DE2122384B2 - System zur Ortung und Identifizierung einer Anzahl erdgebundener, ortsveränderlicher Sender nach dem Laufzeitdifferenzverfahren - Google Patents
System zur Ortung und Identifizierung einer Anzahl erdgebundener, ortsveränderlicher Sender nach dem LaufzeitdifferenzverfahrenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein System zur Ortung und Identifizierung einer Anzahl erdgebundener, ortsveränderlicher
Sender nach dem Laufzeitdiffeienzverfahren, von denen jeder intermittierend und asynchron
hinsichtlich der übrigen Sender auf einen HF-Träger
jo aufmoduüerte, für ihn kennzeichnende Impulsfolgen
aussendet die von einer wenigstens drei an verschiedenen Orten befindliche Empfangsantennen enthaltenden
Empfangseinrichtung empfangen und zur Erzeugung von jeweiligen Kennungssignalen sowie von Ortskoor-
j5 dinaten verarbeitet werden.
Systeme dieser Art sind beispielsweise in der US-PS 34 74 460 beschrieben. Bei dieser bekannten Anlage zur
Überwachung eines Standortes werden die einzelnen Einheiten, deren Standorte überwacht werden sollen,
entweder abgefragt, wobei dann die Einheiten innerhalb vorbestimmter Zeitintervalle antworten, oder es ist eine
genaue Zeitgebereinrichtung oder eine andere zeitgebende Schaltung bei jeder Einheit vorgesehen, welche
die Signalübermittlung von allen Einheiten der Anlage synchronisiert oder sonst koordiniert, soweit es die
Standortsüberwachung und die Feststellung der Identifikation der einzelnen Einheiten erfordert. Außerdem
werden bei diesen Systemen normalerweise Signale mit verhältnismäßig hoher Impulsspitzenenergie übermittelt,
um einen ordnungsgemäßen Betrieb über eine vorbestimmte Fläche zu gewährleisten.
Aus der DD-PS 28 325 ist ein Verfahren zur Fremdortung von Fahrzeugen bekannt, das nach dem
Hyperbel-Laufzeitdifferenzverfahren arbeitet. Die Identifizierung der einzelnen ortsbeweglichen Sender
wird hierbei so vorgenommen, daß die Signale der einzelnen Sender innerhalb eines vorbestimmten
Zeitfensters ausgesendet werden. Jedem Signal jedes ortsbeweglichen Senders ist somit ein vorbestimmtes
bo Zeitfenster zugeordnet und die Signalaussendung
wiederholt sich periodisch.
Bei diesem bekannten Verfahren tritt das Problem auf, daß, wenn ein ortsbeweglicher Sender zeitlich aus
dem ihm zugeordneten Zeitfenster abdriftet, die Ortung
b5 von wenigstens zwei Sendern gestört ist. Um diesen
Ortungsfehler zu vermeiden, müssen erhebliche Anforderungen an die Langzeitkonstanz der einzelnen Sender
gestellt werden, damit keine zeitliche Abdrift erfolgt
oder es müssen von Zeit zu Zeit durch ein entsprechendes Synchronsignal von der Zentralstelle die einzelnen
Sender wieder miteinander synchronisiert werden.
Aus derselben Patentschrift ist es auch bekannt, den
Signalen der einzelnen Sender eine Kennung zuzuordnen
und die Signale im weser fliehen asynchron voneinander auszusenden.
Zwar wird bei diesem zweiten Verfahren keine so hohe Anforderung an die zeitliche Konstanz der
Aufeinanderfolge der Sendersignale gestellt, doch tritt
auch hier das Problem auf, daß ein Sender mit seinem Signal den Empfang eines zeitlich benachbarten
Senders stören kann, wenn sich beide Signale überdecken.
Um diese Schwierigkeit zu umgehen, müssen die einzelnen Sendesignale verhältnismäßig kurze Zeitdauer
aufweisen, was wiederum zu verhältnismäßig hohen Sendeimpulsleistungen führt und die Sender
dementsprechend teuer macht
Aus der Systemtheorie ist die Autokorrelationsfunktion bekannt, die die Faltung eines Signals mit sich
selber, verschoben um eine vorbestimmte Zeit, ist Das Ergebnis der Autokorrelation läßt sich wieder als Signal
auffassen, das jedoch gegenüber dem ursprünglichen Signal unter Umständen ein ausgeprägtes Maximum
aufweist
Bei sogenannten signalangepaßten Filtern oder matched filtern wird hiervon zur Signalkon pression
Gebrauch gemacht In ein matched filter wird ein geeignetes zeitlich lang andauerndes Signal eingespeist
und erzeugt am Ausgang des Filters ein entsprechendes, gekürztes bzw. komprimiertes Signal mit ausgeprägtem
Maximum.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein System der eingangs genannten Art zur Standortbestimmung und
Identifizierung einer Anzahl ortsveränderlicher Sender zu schaffen, bei dem die einzelnen ortsveränderlichen
Sender ohne Abfragung oder Synchronisation mit anderen Sendern automatisch jeweils ein Signal
erzeugen, das von dem Empfänger an der entfernten Stelle empfangen und dazu verwendet werden kann, die
einzelnen Sender, trotz einer etwa auftretenden Mehrwegübertragung, wie sie beispielsweise von in
einer Stadt stets vorhandenen reflektierenden Objekten hervorgerufen wird, zu identifizieren und den Standort
dieser Sender zu ermitteln, wobei durch die von den Sendern übertragenen Signale noch weitere Informationen
übermittelbar sein sollen, und die Sender mit verhältnismäßig kleiner Sendeleistung, weitgehend
ohne sich gegenseitig zu steuern, arbeiten können.
Zu diesem Zweck ist das System gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die von den Sendern
gesendeten Signale Breitbandsignale sind und in der Empfangseinrichtung Kompressionsmittel vorgesehen
sind, die beim Empfang eine Signalauswertung nach der für sich bekannten Signalkompressionstechnik gestatten.
Durch die Verwendung von Breitbandsignalen und einer anschließenden Signalkompression in der Empfängerstation
können die einzelnen Sender mit verhältnismäßig geringer Sendeimpulsleistung arbeiten, was zu
einer wesentlichen Verbilligung der einzelnen Sender beiträgt. Außerdem führt die Signalkompression auf der
Empfängerseite zu einer sehr geringen Wahrscheinlichkeit für eine gegenseitige Störung der einzelnen, &5
asynchron voneinander sendenden Sender.
Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Systems zur Ortung und Identifizierung einer Anzahl erdgebundener,
ortsveränderlicher Sender sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Weitere vorteilhafte Merkmale und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des Gegenstandes der Erfindung.
In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 ein Standortsüberwachuiigssystem gemäß der
Erfindung, bei dem eine Anzahl von Fahrzeugen mit Sendern ausgerüstet ist in perspektivischer schematischer
Darstellung,
Fig.2 ein Blockschaltbild eines Senders des erfindungsgemäßen
Oberwachungssystemes,
F i g. 2A12B unterschiedliche Ausführungsformen von
einzelnen Schaltungsteilen des Senders nach Fig.2, jeweils in Blockdarstellung,
F i g. 3 ein Blockschaltbild einer Empfangsstation des Überwachungssystems gemäß der Erfindung,
Fig.4 ein Blockschaltbild einer möglichen Ausführungsform
eines abgestimmten Filters für die Empfangsstation nach F ι g. 3 und
Fig.5 eine schematische grafische Darstellung von Wellenformen der von einzelnen Einheiten (Stufen) des
Senders nach F i g. 2 erzeugten Signalen.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Anlage 10 zur Standortsüberwachung schematisch und perspektivisch
dargestellt Bei der dargestellten Anlage geht es darum, den Standort und die Identität einer Anzahl von
Fahrzeugen einzeln zu überwachen bzw. festzustellen. Jedes der Fahrzeuge ist mit einem Sender 11
ausgerüstet, der, wie im einzelnen noch beschrieben werden wird, im Kurzzeitbetrieb ein bestimmtes
kennzeichnendes moduliertes Breitbandsignal aussendet, das asynchron zu den von den anderen Sendern der
Anlage kommenden Signalen ist Dieses Signal wird in Fig. 1 von Antennen 12, 13, 14 einer Empfangsstation
15 empfangen. Zusätzlich zu den in F i g. 1 aus Gründen eines besseren Empfanges auf Türmen angeordneten
Antennen verfügt die Empfangsstation, welche jeden Sender 11 identifiziert und den Standort jedes Senders
ermittelt, wodurch die Standortbestimmung der Fahrzeuge geschieht, über weitere Schalteinrichtungen, die
durch eine am Fuße des Turmes der Antenne 12 angeordnete Zentrale 30 schematisch veranschaulicht
ist. In F i g. 1 sind lediglich zwei mit Sendern ausgerüstete Fahrzeuge dargestellt, doch kann die
Anlage natürlich jede beliebige Anzahl von Sendern aufweisen, vorausgesetzt, daß jeder Sender ein eigenes,
speziell verschlüsseltes vorbestimmtes Breitbandsignal abgibt, und daß in der Zentrale 30 vorgesehene Teile der
Empfangsstation 15 erfindungsgemäß derart ausgebildet sind, daß sie die von einer Anzahl arbeitender
Sender, die alle asynchron senden, kommenden Signale verarbeiten kann.
Der Sender nach F i g. 2
F i g. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Senders 11, wie er bei der Anlage nach F i g. 1
verwendet werden kann, während in den F i g. 2a, 2b zwei andere Ausführungsbeispiele von Teilen dieses
Senders 11 veranschaulicht sind. Der Sender nach Fig.2 weist als Codegeneratorschaltung 16 veranschaulichte
Mittel zur Erzeugung eines modulierten Signals mit einem vorbestimmten, für den speziellen
Sender kennzeichnenden Code auf, dessen Code zur Identifizierung des Senders verwendet wird. Bei dem
dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Codegeneratorschaltung periodisch durch einen Auftasigenerator
24 über ein UND-Verknüpfungsglied 23 wirksam gemacht. Das von dem Generator 24 kommende Signal
wird nach der Erzeugung eines vollständigen Modulationssignals durch die Schaltung 16 über den »Sperreingang«
des Auftast-Generators 24 beendet. Der Abstand zwischen den von dem Generator 24 gelieferten
Signalen ist vorbestimmt und so groß, daß die Wahrscheinlichkeit, daß Signale von anderen Sendern
der Anlage während überlappender Zeitintervalle empfangen werden, auf ein Minimum reduziert wird.
Die Codegeneratorschaltung des dargestellten Ausführungsbeispiels benötigt zu ihrem Betrieb in bekannter
Weise einen Takt, der beim Auftreten des von dem Generator 24 kommenden Signals über das UND-Verknüpfungsglied
23 geliefert wird. Da die im einzelnen noch beschriebenen Mittel zur Erzeugung des Trägersignals
einen Oszillator 17 benutzen, kann ein solcher Takt in einfacher Weise durch Verwendung eines
Frequenzteilers 21 in Kombination mit einem Taktgenerator 22 abgeleitet werden, so daß sich ein Takt
geeigneter Frequenz ergibt. Der Taktgenerator kann eine bekannte Impulsformschaltung sein, die für die
spezielle verwendete Codegeneratorschaltung geeignet ist.
In dem Sender 11 sind in Gestalt der Kombination des
Oszillators 17 und eines Frequenzvervielfachers 18 veranschaulichte Mittel zur Erzeugung eines Trägersignals
vorbestimmter Frequenz vorgesehen. Außerdem enthält der Sender 11 in Gestalt eines Modulators 19
veranschaulichte, auf das am Ausgang des Vervielfachers 18 auftretende Trägersignal und auf das binär
verschlüsselte Modulationssignal, welches von der Codegeneratorschaltung 16 geliefert wird, ansprechende
Mittel zur Erzeugung eines modulierten Breitbandsignals zur Übermittlung mittels eines Senders, welcher
einen Hochfrequenzverstärker 20 mit zugehöriger Antenne und andere bekannte Senderschaltelemente
enthält
Das von dem Modulator 19 in jedem Sender 11 erzeugte spezielle modulierte Signal und damit auch das
von dem Sender 11 übermittelte entsprechende Signal enthalten unterschiedliche, kennzeichnende, vorbestimmte,
phasenmodulierte Komponenten, welche beim Empfang durch die Empfangsstation 15 zur Identifizierung
der einzelnen Sender 11 decodierbar sind. Da das von jedem Sender 11 übermittelte Signal eigenartig und
speziell kennzeichnend ist, ist es unabhängig von den von den anderen Sendern der Anlage empfangenen
Signalen decodierbar. Das übermittelte Signal beansprucht lediglich ein kurzes Zeitintervall verglichen mit
dem Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgende Aussendungen; es kann deshalb jeder Sender der Anlage
asynchron zu allen andern Sendern senden, ohne daß eine Verschlechterung der Funktion der Anlage eintritt
Die Übermittlung eines Breitbandsignals mit gespreiztem Spektrum, wie es in dieser Anlage verwendet
wird, hat im Gegensatz zu den bekannten Verfahren den Vorteil, daß die dem übermittelten Signal zugeordnete
Energie über ein breites Frequenzband und ein ausgedehntes Zeitintervall verteilt ist, so daß ein
Sendesignal mit verhältnismäßig geringer Impulsleistung möglich ist, das eine niedrige Energiediente pro
Bandbreitenperiode aufweist und das über einen verhältnismäßig weiten Bereich empfangen werden
kann. Um ein solches Signal zu übermitteln, ist die Codegeneratorschaltung derart ausgebildet, daß ein
Modulationssignal, etwa mit der Wellenform A nach F i g. 5 von ihr erzeugt wird, welches in dem Modulator
19 eine schnelle und scheinbar zufällige Phasenveränderung des zugeführten Trägersignals hervorruft, mit dem
Ergebnis, daß das dem von dem Modulator zur Übermittlung an die Empfangsstation 15 erzeugten
modulierten Signal zugeordnete Energiespektrum verteilt ist
Der bei der Ausführungsform nach F i g. 2 vorgesehene Modulator 19 kann ein Zwei-Phasenmodulator sein,
in welchem Falle die Phase des modulierten Signals in Abhängigkeit von der Vorder- und Rückflanke jedes
Impulses des von der Codegeneratorschaltung 16 gelieferten Modulationssignals bekanntlich um etwa
180° verschoben wird. Diese Art der Phasenmodulation ist beispielsweise anhand der Wellenform A und B der
F i g. 5 veranschaulicht
Bei einer speziellen Ausführungsform der Anlage sind alle Sender 11 entsprechend der Ausführungsform nach
Fig.2 ausgebildet, mit dem Unterschied jedoch, daß
jeder Sender 11 eine Codegeneratorschaltung 16 aufweist, die aufeinanderfolgend immer ein Modulationssignal
mit einer vorbestimmten, speziell kennzeichnenden Impulsfolge zur Identifikation des jeweiligen
Senders 11 erzeugt.
In F i g. 2A ist eine alternative Ausführungsform eines Senders 11 zur Verwendung in einer Umgebung
veranschaulicht in der eine Mehrwegübertragung keine Schwierigkeit bietet. Bei dieser Ausführungsform sind
ein Codegenerator 16a und ein Zweiphasenmodulator 19a vorgesehen, die an die Stelle der gleichbezeichneten
Elemente des Senders nach F i g. 11 treten können, welche dort in einem gestrichelten Kästchen enthalten
sind. Der Codegenerator nach Fig.2A weist drei Elemente 25a, 26a, 27a auf, von denen das Element 25a
ein erster Pseudorandom (Pseudozufalls-Generator) Codegenerator ist der eine bestimmte, binär verschlüsselte
Impulsgruppe erzeugt, welche von einer Verzögerungseinheit 26a um eine Zeitspanne, die länger als die
Dauer der Impulsgruppe ist, verzögert wird und die für den Sender 11 spezifisch ist Dadurch wird ein
verzögertes Abbild der ersten Impulsgruppe erzeugt; zusammen enthalten sie das Modulationssignal und
bilden das Eingangssignal des Zweiphasenmodulators 19a über ein ODER-Verknüpfungsglied 27a. Da die von
der Verzögerungseinheit 26a erzeugte Zeitverzögerung für jeden Sender unterschiedlich ist beginnt die
verzögerte oder zweite Impulsgruppe jedes Senders 11 um eine vorbestimmte, für den jeweiligen Sender 11
spezifische Zeitspanne nach dem Beginn der ersten Impulsgruppe. Die Identität oder die andere von jedem
der Sender 11 übermittelte Information wird von der Empfangsstation 15 auf der Grundlage dieses speziellen
Zeitabstandes ermittelt Zum Zwecke der Identifizierung kann deshalb jeder Sender des Systems den
gleichen Pseudorandomcodegenerator 25a, jedoch eine unterschiedliche Verzögerungseinheit 26a aufweisen,
durch die eine für den jeweiligen Sender spezifische und kennzeichnende Zeitverzögerung erzeugt wird. Bei
anderen Anwendungsfallen bzw. Einsatzgebieten eines solchen Systems kann der kennzeichnende Code zur
Wiedergabe einer anderen Information verwendet werden. So kann z. B. bei einem Flugüberwachungssystem
der Code die Höhe oder die Fluggeschwindigkeit gegenüber dem Erdboden angeben.
Eine alternativ verwendbare Anordnung mit einem Vier-Phasen-modulierten Signal ergibt sich bei Ersatz
der Codegeneratorschaltung 16 und des Modulators 19 der Ausführungsform nach Fig.2 durch die entsprechend
bezeichneten Einheiten 16b, 19b der F i g. 2B. Die
Phase eines Vier-Phasen-modulierten Signals ändert sich in Abhängigkeit von der Vorder- und Rückflanke
der Impulse des Modulationssignals in Stufen von im wesentlichen 90°. Das Modulationssignal besteht in
diesem Falle aus zwei Pseudorandomcodes, die den Eingängen des Vier-Phasen-Modulators 19b zugeführt
werden.
Die Ausführungsform nach Fig.2B ist besonders zweckmäßig in einer eine Mehrfachübertragung ergebenden
Umgebung; sie weist einen zweifach Pseudorandomcodegenerator 166 mit Elementen 256, 266, 27b auf.
Der Codegenerator 25b erzeugt eine erste vorbestimmte Folge binärer Impulse; sein Ausgang ist an einen der
Eingänge des Vier-Phasen-Modulators 196 angeschlossen. Mit dem Eingang eines zweiten Pseudorandomcodegenerators
276, der eine zweite vorbestimmte Folge von Binärimpulsen erzeugt, ist eine Verzögerungseinheit
266 verbunden, während der Ausgang des Codegenerators 276 an den zweiten Modulationseingang
des Modulators 196 angeschlossen ist Die beiden an den zwei Modulationseingängen des Modulators 196
zugeführten Pseudorandom-binären-lmpulsgruppen ergeben zusammen das Modulationssignal. Die Pseudorandomcodegeneratoren
266, 276 und die Verzögerungseinheit 266 arbeiten synchron; sie werden praktisch gleichzeitig wirksam gemacht Demgemäß
wird das aus den beiden binären Impulsgruppen bestehende Modulationssignal dem Vier-Phasen-Modulator
196 über seine beiden getrennten Modulationseingänge zugeführt. Die Pseudorandomcodegeneratoren
256,276 können beide die gleiche oder unterschiedliche binär verschlüsselte Impulsgruppen erzeugen. Bei der
dargestellten Ausführungsform werden zwei verschiedene Impulsgruppen erzeugt, um damit: die Identifikation
des Senders 11 durch die Empfangsstation 15 zu erleichtern und den Einfluß einer Mehrwegübertragung
auszuschalten. Wie bereits anhand des vorhergehenden Ausführungsbeispieles beschrieben, beginnt die zweite
Impulsgruppe eine vorbcsissnmtc Zeitspanne nach dem
Beginn der ersten Impulsgruppe, wobei die Größe dieser Zeitspanne durch die von der Verzögerungseinheit
266 erzeugte Zeitverzögerung gegeben ist Jeder einzelne Sender 11 weist eine verschiedene, vorbestimmte
Verzögerungseinheit 266 auf, die eine für den jeweiligen Sender 11 spezifische Verzögerung hervorruft
Abhängig von der Größe der von der Verzögerungseinheit 266 erzeugten Zeitverzögerung kann die
zweite Impulsgruppe die erste impulsgruppe überlappen, so daß dem Modulator 196 über seine beiden
Modulationseingänge gleichzeitig Impulse zugeführt werden. Die Phase des modulierten Signals, das sich aus
den zugeführten Impulsfolgen ergibt, ändert sich dann in Stufen von 90°, wie dies bei Vier-Phasen-Modulatoren
bekannt ist
Um an dem Sender 11 zuzuführender Primärenergie zu sparen, und eine maximale Übertragungskapazität
des Systems zu erlangen, werden lediglich dann Signale ausgestrahlt, wenn die Codegeneratorschaltung 16 dem
Modulator 19 ein Modulationssignal zuführt Dies könnte durch Verwendung eines Ringmodulators mit
Gegentaktmischstufe anstelle der Modulatoren 19,19a,
196 geschehen. Alternativ oder zusätzlich kann, wie in
Fig.2 veranschaulicht eine Torschaltung verwendet
werden. Es wird deshalb ein gesteuerter Auftastgenerator
24 verwendet, der wiederholt ein Steuersignal geeigneter Dauer abgibt und der an den zweiten
Eingang des UND-VerknüpfungsgBedes 23 sowie an den Sperreingang des Hochfrequenzverstärkers 20
angeschlossen ist. Der Hochfrequenzverstärker 20 ist deshalb lediglich dann betriebsfähig, wenn die Codegeneratorschaltung
16 ebenfalls in Betrieb gesetzt ist und das verschlüsselte Modulationssignal abgibt.
Die Empfangsstation nach F i g. 3
Die in F i g. 1 dargestellte Empfangsstation weist eine Anzahl Empfangsmittel in Gestalt von Antennen 12,13,
14 mit jeweils eigenem Standort für die von jedem der
ίο Sender 11 kommenden Signale auf. Die übrigen Teile
der Empfangsstation 15 sind in der Zentrale 30 untergebracht, welche die Schaltungsteile zur Identifikation
und zur Standortsbestimmung enthält. In F i g. 3 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer
solchen erfindungsgemäßen Anlage zur Identifikation und Standortsbestimmung dargestellt.
Da zwei oder mehrere der Antennen 12, 13, 14 mit den zugehörigen Empfängern 35,36,37 im Abstand von
der Zentrale 30 angeordnet sein können, werden die von diesen Antennen empfangenen Signale der Zentrale 30
über geeignete Kopplungseinheiten, wie Kabel, Richtfunkbrücken od. dgl., eingegeben.
Bei der in F i g. 3 veranschaulichten Ausführungsform weist die Zentrale 30 Signalkompressionsmittel 31 auf,
die aus den von den Antennen empfangenen Signalen codierte Signale ableiten, welche für die decodierbaren
Komponenten der empfangenen Breitbandsignale kennzeichnend sind. Außerdem sind in der Zentrale 30
in Gestalt einer Erkennungsschaltung 32 veranschaulichte Erkennungsmittel vorgesehen, die aus den
codierten Signalen zur Identifikation der einzelnen, den jeweiligen codierten Signalen entsprechenden Sendern
geeignete Ortungssignale ableiten. Daneben enthält die Zentrale 30 Zeitgebermittel, die in Gestalt einer
Zeitgeberschaltung 33 dargestellt sind und die in Abhängigkeit von den codierten Signalen Zeitgebersignale
erzeugen, welche für den Zeitunterschied des Empfangs von jedem der Sender bei Paaren der
feststehenden Antennen 12, 13, 14 kennzeichnend sind.
Schließlich sind in der Zentrale 30 Informationsverarbeitungsmittel
angeordnet, die durch eine Datenverarbeitungseinheit 34 veranschaulicht sind und die in
Abhängigkeit von den Zeitgebersignalen und den Identifikationssignalen den Standort und die Identität
der einzelnen Sender 11 ermitteln. Die Datenverarbeitungseinheit
34 kann auch derart ausgebildet sein, daß sie die Funktionen der Erkennungsschaltung 32 und der
Zeitgeberschaltung 33 mit übernehmen, wenn die Anzahl der Bauelemente der Anlage verringert werden
soll.
Die Antennen 12, 13, 14 sind an geeigneten Orten innerhalb des Empfangsbereiches aufgestellt; jede
verfügt über eine Azimuthal-Rundstrahlantenne zum Empfang der von den Sendern 11 kommenden Signale.
Bei einer solchen Antennenanordnung ist eine erste Antenne an einem erhöhten Standort zentral innerhalb
des interessierenden Gebietes angeordnet, während die anderen Antennen in erhöhten Standorten an der
Berandung des interessierenden Gebietes aufgestellt sind. Die Wahl der speziellen Lage der Antennen
geschieht unter Berücksichtigung der auftretenden Einflußgrößen, wie der Sendeleistung, den physikalischen
Eigenschaften und der Flächenerstreckung des interessierenden Gebietes (d. h. städtisch oder ländlich),
der Topologie, der Antennencharakteristik und der Eigenschaften der Empfänger. Es können jedoch
abhängig von den speziellen Antennenstandorten und den erstrebten Betriebsbedingungen auch andere Arten
von Antennen Verwendung finden. Falls z. B. die Antennen physikalisch am Rand der geografischen
Begrenzung der Anlage aufgestellt sind, kann es zweckmäßig sein, breitstrahlende Richtantennen zu
verwenden.
Wie bereits erwähnt, sind zwischen den Antennen und der Zentrale 30 Kopplungseinheiten vorgesehen. Diese
Kopplungseinheiten ergeben eine bekannte Zeitverzögerung, welche durch die Datenverarbeitungseinheit 34
kompensiert werden kann. Eine solche Kompensation ι ο kann deshalb notwendig sein, weil sonst die in der
Zentrale 30 vorgenommenen Messungen die Zeitverzögerung der Kopplungseinheiten enthalten, was ausgeschlossen
sein muß, wenn genaue Angaben der Zeitdifferenz des Signalempfangs bei zwei Antennen
erhalten werden sollen, so daß sich auch eine genaue Standortsangabe des jeweiligen Senders in noch zu
beschreibender Weise ergibt. Zur Erleichterung der Datenverarbeitung können zusätzlich feste Verzögerungseinheiten
in zwei der Kopplungskanäle oder Verbindungsglieder eingefügt werden, so daß die über
einen speziellen Kanal, beispielsweise den der Antenne 12 zugeordneten Kanal, kommenden Signale an der
Zentrale 30 immer zuerst empfangen werden. In dem Blockschaltbild nach F i g. 3 sind die Empfänger 35, 36,
37, welche übliche Anordnungen von Oszillatoren, Mischstufen und Niederfrequenzverstärkern enthalten,
unmittelbar an die Signalkompressionsstufe 31 angekoppelt.
Die Signalkompressionsmittel 31 dieser Stufe verfü- jo
gen über Sätze signalangepaßter Filter 38, 39, 40 (matched filter). Ein solcher Filtersatz kann aus einem
oder mehreren Filtern bestehen, von denen jeder auf ein bestimmtes phasencodiertes Signal abgestimmt ist.
Wenn das übermittelte Signal eine einzige codierte π Impulsgruppe oder eine codierte Impulsgruppe und ein
verzögertes Abbild davon, wie anhand von F i g. 2a beschrieben, enthält, so können bei der Ausführungsform nach Fig.3 drei getrennte Filter 38, 39, 40
verwendet werden. Die Filter 38, 39, 40 können 4« natürlich durch einen einzigen Mehrfachfiltersatz
ersetzt werden.
Die bei der Ausführungsform nach F i g. 3 von den Antennen empfangenen Signale waren ursprünglich
durch ein Modulationssignal erzeugt worden, das erste und zweite binär verschlüsselte Impulsgruppen aufweist
und bei dem die zweite Impulsgruppe um eine für den speziellen Sender typische Zeitspanne nach dem Beginn
der ersten Impulsgruppe beginnt Wenn die Impulsgruppen verschieden sind, muß zumindest einer der
Filtersätze (der Filtersatz 38 in der Figur) ein erstes Filter, das Filter A aufweisen, das auf die erste
Impulsgruppe abgestimmt ist und diese unter Erzeugung eines ersten Impulses decodiert Außerdem muß
ein zweites Filter B vorhanden sein, welcher die zweite Impulsgruppe decodiert und einen zweiten Impuls
liefert, der sowohl in der Erkennungsschaltung, wie auch
in der Zeitgeberschaltung verwendet wird, wie dies noch beschrieben werden wird.
Weitere Filtersätze 39, 40, die entsprechend dem eo Filtersatz 38 aufgebaut sein können, sprechen auf die
von dem zweiten Antennenempfänger 36 bzw. von dem dritten Antennenempfänger 37 kommenden Signale an.
Diese drei Filtersätze können gegebenenfalls identisch aufgebaut und deshalb als Mehrfachfiltersätze ausgebildet
sein, so daß tatsächlich lediglich ein solcher Filtersatz erforderlich ist Da lediglich ein Paar erster
und zweiter Impulse zu Identifikationszwecken erforderlich
ist, kann entweder das Filter A oder das Filter B bei den Filtersätzen 39, 40 weggelassen werden, in
welchem Falle lediglich eine Ausgangsleitung, beispielsweise die des Filters A, verwendet wird, wie dies in
F i g. 3 veranschaulicht ist.
Die Erkennungsschaltung 32, welche ein Zeitintervallmeßzähler
sein kann, erhält die von der Filtereinheit 38 abgegebenen codierten Signale. Im einzelnen setzt der
erste erzeugte Impuls (von dem Filter A)den Zähler 32 in Gang, während der zweite erzeugte Impuls (von dem
Filter B) den Zähler 32 stillsetzt. Die Zählerausgangsgröße,
eine Digitalzahl, die im weiteren als Kennungssignal bezeichnet wird, wird der Datenverarbeitungseinheit
34 eingespeist welche die Identität des Senders 11, von dem das Signal empfangen worden war, aufgrund
des Umsiandes feststellt, daß der zeitliche Abstand
zwischen den beiden Impulsen für den jeweiligen Sender typisch und kennzeichnend und für alle Sender
vorbestimmt und bekannt ist. Diese bekannten, spezifisch kennzeichnenden Zeitabstände sind in dem
Speicher der Datenverarbeitungseinheit 34 gespeichert, so daß sie mit der Ausgangsgröße des Zählers 32
verglichen werden können, um damit die Identität der einzelnen Sender 11 feststellen zu können.
Die Zeitgeberstufe 33 weist in der dargestellten Ausführungsform erste und zweite Zeitintervallmeßvorrichtungen,
wie die Zähler 41, 42, auf, die in Abhängigkeit von dem impulscodierten Signalen der
Filtersätze 38, 39, 40 Zeitgebersignale erzeugen. Der erste Zähler 41 ist mit seinem Starteingang an den
Ausgang des Filters A des abgestimmten Filtersatzes 38 angeschlossen, während der Stopeingang an den
Ausgang des abgestimmten Filtersatzes 39 angeschlossen ist; er erzeugt ein Zeitgebersignal (d. h. eine
Digitalzahl), welche die Zeitdifferenz zwischen der Ankunft des übermittelten Signals bei den Antennen des
aus den Antennen 12,13 bestehenden Antennenpaares angibt In entsprechender Weise ist der zweite Zähler 42
mit seinem Starteingang an den Ausgang des Filters A des Fihersatzs 38 angeschlossen, während der Stopeingang
mit dem Ausgang des dritten Filtersatzes 40 verbunden ist, so daß ein Zeitgebersignal erzeugt wird,
welches die Zeitdifferenz zwischen den von den Antennen 12, 14 empfangenen Signalen angibt. Ein
System, das lediglich zwei Differenzmessungen zur Ortsbestimmung verwendet kann bekanntlich eine
doppeldeutige Ortsangabe hervorrufen. In diesem Falle kann in der Zeitgeberstufe 33 ein dritter Zähler
vorgesehen werden, welcher ein Zeitgebersignal abgibt, welches für die Zeitdifferenz zwischen dem Eintreffen
der von einem dritten Antennenpaar empfangenen Signale kennzeichnend ist Die Aufgabe dieser dritten
Messung besteht darin, den Standort jedes Senders innerhalb des interessierenden Gebietes eindeutig
festzulegen. Da jede Zeitdifferenzmessung eine Kurve darstellt die grafisch aufgetragen werden kann, ergibt
der Schnittpunkt zweier solcher Kurven in den meisten Fällen eine ausreichende Angabe des jeweiligen
Senderstandortes. Um eine eindeutige Standortsbestimmung zu gewährleisten, kann eine dritte Kurve
verwendet werden.
Die Zähler 41, 42 können gegebenenfalls auch an einen Ausgang der Erkennungsschaltung 32 angeschlossen
sein, so daß sie im wesentlichen lediglich dann wirksam gemacht werden, wenn das Eintreffen eines
gültigen Kennungssignals festgestellt wird. Hierdurch wird die Wahrscheinlichkeit der Erzeugung von
Zeitgebersignalen herabgesetzt, die auf Störsignale
oder Fehlersignale zurückgehen, welche von den Antennen 12, 13, 14 wegen Rauschen, Nebenübertragungswegen,
anderen Sendungen auf dem gleichen Frequenzband, oder Sendungen von nicht der Anlage
zugehörigen Einheiten empfangen werden.
Die Ausgangsgrößen der Zähler 41, 42 werden wie das von der Erkennungsschaltung 32 erzeugte Kennungssignal
der Datenverarbeitungseinheit 34 zugeführt. Die Datenverarbeitungseinheit 34 vergleicht die
Identifikation Senders 11 mit in einer Liste gespeicherten, gültigen Senderidentifikationen und verarbeitet das
die Zeitdifferenz zwischen der Ankunft jedes Sendersignals bei dem feststehenden Antennenpaar angebende
Zeitgebersignal, um daraus den Standort der einzelnen Sender 11 zu bestimmen.
Die von jedem Sender 11 empfangenen Signale können bezüglich der von allen anderen Sendern der
Anlage empfangenen Signale asynchron sein, weil jedes von einem Empfänger der gleichen Anlage empfangene
Signal spezifische, vorbestimmte decodierbare Komponenten eines Signals mit breitem Spektrum aufweist, die
dem jeweiligen Sender zugeordnet sind, so daß die von den einzelnen Sendern der Anlage kommenden Signale
von der Empfangsstation 15 getrennt identifiziert und zur Ortsbestimmung verwendet werden können.
In Fig.4 ist eine zweckmäßige Ausführungsform
eines signalangepaßtes Filter veranschaulicht, welches in den Filtersätzen 38, 39, 40 verwendet werden kann,
und eine Verzögerungsleitung 41 mit Anzapfungen, einen Inverter 42 eine Summierschaltung 43 und einen
Demodulator 44 aufweist.
Die spezielle Anordnung der Anzapfverbindungen spricht auf ein spezielles vorbestimmtes, binär codiertes
Signal mit breitem Spektrum an, wobei dessen Komponenten in einen oder mehrere Impulse am
Ausgang des Demodulators 44 decodiert werden. In entsprechender Weise können auch andere Anordnungen
von Anzapfverbindungen bei der gleichen Verzögerungsleitung 41 vorgesehen werden, so daß sich ein Satz
von Filtern ergibt, bei dem jeder Filter an ein anderes binär codiertes Signal angepaßt ist.
Für die Konstruktion einer erfindungsgemäßen Anlage, nützliche Parameter sind in der untenstehenden
Liste zusammengefaßt. Diese Parameter sind selbstverständlich lediglich beispielsweise angeführt, so daß
Abänderungen im Rahmen der Erfindung ohne weiteres möglich sind.
Beispiel für die Parameter einer | Anlage: |
I. Sender | |
a) Zahl der Sender | etwa 100 |
b) Trägerfrequenz | 168 MHz |
c) Signalabstand des Steuer | etwa l/min |
generators | |
d) Synchronisationsimpuls | 6 MBits/sek |
frequenz | |
e) Anzahl der Bits einer | 1023 |
Impulsgruppe | |
0 Bandbreite des über | 12MHz |
mittelten Signals | |
g) Spitzenausgangsleistung | 1 bis 5 Watt |
h) Dutyfaktor | 10 s |
II. Empfänger | |
a) Antennencharakteristik | omniazimut |
b) Antennengewinn | 6db |
c) Empfangsfrequenz | 168 ±6 MH |
d) Empfängerrauschen | 4db |
Im Vorstehenden wurden eine Reihe von praktischen Ausführungsbeispiels des Gegenstandes der Erfindung
beschrieben. Hierdurch ist jedoch keine Beschränkung der Erfindung gegeben, die alle im Rahmen des
Erfindungsgedankens liegende Ausführungsformen und Anwendungen umfaßt.
Hierzu 5 Blatt Zeichnuimen
Claims (7)
1. System zur Ortung und Identifizierung einer Anzahl erdgebundener, ortsveränderlicher Sender
nach dem Laufzeitdifferenzverfahren, von denen jeder intermittierend und asynchron hinsichtlich der
übrigen Sender auf einen HF-Träger aufmodulierte, für ihn kennzeichnende Impulsfolgen aussendet, die
von einer wenigstens drei an verschiedenen Orten befindliche Empfangsantennen enthaltende Empfangseinrichtung
empfangen und zur Erzeugung von jeweiligen Kennungssignalen sowie von Ortskoordinaten
verarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Sendern (11) gesendeten Signale Breitbandsignale sind und in der
Empfangseinrichtung (30) Kompressionsmittel (31) vorgesehen sind, die beim Empfang eine Signalauswertung
nach der für sich bekannten Signalkompressionstechnik gestatten.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus den decodierbaren Komponenten der
empfangenen Signale der einzelnen von den verschiedenen Sendern kommenden Signale kennzeichnende
codierte Signale in den Signalkompressionsmitteln (31) abgeleitet werden, welchen eine
Zeitgebersignalstufe (30) nachgeschaltet ist, die aus der gemessenen Zeitdifferenz zwischen dem Empfang
eines Sendersignals an zwei der Antennen (12, 13) ein für diese Zeitdifferenz kennzeichnendes
Zeitdifferenzsignal erzeugt, das zusammen mit den codierten Signalen in einer nachgeordneten Datenverarbeitungsstufe
(34) zur Ermittlung des Standortes des jeweiligen Senders ill) und Bestimmung der
übermittelten codierten Information verarbeitet wird.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das den Träger modulierende Modulationssignal jedes Senders (11) eine erste und zweite
Impulsgruppe aufweist, deren zeitlicher Abstand einen für den jeweiligen Sender (11) spezifischen, die
Identifizierung des Senders (11) gestattenden Code bildet und daß durch eine beim Empfänger (15)
vorgesehene Erkennungsstufe (32) aus dem Abstand zwischen der ersten und zweiten Impulsgruppe der
codierten Signale zur Identifizierung der den codierten Signalen jeweils zugeordneten Sender
verwendbaren Kennungssignale abgeleitet werden.
4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sender (11) eine Modulationssignalgeneratorstufe
(16, 16a, i6b) aufweist, die in einem vorbestimmten Intervall die erste und die zweite
Impulsgruppe erzeugt und die eine das Modulationssignal weiter verarbeitende Stufe (17, 18, 19) sowie
einen auf das Trägersignal und die Vorder- und Rückflanke der Impulse der ersten und der zweiten
Impulsgruppe ansprechenden Phasenmodulator (19) enthält, der das von den Impulsflanken abhängig
phasenmodulierte B^eitbandsignal erzeugt und daß das Kompressionsmittel (31) der Empfangseinrichtung
(30) ein jeder Antenne (12, 13, 14) jeweils zugeordnetes signalangepaßtes Filter (matched
filter) (38, 39, 40) enthält, das jeweils für die decodierbaren Komponenten der von den einzelnen
Sendern empfangenen phasenmodulierten Breitbandsignale kennzeichnende codierte Signale ableitet,
von denen zumindest ein Signal ein Paar erste und zweite Impulse aufweist, deren zeitlicher
Abstand dem zeitlichen Abstand zwischen der übermittelten ersten und zweiten Impulsgruppe
entspricht
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenmodulator ein Zwei-Phasenmodulator
(19a^ ist, der ein phasenmoduliertes Signal
erzeugt, dessen Phase in Abhängigkeit von jeder der Impulsflanken um im wesentlichen 180° gedreht ist
6. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenmodulator ein Vier-Phasenmodulator
{19b) ist, der ein phasenmoduliertes Signal erzeugt, dessen Phase in Abhängigkeit von den
einzelnen Impulsflanken in Schritten von im wesentlichen 90° gedreht ist
7. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die ersten und zweiten Impulsgruppen
jeweils vorbestimmte Binärinformationen enthalten.
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Legal Events
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OD | Request for examination | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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