CN103339524A - 用于确定在乘客舱内部标识器的存在的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于确定在诸如汽车(1)的乘客舱(2)之类的乘客舱(2)内部的标识器(7、7’)的存在的系统,其包括:固定的传送器(3),与所述乘客舱(2)相关联,并包括至少一个收发器(4)和至少一个处理单元;至少一个移动标识器(7、7’),包括收发器(8、8’)和处理单元(9、9’),其中传送器(3)和标识器(7、7’)的相应收发器(4、8、8’)能够交换无线信号,其特征在于:所述系统包括比较装置,所述比较装置能够将来自所述标识器(7、7’)且由传送器(3)接收的信号与所述乘客舱(2)内部的至少一个签名特性相比较,其中所述标识器(7、7’)被认为当所述比较装置输出肯定的比较结果时位于所述乘客舱(2)内部。
Description
技术领域
本发明的技术领域是用于标识以及用于控制对乘客舱(诸如机动车的乘客舱)的访问的系统的技术领域。更具体地,本发明涉及用于确定在这样的乘客舱内部标识器的存在的系统。
背景技术
在用于车辆的标识系统的领域中,使车辆配备有包括收发器的固定传送器从而使得通过无线传送与自身装配有兼容收发器的移动标识器进行通信成为可能是公知常识。无线传送目前在LF或RF频带上以无线方式执行。为了确定标识器在乘客舱内部还是外部,这样的布置可以困难地定位标识器。至少,这样的检测使得必须在链接到车辆的片段中具有处于乘客舱内部的至少一个收发器或至少一个天线以及处于乘客舱外部的至少一个收发器或至少一个天线。在实践中,一些系统包括多于六个天线。
发明内容
本发明提出了产生用于通过针对链接到车辆的片段使用仅一个收发器和仅一个天线确定标识器的存在和在相对于乘客舱的内部和外部之间进行鉴别的系统。
本发明的主题是一种用于确定在乘客舱(诸如机动车的乘客舱)内部标识器的存在的系统,其包括:固定的传送器,与所述乘客舱相关联,包括至少一个收发器和至少一个处理单元;至少一个移动标识器,包括收发器和处理单元,传送器和标识器的所述相应收发器能够交换无线信号,所述系统还包括:比较装置,能够将源自所述标识器、由传送器接收的信号与所述乘客舱内部的至少一个特性签名相比较,所述标识器被假定为当所述比较装置返回肯定的比较结果时位于所述乘客舱内部。
根据本发明的另一个特征,所述系统还包括存储装置,所述存储装置能够记录特性签名,所述特性签名是基于源自被放置在所述乘客舱内部的给定点处的标识器的由传送器接收的信号来预先确定的。
根据本发明的另一个特征,所述系统还包括预处理装置,所述预处理装置能够预处理特性签名以便确定最小/最大范围,并且其中如果源自所述标识器的信号根据至少等于给定接受阈值的比例而被包括在特性签名的所述最小/最大范围中,则所述比较装置能够返回肯定的比较结果。
根据本发明的另一个特征,所述系统还包括:归一化装置,能够作为与接收信号功率电平测量成反比的函数,对接收信号的功率进行归一化。
根据本发明的另一个特征,所述系统还包括:测量装置,能够测量传送器和标识器之间的距离;判定装置,能够执行以下处理:如果所述距离小于第一阈值R1,则假定标识器位于内部,如果所述距离大于第二阈值R2,则假定标识器位于外部,如果所述距离处于所述第一阈值R1和所述第二阈值R2之间,则将源自所述标识器、由传送器接收的信号传送到比较装置,以用于与所述乘客舱内部的至少一个特性签名相比较。
根据本发明的另一个特征,所述第一阈值R1对应于被绘制在所述乘客舱中的以传送器的收发器的天线为中心的圆的半径。
根据本发明的另一个特征,所述第二阈值R2对应于所述乘客舱所外接的以传送器的收发器的天线为中心的圆的半径。
根据本发明的另一个特征,距离测量装置包括:发射装置,能够从设备中的至少一个在传送器和标识器之间发射信号;返回装置,能够从另一个设备接收所述信号并且将所述信号返回到发射装置;接收装置,能够从发射设备接收所述返回的信号;时间戳装置,能够比较发射时间和接收时间,从而确定行程时间;转换装置,能够将所述行程时间转换成两个设备之间的距离。
根据本发明的另一个替代的特征,距离测量装置包括:发射装置,能够从设备中的至少一个在传送器和标识器之间发射加有时间戳的消息;接收装置,能够从另一个设备接收所述加有时间戳的消息;时间戳装置,能够比较包含在所述消息中的发射时间和接收时间,从而确定行程时间;转换装置,能够将所述行程时间转换成两个设备之间的距离。
根据本发明的另一个特征,接收装置能够消除任何可能的多个接收并且能够仅考虑第一个接收的接收时间。
根据本发明的另一个特征,距离测量装置还包括用于将所确定的距离值从已经确定所述距离值的设备传送到另一个设备的装置。
根据本发明的另一个特征,距离测量装置还包括平均装置,所述平均装置能够计算由一个设备确定的距离和由另一个设备确定且传送的距离之间的平均值。
根据本发明的另一个特征,所述系统还包括减小装置,所述减小装置能够减小标识器和传送器之间的信号交换频率,而测量的距离保持基本上恒定。
根据本发明的另一个特征,所述收发器能够使用其中借助于非常短持续时间的脉冲来交换信号的调制。
根据本发明的另一个特征,所述收发器能够使用多信道冗余调制,所述比较装置能够比较经由第一信道传送的信号,并且所述系统包括能够比较经由另一个信道传送的信号的至少一个附加比较装置和能够根据比较装置的相应比较结果裁定最终比较结果的裁定装置。
根据本发明的另一个特征,所述收发器能够在4GHz和6.5GHz之间的频带中使用非常高频率调制。
根据本发明的另一个特征,所述收发器能够使用UWB无线调制,即,超宽带调制。
本发明还涉及一种独立考虑的能够被合并到这样的系统中的传送器。
本发明还涉及一种独立考虑的能够被合并到这样的系统中的标识器。
附图说明
本发明的其他特征、细节和优点将从下面参考附图作为指示给出的详细描述中更清楚地显现,在附图中:
图1示出从根据本发明的被应用到机动车的系统的上方看的视图,
图2图示脉冲的多次接收,
图3、4和5图示接收的信号及其内部/外部鉴别,
图6示出详述所采用的协议的定时图,
图7示出通过与特性签名的比较的鉴别装置的功能框图,
图8示出通过距离测量的鉴别装置的功能框图。
具体实施方式
图1示出从根据本发明的被应用到机动车1的典型系统的上方看的概观。
该系统能够确定和验证在所述车辆1的乘客舱2内部标识器7的存在。该系统包括固定的传送器3,其与所述乘客舱2/车辆1相关联,在所述乘客舱2/车辆1中,该固定的传送器3被安装在固定的位置中。这个传送器3包括至少一个收发器4和用于处理信息的至少一个处理单元5。传送器3被有利地连接到车辆1的其他系统。
该系统还包括至少一个移动标识器7、7'。标识器7、7'包括收发器8、8'和处理单元9、9'。两个设备、传送器3和标识器7、7'在功能上基本相同。
在图1中,附图标记7-10与被放置在乘客舱2内部的标识器7相关联,而附图标记7'-10'与被放置在乘客舱2外部的标识器7'相关联。
传送器3的收发器4和标识器7的收发器8基本相同并且能够交换无线信号。
处理单元5、9的硬件基本相同。如果必要的话,机载(onboard)软件程序可以根据不同的设想的处理而不同。
标识器7、7'足够小并且在功率方面自给自足以能够由车辆1的用户携带。由于标识器小型化,标识器7、7'的天线10、10'被减小到最小。在另一方面,被放置在车辆中(其中体积较少受限)的传送器3的天线6可以更大。
根据本发明的系统通常被合并到免提访问控制系统中。传送器3被包括在与车辆相关联的片段中,而标识器7被合并到由驾驶员携带的“钥匙”中。标识器7、7'与传送器3通信并且交换允许认证的消息。这个认证允许将标识器7、7'的携带者标识为被授权的驾驶员。因此,肯定的标识使控制各种功能(诸如门的锁定/解锁、启动引擎的授权、环境照明等)成为可能。钥匙已知为虚拟的,因为其不再被机械地插入到锁中,而是可以保持在驾驶员的口袋中。它仅需要接近传送器3。这对驾驶员是有利的,对于驾驶员来说,所述钥匙/标识器的使用被大大地简化。然而,它也具有所述标识器7、7'不再被准确地定位的后果。
出于安全的原因,对于启动引擎的授权,规定要求(至少)一个标识器7存在于乘客舱2的内部。必须能够以10cm的准确度确定该存在。这证实了根据本发明的系统能够准确且确定地鉴别标识器7、7'是在乘客舱2内部还是外部。
为了执行在图7中示出了其功能图的这个内部/外部鉴别功能,该系统包括比较装置52。这个比较装置52能够将信号51与乘客舱2内部的至少一个特性签名53相比较。信号51由传送器3经由它的收发器4实时地接收。这个信号51源自标识器7、7'。(一个或多个)特性签名53被存储在存储装置54中。比较装置52执行比较测试并且产生结果55,当信号51与至少一个特性签名53相当时,结果55是肯定的,而当信号51与任何所述特性签名53不相当时,结果55是否定的。这个测试的结果55被用于执行期望的鉴别。当比较装置52返回到肯定的比较结果时,假定标识器7位于乘客舱2的内部。如果比较装置52返回否定的比较结果55,则假定它在外部。
与从在传送器3的接收范围内发射和存在的标识器7、7'直接地读取的信号51不同,特性签名53被预先确定。这个预先确定通常在车辆1的设计/制造结束时的特性化阶段期间被执行,或者至少针对一系列相当的车辆1关于它们的射频行为而被执行。
特性化的处理在图7的图中被示作虚线。从由与标识器7、7'类似的特性化标识器或能够发射与信号51类似的信号的等效设备发送的信号中获得特性签名53。所述标识器/设备被放置在车辆1的乘客舱2内部的给定位置中。这个信号由与传送器3类似的特性化传送器接收。特性签名53被记录并存储,以使得其随后能被恢复到比较装置52并用于比较目的。
如果在乘客舱2内部的不同位置中能被观察到的特性签名足够接近彼此,则仅存储一个特性签名53可以是足够的。然后,假定后者指示位于乘客舱2内部的任何点。然而,因为乘客舱2的复杂的构造,这最经常是不可能的。因此,增加乘客舱2内部的位置的数量是必要的,每个位置与特性签名53相关联,从而形成代表性特性签名的集合。理想地,这个集合所具有的基数尽可能小并且使得由标识器7、7'从乘客舱2内部的任何位置发射的信号与所述集合的至少一个特性签名相当。在这个实例中,在比较装置52及其接受容限的意义上理解“相当”。
根据第一实施例,特性签名53可以直接是例如以作为时间的函数接收的功率曲线的形式由特性化传送器接收的信号。
根据第二实施例,特性签名53有利地产生于例如由预处理装置56使用来自接收信号的仅这个信号的最小/最大范围53执行的预处理。这个最小/最大范围可以例如通过在时间期限(time horizon)内对信号的时间平均而产生。在曲线的每个点周围应用附加容限也是可能的。
这是有利的,因为这样的最小/最大范围是比初始信号的曲线更简单的曲线。因此,预处理使减小必要的存储器54的量成为可能。此外,这样的最小/最大范围53简化了比较操作。
参考图3-5,现在将描述比较操作的实施例。在特性化步骤期间,已经为乘客舱2内部的每个特性点确定了特性签名53。这个签名已经被预处理以获得最小/最大范围53、30、31。图3-5每个示出在y轴上描绘作为x轴上的时间的函数接收的无线电电功率的强度的图。这个图以最小曲线30和最大曲线31的形式示出最小/最大范围。图3、4和5还分别表示要与特性签名53比较的信号35、36、37,其最小/最大范围30、31被示出。
比较步骤确定接收的信号35-37是否被包括在最小/最大范围30、31中。为了计及无线信号的可变化性,考虑范围30、31中的信号51、35-37的特定比例或包含率。在实践中,已经发现70%的比例是用于接受“接近”甚至有噪声的信号而拒绝更“遥远”的信号的满意值。
图3的信号35仅仅非常弱地重叠在最小/最大范围30、31上。特别地处于区域32中的相当大的部分处于最小/最大范围30、31外部很远,因为它达到最大曲线31以上。在目前的情况中,该比较返回否定的比较结果55。
图4的信号36也没有重叠在最小/最大范围30、31上。相当大的比例处于最小/最大范围30、31外部很远。区域33示出最小曲线30以下的信号36的相当大的部分。区域34示出最大曲线31以上的信号36的相当大的部分。在目前的情况中,该比较返回否定的比较结果55。
图5的信号37足够好地重叠在最小/最大范围30、31上。大于所选择的阈值比例的相当大的部分被包括在最小/最大范围30、31中。在目前的情况中,该比较返回肯定的比较结果55。
如果使用若干特性签名,则将信号51与这些各种特性签名相比较。如果与至少一个特性签名30、31的比较是肯定的,则假定信号51从被放置在乘客舱2内部的标识器7发射。在另一方面,对于被假定从被放置在乘客舱2外部的标识器7发射的信号,这个信号51与全部特性签名的比较必须都返回否定的比较结果55。
因为将无线电信号强度进行了比较,所以将相当的量相比较是有利的。为此,有利地在信号51被接收到时,在信号51上有利地执行归一化。为此,使用接收信号功率电平。这样的电平通常由无线电接收器供给并被称为RSSI(接收信号强度指示)。例如由归一化装置57执行的归一化在于应用与接收信号功率电平成反比的功率的线性增加。因此,例如,对于50%的接收信号功率电平,通过乘以因子2来归一化接收信号功率51。该归一化被有利地应用到全部接收信号,包括在特性化期间。因此,比较操作比较在功率上相当的信号以便将比较集中在这些信号的形状上。
仅如上面描述的与接收信号51相比较的特性签名53的使用是可能的。然而,通过采用距离测量,该方法可被进一步改进。
如图1中图示的那样,由无线电接收器基于接收信号51而进行的距离测量使将发射器位于围绕接收器或更精确地围绕其天线的圆上成为可能。如果标识器7、7'和传送器3之间的距离D是已知的,则这使相对于传送器3并且因此相对于乘客舱2粗略地定位标识器7、7'成为可能。不幸的是,乘客舱通常不具有圆形形状,而是复杂的形状,在这里以图示的方式由矩形2示出。另外,如图1图示的那样,传送器3或更精确地其天线6不必被放置在乘客舱2的中心处。然而,距离测量可以使以下述方式加速内部/外部鉴别成为可能。
参考图8,现在将描述距离测量的使用。测量装置58通过下面将提出的若干方法中的一个来确定传送器3和标识器7、7'之间的距离D。根据下面的概述,这个距离D由能够执行初始过滤处理的判定装置59处理。如果距离D处于第一阈值R1以下,则假定标识器7、7'位于乘客舱2内部。如果距离D处于第二阈值R2以上,则假定标识器7、7'位于乘客舱2的外部。无需说,R2处于R1以上。这前两个测试使没有争议风险地快速处理许多情况成为可能。在另一方面,如果距离D处于所述第一阈值R1和所述第二阈值R2之间,则将源自标识器7的信号51传送到比较装置52以用于与乘客舱2内部的至少一个特性签名相比较,如上面描述的那样。比较装置52仅用在这种情况中并且返回结果55。
参考图1,对两个阈值R1和R2给出物理感测是可能的。尽管乘客舱2不是圆的并且可以具有任何形状,但是将其框定(frame)在都以传送器3的收发器4的天线6为中心的两个圆之间是可能的。
第一圆,在所述乘客舱2中绘制,定义半径R1。如果距离D小于R1,则标识器7位于这个第一圆中并且因此位于乘客舱2内部是肯定的。
第二圆,外接在所述乘客舱2处,定义半径R2。如果距离D大于R2,则标识器7位于这个第二圆的外部并且因此位于乘客舱2的外部是肯定的。
如果距离D处于R1和R2之间,则标识器7处于两个圆之间的疑问区域中。在这种情况下,应用与特性签名53的比较方法。
测量传送器3和标识器7之间的距离实质上通过由能被接收器检测到的特性元素标识的信号/消息的行程时间的测量来执行。这个特定的元素可以是更大强度或者无线电信号或其内容的任何其他特性的特定数据消息或脉冲。
可以使用至少两种方法来执行传送器3和标识器7、7'这两个设备之间的距离D的测量。
根据第一种方法,距离测量装置59包括发射装置。这个发射装置能够从两个设备3、7、7'中的一个发射信号。随后,两个设备3、7中的另一个包括能够接收所述信号并能够立刻将其返回到发射设备的返回装置。所述发射设备包括能够接收所述返回的信号的接收装置。发射设备(在这个实例中也是接收设备)记录其已发射信号的时间和其已接收到返回信号的时间。时间戳装置(通常被放置在接收装置的下游)比较由此记录的发射时间和接收时间。这两个时间之差确定所述信号的行程时间TV。因为测量在往返行程上采用,所以这里,行程时间TV被加倍。
因为无线电信号在空气中的速度是已知的并且被认为基本上恒定,所以转换装置将这个行程时间TV转换为两个设备3、7之间的距离D。
根据第二种方法,距离测量装置59包括发射装置。这个发射装置能够从两个设备3、7、7'中的一个发射时间戳消息,通常借助于被包括在消息自身中的发射时间。随后,两个设备3、7中的另一个包括能够接收所述信息的接收装置。在接收到时,接收装置记录其接收到该消息的时间。时间戳装置(通常被放置在接收装置的下游)比较被包含在该消息中的发射时间和由接收装置记录的接收时间。这两个时间之差确定所述消息/信号的行程时间TV。
因为无线电信号在空气中的速度是已知的并且被认为基本上恒定,所以转换装置将这个行程时间TV转换为两个设备3、7之间的距离D。
根据用于在传送器3和标识器7之间通信的频带,信号在其被传送时在可能存在的各种障碍物上被反射是可能的。其结果是:信号51将被环境倍增并且以与所遵循的路径已经被可能的反射延伸一样多偏移的接收时间由接收器接收。归因于多个反射的信号的所有这些倍增被叠加在由接收器接收的单个信号上。
图2借助于示出无线电功率作为时间的函数的图而图示了这个现象。在t0时刻,发射器发射初始信号20。在传送之后,在t1时刻,接收器接收第一信号21,第一信号21具有与初始信号20类似的形状,具有归因于所行进的路径的轻微衰减,这个信号21很可能对应于直接的联机传送。稍后,它接收很可能对应于第一反射信号的第二信号22。该反射增加了路径的长度。这引起相对于信号21的接收时间t1的延迟。另外,该反射自身和增加的路径长度引起相对于信号21的衰减更大的信号衰减。再稍后一点,接收器接收对应于第二反射信号的信号22。全部这些信号被叠加在接收器上。
根据本发明的下面描述的一个实施例,利用多个反射的存在(在无线电传送中通常是有害的)。
关于行程时间TV和距离测量D,接收器应当考虑最短距离并因此考虑直线路径。这对应于第一或接收信号的开始,并且因此易于辨别,包括在存在叠加信号时。行程时间TV等于时刻t1和t0之差。因为多个反射被必要地延迟,所以接收器容易去除该多个反射。因此,保留接收信号的仅开始t1是必要的。在直接路径被障碍物完全中断的最坏情况中,多个路径的多重性是优势。具体来说,在这种情况中,存在在长度方面与直接路径不是非常不同的具有反射的路径。这在乘客舱2的内部是特别可验证的,因为所述乘客舱2的壁13是存在的并且产生信号的许多反射。因此,在距离测量上产生的偏高的误差保持非常有限。至少,这个误差保持小于规定所要求的10厘米。
在行程时间的原理的基础上,开发若干距离测量方法是可能的。根据第一种方法,标识器7包括发射装置,并且传送器3包括接收装置和比较装置。随后,距离D由传送器3确定。根据第二种方法,传送器3包括发射装置,并且标识器7包括接收装置和比较装置。随后,距离D由标识器7确定。
根据第三种方法,距离由两个设备3、7中的任一个确定,并且随后借助于无线电消息传送到另一个设备。在这种情况中,距离测量装置58有利地包括传送装置。该装置可以例如构造包含先前由设备3、7确定的距离测量D的数据消息并将其发送到另一个设备3、7。
第四种方法组合了第一种方法。在两个设备3、7中的任一个上确定距离测量D是可能的。在设备3、7处接收由另一个设备确定并传送的测量也是可能的。这导致在给定的设备3、7上具有本地确定的距离和由另一个设备3、7确定的距离。随后,给距离测量装置58添加能够计算被认为相同的这两个距离(本地的和被传送的)之间的平均值的平均装置是可能的。由此获得的平均值是新的距离测量D。它的准确度在统计上更好,因为距离D的两个确定中的一个上的误差除以二。在这两个测量上的同时误差是非常不可能的。
现在参考图6,将描述可以在传送器3和标识器7、7'之间采用的消息交换协议。图6示出定时图40-43的4条线。由传送器3发射的消息以浅色示出,而由标识器7发射的消息以灰色示出。消息由块构成。区分也被称为前同步码的短块和被称为数据的较长块是可能的。前同步码标识其发射设备并且包含两个设备3、7同步所必需的元素。
第一线40示出第一模式,在其中传送器3是单独的。在其范围中缺少标识器7时,传送器3处在搜索模式中并且周期性地发射被精简到前同步码块的简单消息44。这周期性地继续直到标识器7进入该范围。
如在第二线41上图示的那样,标识器7接收消息44,将传送器3标识为标识器与其配对的传送器,使自身同步并且用消息45做出响应。该消息45包括标识器7的前同步码后跟数据块。这个数据块可以例如包括下述距离测量D:该距离测量D由标识器7做出以便将其传送到传送器3。
随后在传送器3和标识器7之间执行各种交换以便能够合作。因此,如在线42上图示的那样,能够执行识别和认证步骤。
认证以由传送器3发射请求消息46开始,请求消息46由前同步码块后跟第一数据块和请求认证的第二块构成。标识器7用响应消息47响应这个请求,响应消息47由前同步码后跟第一数据块和用于认证响应的第二块构成。如果这个响应是满意的,则根据在线43上图示的标称模式继续对话,在标称模式中,传送器3和标识器7分别周期性地交换消息48、49,消息48、49两者都由前同步码后跟单个数据块构成。这个数据块可以例如包括由两个设备3、7中的一个做出的因此被传送到第二设备3、7的距离测量D。
值得注意的是,两个设备3、7之间的信息互换的大多数需要被定位在标识器7进入传送器3的范围时的开始处。随后,更少要求的备用对话足以更新必要信息(特别地,距离D)的少数条目。在这个备用模式中,验证标识器7没有穿过内部和外部之间的边界是特别必要的。两个设备3、7之间的距离D的监视被有利地执行以便检测任何改变。
可以注意到的是,在稳定状态中,标识器7不相对于车辆1移动。这种情况能够被容易地标识,因为两个设备3、7之间的距离D保持基本上恒定。在这个实例中,对于考虑无线电传送和距离测量D的可变化性,容限是有利的。这种情况可被用于减小这两个设备之间的消息48、49的互换的相互频率。因此,将消息48从消息49分离或将消息49从消息48分离的时段50可以被非常显著地增加。
有利的是,频率上的这样的减小通过减小无线电发射来使减小关联的功率消耗成为可能。这对于具有非常小电池或蓄电池的标识器7、7'特别有益。
应该注意的是,对于这个功能,将标识器7处于乘客舱2内部的情况与标识器7处于乘客舱2外部的情况区分开是不必要的。具体来说,如果标识器7处于乘客舱2的内部,则可以假定车辆1被使用。系统处于如前面描述的备用模式中,在备用模式中,低数据交换要求容忍交换频率的减小。在另一方面,如果标识器7处于乘客舱2的外部,仍然不移动,则可以假定车辆1未被使用。该第二种情况通常对应于接近车辆1(处于传送器3的范围内)的标识器7、7'的存储,这是一种可能持续非常长时间的情形。在这个实例中,减小交换频率的功能特别有利,因为它使延长标识器7电池的使用寿命成为可能。由此获得的延长的增益大约是所述频率减小因子。上面两个情形是不同的但能以相同的方式处理。
由收发器采用的射频调制的类型到目前为止还没有被提及。本发明所使用的特征的结果是:可以使用任何调制。
然而,在其中借助于非常短持续时间的脉冲交换信号的调制是优选的。这样的调制在若干方面中是有利的。关于图2和每行程时间的距离测量已经看出,其有利于测量所述行程时间以具有在发射信号处很好地标记的发射时刻t0以便找到在接收信号处也很好地标记的接收时刻t1,并且尽管信号由于多个反射而分散(spread),情况也是如此。
其中借助于非常短的相对持续时间的脉冲来交换信号的调制对于用于将接收信号51与特性签名53相比较的方法也是有利的。因此,如在图2中图示的那样,仅使用具有周期P的相对短持续时间来发射信号20具有产生连续接收信号的清晰分离的效果。
发射信号20通常产生作为各个多个反射21-23的叠加的接收信号。当考虑到由于各个多个路径的不同相应延迟而对接收信号21-23的分散L时,非常短的相对持续时间允许发射(以及因此,接收)周期P,周期P使两个连续的发射20和20'(以及相似地,两个连续的接收)分离得与接收信号21-23的分散的持续时间L相比足够大,以便两个连续的接收信号不被叠加。
这使特性化步骤更简单并且使确定仅依赖于不与前一个或下一个接收信号干扰的接收信号模式的特性签名53成为可能。
因此,范围的确定能以最小曲线24和最大曲线25的形式实现,其包含单个接收信号的模式。从而,使接收信号21-23与这种最小/最大范围24-25的比较更简单。
根据本发明的系统有利地使用根据多个路径的多个反射的存在来增加乘客舱2的内部和外部之间的鉴别分离。
共同地参考图1和2,这将被解释。对位于乘客舱2内部的第一标识器7和位于外部的第二标识器7'给出考虑。
由第一标识器7发射的信号将引起直接路径15。由于乘客舱2确实存在以及其全部围绕标识器7的壁13,发射信号将在所述壁13上被反射,并再次引起非常多的其他路径。这样的路径的两个示例由附图标记16和17图示。
现在参考图2,发射信号20引起对应于直接路径15的第一接收21。接收22和23分别对应于路径16和17。全部接收21-23被叠加以产生接收信号。
由第二标识器7'发射的信号将引起直接路径15'。可能的是,这个信号在与环境相关联或者甚至与车辆1相关联的障碍物上被反射。然而,与内部的情况相比,存在更少的障碍物可能反射发射的信号。在这个实例中,乘客舱2的外壁倾向于形成对多个路径中的随后未被接收到的一些路径的障碍物。其结果是:在外部的情况中,多个路径倾向于比在内部的情况中在数量上更少。此外,障碍物通常进一步与标识器7'远离。其结果是:多个路径倾向于平均地更长。
其结果是很好地辨别的接收信号形状。如在图3-5中可以看出的那样,如图5中所示,来自位于乘客舱2内部的标识器7的接收信号的曲线37将在时间上更接近在一起得多,相对于y轴集中,并且具有非常快地衰减的幅度。在另一方面,分别如图3、4中所示的来自位于乘客舱2外部的标识器7'的接收信号的曲线35、36分别地将在时间上更加分散并且在更长时间内具有相当大的幅值。
这个特征在乘客舱2内部的标识器7和乘客舱2外部的标识器7'之间非常有鉴别力,并且使得通过曲线的比较在这两种情况之间进行鉴别更容易。
根据本发明的一个有利的变形,使用多信道冗余调制也是可能的。因此,代替将信号21发射到接收器,发射器将具有与信号21相同的内容的信号发射n次,但是通过n个不同且独立的信道来发射。这n个信道通常区别在于它们使用不同的频率。因此,如果频率被障碍物扰乱或中断或停止,则其他n-1个信道也被障碍物扰乱或中断或停止存在极小的可能性。因此,实现正确传送的可能性增加。这适用于消息传送和距离测量这两者。因此,实现直接路径的可能性被增加。
系统的全部元素被复制以便处理这些冗余信道。这给出了与这n个信道中的每一个相关联的比较装置52和至少一个特性签名53。可能的是,比较结果根据信道而不同。对于位于内部的标识器7,可能的是,中断或障碍物歪曲比较结果55,比较结果55在一个信道上显现为否定。然而,在统计上,该结果55仅在少数信道上被歪曲。因此,在n个比较装置52中,少数返回歪曲的(外部)比较结果55并且多数返回正确的(内部)比较结果55。裁定装置能够裁定例如支持多数结果,以便确定正确的(在这个实例中为内部)最终比较结果。类似的操作能够被应用在位于外部的标识器7'的相反情况中,即使在这种情况中歪曲的结果是较不可能的。
信道数量的这种倍增提供了相对于单信道系统增加的健壮性,单信道系统在单个信道被中断的情形中出错。
还有利的是,使用非常高频率调制是可能的,例如在4GHz和6.5GHz之间的频带中。离水的谐振频率非常远的这种频带允许人体对于无线电信号来说透明。因此,设备3、7不使它的信号被经常处于附近的存在车辆1用户或乘客中断,标识器7最经常被携带在手中或衣服口袋中。
这样的频带还有利地使在允许相当大的信息比特率时产生短脉冲成为可能。
这个短脉冲特征有利地允许距离测量的精细分辨率,这特别使在内部/外部鉴别中确保小于10cm的准确度成为可能。
这样的频带还促进在乘客舱2的壁13的各种材料上的多个反射,从而增强在接收信号曲线形状中的差别并且使在内部和外部之间进行鉴别更容易。
使用多个反射的该有益特征有利地使相当大地减少要放置在车辆1中的传送器3和/或相关联的天线4的数量成为可能。单个发射机3和单个天线通常对大多数车辆架构的系统来说足够。然而,将第二传送器或第二天线添加到第一传送器3以便覆盖特定的区域(诸如车辆1的后备箱)始终是可能的。
根据优选的实施例,系统的收发器使用UWB无线调制。这个超宽带调制标准组合了各种前面描述的优点:它包括4GHz和6.5GHz之间的频带中的高频调制,借助于非常短的脉冲来传送信号以及通过使用15个并行的信道来获得冗余性。
添加到这些前述优点的是成为标准的优点。这确保了现成的可用收发器的存在和规定方面(诸如获得无线电传送许可)的简化。
此外,UWB标准被设计成被蜂窝电话采用。因此,通过配置蜂窝电话来产生具有如上面描述的其全部功能的标识器7是可能的。
Claims (19)
1.一种用于确定在诸如机动车(1)的乘客舱(2)之类的乘客舱(2)内部的标识器(7、7’)的存在的系统,包括:
固定的传送器(3),与所述乘客舱(2)相关联,包括至少一个收发器(4)和至少一个处理单元(5),
至少一个移动标识器(7、7’),包括收发器(8、8’)和处理单元(9、9’),
传送器(3)和标识器(7、7’)的所述相应收发器(4、8、8’)能够交换无线信号,
其特征在于:所述系统包括比较装置(52),所述比较装置(52)能够将源自所述标识器(7、7’)、由传送器(3)接收的信号(51)与所述乘客舱(2)内部的至少一个特性签名(53)相比较,所述标识器(7、7’)被假定为当所述比较装置(52)返回肯定的比较结果(55)时位于所述乘客舱(2)内部。
2.如权利要求1所述的系统,还包括存储装置(54),所述存储装置(54)能够记录特性签名(53),所述特性签名(53)是基于源自被放置在所述乘客舱(2)内部的给定点处的标识器(7)的由传送器(3)接收的信号来预先确定的。
3.如权利要求1或2所述的系统,还包括预处理装置(56),所述预处理装置(56)能够预处理特性签名以便确定最小/最大范围(53),并且其中,如果源自所述标识器(7)的信号(51)根据至少等于给定接受阈值的比例而被包括在特性签名的所述最小/最大范围(53)中,则所述比较装置(52)能够返回肯定的比较结果(55)。
4.如权利要求1-3中任一项所述的系统,还包括:
归一化装置(57),能够作为与接收信号功率电平测量成反比的函数,对接收信号(51)的功率进行归一化。
5.如权利要求1-4中任一项所述的系统,还包括:
测量装置(58),能够测量传送器(3)和标识器(7、7’)之间的距离,
判定装置(59),能够执行以下处理:
如果所述距离小于第一阈值R1,则假定标识器(7、7’)位于内部,
如果所述距离大于第二阈值R2,则假定标识器(7、7’)位于外部,
如果所述距离处于所述第一阈值R1和所述第二阈值R2之间,则将源自所述标识器(7、7’)、由传送器(3)接收的信号(51)传送到所述比较装置(52)以用于与所述乘客舱(2)内部的至少一个特性签名(53)相比较。
6.如权利要求5所述的系统,其中所述第一阈值R1对应于被绘制在所述乘客舱(2)中的以传送器(3)的收发器(4)的天线(6)为中心的圆的半径。
7.如权利要求5或6所述的系统,其中所述第二阈值R2对应于所述乘客舱(2)所外接的以传送器(3)的收发器(4)的天线(6)为中心的圆的半径。
8.如权利要求5-7中任一项所述的系统,其中距离测量装置(58)包括:
发射装置,能够从设备(3、7、7’)中的至少一个在传送器(3)和标识器(7、7’)之间发射信号,
返回装置,能够从另一个设备(3、7、7’)接收所述信号并且将所述信号返回到发射装置,
接收装置,能够从发射设备(3、7、7’)接收所述返回的信号,
日期标明装置,能够比较发射日期和接收日期以便确定行程时间,
转换装置,能够将所述行程时间转换成两个设备(3、7、7’)之间的距离。
9.如权利要求5-7中任一项所述的系统,其中距离测量装置(58)包括:
发射装置,能够从设备(3、7、7’)中的至少一个在传送器(3)和标识器(7、7’)之间发射标有日期的消息,
接收装置,能够从另一个设备(3、7、7’)接收所述标有日期的消息,
日期标明装置,能够比较被包含在所述消息中的发射日期和接收日期,从而确定行程时间,
转换装置,能够将所述行程时间转换成两个设备(3、7、7’)之间的距离。
10.如权利要求8或9所述的系统,其中接收装置能够删除任何可能的多个接收并且能够仅考虑第一个接收的接收日期。
11.如权利要求8-10中任一项所述的系统,其中距离测量装置(58)还包括用于将所确定的距离值从已经确定所述距离值的设备(3、7、7’)传送到另一个设备的装置。
12.如权利要求11所述的系统,其中距离测量装置(58)还包括平均装置,所述平均装置能够计算由一个设备(3、7、7’)确定的距离和由另一个设备确定且被传送的距离之间的平均值。
13.如权利要求1-12中任一项所述的系统,还包括减小装置,所述减小装置能够减小标识器(7、7’)和传送器(3)之间的信号频率交换,而测量的距离保持基本上恒定。
14.如权利要求1-13中任一项所述的系统,其中所述收发器(4、8、8’)能够使用其中借助于非常短持续时间的脉冲来交换信号的调制。
15.如权利要求1-14中任一项所述的系统,其中所述收发器(4、8、8’)能够使用多信道冗余调制,其中所述比较装置(52)能够比较经由第一信道传送的信号,并且其中所述系统包括能够比较经由另一个信道传送的信号的至少一个附加比较装置和能够根据比较装置(52)的相应比较结果(55)裁定最终比较结果的裁定装置。
16.如权利要求1-15中任一项所述的系统,其中所述收发器(4、8、8’)能够在4GHz和6.5GHz之间的频带中使用非常高频率调制。
17.如权利要求1-16中任一项所述的系统,其中所述收发器能够使用超宽带调制。
18.一种收发器(3),能够被合并到如权利要求1-17中任一项所述的系统中。
19.一种标识器(7、7’),能够被合并到如权利要求1-17中任一项所述的系统中。
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Legal Events
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---|---|---|---|
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
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C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |