0图示了该变形。
[0084] 为了开始测距，主设备'A'发送寻址到目标从设备'B'的测距请求543。测距请 求的结构可以与参考本发明的前述实施例表示并在图3中示出的相同。测距请求被目标设 备'B'接收，所述目标设备'B'解调所述请求，验证其自己的标识码对应于测距请求中的ID 码，基于包含在测距请求中的啁嗽的时间和频率来计算其自己的时间参考相对于发射设备 'A'的时钟的频率漂移和偏移，等待预定时间间隔并将测距答复545发送回设备'A'，所述 测距答复545包含在时间和频率上与'A'的时间参考对准的啁嗽。'A'能够以这种方式确 切地计算其自身和'B'之间的无线电信号的传播时间tl，并通过该确定而确切地计算'A' 与'B'之间的距离dl。
[0085] 上述步骤与已经呈现的测距方法中的步骤相同，但是在该变形中，'A'与'B'之间 交换的信号也被第三设备'E'接收。来自'A'的测距请求沿路径548传播到?'，?'基于 存在于测距请求中的啁嗽来对所述测距请求进行解调并将其自己的时钟与'A'的内部时间 参考对准，与'B'相同。来自'B'目的地为'A'的测距答复也沿路径549到达?' ；?'解 调所述测距答复并确定其到达时间，所述测距答复的啁嗽已经在频率上与其自身对准，因 为'B'和?'二者已经将其内部时钟与'A'同步。
[0086] 如图10中的时序图所示，信号548和549到达?'之间的时间间隔由三个传播延 迟tl、t2、t3和'B'的内部延迟424的组成得出。为了计算距离，?'需要具有可以以各种 方式可用的一些附加信息。
[0087] 在可能的被动测距方法中，'A'与?'之间的距离d2可以被?'提前已知，如果 'A'和?'二者是固定设备的话；如果'A'在其确定之后广播距离dl，则已经监听到交换 543、545并知道其到'A'的距离的所有设备?'能够被动地计算其到'B'的距离d3。
[0088] 在另一变形中，?'可能提前知道它非常靠近'A'或'B'，并且因此可以忽视dl、 d2、d3之一，而剩余两个距离被视为相等的。这些假设允许?'计算近似距离。
[0089] 在另外的变形中，如果距离dl对设备?'是未知的，然而该设备'B'能够确定总 和的距离dl+d3并将'B'定位在其焦点（foci)是?'和'A'的椭圆体上，并且到焦点的总 和的距离是dl+d3。?'可以通过将借助于监听'B'与不同的主设备(其位置对?'是已知 的）之间的多个测距交换而获得的信息合并到一起而确定'B'的距离和位置。
[0090] 通过以上示例中的任一个，?'能够在不显露其存在的情况下并且在不占用无线 电信道的情况下被动地确定测距信息。这可能例如在接入控制应用中或每当移动设备的位 置必须为多个无线节点已知时是有用的。
[0091] 然而，在其他应用中，对测距信息的被动访问可能出于安全性原因而是不合期望 的。一个示例可能是仅在它处于紧密靠近门自身时允许打开门的访问令牌。窃听或欺骗测 距信息的可能性在这种情况下将是安全性风险。为了解决该困难，本发明的测距方法优选 地包括安全测距模式，其中测距信息仅对在事务（transaction)中直接涉及的节点'A'和 'B'的对可访问并且不能被其他设备所收集或伪造。
[0092] 图11示意性地示出由主节点'A'生成并指向确定的目标节点'B'的安全测距请 求以及由目标'B'生成的测距答复419的可能的结构。所述请求包括针对与如图3中的常 规测距请求的初始同步相同或等同并且为了简明而未表示的初始同步的前导码。
[0093] 如在前述情况中，报头415包括指示期望测距操作的命令和请求所指向节点的标 识。报头还包括加密（ciphered)信息414,所述加密信息仅通过使用密钥或在请求方和目 标节点之间共享的另一秘密（secret)而能够被理解，并且所述报头确定将在答复之前被插 入的内部延迟424。
[0094] 例如，加密信息414可以包括必须在答复419之前被'B'插入的延迟424的长度。 仅节点'A'知道延迟424并能够计算传播时间tl和距离dl。试图偷听'A'与'B'之间的 通信的最终（eventual)节点?'可能无法提取关于距离的任何信息，因为他不知道值424。
[0095] 'A'和'B'能够执行测距序列若干次以获得距离dl的平均值。延迟424优选地 对于每个测距答复而不同。可以每一次在图11中示出的扩展报头中或在替换方案中规定， 由'A'发射的加密值可以被用作生成可变延迟的伪随机序列的种子，从而限制传输的数据 量和攻击的可能性。重要地，延迟可以分布于随机化的平均值，以避免窃听者'E'可能通过 对数个事务进行平均而猜到距离。
【主权项】
1. 一种包括至少发射设备和接收设备的系统，每个设备包括时间参考并且被布置用 于发射和接收包括多个啁嗽的无线电信号，其中每个啁嗽在时间上被限制在初始时刻（7P 和最终时刻（7P之间，在所述初始时刻（7P处信号具有初始瞬时频率（/。)，并且在所述最 终时刻（7P处信号具有最终瞬时频率（A)，所述初始和最终时刻以及所述初始和最终频率 由时间参考确定，所述设备具有测距模式，在所述测距模式中测距请求从发射设备被发射 (201)到接收设备，并且其中接收设备被布置用于接收（300)所述测距请求并且用于基于被 包含在测距请求中的啁嗽的时间和频率来确定接收设备的时间参考相对于发射设备的时 间参考的时间和频率移位（350、359、362 )。2. 根据前述权利要求所述的系统，进一步被布置用于基于被包含在测距响应中的啁嗽 的时间和频率来估计（240)到接收设备（B)的距离，其中所述测距响应被延迟与测距请求 分离，所述延迟的长度由发射设备（A)和接收设备（B)所共享的秘密来确定。3. 根据权利要求1或2中的一项所述的系统，进一步包括具有共同时间参考的多个接 收设备（521-524)，所述接收设备（521-524)被布置用于接收测距请求并且用于确定依赖 于在发射设备（510)和每个接收设备之间的距离的多个时间偏移；和计算装置（560)，所述 计算装置（560)被布置用于基于所述时间偏移来确定发射设备的位置。4. 根据权利要求1或2中的一项所述的系统，包括具有共同时间参考的多个发射设 备（521-524)，所述发射设备（521-524)被布置用于发射所述测距请求（535);和接收设备 (510)，所述接收设备（510)被布置用于布置用于接收测距请求和用于依赖于在接收设备和 每个发射设备之间的距离的多个时间偏移，并且用于基于所述时间偏移来确定接收设备的 位置。5. 根据前述权利要求中任一项所述的系统，具有开放测距模式，其中测距答复的延迟 (424)是预定的。6. 根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中每个啁嗽在时间上被限制在初始时 亥lj( 7P和最终时刻（7P之间，在所述初始时刻（7P处信号具有初始瞬时频率（ip和初始相 位(沴〇 )，并且在所述最终时刻（7P处信号具有最终瞬时频率(A)和最终相位(如)，所述 信号相位基本上是连续的。7. 根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中测距请求包括一系列相同的啁嗽，并 且接收设备被布置用于执行去啁嗽操作，其中每个所接收的啁嗽与本地生成的共辄啁嗽相 乘，并且在结果上执行FFT，于是FFT的峰值是在所接收的啁嗽和本地生成的啁嗽之间的时 间移位的指示。8. 根据前述权利要求所述的系统，其中接收设备被布置用于执行经调整的去啁嗽，其 中不同的本地生成的啁嗽被用在每个所接收的啁嗽处，以便针对定时和频率移位调整。9. 根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中测距响应包括一系列相同的啁嗽，所 述啁嗽是对每个啁嗽应用不同参数而在接收设备中被合成的，使得其在时间和频率上与发 射设备的时间参考对准。10. 根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中接收和/或发射设备被布置成执行 若干测距测量并且用于基于关联的信号强度来合并它们。11. 根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中基于信道状态来适配无线电信号的 频率和/或带宽和/或扩频因子。12. 根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中接收设备被布置成通过应用补偿曲 线来补偿被多径所影响的距离估计。13. 根据前述权利要求所述的系统，被布置成执行补偿曲线的自动校准，其中所估计距 离的改变速率被用作真实距离的指示。14. 根据前述权利要求中任一项所述的系统，进一步被布置成基于距离估计和接收信 号强度来计算阻碍指示。15. 根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中发射设备和接收设备具有通信模式， 所述通信模式允许它们通过啁嗽调制的无线电信号来交换数字数据。
【专利摘要】一种包括发射器和接收器节点的测距和定位系统，所述发射器和接收器节点通过啁啾调制的无线电信号一起通信，所述测距和定位系统具有测距模式，在所述测距模式中信号的测距交换在主设备和从设备之间进行，其导致在其之间的距离的评估。所述从站被布置用于识别测距请求并且发射回包含在时间和频率上与测距请求中的啁啾精确对准的啁啾的测距响应，于是所述主站能够接收测距响应、相对于其自己的时间参考来分析被包含在其中的啁啾的时间和频率并且估计到所述从站的距离。
【IPC分类】G01S7/40, G01S13/34, G01S13/74, G01S7/35, G01S13/87
【公开号】CN105122080
【申请号】CN201480008935
【发明人】O.B.A.塞勒
【申请人】商升特公司, 商升特国际股份有限公司
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2014年1月22日
【公告号】CN104135305A, EP2767847A1, EP2767848A1, EP2767848A3, US20140225762, WO2014124785A1