[發明專利]一種可擴展的基站陣列、光學跟蹤系統及其跟蹤方法

有效

• 申請號: 201810126032.4
• 申請日: 2018-02-08
• 公開（公告）號: CN108414978B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 翁冬冬;荀航;李冬;胡翔;李躍
• 申請（專利權）人: 北京理工大學;南昌虛擬現實檢測技術有限公司
• 主分類號: G01S5/16
• 分類號: G01S5/16
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 高會允;仇蕾安

1.一種基于可擴展的基站陣列的光學跟蹤系統，其特征在于，所述系統包括可擴展的基站陣列、頻閃器、接收器、同步控制器以及中央處理器；所述系統用于對待跟蹤目標進行跟蹤；

所述可擴展的基站陣列，由m行、n列共m×n個基站組成，其中相鄰基站間掃描范圍有重疊，以同一列基站、同一行基站均為直線排列時各基站所處位置為原位；行數和列數同為奇數或同為偶數的基站設置于原位；行數和列數的奇偶不同的基站設置于原位右下方設定的偏移量處；所述設定的偏移量保證相鄰基站之間掃描范圍有重疊；

所述可擴展的基站陣列平行于待跟蹤目標所處平面，且所述可擴展的基站陣列高于所述待跟蹤目標所處平面設定高度值；

所述可擴展的基站陣列中每個基站對應設置一個頻閃器；

所述可擴展的基站陣列中每個基站及其對應頻閃器均連接至所述同步控制器；

所述同步控制器控制所述頻閃器在對應基站進行掃描前發射開始信號，并將所述開始信號的發射時間發送至所述中央處理器；

所述接收器設置于待跟蹤目標上，接收所述可擴展的基站陣列中基站的掃描信號，并將所述掃描信號的接收時間反饋至所述中央處理器；

所述中央處理器依據所述開始信號的發射時間、接收器針對同一基站的掃描信號的接收時間以及標定后的基站的內外參數計算所述接收器的位姿。

2.一種基于可擴展的基站陣列的光學跟蹤方法，其特征在于，所述跟蹤方法用于對待跟蹤目標進行跟蹤；該方法包括如下步驟：

S1、在所述待跟蹤目標上設置接收器；

S2、采用設置在設定高度的頻閃器發射開始信號，由所述接收器接收；

S3、采用設置在設定高度的所述可擴展的基站陣列對所述待跟蹤目標先進行x方向掃描、再進行y方向的掃描，分別記錄所述待跟蹤目標對x方向和y方向掃描信號的接收時間；

所述可擴展的基站陣列，由m行、n列共m×n個基站組成，其中相鄰基站間掃描范圍有重疊，以同一列基站、同一行基站均為直線排列時各基站所處位置為原位；行數和列數同為奇數或同為偶數的基站設置于原位；行數和列數的奇偶不同的基站設置于原位右下方設定的偏移量處；所述設定的偏移量保證相鄰基站之間掃描范圍有重疊；所述可擴展的基站陣列平行于待跟蹤目標所處平面，且所述可擴展的基站陣列高于所述待跟蹤目標所處平面設定高度值；

S4、判斷所述待跟蹤目標對x方向和y方向掃描信號的接收時間對應基站；

S5、依據所述開始信號的發射時間、接收器針對同一基站的掃描信號的接收時間以及標定后的基站的內外參數計算所述接收器的位姿。

3.如權利要求2所述的光學跟蹤方法，其特征在于，所述S4具體為：

所述基站陣列的最小單元為由2行2列共4個基站組成的單元陣列；所述單元陣列的掃描區域分為4類，分別為第一區域、第二區域、第三區域以及第四區域；其中第一區域為僅能被一個基站的掃描范圍覆蓋的區域；第二區域為能被兩個基站的掃描范圍覆蓋的區域；第三區域為能被三個基站的掃描范圍覆蓋的區域；第四區域為能被四個基站的掃描范圍覆蓋的區域；

將所述基站陣列的掃描范圍投影至所述待跟蹤目標所處平面，判斷所述待跟蹤目標位置所屬單元陣列，且存在如下四種情況：

若所述待跟蹤目標位置在所屬單元陣列的第一區域，則所述待跟蹤目標僅接收到一個基站的一次x方向掃描信號和一次y方向掃描信號；

若所述待跟蹤目標位置在所屬單元陣列的第二區域，則所述待跟蹤目標接收到對應兩個基站的兩次x方向掃描信號和兩次y方向掃描信號，依據所述待跟蹤目標在第二區域中位置判斷兩次x方向掃描信號的接收時間對應的基站，以及兩次y方向掃描信號的接收時間對應的基站；

若所述待跟蹤目標位置在所屬單元陣列的第三區域，則所述待跟蹤目標接收到對應三個基站的三次x方向掃描信號和三次y方向掃描信號，并將掃描信號的接收時間反饋至中央處理器，所述中央處理器依據所述待跟蹤目標在第三區域中位置判斷三次x方向掃描信號的接收時間對應的基站，以及三次y方向掃描信號的接收時間對應的基站；

若所述待跟蹤目標位置在所屬單元陣列的第四區域，則所述待跟蹤目標接收到對應四個基站的四次x方向掃描信號和四次y方向掃描信號，并將掃描信號的接收時間反饋至所述中央處理器，所述中央處理器依據所述待跟蹤目標在第四區域中位置判斷四次x方向掃描信號的接收時間對應的基站，以及四次y方向掃描信號的接收時間對應的基站。