距离测量系统的制作方法

距离测量系统
1.本发明涉及一种用于测量第一收发器与第二收发器之间的距离的距离测量系统、一种包括所述第一收发器的智能手机、一种包括所述第二收发器的车辆、一种用于测量第一收发器与第二收发器之间的距离的方法、距离测量系统用于建筑入口系统的用途、以及距离测量系统用于非接触支付或现金提取的用途。
2.可以使用智能手机或无线电钥匙来解锁车辆，例如汽车。响应于例如来自车辆的解锁电路的低频信号（一旦用户触摸车门的把手就发射该低频信号），这些智能手机或无线电钥匙测量所接收信号的信号强度，并将测得值发送回解锁电路。解锁电路可以根据信号强度估计出大致位置，进而估计出钥匙的距离。如果识别出距离在预定义范围内，则解锁电路解锁车辆。攻击者可以使用中继应答器来干扰信号强度测量，该中继应答器放大来自解锁电路的信号并将其中继到无线电钥匙，然后该无线电钥匙作出响应并经由应答器将包含信号强度的测得值的响应信号再次发送回解锁电路。因此，解锁电路从钥匙接收信号强度测得值，该信号强度测得值指示钥匙靠近车辆（即使距离很大），并且打开车辆的门。
3.验证用户或无线电钥匙实际上是否靠近车辆可以通过距离测量来实现，例如通过测量智能手机或无线电钥匙中的通信设备与车辆中或车辆上的通信设备之间的射频信号的传输时间来执行。这里的重要因素是最小化为此例如在智能手机或车辆中的距离测量设备中所需的能量。
4.因此，本发明的目的是提供一种系统，该系统可用于最小化所涉及的系统部件中所需的能量，从而最小化其中的成本。
5.该目的通过独立权利要求的主题来实现。从属权利要求、以下描述以及附图涉及有利的实施例。
6.在本领域技术人员已知的意义上使用技术术语。当某些术语被赋予特定含义时，下文将在使用这些术语的背景下给出术语的定义。
7.例如“距离命令”中的术语“命令”在本披露中应理解为表示通过有线或无线方式传输的数字信号或模拟信号。数字信号在这里可以是例如由一个或多个位组成的编码指令，或者是源自数字电路且可以具有两个值的电压。相应地，模拟信号通常由例如模拟电路产生。例如，在当前情况下，该模拟信号也可以是构成信号强度检测装置的电源电压的电压。因此在本上下文中，“命令”是导致测量的信号，并且要与被测量的信号区分开。
8.根据第一方面，提供了一种距离测量系统，该距离测量系统用于测量第一收发器（例如无线电钥匙或智能手机）与第二收发器（例如车辆上或车辆内的距离测量单元）之间的距离，以验证信号强度测量值或定位智能手机以及对车辆进行解锁或锁定。距离测量系统包括具有第一时区的第一收发器、具有第二时区的第二收发器和具有控制单元时区的控制单元。时区在这里可以理解为相关联部件中由设备中的时钟或时钟芯片设置的时间。第二收发器被配置为确定第二收发器与第一收发器或第一收发器的时区之间的时区关系delta_se2_se1，并将该时区关系delta_se2_se1发送到该控制单元。控制单元被配置为接收该时区关系delta_se2_se1，并使用该时区关系delta_se2_se1来确定控制单元时区与第一收发器之间的时区关系delta_st_se1。第一收发器被配置为在第一时区的定义时刻处或
定义时间段内向第二收发器发送距离测量命令。例如，定义时刻是整秒或整分钟或是基于第一收发器的时区的时间，该定义时刻要么是系统定义的，要么至少传输给第二收发器一次。该时刻对第二收发器是已知的，因为第一收发器的时间是通过所确定的时区关系而知道的。第一收发器还被配置为在另一定义时刻处发送测量信号，并且第二收发器还被配置为在定义时刻或定义时间段处从非活动接收或测量状态切换到活动接收或测量状态，然后接收距离测量命令或测量信号，进行距离测量并再次转换为非活动测量状态。
9.换言之，首先确定第一收发器与第二收发器之间的时钟或时区的差异，然后确定第二收发器与控制单元之间的时钟或时区的差异，从而知道所有时间关系。
10.差异delta_se2_se1和delta_st_se1因此表示时钟偏移或时区偏移，从而实现某种形式的“同步”，但是时钟不被重新调整或不受“同步”的影响。如上所述，一旦控制单元和第二收发器知道时区，就可以进行距离测量。例如，距离测量可以在多个预定义时刻（例如在“同步”之后的几秒钟）进行。
11.这使得可以在很短的时间间隔内的特定时刻执行测量，并且可以选择性地打开测量中涉及的部件以进行该测量，然后再次关闭或进入休眠状态，直到下一次测量。这节省了所涉及的这些部件的能量，从而例如在它们是电池供电的情况下延长了它们的使用寿命或维护间隔，和/或意味着它们需要更小的能量供应（例如更小的电源单元）。更小的电源单元尤其适用于测量测量信号的第二收发器，例如车辆中的测量单元。
12.根据一个实施例，第一收发器包括定义第一时区的第一时钟。第二收发器包括定义第二时区的第二时钟。第一控制单元包括定义第一控制单元时区的控制单元时钟。该第一时钟、该第二时钟和该控制单元时钟被配置为独立于其他时区定义它们各自定义的时区。这意味着所有部件中的时钟都可以完全独立于彼此运行，并且不需要以相同的方式运行。确定并知道时区之间的时间差就足够了，然后适当地添加或减去时间差。由于时钟独立于彼此运行，因此定期确定或更新时区之间的差异delta_se2_se1和delta_st_se1。
13.根据一个实施例，第一收发器包括时间通信模块和测量通信模块。第二收发器包括与第一收发器相对应的时间通信模块以及与第一收发器相对应的测量通信模块。第一收发器的时间通信模块被配置为通过第一通信协议向第二收发器发送用于确定第一收发器与第二收发器之间的时区关系的消息，并且第一收发器的测量通信模块被配置为通过第二通信协议向第二收发器发送用于确定第一收发器与第二收发器之间的距离的测量信号。
14.这意味着时区之间的时间差的确定可以由时间通信模块独立于经由第二模块即测量通信模块进行的测量来执行。例如，时区差的确定可以由时间通信模块在通信连接的更大操作范围内进行，但是根据需要和为此所需的能量以比距离测量更长的时间间隔进行。在确定时钟偏移和测量距离方面，时间通信模块和测量通信模块两者都仅在相应的通信实际发生的时间被激活。在无通信时间期间，时间通信模块和测量通信模块关闭或去激活，或切换到待机状态或休眠状态。
15.根据一个实施例，第一通信协议是蓝牙通信协议，并且第二通信协议是uwb（超宽带）通信协议。例如，可以使用定义了发送时间戳和接收时间戳的蓝牙配置文件。时区的比较可以通过蓝牙通信在相对较大的范围（例如十米或几十米）内进行。实际距离测量优选地通过uwb在较短的范围（例如达到几米）内执行。这里可以使用特殊的协议，其中例如，第一收发器和第二收发器来回重复发送时间戳以获得准确的测量值。
16.根据一个实施例，用于确定第一收发器与第二收发器之间的时区关系的消息包含发送时间戳，并且第二收发器被配置为通过该发送时间戳和接收时间戳来确定该时区关系。优选地，相同的原理也适用于确定时区关系的所有情况，即也适用于第二收发器与控制单元之间。
17.根据一个实施例，距离测量是传输时间测量，并且第一收发器和第二收发器被配置为通过第一收发器与第二收发器之间的通信来确定传输时间。通过通信，可以传输发送时间戳和接收时间戳，并根据这两者之间的差异确定传输时间。因此，不需要通过例如在卫星导航中很常见的三角测量进行时钟误差校正。
18.根据一个实施例，距离测量系统还包括一个或多个另外的第二收发器，其中，这些另外的第二收发器各自具有其自己的独立时区，并且被配置为从第二收发器或控制单元接收时区关系delta_se2_se1，并且在每个情况下从中确定其自己相对于第一收发器的时区关系delta_se2x_se1。这些另外的第二收发器还被配置为在定义时刻处或在定义时刻内，从控制单元接收距离测量信号，并在该时刻从非活动测量状态切换到活动测量状态，然后从这些收发器接收该测量信号，进行距离测量，并转换回非活动测量状态。上述第二收发器因此可以被视为“主收发器”，它确定相对于第一收发器的时区差异，并将该差异发送到另一第二收发器，因此它们不必为确定时区差异而与第一收发器进行通信。另外的第二收发器优选地具有与主收发器相同的设计。这允许控制单元灵活地选择这些第二收发器中的每一个作为主收发器。
19.根据另一实施例，控制单元集成在第二收发器中。
20.根据另一方面，提供了一种智能手机，该智能手机包括如上所述的第一收发器。智能手机可以包括各种通信模块，例如移动通信、蓝牙、nfc（近场通信），并且例如可以相对容易地由应用程序控制。因此无需携带其他设备。因此，智能手机适合用作第一收发器。
21.根据另一方面，提供了一种车辆，该车辆包括第二收发器和控制单元。车辆可以包括多个收发器，该多个收发器由车辆电源供电。收发器和控制单元可以通过有线或无线方式相互连接。例如，可以在车顶或拐角处安装收发器的天线，以便具有尽可能大且无障碍的辐射区域。例如，这样的车辆可以是汽车、公共汽车、卡车或有轨车辆。
22.根据另一方面，提供了一种用于测量第一收发器与第二收发器之间的距离的方法，该方法包括以下步骤：由第二收发器确定第二收发器与第一收发器之间的时区关系delta_se2_se1，并将该时区关系delta_se2_se1发送到控制单元。
23.由控制单元（130）接收该时区关系delta_se2_se1，并使用该时区关系delta_se2_se1来确定该控制单元时区与该第一收发器（110）之间的时区关系delta_st_se1。
24.在第一时区的定义时刻处或定义时刻内向第二收发器发送距离测量命令。
25.由第一收发器在另一定义时刻处发送测量信号。
26.在定义时刻或定义时间段处将第二收发器从非活动测量状态切换到活动测量状态，接收测量信号，执行距离测量，并且第二收发器转换为非活动测量状态。
27.该方法的步骤与上述系统的描述相对应。关于顺序，时区差异的确定也可以以这样的方式进行，例如，车辆中的部件，即第二收发器和另外的第二收发器以及控制单元首先进行，然后进行第一时区与第二时区之间的时区差异的确定。
28.例如，可以使用距离测量系统来验证携带第一收发器的用户实际上是否靠近收发器。例如，关于车辆，以下使用场景是可能的：用户从很远的地方接近车辆以便打开车辆。在验证了用户的接近性之后，解锁车辆。
29.用户进入被打开的车辆或敞开的车辆，例如建筑机械，并启动车辆。例如，只有在验证了用户的接近性之后才可以进行启动。
30.用户在触发关闭之后离开车辆。
31.用户离开车辆并走很远，结果是一旦无法再验证用户的接近性，车辆就会被锁定。
32.用户从很远的地方接近车辆，但在不打开车门的情况下保持长时间靠近车辆。
33.用户离开车辆、锁定车辆并停留在时间通信模块或测量通信模块所覆盖的区域内，例如当用户留在其靠近车辆的房屋中时。在这种情况下，验证防止了车辆保持打开状态，因为已经退出空间验证范围。
34.根据另一方面，距离测量系统用于建筑入口系统。在这种使用中，只有在验证了用户的接近性之后才解锁建筑物。
35.根据另一方面，距离测量系统用于非接触支付或现金提取，因此只有在验证了用户的接近性之后才可能进行支付或现金提取。
36.可以由实施例的不同组合产生协同效应，即使可能没有详细描述协同效应。
37.还必须注意，虽然本发明的所有涉及方法的实施例都可以按照所描述的步骤顺序来实施，但这不必是该方法的步骤的唯一且必要的顺序。除非下文另有明确说明，否则本文提出的方法可以在不背离相关联的方法实施例的情况下使用所披露步骤的不同顺序来实施。
38.在实施要求保护的发明时，本领域的技术人员可以通过研究附图、披露内容和所附权利要求来理解和实施所披露的实施例的其他变型。权利要求中的用词“包括（including）”不排除其他要素或步骤，并且不定冠词“一（a）”不排除多于一个。单个处理器或另一单元可以实现权利要求中提出的多个目标或步骤的功能。在相互依赖的权利要求中定义某些措施这一事实并不意味着不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。
39.以下参照示意性附图更详细地解释本发明的示例性实施例，在附图中：图1示出了根据一个示例性实施例的距离测量系统的框图；图2示出了具有第一收发器的智能手机的框图；图3示出了具有控制单元和第二收发器的车辆的框图；图4示出了用于测量第一收发器与第二收发器之间的距离的方法的流程图。
40.图1示出了用于测量第一收发器110与第二收发器120、124之间的距离的距离测量系统100的框图，该距离测量系统具有第一收发器110和定义第一时区的时钟112，具有第二收发器120和定义第二时区的时钟122，并具有控制单元130和定义控制单元时区132的时钟132。此外，另一第二收发器124被描绘为具有定义了另一第二时区的时钟126。第一收发器110包括时间通信模块144和测量通信模块154。第二收发器对应地包括时间通信模块142和测量通信模块152。在该示例中，仅在第一收发器110与第二收发器120之间建立时间通信连接140，而在第一收发器110与第二收发器120和另一第二收发器124两者之间建立测量通信
连接150。在第二收发器120、124与控制单元130之间存在另外的连接。
41.图2示出了具有第一收发器的智能手机200。
42.图3示出了具有控制单元130、第二收发器120和另一第二收发器124的车辆的框图。
43.图4示出了用于测量第一收发器与第二收发器之间的距离的方法的流程图，该方法具有以下步骤：由第二收发器120确定402第二收发器120与第一收发器110之间的时区关系delta_se2_se1，并将该时区关系delta_se2_se1发送到控制单元130。
44.由控制单元130接收404时区关系delta_se2_se1和时区关系delta_se2_se1，并使用该时区关系delta_se2_se1来确定控制单元时区与第一收发器110之间的时区关系delta_st_se1。
45.在第一时区的定义时刻处或定义时间段内向第二收发器发送406距离测量命令。
46.由第一收发器在定义时刻处发送408测量信号。
47.在定义时刻或定义时间段处将第二收发器从非活动测量状态切换410到活动测量状态，接收该测量信号，执行距离测量，并且第二收发器转换为非活动测量状态。