PL192621B1 - Sposób i system transmisji danych, zwłaszcza sygnału wizyjnego - Google Patents

Abstract

1. Sposób transmisji danych, zwlaszcza sygnalu wizyj- nego, miedzy obiektem ruchomym i lokacja stacjonarna, w którym nadaje sie sygnal wizyjny na pierwszej czestotli- wosci nosnej z nadajnika znajdujacego sie w obiekcie ruchomym, umieszcza sie przynajmniej pierwszy odbiornik w pierwszej lokacji i odbiera sie sygnal z nadajnika na pierwszej czestotliwosci nosnej, znamienny tym, ze okre- sla sie miejsce zlokalizowania obiektu ruchomego przez obliczenie odleglosci od pierwszej lokacji, w której odbi- cie przez powierzchnie odbijajaca sygnalu przesylanego z obiektu ruchomego powoduje w pierwszym odbiorniku spadek poziomu odbieranej mocy ponizej zadanej wartosci, przez co okresla sie pierwszy obszar detekcyjny, okresla sie pozycje dla kazdego nastepnego odbiornika przez obliczenie odleglosci, w której odbicie przez powierzchnie odbijajaca powoduje spadek poziomu odbieranej mocy ponizej zadanej wartosci, przez co okresla sie obszar detekcyjny, i umieszcza sie ten nastepny odbiornik w pew- nej odleglosci od poprzedniego odbiornika tak, ze obszar detekcyjny nastepnego odbiornika naklada sie na obszar detekcyjny poprzedniego odbiornika, przez co tworzy sie ciagly szereg, w którym sygnal z nadajnika obiera sie przez co najmniej jeden z odbiorników, sygnal odbierany przez ten co najmniej jeden odbiornik dostarcza sie do lokacji stacjonarnej i okresla sie pozycje obiektu ruchomego, wybiera sie sygnal odbierany przez jeden ......................... PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i system transmisji danych, zwłaszcza sygnału wizyjnego.

Znana jest transmisja w czasie rzeczywistym sygnałów akustycznych, wizyjnych i danych między poruszającym się pojazdem i stałą stacją naziemną, gdy pojazd jest zaopatrzony w antenę promieniującą sygnał w kierunku śmigłowca znajdującego się nad pojazdem. Śmigłowiec przekazuje sygnał z samochodu do stałej stacji naziemnej i z tej stacji do samochodu. Ten system transmisji danych jest szczególnie użyteczny w przypadku wyścigów samochodowych, przy przesyłaniu sygnałów wizyjnych, akustycznych i danych z samochodów i przy transmisji zwrotnej do samochodu.

Znane są kamery pokładowe z mikrofalowym układem nadawczym do komunikacji ze śmigłowcem, który na drugiej częstotliwości mikrofalowej retransmituje sygnał do lokacji stałej.

W tych znanych systemach dla zapewnienia ciągłej łączności z samochodem, konieczne jest pozostawanie śmigłowca prawie bezpośrednio nad pojazdem, co jest trudne. Alternatywnie śmigłowiec może lecieć na większej wysokości dla uniknięcia obecności obiektów między nim a samochodem, co obniża jakość sygnału, szczególnie przy złej pogodzie.

Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że określa się miejsce zlokalizowania obiektu ruchomego przez obliczenie odległości od pierwszej lokacji, w której odbicie przez powierzchnię odbijającą sygnału przesyłanego z obiektu ruchomego powoduje w pierwszym odbiorniku spadek poziomu odbieranej mocy poniżej zadanej wartości, przez co określa się pierwszy obszar detekcyjny, określa się pozycję dla każdego następnego odbiornika przez obliczenie odległości, w której odbicie przez powierzchnię odbijającą powoduje spadek poziomu odbieranej mocy poniżej zadanej wartości, przez co określa się obszar detekcyjny, i umieszcza się ten następny odbiornik w pewnej odległości od poprzedniego odbiornika tak, że obszar detekcyjny następnego odbiornika nakłada się na obszar detekcyjny poprzedniego odbiornika, przez co tworzy się ciągły szereg, w którym sygnał z nadajnika obiera się przez co najmniej jeden z odbiorników, sygnał odbierany przez ten co najmniej jeden odbiornik dostarcza się do lokacji stacjonarnej i określa się pozycję obiektu ruchomego, wybiera się sygnał odbierany przez jeden, pierwszy lub drugi odbiornik, który wyprowadza się w lokacji stacjonarnej oraz steruje się przełączaniem między odbiornikami na podstawie określonej pozycji.

Korzystnie jako powierzchnię odbijającą stosuje się ziemię.

Korzystnie określa się pozycję każdego odbiornika przez to, że określa się pierwszą strefę możliwych pozycji odbiornika na podstawie zadanego stopnia nakładania się obszarów detekcji aktualnego odbiornika i poprzedniego odbiornika, określa się podzbiór możliwych lokacji odbiornika pierwszej strefy, przez co określa się drugą strefę możliwych lokacji montowania odbiornika, eliminuje się te lokacje w drugiej strefie, w których obszar detekcji odbiornika nie pokrywa wszystkich żądanych lokacji nadajnika przy uwzględnieniu topologii terenu w obszarze detekcji odbiornika i znajdujących się w nim przeszkód, przez co określa się trzecią strefę i umieszcza się odbiornik w trzeciej strefie.

System według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera detektor położenia obiektu ruchomego z użyciem wskaźników innych niż parametry odbieranego sygnału wizyjnego i nośnej, dołączony do sterownika reagującego na sygnał położenia dla wyboru jednego z sygnałów wizyjnych odbieranych przez pierwszy i drugi odbiornik i wyprowadzania wybranego sygnału, a sterownik jest umieszczony w innym miejscu niż obiekt ruchomy.

Korzystnie sterownik jest przełączalny z odbioru przez pierwszy odbiornik na odbiór przez drugi odbiornik.

Korzystnie pierwszy i drugi odbiornik mają anteny helikalne.

Korzystnie anteny są umieszczone na pewnej wysokości, w zakresie od 1,5 do 3 m nad ziemią.

Korzystnie nadajnik jest sterowalny do selektywnego nadawania na wielu częstotliwościach.

Korzystnie sterownik jest sterownikiem częstotliwości nadawania nadajnika.

Korzystnie detektor położenia obiektu ruchomego jest dołączony do systemu chronometrażowego toru wyścigowego.

Korzystnie system zawiera co najmniej jeden dodatkowy nadajnik umieszczony przynajmniej na jednym dodatkowym obiekcie ruchomym, a równocześnie każdy nadajnik jest połączony z jednym lub więcej odbiornikami.

Korzystnie odbiorniki i sterownik są połączone wzajemnie przez sieć.

Korzystnie sieć zawiera pierwszą i drugą linię sygnałową, wyjście każdego z odbiorników jest dołączalne selektywnie, pod kontrolą sterownika, do pierwszej, drugiej lub żadnej linii sygnałowej, tak że podczas pracy wyjście jednego z odbiorników jest dołączone do pierwszej linii sygnałowej,

PL 192 621 B1 a wyjście drugiego z odbiorników jest dołączone do drugiej linii sygnałowej oraz sterownik ma wyjście dołączone do linii sygnałowej dołączonej do odbiornika pożądanego sygnału.

Korzystnie sterownik ma dodatkowe wyjście dołączone do linii sygnałowej niedołączonej do pożądanego odbiornika.

Zaletą wynalazku jest zapewnienie niezawodnego sposobu i systemu transmisji danych, w którym jest wymagana tylko jedna częstotliwość, ponieważ nie występuje retransmisja sygnału. Umożliwia to podwojenie liczby sygnałów możliwych do transmitowania w przypadku danej liczby częstotliwości. Dzięki transmisji z każdego nadajnika, odbieranej przez odbiornik w stosunkowo niewielkim zakresie, zostaje zmniejszona moc nadawania, co umożliwia wykorzystanie tej samej częstotliwości między innym nadajnikiem i innym odbiornikiem, w innej lokacji. Przy zastosowaniu odbiorników w liczbie dostatecznej do zapewnienia, że nadawany sygnał jest zawsze odbierany przez co najmniej jeden odbiornik, nie występuje nigdy przerwanie transmisji. Dzięki temu, że sygnał jest transmitowany poziomo względem ziemi, do odbiornika na poboczu toru, to drzewa i budynki nie stanowią przeszkody na drodze sygnału.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przykład rozmieszczenia stacji odbiorczych wokół odcinka toru wyścigowego, fig. 2 - poglądowe rozmieszczenie wzajemne stacji odbiorczych i miejsca przełączania odbiornika z jednej stacji na następną, fig. 3 - schematycznie układ jednej ze stacji odbiorczych według wynalazku, fig. 4 - schematycznie system przekazywania sygnału według wynalazku, fig. 5 - uproszczony przykład węzła wykorzystywanego w systemie przekazywania sygnału, fig. 6A i B - przykład obszaru detekcyjnego anteny i fig. 7.1 -7.4 - schematy objaśniające sposób instalacji systemu łączności według wynalazku.

Figura 1 przedstawia odcinek toru wyścigowego 1 i rozmieszczenie odbiorczych stacji 2 na tym odcinku toru, zapewniające ciągły odbiór sygnału wizyjnego z kamery pokładowej znajdującej się w samochodzie biorącym udział w wyścigu. Sygnał wizyjny jest przesyłany z poruszającego się samochodu biorącego udział w wyścigu do lokacji stałej, na przykład zewnętrznej jednostki nadawania programu. Każda stacja ma co najmniej jedną antenę i jeden odbiornik, na przykład antenę kierunkową helikalną lub dookólną. Linie przerywane na fig. 1 pokazują kąt detekcyjny anteny w każdej stacji 2.

Sygnał odbierany przez antenę jest podawany do odbiornika, a następnie podawany zwrotnie do sterownika lokacji centralnej, gdzie następuje wybór sygnału z jednego z odbiorników jako najbardziej właściwego. Wybrany sygnał jest następnie wykorzystywany do generowania sygnału wyjściowego z systemu, na przykład w celu nadawania programu.

Przy zainstalowaniu dostatecznej liczby stacji wokół obwodu toru, istnieje zawsze możliwość odebrania przynajmniej przez jedną stację sygnału nadawanego przez samochód podczas jego poruszania się po torze. W celu zapewnienia ciągłości odbioru, stosuje się pewne zachodzenie zakresu detekcji danej stacji i stacji sąsiadującej z nią. To zachodzenie, korzystnie przynajmniej 20 m zapewnia, że gdy samochód przejeżdża z obszaru odbiorczego jednej stacji do obszaru odbiorczego następnej stacji, to przechodzi przez obszar, w którym sygnał wizyjny, nadawany przez samochód, jest odbierany przez anteny obu stacji. W pewnym punkcie tego obszaru, system przełącza się z wykorzystywania sygnału z pierwszej stacji na wykorzystywanie sygnału z następnej stacji.

Figura 2 przedstawia schematyczny widok odcinka toru, z pokazaniem anten A2, A3, A4, itd. pewnej liczby stacji. Gdy samochód nadjeżdża z prawej strony, najpierw przechodzi przez pozycję P1, a antena A2 zaczyna odbierać sygnał nadawany przez samochód. W miarę dalszej jazdy do pozycji P2 samochód wchodzi w obszar odbioru następnej anteny A3 i w tym miejscu wysyłany sygnał jest odbierany zarówno przez antenę A3, jak i antenę A2. Jednak sygnał odbierany przez antenę A2 jest nadal wykorzystywany do generowania sygnału wyjściowego. Gdy samochód przechodzi przez pozycję P3, system przełącza się z wykorzystywania sygnału z A2 na wykorzystywanie sygnału z A3, jednak nadal przez antenę A2 jest odbierany sygnał z samochodu. Przy następnym przechodzeniu samochodu przez pozycję P4, antena A2 nie jest w stanie odbierać sygnału z samochodu, tak że sygnał jest odbierany tylko przez antenę A3. Procedura przełączania powtarza się przy przejeżdżaniu trasy przez samochód, który przemieszcza się z obszaru odbiorczego jednej stacji do obszaru następnej stacji. Zfig. 2 widać, że przełączanie odbywa się w odległości D2, D5 lub D4 przed dojechaniem samochodu do anteny stacji dostarczającej sygnał, który jest aktualnie wykorzystywany. Zapewnia to odbiór sygnału dobrej jakości aż do przełączenia. Gdyby przełączenie było opóźnione aż do momentu zrównania się samochodu z anteną, mógłby wystąpić znaczny spadek natężenia sygnału odbieranego przez antenę z powodu opuszczenia przez samochód obszaru optymalnego odbioru anteny.

PL 192 621B1

Dokładna lokalizacja miejsca, w którym odbywa się przełączanie, jest bardzo ważna. Jeżeli to przełączenie następuje zbyt wcześnie, na przykład w pozycji P2, może być zbyt małe natężenie sygnału odbieranego przez, antenę A3. Zbyt późne przełączenie może spowodować, że zbyt słaby będzie sygnał odbierany przez antenę A2. Jeżeli odbierany sygnał jest słaby, to sygnał wyjściowy może być zniekształcony lub zakłócony. Jednak do wyznaczenia właściwego miejsca przełączenia nie wystarczy zmierzenie natężenia sygnału odbieranego przez każdy odbiornik, a następnie wybranie najsilniejszego z sygnałów. Może to prowadzić do błędnego wskazania najlepszego sygnału, a zatem i miejsca przełączania. Jednym z powodów są tu zakłócenia przez nadawany sygnał dochodzący do anteny pośrednio, to znaczy po odbiciu od innego obiektu. Zjawisko to, znane jako odbiór wielodrożny, powoduje, że sygnały bezpośredni i pośredni dochodzą do odbiornika drogami o różnej długości. Zależnie od różnicy długości drogi, te dwa sygnały mogą silnie nakładać się na siebie, dając w rezultacie sygnał silniejszy lub niekorzystnie zmniejszając natężenie sygnału. Ponadto, podczas poruszania się samochodu, ta różnica długości dróg może zmieniać się, tak że natężenie sygnału zmienia się od bardzo małego do bardzo dużego, co utrudnia wykorzystanie natężenia sygnału jako jedynego dokładnego wskaźnika tego, który odbiornik należy wykorzystywać dla wyprowadzania sygnału wyjściowego.

System transmisji danych według wynalazku wyznacza czas właściwy dla przełączenia z jednego odbiornika na następny, na podstawie położenia samochodu względem anteny. Wymaga to, aby znane były pozycje poszczególnych stacji i samochodu, co określa się różnymi metodami. Na torze wyścigowym dostępne są dane z systemu chronometrażu, co umożliwia dokładne wyznaczenie w dowolnym momencie pozycji samochodów. Jest wiele metod wyznaczenia pozycji, na przykład globalny system określania położenia GPS lub specjalny system dostarczający informację o położeniu, na przykład przez wykorzystanie samych stacji do wyznaczania odległości od pojazdu. Nawet jeżeli nie jest osiągalna dokładna informacja o położeniu, to istnieje zawsze możliwość stosowania interpolacji do szacunkowego wyznaczenia położenia. W sytuacji toru wyścigowego, samochody podążają trasami o całkowicie przewidywalnych pozycjach i prędkościach, co ułatwia dokładne szacunkowe wyznaczenie położenia samochodu.

Na torze wyścigowym, który ma długość na przykład kilku kilometrów, stacje są rozmieszczone w dużej odległości jedna od drugiej i od sterownika w lokacji centralnej. Najprostszą metodą dostarczania sygnałów z odbiorników do sterownika centralnego jest połączenie bezpośrednie, na przykład za pośrednictwem kabli, każdego odbiornika ze sterownikiem.

W wyścigach samochodowych pożądane jest stosowanie kamer na więcej niż jednym samochodzie dla dostarczania sygnałów wizyjnych przez pewną liczbę samochodów, przy czym każdy samochód nadaje na innej częstotliwości. Gdy w obszarze odbiorczym tej samej stacji znajdują się dwa lub więcej samochodów, to antena odbiera wszystkie sygnały.

System jest dodatkowo rozbudowywany w celu umożliwienia stosowania dodatkowych kamer tam, gdzie liczba częstotliwości dostępnych do transmisji jest ograniczona lub jeżeli w wyścigu bierze udział duża liczba samochodów. Ponadto jest pożądane dysponowanie więcej niż jednym sygnałem wysyłanym z samochodu, na przykład dysponowanie widokami do przodu i do tyłu lub widokiem kierowcy, co wymaga dużej liczby kanałów. Jeżeli dostępna szerokość pasma jest ograniczona, to jest możliwe wykorzystywanie dla sygnałów wysyłanych przez różne samochody tej samej częstotliwości. Jest to możliwe, dopóki samochody nadające na tej samej częstotliwości są dostatecznie daleko od siebie, tak że stacja odbierająca sygnał z jednego samochodu nie odbiera sygnału z innego samochodu. Można to osiągnąć przez monitorowanie pozycji samochodów i w przypadku, gdy występuje niebezpieczeństwo zbliżenia się samochodów wykorzystujących tę samą częstotliwość na tyle blisko, że będą zakłócać się wzajemnie, wydawanie przez sterownik polecenia przełączenia nadajnika w samochodzie na inną częstotliwość, niewykorzystywaną przez inny samochód w pobliżu lub polecenia wstrzymania nadawania. Informacja o położeniu, wykorzystywana do wyznaczania momentów przełączania między stacjami, jest wykorzystywana do ustalania przydziału częstotliwości nadajnikom. Dzięki temu jest możliwe równoczesne wykorzystywanie tej samej częstotliwości przez samochody znajdujące się w różnych pozycjach wokół toru, co stanowi znaczną zaletę w stosunku do systemu opartego na zastosowaniu śmigłowca, który stosuje tylko po jednym nadajniku na każdej częstotliwości. Ponadto według wynalazku każdy nadajnik wykorzystuje tylko jedną częstotliwość zamiast dwóch wymaganych w systemie ze śmigłowcem, to znaczy jedną do nadawania do śmigłowca i jedną do przekazywania do odbiornika naziemnego.

Posiadanie oddzielnego połączenia miedzy każdym odbiornikiem i sterownikiem centralnym prowadzi do dużej liczby potencjalnie długich kabli między odbiornikami i sterownikiem centralnym.

PL 192 621 B1

Zatem w alternatywnym wykonaniu stosuje się układ wspólnej magistrali, do której są, dołączone wszystkie odbiorniki. W najprostszej postaci zawiera ona dwa połączenia, linię A i linię B, a każda linia nadaje się do przenoszenia sygnału wizyjnego. Te dwie linie są rozmieszczone tak, że łączą lokację centralną i każdy z węzłów. Jednak, zamiast linii wychodzącej z lokacji centralnej do każdego węzła, linie są doprowadzone od lokacji centralnej do pierwszego węzła, a następnie od pierwszego węzła do drugiego węzła i tak dalej, aż do ostatniego węzła, który jest połączony powrotnie z lokacją centralną, tworząc pierścień. Każdy odbiornik może mieć własny węzeł lub węzeł może być stosowany dla więcej niż jednego odbiornika. W przypadku instalacji zawierającej dwadzieścia odbiorników, stosuje się na przykład pięć węzłów z czterema odbiornikami dołączonymi do każdego węzła.

Figura 5 przedstawia przykład węzła, do którego są dołączone dwa odbiorniki w dwóch stacjach odbierających sygnały dostarczane przez anteny A2 i A3. Sygnały z każdego odbiornika są doprowadzone albo do linii A albo do linii B albo nie są dołączone do żadnej linii NC. Jak to przedstawiono na fig. 2, gdy samochód przybywa do pozycji P1, sygnał nadawany przez samochód jest odbierany przez antenę A2, która jest dołączona do linii A na fig. 5. Odbierany sygnał jest następnie przesyłany zwrotnie linią od węzła do węzła, aż do odebrania sygnału w lokacji centralnej. Gdy samochód mija pozycję P2, sygnał nadawany przez samochód jest możliwy do odebrania przez antenę A3, a przełącznik w węźle doprowadza sygnał z odbiornika anteny 3 do linii. Odebrany sygnał A3 jest przesyłany z węzła do węzła linią B, również zwrotnie do lokacji centralnej. Zatem między pozycjami P2 i P4 lokacja centralna jest zasilana dwoma sygnałami wizyjnymi, odpowiadającymi sygnałom odbieranym przez anteny A2 i A3. Środek przełączający wyprowadza na wyjście sygnał wizyjny dostarczany linią A lub B, odpowiednio do sygnału sterującego ze sterownika. Sygnał sterujący zawiera na przykład komunikaty z danymi, generowane w oprogramowaniu sterującym komputera. Oprogramowanie dokonuje wyboru, który z sygnałów linii A i B ma stanowić sygnał wyjściowy. Zatem na początku oprogramowanie ustawia przełącznik na podawanie sygnału wyjściowego z linii A, a następnie, gdy samochód mija pozycję P3, oprogramowanie nadaje komunikat do komutatora, tak że sygnał wyjściowy odpowiada sygnałowi na linii B, to znaczy odbieranemu przez antenę A1.

Dla zapewnienia zgodności impulsów synchronizacyjnych na linii A i na linii B, stosuje się dwa synchronizatory. Gdy zostaje wysłane polecenie przełączenia, komutator odczekuje aż do następnego okresu wygaszania pionowego aktualnego sygnału wizyjnego, a następnie dokonuje przełączenia z linii A na linię B lub odwrotnie. W celu uniknięcia zniekształcenia obrazu, na przykład ramki, przy przełączaniu sygnału jednego odbiornika na następny, stosuje się pamięć ramki, co usuwa problemy spowodowane niezsynchronizowaniem ramek dwóch sygnałów.

Przy dalszym ruchu samochodu następuje utrata sygnału anteny A2. Wtedy samochód porusza się wewnątrz obszaru anteny A4,a węzeł, do którego jest dołączona antena A2, powoduje odłączenie anteny A2 od linii A, natomiast węzeł, do którego jest dołączona antena A4 doprowadza do linii A sygnał odbierany przez antenę A4, tak że zarówno linia A, jak i linia B przenoszą sygnały odbierane z samochodu. Również i w tym przypadku, we właściwym momencie oprogramowanie wysyła do komutatora w lokacji centralnej komunikat z rozkazem przejścia od wyprowadzania jako sygnału wyjściowego sygnału linii B na sygnał linii A, który odpowiada sygnałowi odbieranemu przez antenę A4. Proces ten powtarza się podczas jazdy samochodu wzdłuż toru, przy czym sygnał wyjściowy jest dostarczany na przemian przez linię A i linię B. Dokładne taktowanie odłączania jednego odbiornika i dołączania do tej samej linii następnego odbiornika nie jest istotne, dopóki sygnał tej linii nie jest wykorzystywany. Na przykład odłączenie anteny A2od linii A następuje dopiero wtedy, gdy sygnał odbierany przez antenę A2 jest zbyt słaby, albo jest opóźniane aż do momentu, w którym dostatecznie silny jest sygnał z anteny A4.

Figura 5 pokazuje, że po odebraniu sygnału wielkiej częstotliwości jest on poddawany przemianie z powrotem na sygnał wizyjny pasma podstawowego. Linia A i linia B są niezależne od odbieranej częstotliwości, a zatem są wykorzystywane do realizacji transmisji sygnałów z więcej niż jednego samochodu. Jednak linie A i B pary są zdolne do transmitowania dwóch sygnałów wizyjnych tylko z jednego samochodu poruszającego się po torze. Zatem w celu wykorzystania możliwości prowadzenia na torze dwóch samochodów, może być stosowana oddzielna para linii, na przykład linia C i linia D.

Również i w tym przypadku, ponieważ linie C i D pary są niezależne od częstotliwości, mogą być wykorzystywane do obrazów telewizyjnych z samochodu nadającego na dowolnej częstotliwości w wyznaczonym odbieranym paśmie. Transmisja drugiego samochodu odbywa się na częstotliwości tej samej, co pojazdu prowadzonego parą linii A i B. Jednak samochody te muszą znajdować się

PL 192 621B1 w różnych miejscach obwodu, żeby sygnały wielkiej częstotliwości, docierające do odbiornika z dwóch samochodów, nie nakładały się na siebie nawzajem.

Dodanie dodatkowej pary linii umożliwia zwiększenie przepustowości systemu o jeden samochód. Można dodawać dalsze pary linii E i F itd. dla umożliwienia prowadzenia na torze trzeciego samochodu i dalszych, jednak jest możliwe również posiadanie kilku samochodów nadających równocześnie na torze, bez konieczności posiadania drugiego układu linii C i D. Jest możliwe przesyłanie sygnału w danym momencie tylko z jednego z tych samochodów razem z sygnałami odbieranymi przez inne anteny, z innych samochodów, niedołączonych do linii A i B.

W odmiennym rozwiązaniu, jeżeli dwa samochody wykorzystujące tę samą częstotliwość zbytnio zbliżają się jeden do drugiego na torze, to wtedy do jednego z tych samochodów zostaje wysłany komunikat z poleceniem zmiany jego częstotliwości nadawania, aby uniknąć w ten sposób zakłóceń.

W innym wykonaniu wynalazku odbiorniki są dołączone do sieci, na przykład sieci LAN, która łączy wszystkie odbiorniki lub tylko część z nich, we współpracy z innymi sieciami. Dzięki temu sterownik centralny wskazuje, które odbiorniki mogą nadawać odbierane sygnały.

Rozmieszczenie stacji odbiorczych wzdłuż toru wymaga starannego zaplanowania, aby zapewnić żądane pokrycie za pomocą optymalnej liczby stacji. Teoretycznie jest możliwe rozmieszczenie dużej liczby stacji w regularnych odstępach wzdłuż toru, jednak taki rozkład, poza niepotrzebnym kosztem związanym z posiadaniem większej niż konieczna liczba stacji, powoduje większą złożoność systemu przełączania. Również przy zbyt małej liczbie stacji mogą powstać obszary toru, w których jest możliwy odbiór sygnału o bardzo złej jakości lub brak odbioru.

W celu osiągnięcia ciągłości pokrycia całego toru, przy minimalnej liczbie odbiorników, stacje odbiorcze są rozmieszczone w następujący sposób. Typowa antena helikalna zapewnia obszar detekcyjny czyli zasięg odbioru, który stanowi segment 30° przy maksymalnym zakresie około 200 metrów. Obszar obcięcia zasięgu wynosi od 30 do 60 metrów, zależnie od wysokości anteny nad ziemią, odpowiednio od 1,5 do 3 metrów.

Segment koła 30° jest nazywany szerokością wiązki promieniowania anteny i jest daną techniczną dostarczaną przez producenta. Zasięg maksymalny jest wyznaczony przez maksymalną odległość, na jakiej poziom mocy odbieranej jest dostatecznie wysoki do wytworzenia nadawanego sygnału wizyjnego o dobrej jakości. Minimalny poziom mocy odbiorczej, stosowany do nadawanych obrazów, wynosi -60 dB.

Granicą obszaru zasięgu odbioru jest odległość z przodu anteny, na której następuje przerwanie sygnału wizyjnego, powodowane spadkiem odbieranej mocy, wynikającym z wygaszania sygnału bezpośredniego przez odbicie tego sygnału od ziemi. Ta odległość zależy od wysokości anteny nadawczej i wysokości anteny odbiorczej nad ziemią. Częstotliwość sygnału wielkiej częstotliwości powoduje także zmianę lokacji punktu obcięcia obszaru. Wartość odbicia, a zatem i jego oddziaływanie, zależy od powierzchni, nad którą rozchodzą się fale, jak również od długości fali. Można wyprowadzić następujące równanie:

₂

Moc odbierana = 4P sin² ld gdzie P jest mocą odbieraną bez odbicia, to znaczy w warunkach swobodnej przestrzeni, hr i ht są wysokościami nadajnika i odbiornika w odniesieniu do powierzchni odbijającej, d jest odległością między odbiornikiem i nadajnikiem, powierzchnia odbijająca to ziemia, ściana lub bariera toru. W tym przypadku wartości hr i ht odnoszą się do odległości miedzy powierzchnią odbijającą i antenami.

Analiza równania odbicia wskazuje, że w celu maksymalizowania zasięgu w pobliżu anteny, korzystne jest instalowanie anteny nisko nad ziemią, jednak sygnał wielkiej częstotliwości przy bliższym ziemi umieszczaniu anteny jest tłumiony, co zmniejsza maksymalną odległość odbioru, a tłumienie jest wynikiem wchodzenia ziemi w pierwszą strefę Fresnela. Strefy Fresnela otaczają drogę promienia bezpośredniego miedzy nadajnikiem i odbiornikiem. Pierwszą strefą Fresnela nazywa się najbliższa strefa otaczająca drogę promienia bezpośredniego. Strefa ta jest określona w taki sposób, że długość drogi promienia odchylonego między nadajnikiem i odbiornikiem różni się od długości drogi promienia bezpośredniego o mniej niż pół długości fali. Ponieważ największa część mocy sygnału przechodzi przez pierwszą strefę Fresnela, to każdy obiekt, włącznie z ziemią, znajdujący się w tej strefie powoduje tłumienie odbieranego sygnału. Zatem przy montażu anten stosuje się rozwiązanie kompromisowe.

PL 192 621 B1

Zwykle w zawodach obwód toru jest otoczony barierami metalowymi o wysokości około 1 metra lub ogrodzeniem o wysokości około 3 metrów. Anteny montuje się pół metra powyżej barier, żeby sygnał wielkiej częstotliwości nie był tłumiony w wyniku bliskiej konstrukcji metalowej lub utworzonej z opon. Ze względu na to, że anteny są instalowane przy urządzeniach torowych, najczęściej wysokość montowania anten wynosi od 1,5 do 3 metrów. Wymagania instalacyjne dla każdej stacji są wyznaczane przez własności fizycznego w tym miejscu i czynniki ograniczające, które zapewniają optymalną lokalizację każdego obwodu i miejsca.

Po wyznaczeniu wysokości anteny, określa się jej zasięg odbioru, który mieści się między zewnętrzną granicą R4 obszaru na fig. 6 i wewnętrzną granicą R1, R2 wyznaczoną przez punkt, w którym występują zaniki sygnału. Po określeniu zasięgu odbioru, konieczne jest również ustalenie wielkości nakładania się zasięgu anteny sąsiedniej stacji, aby zapewnić gładkie przejście od wykorzystywania sygnału jednej stacji na wykorzystywanie sygnału następnej stacji. Zatem wyznacza się granicę R3, określającą obszar zachodzenia między granicami R3 i R4 i odpowiadającą punktowi, w którym nie jest już odbierany sygnał z sąsiedniej anteny.

W praktyce, w celu wyznaczenia rozmieszczenia stacji wzdłuż toru, położenie pierwszej stacji Rx1 wybiera się na końcu prostej start/meta z fig. 7.1. Następnie ustala się parametry tego położenia, które umożliwiają zlokalizowanie poprzedniej stacji Rx34 względem aktualnej stacji Rx1 i następnej stacji Rx2.

Na fig. 7.1, antena stacji Rx1 jest zainstalowana na wysokości 3 metrów, zatem zgodnie z równaniem odbicia, punkt zaniku dla tego położenia znajdzie się w odległości 60 metrów przed anteną. Działanie systemu opiera się na optymalizacji strefy nałożenia między miejscami odbioru, wynoszącej 20 metrów, co umożliwia pewną zmienność położenia pojazdu w miejscu, w którym następuje przełączenie. Jeżeli dokładna informacja o położeniu nie jest znana, to strefę nałożenia zwiększa się, żeby uniknąć możliwości zaniku sygnału przy zbyt wczesnym lub zbyt późnym przełączeniu z jednego odbiornika na następny. Tych 20 metrów zostaje dodane do odległości punktu zaniku i ustala punkt na torze, w którym następna stacja musi zapewniać prawidłowe obrazy, jak punkty A i B.

Następnie prowadzi się linię rzutowania od punktu wychwytywania następnej stacji po wewnętrznej stronie toru, od punktu A, w kierunku poruszania się samochodów, na obwodowe ogrodzenie, w maksymalnej możliwej odległości na obwodzie toru. Linia rzutowania stanowi linię bezpośredniego widzenia od nadajnika do odbiornika, a zatem nie może przecinać linii granicznych, na przykład ogrodzeń obwodowych, budynków, drzew lub innych struktur. Po zakończeniu procesu, należy go powtórzyć dla punktu po zewnętrznej stronie toru, punktu B. Na fig. 7.1 wypadkowa lokalizacja może być inna od poprzednio wyznaczonej. Jeżeli stacja odbiorcza została zlokalizowana w pozycji A na ogrodzeniu obwodowym, to linia bezpośredniego widzenia z lokalizacji do punktu B może być nieosiągalna ze względu na ogrodzenie obwodowe po wewnętrznej stronie drugiego zakrętu.

Lokalizacja wyznaczona w tym procesie wymaga oceny pod względem zapewnienia linii bezpośredniego widzenia w zakresie planowego zasięgu odbioru. Figura 7.1 pokazuje, że lokalizacja C na obwodowym ogrodzeniu daje maksymalną odległość na obwodzie toru, dla której otrzymuje się linię bezpośredniego widzenia toru. Wynika stąd, że dla stacji odbiorczej nie są właściwe lokalizacje A i B. Ostateczne sprawdzenie polega na upewnieniu się, że lokalizacja C zapewnia również linię bezpośredniego widzenia terenu dla punktu przejmowania. Po potwierdzeniu ustala się idealną lokalizację geometryczną stacji odbiorczej. Przy zastosowaniu równania odbicia, określa się oddziaływanie otaczających struktur na występowanie odbić sygnału wielkiej częstotliwości.

Oddziaływania otaczających struktur, powodujących niekorzystne odbicia w odbiorczej stacji RX1, wymagają ustalenia, zanim będzie możliwe określenie lokalizacji poprzedzającej stacji RX34. Po ustaleniu maksymalnej odległości przejmowania dla odbiorczej stacji RX1, konieczne jest takie zlokalizowanie poprzedniego miejsca, żeby punkt zaniku wypadł na odległości mniejszej o 20 metrów dla zapewnienia poprawnej wartości nałożenia.

Na fig. 7.2 stacja poprzedzająca względem stacji RX1 przedstawiona jako zainstalowaną na wysokości 3 metrów, a zatem musi być zlokalizowana o następne 60 metrów bliżej względem punktu zaniku. Fig. 7.2 pokazuje również procedurę lokalizacji stanowiska następnego względem odbiorczej stacji RX2.

Figura 7.3 i 7.4 pokazują zastosowanie równania odbicia w środowisku praktycznym. Na obu figurach widać wyraźnie, że wysokość anteny odbiorczej, względem płaszczyzny odbijającej i w tym przypadku ogrodzenia, jest wartością stałą. Na fig. 7.3 rozpatrywane ogrodzenie jest równoległe do kierunku ruchu, a zatem wysokość nadajnika również zachowuje stałą wartość. Na fig. 7.3 jedyną

PL 192 621B1 zmienna jest odległość transmisji, ponieważ pojazd nadający sygnały przemieszcza się w kierunku stacji odbiorczej.

Na fig. 7.4, przy zmianach odległości nadawania zmienia się wysokość anteny nadawczej, zatem występują dwie zmienne. Zastosowanie równania odbicia staje się bardziej skomplikowane przy wykonywaniu obliczeń w odniesieniu do zakrzywionych ogrodzeń, jakie byłyby potrzebne na przykład przy ustalaniu parametrów odbiorczej stacji RX3. W tym przypadku wysokość anteny odbiorczej względem ogrodzenia zmienia się w sposób ciągły, ponieważ zmienia się odległość transmisji, a zatem równanie zawiera trzy zmienne.

Odległości zaniku, wynikające z obliczeń na podstawie równania odbicia, są bardzo wrażliwe na niewielkie zmiany wysokości anteny w stosunku do płaszczyzny odbijającej. Na przykład, gdyby wysokość nadajnika wynosiła 4 metry, a wysokość odbiornika 5 metrów, to punkt pierwszego zaniku wystąpiłby w odległości 333 metry, zakładając, że częstotliwość nadawania wynosi 2,5 GHz. Gdyby wysokość nadajnika wzrosła do 4,5 metra, to punkt pierwszego zaniku znalazłby się w odległości 375 metrów. Z tego prostego obliczenia wnioskuje się, że jeżeli pojazd porusza się po innej drodze na torze, to znacznie zmienia się oddziaływanie odbić od otoczenia na parametry stacji odbiorczej. Wskazuje to również na ważność dokładnej informacji lokalizacji dla zapewnienia możliwie dokładnego teoretycznego zaplanowania systemu.

Następnym punktem do rozważenia przy stosowaniu równania odbicia jest wyraz odnoszący się do długości fali sygnału wielkiej częstotliwości, a zatem do częstotliwości. Jeżeli przy wykorzystaniu pierwszego z powyższych przykładów, częstotliwość zostałaby obniżona do 2,4 GHz, to punkt pierwszego zaniku wystąpiłby w odległości 320 metrów, co daje różnicę 13 metrów. Stąd wnioskuje się, że ustawienie systemu powinno różnić się, zależnie od częstotliwości transmisji.

Po wyznaczeniu teoretycznych lokalizacji stacji odbiorczych, przy użyciu równań wielkiej częstotliwości, możliwe jest również uwzględnienie implikacji logistycznych instalowania stacji, czynników takich, jak rozmieszczanie otworów obwodowych, ogólna dostępność, długości kabli między stacją odbiorcza i węzłem, rozmieszczenie tablic z symbolami reklamowymi, rozmieszczenie konstrukcji, do których mocuje się anteny, bezpieczeństwo lokalizacji stanowisk reklamowych.

Na fig. 7.2 pokazano, że odbiorcza stacja RX34 jest dołączona do pierwszego węzła. Odcinek kabla ma długość 40 metrów nawiniętych na kole, umożliwiając stosunkowo szybkie rozwijanie, lecz bezpośrednio przed stanowiskiem występuje punkt dostępu do toru, wiec byłoby wskazane zakopanie kabla w rowie w celu ochrony kabla i utrzymania wolnej drogi dostępu. Stanowisko nie powinno być zlokalizowane bezpośrednio przed punktem dostępu, ponieważ struktura schodkowa blokowałaby antenę, zatem stację odbiorczą można przesunąć wstecz w przybliżeniu do tej samej lokacji, co pierwszy węzeł, skracając odcinek kabla i ułatwiając operowanie nim. Wypadkowym wynikiem jest zwiększenie nakładania się ze stacją RX1, a zmniejszenie nakładania się ze stacją RX33. Konieczne jest więc uwzględnienie wszystkich ważnych czynników w możliwie wczesnym etapie planowania, a możliwa elastyczność w przypadku niewielkich regulacji powinna być włączona w planowanie systemu.

Powyższa metoda dla stacji odbiorczych odnosi się głównie do stacji zaopatrzonych w anteny o wąskim zakresie detekcyjnym, na przykład 30°.

Każda stacja zawiera co najmniej jeden odbiornik, a każdy odbiornik ma własną antenę lub stacja ma pojedynczą antenę i rozdzielacz do oddzielania różnych częstotliwości odbieranych i nadawanych do odbiorników. Stacja ma również filtry i demodulatory 4 do wydzielania sygnału wizyjnego z odbieranej transmisji mikrofalowej. Sygnał wizyjny jest następnie nadawany do sterownika centralnego jako sygnał pasma podstawowego, który zawiera informację o obrazie wizyjnym, a sygnały akustyczne są nakładane przez modulację na oddzielne podnośne. W odróżnieniu od tego, system nadaje rzeczywisty sygnał odebrany przez anteny stacji, to znaczy sygnał mikrofalowy, zwrotnie do lokacji centralnej, gdzie są zlokalizowane odbiornik i demodulator. Ten rodzaj systemu wymaga sygnału wielkiej częstotliwości do zmodulowania go w światłowodowym systemie przesyłowym, a każde stanowisko ma zwrotne łącze światłowodowe do lokacji centralnej.

Anteny są antenami helikalnymi albo antenami dowolnego typu, jak na przykład antenami z wiązką wachlarzową, antenami wieloelementowymi lub antenami dookólnymi, zależnie od ich lokacji i ukształtowania toru. Na przykład, antena dookólna jest wykorzystywana do pokrycia zakrętu, natomiast na odcinkach prostych jest wykorzystywana antena kierunkowa. Anteny kierunkowe mają zakres kątowy od 30° do 120°, zależnie od ich lokacji.

PL 192 621 B1

System według wynalazku znajduje zastosowanie na przykład do wyścigu ulicznego, a także w dowolnej sytuacji, gdy jest potrzebna transmisja sygnałów wizyjnych lub innych sygnałów o dużej szerokości pasma z poruszającego się obiektu do obiektu nieruchomego. Zastosowania dotyczą obrazów rowerów lub samochodów, na przykład samochodów policyjnych, przesyłanych do odbiorników przydrożnych w celu transmisji do innych samochodów policyjnych lub centrali dyspozytorskiej. System jest rozszerzany dla zapewnienia ruchomego systemu łączności wizyjnej.

Claims (14)

1. Sposób transmisji danych, zwłaszcza sygnału wizyjnego, między obiektem ruchomym i lokacją stacjonarną, w którym nadaje się sygnał wizyjny na pierwszej częstotliwości nośnej z nadajnika znajdującego się w obiekcie ruchomym, umieszcza się przynajmniej pierwszy odbiornik w pierwszej lokacji i odbiera się sygnał z nadajnika na pierwszej częstotliwości nośnej, znamienny tym, że określa się miejsce zlokalizowania obiektu ruchomego przez obliczenie odległości od pierwszej lokacji, w której odbicie przez powierzchnię odbijającą sygnału przesyłanego z obiektu ruchomego powoduje w pierwszym odbiorniku spadek poziomu odbieranej mocy poniżej zadanej wartości, przez co określa się pierwszy obszar detekcyjny, określa się pozycję dla każdego następnego odbiornika przez obliczenie odległości, w której odbicie przez powierzchnię odbijającą powoduje spadek poziomu odbieranej mocy poniżej zadanej wartości, przez co określa się obszar detekcyjny, i umieszcza się ten następny odbiornik w pewnej odległości od poprzedniego odbiornika tak, że obszar detekcyjny następnego odbiornika nakłada się na obszar detekcyjny poprzedniego odbiornika, przez co tworzy się ciągły szereg, w którym sygnał z nadajnika obiera się przez co najmniej jeden z odbiorników, sygnał odbierany przez ten co najmniej jeden odbiornik dostarcza się do lokacji stacjonarnej i określa się pozycję obiektu ruchomego, wybiera się sygnał odbierany przez jeden, pierwszy lub drugi odbiornik, który wyprowadza się w lokacji stacjonarnej oraz steruje się przełączaniem między odbiornikami na podstawie określonej pozycji.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako powierzchnię odbijającą stosuje się ziemię.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że określa się pozycję każdego odbiornika przez to, że określa się pierwszą strefę możliwych pozycji odbiornika na podstawie zadanego stopnia nakładania się obszarów detekcji aktualnego odbiornika i poprzedniego odbiornika, określa się podzbiór możliwych lokacji odbiornika pierwszej strefy, przez co określa się drugą strefę możliwych lokacji montowania odbiornika, eliminuje się te lokacje w drugiej strefie, w których obszar detekcji odbiornika nie pokrywa wszystkich żądanych lokacji nadajnika przy uwzględnieniu topologii terenu w obszarze detekcji odbiornika i znajdujących się w nim przeszkód, przez co określa się trzecią strefę i umieszcza się odbiornik w trzeciej strefie.

4. System transmisji danych, zwłaszcza sygnału wizyjnego, zawierający źródło i nadajnik sygnału wizyjnego przynajmniej o pierwszej częstotliwości nośnej, umieszczone na obiekcie ruchomym, dołączone przynajmniej do pierwszego i drugiego odbiornika nadawanego sygnału wizyjnego o pierwszej częstotliwości nośnej, pierwszy i drugi odbiornik mają przynajmniej częściowo nałożone na siebie obszary detekcji i są umieszczone w miejscach oddalonych od siebie, znamienny tym, że zawiera detektor położenia obiektu ruchomego z użyciem wskaźników innych niż parametry odbieranego sygnału wizyjnego i nośnej, dołączony do sterownika reagującego na sygnał położenia dla wyboru jednego z sygnałów wizyjnych odbieranych przez pierwszy i drugi odbiornik i wyprowadzania wybranego sygnału, a sterownik jest umieszczony w innym miejscu niż obiekt ruchomy.

5. System według zastrz. 4, znamienny tym, że sterownik jest przełączalny z odbioru przez pierwszy odbiornik na odbiór przez drugi odbiornik.

6. System według zastrz. 4 albo 5, znamienny tym, że pierwszy i drugi odbiornik mają anteny helikalne.

7. System według zastrz. 6, znamienny tym, że anteny są umieszczone na pewnej wysokości, w zakresie od 1,5 do 3 m nad ziemią.

8. System według zastrz. 7, znamienny tym, że nadajnik jest sterowalny do selektywnego nadawania na wielu częstotliwościach.

9. System według zastrz. 4, znamienny tym, że sterownik jest sterownikiem częstotliwości nadawania nadajnika.

PL 192 621B1

10. System według zastrz. 4, znamienny tym, że detektor położenia obiektu ruchomego jest dołączony do systemu chronometrażowego toru wyścigowego.

11. System według zastrz. 4, znamienny tym, że zawiera co najmniej jeden dodatkowy nadajnik umieszczony przynajmniej na jednym dodatkowym obiekcie ruchomym, a równocześnie każdy nadajnik jest połączony z jednym lub więcej odbiornikami.

12. System według zastrz. 4, znamienny tym, że odbiorniki i sterownik są połączone wzajemnie przez sieć.

13. System według zastrz. 12, znamienny tym, że sieć zawiera pierwszą i drugą linię sygnałową, wyjście każdego z odbiorników jest dołączalne selektywnie, pod kontrolą sterownika, do pierwszej, drugiej lub żadnej linii sygnałowej, tak że podczas pracy wyjście jednego z odbiorników jest dołączone do pierwszej linii sygnałowej, a wyjście drugiego z odbiorników jest dołączone do drugiej linii sygnałowej oraz sterownik ma wyjście dołączone do linii sygnałowej dołączonej do odbiornika pożądanego sygnału.

14. System według zastrz. 13, znamienny tym, że sterownik ma dodatkowe wyjście dołączone do linii sygnałowej niedołączonej do pożądanego odbiornika.