EP1485859A1 - Identifikationssystem zum nachweis einer berechtigung für den zugang zu einem objekt oder die benutzung eines objekts, insbesondere eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Identifikationssystem zum nachweis einer berechtigung für den zugang zu einem objekt oder die benutzung eines objekts, insbesondere eines kraftfahrzeugs

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Publication number
EP1485859A1
EP1485859A1 EP03727135A EP03727135A EP1485859A1 EP 1485859 A1 EP1485859 A1 EP 1485859A1 EP 03727135 A EP03727135 A EP 03727135A EP 03727135 A EP03727135 A EP 03727135A EP 1485859 A1 EP1485859 A1 EP 1485859A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
identification system
response signal
code
code transmitter
distance
Prior art date
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Ceased
Application number
EP03727135A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Konrad
Janos Gila
Klaus Hofbeck
Birgit RÖSEL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP1485859A1 publication Critical patent/EP1485859A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
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    • G07C2209/63—Comprising locating means for detecting the position of the data carrier, i.e. within the vehicle or within a certain distance from the vehicle

Definitions

  • Identification system for proving authorization to access or use an object, in particular a motor vehicle
  • the invention relates to an identification system for proving authorization for access to an object or the use of an object, in particular a motor vehicle.
  • Radio-based identification systems also called RF-ID "radio frequency identification” systems
  • An RF-ID system consists of an electronic one Identification tag (hereinafter referred to as a code transmitter), which is also called an electronic key, RF-ID tag, ID transmitter or ID card, which the user carries with him or which is arranged on an object to be identified is equipped with a characteristic code (code information), which is usually queried by the code provider via an object-side base station (hereinafter also referred to as an object-side transmitting and receiving unit) and then authenticated or verified.
  • code can also be triggered by other trigger mechanisms Code transmitters are sent to the object.
  • LF or NF systems in the frequency range of 100-300 kHz
  • RF or HF systems at 433 MHz (315 MHz) or
  • the passive identification is characterized by the fact that the code transmitter is constantly without Intervention of the user can be queried by the sending and receiving unit. If the code transmitter is within a certain distance range from the transmitting and receiving unit, the communication between the transmitting and receiving unit and the code transmitter takes place automatically or, for example, triggered by manual actuation of a switching device, such as by actuation of a door handle by the user. The limitation of the distance range generally results from the radio field attenuation.
  • the transmission of the query signal and the response signal triggered thereupon is also referred to as a question-answer dialog.
  • a disadvantage of such identification systems is that, on the one hand, the transmission channel can be listened to unnoticed and at any time, in principle, by an "attacker" without authorization and unwanted.
  • a suitable device therefore normally enables an attacker to access the code without authorization to make and thus to overcome the protective function actually intended.
  • An object of the invention is to provide an identification system which provides improved security against unauthorized use or access. Another object of the invention is to determine the exact position of a code transmitter with respect to the object. It is also a goal with regard to the location of the code transmitter between one
  • At least one portable code transmitter sends out a response signal when triggered (such as, for example, after receiving an interrogation signal or by manually actuating a trigger switch).
  • the response signal has code information characteristic of the code transmitter, by means of which the code transmitter proves its authorization.
  • the code information contained in the received response signal is compared with a reference code information.
  • both the reception level of the response signal and the distance between the code transmitter and the reception unit are measured on the object side.
  • the position of the code transmitter with respect to the object is determined from this. If, on the one hand, the code information at least largely corresponds to the reference code information and, on the other hand, the position of the code transmitter is recognized as being in a predetermined area, an enable signal for controlling a security unit is generated.
  • the position of the code transmitter can be determined very precisely, regardless of whether it is arranged inside the object (for example a motor vehicle) or also outside the object.
  • different security units can then be controlled (for example the locking system or the immobilizer of a motor vehicle).
  • the distance measuring device can thus determine the distance between the code transmitter and the receiving unit via a phase measurement or run time measurement of the signal duration of the response signal.
  • the response signal itself is used to measure the distance.
  • No distance measuring device separate from the question-answer dialog is required.
  • the level measurement device determines the received level or the field strength of the received response signal.
  • a distance between the code transmitter and the receiving unit is thus determined by comparison with one or more predetermined reference values (reference table). This can be used to verify the distance values obtained in the previously described distance measurement.
  • reference values reference values
  • For field strength measurement amplitudes of current and / or voltage can be measured in the receiver. With a known amplitude when emitting and known damping conditions and decay behavior of the field strength, the distance can be determined by the ratio of the emitted amplitude / field strength / level and the received amplitude / field strength of the electromagnetic field.
  • the response signal is used to measure the distance. A separate signal is not required.
  • a plurality of receiving units are advantageously arranged spatially separated from one another in the object.
  • Each receiving unit can then be connected to a common evaluation unit. If the received level and the transit time between the code transmitter and the respective receiver unit are determined for at least two receiving units, the position of the code transmitter can be determined more precisely.
  • triangulation methods can be used, by means of which the position can be determined more precisely or the previous measurement can be reliably verified.
  • the results can be evaluated in a receiving unit and then communicated to the evaluation unit or can also be carried out in the central evaluation unit.
  • one or more transmission units in the object which emit an interrogation signal when triggered.
  • a simple reference can be obtained for the transit time measurement if the transmitter unit is connected to the evaluation unit. The time between the transmission of the query signal and the reception of the response signal is then used as the transit time. No time information then needs to be transmitted in the response signal.
  • the signals do not have to be transmitted at different frequencies, but can advantageously be transmitted at a single, preferably high-frequency or microwave frequency (which is also permitted by post for the respective application).
  • the distance between the code transmitter and the receiving unit and / or the level of the response signal can thus be measured with each receiving unit.
  • the distance can also be measured with one receiving unit and the level with the other receiving unit.
  • the evaluation unit has an evaluation device that weights the measured levels and distances with weighting factors
  • the special conditions on the object can be taken into account.
  • the levels at the receiving units have a characteristic course when the code transmitter moves from the outside into the inside.
  • the distance measurements also show a characteristic course (in particular if the distance measurements take place successively in time).
  • This information can For example, be transferred into a weighted level-distance matrix and used to decide whether the code transmitter is in the vehicle or not. In this way, the distance and level information can be weighted differently, depending on the location of the respective receiving device, in order to precisely determine the position of the code transmitter. If the measured values are entered in a weighted level-distance matrix, corresponding mathematical methods for further processing of the measured values can be applied to them in order to obtain the exact position of the code transmitter.
  • the security unit is a locking system or an immobilizer. With the help of the position determination, it can be determined exactly whether the position of the code transmitter is outside or inside the motor vehicle. Depending on this, different security units can then be addressed and thus different functions can be triggered when the code encoder is recognized as authorized. For example, if the code transmitter is still far away, the interior light could also be switched on together with the unlocking of the doors (or the horn could be activated briefly) so that the motor vehicle can be found more easily in a parking lot or at night. If, on the other hand, the code transmitter is recognized in the motor vehicle, in addition to releasing the immobilizer, user-specific settings (such as seat or mirror position) can also be made.
  • the exact position can also be used to reliably distinguish whether the code transmitter is inside the motor vehicle or outside. Depending on this, access (locking or unlocking the locking system) and use (unlocking the immobilizer) can be enabled once the authorization is recognized.
  • the identification system is not only limited to use in a motor vehicle. It can also be used for other objects, such as personal computers, mobile telephones, chip cards or other devices in which an authorization for access control or use is requested and the code transmitter should be in the vicinity of the object so that authorization is permitted.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an identification system according to the invention and FIG. 2 shows an identification system according to FIG. 1, which is arranged in a motor vehicle.
  • An identification system for proving authorization for access to an object or the use of an object is explained in more detail below using the example of a motor vehicle as an object.
  • the identification system can of course also be used for other objects in which access is only permitted after proof of authorization, such as a computer, a telephone, an ATM, a building, garages or other initially blocked areas.
  • the identification system is intended here to be a bidirectional dialog (also referred to as a question-answer dialog) between a base station 1 (FIG. 1) with a transmitting and receiving unit and a mobile code transmitter 2, which can be carried by a user, to prove authorization for access or carry out the use.
  • a bidirectional dialog also referred to as a question-answer dialog
  • the object-side transmission and reception unit has at least one transmitter 3 and at least one receiver 4, each of which is connected to transmission and / or reception antennas 5, via which signals can be transmitted and received.
  • the antennas 5 are at exposed points in the motor vehicle (cf. Figure 2) arranged so that signals can be sent into the interior of the motor vehicle and in the vicinity of the motor vehicle with sufficient field strength and signals can be received sufficiently well from there.
  • Security units (not shown) (such as door locks for access to the motor vehicle or an ignition / steering lock 6 for an immobilizer) for the use of the motor vehicle are arranged in the motor vehicle and can only be used in a locked vehicle if an authorization is proven with the aid of a coded release signal. or unlocked state can be controlled.
  • the code transmitter 2 In addition to the proof of authorization, the code transmitter 2 must actually be in a specific, predetermined position (or a narrowly specified position range) in the vicinity of the motor vehicle or within the motor vehicle so that the corresponding actions / functions can be triggered.
  • both a distance measuring device 7 and a level measuring device 8, which are each connected to an evaluation unit 9, are required for precise position determination.
  • a demodulator 10 is required, which takes the code information from the response signal and feeds it to the evaluation unit 9.
  • the evaluation unit 9 compares the code information with reference code information stored in a reference memory 11. If there is at least broad agreement, at least the authorization is proven. If the position of the code transmitter 2 is then also recognized, depending on the operating state of the object based on the level and distance measurement, as being in an approved position, then corresponding functions or actions can be triggered in the object.
  • Each code transmitter 2 assigned to the object in turn has a transmitter 12 and a receiver 13.
  • the code transmitter 2 can receive signals (interrogation signals) and signals (response Send signals) with the aid of an encoder 14 coded via the transmitter 12. It is usually used to send out a coded response signal, the code information of which proves authorization to access or use the object.
  • authorization is only verified if, on the one hand, the base station 1 receives the correctly coded response signal and the code information demodulated therefrom, and on the other hand the position of the code transmitter 2 as being in a specific position near the motor vehicle or within the motor vehicle is recognized.
  • a switch in the area of an access door can be operated manually to trigger the response signal. If, for example, the user brings his hand near the door handle or touches / actuates it, an interrogation signal is triggered and transmitted by the transmitter 3 on the motor vehicle.
  • the query signal can also be triggered by the automatic detection of the position of the code transmitter 2 at a certain distance from the vehicle. If the code transmitter 2 receives the query signal, it in turn sends out a response signal which is received by the vehicle-side receiver 4. Since in the exemplary embodiment the code transmitter 2 only sends out a response signal if it has previously received an interrogation signal, it can also be referred to as a transponder.
  • the distance between code transmitter 2 and object is determined. This can be done by means of time measurement (if necessary with the help of timers both in the object and in code transmitter 2) or via a phase measurement.
  • the signal transit time is measured directly or indirectly and the distance is determined when the signal propagation speed is known.
  • the phase measurement the change in phase compared to the emitted phase is measured. With a known propagation speed of the signal, the phase change is a measure of the distance covered.
  • the level / amplitude / field strength of the received signal is determined. If it is known at what level the response signal is emitted, the known transmission loss and the transmission media can be used to calculate how far away the code transmitter 2 is. A current or voltage measurement of the received signal can be carried out to measure the level. In addition, certain level-distance patterns can be observed as a result of the “movement” of the code transmitter 2 that the user carries with him, which can be used to verify the measured distances.
  • the code transmitter 2 is supplied with energy by its own power supply (battery)
  • the operating life can also be taken into account in the level measurement, since the voltage of the battery becomes lower over time and the emitted level is thus reduced more and more over time.
  • the measured level should then be provided in the evaluation unit 9 with a time correction factor which takes the level reduction into account over time.
  • the absolute level can be used as a measurement variable for level measurement. It is also possible to carry out a relative level measurement, in which the measured level is related to a previously measured level and only the difference is used as a measured variable. In the case of the relative level measurement, the levels of signals which are received via different antennas 5 can also be measured. These measured levels can be related to each other (ie forming a difference). So they can
  • Levels of signals are measured which are received by so-called outside antennas (arranged on the outside of the motor vehicle) and are related to levels of signals which are received via so-called inside antennas (arranged inside the motor vehicle).
  • the distance can be determined from the difference between the two levels or the position of the code transmitter 2 can be distinguished between the exterior and interior.
  • the position of the code transmitter 2 can be determined even more precisely if a plurality of receivers 4 arranged in or on the object each receive the response signal.
  • the position can then be determined spatially using geometric means (for example triangulation) and the level measurement.

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Abstract

Ein tragbarer Codegeber sendet bei Auslösung ein Antwortsignal aus, in dem eine für den Codegeber (2) charakteristische Codeinformation enthalten ist. In einer objektseitig angeordneten Empfangseinheit (4), die mit einer Auswerteeinheit (9) verbunden ist, wird die in dem empfangenen Antwortsignal enthaltene Codeinformation mit einer Referenzcodeinformation verglichen. Zusätzlich wird objektseitig sowohl der Abstand des Codegebers (2) zur Empfangseinheit (4) als auch der Empfangspegel des Antwortsignals gemessen und daraus die Position des Codegebers (2) ermitteln. Dadurch kann auch eine Unterscheidung bezüglich der Position des Codegebers (2) zwischen Aussenraum und Innenraum getroffen werden. Nur wenn der Codegeber (2) als in einer zugelassenen Position befindlich erkannt wird, wird der Zugang freigegeben und die Benutzung erlaubt.

Description

Beschreibung
Identifikationssystem zum Nachweis einer Berechtigung für den Zugang zu einem Objekt oder die Benutzung eines Objekts, ins- besondere eines Kraftfahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Identifikationssystem zum Nachweis einer Berechtigung für den Zugang zu einem Objekt oder die Benutzung eines Objekts, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
Funkbasierte Identifikationssysteme, auch RF-ID „radio fre- quency Identification" Systeme genannt, finden, z.B. als Ersatz für mechanische Schlüsselsysteme, beim Zugangsschutz für Rechner oder etwa bei automatischen Zahlungssystemen zuneh- menden Einsatz. Ein RF-ID-System besteht aus einer elektronischen Identifikationsmarke (im folgenden als Codegeber bezeichnet) , die auch elektronischer Schlüssel, RF-ID-Tag, ID- Geber oder ID-Karte genannt wird, die der Benutzer bei sich trägt oder die an einem zu identifizierenden Objekt angeord- net ist. Der Codegeber ist mit einem charakteristischen Code (Codeinformation) ausgestattet. Dieser Code wird üblicherweise über eine objektseitige Basisstation (im folgenden auch als objektseitige Sende- und Empfangseinheit bezeichnet) vom Codegeber abgefragt und anschließend authentifiziert oder ve- rifiziert. Der Code kann auch durch andere Auslösemechanismen ausgelöst vom Codegeber zum Objekt gesendet werden.
Verschiedene funkbasierte Übertragungstechnologien sind möglich oder üblich: LF- oder NF-Systeme im Frequenzbereich von 100-300 kHz, RF- oder HF-Systeme bei 433 MHz (315 MHz) oder
867 MHz und hochfrequente Mikrowellensysteme, die zumeist bei den Frequenzen 2,4 GHz, 5,8 GHz, 9,5 GHz oder 24 GHz arbeiten.
Man unterscheidet bei Codegebern zwischen einer aktiven und einer passiven Identifikation. Die passive Identifikation zeichnet sich dadurch aus, dass der Codegeber ständig, ohne Zutun des Benutzers von der Sende- und Empfangseinheit abgefragt werden kann. Befindet sich der Codegeber innerhalb eines gewissen Entfernungsbereiches zur Sende- und Empfangseinheit, so erfolgt die Kommunikation zwischen Sende- und Emp- fangseinheit und Codegeber automatisch oder z.B. ausgelöst durch manuelle Betätigung einer Schalteinrichtung, wie z.B. durch Betätigen eines Türgriffs durch den Benutzer. Die Beschränkung des Entfernungsbereiches ergibt sich im allgemeinen aus der Funkfelddämpfung. Das Aussenden des Abfragesig- nals und des daraufhin ausgelösten Antwortsignal wird auch als Frage-Antwort-Dialog bezeichnet.
Bei einem aktiven Identifikationssystem hingegen wird die Kommunikation aktiv vom Benutzer am Codegeber ausgelöst. Der Benutzer muss hierbei also üblicherweise zum einen den Codegeber manuell betätigen und dann z.B. zusätzlich den Türgriff betätigen, um die Tür zu öffnen. Der Benutzer muss dabei mehr manuelle Tätigkeiten vornehmen. Aus Gründen eines erhöhten Komforts finden daher passive Identifikationssysteme vermehrt Anwendung.
Nachteilig ist bei solchen Identifikationssystemen, dass zum einen der Übertragungskanal unbemerkt und zu einem im Prinzip beliebigen Zeitpunkt durch einen „Angreifer" unbefugt und un- erwünscht abgehört werden kann. Durch eine geeignete Einrichtung ist es einem Angreifer daher normalerweise möglich, sich den Code unbefugt zugänglich zu machen und damit die eigentlich angestrebte Schutzfunktion zu überwinden.
Bei einem bekannten Identifikationssystem (DE 198 36 957 Cl oder WO 01/89887 AI) wird versucht, die Sicherheit gegen unbefugte Benutzung oder unbefugten Zugang infolge von Abhören des Frage-Antwort-Dialogs zu erhöhen. Dabei wird von der Basisstation ein erstes Abfragesignal ausgesendet, dessen Emp- fangsleistung auf dem Codegeber gemessen wird. Anschließend wird ein zweites Abfragesignal unter veränderten Sendebedingungen ausgesendet, dessen Empfangsleistung ebenfalls auf dem Codegeber gemessen wird. Erst wenn die Empfangsleistungen unterschiedlich sind, wird die in dem Antwortsignal enthaltene Codeinformation ausgewertet.
Bei diesem Identifikationssystem müssen immer zumindest zwei Frage-Antwort-Dialoge stattfinden, bevor der Zugang oder die Benutzung freigegeben werden kann. Auch wenn dadurch die Sicherheit gegen unbefugte Benutzung oder unbefugten Zugang erhöht wird, so geht der mehrfache Dialog auf Kosten eines ög- liehst schnellen Zugangs. Denn der Benutzer soll durch den ablaufenden Frage-Antwort-Dialog nicht in seiner üblichen Vorgehensweise beeinträchtigt werden.
Andererseits ist bei LF- und RF-Identifikationssystemen nachteilig, dass eine genaue Bestimmung des Ortes des Codegebers in Bezug auf das Objekt nur relativ ungenau vorgenommen werden kann.
Bei einem weiteren, bekannten Identifikationssystem (DE 199 57 536 AI) wird versucht, die Sicherheit gegen unbefugte Benutzung oder unbefugten Zugang infolge von Abhören des Frage- Antwort-Dialogs zu erhöhen, indem die Entfernung des Codegebers zum Objekt ermittelt wird und nur innerhalb einer vorgegebenen Entfernung befindliche Codegeber werden als berech- tigt akzeptiert. Die Messung der Entfernung kann jedoch fehlerhaft sein, falls eine Abschattung der übertragenen Signale vorliegt, durch die eine direkte Kommunikation zwischen Codegeber und Basisstation ver- oder stark behindert wird.
Ein Ziel der Erfindung ist es, ein Identifikationssystem zu schaffen, durch die eine verbesserte Sicherheit gegen unbefugte Benutzung oder unbefugten Zugang geschaffen wird. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, die genaue Position eines Codegebers bezüglich des Objekts zu ermitteln. Zudem ist es ein Ziel, bezüglich des Ortes des Codegebers zwischen einem
Innenraum (innerhalb des Objekts) und einem Außenraum (außerhalb des Objektes) klar zu unterscheiden. Diese Ziele werden erfindungsgemäß durch ein Identifikationssystem mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
Dabei sendet zumindest ein tragbarer Codegeber bei Auslösung (wie beispielsweise nach Empfang eines Abfragesignals oder durch manuelles Betätigen eines Auslöseschalters) ein Antwortsignal aus. Das Antwortsignal weist eine für den Codegeber charakteristische Codeinformation auf, durch die der Co- degeber seine Berechtigung nachweist. In einer objektseitig angeordneten Empfangseinheit und einer daran angeschlossenen Auswerteeinheit wird die in dem empfangenen Antwortsignal enthaltene Codeinformation mit einer Referenzcodeinformation verglichen wird. Zusätzlich dazu wird sowohl der Empfangspe- gel des Antwortsignals als auch der Abstand zwischen Codegeber und Empfangseinheit objektseitig gemessen. Daraus wird die Position des Codegebers bezüglich des Objekts bestimmt. Falls einerseits die Codeinformation mit der Referenzcodeinformation zumindest weitgehend übereinstimmt und andererseits die Position des Codegebers als in einem vorgegebenen Bereich befindlich erkannt wird, so wird ein Freigabesignal zum Steuern eines Sicherheitsaggregats erzeugt.
Mit diesem Identifikationssystem kann die Position des Code- gebers sehr genau ermittelt werden, unabhängig davon, ob er innerhalb des Objekts (beispielsweise einem Kraftfahrzeug) o- der auch außerhalb des Objekts angeordnet ist. Abhängig von der Position können dann unterschiedliche Sicherheitsaggregate angesteuert werden (beispielsweise das Schließsystem oder die Wegfahrsperre eines Kraftfahrzeugs) .
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
So kann die Abstandsmesseinrichtung über eine Phasenmessung oder LaufZeitmessung der Signaldauer des Antwortsignals den Abstand zwischen Codegeber und der Empfangseinheit ermitteln. Das Antwortsignal selber wird hierbei dazu ausgenutzt, den Abstand zu messen. Es wird keine vom Frage-Antwort-Dialog separate Abstandsmesseinrichtung benötigt. Durch reflektierte Signale (so genannte Mehrwegeausbreitung) werden mehrere (z.T. auch redundante) Abstandsinformationen gewonnen, die zur genaueren Positionsermittlung und auch zur Innen-Außen- raum-Unterscheidung verwendet werden können.
Zusätzlich zur Abstandsmessung wird durch die Pegelmessein- richtung der Empfangspegel oder die Feldstärke des empfangenen Antwortsignals ermittelt. Durch Vergleich mit einem oder mehreren vorgegebenen Referenzwerten (Referenztabelle) wird somit eine Entfernung zwischen Codegeber und Empfangseinheit ermittelt. Diese kann zur Verifikation der bei der zuvor be- schriebenen Abstandsmessung gewonnenen Entfernungswerte verwendet werden. Zur Feldstärkemessung können Amplituden von Strom und/oder Spannung im Empfänger gemessen werden. Bei bekannter Amplitude beim Aussenden und bekannten Dämpfungsverhältnissen sowie Abklingverhalten der Feldstärke kann durch das Verhältnis der ausgesendeten Amplitude/Feldstärke/Pegel und der empfangenen Amplitude/Feldstärke des elektromagnetischen Feldes die Entfernung bestimmt werden. Auch hier wird das Antwortsignal zur Abstandsmessung verwendet. Ein separates Signal wird nicht benötigt.
Vorteilhaft sind mehrere Empfangseinheiten räumlich getrennt voneinander in dem Objekt angeordnet. Jede Empfangseinheit kann dann mit einer gemeinsamen Auswerteeinheit verbunden sein. Falls für zumindest zwei Empfangseinheiten der e pfan- gene Pegel und die Laufzeit zwischen Codegeber und der jeweiligen Empfangseinheit ermittelt wird, so kann die Position des Codegebers genauer bestimmt werden. Hierbei können Verfahren der Triangulation verwendet werden, durch die die Position genauer bestimmt oder die vorherige Messung sicher ve- rifiziert werden kann. Die Auswertung der Ergebnisse kann dabei in einer Empfangseinheit vorgenommen werden und danach der Auswerteinheit mitgeteilt oder auch in der zentralen Auswerteeinheit vorgenommen werden.
Es ist darüber hinaus sehr vorteilhaft, eine oder mehrere Sendeeinheiten in dem Objekt anzuordnen, die bei Auslösung ein Abfragesignal aussenden. Insbesondere kann für die Lauf- zeitmessung ein einfache Referenz erhalten werden, wenn die Sendeeinheit mit der Auswerteeinheit verbunden ist. Als Laufzeit wird dann die Zeit zwischen dem Aussenden des Abfragesignals und dem Empfang des Antwortsignals verwendet. Es braucht dann keine Zeitinformation in dem Antwortsignal mitübertragen zu werden.
Die Signale müssen dabei nicht bei unterschiedlichen Frequenzen ausgesendet werden, sondern können vorteilhaft bei einer einzigen, vorzugsweise hochfrequenten oder im Mikrowellenbe- reich befindlichen Trägerfrequenz (die für die jeweilige An- wendung auch postalisch zugelassen ist) ausgesendet werden.
Es ist auch sehr vorteilhaft, mehrere verteilt am Objekt angeordnete Empfangseinheiten vorzusehen. So kann mit jeder Empfangseinheit der Abstand zwischen Codegeber und Empfangs- einheit und/oder der Pegel des Antwortsignals gemessen werden. Es kann auch mit einer Empfangseinheit der Abstand und mit der anderen Empfangseinheit der Pegel gemessen werden.
Falls die Auswerteeinheit eine Bewertungseinrichtung auf- weist, die die gemessenen Pegel und Abstände mit Wichtungsfaktoren wichtet, so können die speziellen Verhältnisse am Objekt berücksichtigt werden. Beispielsweise haben die Pegel an den Empfangseinheiten einen charakteristischen Verlauf, wenn sich der Codegeber vom Außenraum in den Innenraum be- wegt. Ebenso zeigen die Abstandsmessungen einen charakteristischen Verlauf (insbesondere dann, wenn die Abstandsmessungen zeitlich nacheinander erfolgen) . Diese Information kann beispielsweise in eine gewichtete Pegel-Abstands-Matrix übertragen werden und zur Entscheidung, ob sich der Codegeber im Fahrzeug befindet oder nicht, genutzt werden. So können die Abstands- und Pegelinformationen unterschiedlich gewichtet werden, und dies abhängig vom Ort der jeweiligen Empfangseinrichtung, um die Position des Codegebers genau zu bestimmen. Werden die Messwerte in eine gewichtete Pegel-Abstands-Matrix eingetragen, so können entsprechende mathematischen Verfahren zur Weiterverarbeitung der Messwerte darauf angewendet wer- den, um die genaue Position des Codegebers zu erhalten.
Falls das Objekt, zu dem Zugang begehrt wird oder das ein Fahrer benutzen möchte, ein Kraftfahrzeug ist, so ist das Sicherheitsaggregat ein Schließsystem oder eine Wegfahrsperre. Mit Hilfe der Positionsbestimmung kann genau ermittelt werden, ob die Position des Codegebers außerhalb oder innerhalb des Kraftfahrzeugs ist. Abhängig davon können dann unterschiedliche Sicherheitsaggregate angesprochen und damit unterschiedliche Funktionen bei erkannter Berechtigung des Co- degebers ausgelöst werden. So könnte beispielsweise bei noch weit entferntem Codegeber zusammen mit dem Entriegeln der Türen auch noch das Innenlicht eingeschaltet werden (oder die Hupe kurzzeitig betätigt werden) , damit das Kraftfahrzeug auf einem Parkplatz oder in der Nacht besser gefunden werden kann. Ist der Codegeber hingegen im Kraftfahrzeug erkannt, so können neben dem Lösen der Wegfahrsperre auch noch benutzerspezifische Einstellungen (wie Sitz- oder Spiegelstellung) vorgenommen werden.
Mit der genauen Position lässt sich auch zuverlässig unterscheiden, ob sich der Codegeber im Innenraum des Kraftfahrzeugs oder außerhalb befindet. Abhängig davon kann dann einmal der Zugang (Ver- oder Entriegeln des Schließsystems) und ein andermal die Benutzung (Lösen der Wegfahrsperre) bei er- kannter Berechtigung freigegeben werden. Das Identifikationssystem ist nicht nur auf die Verwendung in einem Kraftfahrzeug beschränkt. Sie kann auch bei weiteren Objekten verwendet werden, wie Personalcomputern, Mobiltelefonen, Chipkarten oder anderen Geräten, bei denen eine Be- rechtigung für die Zugangskontrolle oder Benutzung abgefragt wird und der Codegeber in der Nähe des Objekts sein soll, damit eine Berechtigung erlaubt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden an- hand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Identifikationssystems und Figur 2 ein Identifikationssystem gemäß Figur 1, das in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist.
Im Folgenden wird ein Identifikationssystem zum Nachweis einer Berechtigung für den Zugang zu einem Objekt oder die Benutzung eines Objekts am Beispiel eines Kraftfahrzeugs als Objekt näher erläutert. Das Identifikationssystem kann selbstverständlich auch bei anderen Objekten eingesetzt werden, bei denen ein Zugang nur nach Nachweis einer Berechtigung erlaubt ist, wie beispielsweise bei einem Computer, einem Telefon, einem Geldautomaten, einem Gebäude, Garagen oder sonstigen zunächst versperrten Bereichen.
Das Identifikationssystem soll hier einen bidirektionalen Dialog (auch als Frage-Antwort-Dialog bezeichnet) zwischen einer Basisstation 1 (Figur 1) mit einer Sende- und Empfangseinheit und einem mobilen, von einem Benutzer tragbaren Code- geber 2 zum Nachweis einer Berechtigung für den Zugang oder die Benutzung durchführen.
Die objektseitige Sende- und Empfangseinheit weist zumindest einen Sender 3 und zumindest einen Empfänger 4 auf, die je- weils mit Sende- und/oder Empfangsantennen 5 verbunden sind, über die Signale gesendet und empfangen werden können. Die Antennen 5 sind an exponierten Stellen im Kraftfahrzeug (vgl. Figur 2) angeordnet, so dass Signale in den Innenraum des Kraftfahrzeugs und in den näheren Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs mit ausreichender Feldstärke gesendet werden können und Signale von dort hinreichend gut empfangen werden können.
In dem Kraftfahrzeug sind nicht dargestellte Sicherheitsaggregate (wie Türschlösser für den Zugang zum Kraftfahrzeug o- der ein Zünd-/Lenkschloss 6 für eine Wegfahrsperre) für die Benutzung des Kraftfahrzeugs angeordnet, die nur bei Nachweis einer Berechtigung mit Hilfe eines codierten Freigabesignals in einen ver- oder entriegelten Zustand gesteuert werden. Zusätzlich zu dem Berechtigungsnachweis muss sich der Codegeber 2 tatsächlich in einer bestimmten, vorgegebenen Position (o- der einem eng vorgegebenen Positionsbereich) in der Nähe des Kraftfahrzeugs oder innerhalb des Kraftfahrzeugs befinden, damit die entsprechenden Aktionen/Funktionen ausgelöst werden können.
Zur genauen Positionsbestimmung wird erfindungsgemäß sowohl eine Abstandsmesseinrichtung 7 als auch eine Pegelmesseinrichtung 8 benötigt, die jeweils mit einer Auswerteeinheit 9 verbunden sind. Zum Überprüfen der korrekten Codeinformation wird ein Demodulator 10 benötigt, der die Codeinformation dem Antwortsignal entnimmt und der Auswerteeinheit 9 zuführt. Die Auswerteeinheit 9 vergleicht die Codeinformation mit einer in einem Referenzspeicher 11 gespeicherten Referenzcodeinformation. Bei zumindest weitgehender Übereinstimmung ist zumindest die Berechtigung nachgewiesen. Falls dann noch die Position des Codegebers 2 - gegebenenfalls noch abhängig vom Be- triebszustand des Objekts anhand der Pegel- und der Abstandsmessung - als in einer zugelassenen Position erkannt wird, so können entsprechende Funktionen oder Aktionen im Objekt ausgelöst werden.
Jeder dem Objekt zugeordnete Codegeber 2 weist seinerseits einen Sender 12 und einen Empfänger 13 auf. Der Codegeber 2 kann Signale (Abfragesignale) empfangen und Signale (Antwort- Signale) mit Hilfe eines Codierers 14 codiert über den Sender 12 aussenden. Üblicherweise wird er dazu verwendet, ein codiertes Antwortsignal auszusenden, mit dessen Codeinformation eine Berechtigung zum Zugang oder Benutzung des Objekts nach- gewiesen wird.
Bei dem vorliegenden Identifikationssystem wird nur dann eine Berechtigung nachgewiesen, wenn einerseits die Basisstation 1 das korrekt codierte Antwortsignal und die daraus demodulier- te Codeinformation empfängt und andererseits die Position des Codegeber 2 als in einer bestimmten Position in der Nähe des Kraftfahrzeugs oder innerhalb des Kraftfahrzeugs befindlich erkannt wird.
Für die Auslösung des Antwortsignals kann beispielsweise ein Schalter im Bereich einer Zugangstür (in Figur 2 ist dies die Fahrertür) manuell betätigt werden. Wenn der Benutzer beispielsweise seine Hand in die Nähe des Türgriffs bringt oder diesen berührt/betätigt , so wird ein Abfragesignal von dem kraftfahrzeugseitigen Sender 3 ausgelöst und ausgesendet.
Weiterhin kann das Abfragesignal auch durch die automatische Erkennung der Position des Codegebers 2 in einer bestimmten Entfernung zum Fahrzeug ausgelöst werden. Falls der Codegeber 2 das Abfragesignal empfängt, so sendet er seinerseits ein Antwortsignal aus, das von dem fahrzeugseitigen Empfänger 4 empfangen wird. Da bei dem Ausführungsbeispiel der Codegeber 2 nur dann ein Antwortsignal aussendet, wenn er zuvor ein Abfragesignal empfangen hat, kann er auch als Transponder bezeichnet werden.
Nun wird einerseits der Abstand von Codegeber 2 und Objekt (beispielsweise über Messen der Signallaufzeit des Antwortsignals oder der Laufzeit der Signale zwischen dem Aussenden des Abfragesignals und dem Empfangen des AntwortSignals) er- mittelt. Dies kann mittels Zeitmessung (gegebenenfalls mit Hilfe von Zeitgebern sowohl im Objekt als auch im Codegeber 2) oder über eine Phasenmessung geschehen. Bei der Zeitmes- sung wird die Signallaufzeit mittelbar oder unmittelbar gemessen und bei bekannter Signalausbreitungsgeschwindigkeit der Abstand bestimmt. Bei der Phasenmessung wird die Änderung der Phase gegenüber der ausgesendeten Phase gemessen. Die Phasenänderung ist bei bekannter Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signals ein Maß für die zurückgelegte Entfernung.
Vorteilhaft ist es, wenn der Aussendezeitpunkt oder die Phase des Abfragesignals bei der Ermittlung des Abstands als Refe- renz berücksichtigt wird (gestrichelte Verbindung zwischen den Blöcken „Sender" und „Abstand" in Figur 1) .
Das Messen der Laufzeit eines Signals oder eines Weges, den ein Signal zurücklegt, ist dem Fachmann hinlänglich bei- spielsweise auch von Radarprinzipien (FM-CW-Radar) bekannt. Auf eingehendere Erläuterungen wird daher hier verzichtet.
Andererseits wird der Pegel/Amplitude/Feldstärke des empfangenen Signals ermittelt. Falls bekannt ist, mit welchem Pegel das Antwortsignal ausgesendet wird, so kann aufgrund der bekannten Übertragungsdämpfung und der Übertragungsmedien errechnet werden, wie weit der Codegeber 2 entfernt ist. Zum Messen des Pegels kann eine Strom- oder Spannungsmessung des empfangenen Signals vorgenommen werden. Außerdem können be- stimmte Pegel-Abstands-Muster infolge der „Bewegung" des Codegebers 2, den der Benutzer bei sich trägt, beobachtet werden, die zu einer Verifizierung der gemessenen Entfernungen herangezogen werden können.
Falls der Codegeber 2 mit einer eigenen Stromversorgung (Batterie) mit Energie versorgt wird, kann auch die Betriebstandzeit bei der Pegelmessung berücksichtigt werden, da die Spannung der Batterie mit der Zeit geringer wird und somit der ausgesendete Pegel mit der Zeit mehr und mehr reduziert wird. Dann sollte in der Auswerteeinheit 9 der gemessene Pegel mit einem zeitlichen Korrekturfaktor versehen werden, der die Pegelminderung mit der Zeit berücksichtigt. Bei der Pegelmessung kann der absolute Pegel als Messgröße herangezogen werden. Ebenso ist es möglich, eine relative Pegelmessung durchzuführen, bei der der gemessene Pegel mit ei- nem zuvor gemessenen Pegel in Beziehung gesetzt wird und nur die Differenz als Messgröße weiter verwendet wird. Bei der relativen Pegelmessung können auch die Pegel von Signalen gemessen werden, die über unterschiedliche Antennen 5 empfangenen werden. Diese gemessenen Pegel können in Beziehung (d.h. Differenzbildung) zueinander gesetzt werden. So können die
Pegel von Signalen gemessen werden, die von so genannten Au- ßenraumantennen (außen am Kraftfahrzeug angeordnet) empfangen werden und diese in Beziehung gesetzt werden mit Pegeln von Signalen, die über so genannte Innenraumantennen (innerhalb des Kraftfahrzeugs angeordnet) empfangen werden. Aus der Differenz der beiden Pegel kann der Abstand ermittelt oder die Position des Codegebers 2 zwischen Außenraum und Innenraum unterschieden werden.
Die Position des Codegebers 2 kann noch genauer ermittelt werden, wenn mehrere verteilt im oder am Objekt angeordnete Empfänger 4 jeweils das Antwortsignal empfangen. Dann kann mit Hilfe von geometrischen Mitteln (beispielsweise Triangulation) und der Pegelmessung die Position räumlich ermittelt werden.
Es ist ohnehin vorteilhaft mehrere Empfänger 4 im Objekt anzuordnen. So könnte auch eine Bewegung des Codegebers 2 erkannt werden oder von welcher Seite aus der Codegeber 2 dem Objekt angenähert wird. Abhängig von der Position können dann - bei berechtigter Codeinformation - entsprechende Aktionen ausgelöst werden. So kann beispielsweise - bei Annäherung an den Kofferraum 15 - zuerst der Heckdeckel entriegelt und gegebenenfalls geöffnet werden. Nach einer Zeitdauer können dann ein oder mehrere der Türschlösser entriegelt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Identifikationssystem zum Nachweis einer Berechtigung für den Zugang zu einem Objekt oder die Benutzung eines Objekts, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit
- einem mobilen Codegeber (2), der von einem Benutzer getragen wird und der bei Auslösung ein Antwortsignal aussendet, in dem eine für den Codegeber (2) charakteristische Codeinformation enthalten ist, und mit - einer objektseitig angeordneten Empfangseinheit (4), die mit einer Auswerteeinheit (9) verbunden ist, in der die in einem empfangenen Antwortsignal enthaltene Codeinformation mit einer Referenzcodeinformation verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass objektseitig sowohl eine Abstandsmesseinrichtung (7) als auch eine Pegelmesseinrichtung (8) angeordnet sind, die aus dem empfangenen Antwortsignal die Position des Codegebers (2) ermitteln.
2. Identifikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsmesseinrichtung (7) über eine Phasenmessung oder LaufZeitmessung des Antwortsignals den Abstand zwischen Codegeber (2) und der Empfangseinheit (4) ermittelt .
3. Identifikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pegelmesseinrichtung (8) die Feldstärke eines empfangenen Antwortsignals oder die Differenz von Feldstärken unterschiedlicher, empfangener Antwortsignale er it- telt und durch Vergleich mit Referenzwerten einen Abstand zwischen Codegeber (2) und Empfangseinheit (4) ermittelt.
4. Identifikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Empfangseinheiten (4) räumlich ge- trennt voneinander in dem Objekt angeordnet sind, die jeweils mit einer gemeinsamen Auswerteeinheit (9) verbunden sind, wo- bei für jede Empfangseinheit (4) eine Pegelmessung und/oder Abstandsmessung vorgenommen wird.
5. Identifikationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Sendeeinheiten (3) in dem Objekt angeordnet sind, die bei Auslösung ein Abfragesignal aussenden, woraufhin jeder Codegeber (2), der ein Abfragesignal empfängt, ein Antwortsignal zurücksendet .
6. Identifikationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (9) eine Bewertungseinrichtung aufweist, die die gemessenen Pegel und Abstände mit Wichtungsfaktoren wichtet und daraus die Po- sition des oder aller antwortenden Codegeber (2) bestimmt.
7. Identifikationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt ein Kraftfahrzeug ist und das Sicherheitsaggregat ein Schließsystem o- der eine Wegfahrsperre ist.
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