JP7199391B2 - 測距装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、測距装置に関する。
近年、ドアの施錠・解錠を容易にするキーレスエントリシステムが多くの自動車に採用されている。この技術によれば、自動車のユーザは、自動車のキーと自動車間の通信を利用してドアを施錠・解錠することができる。更に近年、ユーザがキーに触れることなくドアを施錠・解錠したり、エンジンを始動させたりすることができるスマートキーシステムも広く普及している。
一方で、攻撃者がキーと自動車間の通信に侵入し、自動車または車内物品を盗難する事件が多発している。この攻撃、すなわち所謂リレーアタックの防御策としてキーと自動車間の距離を測定し、距離が所定の距離以上と判断したときは、ドアの解錠などを禁止する策が検討されている。
エンジンの始動時にも、車内のアンテナとキーとの間で通信が行われ、正しく認証されると、ユーザは、エンジンを始動させることができるが、リレーアタックは、エンジンが始動される時にも行われる。
しかし、車内では、マルチパスの影響を受けて、測定される距離の精度が低下してしまう。測距精度の低下は、リレーアタックに対する対策を適切にとることができず、エンジン始動を可能にしてしまう虞がある。
特開2012-51421号公報
そこで、実施形態は、測距精度が低下する環境下においても、リレーアタックに対する対策を適切に取ることを可能する測距装置を提供することを目的とする。
実施形態の測距装置は、キャリア位相検出に基づいて車両とキー間の距離を算出する測距装置において、少なくとも一方が移動自在な第1装置及び第2装置により取得した位相情報に基づいて前記第1装置と前記第2装置との間の距離を算出する算出部と、を有し、前記車両に設けられた前記第1装置は、第1基準信号源と、前記第1基準信号源の出力を用いて、各々がキャリア信号である複数の第1測距信号を送信すると共に、各々がキャリア信号である前記第2装置からの複数の第2測距信号を受信する、第1送受信器と、を具備し、前記キーに設けられた前記第2装置は、前記第1基準信号源とは独立に動作する第2基準信号源と、前記第2基準信号源の出力を用いて、前記複数の第2測距信号を送信すると共に、前記複数の第1測距信号を受信する第2送受信器と、を具備し、前記算出部は、前記複数の第1測距信号及び前記複数の第2測距信号の受信によって得られる各キャリア信号の位相の検出結果を用いて、前記距離の算出を行い、前記第1装置と前記第2装置の少なくとも一方において、前記キーが前記車両外にあるときに前記複数の第1測距信号又は前記複数の第2測距信号を送信するときの第1送信電力よりも、前記キーが前記車両内にあるときに前記複数の第1測距信号又は前記複数の第2測距信号を送信するときの第2送信電力は、小さくなるように設定される。
第1の実施形態に関わる測距装置を含む無線通信システムの構成図である。 第1の実施形態に関わる無線通信システムが適用されるスマートキーシステムを説明するための構成図である。 第1の実施形態に関わる、キーを保持するユーザが、自動車の近傍に近づいてきたときの認証と測距の様子を説明するための図である。 第1の実施形態に関わる、自動車の装置とキーの装置との間で行われる無線信号の送受信シーケンスを示す図である。 第1の実施形態に関わる測距装置の構成図である。 第1の実施形態に関わる、2つの装置の一方の測距部の回路図である。 第1の実施形態に関わる、2つの装置の他方の測距部の回路図である。 第1の実施形態に関わる、プロセッサにおける第1測距信号の送信電力の制御の流れの例を示すフローチャートである。 第1の実施形態の変形例に関わる、プロセッサにおける第2測距信号の送信電力の制御の流れの例を示すフローチャートである。 第2の実施形態に関わる、2つの装置の一方の測距部の回路図である。 第2の実施形態に関わる、プロセッサにおける測距処理の中止判定処理の流れの例を示すフローチャートである。 第2の実施形態の変形例に関わる、2つの装置の他方の測距部の回路図である。
以下、図面を参照して実施形態を説明する。
(第1の実施形態)
(構成)
図1は、本実施形態に関わる測距装置を含む無線通信システムの構成図である。図2は、本実施形態に関わる無線通信システムが適用されるスマートキーシステムを説明するための構成図である。装置1と装置2の少なくとも一方が移動自在である。
スマートキーシステム100は、車両としての自動車Cと、キーKとを有して構成される。キーKは、自動車Cのドアの施錠・解錠及びエンジンの始動のために用いられる。より詳しくは、スマートキーシステム100は、自動車Cに搭載された装置1と、キーKに内蔵された装置2との間で、所定のプロトコルに従って無線通信を行い、自動車においてキーKが正しく認証されると、ドアの施錠等を可能とする。後述するように、スマートキーシステム100では、キャリア位相検出に基づいて、装置1と装置2間の距離が算出される。
自動車Cのドアが施錠されていて、キーKが自動車Cの外にあるときに、装置1と装置2間の距離が所定の距離D1内であれば、手がドアのハンドルに触れると、ドアの施錠が解除され、ユーザは、ドアを開けて自動車C内に入ることができる。
また、エンジンがそれまで停止していて、キーKが自動車C内にあるときに、装置1と装置2間の距離が所定の距離D2内であれば、エンジンスタートボタンが押されると、エンジンが始動する。
自動車Cに搭載された装置1のLF(Low Frequency)信号の受信可能エリアであるLFエリア内にユーザが入ると、認証が行われる。
図1に示すように、自動車Cに設けられた装置1は、プロセッサ11と、LF送信部12と、RF(Radio Frequency)受信部13と、測距部14を有する。キーKに設けられた装置2は、プロセッサ21と、LF受信部22と、RF送信部23と、測距部24を有する。プロセッサ11は、LF送信部12、RF受信部13及び測距部14の動作を監視すると共に制御する。同様に、プロセッサ21は、LF受信部22、RF送信部23及び測距部24の動作を監視すると共に制御する。
自動車Cには、LF送信部12のための複数のアンテナが搭載されている。複数のアンテナは、車外へLF信号LF1を送信するための複数のLF送信アンテナと、車内へLF信号LF2を送信するための複数のLF送信アンテナとを含む。
LF信号は、例えば130KHz帯の電波信号であるビーコン信号である。LF信号は、例えば車外用のLF信号LF1と車内用のLF信号LF2とを識別するためのLF識別コード情報を含む。装置2は、LF信号を受信したときに、LF識別コード情報に基づいて、受信したLF信号がLF信号LF1とLF信号LF2のいずれであるかを判定することができる。
キーKに内蔵された装置2は、LF信号の受信に応じて、キー識別コード情報を送信する。装置1は、受信したキー識別コード情報に基づいて認証を行う。認証のためのキー識別コード情報の送信には、UHF帯、例えば300MHz帯の電波信号が用いられる。認証されると、装置1と2は、それぞれ測距処理を行い、装置1と2間の測距が行われる。
図3は、キーKを保持するユーザUが、自動車Cの近傍に近づいてきたときの認証と測距の様子を説明するための図である。図3において、点線で示す範囲が自動車Cの外側のLFエリアLFOを示す。LFエリアLFOは、車外向けのLF送信アンテナからLF信号LF1が届く範囲であり、例えば自動車Cの側面の中心から1.5mから2m内のエリアである。ユーザUの保持する装置2がLFエリア内に入ると、認証後、装置1と装置2の間で2以上のキャリア信号である測距信号の送受信が複数回行われ、測距が複数回行われる。キャリア信号である各測距信号は、無変調連続波(CW)である。なお、ここでは、測距は、複数回行われているが、1回でもよい。測距信号は、サブギガヘルツ帯、例えば920MHz帯のキャリア信号である。
また、図3において、二点鎖線で示す範囲が、自動車Cの車内のLFエリアLFIを示す。LFエリアLFIは、車内向けの送信アンテナからLF信号LF2が届く範囲である。
図4は、自動車Cの装置1とキーKの装置2との間で行われる無線信号の送受信シーケンスを示す図である。
装置1は、自動車Cのドアが施錠されているとき、LF送信部12からLF信号LF1を常に間欠的に送信している。LF信号LF1は、LFエリアLFO内にだけ届く信号であるので、装置2のLF受信部22は、LFエリアLFO内にいるときだけ、LF信号LF1を受信することができる。
装置2は、LF信号LF1の受信に応じて、RF送信部23からキー識別コード情報、すなわちキーKのID情報、を送信すると同時に装置1からの測距信号(以下、第1測距信号ともいう)の待ち状態になる。装置1のRF受信部13が識別コード情報を受信すると、プロセッサ11は、受信した識別コード情報に基づいて認証を行う。プロセッサ11は、受信した識別コード情報に基づいて正しく認証ができたときは、第1測距信号を送信し、続けて装置2からも測距信号(以下、第2測距信号ともいう)が送信されて、その後も第1と第2の測距信号の送受信がされ、装置1と装置2間の距離の測定が行われる。
装置1と装置2間の距離の測定は、日本国特開2018-155724号公報に開示のような方法により行われる。装置1と装置2のそれぞれにおいて算出された各測距信号の位相に基づいて、装置1と装置2間の距離が算出される。日本国特開2018-155724号公報に開示の方法によれば、装置1は、2以上(ここでは2つ)のキャリア信号を、第1測距信号として送信し、装置2は、2以上(ここでは2つ)のキャリア信号を、第2測距信号として送信する。装置2は、受信した第1測距信号の2つのキャリア信号の位相差を検出し、装置1は、受信した第2測距信号の2つのキャリア信号の位相差を検出する。装置2で検出された2つの位相の差情報、すなわち位相差情報は、装置1に送信され、装置1は、装置1で検出した位相差と、装置2で検出した位相差とから装置1と装置2間の距離を所定の演算により算出する。
なお、装置2が、受信した2つのキャリア信号のそれぞれの位相の情報を、装置1へ送信し、装置1において、装置2から受信した2つの位相の情報から、装置2において受信した2つのキャリア信号の位相差を算出するようにしてもよい。
装置1は、算出した装置1と装置2間の距離(以下、測定距離という)Rmに基づいて、リレーアタックの有無の判定を行うことができる。測定距離Rmが所定の距離D1、例えば2m以上のときは、リレーアタックの可能性があるため、プロセッサ11は、例えば、自動車Cに対してドアの解錠を許可する信号を出力しない。測定距離Rmが所定の距離D1未満であるときは、キーKは自動車Cから所定の距離D1内にあるため、プロセッサ11は、例えば、自動車Cに対してドアの解錠を許可する信号を出力する。自動車Cのドアの解錠を制御する装置は、その許可信号を受信すると、ドアに人間の手が触れたときに、ドアを解錠するための制御信号を出力する。
また、キーKを持つユーザが車内にいるときは、車内向けの送信アンテナからLF信号LF2が送信され、装置1と装置2の間で上記と同様に、キー識別コード情報に基づいて認証が行われる。例えば、ドアの解錠後、LF信号LF2は、所定の時間間隔で間欠的に車内向けの送信アンテナから送信される。認証後、装置1と装置2間で測距信号の送受信が複数回行われ、装置1と装置2間の距離が測定される。測定距離Rmが所定の距離D2以上であるときは、リレーアタックの可能性があるため、プロセッサ11は、例えば、自動車Cに対してエンジン始動を許可する信号を出力しない。測定距離Rmが所定の距離D2未満であるときは、キーKは自動車Cから所定の距離D2内にあるため、プロセッサ11は、例えば、自動車Cに対してエンジン始動を許可する信号を出力する。その許可信号を受信すると、例えば、自動車Cのエンジンを制御する装置は、エンジンスタートボタンが押されると、エンジンを始動するための制御信号を出力する。
装置1のプロセッサ11は、中央処理装置(以下、CPUという)、ROM、RAMなどを含み、ROMには、LF送信部12、RF受信部13、測距部14の動作を制御するソフトウエアプログラムが記憶されている。プロセッサ11は、さらに、測距部14において受信した第2測距信号に基づいて、位相差演算を行う。さらに、プロセッサ11は、その位相差演算により得られた位相差と、装置2から受信した位相差情報に含まれる2つの位相差とを用いて、測定距離Rmを算出し、算出された測定距離Rmに基づいて、所定の動作を行う。所定の動作は、LF信号LF1に対して認証がされた後の場合は、上述したドアの解錠を許可する信号の出力であり、LF信号LF2に対して認証がされた後の場合は、上述したエンジン始動を許可する信号の出力である。
装置2のプロセッサ21は、CPU、ROM、RAMなどを含み、ROMには、LF受信部22、RF送信部23及び測距部24の動作を制御するソフトウエアプログラムが記憶されている。プロセッサ21は、さらに、測距部24において受信した各第1測距信号に基づいて、位相の検出すなわち測定を行い、検出された2つの位相の差を算出して、位相差情報を送信する。
なお、ここでは、プロセッサ11,21は、各機能を実現するソフトウエアプログラムを実行させるためのCPU、ROMなどを有して構成されているが、半導体装置、FPGA(Field Programmable Gate Array)などの電子回路により構成し、回路などにより各機能を実現するようにしてもよい。
図5は、本実施形態に関わる測距装置の構成図である。測距装置200は、測距部14と24とを含んで構成され、キャリア位相検出に基づいて装置1と装置2間の距離を算出する。装置1と装置2の少なくとも一方は、移動自在である。測距部14は、装置1に含まれ、デジタル部31、送信部32、受信部33、アンテナ34及びアンテナスイッチ35を含む。デジタル部31、送信部32、受信部33及びアンテナスイッチ35は、1つ又は2以上の半導体装置として構成される。
測距部24は、装置2に含まれ、デジタル部41、送信部42、受信部43、アンテナ44及びアンテナスイッチ45を含む。デジタル部41、送信部42、受信部43及びアンテナスイッチ45、1つ又は2以上の半導体装置として構成される。
装置1のデジタル部31は、プロセッサ11からの制御信号に応じて、送信部32、受信部33及びアンテナスイッチ35を制御する。装置2のデジタル部41は、プロセッサ21からの制御信号に応じて、送信部42、受信部43及びアンテナスイッチ45を制御する。
図6は、装置1の測距部14の回路図である。デジタル部31は、例えば半導体装置上のデジタル回路により構成される。デジタル部31は、基準発振器50、制御部51、位相測定部52、キー側位相受信部53、測距演算部54を含む。
基準発振器50は、測距部14内の動作の基本クロック信号を生成する基準信号源である。制御部51は、プロセッサ11からの測距開始のトリガーとなるコマンド信号(以下、測距開始トリガー信号という)TR1を受信すると、所定の測距シーケンスの動作を行うように、位相測定部52などの各ブロックの動作タイミングを制御する。
位相測定部52は、装置2からの各第2測距信号(第2キャリア信号)の位相を測定し、2つの第2測距信号の位相差PD2を算出する。位相測定部52は、受信部33において受信した装置2からの2つの第2測距信号の2つの位相を測定し、2つの位相の位相差PD2を算出し、測距演算部54に出力する回路である。
キー側位相受信部53は、装置2から受信した、装置2において測定された2つの第2測距信号の位相差情報を受信する回路である。
測距演算部54は、装置1で受信した周波数f1とf2の2つの第2測距信号の位相差PD2と、装置2から受信した位相差PD1とから、装置1と装置2間の距離を算出する。よって、測距演算部54は、装置1及び装置2により取得した位相情報(ここでは、2つの位相差情報)に基づいて装置1と装置2との間の距離を算出する算出部を構成する。測距演算部54は、複数の第1測距信号及び複数の第2測距信号の受信によって得られる各キャリア信号の位相の検出結果を用いて、距離の算出を行う。特に、測距演算部54は、位相測定部52において測定された周波数f1の第2測距信号と周波数f2の第2測距信号の位相差PD2と、後述する位相測定部72(図7)において測定された周波数f1の第1測距信号と周波数f2の第1測距信号の位相差PD1とを用いて、距離を算出して、プロセッサ11に出力する。
すなわち、測距演算部54は、周波数f1とf2の4つの測距信号の2つの位相差PD1,PD2を用いて測距を行う。すなわち、測距演算部54は、装置1の測距部14で受信した周波数f1,f2の2つの第2測距信号の位相差PD2と、装置2の測距部24で受信した周波数f1,f2の2つの第1測距信号の位相差PD1とを用いて、距離を算出する。
次に、送信部32について説明する。デジタル部31は、基準発振器50に基づく無変調信号(CW)のデータを生成して、送信部32へ出力する。
送信部32は、デジタルアナログ変換器(以下、DACと略す)61、ローパスフィルタ(以下、LPFと略す)62、変調器(MOD)63及び増幅器64を含むアナログ回路である。
DAC61は、連続波(CW)のためのデジタルデータをデジタル部31から受信して、アナログ信号に変換する。よって、デジタル部31は、連続波(CW)のためのデジタルデータを生成する。
DAC61のアナログ信号は、LPF62を通過して、変調器63に入力される。変調器63は、制御部51からの周波数切替信号に応じて、LPF62の出力信号を周波数変調する。ここでは、LPF62からのアナログ信号は、上述した周波数、f1、f2の周波数のいずれかに変調される。
変調器63は、制御部51からの周波数切替信号に応じて、入力信号を変調して、周波数f1,f2のいずれか1つの周波数の信号を生成する。
増幅器64は、パワーアンプであり、変調器63の出力信号を増幅して、アンテナスイッチ35を経由して、アンテナ34へ供給する。増幅器64は、制御部51と接続されており、制御部51からのパワー制御信号PC1に応じて、増幅率を変更することができる。後述するように、制御部51は、所定の条件下で、増幅器64の増幅率を下げ、装置1から送信される第1キャリア信号である第1測距信号の出力パワーを下げる。
アンテナスイッチ35は、制御部51からのアンテナ制御信号に応じて、アンテナ34を、送信部32又は受信部33と接続するように動作する。
次に、受信部33について説明する。受信部33は、ローノイズアンプ(以下、LNAと略す)65と、復調器(DEMOD)66と、LPF67及びアナログデジタル変換器(以下、ADCと略す)68を含むアナログ回路である。
LNA65は、アンテナスイッチ35を経由して受信したアンテナ34からの受信信号を増幅して、復調器66へ出力する。復調器66は、制御部51からの周波数切替信号に応じて、LNA65の出力信号を復調してベースバンド信号を出力する。
復調器66の出力信号は、LPF67を通ってADC68に供給される。ADC68は、LPF67の出力信号をデジタル信号に変換してデジタル部31へ出力する。
以上のように、送信部32と受信部33は、基準発振器50の出力を用いて、互いに周波数が異なる2つ(f1、f2)の第1キャリア信号である2つの第1測距信号を送信すると共に、2つの第1キャリア信号と周波数が同じ2つの第2キャリア信号である2つの第2測距信号を装置2から受信する、第1送受信器を構成する。
図7は、装置2の測距部24の回路図である。デジタル部41は、例えば半導体装置上のデジタル回路により構成される。デジタル部41は、基準発振器70、制御部71、位相測定部72、格納部73、受信信号検出部74、変調部75及びセレクタ76を含む。
基準発振器70は、測距部24内の動作の基本クロック信号を生成する基準信号源である。基準発振器70は、装置1の基準発振器50とは独立に動作する。制御部71は、プロセッサ21からの測距開始トリガー信号TR2を受信すると、所定の測距シーケンスの動作を行うように、位相測定部72などの各ブロックの動作タイミングを制御する。プロセッサ21は、キー識別コード情報を送信した後、測距開始トリガー信号TR2を測距部24の制御部71へ出力する。
位相測定部72は、装置1からの各第1測距信号(第1キャリア信号)の位相を測定し、2つの第1測距信号の位相差PD1を算出する。位相測定部72は、受信部43において受信した装置1からの2つの第1測距信号の位相を測定し、2つの位相の位相差PD1を算出し、格納部73に出力する回路である。測定された2つの第1測距信号の位相差PD1の情報は、格納部73に格納される。
格納部73は、上述したように、2つのキャリア信号の位相差PD1の情報を格納するレジスタである。
受信信号検出部74は、装置1からの最初の第1測距信号の受信を検出する。受信信号検出部74は、最初の第1測距信号を受信すると、最初の第1測距信号を受信したことを制御部71へ通知する。
変調部75は、位相差PD1の情報を、送信するための信号に変調する。ここでは、位相差PD1の情報は、各情報のデジタルデータに対応するIQ信号に変調される。そして、測距部24において測定された位相差PD1の情報は、装置1の測距部14へ送信される。
セレクタ76は、制御部71からのデータ選択信号に応じて、基準発振器70に基づく連続波(CW)のデータ又は変調部75の出力信号を選択して送信部42に出力する。
制御部71は、プロセッサ21からの距離開始トリガー信号TR2を受信すると、自動車Cの装置1からの第1測距信号の待ち状態となる。
次に、送信部42について説明する。送信部42は、DAC81、LPF82、変調器(MOD)83及び増幅器84を含むアナログ回路である。
DAC81は、デジタル部41からの連続波(CW)のためのデジタルデータを受信して、アナログ信号に変換する。よって、デジタル部81は、連続波(CW)のためのデジタルデータを生成する。
DAC81のアナログ信号は、LPF82を通過して、変調器83に入力される。変調器83は、制御部71からの周波数切替信号に応じて、LPF82の出力信号を周波数変調する。ここでは、LPF82からのアナログ信号は、上述した周波数、f1、f2の周波数のいずれかに変調される。
変調器83は、制御部71からの周波数切替信号に応じて、入力信号を変調して、周波数f1,f2のいずれか1つの周波数の信号を生成する。
増幅器84は、パワーアンプであり、変調器83の出力信号を増幅して、アンテナスイッチ45を経由して、アンテナ44へ供給する。アンテナスイッチ45は、制御部71からのアンテナ制御信号に応じて、アンテナ44を、送信部42又は受信部43と接続するように動作する。
次に、受信部43について説明する。受信部43は、ローノイズアンプ(以下、LNAと略す)85と、復調器(DEMOD)86と、LPF87及びアナログデジタル変換器(以下、ADCと略す)88を含むアナログ回路である。
LNA85は、アンテナスイッチ45を経由して受信したアンテナ44からの受信信号を増幅して、復調器86へ出力する。復調器86は、制御部71からの周波数切替信号に応じて、LNA85の出力信号を復調してベースバンド信号を出力する。
復調器86の出力信号は、LPF87を通ってADC88に供給される。ADC88は、LPF87の出力信号をデジタル信号に変換してデジタル部41へ出力する。
以上のように、送信部42と受信部43は、基準発振器70の出力を用いて、2つの第2キャリア信号である2つの第2測距信号を送信すると共に、装置1から2つの第1キャリア信号である2つの第1測距信号を受信する第2送受信器を構成する。
(作用)
次に、上述した測距装置の動作について説明する。
(1)キーKが自動車Cの外にあり、解錠許可判定をする場合
装置1のプロセッサ11は、送信したLF信号LF1に対するキー識別コード情報を受信すると、装置1は、受信したキー識別コード情報に基づいて認証を行う。正しく認証が行われると、所定のシーケンスに従った複数の測距信号の送受信を開始する。
装置2は、LF信号LF1の受信に応じてキー識別コード情報を送信すると、装置1からの第1測距信号の待ち状態になる。装置2は、装置1からの第1測距信号を受信すると、所定のシーケンスに従った複数の測距信号の送受信を開始する。
装置1と装置2は、それぞれ受信した各測距信号の位相を測定する。装置2は、測定した2つの第1測距信号の2つの位相の位相差PD1の情報を、装置1へ送信する。位相差PD1の情報は、変調部75で変調されて、装置2から装置1へ送信される。
装置1の測距演算部54は、装置1で測定した2つの第2測距信号の位相差PD2と、装置2から受信した位相差情報に含まれる2つの第1測距信号の位相差PD1とから、装置1と装置2間の距離を算出し、プロセッサ11へ出力する。なお、測距は、上述したように、複数回行われてもよい。
算出した距離が所定の距離D1未満の場合、プロセッサ11は、自動車Cのドアの施錠/解錠を制御する装置へ、解錠許可信号を出力する。所定の距離D1は、測距誤差をマージンとして加えた、例えば2mから8mの範囲内のある距離である。
算出した距離が所定の距離D1以上の場合、リレーアタックの可能性があるため、プロセッサ11は、自動車Cのドアの施錠/解錠を制御する装置へ、解錠許可信号を出力しない。
以上のように、測距結果に基づいて、ドアの解錠が制御される。
(2)キーKが自動車C内にあり、エンジン始動許可判定をする場合
自動車Cのドアの解錠許可によりドアが開けられた後は、装置1は、LF信号LF2を送信し、装置1と装置2間の認証処理が実行される。
すなわち、装置1のプロセッサ11は、送信したLF信号LF2に対するキー識別コード情報を受信すると、装置1は、受信したキー識別コード情報に基づいて認証を行う。正しく認証が行われると、所定のシーケンスに従った複数の測距信号の送受信を開始する。
図8は、プロセッサ11における第1測距信号の送信電力の制御の流れの例を示すフローチャートである。装置2のRF送信部23から送信されるキー識別コード情報は、装置2のID情報である。図8の処理は、車内の測距処理の実行と並行して実行される。
プロセッサ11は、キー識別コード情報(すなわちID情報)を受信したかを判定する(ステップ(以下、Sという)1)。キー識別コード情報を受信すると(S1:YES)、プロセッサ11は、第1測距信号の送信電力を低下させるための送信電力低下コマンド信号TXP1を、測距部14の制御部51に出力する(S2)。キー識別コード情報を受信しなければ(S1:NO)、プロセッサ11は、何もしない。
制御部51は、送信電力低下コマンド信号TXP1を受信すると、パワー制御信号PC1を増幅器64へ出力する。よって、装置1から送信される各第1測距信号の送信電力が低くなり、各第1測距信号の届く距離が短くなる。例えば、送信電力を20dB低下させる。
すなわち、エンジン始動許可判定のときの各第1測距信号の送信電力は、ドアの解錠許可判定のときの各第1測距信号の送信電力よりも低くなる。言い換えれば、装置1において、キーKが自動車Cの外にあるときに複数の第1測距信号を送信するときの送信電力よりも、キーKが自動車C内にあるときに複数の第1測距信号を送信するときの送信電力は、小さくなるように設定される。
上述したように、装置2は、LF信号LF2の受信に応じてキー識別コード情報を送信すると、装置1からの第1測距信号の待ち状態になる。装置2は、装置1からの第1測距信号を受信すると、所定のシーケンスに従った複数の測距信号の送受信を開始する。
装置1の第1測距信号の送信電力の送信電力が低くなっているため、リレーアタックされているときは、装置1からの各第1測距信号は、装置2まで届かない。その結果、装置2は、装置1からの各第1測距信号を受信できない。
しかし、装置1の各第1測距信号の送信電力が低くなっていても、リレーアタックされていなければ、装置2が自動車C内にあって装置1と2が近いので、装置2は、装置1からの各第1測距信号を受信することができる。よって、装置1と装置2では、それぞれ受信した各測距信号の位相差が算出される。装置2で得られた位相差PD1の情報は、変調部75で変調されて、装置2から装置1へ送信される。
装置1の測距演算部54は、装置1で測定した得られた2つの第2測距信号の位相差PD2と、装置2から受信した2つの第1測距信号の位相差PD1とから、装置1と装置2間の距離を算出し、プロセッサ11へ出力する。なお、車内においても、測距は、複数回行われてもよい。
プロセッサ11は、算出した距離を、閾値としての所定の距離D2と比較して、自動車Cのエンジンの始動を制御する装置への始動許可信号を、出力する、あるいは出力しないを決定する。このとき、自動車C内におけるマルチパスによる測距精度の低下を考慮して、距離D2は設定される。
マルチパスの影響がなければ、距離D2は、自動車C内の空間におけるキーKの有り得る位置と、装置1の位置との間の距離に設定され、例えば、数十cmから2mである。しかし、本実施形態では、自動車C内におけるマルチパスによる測距精度の低下を考慮して、距離D2は、例えば、距離D1よりも大きい、10m程度に設定される。これは、マルチパスによる誤差が大きくなることに応じて、距離D2のマージンを大きくしていることを意味する。なお、マルチパスによる測距精度の低下レベルによっては、距離D2は、例えば、距離D1より小さい、2m程度に設定するようにしてもよい。これはキーKが車内の場合、車外の場合よりも近距離にあることを意味する。
算出した距離が所定の距離D2未満の場合、プロセッサ11は、自動車Cのエンジンの始動を制御する装置へ、所定のコマンドとして始動許可信号を出力する。
算出した距離が所定の距離D2以上の場合、リレーアタックの可能性があるため、プロセッサ11は、自動車Cのエンジンの始動を制御する装置へ、始動許可信号を出力しない。
以上のように、上述した実施形態によれば、自動車C内で装置1から送信される各第1測距信号の送信電力が下げられるため、リレーアタックされているときには、第1測距信号が装置2へ届かず、測距ができないことになる。
さらに、自動車Cのエンジンの始動を制御する装置への始動許可信号を、出力するあるいは出力しない、の判定に用いられる閾値としての所定の距離D2を、例えば数mに設定しているので、リレーアタックされていないときには、マルチパスの影響を受けても、適切にエンジン始動の許可あるいは不許可の判定をすることができる。
なお、上述した実施形態では、装置1からの各第1測距信号の送信電力が下げられるが、変形例として、装置2からの各第2測距信号の送信電力を下げるようにして、測距ができないようにしてもよい。
図9は、第1の実施形態の変形例に関わる、プロセッサ21における第2測距信号の送信電力の制御の流れの例を示すフローチャートである。ドアが施錠されているとき、装置1のLF送信部12からは、LF信号LF2が常時間欠的に送信される。
装置2のプロセッサ21は、LF信号LF2を受信したかを判定する(S11)。LF信号LF2を受信すると(S11:YES)、プロセッサ21は、第2測距信号の送信電力を低下させるための送信電力低下コマンド信号TXP2を、図7において点線で示すように、測距部24の制御部71に出力する(S12)。LF信号LF2を受信しなければ(S11:NO)、プロセッサ21は、何もしない。
制御部71は、送信電力低下コマンド信号TXP2を受信すると、図7において点線で示すように、パワー制御信号PC2を増幅器84へ出力する。増幅器84は、上述した増幅器64と同様に、制御部71と接続されており、制御部71からのパワー制御信号PC2に応じて、増幅率を変更することができる構成を有している。
その結果、装置2から送信される各第2測距信号の送信電力が低くなり、各第2測距信号の届く距離が短くなる。例えば、送信電力を20dB低下させる。装置1は、キー識別コード情報の受信に応じて第1測距信号を送信するが、装置2からの第2測距信号が受信できなくなり、測距ができなくなる。
すなわち、エンジン始動許可判定のときの各第2測距信号の送信電力は、ドアの解錠許可判定のときの各第2測距信号の送信電力よりも低くなる。言い換えれば、装置2において、キーKが自動車Cの外にあるときに複数の第2測距信号を送信するときの送信電力よりも、キーKが自動車C内にあるときに複数の第2測距信号を送信するときの送信電力は、小さくなるように設定される。
よって、装置2からの各第2測距信号の送信電力を下げるようにしても、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。
さらになお、図8と図9の処理の両方を行うようにしてもよい。すなわち、装置1は、装置2からのキー識別コード情報の受信に応じて、第1測距信号の送信電力を低下させ、装置2も、装置1からのLF信号LF2の受信に応じて、第2測距信号の送信電力を低下させるようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、第1及び第2測距信号の送信電力を低下させているが、各国の電波についての法律で許容されている微弱な電波、例えば日本国では総務大臣の免許が不要な微弱電波を、送信電力の低い第1及び第2測距信号として用いてもよい。
以上のように、上述した実施形態によれば、測距精度が低下する環境下においても、リレーアタック対策を適切に取ることを可能する測距装置を実現することができる。
(第2の実施形態)
第1の実施形態のリレーアタック対策では、自動車Cの車内において測距を行うときに、装置1又は装置2からの測距信号の送信電力を下げているが、第2の実施形態では、測距信号の受信電力強度を測定し、受信電力強度が所定の閾値以下か否かに基づいて、エンジン始動許可の判定を行うようにして、リレーアタック対策が取られる。
なお、第2の実施形態の無線通信システムの構成は、第1の実施形態の無線通信システムの構成と略同じであるので、同じ構成要素については、説明は省略し、異なる構成要素についてのみ説明する。
(構成)
図10は、装置1の測距部14の回路図である。図10において、図6と異なる構成は、デジタル部31が、受信信号強度(RSSI)測定部55を有している点である。受信信号強度(RSSI)測定部55は、受信した各第2測距信号の受信電力から受信信号強度(以下、RSSIという)を測定すると共に、装置1で測定された各第2測距信号のRSSIの情報を制御部51へ出力する。よって、RSSI測定部55は、装置2からの各第2測距信号のRSSIを測定する受信信号強度測定部を構成する。
制御部51は、RSSI測定部55において測定された第2測距信号のRSSIの情報(以下、RSSI情報)を保持し、プロセッサ11は、制御部51のRSSI情報を読み出し可能である。
(作用)
次に、上述した測距装置の動作について説明する。
(1)キーKが自動車Cの外にあり、解錠許可判定をする場合
キーKが自動車Cの外にあり、解錠許可判定をする場合は、第1の実施形態で説明した動作を同じ動作を、装置1のプロセッサ11と装置2のプロセッサ21を行う。
(2)キーKが自動車C内にあり、エンジン始動許可判定をする場合
自動車Cのドアの解錠が許可されてドアが開けられた後は、装置1は、LF信号LF2を送信し、装置1と装置2間の認証処理が実行される。
すなわち、装置1のプロセッサ11は、送信したLF信号LF2に対するキー識別コード情報を受信すると、装置1は、受信したキー識別コード情報に基づいて認証を行う。正しく認証が行われると、装置1及び装置2は、所定のシーケンスに従った複数の測距信号の送受信処理を開始する。
図11は、プロセッサ11における測距処理の中止判定処理の流れの例を示すフローチャートである。図11の処理は、車内の測距処理の実行と並行して実行される。
装置1のプロセッサ11は、キー識別コード情報に基づき、正しく認証が行われた後、第1測距信号の送信を行う。その後、プロセッサ11は、測距部14において、装置2からの第2測距信号を受信したかを監視する。
プロセッサ11では、測距処理が開始された後、図11の処理が実行される。測距部14において装置2からの第2測距信号を受信したか否かを判定する(S21)。第2測距信号を受信しなければ(S21:NO)、処理は、何もしない。
第2測距信号を受信すると(S21:YES)、プロセッサ11は、受信した第2測距信号のRSSI情報を制御部51から読み出し、読み出したRSSIが所定の閾値RSth以下であるかを判定する(S23)。
RSSI情報が所定の閾値RSthを超えているときは(S23:NO)、処理は、何もしない。RSSI情報が所定の閾値RSth以下であるときは(S23:YES)、プロセッサ11は、測距処理を中止する(S24)。測距処理の中止は、プロセッサ11が測距処理の中止コマンドSTを測距部14の制御部51に供給することにより行われる。その結果、プロセッサ11は、測距演算部54に、距離Rmの算出をさせない。よって、プロセッサ11は、RSSI情報に基づいて、距離Rmの算出の可否を判定する判定部を構成する。そして、プロセッサ11は、RSSI測定部55により測定されたRSSIが、所定の閾値RSth以下であるときは、距離の算出をしないと判定する。
測距部14は、その中止コマンドを受信すると、測距処理を中止する。その結果、測距部14は、測距ができないため、プロセッサ11は、測距結果を得ることができない。
すなわち、第2測距信号のRSSIが所定の閾値RSth以下のときは、リレーアタックされている可能性があるため、測距が行われない。
よって、上述した第2の実施形態によれば、自動車C内で装置2から送信された第2測距信号のRSSIが所定の閾値RSth以下であるときには、測距処理が中止されるため、リレーアタックされているときには、測距ができないことになる。
なお、上述した実施形態では、装置1において、装置2からの第2測距信号のRSSIが所定の閾値RSth以下であるかを判定し、測距処理の中止の判定を行っているが、装置2において、装置1からの第1測距信号のRSSIが所定の閾値RSth以下であるかを判定し、測距処理の中止の判定を行って、測距ができないようにしてもよい。
その場合、装置2の測距部24は、図12に示すようになる。図12は、第2の実施形態の変形例に関わる、装置2の測距部24の回路図である。図12において、図7と異なる構成は、デジタル部41が、受信信号強度測定部(以下、RSSI測定部という)77を有している点である。RSSI測定部77は、受信した各第1測距信号の受信電力からRSSIを測定すると共に、装置2で測定された各第1測距信号のRSSIの情報を制御部71へ出力する。よって、RSSI測定部77は、装置1からの各第1測距信号のRSSIを測定する受信信号強度測定部を構成する。
制御部71は、RSSI測定部77において測定された第1測距信号のRSSI情報を保持し、プロセッサ21は、制御部71のRSSI情報を読み出し可能である。
プロセッサ21における測距処理の中止判定処理は、図11と同様である。すなわち、プロセッサ21は、キー識別コード情報を送信後、第1測距信号の待ち受け状態となる。その状態において、第1測距信号を受信すると(S21:YES)、プロセッサ21は、RSSI測定部77において測定されたRSSIが所定の閾値RSth以下であるとき(S23:YES)、測距処理を中止する(S24)。測距処理の中止は、プロセッサ21が測距処理の中止コマンドSTを測距部24の制御部71に供給することにより行われる。測距処理が中止されるため、第2測距信号が送信されず、測距ができないことになる。よって、プロセッサ21は、RSSI情報に基づいて、距離Rmの算出の可否を判定する判定部を構成する。そして、プロセッサ21は、RSSI測定部77により測定されたRSSIが、所定の閾値RSth以下であるときは、距離の算出をしないと判定する。
なお、上述した第2の実施形態における装置1における閾値RSthと、変形例における装置2における閾値RSthは、異なっていてもよい。
また、上述した第2の実施形態では、装置1では、第1測距信号の送信後に受信した最初の第2測距信号のRSSIと、閾値RSthとが比較され、又は、装置2では、最初に受信した最初の第1測距信号のRSSIと、閾値RSthとが比較されているが、装置1では、2つの第2測距信号の2つのRSSIの和あるいは平均値と、所定の閾値RSthとが比較され、あるいは装置2では、2つの第1測距信号の2つのRSSIの和あるいは平均値と、所定の閾値RSthとが比較されるようにしてもよい。
以上のように、上述した2つの実施形態及び各変形例によれば、測距精度が低下する環境下においても、リレーアタックに対する対策を適切に取ることを可能する測距装置を提供することができる。
なお、上述した2つの実施形態及び各変形例では、測距処理の結果得られた装置1と装置2間の測定距離Rmは、ドアの解錠許可及びエンジン始動許可の判定において、それぞれ閾値としての所定の距離D1とD2と比較されるが、距離D1とD2とは異なる値に設定される。すなわち、所定の閾値としての距離D1とD2は、キーKが自動車Cの外にある場合と、キーKが自動車C内にある場合とで異なる。
距離D2は、上述したように、マルチパスの影響を考慮して、エンジン始動許可の判定時には、一般的に想定される装置1と、自動車Cの外にある装置2間の距離の閾値としてのD1よりも大きく設定される。すなわち、キーKが自動車C内にある場合における所定の閾値としての距離D2は、キーKが自動車Cの外にある場合における所定の閾値としての距離D1よりも大きい。しかし、自動車Cの構造などを考慮して、一般的に想定される自動車C内の装置1と装置2間の距離よりも小さく設定される場合もある。
さらになお、上述した各実施形態では、自動車C内における測距処理は、自動車Cの装置1からのLF信号LF2の有無に基づいて開始されるが、自動車Cのドアが開いたか否かに基づいて、自動車C内における測距処理を開始するようにしてもよい。
また、上述した装置1のプロセッサ11及び装置2のプロセッサ21の機能は、ソフトウエアプログラムにより実現されているが、電子回路、FPGA(Field Programmable Gate Array)等の集積回路における回路ブロックとして構成されていてもよい。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として例示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1、2 装置、11 プロセッサ、12 LF送信部、13 RF受信部、14 測距部、21 プロセッサ、22 LF受信部、23 RF送信部、24 測距部、31 デジタル部、32 送信部、33 受信部、34 アンテナ、35 アンテナスイッチ、41 デジタル部、42 送信部、43 受信部、44 アンテナ、45 アンテナスイッチ、50 基準発振器、51 制御部、52 位相測定部、53 キー側位相受信部、54 測距演算部、55 測定部、61 デジタルアナログ変換器、62 ローパスフィルタ、63 変調器、64 増幅器、66 復調器、70 基準発振器、71 制御部、72 位相測定部、73 格納部、74 受信信号検出部、75 変調部、76 セレクタ、77 受信信号強度測定部、81 デジタル部、82 ローパスフィルタ、83 変調器、84 増幅器、85 ローノイズアンプ、86 復調器、100 スマートキーシステム、200 測距装置。

Claims (8)

  1. キャリア位相検出に基づいて車両とキー間の距離を算出する測距装置において、
    少なくとも一方が移動自在な第1装置及び第2装置により取得した位相情報に基づいて前記第1装置と前記第2装置との間の距離を算出する算出部と、を有し、
    前記車両に設けられた前記第1装置は、
    第1基準信号源と、
    前記第1基準信号源の出力を用いて、各々がキャリア信号である複数の第1測距信号を送信すると共に、各々がキャリア信号である前記第2装置からの複数の第2測距信号を受信する、第1送受信器と、を具備し、
    前記キーに設けられた前記第2装置は、
    前記第1基準信号源とは独立に動作する第2基準信号源と、
    前記第2基準信号源の出力を用いて、前記複数の第2測距信号を送信すると共に、前記複数の第1測距信号を受信する第2送受信器と、を具備し、
    前記算出部は、前記複数の第1測距信号及び前記複数の第2測距信号の受信によって得られる各キャリア信号の位相の検出結果を用いて、前記距離の算出を行い、
    前記第1装置と前記第2装置の少なくとも一方において、前記キーが前記車両外にあるときに前記複数の第1測距信号又は前記複数の第2測距信号を送信するときの第1送信電力よりも、前記キーが前記車両内にあるときに前記複数の第1測距信号又は前記複数の第2測距信号を送信するときの第2送信電力は、小さくなるように設定される、測距装置。
  2. 前記第1装置に設けられ、前記算出部により算出された前記距離が所定の閾値未満であるときは、前記車両に対する所定のコマンドを出力するプロセッサを有する、請求項1に記載の測距装置。
  3. 前記所定の閾値は、前記キーが前記車両外にある場合と、前記キーが前記車両内にある場合とで異なる、請求項2に記載の測距装置。
  4. 前記キーが前記車両内にある場合における前記所定の閾値は、前記キーが前記車両外にある場合における前記所定の閾値よりも大きい、請求項3に記載の測距装置。
  5. 前記第2送信電力により送信される前記複数の第1測距信号又は前記複数の第2測距信号は、微弱電波である、請求項1に記載の測距装置。
  6. キャリア位相検出に基づいて車両とキー間の距離を算出する測距装置において、
    少なくとも一方が移動自在な第1装置及び第2装置により取得した位相情報に基づいて前記第1装置と前記第2装置との間の距離を算出する算出部と、
    信信号強度を測定する受信信号強度測定部と、
    前記距離の算出の可否を判定する判定部と、を有し、
    前記車両に設けられた前記第1装置は、
    第1基準信号源と、
    前記第1基準信号源の出力を用いて、各々がキャリア信号である複数の第1測距信号を送信すると共に、各々がキャリア信号である前記第2装置からの複数の第2測距信号を受信する、第1送受信器と、を具備し、
    前記キーに設けられた前記第2装置は、
    前記第1基準信号源とは独立に動作する第2基準信号源と、
    前記第2基準信号源の出力を用いて、前記複数の第2測距信号を送信すると共に、前記複数の第1測距信号を受信する第2送受信器と、を具備し、
    前記受信信号強度測定部は、前記複数の第1測距信号と前記複数の第2測距信号との少なくとも一方の受信信号強度を測定し、
    前記算出部は、前記複数の第1測距信号及び前記複数の第2測距信号の受信によって得られる各キャリア信号の位相の検出結果を用いて、前記距離の算出を行い、
    前記判定部は、前記受信信号強度測定部により測定された前記受信信号強度が、所定の閾値以下であるときは、前記距離の算出をしないと判定する、測距装置。
  7. 前記受信信号強度は、前記第2測距信号の受信信号強度であり、
    前記受信信号強度測定部は、前記第1装置に設けられている、請求項6に記載の測距装置。
  8. 前記受信信号強度は、前記第1測距信号の受信信号強度であり、
    前記受信信号強度測定部は、前記第2装置に設けられている、請求項6に記載の測距装置。
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