成一个组光源，所述LED发光点组件采用红外发光发送光信号，所述发射端单元(20)能设置于任何活动或静止物体上； 所述接收机(12)由一系列接收端单元(40)并联组成，每个所述接收端单元(40)皆由三线性光电传感器和嵌入式系统(44)构成，每个所述接收端单元(40)的三线性光电传感器(41、42、43)、三组定焦距柱形光学镜片和传感器底座，其中每个所述线性C⑶组件(41、42,43)都对应一个定焦距柱形光学镜片，空间的任意一个点光源通过各所述柱形光学镜投影到每个所述线性CXD组件(41、42、43)平面上，形成与所述线性CXD组件(41、42、43)的线列垂直的直线光线，所述嵌入式系统(44)实时计算出所述发射端单元(20)相对于所述接收端单元(40)的三维空间坐标位置并存储； 所述网络同步控制器(13)采用实时的有线或无线通信方式，向所述发射端单元(20)和各所述接收端单元(40)发出同步控制指令信号，使所述接收端单元(40)根据所述发射端单元(20)的发射发光脉冲时点来同步接收信号，使所述接收机(12)成为所述发射端单元(20)的点光源实时位置跟踪器，所述网络同步控制器(13)能同时向至少两个所述接收端单元(40)发出同步要求计算位置的信号； 所述时序控制器(10)也采用实时的有线或无线通信方式接收来自所述网络同步控制器(13)发出的时序指令信号，各所述发射端单元(20)由所述时序控制器(10)设置发光时序，依次控制每个所述发射端单元(20)的LED发光点组件实现点光源循环发光，使每个LED点光源按所述时序控制器(10)设定的时间控制序列按时发射发光脉冲，而所述接收机(12)的接收端单元(40)也按照所述时序控制器(10)设定的时间控制序列接收目标电光源发射的发光脉冲，再通过嵌入式系统(44)计算所述发射端单元(20)的LED发光点组件的位置，同时将数据传输给信息集成器和显示器(14)，实现点光源的位置信息显示输出或发送三维空间坐标位置信息到外部设备。
2.根据权利要求1所述3D光电传感定位系统，其特征在于:所述三个线性CCD组件(41、42、43)在同一平面分布设置，平面布局呈三角形、“工”字形、“十”字形或“Y”字形。
3.根据权利要求1或2所述3D光电传感定位系统，其特征在于:所述时序控制器(10)依次控制各所述发射端单元(20)的LED发光点组件进行点光源循环发光的频率范围不低于 200Hz。
【专利摘要】本发明公开了一种3D光电传感定位系统，属于室内定位领域，可以应用于航模多旋叶飞行器编队飞行，确定机器人在空间的走动位置及与邻近其他机器人的位置等场合。系统包括发射机、接收机、网络同步控制器、信息集成器和显示器。发射机由时序控制器控制时序。空间的一个点光源通过网络控制器发送同步信号，该点光源通过接收机的柱形光学镜投影到接收机每个CCD平面上是一条与CCD线列垂直的直线光线，交与CCD上得到投影的位置信息，三组CCD的投影位置确定一点光源三维位置。通过嵌入式系统计算点光源在空间相对于接收端的坐标。接收机同时将数据最终传输给显示终端，由终端管理软件显示信息并反馈。本发明定位精度高，稳定性好，坐标系三轴对称一致性好，成本低。
【IPC分类】G01C21-20
【公开号】CN104819718
【申请号】CN201510167229
【发明人】屠晓伟, 费敏锐
【申请人】上海大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月9日