FI94183B - Menetelmä ja laite paikan määrittämiseksi - Google Patents

Description

94183

MENETELMÄ JA LAITE PAIKAN MÄÄRITTÄMISEKSI

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa määritelty menetelmä paikan määrittämi-5 seksi.

Keksinnön kohteena on myös patenttivaatimuksen 9 johdanto-osan mukainen laite paikan määrittämiseksi.

Ennestään tunnetaan paikan, erityisesti etäisyyden mittausmenetelmiä ja -laitteita, joissa äänisig-10 naalin avulla mitataan kahden tai useamman pisteen välinen etäisyys. Eräässä mittausmenetelmässä lähetetään äänipulssi, odotetaan kohteesta heijastuvan pulssin paluuta ja kulkuviiveestä lasketaan kohteen etäisyys. Kun mitattujen kohteiden koordinaatit tunnetaan, 15 voidaan etäisyyksien perusteella laskea paikka kaksi-tai kolmiulotteisessa koordinaatistossa.

Ongelmana äänipulssin avulla suoritetuissa mittauksissa on, että etäisyystieto saadaan sitä hitaammin, mitä kauempana kohde on. Niistä ei siis saada 20 jatkuvaa etäisyystietoa.

Edelleen ongelmana on, että menetelmässä ei huomioida ympäristön äänikentässä tapahtuvia häiritseviä muutoksia.

Edelleen ongelmana on, että lähetystehojen 25 tulee olla suhteellisen suuria, jotta erityisesti pie-:· nistä kohteista saadaan mitattava kaiku.

Keksinnön tarkoituksena on tuoda julki uusi menetelmä paikan määrittämiseksi ja laite menetelmän toteuttamiseksi, jonka menetelmän ja laitteen avulla 30 mm. edellä esitetyt haitat voidaan eliminoida.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 1.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä paikan määrittämiseksi käytetään hyväksi äänisignaalia ja tämän 35 kulkuajan määrittämistä. Edelleen liikkuvan lähetysaseman paikka suhteessa kahteen tai useampaan kiinteään vastaanottoasemaan mitataan lähettämällä äänisig- 94183 2 naali ensimmäiseltä eli lähetysasemalta ja vastaanottamalla se kullakin toisella asemalla eli vastaanottoasemalla ja laskemalla äänisignaalin kulkuaikojen sekä etenemisnopeuksien ja kiinteiden asemien koordinaattien 5 perusteella liikkuvan aseman paikkakoordinaatit kiinteiden asemien suhteen. Keksinnön mukaisesti: - ensimmäisellä asemalla muodostetaan sellainen äänisig-naalijakso, joka on muodoltaan satunnaissignaali ja joka äänisignaali toteutetaan äänisignaalijaksoa tois- 10 tamalla aikavälin päässä toisistaan peräkkäin samanlaisena äänisignaalia lähetettäessä; - muodostetaan ajastussignaali asemien synkronoimisek-si, joka ajastussignaali on toistettavissa, ja se välitetään sähkömagneettisen kantoaallon avulla ensimmäi- 15 seltä asemalta edullisimmin samanaikaisesti yhdelle tai useammalle toiselle asemalle; muodostetaan lähetettyä äänisignaali olennaisesti vastaava signaali kullakin toisella asemalla; - ajastussignaalin perusteella toisella asemalla muo-20 dostettu signaali tahdistetaan vastaanotetun äänisignaalin kanssa ja viivästetään yhdellä tai useammalla arvioidulla etenemisviiveellä; - verrataan vastaanotettua äänisignaalia ja tahdistettua ja viivästettyä signaalia keskenään etenemisviiveen 25 selville saamiseksi; - etenemisviive ilmoitetaan kultakin toiselta asemalta ensimmäiselle asemalle sähkömagneettisen kantoaallon avulla; ja - lasketaan sinänsä tunnetulla tavalla etenemisviivei-30 den eli kulkuaikojen ja äänisignaalin etenemisnopeuksien perusteella ensimmäisen aseman paikka toisten asemien suhteen.

Menetelmässä käytetty äänisignaali muodostetaan siis joukosta suhteellisen lyhyitä äänisignaali-35 jaksoja, jotka ovat samanlaisia. Äänisignaalijakso on satunnaissignaali eli se on satunnaisesti vaihteleva signaali, kuten kohinasignaali.

3 94183 Äänisignaalin äänisignaalijaksoja lähetetään sopivin aikavälein siten, että peräkkäisten jaksojen etäisyys so. aikaväli x äänen etenemisnopeus on suuri etenemisviiveen muutoksiin verrattuna eli liikkuvan 5 aseman palkkamuutoksiin nähden. Näin ollen esim. äänisignaali jaksojen aikaväli on 3 sek (= 1 km etäisyys), kun traktorin so. liikkuvan aseman paikkaa määritetään pellolla ja traktorin palkkamuutokset eli nopeus suurimmillaan on välillä 1-10 m/s. Toisaalta ultraääni-10 taajuuksilla asemien väliset etäisyydet ovat yleensä pienempiä, äänisignaalijaksojen aikavälit pienempiä ja liikkuvan aseman paikka voidaan määrittää tarkemmin.

Menetelmän eräässä sovellutuksessa äänisignaa-lijakso muutetaan digitaaliseen muotoon ja tallennetaan 15 ensimmäisen aseman muistiin, josta se luetaan toistuvasti äänisignaalia lähetettäessä; ja äänisignaalijakso tallennetaan digitaalisessa muodossa toisen aseman muistiin, josta se luetaan viivästettynä ja todellinen etenemisviive ja sen myötä asemien välinen etäisyys 20 määritetään vastaanotetun äänisignaalin ja tallennetun viivästetyn äänisignaalin korrelaation perusteella.

Äänisignaalijakso muodostetaan tällöin edullisimmin erillään varsinaisesta paikan mittausjärjestelmästä ja tallennetaan esim. ROM-muistiin. Tästä muis-25 tista äänisignaalijakso on helppo lukea ennalta määrä-” tyin aikavälein toistuvasti samanlaisena. Lisäksi ase mien synkronointi ajastussignaalin avulla on helppo toteuttaa.

Menetelmän eräässä sovellutuksessa vallitsevaa 30 ympäristön äänikentän voimakkuutta, johon äänikenttään sisältyvät ympäristömelu ja lähetettävä äänisignaali, havainnoidaan ensimmäisen aseman ympäristössä, ja lähetettävän äänisignaalin voimakkuutta säädetään siten, että se voimakkuudeltaan vastaa vähintään vallitsevaa 35 melutasoa tai ylittää tietyn minimivoimakkuuden, mikäli ympäristön melutaso alittaa ennalta määrätyn voimakkuustason. Näin ollen lähetettävän äänisignaalin voi- 94183 4 makkuus säädetään ympäristön melutason mukaan optimaalisesti. Tämän lisäksi lähetettävän äänisignaalin teho säädetään ottaen huomioon lähetys- ja vastaanottoasemien välinen etäisyys ja erityisesti siten, että etäisyy-5 den kasvaessa lisätään lähetystehoa. Ympäristömeluun ja lähetettävän äänisignaalin erottamiseen voidaan käyttää monia menetelmiä, joista eräitä edullisia menetelmiä esitetään seuraavassa.

Menetelmän eräässä sovellutuksessa lähetettä-10 vän äänisignaalin voimakkuutta mitataan eri voimakkuus-tasoilla lähetysasemalla hiljaisessa ympäristössä ja siitä lasketaan ensimmäiset lyhyen aikavälin keskiarvot kullekin voimakkuustasolle; lähetettävän äänisignaalin voimakkuutta mitataan lähetysasemalla ulkoisen melun 15 vallitessa ja siitä lasketaan toinen lyhyen aikavälin keskiarvo; ja ensimmäisistä keskiarvoista ja toisesta mitatusta keskiarvosta lasketaan lähetetyn äänisignaalin ja ulkoisen melun suhde, jonka perusteella lähetetyn signaalin voimakkuutta säädetään.

20 Menetelmän eräässä sovellutuksessa lähetettä vän äänisignaalin voimakkuutta mitataan lähetysasemalla ulkoisen melun vallitessa; mitattu signaali kerrotaan äänisignaaliin verrannollisella signaalilla; saatu tulos keskiarvoistetaan lähetetyn äänisignaalin tehol-25 lisarvon laskemiseksi; mitattu signaali kerrotaan it-' sellään ja keskiarvoistetaan lähetetyn äänisignaalin ja ulkoisen melun tehollisarvojen summan selville saamiseksi; äänisignaalin tehollisarvon suhde ulkoisen melun tehollisarvoon lasketaan jakamalla äänisignaalin tehol-30 lisarvo lähetetyn äänisignaalin ja ulkoisen melun tehollisarvo jen summan ja äänisignaalin tehollisarvon erotuksella; ja mainitun suhteen avulla lähetetyn äänisignaalin voimakkuutta säädetään.

Menetelmän eräässä sovellutuksessa vastaanot-35 toasemalla vastaanotettu äänisignaali jakso ja aseman muistista luettu vastaava signaalijakso arvioidulla etenemisviiveellä viivästettynä kerrotaan keskenään, 5 94183 tätä tulosta integroidaan ja integrointituloksen perusteella tutkitaan muistista luetun signaalin ja vastaanotetun äänitaajuisen signaalin korreloitumista etene-misviiveen todellisen arvon selvillesaamiseksi, ja kun 5 etenemisviive on vahvistettu, lasketaan ensimmäisen aseman paikka toiseen asemaan nähden.

Edellä esitetty merkitsee sitä, että signaalien välinen korrelaatio pyritään määrittämään. Mikäli korrelaatiota ei heti havaita, vertailu suoritetaan 10 uudestaan etenemisviiveen korjatulla arvolla. Tätä toistetaan, kunnes korrelaatio todetaan lähetetyn ja vastaanotetun äänisignaalin välillä tietyllä etenemis-viiveellä tai tästä arvosta interpoloidulla arvolla. Vahvistettu etenemisviive lähetetään sitten ensimmäi-15 selle asemalle. Ensimmäisellä asemalla eli liikkuvalla asemalla lasketaan etäisyydet ja/tai paikka useampaan kiinteään asemaan nähden etenemisviiveiden ja muiden tietojen (mm. kiinteiden asemien koordinaattitiedot) perusteella. Paikkatieto voidaan tarpeen vaatiessa 20 lähettää sähkömagneettisen kantoaallon, kuten radion välityksellä edelleen sopivalle tukiasemalle, joka voi olla yksi kiinteistä asemista.

Menetelmän eräässä sovellutuksessa lähetettävää äänisignaalijaksoa käsitellään alipäästösuodatuk-25 sella siten, että äänisignaali jakson autokorrelaatio-’·· funktion muodoksi saadaan levennetty pyöreähkö piikki.

Tämä helpottaa etäisyyden seuraamista, koska lähetetyn ja vastaanotetun äänisignaalijakson ristikorrelaatio voidaan laskea vain muutamalla arvolla ja saada luotet-30 tavia tietoja etenemisviiveen muuttumisesta. Autokor-relaatiofunktion pyöreähköstä muodosta seuraa, että myös ristikorrelaatiopiikki on leventynyt ja pyöristynyt ja näin muutaman lasketun pisteen avulla voidaan määrittää käytetyn etenemisviivearvion virhe ja laskea 35 varsinainen etenemisviive riittävällä tarkkuudella sekä arvioida, mihin suuntaan korrelaatiofunktio on siirtymässä ja siis saatu tieto etenemisviiveen kasvusta tai 94183 6 vähenemisestä.

Menetelmän eräässä sovellutuksessa etenemis-viiveen arviointi ja etsintä aloitetaan, mikäli etene-misviive menetetään eikä korrelaatiota havaita, vii-5 meksi varmasti havaittua etenemisviivetietoa alkuarvona käyttäen ja sitä ennalta määrätyllä tavalla muuttaen, kuten tietyn suuruisina lisäyksinä ja/tai vähennyksinä, kunnes etenemisviivetieto saadaan tai ennalta asetetut raja-arvot etenemisviiveelle saavutetaan, jolloin ete-10 nemisviiveen etsiminen ja määrittäminen lopetetaan ja tieto tästä annetaan ensimmäiselle asemalle.

Keksinnön kohteena on myös laite paikan määrittämiseksi. Keksinnön mukaiseen laitteeseen paikan määrittämiseksi kuuluu äänilähetinyksikkö ja ainakin 15 kaksi äänivastaanotinyksikköä, jossa laitteessa äänisignaalin kulkuajan perusteella määritetään äänilähe-tinyksikön paikka avaruudessa eli ainakin kaksiulotteisessa avaruudessa eli pinnalla ja jossa laitteessa äänilähetinyksikkö on sovitettu ensimmäiseen asemaan 20 so. lähetysasemaan eli liikkuvaan asemaan ja äänivas-taanotinyksikkö kuhunkin toiseen asemaan so. vastaanottoasemaan eli kiinteään asemaan. Laitteella mitataan liikkuvan aseman paikka suhteessa vastaanottoasemiin. Vastaanottoasemia voi olla kaksi tai useampia ja niiden 25 paikkakoordinaatit tunnetaan.

Keksinnön mukaisesti laitteen äänilähetinyk-sikköön kuuluu: - signaalilähde, jossa on välineet jakson pituisen satunnaisen signaalin muodostamiseksi; 30 - äänilähetin, jonka avulla signaali jakso muunnetaan vastaavanlaiseksi äänisignaaliksi ja toistetaan halutun : aikavälin päässä toisistaan; - radiolähetin ja -vastaanotin ajastussignaalin lähettämiseksi ensimmäiseltä asemalta ja etenemisviivetiedon 35 vastaanottamiseksi kultakin toiselta asemalta; - ohjaus- ja laskentayksikkö, jossa on -- välineet signaalilähteen ja äänilähettimen ohjaami- 7 94183 seksi; -- välineet ensimmäisen aseman paikkatiedon laskemiseksi toisten asemien suhteen etenemisviivetietojen eli kulkuaikojen ja äänisignaalin etenemisnopeuksien perus-5 teella; ja jossa laitteessa äänivastaanotinyksikköön kuuluu: - äänivastaanotin, jolla vastaanotetaan ja vahvistetaan äänisignaali; - radiovastaanotin, jonka avulla ajastussignaali vas-10 taanotetaan; - signaalilähde, jossa on välineet samanlaisen jakson pituisen satunnaisen signaalin muodostamiseksi kuin äänilähetinyksikössä; - välineet signaalijakson toistamiseksi halutuin aika-15 välein siten, että signaali vastaa äänilähettimen avulla muodostettua äänisignaalia; - signaalien käsittely-yksikkö, jossa radiovastaanottimen kautta saadun ajastussignaalin perusteella signaalilähteestä syötetty signaali tahdistetaan vastaanote- 20 tun äänisignaalin kanssa ja viivästetään yhdellä tai useammalla arvioidulla etenemisviiveellä ja sitten verrataan äänivastaanottimella vastaanotettuun äänisignaaliin etenemisviiveen selville saamiseksi; ja - radiolähetin, jonka avulla toiselta asemalta lähete-25 tään ainakin signaalien käsittely-yksikön avulla saatu tulos etenemisviiveestä ensimmäiselle asemalle, jossa lasketaan etenemisviiveen ja äänisignaalin etenemisnopeuden perusteella ensimmäisen aseman paikka toisten asemien suhteen.

30 Laitteen eräässä sovellutuksessa sekä äänilä- hetinyksikön että äänivastaanotinyksikön signaalilähteeseen kuuluu: muistiyksikkö, johon äänisignaalijakso on tallennettu digitaalisessa muodossa; ja välineisiin signaalin toistamiseksi kuuluu lukulaite äänisignaali-35 jakson ohjaamiseksi ulos signaalilähteestä.

Laitteen eräässä sovellutuksessa äänilähe-tinyksikköön kuuluu: äänivastaanotin äänilähdeyksikön 94183 8 ja lähetysaseman ympäristössä vallitsevien hälyäänien ja lähetettävän äänisignaalin vastaanottamiseksi; välineet ympäristön äänitason eli vallitsevan melun voimakkuuden ja lähetettävän äänisignaalin voimakkuuden 5 tarkkailemiseksi; välineet lähetettävän äänisignaalin voimakkuuden säätämiseksi siten, että se vastaa voimakkuudeltaan vähintään vallitsevan melutason voimakkuutta tai ylittää tietyn minimivoimakkuuden, mikäli ympäristön melutaso on pieni tai olematon.

10 Laitteen eräässä sovellutuksessa äänivas- taanotinyksikön signaalinkäsittely-yksikköön kuuluu: säädettävä viiveyksikkö muistiyksiköstä luettavan äänisignaali jakson viivästämiseksi arvioidulla etenemis-viiveellä; analogia/digitaalimuunnin äänivastaanotti-15 mella vastaanotetun signaalin muuttamiseksi digitaaliseen muotoon; vertailuyksikkö, johon muistiyksiköstä ja analogia/digitaalimuuntimelta saadut signaalit syötetään niiden korreloitumisen määrittämiseksi; tietojenkäsittely-yksikkö, kuten mikroprosessori, signaalinkä-20 sittely-yksikön toimintojen ohjaamiseksi ja vertailuyk-siköltä saadun tiedon käsittelemiseksi, jolta vertai-luyksiköltä saatu ja vahvistettu etenemisviivetieto lähetetään radiolähettimen kautta äänilähetinyksikölle ensimmäisen aseman paikkakoordinaattien laskemiseksi.

25 Laitteen eräässä sovellutuksessa vertailulait- teeseen kuuluu kertoja, jossa vastaanotettu äänisignaa-lijakso ja aseman muistista luettu vastaava äänisignaa-lijakso vaiheistettuna ja arvioidulla etenemisviiveellä viivästettynä kerrotaan keskenään, ja integraattori, 30 jossa kertojalta saatu tulos integroidaan ja joka uusi tulos siirretään tietojenkäsittely-yksikölle tämän signaalin ja vastaanotetun äänitaajuisen signaalin korreloitumisen tutkimiseksi ja etenemisviiveen todellisen arvon selville saamiseksi, ja joka vahvistettu etene-35 misviivetieto lähetetään radiolähettimen kautta ensimmäiselle asemalle.

Laitteen eräässä sovellutuksessa lähetettävää

It IH I 11 II I I I at i 9 94183 äänisignaalijaksoa käsitellään käsittelylaitteella, johon kuuluu alipäästösuodatin, siten, että äänisignaali jakson autokorrelaatiofunktiomuodoksi saadaan levennetty pyöreähkö piikki. Signaalinkäsittelylaittei-5 siin saattaa itsessään kuulua sellainen alipäästöomi-naisuus, ettei erillistä alipäästösuodatinta tarvita.

Keksinnön eduista voidaan todeta seuraavaa. Keksinnön mukaisessa menetelmässä ja laitteessa ei mitata äänikaikua, vaan suoraan yhteen suuntaan etene-10 vän äänisignaalin kulkuaikaa. Näin etäisyystieto saadaan nopeasti ja tarpeen vaatiessa olennaisesti jatkuvana informaationa.

Edelleen keksinnön etuna on, että menetelmän avulla päästään hyvään signaalikohinasuhteeseen. Näin 15 pystytään mittaamaan pitkiäkin etäisyyksiä.

Edelleen keksinnön etuna on, että äänisignaa-lijakso on ylipäätään valkoista kohinaa, jonka voimakkuustaso on vallitsevan ulkoisen melun luokkaa. Ko-hinasignaali kattaa myös laajan taajuusalueen, jolloin 20 signaalin häiriövaikutus esim. samantehoiseen kapeataa-juiseen signaaliin nähden on huomattavan vähäinen. Näin ollen käytetty äänisignaali ei lisää ympäristömelua merkittävästi.

Edelleen keksinnön etuna on, että ympäristön 25 äänikentän muutokset otetaan huomioon ja tämän mukaan :· säädetään lähetettävän äänisignaalijakson voimakkuutta.

Korrelaatiotekniikka vaatii häiriöllisissä olosuhteissa laajaa dynamiikkaa, joka johtaa vaativiin A/D-muunti-miin ja korkeaan hintaan. Keksinnön mukaisessa menetel-30 mässä ja laitteessa dynamiikkaa supistetaan adaptiivisen voimakkuussäädön avulla, jolloin voidaan käyttää yksinkertaista A/D-muunnintekniikkaa. Näin laitteen rakenne yksinkertaistuu ja se on taloudellinen valmistaa .

35 Keksinnön etuna on edelleen, että menetelmän mukainen laite on toteutettavissa edullisesti kaupallisesti saatavien palaprosessoreiden avulla.

94183 10

Keksinnön etuna on edelleen, että toiset eli kiinteät asemat ovat rakenteeltaan yksinkertaisia energiaa vähän kuluttavia ja toimintavarmoja. Niitä voidaan tällöin sijoittaa toisen eli liikkuvan aseman toimin-5 taympäristöön riittävä määrä kohtuullisin kustannuksin.

Seuraavassa keksintöä ja sen eräitä edullisia toteutusesimerkkejä selostetaan oheisten piirustusten avulla, joissa kuva 1 esittää kaaviomaisesti erästä keksinnön mukaista 10 laitetta paikan määrittämiseksi; kuva 2 esittää laitteen äänilähetinyksikköä; kuva 3 esittää laitteen äänivastaanotinyksikköä; kuva 4 esittää havainnollisesti keksinnön mukaisen menetelmän toimintaa; 15 kuva 5 esittää mitattua ristikorrelaatiofunktiota ja etenemisviivepisteitä; kuva 5a, kun etenemisviive on arvioitu oikein; kuva 5b, kun etenemisviive on arvioitu liian suureksi; kuva 5c, kun etenemisviive on arvioitu liian pieneksi; 20 ja kuva 5d, kun etenemisviivettä ei ole saatu arvioitua korrelaatiopiikin ollessa hukassa.

Kuvassa 1 on esitetty kaaviomaisesti eräs keksinnön mukainen laite paikan määrittämiseksi. Lait-25 teeseen kuuluu yksi äänilähetinyksikkö 1 ja kolme ääni-’ vastaanotinyksikköä 2. Äänilähetinyksikkö 1 on sijoi tettu lähetysasemaan 3, joka on liikkuvassa kulkuneuvossa. Äänivastaanotinyksiköt 2 on vuorostaan sovitettu vastaanottoasemille 4, 5 ja 6, jotka ovat kiinteitä 30 paikallaan olevia asemia.

Äänilähetinyksikköön 1 kuvassa 2 kuuluu ääni-; lähde 7, äänilähetin 8, radiolähetin 9a ja radiovas taanotin 9b ja ohjaus- ja laskentayksikkö 10.

Äänivastaanotinyksikköön 2 kuvassa 3 kuuluu 35 äänivastaanotin 11, radiolähetin 12a ja -vastaanotin 12b sekä signaalien käsittely-yksikkö 13.

Äänilähetinyksikön 1 signaalilähteeseen 7

: UK i t II: M I Rl I

94183 11 kuuluu välineet jakson pituisen satunnaisen signaalin muodostamiseksi. Tässä toteutusesimerkissä signaalilähteeseen 7 kuuluu muistiyksikkö 16, kuten ROM-muistiyk-sikkö, johon signaali jakso on tallennettu digitaalises-5 sa muodossa ja lukulaite 20, kuten laskuri, signaali-jakson toistuvaksi lukemiseksi halutuin aikavälein ulos signaalilähteestä 7. Tämän lisäksi signaalilähteeseen 7 kuuluu suodin 36, jonka kautta signaalijakso syötetään äänilähettimeen 8. Äänilähettimeen 8 kuuluu vahvistin 10 17 ja kaiutin 18. Vahvistimen 17 avulla signaaliläh teestä 7 saatua signaalia vahvistetaan ja se syötetään kaiuttimeen 18 ja lähetetään näin äänisignaalina lähetysasemalta 3.

Kaiutin 18 on suunnattu pystysuuntaan, edulli-15 sesti ylöspäin ja tämän läheisyyteen samalle pystyakselille on järjestetty kartiomainen heijastuselin 19, kuten kuvassa 1 on havainnollisesti esitetty. Kaiutti-mella 18 muodostettu äänikenttä suunnataan heijas-tuselimen 19 avulla tasaisesti joka suuntaan äänilähe-20 tinyksikön 1 ja lähetysaseman 3 ympärille.

Ohjaus- ja laskentayksikkö 10 on muodostettu tietojenkäsittely-yksiköstä 15, kuten mikroprosessorista. Tietojenkäsittely-yksikkö 15 on yhdistetty lukulaitteeseen 20, kuten laskuriin. Laskuria ohjataan 25 kellosignaalilla, joka saadaan sopivasta sinänsä tunne-tusta kellosignaalilähteestä 20a. Tällöin signaalijakso luetaan muistiyksiköstä 16 samalla jakson pituuteen nähden lyhyitä aikajaksoja laskemalla, joiden aikajaksojen lukumäärä on verrannollinen signaalijakson ja 30 äänilähettimeltä 8 lähetetyn äänisignaalijakson vaiheeseen. Tällöin ohjaus- ja laskentayksikköön 10 kuuluu välineet, edullisesti ohjelmalliset välineet, lähetetyn äänisignaalin vaihetiedon määrittämiseksi laskurilta saadun tiedon perusteella. Yksinkertaisimmillaan lasku-35 riita saatu lukuarvo, joka on positiivinen luku ja yhtäsuuri tai pienempi kuin ennaltamäärätty maksimiarvo, on verrannollinen signaali jakson vaiheeseen sillä 94183 12 hetkellä, kun se luetaan ulos muistiyksiköstä 16.

Tietojenkäsittely-yksikkö 15 on yhdistetty radiolähettimeen 9a. Ajastussignaali lähetetään radiolähettimen 9a avulla kullekin vastaanottoasemalle 5 edullisimmin samanaikaisesti. Ajastussignaalin avulla äänilähetinyksikkö 1 ja äänivastaanotinyksikkö 2 tahdistetaan toisiinsa siten, että ne toimivat samassa vaiheessa. Ajastussignaalina voidaan käyttää aloitus-signaalia, kuten pulssia tai pulssiryhmää, jota tarpeen 10 vaatiessa toistetaan ja jonka avulla äänilähetinyksikön 1 ja äänivastaanotinyksikön 2 kellosignaalilähteet ja kellosignaalit kytketään samaan vaiheeseen. Tietojenkäsittely-yksikkö 15 on myös yhdistetty radiovastaanottimeen 9b tietojen vastaanottamiseksi äänivastaanotinyk-15 siköltä 2.

Äänilähetinyksikköön 1 kuuluu lisäksi äänivas-taanotin 21, jolla vastaanotetaan lähetysaseman 3 ympäristöstä tulevia ääniä sekä myös lähetettävää äänisignaalia. Äänivastaanotin 21 muodostuu ääni-ilmaisimesta, 20 kuten mikrofonista 22, ja vahvistimesta 23. Mikrofoni 22 on sijoitettu lähetysasemalle sopivalle etäisyydelle kaiuttimesta 18 ja kartiomaisesta heijastuselimestä 19, kuten kuvassa 1 on havainnollisesti esitetty. Äänivastaanotin 21 on yhdistetty analogia/digitaalimuuntimeen 25 24 ja edelleen tietojenkäsittely-yksikköön 15. A/D- muunnin 24 ja tietojenkäsittely-yksikkö 15 muodostavat tässä tapauksessa välineet, edullisesti ohjelmalliset välineet, äänitason so. vallitsevan melun voimakkuuden ja lähetettävän äänisignaalin voimakkuuden havainnoimi-30 seksi. Äänilähettimen 8 vahvistin 17 on varustettu vahvistuksen säätöpiirillä (AGC, Automatic Gain Control) 17a, jota ohjataan digitaalisesti tietojenkäsittely-yksikön 15 avulla. Näin lähetettävän äänisignaalin voimakkuutta voidaan säätää ennalta määrätyllä tavalla. 35 Vastaavalla tavalla äänivastaanottimen 21 vahvistin 23 on varustettu myös vahvistuksen säätöpiirillä 23a (AGC), ja näin vastaanottovoimakkuutta säädetään tieto-

Il «M » *1 II· » · »St» ' 94183 13 jenkäsittely-yksikön 15 avulla ennalta määrätyllä tavalla .

Äänivastaanotinyksikköön 2 kuvassa 3 kuuluu äänivastaanotin 11. Edelleen äänivastaanottimeen 11 5 kuuluu ääni-ilmaisin, kuten mikrofoni 25, ja vahvistin 26. Äänivastaanotinyksikköön 2 kuuluu myös signaalinkäsittely-yksikkö 13, radiovastaanotin 12a ja radiolähetin 12b. Äänivastaanotin 11 on yhdistetty signaalinkäsittely-yksikköön 13. Radiovastaanotin 12a ja radiolä-10 hetin 12b on myös yhdistetty signaalinkäsittely-yksikköön 13.

Signaalinkäsittely-yksikköön 13 kuuluu signaalilähde 14, jossa on välineet samanlaisen jakson pituisen satunnaisen signaalin muodostamiseksi kuin äänilä-15 hetinyksikössä 1. Signaalilähteeseen 14 kuuluu tässä toteutusesimerkissä muistiyksikkö 27, kuten ROM-muis-tiyksikkö, johon äänisignaalijaksoa vastaava signaali-jakso on tallennettu digitaalisessa muodossa. Välineisiin signaali jakson toistamiseksi halutuin aikavälein 20 kuuluu lukulaite 30, kuten laskuri. Lukulaitteen avulla signaalijaksoa toistuvasti luetaan ulos signaalilähteestä 14. Lukulaitetta 30, kuten laskuria ohjataan kellosignaalilla. Tällöin äänisignaalijakso luetaan muistiyksiköstä samalla jakson pituuteen nähden lyhyitä 25 aikajaksoja laskemalla, joiden aikajaksojen lukumäärä *' on verrannollinen äänisignaalijakson vaiheeseen. Muis tiyksikkö 27 ja lukulaite 30 vastaavat äänilähetinyksi-kön 1 muistiyksikköä 15 ja lukulaitetta 20.

Äänivastaanotinyksikön 2 signaalinkäsittely-30 yksikköön 13 kuuluu analogia/digitaalimuunnin 28, ver-tailuyksikkö 29, tietojenkäsittely-yksikkö 31 ja säädettävä viiveyksikkö 32. Äänivastaanottimella 11 vastaanotettu signaali muutetaan digitaaliseen muotoon analogia/digitaalimuuntimella 28. Äänivastaanottoyksi-35 kön 2 radiovastaanottimella 12a vastaanotettu ajastus-signaali syötetään kellosignaalilähteeseen 30a esim. tietojenkäsittely-yksikön 31 valvonnassa. Kellosignaa- 94183 14 lilähde 30a saadaan näin tahdistettua samaan vaiheeseen liikkuvan aseman kellosignaalilähteen 20a kanssa. Tietojenkäsittely-yksikön 31 avulla säädetään viiveyksikön 32 kautta lukulaitetta 30 siten, että tämän lukulait-5 teen avulla luetaan muistiyksiköstä 27 sinne talletettu äänisignaalijakso arvioidulla äänisignaalin etenemis-viiveellä viivästettynä. Arvioitu etenemisviive on juuri aikaisemmin vahvistettu etenemisviive tai se voi olla asetettu arvo, kuten nolla, jonka jälkeen etsitään 10 oikea arvo etenemisviiveelle.

Muistiyksiköstä 27 ja analogia/digitaalimuun-timelta 28 saadut signaalit syötetään vertailuyksikköön 29 lähetetyn äänisignaalin ja tahdistetun ja viivästetyn signaalin vertaamiseksi. Tietojenkäsittely-yksikön 15 31, kuten mikroprosessorin, avulla ohjataan signaalin käsittely-yksikön 13 toimintoja ja käsitellään vertai-luyksiköltä 29 saatua tietoa.

Vertailuyksikköön 29 kuuluu tässä tapauksessa kertoja 33 ja integraattori 34. Äänivastaanottimen 11 20 kautta vastaanotettu äänisignaalijakso ja muistiyksiköstä 27 luettu vastaava tahdistettu ja viivästetty äänisignaalijakso kerrotaan keskenään kertojassa 33. Kertojalta 33 saatu tulos integroidaan integraattorissa 34 ja uusi tulos siirretään tietojenkäsittely-yksikköön 25 31. Tässä yksikössä tutkitaan muistiyksikköön 27 tal- . lennetun signaalin ja vastaanotetun äänitaajuisen sig naalin korreloitumista yhdellä tai useammalla arvioidulla etenemisviiveen arvolla. Kun etenemisviivearvio on todettu oikeaksi, tulos siirretään radiolähettimelle 30 12b ja tämän kautta sähkömagneettisen kantoaallon väli tyksellä lähetysasemalle 3. Äänilähetinyksikön 1 ra-; diovastaanottimella 9b vastaanotetaan mainittu tulos, joka välitetään tietojenkäsittely-yksikölle 15. Tietojenkäsittely-yksikössä lasketaan etenemisviiveen ja 35 muiden parametrien avulla liikkuvan aseman paikka suhteessa muihin kiinteisiin asemiin.

Signaalinkäsittelylaitteeseen 13 kuuluu lisäk- 94183 15 si mittausyksikkö 35, jonka avulla äänivastaanottimella 11 vastaanotetun äänisignaalin voimakkuus mitataan. Äänivastaanottimen 11 vahvistimeen 26 kuuluu vahvistuksen säätöpiiri 26a. Mittausyksikkö 35 on yhdistetty 5 tietojenkäsittely-yksikön 31 kautta vahvistuksen säätöpiiriin 26a. Vahvistimen 26 vahvistusta säätämällä vastaanotettavan äänisignaalin voimakkuus pidetään halutulla alueella ns. ikkunassa.

Mittausyksikkö 35 on edullisesti keskiarvois-10 taja, jolla mitataan äänisignaalin lyhyen aikavälin (0,1 s - 1,0 s) keskiarvo.

Keksinnön mukainen laite, joka on esitetty piirustuksissa 1, 2 ja 3 toimii seuraavasti. Viittaamme kuvaan 4.

15 Satunnainen signaalijakso A(t), joka on edul lisesti valkoista kohinaa, muutetaan digitaaliseen muotoon ja tallennetaan sekä äänilähetinyksikön 1 muis-tiyksikköön 15 että äänivastaanotinyksikön 2 muistiyk-sikköön 27. Äänisignaali jakson pituus T on esim. luok-20 kaa 1 ms - 100 ms. Tallentaminen suoritetaan äänilähe-tinyksikköä 1 ja äänivastaanotinyksikköä 2 valmistettaessa tai täysin erillään valmistuksesta ja mainitut muistiyksiköt liitetään valmistuksessa laitteisiin.

Laitetta käytettäessä ja etenemisviiveitä r; 25 t , r2, r3 määritettäessä satunnainen signaalijakso A(t) luetaan äänilähetinyksikön 1 muistiyksiköstä 15 luku-, laitteen 20 avulla esim. siten, että äänisignaalijakso jen aikaväli on esim. luokkaa 3 sek. ja syötetään ääni-lähettimeen 8. Lukulaitteeseen syötetään kellopulsseja 30 K(t) sopivasta sinänsä tunnetusta laitteeseen kuuluvasta kellosignaalilähteestä 20a.

Lukulaitteen 20, kuten laskurin, tilaa kuvaa laskettujen kellopulssien lukumäärä N halutulla hetkellä. Tämä laskurin tila eli äänisignaalijakson vaihe 35 voidaan lukea millä hetkellä tO hyvänsä ohjaus- ja laskentayksikölle 15 ja lähettää radioteitse radiolähettimen 9a kautta äänivastaanotinyksikölle 2. Tätä 94183 16 signaalia voidaan käyttää ajastussignaalina tai tahdistuksen tarkistukseen sopivana signaalina.

Äänilähetinyksiköstä 1 äänilähettimen 8 kautta lähetetty äänisignaali vastaanotetaan äänivastaanotin-5 yksikön 2 äänivastaanottimella 11. Äänivastaanottimen 11 avulla vastaanotettu äänisignaali B(t) ja muistiyk-siköstä 27 lukulaitteella 30 luettu arvioidulla etene-misviiveellä rQ viivästetty signaali C(t) kerrotaan keskenään vertailulaitteen 29 kertojassa 33 ja tulos 10 integroidaan integraattorissa 34. Integraattorilta saatu tulos I = a J B(t)C(t)dt, jossa 15 a = vakio, syötetään tietojenkäsittelylaitteelle 31. Tämän avulla arvioidaan integrointitulosta eli korre-loivatko signaalit B(t) ja C(t) keskenään ja vastaavatko arvioitu etenemisviive r0 ja todellinen etenemisviive τ riittävällä tarkkuudella toisiaan. Kun todetaan r0 = 20 niin etenemisviive vahvistetaan ja se lähetetään radiolähettimen 12b kautta radioteitse äänilähetinyksi-kön 1 radiovastaanottimeen 9b. Radiovastaanottimesta 9b tieto välitetään ohjaus- ja laskentayksikölle 15.

Etenemisviiveiden rQ, τ ei tarvitse vastata 25 toisiaan. Tärkeintä on, että korrelaatiopiikki ja sen muoto voidaan tunnistaa todellisen etenemisviiveen laskemiseksi. Erosta voidaan laskea nopeuden muutos ja arvioida paremmin seuraava etenemisviive.

Äänilähetinyksikön 1 ja äänivastaanotinyksikön 30 2 välinen etenemisviive eli lähetinaseman 3 ja vastaan- otinaseman 4, 5 tai 6 väliset etenemisviiveet τ; τχ/ τ2, r3 edustavat lähetinaseman 3 paikkaa suhteessa vastaan-otinasemiin ja niiden väliset etäisyydet voidaan esim. laskea 35 s = v · r, jossa 94183 17 v = äänen nopeus ilmassa (korjattuna mahdollisesti tuulen suunnan ja voimakkuuden vaikutuksella sekä ilman lämpötilalla) ja r = kulkuaika so. etenemisviive.

Seuraavaksi käsitellään uusi vastaanotettu 5 äänisignaalijakso äänivastaanotinyksikössä ja arvioidaan uusi etenemisviive. Uusi etenemisviivearvio voi olla aikaisempi vahvistettu etenemisviive tai siitä korjattu arvio.

Lähetinasema eli liikkuva asema 1 lukee kulta-10 kin kiinteältä 4, 5, 6 asemalta tulevat etenemisviive-tiedot τχ/ τ2, τ3 (vrt. kuva 1) peräkkäin aikajakoisesti tai samanaikaisesti taajuusjakoisesti. Kiinteät asemat lähettävät etenemisviivetiedot sopivasti koodattuina siten, että liikkuvassa asemassa etenemisviivetietoja 15 käsiteltäessä tiedot liitetään oikeaan kiinteään asemaan. Tässä voidaan käyttää hyväksi sinänsä tunnettuja tiedonsiirto- ja koodausmenetelmiä.

Äänivastaanotinyksikön 2 vertailuyksikön 29 kertoja 33 ja/tai integraattori 34 voivat sisältyä myös 20 tietojenkäsittely-yksikköön 31 ohjelmallisina osina. Samalla tavalla säädettävä viiveyksikkö 32 voi olla tietojenkäsittely-yksikön 31 tietty ohjelmallisesti toteutettu yksikkö. Vastaavalla tavalla sekä äänilähe-tinyksikön 1 että äänivastaanotinyksikön 2 eri yksiköt 25 voidaan vaihtoehtoisesti toteuttaa monessa tapauksessa ohjelmallisesti toteutettavina yksikköinä fyysisten yksiköiden sijasta. Näin ollen osa yksiköistä voi sisältyä äänilähetinyksikön 1 ohjaus- ja laskentayksikköön 15 ja vastaavasti äänivastaanotinyksikön 2 tieto-30 jenkäsittely-yksikköön 31.

Keksinnön mukainen laite eli äänilähetinyksik-kö 1 ja äänivastaanotinyksikkö 2 voidaan toteuttaa edullisesti käyttäen hyväksi halpaa mikroprosessoritek-niikkaa. Erityisesti ns. palaprosessorit soveltuvat 35 sekä äänilähetinyksikön 1 että äänivastaanotinyksikön 2 toteuttamiseen. Palaprosessori sisältää sopivat A/D-muuntimet, tehokkaan laskentayksikön sekä tarpeelliset 94183 18 väylät ulospäin. Tällöin mikroprosessorin avulla voidaan toteuttaa lähes kaikki toiminnot ja vältytään monimutkaisten ja kalliiden analogisten ja digitaalisten erikoispiirien ja kytkentöjen käytöltä. Kuvissa 2 5 ja 3 on pisteviivoin rajattu osuus A ja B, joka voidaan toteuttaa palaprosessoreilla. Tässä laitteen sovellutuksessa analogiajännitteet muutetaan palaprosessorin sisäisessä A/D-muuntimessa digitaaliseen muotoon. Signaalien vertailu tehdään matemaattisesti. Palaprosesso-10 rin sisältämää RS-väylää voidaan käyttää liittämään laite muihin lähetys- ja/tai vastaanottoasemissa oleviin laitteisiin. Erilliskomponenteilla toteutetaan ainoastaan digitaalisesti ohjattavat vahvistimet 17a, 23a ja 26a ja radioyksiköiden 9a, 9b ja 12, 12b sekoi-15 tin.

Äänilähetinyksikössä 1 satunnaissignaali luetaan muistiyksiköltä 16 digitaalisessa muodossa ja syötetään alipäästösuotimen 36 kautta äänilähettimeen 8. Suotimessa 1 signaalia käsitellään siten, että sen 20 autokorrelaatiotunktio muodostuu levennetyksi ja pyöreähköksi piikiksi. Vaihtoehtoisesti satunnaissignaali on tallennettu muistiyksikköön 16 digitaalisessa muodossa ja valmiiksi alipäästösuodatettuna. Näin etene-misviiveen mittaaminen ja vaihe-erotiedon tarkistaminen 25 korrelaatiotekniikkaa hyväksi käyttäen voidaan toteut taa laskemalla korrelaatiofunktiot vain muutamilla arvioidun etenemisviiveen r arvoilla. Tätä on havainnollistettu kuvassa 5 eli kuva 5a, 5b, 5c ja 5d. Etenemisviiveen seuraaminen on toteutettu tässä tapauksessa 30 laskemalla vastaanotetun äänisignaalijakson ja viivästetyn muistiyksiköstä 27 luetun signaalin ristikorre-laatio kolmella etenemisviiveen arvolla. Koska risti-korrelaatiopiikki on myös leventynyt ja pyöristynyt kuten autokorrelaatiofunktion, kolmen pisteen avulla 35 pystytään arvioimaan, mihin suuntaan korrelaatiohuippu on menossa. Edellisen mitatun etenemisviiveen ja etenemisviiveen muutosnopeuden perusteella voidaan arvioida 94183 19 seuraava mitattava etenemisviive. Tällä etenemisviiveen arvolla D[0] ja sen molemmin puolin yhdellä viiveen arvolla D[-X] ja D[+X] (X IN[1,2,3,...]) lasketaan ristikorrelaatio lähetetyn ja vastaanotetun signaalin 5 välillä. Lisäksi lasketaan vielä varmistuspisteet D[-V] ja D[+V] suuremmilla viiveillä molemmin puolin pistettä D[0]. Mikäli D[0] antaa maksimiarvon ja D[-X] sekä D[+X] antavat maksimia pienemmän arvon, mutta varmis-tuspisteitä D[-V] ja D[+V] suuremman arvon, niin etene-10 misviive on arvioitu oikein, kuten kuvassa 5a on esitetty. Jos taas toinen arvoista D[-X] ja D[+XJ antaa maksimin ja D[0] sekä jäljelle jäänyt piste D[+X]/D[-X] antavat arvot nousevalta tai laskevalta käyrältä, kuten kuvissa 5b ja 5c on esitetty, niin etenemisviive on 15 arvioitu väärin X-viiveen verran ja se voidaan laskennallisesti arvioida laskematta enää ristikorrelaatiota. Jos selvää ristikorrelaatiopiikkiä ei löydy, etenemisviive on arvioitu täysin väärin, kuten kuvassa 5d on esitetty. Viimeksi mainitussa tapauksessa käytetään 20 viimeksi varmasti tiedettyä etenemisviivettä alkuarvona ja aloitetaan kadonneen ristikorrelaatiopiikin etsintä. Etsintä voi tapahtua joko laajentamalla pyyhkäisyaluet-ta kerta kerran jälkeen aina kaksinkertaisesti (tietty maksimiarvo on kuitenkin asetettu) tai hakemalla samal-25 la pistemäärällä alkuarvon molemmin puolin vuorotellen . ristikorrelaatiofunktion arvo yhä kauemmaksi alkuarvos ta edeten. Tätä menettelytapaa voidaan soveltaa myös silloin, kun järjestelmä käynnistetään eli liikkuvan aseman paikkaa aletaan määrittää kiinteisiin asemiin 30 nähden eikä etäisyystietoa tai etenemisviivettä syötetä alkuarvoksi järjestelmään.

Keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteella voidaan etäisyyden muuttumista seurata lähes jatkuvasti: esim. käyttämällä 40 kHz:n kellotaajuutta ja 35 1024 pisteen ristikorrelaatiota on mahdollista saada etäisyystieto n. 0,1 sekunnin välein. Keksinnön mukaisen menetelmän etuna on, että se toimii myös meluisessa 94183 20 ympäristössä, koska ristikorrelaatiota käyttäen häiritsevä melu "suodattuu". Menetelmän tehokas soveltaminen edellyttää kuitenkin, että signaalin suhde ympäristön meluun on riittävän suuri ja ettei äänisignaalin vas-5 taanotin saturoidu. Tämä varmistetaan käyttämällä sekä äänilähetinyksikössä 1 että äänivastaanotinyksikössä 2 adaptiivista vahvistuksen säätöä sekä äänilähettimessä että äänivastaanottimessa. Näin menetelmän ja laitteen mahdollisuuksia voidaan merkittävästi parantaa sovitta-10 maila laite toimimaan ympäristön melun vaatimalla tavalla ja säätämällä sen mukaisesti lähetyksen tehoa äänilähetinyksikössä 1. Vastaavalla tavalla myös äänivastaanotinyksikössä mitataan mittausyksiköllä 35 vastaanotettua äänisignaalia ja säädetään äänivastaanotti-15 men 11 vahvistimen 23 vahvistusta siten, että vastaanotetun signaalin tehot pysyvät halutulla alueella ns. ikkunassa.

Ympäristön melu mitataan äänilähetinyksikön 1 läheisyydessä sijoittamalla ylimääräinen äänivas-20 taanotinyksikkö 21 äänilähetinyksikköön 1. Hiljaisessa ympäristössä mitataan äänilähettimen 8 lähettämä äänisignaali eri tehoarvoilla ja niistä lasketaan lyhyen aikavälin keskiarvot. Tämä toteutetaan esim. ohjelmallisesti tietojenkäsittely-yksikössä 15. Vastaavat ää-25 nisignaalin lähetystehot ja mitatut keskiarvot tallennetaan muistiin, joka voi olla osa tietojenkäsittely-yksiköstä 15 tai erillinen muistiyksikkö. Ulkoisen melun ollessa läsnä lasketaan mitatusta äänisignaalista saatava lyhyen aikavälin keskiarvo. Tällöin mitatusta 30 keskiarvosta ja lähetystehoa vastaavasta muistissa olevasta keskiarvosta voidaan laskea lähetetyn signaalin ja ulkoisen melun suhde. Lähetystehoa säädetään tarvittaessa siten, että haluttu signaalikohinasuhde säilyy.

35 Toinen tapa ulkoisen melun määrittämiseksi on kertoa mitattu äänisignaali mainittua vakioetäisyyttä vastaavasti viivästetyllä äänisignaaliin verrannolli- 94183 21 sella signaalilla. Keskiarvoistamalla tulos lähetetyn äänisignaalin tehollisarvo saadaan selville. Tämä te-hollisarvo on täysin riippumaton ulkoisista häiriöistä. Kertomalla äänivastaanottimella 21 vastaanotettu sig-5 naali itsellään häiriölähteen ja lähetetyn äänisignaalin tehollisarvojen summa saadaan selville. Näistä kahdesta tuloksesta voidaan laskea äänisignaalin K tehollisarvon suhde S häiriölähteen H tehollisarvoon: 10 _ (R(t-T1) * (K(t-T0) + H(t))2 K2 S= - - - — ------- - - ------ - ----* - (K(t-T0)+H(t))2 - (Rft-TJ * K((t-TQ) + H (t) ) ) 2 H2 15 missä R = äänisignaaliin verrannollinen signaali (ROM-muisti) K = mitatun äänisignaalin äänisignaaliosuus H = mitatun äänisignaalin häiriöosuus t = aika 20 TQ = vakioetäisyyttä vastaava viive T = tietokoneen määräävä viive.

Äänisignaaliin verrannollinen signaali R on normeerattu siten, että sen tehollisarvo on 1. Edellä esitetyn yhtälön oikea puoli toteutuu, kun sähköisesti tehty 25 viive T yhtyy äänisignaalin aiheuttamaan viiveeseen T . = 0. Koska äänivastaanottimen 21 mikrofoni 22 on käy tännössä erittäin lähellä äänilähetintä 8, Τχ = TQ likipitäen 0.

Äänisignaalin lähetystehoa säädetään siten, 30 että lähetetty äänisignaali ja ulkoinen melu ovat te-hollisarvoltaan samaa luokkaa. Lisäksi lähetystehoa säädetään myös mitattavan etäisyyden funktiona: mitä suurempi etäisyys on, sitä suurempi on myös käytetty lähetysteho. Ulkoisten häiriöiden puuttuessa ei lähe-35 tysteho voi tietenkään olla 0, vaan se asetetaan sopivalle säädetylle minimitasolle.

Keksinnön mukaista menetelmää ja laitetta 94183 22 voidaan soveltaa erilaisiin ympäristöihin. Esim. maa-työkonetta voidaan ohjata pellolla useitten satojen metrien alueella käyttäen hyväksi matalaa äänitaajuutta so. kuuloalueelle sijoittuvaa äänitaajuutta, joka ete-5 nee ilmassa hyvin pitkiäkin matkoja. Kaivosolosuhteissa voidaan taas käyttää korkeita taajuuksia so. ultraääni-taajuuksia, koska etäisyydet ovat yleensä pienempiä. Samalla päästään myös parempaan tarkkuuteen etäisyyttä määritettäessä. Ylipäätään äänisignaalilla tarkoitetaan 10 tässä yhteydessä sellaista äänisignaalia, joka sijoittuu taajuusalueeltaan kuuloalueen alarajalta n. 20 hertsistä ultraäänitaajuuksiin, esim. 50 kilohertsiin asti. Lisäksi keksinnön mukaista menetelmää ja laitetta voidaan soveltaa ei ainoastaan ilmakehäympäristössä, 15 vaan myöskin esim. vedenalaisessa ympäristössä käyttäen sopivia ääniaaltotaajuuksia, jotka pystyvät etenemään vedessä.

Edellä keksintöä selostettiin erääseen edulliseen toteutusesimerkkiin viittaamalla. Keksinnön mu-20 kaista menetelmää ja laitetta voidaan soveltaa sellaisissakin yhteyksissä, joissa yhden lähetysaseman lisäksi käytetään kahta tai useampaa vastaanottoasemaa. Esim. vastaanottoasemia voidaan sijoittaa maastoon useita, joista esim. lähimpiä kolmea käytetään etäi-25 syyden mittaamiseen. Tällöin lähettimen tarkka maantieteellinen paikka voidaan jatkuvasti laskea. Liikkuvan lähetysaseman ja kiinteiden vastaanottoasemien väliset etenemisviiveet määritetään peräkkäin ja niiden perusteella lasketaan liikkuvan aseman paikka.

30 Äänen nopeus ilmassa vaihtelee riippuen val litsevasta lämpötilasta ja kosteudesta. Nämä voidaan : luonnollisesti mitata erikseen ja näiden vaikutus ottaa huomioon sopivalla korjauksella äänen etenemisnopeuteen. Tuuli vaikuttaa myöskin äänen etenemiseen 35 häiritsevästi, mutta sen nopeus voidaan mitata ja myös ottaa huomioon etäisyyttä laskettaessa. Äänen nopeuden määrittäminen voidaan katsoa kuuluvan sinänsä tunnet- 94183 23 tuun tekniikkaan.

Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitettyä sovellutusesimerkkiä koskevaksi, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaatimusten 5 määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (14)

1. 94183
2. 1. Menetelmä paikan määrittämiseksi, jossa menetelmässä käytetään hyväksi äänisignaalia ja tämän 5 kulkuajan määrittämistä, ja jossa liikkuvan lähetysaseman (3) paikka suhteessa kiinteään vastaanottoasemaan (4, 5, 6) mitataan lähettämällä äänisignaali ensimmäiseltä eli lähetysasemalta (3) ja vastaanottamalla se kullakin toisella eli kiinteällä vastaanottoasemalla 10 (4, 5, 6) ja laskemalla äänisignaalin kulkuaikojen sekä etenemisnopeuksien ja kiinteiden asemien koordinaattien perusteella liikkuvan aseman paikkakoordinaatit kiinteiden asemien suhteen, tunnettu siitä, että menetelmässä: 15. ensimmäisellä asemalla muodostetaan sellainen ääni signaali jakso, joka on muodoltaan satunnaissignaali ja joka äänisignaali toteutetaan äänisignaalijaksoa toistamalla aikavälin päässä toisistaan peräkkäin samanlaisena äänisignaalia lähetettäessä; 20. muodostetaan ajastussignaali asemien synkronoimisek- si, joka ajastussignaali on toistettavissa, ja se välitetään sähkömagneettisen kantoaallon avulla ensimmäiseltä asemalta edullisimmin samanaikaisesti yhdelle tai useammalle toiselle asemalle; 25. muodostetaan lähetettyä äänisignaali olennaisesti vastaava signaali kullakin toisella asemalla; - ajastussignaalin perusteella toisella asemalla muodostettu signaali tahdistetaan vastaanotetun äänisignaalin kanssa ja viivästetään yhdellä tai useammalla 30 arvioidulla etenemisviiveellä; - verrataan vastaanotettua äänisignaalia ja tahdistettua ja viivästettyä signaalia keskenään etenemisviiveen selville saamiseksi; - etenemisviive ilmoitetaan kultakin toiselta asemalta 35 ensimmäiselle asemalle sähkömagneettisen kantoaallon avulla; ja - lasketaan sinänsä tunnetulla tavalla etenemisviivei- 94183 den eli kulkuaikojen ja äänisignaalin etenemisnopeuksien perusteella ensimmäisen aseman paikka toisten asemien suhteen.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 5 tunnettu siitä, että - äänisignaalijakso muutetaan digitaaliseen muotoon ja tallennetaan ensimmäisen aseman (3) muistiin (15), josta se luetaan toistuvasti äänisignaalia lähetettäessä; ja 10 - äänisignaalijakso tallennetaan digitaalisessa muodos sa toisen aseman (4, 5, 6) muistiin (27), josta se luetaan viivästettynä ja todellinen etenemisviive ja sen myötä asemien välinen etäisyys määritetään vastaanotetun äänisignaalin ja tallennetun viivästetyn ää-15 nisignaalin korrelaation perusteella.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vallitsevaa ympäristön äänikentän voimakkuutta, johon äänikenttään sisältyvät ympäristömelu ja lähetettävä äänisignaali, 20 havainnoidaan ensimmäisen aseman (3) ympäristössä, ja lähetettävän äänisignaalin voimakkuutta säädetään siten, että se voimakkuudeltaan vastaa vähintään vallitsevaa melutasoa tai ylittää tietyn minimivoimakkuuden, mikäli ympäristön melutaso alittaa ennaltamäärätyn 25 voimakkuustason.
5. 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että - lähetettävän äänisignaalin voimakkuutta mitataan eri voimakkuustasoilla ensimmäisellä asemalla hiljaisessa 30 ympäristössä ja siitä lasketaan ensimmäiset lyhyen aikavälin keskiarvot kullekin voimakkuustasolle; • - lähetettävän äänisignaalin voimakkuutta mitataan ensimmäisellä asemalla ulkoisen melun vallitessa ja siitä lasketaan toinen lyhyen aikavälin keskiarvo; ja 35 - ensimmäisistä keskiarvoista ja toisesta mitatusta keskiarvosta lasketaan lähetetyn äänisignaalin ja ulkoisen melun suhde, jonka perusteella lähetettävän 94183 äänisignaalin voimakkuutta säädetään.
6. 5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lähetettävän äänisignaalin voimakkuutta mitataan 5 ensimmäisellä asemalla ulkoisen melun vallitessa; - mitattu signaali kerrotaan äänisignaaliin verrannollisella signaalilla; - saatu tulos keskiarvoistetaan lähetetyn äänisignaalin tehollisarvon laskemiseksi; 10. mitattu signaali kerrotaan itsellään ja keskiarvois tetaan lähetetyn äänisignaalin ja ulkoisen melun tehol-lisarvojen summan selvillesaamiseksi; äänisignaalin tehollisarvon suhde ulkoisen melun tehollisarvoon lasketaan jakamalla äänisignaalin tehol-15 lisarvo lähetetyn äänisignaalin ja ulkoisen melun te-hollisarvojen summan ja äänisignaalin tehollisarvon erotuksella; ja - mainitun suhteen avulla lähetetyn äänisignaalin voimakkuutta säädetään.
7. 6. Jonkin edeltävistä patenttivaatimuksista 2 - 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vastaanottoasemalla (4, 5, 6) vastaanotettu äänisignaali jakso ja aseman muistista (27) luettu vastaava sig-naalijakso arvioidulla etenemisviiveellä viivästettynä 25 kerrotaan keskenään, tätä tulosta integroidaan ja in-tegrointituloksen perusteella tutkitaan muistiin luetun signaalin ja vastaanotetun äänitaajuisen signaalin korreloitumista etenemisviiveen todellisen arvon selville saamiseksi, ja kun etenemisviive on vahvistettu, 30 lähetetään tämä vahvistettu etenemisviive ensimmäiselle asemalle. : 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lähetettävää äänisignaali-jaksoa käsitellään alipäästösuodatuksella siten, että 35 äänisignaalijakson autokorrelaatiofunktion muodoksi saadaan levennetty, pyöreähkö piikki.
8. 8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen mene- 94Ί83 telinä, tunnettu siitä, että etäisyyden arviointi ja etsintä aloitetaan, mikäli etenemisviivetieto asemien välillä menetetään eikä korrelaatiota havaita, viimeksi varmasti havaittua etenemisviivetietoa alkuar-5 vona käyttäen ja sitä ennaltamäärätyllä tavalla muuttaen, kuten tietyn suuruisina lisäyksinä ja/tai vähennyksinä, kunnes etenemisviivetieto saadaan tai ennalta-asetetut raja-arvot etenemisviiveelle saavutetaan.
9. 9. Laite paikan määrittämiseksi, johon lait-10 teeseen kuuluu äänilähetinyksikkö (1) ja ainakin kaksi äänivastaanotinyksikköä (2) ja jossa laitteessa äänisignaalin kulkuajan perusteella määritetään äänilähe-tinyksikön paikka, jossa äänilähetinyksikkö (1) on sovitettu ensimmäiseen asemaan eli liikkuvaan lähe-15 tysasemaan (3) ja äänivastaanotinyksikkö (2) kuhunkin toiseen asemaan eli kiinteään vastaanottoasemaan (4,5, 6), jolla laitteella mitataan liikkuvan aseman paikka suhteessa vastaanottoasemiin, tunnettu siitä, että laitteessa äänilähetinyksikköön (1) kuuluu: 20. signaalilähde (7), jossa on välineet jakson pituisen satunnaisen signaalin muodostamiseksi; - äänilähetin (8), jonka avulla signaalijakso muunnetaan vastaavanlaiseksi äänisignaaliksi ja toistetaan halutun aikavälin päässä toisistaan 25. radiolähetin ja -vastaanotin ajastussignaalin lähet tämiseksi ensimmäiseltä asemalta ja etenemisviivetiedon • « vastaanottamiseksi kultakin toiselta asemalta; - ohjaus- ja laskentayksikkö, jossa on -- välineet signaalilähteen ja äänilähettimen ohjaami-30 seksi; -- välineet ensimmäisen aseman paikkatiedon laskemisek-• si toisten asemien suhteen etenemisviivetietojen eli kulkuaikojen ja äänisignaalin etenemisnopeuksien perusteella; ja 35 jossa laitteessa äänivastaanotinyksikköön kuuluu: - äänivastaanotin, jolla vastaanotetaan ja vahvistetaan äänisignaali; 94183 - radiovastaanotin, jonka avulla ajastussignaali vastaanotetaan; - signaalilähde, jossa on välineet samanlaisen jakson pituisen satunnaisen signaalin muodostamiseksi kuin 5 äänilähetinyksikössä; - välineet signaalijakson toistamiseksi halutuin aikavälein siten, että signaali vastaa äänilähettimen avulla muodostettua äänisignaalia; - signaalien käsittely-yksikkö, jossa radiovastaanotti-10 men kautta saadun ajastussignaalin perusteella signaalilähteestä syötetty signaali tahdistetaan vastaanotetun äänisignaalin kanssa ja viivästetään yhdellä tai useammalla arvioidulla etenemisviiveellä ja sitten verrataan äänivastaanottimella vastaanotettuun äänisignaa- 15 liin etenemisviiveen selville saamiseksi; ja - radiolähetin, jonka avulla toiselta asemalta lähetetään ainakin signaalien käsittely-yksikön avulla saatu tulos etenemisviiveestä ensimmäiselle asemalle, jossa lasketaan etenemisviiveen ja äänisignaalin etenemisno- 20 peuden perusteella ensimmäisen aseman paikka toisten asemien suhteen.
10. 10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että sekä äänilähetinyksikköön (1) että äänivastaanotinyksikön (2) signaalilähteeseen 25 (7; 14) kuuluu: - muistiyksikkö (15; 27), johon äänisignaalijakso on tallennettu digitaalisessa muodossa; ja - lukulaite (20; 30) äänisignaalijakson toistuvaksi ohjaamiseksi ulos signaalilähteestä (7; 14).
11. 11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen laite, tunnettu siitä, että äänilähetinyksikköön (1) kuuluu: - äänivastaanotin (21) äänilähdeyksikön (1) ja lähetysaseman ympäristössä vallitsevien hälyäänien ja lähe- 35 tettävän äänisignaalin vastaanottamiseksi; - välineet (24, 15) ympäristön äänitason voimakkuuden ja lähetettävän äänisignaalin voimakkuuden tarkkailemi- 94183 seksi; - välineet (17a) lähetettävän äänisignaalin voimakkuuden säätämiseksi siten, että se vastaa voimakkuudeltaan vähintään vallitsevan melutason voimakkuutta tai ylit- 5 tää tietyn minimivoimakkuuden, mikäli ympäristön melutaso on pieni tai olematon.
12. 12. Jonkin edeltävistä patenttivaatimuksista 9 - 11 mukainen laite, tunnettu siitä, että äänivastaanotinyksikön signaalinkäsittely-yksikköön 10 (13) kuuluu - säädettävä viiveyksikkö (32) muistiyksiköstä (27) luettavan äänisignaali jakson viivästämiseksi arvioidulla etenemisviiveellä; - analogia/digitaalimuunnin (28) äänivastaanottimella 15 (11) vastaanotetun signaalin muuttamiseksi digitaali seen muotoon; - vertailuyksikkö (29), johon muistiyksiköstä (27) ja analogia/digitaalimuuntimelta (28) saadut signaalit syötetään niiden korreloitumisen määrittämiseksi; 20. tietojenkäsittely-yksikkö (31), kuten mikroprosesso ri, signaalinkäsittely-yksikön toimintojen ohjaamiseksi ja vertailuyksiköltä saadun tiedon käsittelemiseksi, jolta tietojenkäsittely-yksiköltä saatu ja vahvistettu etenemisviivetieto lähetetään radiolähettimen (12b) 25 kautta äänilähetinyksikölle (1) ensimmäisen aseman paikkakoordinaattien laskemiseksi.
13. 13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen laite, tunnettu siitä, että vertailuyksikköön (29) kuuluu 30. kertoja (33), jossa vastaanotettu äänisignaalijakso ja aseman muistiyksiköstä (27) luettu vastaava vaiheistettu ja viivästetty äänisignaalijakso kerrotaan keske- » · nään; ja integraattori (34), jossa kertojalta saatu tulos 35 integroidaan ja joka uusi tulos siirretään tietojenkä sittely-yksikölle (14) tämän signaalin ja vastaanotetun äänitaajuisen signaalin korreloitumisen tutkimiseksi ja 94183 etenemisviiveen todellisen arvon selvittämiseksi, ja joka vahvistettu etenemisviivetieto lähetetään radiolähettimen kautta ensimmäiselle asemalle.
14. 14. Jonkin patenttivaatimuksista 9-13 mukai-5 nen laite, tunnettu siitä, että lähetettävää äänisignaalijaksoa käsitellään käsittelylaitteella, johon kuuluu alipäästösuodin (35), siten että äänisig-naalijakson autokorrelaatiofunktion muodoksi saadaan levennetty pyöreähkö piikki. 10 31 94183