CN1314203C - 解释无线电命令的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种对装置的无线电命令进行解释的方法，在装置中命令被解释为其发射区域的函数。实现以上，由此确定无线电命令在接收无线电命令的设备附近产生的场的电磁特性，并通过上述的特性的比较，如果无线电命令的发射点位于称为近的区域或称为远的区域，那么命令作为接收到的命令的函数和作为命令的发射区域的函数被执行。以上允许同一命令对装置具有两种意思。
Description
技术领域
本发明涉及无线电类型的命令发射机和命令接收机之间的远程控制的领域。更特别地，本发明涉及这样的应用，其中至少一种操作模式要求这些设备间的邻近关系，特别是在接入控制领域，不管是建筑物、汽车或被这种远程控制器操作的装置的功能。
更特别地，本发明涉及一种根据其传送区域解释无线电命令的方法。本发明还涉及一种接收命令的设备。
背景技术
如US 4,750,118所描述的使用射频控制来动力化车库的门或入口的装置，一般包括用于把命令接收机设置为学习模式的按钮。一旦它被置于学习模式，那么命令接收机能够记录要激活的第一命令发射机的识别符，然后该识别符就能有效地控制命令接收机操作的元件的动作。这种学习模式的安全性得自该装置被内置于所有物中，且假设仅所有物的业主能接入按钮的事实。很清楚地，必须缩短该学习模式的持续时间以便于避免学习在同一时隙内传送的远程发射机。理想的情况要求在压下命令发射机的按键时连续不断地按下命令接收机的按钮使其成对出现，但这种方法很不方便。出于成本和工效学的原因，因此希望不要属于命令接收机的这种按钮而进行操作，并直接使用组成命令发射机的移动远程控制。在这种特定的学习模式下，则必须保证两个元件相距仅仅几厘米或几十厘米。
如EP 0 921 507中所描述的，已知它以降低接收机的灵敏度。但很清楚的是，这种有降低的灵敏度的接收机可以被非常高功率的发射机非常规地操作。
在相关领域，锁定工业或商业的关闭的门要求“闭锁”类型的操作，通常通过使用单稳态电键开关制造。提供了该邻近门的开关保证用户能在设备移动时看到它，以便于避免任何意外。出于故意破坏和方便的原因，很希望能够用简单的远程控制器(它还可用于其他应用，如控制灯光和日光防护)替换该钥匙和锁组合。因此在”闭锁”模式下，该远程控制必须只能接近被安排在砖石建筑内或玻璃窗后以防止任何破坏的命令接收机而工作。
因此，需要一种方法和装置来保证正常范围在约十到几百米间的无线电类型命令发射机位于命令接收机的紧邻，以便于使特定命令的传送生效。该方法和这些装置在任何情况下都不应被非常高功率的远程发射机非常规地操作。
两个相距一定距离的天线上执行的差分测量是本领域技术人员公知的，它用于根据无线电测向术的方法确定远场发射机的方向。在常规的安装中，可使用两个能通过围绕它们共同的直径的旋转来定向的通常垂直的线圈。当接收的信号相等时，传送的方向被发现。如果这些线圈是固定的话，该方向还可以通过每个线圈接收的强度比来确定。
专利US 3,553,699描述了检测无线电源的方向的器具，其中这两个垂直的固定天线与用作调制器的Hall效应传感器组合在一起。
应当注意的是，这些安装要求两个垂直的线圈，且它们既不用于测量距离，又不用于检测源的相近性。
对于角度确定领域，有可能提供该时刻被置于相隔一段距离并在同一平面上的天线，但它是通过使用对如US 3,697,997描述的接收的信号的直接相移测量，或可供选择地通过如US4,876,549中的互相关。
这些相当复杂的方法无论如何不能用于测量距离或检测源的相近性，因为相移测量仅能用于整数个波长。
不过，对关于接入控制的应用，已经设想出在移动转发器和固定的接收机之间提供多个通信节点。例如，US专利5,552,641描述了一种汽车安全***。应当注意的是，该***包括两个能例如当它们被置于车辆的外部后视镜时用于接收并能被安排在共同的平面上的天线。但每个天线各自连接到至少一个HF或LF无线接收机。特别地，预期的目标是提供足够的冗余以保证在固定在汽车内的基站和移动转发器间至少一个通信线路上的优良传送。根据本发明，有可能根据被激活的接收机来确定哪个门被打开。
对同种类型的申请，US专利5,751,073描述了可包括两个天线的RFA激活模块，一个打算用于在外面检测发射机，而另一个打算用于在里面检测发射机。发射机可以是转发器。
最后，US专利6,087,987描述了一种把验证构件(转发器)定位在汽车乘客舱内的方法。该方法是基于通过至少两个安排在乘客舱中的发射-接收机来各自测量场强的幅度，因此这些发射-接收机中的每个都被提供测量强度的设备。
应当注意的是，这两个专利都使用了到输送器的“远程”链路具有短的范围的事实，例如限制到一米。不使用任何近场关系。例如，US专利6,087,987的第4栏53-59行陈述了接收功率随距离的平方而减小。这种随1/r2(其中r是从发射机到接收机的距离)的减小是远场条件的特性，而近场中的减小是随1/r，这是本领域技术人员公知的，例如，它在“Reference Data for Engineers-Ninth Edition-Marc E.VanValkenburg，Wendy M.Middleton-Newnes”的32-7页被提及。
US 6,087,987中描述的设备能非常好地被伪造的转发器非常规地操作，该转发器将包括高灵敏度的接收机和非常高功率的发射机，将被定位在车辆的外面，甚至离它数十米。这是因为，忽略起因于金属车身的衰减效应，那么每个接收机将接收几乎相等功率的信号，逻辑上***将推断有一个转发器位于乘客舱的中间。
在偷窃检测领域内，或更一般地远程电子识别(RFID)，已经设想使用与在组成阵列的多个天线间包含相长或相消干涉的场特性相关联的分辨率特性。例如，US专利4,016,553描述了一种其中在两个平行的平面上包含的至少两个传送线圈的设备以交叉方式串联。线圈的尺寸和它们之间的间隔在这里相对波长很小(例如，波长的十分之一)。在远场距离的情况下(几米)，因此在两个线圈传送的波之间有相消干涉。换句话说，“询问区域”被限制在传送***的邻近(图1中的圆ET)，这避免了将电磁能量辐射到大的周界上，使其可能符合支配其的规则。同样地，相同设备被用于接收。因此，扰动场的元件的存在将被在圆ER内看到。来自远场点的任何扰动传输将不能被该配置检测。
专利申请DE 101 16 870公布了一种包括命令发射机和命令接收机的设备。接收机包括通过测量它接收的组成命令的信号的电平来定位发射机的装置，它把这些命令作为发射机的相对于接收机的位置的函数加以解释。
US专利5,170,172公布了一种指示无线电信号发射机和接收机间的距离的设备。接收机包括多个更适宜相互直交安排以便于使其可能不管接收机的朝向而获取无线电信号功率的优良的图像的无线天线。
在气象学领域，US专利3,715,660描述了一种打算用于在暴风雨中测量它和雷击隔开的距离的设备。该设备包括用于测量雷击产生的电磁波的磁分量的线圈型天线，和用于测量该波的电分量的四分之一波长型天线。这两个量间的比率的分析使其可能确定它到磁波源的距离。
上面描述的设备不可能实现保证无线电类型的命令发射机位于命令接收机直接的邻近以便于使命令的传送生效，和保证设备针对非常高功率发射机安全的方法。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种设备，用于实现克服了该缺陷并改善了现有技术中已知方法的方法。特别地，本发明提出提供用于执行一种方法的设备，该方法保证无线电类型的命令发射机位于命令接收机的紧邻以便于验证命令的传送，和保证设备针对非常高功率发射机安全。
所谓的近场区域和所谓的远场区域的概念是通过使用无线电信号的波长λ，并基于电磁波的特性被定义。对相对于波长的小尺寸天线，“近场”和“远场”间的转换距离是λ/2n(引用的参考文献32-4页)。从位于距离接收机超过1/6信号波长远的点传送的信号被假定从远场区域传送。从位于距离接收机少于1/6信号波长远的点传送的信号被假定从近场区域传送。在接收机附近，如果信号从远场区域传送，由信号产生的电磁场被称为远场。在接收机附近，如果信号从近场区域传送，由信号产生的电磁场被称为近场。对具有频率433MHz的信号，近场和远场间的转换发生在距传送点大约12厘米处。
因此，这些理论距离依赖于天线的类型。重要的是，距离可与场的电磁特性相关联。
根据本发明的解释方法的特征在于它包括下面的步骤：由两个单独的接收装置确定无线电命令在用于接收无线电命令的设备的附近引起的场的电磁特性，通过相互比较这些特性，确定无线电命令的传送点位于所谓的近场区域还是所谓的远场区域，把控制作为接收到的命令的函数和命令的传送区域的函数加以执行。
按照本发明的可选实施例，所述确定无线电命令在用于接收无线电命令的设备的附近引起的场的电磁特性的步骤包括：在从传送点起的方向上一个在另一个的后面的两个节点处，接收与承载无线电命令的电磁波的磁分量有关的信号，测量这两个信号的每一个的幅度或功率，或与幅度或功率相关联的任何量。
按照本发明的可选实施例，所述确定无线电命令在用于接收无线电命令的设备的附近引起的场的电磁特性的步骤包括：在一个点接收与承载无线电命令的电磁波的磁分量有关的信号，在另一点接收与电磁波的电分量有关的信号，该另一点可以和第一点相同，测量这两个信号的每一个的幅度或功率，或与幅度或功率相关联的任何量。
按照本发明的可选实施例，所述确定无线电命令在用于接收无线电命令的设备的附近引起的场的电磁特性的步骤包括：在一个点接收与承载无线电命令的电磁波的磁分量有关的信号，在另一点接收与电磁波的磁分量和电分量的组合有关的信号，该另一点可以和第一点相同，测量这两个信号的每一个的幅度或功率，或与幅度或功率相关联的任何量。
根据本发明的命令接收机设备包括：控制该装置的单元，具有主天线、至少一个放大级和解调级的无线电波接收机，其输出连接到该装置的控制单元，与控制单元相连的用于确定无线电命令的传送区域的装置，其具有至少两个天线和用于分析和/或处理每个天线接收的命令并使得可能确定无线电命令的传送区域的装置，其特征在于：形成用于确定传送区域的装置的一部分的天线全都是线圈型且都安排成在从无线电波的传送点起的方向上一个在另一个的后面，或者，形成用于确定传送区域的装置的一部分的天线是不同的类型。
按照本发明的可选实施例，用于确定无线电命令的传送区域的装置包括主天线和辅助天线。
按照本发明的可选实施例，用于确定无线电命令的传送区域的装置包括两个辅助天线。
附图说明
附图经由例子表示了执行把无线电信号作为它的传送区域的函数进行解释的方法的设备的三种实施例。
图1是根据第一实施例的伴随着命令发射机设备的无线电命令接收机设备的示意图。
图2是根据第二实施例的伴随着命令发射机设备的无线电命令接收机设备的示意图。
图3是根据第三实施例的伴随着命令发射机设备的无线电命令接收机设备的示意图。
图4是根据本发明确定无线电命令的传送区域的方法的流程图。
图5是根据第三实施例的无线电命令接收机设备的详细示意图。
具体实施方式
图1中表示的无线电命令接收机设备12使其可能接收用于控制建筑物的电气装置(未显示)的无线电命令，如用于锁定、遮阳或日光保护的元件。该设备包括称为主天线的接收无线类型的电磁波的天线13，和包含有放大与频率或幅度解调级的无线电接收机14，其输入连接到该天线13，输出连接到单元15用于控制该装置。包括了主天线13、无线电接收机14和控制单元15的线路使其可能使用该装置执行动作。该动作与远程控制的发射机11传送的并被主天线13接收的无线电性质的命令相关联。无线电命令接收机设备12还包括用于处理和分析两个辅助天线17和18接收的无线电性质的命令的单元16。该单元16使其可能确定主天线13，以及两个天线17和18接收的无线电命令是否是由远程控制发射机从所谓的近场区域或从所谓的远场区域传送的。根据本发明的设备和方法使用近场和远场的所有物，以便于确定无线电命令的发送区域。近场中辐射的能量的一个重要特性是，功率的减小基本上与距离成反比，而该减小在远场中是与距离的平方有关的。还可知，波的电磁组成改变：对平面波或远场中的波，电场E和磁场H处于恒定比率(空气阻抗等于120n，或377ohm)，而在近场中磁组件H占优势，在超过近场和远场之间转换处达到基本上恒定的比率。
在图1所示的根据本发明的设备的第一实施例中，辅助天线17是线圈型天线，辅助天线18是四分之一波长型天线。当接收到无线电命令时，天线17传递一个基本上表示作为时间的函数的磁场H的变化的信号。当接收到无线电命令时，天线18传递一个表示作为时间的函数的磁场H和电场E的变化的信号。无线电命令的传送区域通过比较这两个信号或它们的功率加以识别。如果命令已经从近场区域传送，特定地，那么天线17接收的功率和天线18接收的功率的比率基本上大于命令从远场区域传送时的比率。两个不同类型的辅助天线因此使其可能，更适宜的是通过训练，建立接收功率的作为从源的距离的函数的规律变化，因此通过比较功率确定距离。
应当注意的是，如果线圈型的第一辅助天线被选择，也就是说对场的磁分量灵敏的一个天线，那么任何不同类型的第二辅助天线都可被选择，只要它主要地或至少显著地对电场灵敏。
为了简化图2所示的第二实施例的设计，一个辅助天线被直接给出主天线13接收的功率电平的无线电接收机14的输出所替代。这些输出通常被称作RSSI，代表接收信号强度指示。例如，CHIPCON推向市场的电路CC100在端点28具有这种模拟输出。
上述的两个实施例中，天线输出的信号都可调整以在近场和远场间的转换处获取相同的幅度，例如使用电位分配器。
图3所示的第三实施例在于使用两个相同类型的辅助天线37和38，即多匝线圈。这两个天线的安排是，基本上在来自无线电命令的传送点的方向上一个在另一个的后面。只要满足近场条件，必须选择以小于波长的这两个天线间的距离导致了在更远离源时天线处接收的信号的显著的减小。但是，在远距离源的情况下，每个线圈接收的功率几乎是相等的。例如，命令在433MHz频率处传送且天线37和38间有3厘米距离的情况下：
——如果命令是从位于距设备1米的点传送的，那么在两个天线37和38间将检测到接收的功率6％的差别。
——如果命令是从位于距设备8厘米的点传送的，那么在两个天线37和38间将检测到接收的功率37％的差别。
优选地，选择两个基本上共面的天线，且其中每个天线均在相同的印制线路上以同心轨道的形式安排。如果需要，使用线路的两个表面使其可能完美地叠加两个线圈。
在该配置中，如果源在线圈的平面上，沿着连接它们的中心的轴，确定距源的距离的最高准确度将被实现。
如果无线电接收机14不具有用于测量从主天线13传送的信号的功率的模拟输出，第三实施例将优于前一个实施例。该实施例极其简单且非常廉价：图5显示了包括使用SMD技术的必要的构件的印制线路：两个使用电容器31和32调谐到接收频率的辅助天线37和38，两个以共集极模式连接以便于使其既可能放大有可能矫正从天线到达它们的基极的电流的晶体管。每个晶体管的射极连接到微控制器35的模拟测量输入。两个天线(输出没有连接到晶体管的基极)的共同的接地和线路35的接地参考没有表示。以一些额外构件为代价，可能类似地和有利地使用共射极设计，以从电压放大中获益。这些设计是本领域技术人员所知的。该图中未表示主天线13和无线电接收机。连接36使该无线电接收机和微控制器35结合在一起。
在所有的实施例中，天线输出的信号可在处理前合并，例如通过相减串联连接。然后比较在相减结果与固定门限之间进行。
在有两个线圈的实施例的情况下，如本领域技术人员所知的，对于其他的申请(专利US3,182,314和US 2,597,518)，串联连接的两个线圈可形成印制线路的平面的8。
比较可以简单地借助于模拟比较器执行。要进行信号幅度的测量，直接使用控制器的模拟输入也是可能的，例如如果它是微控制器。
图4表示了解释命令的方法的流程图。第一步骤21表示等待接收信号。如果信号被接收机接收并解调，接收的帧在步骤22期间被分析以便于找出它是否为有效帧。如果是，那么步骤23在为处理单元16的输入接收的信号执行采集和任选初始处理的期间被执行。这些信号的比较发生在步骤24。该比较直接涉及天线输出的信号或从这些信号获取的数据的处理结果，以至获得在每个天线处接收的功率的幅度的图像。如果幅度或功率间的差别大于给定的门限，那么步骤25被执行，而如果不大于就重复步骤21。在步骤25，近场检测条件满足：“邻近”模式因此在控制单元15中被激活。在前述的用于车库门或入口的设备的情况下，例如，该邻近模式可包括学习新的发射机的识别符。在任选步骤26期间，天线处接收的功率的差别或比率用于确定距发射机的距离，这可依靠使用场衰减定律的算法或通过从预先定义的列表中读取，或可供选择地通过与在训练阶段中获取的值的比较。这些各种的方法是本领域技术人员所知的。包含在主天线13和无线电接收机14获得的帧中的控制在步骤27被执行。参考和上面相同的例子，该命令可以是包含了命令发射机的识别符的配对的命令。那么配对的程序能以极其简单的方式执行。它当然可以是任何其他的控制，例如”闭锁”类型操作中的增或减控制，发射机已经被接收机所知。
Claims (7)
1、一种解释无线电命令的方法，其特征在于它包括下面的步骤：
由两个单独的接收装置确定无线电命令在用于接收无线电命令的设备的附近引起的场的电磁特性，
通过相互比较这些特性，确定无线电命令的传送点位于所谓的近场区域还是所谓的远场区域，
把控制作为接收到的命令的函数和命令的传送区域的函数加以执行。
2、根据权利要求1的方法，其特征在于：
所述确定无线电命令在用于接收无线电命令的设备的附近引起的场的电磁特性的步骤包括：
——在从传送点起的方向上一个在另一个的后面的两个节点处，接收与承载无线电命令的电磁波的磁分量有关的信号，
——测量这两个信号的每一个的幅度或功率，或与幅度或功率相关联的任何量。
3、根据权利要求1的方法，其特征在于：
所述确定无线电命令在用于接收无线电命令的设备的附近引起的场的电磁特性的步骤包括：
——在一个点接收与承载无线电命令的电磁波的磁分量有关的信号，在另一点接收与电磁波的电分量有关的信号，该另一点可以和第一点相同，
——测量这两个信号的每一个的幅度或功率，或与幅度或功率相关联的任何量。
4、根据权利要求1的方法，其特征在于：
所述确定无线电命令在用于接收无线电命令的设备的附近引起的场的电磁特性的步骤包括：
——在一个点接收与承载无线电命令的电磁波的磁分量有关的信号，在另一点接收与电磁波的磁分量和电分量的组合有关的信号，该另一点可以和第一点相同，
——测量这两个信号的每一个的幅度或功率，或与幅度或功率相关联的任何量。
5、一种接收要用于控制装置的无线电命令的设备(12)，包括：
控制该装置的单元(15)，
具有主天线(13)、至少一个放大级和解调级的无线电波接收机(14)，其输出连接到该装置的控制单元(15)，
与控制单元相连的用于确定无线电命令的传送区域的装置，其具有至少两个天线(17，18；13，17；37，38)和用于分析和/或处理每个天线(17，18；13，17；37，38)接收的命令并使得可能确定无线电命令的传送区域的装置(16)，
其特征在于：形成用于确定传送区域的装置的一部分的天线(17，18；13，17；37，38)全都是线圈型且都安排成在从无线电波的传送点起的方向上一个在另一个的后面，或者，形成用于确定传送区域的装置的一部分的天线(17，18；13，17；37，38)是不同的类型。
6、根据权利要求5的设备，其特征在于：用于确定无线电命令的传送区域的装置包括主天线(13)和辅助天线(17)。
7、根据权利要求5的设备，其特征在于：用于确定无线电命令的传送区域的装置包括两个辅助天线(17，18；37，38)。
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