DE3029466A1

DE3029466A1 - Fahrzeugortungssystem

Info

Publication number: DE3029466A1
Application number: DE19803029466
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl.-Ing. 7015 Korntal-Münchingen Leitl
Original assignee: Individual
Current assignee: Leitl Franz Dipl-Ing 7100 Heilbronn De
Priority date: 1980-08-02
Filing date: 1980-08-02
Publication date: 1982-04-08

Description

Fahrzeugortungssystem
Die Erfindung geht aus von einem Fahrzeugortungssystem wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben. Ein derartiges Fahrzeugortungssystem ist von W. Fogy in dem Artikel "Positionsbestimmung von Einsatzfahrzeugen im urbanen Gelände" in Ortung und Navigation 3/78, herausgegeben von der Deutschen Gesellschaft für Ortung und Navigation, auf den Seiten 508 und 509 beschrieben Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Realisierung eines solchen Fairzeugortungssystems anzugeben.
Mit dem neuen Fahrzeugortungssystem können zur Ent fe rnungsme5-sung und zur Ortsbestimmung Grob- und Felnmessungen durchgeführt werden. Die Grobmessungen dienen dabei zur Eindeutung der bei der Feinmessung gewonnenen Meßergebnisse.
Die in den Fahrzeugen vorgesehenen Transponder sind einfach aufgebaut und frei von Bedienungselementen. Das Einschalten der Transponder ist gemäß einer Weiterbildung mit der Betätigung des Zündschlosses yekoppelt. Dies vereinfacht die Bedienung und stellt sicher, daß der Transponder während der Fahrt immer eingeschaltet ist.
Die Frequenzen können so gewählt werden, daß sie in die Lücken vorhandener Funkdienste passen. Es werden somit keine zusätzlichen Frequenzen notwendig.
Wenn der Standort eines zu ortenden Fahrzeugs ermittelt ist, können gemäß einer Weiterbildung zur welteren Ortung und Korrektur ausbreitunsedinyter Fehler Tracking-Verfahren mit Hilfe der autonom gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit angewendet werden.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Zunächst wird auf das angewandte Zweiwegentfernungsmeßverfahren an sich näher eingegangen.
Als Zweiwegentfernungsmeßverfahren eignet sich hier besonders das in der DL PS 2808982 oder in der DE-OS 2843253 beschriebene.
Von einer Abfragestation werden amplitudenmodulierte HF-Dauertrichsignale abgestrahlt, die von einem Transponder beantwortet werten. Die Laufzeit im Transponder ist in der Abfragestation bekannt oder wie wird vorteilhafterweise auf ganzzahlige Vielfache der Modulationsperiode ergänzt. Im letzteren Fall muß sie bei der Entfernungsauswertung in der Abfragestation nicht berücksichtigt werden.
)ie Entfernung wird im Abfragegerät aus der Phasenverschiebung zwischen der Abfrage- und der empfangenen Antwortmodulation ermitteilt.
Durch die Anwendung unterschiedlicher Modulationsfrequenzen kann eine Grob- und eine Feinmessung durchgeführt werden. Die Grobmessung wird dazu verwendet, eindeutige Meßergebnisse zu ermittell, während mit der Feinmessung nach Kenntnis der ungefähren Entfernung die genaue Entfernung bestimmt wird. Es ist vorteilhaft, für Abfrage- und Antwortsignal unterschiedliche Trägerfrequenzen zu wählen, uni Abfrage- und Antwortsignal einfach unterscheiden zu können.
Zur Grobmessung wird eine Modulationsfrequenz von beispielsweise 50 kHz gewählt, wodurch sich ein Eindeutigkeitsbereich von 3 km eryibt. Wird ein größerer Eindeutigkeitsbereich gewünscht, dann kann zusätzlich eine weitere Grobmessung mit einer Modulatlonsfrequenz von beispielsweise 2 kHz durchgeführt werden. Der Eindeutigkeitsbereich ist dann 75 km. Mit einer Modulationsfrequenz von 300 kHz bei der Feinmessung ergibt sich ein Eindeutigkeitsbereich von 500 m.
Die Feinmeßperiode von 10 Mikrosekunden (bei 300 kHz) ist klei-.
ner als die maximale Laufzeitdifferenz von störenden Umweyen im urbanen Gelände, die für Hin- und Rückweg insgesamt etwa 14 bis 20 Mi krosekunden beträgt. Die resultierenden Feinentfernungsmeßfehl er aufgrund von Umwegausbreitung sind dadurch ungefähr nul l symmetri sch und insgesamt kleiner als die entsprechenden Fehler der Grobmessungen, so daß selbst in einem Gelände mit ungünstigen Ausbreitungsbedingungen eine wesentliche Verbesse rung der Meßgenauigkeit erreicht werden kann.
Besonders vorteilhaft ist die Anwendung von Meßfrequenzen von größer als 30 kHz vor allem auch wegen der damit verbundenen geringen Anforderungen an die Phasenstabilität der Abfrage- und Transpondergeräte, die damit kostengünstig und ohne Bedienungselemente real i i ert werden können.
Bei diesem Zweiwegentfernungsmeßverfahren ist es auf vorteilhafte Weise möglich, die Frequenzen so zu wählen, daß sie in Kanal lücken vorhandener Funkdienste passen. Dadurch werden zur Fahrzeugortung keine neuen Frequenzbereiche notwendig. Die Modulationsfrequenzen werden so gewählt, daß die bei der Ampl itudenmodulation entstehenden Seitenfrequenzen ebenfalls in den Kanallücken liegen.
Mit der Entfernungsmessung allein ist jedoch noch keine Ortsbestimmung möglich. Deshalb sind innerhalb eines Bereichs B (Fig. 1), in dem Fahrzeuge geortet werden sollen Cz.B. Einsatzfahrzeuge der Polizei innerhalb eines Stadtgebletes), mehrere Abfragegeräte voryesehen, die von einer Zentrale Z gesteuert werden. Die Abfrayegeräte sind beispielsweise über Telefonstandleitungen mit der Zentrale Z, die die Entfernungsauswerteeinrichtung enthält, verbunden und übertragen nach dort die zu einem bestimmtem Fahrzeug gemessenen Entfernungen El bis E5. Die Steuerung der Abfragegeräte kann je nach Bedarf unterschiedlich erfolgen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Zentrale alle Abfragestationen mit derselberl Grobmeßfrequenz im Bereich von beispielsweise 0,5 bis 2,5 kiiz versorgt. Damit kann ein vollständiger Synchronismus im gesamtem Ortungssystem erreicht werden.
Die Zentrale aktiviert nacheinander die Abfragegeräte Ii bis 15.
Die Zeit zwischen der Aktivierung zweier Abfragegeräte ist so gewählt, daß das zweite erst dann aktiviert wird, wenn das erste aur sein Abfragesignal auch aus der größten in Frage kommenden Entfernung sein Antwortsignal erhalten hat.
Um zu verhindern, daß auf ein Abfragesignal die Transponder in mehreren Fahrzeugen Antwortsignale abstrahlen, ist jedem Transpunder eine Kennung zugeordnet, und jedes Abfragesignal enthält eine Adresse, sodaß jeweils nur ein Transponder abgefragt wird.
in Fig. 1 ist es der Transponder des Fahrzeugs F2. Die Transponder sind jeweils auf eine Festfrequenz eingestellt, so daß sie von der Fahrzeugbesatzung nicht bedient werden müssen. Sie werden besonders vorteilhaft zusammen mit der Betätigung des Zündschlosses eingeschaltet.
Obwohl jeweils nur der adressierte Transponder ein Antwortsignal aL)trahlt, sind alle Transponder-Empfänger andauernd in Betrieb.
Die Phaseoregelschleifen in den Transpondern stellen sich damit auf alle Abfragen ein, auch auf solche, die andere Fahrzeuge betreffen. Eine Antwort wird jedoch nur gesendet, wenn der Kennungskode der Adresse stimmt. Dadurch wird gewährleistet, daß sämtliche Phasenregelschleifen stets gerastet sind. Dies hat den Vorteil, daß keine langen Einschwingzeiten notwendig sind.
Zunächst mißt 11 die Grob- und Feinentfernung zu F2. Anschliessend werden die weiteren Abfragegeräte I2 bis I5 aktiviert, die ebenfalls die entsprechenden Messungen durchführen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die im Fahreug autonom gemessene Geschwindigkeit als Datum zur abfragencen Station gesendet wird, während diese die Kennung ausstrahlt.
Die Geschwindigkeitsinformation wird von den Abfragestationen zur Korrektur bentitzt, wenn aufgrund von Mehrwegeausbreitung große Entfernungsmeßfehler auftreten. Wenn der Absolutbetrag der Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Meßwerten größer ist als das Produkt aus Geschwindigkeit v und zeitlichem Abstand t zwischen zwei Messungen, so wird der Meßwert korrigiert. Dabei wird der Betrag v.t zum vorhergehenden - gegebenenfalls auch schon korrigierten - Meßwert mit dem richtigen Vorzeichen addiert. Ist der Absolutbetrag der Differenz zweier atofeinanderfolgender Meßwerte kleiner als v.t, so wird keine Korrektur durchgeführt.
In der Zentrale Z wird aus den Entfernungen und den OrtskeXor(linaten der Abfragestation der Ort des Fahrzeugs F2 ermittelt. Es werden hierzu beispielsweise mehrere Tri laterationen durchgefülort und anschließend der Mittelwert gebildet.
Wenn in dem Abfragegerät (und/oder in der Zentrale) die Fahrzeuggeschwindigkeit bekannt ist, dann kann ermittelt werden, in welchem Bereich, ausgehend von der letzten eindeutigen Messung, sich das Fahrzeug befinden muß. Dieser Bereich ist ein Kreis um den letzten Fahrzeugstandort mit einem Radius von v.t, wobei v die Fahrzeuggeschwindigkeit und t die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messungen ist. Die Fahrzeuggeschwindigkeit wird vom Fahrzeug zur Abfragestation zusammen mit dem Antwortsignal in kodierter Form übertragen. Sie kann auf einfache Weise vom Tachometer des Fahrzeugs abgenommen werden.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn bei Fahrten In einem Stadtgebiet zusätzlich eine Korrelation mit dem Stadtplan erfolgt, da sich die Fahrzeuge im allgemeinen nur auf den vorhandenen Strassen bewegen können. Ergibt sich ein anderer Fahrzeugstandort, dann liegt irgendwo ein Meßfehler vor, der in der Zentrale in Richtung auf die nächstliegende Straße im Stadtplan korrigiert werd kann.
Leerseite

Claims

Patentansprüche {X Fahrzeuyortunyssystem mit mehreren an unterschiedlichen Orten angeordneten Entfernungsmeßeinrichtungen, die nach dem Zweiwegmeßverfahren die Entfernung zu mindestens einem zu ortenden Fahrzeug messen, bei dem die gemessenen Entfernungen zu einer zentralen Auswerte-Einrichtung übertragen werden, und bei dem in der Auswerteeinrichtung aus den gemessenen Entfernungen nach dem Trilaterationsverfahren die Position des zu ortenden Fahrzeugs ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Abfragestationen (I) vorgesehen sind, die mit Adressen versehene ampl itudenmodul ierte HF-Abfragesignale abstrahlen und die von der Auswerteeinrichtung CZ gesteuert so aktiviert werden, daß zu einer bestimmten Zeit jeweils nur eine Abfragestation ein Abfragesignal abstrahlt, daß ein Transponder eines durch die Adresse angesprochenen zu ortenden Fahrzeugs (F) nach Empfang des Abfragesignals ein amplitudenllloduliertes HF-Antwortsignal abstrahlt, daß in der jeweils betroffenen Abfragestation aus der Phasendifferenz zwischen der Abfrage- und der empfangenen Antwortmodulation unter Berücksichtigung der geräteinternen Laufzeiten die Entfernung zum Transponder ermittelt wird und daß die autononi gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit zur teilweisen Korrektur der durch Umwegausbreitung verursachten Fehler benützt wird.
2. Fahrzeugortungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl eine Grobmessung als auch eine Feinmessung durchgeführt wird, wobei zur Feinmessung eine wesentlich höhere Modulationsfrequenz als bei der Grobmessung gewählt wird.
3. Fahrzeugortungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Abfragestation bzw. der Auswerteeinrichtung zugelassene Bereich für die Fahrzeugposition ein Kreis um den zuletzt ermittelten Fahrzeugstandort mit dem Radius v.t ist, wobei v die Fahrzeuggeschwindigkeit und t die Zeit zwischen zwei Entfernungsmessungen ist.
4. Fahrzeugortungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, (laß die Fahrzeuggeschwindigkeit im Fahrzeug autonom gemessen und zusammen mit dem Antwortsignal zur Abfragestation übertragen wird.
5. Fahrzeugortungssystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsfrequenz bei der Feinmessung und die Zeit zwischen zwei Messungen so gewählt sind, daß unter erücksichtin der maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit das Fahrzeug zwischen zwei Messungen den Eindeutigkeitsbereich der Feinmessung nicht verläßt.
6. Fahrzeugortungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Transponder in den zu ortenden Fahrzeugen jeweils auf eine Festfrequenz eingestellt sind.
7. Fahrzeugortungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Transponder eines Fahrzeugs durch die Betätigung des Fahrzeugzündschlosses wirksam geschaltet wird.