精确跟踪移动设备以有效地通过移动设备来控制其他设备制造技术

技术编号:18611918 阅读:3 留言:0更新日期:2018-08-04 23:22
一种用于追踪移动设备的方法、系统和计算机程序产品。估计移动设备的参考位置以及移动设备与另一设备之间的频率偏移。然后从接收机在不同频率采样。获取的信号与伪发送信号混合。基于当前位置处的混合信号的频率变化、移动设备的速度和估计的频率偏移来计算移动设备与另一设备之间的相对距离。使用参考位置和计算的相对距离来确定移动设备与其他设备之间的绝对距离。然后基于移动设备的速度和确定的绝对差值来确定移动设备的位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】精确跟踪移动设备以有效地通过移动设备来控制其他设备相关申请的交叉引用本申请要求于2015年12月4日提交的、名称为“精确跟踪移动设备以有效地通过移动设备来控制其他设备(ACCURATELYTRACKINGAMOBILEDEVICETOEFFECTIVELYENABLEMOBILEDEVICETOCONTROLANOTHERDEVICE)”的62/263,411号美国临时专利申请的优先权,其全部内容通过引用并入本文。
本专利技术总体上涉及移动设备,具体而言,涉及精确跟踪移动设备(例如,智能电话,智能手表)以有效地通过该移动设备来控制另一设备(例如游戏控制台,虚拟现实/增强现实设备,智能家电,智能电视)。
技术介绍
用户目前需要新的方式来进行交互和控制诸如视频游戏控制台,虚拟现实(VR)/增强现实(AR)设备和智能电器的设备。例如,交互式视频游戏(即,通过做动作来玩的游戏)在全世界日益流行。然而,许多视频游戏玩家对视频游戏中的现有跟踪技术不满意:(1)他们经常抱怨现有技术的跟踪准确性,和(2)粗粒度的跟踪准确性也使得现有的互动游戏仅限于运动和跳舞游戏,这些游戏需要大量运动,而许多玩家享受更多细粒度的运动游戏,比如射击游戏。另外,虚拟现实(VR)和增强现实(AR)正变得越来越流行。影响其成功和潜力的主要因素之一是需要有一个易于使用的用户界面。VR/AR的当前界面相当受限(例如,依靠敲击,滑动或语音识别)。这大大限制了它的潜在应用。而且,智能电器正变得越来越流行。例如,智能电视提供了丰富的控制,用户需要能轻松控制智能电视,这一点非常重要。越来越多的设备将变得更加智能,并且可以让用户远程控制它们。由于诸如智能电话和智能手表之类的移动设备变得无处不在,因此它们可能充当通用控制器。为了将移动设备用作有效的控制器,其移动应该被非常精确地跟踪,例如误差在一厘米以内。虽然在定位和跟踪方面已经做了大量的工作,但是现有技术在实现以下方面存在不足:(1)高精确度(例如毫米级准确度),(2)响应性(例如,几十毫秒内),(3)在不同环境下的鲁棒性,(4)几乎不需要校准,以及(5)仅需使用现有的硬件。
技术实现思路
在本专利技术的一个实施例中,一种用于追踪移动设备的方法包括估计移动设备的参考位置。该方法进一步包括从移动设备的参考位置计算移动设备与另一设备之间的相对距离变化。该方法还包括由处理器使用参考位置和计算的相对距离改变来确定移动设备与另一设备之间的绝对距离。上述方法的其他形式的实施例包括一个移动设备和一个计算机程序产品。前面相当概括地描述了本专利技术的一个或多个实施例的特征和技术优点,以便可以更好地理解随后的本专利技术的详细描述。下面将描述本专利技术的更多的特征和优点,其可形成本专利技术的权利要求的主题。附图说明当结合以下附图考虑下面的详细描述时,可以更好地理解本专利技术,其中:图1示出了根据本专利技术实施例配置的系统;图2示出了根据本专利技术实施例的移动设备的硬件配置;图3示出了根据本专利技术实施例的受控设备的硬件配置;图4A-4B是根据本专利技术实施例的用于非常准确地跟踪移动设备的移动的方法的流程图;图5示出了根据本专利技术实施例的线性调频信号,其频率从fmin线性增加到fmax;图6示出了根据本专利技术实施例的接收到的和传输的线性调频脉冲信号之间的互相关示例;图7示出了根据本专利技术实施例的估计参考位置;和图8A-8B是根据本专利技术实施例的检测到的FMCW峰值(Hz)相对于时间的曲线图。具体实施方式如下面所讨论的,本专利技术提供了一种用于允许移动设备(例如,智能电话)的用户通过简单地移动该移动设备来控制另一设备(例如,视频游戏控制台)的技术。本专利技术的独特特性在于它可以使用现有的硬件,同时实现高精度和易用性。具体而言,被控制的设备(例如,游戏机,VR/AR耳机,智能电器)配备有多个扬声器。扬声器发出移动设备接收到的声音。基于接收到的声音,使用一种新的调频连续波形(FMCW)方法,并利用音频信号的多普勒频移,可以跟踪移动设备的移动。多普勒效应是一种已知的现象,其中信号的频率随着发送者或接收者的移动而改变。通过跟踪频移量,可以估计移动速度,基于该速度可以进一步估计移动设备与待控制设备之间的距离以及移动设备的位置。本专利技术的新FMCW方法允许使用“啁啾”信号准确地估计音频信号的传播延迟。与现有FMCW相比,本专利技术的方法有几大重要进展,例如(1)支持分离的和非同步的发送者和接收者,(2)考虑到了移动对混合信号中频移量的影响,而现有方案都假定节点是静态的,并且(3)估计基准位置,基于该基准位置实时导出移动设备的绝对后续位置。此外,还开发了一个有效的优化框架,该框架结合了多普勒频移和FMCW在多个时间间隔上进行估计以实现追踪的高精度。此外,来自惯性测量单元(IMU)传感器(例如,加速度计和陀螺仪)的测量值可以与音频信号组合以进一步提高准确度。在以下描述中,描述了各种实施例。为了解释的目的,阐述了具体配置和细节以便提供对实施例的透彻理解。对于本领域技术人员而言显而易见的是,可以在没有这里描述的具体细节的情况下实践本专利技术。此外,可以省略或简化众所周知的特征,以便不模糊实施例描述。注意,这里使用的术语“地标”是指信号的“发送器”(例如,扬声器)或信号的“接收器”(例如,麦克风)。现在详细参考附图,图1示出根据本专利技术实施例配置的系统100。参照图1,系统100包括一个移动设备101,被配置为用来控制另一个设备102(“受控设备”)(例如,游戏控制台,虚拟现实/增强现实设备,智能电器,智能电视)。移动设备101可以是具有麦克风的任何移动计算设备(例如,个人数字助理(PDA),智能电话,移动电话,导航设备,互联网设备等)以将声音(例如,来自受控设备102的扬声器的音频信号)转换成电信号。下面结合图2提供移动设备101的一个实施例的硬件配置的更详细描述。受控设备102可以是可由移动设备101控制的任何电子设备,其中受控设备102包含两个或更多个扬声器103A-103B(在图1中分别标识为“扬声器A”和“扬声器B”)。扬声器103A-103B可以共同或单独地分别被称为扬声器103。尽管图1示出了两个扬声器103A,103B,但受控设备102可以包含任意数量的扬声器103。下面结合图3提供受控设备102的硬件配置的更加详细的描述。根据需求,麦克风和扬声器位置可以互换。现在参考图2,图2示出了代表用于实践本专利技术的硬件环境的移动设备101(图1)的硬件配置。参照图2,移动设备101具有通过系统总线202耦合到各种其他组件的处理器201。操作系统203在处理器201上运行并提供控制和协调图2的各种组件的功能。根据结合操作系统203运行本专利技术的原理,并向操作系统203提供调用,其中这些调用实现了将由应用204执行的各种功能或服务。例如,应用程序204可以包括用于跟踪移动设备101以有效地使移动设备101能够控制受控设备102的程序,如以下结合图4A-4B,5-7和8A-8B进一步讨论的。移动设备101还包括连接到总线202的存储器205,被配置为控制移动设备101的其他功能。存储器205通常被集成为移动设备101电路的一部分,但是在一些实施例中,可以包括可移动存储器,诸如可移动磁盘存储器,集成电路(IC)存储器,本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种用于追踪移动装置的方法,所述方法包括:估计移动设备的参考位置;计算移动设备与另一个设备之间的相对距离变化;用参考位置和计算的相对距离的变化来确定移动设备与另一设备之间的绝对距离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.04 US 62/263,4111.一种用于追踪移动装置的方法,所述方法包括:估计移动设备的参考位置;计算移动设备与另一个设备之间的相对距离变化;用参考位置和计算的相对距离的变化来确定移动设备与另一设备之间的绝对距离。2.如权利要求1所述的方法,还包括:在一段时间内从接收器接收的信号在各种频率采样;将取出的信号与伪发送信号混合。3.如权利要求2所述的方法,还包括:用所述移动设备与另一设备之间的混合信号的频率变化计算两者之间的相对距离变化。4.如权利要求2所述的方法,还包括:估计所述移动设备和所述另一个设备之间的频率偏移;并基于当前位置处的混合信号的频率变化,所述移动设备的速度,以及所述移动设备与所述另一设备之间的频率偏移计算所述移动设备与所述另一设备之间的所述相对距离变化。5.如权利要求1所述的方法,还包括:用另一设备的位置,移动设备与另一设备的相对速度,和移动设备与另一设备之间的绝对距离来确定移动设备的位置。6.如权利要求5所述的方法,还包括:利用所述移动设备和所述另一个设备之间的绝对距离和所述移动设备的速度来构建优化问题确定所述移动设备的位置使得最小化误差。7.如权利要求6所述的方法,还包括:构建优化问题确定所述移动设备的所述位置使得最小化误差,其中误差包括与所述移动设备惯性测量传感器的测量值的差值。8.如权利要求2所述的方法,还包括:在所述取出的样本中执行快速傅立叶变换以提取频率;估计在一个或多个频率范围内的所述提取的频率中的频移;并将所述估计的频移转换为所述移动设备的速度。9.如权利要求8所述的方法,还包括:通过去除异常值并对剩余的估计频移进行平均来产生最终的频移估计。10.如权利要求2所述的方法,还包括:当用户来回移动移动设备穿过另一设备上的地标时确定多普勒频移改变其符号的时间,基于所述另一设备的不同地标之间的距离及所述移动设备与所述另一设备的不同地标的相对距离之差来估计移动设备在多普勒频移改变其符号的时间点的参考位置。11.如权利要求10所述的方法,还包括:对所述混合信号的快速傅里叶变换,确定峰值频率,用峰值频率来估计移动设备与另一设备的不同地标之间的相对距离之差;并计算来自所述另一设备上的每个地标的信号的峰值频率之间的差值。12.如权利要求2所述的方法,还包括:对混合信号进行快速傅立叶变换来确定峰值频率,用峰值频率来计算移动设备与另一设备上的每个扬声器之间的距离的差值。13.如权利要求2所述的方法,还包括:通过以下步骤识别来自所述另一设备的信号的峰值频率:估计所述混合信号的自相关矩阵;对所述混合信号自相关矩阵进行特征值分解;将从所述混合信号的所述自相关矩阵特征值分解获得的特征向量按照对应的特征值的大小的降序排序;用第1至第n大的特征值所对应的特征向量定义的空间,其中n<M,M是所述自相关矩阵的阶数;用由剩余特征向量来形成噪声空间矩阵;使用所述信号空间矩阵和所述噪声空间矩阵来定义所述混合信号的伪频谱;和确定所述混合信号的所述伪频谱中的峰值频率;用峰值频率计算移动设备与另一设备的相对距离变化。14.一种用于跟踪移动设备的计算机程序产品,所述计算机程序产品包括具有用其体现的程序代码的计算机可读存储介质,所述程序代码包括以下操作的程序指令:估计移动设备的参考位置;计算移动设备与另一个设备之间的相对距离变化;用参考位置和计算的相对距离的变化来确定移动设备与另一设备之间的绝对距离。15.如权利要求14所述的计算机程序产品,其中所述程序代码还包括以下的编程指令:在一段时间内从接收器接收的信号在各种频率采样;将取出的信号与伪发送信号混合。16.如权利要求15所述的计算机程序产品,其中所述程序代码还包括以下的编程指令:用所述移动设备与另一设备之间的混合信号的频率变化计算两者之间的相对距离变化。17.如权利要求15所述的计算机程序产品,其中所述程序代码还包括用于以下操作的编程指令:估计所述移动设备和所述另一个设备之间的频率偏移;并基于当前位置处的混合信号的频率变化,所述移动设备的速度,以及所述移动设备与所述另一设备之间的频率偏移计算所述移动设备与所述另一设备之间的所述相对距离变化。18.如权利要求17所述的计算机程序产品,其中所述程序代码还包括:用另一设备的位置,移动设备与另一设备的相对速度,和移动设备与另一设备之间的绝对距离来确定移动设备的位置。19.如权利要求18所述的计算机程序产品,其中,所述程序代码还包括用于以下操作的编程指令:利用所述移动设备和所述另一个设备之间的绝对距离和所述移动设备的速度来构建优化问题确定所述移动设备的位置使得最小化误差。20.如权利要求19所述的计算机程序产品,其中,所述程序代码还包括用于以下操作的编程指令:构建优化问题确定所述移动设备的所述位置使得最小化误差,其中误差包括与所述移动设备惯性测量传感器的测量值的差值。21.如权利要求15所述的计算机程序产品,其中,所述程序代码还包括用于以下操作的编程指令:在所述取出的样本中执行快速傅立叶变换以提取频率;估计在一个或多个频率范围内的所述提取的频率中的频移;并将所述估计的频移转换为所述移动设备的速度。22.如权利要求21所述的计算机程序产品,其中所述程序代码还包括用于以下操作的程序指令:通过去除异常值并对剩余的估计频移进行平均来产生最终的频移估计。23.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员:邱锂力毛文广
申请(专利权)人:德克萨斯大学系统董事会
类型:发明
国别省市:美国,US

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