一种基于超宽带UWB的外部终端指向遥控方法及系统与流程

本发明涉及智能家居遥控，尤其涉及一种基于超宽带即ultrawideband（uwb），uwb技术的外部终端指向遥控方法及系统，用于通过uwb多天线空间感知与imu惯性测量的融合，实现遥控器对目标家电设备的精准指向操控。

背景技术：

1、随着智能家居的普及，家庭场景中部署的家电设备（如空气净化器、空调、电视、风扇、灯具等）数量日益增多。用户期望以直觉、低学习成本的方式对其中某一台设备进行操控。

2、现有主流遥控方案存在明显局限，主要体现在以下方面：

3、（1）红外遥控（ir）必须对准接收窗、角度容错小、遮挡即失效、单向无状态反馈、无法原生组网，难以在设备密集或多遮挡环境下精准指向单台设备；

4、2）蓝牙（ble）等射频遥控虽可穿墙，但定位精度差（接收信号强度rssi测距误差达米级），仅能作粗略远近判断，无法实现指向操控，在多设备共存时无法精准指定单台；

5、（3）语音中控无空间指向选择能力，多台同类型家电无法被精准指定单台操控。

6、上述方案的共同缺陷在于：缺乏基于空间角度识别的精准指向能力，无法在用户手持遥控器自然指向某台设备时，准确识别并仅操控该台目标设备。此外，手持过程中的自然抖动会导致指向角度模糊，进一步降低指向识别的准确性。

7、因此，亟需一种能够基于空间角度精准识别目标设备、且能抑制手持抖动影响的指向遥控方案，使用户"指哪控哪"。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：现有智能家居遥控方案缺乏基于空间角度识别的精准指向操控能力，无法在用户手持遥控器指向某台设备时准确识别并仅操控该台目标设备，且手持自然抖动会导致指向角度模糊、操控不准确。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供一种基于超宽带uwb的外部终端指向遥控方法，包括：遥控器通过内置的多个uwb天线向外部终端发射uwb测距脉冲，多个uwb天线围绕遥控器周向排布且覆盖角度之和不小于360°；遥控器接收设备回传的测距数据，并基于其多个uwb天线接收的设备回波的相位差即pdoa，解算各设备相对遥控器的到达角aoa（以机壳轴向为参考基准）；遥控器通过imu确定自身指向方向即机壳轴向的取向，并结合到达角aoa融合得到空间指向射线；遥控器根据指向射线与各设备到达角aoa之间的角度偏差及置信度评分锁定目标设备，并向目标设备发送加密控制指令。

4、本发明还提供一种对应的指向遥控系统，包括集成多天线与imu的遥控终端，以及仅作为测距锚点回传测距数据的外部终端。

5、本发明相较于现有技术，具有以下有益效果：

6、精准指向操控：基于uwb多天线相位差解算设备到达角aoa，并结合以机壳轴向为基准的指向方向，能够精准识别用户指向的目标设备，实现"指哪控哪"的一对一操控；

7、360°全向感知：多个uwb天线周向排布且覆盖角度之和不小于360°，无论遥控器朝向何方均可感知周围设备；

8、抗手持抖动：imu高频姿态追踪与uwb绝对角度相互修正，有效抑制手持自然抖动造成的指向模糊；

9、设备端低复杂度：全部定位与指向解算在遥控器端完成，外部终端仅作为测距锚点回传测距数据，显著降低设备端成本与功耗，且天然适配多种家电设备快速部署。

1.一种基于超宽带uwb的外部终端指向遥控方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4中所述置信度评分s按如下公式计算：s=wd×(1/d)+wa×cos(δθ)+wj×(1−δj)其中，d为目标设备与遥控器的距离，δθ为所述到达角测量值与预测值之间的偏差，所述预测值为该外部终端位于空间指向射线上时对应的所述到达角，δj为imu的抖动程度或动态变化量，wd、wa、wj分别为距离因子权重、到达角偏差因子权重、imu动态稳定性因子权重，且满足wd+wa+wj=1。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括置信度筛选步骤：当目标设备的置信度评分低于预设阈值、或各设备置信度评分之差小于预设滞回阈值时，保持当前判决结果不变，或触发重新选择目标设备。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当存在多个外部终端时，遥控器分别对各设备执行步骤2至步骤4，得到各设备的置信度评分，并选取置信度评分最高的设备作为目标设备。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在多个设备处于共线布局场景下，按距离优先原则锁定距离最近的设备作为指向目标。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5中遥控器与目标设备之间采用基于ieee802.15.4z标准sts加扰时间戳序列的加密通信链路传输控制指令。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中所述imu姿态数据与uwb指向方向的融合包括：imu以高于uwb采样率的频率采集遥控器姿态，填补uwb低采样率造成的时间间隙，提供连续的姿态追踪；基于imu姿态数据识别并滤除手持自然抖动所产生的高频相位噪声；以uwb解算得到设备的所述到达角所确定的绝对空间角度为约束，修正imu的航向漂移，得到稳定的空间指向射线。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个uwb天线的数量为三个，呈品字排布，每个天线的覆盖角度为±60°，三个天线拼接形成360°全向感知；且步骤2中所述基于pdoa解算所述到达角包括：根据各uwb天线接收到的设备回波信号，确定当前主覆盖天线，由主覆盖天线锁定设备所在的方向区间；基于主覆盖天线与相邻天线之间的接收相位差，精解设备相对遥控器的所述到达角。

9.一种基于超宽带uwb的外部终端指向遥控系统，其特征在于，包括：遥控终端：集成多个围绕周向排布且各天线覆盖角度之和不小于360°的uwb天线、imu惯性测量单元以及数据处理模块；所述遥控终端被配置为执行权利要求1至8任一项所述的指向遥控方法；外部终端：集成uwb接收模组，被配置为接收遥控器发射的测距脉冲并向遥控器回传测距数据。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述外部终端不参与定位与指向解算，仅作为测距锚点，被配置为接收遥控器发射的测距脉冲、通过飞行时间tof算法计算与遥控器的距离并将测距结果回传遥控器。