定位光束髮射系統、方法及室內定位系統與流程

2023-05-02 02:31:11

本發明專利申請是申請號為201610150016.x，申請日為2016年03月16日，發明名稱為「定位光束髮射系統、方法及室內定位系統」的中國發明專利申請的分案申請。

本發明涉及定位領域，特別是涉及一種定位光束髮射系統、方法及室內定位系統。

背景技術：

室內定位技術作為衛星定位的輔助定位，可以解決衛星信號到達地面時較弱、不能穿透建築物的問題。

雷射定位技術是一種常見的室內定位技術，該方案是通過在定位空間內搭建發射雷射的定位光塔，對定位空間進行雷射掃射，在被定位物體上設計多個雷射接收感應器，並在接收端對數據進行運算處理，直接輸出三維位置坐標信息。其定位流程可以由圖1所示。

由於雷射的掃射面積有限，因此，可以定位的空間大小受到雷射射程的限制(一般在5*5*2m範圍左右)，而如果簡單的將單個定位空間的基站結構進行復用拓展，會出現在雷射重疊區域(即在同一時間，有同一方向的雷射掃射過的區域)，這又勢必會造成定位不準確。

由此，需要一種在擴展定位空間的同時，可以避免雷射重疊區域的室內定位方案。

技術實現要素：

本發明主要解決的技術問題是提供一種室內定位系統，其可以避免雷射重疊區域的產生，以使得定位空間能夠被擴展。

根據本發明的一個方面，提供了一種定位光束髮射系統，用於向定位空間發射定位光束，定位空間包括多個子定位空間，該系統包括：多個定位光束髮射裝置，分別設置在多個子定位空間內的預定位置，每個定位光束髮射裝置用於以預定的掃射周期和預定的角速度向其所在的子定位空間掃射定位光束，定位光束具有線狀截面，並且繞掃射轉軸轉動，掃射轉軸與線狀截面的延伸方向不垂直；以及控制器，分別與多個定位光束髮射裝置連接，通過控制多個定位光束髮射裝置所掃射的定位光束的頻率或幅度，或對所述多個定位光束髮射裝置所掃射的定位光束進行編碼，使得不同定位光束髮射裝置所掃射的定位光束不同。

優選地，在控制器的控制作用下，同一時間發射定位光束的定位光束髮射裝置所掃射的定位光束不同，或者相鄰子定位空間內的定位光束髮射裝置所掃射的定位光束不同。

優選地，每個定位光束髮射裝置在每個掃射周期內可以以兩種掃射模式向其所在的子定位空間掃射定位光束，兩種掃射模式的工作時期不同，並且/或者兩種掃射模式下掃射的定位光束的頻率、幅度或編碼不同，第二種掃射模式下的第二定位光束的掃射轉軸與第一種掃射模式下的第一定位光束的掃射轉軸具有預定夾角。

優選地，第一定位光束的線狀截面的延伸方向和掃射轉軸垂直於水平面，並且第二定位光束的線狀截面的延伸方向和掃射轉軸平行於水平面；或者第一定位光束的線狀截面的延伸方向和掃射轉軸平行於水平面，並且第二定位光束的截面的延伸方向和掃射轉軸垂直於水平面。

優選地，定位光束髮射裝置所掃射的定位光束的有效範圍被設置為能夠覆蓋其所在的子定位空間而不超出與其所在的子定位空間相鄰的子定位空間。

優選地，在每個子定位空間內彼此遠離的兩個位置處分別設置有定位光束髮射裝置，相鄰子定位空間內同時進行掃射的定位光束髮射裝置的兩種掃射模式的啟動順序不同，同一子定位空間內的不同定位光束髮射裝置掃射定位光束的時期不同；或者相鄰子定位空間內的定位光束髮射裝置掃射定位光束的時期不同，同一子定位空間內的不同定位光束髮射裝置的兩種掃射模式的啟動順序不同。

優選地，定位光束髮射裝置可以包括：第一掃射光源，用於向其所在的子定位空間掃射第一定位光束；第二掃射光源，用於向其所在的子定位空間掃射第二定位光束；以及面光源，用於在每個掃射周期內向其所在的子定位空間發射平面光脈衝，第一掃射光源和第二掃射光源在掃射周期內的不同時期向其所在的子定位空間掃射定位光束，在每個掃射周期內，第一掃射光源開始掃射第一定位光束的時間與面光源發射平面光脈衝的時間之間具有第一固定時間間隔，第二掃射光源開始掃射第二定位光束的時間與面光源發射平面光脈衝的時間之間具有第二固定時間間隔。

優選地，在每個掃射周期內，在面光源發射第一平面光脈衝後，第一掃射光源開始向其所在的子定位空間掃射定位光束，在面光源發射第二平面光脈衝後，第二掃射光源開始向其所在的子定位空間掃射定位光束，第一平面光脈衝和第二平面光脈衝之間具有固定時間間隔，第一掃射光源開始掃射第一定位光束的時間與面光源發射第一平面光脈衝的時間之間具有第一固定時間間隔，第二掃射光源開始掃射第二定位光束的時間與面光源發射第二平面光脈衝的時間之間具有第二固定時間間隔。

根據本發明的另一個方面，還提供了一種定位光束髮射方法，用於向定位空間發射定位光束，定位空間包括多個子定位空間，在每個子定位空間設置有定位光束髮射裝置，該方法包括：每個子定位空間內的定位光束髮射裝置以預定的掃射周期和預定的角速度向該子定位空間掃射定位光束，定位光束具有線狀截面，並且繞掃射轉軸轉動，掃射轉軸與線狀截面的延伸方向不垂直；不同定位光束髮射裝置所掃射的定位光束的頻率、幅度或編碼不同。

優選地，同一時間發射定位光束的定位光束髮射裝置所掃射的定位光束不同，或者相鄰子定位空間內的定位光束髮射裝置所掃射的定位光束不同。

根據本發明的另一個方面，還提供了一種室內定位系統，用於對處在定位空間內的待定位物體定位，其中，定位空間包括多個子定位空間，該室內定位系統包括：多個定位光束髮射裝置，分別固定設置在多個子定位空間內的預定位置，每個定位光束髮射裝置用於以預定的掃射周期和預定的角速度向其所在的子定位空間掃射定位光束，其中，其中，定位光束具有線狀截面，並且繞掃射轉軸轉動，掃射轉軸與線狀截面的延伸方向不垂直，不同定位光束髮射裝置所掃射的定位光束的頻率、幅度或編碼不同；多個光束接收器，適於固定在待定位物體的外表面，用於接收定位光束，多個光束接收器之間的相對空間位置關係固定。

優選地，同一時間發射定位光束的定位光束髮射裝置所掃射的定位光束不同，或者相鄰子定位空間內的定位光束髮射裝置所掃射的定位光束不同。

優選地，該室內定位系統還可以包括處理器，處理器可以根據多個光束接收器接收到的定位光束和/或所接收到的定位光束的時間確定與該定位光束所對應的定位光束髮射裝置，並根據多個光束接收器在一個掃射周期內分別接收到定位光束的時間、角速度、相對空間位置關係以及所確定的定位光束髮射裝置的預定位置，確定待定位物體的位置。

優選地，每個定位光束髮射裝置在每個掃射周期內可以以兩種掃射模式向其所在的子定位空間掃射定位光束，兩種掃射模式的工作時期不同，並且/或者兩種掃射模式下掃射的定位光束的頻率、幅度或編碼不同，第二種掃射模式下的第二定位光束的掃射轉軸與第一種掃射模式下的第一定位光束的掃射轉軸具有預定夾角。

優選地，處理器可以根據光束接收器在每個掃射周期內接收到第一定位光束的時間以及接收到第二定位光束的時間，確定光束接收器相對於定位光束髮射裝置的方向，並且/或者，處理器根據在一個掃射周期內既接收到第一定位光束又接收到第二定位光束的多個光束接收器相對於定位光束髮射裝置的方向和多個光束接收器之間的預定相對空間位置關係，確定待定位物體的位置。

優選地，第一定位光束的線狀截面的延伸方向和掃射轉軸垂直於水平面，並且第二定光束的線狀截面的延伸方向和掃射轉軸平行於水平面；或者第一定位光束的線狀截面的延伸方向和掃射轉軸平行於水平面，第二定光束的線狀截面的延伸方向和掃射轉軸垂直於水平面。

優選地，定位光束髮射裝置所掃射的定位光束的有效範圍被設置為能夠覆蓋其所在的子定位空間而不超出與其所在的子定位空間相鄰的子定位空間。

優選地，在每個子定位空間內彼此遠離的兩個位置處分別設置有定位光束髮射裝置，相鄰子定位空間內同時進行掃射的定位光束髮射裝置的兩種掃射模式的啟動順序不同，同一子定位空間內的不同定位光束髮射裝置掃射定位光束的時期不同；或者相鄰子定位空間內的定位光束髮射裝置掃射定位光束的時期不同，同一子定位空間內的不同定位光束髮射裝置的兩種掃射模式的啟動順序不同。

優選地，定位光束髮射裝置可以包括：第一掃射光源，用於向其所在的子定位空間掃射第一定位光束；第二掃射光源，用於向其所在的子定位空間掃射第二定位光束；以及面光源，用於在每個掃射周期內向其所在的子定位空間發射平面光脈衝，第一掃射光源和第二掃射光源在掃射周期內的不同時期向其所在的子定位空間掃射定位光束，在每個掃射周期內，第一掃射光源開始掃射第一定位光束的時間與面光源發射平面光脈衝的時間之間具有第一固定時間間隔，第二掃射光源開始掃射第二定位光束的時間與面光源發射平面光脈衝的時間之間具有第二固定時間間隔。

優選地，處於同一個子定位空間內的兩個定位光束髮射裝置中的面光源所發射的平面光脈衝不同，處理器根據光束接收器所接收到的平面光脈衝，確定發射該平面光脈衝的面光源所對應的定位光束髮射裝置。

優選地，在每個掃射周期內，在面光源發射第一平面光脈衝後，第一掃射光源開始向其所在的子定位空間掃射定位光束，在面光源發射第二平面光脈衝後，第二掃射光源開始向其所在的子定位空間掃射定位光束，第一平面光脈衝和第二平面光脈衝之間具有固定時間間隔，第一掃射光源開始掃射第一定位光束的時間與面光源發射第一平面光脈衝的時間之間具有第一固定時間間隔，第二掃射光源開始掃射第二定位光束的時間與面光源發射第二平面光脈衝的時間之間具有第二固定時間間隔。

綜上，本發明的室內定位系統相比於已有的雷射定位技術，本發明在保持了雷射定位的優勢下，又使得定位空間可以被擴展，並且在擴展的同時，可以避免雷射重疊區域的產生。

附圖說明

通過結合附圖對本公開示例性實施方式進行更詳細的描述，本公開的上述以及其它目的、特徵和優勢將變得更加明顯，其中，在本公開示例性實施方式中，相同的參考標號通常代表相同部件。

圖1示出了現有的雷射定位方案的實現流程。

圖2示出了根據本發明一實施例的定位光束髮射系統的結構的示意性方框圖。

圖3示出了定位光束髮射裝置的一種結構示意圖。

圖4示出了定位光束的線狀截面的示意圖。

圖5示出了根據本發明一實施例的位於多個子定位空間內的定位光束髮射裝置的狀態示意圖。

圖6示出了根據本發明一實施例的定位光束髮射裝置的結構的示意性方框圖。

圖7示出了根據本發明一實施例的定位光束髮射裝置內的兩個掃射光源和面光源的信號發生示意圖。

圖8示出了根據本發明另一實施例的定位光束髮射裝置內的兩個掃射光源和面光源的信號發生示意圖。

圖9示出了根據本發明一實施例的室內定位系統的結構的示意性方框圖。

圖10示出了根據本發明另一實施例的室內定位系統的結構的示意性方框圖。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本公開的優選實施方式。雖然附圖中顯示了本公開的優選實施方式，然而應該理解，可以以各種形式實現本公開而不應被這裡闡述的實施方式所限制。相反，提供這些實施方式是為了使本公開更加透徹和完整，並且能夠將本公開的範圍完整地傳達給本領域的技術人員。

本發明提供了一種定位光束髮射方法，用於向定位空間發射定位光束，定位空間包括多個子定位空間，在每個子定位空間設置有定位光束髮射裝置，該方法包括：每個子定位空間內的定位光束髮射裝置以預定的掃射周期和預定的角速度向該子定位空間掃射定位光束，定位光束具有線狀截面，並且繞掃射轉軸轉動，掃射轉軸與線狀截面的延伸方向不垂直；同一時間向相鄰子定位空間內所掃射的定位光束不同，並且/或者，向相鄰子定位空間內掃射的定位光束的時期不同。基於本發明的定位光束髮射方法，定位空間可以被擴展，並且在擴展的同時，可以避免雷射重疊區域的產生。

本發明的定位光束髮射方法可以實現為一種定位光束髮射系統，下面結合定位光束髮射系統對本發明的定光束髮射方法做以詳細說明。

如圖2所示，本發明的定位光束髮射系統包括多個定位光束髮射裝置(圖中1-1、1-2…1-n，n為整數)和控制器3。

多個定位光束髮射裝置分別固定在多個子定位空間內的預定位置，以使得在每個子定位空間內至少設有一個定位光束髮射裝置。每個定位光束髮射裝置都可以按照預定的掃射周期和預定的角速度向其所在的子定位空間掃射定位光束，定位光束髮射裝置所掃射的定位光束具有線狀截面，並且繞掃射轉軸轉動，掃射轉軸與線狀截面的延伸方向不垂直。

其中，可以通過多種方式實現定位光束髮射裝置向其所在的子定位空間掃射定光束。例如，可以通過電機轉動掃描、mems掃描鏡掃描、單模光纖抖動掃描等多種方式實現定位光束髮射裝置向其所在的子定位空間掃射定位光束。當然，對本領域技術人員來說，還可以有其它實現方式，此處不再贅述。

預定的掃射周期(t)可以對應於預定的角速度(ω)，也可以不對應。

例如，在定位光束髮射裝置圍繞掃射轉軸做勻速圓周旋轉時，可以認為掃射周期對應於預定的角速度，此時有t＝2π/ω。

另一方面，在一些情況下，定位光束髮射裝置只需要轉動不到一周，例如約四分之一周，即約90°，就可以使掃描光束完全掃描該子定位空間。這樣，在掃描光束掃描子定位空間時和不掃描子定位空間時的旋轉速度可以不同。或者，定位光束髮射裝置也可以被設置為使得掃描光束在子定位空間中往復掃描。在這些情況下，t≠2π/ω。

線狀截面指的是由平行於掃射轉軸的平面截取的截面，為了更好地理解定位光束的線狀截面，下面結合圖3、圖4做進一步說明。

圖3示出了定位光束髮射裝置的一種結構示意圖。如圖3所示，定位光束髮射裝置可以由掃射光源21和旋轉裝置22構成，掃射光源21固定在旋轉裝置22上，旋轉裝置22可以繞固定軸旋轉。其中，掃射光源21可以是豎直的線狀光源(如光源經過狹縫後得到的線狀光源)，也可以是陣列光源，當然還可以是其它，

在旋轉裝置22圍繞轉軸轉動一定角度後，掃射光源21所發出的定位光束就可以覆蓋子定位空間的大部分區域或者整個區域。

掃射光源21所發出的定位光束具有線狀截面，這裡的線狀截面指的是由平行於掃射轉軸(即旋轉軸)的平面α截取的平面，截取的平面如圖4所示，該截面的寬度較小，長度較大，因此，可以稱為線狀截面，線狀截面的延伸方向指的是線狀截面的長度的方向(圖中雙向箭頭所示的方向)。

在掃射轉軸與線狀截面的延伸方向垂直的情況下，在掃射轉軸轉動時，定位光束所能達到的範圍為一個厚度很小的平面，其所能覆蓋的範圍很小。因此，這裡要限定掃射轉軸與線狀截面的延伸方向不垂直，以使得在掃射轉軸轉動時，掃射光束能夠覆蓋子定位空間的大部分區域或者整個區域。

其中，定位光束髮射裝置在每個掃射周期內所掃射的定位光束所能達到的有效範圍可以被設置為能夠覆蓋其所在的子定位空間，以使得待定位物體在每個子定位空間內任意移動時，待定位物體上的接收裝置都可以接收到定位光束。作為一種優選，定位光束髮射裝置所掃射的定位光束的有效範圍可以被設置為能夠覆蓋其所在的子定位空間而不超出與其所在的子定位空間相鄰的子定位空間。其中，有效範圍指的是能夠被接收裝置接收並識別，以用於定位的距離範圍。這樣，可以避免產生較多的雷射重疊區域。

控制器3分別與多個定位光束髮射裝置連接，用於控制多個定位光束髮射裝置的掃射模式，以使得同一時間相鄰子定位空間內的定位光束髮射裝置所掃射的定位光束不同，並且/或者，相鄰子定位空間內的定位光束髮射裝置所掃射的定位光束的時期不同。

通過控制多個定位光束髮射裝置的掃射模式，可以避免雷射重疊區域的產生。這裡，可以有多種避免出現雷射重疊區域的方法。例如，可以對可能造成雷射重疊區域的定位光束髮射裝置所掃射的定位光束進行編碼，或控制這些定位光束髮射裝置所掃射的定位光束(例如，可以控制定位光束髮射裝置所掃射的定位光束的頻率或幅度)，以使得可能造成雷射重疊區域的定位光束髮射裝置所掃射的定位光束不同，根據定位光束可以確定對應的定位光束髮射裝置。這裡，對定位光束髮射裝置所掃射的定位光束進行編碼或控制定位光束髮射裝置所掃射的定位光束頻率或幅度的技術已經成熟，此處不再贅述。

另外，還可以通過控制可能造成雷射重疊區域的定位光束髮射裝置所掃射的定位光束的時間，來避免出現雷射重疊區域。例如，可以控制可能造成雷射重疊區域的定位光束髮射裝置，使其掃射定光束的時期不同，以此來避免出現雷射重疊區域。

其中，每個子定位空間內的定位光束髮射裝置在每個掃射周期內可以以兩種掃射模式向其所在的子定位空間掃射定位光束，這兩種掃射模式的工作時期不同。第二種掃射模式下的第二定位光束的掃射轉軸與第一種掃射模式下的第一定位光束的掃射轉軸具有預定夾角。這裡，作為優選，在每個掃射周期內，定位光束髮射裝置可以時分地向其所在的子定位空間橫向掃射(沿水平方向掃射)和縱向掃射(沿豎直方向掃射)，其中，橫向掃射下的定位光束的線狀截面的延伸方向和掃射轉軸垂直於水平面，縱向掃射下的定位光束的線狀截面的延伸方向和掃射轉軸平行於水平面。

在定位光束髮射裝置包括上述兩種掃射模式的情況下，可以通過控制可能造成雷射重疊區域的定位光束髮射裝置的兩種掃射模式的順序，或者掃射定位光束的時期來避免出現雷射重疊區域。

如圖5所示，可以在每個子定位空間內彼此遠離的兩個位置處分別設置有定位光束髮射裝置。其中，圖5示出的是子定位空間基本上是方形區域的情形，應該知道子定位空間還可以是其它形狀，並且不同子定位空間的形狀可以不同。在子定位空間是其它形狀的情況下，可以在子定位空間距離最遠的兩端分別設置一個定位光束髮射裝置。下面結合圖3所示的實施例對這種避免雷射重疊區域的方式做進一步說明。

如圖5所示，本發明述及的子定位空間可以基本上是方形區域，為了避免由於遮擋造成待定位物體上的光束接收裝置接收不到定位光束的情況的發生，可以在每個子定位空間(圖中的a、b、c、d)內靠近對角線的兩個頂點附近分別設置一個定位光束髮射裝置(圖中的a1、a2，b1、b2，c1、c2，d1、d2)。就圖5來說，每個子定位空間內的定位光束髮射裝置可以在其所處的角落以90°的掃射範圍向其所在的子定位空間掃射定位光束。如前文所述，每個定位光束髮射裝置在每個掃射周期內可以具有兩種掃射模式，這裡以兩種掃射模式分別為橫向掃射(掃射的定位光束的線狀截面的延伸方向和掃射轉軸垂直於水平面)和縱向掃射(掃射的定位光束的線狀截面的延伸方向和掃射轉軸平行於水平面)為例加以說明。

參見圖5，為了使得定位光束髮射裝置所掃射的定位光束的有效範圍能夠覆蓋其所在的子定位空間而不超出與其所在的子定位空間相鄰的子定位空間。可以在定位空間內處於對角線的兩個角落處分別設置一個定位光束髮射裝置，每個定位光束髮射裝置所掃射的定位光束所能到達的最大距離應該大於或等於所述對角線的長度，並且小於或等於所述方形區域邊長的2倍，以使得每個子定位空間內的定位光束髮射裝置在每個掃射周期內掃射的定位光束可以覆蓋其所在的子定位空間，並且儘可能少地覆蓋其它子定位空間。

此時，對於圖5中子定位空間c來說，定位光束髮射裝置c1向子定位空間c掃射的定位光束會達到子定位空間a和子定位空間d中的部分區域(圖中的陰影部分)。由此，在定位光束髮射裝置c1向陰影部分的方向掃射定位光束時，如果陰影部分所在的子定位空間內的定位光束髮射裝置也向該區域掃射相同方向的定位光束，那麼就會出現雷射重疊區域，從而會對後期的定位造成幹擾。

另外，對於子定位空間c內的定位光束髮射裝置c1和定位光束髮射裝置c2來說，由於定位光束髮射裝置c1和定位光束髮射裝置c2都是向子定位空間c1掃射的，因此，定位光束髮射裝置c1和定位光束髮射裝置c2所掃射的定位光束也可能會在子定位空間c內產生雷射重疊區域。

所以，需要對相鄰子定位空間內的定位光束髮射裝置和同一子定位空間內的定位光束髮射裝置的掃射的過程進行一些調整，以避免雷射重疊區域的出現。

具體地說，在定位光束髮射裝置具有一種掃射模式的情況下，可以通過控制定位光束髮射裝置掃射定位光束的時期，使得在同一時間，對於可能會產生重疊區域的定位光束髮射裝置而言，只有一個定位光束髮射裝置處於掃射狀態。

另外，如前所述，定位光束髮射裝置可以具有兩種掃射模式，此時還可以通過控制定位光束髮射裝置的兩種掃射模式的啟動順序和/或掃射時間，以避免產生雷射重疊區域。例如可以通過控制相鄰子定位空間內同一時間掃射的定位光束髮射裝置的兩種掃射模式的啟動順序不同，同一子定位空間內的定位光束髮射裝置掃射定位光束的時期不同，來避免產生雷射重疊區域。還可以通過控制相鄰子定位空間內的定位光束髮射裝置掃射定位光束的時期不同，同一子定位空間內的定位光束髮射裝置的兩種掃射模式的啟動順序不同，來避免產生雷射重疊區域。

舉例來說，對於相鄰的子定位空間a和子定位空間c來說，可以控制定位光束髮射裝置a1和定位光束髮射裝置c1兩種掃射模式的啟動順序，使得定位光束髮射裝置a1和定位光束髮射裝置c1在每種掃射周期內的兩種掃射模式的啟動順序相反。即光束髮射裝置a1先橫向掃射後縱向掃射時，定位光束髮射裝置c1先縱向掃射，橫向掃射。由此，根據光束接收器接收的兩種定位光束的順序，可以區分對應的光束髮射裝置。對於子定位空間c內的定位光束髮射裝置c1和定位光束髮射裝置c2來說，可以控制定位光束髮射裝置c1和定位光束髮射裝置c2掃射定位光束的時期，使得對於子定位空間c而言，在同一時間，最多只有一個定位光束髮射裝置處於工作狀態。

另外，還可以對光束髮射裝置a1和定位光束髮射裝置c1在每種掃射周期內掃射定位光束的時期進行調整，使得光束髮射裝置a1和定位光束髮射裝置c1掃射定位光束的時期不同，這樣，也可以避免雷射重疊區域的產生。而對於單個子定位空間c內的定位光束髮射裝置c1和定位光束髮射裝置c2來說，可以控制定位光束髮射裝置c1和定位光束髮射裝置c2的兩種掃射模式的啟動順序，使得定位光束髮射裝置c1和定位光束髮射裝置c2的兩種掃射模式的啟動順序相反。

如前文所述，每個子定位空間內的定位光束髮射裝置在每個掃射周期內可以分時地以兩種掃射模式向其所在的子定位空間掃射定位光束。此時，如圖6所示，每個定位光束髮射裝置可以包括第一掃射光源11、第二掃射光源12以及面光源13。

在每個掃射周期內，第一掃射光源11可以以預定的角速度向子定位空間橫向掃射第一定位光束，第二掃射光源12可以以預定的角速度向子定位空間縱向掃射第二第定位光束。

面光源13在每個掃射周期內向其所在的子定位空間發射平面光脈衝。

在每個掃射周期內，第一掃射光源11開始掃射第一定位光束的時間與面光源13發射平面光脈衝的時間之間具有第一固定時間間隔，第二掃射光源12開始掃射第二定位光束的時間與面光源13發射平面光脈衝的時間之間具有第二固定時間間隔。

其中，可以如圖7所示，面光源13可以以預定的周期t向其所在的子定位空間發射平面光脈衝p，第一掃射光源11和第二掃射光源12可以在每個周期t內的不同時期(t1、t2)掃射定位光束。

作為一種優選，同一個子定位空間內的兩個定位光束髮射裝置中的面光源所發射的平面光脈衝不同，這樣，根據接收到的平面光脈衝，就可以確定發射該平面光脈衝的面光源所對應的定位光束髮射裝置。

圖7所示的情況，具體實現起來不太方便，因此，本發明提出了另一種面光源和兩個掃射光源相配合的工作模式，如圖8所示，每個掃射周期內，面光源13發射兩次平面光脈衝，在面光源13發射第一平面光脈衝p1後，第一掃射光源11開始向其所在的子定位空間掃射定位光束(圖中t1段)，在面光源13發射第二平面光脈衝p2後，第二掃射光源12開始向其所在的子定位空間掃射定位光束(圖中t2段)，第一平面光脈衝和第二平面光脈衝之間具有固定時間間隔。

至此，結合附圖1-8詳細敘述了本發明的定位光束髮射系統和方法。基於上述定位光束髮射系統和方法，本發明還提出了一種室內定位系統。

如圖9所示，本發明的室內定位系統10包括多個定位光束髮射裝置(圖中1-1、1-2…1-n，n為整數)和多個光束接收器(圖中2-1、2-2…2-n，n為整數)。其中，多個定位光束髮射裝置的布置方式及其掃射模式，可參照上文中相關描述，此處不再贅述。

多個光束接收器適於固定在待定位物體的外表面。在對待定位物體定位時，可以將多個光束接收器固定在待定位物體的外表面，此時，多個光束接收器之間的相對空間位置固定。每個光束接收器都可以接收定位光束髮射裝置發射的定位光束。

如圖10所示，本發明的室內定位系統10還可以包括處理器3。處理器3分別與多個光束接收器連接(可以是無線連接，也可以是有線連接)。處理器3可以適於固定在待定位物體上，也可以固定在其它位置。處理器3可以接收到光束接收器所接收到的定位光束。待定位物體在多個子定位空間內移動時，處理器3就可以基於待定位物體上的光束接收器所接收到的定位光束，識別出對應的定位光束髮射裝置，從而根據多個光束接收器在一個掃射周期內分別接收到定位光束的時間、角速度、相對空間位置關係以及所確定的定位光束髮射裝置的預定位置，就可以確定待定位物體的位置。其中，光束接收器接收到定位光束的時間可以由光束接收器記錄，也可以由處理器3記錄(即在處理器3實時接收光束接收器所接收到的定位光束時，可以由處理器3記錄從光束接收器獲取到定位光束的時刻作為該光束接收器接收到定位光束的時刻)。本發明的室內定位系統10具體的定位過程描述如下。

每個子定位空間內的定位光束髮射裝置的掃射周期、角速度已知。在定位光束髮射裝置的一個掃射周期內，定位光束髮射裝置開始掃射定位光束的時刻可以記為t0，光束接收器接收到定位光束的時刻可以記為t1，由於定位光束髮射裝置的角速度一定(已知)，因此，根據t1、t0之間的時間差，就可以確定定位光束髮射裝置在掃射到該定位光束接收器時，定位光束髮射裝置所轉過的角度，由此，光束接收器相對於定位光束髮射裝置的方向就可以確定。以此類推，在一個掃射周期內，可以接收到定位光束的多個定位光束接收器相對於光束定位發射裝置的方向都可以確定，然後根據多個定位光束接收器之間的相對空間位置關係就可以確定多個定位光束接收器的水平方向上的位置信息，從而可以確定待定位物體所處的水平位置。

進一步地，如上文所述，每個子定位空間內的定位光束髮射裝置在每個掃射周期內可以以兩種掃射模式向其所在的子定位空間掃射定位光束，這兩種掃射模式的工作時期不同。第二種掃射模式下的第二定位光束的掃射轉軸與第一種掃射模式下的第一定位光束的掃射轉軸具有預定夾角。這裡，作為優選，在每個掃射周期內，定位光束髮射裝置可以時分地向其所在的子定位空間橫向掃射和縱向掃射，其中，橫向掃射的定位光束的線狀截面的延伸方向和掃射轉軸垂直於水平面，縱向掃射的定位光束的線狀截面的延伸方向和掃射轉軸平行於水平面。

此時，處理器3可以根據光束接收器在一個掃射周期內接收到第一定位光束的時間以及接收到第二定位光束的時間，確定光束接收器相對於定位光束髮射裝置的方向。由此，根據在一個掃射周期內既接收到第一定位光束又接收到第二定位光束的多個光束接收器相對於定位光束髮射裝置的方向和多個光束接收器之間的相對位置關係，就可以確定待定位物體的位置。

下面以在每個掃射周期內，定位光束髮射裝置分別向子定位空間橫向掃射定位光束和縱向掃射定位光束為例，對待定位物體的定位過程進行詳細說明。

在每個掃射周期內，定位光束髮射裝置橫向掃射和縱向掃射的時期不同，並且，橫向掃射和縱向掃射的角速度已知。以定位光束髮射裝置先橫向掃射後縱向掃射為例，在定位光束髮射裝置的一個掃射周期內，定位光束髮射裝置開始橫向掃射定位光束的時刻可以記為t0，光束接收器接收到橫向掃射的定位光束的時刻可以記為t1，由於定位光束髮射裝置的橫向掃射時的角速度一定(已知)，因此，處理器3根據t1、t0之間的時間差、橫向掃射的角速度，就可以確定t1時，橫向掃射的定位光束所在的平面。相應地，定位光束髮射裝置開始縱向掃射定位光束的時刻可以記為t2，光束接收器接收到縱向掃射的定位光束的時刻可以記為t3，由於定位光束髮射裝置的縱向掃射時的角速度一定(已知)，因此，處理器3根據t3、t2之間的時間差、縱向角速度，就可以確定t3時，縱向掃射的定位光束所在的平面，由於定位光束髮射裝置和光束接收器都處於這兩個平面上，因此這兩個平面的交線方向即為光束接收器相對於定位光束髮射裝置的方向。由此，可以確定多個光束接收器所處的交線方向，然後根據多個光束接收器之間的相對空間位置關係就可以得出待定位物體所處的三維位置信息。

根據本發明，公開了以下各項技術方案：

1.一種定位光束髮射系統，用於向定位空間發射定位光束，所述定位空間包括多個子定位空間，該系統包括：

多個定位光束髮射裝置，分別設置在所述多個子定位空間內的預定位置，每個所述定位光束髮射裝置用於以預定的掃射周期和預定的角速度向其所在的子定位空間掃射定位光束，所述定位光束具有線狀截面，並且繞掃射轉軸轉動，所述掃射轉軸與所述線狀截面的延伸方向不垂直；以及

控制器，分別與所述多個定位光束髮射裝置連接，通過控制所述多個定位光束髮射裝置所掃射的定位光束的頻率或幅度，或對所述多個定位光束髮射裝置所掃射的定位光束進行編碼，使得不同定位光束髮射裝置所掃射的定位光束不同。

2.根據本發明上述第1項技術方案所述的定位光束髮射系統，其中，在所述控制器的控制作用下，

同一時間發射定位光束的定位光束髮射裝置所掃射的定位光束不同，或者

相鄰子定位空間內的定位光束髮射裝置所掃射的定位光束不同。

3.根據本發明上述第1項技術方案所述的定位光束髮射系統，其中，

每個所述定位光束髮射裝置在每個所述掃射周期內以兩種掃射模式向其所在的子定位空間掃射定位光束，

所述兩種掃射模式的工作時期不同，並且/或者兩種掃射模式下掃射的定位光束的頻率、幅度或編碼不同，

第二種掃射模式下的第二定位光束的掃射轉軸與第一種掃射模式下的第一定位光束的掃射轉軸具有預定夾角。

4.根據本發明上述第3項技術方案所述的定位光束髮射系統，其中，

所述第一定位光束的線狀截面的延伸方向和所述掃射轉軸垂直於水平面，並且所述第二定位光束的線狀截面的延伸方向和所述掃射轉軸平行於水平面；或者

所述第一定位光束的線狀截面的延伸方向和所述掃射轉軸平行於水平面，並且所述第二定位光束的線狀截面的延伸方向和所述掃射轉軸垂直於水平面。

5.根據本發明上述第4項技術方案所述的定位光束髮射系統，其中，

所述定位光束髮射裝置所掃射的定位光束的有效範圍被設置為能夠覆蓋其所在的子定位空間而不超出與其所在的子定位空間相鄰的子定位空間。

6.根據本發明上述第5項技術方案所述的定位光束髮射系統，其中，

在每個所述子定位空間內彼此遠離的兩個位置處分別設置有所述定位光束髮射裝置，

相鄰子定位空間內同時進行掃射的定位光束髮射裝置的兩種掃射模式的啟動順序不同，同一子定位空間內的不同定位光束髮射裝置掃射定位光束的時期不同；或者

相鄰子定位空間內的定位光束髮射裝置掃射定位光束的時期不同，同一子定位空間內的不同定位光束髮射裝置的兩種掃射模式的啟動順序不同。

7.根據本發明上述第5項技術方案所述的定位光束髮射系統，其中，所述定位光束髮射裝置包括：

第一掃射光源，用於向其所在的子定位空間掃射所述第一定位光束；

第二掃射光源，用於向其所在的子定位空間掃射所述第二定位光束；以及

面光源，用於在每個所述掃射周期內向其所在的子定位空間發射平面光脈衝，

所述第一掃射光源和所述第二掃射光源在所述掃射周期內的不同時期向其所在的子定位空間掃射定位光束，

在每個所述掃射周期內，所述第一掃射光源開始掃射所述第一定位光束的時間與所述面光源發射所述平面光脈衝的時間之間具有第一固定時間間隔，所述第二掃射光源開始掃射所述第二定位光束的時間與所述面光源發射所述平面光脈衝的時間之間具有第二固定時間間隔。

8.根據本發明上述第7項技術方案所述的定位光束髮射系統，其中，

在每個所述掃射周期內，在所述面光源發射第一平面光脈衝後，所述第一掃射光源開始向其所在的子定位空間掃射定位光束，在所述面光源發射第二平面光脈衝後，所述第二掃射光源開始向其所在的子定位空間掃射定位光束，所述第一平面光脈衝和所述第二平面光脈衝之間具有固定時間間隔，

所述第一掃射光源開始掃射所述第一定位光束的時間與所述面光源發射所述第一平面光脈衝的時間之間具有第一固定時間間隔，所述第二掃射光源開始掃射所述第二定位光束的時間與所述面光源發射所述第二平面光脈衝的時間之間具有第二固定時間間隔。

9.一種定位光束髮射方法，用於向定位空間發射定位光束，所述定位空間包括多個子定位空間，在每個所述子定位空間設置有定位光束髮射裝置，該方法包括：

每個所述子定位空間內的定位光束髮射裝置以預定的掃射周期和預定的角速度向該子定位空間掃射定位光束，所述定位光束具有線狀截面，並且繞掃射轉軸轉動，所述掃射轉軸與所述線狀截面的延伸方向不垂直；

不同定位光束髮射裝置所掃射的定位光束的頻率、幅度或者編碼不同。

10.根據本發明上述第9項技術方案所述的定位光束髮射方法，其中，

同一時間發射定位光束的定位光束髮射裝置所掃射的定位光束不同，或者

相鄰子定位空間內的定位光束髮射裝置所掃射的定位光束不同。

11.一種室內定位系統，用於對處在定位空間內的待定位物體定位，所述定位空間包括多個子定位空間，該系統包括：

多個定位光束髮射裝置，分別設置在所述多個子定位空間內的預定位置，每個所述定位光束髮射裝置用於以預定的掃射周期和預定的角速度向其所在的子定位空間掃射定位光束，其中，所述定位光束具有線狀截面，並且繞掃射轉軸轉動，所述掃射轉軸與所述線狀截面的延伸方向不垂直，不同定位光束髮射裝置所掃射的定位光束的頻率、幅度或者編碼不同；

多個光束接收器，適於固定在所述待定位物體的外表面，用於接收所述定位光束，所述多個光束接收器之間的相對空間位置關係固定。

12.根據本發明上述第11項技術方案所述的室內定位系統，其中，

同一時間發射定位光束的定位光束髮射裝置所掃射的定位光束不同，或者

相鄰子定位空間內的定位光束髮射裝置所掃射的定位光束不同。

13.根據本發明上述第11項技術方案所述的室內定位系統，還包括：

處理器，用於根據所述多個光束接收器接收到的定位光束和/或所接收到的定位光束的時間確定與該定位光束所對應的定位光束髮射裝置，並根據所述多個光束接收器在一個掃射周期內分別接收到所述定位光束的時間、所述角速度、所述相對空間位置關係以及所確定的定位光束髮射裝置的預定位置，確定所述待定位物體的位置。

14.根據本發明上述第13項技術方案所述的室內定位系統，其中，

每個所述定位光束髮射裝置在每個所述掃射周期內以兩種掃射模式向其所在的子定位空間掃射定位光束，

所述兩種掃射模式的工作時期不同，並且/或者兩種掃射模式下掃射的定位光束的頻率、幅度或編碼不同，

第二種掃射模式下的第二定位光束的掃射轉軸與第一種掃射模式下的第一定位光束的掃射轉軸具有預定夾角。

15.根據本發明上述第14項技術方案所述的室內定位系統，其中，

所述處理器根據所述光束接收器在每個所述掃射周期內接收到所述第一定位光束的時間以及接收到所述第二定位光束的時間，確定所述光束接收器相對於所述定位光束髮射裝置的方向，或者/並且，

所述處理器根據在一個掃射周期內既接收到所述第一定位光束又接收到所述第二定位光束的多個光束接收器相對於所述定位光束髮射裝置的方向和所述多個光束接收器之間的預定相對空間位置關係，確定所述待定位物體的位置。

16.根據本發明上述第14項技術方案所述的室內定位系統，其中，

所述第一定位光束的線狀截面的延伸方向和所述掃射轉軸垂直於水平面，並且所述第二定光束的線狀截面的延伸方向和所述掃射轉軸平行於水平面；或者

所述第一定位光束的線狀截面的延伸方向和所述掃射轉軸平行於水平面，並且所述第二定光束的線狀截面的延伸方向和所述掃射轉軸垂直於水平面。

17.根據本發明上述第14或16項技術方案所述的室內定位系統，其中，

所述定位光束髮射裝置所掃射的定位光束的有效範圍被設置為能夠覆蓋其所在的子定位空間而不超出與其所在的子定位空間相鄰的子定位空間。

18.根據本發明上述第17項技術方案所述的室內定位系統，其中，

在每個所述子定位空間內彼此遠離的兩個位置處分別設置有所述定位光束髮射裝置，

相鄰子定位空間內同時進行掃射的定位光束髮射裝置的兩種掃射模式的啟動順序不同，同一子定位空間內的不同定位光束髮射裝置掃射定位光束的時期不同；或者

相鄰子定位空間內的定位光束髮射裝置掃射定位光束的時期不同，同一子定位空間內的不同定位光束髮射裝置的兩種掃射模式的啟動順序不同。

19.根據本發明上述第17項技術方案所述的室內定位系統，其中，所述定位光束髮射裝置包括：

第一掃射光源，用於向其所在的子定位空間掃射所述第一定位光束；

第二掃射光源，用於向其所在的子定位空間掃射所述第二定位光束；以及

面光源，用於在每個所述掃射周期內向其所在的子定位空間發射平面光脈衝，

所述第一掃射光源和所述第二掃射光源在所述掃射周期內的不同時期向其所在的子定位空間掃射定位光束，

在每個所述掃射周期內，所述第一掃射光源開始掃射所述第一定位光束的時間與所述面光源發射所述平面光脈衝的時間之間具有第一固定時間間隔，所述第二掃射光源開始掃射所述第二定位光束的時間與所述面光源發射所述平面光脈衝的時間之間具有第二固定時間間隔。

20.根據本發明上述第19項技術方案所述的室內定位系統，其中，

處於同一個子定位空間內的兩個定位光束髮射裝置中的面光源所發射的平面光脈衝不同，所述處理器根據所述光束接收器所接收到的平面光脈衝，確定發射該平面光脈衝的面光源所對應的定位光束髮射裝置。

21.根據本發明上述第19項技術方案所述的室內定位系統，其中，

在每個所述掃射周期內，在所述面光源發射第一平面光脈衝後，所述第一掃射光源開始向其所在的子定位空間掃射定位光束，在所述面光源發射第二平面光脈衝後，所述第二掃射光源開始向其所在的子定位空間掃射定位光束，所述第一平面光脈衝和所述第二平面光脈衝之間具有固定時間間隔，

所述第一掃射光源開始掃射所述第一定位光束的時間與所述面光源發射所述第一平面光脈衝的時間之間具有第一固定時間間隔，所述第二掃射光源開始掃射所述第二定位光束的時間與所述面光源發射所述第二平面光脈衝的時間之間具有第二固定時間間隔。

上文中已經參考附圖詳細描述了根據本發明的定位光束髮射系統、方法及室內定位系統。基於上述描述可知，本發明的定位光束髮射系統、方法及室內定位系統相比於已有的雷射定位技術，本發明在保持了雷射定位的定位精度高(毫米級別)、延時小、被定位點獨立計算坐標位置、不受自然光影響的諸多優勢下，又提供了可無限擴展定位空間的可能。

以上已經描述了本發明的各實施例，上述說明是示例性的，並非窮盡性的，並且也不限於所披露的各實施例。在不偏離所說明的各實施例的範圍和精神的情況下，對於本技術領域的普通技術人員來說許多修改和變更都是顯而易見的。本文中所用術語的選擇，旨在最好地解釋各實施例的原理、實際應用或對市場中的技術的改進，或者使本技術領域的其它普通技術人員能理解本文披露的各實施例。