DE2032211A1

DE2032211A1 - System zur Überwachung von Fahrzeugen

Info

Publication number: DE2032211A1
Application number: DE19702032211
Authority: DE
Inventors: Roger Lyman Stow Kaye Ro bert Kenneth Framingham Oliver Joseph James Allsten Rood William Henry Acton Mass Fuller (VStA) P
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1969-07-18
Filing date: 1970-06-30
Publication date: 1971-01-28
Also published as: FR2051829A1; NL7009964A; DE2032211B2; GB1298032A; BE753323A; FR2051829B1; US3646580A

Description

Anmelderin: . Stuttgart, den 22. Juni 1970

Raytheon Company P 2138 S/kg

Lexington, Mass., V.St.A.

System zur Überwachung von Fahrzeugen

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur überwachung von flächengebundenen Fahrzeugen, insbesondere in einer vielfältige Reflexionen verursachenden Umgebung wie einem Stadtgebiet, mit einer gemeinsamen Zentralstation, davon entfernt angeordneten m Relaisstationen, von denen jede drahtlos Signale aussenden und empfangen kann und zum Verkehr mit der Zentralstation eingerichtet ist, und mindestens einem mit einem Antworteender ausgerüsteten Fahrzeug, dessen Antwortsender auf ein von wenigstens einer der Relaisstationen aua gesendetes Signal anspricht.

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Derartige Systeme finden insbesondere zur Herstellung einer Nachrichtenverbindung und zur Ortung von Polizei- und Notdienst-Fahrzeugen sowie schnellen Reisebussen Verwendung·

Bei üblichen Zweiweg-Punksprechverbindungen kann ein mobiles Radiotelefon in jedem Fahrzeug mit einer Zentralstation in Verbindung treten. Bei Bedarf werden in Bereichen geringer Feldstärke einige weniger entfernte Relaisstationen verwendet. Bei solchen Systemen hat ein typischer Radiokanal eine Kapazität, die für einen Verkehr mit 200 bis 250 Fahrzeugen ausreicht. Daher werden zusätzliche Kanäle benötigt, wenn sich ein solches System ausdehnt. Wegen der allgemein strengen Handhabung der Frequenzzuteilung durch die Regierungen können solche Kanäle nicht zur Verfügung stehen_e Außerdem können in Jeder Zentralstation für jeden Kanal zusätzliche Empfängermoüitoren benötigt werden. Außerdem ist nur eine manuelle, nicht aber eine automatische Feststellung des Standortes und/oder Überwachung eines Fahrplanes möglich. Weiterhin erhöht das Vorliegen einer solchen großen Anzahl von Signalquellen, die sich alle an eine Zentralstation wenden, die Möglichkeit einer Signablockierung· Endlich stört die Handhabung des Radiotelefons durch den Fahrer die Handhabung des Fahrzeuges.

Um sowohl die Funktionen der Standortbestimmung als auch der Nachrichtenübermittlung in einem Uberwachungssystem zu vereinigen,wurde eine Art von Systemen benutzt, die als "distributed roadside systems" bezeichnet werden. . Diese Systeme erfordern die Installation von Einrichtungen,

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die entweder unter der Straße vergraben oder neben der Straße aufgestellt sind. Diese Einrichtungen geben die Stellung eines nahen Fahrzeuges an, weil die Stellung der Einrichtungen längs der Straße bekannt ist. Derartige Systeme sind aus den USA-Patentschriften 2 597 und 2 790 071 bekannt.

Diese Einrichtungen längs der Straße umfassenden Systeme können zwei Gruppen zugeordnet werden. Die erste Gruppe erfordert, daß das Fahrzeug seine Identität den längs der Straße vorgesehenen Einrichtungen drahtlos übermittelt. Sie längs der Straße angeordneten Einrichtungen empfangen dieses Signal und übertragen die Identität des Fahrzeuges an eine Zentrale, beispielsweise über direkte ^ Telefonleitungen. Die zweite Gruppe arbeitet mn umgekehrter Weise, Hierbei übertragen die an der Straße vorhandenen Einrichtungen ihren Kennungscode drahtlos auf das Fahrzeug und es überträgt das Fahrzeug sowohl den Code der Straßeneinrichtung als auch seine Identität drahtlos unmittelbar an eine gemeinsame Zentralstation.

Bei beiden Gruppen steht die Genauigkeit der Ortsbestimmung des Fahrzeuges in einem direkten Verhältnis zu der Anzahl und Anordnung der an der Straße vorgesehenen Einrichtungen. Je genauer die Ortsbestimmung sein soll, um so mehr Straßeneinrichtungen werden benötigt. Ein weiterer Machteil dieser Systeme besteht darin, daß sie eine nur begrenzte Flexibilität aufweisen, weil das Fahrzeug an der Straßeneinr-ichtung dicht vorbeikommen muß, damit es festgestellt werden kann.

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Es sind weiterhin eine Anzahl von Systemen zur Fahrzeugortung bekannt, die auf einer Triangulation von einer Anzahl bekannter Punkte aus beruhen· Ein aus der USA-Patentschrift 2 470 787 bekanntes System befaßt sich mit der Bestimmung der Stellung oder des Weges eines Objektes im Raum. Dieses System macht von einer Vielzahl von Entfernungsmeßstationen Gebrauch, die Phasen-Entfernungsmessungen zu einem Luftfahrzeug ausführen, das mit einem Antwortsender ausgestattet ist. Es ist jedoch nicht bekannt, wie bei einem solchen System die Umwegeffekte zu behandeln sind, die dadurch bedingt sind, daß die kontinuierliche Welle an der Ionosphäre reflektiert wird. Für diese Systeme ist auch die USA-Patentschrift 2 717 735 von Interesse.

In der neuzeitlichen Technik hat die Phasen-Entfernungsmessung zu einem sich im Raum befindenden Fahrzeug zu der Benutzung von scharf gerichteten HF-Antennen und Ausbreitungsdiagrammen geführt. Die durch die Existenz mehrerer Ausbreitungswege bedingten Probleme sind teilweise durch die Verwendung von Richtantennen und durch die Ausrichtung dieser Antennen nach oben vermieden. In dieser Hinsicht wird auf einen Aufsatz von Τ·Ε. Sollenberger "Multipath Phase Errors in CWvFM Tracking Systems", erschienen in "Institute of Radio Engineers Transactions an Antennas and Propagation"., Oktober 1955» Seiten bis 192 verwiesen.

Wo bekannte Systeme die Laufzeit von Höchstfrequenz-Impulsen längs der Sichtlinie Gebrauch gemacht haben, wird eine große Bandbreite in der Größenordnung von

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einigen MHz "benötigt, weil die Impulse eine sehr scharfe Vorderflanke aufweisen müssen, damit die verlangte Genauigkeit der Entfernungsmessung erreicht wird. Wenn ein Azimut-Triangulationssystem verwendet wird, das nach Art eines Drehfunkfeuers (omnirange concept) arbeitet, dann werden wenigstens drei Sender benötigt, deren Strahlungskeulen ausreichend schmal sind, um eine Standortbestimmung genügender Genauigkeit zu erzielen· Beide Fälle sind für die Einhaltung einer geringen Bandbreite schädlich.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein System der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei geringem Aufwand dazu geeignet ist, eine Flotte von flächengebundenen Fahrzeugen dja einer durch vielfältige Reflexionen stark gestörten Umgebung, insbesondere in einem Stadtgebiet, zu befehlen und zu steuern. Dabei soll für die Ortsbestimmung und die Nachrichtenüber- ' tragung zwischen den Fahrzeugen sowie zwischen Fahrzeugen und einer Station die gleichen Einrichtungen benutzt werden können· Außerdem soll das erfindungsgemäße System mit der begrenzten Bandbreite auskommen, die für Funksprechverbindungen zu Fahrzeugen zur Verfügung steht.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß mindestens in einer der m Relaisstationen eine von der Zentralstation gesteuerte Einrichtung zum Auesenden eines ungerichteten Signales mit einer aufgeprägten codiertön Nachricht vorhanden ist, daß der Antwortsender nur auf diese codierte Nachricht anspricht und innerhalb

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einer vorbestimmten Zeitspanne nach dem ersten Empfang des ausgesendeten Signales ein codiertes Antwortsignal erzeugt und daß in η der m Relaisstationen je eine Empfangseinrichtung vorhanden ist, die das Signal mit der aufgeprägten codierten Nachricht sowie das codierte Antwortsignal empfängt und decodiert und weitere Einrichtungen umfaßt, mit deren Hilfe das decodierte Antwortsignal an die Zentralstation übermittelt wird«

An dem erfindungsgemäßen System bildet und überträgt die Zentralstation Nachrichten an eine ausgewählte der Relaisstationen· Bei einer bevorzugten Ausführüngsform der Erfindung umfaßt jede Nachricht einen Synchronisationsteil, einen Fahrzeug-Identifikationsteil, einen codierten Datenteil und einen Entfernungsmeßteil, vorzugsweise in Form eines überlagerten Tonfrequenzborst· Diese codierten Nachrichten werden von dieser einen ausgewählten, von der Zentralstation entfernten Relaisstation als im wesentlichen -eingerichtetes Signal ausgesendet. Nur diejenigen Antwortsender, die den entsprechenden Fahrzeug-Identifikationscode enthalten, werden auf diese abgestrahlte, codierte Nachricht ansprechen. Diese Antwortsender synchronisieren ihre Decodier- und Oodierfunktion mit Hilfe des Synchronisationsteiles der Nachricht.

Innerhalb einer vorbestimmten Zeit nach dem Empfang des ausgesendeten Signales wird von dem Antwortsender ein im wesentlichen ungerichtetes, codiertes Antwortsignal zurückgestrahlt. Jedes Antwortsignal enthält einen Synchronisationsteil, codierte Daten und einen

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Entfernungsteil, vorzugsweise ebenfalls in Form eines Tonfrequenzburst. Der Entfernungsmeßteil, also insbesondere der Tonfrequenzburst, des Antwortsignales ist in Phase mit dem ursprünglichen Entfernungsteil bzw. Tinfrequenzburst, der von der Relaisstation empfangen wurde.

Die von der einen Heiaisstation abgestrahlte Nachricht äowie das Antwortsignal des Antwortsenders wird von η der m Relaisstationen empfangen. Infolgedessen können beim Empfang der Antwortsignale in den η Relaisstationen die Phasen der Entfernungssignale und insbesondere Tonfrequenzburst verglichen werden· Die festgestellte Phasendifferenz wird der gemeinsamen Zentralstation drahtlos übermittelt. Es versteht sich, daß diese Phasendifferenz zu dem Abstand zwischen der jeweiligen Relaisstation und dem Antwortsender des Fahrzeuges in Beziehung steht.

Das erfindungsgemäße System bietet demnach die Möglichkeit, gleichzeitig unabhängige Entfernungsmessungen zu machen, aus denen der Schwerpunkt der Fläche der Fehlerwahrscheinlichkeit gewonnen und als Grenzfall die tatsächliche Fahrzeugposition angenähert werden kann, wenn die Anzahl unabhängiger Entfernungsmessungen gesteigert wird. Die Anzahl der entfernten Relaisstationen, die aktiviert werden können, liegt zwischen 1 und m.

Da die lichtgeschwindigkeit konstant ist und zwischen wegen Mehrfachreflexionen nacheinander eintreffenden Signale nur sehr kleine Zeitintervalle existieren, kann gezeigt werden, daß der Entfernungefehler bei einer Phasen-

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messung zwischen einem Fahrzeug und einer entfernten Station für 95% aller Entfernungsmessungen in der Größenordnung von + 300 m liegt. Daher macht das erfindungsgemäße System von der Streuung einer kontinuierlichen Welle als positive Eigenschaft Gebrauch. Dieses Merkmal ist von besonderer Bedeutung, wenn sich ein Fahrzeug im Schattenbereich eines künstlichen oder natürlichen Objektes befindet. Weiterhin wurde festgestellt, daß im Gegensatz zum Stand der Technik keine ungewöhnlichen Vorkehrungen getroffen werden müssen, um mehrere Ausbreitungswege hinsichtlich des Signal-Rausch-Verhältnisses .oder von Fading-Erscheinungen zu kompensieren.

Die m Relaisstationen werden im Verhältnis zu der Leistung, mit der sie arbeiten, verteilte Jede Relaisstation enthält zweckmäßig Einrichtungen zur Übertragung von Sprache, digitalen Daten und Entfernungsinformationen im Tonfrequenzbereich. Jedes von der Relaisstation abgestrahlte Signal ist in einem vorbestimmten Digitalformat codiert. Die codierte Nachricht enthält Befehle für das Fahrzeug, die die Arbeitsweise des Antwortsenders bestimmen. Der Antwortsender bildet seinerseits einen neuen Digitalcode zur Antwort. Die Übermittlungseinrichtungen, wenn sie mit den einen Phasenvergleich zulassenden Signalen zur Entfernungsmessung kombiniert werden, machen im wesentlichen von den gleichen Geräten Gebrauch, um sowohl die Nachrichtenübertragung als auch die Ortsbestimmung auszuführen. Von besonderer Bedeutung ist, daß keine Einrichtungen längs der Straße erforderlich sind und nur eine kleine Anzahl fester Relaisstationen

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für einen großen Bereich benötigt wird. Diese Stationen sind fest und von der Anzahl der Fahrzeuge oder Straßen unabhängig. Die Flexibilität des erfindungsgemäßen Systems ist hervorragend, weil im wesentlichen keine Änderungen der Einrichtungen erforderlich sind· Bei der Verwendung gespeicherter Programmelemente und codierter digitaler Nachrichten werden gegenseitige Störungen vermieden, weil diese Funktionen nacheinander ausgeführt werden können und nicht parallel ausgeführt werden müssen.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung·anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert wird." Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger' Kombination Anwendung finden· Es zeigen

Fig· 1 die geographische-Verteilung der Zentralstation, der Heiaisstationen und eines oberflächengebundenen Fahrzeuges in einem großen Stadtbereich,

Fig. 2A und 2B· Blockschaltbilder der zusammenarbeitenden Elemente der Zentralstation, der Relaisstationen und der Antwortsender d.er Fahrzeuge,

Fig· 3A eine Tabelle zur Veranschaulichung der Arbeitsfolge der Systemelemente,

Fig. 3B den Aufbau und die Folge der zwischen den Systemelementen übertragenden codierten Nachrichten,

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Fig. A- die räumliche Zuordnung von Relais-Hauptstation und -Nebenetation bei der Feststellung des Ories eines Fahrzeuges,

Fig· 5 ein Diagramm der geometrischen Verhältnisse bei einer typischen Ortsbestimmung eines Fahrzeuges,

Fig. 6A und 6B die Seitenansicht bzw, Draufsicht auf wesentliche Stationsstellungen in einem typischen Stadtbereich und

Fig. 60 und 6D Darstellungen zur Erläuterung der Fehlerverminderung durch Mehrfach-Entfernungsmessungen.

Fig. 1 veranschaulicht die geographische Verteilung der Elemente eines Systems nach der Erfindung in einem typischen Stadtbereich, beispielsweise in der Stadt Chicago,- 111. An einem festen Platz befindet si-ch eine gemeinsame Zentralstation 1, die elektrisch mit einer Vielzahl von entfernten Relaisstationen R_--, Rp ..· R^q über entsprechende Uberträgungswege 1^, L·^ ·.· 1*q in Verbindung steht. Eine ausgewählte Anzahl dieser Relaisstationen R,,, Rp und R, steht mit einem oberflächengebundenen Fahrzeug S_x. in Verbindung·

Die Zentralstation ist zur Ausführung von Rechen-, Darstellungs-, Ubertragungs-, Aufzeichnungs- und Steuerfunktionen eingerichtet· Die Relaisstationen enthalten Ubertragungseinrichtungen zum Aussenden von Nachrichten zu und zum Empfangen von Nachrichten von der Zentralstation 1 sowie zum Aussenden und Empfangen von Nachrichten zu bzw, von,dem Fahrzeug. Jeder der Uberträgungswege I^ bia 1,.Q kann einen Datenkanal, wie beispielsweise eine

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Telefonleitung, mit den zugeordneten Umsetzer- und/oder Wandlereinrichtungen an beiden Enden umfassen·

Die Zentralstation enthält Einrichtungen zur Aktivierung im allgemeinen jeder beliebigen Kombination der entfernten Relaisstationen zum Zweck des Aussendens einer Nachricht an ein oder mehrere Fahrzeuge. Mit dieser allgemeinen Fähigkeit ist es demnach möglich und tatsächlich auch wünschenswert, systematisch verschiedene Gruppen der Station zu aktivieren, damit die Nachrichtenverbindungen und Entfernungsmessungen in verschiedenen, sich wiederholenden Mustern hergestellt bzw. vorgenommen werden. '

Im Betrieb strahlt beispielsweise die Heiaisstation Rp eine codierte Nachricht mit einem Entfernungs-Tonsignal ab. Diese Nachricht wird außer von dem Antwortsender im Fahrzeug S. von den Relaisstationen R^. und ft, empfangen· Der Antworte ender S_x. erzeugt ein Antwortsignal, das ein mit dem empfangenen Tonsignal phasengleiches Entfernungs-Tonsignal enthält. Die Relaisstationen R^,, Rq und R, empfangen das Antwortsignal und machen voneinander unabhängige Phasen-Entfernungsmessungen, die auf die Phasendifferenz zwischen dem ursprünglichen Tonsignal und dem Antwort-Tonsignal beruhen.

Jede Relaisstation meldet ihre Entfernungsinformation einem Rechenelement in der Zentralstation. Dieses Element berechnet den Schwerpunkt einer durch den Schnitt der drei Entfernungen bestimmten Fläche und vergleicht diesen Ort mit der planmässigen Stellung des Fahrzeuges. Bei einer Abweichung von der planmäßigen Stellung kann entschieden werden, ob zusätzliche Nachrichten-Verbindungen hergestellt werden sollen.

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Wie aus dem Blockschaltbild nach Pig. 2Ä näher ersichtlich, enthält die Zentrale 1 einen Rechner 2 mit einem gespeicherten Programm, der wahlweise mit einem Bandlocher, und -leser 4_$ einem Darstellungs- und Tastenfeld 6 und einem Blattschreiber 8 über entsprechende Leitungen 10, 12'und 14 verbunden werden kann. Der Bandlocher und -leser 4, das Darstellungs- und Tastenfeld 6 spwie der Blattschreiber 8 mit Tastatur stellen manuelle und visuelle Dateneingabe- und -ausgäbegerate dar, die einen manuellen Eingriff in die Systemsteuerung gestatten, Der Rechner mit gespeichertem Prägramm enthält Folgen von Programm*· Befehlswörtern und Daten, die für die zu bildende Nachricht charakteristisch sind, und weiterhin Programmfolgen für eine automatische Überprüfung und Regulierung des Systems·

Bei dein in Fig. 2A dargestellten Beispiel steht der Rechner 2 über entsprechende Übertragungswege 1,., I2

und 1-, mit den entfernten Relaisstationen R„, R und R, P . 1*2-5

in Verbindung. Die Ubertragungswege umfassen normale Telefonleitungen, die an jedem Ende mit Anschlußgeräten (modems) verbunden sind. Die Anschlußgeräte 100, 102 und 104 sind ihrerseits an einen Eingabe-Ausgabe-Multiplexer 14 angeschlossen, wogegen die am anderen Ende der Leitungen vorgesehenen Anschlußgeräte 106, 108 und 110 mit Datenpuffern 16, 18 und 20 verbunden sind.

In der als Beispiel gewählten Relaisstation R^ steht der Datenpuffer 16 mit einem Detektor 20 in Verbindung· Außerdem wird der Puffer 16 von einem Synchronisator 24

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gesteuert· Jede Relaisstation enthält außerdem einen Sender 26, einen entsprechenden Empfänger 28 und eine Antennenanordnung 30. Der Synchronisator 24· steuert außer dan Datenpuffer 16 auch einen Decodierer 32 und den Empfänger 28 über entsprechende Leitungen 36» 32 und 34·. Es versteht sich, daß j ede der entfernten Relaisstationen im wesentlichen die gleichen Einrichtungen enthält.

Die in Fig. 2B dargestellten Antwortsender OL, Tg und T* . sind -jeweils in einem anderen Fahrzeug angeordnet. Jeder dieser Antwortsender umfaßt eine Antenne 40 und einen auf den Sender 26 einer entfernten Relaisstation abgestimmten Empfänger 44. Umgekehrt erzeugt der Sender 42 des Antworteenders ein Signal, auf das der Empfänger 28 einer entfernten Relaisstation anspricht.

Fig· 3A zeigt eine Aufstellung zur Veranschaulichung, der Taktfolge beim Nachrichtenverkehr in dem erfindungsgemäßen System. Der Nachrichtenverkehr bei diesem System befaßt sich im wesentlichen fünf Funktionen, die in drei auf-» einanderfolgenden Zeitintervallen von 20 ms auszuführen sind. In dem ersten Zeitintervall aktiviert die Zentralstation drei Relaisstationen und übermittelt an mindestens eine dieser Stationen eine codierte Nachricht. Diese·ausgewählte Relaisstation sendet die codierte Nachricht an das Fahrzeug und die anderen der aktivierten Relaisstationen während des zweiten Intervalles von 20 ms. Noch in dem gleichen Zeitintervall bildet und sendet das Fahrzeug ein Antwortsignal an die Relaisetationen· Die Relaisstationen ihrerseits verarbeiten während des dritten Zeitintervalle das Antwortsignal, messen die Phasendifferenz uzid melden diese Phasendifferenz der Zentralstation;

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Während der zweiten Hälfte dieses dritten Zeitintervalles von 20 ms ermittelt der Rechner den Standort des Fahrzeuges.

Die Fig. 3B der Zeichnung zeigt verschiedene Beispiele für die Pormate der Nachrichten, die benutzt werden, um die Verbindung zwischen den Systemelementen herzustellen. Der Rechner 2 muß bei der Kommunikation mit jeder beliebigen der entfernten Relaisstationen eine Nachricht

w über eine Telefonleitung übertragen, die eine Informationskapazität von etwa 2400 Bit/s aufweist. Für die Nachricht wird eine Standardlänge von 10 ms benutzt. Diese Nachricht enthält vier Synchronisationsbits, einen Fahrzeug-Identifikationscode von 3 Bits, einen Nachrichten-Datenteil von 4 Bits und 3 Bits für eine Paritätskontrolle» Die ausgewählte Relaisstation, die diese Nachricht aussendet, fügt ein Entfernnngs-Tonsignal hinzu, dessen Dauer der Dauer von·20 Bits gleich ist, und sendet diese Nachricht mit einer Geschwindigkeit von 4000 bit/s aus. Für das Aussenden der Nachricht für eine Zeit von 11 ms benötigt. Das Antwortsignal des Fahrzeuges an die Relaisstation

|t nimmt 7»25 ms in Anspruch und umfaßt einen Synchronisationsteil von 4 Bit, einen Nachrichten-Datenteil von 4 Bit, ein Paritätsbit und ein Entfernungs-Tonsignal mit einer 20 Bit entsprechenden Länge·

Aus den Fig. 2A und 3B ist ersichtlich, daß die von einer ausgewählten Relaisstation, beispielsweise die Station R^, empfangene Nachricht aus einem Fahrzeug-Identifikationsteil, Daten und einem Entfernungstonsignal besteht und - nach dem Empfang einer Nachricht von der Zentralstation 1 in der Station R^ geordnet wird· Diese Nachricht wird dazu

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benutzt, einen bei 450 MHz arbeitenden Sender 26 von 3 W Leistung zu modulieren. Die Modulationsfrequenz beträgt

4 kHz. Das Ausgangssignal des Senders 26 wird einer Rundstrahlantenne 30 mit einem typischen Gewinn von 6 db zugeführt.

Wie weiterhin aus Pig. 2B ersichtlich, wird das von der als Beispiel gewählten Relaisstation B.^ empfangene 3?unksignal mit einem Signal-Rausch-Verhältnis von 43 db für das Entfernungssignal und wenigstens 26 db für den Identifikationsteil und die Daten empfangen. Dieses Signal wird dazu benutzt, ein synchronisiertes lokales Entfernungssignal zu erzeugen und die Daten im Fahrzeug auf den neuesten Stand zu bringen. Die Daten, die letztlich zusammen mit dem synchronisierten Entfernungs-Tonfrequenzsignal zurückzusenden sind, werden zur Modulation des Senders 42 benutzt. Das Ausgangssignal dieses Senders wird einer Rundstrahlantenne 40 zugeführt, deren Gewinn etwa 3 beträgt.

Es sei bemerkt, daß der Eingabe-Ausgabe-Multiplexer 14 ein notwendiges Bindeglied zwischen dem Rechner 2 und den Anschlußgeräten der Datenkanäle bildet. Der Multiplexer 14 empfängt Bits in Parallel- und Ausgangsnachrichten in Serienform. Der Multiplexer empfängt auch Daten von den Anschlußgeräten und unterbricht den Rechner, wenn komplexe Nachrichten empfangen worden sind.

Der Aufbau von Multiplexern ist bekannt. Allgemein müssen Daten und Adressen auf die richtigen Übertragungsleitungen gebracht Und auf geeignete Leitungen verteilt werden. Wenn

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irgend ein mit dem Multiplexer verbundenes Gerät adressiert wird, prüft und speichert der Multiplexer, die vqllständige Adresse und benutzt den Befehlsteil auf der Adressenleitung, um Daten auf den angegebenen Datenkanal zu übertragen. Die Daten können dann mit der vorbestimmten Folgegeschwindigkeit in das Daten-Anschlußgerät eingegeben werden. Es versteht sich, daß dem Datenteil ©mn 5 Bit umfassender Synchronisationsteil vorausgeht.

Es ist erforderlich, dafür Sorge zu tragen, daß der Punkweg mit einem am Empfänger noch ausreichenden Signal-Rausch-Verhältnis betrieben werden kann© Bei Kommunikations· systemen dieser Art in Stadtgebieten besteht der begrenzende Faktor in der Präzision, mit der die Phasenverschiebung des Entfernungs-Üonsignales gemessen werden kann» Vorzugsweise sollte, die Phasenverschiebung in 99% der Verkehrszeit mit einer Genauigkeit von 0,5 /*s gemessen werden können. Eine Verzögerung von 0,5 μβ entspricht etwa einem Entfernungsfehler von 75 *& ^ind einer Phasenverschiebung von 0,72° bei 4 kHz® Der Ausdruck für die Wahrscheinlichkeit, daß der Phasenfehler während 99% der Verkehrszeit kleiner als 0,72° ist, ist auf Seite MO des Buches "Information Transmission, Modulation, and Noise" von Schwartz angegeben» Danach ist

EEF(S/N)^1/2 Δ0 „ o,99 - EEF(1,82) Δ0 - 1,26(1O)-² Radian (0,72° bei 4 kHz) S/N - (^82I² - 2,07(1O)⁴ - 43 db.

Demnach beträgt das Sigaai-E&O.sch-Verhältnie_i das für einen Entfernungsfehler von weniger ale 75 » während der Verkehrszeit bei einem Bezugssignal von 4 kHa g®fordert werden muß, 43 db©

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Das Signal-Rausch-Verhältnis von 43 db wird sowohl am Fahrzeug als auch an der Relaisstation gefordert. Das empfangene Entfernungssignal synchronisiert im. Antwortsender des Fahrzeuges einen Taktgeber innerhalb von O,5tHs· Die Relaisstation stellt ihrerseits das von einem Fahrzeug empfangene Entfernungssignal innerhalb von 0,5/US fest· Unter diesen Bedingungen ist die gemessene Zeitverzögerung während 99% der Verkehrszeit kleiner als 0,7/^s. Diese Analyse berücksichtigt nicht Entfernungsfehlerv die auf andere als den direkten Übertragungsweg zurückzuführen sind.

Für die Antennen der Relaisstationen ist ein Gewinn von 6 db und für die Antennen der Fahrzeuge ein Gewinn

ρ von 5 db typisch. Bei einem Gebiet von etwa 500 km ist eine Ma.ximal-Re ichweite von etwa 12 km zweckmäßig.

Versuche mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wurden unter Verwendung einer Sendeleistung der Relaisstationen von 3 W für eine Maximalentfernung von 12 km gemacht. Für das Umgebungsrauschen wurde bei einer Trägerfrequenz von 450 MHz eine Dämpfung von IO5 db festgestellt. Ein zur Trägerfrequenz zentriertes Band von 25 kHz Breite lag bei -131 db bezogen auf 1 W. Für das Entfernungssignal wurde ein Signal-Rausch-Verhältnis von 53 db erwartet· Der Überschuß von etwa 10 db war für solche Erscheinungen wie Fading, Leitungsverluste und sonstige auftretende Verluste reserviert.

Das Signal-Rausch-Verhältnis für den Datenteil der Nachricht beträgt 53 db abzüglich des Rauschfaktors des der Nachglaichrichtung dienenden Bandes dee Empfängers· Um

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auf das Strahlungsdiagramm zurückgehende Fehler zu vermeiden, sind in jede drahtlos abgestrahlte Nachricht der Paritätskontrolle dienende Bits eingebaut und es * wird im Empfänger eine Paritätskontrolle vorgenommen.

Die drahtlose Kommunikation erfolgt im 450-MHz-Band. Ein Sender, ein Empfänger und die zugehörigen Netzgeräte, die in die sichtbare Ausrüstung eingebaut sind, sind natürlich sowohl in den Relaisstationen als auch in den Fahrzeugen vorhanden· Vorzugsweise sind Sender und Empfänger vollständig in Festkörpertechnik aufgebaut und enthalten Silizium-Flächentransistoren· Die in den Fig. 2A und 2B dargestellten Sender $0 und 42 machen vorzugsweise von einem Quarzoszillator mit einer Frequenz von etwa 4 MHz Resonanzfrequenz Gebrauch» Am Kollektor des Oszillator-Transistors kann dann die zweite Harmonische ausgewählt werden» Ein Teil der Abstimm-Kapazität des nicht näher dargestellten abgestimmten Kreises befindet sich ebenfalls im Kollektorkreis des Oszillator-Transistors· Dieser Teil kann von einer veränderbaren Kapazitätsdiode gebildet werden, deren Kapazitätswert in Abhängigkeit von der Amplitude des Modulationssignales verändert wird, das ihr von einem üblichen Modulationa-Vorverstärker zugeführt wird. Diese Ausbildung der Schaltungsanordnung führt zu einer Phasenmodulation des Trägers, die durch die Wirkung eines Entzerrungsfilters in eine äquivalente Frequenzmodulation umgewandelt wird* Eine an die^vModulatorstufe angeschlossene Kette von Verstärkern und Verfielfachern. kann dann dazu benutzt werden, die Frequenz wad, die leistung auf die .erforderlichen Wert© ansuheban·

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Die in den Fig. 2A und 2B dargestellten Empfänger 28 und 44 machen vorzugsweise von zwei HF-Verstärkerstufen Gebrauch, um eine ausreichende Verstärkung und Selektion zu erzielen· Die erste Mischerstufe sollte so ausgebildet sein,, daß sie das verstärkte HF-Signal und auch ein von einem Überlagerungsoszillator erzeugtes Signal aufnimmt· Dieser Überlagerungsoszillator'kann von einem quarzgesteuerten Oszillator gebildet werden, der mit einer Frequenz von etwa 52 MHz arbeitet und der von zwei transistorisierten Verfielf acher stuf en gefolgt wird. Die endgültige Überlagerungsfrequenz sollte 55 MHz untor der Frequenz des H -Signales liegen. Der ersten Mischerstufe sollte ein zu 35 MHz symmetrisches Sperrfilter folgen, dessen Selektivität ausreicht, eine Blockierung des Empfängers zu verhindern und ZF-Spiegelfrequenzen auszuschalten· An einer zweiten Mischstufe, die gewöhnlich ein Ausgangssignal von 455 IeHz liefert, wird eine Siebung ' mit einem LO-Filter vorgenommen· Das Ausgangssignal dieses Filters durchläuft einen zweistufigen₉ RG-gekoppelten Verstärker, bevor es einer ersten Begrenzerstufe zugeführt wird. Eine zweite Begrenzer-Diskriminator-Stufe sollte zweckmäßig als Round-Travis-Diskriminator ausgebildet sein und von einer Audio-Verstärkerstufe gefolgt werden. Ein vom Träger gesteuerter elektronischer Abschwächer (mute) mit variabler Empfindlichkeit, der mit der Begrenzerstufe gekoppelt ist, kann mit einem gekapselten Relais versehen sein, wenn äußere Schaltfunktionen gewünscht werden·

Der Synchronisator enthält Detektorschaltungen und einen Bezugsoszillator. Dieser Oszillator wird zur Erzeugung

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niederer Frequenzen untersetzt<, Er kann phasenverriegelt sein· Die Detektorschaltungen des Synchronisators stellen fest, ob ein echtes Signal empfangen worden ist« Wenn ein Signal am Empfänger erkannt worden ist, werden Zähler in Gang gesetzt, die gewöhnlich ein Teil des Synchronisators sind. Ein Zähler wird dazu benutzt, um Daten zu verschieben und grob den Nulldurchgang des Entfernungssignales festzustellen· Ein anderer Zähler wird genau bei diesem Nulldurchgang gestartet, um ein zum Aussenden bestimmtes phasenstarres Entfernungssignal au erzeugen. W Hierin besteht die vorstehend beschriebene notwendige Funktion des Antwort senders im Fahrzeug«,

Fig. 4 zeigt ein Fahrzeug im räumlichen Verhältnis zu zwei Relaisstationen R^ und R2« Diese Stationen werden als Relais-Hauptstation bzw. Relais-Nebenstation bezeichnet. Der Abstand zwischen der Hauptstation R,. und dem Fahrzeug ist A, der Abstand zwischen dem Fahrzeug und der Nebenstation Ro ist B und der Abstand zwischen den Stationen ist.C. Die Laufzeit für das Entfernungs-Tonsignal von der Hauptstation R/, zum Fahrzeug und zurück ist gleich dem Quotienten aus 2A und der Lichtgeschwint digkeit. Die von der Nebenstation R2 gemessene Laufzeit für das von der Hauptstation R^ ausgesendete Tonsignal ist gleich dem'Quotienten aus A + B - G und der Lichtgeschwindigkeit· Jede Zeitverzögerung innerhalb des Fahrzeuges wird eliminiert, weil der Antwortton vom Fahrzeug mit dem von der Relaisstation empfangenen Tonsignal in Phase ist«

Fig. 5 zeigt die geometrischen Verhältnisse bei einer typischen Ortsbestimmung für ein Fahrzeugs. Es wird angenommen, daß die Relaisstation η + 1 die sendend® Haupt-

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station ist. Zwei weitere Stationen η und η + 2 befinden sich innerhalb eines Abstandes von 12 km von der Relaisstation η + 1. Nach dem Empfang einer codierten Nachricht von der gemeinsamen Zentralstation sendet die Heiaisstation η + 1 ein ungerichtetes Signal aus, das einen durch eine kreisförmige Marke bezeichneten Bus sowie die anderen Relaisstationen η und η + 2 erreicht. Es ist fpr das Antworten auf das Entfernungs-Tonsignal erwünscht, daß der Entfernungston in ausreichender Stärke empfangen wird, um eine Phasenverriegelung vornehmen zu können· Das Zeitmeßsignal sowohl im Antwortsender als auch in den Nebenstationen ist selbst ein intern erzeugtes Entfernungssignal* Dieses Signal wird von dem Antwortsender als Entfernungston im Antwortsignal wieder ausgestrahlt.

Fig. 6A und 6B zeigen die Seitenansicht bzw. Draufsicht auf die Stellungen von festen und mobilen Stationen in einem typischen Stadtgebiet* Zur Veranschaulichung sei angenommen, daß ein fester Sender F sich in einem Abstand von beispielsweise 10 km von einem mobilen Antwortsender an der Stelle M befindet. Dabei kann ein auf einem zweiten Weg übertragenes Störsignal empfangen werden, das von einem Gebäude an der Stelle S reflektiert wird» Die Länge des Weges von der festen Station F zum Gebäude S ist a und die Länge des Weges vom Gebäude S zur mobilen Station M ist b.

Echosignale treten auf, wenn einige Komponenten des Signalee auf indirekten Wegen eintreffen, die durch Reflationen an Gebäuden und anderen hervorragenden Gebilden bedingt sind· Da der Weg a + b langer ist als

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der direkte Weg, sind die entsprechenden Signalkomponenten gegenüber den auf direktem Weg empfangenen

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Signalkomponenten verzögert. So ist beispielsweise, wenn das Signal von einer einfachen kontinuierlichen Trägerwelle gebildet wird, das empfangene Signal gleich der Vektorsumme aus den Trägern, die auf dem direkten Wege und den Echowegen eintreffen. Hierzu sei auf einen Aufsatz "Echoes in Transmission at 4-50 Megacycles from k Land to Car Radio Units" von W· Young, Jr. und L, Lacy in "proceedings of the IRE", Band 38, Nr. 3» März 1950, Seiten 255 bis 258 verwiesen. Dieser Aufsatz behandelt die statistische Natur und die Dauer von auf mehreren Wegen eintreffenden Signalen. Es sei bemerkt, daß der mittlere Wert der Verzögerung in der Größenordnung von 2 /ts liegt, was einem Entfernungsbereich von etwa 300 m entspricht. Demnach weichen die größten Mehrwegkomponenten im Mittel von der wahren oder kürzesten Ent- , fernung um nicht mehr als 300 ι ab«

Die Fig. 60 und 6B veranschaulichen eine Mehrfach-Ortsbestimmung zur Erhöhung der Genauigkeit. Mehrere. Orts-P bestimmungen, wie z.B. A, B und G in bezug auf das bewegliche Fahrzeug M liefern leicht die erforderliche Genauigkeit. Wenn der wahrscheinliche Fehler für eine

Ortsbestimmung χ Meter beträgt, dann ist der wahrscheinliche Fehler für η Ortsbestimmungen x/n . Wenn also der wahrscheinliche Fehler bei einer Ortsbestimmung 180 m beträgt, dann beträgt der auf vier Ortsbestimmungen basierende Fehler 180/V' ² - 90 m.

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Die Erfindung wurde anhand einer speziellen Ausführungsform beschrieben, die nur zur Erläuterung der Erfindung ausgewählt wurde und auf die die Erfindung nicht beschrankt sein soll. Vielmehr sind gegenüber dieser Ausführungsform zahlreiche Abwandlungen und Modifikationen möglich, ohne den durch die Ansprüche gesteckten*Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Claims

« 24· Patentansprüche

System zur Überwachung von flächengebundenen Fahrzeugen, insbesondere in einer vielfältige Reflexionen verursachenden Umgebung wie einem Stadtgebiet, mit einer gemeinsamen Zentralstation, davon entfernt angeordneten m Relaisstationen, von denen jede drahtlos Signale aussenden und empfangen kann und zum Verkehr mit der Zentralstation eingerichtet ist, und mindestens einem mit einem Antwortsender ausgerüsteten Fahrzeug, dessen Antwortsender auf ein von wenigstens einer der Relaisstationen aus gesendetes Signal- anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens in einer der m Relaisstationen (z_eBV R^) eine von der Zentralstation (1) gesteuerte Einrichtung (26, JO) sram Aussenden eines ungerichteten Signales mit einer aufgeprägten codierten Nachricht vorhanden ist, daß der Antwortsender (T^) nur auf diese codierte Nachricht anspricht und innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne nach dem ernten Empfang des ausgesendeten Signales ein codiertes Antwortsignal erzeugt und daß in η der m Relaisstationen je eine Empfangseinrichtung (28, 20, 22) vorhanden iatj die das Signal mit der aufgeprägten codierten Nachricht sowi© das codierte Antwortsignal empfängt und decodiert und weitere Einrichtungen (16, 106) umfaßt, mit derea Hilfe das decodierte Antwortsignal ea dl© Zentralstation, (1) übermittelt wird.

2. System nach Anspruch*"*!, "iadwrch "daß von der ZentralBtatiea (1) a d®r Stationen aktivierbar sind ttad mindestens eine

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dieser aktivierten η Relaisstationen (ζ.Β« R.) das. ungerichtete Signal aussendet, daß dem unge» richteten Signal ein Entfernungs-Tonsignal aufgeprägt ist und das codierte Antwortsignal des Antwortsenders (z.B. T.) ebenfalls langerichtet ist und ein Antwort-Tonsignal enthält,· das mit dem Entfernungs-Tonsignal in Phase ist, und daß die Empfangseinrichtungen (28, 20, 22) der aktivierten η Relaisstationen die Phasendifferenz zwischen dem ursprünglichen Entfernungs-Tonsignal und dem Antwort-Tonsignal messen.

System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralstation (1) eine Einrichtung (2) zur Bildung der codierten Nachricht enthält und ^jede codierte Nachricht einen Synchroniaationsteil, einen Fahrzeug-Identifikationsteil und einen Datenteil umfaßt, daß die Zentralstation (1) die codierte Nachricht der das ungerichtete Signal aussendenden Relaisstation (.z.B. R^) zuführt, damit sie dem !angerichteten Signal aufgeprägt wird, und daß der Antworts ender (z.B. T.) nur auf Signale anspricht, deren Nachricht einen bestimmten Fahrzeug-Identifikationsteil aufweist,

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System nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (2) zur Bildung der codierten Nachricht einen Folgen von Programmbefehlen und Daten enthaltenden Speicher, Auslese- und Eingabegeräte für diesen Speicher, einen auf ausgelesene Befehlswörter ansprechenden Decodierer zur Verarbeitung ausgelösener Paten und von den verarbeiteten, auege- leeenen Paten betätigte Auegabegeräte umfaßt«

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5· System nach Anspruch 3 oder "4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung der codierten Nachricht an die Relaisstationen (z.B. R^) eine Yielzahl von Datenkanälen (z.Be 1,.) vorgesehen ist, die die Relaisstationen mit der Zentralstation (1) verbinden,, daß jede Relaisstation (z»B· R,,) einen Speicher (16) für die codierte Nachricht enthält und daß das von der Empfangseinrichtung (28, 20, 22) gebildete

^ decodierte Antwortsignal diesem Speicher (16) zuge-

' führt wird.

6. System nach einem der Ansprüche 3 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß jeder Antwortsender (z.B® Q?.) außer einem Empfänger (44) und einem Sender (42) einen Identifikations-Decodierer,, der bewirkte daß der Empfänger (44) nur bei Vorliegen eines eindeutig bestimmten Code im Fahrseug-Identifikationsteil ein Steuersignal liefert, einen auf das Steuersignal ansprechendem Nachrichten^Godierer und »Decodierer zur Decodierung des Datenteiles der codierten Nachricht, dessen Oodierteil mit dem Sender (42) ssur P Bildung eines Antwortsignales gekoppelt ist, und einer

auf den Synchroiiisationsteil der codierten Nachricht ansprechenden Einrichtung &ur Synchronisation .des Identifikations-Deeodierers und des Nachrichten-Codierers und -Decodierers 'umfaßte

7· System nach einem der Anspruch© 3 bis 6$ dadurch

gekennzeichnet, daß die codiert© Nachricht weiterhin einen Entjfernungsteil umfaßt und des Antwortsender (z.B. £4) eine Einrichtung aufweist₉ w das Antwortsignal alt einem Eatfeaurnngsteil to versahen,, &<bt " mit dem - Entfernung© toi! cta e©&i®-£t©&- laöteiefet in Phase iat«.

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8. System nach den Ansprüchen 2 und 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernungsteile der codierten Nachricht und des Antwortsignales je von einer frequenzmodulierten kontinuierlichen Welle gebildet werden.

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