专利名称：测量设备间的距离的制作方法
测量设备间的距离
本发明涉及获得在第一和第二设备间传递的信号的传播距离量 度的方法，每个设备具有各自的时钟，这些时钟可能具有不同的时钟
速率，具体而言(虽然不是排它的)，涉及使用在汽车和密钥卡(key fob)之间传递的信号的传播距离来判定是否发生中继攻击(relay attack)的方法。本发明也涉及包括第一和第二设备的系统，所述设 备具有各自的可能具有不同时钟速率的时钟。
众所周知，汽车或其它车辆的安全系统由密钥卡操作，密钥卡是 当汽车主人从远方走近汽车时，使其能启动汽车的设备。按照常规， 当主人非常接近汽车时，启动密钥卡的开关，将汽车开锁。现在，通 过无需车主启动的PKE(无源无钥门控)系统操作的密钥卡是可用的。 在车主拉门把手时开始的验证过程之后，车辆开锁。这里，在车主开 始拉车把手之后，安全系统必须在非常短的时间内将汽车开锁，从而 可以在一次动作下开启门。或者，当密钥卡进入汽车的一定范围时， 不需车主操作开关而开始验证过程。
虽然这给车主提供打开汽车的便利方法，但该系统可能受到中继 攻击。当一个或多个收发机截取汽车和密钥卡之间的信号，并在比原 计划更长的距离上发射所述信号时，发生中继攻击。这样，当主人不 在汽车附近并且因此没有意识到汽车正被开锁时，可以使用安全系统 来对汽车开锁。
图1示出当带有密钥卡4的车主2在汽车6的安全系统正常范围 之外时，中继攻击的示意图。第一攻击者8位于非常接近该汽车处。 第二攻击者10位于第一攻击者8和车主2之间。第一攻击者8可触 发开始确认过程的必要功能，例如拉门把手。汽车6的安全系统发射 第一信号12a，该信号被第一攻击者8携带的收发机16截取。收发 机16复制该信号，并发射从第一信号12获得的第二信号12b到第二攻击者10携带的收发机18。收发机18接收第二信号12b并随后发
射从第二信号12b获得的第三信号12c到主人2携带的密钥卡4。发 机16、 18设置成使得第一信号12和第三信号12c是实质相同的。
密钥卡4接收第三信号12c并以正确的响应信号14a响应。第二 攻击者10用收发机20截取响应信号14a，并且收发机20发射第二 响应信号14b到第一攻击者8携带的收发机22。收发机22接收第二 响应信号14b，随后发射第三响应信号14c到汽车6的安全系统以开 启汽车。收发机20、 22设置成使第一信号12和第三信号12c实质相 同。因为第三信号12c大致和第一信号12a相同，并且第三响应信号 14c基本上和响应信号14a相同，该攻击将破解大多数加密系统。
击败中继攻击的一个方法是确定信号在汽车和密钥卡之间传播 的距离。如果该距离太大，则可以推断主人不在附近，安全系统将不 会对汽车开锁。
获得汽车和密钥卡之间的距离的一个方法是，如图2所示，测量 在tta从汽车发射信号12到密钥卡、和在时间TAa接收皮答14之 前的时间。信号将在密钥卡处经历转向时间TAT，转向时间TAT是 在TAb从汽牢接收信号和在TTb发射应答之间的时间。转向时间TAT 的量度由密钥卡确定并发射到汽车。通过从TTa和TAA之差减去转 向时间，可以确定信号12、 14的传播时间。如果安全系统中的时钟 频率和密钥卡中的相应时钟频率不同，则在密钥卡处测量的转向时间 TAT可能产生误差。因为转向时间通常比传播时间长得多，由于时钟 不同带来的误差可能导致非常不准确的距离测量。本发明涉及降低距 离测量中的误差，该误差来自收发机之间的时钟频率误差。
WO 2004/048997描述了获得每个都具有本地时钟的两个设备之 间的距离，其中这两个时钟可具有不同的时钟速率。这包括在两个设 备间发送三个信号，并且使用来自前两个信号的定时信息得到第一设 备的时钟速率和第二设备的时钟速率之间的比率。然后使用第一和第 三信号获得传输(flight)时间，其和两个设备间的距离直接相关。 该系统的劣势是，用来交换三个消息的时间可能过度长，当验证过程 必须快速进行时，例如当汽车主人拉门把手时，这可能是有问题的。WO 01/25060描述了判定密钥卡和汽车之间中继攻击的存在。不
是测量直接传输时间，而是改变发射频率。延迟根据来自询问信号的 频率改变和应答信号频率改变确定。
EP1，445,473获得网络上发射和接收设备间的发射时间，并且同 步两个设备上的时钟。然而，时钟同步不取决于发射机和接收机的载 波频率。相反，改变接收时钟频率，直到最小发射时间(在连续的时 间间隔中计算)保持不变。发射时间同两个设备间的距离不相关。
还有已知的修正系统中设备间频率偏移的方法(其和时钟偏移相 关)，尽管这些方法不涉及确定是否发生中继攻击。US 2004/0067741 使用关于频率偏移的信息来改变基站的载频，使其同移动电话的频率 相匹配。偏移信息不用来计算移动电话和基站之间的传输时间。US 5,613,193描述测量卫星移动通信系统中的频率偏移。频率偏移存在 于移动地球站的本振中，或是由于卫星移动引起信号多普勒偏移。在 陆地地球站中测量频率偏移，并将其发送到移动地球站，移动地球站 通过调整其本振的振荡频率补偿该频率偏移。没有得到或补偿两个设 备间的运输时间。
根据本发明的第一方面，提供了得到第一设备和第二设备间的距 离量度的方法，所述两个设备分别具有时钟，所述两个时钟可能具有 不同的时钟速率，所述方法包括
从所述第一设备发射第一信号到所述第二设备，所述第一信号具 有从所述第一设备的时钟得到的频率；
响应于在所述第二设备处接收到所述第一信号，从所述第二设备 发射第二信号到所述第一设备，所述第二信号具有从所述第二设备的 时钟得到的频率；
在所述第二设备，计算所述第二设备处相对于所述第二设备的时 钟的转向时间量度，所述转向时间是接收所述第一信号和发射所述第 二信号间的时间；
计算所述第一设备和第二设备相对于彼此的时钟的频率的量度；
使用所述量度来重新计算相对于所述第一设备的时钟的所述转向时间；以及
在所述第一设备，使用所述重新计算的转向时间来获得所述第一 设备和第二设备间的距离的量度。
根据本发明的第二方面，提供包括具有可能有不同时钟速率的各 个时钟的第一设备和第二设备的系统
所述第一设备用于发射第一信号到所述第二设备，所述第一信号 具有从所述第一设备的所述时钟获得的频率；
所述第二设备用于响应于接收所述第一信号，发射第二信号到所 述第一设备，所述第二信号具有从所述第二设备的时钟获得的频率；
所述第二设备计算所述第二设备处相对所述第二设备的所述时 钟的转向时间的量度，所述转向时间是接收所述第一信号和发射所述 第二信号之间的时间；
所述第一设备或第二设备用于计算所述第一设备和第二设备相 对于彼此的时钟的频率的量度；
所述第一设备和第二设备用于使用所述量度来重新计算相对于 所述第一设备的时钟的转向时间；以及
所述第一设备用于使用所述重新计算的转向时间来获得所述第 一设备和第二设备间的距离的量度。
现在参考附图以举例的方式描述本发明的具体实施例，其中
图1示意性说明对汽车安全系统的中继攻击；
图2说明两个设备间信号的传播；
图3是用来说明本发明的发射机电路图4是同图3发射机一起用来说明本发明的接收机的电路图； 图5是显示图3和4设备的时钟误差的图6是根据本发明的具体实施例可运行来匹配本振频率和接收 的信号频率的接收机电路图7是根据本发明的具体实施例用来计算本振频率和接收信号 的频率间差别的接收机的电路图8示出根据本发明的具体实施例怎样使用I和Q信道上的数据来产生时间相位图9a是当在每个兀间隔中有一些数据点时，从图8的数据得到 的相对时间的相位图；以及
图9b是当在每个;r间隔中几乎没有数据点时，从图8的数据得 到的相对时间的相位图。
在附图中，相似的组件重复使用相同的参考标记。
首先参考图3和4，直接序列扩频(DSSS)系统包括第一和第 二设备24、 26。这里，第一设备是发射设备24并且第二设备是接收 设备26。
发射设备24包括电路，该电路包含频率源28，例如，工作在频 率fsl的晶振。将频率源28连接到本地时钟30，该时钟从频率源28 得到时间。将频率源28连接到NCO 32(数字控制振荡器)的输入。将 NCO 32的输出连接到编码发生器34的输入。将编码发生器34的输 出连接到混频器36的第一输入。同时将频率源28连接到分频比例为 Nt的第一分频器38。将第一分频器38的输出连接到相位检测器40 的第一输入。将相位检测器40的输出连接到VC0 42 (压控振荡器) 的输入。将VCO 42的一个输出连接到分频比例为M,的第二分频器 44的输入。将第二分频器44的输出连接到相位检测器40的第二输 入以形成锁相环(PLL) 46。将VC0 42的第二输出连接到混频器36 的第二输入。将混频器36的输出连接到天线48。
接收设备26包括包含工作于频率fs2的频率源50 (例如晶振)的 电路。将频率源50连接到所述设备的本地时钟52，该时钟从频率源 得到时间。将本地时钟52的输出连接到微处理器53。将频率源50 连接到NC0 54 (数字控制振荡器)的输入。将NC0 54的输出连接 到编码发生器56的第一输入。将编码发生器56的输出连接到相关器 58的第一输入。将相关器58的输出连接到微处理器53的第二输入。 将微处理器53的一个输出连接到编码发生器56的第二输入以形成反 馈回路。同时将频率源52连接到第一分频器60，其分频比例为N2。 将第一分频器60的输出连接到相位检测器62的输入。将相位检测器62的输出连接到VCO 64 (压控振荡器)的输入。将VCO 64的第一 输出连接到分频比例为M2的第二分频器66的输入。将分频器66的 输出连接到相位检测器62的第二输入以形成锁相环(PLL) 68。将 VCO 64'的第二输出连接到混频器70的输入。将天线连接到混频器 70的第二输入。将混频器70的输出连接到带通滤波器74的输入。 将滤波器的输出连接到相关器58的第二输入。
在发射设备24，本地时钟30依照工作在频率fsl的频率源28计 算时间。通过频率源28运行NCO 32，并且NCO 32下分频率到码片 速率&。编码发生器34产生每秒fj马片速率的DSSS码以形成基带 信号，该基带信号包括数据和PRN。接收机26己知PRN。基带信号 可以包括某种形式的加密信息，从而仅有正确的密钥卡4才能开锁汽 车6。使用分频器38和PLL46来产生RF载波信号。分频器38使用 频率源28来产生频率为f;,/Ni的信号。将该信号输入到PLL 46，其 产生频率是(M,/N0xf^的RF载波信号。将RP载波信号和基带信号 都输入到混频器38，在其中将这两个信号混频以产生调制信号，优 选地为BPSK (二相相移键控)调制信号。随后将该信号通过天线48 发射到接收设备26。
天线72接收发射的信号并将该信号输入到混频器70。分频器60 和PLL 68产生本振信号。分频器60使用频率源50产生频率是fs2/N2 的信号。将该信号输入到PLL68，其产生频率为(M2/N2)xfs2的本振信 号。本振信号应该具有和发射的RF载波信号的频率相同或几乎相同 的频率。当接收的BPSK信号同本振信号在混频器70中混频时，如 果RF载波信号本振信号是同频率的，在基带找到发射设备的基带信 号。滤波器74滤除混频器70产生的高频信号和任何直流分量，从而 仅将基带信号输入到相关器。通过频率源50运行NCO54，并且下分 频率fa到码片速率fe。编码发生器56产生每秒fe码片速率的DSSS 码，以产生和在发射设备24中使用的PRN码相同的复制信号。相关 器58将复制PRN码同接收信号相关联。微处理器53检测它的输出， 相关器58的输出幅度表示信号间的相关量。微处理器53调整编码发 生器56产生的复制PRN码的相位以从相关器58产生最大信号。一旦找到复制码的正确相位，可以确定接收信号中给定点的到达时间。
密钥卡4和汽车6的安全系统都包含发射设备24和接收设备26。 汽车6的发射设备24和接收设备26使用频率为fsA的相同的频率源 28、 50以运行相同的时钟30、 52。汽车6上的发射设备24和接收设 备26对第一分频器38、 64使用相同分頻比例Na，且对第二分频器 44、 60使用相同分頻比例Ma。密钥卡4上的发射设备24和接收设 备26使用频为率fsB的相同频率源28、 50，来运行相同的时钟30、 52。密钥卡4上的发射设备24和接收设备26对第一分频器38、 64 使用相同的分頻比例Nb;且对第二分频器44、 60使用相同的分频比 例MB。
再次参考图2，现将描述设备的工作。汽车6的安全系统使用其 发射设备24发射包括参考点在时间TTA的第一信号12。汽车6的安 全系统存储该时间TTA的记录。密钥卡4接收第一信号12，并使用 其相关器58将接收的信号同复制码相关联，以找到参考点到达时间 TAB。在转向时间TAT之后，密钥卡4使用其发射设备24发送具有 参考点时间TTb的第二信号14回汽车6的安全系统。第二信号14 的基带信号包含识别第一信号到达密钥卡4的时间TAB和从密钥卡4 发射第二信号的时间TTB或者转向时间TAT的数据。汽车接收第二 信号14，并且将接收信号同复制码相关联以获得到达时间TAA。在 汽车6的安全系统中计算传输时间(ToF)并给出如下
<formula>formula see original document page 13</formula> 等式(O
这里假定任一设备的本地时钟30、 52没有误差，所以根据绝对
时间测量这些时间。
图5是由单元A (例如汽车6的安全系统)或单元B (例如密钥 卡4)在y-轴上记录的时间相对x-轴的绝对时间的曲线图。线76示 出由汽车6的安全系统记录的相对绝对时间的时间。线76在y-轴上 的截距78给出时钟偏移TA(0)。线76的斜率给出汽车6的安全系统 的时钟速率fk，即汽车6的本地时钟30、 52在一秒的绝对时间内记 录了多少秒。第二线80示出由密钥卡4记录的相对绝对时间的时间。线80在y-轴上的截距82给出时钟偏移TB(0)。线80的斜率给出密钥 卡4的时钟速率fB，即密钥卡4的本地时钟30、 52在一秒的绝对时 间内记录了多少秒。如果密钥卡4和汽车6的安全系统的本地时钟 30、 52中没有时钟误差，WlJfA=fB=l以及Ta(0一Tb(0^0，并且等式 (1)中传输时间ToF的表达式是由汽车6的安全系统测量的。
如果在本地时钟30、 52中存在时钟误差，则由汽车6的安全系 统计算的传输时间(ToF)不再正确。如果不针对本地时钟30、 52 做出修正，则由汽车计算的传输时间ToF是
2 寺式C2J
每个本地时钟30、 52的时钟偏移相互抵销。
数学上不能独立得到&和fe的值。因此，不能计算传输时间ToF 的准确量度。然而，发明人发现可以获得密钥卡4的时钟速率除以汽 车6的时钟速率fB/fA的量度。
优选地在汽车6的安全系统中执行大部分计算。这是因为汽车6 具有大电池和防护温度变化的优点，并且因为通常具有比密钥卡4更 大的可用容量。然而，可以在密钥卡4中执行一些计算。如果将密钥 卡中的电子电路保持到最小量，密钥卡可以很小并能将其放在主人钱 包中而不会过分突出。
可以使用两个另外的方法来获得fs/fA的量度。这些方法中的每 一个包括在汽车6或密钥卡4的安全系统中修改接收设备26电路。
图6示出用来在汽车6的安全系统中计算fB/fA的接收设备84的 电路。这基于接收设备26。将微处理器86另外的输出连接到第一分 频器60和第二分频器66的控制输入，从而产生反馈回路。
制造汽车6和密钥卡4的安全系统，从而使两个设备的载波频率 几乎相同。然而，频率源28、 50的频率和设备的本地时钟30、 52可 能随时间偏移，从而两个设备6、 4的载波频率不再相等。如果接收 设备84中产生的本振信号和到来信号的RF载波信号不同频，当在 混频器70中将这两个信号混频时，基带信号将不会以零赫兹为中心。 这样，相关器58不会产生和载波匹配时一样大的输出。当RF载波
14信号具有和本振信号相同的频率并且PRN码相位匹配时，产生最大
相关。 一旦如上所述建立了复制PRN码的正确相位，微处理器53改 变分频器比例Mb和Nb以使相关器的输出信号最大。
在某一之前的时间，在时钟偏移之前，本振的频率和RF载波的
频率是相等的。这给出表达式
4乾
=/载波=
4J^iV。
;式(3)
射負
这一步骤通常发生在制造汽车和密钥卡时，尽管其可以发生在发 ;一信号之前的任何时间。当该结果正确时，汽车保存分频比例
NA、 MB和NB和载波频率的记录。 在某一在后的时间，当时钟已偏移至值fSA'、 fsB'时，这两个频 率可能不再匹配。汽车6的安全系统的接收设备84将分频比例MA 和na调整为新的值Ma'和Na'以匹配汽牢6的安全系统中本振频率 和密钥卡4发射的RF载波频率。没有改变密钥卡4的分频比例MB、 NB。新载波频率给出如下 /》、—，'.一 — fl
=/战波
从
;式(4)
;式4除以等式3产生结果:
=/载波=
;式(5)
时钟速率&和fB由厶=4//&和/3=4/^给出。因而终得出
WfA的结果
人
电
等式(6)
也就是说，因为当将两个频率最初匹配时使用的分频比例是已知
的，所以通过匹配两个设备的信号频率计算密钥卡4的时钟速率除以 汽车6的安全系统的时钟速率。
这样，当从汽车6的安全信号发送第一信号12到密钥卡4时， 不会对任何分频比例MA、 NA、 Mb和Nb做改変。在转向时间TAT 之后，密钥卡4发射第二信号14到汽车6。这包括TAb和TTb的单个值或复合值(TTb—TAb)。当汽车6的安全系统接收第二信号14 时，接收设备84调整分频比例MA和NA，并且使用这些调整的分频
比例来计算fB/fA。
一旦得到fe/fA并为汽车6的安全系统所知，将其用来补偿密钥 卡4测量的转向时间TAT。改善的传输时间ToF的估计是
7bF = — {厶(ro4， - 7br) - ^~~^-^}
1 等式(7)
一《{(r"2 - r《)- (7br2 - ■,)}
2
该计算总是在汽车的安全系统中执行。如果汽车6的时钟速率 不等于一，则在该测量中存在误差。然而，因为汽车6中的物理环境 可能更稳定，所以很可能是汽车6的安全系统的本地时钟30、 52的 误差比密钥卡本地时钟30、 52的误差更小。通过将传输时间ToF乘 以光速可以得到汽车6和密钥卡4间的距离。
在另一个具体实施例中，在密钥卡4中执行更多的计算。在这个 具体实施例中，在密钥卡4中使用修改的接收设备84，并且在汽车6 的安全系统中使用原来的接收设备26。当在密钥卡4中从汽车6的 安全系统接收第一信号12时，接受设备84调整分频比例Mb和Nb， 并且用这些调整的分频比例计算fB/fA。在转向时间TAT之后，密钥 卡4发射第二信号14到汽车。该信号包括单个值TAB、 TAb和fB/fA 或者补偿转向时间的复合值TAT、 (TTB—TAB) / (fB/fA)。当在汽车 6的安全系统中接收第二信号14时，在那里不会对任何分频比例MA、 NA、 MB和NB做改变。在汽车6使用等式7计算传输时间ToF。
图7示出用来在计算汽车6的安全系统计算fB/fA的另一接收设
备86的电路。这基于接收设备26。将接收的信号分成两个信道，I 信号88和Q信道90。每个信道88、 90连接到混频器70a、 70b的相 应输入。将VCO 64的第二输出分成两个信道，其中用移相器91将 一个信道移相兀/2。另一个信道连接到I信道88的上混频器70a。具 有丌/2相移的信道连接到Q信道90的上混频器70b。每个混频器70a、 70b的输出连接到双信道滤波器74的相应输入。I信道88上的滤波器74的输出连接到相关器58a的输入。Q信道90上的滤波器74的 输出连接到相关器58b的输入。编码发生器56具有两个输出，其中 一个输出连接到相应相关器58a、 58b的输入。每个相关器58a、 58b 的输出连接到微处理器53。微处理器53的另一输出连接到存储器模 块92的输入。存储器模块92的输出连接到微处理器53的另一输入。
在混频器70a、 70b中，来自VCO 64的本振信号同到来的信号 混频，以将到来的信号下变频到基带。如果本振信号同I信道88上 的RF载波信号完全同相，则在I信道上的混频器70a输出所有数据。 如果本振信号同Q信道90上的RF载波信号完全同相，则在I信道 上的混频器70b输出所有数据。如果本振信号同I信道88或Q信道 90上的RF载波信号不严格同相，在I信道88或Q信道90上分割能 量。然而，如果本振信号和RF载波信号不同频，本振信号同I信道 88或Q信道90将不具有恒定相位关系，并且每个信道上的能量总量 随时间变化。因为使用BPSK调制，两个信道都包含相同的信息。
在图8中示出该效果。图形94示出从混频器70a输出经由滤波 器74的I信道88上的数据。图形96示出从混频器70b输出经由滤 波器74的Q信道90上的数据。效果是每个信道94、 96中的数据包 含在正弦形包络内，I信道88的包络同Q信道90的包络有兀/2相位 差。如图所示，每个信道88、 90上有相同的BPSK数据。包络函数 的频率是偏移频率f偏移，其中f偏移是发射的RF载波信号和本地产生 的本振信号间的频率差。
频率偏移的值由包络函数的频率确定。这样做的一个方法是简单 的获得一系列点的arctan(I/Q)。这给出相位时间函数图，并且产生的 直线的斜率给出f偏移。实践中，更准确的是，首先使用相关器58a将 I信道90的数据同编码发生器56产生的复制码相关联，并且使用相 关器58b将Q信道88中的数据同编码发生器56中产生的复制码相 关联。这防止调制数据影响该结果并减小噪声对输出的影响。如前所 述，首先在反馈回路中使用相关器58a、 58b和微处理器53来产生具 有正确码相位的复制码，其也产生TAA的值。
将I信道数据94、 Q信道数据96和正确码相位98的复制码分成小持续时间部分100a、 100b等等。相关器58a、 58b约去I和Q信道 94、 96上的数据调制以提取I信道94和Q信道96的包络信号上的 点。然后，微处理器53执行arctan(I/Q)函数来计算相位。将相位值 存储在存储器模块92中，并重复相关。然后存储器模块92将所有数 据值发送到微处理器53。微处理器53使用这些数据值来产生相位一 时间图，其中斜率等于f偏移。相关周期应该比频率偏移的倒数小，以 防止相关性干扰结果。
将频率偏移与密钥卡4的时钟速率fB和汽车安全系统的时钟速 率fA的比率相关。频率偏移给出如下
/偏移二/'本振一/载波
偏移
等式(8)
Ws
其中当本地时钟30、52分别偏移到频率尸^和时，/tt波，和/'柳 是RF载频和本振频率。汽车4上的分频比例A/U、 na和密钥卡6上 的分頻比例Mb、 nb保持它们原来的值。使用等式3，可以将上式重
写为<formula>formula see original document page 18</formula>式(9)
如果假定汽车中的时钟没有偏 的时钟速率fA同密钥卡的时钟速率fB的比例
等式<formula>formula see original document page 18</formula>可以得出汽车
偏移
微处理器53利用f载波的结果、，此前(例如当制造系统元件时)己知的当本地时钟30、 52都具有相同时钟速率时RF的载频执行上
面计算。
这样，当将第一信号12从汽车6的安全信号发送到密钥卡4时， 没有对偏移频率进行测量。在转向时间TAT之后，密钥卡4向汽车 发射第二信号14，其中信号包括单个值TAb和TTB或复合值(TTB 一TAb)。当汽车6的安全系统接收到第二信号时，接收设备84测量 偏移频率并使用偏移频率来计算fB/fA。在汽车6使用等式7计算传输 时间ToF。
或者，可以在密钥卡4处执行更多的计算。这里，接收设备86 位于密钥卡4，并且原来的接收设备26位于汽车6的安全系统中。 当将第一信号12从汽车6的安全系统发送到密钥卡4时，接收设备 84测量偏移频率，并使用其来计算fB/fA。在转向时间TAT之后，密 钥卡4向汽车发射第二信号14，其包括单个值TAB、 TTb和fe/fA或 补偿转向时间的复合值TAT、 (TTB—TAB)/(fB/fA)。当在汽车6的安全 系统处接收到第二信号时，没有进行偏移频率的测量。在汽车6中使 用等式7来计算传输时间ToF。
反正切函数仅产生相位区间-兀/2<^<71/2中的结果，使在偏移频率 的每半个波长处发生不连续点，如图9a和9b所示。测量不连续点处 的斜率引起误差。在图9a中，在每个相位区间-兀/2<^<兀/2中执行许 多相关(如曲线104所示)。接收机86识别该例子中的不连续点相对 简单。如曲线106所示，通过向上移动每个连续7i区间内的相位而产 生相对时间的累积相位图。可以使用相对时间的累积相位曲线106来 得到真正的斜率。然而，在给定的时间间隔内产生这么多相位测量可 能需要大量的处理资源。图9b示出在每个时间间隔内执行较少相位 测量的曲线。对于接收设备86而言，识别该例中的不连续点更困难， 并且不能计算相对时间的累积相位曲线110，除非系统已知频率偏移。
如果使用两个方法的结合来得到fB/fA，可以解决这个问题。首先，
调整na和Ma以減小頻率偏移。因为在不连续点间的区间尺寸(如 曲线104、 106、 108和110所示)与频率偏移的倒数相关，这增加不 连续点间的区间尺寸。因此，在每个相位区间-兀/2〈x〈7i/2中有更多相关，从而很容易产生相对时间的累积相位的曲线。
本发明不限于汽车安全系统，而是具有更广的应用。在本发明的 另一具体实施例中(未示出)，使用该系统来制造定位系统。例如使 用这个来追踪医院中的设备、病人和医生。有基站的基础设施，该设 施包括和汽车6中电路的类似的电路。设备、病人和医生每个带有标 签，该标签包含同密钥卡4的电路类似的电路。基站独立于它们自己 时钟运行，从而在它们之间不需要电缆(如先前的系统)。每次需要 定位标签时，在标签和至少三个基站间存在双向通信。基站补偿标签 处的转向时间以得到标签距每个基站的距离的准确量度，并因此能够 计算标签的位置。
虽然针对上面具体实施例描述本发明，对本领域技术人员而言， 应该很清楚可以在不离开本发明的范围的情况下作改变。
权利要求
1、得到第一设备(6)和第二设备(4)间的距离量度的方法，所述两个设备分别具有时钟(30、52)，所述两个时钟可能具有不同的时钟速率，所述方法包括从所述第一设备(6)发射第一信号(12)到所述第二设备(4)，所述第一信号(12)具有从所述第一设备(6)的时钟(30、52)得到的频率；响应于在所述第二设备(4)处接收到所述第一信号(12)，从所述第二设备(4)发射第二信号(14)到所述第一设备(6)，所述第二信号(14)具有从所述第二设备(4)的时钟(30、52)得到的频率；在所述第二设备(4)，计算所述第二设备(4)处相对于所述第二设备(4)的时钟(30、52)的转向时间量度，所述转向时间是接收所述第一信号(12)和发射所述第二信号(14)间的时间；计算所述第一设备(6)和第二设备(4)相对于彼此的时钟(30、52)的频率的量度；使用所述量度来重新计算相对于所述第一设备(6)的时钟(30、52)的所述转向时间；以及在所述第一设备(6)处，使用所述重新计算的转向时间来获得所述第一设备(6)和第二设备(4)间的距离的量度。
2、 根据权利要求1所述的方法，其中所述计算所述第一设备(6) 和第二设备(4)相对于彼此的时钟(30、 52)的频率的量度的步骤 在所述第二设备(4)执行，所述方法进一步包括将所述量度传输到 所述第一设备(4)。
3、 根据权利要求1所述的方法，其中所述计算所述第一设备(6) 和第二设备(4)相对于彼此的时钟(30、 52)的频率的量度的步骤 在所述第一设备(6)执行。
4、 根据前述任意一项权利要求所述的方法，其中所述第一设备(6)和第二设备(4)的一个或两个都具有至少一个分频器(60、 66)， 所述分频器(60、 66)用来从该设备的时钟(30、 52)获得本振信号， 所述方法包括在发射所述第一信号(12)之前，确定使所述第一设备 (6)和第二设备(4)产生基本上相等频率的本振信号的每个分频器 (60、 66)的分频比例，并且存储每个分频器(38、 44、 60、 66)的 分频比例到所述第一设备(6)或者第二设备(4)。
5、 根据权利要求4所述的方法，其中所述计算所述第一设备(6) 和第二设备(4)相对于彼此的时钟(30、 52)的频率量度的步骤包 括改变至少一个分频器(60、 66)的比例，直到其提供与所述第一 信号(12)或者第二信号(14)的载波基本上相等的本振信号，所述 第一信号(12)或者第二信号(14)是在改变所述分频器(60、 66) 比例的所述设备接收的，以及根据改变前的所述分频器(60、 66)比例以及改变后的所述分频 器(60、 66)比例计算所述量度。
6、 根据前述任意一项权利要求所述的方法，其中所述第一设备 (6)和第二设备(4)相对于彼此的时钟(30、 52)频率的所述量度是所述时钟频率的比例的量度。
7、 根据权利要求1到4中的任意一项所述的方法，其中所述计 算所述第一设备(6)和第二设备(4)相对于彼此的时钟(30、 52) 频率的量度的步骤包括混频在所述设备接收的所述第一信号(6) 或第二信号(4)和所述设备的本振信号，并且确定所得的混频信号(94、 96)的包络的频率。
8、 根据权利要求7所述的方法，包括，在混频和确定所述得到的混频信号包络的频率的步骤之前，通过调整接收所述信号的所述第一设备(6)或第二设备(4)中的至少一个分频器(60、 66)的所述 分频比例来减小频率偏移。
9、 根据权利要求7或8所述的方法，其中计算所述第一设备(6) 和第二设备(4)中时钟(30、 52)的频率的量度的步骤包括以隔 开的间隔连续计算在同相混频信号(94)与正交混频信号(96)的比 例的反正切，并且确定由连续反正切计算的结果提供的线(102)的 斜率。
10、 包括具有可能有不同时钟速率的各个时钟(30、 52)的第一设 备(6)和第二设备(4)的系统所述第一设备(6)用于发射第一信号(12)到所述第二设备(4)， 所述第一信号(12)具有从所述第一设备(6)的所述时钟(30、 52) 获得的频率；所述第二设备(4)用于响应于接收所述第一信号(12)，发射第 二信号(14)到所述第一设备(6)，所述第二信号(14)具有从所述第 二设备(4)的时钟(30、 52)获得的频率；所述第二设备(4)计算所述第二设备(4)处相对所述第二设备 (4)的所述时钟(30、 52)的转向时间的量度，所述转向时间是接 收所述第一信号(12)和发射所述第二信号(14)之间的时间；所述第一设备(6)或第二设备(4)用于计算所述第一设备(6) 和第二设备(4)相对于彼此的时钟(30、 52)的频率的量度；所述第一设备(6)和第二设备(4)用于使用所述量度来重新计 算相对于所述第一设备(6)的时钟(30、 52)的转向时间；以及所述第一设备(6)用于使用所述重新计算的转向时间来获得所 述第一设备(6)和第二设备(4)间的距离的量度。
11、 根据权利要求10所述的系统，其中所述第二设备(4)用于 计算所述第一设备(6)和第二设备(4)相对于彼此的时钟(30、 52)的频率的量度，并且传送所述量度到所述第一设备(6)。
12、 根据权利要求10所述的系统，其中所述第一设备(6)用于计算所述第一设备(6)和第二设备(4)相对于彼此的时钟(30、 52) 的频率的量度。
13、 根据权利要求10到12中的任意一项所述的系统，其中所述 第一设备(6)和第二设备(4)中的一个或两个都具有至少一个分频 器(60、 66)，所述分频器(60、 66)用来从该设备的时钟(30、 52) 获得本振信号，所述系统用于在发射所述第一信号(12)之前，确定 使所述第一设备(6)和第二设备(4)产生基本上相等频率的本振信 号的每个分频器(60、 66)的分频比例，而且至少一个所述第一设备(6)和第二设备(4)用于存储所述分频器(60、 66)比例。
14、 根据权利要求13所述的系统，其中用于计算所述第一设备 (6)和第二设备(4)的相对于彼此的时钟(30、 52)的频率的量度的所述第一设备(6)或第二设备(4)之一用于改变至少一个分频器(60、 66)的比例，直到其提供与所述设备 正接收的所述第一信号(12)或者第二信号(14)的载波基本上相等 的本振信号，以及根据改变前的所述分频器(60、 66)比例以及改变后的所述分频 器(60、 66)比例来计算所述量度。
15、 根据权利要求10到14中的任意一项所述的系统，其中所述 第一设备(6)和第二设备(4)相对于彼此的时钟(30、 52)的频率 的所述量度是所述时钟频率的比例的量度。
16、 根据权利要求10到15中的任意一项所述的系统，其中用于 计算所述第一设备(6)和第二设备(4)的相对于彼此的时钟(30、 52)的频率的量度的所述第一设备(6)或第二设备(4)之一用于混频在所述设备接收的所述第一信号(12)或第二信号(14)和所述设备的本振信号，并且确定所得的混频信号(94、 96)的包络的频率。
17、 根据权利要求16所述的系统，其中所述第一设备(6)或第 二设备(4)之一被用于在确定所述得到的混频信号(94、 96)的包络 的频率之前，通过调整所述设备中至少一个分频器(60、 66)的分频 比例来减小所述频率偏移。
18、 根据权利要求16或17所述的系统，其中用于计算所述第一 设备(6)和第二设备(4)的相对于彼此的时钟(30、 52)的频率的 量度的所述第一设备(6)或第二设备(4)之一用于以隔开的间隔 连续计算同相混频信号(94)与正交混频信号(96)的比例的反正切， 并且确定由连续反正切计算的结果提供的线(102)的斜率。
19、 根据权利要求10到18中的任意一项所述的系统，其中所述 第一设备(6)形成汽车安全系统的一部分，并且所述第二设备(4) 形成汽车进入收发机的部分。
20、 根据权利要求10到18中的任意一项所述的系统，是包括多 个各构成一基站的第一设备和至少一个是移动设备的第二设备的定 位系统。
全文摘要
第一和第二设备具有可能有不同时钟速率的时钟。获得在设备间传递的信号的传播距离的度量包括，从第一设备发射第一信号12到第二设备。在转向时间TAT之后，将第二信号14从第二设备发射到第一设备。时钟的任何误差可能导致测量转向时间TAT的误差。一个设备包括通过调整分频器比例直到得到LO频率匹配，或者通过判定混频信号包络的偏移频率，计算第一和第二设备的时钟速率比例的电路。时钟速率的比例用于补偿转向时间TAT以减轻误差。可以将准确的距离量度用于判定在汽车安全系统中是否发生中继攻击。
文档编号G01S11/08GK101438186SQ200580041294
公开日2009年5月20日 申请日期2005年11月30日 优先权日2004年12月2日
发明者A·S·利奇, M·S·威尔科克斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司