CN115053204A - 低剖面指向装置传感器融合 - Google Patents

低剖面指向装置传感器融合 Download PDF

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Abstract

本文公开与指向装置领域相关的方法和系统。一种公开的装置具有指向方向、包含第一天线和第二天线的一组天线以及惯性测量单元、重力传感器和磁强计中的至少一者。所述装置还包含存储指令的一个或多个计算机可读介质，所述指令在所述装置上执行时使所述装置：确定由所述第一天线接收的信号与由所述第二天线接收的所述信号之间的差异；使用所述差异确定所述指向方向与所述信号的信号源方向之间的角度；使用所述惯性测量单元、所述重力传感器和所述磁强计中的所述至少一者测量物理量；以及使用所述角度和所述物理量确定所述装置的指向目标。

Description

低剖面指向装置传感器融合
相关申请交叉引用
本申请主张2020年5月8日提交的第63/022,065号美国临时专利申请的权益，所述美国临时专利申请出于所有目的以全文引用的方式并入本文中。
背景技术
指向装置用于广泛多种应用。准确确定此类装置的指向方向在其整体性能和实际适用性方面起着重要作用。为了确定例如关于屏幕等某一目标的指向方向，将有必要相对于目标设置指向装置的位置和定向，或相对于指向装置设置目标的位置和定向。所述位置和定向统称为位姿，表示一组六个变量。对这些变量中的每个变量的确定可能涉及许多传感器和相当大的处理能力。在便携式装置中--尤其对于外观尺寸小的装置，指向装置通常如此--安装足够的传感器既昂贵又复杂。
发明内容
本文公开与指向装置领域相关的方法和系统。根据本发明的具体实施例的系统可包含各种装置。在本公开中，指向另一装置、对象或表面的装置将被称为指向装置，并且由指向装置指向的装置、对象或表面将被称为指向目标。
根据本发明的具体实施例的指向装置可用于通过利用对所述装置相对于指向目标的位置和/或定向的确定来与指向目标交互。根据本发明的具体实施例的指向装置可涉及确定所述指向装置在参考系中的指向方向。所述指向装置可以是便携式装置。所述指向目标可以是固定的指向目标，例如固定表面、屏幕或显示器。所述指向目标可以是远程指向目标，例如远程表面、屏幕或显示器。
在本发明的具体实施例中，指向装置可与指向目标交互。在本发明的具体实施例中，可确定指向装置的指向方向以允许指向装置与指向目标交互或以其它方式标识指向目标。在本发明的具体实施例中，通过确定指向装置的指向方向，通过解出指向目标与来自指向装置的指向方向上的投影的相交区来提供与所述指向目标的交互。例如，指向装置可通过一种系统来与屏幕交互，所述系统确定指向装置的指向方向、解出投影到达屏幕的点并且使用此信息在屏幕上显示光标。
根据本发明的具体实施例，可通过在系统中提供一组天线来确定指向装置与指向目标之间的交互条件。例如，可提供与指向装置相关联的一组至少两个天线。此组天线中的至少两个天线可与装置的指向方向对准。在本发明的具体实施例中，与指向装置相关联的一组天线可接收信号，并且通过确定与指向装置相关联的所述一组天线中的天线接收的信号的差异，有可能确定指向方向与信号的源方向之间的角度。所述差异可以是所述信号的相位差。此角度可被称为指向角。此角度可指示指向装置的指向方向。
在本发明的具体实施例中，指向目标可与至少一个天线相关联。由与指向装置相关联的至少两个天线接收的信号的源可以是与指向目标相关联的至少一个天线。在这些实施例中，有可能确定指向方向与指向装置和指向目标之间的线之间的角度。在本发明的具体实施例中，此角度是指向角。在这些实施例中，此角度可指示指向装置相对于指向目标的指向方向。
在本发明的具体实施例中，一方面，至少一对天线与指向装置相关联，而另一方面，至少一个天线与指向目标相关联。在本发明的具体实施例中，系统中的天线分布允许基于例如到达角(AOA)等定位技术来确定几何参数。
在本发明的具体实施例中，使用如上文所提及由第一天线和第二天线接收的信号的差异以及由指向装置上的传感器测量的物理量两者来确定指向方向。所述传感器可以是惯性测量单元(IMU)、重力传感器、磁强计和各种其它装置。所述物理量可以是指向装置的加速度、指向装置的地球重力加速度的方向、磁北测量值，以及可用于辅助确定指向装置的位置和/或定向的各种其它量。
在本发明的具体实施例中，提供一种装置。所述装置包括：指向方向，包含第一天线和第二天线的一组天线，惯性测量单元、重力传感器和磁强计中的至少一者，以及存储指令的一个或多个计算机可读介质。所述指令当在所述装置上执行时使所述装置确定由所述第一天线接收的信号与由所述第二天线接收的所述信号之间的差异。所述指令还使所述装置使用所述差异确定所述指向方向与所述信号的信号源方向之间的角度。所述指令还使所述装置使用所述惯性测量单元、所述重力传感器和所述磁强计中的所述至少一者来测量物理量，并且使用所述角度和所述物理量来确定所述装置的指向方向。
在本发明的具体实施例中，提供一种系统。所述系统包括便携式装置，所述便携式装置具有指向方向和包含第一天线和第二天线的一组天线，以及惯性测量单元、重力传感器和磁强计中的至少一者。所述系统另外包含与指向目标相关联的第三天线以及存储指令的一个或多个计算机可读介质。所述指令在由所述系统执行时使所述系统：使用所述第三天线发送信号；确定由所述第一天线接收的所述信号与由所述第二天线接收的所述信号之间的差异；使用所述差异确定所述指向方向与所述信号的信号源方向之间的角度；使用所述惯性测量单元、所述重力传感器和所述磁强计中的所述至少一者测量物理量；以及使用所述角度和所述物理量确定所述装置的所述指向方向。
在本发明的具体实施例中，提供一种其中每个步骤都是计算机实施的方法。所述方法包括获得信号在第一天线上的第一样本和所述信号在第二天线上的第二样本，其中所述第一天线和所述第二天线在便携式装置上的一组天线中，并且其中所述便携式装置具有指向方向。所述方法还包括使用所述第一样本和所述第二样本来确定差异。所述方法还包括使用所述差异确定所述指向方向与所述信号的信号源方向之间的角度。所述方法还包括使用所述惯性测量单元、所述重力传感器和所述磁强计中的所述至少一者测量物理量。所述方法还包括使用所述角度和所述物理量确定所述装置的所述指向方向。
附图说明
图1包含根据本文公开的本发明的具体实施例的可使用指向装置和指向目标的3D环境的示例。
图2包含根据本文公开的本发明的具体实施例的与便携式装置和选择锥体有关的坐标系的示例。
图3包含根据本文公开的本发明的具体实施例的具有双天线站和单天线站的系统。
图4包含根据本文公开的本发明的具体实施例的具有天线配置和IMU的指向装置的示例。
图5包含根据本文公开的本发明的具体实施例的用于指向装置和指向目标的系统。
图6包含示出根据本文公开的本发明的具体实施例的指向装置的到达角(AOA)、指向方向和位置之间的关系的表示。
图7A包含根据本文公开的本发明的具体实施例的指向装置的球坐标系和笛卡尔坐标系的示例。
图7B示出根据本文公开的本发明的具体实施例的可与图7A中介绍的三个轴线x、y和z相关联的横摆、俯仰和滚动角度。
图8A包含根据本文公开的本发明的具体实施例的可用于解释用于模型的定义的坐标系，所述模型使用原始UWB测量值预测指向装置的性能和行为。
图8B包含根据本文公开的本发明的具体实施例的中心处于指向装置的远程主体参考系上的极坐标系。
图9A包含根据本文公开的本发明的具体实施例的包括指向装置和呈电视屏幕形式的包含至少一个嵌入式信标的指向目标的系统的示例。
图9B包含根据本文公开的本发明的具体实施例的包括指向装置和呈电视屏幕形式的包含至少两个嵌入式信标的指向目标的系统的示例。
图9包含根据本文公开的本发明的具体实施例的包括指向装置和呈电视屏幕形式的包含至少一个嵌入式信标的指向目标的系统的示例。
图10包含根据本文公开的本发明的具体实施例的用于融合来自多个输入源的数据以估计指向装置的位置的流程图的示例。
图11包含根据本文公开的本发明的具体实施例的两个指向装置的示例，所述两个指向装置可测量相同AOA和到指向目标上的标签的距离，但具有不同位置。
图12包含根据本文公开的本发明的具体实施例的相对于指向目标置于不同位置的单个指向装置的示例。
图13包含在指向装置和指向目标两者上具有双天线站的系统。
图14包含根据本文公开的本发明的具体实施例的利用传感器系统在3米处测得的AOA的表示。
图15示出根据本文公开的本发明的具体实施例的在AOA为0且远程俯仰为0的情况下在3米处持续30秒的距离测量值。
具体实施方式
本文中详细公开了根据以上概述的与指向装置领域相关的方法和系统。此部分所公开的方法和系统是本发明的非限制性实施例，仅出于解释目的而提供，并且不应用于限制本发明的全部范围。
以下来自同一申请人的专利和专利申请出于所有目的而以全文引用的方式并入本文中：标题为“用于确定和控制待控制的设备的方法以及实施所述方法的装置、使用和系统(Methods for determining and controlling a piece of equipment to becontrolled,and device,use and system implementing said methods)”的第EP3172727B1号的欧洲专利；Julien Colafrancesco、Simon Tchedikian、Nicolas Schodet和Simon Guillot于2018年7月30日提交的标题为“利用对齐参考系进行物理空间中的对象跟踪的系统(System for Object Tracking in Physical Space with AlignedReference Frames)”的第16/049,074号美国专利申请；Julien Colafrancesco和OliverMandine于2018年8月7日提交的标题为“用于被跟踪对象的极化轴衰减和抗交叉极化天线定向组件(Polarization Axis Attenuation and Cross Polarization ResistantAntenna Orientation Assembly for Tracked Object)”的第16/056,888号美国专利申请；以及Julien Colafrancesco、Simon Tchedikian、Nicolas Schodet于2020年5月8日提交的标题为“低剖面空气鼠标、智能遥控器和远程指针(Low Profile Air Mouse,SmartRemote and Telepointer)”的第63/022,065号美国临时专利申请。
根据本发明的具体实施例的指向装置可用于与指向目标交互。所述指向装置可以是可指向指向目标的任何装置。所述指向装置可以是便携式装置。所述指向装置可用于以类似于指向屏幕的激光二极管的方式指向指向目标，例如远程屏幕。所述指向装置能够接收和/或发送射频信号，例如超宽带(UWB)信号。
所述指向装置可包括主指向方向。在本发明的具体实施例中，所述指向方向由装置以物理方式界定。例如，所述指向装置可包含具有延伸程度比其它方向更大的纵向方向的壳体，所述纵向方向指示主指向方向。以此方式，所述指向装置可具有限定指向装置的自然指向方向的形状。例如，装置可以是具有可区分短边的矩形，其中矩形的长边和该短边的区分特征自然地指示对象的指向方向。指向装置的指向方向可与用户在指向时将目标与之对准的方向相关联。指向装置可被配置成发送旨在供与指向方向对准的指向目标履行其主要功能的信号。信号可全方位发送，或利用使用波束成形的定向发送在指向方向上发送窄信号。
所述指向装置可以是任何对象，例如智能手机、泛称的个人用户装置、远程控件、智能遥控器、智能棒、空气鼠标、演示指针、远程指针、库存管理装置、无人机或玩具。指向装置可具有任何形状，例如圆盘形，其中指向方向由装置表面上的箭头图标指示。在其它示例中，允许人们确定以何种方式指向装置的任何指示符可被视为如该术语在本文中所用的那样向装置提供指向方向。
指向装置可以是手持装置，例如远程控件、智能遥控器、空气鼠标、游戏控制器、棒、蜂窝电话、智能手机、平板装置、电子汽车钥匙、数码相机或闪光灯等。指向装置可以是可穿戴装置，其中主指向方向可以是穿戴例如耳机装置、头戴式耳机装置、无线耳塞或虚拟/增强现实头戴装置等可穿戴装置的用户的视线。指向装置可以是具有自然指向方向的任何其它可穿戴装置，例如腕表装置(指向方向可以是前臂)或挂件装置(指向方向可以是用户的视线)等。
指向目标可以是指向装置可指向的任何表面、装置或对象。指向目标可以是远程指向目标。指向目标可以是墙壁那样的物理表面，或虚拟表面、屏幕、显示器等。指向目标可以是远程屏幕或远程表面。远程屏幕可以是固定屏幕，例如家庭影院屏幕、电视屏幕、计算机监视器、墙壁表面(例如，上面有虚拟或真实对象)、虚拟表面、LED灯阵列、表面安装显示器、数码相框、平板显示器阵列等。贯穿本公开的具体示例使用远程固定屏幕作为可能的指向目标。然而，本文所描述的概念不限于这种特定类型的指向目标。例如，描述成解释指向装置与作为远程屏幕的指向目标之间的使光标在屏幕中上下移动的交互的相同概念可同等适用于指向装置上下移动以控制作为扬声器的指向目标的音量的情境。
交互可以是来自系统的指向装置或指向目标等任何装置的任何动作，其会影响系统的另一装置。例如，当指向目标是屏幕时，交互可以是在屏幕上在指向装置的指向方向线与屏幕之间的相交区处显示光标。作为另一示例，例如在指向和选择应用的情况下，交互可以是选择所指对象。其它形式的交互是可能的，例如解锁和控制连接到监视器或视频投影仪的远程计算装置、遥控智能电视、遥控连接到电视屏幕的机顶盒、基于对所指目标(真实或虚拟)的标识而显示背景智能远程用户界面、基于指向装置的指向方向确定待控制的一件设备、基于指向装置的位姿或/和定向控制音频或视频回放，等等。本文公开的系统和方法的不同应用将在以下本公开公开内容中描述。
本文公开的系统可包含指向装置自身、指向目标自身，或指向装置和指向目标的组合。所述系统还可包含支持装置，例如用于指向装置的底座或充电器，以及与那些支持装置或指向装置操作性通信的远程装置，例如服务器或云架构。贯穿本公开，将参考存储指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令允许所公开的系统进行某些动作。在这些实施例中，计算机可读介质可全部在指向装置内部。或者，计算机可读介质可全部在指向目标内部。或者，计算机可读介质可分布在支持装置、远程装置、指向装置和指向目标上，或所述计算机可读介质可完全位于支持装置和/或远程装置上。
在本发明的具体实施例中，提供一种包含指向装置的系统，所述指向装置具有布置成测量平面中的AOA的至少两个UWB天线以及提供物理数据的至少一个IMU。AOA和IMU物理数据可根据数据融合技术组合。所述系统还可包含位于例如远程屏幕等指向目标附近或其上的至少一个UWB天线。本发明的具体相关实施例的优势在于，指向装置可具有薄的外观尺寸(即，所述实施例可有助于将在竖直方向上测量的薄的壳体用于所述指向装置)。
图1示出根据本发明的具体实施例的可使用指向装置和指向目标的3D环境的示例。在图1的示例中，指向装置是便携式装置100的形式，并且指向目标呈远程屏幕200的形式。便携式装置100由用户持握，并且可用于与位于起居室的远程屏幕200交互。便携式装置100的指向方向可通过使用几何参数和坐标系来确定。所述坐标系可与便携式装置关联。在本发明的具体实施例中，坐标系的中心可处于便携式装置100上。例如，坐标系可用来确定便携式装置100在空间中相对于屏幕200的定向。图2示出根据本发明的具体实施例的与便携式装置和选择锥体有关的坐标系的示例。
所述坐标系的中心可处于便携式装置100的点101上，如图2中所示。点101可靠近前部定位并且在侧向居中于便携式装置中。点101在以下公开内容中也称为点p。
现在参考图1和图2两者，便携式装置的指向方向可由整体向量x表示，并且例如限定便携式装置的纵向方向。屏幕200的位置可由点s限定，在图1中表示为点201。在本发明的具体实施例中，点s是指向目标或表面的关注点201。如果所述表面是电视屏幕，例如屏幕200，则关注点201可以是屏幕200的中心。或者，关注点201可位于屏幕上的任何其它位置或以其它方式与指向目标相关联。
在本发明的具体实施例中，屏幕200从点201到便携式装置100的方向可从以下等式得出：
Figure BDA0003761785380000071
其中：
p是点101的三维笛卡尔坐标；并且
s是点201的三维笛卡尔坐标；
l＝‖s-p‖是s与p之间的距离；并且
u是平行于通过点101和关注点201的线并且具有从点101到点201的方向的整体向量。
根据本发明的具体实施例，便携式装置的位置通过点101与201之间的距离l以及整体向量u测量。
在向量x和向量u之间形成的角度α可具体化便携式装置100相对于屏幕200的指向角。
以向量表示：
cosα＝x.u
以矩阵表示：
cosα＝xTu
因此，在本发明的具体实施例中，当便携式装置100正好指向固定屏幕200的中心时，角度α为空值。换句话说，向量x和向量u是相同的。
在上文所描述的示例中，便携式装置100的指向方向可限于单个线。这是评估便携式装置100正好指向屏幕200的关注点201的直接方式。
仍参考图2，指向锥体103可用于确定与指向目标的交互条件。例如，交互可以是当便携式装置指向关注点201时对界面或对象的选择或控制。
图2的示例中的指向锥体具有位于点101(也称为点p)中的底、由向量x和孔径α0限定的定向。锥体的中心可由指向装置的轴线102限定，所述轴线可与指向装置的指向方向对准。在本发明的具体实施例中，如果图1的屏幕200的关注点201位于指向锥体103内部，则指向装置可被认为指向屏幕200。换句话说，对于小于角度α0的任何角度α，满足交互条件。例如，在指向和选择应用中，如果角度α小于角度α0，则便携式装置100可与屏幕交互。
在本发明的具体实施例中，孔径角α0可以是阈值角度，并且当指向角小于所述阈值角度时，指向装置可基于指向角α和所述阈值角度来标识指向目标。阈值角度α0可以是系统已知的。例如，阈值角度的值可存储在系统的存储器中。阈值角度的值可嵌入存储在系统的计算机可读介质中的指令中以用于几何参数计算。所述阈值角度可以是系统的容差。所述阈值角度可由系统制造商限定或由用户根据用户偏好以及根据应用的容差来设置。所述阈值角度可与指向目标上的区域相关联，例如锥体103的底等圆形区域，使得当指向装置越接近指向目标，角度越宽。
在本发明的具体实施例中，便携式装置100相对于屏幕200的定向和位置对于确定是否满足交互条件都很重要。
指向装置100的位姿可限定为空间中其位置坐标和其定向坐标的组合。每个坐标(在位置或在定向上)可由待在3维空间中确定的三个变量呈现。因此，指向装置100在3维空间中的位姿可用六个变量来限定。在存在至少一个缺失坐标(在位置或在定向上)的情况下，位姿可能存在不明确性。
图3示出根据本发明的具体实施例的系统。所述系统可以是UWB系统，例如UWB传感器系统。如图3中所示，系统可包含双天线站310，所述双天线站可配备有用于处理分别由两个天线R1和R2接收的UWB电磁信号的芯片组(或更多芯片组)。天线R1和R2分隔开距离d。
双天线站还可被称为AOA系统、UWB标签或UWB节点，这取决于其在系统中发挥的功能作用。如下文将更详细地描述，根据本发明的具体实施例，双天线站可附接到或定位在系统中的指向对象中或其附近，或以其它方式与所述指向对象相关联。
还如图3中所示，UWB传感器系统可包含单天线站320，所述单天线站配备有用于生成UWB电磁信号以供天线T发送的芯片组。如下文将更详细地描述，根据本发明的具体实施例，所述单天线站可附接到或定位在系统中的远程屏幕等指向目标中或其附近，或以其它方式与所述指向目标相关联。例如，天线可嵌入电视屏幕的电子板中。
在如同图3所示系统的系统中，可执行到达角(AOA)的测量。第一定位技术，称为到达时间差(TDoA)，可用于导出AOA。由单天线站320通过其天线T发送的超宽带电磁波可由双天线站310的每个天线R1和R2在相应时间t1和t2以直视线(direct line of sight)接收。时间差乘以光速提供单天线站(天线T)与双天线站的每个天线(R1和R2)之间的距离。相同AOA测量可结合任一侧具有更多天线的系统执行。例如，双天线站和/或单天线站可替换为天线阵列。
或者，可通过到达时间(TOA)方法在两个步骤中实现基于范围的定位。第一步骤可包含基于TOA估计的范围测量。信号的TOA可通过将接收到的信号与模板相关联来相干地进行估计，或者通过检测接收到的信号能量超过阈值的时间来非相干地进行估计。可将估计的TOA转换成相对或绝对范围。例如，可通过迭代计算将误差函数最小化来确定发送天线(T)的位置。
另一种称为双向测距(TWR)的技术利用了在超宽波电磁波上发送其它消息。这是一种将不同站测得的多个到达时间转换为飞行时间测量的方式。
在本发明的具体实施例中，所述指向装置包括一组天线和惯性测量单元(IMU)(例如，图4中的IMU 400)。在替代实施例中，IMU可被替换或结合加速度计、重力传感器和磁强计中的一者或多者使用。可参考图4来解释根据本发明的具体实施例的指向装置的天线配置的示例，此图示出通过便携式装置的点101并且平行于向量u和向量x的平面中的二维表示。在图4的示例中，便携式装置包括被配置成用于接收和/或发送例如UWB无线电信号等信号的前天线104和后天线105。图4的示例中的这些天线与由向量x限定的指向方向基本对准。天线可与指向方向对准，因为将第一天线的中心连接到第二天线的中心的线与指向方向平行。天线可被布置成使得参考图2介绍的点101位于天线104和天线105的中间。
如图4中所示，两个天线也大致定位在指向装置的相同水平面中。由此，可使指向装置在竖直方向上的厚度最小化。然而，天线定位在同一平面中可能导致由定位系统确定的指向装置的指向方向方面的不明确性。然而，使用本文公开的一些方法，例如特定校准方法，利用额外天线或天线阵列和/或包含例如由IMU或磁强计测得的额外物理数据可解决这些不明确性。
在本发明的具体实施例中，对于例如“指向和控制”或“指向和选择”交互等某些交互，天线的这种特定配置允许对指向装置的位置或/和定向上的不明确性的更大容差。在本发明的具体实施例中，指向装置用以测量角度α的特定配置允许在不需要完全解决原本确定便携式装置的位姿和位置所需的所有变量的情况下确定交互条件。例如，天线的特定配置可允许利用例如到达角的技术来确定几何参数，以便确定角度α，并且因此确定交互条件。
在本发明的具体实施例中，所述系统可以是超宽带(UWB)传感器系统。超宽带(UWB)是一种短程无线电技术，可用于室内定位。UWB技术扩大的频谱带宽允许信号到达时间的极良好区分。这种极良好的时间区分允许极良好的飞行时间(TOF)估计，并且截至当前，相比于低功耗蓝牙和Wi-Fi，允许误差仅限于几厘米的距离估计。换句话说，定位可用渡越时间方法(transit time methodology，TOF)而非信号强度的测量(接收信号强度指示符或RSSI)来完成。尽管本发明的具体实施例中公开了UWB传感器系统，但本发明适用于其它系统和无线电技术。
UWB无线电信号通常具有大于20％的分数带宽或大于500MHz的绝对带宽。由于UWB脉冲持续时间极短，因此UWB可以是用于室内环境中的低功率和精确测距以及定位应用的有前景技术。这可允许高效使用稀缺的无线电带宽，同时实现高数据率个人局域网(PAN)无线连接以及更远程、低数据速率应用以及雷达和成像系统。
UWB传统上被认为是脉冲无线电，但FCC和ITU-R现在根据天线的发送来定义UWB，其中发射的信号带宽超过500MHz或20％的中心频率中的较小者。因此，基于脉冲的系统——其中每个发送的脉冲例如以正交频分多路复用(OFDM)方式瞬时占用UWB带宽，或值至少500MHz的窄带载波的聚合——可根据规则获取UWB频谱。脉冲重复率可以是低的或极高的。基于脉冲的雷达和成像系统往往会使用低重复率，通常在每秒1到100兆脉冲的范围内。另一方面，通信系统偏好高重复率，通常在每秒1到2千兆脉冲的范围内，由此使得能够实现短程千兆/秒通信系统。基于脉冲的UWB系统中的每个脉冲可占用整个UWB带宽，因此获得对多径衰落(但不会对符号间干扰)的相对免疫的益处，这不同于经受深度衰落和符号间干扰的基于载波的系统。
根据本发明的具体实施例的系统可包含便携式系统(例如便携式UWB系统)，所述便携式系统附接到或定位在指向装置100中或附近或以其它方式与之相关联。所述系统还可包含固定系统(例如固定UWB系统)，所述固定系统附接到或定位在固定屏幕200等指向目标中或附近或以其它方式与之相关联。在本发明的具体实施例中，所述便携式系统可与参考图3描述的双天线站相关联，并且所述固定系统可与参考图3描述的单天线站相关联。根据本发明的具体实施例，所述系统被定义为便携式和固定式，以贯穿本公开将其区分为与指向装置相关联的便携式和与指向目标相关联的固定式。然而，这不应被视为对本发明的限制。指向目标可以是非固定目标，而指向装置可以是非便携式装置。指向目标可以是非固定目标，而指向装置可以是例如用于标识或定位指向目标的固定装置。本文公开的系统的这些和其它变化也包含在本发明的范围内。
如图5中所示，便携式系统可包括连接到天线104和105的接收器107(例如UWB接收器)。天线104和105可以是UWB天线。接收器107以及天线104和105可对应于参考图3描述的双天线站。便携式系统还可包含用于处理由两个天线接收的电磁信号(例如UWB电磁信号)的芯片组或更多芯片组(未示出)。在本发明的具体实施例中，接收器107可以是收发器或发送器。便携式系统还可包含存储指令的计算机可读介质，所述指令待由系统执行以执行预期功能。
固定系统可包括连接到至少一个天线202(例如UWB天线)的收发器203(例如UWB收发器)。收发器203和天线202可对应于参考图3描述的单天线站。固定系统还可包含用于生成待由天线202发送的电磁信号(例如UWB电磁信号)的芯片组或更多芯片组(未示出)。在本发明的具体实施例中，收发器203可以是接收器或发送器。固定系统还可包含存储指令的计算机可读介质，所述指令待由系统执行以执行预期功能。
在本发明的具体实施例中，角度β表示到达角，其可以是由固定系统发送的入射电磁信号的方向与处于天线104与105之间相等距离处的所有点的平面之间的角度。到达角β在图示中表示为处于通过便携式装置的点101并且平行于向量u和向量x两者的二维平面中。可通过以下公式从到达角β的测量值中减去角度ɑ：
Figure BDA0003761785380000111
有可能通过在任一侧具有更多天线的系统执行等同的到达角测量。例如，指向装置(或便携式装置)天线和/或指向目标(或固定表面)天线可替换为天线阵列。在天线阵列的情况下，在接收器107上，点101可被定义为由指向装置100中的天线生成的场的重心。以类似方式，在收发器203上，点201可被定义为由例如固定屏幕200等指向目标上的天线生成的场的重心。
图6示出了指向装置的到达角(AOA)、指向方向和位置之间的关系。图6示出了远场假设下的入射波前，其中相比于指向装置100与指向目标200之间的距离，两个天线104和105之间的距离d可忽略不计。由固定系统发送的入射电磁信号的方向由箭头211表示。在此情形下，收发器203通过天线202发送的电磁波可由接收器107通过天线104和105接收为入射波前。
然后，天线104与105之间的相位差的量度可用于在两个天线沿着指向装置的指向方向组织时导出到达角的量度：
Figure BDA0003761785380000121
其中：
k为整数；
ψ1是天线104上确定的电磁波的相位的量度，不要与表示角度的
Figure BDA0003761785380000125
(小写)混淆；并且
ψ2是天线105上确定的相同电磁波的相位的量度。
计算得出：
Figure BDA0003761785380000122
在本发明的具体实施例中，通过将指向装置中的天线放置成与装置的指向方向对准，有可能通过确定例如角度α和/或β等几何参数而非全套坐标来确定交互条件，例如装置是否指向某个目标。此方法可不同于天线例如并排位于例如垂直于指向方向的轴线上的其它方法，其中当指向装置倾斜时，天线之间可能不存在相位差，从而需要在不同平面中添加第三天线以完成测量或其它解以确定装置的指向角或指向方向。
在本发明的具体实施例中，有可能使用例如参考图5和图6描述的系统等系统来确定指向装置中例如天线104和105等每个天线接收的信号的相位之间的差。此相位差可用于确定关注角，例如角度α和/或β。所述角度可指示指向装置的指向方向，和/或用于标识指向目标、关注点或以其它方式用于设置装置之间的交互。在本发明的具体实施例中，所述系统可使用从与指向目标相关联的源接收的信号的比较来确定指向装置的指向目标。所述系统可包含存储指令以使所述系统执行上文提及的确定的计算机可读介质。所述系统还可包含用于处理接收到的信号以获得继续进行到达角计算的必要数据的相位检测电路和硬件。
图7A示出指向装置的球坐标系和笛卡尔坐标系的示例。图7A示出方位角
Figure BDA0003761785380000123
(不要与上文介绍的由天线接收的相位值混淆)和仰角θ。
指向角α可被视为方位角
Figure BDA0003761785380000124
和仰角θ的组合。在中心处于指向装置100上的非球面/极坐标系中，有可能限定由三个轴线x、y和z形成并以点101为中心的笛卡尔坐标系：
-x轴可对应于指向装置的纵向轴线；
-y轴可对应于指向装置的侧向轴线，并且
-z轴可对应于指向装置的竖直轴线，在某种意义上，此轴线可对应于相对于指向装置(而不是地球)的上方向。
在本发明的具体实施例中，这些轴线可以便携式装置p为中心，并且可与包含例如用以测量角速度的陀螺仪等惯性测量单元(IMU)关联。
图7B示出可与上文介绍的三个轴线x、y和z相关联的横摆、俯仰和滚动角度。滚动角可对应于围绕指向装置的纵向x轴的旋转。俯仰角可对应于围绕便携式装置的侧向y轴的旋转。横摆角可对应于围绕便携式装置的竖直z轴的旋转。
图8A示出可用于解释用于模型的定义的坐标系，所述模型使用原始UWB测量值预测指向装置的性能和行为。
在图8A的示例中，参考系可用以下各项限定：
●坐标ps＝[0 0 0]T，作为指向目标参考位置，例如屏幕标签位置
●向量ns＝[1 0 0]T，作为指向目标的法向向量，例如屏幕表面
●向量z＝[0 0 1]T，根据右手定则从x和y导出
此外：
●pr是指向装置的位置，
●nr是指向装置的指向方向。
当屏幕是指向目标时，指向装置在指向目标上的可表示例如屏幕上的光标位置的投影点pp可通过以下公式确定：
pp＝pr+dnr，
其中
Figure BDA0003761785380000131
图8B示出中心处于指向装置上的极坐标系。图8B中所示的极坐标系可用于表示例如屏幕等指向目标在例如中心处于指向装置的远程主体参考系上的坐标系中的位置。此主体参考系可相对于其机械结构固定。为了清楚起见，在此参考系中考虑的所有坐标都表示为带有(rb)作为上索引。
在此参考系中，x(rb)可与指向装置的指向方向相关联，并且含有x(rb)和y(rb)的平面可与指向装置的PCB平面相关联，
Figure BDA0003761785380000132
和θ(rb)分别是关注点的方位角和仰角，所述关注点例如是本公开中给出的具体示例中的电视屏幕。
便携式装置100的位姿可以是三维空间中其位置坐标和其定向坐标的组合。每个位置或定向可用三个变量表示。因此，便携式装置100在3维空间中的位姿可通过六个变量来限定。如之前所解释，在存在至少一个缺失坐标的情况下，可能存在不明确性。不明确性可以是其中指向装置100的至少一个坐标(在位置或在定向上)缺失的情况。
在本发明的具体实施例中，对于与指向装置100定向相关的变量，可确定便携式装置是向左还是向右(通过方位角
Figure BDA0003761785380000141
的量度)以及是向上还是向下(通过仰角θ的量度)。
在本发明的具体实施例中，没有必要确定指向角度的精确值。例如，在满足交互条件的某些应用中，当绝对指向角度小于阈值时，不管用户具体指向关注点周围的何处，仅指向角度的绝对值将足以确定交互条件。
在本发明的具体实施例中，可能需要获得关于指向装置的位置和指向方向的更精确信息。在本发明的具体实施例中，不仅需要确定交互条件，而且还需要确定指向装置相对于指向目标的确切位置而无不明确性。在本发明的具体实施例中，精确指向方向可通过上文所描述的天线配置、特定校准程序和额外测量的组合来确定。在本发明的具体实施例中，额外天线、传感器和额外几何参数的计算可使测量更准确。例如，与指向目标相关联的额外发送天线可用于确定第二、第三或更多角度，从而获得关于指向装置的精确指向方向的越来越多的信息。作为另一示例，与指向装置相关联的额外接收天线可用于确定额外角度，从而获得关于指向装置的精确指向方向的越来越多的信息。作为另一示例，与例如磁强计、陀螺仪和IMU等其它传感器的传感器融合可用于确定指向装置的精确指向方向。这三类方法也可组合使用以增加系统的准确性。
如前文所解释，指向装置可包含或附接到至少两个UWB天线，例如UWB天线阵列或一对UWB天线。天线可被配置成使具有UWB天线的指向装置的竖直厚度最小化。例如，UWB天线可大致定位在指向装置的水平面中。在具体实施例中，指向装置和/或指向目标可包含额外天线以解决指向方向上的不明确性或增加指向方向确定的准确性。
图9A示出包括指向装置100和呈电视屏幕200形式的包含至少一个嵌入式信标901的指向目标的系统的示例。所述信标可以是UWB信标。UWB信标可以是例如单天线站或双天线站。UWB信标也可称为UWB标签或UWB节点。单天线站可用于通过飞行时间检测来测量距离信息。双天线站可用于测量距离和到达角(AOA)信息。
图9B示出包括指向装置100和呈电视屏幕200形式的包含至少两个嵌入式信标902和903的指向目标的系统的示例。所述信标可为UWB信标。每个信标在水平方向上可远离另一信标。例如，每个UWB信标可位于电视屏幕的左侧和右侧，如图9B的示例所示。根据具体实施例，UWB信标可定位在电视屏幕的顶部，以增加与远程指针直线连接的几率。然而，在本公开的范围内，用于定位信标的其它配置是有可能的。应理解，这可应用于任何其它形式的指向目标，并且不限于特定电视屏幕。
在本发明的具体实施例中，到达角信息在实时和频繁地刷新时可能遭受抖动噪声。在这些实施例中，使用到达角信息来估计便携式装置的指向方向可例如使光标在屏幕上使“跳跃”。如果AOA或其它信息用于通过积分角速度来固定指向方向，则定向估计在时间上会经受缓慢漂移。例如，对于0.1°/s的漂移，在10分钟后，系统可能会累积约60°的误差。
在本发明的具体实施例中，通过积分角速度，定向估计在时间上可能经受缓慢漂移。对于仅依赖于“相对”定位的系统，例如用于游戏系统的空气棒(air wand)，这种漂移误差可以是可接受的。相对定位意指当用户将装置定向到左侧时，光标必须向左，以及当用户将装置定向到右侧时，光标必须向右。在配备有按钮的空气鼠标便携式装置中，所述漂移误差也是可接受的。例如，如果用户想要进一步朝向某一方向但已将其手腕完全定向于此具体方向，则可按下(或释放)按钮，以使空气鼠标系统停滞要使用户手臂定位在更中心的位置和定向所需的时间。这样，用户能再次自由地如其所愿移动手臂。这种“停滞”系统接近于使传统滚轮鼠标控制器保持在桌面上以将其换到桌面的更中心位置的效果。在这些情况下，系统的空间配置与屏幕上的光标投影之间可能不存在精确的映射，每当空气鼠标系统停滞时，映射都可能偏移。
在本发明的具体实施例中，指向装置可估计不确定性范围，并且将此数据连同指向方向的中心坐标的估计值一起发送。因此，这种不确定性范围可由系统利用以例如显示不同的图标形状(例如，圆形而不是点)或基于由中心和不确定性范围确定的虚拟包络来执行控制动作(例如，虚拟对象的选择)。
可基于所发送的不确定性范围来确定容差裕度。系统可使用所述容差裕度来基于概率规则执行控制动作。例如，如果指向装置是远程控件或被配置成选择在屏幕上显示的对象或与所述对象交互的空气鼠标，则概率方法可用于确定是否选择以及选择或以其它方式操作哪个对象(例如，拖曳运动)。
在本发明的具体实施例中，可通过使用传感器融合来增强指向方向确定的准确性，和/或解决指向方向确定方面的不明确性。传感器融合可涉及融合从装置上的天线和其它传感器收集到的信息。
在本发明的具体实施例中，通过比较由到达角系统测得的角速度并测量例如由陀螺仪给定的角速度，有可能获取便携式装置100的确切指向方向。角速度测量值可使用通过上述几何计算计算的角度来确定。可使用由系统中的IMU、重力传感器、磁强计或其它传感器测得的物理量来确定额外角速度测量值。以此方式，可在相同系统内使用两个或更多个不同替代方案，以从不同源并且使用不同的技术获得对应测量值。然后，不同角速度测量值可用于例如通过融合来自不同测量值的数据来更精确地确定指向装置的指向方向，如下文将更详细地描述。
来自系统的数据和额外传感器可融合。融合也可用于由天线测量的任何数据和由指向装置上的传感器测得的任何物理数据，以获得指向方向的更准确预测。融合可涉及对由任一装置进行的测量的不确定性的估计。融合还可涉及任何线性二次估计。融合还可使用卡尔曼滤波器管线。
为此，在本发明的具体实施例中，指向装置100可进一步包含惯性测量单元(IMU)，所述惯性测量单元包括一个或多个电子传感器以使用加速度计、陀螺仪、有时还有磁强计的组合来测量特定力、角运动速率(即角速度)和/或指向装置的绝对定向。陀螺仪可提供角速度数据。磁强计可提供相对于局部磁场(来自地面磁场或/和局部磁源)的定向，但对于一些应用来说这可能并不十分准确。一组加速度计可提供3轴加速度数据。例如，可通过从加速度计数据标识出重力(竖直加速度/力)来导出基于加速度计的定向数据。
加速度计可包含基于硅微机械加工MEMS(微机电系统)技术的静电电容(电容耦合)加速度计、压电型加速度计、压阻型加速度计或任何其它合适的加速度计。
在本发明的具体实施例中，来自指向装置的额外IMU数据提供可连同来自便携式/固定系统的AOA数据一起整合的物理变量。例如，指向装置可整合陀螺仪角速度(一种类型的IMU数据)。
IMU传感器和物理变量的使用的列表在名为“用于确定和控制待控制的一件设备的方法；实施这些方法的装置、用法和系统(Methods for the determination andcontrol of a piece of equipment to be controlled；device,use and systemimplementing these methods)”的第10,068,463B2号美国专利中更详细地描述，所述专利出于所有目的以全文引用的方式并入本文中。
根据本发明的具体实施例，IMU数据可与到达角数据融合，以提供指向装置100的高度的精确估计以及指向装置100在水平平面上的位置的估计。例如，陀螺仪数据和到达角数据可使用卡尔曼滤波器与其它输入组合，如下文将描述。这可利用卡尔曼滤波器实现平滑IMU传感器数据(例如，来自陀螺仪)与到达角数据(无漂移)的优势两者的组合，如下文更详细地阐释。所述系统可包含存储指令的计算机可读介质，所述指令允许系统使用例如利用到达角技术计算的角度等几何参数来确定角速度。另外，所述系统能够从本文提及的例如重力传感器、磁强计和惯性测量单元等传感器收集传感器数据，并且通过使用所述传感器数据来确定角速度。另外，所述系统可存储有指令以执行传感器功能并且使用从所述系统中的不同源确定的角速度来确定指向装置的全局指向方向。
在本发明的具体实施例中，利用陀螺仪，取决于关于指向装置100的位置和定向的假设，可预测到达角系统将测量的结果。如果这两个信息源一致，则便携式装置的位置和定向假设可被认为是正确的。如果不一致，则可考虑便携式装置100的位置和定向的另一假设。卡尔曼滤波器是解决此类情况的一种方式。
图10示出用于融合来自多个输入源的数据以估计指向装置100的位置的流程图的示例，所述位置可表示指向装置对例如固定屏幕等指向目标的指向方向。
来自传感器的原始输入数据可融合以计算交互，例如在固定屏幕上投影的光标位置。根据本发明的具体实施例，原始输入数据可通过软件程序、专用硬件或专用硬件和软件的组合融合，从而实施卡尔曼滤波器管线。
以下段落描述根据本发明的具体实施例的用于融合来自多个输入源的数据以估计表示指向装置对固定屏幕等目标的指向方向的指向装置位置的配置。
卡尔曼滤波器管线可用于整合或融合各种不同观测结果(在性质、维度和置信度上不同)以获得例如指向装置100的移动对象的位置和定向的半最优估计值。
卡尔曼滤波器管线可包含先验估计值1001(未来通过预测步骤1002传播)与通过测量值进行的校正(由更新步骤1003实施)之间的折衷。
根据本发明的具体实施例，软件还可允许实时微调传感器内在参数以遵循校准值的改变。软件可利用传感器提供的信息中的冗余来舍弃异常值并增强估计值稳健性。
卡尔曼滤波器的特征在于，它可在存储器中保持最新估计，并且还保持与这种估计相关联的不确定性，因此，随着每次新的观测(伴随其自身的不确定性参数)，可在更新期间精确调整前一估计值与新信息源之间的折衷。更实际地，卡尔曼滤波器可通过协方差矩阵在其对角线上对每个维度的方差进行编码并且还可通过其非对角线参数将维度关联在一起的方式来编码这种不确定性。这样，就有可能确定一个维度的变化可如何影响其它维度(例如，位置校正应该如何影响最后的速度估计值)。
在本发明的具体实施例中，便携式装置天线可沿着指向装置100的纵向轴线对准。便携式装置100可被围封在壳体/外壳中，因此其内部的天线也可围封在壳体中。在这些实施例中，指向装置的纵向轴线可与指向装置的指向方向对准，并且天线可与天线的指向方向对准，如先前在本公开中描述。
在本发明的具体实施例中，指向装置可以是智能手机装置。根据本发明的具体实施例，存在用于智能手机装置的多个天线配置(其可用于其它类型的指向装置)。
根据本发明的具体实施例，智能手机可被配置成通过实施由软件和/或硬件组件实施的方法而充当指向装置。智能手机可理解为硬件消费型电子装置，其可通过安装用户应用程序进行配置，例如从“应用商店”安装用户应用程序。或者，可通过由制造商远程执行的操作软件升级来增强智能手机的功能。在本发明的具体实施例中，智能手机应用程序可被配置成使用来自已安装在智能手机中的UWB等芯片的数据。
例如，用户应用程序可用于通过将智能手机指向电视并沿手机所指方向在电视的屏幕上显示光标来控制电视。或者，代替显示光标，可基于智能手机的指向方向在电视屏幕上激活某个组件(例如，HTML5组件)。
在本发明的具体实施例中，可考虑人体工程学和生理考虑因素，以便提供舒适的观看体验。人体工程学和生理考虑因素可包含可能的眼疲劳、房间大小、屏幕大小、观看距离、分辨率等。例如，在系统包含屏幕的示例中，可针对优化的信噪比(SNR)配置所述系统以用于介于屏幕的对角线长度的1.5与2.5之间的观看距离。例如，对于55英寸(1.4米)的屏幕对角线，2.8米的观看距离将是对角线的两倍，处于1.5到2.5范围的中间。
在本发明的具体实施例中，可以各种方式解决关于系统元件的初始位置的不明确性。例如，初始位置对于系统可能是未知的。指向装置相对于指向目标的位置可以是要考虑的重要信息。例如，光标在屏幕上的投影可取决于指向装置在空间中的位置，而不仅仅是取决于指向装置的定向。
使用UWB感测系统的初始AOA估计值时，可能存在关于指向装置在空间中的位置的不明确性。图11示出两个指向装置100a和100b的示例(在此图示中是遥控器)，所述两个指向装置可测量相同AOA和到指向目标200上的标签1101的距离，但具有不同位置。这可能是个问题，因为这两个不同的位置可能会转换为屏幕上的两个不同的投影点p1和p2。因此，重要的是要考虑遥控器位置，以适当了解遥控器在屏幕上所指的内容。
一种可能性可以是设置任意的初始位置。以此方式，可假设指向装置的预定义初始位置，而不管用户的实际位置如何。例如，可假设用户的初始位置在x轴上。这种(错误的)假设在指向目标是电视的环境中是可接受的，并且用户通常以相同的位置观看电视。
另一种可能性可以是通过双击指向(two-shot pointing)确定初始位置，如图12中所示。例如，可向用户呈现提示以发起校准程序。提示可要求用户用指向装置指向指向目标上的两个不同位置。在图12的示例中，提示可呈现给用户，要求按顺序指向屏幕的每个侧向末端或屏幕上的其它位置处的两个不同标记(分别为标记1和标记2)的方向。
表示在指向两个标记时的指向方向的线之间的角度差(α或β)取决于指向装置100的位置。对于屏幕200与指向装置100之间的固定距离，指向装置越远离屏幕的中心，指向两个标记点之间的角度差就越小。在此图示中，α实际上大于β。
对于位于由屏幕表面限定的平面上的指向装置，此角度甚至可减小到零。此程序无需本文描述的UWB传感器系统即可运行。IMU角度估计尤其是在定向漂移可能不明显的此类短时间段内可能是足够的。
然而，此校准程序具有一些限制。首先，所述校准程序可允许估计遥控器的侧向性，但最多仅达到左右不明确性。这种左右不明确性可通过向用户询问用户位于哪一侧或通过将用户限制于指向他首先靠近(或远离)的标记来解决。但这会影响用户体验。其次，校准程序的准确性可能受到定向估计的准确性的影响。IMU给出的结果可能非常准确，但这些结果也可能使用户进行的指向误差累积。申请人进行的用户实验表明，用户认为他/她指向的点与用户实际指向的点之间存在很大差异。在从用户角度观看的屏幕大小较小的较大距离处，这些误差可极大地影响定位估计。最后，校准程序可能受到两个指向操作之间用户手的位置差异的影响。
在本发明的具体实施例中，找到所述位置可通过利用IMU定向估计来实现。以此方式，可执行替代校准程序。可向用户呈现提示以发起校准程序，要求用户从相对于屏幕表面的已知入射角指向屏幕方向。与前面的示例一样，屏幕被用作指向目标的非限制性示例。
图12示出给定远程距离和到达角的两个等同解，但实际上可能存在一组无限个可能位置。这些解都位于球体的表面(如果我们限制高度，则位于圆的轮廓)。这就是说，可能有两个指向装置在不同位置测量相同到达角和到屏幕上的标签或参考点的距离，但在这种情况下，所述指向装置的绝对定向将不同。此外，给定测量相同到达角的两个指向装置，并且给定它们在给定参考系中的定向和到标签的距离，有可能获取指向装置的位置。
根据参考本发明具体实施例描述的替代校准程序，可使用IMU来提供指向装置的定向感。获取位置可能仍存在两个问题。首先，IMU只能提供任意参考系中的定向，所述参考系不一定与其中屏幕的位置和定向已知的参考系(即，上面图12中定义的电视参考系)匹配。加速度计允许获取水平面的这一事实可部分地解决这个问题。其次，其余不明确性可发生在遥控器在其z(rb)轴上旋转之前。为了找到此旋转，可能需要对准阶段。可要求用户从已知位置指向屏幕标签的方向，以推断投影到水平面的指向装置的指向方向应与指向装置到屏幕轴线对准，从而允许计算缺失的对准旋转。上述程序也可用于获取初始化位置，并将指向装置屏幕方向与IMU方向相匹配。
在本发明的具体实施例中，可通过在指向目标侧添加例如UWB模块等额外模块来解决水平面上位置的不明确性。例如，有可能在屏幕上的不同位置添加新的UWB标签，并使用多点定位算法查找指向装置的位置。另一可能性是用UWB节点替换UWB标签，从而提供水平的天线间轴线。
如图13所示，UWB节点等节点可存在于UWB传感器系统的两侧，以例如计算水平面上的指向装置位置。图13示出包括双天线站1301和IMU1302的指向装置100，以及还包括双天线站1303的屏幕200。
在本发明的具体实施例中，可能需要关于指向装置高度的信息。可能难以估计指向装置相对于指向目标的高度。高度可理解为指向装置相对于电视屏幕等指向目标的竖直位置，或相反，可理解为电视屏幕在指向目标的参考系中的竖直位置(例如，电视在指向装置主体参考系中的仰角)。
返回参考图8B中的极坐标：
x：指向装置主体(“rb”)的指向方向
(x,y)：“rb”的水平面
Figure BDA0003761785380000201
：“rb”的方位角
θ：“rb”的仰角
可理解为高度信息的角度分量的仰角(θ)可缺失。在本发明的具体实施例中，可合理地假设指向装置滚动最小，因为大多数指向操作可通过使用指向装置的平移、俯仰旋转和横摆旋转来完成。然而，在此配置中(没有任何滚动)，AOA系统可能基本上仅描述到达角的方位角部分而不描述仰角。
例如，可将指向装置平放在水平面上，并指向标签(在屏幕的单天线或双天线站上)。在此配置中，两个节点天线可恰好同时接收信号而无相位差。通过在y轴上移动指向装置或改变其横摆度，一个节点天线可开始移动到比另一节点天线更靠近标签的位置，从而产生相位差以及因此在相对于指向装置的不同方位角的区分。然而，通过改变俯仰度或在z轴上移动指向装置，两个节点天线可始终与标签保持相等的距离，并且相位差恒定。在这种情况下，AOA系统无法给出关于指向目标相对于指向装置参考系的仰角的任何线索。这种不明确性可能会产生指向装置在空间中的高度以及例如屏幕上投影光标的高度方面的误差。
可估计指向装置的高度。或者可固定光标在屏幕上的高度(例如，事先知道屏幕上目标的高度，并要求用户将光标与目标对准)，然后IMU定向将允许计算遥控器的高度，或固定遥控器的高度(例如，要求用户将遥控器定位在特定高度)，然后IMU定向将允许计算屏幕上投影光标的高度。但无法同时计算两者：未充分确定系统。根据这些选项，可合理地固定遥控器在空间的高度。在具有关于用户行为(例如，坐着或站着)有合适假设的情况下，平均高度误差可以是可接受的。
在本发明的具体实施例中，可添加来自传感器的数据以用于高度测量或估计。例如，加速度计数据可用于导出仰角θ。作为另一示例，可使用一个或多个压力传感器来测量指向装置的高度。这些传感器可能会引入与温度和时间相关的待校正的其它误差因素。
根据本发明的具体实施例的校准程序可使用90°滚动。可向用户呈现提示以发起校准程序，要求用户以90°滚动持握遥控器。这可通过扭转持握遥控器的手来实现，这是一个足够简单的操作手势。在此类情形下，两个节点天线可被完全对准以测量电视相对于遥控器的仰角以及因此其高度。
根据上述内容，可在第一位置使用第一信号计算第一组几何参数，例如到达角，并且可在第二位置使用第二信号计算第二组几何参数。第一位置与第二位置之间的差异可通过滚动得出。例如，传感器可指示90滚动何时完成以门控何时接收第二信号，使得可确定新参数。
在本发明的具体实施例中，卡尔曼滤波器可用于校准程序和高度估计。可使用卡尔曼滤波器进行高度估计，并将其整合到融合算法中，从而允许在遥控器出现即使小的滚动时也立即进行机会性高度估计。用于数据融合的卡尔曼滤波器还可允许系统根据滚动量调节其收敛速度：大滚动时收敛到最优高度可比小滚动时更快。换句话说，可通过监测指向装置的定向变化来执行“隐式”或“机会性”校准。当指向装置沿其指向方向(x)旋转时，则即使旋转不是完全90°旋转，也可获得额外数据。例如，可通过卡尔曼滤波器处理这些额外数据，以导出仰角估计值(从而得出仰角)。
在本发明的具体实施例中，指向装置可包括额外天线，例如UWB天线，其被布置成使得指向装置的三个天线形成近似直角。这可提供一种方式来解决仰角θ的不明确性，而不需要基于手势的校准。因此，此类系统可解决不明确性，但需要额外的硬件组件(第三天线)。
在本发明的具体实施例中，在指向目标上或附近添加另外的(多个)天线，例如UWB天线。新天线的高度可能与其它天线不同。这可允许直接计算指向装置高度或指向目标相对于指向装置主体参考系的仰角。新天线可以例如UWB信标等信标的形式添加，其中指向目标上的单个天线处于不同高度，或通过将一个单天线站改变为具有竖直天线间轴线的双天线站来添加。
图14和图15可用于描述从例如UWB传感器等传感器的原始误差量化变到功能误差分析的性能预测模型。此模型允许使用例如原始UWB测量值等原始测量值预测指向装置的行为。
图14示出用于AOA角度估计的测量结果。在每个角度，测量的标准偏差由竖直条表示。在-80°和-90°处存在异常。实际上，对于重要角度，系统在识别哪个天线首先接收信号时可能会存在不明确性。然后，当这种现象开始出现时，所得角度可能会在两个端值之间交替。在-80°，这种不稳定性可解释为什么平均测得角度位于-80°与80°之间，标准偏差非常大。在-90°，不再存在不稳定性，但系统完全包裹了到达角，并且其符号现在已经改变。
出于性能分析目的，可排除这两个异常值。此外，如图13中所示，多个现象可影响角度测量的结果。距离0°越远，标准偏差越大。换句话说，指向目标偏离中心位置的程度越大，精度可能会降低。
下表汇总了在3米处测得的AOA结果。如表所示，标准偏差从到达角(AOA)为0°时的1.94°到在到达角为80°时的约9°各不相同。
Figure BDA0003761785380000221
Figure BDA0003761785380000231
准确性结果可混合，其中在中心和正角度处的结果总体更好，但在负角度处存在重大负偏差，在-70°处高达-18.61°，而在正70°处小于1°。
图15示出由UWB传感器系统在10Hz频率取样的30秒期间在例如指向目标中的标签与例如指向装置中的节点之间距离为3米的情况下进行的距离测量。所述测量考虑了0°的AOA和0°的遥控器俯仰。
均值周围的峰值变化大约等于5cm。标准偏差
Figure BDA0003761785380000234
这意味着如果将3σ视为最大偏差的量度，则所得最大偏差将为3σ＝5.73cm。
在本发明的具体实施例中，可使用功能性能预测模型(即，模拟)将测量误差转换为例如空气鼠标系统等系统的准确性和精度的估计值。
为了进行这种分析，用户可与电视x轴对准，而变量可以是到屏幕的距离。换句话说，模拟的结果通过远程指针的指向方向示出性能变化：
如果用户直接指向电视标签，则改变用户与屏幕之间的距离不会有任何影响。
只有当遥控器没有直接指向电视标签时，误差才可能存在并且可能随着偏离此方向的增加而放大。可预期的最大发散是用户指向屏幕的一个下角(距离标签约92cm)。
Figure BDA0003761785380000232
当屏幕x轴上的观看距离(用户与屏幕之间的距离)为2.8m(即，|pr|＝2.8米)时，结果为：
Figure BDA0003761785380000233
申请人注意到，UWB传感器系统提供的范围测量误差没有太大的功能影响，标准偏差在大多数情况下低于15cm。
根据本文中所描述的实施例的系统可用于各种应用中。例如，所述系统可用于控制电视、智能电视或家庭影院系统。指向装置可被配置为虚拟指针，其中指向方向的位置可被传送以在电视、智能电视或家庭影院系统的屏幕上显示。指向装置可被配置为远程控制器，其中指向装置的输出数据被转换成用于电视、智能电视或家庭影院系统的用户界面的控制输入。所述控制输入可通过现有物理通信接口(例如红外信号、无线信号)或通过应用程序编程接口(API)发送。
所述系统可用于控制具有各种不同输入机构的现有媒体系统。例如，一些媒体系统可由用户直接在媒体系统的界面上提供输入(例如，通过按下并入于媒体系统上的按钮，或通过触摸媒体系统的触摸屏)来控制。可将来自指向装置的数据提供给现有媒体系统的API或接收指向装置数据的连接的指向分析模块。
所述系统可用于在普适计算环境中控制电子组件。指向装置可用于使用多模式集成来控制电子组件，在多模式集成中，组合来自语音识别子系统、使用指向装置提供的数据的手势识别子系统和/或接收指向装置数据的指向分析系统的输入以确定用户想要控制的电子组件和期望的控制动作。
所述系统可用于控制视频游戏或娱乐系统。例如，所述系统可与家庭视频游戏系统一起使用，包含根据本发明的指向装置并利用所述指向装置作为具有包含位置感测在内的能力的无线手持游戏控制装置。所述指向装置可用作控制器装置，其中壳体由一只手持握，并且在此状态下，操作布置在指向装置壳体的上表面和下表面上的操作键和操作开关。
所述系统可用于在虚拟或物理3D环境中移动和控制光标、对象、角色或机械系统。例如，所述系统可被配置成将绝对或相对球坐标或笛卡尔坐标中的指向装置坐标发送到计算系统。根据具体实施例，指向装置的方向可用于计算由物理或虚拟表面或屏幕限定的相交表面中的2D坐标。
例如，本发明的具体实施例的目标是利用远程指针例如通过在屏幕上在指向方向与屏幕表面之间的相交区处显示光标来与远程屏幕或表面交互。其它形式的交互是可能的，例如解锁和控制连接到监视器或视频投影仪的远程计算装置、遥控智能电视、遥控连接到电视屏幕的机顶盒、基于指向的对象(真实或虚拟)的标识显示背景智能远程用户界面、基于远程指针的指向方向确定要控制的一件设备、基于远程指针的位姿或/和定向控制音频或视频播放。
例如，所述系统可用于控制电视、智能电视或家庭影院系统以及更一般的可控装置。所述指向装置可被配置为虚拟指针，其中指向方向与指向目标表面相交的位置被传送以在电视、智能电视或家庭影院系统的屏幕上显示。所述指向装置可被配置为远程控制器，其中便携式装置的输出数据被转换成用于电视、智能电视或家庭影院系统的用户界面的控制输入。所述控制输入可通过现有物理通信接口(例如红外信号、无线信号)发送。所述控制输入可被配置成通过可控装置的应用程序编程接口(API)进行交互。
在本发明的具体实施例中，所述指向装置可以是控制装置，并且所述指向目标可以是可控对象。所述指向装置可以是用于选择呈可控对象或广义上的通信对象形式的指向目标。将指向装置指向特定指向目标可在可控或通信对象与路由系统之间形成关联。然后，所述关联可用于将命令路由到当前关联的可控对象，或从当前关联的通信对象路由通信。例如，如果对象是例如电视之类的可控对象，则可在维持关联时将指向装置上从用户获得的命令路由到可控对象。作为另一示例，如果对象是通信对象，例如远程服务器上的天气服务，则在维持关联时，可将从远程服务器获得的通信路由到指向装置。以此方式，用户可基于指向装置在任何给定时间指向的位置从各种对象接收通信并向各种对象发送命令。
通过使指向装置指向给定目标而形成的对象关联也可用于通过在用户界面上呈现当前关联对象的控件来改变用户界面。可在指向装置上提供用户界面。例如，指向装置可包含触摸显示器，并且当关联形成时，可在触摸显示器上显示当前关联的可控对象的控件。当用户将指向装置指向电视时，触摸显示器可展示电视的频道和音量控制界面。当用户转动装置以指向灯时，触摸显示器可展示所述灯的亮度控制界面。
虽然已关于本发明的具体实施例详细地描述了本说明书，但应了解，所属领域的技术人员在获得对前述内容的理解之后可容易地构想出这些实施例的更改、变化和等同物。例如，尽管在本公开中使用了包括与指向轴线对准的两个天线的指向装置的示例，但多于两个的天线可与指向方向对准并参与到达角测量。尽管给出了UWB系统和组件的许多示例，但本文公开的概念同样适用于其它无线电技术。所属领域的技术人员可在不脱离本发明范围的情况下实施本发明的这些和其它修改和变型，本发明的范围在所附权利要求书中更具体地阐述。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种装置，包括：
指向方向；
一组天线，包含第一天线和第二天线；
惯性测量单元、重力传感器和磁强计中的至少一者；以及
一个或多个计算机可读介质，所述一个或多个计算机可读介质存储当在所述装置上执行时使得所述装置执行以下操作的指令：
在所述第一天线和所述第二天线处接收信号；
确定(i)由所述第一天线接收的所述信号与(ii)由所述第二天线接收的所述信号之间的差异；
使用所述差异确定(i)所述指向方向与(ii)所述信号的信号源方向之间的角度；
使用所述惯性测量单元、所述重力传感器和所述磁强计中的所述至少一者测量物理量；以及
使用所述角度和所述物理量确定所述装置的所述指向方向。
2.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述一个或多个计算机可读介质进一步存储当在所述装置上执行时使得所述装置执行以下操作的指令：
使用所述角度确定第一角速度测量值；
使用所述物理量确定第二角速度测量值；并且
其中对所述指向方向的所述确定使用所述第一角速度测量值和所述第二角速度测量值。
3.根据权利要求1所述的装置，其中：
使用所述角度和所述物理量对所述指向方向的所述确定使用传感器融合来进行。
4.根据权利要求3所述的装置，其中：
使用传感器融合对所述指向方向的所述确定使用卡尔曼滤波器管线。
5.根据权利要求3所述的装置，其中：
使用传感器融合对所述指向方向的所述确定使用线性二次估计。
6.根据权利要求1所述的装置，其中对所述指向方向的所述确定还包括：
确定所述装置的绝对位置；并且
其中所述物理量用于确定所述绝对位置。
7.根据权利要求1所述的装置，其中对所述指向方向的所述确定还包括：
确定所述装置的绝对位置；
其中所述物理量用于确定所述装置的高度；并且
其中所述角度和所述装置的高度用于确定所述装置的所述绝对位置。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个计算机可读介质进一步存储当在所述装置上执行时使得所述装置执行以下操作的指令：
在具有预定义幅度的所述物理量改变之后，在所述第一天线和所述第二天线处接收第二信号；
确定(i)由所述第一天线接收的所述第二信号与(ii)由所述第二天线接收的所述第二信号之间的第二差异；
使用所述第二差异确定(i)所述指向方向与(ii)所述信号的信号源方向之间的第二角度；并且
其中对所述装置的所述指向方向的所述确定使用所述角度和所述第二角度。
9.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述一组天线中的天线是超宽带天线。
10.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述指向方向由所述装置以物理方式界定。
11.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述装置是以下中的一者：空气鼠标、智能手机、智能遥控器和远程指针。
12.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述角度是指向角度；并且
所述一个或多个计算机可读介质进一步存储当在所述装置上执行时使得所述装置执行以下操作的指令：
基于所述指向方向标识指向目标。
13.一种系统，包括：
便携式装置，所述便携式装置具有指向方向和包含第一天线和第二天线的一组天线，并具有惯性测量单元、重力传感器和磁强计中的至少一者；
第三天线，所述第三天线与指向目标相关联；以及
一个或多个计算机可读介质，所述一个或多个计算机可读介质存储当由所述系统执行时使得所述系统执行以下操作的指令：
使用所述第三天线发送信号；
在所述第一天线和所述第二天线处接收所述信号；
确定(i)由所述第一天线接收的所述信号与(ii)由所述第二天线接收的所述信号之间的差异；
使用所述差异确定(i)所述指向方向与(ii)所述信号的信号源方向之间的角度；
使用所述惯性测量单元、所述重力传感器和所述磁强计中的所述至少一者测量物理量；以及
使用所述角度和所述物理量确定所述便携式装置的所述指向方向。
14.根据权利要求13所述的系统，还包括：
天线阵列，所述天线阵列包含所述第三天线；
其中所述一个或多个计算机可读介质进一步存储当由所述系统执行时使得所述系统执行以下操作的指令：
使用所述天线阵列发送一组信号；
确定(i)由所述第一天线接收的所述一组信号中的信号与(ii)由所述第二天线接收的所述一组信号中的所述信号之间的一组差异；并且
其中对所述指向方向的所述确定包含使用所述一组差异确定所述便携式装置的位姿和位置。
15.根据权利要求13所述的系统，其中：
使用所述角度和所述物理量对所述指向方向的所述确定使用传感器融合来进行。
16.根据权利要求15所述的系统，其中：
所述一个或多个计算机可读介质进一步存储当由所述系统执行时使得所述系统执行以下操作的指令：
使用所述角度确定第一角速度测量值；
使用所述物理量确定第二角速度测量值；并且
其中使用传感器融合对所述指向方向的所述确定使用所述第一角速度测量值和所述第二角速度测量值。
17.根据权利要求16所述的系统，其中：
使用传感器融合对所述指向方向的所述确定使用卡尔曼滤波器管线。
18.根据权利要求16所述的系统，其中：
使用传感器融合对所述指向方向的所述确定使用线性二次估计。
19.根据权利要求13所述的系统，其中对所述指向方向的所述确定还包括：
确定所述便携式装置的绝对位置；并且
其中所述物理量用于确定所述绝对位置。
20.根据权利要求13所述的系统，其中对所述指向方向的所述确定还包括：
确定所述便携式装置的绝对位置；
其中所述物理量用于确定所述便携式装置的高度；并且
其中所述便携式装置的所述角度和高度用于确定所述便携式装置的所述绝对位置。
21.根据权利要求13所述的系统，其中所述一个或多个计算机可读介质进一步存储当在所述便携式装置上执行时使所述便携式装置执行以下操作的指令：
在具有预定义幅度的所述物理量改变之后，在所述第一天线和所述第二天线处接收第二信号；
确定(i)由所述第一天线接收的所述第二信号与(ii)由所述第二天线接收的所述第二信号之间的第二差异；
使用所述第二差异确定(i)所述指向方向与(ii)所述信号的信号源方向之间的第二角度；
其中对所述便携式装置的所述指向方向的所述确定使用所述角度和所述第二角度。
22.根据权利要求13所述的系统，其中：
所述一组天线中的天线是超宽带天线。
23.根据权利要求13所述的系统，其中：
所述指向方向由所述便携式装置以物理方式界定。
24.根据权利要求13所述的系统，其中：
所述便携式装置是以下中的一者：空气鼠标、智能手机、智能遥控器和远程指针。
25.根据权利要求13所述的系统，其中：
所述角度是指向角度；并且
所述一个或多个计算机可读介质进一步存储当由所述系统执行时使得所述系统执行以下操作的指令：
基于所述指向角度标识所述指向目标上的位置。
26.一种由计算机实施其中每个步骤的方法，包括：
获得信号在第一天线上的第一样本和所述信号在第二天线上的第二样本，其中所述第一天线和所述第二天线在便携式装置上的一组天线中，并且其中所述便携式装置具有指向方向；
使用所述第一样本和所述第二样本确定差异；
使用所述差异确定(i)所述指向方向与(ii)所述信号的信号源方向之间的角度；
使用惯性测量单元、重力传感器和磁强计中的至少一者测量物理量；以及
使用所述角度和所述物理量确定所述便携式装置的所述指向方向。
27.根据权利要求26所述的方法，还包括：
使用所述角度确定第一角速度测量值；
使用所述物理量确定第二角速度测量值；并且
其中对所述指向方向的所述确定使用所述第一角速度测量值和所述第二角速度测量值。
28.根据权利要求26所述的方法，其中：
使用所述角度和所述物理量对所述指向方向的所述确定使用传感器融合。
29.根据权利要求28所述的方法，其中：
使用传感器融合对所述指向方向的所述确定使用卡尔曼滤波器管线。
30.根据权利要求26所述的方法，其中：
所述一组天线中的天线是超宽带天线。

Claims (30)

1.一种装置，包括：
指向方向；
一组天线，包含第一天线和第二天线；
惯性测量单元、重力传感器和磁强计中的至少一者；以及
一个或多个计算机可读介质，所述一个或多个计算机可读介质存储当在所述装置上执行时使得所述装置执行以下操作的指令：
确定(i)由所述第一天线接收的信号与(ii)由所述第二天线接收的所述信号之间的差异；
使用所述差异确定(i)所述指向方向与(ii)所述信号的信号源方向之间的角度；
使用所述惯性测量单元、所述重力传感器和所述磁强计中的所述至少一者测量物理量；以及
使用所述角度和所述物理量确定所述装置的所述指向方向。
2.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述一个或多个计算机可读介质进一步存储当在所述装置上执行时使得所述装置执行以下操作的指令：
使用所述角度确定第一角速度测量值；
使用所述物理量确定第二角速度测量值；并且
其中对所述指向方向的所述确定使用所述第一角速度测量值和所述第二角速度测量值。
3.根据权利要求1所述的装置，其中：
使用所述角度和所述物理量对所述指向方向的所述确定使用传感器融合来进行。
4.根据权利要求3所述的装置，其中：
使用传感器融合对所述指向方向的所述确定使用卡尔曼滤波器管线。
5.根据权利要求3所述的装置，其中：
使用传感器融合对所述指向方向的所述确定使用线性二次估计。
6.根据权利要求1所述的装置，其中对所述指向方向的所述确定还包括：
确定所述装置的绝对位置；并且
其中所述物理量用于确定所述绝对位置。
7.根据权利要求1所述的装置，其中对所述指向方向的所述确定还包括：
确定所述装置的绝对位置；
其中所述物理量用于确定所述装置的高度；并且
其中所述角度和所述装置的高度用于确定所述装置的所述绝对位置。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个计算机可读介质进一步存储当在所述装置上执行时使得所述装置执行以下操作的指令：
确定(i)由所述第一天线接收的第二信号与(ii)由所述第二天线接收的所述第二信号之间的第二差异；
使用所述第二差异确定(i)所述指向方向与(ii)所述信号的信号源方向之间的第二角度；并且
其中对所述装置的所述指向方向的所述确定使用所述角度和所述第二角度，并且使用所述物理量来门控所述第一天线和所述第二天线何时接收所述第二信号。
9.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述一组天线中的天线是超宽带天线。
10.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述指向方向由所述装置以物理方式界定。
11.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述装置是以下中的一者：空气鼠标、智能手机、智能遥控器和远程指针。
12.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述角度是指向角度；并且
所述一个或多个计算机可读介质进一步存储当在所述装置上执行时使得所述装置执行以下操作的指令：
基于所述指向方向标识指向目标。
13.一种系统，包括：
便携式装置，所述便携式装置具有指向方向和包含第一天线和第二天线的一组天线，并具有惯性测量单元、重力传感器和磁强计中的至少一者；
第三天线，所述第三天线与指向目标相关联；以及
一个或多个计算机可读介质，所述一个或多个计算机可读介质存储当由所述系统执行时使得所述系统执行以下操作的指令：
使用所述第三天线发送信号；
确定(i)由所述第一天线接收的所述信号与(ii)由所述第二天线接收的所述信号之间的差异；
使用所述差异确定(i)所述指向方向与(ii)所述信号的信号源方向之间的角度；
使用所述惯性测量单元、所述重力传感器和所述磁强计中的所述至少一者测量物理量；以及
使用所述角度和所述物理量确定所述便携式装置的所述指向方向。
14.根据权利要求13所述的系统，还包括：
天线阵列，所述天线阵列包含所述第三天线；
其中所述一个或多个计算机可读介质进一步存储当由所述系统执行时使得所述系统执行以下操作的指令：
使用所述天线阵列发送一组信号；
确定(i)由所述第一天线接收的所述一组信号中的信号与(ii)由所述第二天线接收的所述一组信号中的所述信号之间的一组差异；并且
其中对所述指向方向的所述确定包含使用所述一组差异确定所述便携式装置的位姿和位置。
15.根据权利要求13所述的系统，其中：
使用所述角度和所述物理量对所述指向方向的所述确定使用传感器融合来进行。
16.根据权利要求15所述的系统，其中：
所述一个或多个计算机可读介质进一步存储当由所述系统执行时使得所述系统执行以下操作的指令：
使用所述角度确定第一角速度测量值；
使用所述物理量确定第二角速度测量值；并且
其中使用传感器融合对所述指向方向的所述确定使用所述第一角速度测量值和所述第二角速度测量值。
17.根据权利要求16所述的系统，其中：
使用传感器融合对所述指向方向的所述确定使用卡尔曼滤波器管线。
18.根据权利要求16所述的系统，其中：
使用传感器融合对所述指向方向的所述确定使用线性二次估计。
19.根据权利要求13所述的系统，其中对所述指向方向的所述确定还包括：
确定所述便携式装置的绝对位置；并且
其中所述物理量用于确定所述绝对位置。
20.根据权利要求13所述的系统，其中对所述指向方向的所述确定还包括：
确定所述便携式装置的绝对位置；
其中所述物理量用于确定所述便携式装置的高度；并且
其中所述便携式装置的所述角度和高度用于确定所述便携式装置的所述绝对位置。
21.根据权利要求13所述的系统，其中所述一个或多个计算机可读介质进一步存储当在所述便携式装置上执行时使所述便携式装置执行以下操作的指令：
确定(i)由所述第一天线接收的第二信号与(ii)由所述第二天线接收的所述第二信号之间的第二差异；
使用所述第二差异确定(i)所述指向方向与(ii)所述信号的信号源方向之间的第二角度；
其中对所述便携式装置的所述指向方向的所述确定使用所述角度和所述第二角度，并且使用所述物理量来门控所述第一天线和所述第二天线何时接收所述第二信号。
22.根据权利要求13所述的系统，其中：
所述一组天线中的天线是超宽带天线。
23.根据权利要求13所述的系统，其中：
所述指向方向由所述便携式装置以物理方式界定。
24.根据权利要求13所述的系统，其中：
所述便携式装置是以下中的一者：空气鼠标、智能手机、智能遥控器和远程指针。
25.根据权利要求13所述的系统，其中：
所述角度是指向角度；并且
所述一个或多个计算机可读介质进一步存储当由所述系统执行时使得所述系统执行以下操作的指令：
基于所述指向角度标识所述指向目标上的位置。
26.一种由计算机实施其中每个步骤的方法，包括：
获得信号在第一天线上的第一样本和所述信号在第二天线上的第二样本，其中所述第一天线和所述第二天线在便携式装置上的一组天线中，并且其中所述便携式装置具有指向方向；
使用所述第一样本和所述第二样本确定差异；
使用所述差异确定(i)所述指向方向与(ii)所述信号的信号源方向之间的角度；
使用惯性测量单元、重力传感器和磁强计中的至少一者测量物理量；以及
使用所述角度和所述物理量确定所述便携式装置的所述指向方向。
27.根据权利要求26所述的方法，还包括：
使用所述角度确定第一角速度测量值；
使用所述物理量确定第二角速度测量值；并且
其中对所述指向方向的所述确定使用所述第一角速度测量值和所述第二角速度测量值。
28.根据权利要求26所述的方法，其中：
使用所述角度和所述物理量对所述指向方向的所述确定使用传感器融合。
29.根据权利要求28所述的方法，其中：
使用传感器融合对所述指向方向的所述确定使用卡尔曼滤波器管线。
30.根据权利要求26所述的方法，其中：
所述一组天线中的天线是超宽带天线。
CN202180010812.2A 2020-01-31 2021-01-28 低剖面指向装置传感器融合 Pending CN115053204A (zh)

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