JP2677540B2 - トランスポンダー検出システム - Google Patents
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Description
るトランスポンダーシステムのようなトランスポンダー
によりサポートされるシステムに係り、特にトランスポ
ンダーから送信された信号の位相面を測定し、この情報
を使って自動車が特定の場所に位置しているか否かを判
定するトランスポンダー検出システムに関する。
テムや他のタイプのトランスポンダーによりサポートさ
れるシステムにおいて、トランスポンダーを搭載してい
る自動車と、搭載していない自動車とを区別すること
は、システムの根底をなす。従来、この処理は、トラン
スポンダー/読み取り通信システムのアンテナパターン
によりなされる。アンテナは、判定エリアにフォーカス
され、通信がこのアンテナパターンエリア内で行われる
なら、自動車がトランスポンダーを搭載していることが
分かる。このアプローチの問題は、判定エリア外の自動
車のトランスポンダーとの通信を回避し、またこのエリ
ア外のトランスポンダーとの通信が、判定エリア内のト
ランスポンダーを搭載していない自動車との通信である
との誤認識を回避できる程度に、アンテナパターンを小
さくしなければならないことである。この問題は、判定
エリアからその後ろにかけて自動車が数珠つなぎになっ
ているときや、隣のレーンで起こる。
搭載している複数の自動車がバリアに次々と到着すると
きに起こる。このとき生じるエラーとしては、システム
が“物理的な到着順”ではなく、“電気的な順序”でト
ランスポンダーと通信することである。この誤順のエラ
ーは、送信機が具備された悪い自動車に起因し、自動車
に誤処理を起こさせる。
て、4つの基本的な方法が試みられた。第1は、処理中
にアンテナの通信エリアを可能な限り狭めることであ
る。第2は、自動車が通信ゾーンに存在する間に通信を
繰り返し試みることができるように、データ処理を最小
化したり、自動車のスピードを制限することである。第
3は、通信ゾーン内の潜在的なフェード(盲域)を最小
化するように、バリアのデザインや、アンテナのマウン
トを変えて、マルチパス効果を最小化し調整することで
ある。第4は、全ての自動車においてアンテナパターン
及び通信可能領域が同じになるように、トランスポンダ
ーを自動車に搭載することである。極端には、これは、
トランスポンダーのパワーを調整し、通信可能領域を一
定にすることを意味している。
することを試みることである。1つのアプローチは、指
向性アンテナで道路上の小さなエリアを照らし、後方散
乱通信技法を使って通信ゾーンエリアを制限することで
ある。これは、R4 のレートで増加する経路損失減衰を
生じ、通信可能領域の制御性を改良することである。さ
らに、トランスポンダーを自動車内の特定の位置に設置
し、自動車検出器で通信処理を起動する。この技法は、
自動車間の位置ずれやトランスポンダーのアンテナパタ
ーンの変化が、多くの処理エラーを生じさせてしまう。
処理を達成するための自動車検出器を使用することによ
り、処理エラーを最小化できるが、自動車検出精度が通
信処理精度の数倍であるので、徴収性能を低下させてし
まう。このアプローチを実用化するには、99.995
%以上の徴収処理精度が要求される。
アンテナで、自動車に搭載されたトランスポンダーと通
信することである。トランスポンダーを自動車のバンパ
ーに設置することにより、処理実行のための通信ゾーン
を調整する。道路アンテナを施設するのは非常に高価で
あり、故障すれば修理のために路面を掘り返すことが必
要であり、これによりトラフィックレーンが通行止めに
なってしまう。さらに、バンパーにトランスポンダーを
設置するためにはハウジングをより起伏させることが必
要であり、運転者がシステムとインタフェースしなけれ
ばならない。
ンスポンダーを搭載した自動車が検出領域に存在してい
るか否かを容易に、高精度で検出することができるトラ
ンスポンダー検出システムを提供することである。
ンダーを搭載した自動車が検出領域に存在しているか否
か検出するトランスポンダー検出システムは、第1と第
2のアンテナアレイを有する。各アレイは、アレイボア
サイト軸を規定する複数のアンテナ素子から構成され
る。アンテナアレイは、検出領域から間隔を隔てて配置
される。各アレイは、検出領域に対して異なる向きに配
置される。システムは、さらに、レシーバ手段を有す
る。レシーバ手段は、自動車に搭載されたトランスポン
ダーからの送信を受信する。この受信により、アレイを
構成する各アンテナ素子の信号の和信号と、アレイを構
成する各アンテナ素子の信号の差信号とがアレイ毎に生
成される。プロセッシング手段は、各アレイの和信号及
び差信号に基づいて、トランスポンダーを搭載した自動
車が検出領域内に存在しているか否かを判定する。プロ
セッシング手段は、トランスポンダー信号が適正に受信
されているか否かを和信号に基づいて判定する手段と、
トランスポンダーを搭載した自動車が検出領域内に存在
しているか否かを差信号に基づいて判定する手段をから
なる。
テナアレイが1つであってもよい。
ムは、有料道路を利用する自動車料金を決定するために
利用されるバリアに基づく料金徴収システムにも適用で
きる。徴収システムは、自動車検出領域を規定する料金
徴収のバリアーエリアと、検出領域内に自動車が存在し
ているか否かを検出する自動車検出器と、検出領域に入
ってきた自動車に料金チケットを発行する料金チケット
発券機とを有する。トランスポンダー検出システムは、
トランスポンダーを搭載した自動車が検出領域内に存在
していることを検出する。徴収システムは、検出領域で
検出された自動車がトランスポンダーを搭載していると
の検出システムプロセッサの決定に応答し、発券機の動
作を止めて、トランスポンダーを搭載した自動車から通
行料金を電子的に徴収するための手段を有する。トラン
スポンダーを搭載した自動車にはそれぞれ固有のコード
が割り当てられている。トランスポンダーは固有のコー
ドをコード化したRF信号を送信する。トランスポンダ
ー搭載検出システムは、受信した送信信号からコードを
解読し、そのコードに割り当てられる自動車に電子的な
請求を行う。
自動車や、物理的な対象を電子的に認識することを必要
とするコンテナサポートシステムにも適用できる。
るトランスポンダー検出システムの第1の実施形態を説
明する。図1は第1の実施形態のブロック図である。
自動車に搭載されたトランスポンダーから送信された信
号に対する多数のアンテナ素子間の位相差を測定する。
多数のアンテナ素子に同時に到達する信号は同一の電気
的な位相を有する。これは、信号の位相波面と呼ばれ
る。信号がアンテナ素子に異なるタイミングで到達する
と、各素子は異なる位相の信号を受信する。これらの位
相間の差を信号の到来方向を決定するために使われる。
2つ、またはそれ以上のアンテナからの方向情報はトラ
ンスポンダーがある領域に位置するか否かを決定するた
めに使われる。そして、このデータは自動車の電子回路
をマニュアルではなく、自動的に処理するためのシステ
ムを駆動するために使われる。
を簡略に示す。本発明はアンテナアレイのボアサイト軸
上に位置するトランスポンダーを検出するために位相モ
ノパルス技術を利用する。アレイのボアサイト軸は道路
の関心領域を指向している。検出処理においては、アン
テナからの受信信号の和、そして差の測定が行われる。
トランスポンダーが道路のある領域(これは電子料金所
システムと通信する領域で、通信ゾーンと呼ばれる)に
近づくと、トランスポンダーから送信された信号は本発
明の位相測定アンテナにより遮られる。本発明では、こ
れらのアンテナの中の2つのアンテナが使用され、各ア
ンテナは2つ、またはそれ以上の素子からなる。図1
は、素子11A、11Bからなる1つのアンテナのみ示
す。最も単純な実施形態では、素子11A、11B間の
間隔Dはλ/2、または位相差において180°であ
る。したがって、素子における信号の相対的な電気的位
相Φは方向、または「到来角度」を規定する。これは、
次式で表される。
と波面の到来方向に平行な直線とのなす空間的な角度で
ある。
ポンダーの位置を通過する。この直線がアンテナ間の直
線に直交する場合、この直線はアンテナのボアサイト軸
Bと呼ばれる。上記式から、トランスポンダーがボアサ
イト軸上に位置する場合、空間的な到来角度は0°で、
素子間の電気的な位相差は0°である。もしも、空間的
な角度が90°の場合、電気的な位相差は180°であ
り、もしも、空間的な角度が−90°の場合、電気的な
位相差は−180°である。したがって、アンテナ素子
がλ/2だけ離れている場合は、電気的な位相差と空間
的な角度との間には1対1の関係が成立する。素子間で
同一の電気的な位相差を生じる場所中の全ての点の軌跡
は、その頂点が2つのアンテナ素子を接続する直線の中
心に位置する空間的な円錐となる。
/2よりも離れている場合は、点の軌跡は、電気的な位
相差毎の円錐の集合体となる。トランスポンダー信号が
アンテナのボアサイト軸上に位置する場合、円錐は実際
には平面である。この平面が道路表面と交差する場合、
それは直線になる。
直交する方向から到来する場合、電気的な位相差は0°
になる。したがって、2つの素子における電気的な位相
は等しい。このボアサイト方向は本発明の信号処理にお
いて用いられる。本発明では、一方の素子11Aにおけ
る信号は位相シフタ12Aにより+90°位相がシフト
され、他方の素子11Bにおける信号は位相シフタ12
Aにより−90°シフトされる。2つの素子からの位相
シフト信号は加算器13により加算され、差信号Δが生
成される。ボアサイト方向から信号が到来すると、差信
号は0(Vcos(ωt+90°)+Vcos(ωt−
90°))である。2つのアンテナ素子11A、11B
からの信号は位相シフト無しでも加算され、和信号が生
成される。ボアサイト方向から信号が到来すると、和信
号は2Vcos(ωt)である。レシオブロック15に
より、和信号に対する差信号の比が得られ、対数ブロッ
ク16により本発明にしたがって対数演算され、対数比
が得られる。
信号それぞれの値を空間角度が−90°から90°の範
囲でプロットしたものである。
B)、すなわち−20×Log10をプロットしたもので
ある。本発明においては、このプロット結果はトランス
ポンダーが通信ゾーンに位置するタイミングと、アンテ
ナのボアサイト軸上に位置するタイミングとを決定する
ために使われる。上述したように、トランスポンダーが
ボアサイト軸上に位置する場合、トランスポンダーの平
面はトランスポンダーを含む道路表面に平行な平面に直
交し、この直線はトランスポンダーを含むことができる
点の軌跡を規定する。この実施例では、2つのアンテナ
が用いられる。各アンテナは自動車の検出が行われる道
路の位置に配置される。両アンテナはトランスポンダー
を含むことが出来る直線を形成するので、2つの直線の
交点はトランスポンダーの位置を規定する。トランスポ
ンダーがこの位置に到達すると、システムは、そのID
が既知であるトランスポンダーとの通信に基づいて、検
出された自動車はトランスポンダーを搭載すると判断す
る。もしも、いずれのトランスポンダーとの通信もこの
基準を満たさない場合は、検出された自動車はトランス
ポンダーを含まずに、自動車はトランスポンダー非搭載
車として処理される。
位相波面を検出するために、1/2波長アンテナアレイ
が用いられる。和チャンネルは位置確認システムの領域
内で送信が行われたことを確認するために使われ、差チ
ャンネルは道路上の特定の関心領域内のトランスポンダ
ーをアイソレートするために使われる。道路上のトラン
スポンダーの位置を確認する処理は、実施例では、位相
干渉計を用いる。各アンテナ対からの信号の位相波面は
電気的な位相角度に変換され、それからボアサイト軸か
らのずれを表す空間的な角度が導き出される。この方法
は次のように行われる。先ず、トランスポンダー受信信
号をサンプリングし、到来信号の周波数を中間周波数
(IF)、すなわち12.5MHzに変換し、そして、
この中間周波数信号をアナログ・ディジタル変換器AD
C、すなわち8ビットのADCによりサンプリングす
る。この結果得られたデータストリームは高速フーリエ
変換器(FFT)により処理され、フィルタリング処
理、平均化処理され、各アンテナの振幅と位相とが得ら
れる。各アンテナについての2つの位相を加算、減算す
る代わりに、電気的位相差がトランスポンダーのアンテ
ナボアサイト軸からのずれを示す測定値としての空間角
度を求めるために用いられる。各アンテナ対から1つづ
つ得られる2つのボアサイト軸読み取り結果を用いて、
三角測量によってトランスポンダーは道路上に配置され
る。
収集システム20を示す。自動車100が本システムに
近づくと、自動車をアイソレートする料金収集バリア領
域22に従って迂回される。自動車の存在を検出するた
めに、この領域の入り口にアーミング・ループと呼ばれ
る自動車検出器24が設けられる。もし、自動車100
がトランスポンダーを搭載していない場合は、手動徴収
システムが作動する。この例では、自動車が有料道路に
進入する時、発券機26は自動車運転者に料金券を発行
する。もし、自動車100がトランスポンダーを搭載し
ている場合は、発券機26は不作動とされ、自動車が有
料道路18に進入した時、自動車には「電子チケット」
が与えられる。自動車はバリア領域22から立ち去ると
き、クリアリング・ループと呼ばれる第2の自動車検出
器28を通過する。クリアリング・ループ28はシステ
ム20をクリアし、アーミング・ループ24が次の自動
車を処理することを可能とする。これらの処理は各自動
車がシステムに進入する都度、行われる。
32、34はそのボアサイト軸上にアーミング・ループ
が位置するように配置される。各アレイは2つのアンテ
ナ素子を具備する。一般的には、アンテナは共通の構造
物上に取り付けられた素子を用いる。これらの素子は、
道路上の関心領域をカバーするアンテナパターンを発生
する。アンテナ素子としては、ダイポール、または他の
種類のアンテナデザインを用いることができる。アンテ
ナ素子の間隔は、各アンテナ素子の電気的中心間の物理
的な距離である。処理の周波数はこの距離を規定する。
1/2波長間隔はこの距離を1/2波長f/(2C)に
設定する。ここで、fは周波数、Cは光の速度である。
このように、アレイ32はアンテナ素子32A、32B
を具備し、アレイ34はアンテナ素子34A、34Bを
具備する。自動車が検出されると、アンテナアレイ3
2、34は検出された自動車がトランスポンダーを搭載
しているか否かをシステム20に知らせる。自動車がト
ランスポンダーを搭載していない場合、発券機26が作
動され、チケットが自動車に対して発行される。自動車
が本システムで検出されるトランスポンダーを搭載して
いる場合は、発券機26は不作動とされ、「電子チケッ
ト」が自動車に対して発行される。
に関連する特徴をさらに詳細に示す。アレイは距離Dだ
け離れたアンテナ素子32A、32Bを含む。アンテナ
アレイの中心は中心Cとして示される。自動車トランス
ポンダー信号はアレイ上に方向Sとして示される。1つ
のアレイのボアサイト軸はアンテナアレイの中心に直交
する平面により表されるとともに、この平面と道路との
交点は可能性のある位置を示す直線を形成するので、本
実施例では、2つのアンテナアレイ32、34が用いら
れる。2つのアンテナアレイ32、34により形成され
る2つの直線の交点は検出領域におけるトランスポンダ
ーの存在を完全に規定するために用いられる。
ッサブロックを示す。各々が1/2波長アレイである2
つのアンテナアレイ32、34の出力は、ケーブル35
A、35B、36A、36Bによりシステム受信機40
に接続される。受信機の出力はプロセッサ50に供給さ
れる。受信機40は受信機入力を2つのアンテナアレイ
32、34間で切り替えるRF同軸スイッチ42を含
む。そのため、アンテナ32、34の出力は受信機の入
力で切り換えられ、受信機40を具備する2つのチャン
ネル44、46に交互に供給される。
信機40により開始される。2つのアレイ素子32A、
32Bの出力は2つのチャンネル44、46に供給さ
れ、RFからIFへ変換され、振幅が制限され、結合器
48により結合され和と差の測定結果が得られる。結合
器48は2つのアンテナ素子からの信号寄与の和を表す
和チャンネル信号と2つのアンテナ素子からの信号寄与
の差を表す差チャンネル信号を作り出す。
ッサ50に供給される。実施例では、スイッチ56は、
システムのコストを低下させるために、和信号と差信号
を直列的に処理することができるよう和信号と差信号と
を切り換える。和チャンネルのIF信号と差チャンネル
のIF信号はアナログ・ディジタル変換器(ADC)5
2A、すなわち8ビットのADCによりサンプリングさ
れる。この結果得られたデータストリームは高速フーリ
エ変換器(FFT)52Bにより処理され、フィルタ5
2Cによりフィルタリングされ、積分器52Dにより平
均化され、和信号/差信号のうちの選択された一方の信
号の振幅と位相が得られる。そして、他方の信号を選択
するために、スイッチ56が動作され、上述した処理が
繰り返される。
の存在を規定するために使われ、差チャンネル信号はト
ランスポンダー信号が検出領域から送信されてきたか否
かを決定するために使われる。この処理は和信号の振幅
を検出することにより達成される。トランスポンダー信
号は次のような関係に従う経路損失によって規定される
振幅Vでアンテナ素子に到達する。
失であり、r=−27.5+20logf+20log
D、fは周波数(MHz)であり、Dはアンテナからト
ランスポンダー間での距離(m)である。
信号は加算され、そのアレイに関する和チャンネル信号
2Vを形成する。和チャンネル信号は閾値レベルと比較
される。和チャンネル信号2Vが存在検出閾値レベルを
越えている場合、トランスポンダーはゾーンに近い領域
内に存在する。そのアレイに関する差チャンネル信号は
トランスポンダーが2つのアンテナの中心面により規定
される交点に位置するとき、ゼロレベルに近づく。これ
ら2つのレベル(和と差の2レベル)の差は2つのレベ
ルが対数形式(dB)で表されるとき、検出領域を規定
するために使われる比を形成する。例えば、和チャンネ
ルが1.2Vで、差チャンネルが0.9Vとする。比は
(1.2/0.9)であり、この比の−20×log10
は−2.5dBである。トランスポンダーが検出領域に
位置するとき、和信号は1.9Vに増加し、差信号は
0.1Vである。このとき、負の対数比は−25.6d
Bである。両信号値とも存在検出閾値を越えており、後
者(差信号)値は検出領域閾値を越えている。実施例で
は、存在検出閾値は−40dBmであり、トランスポン
ダー検出信号閾値は−20dB対数比である。周知のよ
うに、−40dBmは50オームの受信機では2.24
×10-3Vとしても表される。
用できる。図2は2つのアンテナアレイ32、34の空
間的角度に変換される信号結合器48の出力の実施例を
示す。特に、特性線70はあるアレイからの信号寄与の
和を表すために用いられ、特性線72はあるアレイから
の信号寄与の差を表すために用いられ、両者ともアンテ
ナアレイのボアサイト軸からの角度オフセットの関数で
ある。図3はアンテナアレイのボアサイト軸からの空間
的な角度オフセットの関数としての和信号の差信号に対
する比(dB)を表すために用いられる。
域閾値が20dBであるシステムの数値例である。数値
は次の3通りの条件の下で算出した:(1)トランスポ
ンダーの信号は両閾値を越えている、(2)トランスポ
ンダー信号は両閾値条件を満たしていない、(3)トラ
ンスポンダー信号は1つの閾値を越えているが、第2の
閾値条件を満たしていない。3番目のケース(満たす/
満たさない)は、システムがどのようにして強力なトラ
ンスポンダー信号レベルを扱うかを示す。
レイまでの経路長は45.7dBの経路損失を生じる5
メートルであり、トランスポンダー信号の強度は1mW
(0dBM)(自由空間(377オーム)では0.61
4V、あるいは50オームでは2.24Vに相当する)
であるとする。この場合、アレイにおける信号強度は−
45.7dBm、26.9×10-6mW(自由空間では
3.2×10-3V、あるいは50オームでは1.16×
10-3Vに相当する)である。アレイの2つの素子にお
ける受信信号を加算することにより和信号が得られる。
ここで、アンテナゲインが0dBであるとすると、和信
号の強度は自由空間では6.4×10-3Vとなる。この
値をdBmに変換すると、−39.6dBm(10×l
og10[(6.4×10-3)2 /377])となる。こ
れらの仮定を要約すると、以下のようになる。
間では0.614V、あるいは50オームでは2.24
Vに相当する)の信号を送信する。
5.7dBである。
m(自由空間では3.2×10-3V、あるいは50オー
ムでは2.2×10-3Vに相当する)である。
算する(自由空間では6.4×10-3V、あるいは50
オームでは2.2×10-3Vに相当する)。
−40dBmの閾値)に逆変換される。
域におけるトランスポンダーの検出を説明する。
アレイのボアサイトから5°ずれているとする。電気的
な位相シフトはφ=180sinθ=15.7°であ
る。
-3とすると、V+Vcos(15.7°)=1.96
(V)であり、検出閾値(−40dBm)を越えてい
る。
118×10-6ボルトである。
(1.96(V)/0.03(V))=169.5であ
る。したがって、(−20log(Σ/Δ))=−3
4.5dBであり、閾値(20dB)を越えている。
4の結果に基づいて、自動車がトランスポンダーを搭載
していることが分かる。
同じであるが、自動車検出領域内でトランスポンダーが
検出されない場合の例である。
アレイのボアサイトから25°ずれているとする。電気
的な位相シフトはφ=180sinθ=76.1°であ
る。
-3とすると、V+Vcos(76.1)=1.24Vで
あり、和信号の値は3.97×10-3、あるいは−4
3.8dBmであり、検出閾値(−40dBm)を越え
ない。
テナアレイまでの距離Dは5メートルではなく、2.5
メートルであるとする。これにより、信号レベルは6d
B増加し、和信号は−37.8dBmとなり、閾値(−
40dBm)を越える。
(76.1)=0.76(V)である。
(dB)は(−20)log(1.24V/0.76
V)=4.3dBである。Vが数式から除去されている
ので、この結果はステップ2、ステップ2aのいずれに
も適用される。
は存在閾値を越えないし、検出領域閾値も越えない。ス
テップ2aにおいては、信号は存在閾値を越えるが、検
出領域閾値は越えない。
結果に基づいて、自動車がトランスポンダーを搭載して
いないことが分かる。
米国特許第5,307,349号明細書に詳しく開示さ
れているように、トランスポンダーは送信を1120マ
イクロ秒間続ける。送信信号は560ビット有する。本
発明はトランスポンダー送信を作動させる通信システム
とともに動作することを意図している。バリアユニット
は所定の時間にトランスポンダー応答を作動させるビー
コン信号を送信する。応答信号は本発明により処理さ
れ、位置確認が行われる。
イクロ秒のスイッチング/安定時間を含む50マイクロ
秒間隔で行われる。これは、各測定で収集されたエネル
ギの20ビットに相当する。ある自動車のトランスポン
ダー30は特定の自動車を一義的に特定するディジタル
コードにエンコードされる信号を送信する。受信機40
は、初期状態(最初の50マイクロ秒間隔)では、1つ
のアンテナアレイ32からの信号を受信するように切り
換えられる。そして、受信機40は、次の50マイクロ
秒で他のアンテナアレイ34に切り換えられる。プロセ
ッサ50は情報を処理し、トランスポンダーを搭載する
自動車が存在するか否かを判断し、存在する場合はその
ディジタルコードを検出する。プロセッサ50の機能は
「電子チケット」を発行できるように自動車に関するコ
ードをデコードすることである。そして、受信機40は
他のレーンのアンテナアレイの2つの50マイクロ秒の
測定期間に他のレーンに切り換えられる。このように、
この実施例はバリアに基づくシステムの11のレーンを
処理することができる。この実施例では、処理の開始と
終了時に160マイクロ秒のバッファタイムが設けられ
る。そのため、1つの受信機/プロセッサでは8レーン
の処理に制限される。
システムにおける直列化された和信号処理と比信号処理
を示す単純化したフローダイアグラムである。第1レー
ン(N=1)の処理が開始されると、このレーンに対す
るアーミング・ループが調べられ、自動車が第1レーン
にあるか否かが判断される(ステップ302)。もし、
自動車が存在しない場合、処理はステップ316に分岐
し、レーン番号Nが+1インクリメントされ、処理はス
テップ302に戻り、第2レーンに対する処理サイクル
が開始される。N=1のケースでアーミング・ループが
自動車が第1レーンに存在すると判断したとすると、タ
グ位置確認タイミング&スイッチ制御55はバリア内で
第1レーンを選択し、同軸スイッチ42はそのレーン内
の第1アンテナの素子32A、32Bを選択する。セレ
クタスイッチ56は受信機の和出力を選択し、この信号
を処理する(ステップ304でその振幅を閾値T1と比
較する)。第1アンテナの和信号が閾値T1を越えてい
ない場合は、自動車がトランスポンダーを搭載していな
いことを意味し、処理はステップ314へ分岐し、ペー
パーチケットを第1レーン内の自動車に対して発行させ
れ。ステップ304で、和信号が閾値T1を越えている
場合は、ステップ306で差信号に対する和信号の対数
比(dB)が計算され、閾値T2と比較される。第1ア
ンテナに関する比がdB閾値を越えている場合は、処理
はステップ314に分岐し、ペーパーチケットが発行さ
れる。第1アンテナ32に関する比が閾値T2を越えて
いる場合は、ステップ308で、スイッチ42は第1レ
ーンの第2アンテナ、アンテナ34を選択し、ステップ
308〜ステップ310で和信号値と比信号値に関する
閾値比較が繰り返される。ステップ304〜ステップ3
10のいずれかのステップにおいて閾値が越えられた場
合、自動車トランスポンダーは第1レーンにおける自動
車の存在を判断し、ステップ312でトランスポンダー
問い合わせ応答信号によって特定された自動車に対して
電子チケットが発行される。ステップ304〜ステップ
310のどのステップにおいても閾値が越えられない場
合、システムは第1レーンにいる自動車はトランスポン
ダーを搭載していないと判断し、ステップ314で第1
レーンにいる自動車に対してペーパーチケットが発行さ
れる。ステップ316でレーン番号Nが+1インクリメ
ントされ、タグ位置確認タイミング&スイッチ制御55
は次のレーン2のアンテナを選択し、処理サイクルを繰
り返す。この処理がNレーン全てが処理されるまで続け
られる。第Nレーンが処理されると、レーンポインタN
が第1レーンにリセットされ、上記の全ての処理が繰り
返される。トランスポンダーを搭載していない自動車に
対してペーパーチケットが発行される典型応用例に関し
てシステムを説明してきたが、ペーパーチケット発券機
の代わりにコインバスケットを用いてもよいし、オペレ
ータがコインを収集し、チケットを発行してもよいし、
他のタイプの料金所バリアシステムを用いてもよい。さ
らに、もしも電子チケットのみのレーンに対して使用さ
れる場合は、システムは執行処理のために自動車の画像
を生成するカメラを用いてもよい。
ポンダーからの単一の送信においてどのようにして多レ
ーンの測定を可能とするかを示すタイミング図である。
より多くのレーンをカバーすることが要求される場合
は、トランスポンダーからの第2の送信が行われ、この
第2の送信を用いて追加のレーンが処理される。測定は
直列的な処理を可能とするために迅速に処理され、これ
により1システムが多数のレーンを処理できるようにな
る。この実施例では、1つのアンテナの測定時間は50
マイクロ秒であり、8レーンをカバーする完全な送信は
800マイクロ秒プラス送信の開始と終了時のバッファ
時間である160マイクロ秒である。レーン毎に2つの
アンテナがあるので、各レーンには100マイクロ秒が
割り当てられている。
れたシステムを示す。5台の自動車100A〜100E
が料金所バリアシステムに近づいてくる様子を示す。通
信フレーム54’において、電子料金徴収システムはタ
イムスロット#1、#2、#3、#4で4台の自動車1
00A〜100Dと通信する。自動車検出システム2
0’はバリアの各レーンにおいて1台の自動車を認識す
る。4つのトランスポンダーからの送信が行われると、
上述したようなトランスポンダー検出処理が行われ、送
信は検出領域からのものか否か判定される。フレーム5
4’はトランスポンダー検出処理の結果を示す。システ
ム20’は第1レーンで発生した自動車検出はトランス
ポンダーを搭載した自動車に対する検出であるか否か判
定する。各スロット送信の最初の値はレーン#1を示
す。レーン#1の検出領域からはトランスポンダー信号
が来ていないので、全ての値は0であり、システムは自
動車100Eはトランスポンダー非搭載自動車であると
見なし、料金チケットを発行する。レーン#2では、シ
ステムは検出された自動車100Cはトランスポンダを
搭載し、スロット#3でその自動車とシステムが通信し
たことを認識する。トランスポンダーと自動車の認識は
スロット#3のデータで受信された情報に含まれ、シス
テムはレーン#2をトランスポンダー搭載自動車とし、
「電子料金チケット」を発行する。レーン#3で、検出
された自動車100Bはスロット#2で通信されたトラ
ンスポンダーを搭載する。スロット#1、#4で発生し
た通信は検出領域内に存在しない自動車100A、10
0Dとの通信であるので、これらの通信は依然としてキ
ュー(待ち行列)の中にあり、後に処理される。
台の自動車が検出されたときの処理を行うシステム2
0’を示す。 自動車への送信が繰り返されるが、通信
によりレーン#1、#2にはトランスポンダー搭載自動
車があり、レーン#3にはトランスポンダー悲搭載自動
車があることが検出される。通信フレーム54”はこれ
らの判定に使われるデータを示す。ここで、レーン#3
以上の測定ではデータが存在しない。これは、3つのレ
ーンしか存在しないからである。もし、バリアがより多
くのレーンに延長されている場合は、データのこの部分
がこれらのレーンの処理に使われる。米国特許第5,3
07,349号明細書では、タイムスロットの割り当て
はダイナミックであり、通信毎に変わる。
るためのアンテナパターンにより規定される通信ゾーン
に依存しない。アンテナパターンは通信ゾーン、すなわ
ちトランスポンダーとの通信が行われる道路の領域(任
意に広くできる)を規定できる。広い通信ゾーンを利用
することが出来る能力は電子料金徴収システムの性能を
向上する。位相測定は信頼性の高い測定が実行できるよ
うに通信処理が十分なエネルギを提供することのみを要
求する。1つの実施例では、通信に必要とされるEb/
Noは13〜15dBである。位置確認処理は20ビッ
トのデータを結合しているので、位相測定において25
〜28dBのS/Nと等価である。これは、測定処理に
ついての信号にとって十分すぎる値である。
バリアレーンの両側に各アレイがある2個の2素子アン
テナアレイを使う代わりに、1個の4素子アンテナを用
いてもよい。この場合、アンテナは図11に示すように
互いに直交するように指向されている2個の2素子アレ
イを含む。図11において、素子A1、A2が第1のア
レイを構成し、素子B1、B2が第1のアレイに直交す
る第2のアレイを構成する。図11のアンテナはそのボ
アサイト軸がレーンに向けられ、測定すべきレーンの上
部に配置される。各アレイのボアサイトは平面を規定
し、各ボアサイト平面は互いに直交するので、各アレイ
の平面の交差は空間内の直線をなす。この直線は4素子
の平面に直交し、4素子のボアサイト軸を表す。素子平
面はレーンの上部に配置され、レーン表面に並行であ
る。アレイのボアサイト軸はレーン表面と交差し、点を
形成する。検出処理は閾値を用いているので、この点
は、その点を中心としたレーン表面の円に展開される。
この円はレーンの自動車検出領域に向けられる。もし、
アンテナ平面がレーン表面に平行でなく、ある角度を持
っている場合は、この円はレーン表面上の楕円になる。
閾値調整とともにこのアンテナチルトは自動車検出領域
を完全にカバーするためにレーン上の領域を拡張するた
めに使われる。
2素子アンテナが用いられる。このアンテナに対して和
/差処理が行われるが、自動車トランスポンダーの検出
は1つのアレイの処理に対して行われる。このアレイは
判定領域と交差するボアサイト平面を規定する。この種
のアンテナは「クロスレーン」読み取りエラー、あるい
は「数珠つなぎ」読み取りエラーを除去するために使わ
れる。しかし、図4の実施例の場合と同様に、2つのエ
ラーを同時に除去することはできない。この簡略化され
たシステムは、例えば1つのレーンの道路に対しては有
効である。
種々変形して実施可能である。
ランスポンダーを搭載した自動車が検出領域に存在して
いるか否かを容易に、高精度で検出することができるト
ランスポンダー検出システムが提供される。
テムのブロック図。
の分布を空間的な角度の関数として示す図。
振幅の分布を示す図。
図。
金徴収システムの処理ハードウエアのブロック図。
ト。
理手順のタイミングを示す図。
テナの簡略的に示す図。
シフタ、13…加算器、14…加算器、15…比計算
器、16…対数演算器。
Claims (10)
- 【請求項1】 検出領域におけるトランスポンダー搭載
自動車の存在を検出するトランスポンダー検出システム
において、前記トランスポンダーはRF信号を送信し、 前記検出領域と直交するボアサイト軸を規定する多数の
アンテナ素子からなる第1アンテナアレイと、 前記アンテナアレイに接続され、前記トランスポンダー
からの送信に応答し、前記アンテナアレイに前記アンテ
ナアレイを構成する多数のアンテナ素子からの信号寄与
の和を表す和信号と前記アンテナアレイを構成する多数
のアンテナ素子からの信号寄与の差を表す差信号とを供
給する受信機と、 前記和信号と差信号とに応答し、トランスポンダーが前
記検出領域に位置するか否かを判定する処理装置とを具
備し、 前記処理装置は前記和信号に応答し、有効なトランスポ
ンダー信号がシステムにより受信されたか否かを判定す
る検出装置を具備し、 前記検出装置は前記差信号に応答し、前記トランスポン
ダーが検出領域に位置するか否かを判定することを特徴
とするトランスポンダー検出システム。 - 【請求項2】 前記アンテナアレイは通常のトランスポ
ンダー送信波長の1/2波長だけ離れている第1、第2
アンテナ素子からなることを特徴とする請求項1に記載
のトランスポンダー検出システム。 - 【請求項3】 前記処理装置は前記和信号が第1の閾値
を越えているか否か判定する第1の比較器と、前記差信
号を第2の閾値に対してテストする第2の比較器とを具
備することを特徴とする請求項1、または請求項2に記
載のトランスポンダー検出システム。 - 【請求項4】 前記処理装置は前記和信号と差信号との
比を求める手段と、前記和信号が第1の閾値を越えてい
るか否か判定する第1の比較器と、前記比を第2の閾値
に対してテストする第2の比較器とを具備することを特
徴とする請求項1、または請求項2に記載のトランスポ
ンダー検出システム。 - 【請求項5】 ボアサイト軸を規定する多数のアンテナ
素子からなる第2のアンテナアレイをさらに具備し、 前記第1、第2のアンテナアレイは前記検出領域に対し
て離間して配置され、各アレイのボアサイト軸は前記検
出領域に向いており、 前記受信機はトランスポンダーからの送信に応答し、各
アレイに対して、前記アレイを構成する多数のアンテナ
素子からの信号寄与の和を表す和信号と前記アンテナア
レイを構成する多数のアンテナ素子からの信号寄与の差
を表す差信号とを供給し、 前記処理装置は各アレイの和信号、差信号に応答し、ト
ランスポンダーが検出領域に位置するか否かを判定する
ことを特徴とする請求項1、請求項2、請求項3、また
は請求項4に記載のトランスポンダー検出システム。 - 【請求項6】 前記処理装置は前記第1、第2アレイの
各々の和信号と差信号との比を求める手段と、前記第
1、第2アレイの各々の和信号が第1の閾値を越えてい
るか否か判定する第1の比較器と、前記第1、第2アレ
イの各々の比を第2の閾値に対してテストする第2の比
較器とを具備することを特徴とする請求項5に記載のト
ランスポンダー検出システム。 - 【請求項7】 前記処理装置は前記第1、第2比較器が
各アレイについて有効なトランスポンダー送信が前記検
出領域で受信されたことを検出しない限りは前記検出領
域で検出された自動車がトランスポンダーを搭載してい
ないと判定する手段を具備することを特徴とする請求項
6に記載のトランスポンダー検出システム。 - 【請求項8】 前記第1アレイは道路レーンの第1の側
に沿って配置され、前記第2アレイは道路レーンの第2
の側に沿って配置されることを特徴とする請求項5、請
求項6、または請求項7に記載のトランスポンダー検出
システム。 - 【請求項9】 前記第1、第2アレイは共通のアンテナ
軸を中心とし、前記第1アレイは前記第2アレイと直交
することを特徴とする請求項5、請求項6、または請求
項7に記載のトランスポンダー検出システム。 - 【請求項10】 前記検出領域における自動車の存在を
検出する手段をさらに具備することを特徴とする請求項
1〜請求項9のいずれか1項に記載のトランスポンダー
検出システム。
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