DE2032211C - System zur Überwachung von Fahrzeugen - Google Patents

Description

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 Antwortsender ausgerüsteten Fahrzeug, dessen Antwortsender auf ein von wenigstens einer der Relaisstationen aus gesendetes Signal anspricht.

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

Bei üblichen Zweiweg-Funksprechverbindungen kann ein mobiles Radiotelefon in jedem Fahrzeug mit einer Zentralstation in Verbindung treten. Bei Bedarf werden in Bereichen geringer Feldstärke einige weniger ent- ao fernte Relaisstationen verwendet. Bei solchen Systemen hat ein typischer Radiokanal eint 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. Außerdem könne. 1 in jeder Zentralstation für jeden Kanal zusätzliche Empfängermonitoren benötigt werden. Außerdem hl nur eine manueile, 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 Signalblockierung. 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 Überwachungssystem zu vereinigen, wurde eine Art. von Systemen benutzt, die als »distributed roadside systems« bezeichnet werden. Diese Systeme erfordern die Installation von Einrichtungen, die entweder unter der Straüe 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 2 597 517 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. Die 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 in 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 Jrahtlos unmittelbar an eine gemeinsame Zentralstation. 6j

R?i Heiden Gruppen steht die Genauigkeit der Ortsleslim.Tiung des Fahrzeuges in einem direkten Verliiltnis zu der Anzahl und Anordnung der an der Straße vorgesehenen Einrichtungen. Je genauer die Ortsbestimmung sein soll, um so mehr StraPeneinrichtungen werden benötigt. Ein weiterer Nachteil dieser Systeme besteht darin, daß sie eine nur begrenzte Flexibilität aufweisen, weil das Fahrzeug an der Straßeneinrichtung dicht vorbeikommen muß, damit es festgestellt werden kann.

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.-Patentschrif t 2 717 735 v<-n 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 T. E. Sollenberger, »Multipath Phase Errors in CW-FM Tracking Systems«, erschienen in »Institute of Radio EngineersTransactions and Antennas and Propagation«. Oktober 1955, S. 185 bis 192, verwiesen.'

Wo bekannte Systeme die Laufzeit von Höchstfrequenz-lmpulsen längs der Sichtlinie Gebrauch gemacht haben, wird eine große Bandbreite in der Größenordnung von 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(omnirangeconcept) arbeitet, dann werden wenigstens drei Sender benötigt, deren Strahlu/.gskeulen 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 in einer durch vielfältige Reflexionen «'ark gestörten Umgebung, insbesondere in einem Stadtgebiet, zu befehlen und zu steuern. Dabei sollen für die Ortsbestimmung und die Nachrichtenübertragung zwischen den Fahrzeugen sowie zwischen Fahrzeugen und einer Station die gleichen Einrichtungen benutzt werden können. Außerdem soll das erfindungsgemäßc 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 Aussenden eines ungerichteten Signals mit einer aufgeprägten codierten Nachricht vorhanden ist, daß der

Antwortsender nur auf diese codierte Nachricht an- derer Bedeutung, wenn sich ein Fahrzeug im Schatten

spricht und innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne bereich eines künstlichen oder natürlichen Objekte

nach dem ersten Empfang des ausgesendeten Signals befindet. Weiterhin wurde festgestellt, daß im Gegen

ein codiertes Antwortsignal erzeugt und daß in η der satz zum Stand der Technik keine ungewönnlichei

/M Relaisstationen je eine Empfangseinrichtung vor- 5 Vorkehrungen getroffen werden müssen, um mehren

handen ist, die das Signal mit der aufgeprägten codier- Ausbreitungswege hinsichtlich des Signal-Rausch-Ver

ten Nachricht sowie das codierte Antwortsignal emp- hältnisses oder von Fading-Erscheinungen zu kompen

fängt und decodiert und weitere Einrichtungen um- sieren.

faßt, mit deren Hilfe das decodierte Antwortsignal an Die m Relaisstationen werden im Verhältnis zu dei

die Zentralstation übermittelt wird. io Leistung, mit der sie arbeiten, verteilt. Jede Relais

An dem erfindungsgemäßen System bildet und über- station enthält zweckmäßig Einrichtungen zur Über trägt die Zentralstation Nachrichten an eine ausge- tragung von Sprache, digitalen Daten und Entfernungswählte der Relaisstationen. Bei einer bevorzugten Aus- informationen im Tonfrequenzbereich. Jedes von dei führungsform der Erfindung umfaßt jede Nachricht Relaisstation abgestrahlte Signa! ist in einem vorbe· einen Synchronisationsteil, einen Fahrzeug-Identifi- 15 stimmten Digitalformat codiert. Die codierte Nachkationsteil, einen codierten Datenteil und einen Ent- rieht enthält Befehle für da? Fahrzeug, die die Aibeitsfernungsmeßteil, vorzugsweise in Form eines über- weise des Antwortsenders oestimmen. Der Antwortlagerten Tonfrequenzburst. Diese codierten Nachrich- sender bildet seinerseits einen neuen Digitalcode zur ten werden von dieser einen ausgewählten, von der Antwort. Die Übermittlungseinrichtungen, wenn sie Zentralstation entfernten Relaisstation als im wesent- 20 mit den einen Phasenvergleich zulassenden Signalen liehen ungerichtetes Signal ausgesendet. Nur diejenigen zur Entfernungsmessung kombiniert werden, machen Antwortsender, die den entsprechenden Fahrzeug- im wesentlichen von den gleichen Geräten Gebrauch. Fdentifikationscode enthalten, werden auf diese abge- um sowohl die Nachrichtenübertragung als auch die strahlte, codierte Nachricht ansprechen. Diese Ant- Ortsbestimmung auszuführen. Von besonderer Bedeuwortsender synchronisieren ihre Decodier- und Codier- 35 tung ist, daß keine Einrichtungen längs der Straße erfunktion mit Hilfe des Synchronisationsteiles der forderlich sind und nur eine kleine Anzahl fester Nachricht. Relaisstationen für einen großen Bereich benötigt wird.

Innerhalb einer vorbestimmten Zeit nach dem Diese Stationen sind fest und von der Anzahl der Fahr-

Empfang des ausgesendeten Signals wird von dem zeuge oder Straßen unabhängig. Die Flexibilität des

Antwortsender ein im wesentlichen ungerichtetes, 30 erfindungsgemäßen Systems ist hervorragend, weil im

codiertes Antwortsignal zurückgestrahlt. Jedes Ant- wesentlichen keine Änderungen der Einrichtungen er-

wortsignal enthält einen Synchronisationsteil, codierte forderlich sind. Bei der Verwendung gespeicherter

Daten und einen Entfernungsteil, vorzugsweise eben- Programmelemente und codierter digitaler Nachrichten

falls in Form eines Tonfrequenzburst. Der Entfer- werden gegenseitige Störungen vermieden, weil diese

nungsmeßteil, also insbesondere der Tonfrequenzburst, 35 Funktionen nacheinander ausgeführt werden können

des Antwortsignals ist in Phase mit dem Ursprung- und nicht parallel ausgeführt werden müssen,

liehen Entfernungsteil bzw. Tonfrequenzburst, der von Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfi

der Relaisstation empfangen wurde. dung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen.

Die von der einen Relaisstation abgestrahlte Nach- in der die Erfindung an Hand der in der Zeichnung darrieht sowie das Antwortsignal des Antwortsenders wird 40 gestellten Ausführungsbeispieie näher beschrieben und von η der m Relaisstationen en pfangen. Infolgedessen erläutert wird. Die der Beschreibung und der Zeichkönnen beim Empfang der Antwortsignale in den nung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen /1 Relaisstationen die Phasen der Entfernungssignale Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich und insbesondere Tonfrequenzburst verglichen werden. oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwcn-Die festgestellte Phasendifferenz wird der gemeinsamen 45 dung finden. Es zeigt

Zentralstation drahtlos übermittelt. Es versteht sich, Fig. 1 die geographische Verteilung der Zentral-

daß die-,e Phasendifferenz zu dem Abstand zwischen station, der Relaisstationen und eines oberflächenge-

der jeweiligen Relaisstation und dem Antwortsender jundenen Fahrzeuges in einem großen Stadlbercich.

des Fahrzeuges in Beziehung steht. F i g. 2 A und 2 B Blockschaltbilder der zusammen-

Das erfindungsgemäße System bietet demnach die 50 arbeitenden Elemente der Zentralstation, der Relais-Möglichkeit, gleichzeitig unabhängige Entfernungs- Stationen und der Antwortsender der Fahrzeuge, messungen zu machen, aus denen der Schwerpunkt der Fig. 3 A eine Tabelle zur Veranschaulichting der Fläche der Fehlerwahrscheinlichktit gewonnen und Arbeitsfolge des Systemelemcnte. als Grenzfall die tatsächliche Fahrzeugposition ange- Fig. 3B den Aufbau und die Folge der zwischen nähert werden kann, wenn die Anzahl unabhängiger· 55 den Systemelementen übertragenden codierten NachEntfernungsmessungen gesteigert wird, Die Anzahl der richten,

entfernten Relaisstationen, die aktiviert werden kön- F i g. 4 die räumliche Zuordnung von Relais-Haupt-

nen, liegt zwischen 1 und m. station und -Nebenstation bei der Feststellung des

Da die Lichtgeschwindigkeit konstant ist und zwi- Ortes eines Fahrzeuges,

sehen wegen Mehrfachreflexionen nacheinander ein- 60 F i g. 5 ein Diagramm der geometrischen Verhälttreffenden Signalen nur sehr kleine Zeitintervalle nisse bei einer typischen Ortsbestimmung eines Fahrexistieren, kann gezeigt werden, daß der Entfernungs- zeuges,

fehler bei einer Phasenmessung zwischen einem Fahr- F i g. 6 A und 6 B die Seitenansicht bzw. Draufsicht

zeug und einer entfernten Station für 95% aller Ent- auf wesentliche Stationsstellungen in einem typischen

fernungsmessungen in der Größenordnung von ±300m 65 Stadtbereich und

liegt. Daher macht das erfindungsgemäße System von F i g. 6C und 6 D Darstellungen zur Erläuterung der

der Streuung einer kontinuierlichen Welle als positive Fehlerverminderung durch Mehrfach-Entfernungs-

Eigenschaft Gebrauch. Dieses Merkmal ist von beson- messungen.

Fig.; ."ennsdiaiilir.hr <i«t leoariphische '
Άχ F.iemente -!ines Systems nach der Ertimi'ina π iinem typischen Sudtbereich. beispielsweise in der Stadt thiolan, ill. An einem festen Platz befindet iich üne gemeinsame Zentralstation I. die elektrisch m:^r iiner Vielzahl όπ intferntan Relaisstjnonen P₁. R₁ R,„ ^!iher entsprechende Lbertrairings-vege Z₁. <i 'mⁱⁿ Verbindung steht, fcine ausgewählte Anzahl dieser Relaisstationen R_x. R₁ und Af₁ iteht mit einem oberfiächengebundenen Fahrzeug 5, in Verbindung.

Die Zentralstation ist zur Ausführung von Rechen-. Darsteilungs-. übertragung-s-, Aufzeichnung*- und Steuerfunktionen eingerichtet. Die Relaisstationen enthalten Übertragungseinnchtungeti 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 übertragungsweg« I₁ bis /,„ kann einen Date-nkanal. wie beispielsweise eine Telefonleitung, mis den zugeordneten Umsetzer- und oder Wandlereinrichtungen an beiden Enden umfassen.

Die Zentralstation enthält Einrichtungen zur Aktivierung im allgemeinen jeder beliebigen Kombinauon der entfernten Relaisstationen zum Zweck des Aus-Wendens 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 Nachnchtenverbmdungen und Entfernungsmessungen m verschiedenen, sich wiederholenden Mustern hergestellt brw. vorgenommen *erden.

Im Betrieb strahlt beispielsweise die Relaisstation A₁ eine codierte Nachncht mit einem Entfemungs-Tonsignal ab. Diese Nachncht wird außer von dem Antwortsender im Fahrzeug S₁ von den Relaisstationen A₁ und R₃ empfangen. Der Antwortsender S₁ erzeugt ein Antwortsignal, das ein mit dem empfangenen Tonsignal phasen gleiches Entfernungs-Tonsignal enthält. Die Relaisstationen A₁. /?, und /?, 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 L'i—ent berechnet den Schwerpunkt einer durch den S.;-.-!tt der drei Entfernungen bestimmten Fläche und ■ ff-, eicht diesen On rnit der planmäßigen Stellung des T i.-iveue«. Be: e-ner Abweichung von der pian- — H-.ziTi Stellung kann entschieden »erden, ob zu- i'/^:zr.t Nachrichten-Verbindungen hergestellt »erden soüen.

'■ e aus dem Blockschaltbild nach F i g. 2A näher =r^;:cht^:;ch. enthält d-e Zentrale 1 einen Rechner 2 mit e-.rem gestrichenen Programm, der wahlweise mit einer- Bandlocher- und -leser 4. einem Darstellungs-JHd Tastenfeld 6 ^:.-.d einem Blattschreiber 8 über entsprechende Leitungen 10. 12 und 14 verbunden »erden karr.. Der Bandiocher und -leser 4, das Darstellungs- und Tastenfeld 6 se* ;e der Blattschreiber 8 mit Tastatur fellen manuelle und usuelle Dateneingabe- und -ausi.-.fÄ2eräte dar. an e:nen manuellen Eingriff in die v« stern steuerung gestatten. Der Rechner 2 mit ge-LD-eicherterr. Programm enthält Folgen von Proerammüefehlswönern und Daten, die für die zu bildende '■sehn·:hl charakteristisch sind, und weiterhin Proirimrnfoiaen :'ir -tine iutomafiwrne L '~x^rr-\f-ir--i. ιπ>; Piuriherina ί^·; Systems.

Bei dem ·η F i ι. l\ ijarzesfidten Be:<c-:i iie:¹' ier Rechner 2 über intsprichende L berriiuni.i-*':« , und ', mir Jen -inrfirnren RiUiss.'ationen P₁. P₁ i i.j P₁ D'e '. benrjgungswege irnfiiseri -·■--

maie Tilefonli: ' Ingen, die in jedem Ernte ~"
ichlußgeräten ι modems) verbunden *md. Die
Khlußgeräte 100. IW und 1<M sind ihrerseits λπ

in Eingabe-Ausgabe-Vfultipiexer 14 angeschlos.>en. wogegen die am anderen Ende der Leitungen *orircsehenen Anschlußgeräte 19·. IfW und 110 mit Datenpuffern 16. 18 und 20 Verbundes und.
In der ils Beispiel ^wählten Relaisstation A₁ ueh:

!5 der Datenpuffer Ii mit iinem Detektor 20 tn V'jrtjindung. Außerdem wird der Puffer 14 von ümiti S>rtchronisat :r 24 gesteuert. Jede Relaisstation enthai: außerdem «inen Sender 2*. einen entsprevn;ndtfn Empfinger 28 und eine Antennenanordnung JU Der

μ Synchronisator 24 «euert außer den Datenpuffer 16 auch einen Decodierer 32 und den Empfänger 28 über entsprechende Leitungen 3t, 32 und 34. Es \er>tehi «ch, daß jede der entfernten Relaisstationen im we-ientlichen die f?i\chen Einrichtungen enthält.

Die in F ι g. 2 B dargestellten Antwortsender Γ,. Γ, und Γ, sind jeweils in einem anderen Fahrzeug angeordnet. Jeder dieser Antwortscnder umfaßt eine Antenne 40 und einen auf den Sender 26 e;ner entfernte." Relaisstation abgestimmten Empfänger 44. L mgekehrt erzeugt der Sender 42 des Antwortsenden, em Signal, auf das der Empfänger 28 -iner entfernten Relaisstation anspricht.

Fig. 3A zeigt eine Aufstellung zur Veranschauhchung der Taktfoige beim Nachnchtenverkehr ;n dem erfindur.gsgemäßen System. Der Nachnchten\erkehr bei diesem System befaßt sich im wesentlichen mit fünf Funktionen, die in drei aufeinanderfolgenden Zettinter.allen '«on 20 ms auszuführen sind. In dem e^ten Zeitintervall aktiviert die Zentralstation drei ReIa;?- Stationen und übermittelt an mindestens eine dieser Stationen eine codierte Nachncht. Diese ausgewählte Relaisstation sendet die codierte Nachncht* an das Fahrzeug und die anderen der aktivierten Relaisstationen während des zweiten Intervalls von 20 ms.

*5 Noch in dem gleichen Zeitintervall bildet und sea.\t das Fahrzeug ein Antwortsignal an die Relaisstationen. Die Relaisstationen ihrerseits verarbeiten während de? dritten Zeiunter.ails das Antwortsignal, messen du Phasendifferenz and meiden diese Phasendifferenz der

j.- Zentralstation. Während der zweiten Hälfte die>e> dnt-.ετ Zeit;ntervalis von 20 ms ermittelt der Rechner den Standort des Fahrzeuees.

Die F ι e. 3 B der Zeichnung zeigt verschiedene Be:- spie;e für die Formate der Nachrichten, die benutzt »erden, um die Verbindung zwischen den S\stemelementen herzusteilen. Der Rechner 2 muß bei der Kommunikation mit jeder beliebigen der entfernter. Relaisstationen eine Nachncht über eine Telefonlatung übertrager:, die eine Infonnationskapazität von

So etwa 2400 Bits s aufweist Für die Nachricht »ird eine Stand2rdlänge von 10 ms benutzt. Diese Nachricht enthält wer S> nchronisationsbits, einen Fahrzeus-Identifikationscode von 3 Bits, einen Nachrichten-Datenteil von 4 Bits und 3 Bits für eine Fantätiltontroüe. Die ausgewählte Relaisstation, die diese Nachricht aussendet, fügt ein Entfemungs-Tonsisnai hinzu, dessen Dauer der Dauer von 20 Bits deich ist. und sendet diese Nachncht mit eiv.er Geschwindigkeit von

4000 Bi(s/s aus. Für das Aussenden der Nachricht wird eine Zeit von 11 ms benötigt. Das Antwortsignal des Fahrzeuges an die Relaisstation nimmt 7,25 ms in Anspri'."h und umfaßt einen Synchronisationsteil von 4 Bits, einen Nachrichten-Datenteil von 4 Bits, ein Paritälsbit und ein Entfernungs-Tonsignal mit einer M) Bits entsprechenden Länge.

Aus den F i g. 2 A und 3 B ist ersichtlich, daß die von •iner ausgewählten Relaisstation, beispielsweise die llation R₁, empfangene Nachricht aus einem Fahffleug-ldentiftkationsteil, Daten und einem Entfernungstonsignal besteht und nach dem Empfang einer Nachftcht von der Zentralstation 1 in der Station R₁ ge-•rdnet wird. Diese Nachricht wird dazu benutzt, einen feci 450 MHz arbeitenden Sender 26 von 3 VV Leistung fu modulieren. Die Modulationsfrequenz beträgt 4 kHz. Das Ausgangssignal des Senders 26 wird einer Rundstrahlantenne 30 mit einem typischen Gewinn «on 6 db zugeführt.

Wie weiterhin aus F i g. 2 B ersichtlich, wird das von 4er als Beispiel gewählten Relaisstation R₁ empfangene Funksignal 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 lokale. 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 •ind, werden zur Modulation des Senders 42 benutzt. Das Ausgangssignal dieses Senders wird einer Rund- «trahlantenne 40 zugeführt, deren Gewinn etwa 3 dB !«trägt.

Es sei bemerkt, daß der Eingabe-Ausgabe-Multiftlexer 14 ein notwendiges Bindeglied zwischen dem Rechner 2 und den Anschlußgeräten der Datenkanäle lüdet. Der Multiplexer 14 empfängt Bits in Parallellind 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 irgendein mit dem Multiplexer verbundenes Gerät adressiert wird, prüft und speichert der Multiplexer die vollständige 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 ein 3 Bits umfassender Synchronisationsteil vorausgeht.

Es ist erforderlich, dafür Sorge zu tragen, daß der Funkweg mit einem am Empfänger noch ausreichenden Signal-Rausch-Verhältnis betrieben werden kann. Bei Kommunikationssystemen dieser Art in Stadtgebieten besteht der begrenzende Faktor in der Präzision, mit der die Phasenverschiebung des Entfernungs-Tonsignals gemessen werden kann. Vorzugsweise sollte die Phasenverschiebung in 99% der Verkehrszeit mit einer Genauigkeit von 0,5 μβ gemessen werden können. Eine Verzögerung von 0.5 μβ entspricht etwa einem Fntfernungsfehler von ⁷5 m und einer Phasenverschiebung von 0.72 ^: bei 4 kHz. Der Ausdruck für die Wahrscheinlichkeil, daß der Phasenfehler während 99 ⁰Z₀ der Verkehrszeit kleiner als O.72^c ist. ist auf

S. 410 des Buches »Information Transmission. Modulation, and Noise« von Schwartz angegeben. Danach ist

CRF(SIN)¹ MR 0.99 - ERF(1,82)

Ic; -1,26(10) ¹ Radian (0.72 bei 4 kHz)

SIN - ( ^lt82f- 2.07(1O)⁴ -43 dB.

Demnach beträgt das Signal-Rausch-Verhältnis, das für einen Entfernungsfehler von weniger als 75 m während 99°/o der Verkehrszeit bei einem Bezugssignal von 4 kHz gefordert werden muß, 43 dB.

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 0.5 μβ. Die Relaisstation stellt

so ihrerseits das von einem Fahrzeug empfangene Entfernungssignal innerhalb von 0,5 με fest. Unter diesen Bedingungen ist die gemessene Zeitverzögerung wäh rend 99°/o der Verkehrszeit kleiner als 0,7 μβ. Diese Analyse berücksichtigt nicht Entfernungsfehler, die

as 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 von 3 dB typisch. Bei einem Gebiet von etwa 500 km¹ ist eine Maximai-Reichweite von etwa 12 km zweckmäßig.

Versuche mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wurden unter Verwendung einer Sende leistung der Relaisstationen von 3 W für eine Maximal- entfernung von 12 km gemacht. Für das Umgebuiigsrauschen wurde bei einer Trägerfrequenz von 450 M Hj eine Dämpfung von 105 dB festgestellt. Ein zur Träger frequenz zentriertes Band von 25 kHz Breite lag bei — 131 dB, bezogen auf 1 W. Für das Entfernungssigna!

wurde ein Signal-Rausch-Verhältnis von 53 dB er wartet. 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 dei

Nachricht beträgt 53 dB abzüglich des Rauschfaktor; des der Nachgleichrichtung dienenden Bandes de« Empfängers. Um 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-M Hz-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 30 und 42 machen vorzugsweise von einem Quarzoszillator mit einer Frequenz von etwa 4 MH2 Resonanzfrequenz Gebrauch. Am Kollektor des Oszillator-Transistors kann dann die zweite Harmonische ausgewählt werden. Ein Teil der Abstimm-Kapa-

zität des nicht näher dargestellten abgestimmten Kreises befindet sich ebenfalls im Kollektorkreis des Oszillator-Transistors. Dieser Teil kann von einer veränderbaren Kapazitätsdiode gebildet werden, derpn

Kapazitätswert in Abhängigkeit von der Amplitude des Modulationssignals verändert wird, das ihr von einem übliche» Modulations-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 Modulatorstufe angeschlossene Kette von Verstärkern und Vervielfachern kann dann dazu benutzt werden, die Frequenz und die Leistung auf die erforderlichen Werte anzuheben.

Die in den F i g. 2 A und 2 B dargestellten Empfänger 28 und AA machen vorzugsweise von zwei H F-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 Vervielfacherstufen gefolgt wird. Die endgültige Überlagerungsfrequenz sollte 35 MHz unter der Frequenz des HF-Signals 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 kHz liefert, wird eine Siebung mit einem £C-Filter vorgenommen. Das Ausgangssignal dieses Filters durchläuft einen zweistufigen, ΛΓ-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 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 Entfernungssignals festzustellen. Ein anderer Zähler wird genau bei diesem Nulldurchgang gestartet, um ein zum Aussenden bestimmtes phasenstarres Entfernungssignal zu erzeugen. Hierin besteht die vorstehend beschriebene notwendige Funktion des Antwortsenders im Fahrzeug.

F i g. 4 zeigt ein Fahrzeug im räumlichen Verhältnis zu zwei Relaisstationen Ä, und R₁. Diese Stationen werden als Relais-Hauptstation bzw. Relais-Nebenstation bezeichnet. Der Abstand zwischen der Hauptstation R₁ und dem Fahrzeug ist A, der Abstand zwischen dem Fahrzeug und der Nebenstation R₂ ist B, und der Abstand zwischen den Stationen ist C. Die Laufzeit für das Entfernungs-Tonsignal von der Hauptstation R₁ zum Fahrzeug und zurück ist gleich dem Quotienten aus 2Λ und der Lichtgeschwindigkeit. Die von der Nebenstation R_t gemessene Laufzeit für das von der Hauptstation A₁ ausgesendete Tonsignal ist gleich dem Quotienten aus AB C und de Lichtgeschwindigkeit. Jede Zeitverzögerung innerhalt des Fahrzeuges wird eliminiert, weil der Antworttot vom Fahrzeug mit dem von der Relaisstation empfiin genen Tonsignal in Phase ist.

Fig. 5 zeigt die geometrischen Verhältnisse be einer typischen Ortsbestimmung für ein Fahrzeug. E: wird angenommen, daß die Relaisstation η - 1 die sendende Hauptstation ist. Zwei weitere Stationen /

ίο und M +- 2 befinden sich innerhalb eines Abstandes vor 12 km von der Relaisstation η -+- 1. Nach dem Empfang einer codierten Nachricht von der gemeinsamen Zentralstation sendet die Relaisstation η 4- 1 em ungerichtetes Signal aus, das einen durch eine kreisförmige Marke bezeichneten Bus sowie die anderen Relaisstationen η und η -+- 2 erreicht. Es ist für das Antworten auf das Entfernungs-Tonsignal erwünscht, daß der Entfernungston in ausreichender Stärke empfangen wird, um eine Phasenverriegelung vornehmen zu

ao können. Das Zeitmeßsignal sowohl im Antwortsender als auch in den Nebenstationen ist selbst ein -ntern erzeugtes Entfernungssignal. Dieses Signal wird von dem Antwortsender als Entfernungston im Antwortsignal wieder ausgestrahlt.

as 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 übertragene? Störsignal empfangen werden, das von einem Gebäude an der Stelle S reflektiert wird. Die Länge des Weges von der festen Station F zum Gebäude 5 ist a, und die Länge des Weges vom Gebäude ^ zur mobilen Station M ist b.

Echosignale treten auf, wenn einige Komponenten des Signals auf indirekten Wegen eintreffen, die durch Reflektionen an Gebäuden und anderen hervorragenden Gebilden bedingt sind. Da der Weg a -^- b langer ist als der direkte Weg, sind die entsprechenden Signal komponenten gegenüber den auf direktem Weg empfangenen 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 450 Megacycles from Land to Car Radio Units« von

W. Y ο u η g . Jr., und L. L a c y in »proceedings of the IRE«. Bd. 38, Nr. 3, März 1950, S. 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 as liegt, was einem Entfernungsbereich von etwa 300 m entspricht. Demnach weichen die größten Mehrwegkomponenten im Mittel von der wahren oder kürzesten Entfernung um nicht mehr als 300 m ab.

Die Fig. 6C und 6B veranschaulichen eine Mehrfach-Ortsbestimmung zur Erhöhung der Genauigkeit. Mehrere Ortsbestimmungen, wie z. B. A, B und C 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 xln^ll_t. Wenn also der wahrscheinliche Fehler bei einer OrtsDestimmung 180 m beträgt, dann beträet der

auf vier Ortsbestimmungen basierende Fehle;: 180/4V₂ 90 m.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. 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. B. A₁) eine von der Zentralstation (I) gesteuerte Einrichtung (26, 30) zum Aussenden eines ungerichteten Signals mit einer aufgeprägten codierten Nachricht vorhanden ist, daß der Antwortsender (JT₁) nur auf diese codierte Nachricht anspricht und innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne nach dem ersten Empfang des ausgesendeten Signals ein as codiertes Antwortsignal erzeugt und daß in η der m Relaisstationen je eine Empfangseinrichtung (28, 20, 22) vorhanden ist, die das Signal mit der aufgeprägten codierten Nachricht sowie das codierte Antwortsignal empfängt und decodiert und weitere Einrichtungen (16, 106) umfaßt, mit deren Hilfe das decodierte Antwortsignal an die Zentralstation (1) übermittelt wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Zentralstation (1) η der m Relaisstationen aktivierbar sind und mindestens «ine dieser aktivierten η Relaisstationen (z. B. A₁) das ungerichtete Signal aussendet, daß dem ungerichteten Signal ein Entfernungs-Tonsignal aufgeprägt ist und das codierte Antwortsignal des Ant- wortsenders (z. B. T₁) ebenfalls ungerichtet ist und ein Antwort-Tonsignal enthält, das mit dem Entfernungs-Tonsignal in Phase ist, und daß die Empfangseinrichtungen (28, 20, 22) der aktivierten

λ Relaisstationen die Phasendifferenz zwischen dem ursprünglichen Entfernungs-Tonsignal und dem Antwort-Tonsignal messen.

3. 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 Synchronisationsteil, einen Fahrzeug-Identifikationsteil und einen Datenteil umfaßt, daß die Zentral station (1) die codierte Nachricht der das ungerichtete Signal aussendenden Relaisstation (z. B. /?,) zuführt, damit sie dem ungerichteten Signal aufgeprägt wird, und daß der Antwortsender (ζ. Β. Γ,) nur auf Signale anspricht, deren Nachricht *>inen bestimmten Fahrzeug-Identifikationsteil aufweist.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, 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 ausgelesener Daten und von den verarbeiteten, ausgelesenen Daten betätigte Ausgabegeräte umfaßt.

5. System nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung der codierten Nachricht an die Relaisstationen (z. B. R₁) eine Vielzahl von Datenkanälen (z. B. /,) vorgesehen ist, die die Relaisstationen mit der Zentralstation (1) verbinden, daß jede Relaisstation (z. B. R₁) einen Speicher (16) für die codierte Nachricht enthält und daß das von der Empfangseinrichtung (28, 20, 22) gebildete decodierte Antwortsignal diesem Speicher (16) zugeführt wird.

6. System nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Antwortsender (z. B. T₁) außer einem Empfänger (44) und einem Sender (42) einen Identifikations-Decodierer, der bewirkt, daß der Empfänger (44) nur bei Vorliegen eines eindeutig bestimmten Code im Fahrzeug-Identifikationsteil ein Steuersignal liefert, einen auf das Steuersignal ansprechenden Nachrichten-Codierer und -Decodierer zur Decodierung des Datenteiles der codierten Nachricht, dessen Codierteil mit dem Sender (42) zur Bildung eines Antwortsignals gekoppelt ist, und einer auf den Synchron sationsteil der codierten Nachricht absprechenden Einrichtung zur Synchronisation des Identifikations-Decodierers und des Nachrichten-Codierers und -Decodieren umfaßt.

7. System nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die codierte Nar'· rieht weiterhin einen Entfernungsteil umfaßt und der Antwortsender (z. B. 7*,) eine Einrichtung aufweist, um das Antwortsignal mit einem Entfernungsteil zu versehen, der mit dem Entfernungsteil der codierten Nachricht in Phase ist.

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

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen