FR3106664A1 - Dispositif d’identification, de localisation précise et sélection d’un objet mobile parmi une pluralité d’objets situés à proximités. - Google Patents

Dispositif d’identification, de localisation précise et sélection d’un objet mobile parmi une pluralité d’objets situés à proximités. Download PDF

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Abstract

Dispositif d’identification, de localisation précise d’objet mobile comme un smartphone et de sélection, destiné à participer à une transaction de paiement par interface sans contact ou radiofréquence. L’invention concerne un dispositif de détection, de mesures de distance et de position d’un appareil par rapport à un terminal lors de transaction sans contact et ou radiofréquence par exemple Bluetooth Low Energie dit BLE en vue de sa sélection pour effectuer une transaction. Particulièrement les transactions entre un terminal et un téléphone mobile situé à proximité d’autres téléphones mobiles. Le Terminal équipé d’un moyen de détection de mouvement de faible amplitude basé sur les technologies radar à onde millimétriques, provoque la génération d’un signal connu dans le terminal qui crée une vibration de son haut-parleur ou oscillateur piézo-électrique. La vibration détectée par le radar du terminal permet la mesure précise de la position du mobile par le terminal et éventuellement sa sélection. Le dispositif selon l’invention est particulièrement adapté à sélectionner un mobile parmi plusieurs en fonction de sa position lors de transactions de paiements.

Description

Dispositif d’identification, de localisation précise et sélection d’un objet mobile parmi une pluralité d’objets situés à proximités.
Domaine de l’invention.
Un dispositif d’identification, de localisation précise d’objet mobile comme un smartphone et de sélection, destiné à participer à une transaction de paiement par interface sans contact ou radiofréquence.
Etat de l’art
La proximité et la distance ont jusqu'à présent été utilisées comme élément de sécurité et dans le cadre d’applications critiques pour la sécurité. La proximité indique l'action volontaire et l’intention d'ouvrir que ce soit des voitures, des bureaux, ou encore d'effectuer des paiements, d'établir clés cryptographiques pour le contrôle d'accès. De nombreux système de mesure sans fil et des techniques de localisation ont été développées au cours de la dernière décennie. Ceux-ci sont basés essentiellement sur le temps, l’instant d’arrivé et son décalage par rapport à l’instant du départ, ou encore basé sur la mesure du RSSI pour estimer la distance.
De plus en plus de dispositif de paiement sont basés sur l’usage du téléphone mobile. L’interface NFC, d’abord est utilisé pour effectuer ces transactions à partir d’un acte volontaire simple qui consiste à présenter ledit mobile à proximité du terminal de paiement. Le confort et les possibilités de transaction main libre qu’offre la technologie Bluetooth Low énergie intégrée dans les téléphones mobiles est également exploitée par les systèmes de paiements. Ces derniers peuvent par cette interface radio réaliser des transactions a une distance beaucoup plus grande que celles permises par la technologie sans contact.
Cependant, l’extension de la distance de communication permis par l’usage de la technologie BLE n’est pas sans conséquence. En effet, lors de transaction par ce moyen radio BLE, en cas de présence de plusieurs mobiles dans le champ de détection du terminal, il peut y avoir des difficultés à identifier lequel des mobiles doit être utilisé pour être destiné à payer.
Ce problème est d’autant plus délicat à résoudre lorsque les utilisateurs des mobiles sont très proches les uns des autres. Il serait nécessaire pour le terminal de déterminer précisément la position du mobile de l’utilisateur et l’associer à un identifiant du système BLE utilisé.
Une fois, la position du mobile identifié par le terminal et associé à l’identifiant BLE, la transaction de paiement peut être effectué sans risque d’erreur.
La présente invention résous ce problème en proposant une technologie qui nécessite d’être implémentée uniquement dans ou en relation avec le terminal. Elle ne nécessite pas de faire évoluer le matériel dans les objets mobiles moyens de paiement afin de déterminer leur position et les identifier.
L’invention concerne un dispositif de détection et de mesures de distance et de détection de position d’un appareil par rapport à un autre lors de transaction sans contact. Particulièrement les transactions entre un terminal et un téléphone mobile. Le terminal, équipé d’un moyen de détection de mouvement de faible amplitude basé sur les technologies radar à onde millimétriques, provoque par l’envoie d’une commande Bluetooth (BLE)la génération d’un signal connu dans le mobile qui crée une vibration périodique de son vibreur ou son haut-parleur ou oscillateur piézo-électrique. La vibration détectée par le radar du terminal permet la mesure précise de la position du mobile par le terminal et éventuellement son authentification et ceci, même au milieu d’une pluralité d’objet mobile.
La solution proposée ici, repose sur l’exploitation des radars à ondes millimétriques particulièrement de type FMCW. Ces radars, s’ils sont bien choisis, permettent aisément la mesure de distance de façon précise. Leurs propriétés majeures repose sur leur capacité à détecter et mesurer des mouvements extrêmement faibles et ceci de façon très précise. Ainsi, un radar FMCW dans les bandes V et ou W de fréquence 50 à 110 GHz par exemple mesure des distances avec une précision de 2,7 à 4mm environ et des mouvements inférieurs à 75 µm.
Le principe de l’invention consiste à mesurer depuis le terminal, un mouvement prédéfini, répétitif au niveau du ou des mobiles, par exemple un ou des smartphones, afin d’une part de les identifier par rapport à un identifiant du canal BLE associé et de déterminer leurs positions par rapport au terminal avant d’éventuellement valider la transaction souhaité (Paiement ou autre). Dans un mode préféré de réalisation, le mouvement mesuré sera celui du buzzer du smartphone ou vibreur dont les smartphones sont équipés.
La solution proposée ci-après est un dispositif de détection de mouvements périodiques complexes détectés aux moyens de traitements appropriés des signaux d’un radar à onde millimétrique de très faible puissance dit FMCW «continuous wave frequency modulate ». Cette détection associée à un traitement informatique par exemple de «machine Learning» permet à l’aide d’identification de pattern de discriminer et identifier les différents signaux émis par la source de mouvements ou de vibration du mobile visé.
Dans un mode préféré de réalisation, le radar à onde continue modulée en fréquence dispose d’une antenne, réalisée au moyen de circuit imprimé, permettant de couvrir un volume visé. Le volume pourra être directif ou étendu en fonction des caractéristiques de l’antenne réalisée. Le radar à onde continue modulée en fréquence est choisi de préférence couvrant une gamme de fréquence vobulé entre 60 et 81 GHZ en utilisant des formes de modulation judicieusement choisie. Cette gamme permet de disposer de plus de 4 GHz de bande passante et autorise des précisions de mesures compatibles avec l’analyse de signaux vibratoires ou de pression sonore tel que fréquence, amplitude et vitesse des mouvements. La richesse des informations restituées par ce type de signaux radar exploitées par des modélisations mathématique permettent l’analyse fine de courbes produites par les mouvements.
Le radar à onde millimétrique est une classe spéciale de technologie radar qui utilise les ondes courtes. Les systèmes radar émettent des ondes électromagnétiques que les objets présents réfléchissent. En capturant le signal réfléchi, un radar peut déterminer la distance, la vitesse de déplacement et l'angle sous lequel sont vu les objets. La longueur d’onde millimétrique utilisée est l'un des avantages de cette technologie. En effet, la taille des composants du système tels que les antennes nécessaires pour traiter les signaux sont petites. Un autre avantage des courtes longueurs d'onde est la haute précision. Ici le système fonctionnant à 77-81 GHz (longueur d'onde d'environ 4 mm), aura la capacité de détecter les mouvements d’une fraction de millimètre.
Un système radar millimétrique complet comprend la transmission (TX) et la réception (RX), des composants analogiques et des composants numériques tels que les convertisseurs analogiques-numériques (CAN), les microcontrôleurs (MCU) et processeurs de signaux numériques (DSP).
En outre, le radar à onde continue type FMCW transmet un signal modulé en fréquence en continu afin de mesurer la distance ainsi que l'angle et la vitesse des éléments visés. Cela diffère des systèmes de radar à impulsions traditionnels, qui transmettent des impulsions périodiquement.
Dans notre cas de radars FMCW, la fréquence du signal peut augmenter linéairement avec le temps. Ce type de signal est appelé un «chirp». La montre une représentation d'un tel signal chirp avec la variation d’amplitude en fonction du temps.
La décrit le même signal en fonction du temps. Le chirp est caractérisé par une fréquence de démarrage (fc), une bande passante (B) et sa durée (Tc). La pente du chirp (S) détermine le taux de changement de fréquence. Dans l'exemple fourni à la , fc = 77 GHz, B = 4 GHz, Tc = 40 μs et S = 100 MHz / μs.
Sans trop entrer dans les détails de fonctionnement d’un radar FMCW qui sont connu de l’homme de l’art, le principe ici est néanmoins de transmettre un signal de chirp spécifique adapté à l’application souhaitée et de capturer les signaux réfléchis par les objets présents dans son champ.
La représente un schéma de principe simplifié indiquant les principaux composants RF d'un radar FMCW.
Ce dernier fonctionne comme suit:
Un synthétiseur (210) génère un chirp.
Le chirp est transmis par une antenne d'émission (200),
La réflexion du chirp par un objet génère un chirp réfléchi capturé par la ou les antennes de réception (220).
Un mélangeur (230) combine les signaux RX (220) et TX (200) afin de produire un signal de fréquence intermédiaire IF (240).
La sortie (240) présente un signal «out» à une fréquence instantanée égale à la différence de fréquences instantanée des deux signaux des d'entrée RX et TX. La phase du signal «out » est égale à la différence de phases des deux signaux d'entrée RX et TX.
Dans l'innovation proposé ici, afin d’une part de couvrir suffisamment de volume de détection pour analyser tout mouvement utile et d’autre part afin de discriminer la provenance des différentes sources de mouvement généré par ce dernier, le radar est doté de plusieurs antennes de réception séparée par une distance l < λ/2 permettant ainsi un angle de détection inférieur à l’angle de détection Θmax, avec:
Θmax = sin-1(λ/2l). Dans un mode préféré de réalisation la fréquence de notre radar est de 77 GHZ à 81 GHz couvrant une longueur d’onde de l’ordre de 3,9mm. Ainsi l’AoA (Angle of Arrival) de notre système est suffisant pour discriminer l’origine de différentes sources de mouvement. L'estimation angulaire est basée sur l'observation qu’un petit changement dans la distance d'un objet (400) produit une variation de phase du pic de la résultante de la transformé de fourrier du signal réfléchi correspondant à cette distance. En utilisant 2 antennes de réception (420) comme illustré en , ce résultat est utilisé pour effectuer une estimation de l’angle entre la position de l’antenne et celle de l’objet visé. L’écart de distance entre l'objet et chacune des antennes provoque un changement de phase du maximum d’amplitude de la FFT (Fast Fourrier Transform). Ce changement de phase permet l’estimation de l’AoA.
Afin de mesurer la vitesse des mouvements de plusieurs points de la source en mouvement (le buzzer par exemple) situé à des distances très proches ou égale par rapport aux antennes du radar, le système radar transmet une trame de chirp qui est un ensemble de N chirps équidistants comme représenté en . Les techniques de traitement du signal permettent de traiter chacun des chirps réfléchis afin d’en déterminer la contribution aux variations de phase qui résulte des vitesses individuelles de chacun des points qui réfléchissent les signaux du radar. Une première FFT traite l'ensemble des chirps réfléchis, résultant en un ensemble de N pics chacun avec une phase différente incorporant la phase de chaque objet, une seconde FFT appelé Doppler-FFT est effectué sur chacune des phases pour discriminer chacun des mouvements des différents points.
Les signaux du radar de cette manière autorisent une cartographie des mouvements et vitesse de chacun des points de la cible présente dans le champ du radar. Ils sont après calculs mathématiques utilisés comme décrit plus haut à des fins de détection et d’analyse des mouvements.
Dans l’invention proposée, et afin de sécuriser la transaction entre un téléphone mobile et un terminal, le terminal de paiement sera équipé d’un composant radar FMCW tel que décrit plus haut.
Dans un mode de préféré de réalisation qui utilise l’interface BLE, pour supporter la transaction entre le terminal et le ou les mobiles par exemple pour une transaction de paiement, cette dernière initiée par le terminal de paiement peut s’appairer avec le téléphone mobile de différentes manières. Une fois appairé, le terminal par l’envoie d’une commande Bluetooth par exemple BLE au smartphone, provoque l’émission d’un signal (SIG) destiné à exciter le «buzzer» ou haut-parleur ou l’élément de vibration dudit smartphone. Le signal SIG code un signal d’au moins une fréquence (fs) connu du terminal. SIG provoque ainsi une vibration et/ou un mouvement physique détectable par le radar FMCW du terminal. Dès lors, ce mouvement répétitif connu du terminal indique la position exacte du smartphone par rapport au terminal. La détection de cette position par le radar du terminal, associé à l’identifiant Bluetooth utilisé pour envoyer la commande BLE au dit mobile permet sans ambiguïté au terminal d’identifier le mobile à utiliser pour effectuer la transaction.
Dans un autre mode de réalisation, le signal SIG peut être composé d’une fréquence comprise entre 100 Hz et 20 KHz, émise périodiquement par exemple entre 0.5 et 20 Hz et ceci sur une durée inférieure à cinq secondes. Le terminal peut être situé à une distance de 0 à plusieurs mètres par rapport au mobile.
Dans un autre mode de réalisation, SIG peut être un signal complexe correspondant a un message logique codé en binaire par l’usage d’au moins une fréquence associée à un état logique. Ainsi tout type de message peut être échangé entre le terminal et le mobile par l’intermédiaire de ce canal physique de mouvement ou vibration. Le terminal grâce à SIG s’authentifie auprès du mobile grâce à cette détection des mouvements provoquées par SIG.
SIG peut être réalisé de façon très variable, il peut être basé sur une modulation de largeur d’impulsion du type PWM (pulse width modulation) afin de coder tout type de message, ou encore fonctionner en modulation de fréquence.
Il pourra également être réalisé au moyen d’une fréquence générée par exemple 100 Hz, durant 500ms répétée de façon périodique par exemple toute les secondes pendant une certaine durée par exemple 5 secondes qui pourra être acquittée par le dispositif lorsqu’il est reconnu.
Dans un autre mode de réalisation, le signal SIG pourra coder via ces vibrations un Token (un message binaire) préalablement transmis par le terminal au moyen du canal BLE par exemple.
Dans un autre mode préféré de réalisation, plusieurs commandes BLE associés à une pluralité d’identifiant BLE qui correspondent à une pluralité de smartphones sont envoyés par le terminal. Ces commandes codent des signaux SIG différents à associer à chacun des smartphones. Ces derniers réagiront différemment les uns des autres au moyens de leurs vibreurs permettant ainsi au terminal de cartographier leurs positions par rapport à lui. Le terminal pourra ainsi organiser les transactions à effectuer individuellement sur chacun des smartphones.
Le Dispositif est un dispositif d’identification, de localisation précise d’objet mobile de type smartphone et sa sélection parmi une pluralité d’autres objets mobiles situés à proximité dudit objet mobile, caractérisés en ce qu’il comporte un terminal équipé d’un composant de radiodétection radar à onde continue modulé en fréquence, d’une interface radiofréquence de même type que celle présente dans les objets mobiles avec lesquels communiquer, de moyens de traitement et d’analyse temps réel des signaux (240) issues du radar, de moyens de traitement et de communication par l’interface radiofréquence.
Le radar fonctionne dans la bande de V à W de 50 à 110 GHz (210), il dispose d’au moins une antenne d’émission (200) et une ou plusieurs antennes de réception (220).
le radar est configuré pour détecter des mouvements vibratoires périodiques de faible amplitude.
le dispositif envoi une commande via son interface radio fréquence au smartphone connecté destinée à faire générer un mouvement vibratoire périodique au dit objet mobile de type smartphone.
Le mouvement provoqué et généré par l’objet mobile est connu du terminal comportant les moyens de détection de mouvements.
Le Dispositif comporte des moyens de traitement des signaux issues du radar qui détermine la position précise, distance et angle entre les deux appareils communicants: terminal et objet mobile connecté.
Le dispositif associe la position de l’objet mobile détecté à un identifiant radio fréquence échangé entre le terminal et l’objet mobile pour communiquer.
Le mouvement vibratoire, périodique provoqué peut-être répétitif de période connu.
Le mouvement vibratoire périodique peu coder un message logique.
Le message logique peut contenir une signature électronique.

Claims (10)

  1. Dispositif d’identification, de localisation précise dans l’espace à 2 dimensions et de sélection d’un mobile de type smartphone, parmi une pluralité d’autres objets mobiles situés à sa proximité, caractérisés en ce qu’il comporte un terminal équipé d’un composant de radiodétection radar à onde continue modulé en fréquence, configuré pour détecter des mouvements vibratoires périodiques de faible amplitude, de moyens de traitement et d’analyse temps réel des signaux (240) issues du radar, d’une interface de communication radiofréquence de même type que celle présente dans les objets mobiles, a même de transmettre une commande au smartphone connecté via son interface radiofréquence destinée à lui faire générer un mouvement vibratoire périodique connu du terminal pour le localiser dans l’espace.
  2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de traitement des signaux issues du radar amplifient les signaux synchrones de la période vibratoire connue.
  3. Dispositif selon la revendication 1 à 2 caractérisé en ce que le radar fonctionne dans la bande de V à W de 50 à 110 GHz (210).
  4. Dispositif selon la revendication 1 à 3 caractérisé en ce que le radar dispose d’au moins une antenne d’émission (200) et une ou plusieurs antennes de réception (220),
  5. Dispositif selon la revendication 1 à 4 caractérisé en ce que les moyens de traitement des signaux issues du radar détermine la position précise, distance et angle entre les deux appareils communicants: terminal et objet mobile connecté.
  6. Dispositif selon la revendication 1 à 5 caractérisé en ce que la précision de localisation du smartphone sélectionné est connue avec une marge d’erreur inférieure à 5 cm dans chaque direction de l’espace.
  7. Dispositif selon la revendication 1 à 6 caractérisé en ce qu’il associe la position de l’objet mobile détecté à un identifiant radio fréquence échangé entre le terminal et l’objet mobile pour communiquer.
  8. Dispositif selon la revendication 1 à 7 caractérisé en ce que le mouvement vibratoire, périodique est répétitif de période connu.
  9. Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que le mouvement vibratoire périodique code un message logique.
  10. Dispositif selon la revendication 8 à 9 caractérisé en ce que le message logique contient une signature électronique.
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US20110195699A1 (en) * 2009-10-31 2011-08-11 Saied Tadayon Controlling Mobile Device Functions
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