一种基站网络、定位系统及建立拓扑结构的方法与流程

本发明涉及空间定位领域，尤其涉及一种基站网络、定位系统及建立拓扑结构的方法。

背景技术：

虚拟现实(英文：Virtual Reality；简称：VR)是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，通过交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中，为用户带来超越真实生活环境的感官体验。在视觉方面而言，虚拟现实技术利用计算机设备生成虚拟场景的图像，并通过光学器件将图像光线传递到人眼，使得用户能够在视觉上能够完全感受该虚拟场景。

目前，一般通过定位基站来实时检测虚拟现实设备的位置变化，从而根据位置变化向用户提供相应变化的虚拟场景的图像，从而为用户提供更真实的虚拟现实体验，而单一定位基站的定位范围有限，若需要实现在较大范围内的定位，则会通过多个定位基站协同来检测虚拟现实设备在定位范围内的位置变化。

但是，在由多个定位基站组成的基站网络中，需要将多个定位基站设置为预设的排列方式，并且需要事先标定每个定位基站的位置，会耗费大量的时间与精力。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基站网络、定位系统及建立拓扑结构的方法，以迅速地建立基站网络的拓扑结构，从而节省大量的时间与精力。

为了实现上述发明目的，本发明第一方面提供了一种基站网络，其特征在于，包括：

多个定位基站，每个定位基站上设置有定位信号发送装置和定位信号接收装置；

数据处理设备，与所述多个定位基站相连，用于依次控制每个定位基站对其他定位基站进行定位，获得每个定位基站与被其定位的定位基站之间的相对位置关系，并统计所有定位基站对应的相对位置关系，建立所述基站网络的拓扑结构。

可选地，所述数据处理设备具体还用于在所述基站网络中存在既不能够对其他定位基站进行定位、也不能够被其他定位基站进行定位的定位基站时，生成对应的提示信息。

可选地，每个定位基站上还设置有惯性测量单元，用于监测每个定位基站的位置变化；所述数据处理设备具体还用于接收所述惯性检测单元的反馈数据，并根据所述反馈数据计算对应基站的位移数据，重新确定对应基站的位置，重新建立所述基站网络的拓扑结构。

可选地，在所述数据处理设备建立所述拓扑结构之后，所述数据处理设备在检测到定位终端进入到所述基站网络的定位范围中时，控制距所述定位终端所在位置最近的定位基站处于工作状态，以对所述定位终端进行定位，以及控制所述最近的定位基站之外的其他定位基站处于待机状态。

本发明第二方面提供了一种定位系统，包括：

至少一个定位终端；

如第一方面所述的基站网络。

本发明第三方面提供了一种建立基站网络的拓扑结构的方法，包括：

数据处理设备依次控制基站网络中每个定位基站对其他定位基站进行定位，所述基站网络中每个定位基站上设置有定位信号发送装置和定位信号接收装置；

基站网络中每个定位基站通过所述定位信号发送装置向其他定位基站发送定位信号，其他定位基站在通过所述定位信号接收装置接收所述定位信号后向所述数据处理设备发送确认信息；

所述数据处理设备根据每个定位基站发送的确认信息，确定每个基站与对其定位的定位基站之间的相对位置关系，并统计所有定位基站对应的相对位置关系，建立所述基站网络的拓扑结构。

可选地，在所述确定每个基站与被其定位的定位基站之间的相对位置关系之后，在所述建立所述基站网络的拓扑结构之前，所述方法还包括：

所述数据处理设备判断所述基站网络中是否存在既不能够对其他定位基站进行定位、也不能够被其他定位基站进行定位的定位基站，若存在，则成对应的提示信息。

可选地，在所述建立所述基站网络的拓扑结构之后，所述方法还包括：

所述数据处理设备接收设置在每个定位基站上的惯性测量单元的反馈数据，并根据所述反馈数据计算对应基站的位移数据，重新确定对应基站的位置，重新建立所述基站网络的拓扑结构。

可选地，在所述数据处理设备建立所述拓扑结构之后，所述方法还包括：

所述数据处理设备检测是否有定位终端进入到所述基站网络的定位范围中；

所述数据处理设备在检测到定位终端进入到所述定位范围中时，控制距所述定位终端所在位置最近的定位基站处于工作状态，以对所述定位终端进行定位，以及控制所述最近的定位基站之外的其他定位基站处于待机状态。

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：

本发明实施例提供的基站网络由于采用了依次控制每个定位基站对其他定位基站进行定位，从而获得每个定位基站与被其定位的定位基站之间的相对位置关系，并统计所有定位基站对应的相对位置关系来建立所述基站网络的拓扑结构的技术方案，无需将基站网络中的定位基站设置为预设的排列方式，也无需对每个定位基站事先进行标定，即能够建立基站网络的拓扑结构，所以能够迅速、方便地建立基站网络的拓扑结构，从而节省大量的时间与精力。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基站网络的示意图；

图2A为本发明实施例提供的定位基站的示意图；

图2B为本发明实施例提供的定位基站上出射的三个激光信号的俯视图；

图2C为本发明实施例提供的定位基站上第一扫描平面和第二扫描平面的位置关系的正视图；

图2D为本发明实施例提供的定位基站通过激光进行扫描时的原理图；

图3为本发明实施例提供的建立基站网络的拓扑结构的方法的流程图。

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。

本发明实施例第一方面提供一种基站网络、定位系统及建立拓扑结构的方法，以迅速的建立基站网络的拓扑结构，从而节省大量的时间与精力。

请参考图1，图1为本发明实施例提供的基站网络的示意图，如图1所示，在本实施例中，该基站网络包括0-7号一共8个定位基站和数据处理设备，每个定位基站上都设置有定位信号发送装置和定位信号接收装置，数据处理设备图中未示出，可以是单独的设备，也可以集成在一个或者多个定位基站上，数据处理设备可以通过有线的方式，或者通过无线的方式如WIFI、蓝牙等与每个定位基站相连，在此就不再赘述了。

每个定位基站可以包括工作状态、被定位状态和待机状态这3种工作状态，工作状态是指定位基站发送定位信号的状态，被定位状态是指定位基站接收定位信号的状态，待机状态是指定位基站既不发送定位信号、也不接收定位信号的状态。

具体实施过程中，根据定位基站所采用的定位方式不同，定位信号发送装置和定位信号接收装置也各不相同，例如，定位方式可以采用激光、激光和超声波或激光和磁场等方式对定位终端进行定位，在此将介绍采用激光进行定位的示意图，请参考图2A-图2C，图2A为本发明实施例提供的定位基站的示意图，图2B为本发明实施例提供的定位基站上出射的三个激光信号的俯视图，图2C为本发明实施例提供的定位基站上第一扫描平面和第二扫描平面的位置关系的正视图，如图2A所示，该定位基站上包括底座201和设置于底座201上的旋转轴202，以及设置在旋转轴202上的3个激光扫描器，分别为第一激光扫描器203、第二激光扫描器204和第三激光扫描器205，每个激光扫描器出射的激光扫描线都会形成一个扫描平面，也就是说，在本实施例中，定位信号发送装置为该3个激光扫描器，请同时参考图2B和图2C，第一激光扫描器203出射的第一扫描线形成第一扫描平面301，第二激光扫描器204出射的第二扫描线形成第二扫描平面302，第三激光扫描器205出射的第三扫描线形成第三扫描平面303，为了保证定位效果，对于第一扫描平面301、第二扫描平面302和第三扫描平面303有如下限制：第一扫描线的出射方向与旋转轴的轴心到第一位置的方向不重合，第二扫描线的出射方向与旋转轴到第二位置的方向不重合，第一扫描平面301和第二扫描平面302与同一水平面的两条交线平行；第一扫描平面301、第二扫描平面302和第三扫描平面303均不垂直于与旋转轴202的轴心，且第一扫描平面301、第二扫描平面302和第三扫描平面303至少有一个平面不平行于旋转轴的轴心。

请继续参考图2A，如图2A所示，定位基站的底座201上设置有多个光敏传感器206，多个光敏传感器206围绕底座201一圈，也即本实施例中的定位信号接收装置为多个光敏传感器206，从而保证能够接收到任意方向的定位基站发送的激光定位信号，从而被其他定位基站定位。当然，在其他实施例中，根据定位基站所采用的定位方式不同，定位信号发送装置和定位信号接收装置也会相应设置为与定位方式对应的结构，在此就不再赘述了。

可以看出，通过如图2A-图2C所示的定位基站，定位基站即能够发出激光信号对其他定位基站进行定位，也能够接收其他定位基站发出的激光信号被其他定位基站定位，在此就不再赘述了。

请继续参考图1，如图1所示，在8个定位基站的位置确定后，数据处理设备可以依次控制每个定位基站对其他定位基站进行定位，具体来讲，以0号基站为第一个定位基站为例，首先，数据处理设备先向0号基站发送进入工作状态的控制信号，同时向除0号定位基站之外的其他定位基站发送进入被定位状态的控制信号，这样，0号基站即会通过定位信号发送装置向0号定位基站的定位范围发送定位信号，其他定位基站例如1号定位基站若接收到该定位信号，则可以向数据处理设备发送确认信息，确认信号例如可以包括定位基站自身的标志信息、3束激光扫描线的发送时间和接收时间等等，数据处理设备即能够根据1号定位基站发送的确认信息，确定1号定位基站相对于对其进行定位的0号定位基站的位置；然后，数据处理设备即能够向1号定位基站发送进入工作状态的控制信号，同时向除1号定位基站之外的其他定位基站发送进入被定位状态的控制信号，其他定位基站如2号定位基站在接收到1号定位基站发送的定位信号后，即会向数据处理设备发送确认信息，数据处理设备即能够根据2号定位基站发送的确认信息，确定2号定位基站相对于对其进行定位的1号定位基站的相对位置；以此类推，直到定位基站网络中所有定位基站都收到一次进入定位状态的控制信号并发送定位信号，这样，数据处理设备即能够根据每个定位基站发送的确认信息，确定每个基站与对其进行定位的定位基站之间的相对位置关系，这样，统计所有定位基站对应的相对位置关系，即能够建立基站网络的拓扑结构。

在本实施例中，请参考图2D，图2D为本发明实施例提供的定位基站通过激光进行扫描时的原理图，如图2D所示，0号定位基站的旋转轴202按逆时针的方向进行旋转，第一扫描平面301和第二扫描平面302分别扫描过1号定位基站时的平面分别为301’和302’，平面301’和平面302’的交线即1号定位基站在水平方向上的投影，也即确定了1号定位基站在水平方向上的投影，同时，根据第三扫描平面303扫描过1号定位基站时的平面与平面301’或平面302’的相交线，可以获得1号定位基站相对于0号定位基站的方向向量，该方向向量结合1号定位基站在水平方向上的投影，即能够确定1号定位基站相对于0号定位基站的位置，当然，后续其他定位基站的定位过程与之类似，在此就不再赘述了。在其他实施例中，根据定位基站所采用的定位方式不同，具体的定位过程也不相同，以采用激光和超声波的定位方式为例，会同时利用激光和超声波来进行定位，在此就不再赘述了。

在具体实施过程中，若一个定位基站发送的定位信号没有被其他定位基站接收到，并且该定位基站也没有接收到其他定位基站发送的定位信号而没有向数据处理设备发送确认信息，也即数据处理设备能够确定该定位基站不能够对其他定位基站进行定位，同时不能够被其他定位基站进行定位时，则数据处理设备可以生成对应的提示信息，以提示用户该定位基站无法加入到基站网络中，提示信息例如可以通过图像、声音和/或振动等方式对用户进行提示，在此就不再赘述了。

在具体实施过程中，每个定位基站上还设置有惯性测量单元(英文：Inertial measurement unit；简称：IMU)，惯性测量单元是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的装置，可以用于监测每个定位基站的位置变化，例如可以包括三个单轴的加速度计、三个单轴的陀螺仪和三轴地磁传感器，当然，可以根据实际情况进行增减，在此不做限制；这样，数据处理设备在建立基站网络的拓扑结构之后，即能够接收惯性检测单元的反馈数据，并根据反馈数据计算对应基站的位移数据，重新确定对应基站的位置，，重新建立基站网络的拓扑结构。

以基站网络中的第一定位基站为例，在通过第一惯性测量单元确定第一定位基站的位置发生变化时，如通过第一惯性测量单元确定第一定位基站由静止状态变化为运动状态，再由运动状态变化为静止状态，也即通过第一惯性测量单元获取到的位置变化信息表明第一定位基站发生了一次运动，则可以通过基站网络中除第一定位基站之外的其他定位基站依次扫描，这样，在检测到某一个定位基站能够扫描到第一定位基站时，即能够重新确定第一定位基站的位置，或者通过第一定位基站扫描其他定位基站，在扫描到某一个位置已知的定位基站时，即能够反向确定第一定位基站的位置，从而重新确定了第一定位基站的位置，这样，在重新确定了第一定位基站的位置后，最后即能够根据重新确定的第一定位基站的位置，重新建立基站网络的拓扑结构，在此就不再赘述了。

在另一实施例中，若根据设置于第一定位基站上的第一惯性测量单元的信息，如第一定位基站移动而触发第一惯性测量单元生成对应的信息，则确定第一定位基站的位置变化信息，例如具体是向哪一个方向移动，移动的大致距离是多少等等，再根据第一定位基站的位置变化信息，确定第一定位基站移动后距离最近的定位基站，当然，此处所指距离最近的定位基站是指已经确定了位置且加入了拓扑结构的定位基站，在通过距离最近的定位基站对第一定位基站进行定位，或者由第一定位基站对距离最近的定位基站进行定位而反向确定自己的位置，从而能够重新确定第一定位基站的位置，最后根据重新确定的第一定位基站的位置，重新建立基站网络的拓扑结构。

可以看出，在建立基站网络的拓扑结构之后，若其中定位基站的位置发生变动，则很容易能够确认定位基站变动后的位置，继而对该定位基站进行重新定位，在根据重新确定的定位基站的位置，重新建立基站网络的拓扑结构，响应速度快，增强了基站网络的稳定性。

基站网络可以用于对虚拟现实设备等需要定位的设备进行定位，以虚拟现实设备为例进行介绍，当然，虚拟现实设备上需要设置有与定位基站所采用定位方式对应的定位装置，这样，数据处理设备在检测到定位终端进入到基站网络的定位范围中时，控制距定位终端所在位置最近的定位基站处于工作状态，以对定位终端进行定位，以及控制最近定位基站之外的其他定位基站处于待机状态。

具体来讲，在本实施例中，可以是基站网络中的定位基站按时间顺序依次进行扫描，这样，在虚拟现实设备进入基站网络的定位范围后，即能够接收到至少一个定位基站的定位信号，从而向数据处理设备发送确认信息，数据处理设备即能够确定该虚拟现实设备相对于该至少一个定位基站的位置，此时，即能够控制虚拟现实设备所在位置最近的一个或者多个定位基站处于工作状态，从而能够对该虚拟现实设备进行定位，在虚拟现实设备所在位置最近的定位基站有多个时，则可以控制该多个定位基站都处于工作状态，然后通过分时的方式对虚拟现实设备进行定位，也即在较短的时间段内只有一个定位基站对虚拟现实设备进行定位，然后将该多个定位基站确定的虚拟现实设备的位置进行平均处理等等，最后将获得的位置作为虚拟现实设备的位置，提高对虚拟现实设备进行定位时的精确性。

同时，还可以控制基站网络中除与虚拟现实设备所在位置最近的定位基站之外的其他定位基站处于待机状态，这样，一方面能够降低能耗，另一面能够避免对虚拟现实设备所在位置最近的定位基站造成干扰。

通过上述部分可以看出，本发明实施例提供的基站网络由于采用了依次控制每个定位基站对其他定位基站进行定位，从而获得每个定位基站与被其定位的定位基站之间的相对位置关系，并统计所有定位基站对应的相对位置关系来建立所述基站网络的拓扑结构的技术方案，无需将基站网络中的定位基站设置为预设的排列方式，也无需对每个定位基站事先进行标定，即能够建立基站网络的拓扑结构，所以能够迅速、方便地建立基站网络的拓扑结构，从而节省大量的时间与精力。

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：

至少一个定位终端；该定位终端例如可以是虚拟现实设备如头戴式显示器、操作手柄等等；

如第一方面介绍的基站网络；在前述部分中，已经详细介绍了基站网络中各个基站的组成形式，以及如何建立基站网络的拓扑结构的具体过程，在此就不再赘述了。

本发明实施例第三方面还提供一种建立基站网络的拓扑结构的方法，请参考图3，图3为本发明实施例提供的建立基站网络的拓扑结构的方法的流程图，如图3所示，该方法包括：

S1：数据处理设备依次控制基站网络中每个定位基站对其他定位基站进行定位，基站网络中每个定位基站上设置有定位信号发送装置和定位信号接收装置；

S2：基站网络中每个定位基站通过定位信号发送装置向其他定位基站发送定位信号，其他定位基站在通过定位信号接收装置接收定位信号后向数据处理设备发送确认信息；

S3：数据处理设备根据每个定位基站发送的确认信息，确定每个基站与对其定位的定位基站之间的相对位置关系，并统计所有定位基站对应的相对位置关系，建立基站网络的拓扑结构。

在具体实施过程中，在确定每个基站与被其定位的定位基站之间的相对位置关系之后，在建立基站网络的拓扑结构之前，该方法还包括：

数据处理设备判断基站网络中是否存在既不能够对其他定位基站进行定位、也不能够被其他定位基站进行定位的定位基站，若存在，则成对应的提示信息。

在具体实施过程中，在建立基站网络的拓扑结构之后，该方法还包括：

数据处理设备接收设置在每个定位基站上的惯性测量单元的反馈数据，并根据所述反馈数据计算对应基站的位移数据，重新确定对应基站的位置，重新建立基站网络的拓扑结构。

在具体实施过程中，在数据处理设备建立拓扑结构之后，该方法还包括：

数据处理设备检测是否有定位终端进入到基站网络的定位范围中；

数据处理设备在检测到定位终端进入到定位范围中时，控制距定位终端所在位置最近的定位基站处于工作状态，以对定位终端进行定位，以及控制最近的定位基站之外的其他定位基站处于待机状态。

本实施例中介绍的建立基站网络的拓扑结构的方法，在前述介绍基站网络的过程中已经进行了详细的介绍，在此为了说明书的简洁，就不再赘述了。

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：

本发明实施例提供的基站网络由于采用了依次控制每个定位基站对其他定位基站进行定位，从而获得每个定位基站与被其定位的定位基站之间的相对位置关系，并统计所有定位基站对应的相对位置关系来建立所述基站网络的拓扑结构的技术方案，无需将基站网络中的定位基站设置为预设的排列方式，也无需对每个定位基站事先进行标定，即能够建立基站网络的拓扑结构，所以能够迅速、方便地建立基站网络的拓扑结构，从而节省大量的时间与精力。

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。