[发明专利]位置和取向跟踪系统

权利要求书

1.一种用于跟踪对象的位置和取向的跟踪系统，所述跟踪系统包括：

a)跟踪基座，其被设置在环境中，所述跟踪基座包括：

i)跟踪头支架；和，

ii)至少三个跟踪头，其被安装到所述跟踪头支架，每个跟踪头具有：

(1)辐射源，其被布置成将辐射束发射到相应的目标；

(2)基座传感器，其感测反射的辐射；

(3)至少一个跟踪头致动器，其控制所述跟踪头的取向；和，

(4)至少一个跟踪头角度传感器，其监测所述跟踪头的取向；

b)目标系统，其包括安装到所述对象的至少三个目标，每个目标包括反射器，所述反射器将所述辐射束反射到相应的跟踪头的所述基座传感器；和，

c)控制系统，所述控制系统：

i)当相应的目标在所述环境中移动时，使每个跟踪头跟踪所述相应的目标；

ii)至少部分地使用信号来确定每个目标相对于相应的跟踪头的位置，所述信号来自：

(1)每个基座传感器；和，

(2)所述至少一个跟踪头角度传感器；

iii)至少部分地使用所确定的每个目标的位置来确定所述目标系统的取向；以及，

iv)至少部分地使用所述目标系统的位置和取向来确定所述对象的位置和取向。

2.根据权利要求1所述的跟踪系统，其中，使用从所述基座传感器获得的距离测量值和从所述至少一个跟踪头角度传感器获得的仰角和方位角来确定每个目标的位置。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的跟踪系统，其中，来自相应的跟踪头的基座传感器的信号被用于控制所述至少一个跟踪头致动器，以确保在所述目标在所述环境中移动时所述跟踪头跟踪所述目标。

4.根据权利要求2所述的跟踪系统，其中，每个目标的位置与相应的跟踪头的局部坐标系相关。

5.根据权利要求3所述的跟踪系统，其中，第一跟踪头定义跟踪基座坐标系，并且使用跟踪器校准数据将至少第二跟踪头和第三跟踪头的位置测量值转换到所述跟踪基座坐标系中。

6.根据权利要求4所述的跟踪系统，其中，所述跟踪器校准数据定义每个相应的跟踪头的局部坐标系之间的几何关系。

7.根据权利要求4所述的跟踪系统，其中，所述控制系统使用环境校准数据来确定每个目标在环境坐标系中的位置。

8.根据权利要求6所述的跟踪系统，其中，所述环境校准数据定义所述跟踪基座坐标系与所述环境坐标系之间的几何关系。

9.根据权利要求7所述的跟踪系统，其中，每个目标在所述环境坐标系中的位置被用于定义位置向量，并且计算向量叉积，以定义所述目标系统的平面的法向量，所述法向量定义所述目标系统在所述环境坐标系中的取向。

10.根据权利要求8所述的跟踪系统，其中，使用定义所述目标系统与所述对象之间的几何关系的目标系统校准数据来将所述目标系统的位置和取向转换成所述对象的位置和取向。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的跟踪系统，其中，每个跟踪头相对于所述环境坐标系被校准，使得所述控制系统将来自每个跟踪头的位置数据直接转换到所述环境坐标系中。

12.根据前述权利要求中任一项所述的跟踪系统，其中，所述控制系统将所述对象的所确定的位置和取向与所述对象的期望的位置和取向进行比较，并且根据所述比较的结果来计算补偿向量。

13.根据前述权利要求中任一项所述的跟踪系统，其中，每个目标被安装到受控的摇摄支座和/或倾斜支座，所述摇摄支座和/或倾斜支座能操作以帮助所述目标保持与所述跟踪头的视线。