采用飞行时间距离测量的被动进入系统的制作方法

本公开涉及采用飞行时间距离测量的被动进入系统(passiveentrysystem)。

背景

被动进入系统包括便携式遥控器和基站。遥控器(例如，钥匙终端(“终端(fob)”))由用户携带。基站在目标处。终端和基站相互进行无线通信，以用于遥控目标。

由交通工具被动进入系统提供的被动进入功能包括在检测出终端靠近交通工具的时候，自动将车门解锁。系统可以响应于车门把手被触摸到而检测终端。

因为拥有终端的用户通过仅操纵门把手就可以将交通工具解锁，所以终端相对于交通工具的位置应当被检测出。终端应当在将交通工具解锁之前紧密靠近交通工具。否则，无论何时终端在交通工具的大致附近内，未被授权的用户都可能都能够将交通工具解锁。传统的系统已将从终端到交通工具的接收到的射频和/或低频(lf)无线信号的信号强度用于确定终端的位置。然而，这些系统可容易遭受中继或放大无线信号的安全攻击。

使用在终端和交通工具之间的rf无线信号的传播延迟(即，飞行时间(tof))以检测终端的位置的系统解决了这个弱点。由于信号的传播速度是恒定的，因此在终端和交通工具之间的双向rf无线信号交换的时间延迟可以用于计算在终端和交通工具之间的距离。该操作涉及记录并且传达在终端和交通工具之间的信号交换的发送和接收的时间戳。

概述

被动进入系统和方法采用超宽带(uwb)飞行时间(tof)距离测量以用于相对于目标来定位便携式设备。用于在非理想的环境中定位便携式设备的uwbtof距离测量的性能和可靠性是基于信号质量计算通过调整通信重试策略来改进的。由在目标处的基站的多个卫星(satellite)或者锚(“卫星”)中的每个接收的uwb无线信号的质量是基于类似信号强度、环境噪声级、以及第一路径信号功率与总信号功率的比率的因素来评估或者测量的。这个数据被分析并且用于将重试策略引导到对于这些卫星来说接收到最佳的或者最高的信号质量的卫星，以参与与便携式设备的tof距离测量和/或将校正因子添加到计算出的在卫星和便携式设备之间的tof距离测量值。因此，通过使用较少的重试，传送序列的总延迟可以降低，并且便携式设备的电池寿命可以提高，并且tof距离测量准确性可以改善。

被动进入方法包括在基站的每个卫星处评估由卫星从遥控器接收的测试信号的信号质量。与其余卫星相比具有更高的信号质量的卫星被选定，并且使用选定的卫星进行与遥控器的飞行时间(tof)距离测量。

每个卫星可以包括超宽带(uwb)收发器，并且遥控器可以包括uwb收发器。在这种情况下，在每个卫星处评估由卫星从遥控器接收的测试信号的信号质量包括卫星的uwb收发器评估由卫星的uwb收发器从遥控器的uwb收发器接收的uwb测试信号。

该方法还可以包括基于由卫星的uwb收发器从遥控器的uwb收发器接收的uwb距离测量信号的传播时间，检测在处于tof距离测量中的每个卫星和遥控器之间的距离，并且基于检测出的在卫星的至少一个卫星中的每个卫星和遥控器之间的距离，检测遥控器的位置。

卫星的uwb收发器可以通过测量接收到的uwb测试信号的噪声级、第一路径信号功率、以及第一路径信号功率与总信号功率的比率之中的至少一者，来评估由卫星的uwb收发器接收的uwb测试信号。

在这种情况下，基于在测量出的噪声级、第一路径信号功率以及第一路径信号功率与总信号功率的比率中的至少一者，可以校正检测出的距离。基于至少校正后的检测出的距离，可以检测遥控器的位置。

被动进入系统包括遥控器以及具有控制器和多个卫星的基站。每个卫星评估由卫星从遥控器接收的测试信号的信号质量。控制器引导与其余卫星相比具有更高的信号质量的卫星进行与遥控器的tof距离测量。

另一种被动进入系统包括遥控器和基站，遥控器具有uwb收发器，基站包括控制器和在目标的相应位置处的卫星。每个卫星具有uwb收发器。每个卫星的uwb收发器评估由卫星的uwb收发器从遥控器的uwb收发器接收的uwb测试信号的信号质量。控制器引导与其余卫星相比具有更高的信号质量的卫星进行与遥控器的uwbtof距离测量，以用于检测遥控器相对于目标的位置。

另一种被动进入方法包括由在基站的卫星处的uwb收发器评估由uwb收发器从遥控器接收的uwb信号的信号质量。基于由uwb收发器从遥控器接收的uwb信号的传播时间，检测在卫星和遥控器之间的距离。根据由对uwb收发器接收的uwb信号的评估出的信号质量，调整检测出的距离。

uwb收发器可以通过测量在噪声级、第一路径信号功率、以及第一路径信号功率与总信号功率的比率之中的至少一者以评估由uwb收发器接收的uwb测试信号的信号质量，来评估由uwb收发器从遥控器接收的uwb信号。在这种情况下，基于在测量出的噪声级、第一路径信号功率以及第一路径信号功率与总信号功率的比率中的至少一者，可以调整检测出的距离。

附图简述

图1示出具有基站和便携式遥控器的遥控系统的框图；

图2示出描绘用于检测便携式遥控器的位置的遥控系统的操作的流程图；

图3a示出在基站的卫星和便携式遥控器之间的视线场景；

图3b示出在基站的卫星和便携式遥控器之间的非视线场景；

图4示出遥控系统在检测便携式遥控器的位置时的操作的交通工具的示例性实施方式；以及

图5示出描绘用于检测便携式遥控器的位置的遥控系统的替换的或者额外的操作的流程图。

详细描述

本文公开了本发明的详细的实施例；然而，将理解的是，所公开的实施例仅是可以以各种形式和可选的形式体现的本发明的示例。附图未必是按比例的；一些特征可以被夸大或缩小，以示出特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构细节以及功能性细节不应解释为限制性的，而仅仅作为用于教导本领域的技术人员以各种方式利用本发明的代表性基础。

现在参考图1，其示出了遥控系统10的框图。遥控系统10包括便携式遥控器12和基站14。基站14在目标(诸如，交通工具)处。在其他实施例中，目标是房屋、车库、大门、建筑物、门、照明系统等等。基站14被配置成能够控制交通工具的功能。遥控器12和基站14可操作用于相互无线发送/接收信号，以使得遥控器能够经由基站遥控交通工具。

遥控系统10被配置成执行被动进入被动启动(peps)功能。peps能力使得遥控器12能够自动地(或者“被动地”)遥控交通工具，而不需要用户激活遥控器。作为被动进入功能的示例，基站14响应于遥控器12在交通工具附近而将车门解锁。当携带遥控器的用户触摸交通工具的门把手的时候，基站14检测出遥控器12在交通工具附近的存在。作为被动启动功能的示例，一旦拥有遥控器12的用户按下在交通工具控制板上的启动按钮，基站14就启动交通工具。

遥控系统10还可以被配置成执行远程免钥匙进入(rke)功能。rke能力使得遥控器12能够响应于用户激活遥控器的按钮等等而遥控交通工具。作为rke功能的示例，基站14响应于从遥控器12接收到车门解锁命令而将车门解锁。遥控器12响应于对应的用户驱动遥控器，将车门解锁命令发送到基站14。

遥控器12是将要由用户携带的便携式设备。假设遥控器12是钥匙终端(“终端”)。在其他实施例中，遥控器12是智能电话、平板、可穿戴设备(诸如，智能手表)等等。

如在图1中显示的，终端12包括低频(lf)接收器16、超宽带(uwb)收发器(发送器/接收器)18以及超高频(uhf)发送器20。lf接收器16、uwb收发器18和uhf发送器20如图1中指示地具有其自身的天线。lf接收器16可操作用于从基站14接收lf信号。uwb收发器18可操作用于发送/接收uwb信号。uhf发送器20可操作用于向基站14发送uhf信号。

如在图1中进一步显示的，基站14包括远程功能致动器(rfa)22及第一和第二卫星或者锚(“卫星”)24a和24b。rfa22及卫星24a和24b位于交通工具处。卫星24a和24b被定位在交通工具的相应的位置(例如，交通工具右侧和交通工具左侧)处。

基站14可包括定位于交通工具其他相应位置处的额外的卫星。在一个实施例中，基站14包括至少三个卫星，并且在另一个实施例中，基站包括三到十二个卫星。图1中仅显示两个卫星(第一卫星和第二卫星24a和24b)。将理解的是，可以或者可能存在额外的卫星。包括第一和第二卫星24a和24b的卫星具有相同的功能配置，诸如在图1中所指示的。

rfa22包括lf发送器26和uhf接收器28。lf发送器26与一个或多个lf天线(诸如，天线30a、30b和30c)关联。天线30a、30b和30c被定位于交通工具的相应位置(例如，中控台、右车门、左车门)处。lf发送器26可操作用于将lf信号经由天线30a、30b和30c传送到终端12的lf接收器16。uhf接收器28具有其自身的天线，并且可操作用于从终端12的uhf发送器20接收uhf信号。天线24a和24b包括各自的uwb收发器32a和32b。uwb收发器32a和32b可操作用于向终端12的uwb收发器18发送uwb信号/从终端12的uwb收发器18接收uwb信号。

作为示例，lf操作频率范围在20至300khz之间；uwb操作频率范围在3至10ghz之间，包括3.5至6.5ghz的操作范围；并且uhf操作频率范围在300mhz至3ghz之间，包括300mhz至1ghz的操作范围。

关于peps能力，终端12和基站14参与一系列唤醒和授权/认证(“许可”)通信。在终端12和基站14之间的唤醒通信涉及“唤醒”终端。一旦检测出用户动作(诸如，触摸门把手或者按下交通工具启动按钮)，就开始唤醒通信。一旦终端被唤醒，就发生在终端12和基站14之间的授权通信。授权通信涉及授权启用对应于检测出的用户动作的交通工具功能(例如，将车门解锁或者启动交通工具)。授权通信旨在验证该终端12是被授权用于遥控交通工具的。

rfa22响应于检测出用户动作(诸如，触摸门把手或者按下交通工具启动按钮)而发起唤醒通信过程。就此而言，rfa22包括门把手检测输入34和交通工具启动按钮检测输入36。一旦用户动作被检测到，rfa22沿着lf通信链路38发送lf唤醒信号，以用于由终端12接收。终端12响应于接收到lf唤醒信号来唤醒终端。反过来，终端12沿着uhf通信链路40发送uhf确认信号，以用于由rfa22接收。

一旦接收到uhf确认信号，rfa22就开始授权通信。授权通信以rfa22沿着lf通信链路38发送lf加密的质询信号(challengesignal)以用于由终端12接收开始。一旦接收到lf质询信号，终端12就生成用于响应质询信号的应答。反过来，终端12沿着uhf通信链路40发送uhf的加密的应答以用于由rfa22接收。rfa22接收uhf的加密的应答并且分析该应答，以确定该应答是否满足质询信号。如果应答满足质询信号，那么rfa22确定终端12被授权用于遥控交通工具。受制于终端12相对于交通工具的检测出的位置，一旦确定该终端12被授权，则rfa22授权启用对应于检测出的用户动作的交通工具功能(例如，将车门解锁)。

遥控系统10被配置成检测终端12相对于基站14的位置(即，终端相对于交通工具的位置)。遥控系统10检测终端12的位置以确保例如在遥控系统解锁交通工具之前，终端紧密靠近交通工具。遥控系统10采用涉及在终端12和基站14之间的uwb无线信号的飞行时间(tof)距离测量，以检测终端的位置。遥控系统10基于在终端和基站14之间的双向uwb无线信号交换的时间延迟来计算终端12的位置。

更具体地，遥控系统10基于在终端12与基站14的卫星中的一个或多个之间的双向uwb无线信号交换的时间延迟来计算终端12的位置。在终端12和每个特定卫星之间的双向uwb无线信号交换的时间延迟指示在终端和该特定卫星之间的距离。因此，通过使用三边测量法等等，终端12的位置可以基于在终端12和至少三个卫星中的每个之间的各个距离来计算。终端12的大致位置(例如，终端位于交通工具的哪侧)可以基于在终端和两个卫星中的每个之间的各个距离来计算。从特定的卫星所在的交通工具的一部分到终端12的距离是基于在终端和特定的卫星之间的距离来计算的。

正因如此，进一步关于peps能力，终端12和基站14参与用于检测终端相对于交通工具的位置的uwbtof通信。终端的位置可以被检测以防止中继攻击。

由于载波频率的宽带宽和低延迟，因此uwb射频频谱非常适合用于tof距离测量。然而，当在终端12和卫星之间没有清晰的视线(los)的时候，这个相对高频率的频谱存在挑战。在其中直接的los被阻挡的非视线(nlos)情况下，无线信号严重衰减，并且信号可丢失。另外，在其中反射表面在附近的nlos情况下，由于第一路径信号可丢失，因此在用于反射路径的tof距离可以被测量而不是直接的“第一路径”tof距离被测量时，距离测量可被破坏。

结果，可信赖的uwbtof系统可以要求基站具有向终端提供可选的路径和角度的多个卫星和/或在可以获得准确的测量之前可以要求对每个卫星进行多次测量尝试。多个卫星为系统添加了成本和复杂性，并且大量的重试尝试增加了系统的延迟并且从终端的电池吸收更多的电荷。

遥控系统10的特征包括使实现准确的tof距离测量的卫星的数量和/或测量尝试(“重试”)的数量最小。一般来说，基站14首先评估由每个卫星从终端12接收的信号质量，并随后使用具有最高信号质量的卫星来进行tof距离测量。也就是说，基站14使用卫星的信号质量信息以将与终端12的后续tof距离测量仅仅或者优先引导到具有最高信号质量的卫星。

另外，基站14可以使用每个特定卫星的信号质量信息，以确定校正因子并且将校正因子应用于涉及特定卫星的tof距离测量。这允许先前由于不准确或者超出范围而被拒绝的tof距离测量被接受，同时排除了对于额外的测量尝试的需要。

现在参考图2，并且继续参考图1，图2显示了描绘用于检测终端12的位置的遥控系统10的操作的流程图50。该操作可以与唤醒和授权通信同时发生，或者可以在授权通信之后发生。如在框52中指示的，该操作以终端12发送uwb测试信号以用于由基站14的卫星接收开始。终端12响应于基站14的rfa22命令终端12发送uwb测试信号而发送uwb测试信号。例如，rfa22沿着lf通信链路38发送请求信号，以用于由终端12接收。请求信号请求终端12发送uwb测试信号。可选地，rfa22命令一个或多个卫星沿着uwb通信链路发送请求信号，以用于由终端12接收。响应于接收到请求信号，终端12经由终端的uwb收发器18发送uwb测试信号，以用于由卫星中的一个或多个卫星接收。

如在框53中指示的，卫星的uwb收发器中的每个均可从终端12接收uwb测试信号。由于卫星位于不同位置处，因此卫星在接收uwb测试信号时具有不同的信号质量。除了卫星对于终端12的相对定位之外，信号质量的差异还受到在卫星和终端之间是清晰的los还是nlos、在卫星和终端之间是否存在反射表面、卫星相对于彼此的能力等等的影响。

如在框54中指示的，在每个卫星处接收到的uwb测试信号的信号质量被评估或者测量。例如，每个卫星的uwb收发器评估或者测量在该卫星处接收到的uwb测试信号的信号质量。例如，第一卫星24a的uwb收发器32a评估在第一卫星处接收到的uwb测试信号的信号质量，并且第二卫星24b的uwb收发器32b评估由第二卫星接收的uwb测试信号的信号质量。

卫星的uwb收发器(包括卫星24a和24b的uwb收发器32a和32b)以及终端12的uwb收发器18是可商购的uwb收发器，其提供了帮助评估由uwb收发器接收的信号质量的某些诊断部件。每个卫星的uwb收发器可以提供信号质量指示，诸如，与接收到的帧关联的总噪声，接收到的信号的总功率以及第一路径信号的功率。这些信号质量指示可以单独地或者组合地用于确定卫星和/或终端12是否处于有噪声的环境，卫星和/或终端是否处于反射环境，在卫星和终端之间进行通信的uwb信号是否将衰减，天线和终端是否具有清晰的los或者nlos等等。

例如，如果对于在卫星处接收到的uwb测试信号来说第一路径功率与总功率的比率高，那么可以推断或者(i)卫星和终端12具有清晰的los，或者(ii)卫星和终端并未处于反射环境，这是因为第一路径功率比所有其他反射路径的功率之和高得多。为了区分这两个可能性，第一路径功率的振幅可以被评估。如果第一路径功率的振幅高，那么推断出卫星和终端12具有清晰的los，这是因为在卫星和终端12之间的物体没有使信号衰减。如在图3a中显示的，在清晰的los场景中，直接的第一路径功率62比反射功率64强。

另一方面，如果对于在卫星处接收到的uwb测试信号来说第一路径功率与总功率的比率低，那么推断出或者(i)物体正在使第一路径的信号衰减，或者(ii)直接路径的信号完全丢失(即，nlos)，并且接收到的第一路径的信号事实上是反射。如在图3b中显示的，物体66使第一路径的信号衰减造成接收到的第一路径的信号68变弱或者完全丢失。正因如此，直接的第一路径的信号68被衰减并且比反射功率70弱。

这些和其他的因素可以用于估计在卫星和终端12之间的准确的tof距离测量的可能性。另外，可以对不准确的tof距离测量添加校正因子，以产生准确的tof距离测量。

如迄今为止参考图2的流程图50所描述的，依据框52，用于检测终端12的位置的操作包括交通工具在测量事件的开始处请求终端发送单个uwb测试信号，以用于由卫星接收。依据框54，卫星的uwb收发器使用这个最初的uwb测试信号以基于以上描述的准则和程序来评估接收信号质量。例如，通过卫星中任一个的uwb测试信号的接收信号质量可以仅在接收到的uwb测试信号的接收信号强度指示(rssi)的基础上评估。卫星将信号质量评估传输到基站14的rfa22。

如在框56中所指示的，rfa22随后选择具有最高接收信号质量的卫星。如在框58中所指示的，rfa22随后引导具有最高接收信号质量的卫星参与后续的与终端12的uwbtof距离测量。例如，rfa22引导具有最高接收信号质量的卫星成为参与与终端12进行uwbtof距离测量的唯一的卫星单元，或者成为参与与终端进行uwbtof距离测量的优选的卫星单元。在后一个场景中，分配给优选的卫星比其余卫星中的任何卫星更多的uwbtof距离测量尝试。

如在框59中指示的，uwbtof距离测量尝试开始于每个选定的卫星和终端12之间。具体来说，每个选定的卫星的uwb收发器发送uwb测距信号，以用于由终端12接收。一旦接收到来自卫星的uwb测距信号，终端就发送uwb回复信号，以用于由卫星接收。如本文描述地，在卫星和终端12之间传输的uwb信号的传播时间指示在卫星和终端之间的距离。

例如，假如第一卫星24a是选定的卫星，那么第一卫星的uwb收发器32a经由uwb通信链路42a发送uwb测距信号，以用于由终端12接收。一旦接收到uwb测距信号，终端12的uwb收发器18沿着uwb通信链路42a发送uwb回复信号，以用于由第一卫星24a接收。如本文描述的，在第一卫星24a和终端12之间的距离是基于在第一卫星24a和终端12之间传输的uwb信号的传播时间计算的。这是一个涉及第一卫星24a的uwbtof距离测量。该测量可能因为各种原因而不成功。正因如此，rfa22可以指导尝试一次或多次额外的uwbtof距离测量(“重试”)。

如所描述的，用于检测终端12的位置的操作包括交通工具将与终端12的双向uwbtof测量序列引导到具有最高信号质量的卫星，将较多的uwbtof测量引导到具有最高信号质量的卫星，并且将较少的uwbtof测量引导到具有较差信号质量的卫星等等。

与此相反，用于检测终端的位置的现有系统的操作需要进行在所有卫星和终端之间的uwbtof距离测量，而无论在卫星中的哪些最适合参与uwbtof距离测量。因此，因为不适合参与uwbtof距离测量的卫星依然全程参与了操作，所以浪费了系统资源。

现在参考图4，并且继续参考图1、图2、图3a以及图3b，图4显示了在检测终端12相对于具有基站14的交通工具72的位置中的遥控系统10的操作的示意性实施方式。从终端12向卫星24a和24b传送消息的最初的诊断uwb测试信号显示第一卫星24a具有与终端的直接的los，而在第二卫星24b和终端之间的信号路径被障碍物66阻挡且衰减。因此，rfa22引导仅在第一卫星24a和终端12之间的uwbtof距离测量。因此，减少了重试的数量。

在卫星和终端12之间的诸如反射环境和/或nlos的情况下，还有可能表征预期测量距离误差。由于信号质量指示可用于确定这些情况在什么时候存在，那么可以通过预期误差来校正测量的距离的不准确。例如，如果卫星相信该卫星和终端12处于其中丢失了直接信号的nlos情况中，那么卫星可以确定实际测量距离事实上是反射路径，该反射路径将造成与直接路径相比更长的测量距离。在最可能的反射路径(例如，地面、交通工具的其他部分)和直接路径之间的差异可以被表征并且从测量出的原始距离中被减去，以获得在卫星和终端12之间的校正的直接路径距离。

如所描述的，uwb收发器在检测噪声级、第一路径信号功率以及接收到的总功率中的能力可以用于确定直接路径vs反射路径。通过计算和比较三个参数(噪声级、第一路径信号功率以及接收到的总功率)，可以导出关于接收到的直接信号功率vs反射的信号功率的信息。正因如此，当可以检测出接收到的信号是直接的还是反射的信号并因此在接收到的信号是反射的信号的情况下可以做出调整，不准确的距离测量可以被校正。

现在参考图5，并且继续参考图2，图5显示了描绘用于检测终端12的位置的遥控系统10的替换的或者额外的操作的流程图80。流程图80的操作针对校正或者调整如本文描述的不准确的距离测量。如本文进一步描述的，涉及校正或者调整不准确的距离测量的操作是对于根据图2的流程图50的遥控系统10的操作的替代或者添加。

如在图5中显示的，依据框82，流程图80的操作包括在卫星处接收来自终端12的uwb测距信号。依据框84，基站14(例如，rfa22)基于在卫星处接收到的uwb测距信号，计算在终端12和卫星之间的距离。例如，基于在卫星处接收时的uwb测距信号的传播时间来计算距离。依据框86，uwb收发器评估在卫星处接收到的uwb测距信号的信号质量。这类似于依据图2的流程图50的框54的评估接收到的uwb测试信号的信号质量的卫星的uwb收发器。依据框88，基站14根据接收到的uwb测距信号的信号质量来调整计算出的距离。

如在图1中显示的，rfa22还包括微控制器(或者控制器)44以及双局域互联网(lin)46。微控制器44监测门把手检测输入34和交通工具启动按钮检测输入36，以检测用户激活门把手或者交通工具启动按钮。微控制器44处理基站14的唤醒和授权通信过程。在处理关联的唤醒和授权通信中，微控制器44分别控制lf发送器26的发送操作和uhf接收器28的接收操作。关于tof通信，微控制器44被配置成经由双lin46与卫星24a和24b进行通信。卫星包括处理卫星的tof通信过程的微控制器。关于tof通信，微控制器44与卫星单元微控制器进行通信。

如在图1中进一步显示的，rfa22可经由交通工具的网络(诸如，can总线48)与其他交通工具的控制器(诸如，主体控制模块(bcm)50)进行通信。通过can总线48和bcm50，rfa22可与防盗天线单元(iau)52进行通信。iau52向终端12提供lf/lf防盗功能以用于备用启动(即：当终端的电量不够时)。

对于tof能力替代uwb的、可被取代的其它通信协议包括宽带(wb)、多普勒(doppler)和uhf。

虽然以上描述了示例性的实施例，但是并不旨在这些实施例描述所有可能的发明形式。相反，在说明书中使用的词是描述而不是限制的词，且应理解，可做出各种变化而不偏离本发明的精神和范围。另外，各种实施的实施例的特征可被组合以形成本发明的另外的实施例。