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Technisches
Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Zugangskontrollsystem
für ein
Objekt, insbesondere für
ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben eines Zugangskontrollsystems,
mit dem eine Berechtigung für den
Zugang bzw. für
die Nutzung eines Objektes überprüft wird.
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Stand der
Technik
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Zugangsberechtigungskontrollsysteme
werden zunehmend bei Kraftfahrzeugen verwendet und ersetzen dort
mechanische Schließsysteme
durch elektronische Schließsysteme,
die einen verbesserten Komfort bieten. Abhängig davon, ob vom Fahrzeuglenker
zur Betätigung
einer Zugangsfunktion manuell eine Aktion ausgelöst werden muss, oder diese
automatisch durch das System erfolgt, unterscheidet man grundsätzlich aktive
von passiven Zugangskontrollsystemen. Beide Systeme bestehen aus
einer oder mehreren Basiseinheiten, die im Kfz angebracht sind,
und einem oder mehreren tragbaren Funkschlüsseln, die von berechtigen
Fahrzeugnutzern mitgeführt
werden. Ein Funkschlüssel,
auch als Codegeber, Identifikationsgeber, ID – Geber, oder ID-Tag bezeichnet,
enthält
den elektronischen Code, der eine Person, die den Codegeber mit
sich trägt, autorisiert,
Zugang zum Objekt zu erhalten, bzw. dieses zu nutzen. Der Identifikationsvorgang
eines Funkschlüssels
wird über
einen Funkdialog abgewickelt, bei dem von einer Sende- und Empfangseinrichtung
der Basisstation vom Kraftfahrzeug aus der Code eines Funkschlüssels abgefragt
und verifiziert wird.
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Passive Zugangsberechtigungskontrollsysteme,
sogenannte Passive Start- and Entry-Systeme (PASE), versuchen durch
fortwährendes
Abfragen eines Erfassungsbereiches mit einem Funkschlüssel zu
kommunizieren. Hat eine Basisstation eine Kommunikation zu einem
Codegeber erfolgreich aufgenommen, wird der korrekte Code des Funkschlüssels erfasst
und eine entsprechende Zugangsaktion selbsttätig ausgelöst. Diese Aktion kann beispielsweise
das Entsperren der Zentralverriegelung des Kfz sein. Das System
kann aber auch so ausgelegt sein, dass die Zentralverriegelung erst
dann geöffnet wird,
wenn zusätzliche
Bedingungen, wie beispielsweise das Unterschreiten eines Mindestabstandes zum
Kfz oder ein Betätigen
der Türgriffs,
erfüllt
sind.
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Ein passives Zugangsberechtigungskontrollsystem
kann aber in missbräuchlicher
Absicht abgehört
bzw. überlistet
werden. Hat sich beispielsweise der berechtigte Nutzer von seinem
Kraftfahrzeug entfernt, so kann sich eine unberechtigte Person durch einen
Angriff auf den Funkkanal Zugang zu dem vom berechtigten Nutzer örtlich entfernten
Kraftfahrzeug verschaffen: Bei einer sog. Vollduplex-Attacke, im
folgenden auch kurz VDA-Angriff, werden von Angreifern Sende- und
Empfangseinrichtung jeweils in der Nähe des Codegebers und des Kraftfahrzeugs
in Position gebracht. Der Codegeber wird durch eine Datenübertragung
der Sende- und Empfangseinrichtungen abgefragt und der Code des
Funkschlüssels über den
verlängerten
Funkkanal zum Kfz übertragen.
Ein Zugangskontrollsystem, das die missbräuchlich verlängerte Funkstrecke
nicht erkennt, gibt das Objekt frei, obwohl sich der berechtigte
Fahrzeuglenker nicht im Erfassungsbereich der Sende- und Empfangseinrichtung
des Kraftfahrzeuges befindet. Der Angriff findet auch unbemerkt
vom Fahrzeuglenker statt.
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Um einen derartigen Missbrauch zu
verhindern und eine möglichst
hohe Sicherheit zu gewährleisten,
ist es erforderlich, neben der Verifikation des Schlüsselcodes,
zumindest auch den Abstand zwischen Funkschlüssel und Basisstation zu überprüfen und
ggf. auch die Daten kryptisch zu übertragen, um missbräuchliche
Eingriffe in die Kommunikation zu erschweren.
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In der
DE E 199 57 536 A1 ist
ein Diebstahlschutzsystem für
Kraftfahrzeuge offenbart, bei dem eine Sende- und Empfangseinheit
ein breitbandig moduliertes Radarsignal aussendet und auf Echosignale
eines Codegebers wartet. Befindet sich ein Codegeber im Erfassungsbereich
des Systems, empfängt
er dieses Abfragesignal und sendet seinerseits ein zusätzlich moduliertes
und codiertes Antwortsignal zurück.
Eine Auswerteeinheit in der Basisstation im Kfz analysiert alle
empfangenen Antwortsignale nicht nur hinsichtlich der Berechtigung
des Codegebers, sondern auch hinsichtlich der Entfernung zwischen
Codegeber und Kraftfahrzeug.
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Ein abstandssensitives Funk-Fernbedienungssystem
für Kraftfahrzeuge
ist auch aus der
DE 100
63 252 A1 bekannt. Auch bei diesem schlüssellosen Zugangssystem wird
die Nutzung des Objektes nach einem Dialog zwischen einem stationären und einem
mobilen Transceiver freigeschaltet. Während der Kommunikation werden
reichweitenabhängig
unterschiedliche Kategorien von Befehlen verwendet. Durch eine erste
Kategorie von Befehlen ist zunächst aus
der Ferne die Betätigung
eines Fensters oder eines Schiebedachs des Kraftfahrzeugs möglich. Erst wenn
sich der Nutzer mit dem mitgeführten
Transceiver in unmittelbarer Nähe
des Kraftfahrzeuges befindet, ermöglicht eine zweite Kategorie
von Befehlen die Betätigung
der Zentralverriegelung und des Lenkradschlosses. Das Auslösen der
Befehle erfordert ein aktives Handeln des Fahrzeuglenkers.
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Aus der
DE 199 57 557 A1 ist ein
passives Identifikationssystem für
Kfz bekannt, bei dem der Codegeber ein Oberflächenwellen-Element zur Speicherung
der Codeinformation aufweist. Damit das Codesignal nicht unbefugt
abgehört
und wiedergegeben werden kann, weist der Identifikationsgeber zwei verschiedene
Modulatoren auf, die das Codesignal zum Teil moduliert reflektieren.
Die Modulatoren beeinflussen dabei das Signal derart, dass einerseits die
Identifikation und andererseits eine Entfernungsmessung möglich ist,
indem einzelne Reflexionen hinsichtlich der Signallaufzeiten bewertet
werden. Dadurch wird unberechtigtes Abhören bzw. Manipulieren des Dialogs
erschwert und eine hohe Sicherheit gegen unbefugte Benutzung erreicht.
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Ein komfortables passives Zugangskontrollsystem,
bei dem die Nutzung stufenweise je nach Position des Codegebers
freigegeben wird, ist in
DE 100
64 141 A1 offenbart. Die Positionsbestimmung erfolgt ähnlich dem
aus der Radartechnik bekannten Frequency-Modulated-Cont nous-Wave-Verfahren (FMCW).
Sofern das Antwortsignal des Codegebers sich als berechtigt herausstellt,
werden je nach Position des Codegebers unterschiedliche Steuerbefehle verwendet,
die unterschiedliche Funktionsstufen für die Nutzung des Kfz schalten.
Das Kfz kann dadurch individuell an den Fahrzeuglenker angepasst
werden. Erst wenn sich dieser in unmittelbarer Nähe des Kraftfahrzeugs befindet,
wird der Codegeber im Nahbereich des Kfz verifiziert und bei Übereinstimmung die
Zentralverriegelung freigegeben. Der Nahbereich wird von Näherungssensoren
am KfZ erfasst.
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Da Kraftfahrzeuge rauen Betriebsbedingungen
ausgesetzt sind, ist man bestrebt, auf Näherungssensoren möglichst
zu verzichten und durch eine Radar-Abstandserfassung, nicht nur
den Fernbereich, sondern auch den sicherheitskritischen Nahbereich
abzudecken. Hierbei sollen auch kleine Signale, wie sie beispielsweise
bei großer
Entfernungen und bei Störung
und Körperabschattung
im Funkkanal auftreten, so verarbeitet werden können, dass der tatsächliche
Abstand zwischen Codegeber und Abfragestation und damit ein VDA-Angriff abgewehrt werden
kann. Hinzu kommt, dass ein Zugangskontrollsystem für ein Kraftfahrzeug
nicht nur sicher und zuverlässig über einen
langen Betriebszeitraum funktionieren, sondern auch mit vertretbarem
Aufwand herstellbar sein muss.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein
Zugangskontrollsystem zu schaffen, welches auch im Nahbereich eines
Objektes den tatsächlichen
Abstand zwischen Codegeber und Abfragestation mit hinreichender
Genauigkeit erkennt und mit vertretbarem Aufwand herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem
Zugangskontrollsystem durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und
bei einem Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruchs 6 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Zugangskontrollsystem umfasst
- – eine
Sende-Einrichtung in einer Abfragestation, die dem Objekt zugeordnet
ist und ein hochfrequentes Abfragesignal aussendet, welches frequenzmodulierte
Rampen enthält,
- – einen
Codegeber mit einem Transponder, der in einem Erfassungsbereich
in einem Abstand zur Abfragestation das Abfragesignal empfängt, dieses
mit einem Hilfsträger
und einer Codeinformation versehen als Antwortsignal zurücksendet,
- – eine
Empfangs-Einrichtung in der Abfragestation, die das Antwortsignal
empfängt
und in einer Auswerteeinheit aus Rampenpaaren des Antwortsignals
den Abstand zwischen Objekt und Codegeber ermittelt und im Falle
einer Übereinstimmung
der empfangenen Codeinformation mit einer in der Abfragestation
gespeicherten Codeinformation die Nutzung des Objektes in Abhängigkeit
vorgebbarer Schwellwerte freigibt.
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Die Erfindung schlägt eine
FMCW-Radar-basierte Fernidentifizierung vor, mit der sowohl ein VDA-Angriff
abgewehrt als auch gestörte
Antwortsignale mit für
den Anwendungsfall hinreichender Genauigkeit verarbeitet werden
können.
Die erfolgt dadurch, indem nicht nur jeweils eine steigende und
fallende Frequenzrampe zur Abstandsmessung herangezogen wird, sondern
Paare solcher Frequenzrampen zeitlich hintereinander durchfahren
werden. Die Zeitdauer eines Rampenpaares ist dabei so gewählt, dass
die Signale. zwischen den Paaren nicht mehr korreliert sind. Da
das Messsignal durch eine Integration über die Dauer von mehreren
Rampenpaaren ermittelt wird, verbessert sich das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR).
Dadurch ist eine sichere und genaue Abstandsmessung auch im Fall
einer Abschattung des Signals vom Codegeber möglich. Folge davon ist, dass
Näherungssensoren
für den
Nahbereich entfallen. Bei der erfindungsgemäßen integrierenden Messmethode
sind die Signalwerte korreliert, das heißt, die Signalspannungen addieren
sich. Die Rauschwerte hingegen sind nicht korreliert und addieren
sich daher nur hinsichtlich der Leistung. Damit wird das Signal-Rauschverhältnis etwa
um 10logN erhöht,
wobei N die Anzahl der Paare angibt, die zur Auswertung herangezogen
werden. Durch die Auswertung von N Paaren von Frequenzrampen vergrößert sich
zwar auch die Messdauer um den Faktor N, dies ist aber im Falle
der Abstandsermittlung im Rahmen eines passiven Zugangskontrollsystems
für ein Kraftfahrzeug
nicht störend.
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Das erfindungsgemäße, integrierende Messverfahren
ermöglicht
es, dass der Abstand zwischen Codegeber und Basiseinheit auch dann
hinreichend genau bestimmbar ist, wenn eine vergleichsweise große Funkstrecke überbrückt werden
muss, oder die Funkstrecke durch Abschattung gestört ist und das
Abfragesignal mit nur geringer Feldstärke in der Basisstation empfangen
werden kann. Eine Zugangsfunktion wird nur dann freigegeben, wenn
der Codegeber sich tatsächlich
innerhalb eines einstellbaren Positionsbereiches befindet. Eine
missbräuchlich
verlängerte
Funkstrecke wird zuverlässig
erkannt und die Entriegelung des Fahrzeugs aus der Ferne verwehrt.
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Bei einem Abfragesignal, das aus
aufeinander folgendenden, monoton steigenden und monoton fallenden
Frequenzrampen mit im wesentlichen linearer Steigung zusammengesetzt
ist, kann die Differenzfrequenz einfach nach einer Mischung und
Filterung ermittelt werden und ist direkt proportional dem Abstand
zwischen Codegeber und Basisstation. Bei dieser Ausführungsform
ist der technische Aufwand bei der Realisierung besonders gering.
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Hinsichtlich einer Begrenzung der
Messzeit ist es auch günstig,
wenn etwa 30 Frequenzrampen ausgewertet werden. In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung
der Erfindung ist deshalb vorgesehen, dass die Zeitdauer eines Rampenpaares
größer als
1 μs und
kleiner als 100 Millisekunden gewählt wird.
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Eine Zeitdauer von größer als
1 μs ist
günstig hinsichtlich
des Aufwandes bei der technischen Umsetzung, der beispielsweise
durch Einschwingzeiten von Filtern bestimmt wird. Der gewählte Grenzwert stellt
sicher, dass die für
einfache Auswerteverfahren vorausgesetzte zeitliche Stationarität des Mobilfunkkanals
in typischen Anwendungsszenarien noch gegeben ist.
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Von besonderem Vorteil ist es, wenn
die Auswerteeinheit so eingerichtet ist, dass bei der Ermittlung
des Abstandes zeitlich hintereinander liegende Paare von Frequenzrampen
verwendet werden.
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Durch die Verwendung von Paaren von
Frequenzrampen, die aus einer Aufwärtsrampe (up-chirp) und einer
Abwärtsrampe
(down-chirp) bestehen,
kann eine Frequenzabweichung des Hilfsträgermodulationssignals (Antwortsignals)
im Schlüssel erkannt
und eliminiert werden. Die zeitlich enge Staffelung der Rampenpaare
gewährleistet
wieder einen näherungsweise
stationären
Mobilfunkkanal.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende
Schritte:
- – Aussenden
von zumindest einem hochfrequenten Abfragesignal durch eine Sende-
und Empfangseinrichtung einer einem Objekt zugeordneten Abfragestation,
wobei das zumindest eine Abfragesignal frequenzmodulierte Rampen
enthält,
- – codiertes
und moduliertes Zurücksenden
eines Antwortsignals durch einen Transponder in einem tragbaren
Codegeber, falls dieser zuvor ein Abfragesignal empfangen hat,
- – Ermitteln
des Abstandes zwischen Abfragestation und Codegeber aus Rampenpaaren
des Antwortsignals nach einer Demodulation und Dekodierung des Antwortsignals
in einer Auswerteeinheit.
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Durch dieses Vorgehen kann einerseits
im Nahbereich der tatsächliche
Abstand erfasst und ein VDA-Angriff abgewehrt werden, da eine missbräuchliche
Verlängerung
der Kanallänge
erfasst werden kann. Der Zugang zum Kfz wird also nur dann freigegeben,
wenn das ermittelte Abstandssignal unter einem einstellbar vorgegeben
Schwellwert (im Nahbereich unter 2m) liegen. Andererseits ermöglicht dieses
Vorgehen auch gestörte
Signale, wie sie bei großen
Entfernungen (Fernbereich 10m bis 40 m) und bei Abschattung im Kanal
auftreten, mit hinreichender Genauigkeit auszuwerten.
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Weitere Vorteile des Verfahrens sind
Gegenstand abhängiger
Verfahrensansprüche.
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Der Gegenstand der Erfindung wird
nachfolgend an Hand der Zeichnungen weiter verdeutlicht. Es zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Zugangskontrollsystems
in einer Blockdarstellung,
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2 ein
Diagramm eines ersten Abfragesignals mit dazugehörigem Antwortsignals in Abhängigkeit
der Zeit,
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3 das
zugehörige
Frequenzspektrum zu den in 2 dargestellten
Signale,
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4 ein
Diagramm eines zweiten Abfragesignals mit dazugehörigem Antwortsignal
in Abhängigkeit
der Zeit.
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Ausführung der
Erfindung
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1 zeigt
ein Zugangskontrollsystem 1 das aus einer Abfrageeinheit
oder Basisstation 20 und einem Codegeber 30 besteht.
Die Basisstation 20 ist auf einem Kfz angeordnet, der Codegeber 30 ist
als tragbare Funkschlüssel
ausgebildet und wird vom Fahrzeuglenker mitgeführt. Die Kontrolle des Zugangs
zum Kfz erfolgt über
einen Datendialog, der in einem Funkkanal 4 zwischen der
Basisstation 20 und dem Identifikationsgeber 30 abgewickelt
wird. Dieser Datenaustausch hat das Ziel, einerseits den Funkschlüssel 30 zu
identifizieren, und andererseits, dessen tatsächliche Position in der Umgebung
des Kfz zur erfassen, um eine VDA-Attacke zu verhindern. Sofern das System
den Codegeber für
eine berechtigte Nutzung identifizieren kann, und dieser Codegeber
auch als innerhalb eines vorgegebnen Positionsbereiches erkannt
wird, gibt das Kontrollsystem 1 Zugangsfunktionen zum Kfz
frei. Andernfalls wird der Zugang zum Kfz verwehrt.
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Die Basisstation 20 beinhaltet
eine Sender- Signalquelle 21, die ein Signal Sig 1 erzeugt
und über die
Sendeantenne 22 als Abfragesignal 2 abstrahlten.
Im Funkkanal 4 erreicht das Abfragesignal 2 nach
der Signallaufzeit die Empfangsantenne 32 des Codegebers 30.
Das an der Antenne 32 empfangene Signal Sig 2 wird einem
Modulator 31 zugeführt
und mit einem kodierten Hilfsträgersignal
eines Trägergenerators 34 moduliert.
Das Ergebnis dieser Modulation ist das Signal Sig 3, dass einer
Sendeantenne 33 des Codegebers 30 zugeführt wird.
Von der Sendeantenne 33 wird das Antwortsignal 3 abgestrahlt,
das nach der Signallaufzeit im Funkkanal 4 die Antenne 23 der
Basisstation 20 erreicht. Zusammen mit dem von der Sendequelle
(S1) 21 durch einen Richtkoppler oder Leistungsteiler 25 abgezweigte
Signal Sig 1 wird das durch die Antenne 23 empfangene Sig
4 einer Auswerteeinheit (AE) 24 zugeführt. In der Auswerteeinheit
(AE) 24 erfolgt nach einer Frequenzmischung und Filterung
durch an sich bekannte Methoden der LMF-FMCW-Radar-Signalverarbeitungstechnik
die Ermittlung eines Abstandssignals d, das den tatsächlichen
Abstand zwischen Basisstation 20 und Funkschlüssel 30 entspricht.
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Die Signalverarbeitung in der Auswerteeinheit
(AE) 24 kann in analoger und digitaler Form erfolgen, sie
kann durch Hardware, Firmware oder Software realisiert sein.
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Durch Verwendung eines Zirkulators
oder eines Quasizirkulators, zum Beispiel eines Richtkopplers, kann
die Basisstation 20 bzw. der Codegeber 30 auch
nur eine einzige Antenne aufweisen.
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Der Codegeber 30 kann als
passiver Reflektor oder als aktiver Reflektor ausgebildet sein.
Bei einem passiven Reflektor kann die Codeinformation beispielsweise
durch Impedanzänderung
einer Last auf moduliert werden (passiver backscatter). Bei einem
Codegeber der als aktiver Reflektor arbeitet, wird das modulierte
Signal zusätzlich,
d.h. aktiv durch einen Verstärker
vor der Sendeantenne verstärkt.
In beiden Ausführungsformen
kann die Datenquelle der Codeinformation unterschiedlich sein. Die
Datenquelle kann beispielsweise ein Speicher im Funkschlüssel sein.
Die Codeinformation kann auch das Ergebnis eines kryptischen Datenaustausches
zwischen Codegeber und Basisstation sein. Es ist auch möglich, dass
die Codeinformation in einem Oberflächenwellen-Element im Codegeber
gespeichert ist. Für
die vorliegende Erfindung ist aber die Art und Weise wie die Codierung
technisch ausgeführt
ist nicht wesentlich, entscheidend ist vielmehr, dass im Codegeber
das Abfragesignal kodiert wird und als moduliertes codiertes Antwortsignal
an die Sende- und Empfangseinrichtung der Basisstation zurückgestrahlt
wird.
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Unabhängig davon ob der Transponder
als aktiver oder passiver Reflektor arbeitet, beinhaltet er zumeist
eine Stützbatterie.
Die einzelnen Funktionsblöcke
in 1 können durch
Hardware oder durch Software realisiert sein.
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In 2 ist
ein erstes frequenzmoduliertes Abfragesignal 2 als Funktion
der Zeit dargestellt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das
Abfragesignal 2 aus monoton steigenden Frequenzrampen zusammengesetzt.
Die Rampenpaare sind mit den Bezugszeichen R1 und R2 gekennzeichnet.
Die Entfernungsinformation ist in der Phasen- bzw. Frequenzdifferenz Δφ bzw. Δf zwischen
dem Signal 2 und dem Signal 3 enthalten. Wird
dieses Abfragesignal 2 von der Antenne 22 der
Basisstation 20 ausgesendet, so erreicht es nach der Signallaufzeit im
Funkkanal 4 die Antenne 32 im Codegeber 30. Der
Codegeber 30 sendet mit vernachlässigbarer Verzögerung ein
Antwortsignal 3 zur Basisstation 20. Dieses Antwortsignal
ist im Fall eines passiven Reflektors ein Echosignal, das nach der
Signallaufzeit im Funkkanal von der Antenne 24 der Basisstation 20 empfangen
wird. Gegenüber
dem ursprünglichen
Abfragesignal 1 ist dieses Antwortsignal phasenverschoben.
Es weist eine Differenzfrequenz zum Abfragesignal auf. Wie aus der
FMCW (Frequency Modulated Continous Wave)-Radartechnik bekannt,
kann bei einer sogenannten Linear Frequency Modulation (LFM) aus
einer Messung dieser Frequenzdifferenz die Entfernung zwischen einem
Objekt und einer Abfragestation ermittelt werden. Im Gegensatz zum
gepulsten Radar wird beim FMCW-Radar ein kontinuierliches frequenzmoduliertes
Abfragesignal ausgesendet. Die Abstandmessung erfolgt bei einer
linearen Frequenzmodulation (LFM) indirekt über eine Differenzfrequenz
fDiff. Diese Differenzfrequenz kann durch
Vergleich ermittelt werden, indem zu einem bestimmten Zeitpunkt
das empfangenen Antwortsignal 2 mit dem zeitgleichen Funktionswert
des ursprünglich
ausgesendeten Abfragesignals 3 verglichen wird. Das Maß der Differenzfrequenz
ist ein Maß dafür, wie lang
tatsächlich
die zurückgelegte
Funkstrecke im Funkkanal 4 ist. Bei einem Zugangsberechtigungskontrollsystem
wird dieses Maß der
Differenzfrequenz verwendet, um einen Angriff auf den Funkkanal
zu erkennen und abzuwehren: Wird von der Basisstation 20 der
Code eines Funkschlüssels
zwar als authentisch erkannt, ist dessen tatsächliche Entfernung aber außerhalb
eines vorgegebenen Schwellwertes, dann befindet sich kein berechtigter
Lenker im Nahbereich des Kfz und der Zugang wird verwehrt.
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Bevorzugt wird ein breitbandig moduliertes Radarsignal
mit einer Bandbreite größer als
60 MHz, besonders bevorzugt mit einer Mittenfrequenz im Bereich
von 2,5 GHz, 5,8 GHz und 25 GHz. Im Sinne der Erfindung bedeutet
breitbandig, dass eine Oszillatorfrequenz innerhalb eines vergleichsweise
großen
Frequenzbandes beim Senden oder Empfangen variiert wird.
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Wie in der Darstellung der 2 gezeigt, ist das Antwortsignal 3 verrauscht.
Dadurch wäre
eine Abstandsmessung, die auf bekannten Methoden der LMF-FMCW-Radartechnik basiert,
fehlerbehaftet. Die erfindungsgemäße paarweise Auswertung von
N Frequenzrampen bewirkt demgegenüber eine Integration, die es
ermöglicht,
dass im Frequenzspektrum (3)
der Abstand schärfer
abgebildet werden kann.
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In 3 ist
in einer Spektraldarstellung die Amplitude A der Echosignale über der
Frequenz f dargestellt. Das Antwortsignal ist mit einem Hilfsträger fHT gemischt und enthält die Codeinformation des Funkschlüssels. Durch
die Mischung mit dem Hilfsträger
kann das Antwortsignal von Reflexionen 50 der Umgebung
unterschieden werden.
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Bei einem Backscatter-Transponder
durchläuft
das Signal die Strecke zwischen Abfragestation und Codegeber hin
und zurück.
Das SNR-Verhältnis nimmt
mit der vierten Potenz der Entfernung ab. Wegen der mit der Frequenz
stark ansteigenden Freifelddämpfung
ist das reflektierte GHz-Signal bei großen Entfernungen schwach. Durch
das integrierende Messverfahren wird das SNR-Verhältnis aber
um 10logN erhöht.
Dadurch sind auch sehr schwache Signale auswertbar. Diese ist qualitativ
in 3 dargestellt, bei
dem im Spektrum die Maxima ausgeprägt dargestellt sind. Die Differenzfrequenz
fDIFF und damit der tatsächliche Abstand zwischen Codegeber
und Basisstation kann dadurch mit hinreichender Genauigkeit ermittelt
werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Antwortsignal
auf Grund von Störungen
im Funkkanal oder auf Grund einer langen Übertragungstrecke (10 m bis
40 m) mit Rauschen behaftet ist.
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In 4 ist
als Diagramm ein zweites Abfragesignal mit dazugehörigem Antwortsignal
in Abhängigkeit
der Zeit dargestellt. Der Signalverlauf weist Lücken zwischen den Rampenpaaren
R1* und R2* auf.
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Diese Lücken im Rampenverlauf können aufgrund
von Beschränkungen
in der technischen Realisierung des Verfahrens vorteilhaft genützt werden.
Beispielsweise kann in dieser Zeit im Fall einer Realisierung des
Verfahrens mittels digitaler Signalverarbeitung ein nach dem Analog-Digitalwandler befindlicher
Zwischenspeicher (FIFO) ausgelesen werden. Vorteilhafterweise wird
die Zeitdauer der Lücke deutlich
kleiner als die Zeitdauer einer Rampe gewählt.
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Durch die genaue Entfernungsmessung
ist eine präzise
Zonenbildung auch im Fernbereich möglich. Nähert sich ein Fahrzeuglenker
seinem Fahrzeug, so kann in einer äußeren Erfassungszone nach Unterschreiten
einer Schwellengrenze, beispielsweise manuell am Funkschlüssel, die
Innenraumbeleuchtung des Kraftfahrzeugs eingeschalten werden, was
das Auffinden des Kraftfahrzeugs bei Dunkelheit oder in einem Parkdeck
erleichtert. Nach erfolgter Identifikation kann das Fahrzeug individuell auf
die Bedürfnisse
des Fahrzeuglenkers konfiguriert werden. Beispielsweise kann die
Einstellung des Fahrersitzes, der Klimaanlage, der Außenspiegel,
die Schaltung des Getriebes sowie die bevorzugten Radiostationen,
sowie persönliche
Displays maßgeschneidert
auf den Lenker voreingestellt werden. Die automatische Entriegelung
erleichtert das Einsteigen insbesondere dann, wenn vom Fahrzeuglenker
eine Last getragen wird und seine Hände nicht frei sind, um das
Schloss durch einen mechanischen Schlüssel zu öffnen. Das System kann so ausgebildet
sein, dass der Motor ohne Zündschlüssel und
Zündschloss
durch Knopfdruck gestartet werden kann. Für eine erhöhte Sicherheitsanforderungen
kann auch vorgesehen sein, den Startvorgang von einer weiteren Bedingung,
beispielsweise von einer biometrischen Authentifizierung abhängig zu
machen. Auf diese Weise ist die Person des Lenkers eindeutig identifiziert.
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In umgekehrter Reihenfolge ermöglicht das System
natürlich
ein sicheres automatisches Verriegeln des Fahrzeugs, wenn sich der
Fahrzeuglenker mit seinem Funkschlüssel vom Fahrzeug entfernt.
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Selbstverständlich können die Schwellwerte auch
dynamisch vorgegeben werden, so dass abhängig davon, ob sich der Lenker
auf sein Fahrzeug zu bewegt, oder sich von diesem entfernt, die
Positionsbereiche unterschiedlich vorgegeben werden.
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Der tragbare Identifikationsgeber
kann in Schlüssel-
oder Kartenform ausgeführt
sein. Er passt bequem in die Jackentasche eines Fahrzeuglenkers und
kann mit zusätzlichen
Funktionen, wie beispielsweise mit Funktionen für eine manuelle Betätigung einer
Funkeinrichtung für
ein Garagentor, ausgebildet sein.
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Das beschriebene funkbasierte Zugangskontrollsystem
ist keineswegs auf die Anwendung in Kraftfahrzeugen beschränkt, sondern
auch auf Gebäude-,
Computer- oder andere elektronische Systeme oder Geräte anwendbar.