一种定位基站和定位系统的制作方法

本发明涉及空间定位领域，尤其涉及一种定位基站和定位系统。

背景技术：

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种定位基站和定位系统，以精准和快速地实现空间定位。

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：

主体；

旋转轴，设置于所述主体上，所述旋转轴的侧面设置有两个激光扫描器，所述两个激光扫描器对应的两个激光扫描面扫描到空间中同一点时的两个平面不重合，且任一激光扫描面不垂直于所述旋转轴；

镜面机构，设置于所述主体上，所述镜面机构的镜面朝向所述旋转轴的侧面、且能够反射所述两个激光扫描器出射的激光扫描线。

可选地，所述旋转轴上的两个激光扫描器分周期进行扫描。

可选地，所述旋转轴上的两个激光扫描器分别出射不同频率的激光扫描线。

可选地，经过所述旋转轴上的两个激光扫描器且垂直于所述旋转轴的轴心的两条直线之间的夹角大于等于180°-2α，且小于等于180°，其中α为所述两个激光扫描面被所述镜面机构反射且不被所述旋转轴遮挡时的最小出射角。

可选地，经过所述旋转轴上的两个激光扫描器且垂直于所述旋转轴的轴心的两条直线之间的夹角为180°。

本发明实施例第二方面提供了一种定位系统，包括：

如权利要求第一方面任一项所述的定位基站；

定位终端，所述定位终端上设置有光敏传感器；

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面触发而生成的电信号，确定定位终端相对于定位基站的位置。

可选地，所述定位终端上设置有两个光敏传感器，两个光敏传感器上分别设置有频率不同的窄带滤波片。

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：

1、由于采用了在定位基站上设置旋转轴和镜面机构的技术方案，其中旋转轴的侧面设置有两个激光扫描器，该两个激光扫描器出射的激光扫描面能够通过镜面机构的镜面进行反射式扫描，相当于通过镜面机构虚拟了另外一个旋转轴，所以这两个旋转轴即能够对应四个激光扫描面，根据这四个激光扫描面扫描到定位终端时的时间点，即能够确定定位终端相对于定位基站的位置，由于激光测量的精度在毫米级，并且定位速度在毫秒级，所以定位精度和定位速度相比于现有技术都大大提高，实现了精准和快速地实现空间定位的技术效果。

2、本发明实施例提供的定位基站由于采用通过设置镜面机构来反射激光扫描器出射的激光扫描面的技术方案，在能够满足对定位基站进行定位的情况下，减少了对激光扫描器的需求，结构简单，从而减少了定位基站的成本，降低了定位基站结构设计的复杂度。

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2为本发明实施例提供的定位基站扫描时的光路示意图；

图3为本发明实施例提供的定位基站的定位范围的示意图；

图4为本发明实施例提供的两个激光扫描器在位置太接近时的光路示意图；

图5为本发明实施例提供的定位基站上两个激光扫描器分周期进行扫描时的示意图；

图6为本发明实施例提供的旋转轴20上两个激光扫描器分周期进行扫描时定位终端上生成电信号的示意图；

图7为本发明实施例提供的旋转轴20上的两个激光扫描器分别出射不同频率的激光扫描线时定位终端生成的电信号的示意图；

图8a为本发明实施例提供的经过两个激光扫描器201和202且垂直于旋转轴20的轴心的两条直线之间的夹角为最小值的第一种示意图；

图8b为本发明实施例提供的经过两个激光扫描器201和202且垂直于旋转轴20的轴心的两条直线之间的夹角为最小值的第二种示意图；

图9为本发明实施例提供的经过两个激光扫描器201和202且垂直于旋转轴20的轴心的两条直线之间夹角为180°时定位终端上生成电信号的示意图。

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作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。

本发明实施例提供了一种定位基站和定位系统，以精准和快速地实现空间定位。

本发明实施例第一方面提供一种定位基站，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：

主体10，主体10是承载定位基站上其他部分的装置，本领域所属的技术人员可以根据实际情况将其设置为圆台、正方体、长方体或者其他形式，在此不做限制；

旋转轴20，设置于主体10上，旋转轴20上设置有两个激光扫描器，两个激光器对应的两个激光扫描平面在扫描到空间中同一点时形成的两个平面不重合；

镜面机构30，设置于主体10上，镜面机构30的镜面朝向旋转轴的侧面、且能够反射两个激光扫描器出射的激光扫描线，镜面机构30可以通过卡接装置等设置在主体10上，也可以与主体10一体制造，在此不做限制。镜面机构30的镜面没有特殊要求，具体可以是以银、铝或者其他反射性能较高的材料为反射面的镜面等等，只需要保证其具有良好的光学反射性能即可。

请继续参考图2，图2为本发明实施例提供的定位基站扫描时的光路示意图，如图2所示，旋转轴20会在电机的带动下进行旋转，从而带动激光扫描器对四周空间进行扫描，同时，如图2所示，在激光扫描器出射的激光扫描线照射在镜面结构30的镜面上时，镜面即会反射该激光扫描器出射的激光扫描线，随着旋转轴20的转动，镜面反射的激光扫描线也会相应地对四周空间进行扫描，相当于通过镜面反射的方式虚拟了一个旋转轴21，该虚拟的旋转轴21与实际的旋转轴20相对于镜面对称，也就是说，通过镜面反射的激光扫描线可以等同于来自虚拟的定位基站。

需要说明的是，镜面机构30的镜面与旋转轴20之间的距离可以从定位基站的定位区域、定位准确性，以及定位基站的体积等等方面进行考量，具体来讲，在镜面机构30的镜面不变的情况下，镜面与旋转轴20之间的距离越大，则定位基站的定位准确性越高，但定位区域会随之减小，同时定位基站的体积会随之增大，不便于使用以及运输存储，另外，为了避免同一激光扫描器一部分激光通过镜面进行反射、另一部分激光没有被镜面反射的情形，这种情形相当于“漏光”，会减小定位基站的定位区域，所以镜面机构30的镜面与旋转轴20之间的距离越大，镜面的高度也需要随之增大，因此，本领域所属的技术人员能够根据实际情况，将镜面机构30的镜面与旋转轴20之间的距离设置为合适的数值，以满足实际情况的需要，在此就不再赘述了。

当然，如图1和图2所示，在本实施例中，镜面机构30的镜面与旋转轴20的轴心是平行的，也即镜面机构30的镜面与旋转轴20是正对设置，在其他实施例中，镜面机构30的镜面与旋转轴20的轴心可以是不平行的，也即镜面机构30的镜面与旋转轴20是斜对设置，在此不做限制。

可以看出，虚拟的旋转轴21和实际的旋转轴20在空间中构成了两个独立的旋转轴，每个旋转轴都能够出射两道激光扫描线，也即每个旋转轴能够对应两个激光扫描面，所以两个旋转轴即能够对应四个激光扫描面，并且由于每个旋转轴上的两个激光扫描面在扫描到空间中同一点时形成的两个平面不重合，这样，根据这四个激光扫描面扫描到定位终端时的时间点，即能够确定定位终端相对于定位基站的位置，由于激光测量的精度在毫米级，并且定位速度在毫秒级，所以定位精度和定位速度相比于现有技术都大大提高，实现了精准和快速地实现空间定位的技术效果。

需要说明的是，由于定位基站的定位区域实际上是由上述的虚拟的定位基站和实际的定位基站的四个激光扫描面的交集，所以请继续参考图3，图3为本发明实施例提供的定位基站的定位范围的示意图，如图3所示，在镜面机构30的镜面所分成的两个区域中，在实际的定位基站这一侧被分为了三个区域a、b和c，可以看出，由于旋转轴20的遮挡，所以b区域仅有实际的旋转轴20上的两个激光扫描面进行扫描，所以无法对b区域内的定位设备进行定位，也即b区域相当于一个盲区，b区域的大小取决于旋转轴的直径大小以及旋转轴和镜面之间的距离，在此就不再赘述了。

在具体实施过程中，由于旋转轴20在旋转过程中带动两个激光扫描器进行扫描，若两个激光扫描器在旋转轴20上的位置太接近，则会造成两个激光扫描面的扫描顺序混乱，请参考图4，图4为本发明实施例提供的两个激光扫描器在位置太接近时的光路示意图，如图4所示，激光扫描器201对应的激光扫描面为41，其被镜面反射后的激光扫描面为411，激光扫描器202对应的激光扫描面为42，则在c1区域，会先被激光扫描面42扫描过再被激光扫描面411扫描过，而在c2区域，会先被激光扫描面411扫描过再被即扫描面42扫描过，在对定位终端进行定位时，会根据定位终端被激光扫描面扫描过时生成的电信号来进行计算，因此混乱的扫描顺序会导致对定位终端的定位结果不正确。

需要说明的是，如图3所示，本发明实施例提供的定位基站的定位范围为a区域和c区域这两个独立的区域，所以在应用本发明实施例提供的定位基站进行定位时，可以将定位终端设置在其中任意一个区域，由于定位终端不会在极短的时间内运动到另一个区域，因此，仅仅需要关注一个独立区域内的扫描顺序即可。

为了避免因混乱的扫描顺序导致对定位终端的定位结果不正确的缺陷，在本实施例中，可以通过以下介绍的几种方式来解决：

第一种方式：旋转轴20上的两个激光扫描器分周期进行扫描。

具体来讲，可以以旋转轴20旋转一周为一个周期，在第一个周期内，激光扫描器201出射激光扫描线进行扫描，在激光扫描器201对应的激光扫描面扫描到镜面时，即会被镜面进行反射式扫描，两者显然不会在定位区域内相交，激光扫描器202在本周期内不出射激光扫描线，也即不进行扫描，在下一个周期内，激光扫描器201不出射激光扫描线，而激光扫描器202出射激光扫描线进行扫描，以此类推可得后续周期的扫描过程，在此就不再赘述了。

这样，根据第一个周期开始时激光扫描器201所在的位置，即能够确定出当前周期内激光扫描面的扫描顺序，例如，请参考图5，图5为本发明实施例提供的定位基站上两个激光扫描器分周期进行扫描时的示意图，如图5所示，在第一个周期开始的时候，激光扫描器201所在的位置为图5中所示，且旋转轴20按逆时针的方向进行旋转，则a区域内的扫描顺序是先由激光扫描器201对应的激光扫描面被反射后的激光扫描面，也即先由虚拟的旋转轴21对应的激光扫描面对a区域进行扫描，再由激光扫描器201对应的激光扫描面直接进行扫描，而c区域内的扫描顺序是由激光扫描器201对应的激光扫描面直接进行扫描，再由激光扫描器201对应的激光扫描面被反射后的激光扫描面，也即再由虚拟的旋转轴21出射的激光扫描面对a区域进行扫描，在实际应用中，可以通过定位终端上光敏传感器被激光扫描面扫描后产生的电信号，具体位于第一个周期中的哪一段来确定定位终端是位于a区域还是c区域，比如该两个电信号位于第一个周期中的前半周期，则表明定位终端位于a区域，定位终端生成的两个电信号中的第一个电信号为被虚拟的旋转轴21上的激光扫描器211对应的激光扫描面触发生成的电信号，第二个电信号为被实际的旋转轴20上的激光扫描器201对应的激光扫描面触发生成的电信号，当然，若该两个电信号位于第一个周期中的后半周期，则表明定位终端位于c区域，定位终端生成的两个电信号中的第一个电信号为被实际的旋转轴20上的激光扫描器201对应的激光扫描面触发生成的电信号，第二个电信号为被虚拟的旋转轴21上的激光扫描器211对应的激光扫描面触发生成的电信号，同理，在下一个周期内，即能够确定出下一个周期内两个电信号分别是由哪一个旋转轴对应的激光扫描面触发生成，从而即能够确定出定位终端相对于定位基站的位置。

请继续参考图6，图6为本发明实施例提供的旋转轴20上两个激光扫描器分周期进行扫描时定位终端上生成电信号的示意图，如图5和图6所示，以旋转轴20每旋转一周为一个周期，周期开始信号也即同步信号为60，在第一个周期，电信号61为激光扫描器201对应的激光扫描面被反射后的激光扫描面，也即虚拟的旋转轴21出射的激光扫描面扫描到定位终端时，定位终端被触发而生成的电信号，在第二个周期，电信号62为激光扫描器201对应的激光扫描面直接扫描到定位终端时，定位终端被触发而生成的电信号，在第三个周期，电信号63为激光扫描器202对应的激光扫描面被反射后的激光扫描面，也即虚拟的旋转轴21出射的激光扫描面扫描到定位终端时，定位终端被触发而生成的电信号，在第四个周期，电信号64为激光扫描器202对应的激光扫描面直接扫描到定位终端时，定位终端被触发而生成的电信号。

这样，分别根据电信号61、62、63和64与同步信号60之间的时间差，即能够分别确定出电信号61、62、63和64对应的四个激光扫描面，从同步时间开始到扫描到定位终端时之间的偏转角度，这样，联立这四个激光扫描面对应的偏转方程，理论上来讲，仅需要其中三个激光扫描面对应的偏转角度，即能够确定出定位终端相对于定位基站的位置，具体的数学计算方法有多种，在此就不再赘述了。

当然，需要说明的是，由于旋转轴20上的两个激光扫描器201和202分周期进行扫描，所以，两个激光扫描器出射的激光扫描面不会混淆，因此采用这种方式，对定位基站上两个激光扫描器之间的相对位置没有限制，降低了定位基站的设计和制造难度。

第二种方式：旋转轴20上的两个激光扫描器分别出射不同频率的激光扫描线。

具体来讲，激光扫描器201和202可以分别出射808nm、910nm这两种波长的激光扫描线，当然，定位终端上需要设置有两个光敏传感器，当然这两个光敏传感器可以设置较为接近的地方，同时在两个光敏传感器上设置对应的窄带滤波片，如一个光敏传感器上可以设置对应808nm的窄带滤波片，另一个光敏传感器上可以设置对应910nm的窄带滤波片，这样，在旋转轴20的带动下，激光扫描器201和202即能够分别出射808nm和910nm的红外激光对定位区域进行扫描，由于两个激光扫描器出射的激光扫描线的频率不相同，所以能够确定定位终端上不同的光敏传感器生成的四个电信号，分别是由哪一个激光扫描器对应的激光扫描面触发生成的，从而即能够确定出定位终端相对于定位基站的位置。

由于旋转轴20上的两个激光扫描器201和202分别出射不同频率的激光扫描线，所以只要定位终端上采用如前述部分所介绍的光敏传感器和窄带滤波片的设置方式，即能够分别记录下两个激光扫描器201和202对应的激光扫描面通过反射或直接扫描到定位终端的时间点，因此采用这种方式，在保证能够对定位终端进行定位的情况下，对定位基站上两个激光扫描器之间的相对位置没有限制，降低了定位基站的设计和制造难度。

具体来讲，请继续参考图7，图7为本发明实施例提供的旋转轴20上的两个激光扫描器分别出射不同频率的激光扫描线时定位终端生成的电信号的示意图，如图7所示，s1为定位终端上一个光敏传感器生成的电信号，s2为定位终端上另一个光敏传感器生成的电信号，由于旋转轴20上的两个激光扫描器分别出射不同频率的激光扫描线，所以图7中电信号71和72为定位终端被旋转轴20上激光扫描器201出射的激光扫描面反射触发和直接触发时生成的，电信号73和74为定位终端被旋转轴20上激光扫描器202出射的激光扫描面反射触发和直接触发时生成的，这样，分别根据电信号71、72、73和74与同步信号70之间的时间差，即能够分别确定出电信号71、72、73和74对应的四个激光扫描面，从同步时间开始到扫描到定位终端时之间的偏转角度，这样，联立这四个激光扫描面对应的偏转方程，理论上来讲，仅需要其中三个激光扫描面对应的偏转角度，即能够确定出定位终端相对于定位基站的位置，具体的数学计算方法有多种，在此就不再赘述了。

第三种方式：经过旋转轴20上的两个激光扫描器且垂直于旋转轴的轴心的两条直线之间的夹角大于等于180°-2α、且小于等于180，其中α为两个激光扫描面被镜面机构反射且不被旋转轴遮挡时的最小出射角。

请参考图8a和图8b，图8a为本发明实施例提供的经过两个激光扫描器且垂直于旋转轴20的轴心的两条直线之间的夹角为最小值的第一种示意图，图8b为本发明实施例提供的经过两个激光扫描器且垂直于旋转轴20的轴心的两条直线之间的夹角为最小值的第二种示意图，如图8a和8b所示，旋转轴20按逆时针的方向进行旋转，如图8a所示，该夹角β的最小值出现在激光扫描器201出射的激光扫描面被反射后的方向，与激光扫描器202出射激光扫描面的方向平行时，若经过两个激光扫描器201和202且垂直于旋转轴20的轴心的两条直线之间的夹角β进一步减小，则激光扫描器201出射的激光扫描面被反射后，即会与激光扫描器202出射的激光扫描面相交，因此，这是第一种情况下的最小值，同理，如图8b所示，该夹角β的第二种最小值出现在激光扫描器201出射的激光扫描面被反射后的方向，与激光扫描器202出射的方向平行时，若经过两个激光扫描器201和202且垂直于旋转轴20的轴心的两条直线之间的夹角β进一步增大，则激光扫描器201出射的激光扫描面被反射后，即会与激光扫描器202出射的激光扫描面相交，因此，这是一个另一种情况下的最小值。

在具体实施过程中，由于激光扫描器出射的激光扫描线一般是由点激光扩散而得到，这取决于激光扫描器的发散角参数，并且两个激光扫描面会分别相对于轴心进行一定程度的偏斜，以保证旋转轴20上两个激光扫描器对应的两个扫描面在扫描到空间中同一点时形成的两个平面不重合，所以，在经过两个激光扫描器201和202且垂直于旋转轴20的轴心的两条直线之间的夹角较小，而激光扫描器的发散角较大时，两个激光扫描器出射的两条激光扫描线有可能相交，为了避免这一情形出现的出现，可以调整两个激光扫描器201和202的位置，从而将经过两个激光扫描器201和202且垂直于旋转轴20的轴心的两条直线之间的夹角设置为180°。

请继续参考图9，图9为本发明实施例提供的经过两个激光扫描器201和202且垂直于旋转轴20的轴心的两条直线之间夹角为180°时定位终端上生成电信号的示意图，如图9所示，根据周期开始时，旋转轴20上两个激光扫描器所在的位置，即能够确定出四个电信号91、92、93和94，分别是由哪一个激光扫描器对应的激光扫描面触发生成的，这样，分别根据电信号91、92、93和94与同步信号90之间的时间差，即能够分别确定出电信号91、92、93和94对应的四个激光扫描面，从同步时间开始到扫描到定位终端时之间的偏转角度，这样，联立这四个激光扫描面对应的偏转方程，理论上来讲，仅需要其中三个激光扫描面对应的偏转角度，即能够确定出定位终端相对于定位基站的位置，具体的数学计算方法有多种，在此就不再赘述了。

当然，通过本实施例的介绍，本领域所属的技术人员能够根据实际情况，选择其他合适的方式来避免因混乱的扫描顺序导致对定位终端的定位结果不正确的缺陷，以满足实际情况的需要，在此就不再赘述了。

通过上述部分可以看出，由于采用了在定位基站上设置旋转轴和镜面机构的技术方案，其中旋转轴的侧面设置有两个激光扫描器，该两个激光扫描器出射的激光扫描面能够通过镜面机构的镜面进行反射式扫描，相当于通过镜面机构虚拟了另外一个旋转轴，所以这两个旋转轴即能够对应四个激光扫描面，根据这四个激光扫描面扫描到定位终端时的时间点，即能够确定定位终端相对于定位基站的位置，由于激光测量的精度在毫米级，并且定位速度在毫秒级，所以定位精度和定位速度相比于现有技术都大大提高，实现了精准和快速地实现空间定位的技术效果。

需要说明的是，本发明实施例提供的定位基站虽然存在盲区这一不可忽略的问题，但是由于采用通过设置镜面机构来反射激光扫描器出射的激光扫描面的技术方案，在能够满足对定位基站进行定位的情况下，减少了对激光扫描器的需求，结构简单，从而减少了定位基站的成本，降低了定位基站结构设计的复杂度。

基于同一发明构思，本发明实施例第二方面还提供一种定位系统，该定位系统包括：

第一方面提供的定位基站；

定位终端，定位终端上设置有光敏传感器，光敏传感器的具体数量以及设置方式可以根据实际情况确定，以满足实际情况的需求，例如在定位基站中的两个激光扫描器出射不同频率的激光扫描线时，定位终端上可以设置两个光敏传感器，并且两个光敏传感器上设置对应频率的窄带滤波片，在此就不再赘述了；

数据处理设备，用于根据定位终端被定位基站出射的激光扫描面触发而生成的电信号，确定定位终端相对于定位基站的位置，数据处理设备的具体过程在前述过程中已经进行了详细的介绍，在此就不再赘述了。

在实际应用中，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，也可以集成在定位基站或定位终端上，例如定位终端为头戴一体机等等，在此不做限制。

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：

1、由于采用了在定位基站上设置旋转轴和镜面机构的技术方案，其中旋转轴的侧面设置有两个激光扫描器，该两个激光扫描器出射的激光扫描面能够通过镜面机构的镜面进行反射式扫描，相当于通过镜面机构虚拟了另外一个旋转轴，所以这两个旋转轴即能够对应四个激光扫描面，根据这四个激光扫描面扫描到定位终端时的时间点，即能够确定定位终端相对于定位基站的位置，由于激光测量的精度在毫米级，并且定位速度在毫秒级，所以定位精度和定位速度相比于现有技术都大大提高，实现了精准和快速地实现空间定位的技术效果。

2、本发明实施例提供的定位基站由于采用通过设置镜面机构来反射激光扫描器出射的激光扫描面的技术方案，在能够满足对定位基站进行定位的情况下，减少了对激光扫描器的需求，结构简单，从而减少了定位基站的成本，降低了定位基站结构设计的复杂度。

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。