一种基于UWB的数字钥匙开闭锁判定方法及智能门锁系统

本发明属于通信，涉及智能门锁技术，具体涉及一种基于uwb的数字钥匙开闭锁判定方法及智能门锁系统。

背景技术：

1、数字钥匙技术带来了极大的便利性和一定的安全性，开始应用于车门或房门的开闭控制，但现有数字钥匙技术多以蓝牙进行数据交互，并以此实现对数字钥匙的定位，但位置感知精度不高，不能准确判定数字钥匙在房间内外或车辆内外，且易被中继攻击，存在安全漏洞。

2、智能手机、手表等电子设备逐渐的搭载蓝牙技术、近场通信技术、uwb技术等，推动了数字钥匙和智能门锁的发展，数字钥匙技术具有了较高的位置感知精度和安全性，但仍存在数字钥匙门内外位置误判定的问题，进而导致智能门锁误开锁、数字钥匙被锁房间内或车内。

3、超宽带（ultra wide band，uwb）技术是一种无线载波通信技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。uwb技术具有系统复杂度低，发射信号功率谱密度低，对信道衰落不敏感，截获能力低，定位精度高等优点，尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入。

4、公号为cn109993868a的中国专利公开了利用移动终端通过远程通信向智能门锁发送开锁信息，并检测移动终端是否在智能门锁近场通信范围，如果远程通信验证与近场通信验证均合法，则智能门锁触发开锁。但此专利近场端仅判定数字钥匙是否在智能门锁一定半径范围内，无法准确判定数字钥匙的门内外位置，同时远程通信使用的互联网与wifi等通信技术易被中继攻击。

5、公号为cn205845116u的中国专利公开了一种具有pke智能卡内外识别功能的智能锁系统，其主要通过对比门内外接收信号强度的大小来判定智能卡的门内外位置，即智能卡一侧的天线接收信号强度要大于另一侧天线接收到的信号强度。但由于门所处地理环境一般较为复杂，无线信号会被门外墙壁反射、被地面反射、穿透门被门后物体反射等，即无线传输信道必然为多径信道，反射信号会对直射信号形成干涉，多径衰落由此产生，门内外接收信号强度也会因此改变，这也可能导致该系统在实际应用中产生门内外位置识别错误的问题，出现无法开锁或将数字钥匙锁入房内或车内的情况。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的缺陷，本发明公开了一种基于uwb的数字钥匙开闭锁判定方法及智能门锁系统。

2、本发明所述基于uwb的数字钥匙开闭锁判定方法，包括以下步骤：

3、步骤s1：数字钥匙和智能门锁配对，配对成功则唤醒通信模块并进入步骤s105；

4、步骤s105：状态感知，智能门锁感知当前门的开闭状态，处于关闭状态则进入步骤s106,否则终止或等待直至门处于关闭状态；

5、步骤s106：测距发起，智能门锁发起uwb双向通信测距；

6、步骤s107：测距回复，数字钥匙回复uwb双向通信测距；

7、步骤s108：测距处理，对步骤s107中的uwb双向通信测距回复信号进行cir获取与cfar目标检测；得到门内侧和门外侧的cir信号首径峰值；

8、步骤s109：距离解算，步骤s107完成后，智能门锁进行距离解算，得到数字钥匙和智能门锁之间的距离；

9、步骤s110：首径峰值比对，对步骤s108处理后的内外侧天线uwb信号的cir首径峰值进行对比；

10、步骤s111：位置判定，

11、根据步骤s110检测的对比内外侧天线接收信号cir首径峰值大小判定数字钥匙门内外位置，若外侧天线首径峰值大于内侧天线首径峰值，判定数字钥匙位于门外，否则，判定数字钥匙位于门内；

12、步骤s112：开闭锁执行，

13、根据步骤s109解算的距离是否在限制距离范围内以及步骤s111判定的数字钥匙门外位置时执行开闭锁；

14、具体为：数字钥匙和智能门锁所测距离满足限制距离范围，且判定数字钥匙在门外，则执行开闭锁；其他情况下则不执行开闭锁。

15、优选的，所述步骤108的cfar检测中，设定保护单元个数初值m为2，设定参考单元个数初值n为20，设定恒虚警率为1e-6，尺度因子计算值为19.9。

16、优选的，所述步骤s109中,智能门锁根据uwb双向通信测距的uwb信号飞行时间tof进行距离解算，具体为：

17、将智能门锁端发送和接收信号的时间间隔记为t1，数字钥匙端接收和发送信号的时间间隔记为t2，则uwb信号的飞行时间ttof=(t1-t2)/2，则智能门锁与数字钥匙之间的距离d=c*ttof；c为光速。

18、优选的，所述步骤s1包括以下步骤：

19、步骤s101：发起连接，数字钥匙发起与智能门锁建立通信连接；

20、步骤s102：数字钥匙唤醒，唤醒方式为以下任意一种；

21、唤醒方式1：门外闭锁者向智能门锁的开闭锁感应器发出开闭锁指令，智能门锁将开闭锁指令传输给数字钥匙，数字钥匙接收开闭锁指令并发送自身身份信息，同时唤醒数字钥匙的uwb模块；

22、唤醒方式2：门外闭锁者通过数字钥匙发起开闭锁指令，数字钥匙向智能门锁发送开闭锁信号和自身身份信息并唤醒数字钥匙的uwb模块；

23、步骤s103：身份配对，智能门锁验证数字钥匙的身份信息是否与智能门锁预置的身份信息相匹配，完全一致认为匹配合格，则进入步骤104，否则终止进程。

24、步骤s104：智能门锁唤醒，智能门锁接收目标数字钥匙的开闭锁信号，智能门锁的uwb模块被唤醒。

25、优选的，所述步骤s101至s104 中，数字钥匙与智能门锁均包括ble模块并通过ble模块建立通信连接，并由ble模块唤醒uwb模块。

26、优选的，所述步骤s112中所述的其他情况下，如果智能门锁接收到开锁信号，且判定数字钥匙在门内，则不执行开锁；如果智能门锁接收到闭锁信号，但判定数字钥匙位于门内，则不执行闭锁。

27、一种基于uwb的智能门锁系统，包括智能门锁和数字钥匙，所述数字钥匙包括信息输入模块、ble模块、uwb模块；

28、其中，信息输入模块用于输入开闭锁信息及存储数字钥匙身份信息，ble模块用于发送包含身份信息的开锁或开闭锁信号并唤醒智能门锁；uwb模块用于发送uwb双向通信测距回复；

29、智能门锁包括主控模块、开开闭锁信号输入模块、ble模块、uwb模块、外侧天线、内侧天线、开闭锁模块、电源模块；

30、其中，主控模块用于执行所述方法；感应开关用于感知门的开、闭状态；开开闭锁信号输入模块用于输入开、开闭锁信号以及预置身份信息；ble模块用于接收包含身份信息的开锁或开闭锁信号及唤醒uwb模块；uwb模块用于发起uwb双向通信测距；外侧天线、内侧天线用于发送或接收uwb信号；开闭锁模块用于执行开锁或闭锁。

31、优选的，所述uwb模块包括：

32、信号接收器，用于接收脉冲信号并记录信号的到达时间；

33、信号发射器，发射脉冲信号并记录信号发射时间；

34、时钟发生器，提供uwb模块所需要的时钟信号；

35、主机接口，与终端主机相连，进行信号寄存与处理；

36、状态控制器，调节a/d转换器和天线开关k；

37、还包括与各个模块连接的a/d转换器，用于数字信号与模拟信号的转换。

38、优选的，所述内侧天线、外侧天线分别布设于安装有智能门锁的门的内侧和外侧，且内侧天线和外侧天线之间设置有金属隔离板。

39、优选的，所述数字钥匙的实现方式为安装有uwb模块和ble模块的智能手机通过安装软件实现。

40、优选的。

41、本发明所述基于uwb的数字钥匙开闭锁判定方法及智能门锁系统的有益效果如下：

42、1．智能门锁根据对接收的uwb测距信号cir中首径峰值大小对比来准确判定数字钥匙是在门内还是门外，能够在实际应用场景形成的多径环境下防止智能门锁被误开或者数字钥匙被误锁在门内。

43、2．数字钥匙和智能门锁平时都处于ble模块工作的低功耗状态，可以有效地增加数字钥匙和智能门锁电池的工作时长。

44、3．数字钥匙和智能门锁之间通过距离测量感知两者之间的实际距离，能够防止长距离下的网络中继攻击，提高智能门锁的安全性。

45、4．本发明所述数字钥匙可利用智能手机的uwb与ble等模块通过加载应用软件将手机作为数字钥匙，无需另制实体数字钥匙，既节约成本，又便于随身携带。