JPH0731239B2 - 乗り物ロケーテイングシステム - Google Patents

乗り物ロケーテイングシステム

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JPH0731239B2
JPH0731239B2 JP62505220A JP50522087A JPH0731239B2 JP H0731239 B2 JPH0731239 B2 JP H0731239B2 JP 62505220 A JP62505220 A JP 62505220A JP 50522087 A JP50522087 A JP 50522087A JP H0731239 B2 JPH0731239 B2 JP H0731239B2
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signals
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 本発明は一般的には、（乗り物と総称される）自動車、
トラック、軌道車、船、ボートのような可動対象物の位
置を遠隔的に決める装置及び方法に関する。特に対象物
に設置された送信機からの無線周波数送信を処理するこ
とによって集中管理ステーションで対象物の位置を決め
る装置及び方法に関する。
背景の説明 船、航空機のような地球表面の乗物の位置に関する情報
は、ビジネス、安全、機密保護など多くの理由から重要
である。よく知られているように、このような対象物の
位置を決めるのに用いられる装置及び方法は何世紀もの
間大きく変化し、過去数十年で精密性及び精巧さの点で
大きく進歩した。
例えば歴史的に見てみると、初期の海洋航海士は良く知
っている陸標が見えない時自分達の位置を決める際に
は、その知識を海流、主に吹く風の方向、空の星の位置
に頼ることによって、目的地への海路図を作っていた。
後にはクロノグラフ、コンパス、天体観測儀、六分儀を
用いて自分達のおおよその位置を決めることができた。
さらに最近では、海と空の航海は、LORANとそれを応用
したいろいろな型の無線ロケーション装置の恩恵を被っ
ている。現在の船及び航空機はレーダ、惰性航法装置及
び衛星航法システムに頼り、それによって通常位置に関
する情報が非常に正確に決められるようになっている。
陸地での航法は海や空の操縦より容易であり、少なくと
もすでに走行された陸地の地図が正確に作成された後は
容易である。既知の標識は陸地での位置をきめるのに常
に信頼できるものであるが、地図が作られていないか、
あるいは良く知らない場所では海洋航法装置及び方法が
用いられてきた。
現在少なくとも通常の環境の下では、世界でも最も居住
化された地域において位置を決めることは乗物の運転者
にとって比較的容易であり、手に入る地図やその土地の
居住者に尋ねることで決めることができる。しかし乗物
から遠隔地にある管理センターが、実際の営業時にいつ
でも、管理センターが直接あるいは間接に管理している
多数の乗物の位置を決めることはかなり困難であり、又
コストのかかる問題である。乗物の運転者自身が自分の
乗物の位置を知っているとしても、非常に多くの乗物を
管理する責任がある管理センターに乗物の位置の情報を
継続的に提供することは困難である。
乗物の位置の電話連絡を定期的に行うことは勿論可能で
あり、例えば本社と連絡を取って自分達の活動の報告を
し、メッセージを受け取らなければならないセールスマ
ンは、電話連絡を利用している。しかしながら、電話連
絡を頻繁に行うことは多くの場合実際的でなく、いずれ
にしてもコストが大変かかる。乗物の運転者から管理セ
ンターへ搭載している短波無線送信機で連絡をすること
は、トラック、タクシー、パトカー、救急車及び消防車
の位置を地域の配車係に連絡するのに良く行われてい
る。しかしこのような無線通信は長い距離には実際的で
なく、一車ごとのコストが比較的高く又オペレータの介
在を必要とする。
もっと精巧な乗物ローションシステムはいろいろと開示
されており、例えば、マクドランの米国特許第4215345
号及びオーネルの米国特許第4359733号明細書に記載さ
れている。オーネルの特許には衛星による乗物位置決定
システムが記載されており、陸の乗物及び航空機上で運
ばれるトランスポンダーからのコード化された無線信号
が用いられている。乗物及び／あるいは航空機からの無
線信号を遠隔管理ステーションへ中継するには人工衛星
の中継ステーションが用いられ、管理ステーションでは
信号到達時間から乗物あるいは航空機の位置を決めてい
る。しかし乗物あるいは航空機からの無線信号は、乗物
及び航空機上のトランスポンダーに送られる質問信号に
応答する場合にのみ提供される。従ってこのようなシス
テムでは、乗物及び航空機間の二方向通信が必要であ
り、各乗物及び航空機は送信機及び受信機の両方が必要
である。このような装置がすでに乗物及び航空機で他の
目的にも用いられるならば、乗物の位置決定装置のコス
トは低い。しかし陸の乗物を含む多くの例では、無線通
信受信機及び送信機がすでに備えられているわけではな
いので、このような装置を新たに設けるコストは、シス
テムの全体のコストの一部として乗物ロケーションシス
テムが負わなければならない。
マクドランの特許では、乗物から送信された無線信号を
幾つかのステーションで検知するような乗物ロケーテイ
ングシステムが記載されている。各ステーションからは
正確な、時間フオーマット化された信号を受信し、時間
の札（タグ）づけをした後それをさらに中央ステーショ
ンに再送信し、中央ステーションではこれらの信号を他
のすべての信号と交差相関して、可能なステーション対
の総てについて乗物からの到達時間の差を決める。中央
ステーションは到達データの時間差を処理して、導出さ
れた双曲面交差する所で乗物の位置を決める。マクドラ
ンの特許で開示されているように、各送信パルスの雑音
特性は受信ステーション対の総てからの到達時間の差を
決めるのに用いられ、交差相関信号の有無によって乗物
の識別値がデコードされる。しかし総ての受信ステーシ
ョンは検定ビーコンによって同期されなければならず、
システムはオーバラップする信号を処理することはでき
ないため、特許に記載されているようにシステムで管理
できる乗物はせいぜい100に限定されてしまう。
従って、何千、何百万もの乗物を管理できる比較的コス
トの安い乗物ロケーテイングシステムであって、特別な
同期やコストのかかる二方向通信装置を必要としない乗
物ロケーテイングシステムが必要とされている。
発明の概要 本発明に従った乗物ロケーテイングシステムによって、
特定の地理的領域の範囲内で走行する比較的多数の乗物
の位置が遠隔的に決定される。乗物ロケーテイングシス
テムは、乗物に設定するように構成された多数の同じ自
動無線周波数送信機と、第１、第２及び第３の（そして
可能ならば第４の）高い位置の中継ステーションを備え
ることによって、乗物に設置された送信機からの送信信
号を受信し、この信号を中央処理ステーションに中継
し、中央処理ステーションでは中継された信号を処理し
て乗物位置情報が例えばシステム加入者に得られるよう
にすることである。
本発明の乗物ロケーティングシステムにおいては、乗物
に設置されている各送信機は、その送信機から送信され
る信号にその送信機特有の送信機識別コードをエンコー
ドする手段をそれぞれ保持する以外は全ての送信機が同
様の無線周波数信号を送信するように構成され、全ての
送信機で同じ拡散スペクトル同期コードをそれぞれの送
信信号にエンコードする手段と、信号を予め定められた
間隔で反復して送信する手段とを備え、各送信機は相互
に独立し相互にランダム方式で動作する。
中央処理ステーションは各中継ステーションから中継さ
れた無線周波数信号を別々に受信する手段と、受信され
た中継された信号を相互に分離した状態を維持する手段
と、中央処理ステーションにおける各信号の到達時間お
よび識別コードを決定する手段と、中継ステーションか
らの信号の到達時間の差から信号を送信している各送信
機の位置を決定する手段とを具備している。
さらに中央処理ステーションは信号が重なって存在して
いるときでも個々の信号を識別可能にするように対応す
る蓄積されている単一の同期コードと前記拡散スペクト
ル同期コードとを相関させる手段を具備している。
中継信号の分割を可能にするためには、各送信機はあら
かじめ確立された同期コードを各送信信号にエンコード
する手段を備え、この同期コードはすべての送信機で同
じものとする。この同期コードは送信された各信号の初
めの同期シンボルにエンコードされることが望ましい。
この同期シンボルは、例えばせいぜい20マイクロ秒の長
さである。同期シンボルに続いて、送信機識別シンボル
が来る。識別シンボルは６つであり、各シンボルは識別
ビットごとに16の異なる数をエネーブルにする４つのデ
ータビットを保持するのが望ましい。このようにデータ
が与えられることによって、166（16,772,216）個の組
み合わせが可能であり、これだけの数の送信機が独立し
て識別されることができる。
中央処理ステーション内では、中継信号を相互に分離す
るための手段には、同期シンボルにエンコードされた同
期データを対応する記憶されたコードと、たとえ信号が
オーバラップしていても個々の信号の初めを識別するこ
とができるような方法で、相関する手段が備えられてい
る。データ相関手段は、信号識別シンボルから送信機識
別を決定するために設けられ、識別された送信機が設置
された乗物の識別を行なう。識別シンボルをデコードす
るために、データ相関手段は各データビットを記憶され
た可能なコードと相関する。従って、例えば４つの２進
ビットを保持する各情報シンボルは、受信された時に16
の可能な組み合わせと比較されて、どの組み合わせのビ
ットがシンボルに含まれているかを決める。各信号全体
は約100マイクロ秒より長くないのが望ましい。又送信
機はその信号をスペクトル拡散方式にフオーマット化す
ることによって、中央処理ステーションの機能を高め、
信号を分離した後にデコードする。
この発明の実施例では、少なくとも幾つかの送信機に
は、信号の反復速度を変化させて、送信機からのメッセ
ージをただ信号反復速度を変えることによって中央処理
ステーションに通信することを可能にさせる手段が備え
られている。この場合運動感知手段は送信機の幾つかと
関連している。運動感知手段に応答して、信号反復速度
を変える手段は、運動感知手段が送信機が静止状態にあ
ることを示す時は信号を第１の速度で反復させ、送信機
が可動状態にあることを示す時は第２の速度で反復させ
る。静止した送信機に関連する信号反復速度は、送信機
が可動の時反復速度より実質的に小さく、総ての送信機
が可動送信機速度で送信したら起こるような信号混雑
（トラフィック）を減少させる。
送信機が信号反復速度を変えられるようになっている幾
つかの乗物には乗物盗難防止手段が含まれる。乗物のタ
ンパリング（その乗物を盗むため、或いは乗物内部の金
品を盗むために侵入者がその乗物内に侵入しようとする
こと）の状態が発生した場合に、乗物盗難防止手段から
発生される電気信号に応答して、送信機は予め定められ
た反復速度で信号を送信し、それによってこの情報が中
央処理ステーションから加入者に対して提供される。さ
らに、あるいはまたは、本発明の実施例に従って、可変
反復速度送信機を備えた乗物には衝突感知手段が具備さ
れている。乗物の衝突の可能性を指示する衝突感知手段
からの出力に応答して、信号送信速度は衝突状態に関連
してあらかじめ決められた速度に変換される。さらに
又、幾つかの送信機には、あらかじめ設定されたメッセ
ージコードを送信信号に選択的にエンコードして中央処
理ステーションでデコードする手段が具備されている。
そしてさらには、乗物ロケーションシステムには、シス
テムによってカバーされる地理的領域に関連した既知の
固定した位置に設けられた少なくとも１つのベンチマー
ク送信機が具備されていることが望ましい。ベンチマー
ク送信機は、乗物に設置された送信機によって送信され
る信号と同じ無線周波数信号を送信するように構成され
ており、ベンチマーク送信機からの信号は乗物に設置さ
れた送信機の信号と同じ方法で処理されて、ベンチマー
ク送信機の位置が決められる。ベンチマーク送信機の実
際の既知の位置とその計算された位置との差は、中継ス
テーションの位置を含めてシステムを較正するのに用い
られる。
本発明の乗物ロケーテイングシステムでは非常に多くの
乗物を扱うことができるため、乗物ごとの斡施やシステ
ムの作動コストは非常に低く、そのためにシステム加入
者にとって魅力的である。
図面の簡単な説明 本発明は図面を説明することでさらにより良く理解する
ことができる。
第１図は本発明に従った乗物ロケーテイングシステム
（VLS）の図であり、アメリカ大陸をカバーする全国的
なVLSを図例によって表したものである。
第２図は第１図のVLSに用いられる代表的な無線周波数
（RF）送信機の機能的なブロック図であり、送信機の主
要部分を表す。
第３図は第２図の送信機によって送信されるRF信号のダ
イヤグラムであり、信号がいろいろなシンボルに分割さ
れ、スペクトル拡散技術が応用されてチップと呼ばれる
多数の信号要素によって信号の同期シンボルを表す方法
を示す。
第４図は送信機のシーケンサ部分の典型的な出力を示す
図である。
第５図は短い、円筒状パッケージの斜視図であり、この
パッケージ内に第２図の送信機が設置され、このパッケ
ージによって送信機は乗物かあるいは対象物に設置され
ることができる。
第６図は送信機（乗物）の位置決定が行われる中央デー
タ処理ステーションの機能的なブロック図である。
第７図は中央データ処理ステーションに用いられる代表
的な信号相関器の機能ブロック図である。
第８図は第７図の相関器の信号同期相関器部分の機能ブ
ロック図である。
第９図は中央処理ステーションの動作のフロー図であ
る。
望ましい実施例の説明 本発明に従った乗物ロケーテイングシステム（VLS）20
は第１図に示されている。この発明の図例によって、VL
S20はアメリカ大陸全土を網羅しているため、全国的な
乗物ロケーテイングシステム（NLSL）と考えられてい
る。しかしVLS20はアメリカ大陸や他の特定の地域に限
られているわけではなく、以下の説明から明らかなよう
に一定の限定条件に従えば世界の殆どの地域に効果的に
導入される。VLS20を広大な大陸に限定するものは何も
なく、州、市、町のようなより小さな地域でも効果的に
用いられる。
以下に詳細に述べられているように、VLS20は遠隔の、
乗物外の場所で乗物ロケーション情報を与え、特にVLS
に関連する乗物に乗物の位置の情報を提供するものでは
ない。従って、本発明の主な目的は、比較的低いコスト
で多数の乗物に関する位置情報を中央管理センターに提
供し、この中央管理センターから従来からある手段によ
って、トラック、バス、レンタカー、鉄道会社かあるい
は最新の乗物位置情報に関心を持つ他の会社や個人のよ
うなシステム加入者に乗物の情報を連絡することができ
るようにすることである。
ここで用いられる“乗物”という言葉は、自動車、トラ
ック、バスだけでなく、ボート、船、鉄道エンジン、車
両、建設装置、ポータブルシェルタ、航空機のような、
実際にはどのような型の可動対象物をも含むように広く
解釈すべきである。
VLS20はここに示されているように、小さな、コストの
低い、標準乗物送信機を用いることによって、１つの乗
物あたりのコストを比較的低くして作動できるように
し、送信機は、ユニークな送信機識別コードを除いては
各送信機とも同じ無線周波数（RF）信号を相互に（同期
的とは反対に）ランダムに送信することが重要である。
VLS20が示されている第１図には中央処理ステーション
あるいはセンター22が示されており、乗物の位置はここ
で、到達した送信信号時間差（TDOA）から計算される。
VLS20にはさらに少なくとも第１、第２及び第３の高い
位置にある無線信号中継ステーション24,26,28が備えら
れ、これらの中継ステーションが乗物送信RF信号を受信
してこれらの信号を処理センター22に中継あるいは再送
信して処理する。VLS20には又多数の“乗物送信機”と
呼ばれる装置が含まれ、この内３つだけが第１図に示さ
れ、参照番号30,32,34で示されている。どの特定のVLS
にも用いられるかあるいは設置されている乗物送信機の
数は、VLSの機能する地理的領域の大きさ、VLSサービス
を受ける加入者の数、関連するVLSの目的及び範囲のよ
うな要因で異なる。従って乗物送信機の数は、例えば数
百から数百万の間の広い範囲にわたっている。しかし本
発明のVLS20はデータ処理能力が特殊であるため、乗物
送信機が非常に多数の場合に有効である。
さらにVLS20には、１つあるいはそれ以上の較正あるい
はベンチマーク送信機が備えられている。第１図にはこ
のようなベンチマーク送信機が３つ示されており、参照
番号40,42,44で示されている。これらのベンチマーク送
信機40,42,44は離れた固定位置に設置され、VLS20が機
能する領域をカバーしている。必要ではないが好ましく
はベンチマーク送信機40,42,44は乗物送信機30,32,34に
同様に構成されており、どのような場合も同じRF信号を
送信する。これらのベンチマークRF信号は、乗物送信機
30,32,34（など）からのRF信号と一緒に、中継ステーシ
ョン24,26,28によって処理ステーション22に中継され
る。ベンチマーク送信機40,42,44の位置は正確にわかる
ため、ベンチマークRF信号はシステムを較正し、中継ス
テーション24,26,28の正確な位置を確立して、これら送
信機の“固定”位置からのどのような運動も補償するこ
とができる。勿論処理ステーション22に関連する中継ス
テーション24,26,28の正確な位置を知ることは、あらか
じめ確立されたグリッドシステムあるいは地図に関連す
る乗物送信機30,32,34（など）の位置を正確に決めるの
に必要であることは、理解されるべきである。
乗物送信機30,32,34は第１図では例として車輪のついた
各乗物30a,32a,34aに設けられている。又中継ステーシ
ョン24,26,28も第１図では例としてVLS20がサービスす
る領域（例えばアメリカ大陸）上の地球静止軌道にある
各人工衛星46,48,50上に設けられている。中継ステーシ
ョン24,26,28を地球静止軌道衛星46,48,50上に設けるこ
とによって（衛星の選択及び配置が適切であると仮定し
て）、各中継ステーション24,26,28が、処理ステーショ
ン22、ベンチマーク送信機40,42,44、そして通常は乗物
送信機30,32,34（など）の総てと視線関係を作ることが
できるため、ベンチマーク及び乗物送信機によって送信
される信号の中継ステーションによる受信を良好にし、
又処理ステーション22によって中継された信号の受信を
良好にすることができ、有利である。
しかしさらに局所化されたVLSでは、中継ステーション2
4,26,28のすべてかあるいは幾つかが地上、例えば高い
山、高層ビルあるいは無線タワーの頂上に設けられる。
中継ステーション24,26,28は単にRF信号中継器でありデ
ータ処理は行わないためステーションは大きくはなく、
衛星が設けられている場合は“専用”衛星を必要とする
ことはなく、主に他の目的に用いる放送用の衛星に取り
付けることができる。
VLS20には含まれないが第１図に示されているものとし
て２つの代表的な加入者ステーション60,62があり、各
々通信のためにあらかじめ存在する電話線64及びマイク
ロ波あるいは無線リンク66によって処理ステーション22
に結合されている。もともとは、このような多くの加入
者ステーションが従来の通信リンクによって処理ステー
ション22に結合されている。
乗物送信器30,32,34（など）は第２図に示されているよ
うに構成されており、乗物送信機30がすべての乗物送信
機及びベンチマーク送信器40,42,44の代表として図示さ
れている。送信器30には一般的に、基準発振器あるいは
“クロック"70、シーケンサあるいはオペレーションタ
イマー72、メモリ手段74、ローパスフイルタ76、励振手
段78、電力増幅器80、パルス形成ネットワーク82及びア
ンテナ84が備えられている。次に励振手段78には、Ｌ帯
域発振器86、位相ロックループ88及び合計器90が設けら
れている。シーケンサ72には、運動感知器100、衝突感
知器102、乗物盗難防止手段104及び手動メッセージ選択
手段106のような補助装置が結合している。
運動感知器100及びクラッシュ感知器102には、異なる加
速の“g"レベルによってセットされるかあるいは選択さ
れる通常の加速度計が備えられていることが望ましい。
運動感知器100は衝突感知器102よりもずっと低い“g"レ
ベルにセットされて、乗物の動きに関連する正常な“g"
レベルと、乗物が衝突した場合に予想される高い“g"レ
ベルとの間を区別できることが望ましい。盗難防止手段
104は市販の任意のものか、あるいは注文による乗物盗
難防止装置であって、乗物への侵入、タンパリングある
いは指示されない動きに対応して電気信号を与える。一
方、メッセージ選択手段106には通常のキーボードかあ
るいはスイッチ（図示されていない）が備えられてお
り、これによってあらかじめ記憶された幾つかのメッセ
ージコードが選択されて関連する乗物送信機30のRF送信
にエンコードされる。
シーケンサ72はRF信号反復速度とRF信号のフオーマット
化を制御する。第１及び第２のPROM（プログラム可能な
読取り専用メモリ）110,112とデータバッファ114を保持
するのが望ましいメモリ手段74には、送信機識別コード
（第１のPROM110に記憶されている）及び特定のメッセ
ージコード（第２のPROMに記憶されている）を含む信号
フオーマット情報が含まれている。“助けが必要”、
“事故発生”、“運転停止”のような限定された数のメ
ッセージを表すコードはPROM112に記憶され、衝突感知
器102、盗難防止手段104によって自動的に選択される
か、あるいは手動メッセージ選択手段106によって手動
的に選択される。
送信機30は第３図に示されているフオーマットのRFメッ
セージ信号120を与えるように構成されているとよい。
この図示されているものでは、信号120の長さは100マイ
クロ秒であり、６つのデータシンボル124が後続する20
マイクロ秒の同期シンボル122が含まれている。各デー
タシンボルには４つのデータビットあるいは情報があ
り、10マイクロ秒の長さである。データシンボル124は
送信機識別コードあるいは数をフオーマット化するのに
用いられ、データシンボル124によって166（16777216）
の乗物の識別が可能である。
データシンボル124には同じく10マイクロ秒の４ビット
フイールドシンボル126が続いているため、メッセージ
をエンコードするのに16のコードを使用することができ
る。フイールドシンボル126内の幾つかのコードはその
代りに信号処理命令に用いられることもできる。フイー
ルドシンボル126には、以下に示されるように時間の札
（タグ）づけをするのに用いられる10マイクロ秒の処理
シンボルが続く。
時間的にわずかに分離されている多数の送信機信号を処
理するためには、信号120が既知の“拡散スペクトル”
技術によってフオーマット化されるのが望ましい。この
ような技術は、例えばアール・シー・デイクソン著、ジ
ョン・ウイリー社1976年出版の、“拡散スペクトルシス
テム”に記載されており、本発明の場合チップ速度が１
秒あたり約6.4百万のチップであることが望ましい。従
って同期シンボル122は128のチップに副分割され、これ
らチップには二進法の１と０の疑似乱数パターンが備え
られている。疑似乱数とは１と０のパターン準ランダム
であるが、パターンは知られていることを意味する。各
乗物送信機30,32,34（など）及び各ベンチマーク送信機
40,42,44は同じ同期パターンのチップを提供するように
構成されており、これらチップによって各信号の初めが
識別される。乗物識別シンボル124も同様に拡大スペク
トルでフオーマット化されており、各々は二進法の１及
び０の特定の疑似乱数法で配置された64のチップから形
成される。シンボル126と128も同様にフオーマット化さ
れる。
ここに記載されている望ましい実施例では、乗物送信機
30によって送信される信号120が特定の間隔（第４図）
で反復される。しかしフイールドシンボル126は、コー
デイングがなされるならば特定のメッセージコードを伴
うように、別にフオーマット化される。信号120は、例
えば１分間隔で反復されて、システム加入者に与えられ
る送信機（乗物）の位置情報が常に最新になるようにな
っている。
例えば送信機１台につき信号120の１分あたりの名目上
の反復速度を仮定すると、長さが100マイクロ秒の信号
の場合、オーバーラップしない60万の信号を毎分送信す
ることができる。しかし同期シンボル122の長さはたっ
た20マイクロ秒であるため、信号120のオーバーラップ
しない同期シンボルの300万の部分を１分ごとに送信す
ることができ、又データ識別能力によって少なくとも約
600万の送信機30,32,34（など）が１つのVLS20内で処理
されると見積もることができる。
本発明を説明するために、第４図に示されているダイヤ
グラムのように、送信機30,32,34（など）は通常の“乗
物が運動している”状態で１分間ごとに１回信号120を
送信し、このような信号が時間t1,t2,t3などにおいて送
信されると仮定する。しかしシーケンサ70も又時間t1−
Δｔ、t2−Δｔ、t3−Δｔなどにおいて短い初期化ある
いは制御信号138を与えるように構成されている。これ
らの制御信号138は各ライン140,142（第２図）を通って
位相ロックループ88及びパルス形成ネットワーク82に与
えられ、Ｌ帯域発振器86が（フイードバックする位相ロ
ックループ88の動作を通して）動作の設計周波数に達
し、パルス形成ネットワーク82が“始動”して（ライン
144を通って）電力増幅器80に、信号120を出力するのに
十分な長さの高い電力パルスを与える。送信器30,32,34
（など）がこのようなエネルギー効率の優れた構成にな
っているために、Ｄセルタイプのアルカリ電池１個で送
信器を約１年間通常状態で操作することができる。
シーケンサ72も又当該分野の技術者にとっては既知の方
法で、信号120があらかじめ決められた幾つかの異なる
反復速度で送信されるように、構成することができる。
図示されているように、電気信号が運動感知器100によ
ってライン146を通して時間の決まった送信の間の１分
間中のいつでも入力されるならば、シーケンサ72は１分
ごとに通常の例示速度で信号20を送信しつづける。しか
し運動感知信号がないとそれによってその乗物が運動し
ていないことが示され、関連する乗り物が運動していな
い時には乗り物のロケーションを更新する頻度はより小
さいために、シーケンサ72は信号送信の間隔を（例えば
１時間のように）自動的により長く選択する。それにも
かかわらず、送信器を正常に機能させるためには、乗り
物の位置を周期的に更新することは通常望ましい。運動
していない乗り物に設置された送信機の送信速度が減少
することによって、全体の送信トラフイック量が減るた
め、送信速度が減少しない場合よりもVLS20ではより多
くの数の乗物が管理できる。
シーケンサ72は又、衝突感知器102及び盗難防止手段104
からライン148及び150を通しての電気信号に応答して、
信号120の送信間の時間間隔が１分より小さく減少させ
るように構成することもできる。衝突の指示に応答し
て、信号120は例えば５秒ごとに送信される。同様に、
乗り物のタンパリングの指示に応答して、10秒ごとに信
号送信が送信される。このように異なる状態に対して、
送信間隔をあらかじめ設定して相異させるような構成の
場合、乗物の状態に関する情報は、信号のフオーマット
を実際には変えることなく信号120に効果的に“エンコ
ード”される。実際にメッセージの信号120中へのエン
コードがF.C.C.のような空中波調節機関によって許可さ
れない場合は、このような反復速度をコーデイングする
ことには利点があるが、そうでなければ望ましいとは考
えられない。
送信機30,32,34（など）は既知の低コストで構成する技
術によって、半径わずか５インチ、厚みわずか約1.5イ
ンチのパッケージ150（第５図参照）に十分に収まるよ
うに小さくすることができる。従ってアンテナ84はパッ
ケージ150から突出している短いワイヤモノポールアン
テナから成る。パッケージ150のベース周辺の狭い有孔
フランジ152によって、パッケージは乗物（かあるいは
他の対象物）に取付けることが容易にできる。パッケー
ジの寸法が小さいために、送信機30,32,34（など）は、
輸送カートン、バッグ、ブリーフケースのような小さい
対象物に設ける（かあるいは隠す）ことができ、希望に
より個人で携帯することもできる。既知のマイクロ電子
技術を応用することによって、パッケージの大きさをさ
らに小さくすることができる。その上送信機30,32,34
（など）をAM/FMカーラジオかあるいはCBラジオのよう
な他の電子機器に集積することも、本発明の範囲内であ
る。
中継ステーション24,26,28は乗物の送信機30,32,34（な
ど）とベンチマーク送信機40,42,44からの信号120を処
理ステーション22に中継し、そこで乗物位置情報に処理
する。従って、中継ステーション24,26,28は当該分野で
知られているような通常の構成の信号中継器から成る。
しかし中継ステーション24,26,28が衛星に設けられる場
合は、装置は小さくて軽く、電力消費量が少なく、特に
操作上信頼性がなければならない。中継ステーション2
4,26,28は既知であり、これら通常の構成の装置をさら
に説明することは必要でないため、省略する。
第６図のブロックダイヤグラムに示されているように、
中央処理ステーション22には一般的に信号受信手段16
0、信号相関手段162、到達時間遅延（TDOA）プロセッサ
164、データプロセッサあるいはデータ処理手段166、オ
ペレータ表示及び制御手段168、加入者インターフエイ
ス手段170から構成されている。次に、信号受信手段160
は各々第１、第２及び第３の方向性アンテナ178,180,18
2から成り、これらアンテナは対応する中継ステーショ
ン24,26,28（第１図）に向かってそこからの中継信号12
0を別々に受信する。アンテナ178,180,182にそれぞれ関
連して同様の第１、第２及び第３のRF受信器184,186及
び188があり、これら受信器は各々通常の構成であるた
めこれ以上の説明は必要でない。
同じような、第１、第２及び第３の信号相関器190,192,
194は信号相関手段162を構成する。第１のアンテナ178
を通して第１の受信器184によって受信された拡散スペ
クトル信号120は、順次相関入力ライン196を通って第１
の信号相関器190に送られる。同様に、第２の相関器192
は第２の受信器198から信号相関入力ライン186を通して
拡散スペクトル信号120を受信し、第３の信号相関器194
はライン200を通して第３の受信器188から信号120を受
信する。信号相関器190,192,194は、異なる送信器30,3
2,34（など）及び40,42,44からほぼ同時にランダムに送
信されるために相互にオーバラップする信号120を分類
して、対応する到達時間差をTDOAプロセッサ164によっ
て決定されることができ、又個々の送信器の位置を以下
記載する方法で決めることができるように、構成されて
いる。
第７図には機能的なブロック図によって、信号相関器19
0,192,194が有利に構成される方法が示されており、第
１の信号相関器190が３つの信号相関器のすべての代表
として示されている。図示のように、信号相関器190は
同期相関器210、しきい値器212、第１及び第２のデータ
相関器214,216及びＮ番目のデータ相関器218（並列に配
置された全体でＮ個の相関器があり、その中の第１、第
２及び第Ｎ番目のデータ相関器のみが図示されている）
を備えている。
第１の受信器184によって受信される拡散スペクトル方
式の信号は、ライン196を通って同期相関器210の入力と
第１ないし第Ｎ番目のデータ相関器214−218に送られ
る。第１ないし第Ｎ番目のデータ相関器214−218からの
出力は、バスかあるいは多重ライン220を通してTDOAプ
ロセッサ164の入力に送られる。
同期相関器210は第８図に示されているように、入力レ
ジスタ230及び記憶レジスタ232を備え、この各レジスタ
は信号同期シンボル122（第３図）のチップと等しい数
のセルを備えている。上記のように、同期シンボル122
のチップ数は168である。すべての信号120によって用い
られる特定の疑似ランダム同期シンボルコードは記憶レ
ジスタ232に永久的に記憶される。
（単一のあるいはオーバーラップした信号列の送信機信
号120を構成している）受信機184によって中継ステーシ
ョン24から受信されたRF信号234はライン196を通して入
力レジスタ230に与えられる。信号196の各チップがレジ
スタ230に送られると、レジスタの各セルの内容は、比
較手段236によって通常の方法で記憶レジスタ232の各対
応するセルの内容と比較される。相関入力168の各セッ
トがしきい値器212によって受信されると、このしきい
値器はライン238を通してデータ相関器214−218に相関
チップを出力する。しきい値器212によってこのような
相関チップの１つが入力レジスタ230に送られた各信号
チップとして与えられる。しきい値器212によって与え
られる信号列の相関チップはしきい値器出力信号240を
形成する。
最大値相関チップは、入力レジスタ230の総てのセルの
内容が記憶レジスタ232の総てのセルの内容と相関する
時にしきい値器212によって与えられるだろう。これは
完全な同期シンボル122がレジスタ230に入力された時だ
けに起こるため、信号120の初めが受信されたことを指
示する。
VLS20には非常に多数の送信機30,32,34（など）が含ま
れているとき、受信機184によって入力レジスタ230に与
えられる信号234は、しばしばあるいは時折２つ以上の
オーバーラップした信号120から成り、時には異なる送
信機からのオーバーラップした同期シンボル122が含ま
れる。通常は、オーバーラップした同期シンボル122が
ある場合の方が、このような同期シンボルがただ１つの
場合よりも、同期相関は低下する。オーバーラップ信号
120がある場合は同期シンボルの識別が通常の“しきい
値”技術によって行われるのが望ましい。従って相関し
きい値242が設定されて、これに対してしきい値器212に
よって与えられた相関チップが試験される。しきい値24
2が設定されるレベルは、レベルがしきい値器212の相関
チップ出力によって越えられる時に、実際に同期シンボ
ルがレジスタ230に入力された可能性が高くなるような
レベルである。同様に、相関チップがしきい値242より
下ならば、同期チップは入力レジスタ230に入力されな
かった可能性が高い。それ以外のしきい値状態では、し
きい値242の設定が高すぎれば、同期シンボル122は検出
されず、信号120はいくつか見逃されてしまう。一方し
きい値242の設定が低すぎると、入力レジスタ230に受信
された同期シンボルが誤って指示されてしまう。しかし
いずれの場合も、各送信機30,32,34（など）による信号
120のしばしばの伝送によって、処理ステーション22に
よって送信機（乗物）の位置が正確に決められる。
データ相関器214−218は、受信機184から拡散スペクト
ルフオーマットの信号234を受信し、又対応する、非拡
散スペクトル信号244をバス220を通してTDOAプロセッサ
166（第６図）に出力するように構成され接続されてい
る。この目的のために、しきい値器212によって与えら
れる相関チップがしきい値242を越える場合は常に、デ
ータ相関器214−218の内の第１に使用可能な１つが、ち
ょうど同期相関器210と相関する同期シンボルによって
識別された信号120の残りを受信するようにエネーブル
される。相関器190で生じることが予想される最大数の
オーバーラップ信号120に適合するために、データ相関
器214−218は十分な数が与えられている。しかしもし信
号120を受け取ることができるデータ相関器がない場合
は、信号は自動的に廃棄される。又各送信機30,32,34
（など）からしばしば信号が反復送信されるために、信
号120が時折廃棄されてもVLS20の動作に重大な影響を与
えることはない。
データ相関器214−218の構成及び動作は実質的に同期相
関器210についての説明と同じである。各送信信号120の
各識別シンボル126は４つの二進ビットを保持すると仮
定すると、各シンボルごとの可能なビットパターンは16
である（0000,0001,0010,…1111）。各識別シンボル126
の各チップは使用可能なデータ相関器214−218に受け取
られるため、（入力レジスタ130と同様の）入力レジス
タの内容と、（各記憶レジスタ232と同様の）16の異な
る二進配列が記憶されている16の記憶レジスタの内容の
間の相関がチェックされる。上記の同期シンボル相関に
おける方法で相関が発見されると、記憶レジスタ“数”
がバス220を通してTDOAプロセッサ164に出力される。こ
のように“数”が出力されるために、従来は16進法シス
テムが用いられており、16進法の表示は以下の表１に示
されている。同様にデータ相関器214−218は識別し、メ
ッセージシンボル126の４ビットにエンコードされる
（もしあれば）メッセージコードをデコードし、又出力
信号244のこのようなメッセージ情報をTDOAプロセッサ1
64に備える。
表 １ 10進法 ２進法 16進法 ０ 0000 ０ １ 0001 １ ２ 0010 ２ ３ 0011 ３ ４ 0100 ４ ５ 0101 ５ ６ 0110 ６ ７ 0111 ７ ８ 1000 ８ ９ 1001 ９ 10 1010 Ａ 11 1011 Ｂ 12 1100 Ｃ 13 1101 Ｄ 14 1110 Ｅ 15 1111 Ｆ 従って、各々４ビットを有し、６つのシンボル124によ
って許可される可能な送信機識別数166（16777216）の
すべてを、６つの16進法“デジット”によって表示する
ことができる。図示された例のように、十進法の107058
23は16進法では“A35B9F"として表示することができ
る。
データ相関器214−218はバス220を通してTDOAプロセッ
サ164（第６図）に非拡散スペクトルフオーマットで信
号を与える。さらに、データ相関器214−218は信号シン
ボル126に信号到達時間情報をエンコードする。信号120
の時間の札（タグ）づけができるように、クロック246
からはクロック信号（ck）がデータ相関器214−218の各
々に与えられる。
同じ方法で、第２の相関器192は、受信機186によって第
２の中継ステーション26から受信された信号120上で動
作し、時間で札づけされデコードされた信号をバス248
を通してTDOAプロセッサ164に与え、第３の相関器194は
受信機188によって中継ステーション26から受信された
信号120上で動作し、時間で札づけされた信号をバス250
を通してTDOAプロセッサに与える（第６図）。
TDOAプロセッサ164は第１、第２及び第３の相関器190,1
92,194からの時間で札づけされた信号を送信器識別数及
び到達時間に従って分類する。ステーション24,26,28に
よって別々に中継されるために相関器190,192,194に３
つの異なる時間に到達する同じ信号120を表わす時間で
札づけされた一組の３つの信号が発見され、到達時間が
特定の時間範囲内のあるとき、信号は全く同じ時間に発
生され異なる送信によるものでないことを確認すると、
到達時間の差の対が各組の信号の異なる対を考慮するこ
とによって計算される。この到達時間差データはTDOAプ
ロセッサ164によってバス252を通してデータプロセッサ
166に与えられる。
TDOAプロセッサ164によって与えられる到達時間の差か
ら、汎用コンピュータを備えたデータ処理手段166は通
常の方法に従って対応する送信機30,32,34（など）の位
置を計算する。これらの既知の技術によって、送信機の
位置が２個の回転双曲面の交差線上にある場合の、この
ような２つの双曲面の交差線を計算する。３つの中継ス
テーション24,26,28を有する望ましい実施例の場合、交
差線上の点を確立するためには別に高度の情報が必要で
ある。海洋上または地表上の乗物にはこのような高度
が、例えば０フイートと仮定される。地表面にはない乗
物（例えば航空機）に３次元座標を確立するために、ス
テーション24−28と同じ第４の中継ステーションが設け
られる。このような場合３つの回転双曲面が生成され
て、共通の交差点（x,y,z）が送信機座標として決めら
れる。位置決定のこのような技術は、例えば上記マクド
ランによる米国特許第4215345号明細書に記載されてい
る。
上記の方法で送信機の位置情報が得られた後、送信機の
識別値が記憶されている送信機／乗物識別値とクロスチ
ェックされ、バス254及びインターフエース手段170を通
して適切なシステム加入者ステーション60及び62に乗物
位置情報が与えられる。または、あるいはそれに加え
て、計算された乗物位置情報のすべてかあるいは幾つか
がバス256を通してオペレータ表示手段168（第６図）に
与えられる。
データ処理手段166はさらに、個々の送信機30,32,34
（など）によって信号が送信される反復速度のカウント
や、（“乗物が運動していない状態”、“乗物の衝
突”、“乗物への侵入／盗難”などの）信号反復速度メ
ッセージの“デコーデイング”を可能にし、この情報を
システム加入者60,62に与える。同様に、データ処理手
段166は信号シンボル126にエンコードされたメッセージ
（もしもあれば）をデコードし、このような情報を加入
者60,62に与える。
上記のように、ベンチマーク送信機40,42,44に関する計
算された位置情報がVLS20の較正情報を与えることは重
要である。ベンチマーク送信機40,42,44の位置は乗物送
信機30,32,34の位置を得るための今まで説明したような
方法で決定される。計算されたベンチマーク位置は、デ
ータ処理手段166によって、データ処理手段に記憶され
たベンチマーク送信機調査位置情報と相関される。全て
のベンチマーク送信機の計算された位置および調査され
た位置が許容エラー限界の範囲内で相関する限りは、
（ｉ）ベンチマーク送信機40,42,44は運動していなかっ
た。（ii）送信機の位置を計算するのにその位置が用い
られる中継ステーション24,26,28はカバーされた地理的
領域に対しては運動しなかった。（iii）VLS20のデータ
処理部分は正確に機能しているということが、当然仮定
される。
しかしもしもベンチマークの計算及び調査位置が許容さ
れるエラー限界の範囲内で相関するものがなく、又中継
ステーション24,26,28が衛星設置されるならば、１つか
あるいはそれ以上の中継ステーションが中央処理ステー
ション22に対する衛星の動きによって動いた可能性があ
る。実際にベンチマーク送信機40,42,44が動かなかった
ということが決められ、又VLS20の計算処理が正確に決
められるならば、ベンチマーク送信機24,26,28の計算さ
れ位置と調査された位置との差は、中継ステーション2
4,26,28の位置を再較正するのに用いられる。中継ステ
ーション24,26,28のこれら再較正された位置は、次に乗
物送信機位置の未来の計算に用いることができる。
３つの中継ステーション24,26,28を用いることを上記の
ように記載したが、このような中継ステーションが３つ
あれば、通常地上の乗物にとって満足できる２次元の地
表レベルの位置情報を与えるのに十分である。しかし山
岳領域の乗り物や航空機では３次元の位置情報が必要で
あるか、あるいは要求される場合もある。又VLS20を拡
大することができるが、VLSを拡大し、中継ステーショ
ン24,26,28と同様な第４の中継ステーションを導入し、
又アンテナ178,180,182と同様な対応する受信アンテナ
を備えることは、本発明の範囲内である。従って、受信
機184,186,188と同様な対応する受信機と相関器190,19
2,194と同様な対応する第４の相関器を備え、TDOA及び
データ処理能力を拡大して第３の位置座標を決めるのに
必要な計算をさらに行うことも本発明の範囲内である。
さらに本発明の目的のために、相関手段162、TDOAプロ
セッサ164及びデータ処理手段166が図示されており、又
分離されたものとして説明されていることも理解される
べきである。しかし実際には中央処理ステーション22の
全ての部分を結合し汎用コンピュータを備えることもで
きる。
本発明の発明者は、送信機30,32,34（など）、および4
0,42,44の個々のコストが生産量において100ドル以下で
あり、中央処理ステーション22のコストが（資産及びビ
ルを除いて）約300万ドルであり、中継ステーション24,
26,28の１年ごとのコストは約1600万ドルであると見積
もった。
これらのコストの見積もりから、十分に多数の乗物がVL
Sによってカバーされるならば、送信機１台あたりのコ
スト（すなわち乗物１台あたりのコスト）は非常に小さ
くなる。非常の多くの送信機を扱い、加入者にとって経
済的に魅力的なシステムを提供することは重要であり、
これは本発明の特徴的なVLS20によって可能である。
以上本発明に従って、発明が有利に用いられるような方
法を図示する目的で乗物ロケーテイングシステムを説明
したが、本発明はこれに限定されるものではないことが
認識されるであろう。従って、当該分野の技術者に起こ
るような任意の又総ての変形及び応用は、添付の請求の
範囲に記載された発明の技術的範囲内にあると考えるべ
きである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リンド，カール・イー アメリカ合衆国 カリフオルニア州 92705 サンタ・アナハイド・パーク・ド ライブ 1092 (56)参考文献 特公 昭55−12549（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】特定の地理的領域内で動作する多数の乗物
    の位置を遠隔的に決定し、乗物に設置されている多数の
    同様の自動無線周波数送信機と、乗物ロケーティングシ
    ステムによってカバーされる地理的領域に関連した既知
    の場所において相互に離間して配置され、前記乗物に設
    置された送信機からの無線周波数信号を受信してこの受
    信信号を中継する３個以上の高い位置に設置された無線
    信号中継ステーションと、中央処理ステーションとを具
    備している乗物ロケーティングシステムにおいて、 前記乗物に設置されている各送信機は、その送信機から
    送信される信号にその送信機特有の送信機識別コードを
    エンコードする手段をそれぞれ保持する以外は全ての送
    信機が同様の無線周波数信号を送信するように構成され
    ており、 前記乗物に設置されている各送信機は全ての送信機で同
    じ拡散スペクトル同期コードをそれぞれの送信信号にエ
    ンコードする手段と、信号を予め定められた間隔で反復
    して送信する手段とを備え、各送信機は相互に独立し相
    互にランダム方式で動作し、 前記中央処理ステーションは各中継ステーションから中
    継された無線周波数信号を別々に受信する手段と、受信
    された中継された信号を相互に分離した状態を維持する
    手段と、中央処理ステーションにおける各信号の到達時
    間および識別コードを決定する手段と、中継ステーショ
    ンからの信号の到達時間の差から信号を送信している各
    送信機の位置を決定する手段とを具備しており、 さらに中央処理ステーションは信号が重なって存在して
    いるときでも個々の信号を識別可能にするように対応す
    る蓄積されている単一の同期コードと前記拡散スペクト
    ル同期コードとを相関させる手段を具備していることを
    特徴とする乗物ロケーティングシステム。
  2. 【請求項２】少なくとも前記乗物に設置されている送信
    機の幾つかが運動感知手段を備え、運動感知手段が送信
    機が静止状態にあると感知した場合はその送信機は信号
    を第１の反復速度で送信し、運動感知手段が送信機が運
    動状態にあると感知した場合はその送信機は第２の反復
    速度で送信するように構成されており、第１の信号反復
    速度は実質的に第２の信号送信速度より小さく、静止状
    態にある送信機によって送信される信号が運動状態にあ
    る送信機によって送信される信号よりも少なくなってお
    り、それによって全ての送信機が第２の速度で信号を送
    信すると起こるような信号トラフィック量が減少されて
    いる請求の範囲第１項記載のロケーティングシステム。
  3. 【請求項３】少なくとも前記乗物に設置されている送信
    機の幾つかはその乗物に搭載できるように構成された乗
    物盗難防止手段を備え、この盗難防止手段からは盗難防
    止手段の搭載された乗物のタンパリングに応答して電気
    信号が発生され、前記信号を反復して送信する手段が乗
    物のタンパリング状態を指示する盗難防止手段からの電
    気信号に応答して、信号反復速度を正常送信速度からタ
    ンパリングの状態によって予め選択された送信速度に増
    加させる第１項記載のロケーティングシステム。
  4. 【請求項４】前記乗物に設置されている送信機の少なく
    とも幾つかがその乗物に搭載されるように構成された乗
    物の衝突感知手段を備え、前記信号を反復して送信する
    手段が乗物の衝突状態を指示する衝突感知手段に応答し
    て、信号送信速度を正常送信速度から衝突状態に対応し
    て予め定められた送信速度に増加させる請求の範囲第１
    項記載のロケーティングシステム。
  5. 【請求項５】送信された信号の各々が各信号の初めに同
    期コードのシンボルを有し、それに続いて複数の送信機
    識別コードのシンボルを有するようにフォーマット化さ
    れ、中央処理ステーションの中継信号を相互に分離した
    状態に維持する手段は、各受信信号の初めを同期コード
    のシンボルから同期コードを決定する同期相関手段と、
    識別コードのシンボルから各受信信号と関連する送信機
    識別コードを決定するデータ相関手段とを備え、各識別
    コードのシンボルは複数のデータビットを有し、送信機
    識別コードを決定する手段は各識別コードのシンボルの
    各データビットを記憶されているコードと相関して各識
    別シンボルをデコードする請求の範囲第１項記載のロケ
    ーティングシステム。
  6. 【請求項６】信号の長さが約100マイクロ秒であり、前
    記同期コードのシンボルの長さが約20マイクロ秒であ
    り、前記送信機識別コードのシンボルの長さが約60マイ
    クロ秒であり、メッセージ処理のために約20マイクロ秒
    が保留されている請求の範囲第１項に記載のロケーティ
    ングシステム。
  7. 【請求項７】同期コードのシンボルが中央処理ステーシ
    ョンによって受信される各信号の到着の正確な時間を示
    すことができるように各信号の初めに位置されている請
    求の範囲第１項に記載のロケーティングシステム。
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