2016年，Valve攜手HTC一同發(fā)布了跨時(shí)代般的VR頭顯:HTC VIVE,隨之而來(lái)的是一套全新的空間定位技術(shù)：命名為L(zhǎng)ighthouse的定位系統(tǒng)，具備高精度、高響應(yīng)、輕便易用等特點(diǎn)，至今仍是VR全身追蹤玩家首選的追蹤設(shè)備。本文章詳細(xì)解析Lighthouse初代系統(tǒng)（1.0基站系統(tǒng)）與不完全解析第二代系統(tǒng)（2017年6月發(fā)布的2.0基站系統(tǒng)）基站原理與追蹤器定位原理，為方便理解將以1.0基站指代初代系統(tǒng)，2.0基站指代第二代系統(tǒng)。

1.0基站原理：

每個(gè)1.0基站包含一個(gè)稱為同步閃光燈的紅外燈陣列和倆組馬達(dá)（集成激光發(fā)射器）。系統(tǒng)內(nèi)20ms為一個(gè)掃描周期。

一個(gè)周期的過(guò)程：1、首先基站的紅外燈陣列閃爍一次，發(fā)射一組紅外光同步光覆蓋整個(gè)掃描范圍，當(dāng)追蹤器*1 上一組光敏（每個(gè)追蹤器含有多組光敏）傳感器組件搭載的TS3633芯片接收到該端光敏捕捉到的來(lái)自基站的紅外同步光信息后，啟動(dòng)全部傳感器與慣性系統(tǒng)（IMU）并將數(shù)據(jù)清零。2、基站的X軸馬達(dá)橫向發(fā)射激光（旋轉(zhuǎn)10ms閃爍一次后停止）3、基站的紅外燈陣列再閃爍一次，追蹤器捕捉到第二次紅外光同步信息后將準(zhǔn)備捕捉Y(jié)軸光數(shù)據(jù) 4、Y軸馬達(dá)縱向發(fā)射激光（旋轉(zhuǎn)10ms閃爍一次后停止），至基站下次紅外燈陣列閃爍后代表一個(gè)掃描周期結(jié)束。

1.0基站模式下追蹤器定位原理：當(dāng)一組光敏傳感器倆次捕捉到激光后，由TS3633芯片（光電轉(zhuǎn)換）開(kāi)始計(jì)算這組X軸激光與Y軸激光分別到達(dá)該組光敏的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間正好是基站X軸與Y軸馬達(dá)旋轉(zhuǎn)到特定的面、點(diǎn)亮激光發(fā)射器的時(shí)間與角度（基站位置為絕對(duì)靜止，馬達(dá)轉(zhuǎn)速與激光發(fā)射器點(diǎn)亮?xí)r間為已知：一組馬達(dá)一個(gè)周期旋轉(zhuǎn)10ms并閃爍一次），而分布在追蹤器上的光敏傳感器的位置也是已知的，便可依此得到一組時(shí)間差數(shù)據(jù)。通過(guò)結(jié)合多組TS3633得到的時(shí)間差數(shù)據(jù)并融合IMU慣性系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)計(jì)算，就可以得出追蹤器的絕對(duì)位置和運(yùn)動(dòng)軌跡。如下圖所示：

*1? Tracker1.0等1.0追蹤器（搭載TS3633芯片）設(shè)備將與基站完成紅外光同步，識(shí)別捕捉到的紅外光信息為基站發(fā)出時(shí)才會(huì)進(jìn)行定位。而后代更換TS4231芯片的追蹤器(如Tracker2018）上取消了紅外光同步模式，當(dāng)追蹤器捕捉紅外光信息后將直接啟動(dòng)全部傳感器，但無(wú)法判斷是否為基站發(fā)射的同步光。當(dāng)環(huán)境存在其他發(fā)射紅外光的設(shè)備時(shí)，追蹤器可能會(huì)誤判為基站發(fā)射的同步光而錯(cuò)誤定位，也就是所謂“干擾”丟追現(xiàn)象。

當(dāng)基站處于A、B模式（有線模式）時(shí)，由A模式的基站作為主基站，通過(guò)線纜連接倆組基站后，B模式的基站將與A模式基站同步掃描周期（同步紅外光陣列點(diǎn)亮?xí)r間與馬達(dá)轉(zhuǎn)速、激光發(fā)射器點(diǎn)亮?xí)r間）?當(dāng)基站處于B、C模式（無(wú)線模式）時(shí)，由B模式的基站作為主基站，C模式的基站上的一組光敏捕捉到B模式基站的紅外同步光后將與B基站同步掃描周期（同步紅外光陣列點(diǎn)亮?xí)r間與馬達(dá)轉(zhuǎn)速、激光發(fā)射器點(diǎn)亮?xí)r間）由追蹤器判定使用哪一組基站的激光進(jìn)行融合計(jì)算：當(dāng)多組光敏同時(shí)捕捉到某一組基站的光信息最多時(shí)，優(yōu)先使用該組基站的激光參與融合計(jì)算。

1.0基站拆解圖：

1.0基站有倆種型號(hào)，分別為9燈與15燈基站（最早生產(chǎn)15燈基站，2017年后生產(chǎn)的基站基本為9燈基站）

9燈基站與15燈基站（區(qū)別為紅外同步陣列燈珠數(shù)量）定位效果與原理相同，9燈陣列燈珠亮度更高。

2.0基站原理：（可能存在大量錯(cuò)誤，請(qǐng)仔細(xì)判斷）

第二代基站將原先倆組馬達(dá)與一組紅外光陣列的結(jié)構(gòu)改為單馬達(dá)集成倆組激光發(fā)射器，取消紅外光同步模式。每組激光發(fā)射器的相對(duì)位置有差別（如下圖所示），每組發(fā)射器點(diǎn)亮?xí)r間也略有間隔，發(fā)射的每組激光都包含信息（包括識(shí)別信息）。當(dāng)搭載TS4231芯片的追蹤器接收到來(lái)自2.0基站的光信息后，追蹤器可快速歸位并直接進(jìn)入定位狀態(tài)，并且可識(shí)別捕捉到的激光來(lái)自哪一個(gè)基站。

2.0基站掃描過(guò)程：馬達(dá)將快速旋轉(zhuǎn)至設(shè)定轉(zhuǎn)速，集成的倆組激光發(fā)射器旋轉(zhuǎn)至特定位置時(shí)，間隔幾納秒分別閃爍一次，呈V字形發(fā)射X、Y軸激光。激光組件閃爍倆次后至下一次旋轉(zhuǎn)到特定位置并再次閃爍前為一個(gè)掃描周期。

2.0基站模式下追蹤器定位原理：當(dāng)一組光敏傳感器倆次捕捉到來(lái)自基站的激光后，由該組光敏組件上搭載的TS4231芯片（光電轉(zhuǎn)換）解碼短波激光信息并開(kāi)始計(jì)算該組激光到達(dá)光敏角度與時(shí)間，這個(gè)時(shí)間正好是基站倆組激光發(fā)射器旋轉(zhuǎn)至特定位置的時(shí)間與發(fā)射激光的角度（基站位置為絕對(duì)靜止，馬達(dá)轉(zhuǎn)速與激光發(fā)射器點(diǎn)亮?xí)r間為已知）而分布在追蹤器上的光敏傳感器的位置也是已知的，便可依此得到一組時(shí)間差數(shù)據(jù)。通過(guò)結(jié)合多組TS4231得到的時(shí)間差數(shù)據(jù)并融合IMU慣性系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)計(jì)算，就可以得出追蹤器的絕對(duì)位置和運(yùn)動(dòng)軌跡。

得益于更先進(jìn)的激光發(fā)射器組件與TS4231芯片，2.0基站模式直接省略掉了紅外光同步過(guò)程，每個(gè)基站可獨(dú)立運(yùn)行（多基站需要設(shè)置信道，理論最多16個(gè)基站同時(shí)運(yùn)行）且啟動(dòng)、恢復(fù)迅速。追蹤器搭載的TS4231芯片也將刷新率從TS3633的60Hz提升到了100Hz，使得追蹤器響應(yīng)速度更快。

但由于基站使用單馬達(dá)集成激光發(fā)射器的結(jié)構(gòu)，當(dāng)一組激光發(fā)射器出現(xiàn)老化或馬達(dá)轉(zhuǎn)速異常時(shí)，將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的定位穩(wěn)定性，獨(dú)立運(yùn)行且基站間無(wú)同步的工作模式更容易導(dǎo)致多個(gè)基站之間發(fā)射的激光頻率產(chǎn)生差異。一個(gè)空間內(nèi)同時(shí)運(yùn)行多個(gè)基站時(shí)，如果每個(gè)基站的相對(duì)位置過(guò)于緊密或都處于同一平面（掃描區(qū)域重合較多）可能會(huì)導(dǎo)致追蹤器對(duì)多個(gè)方向的激光束接收混亂，產(chǎn)生所謂“干擾”丟追現(xiàn)象。

市面上存在多種2.0基站型號(hào)，一般正常零售機(jī)如圖所示：

最早批次（推測(cè)為首批VIVE PRO附帶或送測(cè)型號(hào)）或工程機(jī)（推測(cè)）如圖所示：

2.0基站一般有倆種銷售渠道（VALVE INDEX與VIVE PRO附帶的基站）均為同一型號(hào)，除包裝外基本無(wú)區(qū)別。

編寫(xiě)于2023/7/28 待更正