FR3060766A1 - Procede et systeme d'evaluation d'une distance entre un identifiant et un vehicule, systeme embarque et identifiant associes - Google Patents
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Abstract
Un procédé d'évaluation d'une distance (d) entre un identifiant (20) et un véhicule (10) comprend les étapes suivantes : - pour chaque fréquence parmi une pluralité de fréquences, mesure d'une amplitude et d'une phase en réception d'un signal électromagnétique échangé entre l'identifiant (20) et le véhicule (10) à la fréquence concernée ; - construction d'une matrice d'autocorrélation sur la base des amplitudes et des phases mesurées ; - évaluation de ladite distance (d) par traitement de la matrice d'autocorrélation. Un système d'évaluation, un système embarqué et un identifiant associés sont également décrits.
Description
Titulaire(s) : VALEO COMFORT AND DRIVING ASSISTANCE Société par actions simplifiée.
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : VALEO COMFORT AND DRIVING ASSISTANCE.
PROCEDE ET SYSTEME D'EVALUATION D'UNE DISTANCE ENTRE UN IDENTIFIANT ET UN VEHICULE, SYSTEME EMBARQUE ET IDENTIFIANT ASSOCIES.
FR 3 060 766 - A1
Un procédé d'évaluation d'une distance (d) entre un identifiant (20) et un véhicule (10) comprend les étapes suivantes:
- pour chaque fréquence parmi une pluralité de fréquences, mesure d'une amplitude et d'une phase en réception d'un signal électromagnétique échangé entre l'identifiant (20) et le véhicule (10) à la fréquence concernée;
- construction d'une matrice d'autocorrélation sur la base des amplitudes et des phases mesurées;
- évaluation de ladite distance (d) par traitement de la matrice d'autocorrélation.
Un système d'évaluation, un système embarqué et un identifiant associés sont également décrits.
Procédé et système d’évaluation d’une distance entre un identifiant et un véhicule, système embarqué et identifiant associés
Domaine technique auquel se rapporte l'invention
La présente invention concerne l’évaluation de la distance entre un identifiant et un véhicule.
Elle concerne plus particulièrement un procédé et un système d’évaluation d’une distance entre un identifiant et un véhicule, ainsi qu’un système embarqué et un identifiant associés.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
On connaît (notamment sous la dénomination PEPS pour Passive Entry - Passive Star?) des systèmes dans lesquels une fonctionnalité d’un véhicule (typiquement le déverrouillage des portes du véhicule) est activée lorsqu’un identifiant (porté par l’utilisateur du véhicule) est suffisamment proche du véhicule.
Ce type de système nécessite donc d’évaluer la distance entre l’identifiant et le véhicule.
Afin de pouvoir utiliser divers types d’appareil électronique en tant qu’identifiant, même lorsqu’un tel appareil électronique n’est pas spécifiquement conçu dans ce but, on a cherché à évaluer la distance entre l’identifiant et le véhicule sur la base de signaux électromagnétiques utilisées par ailleurs pour échanger des données entre l’identifiant et le véhicule.
Dans les systèmes de communication utilisés de nos jours, ces signaux électromagnétiques ont toutefois en général des fréquences élevées (par exemple de l’ordre de 2,4 GHz en technologie Bluetooth®) qui ne se prêtent pas à des techniques classiques d’évaluation de la distance (comme la technique dite RSSI pour Received Signal Strength Indication) à cause de problèmes d’anisotropie et de la présence fréquente de signaux réfléchis.
Objet de l’invention
Dans ce contexte, la présente invention propose un procédé d’évaluation d’une distance entre un identifiant et un véhicule, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
- pour chaque fréquence parmi une pluralité de fréquences, mesure d’une amplitude et d’une phase en réception d’un signal électromagnétique échangé entre l’identifiant et le véhicule à la fréquence concernée ;
- construction d’une matrice d’autocorrélation sur la base des amplitudes et des phases mesurées ;
- évaluation de ladite distance par traitement de la matrice d’autocorrélation.
On évalue ainsi la distance entre l’identifiant et le véhicule au moyen d’une méthode qui tient compte des différents chemins empruntés par les signaux électromagnétiques et qui donne donc un résultat précis même lorsque des fréquences relativement élevées sont utilisées.
Le traitement de la matrice d’autocorrélation est par exemple réalisé selon une méthode à haute résolution (ou méthode à sous-espaces) ; ce traitement peut comprendre les étapes suivantes :
- détermination d’un sous-espace bruit associé à la matrice d’autocorrélation ;
- pour une pluralité de retards possibles, détermination d’une mesure de la projection dans le sous-espace bruit d’un vecteur construit sur la base du retard possible concerné ;
- sélection des retards possibles pour lesquels ladite mesure prend les valeurs les plus faibles ;
- évaluation de ladite distance sur la base des retards possibles sélectionnés.
Selon d’autres caractéristiques envisageables à titre optionnel (et donc non limitatif) :
- ladite distance est évaluée au moyen du plus court desdits retards possibles sélectionnés ;
- les fréquences de ladite pluralité de fréquences sont comprises dans la bande de fréquence à 2,4 GHz ;
- ladite pluralité de fréquences comprend plus de 5 fréquences ;
- lesdits signaux électromagnétiques sont échangés entre un premier module de communication équipant le véhicule et un second module de communication équipant l’identifiant ;
- le premier module de communication et le second module de communication sont conçus pour établir une liaison sans fil d’échange de données.
L’invention propose également un système embarqué pour véhicule comprenant :
- un circuit de réception d’un signal électromagnétique adapté pour mesurer, pour chaque fréquence parmi une pluralité de fréquences, une amplitude et une phase du signal électromagnétique reçu à la fréquence concernée ;
- une unité électronique de commande conçue pour construire une matrice d’autocorrélation sur la base des amplitudes et des phases mesurées, et pour évaluer la distance séparant l’identifiant et un émetteur du signal électromagnétique par traitement de la matrice d’autocorrélation.
Dans ce mode de réalisation, les mesures du signal électromagnétique et le traitement des mesures effectuées sont réalisés au sein du véhicule.
L’invention propose également un identifiant comprenant :
- un circuit de réception d’un signal électromagnétique adapté pour mesurer, pour chaque fréquence parmi une pluralité de fréquences, une amplitude et une phase du signal électromagnétique reçu à la fréquence concernée ;
- une unité de commande conçue pour construire une matrice d’autocorrélation sur la base des amplitudes et des phases mesurées et pour évaluer la distance séparant l’identifiant et un émetteur du signal électromagnétique par traitement de la matrice d’autocorrélation.
Selon cette variante, les mesures du signal électromagnétique et le traitement des mesures effectuées sont réalisés au sein de l’identifiant ; la distance évaluée peut alors être transmise au véhicule (éventuellement sous forme chiffrée), par exemple via la liaison sans fil d’échanges de données susmentionnée.
L’invention propose enfin un système d’évaluation d’une distance entre un identifiant et un véhicule, comprenant :
- un circuit de réception d’un signal électromagnétique adapté pour mesurer, pour chaque fréquence parmi une pluralité de fréquences, une amplitude et une phase du signal électromagnétique reçu à la fréquence concernée ;
- une unité de commande conçue pour construire une matrice d’autocorrélation sur la base des amplitudes et des phases mesurées et pour évaluer la distance séparant l’identifiant et un émetteur du signal électromagnétique par traitement de la matrice d’autocorrélation.
Le circuit de réception peut être situé au sein du véhicule ou dans l’identifiant. L’unité de commande peut quant à elle être situé au sein du véhicule ou dans l’identifiant. Lorsque le circuit de réception et l’unité de commande sont situés dans deux objets différents, les amplitudes et les phases mesurées peuvent être transmises de l’objet équipé du circuit de réception à l’objet équipé du circuit de commande, par exemple via la liaison sans fil d’échanges de données susmentionnée.
Description detaillee d’un exemple de réalisation
La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.
Sur les dessins annexés :
- la figure 1 représente schématiquement les éléments principaux d’un système dans lequel peut être mise en œuvre l’invention ; et
- la figure 2 représente un procédé d’évaluation de la distance séparant un identifiant et un véhicule.
La figure 1 représente schématiquement les éléments principaux d’un système dans lequel peut être mise en œuvre l’invention.
Un tel système comprend un véhicule 10, ici un véhicule automobile, et un identifiant 20, par exemple une clé ou badge d’accès au véhicule 10 (ou, en variante, un terminal utilisateur, tel qu’un téléphone mobile ou un ordiphone - ou smartphone selon l’application anglaise couramment utilisée, muni de droits d’accès au véhicule 10).
Le véhicule 10 est équipé d’un système (électronique) embarqué qui comprend notamment une unité électronique de commande 11 et un module de communication 12.
L’unité électronique de commande 11 comprend par exemple un microprocesseur et au moins une mémoire, par exemple une mémoire non-volatile réinscriptible. La mémoire mémorise notamment des instructions de programme qui permettent, lorsqu’elles sont exécutées par le microprocesseur, la mise en œuvre par l’unité électronique de commande 11 de diverses fonctionnalités, et notamment du procédé décrit ci-dessous en référence à la figure 2. La mémoire mémorise également des valeurs ou paramètres utilisés au cours de ces procédés, par exemple des valeurs d’amplitude et de phase mesurées A,, Φ, (comme expliqué plus loin).
En variante, l’unité électronique de commande 11 pourrait être réalisée sous la forme d’un circuit intégré à application spécifique (ou ASIC pour
Application Spécifie Integrated Circuit') ou un circuit logique programmable (tel qu’un réseau de portes programmables ou FPGA pour Field Programmable Gâte Arraÿ').
Le module de communication 12 est conçu pour établir une liaison sans fil d’échange de données avec d’autres appareils électroniques, ici une liaison de type Bluetooth Low Energÿ' (ou BLE'). Le module de communication 12 est donc notamment conçu pour émettre et recevoir des signaux électromagnétiques (typiquement de fréquence supérieure à 1 MHz, voire à 500 MHz), ici dans la bande à 2,4 GHz.
L’identifiant 20 est généralement porté par un utilisateur du véhicule 10 et permet la commande de certaines fonctionnalités du véhicule 10 (par exemple le déverrouillage des portes du véhicule 10), notamment lorsqu’il est approché du véhicule 10. L’identifiant 20 peut éventuellement comporter en outre des boutons de commande, à l’aide desquels l’utilisateur peut commander certaines au moins des fonctionnalités précitées ou d’autres fonctionnalités du véhicule 10.
L’identifiant 20 comprend une unité de commande 21 et un module de communication 22.
L’unité de commande 21 est par exemple réalisée au moyen d’un microprocesseur et d’au moins une mémoire, par exemple une mémoire non volatile réinscriptible. La mémoire mémorise notamment des instructions de programme qui permettent, lorsqu’elles sont exécutées par le microprocesseur, la mise en œuvre par l’unité de commande 21 de certains procédés, notamment des procédés d’échange de données entre l’identifiant 20 et l’unité électronique de commande 11, comme présenté ci-dessous. La mémoire mémorise également des valeurs ou paramètres utilisés au cours de ces procédés.
En variante, l’unité de commande 21 pourrait être réalisée sous la forme d’un circuit intégré à application spécifique.
Le module de communication 22 est conçu pour établir une liaison sans fil d’échange de données (ici de type Bluetooth Low Energy ou BLE') avec d’autres appareils électroniques, en particulier avec l’unité électronique de commande 11 du véhicule 10 via le module de communication 12 mentionné plus haut. Le module de communication 22 est donc lui aussi conçu pour émettre et recevoir des signaux électromagnétiques (typiquement de fréquence supérieure à 1 MHz, voire à 500 MHz), ici dans la bande à 2,4 GHz.
Grâce à la liaison sans fil d’échange de données ainsi établie entre le module de communication 12 du véhicule 10 et le module de communication 22 de l’identifiant 20, des données peuvent être échangées entre l’unité électronique de commande 11 du véhicule 10 et l’unité de commande 21 de l’identifiant 20.
Les signaux électromagnétiques échangés entre les modules de communications 12, 22 peuvent en outre être utilisés pour évaluer la distance d séparant l’identifiant 20 et le véhicule 10 comme expliqué à présent.
La figure 2 représente en effet un procédé d’évaluation de la distance d séparant l’identifiant 20 et le véhicule 10 (précisément de la distance entre le module de communication 22 de l’identifiant 20 et le module de communication 12 du véhicule 10).
Ce procédé débute à l’étape E2 à laquelle l’unité de commande 21 de l’identifiant 20 commande au module de communication 22 l’émission de signaux électromagnétiques ayant successivement N fréquences f, différentes (ces fréquences étant notées dans la suite fi, f2, ..., în)· On utilise typiquement plus de 10 fréquences différentes (i.e. N est supérieur à 10), par exemple entre 50 et 100 fréquences différentes (i.e. N est compris entre 50 et 100). Chacune de ces fréquences f, est toutefois comprise dans la même bande de fréquence (ici la bande de fréquences à 2,4 GHz), les fréquences f, valant par exemple ici entre 2,4 GHz et 2,480 GHz. Le module de communication 22 peut utiliser une phase de référence constante au cours de ces émissions successives.
L’étape E2 est par exemple mise en œuvre à réception par l’unité de commande 21 (via le module de communication 22) d’une instruction spécifique en provenance de l’unité électronique de commande 11 (ou à réception d’un autre type de signal émis par le module de communication 12 du véhicule 10 ou par un autre circuit d’émission du véhicule 10). En variante, l’étape E2 pourrait être déclenchée périodiquement.
On a ainsi représenté à l’étape E4 sur la figure 2 l’émission d’un signal électromagnétique de fréquence fi par le module de communication 22 de l’identifiant 20.
Ce signal électromagnétique de fréquence fi est reçu par le module de communication 12 du véhicule 10 à l’étape E6, ce qui permet d’obtenir une mesure d’amplitude Ai et une mesure de phase Φι du signal électromagnétique reçu.
L’amplitude et la phase mesurées ΑΊ, Φι sont reçues par l’unité électronique de commande 11 et mémorisées à l’étape E8.
Des étapes similaires aux étapes E4 à E8 sont effectuées pour chacune des fréquences f,.
On a ainsi représenté sur la figure 2 l’émission par le module de communication 22 d’un signal électromagnétique de fréquence în (dernière fréquence d’émission) à l’étape E10.
Ce signal électromagnétique de fréquence fN est reçu par le module de communication 12 du véhicule 10 à l’étape E12, ce qui permet d’obtenir une mesure d’amplitude An et une mesure de phase Φν du signal électromagnétique reçu.
L’amplitude et la phase mesurées AN, Φν sont reçues par l’unité électronique de commande 11 et mémorisées à l’étape E14.
L’unité électronique de commande 11 mémorise ainsi (suite aux précédentes étapes) des amplitudes A, et des phases Φ, associées respectivement à une pluralité de fréquences f,. On remarque qu’en variante, on pourrait utiliser, en lieu et place de l’amplitude A, et de la phase Φ,, la partie réelle I, (pour In direct' en anglais) et la partie imaginaire Q, (pour In quadrature en anglais) avec I, = Ι3β(Αίβφι) et Q, = ΐΓη(Αίθφι), où Re(Z) est la partie réelle du nombre complexe Z et lm(Z) est la partie imaginaire du nombre complexe Z.
L’unité électronique de commande 11 peut alors procéder à l’étape E16 à la construction d’une matrice d’autocorrélation M (ou matrice de covariance des observations) sur la base des amplitudes et des phases mesurées A,, Φ,.
On rappelle que la matrice d’autocorrélation M est construite par le produit (matriciel) du vecteur des observations V par son vecteur transposé conjugué V*T :
M = VV*T, avec V = [(Αιβφ1) (Α2βφ2) ... (Ανθφν)]τ (et donc ν*τ=[(Αιβ’φ1) (Α2β’φ2) ... (Ανθ’φν)]).
La matrice d’autocorrélation M est une matrice à N lignes et N colonnes.
On propose d’utiliser une méthode à haute-résolution (ou méthode à sous-espaces) pour évaluer de la distance d par traitement de la matrice d’autocorrélation. Dans l’exemple décrit ici, la méthode utilisée est une méthode de type MUSIC (pour MUItiple Signal Classification). On pourrait toutefois en variante utiliser une autre méthode, par exemple une méthode de type ESPRIT (pour Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques), OPM (pour Orthonormal Propagator Method'), SWEDE (pour Subspace method Without Eigen Décomposition) ou ESPRITWED (pour ESPRIT Without Eigen Décomposition).
Pour des explications complémentaires à propos de ces méthodes, on pourra se référer notamment au document Apport de techniques de traitement du signal super et haute résolution à l’amélioration des performances du radarchaussée, Cédric Le Bastard, Signal and Image Processing, Université de Nantes, 2007.
Selon la méthode utilisée ici, l’unité électronique de commande 11 détermine un sous-espace bruit associé à la matrice d’autocorrélation (étape E18).
L’unité électronique de commande 11 détermine par exemple pour ce faire la décomposition de la matrice d’autocorrélation M sur une base de N vecteurs propres ΕΊ, E2, ..., En avec N valeurs propres λΊ, À2, ..., An associées (classées par valeurs décroissantes).
Les plus grandes valeurs propres A1; ..., ÀK correspondent au sousespace signal (K pouvant être une valeur prédéterminée, égale par exemple à 5, ou déterminée à chaque fois en fonction des valeurs propres λΊ, À2, ..., An) et le sous-espace bruit déterminé à l’étape E18 est donc représenté par les vecteurs propres EK+i, ·, EN définissant ce sous-espace bruit.
L’unité électronique de commande 11 peut alors déterminer, pour une pluralité de retards tj envisageables, une mesure pj de la projection dans le sousespace bruit d’un vecteur directionnel Dj associé au retard envisageable tj concerné (étape E20).
Cette mesure utilise par exemple les produits scalaires du vecteur directionnel Dj avec chacun des vecteurs propres Ek+i, ..., En définissant le sousespace bruit (ici par sommation de ces produits scalaires) : pj = Zk=K+iD/-Ek .
L’unité électronique de commande 11 détermine à l’étape E21 les retards tj qui correspondent aux plus faibles valeurs de la mesure pj (ou, de manière équivalente, qui maximisent une fonction croissante avec l’inverse de la mesure Pj, fonction parfois dénommée pseudo-spectre). Cette étape E21 permet ainsi de sélectionner les valeurs de retard tj qui correspondent chacune à un chemin de l’onde électromagnétique transmise du module de communication 22 de l’identifiant 20 au module de communication 12 du véhicule 10 (certains chemins impliquant des réflexions sur des objets ou parois voisins du véhicule 10).
L’unité électronique de commande 11 peut ainsi déterminer à l’étape E22 la distance d en fonction de la valeur la plus faible τ (qui correspond au chemin en ligne directe) parmi les valeurs de retard tj sélectionnées : d = t.c, où c est la célérité de la lumière.
L’unité électronique de commande 11 peut alors éventuellement commander une fonctionnalité du véhicule en fonction de la distance d ainsi évaluée.
Dans l’exemple décrit ici, l’unité électronique de commande 11 détermine à l’étape E24 si la distance évaluée d est inférieure à un seuil prédéterminé S.
Dans la négative (flèche N), l’identifiant 20 n’est pas suffisamment proche du véhicule et l’unité électronique de commande boucle à l’étape E8 en attente d’autres signaux reçus de l’identifiant 20.
Dans l’affirmative à l’étape E24, l’identifiant 20 est suffisamment proche du véhicule (distance d inférieure au seuil de distance S) et l’unité électronique de commande 11 commande une fonctionnalité telle que le déverrouillage des portes du véhicule 10 (étape E26).
Dans l’exemple qui vient d’être décrit, les signaux électromagnétiques (ayant successivement les différentes fréquences f,) sont émis par le module de communication 22 de l’identifiant 20.
En variante, ces signaux électromagnétiques pourraient être émis par le module de communication 12 du véhicule 10 ; les amplitudes A, et les phases Φ, en réception seraient alors mesurées au niveau du module de communication 22 de l’identifiant 20. Les amplitudes et phases mesurées A,, Φ, en association avec chaque fréquence f, pourraient alors être transmises (via la liaison sans fil établie entre les modules de communication 12, 22, éventuellement sous forme chiffrée) à l’unité électronique de commande 11 pour estimation de la distance d (comme lors des étapes E16 à E22 décrites ci-dessus) ; les amplitudes A, et phases Φ, mesurées pourraient également être utilisées au sein de l’identifiant 20 (et précisément de l’unité de commande 21) pour estimer la distance d (selon la technique proposée ci-dessus), auquel cas la distance d estimée au sein de l’identifiant 20 serait transmise à l’unité électronique de commande 11 via la liaison sans fil établie entre les modules de communication 12, 22 (éventuellement sous forme chiffrée).
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Procédé d’évaluation d’une distance (d) entre un identifiant (20) et un véhicule (10), caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :- pour chaque fréquence (fi ; în) parmi une pluralité de fréquences (fi, în), mesure (E6 ; E12) d’une amplitude (Ai ; An) et d’une phase (Φι ; Φν) en réception d’un signal électromagnétique échangé entre l’identifiant (20) et le véhicule (10) à la fréquence concernée (fi ; fN) ;- construction (E16) d’une matrice d’autocorrélation sur la base des amplitudes (A-ι, An) et des phases (Φι, Φν) mesurées ;- évaluation de ladite distance (d) par traitement de la matrice d’autocorrélation (E18, E20, E21, E22).
- 2. Procédé d’évaluation selon la revendication 1, dans lequel le traitement de la matrice d’autocorrélation comprend les étapes suivantes :- détermination (E18) d’un sous-espace bruit associé à la matrice d’autocorrélation ;- pour une pluralité de retards possibles, détermination (E20) d’une mesure de la projection dans le sous-espace bruit d’un vecteur construit sur la base du retard possible concerné ;- sélection (E21) des retards possibles pour lesquels ladite mesure prend les valeurs les plus faibles ;- évaluation (E22) de ladite distance sur la base des retards possibles sélectionnés.
- 3. Procédé d’évaluation selon la revendication 2, dans lequel ladite distance est évaluée au moyen du plus court desdits retards possibles sélectionnés.
- 4. Procédé d’évaluation selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel les fréquences (f-ι, în) de ladite pluralité de fréquences sont comprises dans la bande de fréquence à 2,4 GHz.
- 5. Procédé d’évaluation selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel ladite pluralité de fréquences comprend plus de 5 fréquences.
- 6. Procédé d’évaluation selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel lesdits signaux électromagnétiques sont échangés entre un premier module de communication (12) équipant le véhicule (10) et un second module de communication (22) équipant l’identifiant (20).
- 7. Procédé d’évaluation selon la revendication 6, dans lequel le premier module de communication (12) et le second module de communication (22) sont conçus pour établir une liaison sans fil d’échange de données.
- 8. Système embarqué pour véhicule comprenant :- un circuit de réception (12) d’un signal électromagnétique adapté pour mesurer, pour chaque fréquence parmi une pluralité de fréquences, une amplitude et une phase du signal électromagnétique reçu à la fréquence concernée ;- une unité électronique de commande (11) conçue pour construire une matrice d’autocorrélation sur la base des amplitudes et des phases mesurées, et pour évaluer la distance séparant l’identifiant et un émetteur du signal électromagnétique par traitement de la matrice d’autocorrélation.
- 9. Identifiant comprenant :- un circuit de réception (22) d’un signal électromagnétique adapté pour mesurer, pour chaque fréquence parmi une pluralité de fréquences, une amplitude et une phase du signal électromagnétique reçu à la fréquence concernée ;- une unité de commande (21) conçue pour construire une matrice d’autocorrélation sur la base des amplitudes et des phases mesurées et pour évaluer la distance séparant l’identifiant et un émetteur du signal électromagnétique par traitement de la matrice d’autocorrélation.
- 10. Système d’évaluation d’une distance entre un identifiant et un véhicule, comprenant :- un circuit de réception (12 : 22) d’un signal électromagnétique adapté pour mesurer, pour chaque fréquence parmi une pluralité de fréquences, une amplitude et une phase du signal électromagnétique reçu à la fréquence concernée ;- une unité de commande (11 ; 21) conçue pour construire une matrice d’autocorrélation sur la base des amplitudes et des phases mesurées et pour évaluer la distance séparant l’identifiant et un émetteur du signal5 électromagnétique par traitement de la matrice d’autocorrélation.1/1I I IE26
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