一种三维空间定位方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种三维空间定位方法和系统。其中，当信号接收装置检测到第一激光平面信号、第二激光平面信号以及超声波信号时，不对信号接收装置所接收到的多路激光平面信号做融合处理，通过选取信号接收装置上多个激光平面信号接收单元中接收到最强的第一激光平面信号的激光平面信号接收单元作为最优激光平面信号接收单元，并根据最优激光平面信号接收单元接收到第一激光平面信号的时刻和接收到第二激光平面信号的时刻计算第一旋转角度和第二旋转角度，根据信号接收装置接收到超声波信号的时刻计算信号接收装置与信号发射装置之间的距离，进而确定信号接收装置在三维测量坐标系中的三维坐标，提高了空间定位精度。

A method and system of 3D spatial positioning

【技术实现步骤摘要】
一种三维空间定位方法和系统
本专利技术涉及一种三维空间定位方法，同时涉及用于实现三维空间定位方法的系统，属于空间定位

技术介绍
现有的VR(虚拟现实)设备为了进行头部或者手部的定位，需要采用各种定位方法。通过激光平面信号或超声波信号进行定位的方法，为了避免来自信号发射器的信号被遮挡导致定位失败，通常在信号接收装置上布置若干激光平面信号接收单元或超声波信号接收单元。例如在公告号为CN304056557S的中国外观专利中公开了一种声光信号接收装置，在该声光信号接收装置中，在球体的表面均匀设置有多个激光平面信号接收单元和多个超声波信号接收单元。在现有技术中，在信号接收装置中，每个信号接收单元(包括激光平面信号接收单元和超声波信号接收单元)均对应于一路处理电路，然后把所有的处理电路的电信号给微处理器处理。对于这些电信号的处理，通常是进行融合后增益放大，然后再发送给信号处理单元进行处理。上述针对超声波信号的融合、增益放大可以通过公开号为CN206369805U的中国技术专利中所公开的超声波全向接收电路及设备实现。针对激光平面信号的处理也可以通过类似的接收电路实现。在上述定位过程中，由于在进行电信号处理时将多路电信号合成了一路，这样仅能大致确定信号接收装置检测到超声波信号及激光平面信号的时间，并且无法分辨出具体哪个信号接收单元接收到的超声波信号或者激光平面信号，利用这些定位信号进行定位计算的准确度不高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的首要技术问题在于提供一种三维空间定位方法。本专利技术所要解决的另一技术问题在于提供一种三维空间定位系统。为了实现上述目的，本专利技术采用下述的技术方案：根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种三维空间定位方法，包括如下步骤：确定信号发射装置发射超声波信号的发射时刻、发射第一激光平面信号的第一参考时刻和发射第二激光平面信号的第二参考时刻；确定信号接收装置检测到所述超声波信号的接收时刻、检测到所述第一激光平面信号和第二激光平面信号的第一时刻和第二时刻；其中，所述第一时刻为所述信号接收装置上的最优激光平面信号接收单元接收到所述第一激光平面信号的时刻；所述最优激光平面信号接收单元是所述信号接收装置上多个激光平面信号接收单元中接收到最强的第一激光平面信号的激光平面信号接收单元；所述第二时刻为所述最优激光平面信号接收单元接收到第二激光平面的时刻；根据所述第一参考时刻和所述第一时刻确定第一旋转角度；根据所述第二参考时刻和所述第二时刻确定第二旋转角度；根据所述超声波信号的发射时刻和所述超声波信号的接收时刻确定信号发射装置和信号接收装置的距离；根据所述第一旋转角度、第二旋转角度以及所述信号发射装置和信号接收装置之间的距离，确定信号接收装置的三维坐标。其中较优地，所述确定信号接收装置检测到所述超声波信号的接收时刻，包括：所述接收时刻为所述信号接收装置上的最优超声波信号接收单元接收到所述超声波信号的时刻；最优超声波信号接收单元是所述信号接收装置上多个超声波信号接收单元中最先接收到所述超声波信号的超声波信号接收单元。其中较优地，所述确定信号发射装置发射第一激光平面信号的第一参考时刻和发射第二激光平面信号的第二参考时刻，包括：确定信号发射装置绕第一旋转轴发射第一激光平面信号的第一参考时刻和绕第二旋转轴发射第二激光平面信号的第二参考时刻；根据所述第一参考时刻和所述第一时刻确定第一旋转角度；根据所述第二参考时刻和所述第二时刻确定第二旋转角度。其中较优地，所述确定信号发射装置发射第一激光平面信号的第一参考时刻和第二激光平面信号的第二参考时刻，包括：确定信号发射装置绕一个旋转轴旋转发射呈设定角度的第一激光平面信号和第二激光平面信号的第一参考时刻和第二参考时刻；根据所述第一参考时刻、所述第一时刻以及所述旋转轴的转速，确定第一旋转角度；根据所述第二参考时刻、所述第二时刻以及所述旋转轴的转速，确定第二旋转角度。其中较优地，所述根据所述第一旋转角度、所述第二旋转角度和所述最优超声波信号接收单元和所述信号发射装置之间的距离，确定信号接收装置的三维坐标，包括：根据所述第一旋转角度、所述第二旋转角度以及所述最优超声波信号接收单元与所述信号发射装置之间的距离，结合所述最优激光平面信号接收单元和所述最优超声波信号接收单元在所述信号接收装置中的位置数据，以及所述信号接收装置的姿态数据，确定所述信号接收装置的中心在三维测量坐标系中的三维坐标。其中较优地，确定所述信号接收装置的中心在三维测量坐标系中的三维坐标的过程，包括如下步骤：(1)根据最优超声波信号接收单元和所述信号发射装置之间的距离、最优超声波信号接收单元和最优激光平面信号接收单元在信号接收装置上的位置数据，以及信号接收装置的姿态数据，计算最优激光平面信号接收单元和信号发射装置之间的距离；(2)根据与最优激光平面信号接收单元对应的第一旋转角度、第二旋转角度以及最优激光平面信号接收单元与信号发射装置之间的距离，计算最优激光平面信号接收单元的三维坐标；(3)结合信号接收装置的姿态数据、最优激光平面信号接收单元在信号接收装置上的位置数据和最优激光平面信号接收单元的三维坐标，计算信号接收装置中心的三维坐标。其中较优地，上述三维空间定位方法，还包括如下步骤：同步所述信号发射装置和所述信号接收装置的基准时刻。根据本专利技术实施例的第二方面，提供一种三维空间定位系统，包括信号发射装置、信号接收装置以及数据处理单元，其中：所述信号发射装置，用于向所述信号接收装置发射超声波信号、第一激光平面信号以及第二激光平面信号；所述信号接收装置，用于检测所述超声波信号、所述第一激光平面信号以及所述第二激光平面信号；其中，在所述信号接收装置上设置有多个激光平面信号接收单元；所述数据处理单元用于选取最优激光平面信号接收单元；其中，所述最优激光平面信号接收单元是所述信号接收装置上多个激光平面信号接收单元中接收到最强的第一激光平面信号的激光平面信号接收单元；所述数据处理单元根据所述最优激光平面信号接收单元接收到第一激光平面信号和第二激光平面信号的时刻计算第一旋转角度、第二旋转角度；所述数据处理单元还用于根据所述信号发射装置发送超声波信号的时刻和所述信号接收装置检测到超声波信号的时刻计算所述信号接收装置与所述信号发射装置之间的距离；所述数据处理单元还用于根据所述第一旋转角度、所述第二旋转角度、所述信号接收装置与所述信号发射装置之间的距离，计算所述信号接收装置的三维坐标。其中较优地，在所述信号接收装置上设置有多个超声波信号接收单元；所述数据处理单元还用于选取最优超声波信号接收单元，其中，所述最优超声波信号接收单元是多个超声波信号接收单元中最先接收到超声波信号的超声波信号接收单元；所述数据处理单元还用于根据所述信号发射装置发送超声波信号的时刻和所述最优超声波信号接收单元检测到超声波信号的时刻计算所述信号接收装置与所述信号发射装置之间的距离。其中较优地，所述数据处理单元根据所述第一旋转角度、所述第二旋转角度以及所述最优超声波信号接收单元与所述信号发射装置之间的距离，结合最优激光平面信号接收单元和最优超声波信号接收单元在所述信号接收装置中的位置数据，以及所述信号接收装置的姿态数据，确定所述信号接收装置的中心在三维测量坐标系中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维空间定位方法，其特征在于包括如下步骤：确定信号发射装置发射超声波信号的发射时刻、发射第一激光平面信号的第一参考时刻和发射第二激光平面信号的第二参考时刻；确定信号接收装置检测到所述超声波信号的接收时刻、检测到所述第一激光平面信号和第二激光平面信号的第一时刻和第二时刻；其中，所述第一时刻为所述信号接收装置上的最优激光平面信号接收单元接收到所述第一激光平面信号的时刻；所述最优激光平面信号接收单元是所述信号接收装置上多个激光平面信号接收单元中接收到最强的第一激光平面信号的激光平面信号接收单元；所述第二时刻为所述最优激光平面信号接收单元接收到第二激光平面的时刻；根据所述第一参考时刻和所述第一时刻确定第一旋转角度；根据所述第二参考时刻和所述第二时刻确定第二旋转角度；根据所述超声波信号的发射时刻和所述超声波信号的接收时刻确定信号发射装置和信号接收装置的距离；根据所述第一旋转角度、第二旋转角度以及所述信号发射装置和信号接收装置之间的距离，确定信号接收装置的三维坐标。

【技术特征摘要】
1.一种三维空间定位方法，其特征在于包括如下步骤：确定信号发射装置发射超声波信号的发射时刻、发射第一激光平面信号的第一参考时刻和发射第二激光平面信号的第二参考时刻；确定信号接收装置检测到所述超声波信号的接收时刻、检测到所述第一激光平面信号和第二激光平面信号的第一时刻和第二时刻；其中，所述第一时刻为所述信号接收装置上的最优激光平面信号接收单元接收到所述第一激光平面信号的时刻；所述最优激光平面信号接收单元是所述信号接收装置上多个激光平面信号接收单元中接收到最强的第一激光平面信号的激光平面信号接收单元；所述第二时刻为所述最优激光平面信号接收单元接收到第二激光平面的时刻；根据所述第一参考时刻和所述第一时刻确定第一旋转角度；根据所述第二参考时刻和所述第二时刻确定第二旋转角度；根据所述超声波信号的发射时刻和所述超声波信号的接收时刻确定信号发射装置和信号接收装置的距离；根据所述第一旋转角度、第二旋转角度以及所述信号发射装置和信号接收装置之间的距离，确定信号接收装置的三维坐标。2.如权利要求1所述的三维空间定位方法，其特征在于，所述确定信号接收装置检测到所述超声波信号的接收时刻，包括：所述接收时刻为所述信号接收装置上的最优超声波信号接收单元接收到所述超声波信号的时刻；最优超声波信号接收单元是所述信号接收装置上多个超声波信号接收单元中最先接收到所述超声波信号的超声波信号接收单元。3.如权利要求2所述的三维空间定位方法，其特征在于：所述确定信号发射装置发射第一激光平面信号的第一参考时刻和发射第二激光平面信号的第二参考时刻，包括：确定信号发射装置绕第一旋转轴发射第一激光平面信号的第一参考时刻和绕第二旋转轴发射第二激光平面信号的第二参考时刻；根据所述第一参考时刻和所述第一时刻确定第一旋转角度；根据所述第二参考时刻和所述第二时刻确定第二旋转角度。4.如权利要求2所述的定位方法，其特征在于，所述确定信号发射装置发射第一激光平面信号的第一参考时刻和发射第二激光平面信号的第二参考时刻，包括：确定信号发射装置绕一个旋转轴旋转发射呈设定角度的第一激光平面信号和第二激光平面信号的第一参考时刻和第二参考时刻；根据所述第一参考时刻、所述第一时刻以及所述旋转轴的转速，确定第一旋转角度；根据所述第二参考时刻、所述第二时刻以及所述旋转轴的转速，确定第二旋转角度。5.如权利要求2所述的三维空间定位方法，其特征在于：所述根据所述第一旋转角度、所述第二旋转角度和所述最优超声波信号接收单元和所述信号发射装置之间的距离，确定信号接收装置的三维坐标，包括：根据所述第一旋转角度、所述第二旋转角度以及所述最优超声波信号接收单元与所述信号发射装置之间的距离，结合所述最优激光平面信号接收单元和所述最优超声波信号接收单元在所述信号接收装置中的位置数据，以及所述信号接收装置的姿态数据，确定所述信号接收装置的中心在三维测量坐标系中的三维坐标。6.如权利要求5所述的三维空间定位...

【专利技术属性】
技术研发人员：张益铭，张佳宁，张道宁，
申请(专利权)人：北京凌宇智控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11