DE2137846C3 - Modulationsphasenvergleichs-HyperbeNerfahren und -Einrichtung zur Ortung flächengebundener Fahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Standortbestimmung flächengebundener Fahrzeuge, insbesondere in einem Stadtgebiet, bei dem das zu ortende Fahrzeug auf einen hochfrequenten Träger modulierte niederfrequente Meßsignale aussendet, welche von mehreren getrennt angeordneten Empfangsstationen empfangen, dort demoduliert und über Nicdcrfrequenzleitungen an eine Zentralstation weitergeleitet werden, wo durch direkten Phasenvergleich ihre Laufzeitdifferenzen ermittelt und in einem Hyperbel-Or tungsverfahrcn ausgewertet werden, wobei die Meßsignale in mehr Empfangsstationen empfangen werden, als dies zur Gewinnung eines Hypcrbelschniltpunktcs notwendig wäre. Die Erfindung umfaßt ferner eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei öffentlichen Verkehrssystemen ist es für einen rationellen und effektiven Einsatz der Fahrzeugflotte notwendig, den Standort jedes einzelnen im Einsatz befindlichen Fahrzeugs zu jeder Zeit möglichst genau

festzustellen. Besonders wichtig ^;st dabei die ständige Ortung von Polizei- und Notdienstfahr/.eugen; um schnell und wirksam Hilfe leisten zu können, muß die Zentrale jederzeit erkennen können, welches Fahrzeug zum Einsatzort die kürzeste Entfernung aufweist bzw. S welchem Fahrzeug diesen Einsalzort am schnellsten erreichen kann. Zu diesem Zweck sind derartige Fahrzeuge, daneben großenteils auch die öffentlichen Verkehrsmittel, üblicherweise mit Funksprechgeräten ausgerüstet, mit deren Hilfe sich die einzelnen Fahrer jederzeit an die Zentrale wenden und ihren Standort melden können. Eine derartige Standortbestimmung über Sprechfunk ist aber nicht nur sehr zeitraubend, sondern sie erfordert zudem auch einen hohen Pcrsonalaufwand in der Zentrale und in den Fahrzeugen. Bei einer grö-Ueren Fahr/.cug/ahl ist eine ständige Überwachung aller Fahrzeuge auf diese Art überhaupt nicht möglich.

hin anderes System zur Standortbestimmung von Fahrzeugen, das beispielsweise in den US-Patentschriften 25 97 517 und 27 90071 beschrieben ist. arbeitet mit einer großen Anzahl von Signaleinrichiungcn. die entlang der von den Fahrzeugen benutzten Wege fest installiert sind. Beim Passieren eines Fahrzeuges werden dann die Kenndaten des identifizierten Fahrzeuges zusammen mit den Ortskenndaten der fest installierten Signaleinrichtung«! über feste Leitungen oder drahtlos an die Zentrale gegeben. Der Weg eines Fahrzeugs läßt sich hierbei um so genauer verfolgen, je mehr dieser Signaleinrichtungen installiert sind. Da das Fahrzeug aber jeweils dicht an der Signaleinrichtung vorbcikommen muß. ist dieses System praktisch nur sinnvoll für Verkehrsmittel mit genau vorgeschriebenen Routen, also für Linienbusse und Schienenfahrzeuge; es wird deshalb hauptsächlich auch für hisenbahnsystenie verwendet.

Weiterhin ist für die Fahrzeugortung bereits ein Radarverfahren bekannt (US-PS 34 74 460, bei dem sich eine im Zentrum des zu überwachenden Gebietes befindliche Richtantenne langsam um eine vertikale Achse dreht. Dabei sendet sie ein moduliertes Sendesignal aus, das von den Fahrzeugantenne^ die sich jeweils im Rich'tStrahl befinden, empfangen wird und die Abgabe eines Sekundärsignals im Fahrzeug mit der Fahrzeugkennung veranlaßt. Dieses Sckundärsignal wird in der Zentrale empfangen, wo aus der Kennung, der Winkelstellung der Antenne und der Signallaufzeit der jeweilige Fahrzeugstandort ermittelt wird. Ein Nachteil dieses Systems ist die Notwendigkeit, als Trägerfrequenz relativ kurze Wellen zu benutzen, um die Abmessungen der Richtantenne klein zu halten. Diese kurzen Wellen werden aber von Gebäuden u. dgl. abgeschattet, so daß eine sichere Erfassung der Fahrzeuge besonders im Stadtgebiet nicht gewährleistet ist.

Die hohe Fehlerwahrscheinlichkeit, die bei dem vorgenannten System infolge der vielfältigen Reflexionen auftritt, wird bei einem Verfahren gemäß der DT-OS 20 32 211 durch die Verwendung mehrerer Empfangsstationen zumindestens teilweise kompensiert. Aus mehreren unabhängigen Entfernungsmessungen wird der Schwerpunkt der Fläche der Fehlcrwahrscheinliehk.cit gewonnen und als Grenzfall die tatsächliche Fahrzeugposition angenähert. Bei diesem System wird von einem Sender ein elektrisches Bezugssignal abgegeben, welches das zu ortende Fahrzeug ohne oder mit bekannler Verzögerung beantwortet. Dieses Antwortsignal wird von mindestens drei Empfängern aufgenommen und mit dem ebenfalls empfangenen ßc/.ugssignal verglichen. Aus der Zeitdifferenz der beiden Signal« wird auf den Standort des Fahrzeugs geschlossen. E: werden also bei dieser bekannten Einrichtung die Lauf zeiten Sender-Fahrzeug-Empfänger und Sender-Empfänger miteinander verglichen, und Vergleich findet be den einzelnen Empfängern statt. Dies bedeutet aber daß zwischen den Empfängern und der Zentrale jeweili hochwertige Datenkanäle erforderlich sind. Ein weite rcr Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß dic| Weitergabe des Signals im Fahrzeug und die Bcstim mung der Laufzeit an den Empfängerstationen mi höchster absoluter Genauigkeit und Konstanz vorgc nommen werden muß. Zu diesem Zweck muß deshalb| jedes einzelne Fahrzeug mit einem teueren Spezial empfänger mit kleiner Phasenverzerrung für die Meß frequenz ausgerüstet werden.

In der deutschen Auslegcschrift 12 54 206 ist außer dem bereits ein Hyperbel-Ortungsverfahrcn beschrie bcn, bei welchem die Laufzeitdifferenzen eines Meßsignals auf dem Wege zu verschiedenen Empfangsstationen zur Ortung eines Fahrzeugs ausgenutzt werden wobei zur Eichung des Systems, also zur Eliminierung von Fehlern in den Laufzeitdifferenzmessungen, ein ortsfester Vergleichssender abgefragt und aus den hier bei gewonnenen Meßwerten Korrekturwerte gewonnen werden. Dieses Verfahren, das vornehmlich zur Or Hing von Flugzeugen gedacht ist, könnte zur Ortung von Fahrzeugen in einem Stadtgebiet nur schwer angewendet werden. Abgesehen von den erheblichen Ko sten dieses Verfahrens wird dabei auch ein Impulstast verfahren benutzt, das zur Meßsignalübertragung ein breites Frequenzband benötigt: derartige Frequenzbänder stehen jedoch im allgemeinen den örtlichen Be hörden nicht zur Verfugung. Außerdem benötigt diese¹ Impulstastverfahren teuere Sendegeräte in den Fahrzeugen und teuere, hochgenaue Uhren in den F.mp fangsstationen, schließlich auch noch hochwertige Datcnleitungen zwischen den Empfangsstationen und der Zentralstation. Der größte Nachteil dieses bekannten reinen Hyperbel-Ortungsverfahrens besteht jedoch darin, daß durch die vielfältigen Reflexionen des Meßsignals in gebautem Gebiet das Meßergebnis zwangläu fig stark verfälscht wird.

Auch in der deutschen Patentschrift 9 20 376 ist bereits ein Hyperbel-Ortungsverfahren der eingangs er wähnten Art beschrieben.

Dort wird auch bereits die Möglichkeit erwähnt, zur Erhöhung der Ortungsgenauigkeit eine größere Anzahl von Meßstellen zu verwenden. Auch die Möglichkeit der Verwendung niederfrequenter Meßsignale wird dort bereits genannt. Allerdings treten dort bei der Weiterleitung der Meßsignale von den Emplängern /ur Zentralstation sowohl auf den Leitungen als auch in den Geräten zusätzliche Laufzeiten auf, welche zudem stark schwanken und somit nicht in Form fester Korrckturwerte berechnet und berücksichtigt werden können. Darüber hinaus wird auch bei diesem Verfahren jeweils nur ein Mcßsignal ausgewertet, so daß die erwähnten Reflexionen des Meßsignals nach wie vor einen starken, verfälschenden Einfluß auf das Meßergebnis ausüben.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Hyperbel-Ortungsverfahren der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, daß es; auch für die Ortung von Fahrzeugen in einem Stadtgebiet praktikabel wird und die Nachteile des zuletzt erwähnten bekannten Systems vermeidet. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zur Eliminicrung der zwischen den Empfangsstationen und

der Zentralstation auftretenden Laufzeitfehler in ;iii sich bekannter Weise Korrekturwerle durch Abfragen eines ortsfesten Verglcichsscnders gewonnen werden, und daß für jede Sliindortbcstimnuing jeweils mehrere aufeinander folgende Meßsignale des beirel'feiulen Fahrzeugs über die einzelnen !Empfangsstationen empfangen und aus allen gemessenen Laufzeitdilfeienzeii durch Mittelwertbildung der wahrscheinliche l-'ahrzeugstandort festgelegt wird.

Heim crfindungsgcmäßen Verfahren werden also durch ständig wiederholbares Abfragen des ortsfesten Verglcichsscnders mit seinen genau bekannten Standortkoordinalen immer wieder neue Korrekturwerte gewonnen, mit denen die Lauf/eilen bzw. Laufzeitfehler, die sich aus der Weiterleitung der niederfrequenten Signale zur Zentrale ergeben, eliminiert werden können.

Weiterhin ist bei dem erfindungsgemaßen Verfahren auch eine zeitliche Mehrfachmessung vorgesehen, so daß die bei einem fahrenden Fahrzeug ständig wechselnden Reflexionen sich auf die Dauer gegenseitig aufheben und bei der Mittelwertbildung der Laufzeitdiffercn/cn nicht mehr in Hrschcinung treten.

Ilinc Verfeinerung des erfindungsgemaßen Verfahrens kann weiterhin dadurch erreicht werden, daß man gestört empfangene Signale, das sind Signale mit sehr häufiger Reflexion und deswegen sehr schwacher Amplitude, von vornherein bei der Auswertung nicht oder nur gering bewertet. Außerdem ist es zweckmäßig, sehr weit vom Mittelwert abliegende Meßwerte außer Betracht zu lassen.

Fine andere Möglichkeit zur Verbesserung der Meßgcnauigkcit besteht darin, von mehreren hintereinander empfangenen Meßsignalen durch Vergleich mit einer zentralen Zeitbasis die absolut kürzesten Laufzeiten zu ermiiteln und für das Hyperbel-Ortungsverfahrcn die jeweils kürzesten Laufzeiten stärker zu bewerten. Dabei geht man von der Annahme aus. daß diese kürzesten Laufzeiten immer mit den geringsten Umwegen durch Reflexionen behaftet sind.

Bei einer iaufend durchgeführten Fahrzeugortung nach dem erfindungsgemaßen Verfahren wird jedes Fahrzeug in bestimmten Zcilabständen aufgerufen und geortet. Aus einer solchen Folge von einzelnen .Standortbestimmungen läßt sich der Weg des betreffenden Fahrzeugs an Hand eines Straßenplanes gut verfolgen. Die Genauigkeit der Messung kann hierbei noch dadurch gesteigert werden, daß man jeden ermittelten Standort mit dem vorhergehenden Standort vergleicht und nur dann berücksichtigt, wenn die Entfernung der beiden Meßpunkte mit der erreichbaren Fahrzeuggeschwindigkeit unter Berücksichtigung der örtlichen Gegebenheiten, wie z. B. Straßenverlauf, Flüsse und Briikken u. dgl, in Einklang steht.

Wie bereits ausgeführt wurde, beruht die Genauigkeit der Ortung beim erfindungsgemäßen Verfahren im wesentlichen auf den Mehrfachmessungen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei einem bewegten Fahrzeug die Reflexion des Meßsignals ständig anders erfolgt, so daß sich die aufstrebenden Fehler gegenseitig kompensieren. Bei einem stehenden Fahrzeug dagegen tritt eine solche Kompensation nicht ein, da bei einer Mehrfachmessung immer der gleiche Fehler in der gleichen Richtung sich auswirkt. Es ist deshalb in einer Weiterbildung des erfindungsgemaßen Verfahrens vorgesehen, durch geeignete Mittel die Auswertung von Meßsignalen nur von bewegten Fahrzeugen vorzunehmen. Eine Kennzeichnung von stehenden und bewegten Fahrzeugen ergibt sich beispielsweise durch Vergleich von Sehwankungsgröße und Schwankungsfreciuenzen der während einer Messung ermittelten Werte. Fs ist aber auch möglich, daß eine spezielle Ausrüstung der Fahrzeuge das Stehenbleiben eines Fahrzeuges durch ein gesondertes, dem Meßton überlagertes Signal anzeigt. Die Fahrzeuge können aber auch so ausgerüstet sein, daß der jeweilige Sender nur bei Bewegung des Fahrzeuges zur Aussendung des Meßsignals veranlaßt werden kann.

ίο Die Abgabe des Meßsignals von den einzelnen Fahrzeugsendern wird zweckmäßigerweise jeweils durch ein Befehlssignal von der Zentralstation aus veranlaßt. Damit ist gewährleistet, daß in der Zentralstation die empfangenen Meßsignale jeweils einem bestimmten Fahrzeug zugeordnet werden. Die Uefehlssignale von der Zentrale aus können über einen Mehrfrequenzcode oder über ein Zeitmultiplexverfahren ausgesendet werden, so daß jeweils nur ein bestimmtes Fahrzeug zur Abgabe des Meßsignals veranlaßt wird. Es ist aber auch möglich, das Belehlssignal gleichzeitig an eine Gruppe von Fahzeugcn zu geben, wobei dann die Fahrzeuge dieser Gruppe durch zyklische Abfrage in einer festgelegten Reihenfolge das Meßsignal aussenden. Fine solche Gruppenabfrage beansprucht weniger Zeit als eine Einzelabfrage einer gleich großen Zahl von Fahrzeugen, da hierbei nicht für jedes Fahrzeug die Zeit für ein Befehlssignal und ein Antwortsignal aufgewendet werden muß. Vielmehr wird die Zeil für das Befehlssignal nur einmal gebraucht, und dann können sämtliche Antwortsignalc in der festgelegten Reihenfolge unmittelbar nacheinander abgegeben werden.

Daneben ist es natürlich möglich, daß jedes Fahrzeug zugleich mit dem Meßsignal auch ein Identifizicrungssignal aussendet. Auch zusätzliche Nachrichten, beispiclsweise Notrufe oder Meldungen über den Fahrzeug/usiand. können durch weitere Signale mit bzw. neben dem Meßton übermittelt werden.

Weiterhin ist es zweckmäßig, zur Vermeidung von Laufzeitverzerrungen durch Pegelschwankuiigen in den Empfangsstationen breitbandige Begrenzerverstärker zu verwenden. Um weiterhin Laufzeitschwankungen durch das Zwischenfrequenzfiltcr in den einzelnen Empfangsstationen zu vermeiden, ist eine Nachsteuerung des lokalen Oszillators vorgesehen, so daß auch bei Frequenzabweichungen des Senders eine konstante Zwischenfrequenz erzielt wird.

Zur Durchführung der oben erläuterten Mehrfachmessungen ist es zweckmäßig, daß zur Ernittlung und Auswertung der Meßwerte eine elektronische Rechenanlage in der Zentralstation vorgesehen ist. Damit ist es möglich, durch häufiges Abfragen und Auswertung vieler Meßsignale eine ständige Ortung mit hoher Genauigkeit zu erzielen. Zur Erzielung eines günstigen Stör-Nutz-Abstandes beim Empfang des Meßsignals ist es weiterhin günstig, die Empfangsstationen mit Richtantennen :ra versehen. In diesem Falle müssen die Empfangsstationen natürlich am äußeren Rand des zu überwachenden Gebietes aufgestellt werden, so daß sie mit Hilfe dieser Richtan tennen das gesamte Gebiet erfassen können.

Die Auswertung der bei dem erfindurgsgemäßen Verfahren gewonnenen Meßwerte erfolgt in zweckmäßiger Weise dadurch, daß die Ortsangabe des jeweiligen Fahrzeuges zusammen mit einigen Kenngrößen

des jeweiligen Fahrzeugzustandes auf einem Fernsehmonitor dargestellt wird, auf welchem zusätzlich ein Stadtplan od. dgl zu sehen ist. Besonders vorteilhaft ist dabei eine farbige Anzeige der einzelnen Fahrzeuge.

iß

An Stelle des Fcrnsehmoniiors ist es aber auch möglich, die einzelnen Fahrzeugstandorte mittels eines Projektors als Lichtpunkte auf einer Bildfläche, etwa einem Stadtplan, darzustellen.

Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend in einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 die grundsätzliche Anordnung der Empfangsstationen und der Zentralstation zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ortungsverfahrens,

F i g. 2 eine allgemeine Erläuterung des Hyperbelortungsverfahrens,

F i g. 3 ein Blockschaltbild der Einrichtungen in einem Fahrzeug, einer Empfangsstation und der Zentralstation.

F i g. 4 eine erläuternde Darstellung zum Prinzip c'er Laufzeitdifferenzmessung,

F i g. 5 ein Blockschaltbild der Zentralstation mit einigen zusätzlichen Einrichtungen zur Fehlerkompensation,

F ig. 6 eine erläuternde Darstellung zur Ermittlung von Korrekturwerten mittels eines Vcrgleichsscnders.

In der F i g. 1 ist in einfacher Weise die geografische Anordnung der einzelnen Einrichtungen für das erfindungsgemäße Ortungsverfahren dargestellt. Ein Fahrzeug FZ, das sich in dem überwachten Gebiet bewegt, wird von einer Zentrale Z zur Abgabe eines Meßsignals veranlaßt. Dieses Meßsignal wird ungerichtct ausgestrahlt und von drei ortsfesten Empfangsstationen EX. E2 und E3 empfangen. Jc nach dem Standort des Fahrzeuges benötigt das Meßsignal unterschiedliche Laufzeiten Ii, 12 und f3 zu den einzelnen Empfangsstationen und wird dort auch mit entsprechend unterschiedlicher Phasenverschiebung empfangen. Das niederfrequente Meßsignal, das vom Fahrzeug aus auf einer hochfrequenten Trägerfrequenz ausgestrahlt wurde, wird nun in den Empfangsstationen wieder demoduliert und über feste Kabel /1. /2 und /3 mit bekannten Laufzeiten an die Zentrale Z weitergeleitet. Dort werden mit Hilfe von Phasenvergleichseinrichtungen die Laufzeitdifferenzen zwischen 11. /2 und /3 ermittelt. Mit Hilfe dieser Differenzwerte lassen sich Hyperbeln zwischen jeweils zwei Empfangsstationen ermitteln, durch deren Schnittpunkt der Standort des Fahrzeuges festgelegt ist.

An Hand der F i g. 2 soll das Hyperbelorlungsverfahren noch einmal kurz erläutert werden. Betrachtet man die beiden Punkte Ei und E2. die in diesem Falle zwei Empfangsstationen bedeuten, so lassen sich zwischen diesen beiden Punkten beliebig viele Hyperbeln Λ11. Λ 12... Λ In konstruieren, die all« die beiden Punkte Ei und £2 als Brennpunkte haben. Jede dieser Hyperbeln bildet dabei den geometrischen Ort für jeweils alle Punkte, von denen aus die Differenz der Abstände zu den beiden Punkten £1 und £2 gleich ist Hat also das Meßsignal eines Fahrzeuges FZ zur Empfangsstation £1 die Laufzeit Π und zur Empfangsstation £2 die Laufzeit / Z so muß sich dieses Fahrzeug auf einer Hyperbel hx befinden, welche der Laufzeitdifferenz ί2 - ti entspricht

In gleicher Weise kann man zwischen den Empfangsstationen £ 1 und £3 Hyperbeln Λ 21, h 22... Λ 2π konstruieren, die den Entfernungsdifferenzen zu diesen beiden Empfangsstationen entsprechen. Aus einer bestimmten Laufzeitdifferenz ti - ti erhält man wiederum eine bestimmte Hyperbel hy. Der Schnittpunkt der beiden Hyperbeln hx und hy ist schließlich der gesuchte Standort des Fahrzeugs. Zwischen den Punkten £2 und £3 ließen sich natürlich ebenfalls in der gleichen Weise Hyperbeln bilden, doch bringt dies im vorliegenden Falle keine zusätzliche Information. Für die praktische Anwendung kann es allerdings je nach Art der Auswertung günstig sein, aus den drei möglichen Hyperbeln für eine bestimmte Messung jeweils diejenigen zwei auszuwählen, die sich möglichst senkrecht schneiden, um schleifende Schnittpunkte und damit eine ungenaue Ablesung zu vermeiden. Die Verwcndung einer vierten Empfangsstation bringt wiederum zusätzliche Schnittpunkte, aus denen man dann den Schwerpunkt als angenäherten Standort bestimmen kann.

Die Fig.3 bringt schließlich in einem Blockschallbild die wichtigsten Einrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ortungsverfahrens in ihrer jeweiligen Zuordnung zu einem Fahrzeug FZi, einer Empfangsstation £1 und zur Zentrale Z. Das Fahrzeug FZl ist mit wenigen und einfachen Geräten ausgerüstet; damit ist das Verfahren mit verhältnismäßig geringen Kosten auch für eine große Anzahl von Fahrzeugen verwendbar. Im Fahrzeug befindet sich ein Meßtonsender MS. der das Meßsignal abgibt. Dieses wird auf einen hochfrequenten Träger moduliert und über den Fahrzeugsender FS drahtlos abgegeben. Die Aufforderung zum Abgeben des Meßsignals erhält das Fahrzeug von der Zentrale über den Fahrzeugempfänger FE Ein Selektivrufempfänger 5/? spricht nur auf ein bestimmtes Befehlssignal an und schaltet kurzzeitig den Meßtonsender ein. Die gleiche Ausstattung wie Fahrzeug FZ i enthalten auch alle übrigen Fahrzeuge FZ 2 bis FZn.

In der Empfangsstation £1 wird das ankommende Meßsignal drahtlos empfangen und in einem Empfangsmischer EM auf eine einfacher verarbeitbare Zwischenfrequenz gebracht. Über ein Zwischenfrequenzfilter FZ gelangt das Signal dann in einen breitbandigen Begrenzerverstärker und wird dort auf eine bequem auswertbare Amplitude gebracht. In einem Frequenzdiskriminator FD wird das Meßsignal ausgewertet und über einen Niederfrequenzverstärker NV an die Zentralstation Z weitergegeben. Gleichzeitig wird die ankommende Frequenz gemessen und über eine automatische Frequenzkontrolle FK und einen Überlagerungs-

oszillator UEO konstant gehalten. Über ein Niederfrequenzkabel /1 mit bekannter Laufzeit wird das Meßsignal an die Zentrale geleitet; gleichzeitig wird dieses Meßsignal aber auch von den anderen Empfangsstationen £2 und £3, die die gleichen Einrichtungen aufweisen wie die Station El, mit unterschiedlichen Laufzei ten empfangen und an die Zentrale weitergegeben.

Die Zentralstation Z enthält zunächst Einrichtungen für den Aufruf der jeweils zu ortenden Fahrzeuge. Hierzu ist ein Codierer COD vorgesehen, der von einem Taktgeber TG gesteuert wird und das Selektivrufsignal über einen Modulator M an den Hochfrequenzsender ZS gibt Über diesen Sender wird das Befehlssignal zur Abgabe des Meßsignals jeweils an das zu ortende Fahrzeug drahtlos gesendet

Weiterhin sind in der Zentralstation die Einrichtungen zur Laufzeitmessung vorgesehen. Die Zeitmessung wird mit digitalen Zählern Zl, Z2 und Z3 durchgeführt, und zwar über mehrere Perioden, um kurzzeitige Übertragungsstörungen, Vielfachreflexionen beän fah renden Fahrzeug und Fehler durch ein verrauschtes Si gnal auszumitteln. Jeder Empfangsstation ist dabei ein Zähler zugeordnet Die Ermittlung der Laufzeiten bzw. der Laufzeitdifferenzen erfolgt durch einen Phasenver-

<5O9£28/164

gleich; für diese Phasenmessung wird der Nulldurchgang jeweils ausgewertet. Jedes von einer Empfangsstation Ei, E2 bzw. £"3 ankommende Meßsignal durchläuft einen Komparator K 1, K 2 bzw. K 3. deren Ausgänge exakt beim Nulldurchgang durchgeschaltct werden. Da sich der Nulldurchgang des Signals durch Verzerrungen verschieben kann, wird zweckmäßigerweise noch ein nicht dargestelltes Kilter vorgeschaltet. Durch einen Silartimpulsformer ST werden alle Zähler Zi, Zl und Zi zum gleichen Zeitpunkt gestartet und mit Zählimpulsen von einem Zciltaktgeber ZTG beaufschlagt. Da bei der Auswertung der Meßsignale ohnehin nur die Differenz der Zählerslände gebildet wird, genügt es, die Zähler bei jeder Periode zu irgendeinem, jedoch alle zu einem gleichen Zeitpunkt zu starten. Je früher die Zähler innerhalb der Perioden der Meßfrequenz gestartet werden, um so größer muß allerdings die Zählerkapiäzität sein. Deshalb startet man vernünftigerweise die Zähler zum spätestmöglichcn Zeitpunkt, also beim ersten Nulldurchgang eines Signals. Die einzelnen Zähler werden durch den ihnen zugeordneten Komparator wieder gestoppt, wenn das zugeordnete Signal durch Null geht. Das bedeutet, daß der Zähler des zuerst auslösenden Signals bei Null stehen bleibt. Die einzelnen Zählvorgänge werden weiterhin durch einen Meßvorgangszähler MZ registriert. Bei einem bestimmten Wert dieses Zählers wird die Messung abgeschlossen.

In der F i g. 4 ist noch einmal der zeitliche Ablauf dieser Phasendifferenzmcssung dargestelli. Die Signale c 1. el und e3, die von den Empfangsstationen El. El und Ei ankommen, gehen zu unterschiedlichen Zeitpunkten /al, ta2 und ta 3 durch den Nullpunkt. Zum Zeitpunkt ta 1 werden mit dem Startsignal st alle Zähler Zl, Zl und Z3 gestartet. Der Zähler Zl wird jedoch zugleich durch den Nulldurchgang des Meßsignals e 1 wieder gestoppt, so daß dieser Zähler eine Zeitdifferenz von »0« mißt. Der Zähler Zl wird mit dem Nulldurchgang des Meßsignals el zum Zeitpunkt ta 2 gestoppt und weist damit eine Zeitdifferenz von zl= ta! - ta X auf. Entsprechend wird der Zähler Z3 zum Zeitpunkt /3 gestoppt; seine Zeitdifferenz beträgt dann ζ 3 = ta3 — tai. Natürlich kann man den Zählvorgang zu jedem beliebigen Zeitpunkt starten; die Differenzeji der einzelnen Zählerstände werden dann durch die Subtrahierer S12, 513 und S23 (F i g. 3) gebildet und an ein Anzeigegerät AG weitergeleitet. Gleichzeitig erhält dieses Anzeigegerät vom Codierer CODdie Kennzeichnung des Fahrzeuges, beispielsweise Jie Fahrzeugnummer N. Auf dem Anzeigegerät beispielsweise einem Bildschirm, erscheint dann also das betreffende Fahrzeug mit seinem Standort und seiner Nummer.

Jn der F i g. 5 sind noch einmal die Einrichtungen der Zentralstation dargestellt wobei gegenüber der F i g. 3 zusätzliche Einrichtungen zur Fehlerkorrektur und zur Erhöhung der Meßgenauigkeit enthalten sind. Man erkennt daraus auch, daß verschiedene Einrichtungen zentral nur einmal vorhanden sind, während andere — je nach Anzahl der Empfangsstationen — je einmal pro Empfängerteii ETi, ET2 und ETi vorhanden sind. Diese mehrfach vorhandenen Einrichtungen sind nur ;inmal für das Empfängerteil ETi dargestellt Jedes Empfängerteil enthält nun an Stelle eines einzigen Zähers eine größere Anzahl solcher Zähler, beispielsweise ZU, ZU... ZlO, die durch den Meßvorgangszähler V/Z der Reihe nach angeschaltet werden, so daß jeder Wähler eine Einzelmessung vornimmt Dem Komparator K I bzw. K 2 oder K 3 ist jeweils ein Störungsmelder SM zugeordnet, durch den bei gestört empfangenen Signalen jeweils eine Annulierung der betreffenden Teilmcssung vorgenommen wird. Ansonsten erfolgt die Zählung wie bei F i g. 3 bereits beschrieben, wobei durch den zentralen Startimpulsformer STjeder Zählvorgang eingeleitet wird. Die Einzelzähler ZIl bis Z10 sind alle an eine gemeinsame Vcrgleichseinrichtung VE angeschlossen, durch welche die Zählcrergebnissc miteinander verglichen werden können. Sind sämtliche Ergebnisse zumindestens in ihren Hunderter- und Zenerstellen gleich, so wird daraus geschlossen, daß das Fahrzeug steht. Über einen Ausschalter A wird dann die weitere Auswertung dieses Meßvorgangs vcrhinden.

Aus den Einzelabmessungen der Zähler ZIl bis Z10 kann nunmehr wahlweise der Mittelwert gebildet oder der kürzeste Meßwert ausgewählt werden. Zu diesem Zweck ist ein Umschalter U vorgesehen, durch den wahlweise der Mittelwertbilder MW oder eine Auswahleinrichtung für den kürzesten Wert KW angeschaltet werden kann. Zur Ermittlung des kürzesten Meßwertes ist es aber notwendig, dem Zähler eine zentrale Zeitbasis zuzuordnen. Dies erfolgt über einen zentralen Meßtonsender ZB, der bei der ersten Einzelmessung mit einem ankommenden Meßsignal synchronisiert wird. Bei den folgenden Einzelniessungen wird dann das Startsignal nicht mehr durch ein ankommendes Meßsignal von einer Empfangsstation ausgelöst, sondern durch diesen zentralen Meßtonsender ZB, der je praktisch keine Laufzeiten aufweist und somit die Meßvorgänge in immer gleichen Abständen auslöst. Aus dem Vergleich der hieraus sich ergebenden Teilmessungen kann dann ohne weiteres die jeweils kürzcste Laufzeit des gesamten Meßvorgangs erkannt werden.

Der aus einem Meßvorgang gewonnene Wert, sei es durch Mittelwertbildung oder sei es durch Ermittlung des Wertes für die absolut kürzeste Laufzeit, wird schließlich auf einen Addierer ADDX gegeben und dort durch einen Korrekturwert aus einem Korrekturspeicher KOR zur Kompensierung von Laufzeitschwankungen in den Auswerte- und Übertragungseinrichtungen ergänzt. Der resultierende Wert aus diesem Addierer ADDX wird zusammen mit den Werten aus den Addierern ADD 2 und ADD3 der übrigen Empfängerteile an die Subtrahierer S12, 513 und 523 gegeben. Die hieraus ermittelten Koordinaten werden zu sammen mit der Fahrzeugnummer aus dem Codierer

COD für die Steuerung des Anzeigegerätes verwendet. Die Korrekturwerte des Korrekturspeichers KOR

werden aus einer Vergleichsmessung eines ortsfesten

Vergleichssenders gewonnen. Zu diesem Zweck wird

von Zeit zu Zeit durch den Codierer COD an Stelle eines Fahrzeuges der Vergleichssender MSZ aufgerufen und über einen Schalter SV1 zum Aussenden eines Meßsignals veranlaßt. Dieser Vergleichssender MSZ der vorzugsweise in der Zentralstation angeordnet ist entspricht in seinem Aufbau genau den Meßtonsendern MS der einzelnen Fahrzeuge. Gleichzeitig mit dem Aufruf des Vergleichssenders wird der Schalter SV2 betätigt so daß die Meßergebnisse nicht auf den Addierer ADD 1. sondern auf einen Subtrahierer SUB gelangen, in diesem Subtrahierer werden die ermittelten

Meßdaten des Vergleichssenders mit den tatsächlichen Koordinaten verglichen, die in einen Festwertspeicher VS eingespeicher» sind und nun an den Subtrahierer gegeben werden. Aus diesem Vergleich der tatsächli-

dien Koordinaten mit den gemessenen Werten wird ein Korrekturwert ermittelt, der in den Korrekliirspcicher KOR eingespeichert und bei den übrigen Messungen berücksichtigt wird.

An Hand der F i g. 6 soll noch kurz erläutert werden, wie ;ius der Ortung des Verglciclisscnders die Korrekturwertc für die Laufzeilverzerrungen gewonnen werden. Dieser Vcrgleichssender wird wie ein beweglicher Fahrzcugscndcr geortet; allerdings sind bei ihm die Abstände zu den Empfängern genau bekannt und damit auch die Laufzeiten des Signals zwischen Sender und Empfänger. In der Fig.b bezeichnet ;i die gesamte Laufzeit von einem Fahrzeug über die Empfangsstation /:" 1 zur Zentrale, b die gesamte Laufzeit vom gleichen Fahrzeug über die Empfangsstation 1-2 zur Zentrale. Entsprechend bedeutet c die gesamte Laufzeil vom Verglcichsscnder über die Empfangsstation E1 zur Zentrale und d die entsprechende Laufzeit vom Vergleichssendcr über die Empfangsstation E2 zur Zentralstation. Hierbei sind Ic 1 und ic 2 die Laufzeiten bei der Ortung vom Fahrzeug zur jeweiligen Empfangsstation, ic Γ und Ic 2' die entsprechenden Laufzeiten vom

Vergleichssender zu den Empfangsstationen. Die Laufzeitfehler im Empfänger und im Kabel sind dabei als if\ und //'2 bezeichnet; sie sind sowohl bei der Vergleichsmessung als auch bei der Fahrzeugortung gleich. ZIi bzw. Δι' sind die fchlcrbchaftelen Laufzeitdiflcrenzen. Es gilt also:

Δι = {lc2 + tf2) - (ic I + If \)
Durch Umformung ergibt sich:

ie 2 -/el= Δι -(ιΓ2 - til).

ic 2 - ic I ist die gesuchte Differenz der tatsächlichen Laufzeiten. Bei der Vergleichsmcssung wird tf2 — tf\ folgendermaßen ermittelt:

Δι' = (ie2' + i(2) - (re Γ + if\);
daraus wird

ί/'2 - ιΠ - At - ie2' + ie Γ = k. k ist der Korrekturwert, mit dem jede Messung korrigiert wird. Es ist also dann die Differenz der tatsächlichen Laufzeiten /e2 - Id = At - k. Auf diese Weise geht die Genauigkeit der Laufzeilmessung nicht mehr absolut in das Ergebnis ein, sondern nur die Genauigkeit in Relation zur Vergleichsmcssung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (19)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Standortbestimmung flächengebundener Fahrzeuge, insbesondere in einem Stadtgebiet, bei dem das zu ortende Fahrzeug auf einen hochfrequenten Träger modulierte niederfrequente Meßsignale aussendet, welche von mehreren getrennt angeordneten Empfangsstationen empfangen, dort demoduliert und über Niederfrequenzlei- ίο tungen an eine Zentralstation weitergeleitet werden, wo durch direkten Phasenvrrgleich ihre Laufzeitdifferenzevi ermittelt und in einem Hyperbel-Ortungsverfahren ausgewertet werden, wobei die Meßsignale in mehr Empfangsstationen empfangen werden, als dies /ur Gewinnung eines Hypcrbclschnittpunktes notwendig wäre, dadurch gekennzeichnet, daß zur Eliminierung der zwischen den Empfangsstationen (E I, £"2, /Γ3) und der Zentralstation (Z) auftretenden Laufzeitfehler (If) in jo an sich bekannter Weise durch Abfragen eines ortsfesten Vergleichssenders (MSZ) Korrekturwerte (k) gewonnen werden, und daß für jede Standortbestimmung jeweils mehrere aufeinanderfolgende Meßsignale des betreffenden Fahrzeugs (FZ) über die einzelnen Empfangsstationen empfangen und aus allen gemessenen Laufzeitdifferenzen (Δί)ά\\\χ\\ Mittelwertbildung der wahrscheinliche Fahrzeugstandort festgelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß gestört empfangene bzw. sehr schwache Signale bei der Mittelwertbildung nicht berücksichtigt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weit vom Mittelwert abliegende Meßergebnisse nicht berücksichtigt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, di;ß die aus dem Vergleich mit einer zentralen Zeitbasis ermittelten, absolut kürzesten Laufzeiten bei der Mittelwertbildung stärker gewertet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß jeder ermittelte Standort eines Fahrzeuges mit dem bei der vorhergehenden Messung ermittelten Standort verglichen und nur dann berücksichtig! wird, wenn die Entfernung der beiden Meßpunkte mit der erreichbaren Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges in Einklang steht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5. i\o dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung von Meßsignalen nur von bewegten Fahrzeugen vorgenommen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß durch Vergleich von Schwankungsgröße und Schwankungsfrequenzen der während einer Messung ermittelten Werte eine Unterscheidung zwischen stehenden und bewegten Fahrzeugen vorgenommen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß stehende Fahrzeuge durch ein gesondertes, dem Meßton überlagertes Signal angezeigt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der im Fahrzeug angeordnete Sender «5 (FS) nur bei Bewegung des Fahrzeuges zur Aussendung des Meßsignals veranlaßt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 9,

dadurch gekennzeichnet, daß jeder einzelne Fahr /eugscnder (FS) durch ein Befchlssignal von Jc Zentralstation (Z) aus zur Abgabe des Mcßsignal veranlaßt wird. ....

11 Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß das Befehlssignal über einen Mehrfre qucnzcode jeweils nur an ein bestimmtes Fahrzcuj (FZ) gegeben wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß das Befehlssignal über ein Zeitmulli plex-Verfahren jeweils nur an ein bestimmtes Fahr zeug (FZ) gegeben wird.

13 Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß das Befehlssignal gleichzeitig an eine Gruppe von Fahrzeugen gegeben wird, und daß die Fahrzeuge dieser Gruppe durch zyklische Abfrage in einer festgelegten Reihenfolge das Meßsignal aussenden.

K. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 i dadurch gekennzeichnet, daß jedes Fahrzeug mit dem Meßsignal gleichzeitig ein Identiti/ierungssignal aussendet.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14. dadurch gekennzeichnet, daß mit bzw. neben dem Meßton durch weitere Signale zusätzliche Nachrichten übermittelt werden.

16. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15. dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung und Auswertung der Meßwerte eine elektronische Reihenanlage vorgesehen ist.

17. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15. dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsstationen mit Richtantennen versehen sind.

18. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche I bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fernsehmonitor zur Darstellung der einzelnen Fahrzeugstandorte vorgesehen ist.

19. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Fahrzeugstandorte mittels eines Projektors als Lichtpunkte auf einer Bildfläche darstellbar sind.