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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR LOCATING A TRANSPONDER FOR A RADIO LOCATION SYSTEM, RADIO LOCATION SYSTEM AND BASE STATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/253520
Kind Code:
A1
Abstract:
In order to locate a transponder, a position of a transponder (104) is determined by means of a plurality of base stations (101-103) of the radio location system on the basis of radio signal propagation times. A master base station (101) transmits first cryptographically secured information to the transponder. If the first cryptographically secured information is correctly received, the transponder responds with second cryptographically secured information to the base stations within a predefined period after reception. The master base station calculates the position of the transponder on the basis of determined signal propagation times as a point of intersection of a circle (11) around the master base station with ellipses (12-13) around the slave base stations (102-103).

Inventors:
MICHEL GEORG (DE)
Application Number:
PCT/EP2022/062235
Publication Date:
December 08, 2022
Filing Date:
May 06, 2022
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
G01S5/02
Domestic Patent References:
WO2011113176A12011-09-22
WO2005017555A22005-02-24
WO2005017555A22005-02-24
WO2011113176A12011-09-22
Foreign References:
US20140266907A12014-09-18
KR20100123988A2010-11-26
CN112799014A2021-05-14
EP3031039A12016-06-15
EP3599573B12020-10-21
EP3933428A12022-01-05
EP3992659A12022-05-04
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Lokalisierung eines Transponders für ein

Funkortungssystem, bei dem — eine Position eines Transponders (104) mittels mehrerer Ba sisstationen (101-103) des FunkortungsSystems anhand von Funksignal-Laufzeiten ermittelt wird, wobei die Basisstati onen jeweils an einer vorgegebenen Position angeordnet sind, — eine Master-Basisstation (101) ein Zeitsynchronisationssig nal (200) an zumindest zwei Slave-Basisstationen (102-103) sendet,

— die Master-Basisstation eine erste kryptographisch gesi cherte Information (201) an den Transponder sendet, — der Transponder bei korrektem Empfang der ersten kryptogra phisch gesicherten Information innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer ab Empfang mit einer zweiten kryptographisch ge sicherten Information (202) an die Basisstationen antwor tet, wobei ein korrekter Empfang der ersten kryptographisch gesicherten Information ein erfolgreiches Entschlüsseln um fasst,

— die Basisstationen bei korrektem Empfang der zweiten kryp tographisch gesicherten Information jeweils eine Signal laufzeit ermitteln, die eine Differenz zwischen einem Sen- dezeitpunkt der ersten kryptographisch gesicherten Informa tion und einem jeweiligen Empfangszeitpunkt der zweiten kryptographisch gesicherten Information abzüglich der vor gegebenen Zeitdauer umfasst, wobei ein korrekter Empfang der zweiten kryptographisch gesicherten Information ein er- folgreiches Entschlüsseln umfasst,

— die Master-Basisstation die Position des Transponders an hand der ermittelten Signallaufzeiten als Schnittpunkt ei- nes Kreises (11) um die Master-Basisstation mit Ellipsen (12-13) um die Slave-Basisstationen berechnet,

— für den Schnittpunkt des Kreises um die Master-Basis station mit den Ellipsen um die Slave-Basisstationen ein Toleranzbereich vorgegeben wird, innerhalb dessen sich die

Kurve und die Ellipsen zumindest annähern müssen, und bei dem bei einer Überschreitung des Toleranzbereichs ein Feh ler oder Manipulationsversuch signalisiert wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Basisstationen jeweils zumindest eine Antenne um fassen und bei dem die Slave-Basisstationen, während die Mas ter-Basisstation die erste kryptographisch gesicherte Infor mation an den Transponder sendet, zeitgleich ihre Antennen abschalten und erst nach vollständigen Senden der ersten kryptographisch gesicherten Information wieder zuschalten.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die Slave-Basisstationen jeweils eine erste krypto- graphisch gesicherte Information an den Transponder senden, die mit der durch die Master-Basisstation gesendeten ersten kryptographisch gesicherten Information identisch ist, und bei dem die Slave-Basisstationen jeweils während eines Sen- dens der ersten kryptographisch gesicherten Information durch die Master-Basisstation ein zeitgleiches Senden ihrer ersten kryptographisch gesicherten Information unterbinden und erst nach dem vollständigen Senden der ersten kryptographisch ge sicherten Information wieder auf Empfang schalten. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die erste und die zweite kryptographisch gesicherte Information während eines Initialisierungsvorgangs in den Ba sisstationen gegen unautorisierten Zugriff gesichert gespei chert werden. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die zweite kryptographisch gesicherte Information nur einmal identisch an die Basisstationen gesendet wird und für nachfolgende Lokalisierungsvorgänge entsprechend einer nur den BasisStationen bekannten Codesequenz fortlaufend modifi ziert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Basisstationen und der Transponder jeweils einen lokalen Oszillator umfassen, bei dem zwischen der Master- Basisstation und dem Transponder eine Korrektur einer Fre quenzabweichung ihrer lokalen Oszillatoren (110) entsprechend einem Distance Bounding Protokoll durchgeführt wird und bei dem die Slave-Basisstationen anhand der Korrektur der Fre quenzabweichung des lokalen Oszillators der Master-Basis station jeweils eine entsprechende Korrektur für ihren jewei ligen lokalen Oszillator durchführen. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das FunkortungsSystem zumindest ein UWB-basiertes Re- al-time Locating System ist.

8. Funkortungssystem zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Funkortungssystem

— mehrere jeweils an einer vorgegebenen Position angeordnete BasisStationen (101-103) zur Ermittlung einer Position zu mindest eines Transponders (104) und zumindest einen Trans ponder umfasst,

— wobei die Basisstationen dafür ausgestaltet sind, eine Po sition des Transponders anhand von Funksignal-Laufzeiten zu ermitteln und als Master-Basisstation oder als Slave- Basisstation betrieben zu werden, — wobei die Basisstationen zusätzlich dafür ausgestaltet sind, als Master-Basisstation ein Zeitsynchronisationssig- nal (209) an zumindest zwei Slave-Basisstationen zu senden und eine erste kryptographisch gesicherte Information (201) an den Transponder zu senden,

— wobei der Transponder dafür ausgestaltet ist, bei korrektem Empfang der ersten kryptographisch gesicherten Information innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer ab Empfang mit einer zweiten kryptographisch gesicherten Information (202) an die Basisstationen zu antworten, wobei ein korrekter Emp fang der ersten kryptographisch gesicherten Information ein erfolgreiches Entschlüsseln umfasst,

— wobei die Basisstationen ferner dafür ausgestaltet sind, bei korrektem Empfang der zweiten kryptographisch gesicher- ten Information jeweils eine Signallaufzeit zu ermitteln, die eine Differenz zwischen einem Sendezeitpunkt der ersten kryptographisch gesicherten Information und einem jeweili gen Empfangszeitpunkt der zweiten kryptographisch gesicher ten Information abzüglich der vorgegebenen Zeitdauer um- fasst, wobei ein korrekter Empfang der zweiten kryptogra phisch gesicherten Information ein erfolgreiches Entschlüs seln umfasst,

— wobei die Basisstationen zusätzlich dafür ausgestaltet sind, als Master-Basisstation die Position des Transponders anhand der ermittelten Signallaufzeiten als Schnittpunkt eines Kreises (11) um die Master-BasisStation (101) mit El lipsen (12-13) um die Slave-BasisStationen (102-103) zu be rechnen,

— wobei die Basisstationen zusätzlich dafür ausgestaltet sind, dass für den Schnittpunkt des Kreises um die Master-

Basis-station mit den Ellipsen um die Slave-Basisstationen ein Toleranzbereich vorgegeben wird, innerhalb dessen sich die Kurve und die Ellipsen zumindest annähern müssen, und dass bei einer Überschreitung des Toleranzbereichs ein Feh ler oder Manipulationsversuch signalisiert wird.

9. Basisstation für ein Funkortungssystem nach Anspruch 8, wobei die Basisstation dafür ausgestaltet ist,

— zusammen mit weiteren Basisstationen eine Position eines Transponders anhand von Funksignal-Laufzeiten zu ermitteln und als Master-Basisstation oder als Slave-Basisstation be trieben zu werden, — als Master-Basisstation ein Zeitsynchronisationssignal an zumindest zwei Slave-Basisstationen zu senden und eine ers te kryptographisch gesicherte Information an einen Trans ponder zu senden,

— eine zweite kryptographisch gesicherte Information vom Transponder zu empfangen,

— bei korrektem Empfang der zweiten kryptographisch gesicher ten Information eine Signallaufzeit zu ermitteln, die eine Differenz zwischen einem Sendezeitpunkt der ersten krypto graphisch gesicherten Information und einem jeweiligen Emp- fangsZeitpunkt der zweiten kryptographisch gesicherten In formation abzüglich einer vorgegebenen Zeitdauer umfasst, wobei ein korrekter Empfang der ersten kryptographisch ge sicherten Information ein erfolgreiches Entschlüsseln um fasst, — als Master-Basisstation die Position des Transponders an hand der ermittelten Signallaufzeiten als Schnittpunkt ei nes Kreises um die Master-Basisstation mit Ellipsen um die Slave-Basisstationen zu berechnen

— dass für den Schnittpunkt des Kreises um die Master-Basis- Station mit den Ellipsen um die Slave-Basisstationen ein

Toleranzbereich vorgegeben wird, innerhalb dessen sich die Kurve und die Ellipsen zumindest annähern müssen, und dass bei einer Überschreitung des Toleranzbereichs ein Fehler oder Manipulationsversuch signalisiert wird.

Description:
Beschreibung

Verfahren zur Lokalisierung eines Transponders für ein Funkortungssystem, Funkortungssystem und Basisstation

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lokali sierung eines Transponders für ein FunkortungsSystem, insbe sondere für ein Real-time Locating System (RTLS), ein Funkor tungssystem zur Durchführung des Verfahrens und eine Basis station für ein solches Funkortungssystem.

Funkbasierte Ortungsvorrichtungen können beispielsweise auf RFID-Tags (radio-frequency Identification) basieren, die zur Identifizierung oder Ortung von Gegenständen an diesen je weils angebracht werden. RFID-Tags umfassen eine Speicherein heit, deren Inhalt mittels eines RFID-Lesegeräts ausgelesen, aber auch verändert werden kann. Üblicherweise ist in RFID- Tags jeweils zumindest ein Identifikator gespeichert. Zum Auslesen von in RFID-Tags gespeicherten Informationen senden RFID-Lesegeräte jeweils durch Erzeugung eines elektro-magne- tischen Wechselfeldes ein Anfragesignal aus. Einerseits dient dieses elektro-magnetische Wechselfeld zur Energieversorgung insbesondere passiv betriebener RFID-Tags, die keine eigene Energiequelle aufweisen. Andererseits wird das elektro-magne tische Wechselfeld durch RFID-Tags zur Übermittlung eines Antwortsignals moduliert, beispielsweise durch Lastmodulation oder Variierung ihrer Antennenimpedanz.

Funkortungssysteme für industrielle Automatisierungssysteme müssen besonderen Anforderungen hinsichtlich zuverlässiger Datenübermittlung, Authentizität übermittelter Daten und Un empfindlichkeit gegenüber Störquellen genügen. Da industriel le Automatisierungssysteme zur Überwachung, Steuerung und Re gelung von technischen Prozessen dienen, insbesondere im Be- reich Fertigungs-, Prozess- und Gebäudeautomatisierung, kön nen gestörte, manipulierte oder fehlerhaft konfigurierte Funkortungssysteme zu schwerwiegenden Auswirkungen führen, im ungünstigsten Fall zu einem Stillstand eines Automatisie- rungssystems.

WO 2005/017555 A2 betrifft ein Verfahren zum Lokalisieren ei nes Zielobjekts, bei dem ein Abfrage-Signal von einem Sender zum Zielobjekt gesendet wird. Als Antwort auf das Abfrage- Signal sendet das Zielobjekt ein Antwort-Signal. Für das Ab frage-Signal und das Antwort-Signal wird eine UmlaufVerzöge rung (round-trip delay) berechnet, wobei die Signale von min destens drei Empfängern empfangen wird. An jedem Empfänger wird eine jeweilige Ankunftszeit der Signale ermittelt und anhand dessen eine Ankunftszeitdifferenz berechnet. Auf

Grundlage der Ankunftszeitdifferenzen und UmlaufVerzögerung erfolgt eine Positionsschätzung für das Zielobjekt.

Aus WO 2011/113176 Al ist ein System zur Ortung von Luftfahr- zeug bekannt. Dabei wird von einer Master-Bodenstation ein

Abfragesignal an ein Luftfahrzeug sowie und an eine Vielzahl von Slave-Bodenstationen übermittelt. Jeder der Slave-Boden stationen empfängt das Abfragesignal von der Master-Bodensta tion und synchronisiert seine Systemzeit jeweils mit der Mas- ter-Bodenstation. Die Master-Bodenstation und die Slave-Bo denstationen empfangen Abfrageantwortsignale des Luftfahr zeugs. Dabei berechnet die Master-Bodenstation eine Ankunfts zeit des Antwortsignals des Luftfahrzeugs an der Master- Bodenstation und entsprechende Ankunftszeiten des Antwortsig- nals an den Slave-Bodenstationen. Basierend auf einer Multi- laterationsberechnung bzw. einer elliptischen Berechnung wird eine Position des Luftfahrzeugs unter Verwendung von mindes tens drei Ankunftszeiten des Antwortsignals an der Master- Boden-Station und an Slave-Bodenstationen bestimmt. In EP 3031 039 Al ist ein RFID-basiertes Positionserfas sungssystem mit einem an einem zu erfassenden Objekt ange brachten RFID-Tag beschrieben, das mittels eines niederfre- quenten Wecksignals aus einem Niedrigenergiemodus geweckt werden kann. Das Wecksignal umfasst Positionsinformationen, die einem das RFID-Tag mittels des Wecksignals erfassenden RFID-Lesegerät zugeordnet sind. Nach Aufwecken des RFID-Tags durch Empfang des Wecksignals erzeugt das RFID-Tag ein hoch- frequentes Antwortsignal, das einen Identifizierungscode des RFID-Tags und die mittels des Wecksignals übermittelten Posi tionsinformationen umfasst.

EP 3599 573 Bl betrifft ein Verfahren zur Datenübermittlung zwischen einem Funk-Transponder-Lesegerät und einem Funk-

Transponder, bei dem eine Steuerungseinheit des Funk-Trans ponders zur Erzeugung eines Antwortsignals eine Veränderung einer Lastimpedanz durch ein Steuerungssignal steuert, das eine ausgewählte Schaltimpulsfrequenz und eine ausgewählte Schaltimpulsanzahl aufweist. Die Steuerungseinheit codiert mehrwertige zumindest ternäre Symbole in das SteuerungsSig nal. Symbolwerte werden jeweils zu Schaltimpulsfolgen zuge ordnet, die jeweils eine eindeutige Kombination aus Schaltim pulsfrequenz, Schaltimpulszahl und Phasenverschiebung aufwei- sen. Dabei werden nur Kombinationen ausgewählt, deren Quoti ent aus Schaltimpulszahl und Schaltimpulsfrequenz innerhalb eines vorgegebenen Wertbereichs liegt.

Aus der älteren europäischen Patentanmeldung EP 3933428 Al ist ein Funkortungssystem bekannt, bei dem eine Position ei nes Transponders mittels mehrerer Basisstationen des Funkor tungssystems anhand von Funksignal-Empfangszeitdifferenzen in einem ersten Betriebsmodus oder anhand von Funksignal- Laufzeiten in einem zweiten Betriebsmodus ermittelt wird. Zur Ermittlung seiner Position sendet der Transponder per Broadcast eine Nachricht an die Basisstationen. Die Nachricht empfangende Basisstationen ermitteln jeweils eine Empfangs signalstärke eines zur Übermittlung der Nachricht verwendeten Transpondersignals. Eine Auswertevorrichtung ermittelt eine Anzahl der Basisstationen, die das Transpondersignal mit ei ner über einer vorgegebenen Mindestsignalstärke liegenden Empfangssignalstärke empfangen haben und versetzt die Basis stationen dementsprechend in den ersten oder in den zweiten Betriebsmodus.

In der älteren europäischen Patentanmeldung EP 3992659 Al ist ein Funkortungssystem beschrieben, bei dem eine Position zumindest eines Transponders mittels mehrerer BasisStationen des Funkortungssystems ermittelt wird. Dabei sind die Basis stationen jeweils an einer vorgegebenen Position angeordnet. Zumindest zwei einen Abstand zueinander aufweisende Transpon der-Antennen senden in vorgegebenen Zeitabständen abwechselnd Funksignale. Die Basisstationen ermitteln auf Basis der von den beiden Transponder-Antennen gesendeten Funksignale und anhand des Abstands zwischen den beiden Transponder-Antennen jeweils Funksignal-Empfangszeitdifferenzen zwischen den von den Transponder-Antennen empfangenen Funksignalen. Die Posi tion des zumindest einen Transponders wird anhand der Funk- signal-Empfangszeitdifferenzen ermittelt.

Zur funkbasierten und fälschungssicheren Lokalisierung von Gegenständen bzw. Personen können beispielsweise Krypto-RFID- Tags oder Secure Distance Bounding Protokolle verwendet wer- den. Mittels Krypto-RFID-Tags kann eine Authentizität eines RFID-Transponders durch ein RFID-Lesegerät nachgewiesen wer den. Nachteilig ist, dass Weiterleitungsangriffe bei Verwen dung von Krypto-RFID-Tags möglich sind und eine eine physi sche Nähe zwischen dem RFID-Transponder und dem RFID-Lese- gerät nicht bewiesen kann. Secure Distance Bounding Protokol le finden insbesondere in neueren Autoschlüsseln mit UWB- Funkmodul Verwendung. Details hierzu sind www.3db-access.com zu entnehmen. Durch Anwendung von Secure Distance Bounding Protokollen wird einerseits eine Authentizität eines Schlüs sels und andererseits eine physische Nähe des Schlüssels zu einem zugeordneten Lesegerät bzw. Funkempfänger sicherge stellt. Insbesondere Weiterleitungsangriffe werden durch An wendung von Secure Distance Bounding Protokollen unmöglich gemacht. Bestehende Secure Distance Bounding-basierte Lösun gen ermöglichen jedoch keine besonders genaue Ortung einer größeren Anzahl von Transpondern.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Lokalisierung eines Transponders für ein Funkortungssystem zu schaffen, das eine sichere und genaue Ortung einer Vielzahl von Transpondern ermöglicht, sowie zur Durchführung des Verfahrens geeignete Mittel bzw. Realisie rungen anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen, durch ein Funkor tungssystem mit den in Anspruch 8 angegebenen Merkmalen und durch eine Basisstation mit den in Anspruch 9 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegen den Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb ei nes Funkortungssystems

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Lokalisie rung eines Transponders für ein Funkortungssystem wird eine Position eines Transponders mittels mehrerer Basisstationen des Funkortungssystems anhand von Funksignal-Laufzeiten er- mittelt wird, insbesondere mittels eines Two-Way Ranging Ver fahrens. Dabei sind die Basisstationen jeweils an einer vor gegebenen Position angeordnet. Das FunkortungsSystem ist ins besondere zumindest ein UWB-basiertes Real-time Locating Sys- tem.

Eine Master-Basisstation sendet erfindungsgemäß ein Zeitsyn chronisationssignal an zumindest zwei Slave-Basisstationen. Vorteilhafterweise umfassen die Basisstationen und der Trans- ponder jeweils einen lokalen Oszillator. Dabei wird zwischen der Master-Basisstation und dem Transponder eine Korrektur einer Frequenzabweichung ihrer lokalen Oszillatoren entspre chend einem Distance Bounding Protokoll durchgeführt. Anhand der Korrektur der Frequenzabweichung des lokalen Oszillators der Master-Basisstation führen die Slave-Basisstationen vor teilhafterweise jeweils eine entsprechende Korrektur für ih ren jeweiligen lokalen Oszillator und damit für eine erhöhte Lokalisierungsgenauigkeit durch. Darüber hinaus sendet die Master-Basisstation erfindungsgemäß eine erste kryptographisch gesicherte Information an den Transponder. Der Transponder antwortet bei korrektem Empfang der ersten kryptographisch gesicherten Information innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer ab Empfang mit einer zweiten kryptographisch gesicherten Information an die Basisstatio nen. Bei korrektem Empfang der zweiten kryptographisch gesi cherten Information ermitteln die Basisstationen jeweils eine Signallaufzeit, die eine Differenz zwischen einem Sendezeit punkt der ersten kryptographisch gesicherten Information und einem jeweiligen Empfangszeitpunkt der zweiten kryptogra phisch gesicherten Information abzüglich der vorgegebenen Zeitdauer umfasst. Ein korrekter Empfang der ersten bzw. der zweiten kryptographisch gesicherten Information umfasst ein erfolgreiches Entschlüsseln. Vorzugsweise werden die erste und die zweite kryptographisch gesicherte Information während eines Initialisierungsvorgangs in den Basisstationen gegen unautorisierten Zugriff gesichert gespeichert. Anhand der ermittelten Signallaufzeiten berechnet die Master- Basisstation die Position des Transponders erfindungsgemäß als Schnittpunkt eines Kreises um die Master-Basisstation mit Ellipsen um die Slave-Basisstationen. Für den Schnittpunkt des Kreises um die Master-Basisstation mit den Ellipsen um die Slave-Basisstationen wird außerdem ein Toleranzbereich vorgegeben, innerhalb dessen sich die Kurve und die Ellipsen zumindest annähern müssen. In diesem Fall wird bei einer Überschreitung des Toleranzbereichs ein Fehler oder Manipula tionsversuch signalisiert.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können Distanzredukti onsangriffe, wie Early-Detect Late-Commit oder Cicada Attacks verhindert werden, die quasi funktechnische Man-in-the- Middle-Angriffe darstellen, bei denen sich Angreifer als in eine Funkverbindung zwischen dem Transponder und den Basis stationen schalten bzw. eine gemessene Distanz durch ein Störsignal künstlich verringern. Auf diese Weise wird eine fälschungssichere Lokalisierung bei genauer räumlicher Auflö sung sichergestellt. Durch eine kryptografische Sicherung der Lokalisierung werden vorteilhafterweise neue Anwendungsgebie te ermöglicht, wie sichere passive Zugangssysteme, ohne dass notwendigerweise an jeder zu überwachenden Tür ein Transpon derlesegerät bzw. eine Basisstation installiert sein muss. Grundsätzlich können auf Basis der vorliegenden Erfindung auch automatisierte Zahlungen realisiert werden, wenn zu be zahlende Gegenstände an vorgegebenen Lager- oder Stellplätzen aufbewahrt bzw. von dort entnommen werden. Darüber hinaus wird durch die vorliegende Erfindung auch eine Speicherung eines digital signierten Positionsverlaufs in einem Transpon der ermöglicht.

Die BasisStationen umfassen insbesondere jeweils zumindest eine Antenne. Vorzugsweise schalten die Slave-Basisstationen, während die Master-Basisstation die erste kryptographisch ge sicherte Information an den Transponder sendet, zeitgleich ihre Antennen ab und schalten diese erst nach vollständigem Senden der ersten kryptographisch gesicherten Information wieder zu. Auf diese Weise wird ein interferenzfreier Empfang der ersten kryptographisch gesicherten Information durch den Transponder sichergestellt. Dies gilt insbesondere, wenn die Slave-Basisstationen jeweils eine erste kryptographisch gesi cherte Information an den Transponder senden, die mit der durch die Master-Basisstation gesendeten ersten kryptogra phisch gesicherten Information identisch ist. In diesem Fall unterbinden die Slave-Basisstationen vorteilhafterweise je weils während eines Sendens der ersten kryptographisch gesi cherten Information durch die Master-Basisstation ein zeit- gleiches Senden ihrer ersten kryptographisch gesicherten In formation und schalten erst nach dem vollständigen Senden der ersten kryptographisch gesicherten Information durch die Mas ter-Basisstation wieder auf Empfang. Entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die zweite kryptographisch gesicherte Informa tion nur einmal identisch an die Basisstationen gesendet. Für nachfolgende Lokalisierungsvorgänge wird die zweite krypto graphisch gesicherte Information entsprechend einer nur den Basisstationen bekannten Codesequenz fortlaufend modifiziert. Auf diese Weise wird eine fortlaufende sichere Lokalisierung des Transponders ermöglicht. Das erfindungsmäße Funkortungssystem ist zur Durchführung ei nes Verfahrens entsprechend vorangehenden Ausführungen vorge sehen und umfasst mehrere jeweils an einer vorgegebenen Posi tion angeordnete Basisstationen zur Ermittlung einer Position zumindest eines Transponders sowie zumindest einen Transpon der. Die die BasisStationen sind dafür ausgestaltet, eine Po sition des Transponders anhand von Funksignal-Laufzeiten zu ermitteln und als Master-Basisstation oder als Slave-Basis station betrieben zu werden. Außerdem sind die Basisstationen zusätzlich dafür ausgestaltet, als Master-Basisstation ein Zeitsynchronisationssignal an zumindest zwei Slave-Basis stationen zu senden und eine erste kryptographisch gesicherte Information an den Transponder zu senden. Der Transponder ist dafür ausgestaltet, bei korrektem Empfang der ersten krypto- graphisch gesicherten Information innerhalb einer vorgegebe nen Zeitdauer ab Empfang mit einer zweiten kryptographisch gesicherten Information an die BasisStationen zu antworten.

Die BasisStationen des erfindungsgemäßen Funkortungssystems sind ferner dafür ausgestaltet, bei korrektem Empfang der zweiten kryptographisch gesicherten Information jeweils eine Signallaufzeit zu ermitteln, die eine Differenz zwischen ei nem Sendezeitpunkt der ersten kryptographisch gesicherten In formation und einem jeweiligen Empfangszeitpunkt der zweiten kryptographisch gesicherten Information abzüglich der vorge gebenen Zeitdauer umfasst. Zusätzlich sind die Basisstationen dafür ausgestaltet, als Master-BasisStation die Position des Transponders anhand der ermittelten Signallaufzeiten als Schnittpunkt eines Kreises um die Master-Basisstation mit El- lipsen um die Slave-Basisstationen zu berechnen.

Die erfindungsgemäße Basisstation ist für ein Funkortungssys tem entsprechend vorangehenden Ausführungen vorgesehen und dafür ausgestaltet, zusammen mit weiteren Basisstationen eine Position eines Transponders anhand von Funksignal-Laufzeiten zu ermitteln und als Master-Basisstation oder als Slave- Basisstation betrieben zu werden. Außerdem ist die Basissta tion dafür ausgestaltet, als Master-BasisStation ein Zeitsyn- chronisationssignal an zumindest zwei Slave-Basisstationen zu senden und eine erste kryptographisch gesicherte Information an einen Transponder zu senden und eine zweite kryptogra phisch gesicherte Information vom Transponder zu empfangen. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Basisstation dafür ausgestaltet, bei korrektem Empfang der zweiten kryptogra phisch gesicherten Information eine Signallaufzeit zu ermit teln, die eine Differenz zwischen einem Sendezeitpunkt der ersten kryptographisch gesicherten Information und einem je- weiligen Empfangszeitpunkt der zweiten kryptographisch gesi cherten Information abzüglich einer vorgegebenen Zeitdauer umfasst. Zusätzlich ist die Basisstation dafür ausgestaltet, als Master-Basisstation die Position des Transponders anhand der ermittelten Signallaufzeiten als Schnittpunkt eines Krei- ses um die Master-Basisstation mit Ellipsen um die Slave- Basisstationen zu berechnen.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend an einem Ausfüh rungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Figur 1 Funkortungssystem mit mehreren Basisstationen für ein industrielles Automatisierungssystem,

Figur 2 eine schematische Darstellung einer Slave-Basis station des FunkortungsSystems gemäß Figur 1,

Figur 3 eine graphische Darstellung einer Berechnung einer Position eines Transponders anhand durch die Basis stationen der ermittelten. Das in Figur 1 dargestellte Funkortungssystem ist im vorlie genden Ausführungsbeispiel ein UWB-basiertes Real-time Lo- cating System (RTLS), das mehrere Basisstationen 101-103 um- fasst, die jeweils an vorgegebenen bzw. bekannten Positionen angeordnet sind. Mittels der Basisstationen 101-103 wird an hand von Funksignallaufzeiten eine Position eines Transpon ders 104 erfasst, der an einem zu ortenden Gegenstand ange bracht. Von den Basisstationen 101-103 wird eine Basisstation 101 als Master-Basisstation betrieben, während die übrigen

Basisstationen 102-103 als Slave-Basisstationen betrieben werden. Die Basisstationen 101-103 sind untereinander zeit synchronisiert. Hierzu sendet die Master-Basisstation 101 ein Zeitsynchronisationssignal 200 an die beiden Slave- Basisstationen 102-103. Dies kann drahtgebunden oder drahtun gebunden erfolgen.

Das Funkortungssystem dient im vorliegenden Ausführungsbei spiel zur Überwachung der Position eines autonomen Fahrzeugs 300, mit dem Produktionsgüter zu einer Fahrzeugfertigungsli nie transportiert werden. An dem autonomen Fahrzeug 300 ist zur Ortung der Transponder 104 angeordnet. Neben UWB- bzw.

2,4 GHz ISM-Band-Komponenten kann das Funkortungssystem grundsätzlich zusätzliche Komponenten zur GPS-, WLAN- oder Inertialsensorik-basierten Ortung umfassen. Dabei können meh rere oder alle dieser Komponenten in den Transponder 104 und die BasisStationen 101-103 des Funkortungssystems integriert sein. Die BasisStationen 101-103 sind im vorliegenden Ausführungs beispiel mit einem Gateway 100 des FunkortungsSystems verbun den. Der Transponder 104 übermittelt vorzugsweise einen dem zu ortenden Gegenstand zugeordneten Objektidentifikator an die BasisStationen 101-103. Auf dieser Basis senden die Sla- ve-Basisstationen 102-103 Datagramme 203, die insbesondere erfasste Signallaufzeitinformationen umfassen, zur Auswertung an die Master-Basisstation 101.

Zur kryptographisch gesicherten Lokalisierung des Transpon ders 104 sendet die Master-BasisStation 101 eine erste kryp tographisch gesicherte Information 201 an den Transponder 104. Bei korrektem Empfang der ersten kryptographisch gesi cherten Information 201 antwortet der Transponder 104 inner halb einer vorgegebenen Zeitdauer ab Empfang mit einer zwei ten kryptographisch gesicherten Information 202 an die Basis stationen 101-103. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die erste 201 und die zweite kryptographisch gesicherte In formation 202 während eines Initialisierungsvorgangs in den Basisstationen 101-103 gegen unautorisierten Zugriff gesi chert gespeichert.

Die BasisStationen 101-103 ermitteln bei korrektem Empfang der zweiten kryptographisch gesicherten Information jeweils eine Signallaufzeit, die eine Differenz zwischen einem Sende zeitpunkt der ersten kryptographisch gesicherten Information 201 und einem jeweiligen Empfangszeitpunkt der zweiten kryp tographisch gesicherten Information 202 abzüglich der vorge gebenen Zeitdauer umfasst. Ein korrekter Empfang der ersten

201 und der zweiten kryptographisch gesicherten Information

202 umfasst jeweils ein erfolgreiches Entschlüsseln und ein erfolgreiches Vergleichen mit einer vorliegenden Referenz- Information. Um mögliche Manipulationen der Lokalisierung zu verhindern, wird die zweite kryptographisch gesicherte Infor mation 202 vorteilhafterweise nur einmal identisch an die Ba sisstationen 101-103 gesendet. Für nachfolgende Lokalisie rungsvorgänge wird die zweite kryptographisch gesicherte In formation 202 vorzugsweise entsprechend einer nur den Basis- Stationen 101-103 bekannten Codesequenz fortlaufend modifi ziert.

Entsprechend Figur 2 umfassen die Basisstationen 101-103 je- weils einen lokalen Oszillator 110 als Referenzzeitgeber.

Dies gilt auch für den Transponder 104. Zwischen der Master- Basisstation 101 und dem Transponder 104 wird eine Korrektur einer Frequenzabweichung ihrer lokalen Oszillatoren entspre chend einem Distance Bounding Protokoll durchgeführt. Die Slave-Basisstationen 102-103 führen anhand der Korrektur der Frequenzabweichung des lokalen Oszillators der Master- Basisstation jeweils eine entsprechende Korrektur für ihren jeweiligen lokalen Oszillator durch. Die BasisStationen 102-103 umfassen neben einer Sende- und

Empfangseinheit 111 jeweils zumindest eine über einen steuer baren Schalter 112 zu- bzw. abschaltbare Antenne 113. Um In terferenzen am Transponder 104 zu vermeiden schalten die Sla ve-Basisstationen 102-103, während die Master-Basisstation 101 die erste kryptographisch gesicherte Information 201 an den Transponder 104 sendet, zeitgleich ihre Antennen 113 ab und schalten diese vorteilhafterweise erst nach vollständigen Senden der ersten kryptographisch gesicherten Information 201 durch die Master-Basisstation 101 wieder zu. Hierzu weisen die BasisStationen 102-103 jeweils eine Kopplung zwischen ih rem lokalen Oszillator 110 und dem steuerbaren Schalter 112 auf.

Die Sende- und Empfangseinheiten 111 der Slave-Basisstationen 102-103 senden im vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils eine erste kryptographisch gesicherte Information 201 an den Transponder 104, die mit der durch die Master-Basisstation 101 gesendeten ersten kryptographisch gesicherten Information 101 identisch ist. Allerdings unterbinden die Slave- Basisstationen 102-103 jeweils während eines Sendens der ers ten kryptographisch gesicherten Information 201 durch die Master-Basisstation 101 ein zeitgleiches Senden ihrer ersten kryptographisch gesicherten Information und schalten erst nach dem vollständigen Senden der ersten kryptographisch ge sicherten Information 201 durch die Master-Basisstation 101 wieder auf Empfang.

Wie bei Distance Bounding Verfahren üblich, definiert ein Distance Bounding zwischen der Master-Basisstation 101 und dem Transponder 104 bei zweidimensionaler Betrachtung ent sprechend Figur 3 einen Kreis 11 um die Master-Basisstation 101. Dadurch, dass die Slave-Basisstationen 102-103 eine Ant wort des Transponders 104 auf die durch die Master-Basis- Station 101 gesendete erste kryptographisch gesicherte Infor mation 201 empfangen und nicht eine Antwort auf eine eigene gesendete erste kryptographisch gesicherte Information 201, wird durch die durch Slave-BasisStationen 102-103 ermittelten Signallaufzeiten jeweils eine Ellipse 12-13, in deren Brenn- punkten die jeweilige Slave-Basisstation 102-103 und die Mas ter-Basisstation 101 liegen. Dementsprechend berechnet die Master-Basisstation 101 die Position des Transponders 104 an hand der ermittelten Signallaufzeiten als Schnittpunkt des Kreises 11 um die Master-Basisstation 101 mit Ellipsen 12-13 um die Slave-BasisStationen 102-103.

Für den Schnittpunkt des Kreises 11 um die Master-BasisSta tion 101 mit den Ellipsen 12-13 um die Slave-Basisstationen 102-103 kann ein Toleranzbereich vorgegeben werden, innerhalb dessen sich die Kurve 11 und die Ellipsen 12-13 zumindest an nähern müssen. Bei einer Überschreitung des Toleranzbereichs wird beispielsweise ein Fehler oder Manipulationsversuch sig nalisiert.