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定位光束发射设备、系统及定位系统.pdf

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定位 光束 发射 设备 系统
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摘要
申请专利号:

CN201611163164.1

申请日:

2016.12.15

公开号:

CN106483492A

公开日:

2017.03.08

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效IPC(主分类):G01S 1/70申请日:20161215|||公开
IPC分类号: G01S1/70; G01S5/16 主分类号: G01S1/70
申请人: ?#26412;?#22269;承万通信息科技有限公司
发明人: 郭成; 杨骁
地址: 100080 ?#26412;?#24066;海淀区中关村南大街5号683号楼理工科技大厦901室
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: ?#26412;?#23637;翼知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 11452 代理人: 屠长存
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法律状态
申请(专利)号:

CN201611163164.1

授权公告号:

|||

法律状态公告日:

2017.04.05|||2017.03.08

法律状态类型:

实质审查的生效|||公开

摘要

本发明公开了一种定位光束发射设备、系统及定位系统。该定位光束发射设备包括:光束扫射装置,用于在工作周期中的预定扫射期间内向定位空间扫射定位光束;无线信号发射装置,用于在扫射期间的扫射起始时间之前的过零信号发射时间发射无线过零信号,过零信号发射时间与扫射期间的扫射起始时间之间具有第一预定时间间隔。由此,以解决现有的面光源方案中参照光源工作范围受限制、有方向性,且可能导致光塔结构较大,及多光塔同步连线复杂的问题。

权利要求书

1.一种定位光束发射设备,包括:
光束扫射装置,用于在工作周期中的预定扫射期间内向定位空间扫射定位光束;
无线信号发射装置,用于在所述扫射期间的扫射起始时间之前的过零信号发射时间发
射无线过零信号,所述过零信号发射时间与所述扫射期间的扫射起始时间之间具有第一预
定时间间隔。
2.根据权利要求1所述的定位光束发射设备,其中,
所述无线过零信号被编码,以表示其所?#26434;?#30340;光束扫射装置。
3.根据权利要求1所述的定位光束发射设备,其中,所述光束扫射装置包括:
旋转或摆动机构,用于实现所述定位光束的扫射;
控制器,响应于所述旋转或摆动机构到达预定方位,调节所述旋转或摆动机构的运动,
以使其在所述扫射起始时间到达扫射起始位置,从而开始所述扫射期间。
4.根据权利要求3所述的定位光束发射设备,其中,所述光束扫射装置还包括:
触发器,响应于所述旋转或摆动机构到达预定方位,触发运动调节信号,所述控制器响
应于所述运动调节信号调节所述旋转或摆动机构的运动。
5.根据权利要求3所述的定位光束发射设备,其中,
针对一个扫射期间,所述旋转或摆动机构到达预定方位的时间在所述无线过零信号发
射时间之前。
6.根据权利要求1-5中任何一项所述的定位光束发射设备,还包括:
同步信号接收装置,用于接收同步信号,
所述扫射起始时间在接收到所述同步信号的同步信号接收时间之后,并且与所述同步
信号接收时间之间具有第二预定时间间隔。
7.根据权利要求6所述的定位光束发射设备,其中,
所述同步信号是无线信号。
8.一种定位光束发射系统,包括:
多个根据权利要求6或7所述的定位光束发射设备;以及
同步信号发送装置,用于发送所述同步信号。
9.根据权利要求8所述的定位光束发射系统,其中,
所述同步信号发送装置设置在一个所述定位光束发射设备中。
10.一种定位系统,包括:
根据权利要求1-7中任何一项所述的定位光束发射设备或者根据权利要求8或9所述的
定位光束发射系统;以及
定位设备,适于设置在定位对象上,所述定位设备包括:
一个或多个定位光束接收器,用于接收所述定位光束;
无线信号接收器,用于接收所述无线过零信号;
处理器,连接到所述定位光束接收器和所述无线信号接收器,用于基于无线信号接收
器接收到所述无线过零信号的时间以及所述定位光束接收器接收到所述定位光束的时间,
确定所述定位光束接收器相对于所述定位光束发射设备的相对方向或位置。

说明书

定位光束发射设备、系统及定位系统

技术领域

本发明涉及定位领域,特别涉及一种定位光束发射设备、系统及定位系统。

背景技术

近些年来,卫星定位技术得到了广泛应用。但是在局部空间范围内,特别是室内空
间进行定位时,卫星定位技术在例如定位精度、定位频次、成本等方面经常不能满足一些实
际应用的需要。特别是室内定位的情况下,还会受到卫星信号不能很好地穿透建筑物墙体
的影响。

激光扫描定位技术是一种常见的定位技术。例如,可以通过在定位空间内搭建发
射激光的定位光束发射设备(例如可以采用定位光塔的形式,下文中的“光塔”是指定位光
束发射设备。但是应该明白,定位光束发射设备还可以采用其它多种形式),对定位空间进
行激光扫射,在定位件上设置有光信号接收器,通过对数据进?#24615;?#31639;处理,可以输出定位件
的三维位置坐标信息。

在?#23548;?#30340;使用过程中,为了实现对定位空间的充分扫射,通常可能在定位空间中
设置多个光塔,由此需要对多个光塔分别进行扫描周期零点的标定。现有的激光扫描定位
方案中,实现光束扫描的旋转或摆动装置经过零点会触发参照光源(例如,可以是面光源)
发射编码的光信号,标定扫描周期零点,同时开始进行光束扫描,即用参照光源实现零点标
定。

但是,参照光源发射的光信号远近强度有很大差别,难以满足远近处均可以很好
地工作,存在工作范围受限制的问题。并且参照光源照射有方向性,很难控制各个方向都有
均匀的照射强度。

为了解决以上问题,本发明提出了一种新的定位光束发射设备、系统及定位系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种定位光束发射设备、系统及定位系统,以解
决现有的参照光源方案中参照光源工作范围受限制、有方向性,且可能导致光塔结构较大,
及多光塔同步连线复杂的问题。

根据本发明的一个方面,提供了一种定位光束发射设备,该设备可以包括:光束扫
射装置,可以用于在工作周期中的预定扫射期间内向定位空间扫射定位光束;无线信号发
射装置,可以用于在扫射期间的扫射起始时间之前的过零信号发射时间发射无线过零信
号,过零信号发射时间与扫射期间的扫射起始时间之间具有第一预定时间间隔。

由此,在过零信号发射时间发射的无线过零信号,可以预告光束扫射装置的扫射
起始时间零点,以实现多个定位光束发射设备的零点标定。

优选地,无线过零信号可以是被编码的,以表示其所?#26434;?#30340;光束扫射装置。

由此,获知带编码的无线过零信号,一方面,可以获知光束扫射装置的扫射期间零
点,即过零信号发射时间后的第一时间间隔之后到达扫射期间零点;另一方面,可以告知与
该无线过零信号相?#26434;?#30340;光束扫射装置,即过零信号发射时间和与其相隔第一预定时间间
隔扫射定位光束的光束扫射装置相?#26434;Α?br />

优选地,该光束扫射装置可以包括:旋转或摆动机构,用于实现定位光束的扫射;
控制器,可以响应于旋转或摆动机构到达预定方位,调节旋转或摆动机构的运动,以使其在
扫射起始时间到达扫射起始位置,从而开始扫射期间。

由此,可以由控制器对旋转或摆动机构的运动进?#26800;?#33410;,以便旋转或摆动机构能
够及时到达扫射起始位置,开始扫射期间。

优选地,该光束扫射装置还可以包括触发器,触发器可以响应于旋转或摆动机构
到达预定方位,触发运动调节信号,控制器响应于运动调节信号调节旋转或摆动机构的运
动。

由此,触发器可以在旋转或摆动机构到达预定方位时触发运动调节信号,以便告
知控制器可以对旋转或摆动机构的运动进?#26800;?#33410;,确定?#24066;?#36827;?#26800;?#33410;的条件。

优选地,针对一个扫射期间,旋转或摆动机构到达预定方位的时间可以在无线过
零信号发射时间之前。

由此,控制器便有充足的时间能够对旋转或摆动机构进?#26800;?#33410;,以便其能够在扫
射起始时间达到扫射起始位置。

优选地,根据上述任何一项的定位光束发射设备,还可以包括同步信号接收装置,
用于接收同步信号。其中,扫射起始时间在接收到同步信号的同步信号接收时间之后,并且
与同步信号接收时间之间具有第二预定时间间隔。

由此,同步信号接收装置接收同步信号实现对定位光束发射设备的同步。同时,还
可以基于接收同步信号的时间确定一个工作周期内光束扫射装置的扫射起始时间,告知扫
射时间零点。

优选地,同步信号可以是无线信号。

由此,可以基于无线信号实现对多个定位光束发射设备的同步。并且无线信号不
受工作范围和方向的限制,扩大了定位光束发射设备的使用范围。

根据本发明的另一方面,提供了一种定位光束发射系统,该系统可以包括多个上
述的定位光束发射设备;以及同步信号发送装置,用于发送同步信号。

优选地,同步信号发送装置可以设置在一个定位光束发射设备中。

根据本发明的又一方面,?#22266;?#20379;了一种定位系统,该系统可以包括根据上述任何
一项的定位光束发射设备或者上述的定位光束发射系统;以及定位设备。定位设备适于设
置在定位对象上,定位设备可以包括:一个或多个定位光束接收器,可以用于接收定位光
束;无线信号接收器,可以用于接收无线过零信号;处理器,可以连接到定位光束接收器和
无线信号接收器,用于基于无线信号接收器接收到无线过零信号的时间以及定位光束接收
器接收到定位光束的时间,确定定位光束接收器相对于定位光束发射设备的相对方向或位
置。

通过本发明的定位光束发射设备、系统及定位系统,能够解决现有的参照光源方
案中参照光源工作范围受限制、有方向性,且可能导致光塔结构较大,及多光塔同步连线复
杂的问题。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述,本公开的上述以及其
它目的、特征和优势将变得更加明显,其中,在本公开示例性实施方式中,相同的参考标号
通常代表相同部件。

图1-2示出了现有的面光源零点标定、激光编码及同步的实现过程的示意图。

图3示出了根据本发明一个实施例的定位光束发射设备的示意性框图。

图4示出了根据本发明一个实施例的定位光束发射设备零点标定及光束编码的实
现过程的示意图。

图5示出了根据本发明另一实施例的定位光束发射设备的示意性框图。

图6示出了根据本发明另一实施例的定位光束发射设备零点标定及光束编码的实
现过程的示意图。

图7示出了根据本发明又一实施例的定位光束发射设备的示意性框图。

图8示出了根据本发明一个实施例的定位光束发射系统的示意性框图。

图9示出了根据本发明一个实施例的定位光束发射系统零点标定、光束编码及同
步的实现过程的示意图。

图10示出了根据本发明一个实施例的定位设备的示意性框图。

图11示出了根据本发明一个实施例的定位系统的示意性框图。

具体实施方式

如下将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开
的优选实施方式,然而应该理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方
式所限制。相反,提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整,并且能够将本公开的
范围完整地传达给本领域的技术人员。

如前所述,现有的激光扫描定位方案中采用参照光源(例如,可以是面光源)实现
光塔的零点标定,并以有线连接的同步装置实现多个光塔之间的同步。以如图1所示的零点
标定的实现过程为例,在光塔工作状态下,其内部的旋转或者摆动装置在到达某一个固定
位置时会触发一个信号A(触发信号A的时间可以称为tA),光塔中的处理器收到信号A后对
旋转或摆动装置进?#26800;?#33410;,使得其可以在一个固定延迟时间t(延迟时间t可以根据测量计
算得到,不同旋转或摆动装置的延迟时间值不同)后旋转或摆动至零点位置,在零点位置触
发?#26434;?#30340;参照光源(例如,可以是面光源)发射过零信号B,标记扫描周期零点t0,同时激光
开始扫描定位空间。

在扫描周期零点位置,参照光源发射的过零信号B是被编码的,接收?#31169;?#25910;到后可
以自动识别,从而实现对激光的编码。在?#25215;?#31995;统中,光塔在扫描周期零点t0会同时发射一
个信号C(图中示出不同形式的信号以区?#20013;?#21495;B和信号C),由同步装置转发到特定其他参
照光源。这些特定参照光源接收到信号C后也发射带同样编码的过零信号B,从而扩大过零
信号B的覆盖范围。

多光塔系统中,各光塔为避免相互干扰需要分时进行扫描,每个光塔中的旋转或
摆动装置有不同的零点,需要进行同步,同步的实现过程如图2所示。多光塔间的同步通过
一个或多个同步装置实现,同步装置与各个光塔及同步装置间为有线连接。对任一光塔,在
每个旋转或摆动装置的预定位置,同步装置向该光塔发射一个同步信号S,光塔接收同步信
号(同步信号接收时间为tS),光塔中的处理器根据同步信号S和信号A对该旋转或摆动装置
进?#26800;?#33410;,保证其从固定标记位置经过自身的固定时间间隔刚好旋转或摆动至零点位置,
从而在同步装置给出的零点位置触发光塔?#26434;?#21442;照光源发射过零信号及开始激光扫描。

但是,参照光源的工作范围受限制,远近强度有很大的差别,难以满足远近处均可
以很好地工作。参照光源的方向性强,很难控制各个方向都有均匀的照射强度。并且,同步
装置之间及其与光塔间的有线连接方式安装复杂,且电缆走线不?#36164;?#29616;,易出现安装错误,
也导致光塔的结构较大,增加设计难度,影响美观。

因此,本发明提出了一种利用无线的方式实现光塔的零点标定和同步的定位光束
发射设备及系统。

在对本发明的无线零点标定及同步方案进行说明前,首先就通过无线信号发射装
置所发射的无线过零信号对扫描周期零点进行标定、定位光束发射设备之间的同步及定位
的原理做以简要说明。

定位光束发射设备(如上所述,可以采用定位光塔的形式)可以具有一种或多种扫
射模式,不同扫射模?#36739;?#30340;扫射转轴不同,定位光束发射设备在每种扫射模?#36739;?#21457;射的定
位光束都可以绕该扫射模?#36739;?#30340;扫射转轴转动,以实现向整个定位空间扫射定位光束。

在定位光束发射设备以一种扫射模式开始扫射定位光束的时间之前预定时间间
隔的时刻,无线信号发射装置可以发射经过编码的无线过零信号B,使得无线过零信号B发
射经历过第一预定时间间隔后,光束扫射装置开始扫射定位光束,实现对光束扫射装置扫
射起始时间(零点)的标定。同步信号接收装置接收同步信号之后第二预定时间间隔的时
刻,定位光束发射设备以一种扫射模式开始扫射定位光束,实现对定位光束发射设备的同
步及零点标定。

当定位件中的无线信号接收器接收到无线过零信号后经过处理,即可得到过零时
间,并确定该无线过零信号的编码。当定位光束扫射到定位件?#31995;?#23450;位光束接收器时,定位
光束接收器可以根据确定的编码判断接收到的定位光束来?#38405;?#20010;定位光束发射设备(定位
件?#31995;?#22788;理器可以认为距无线信号接收器接收无线过零信号的一定时间内定位光束接收
器所接收到的定位光束与该无线过零信号?#26434;Γ?#36890;过该无线过零信号的编码和定位光束发
射设备的?#26434;?#20851;系,处理器可以知道接收到的定位光束所?#26434;?#30340;编码),从而根据所确定的
定位光束发射设备的相关信息就可以对定位件所处的位置进行计算。

图3示出了根据本发明一个实施例的定位光束发射设备100的示意性框图,如图3
所示,定位光束发射设备100(例如,可以是光塔)可以包括光束扫射装置110和无线信号发
射装置120。其中,光束扫射装置110可以用于在工作周期中的预定扫射期间内向定位空间
扫射定位光束。无线信号发射装置120可以用于在扫射期间的扫射起始时间之前的过零信
号发射时间发射无线过零信号B,过零信号发射时间与扫射期间的扫射起始时间之间具有
第一预定时间间隔。

这里,光束扫射装置110的工作周期可以是其前一次扫射定位光束开始时刻至后
一次扫射定位光束开始时刻所经历的时间,扫射期间可以是光束扫射装置110扫射一次定
位光束所经历的时间,工作周期比扫射期间长。每个定位光束发射设备100中的光束扫射装
置110均可以有相同的工作周期和/或扫射期间,以便于对定位空间中的定位光束发射设备
100的统一管理。并且,光束扫射装置110的工作周期和扫射期间均可以调整,以适应?#23548;?#20351;
用过程中的多种情况。另外,光束扫射装置110可以扫射多种类型的光束,例如激光光束、红
外光光束或者多种可见光光束等,以便在多种情况下,均可以以合适的光束实现对定位空
间的扫射。

将定位光束的预定扫射期间的扫射起始时刻称为零点t0,零点t0可以是确定的。在
零点t0之前的第一预定时间间隔T1,可以由无线信号发射装置120发射无线过零信号B(过零
信号发射时间称为tB),用以告知光束扫射装置110的预定扫射期间的扫射起始时间,使得
无线信号发射装置120发射无线过零信号B经历第一预定时间间隔T1后,光束扫射装置110
进入扫射期间,开始向定位空间中扫射定位光束。

这里,由于无线信号的发射、接收和处理的时间通常比参照光源(例如,可以是面
光源)信号的发射、接收和处理时间长,故需要在扫射起始时间之前提前发射无线过零信号
B,以便于有足够的时间发射、接收和处理无线过零信号B。第一预定时间间隔T1可以根据经
验或?#23548;是?#20917;或用户需求等进行设定,具体不做要求。本领域的技术人员应当明白,第一预
定时间间隔T1的长短是一个系统参数,与定位光束发射设备100无关。

另外,该无线过零信号B可以是被编码的,以加ID区分扫描设备和/或扫描光束。编
码可以有多种实现方式,可以通过常规的无线调制方法进行,例如,可以是调节无线过零信
号B的频率、幅度以及相位等。

这里,对无线过零信号B的编码可以有两个方面的作用,一方面,无线过零信号B的
发射时间确定之后,经历第一预定时间间隔T1后即可到达相应的光束扫射装置110扫射定
位光束的零点t0时间,起到告知扫射零点的作用;另一方面,由于无线过零信号B与其相对
应的定位光束具有固定的时间间隔T1,即,无线过零信号B与相应的定位光束有确定?#26434;?#20851;
系,这样,根据接收无线过零信号B,以及某定位点接收定位光束的时间差即可确定该定位
点相对光塔的扫射光束零点的角度。如此,得知无线过零信号B的编码即可实现对其所?#26434;?br />的光束扫射装置110扫射的定位光束的编码。这样,通过对无线过零信号B的编码可以实现
对光束发射设备的零点标定及定位对象的精确定位。

进一步地,无线信号发射装置120发射的无线过零信号B还可以由特定其它无线信
号发射装置转发,从而扩大过零信号的覆盖范围。这样,可以将该定位光束发射设备扩展应
用于更大的定位空间中,实现对定位空间中定位光束发射设备的统一调控。

以图4所示为例,光束扫射装置110的扫射起始时间为t0(零点),在扫射起始时间t0
之前的第一预定时间间隔T1,由无线信号发射装置120发射无线过零信号B,过零信号发射
时间为tB。如此,无线过零信号B可以告知光束扫射装置110在进入扫射期间并扫射定位光
束,实现零点的标定。

上述的定位光束发射设备100可以实现对定位光束扫射时间零点的标定,但是此
种情况下定位光束的扫射难以精确把握,为此,还可以在光束扫射装置110中设置旋转或摆
动机构和控制器。图5示出了根据本发明另一实施例的定位光束发射设备的示意性框图。

如图5所示,该定位光束发射设备100可以包括光束扫射装置110和无线信号发射
装置120。其中,光束扫射装置110可以包括旋转或摆动结构111和控制器112。光束扫射装置
110和无线信号发射装置120的描述可参见图3-B中相关描述,在此不再赘述。旋转或摆动机
构111可以用于实现定位光束的扫射。控制器112可以响应于旋转或摆动机构到达预定方
位,调节旋转或摆动机构的运动,以使其在扫射起始时间到达扫射起始位置,同时开始扫射
期间。

这里,在旋转或摆动机构到达扫射起始位置时,光束扫射装置110能够扫射定位光
束,其扫射方式可以有多种实?#20013;?#24335;。例如,可以是在旋转或摆动机构上设置光源,光源直
接随该机构旋转或摆动,在旋转或摆动机构到达扫射起始位置时,光源开始发光,从而实现
定位光束的扫射。再例如,可以在旋转或摆动机构111上安装反射镜之类的光学系统,光学
系统随旋转或摆动机构111旋转或摆动,在其到达扫射起始位置时,光束扫射装置110扫射
的定位光束照射到光学系统上,光学系统反射定位光束,从而实现定位光束的扫射。

在定位光束发射设备100工作状态下,旋转或摆动机构111通常会以一个固定的周
期旋转或摆动,当光束扫射装置的扫射起始时间确定后,旋转或摆动机构如果维持原运动
状态,有可能不能按时到达扫射起始位置,因此,可以在光束扫射装置中增加控制器112。在
旋转或摆动机构旋转或摆动到达预定方位时,控制器112可以响应于旋转或摆动机构到达
的预定方位,调节旋转或摆动机构111的运动,使其在光束扫射装置扫射定位光束的扫射起
始时间到达扫射起始位置。

这里,可以预先设定一个位置,使得旋转或摆动机构运动111到达这个位置时,控
制器112可以得知并对其运动进?#26800;?#33410;,即预定方位相当于是?#24066;?#25511;制器112对旋转或摆动
机构111进?#26800;?#33410;的一个提醒位置。

控制器112可以与旋转或摆动机构相关联(其关联方式可以有多种,例如,可以是
有线连接),以便其能够及时获知旋转或摆动机构是否达到预定方位,并对此作出响应。例
如,旋转或摆动机构的原运动范围内设定一个预定方位,控制器响应于其运动到该位置,获
得可以对旋转或摆动机构进?#26800;?#33410;的命令,并从该位置起对旋转或摆动机构进?#26800;?#33410;。其
中,还可以在旋转或摆动机构的原运动范围内设定多个预定方位,每当旋转或摆动机构运
动到预定方位,控制器均可以对此做出响应。旋转或摆动机构预定方位的设定与控制器的
控制方式可以有多种实现方式,在此不做要求。

旋转或摆动机构111的预定方位可以根据控制器进?#26800;?#33410;所需的时间确定,以给
予控制器足够的调节时间。例如,如果控制器做出调节需要1s,那么可以基于此调节时间在
旋转或摆动机构111原运动周期的基础上确定其预定方位,使得旋转或摆动机构111以其原
运动速度从预定方位运动运动到扫射起始位置所需要的时间多于1s,以便于给予控制器足
够的响应时间和调节时间。如此,控制器112响应于旋转或摆动机构111到达预定方位对其
进?#26800;?#33410;,使其以相对于原运动速度以相同或不同的速度运动,以保证旋转或摆动机构111
能够在扫射起始时间到达扫射起始位置。

这样,由于预定方位与扫射起始位置之间的距离已知,扫射起始时刻t0也已知,控
制器112可以基于此距离与此?#26412;?#38646;点t0的时间对旋转或摆动机构111进?#26800;?#33410;,以使得其
可以在扫射起始时间到达扫射起始位置。

另外,控制器112可能不能在旋转或摆动机构111到达预定方位的瞬间即做出判
断,而是有个短时间的延后,因此,控制器112也可以响应于旋转或摆动机构111当前到达预
定方位的时间及上次到达零点的时间对旋转或摆动机构111进?#26800;?#33410;111,以使得其可以在
扫射起始时间到达扫射起始位置。

在旋转或摆动机构111到达预定方位至其运动到达扫射起始位置的过程中,控制
器112可以对旋转或摆动机构111进行一?#20301;?#22810;次的调节。例如,控制器112可以响应于旋转
或摆动机构111到达预定方位,基于预定方位与扫射起始位置的距离,以及到达预定方位的
时间和扫射起始时间对旋转或摆动机构111进行一次调节,使得旋转或摆动机构能够调整
其旋转或摆动的周期,以便其可以在扫射起始时间到达扫射起始位置。控制器112也可以多
?#20301;?#38543;时对旋转或摆动机构111进?#26800;?#33410;,以使得其可以准时在零点t0到达扫射起始位置。
控制器112对旋转或摆动机构111的调节可以有多种实现方式,在此不做具体限制。控制器
112做出调节后,旋转或摆动机构也可以以调节后的速度?#20154;?#36816;动。

针对一个扫射期间,旋转或摆动机构111到达预定方位的时间可以在过零信号发
射时间之前,也可以在其之后。在一个实施例中,旋转或摆动机构先到达预定方位,如此,控
制器可以有充足的时间对旋转或摆动机构进?#26800;?#33410;。在另一个实施例中,旋转或摆动机构
后到达预定方位,如此,可以给予设备充足的时间以发射、接收或处理无线过零信号B。旋转
或摆动机构111到达预定方位的时间与发射无线过零信号B的时间是相互独立的,均可以综
合?#23548;?#20351;用情况及经验数据进行设定,在此不做严格要求。

此外,可以在光束扫射装置110中设置触发器113。该触发器113可以响应于旋转或
摆动机构111到达预定方位,触发运动调节信号A,控制器112响应于该运动调节信号A调节
旋转或摆动机构111的运动。

将触发运动调节信号A的时刻称为tA,tA与零点t0之间的时间间隔称为第三时间间
隔T3,第三时间间隔T3可以比第一预定时间间隔T1长,也可以比第一预定时间间隔T1短,即
触发运动调节信号A的时间可以在触发无线过零信号B之前或之后。

针对一个扫射期间,触发运动调节信号A的时间可以在无线过零信号B发射时间之
前,也可以在其之后。在一个实施例中,预先触发运动调节信号,如此,控制器可以有充足的
时间对旋转或摆动机构进?#26800;?#33410;。在另一个实施例中,预先触发无线过零信号B,如此,可以
给予设备充足的时间以处理发射、接收或处理无线过零信号B。触发运动调节信号A的时间
与发射无线过零信号B的时间是相互独立的,均可以综合?#23548;?#20351;用情况及经验数据进行设
定,在此不做严格要求。

此运动调节信号A可以是脉冲信号,例如可以是无线信号,相应地在定位光束发射
设备100内安装无线信号接收器,用以接收并识别运动调节信号A,便于控制器112能够响应
于此信号对旋转或摆动机构的运动进?#26800;?#33410;。此外,运动调节信号A还可以是光信号等其它
形式的脉冲信号,可以由控制器或其它相应装置识别该信号,以便于控制器112能够响应于
该信号并对旋转或摆动机构的运动进?#26800;?#33410;。

以图6所示为例,光束扫射装置在扫射起始时间(零点t0)扫射定位光束,在扫射起
始时间之前的第一预定时间间隔T1的时刻,无线信号发射装置发射无线过零信号B(过零信
号发射时间tB),以便告知光束扫射装置的扫射起始时间。零点之前的第三时间间隔T3的时
刻,触发器触发运动调节信号A(运动调节信号A触发时间tA),以便控制器112能够响应于该
信号,对旋转或摆动机构的运动进?#26800;?#33410;。图6仅为本发明的定位光束发射设备进行零点标
定实现过程的一个示意图,其中,第一预定时间间隔T1可以根据情况变化进?#26800;?#33410;,第三时
间间隔T3也可以比第一预定时间间隔T1短或者相等。

至此,已经详?#35813;?#36848;了根据本发明的定位光束发射设备及其零点标定的实现过
程。此外,本发明的定位光束发射设备内还可以设置有同步信号接收装置,以实现各定位光
束发射设备的同步。图7示出了根据本发明又一实施例的定位光束发射设备的示意性框图。
如图7所示,该定位光束发射设备包括上述提及的装置外,还可以包括同步信号接收装置
160,用于接收同步信号S,实现对多个定位光束发射设备的同步。

定位光束发射系统中的多个定位光束发射设备可以分为多个组,同组的定位光束
发射设备被设定为同时工作,不同组的定位光束发射设备被设定为不同时工作,即,一组定
位光束发射设备发光时,其它组的定位光束发射设备不发光。同步信号S的作用就是控制各
组定位光束发射设备的发光时序。同步信号S与其它信号之间的时间间隔,同组定位光束发
射设备相同,不同组定位光束发射设备不相同。更具体地说,对于同一组中的定位光束发射
设备,同步信号S与扫射起始时间之间的之间间隔相同,而对于不同组中的定位光束发射设
备,同步信号S与扫射起始时间之间的之间间隔不同。无线同步情况下,定位光束发射设备
需要根据各自的编号对接收到的同步信号做不同处理,以保证多定位光束发射设备间可以
同步分时工作。同步信号接收装置160可以预置在每个定位光束发射设备内部,并且均能够
接收同步信号S,实现对多个定位光束发射设备的同步。将同步信号接收装置接收到同步信
号S的同步信号接收时间称为tS,同步信号接收时间与运动调节信号触发时间之间的时间
间隔称为第四时间间隔T4。同步信号接收时间tS之后的第二预定时间间隔T2后,到达扫射起
始时间(扫射周期零点t0),其中,第二预定时间间隔T2比第一预定时间间隔T1长。控制器可
以基于同步信号S和运动调节信号A对旋转或摆动机构进?#26800;?#33410;,保证旋转或摆动机构从其
预定方位经历第三时间间隔T3后,刚好到达零点位置,实现多个定位光束发射设备的同步。

其中,同步信号接收时间可以在光束扫射装置的一个工作周期内。针对一个工作
周期,扫射起始时间在接收到同步信号S的同步信号接收时间之后,并且与同步信号接收时
间之间具有第二预定时间间隔T2。

至此,已经详?#35813;?#36848;了本发明的定位光束发射设备及其零点标定和同步。此外,本
发明?#22266;?#20379;了一种定位光束发射系统,以实现定位光束发射设备的零点标定和同步。图8示
出了根据本发明一个实施例的定位光束发射系统的示意性框图。如图8所示,该定位光束发
射系统可以包括多个上述的定位光束发射设备(图中仅示出一个),以及同步信号发送装置
510,其中,同步信号发送装置510用于发送同步信号S。

这里,定位光束发射系统中可以设置一个同步信号发送装置510和多个定位光束
发射设备100,每个定位光束发射设备内均设置一个同步信号接收装置,同步信号发送装置
510独立于定位光束发射设备,并且与各个定位光束发射设备100相连接(其连接方式可以
是有线连接,也可以是无线连接,具体连接方式不限定)。定位光束发射设备中的同步信号
接收装置可以接收同步信号发送装置510发送的同步信号S,控制器112可以响应于该同步
信号S,对旋转或摆动机构111进?#26800;?#33410;,以保证其能够在第二预定时间间隔后刚好到达零
点位置。

同步信号发送装置510与定位光束发射设备(或者与该设备中的同步信号接收装
置)之间可以是无线连接,也可以是有线连接。优选地,可以采用无线连接。如此,同步信号
发送装置510可以发送无线同步信号S,并被各个定位光束发射设备100中的同步信号接收
装置接收,以实现同步。这样,可以简化同步信号发送装置510与定位光束发射设备之间的
有线连接的安装过程,同时缩小定位光束发射系统的结构。

此外,同步信号发送装置510还可以设置在一个定位光束发射设备内,并且向其它
安装有同步信号接收装置的各个定位光束发射设备发送同步信号S。此安装有同步信号发
送装置510的定位光束发射设备(例如,可以是光塔)可以称为主光塔,其它安装有同步信号
接收装置的定位光束发射设备可以称为从光塔,可以由主光塔发送同步信号S,从光塔接收
同步信号S,即主光塔控制从光塔的同步。

主光塔与从光塔之间可以是无线连接,也可以是有线连接。在一个优选实施例中,
主光塔与从光塔之间可以是无线连接,主光塔中的同步信号发送装置510所发射的同步信
号S可以是无线信号,从光塔中同步信号接收装置接收到同步信号S以实现多个定位光束发
射设备的同步。这样,可以减少各个装置之间的有线连接,简化安装步骤及设备结构。同时,
无线信号的工作范围受环境的限制较小并且没有方向性,可以使得各个位置的同步信号接
收装置均能接收到均匀的同步信号S,可以及时实现定位光束发射设备的同步。

同步信号S可以是带编码的。同步信号接收时间与零点之间有第二预定时间间隔
T2,而无线过零信号发射时间与零点有第一预定时间间隔T1,如此,同步信号接收时间与无
线过零信号B发送时间之间的时间间隔可以是固定。同一个工作周期内,同步信号S和无线
过零信号B是相?#26434;?#30340;。例如,两者的编码可以分别是其信号发射的时间,而两个时间的差
值是固定的时间间隔。这样,由带编码的同步信号S、带编码的无线过零信号B与两者的接收
或发射时间之间的固定时间间隔等数据,可以实现同步信号S、无线过零信号B以及定位光
束的相互?#26434;Γ?#20351;得多个定位光束发射设备间的同步及其零点标定可以有序进行。

以图9所示为例,同步信号接收装置在tS(同步信号接收时间)时刻接收同步信号
S,由此可以将距tS之后第二预定时间间隔T2后的时刻视为光束扫射装置的扫射起始时间
(零点t0),以告知光束扫射装置的扫射起始时间。将扫射起始时间(零点t0)之前的第一预定
时间间隔T1的时刻,无线信号发射装置发射无线过零信号B(过零信号发射时间tB),以便光
束扫射装置能够及时在零点扫射定位光束。在同步信号接收时间tS之后第四时间间隔T4可
以由触发器触发运动调节信号A(运动调节信号触发时间tA),以便于控制器可以响应于同
步信号S和运动调节信号A对旋转或摆动机构进?#26800;?#33410;,实现对定位光束发射设备的同步及
零点标定。图9仅为本发明的定位光束发射设备进行同步和零点标定的一个示意图,其中,
第二时间间隔T2比第一预定时间间隔T1长,第一预定时间间隔T1和第二时间间隔T2可以根
据情况变化进?#26800;?#33410;,运动调节信号触发时间tA可以在过零信号发射时间tB之前或之后或
同时。

至此,已经结合图2-5详?#35813;?#36848;了关于本发明的定位光束发射设备和定位光束发
射系统,以实现对定位光束发射设备的零点标定和同步。另外,本发明?#22266;?#20379;了一种定位系
统,该定位系统中还可以包括定位设备,图10示出了根据本发明一个实施例的定位设备的
示意性框图,图11示出了根据本发明一个实施例的定位系统的示意性框图。

如图10所示,该定位设备600适于设置在定位对象上,其可以包括一个或多个定位
光束接收器610,无线信号接收器620和处理器630。其中定位光束接收器610可以用于接收
定位光束,无线信号接收器620可以用于接收无线过零信号B,处理器630可以连接到定位光
束接收器610和无线信号接收器620,用于基于无线信号接收器620接收到的无线过零信号B
以及定位光束接收器610接收到的定位光束的时间,确定定位光束接收器610相对于定位光
束发射设备100的相对方向或位置。

由于无线过零信号是带编码的,同时无线过零信号B与其相?#26434;?#30340;定位光束之间
具有固定的第一时间间隔T1,如此,处理器可以基于无线信号接收器620接收到无线过零信
号B的时间及其编码,以及多个(例如,可以至少包括两个)定位光束接收器接收到定位光束
的时间,判断定位光束接收器610相对于定位光束发射设备100的相对方向或位置,从而进
一步确定定位对象的位置信息,实现精确定位。

其中,多个定位光束接收器610的位置可以相对固定,以便于可以根据接收到的定
位光束判断发射该定位光束的定位光束发射系统,为处理器对定位对象的定位提供更丰富
的定位数据。

如图11所示,该定位系统700可以包括上述的定位光束发射设备100或者定位光束
发射系统500,以及定位设备600。

由于无线信号发射装置120所发射的无线过零信号B具有编码,且无线过零信号B
的发射时间与零点具有第一预定时间间隔T1,因此由无线信号接收器所接收的无线过零信
号B及定位光束接收器接收定位光束的时间,可以确定与该无线过零信号B所?#26434;?#30340;定位光
束的光束扫射装置的来源。又由于无线信号发射装置120发射的无线过零信号B作为其关联
的光束扫射装置所扫射定位光束的扫射期间的起始信号,所以处理器根据接收的无线过零
信号B及定位光束的时间差、光束扫射装置的角速度,可以确定该光束接收器相对于光束扫
射装置的零角度线的偏离方向,从而可以确定该定位光束接收器相对于其所接收的定位光
束所?#26434;?#30340;定位光束发射装置的预估方向。

其中,零角度线是光束扫射装置在每个扫射期间的起始时刻所扫射的定位光束在
传播方向?#31995;?#24179;面。预估方向可以用坐标表示,也可以用立体角表示,例如,预估方向可以
是偏离光束扫射装置的零角度线一定立体角时的方向,也可以是相对于光束扫射装置的方
向。

对于固定在定位对象?#31995;?#21516;一个扫射期间内接收到的同一定位光束的多个定位
光束接收器?#27492;擔?#21487;以采用上述方法确定多个定位光束接收器分别相对于该同一定位光束
所?#26434;?#30340;光束扫射装置的预估方向。

再例如,还可以基于无线过零信号B和定位光束的接收时间差确定定位对象相对
于无线过零信号B所?#26434;?#30340;扫射装置的预估相对方向和/或位置。在一个实施例中,根据同
一个扫射期间内,与接收到同一个无线过零信号B的无线信号接收器相?#26434;?#30340;多个定位光
束接收器分别接收到的定位光束和同一个无线过零信号B的接收时间差,可以确定多个定
位光束接收器分别相对于同一个无线过零信号B所?#26434;?#30340;光束扫射装置的方向,然后根据
多个定位光束接收器之间的相对空间位置关系就可以确定多个定位光束接收器相对于同
一光束扫射装置的相对位置信息,从而可以确定定位对象所处的预估位置。

此外,处理器还可以具备上述未提及的功能,以更为精确地实现对定位对象的定
位。

上文中已经参考附图详?#35813;?#36848;了根据本发明的定位光束发射设备、系统及定位系
统。

以上已经描述了本发明的各实施例,上述说明是示例性的,并非穷尽性的,并且也
不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下,对于本技
术领域的普通技术人员?#27492;?#35768;多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择,旨
在最好地解?#36879;?#23454;施例的原理、?#23548;?#24212;用或对市场中的技术的改进,或者使本技术领域的
其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

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本文标题:定位光束发射设备、系统及定位系统.pdf
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