DE2032211B2 - Ystem zur ueberwachung von fahrzeugen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Über- Straße vorgesehenen Einrichtungen. Je genauer die

wachung von flächengebundenen Fahrzeugen, insbe- Ortsbestimmung sein soll, um so mehr Straßenein-

sondere in einer vielfältige Reflexionen verursachenden richtungen werden benötigt. Ein weiterer Nachteil

Umgebung wie einem Stadtgebiet, mit einer gemein- dieser Systeme besteht darin, daß sie eine nur begrenzte

samen Zentralstation, davon entfernt angeordneten 5 Flexibilität aufweisen, weil das Fahrzeug an der

m Relaisstationen, von denen jede drahtlos Signale Straßeneinrichtung dicht vorbeikommen muß, damit

aussenden und empfangen kann und zum Verkehr mit es festgestellt werden kann.

der Zentralstation eingerichtet ist, und mindestens Es sind weiterhin eine Anzahl von Systemen zur einem mit einem Antwortsender ausgerüsteten Fahr- Fahrzeugortung bekannt, die auf einer Triangulation zeug, dessen Antwortsender auf ein von wenigstens io von einer Anzahl bekannter Punkte aus beruhen. Ein einer der Relaisstationen aus gesendetes Signal an- aus der USA.-Patentschrif12 470 787 bekanntes System spricht. befaßt sich mit der Bestimmung der Stellung oder des Derartige Systeme finden insbesondere zur Her- Weges eines Objektes im Raum. Dieses System macht stellung einer Nachrichtenverbindung und zur Ortung von einer Vielzahl von Entfernungsmeßstationen von Polizei- und Notdienst-Fahrzeugen sowie schnellen 15 Gebrauch, die Phasen-Entfernungsmessungen zu einem Reisebussen Verwendung. Luftfahrzeug ausführen, das mit einem Antwort-Beiüblichen Zweiweg-Funksprechverbindungen kann sender ausgestattet ist. Es ist jedoch nicht bekannt, ein mobiles Radiotelefon in jedem Fahrzeug mit einer wie bei einem solchen System die Umwegeffekte zu Zentralstation in Verbindung treten. Bei Bedarf werden behandeln sind, die dadurch bedingt sind, daß die in Bereichen geringer Feldstärke einige weniger ent- 20 kontinuierliche Welle an der Ionosphäre reflektiert fernte Relaisstationen verwendet. Bei solchen Systemen wird. Für diese Systeme ist auch die USA.-Patenthat ein typischer Radiokanal eine Kapazität, die für schrift 2 717 735 von Interesse.

einen Verkehr mit 200 bis 250 Fahrzeugen ausreicht. In der neuzeitlichen Technik hat die Phasen-Ent-Daher werden zusätzliche Kanäle benötigt, wenn sich fernungsmessung zu einem sich im Raum befindenden ein solches System ausdehnt. Wegen der allgemein 25 Fahrzeug zu der Benutzung von scharf gerichteten strengen Handhabung der Frequenzzuteilung durch HF-Antennen und Ausbreitungsdiagrammen geführt, die Regierungen können solche Kanäle nicht zur Ver- Die durch die Existenz mehrerer Ausbreitungswege fügung stehen. Außerdem können in jeder Zentral- bedingten Probleme sind teilweise durch die Verwenstation für jeden Kanal zusätzliche Empfängermoni- dung von Richtantennen und durch die Ausrichtung toren benötigt werden. Außerdem ist nur eine manu- 30 dieser Antennen nach oben vermieden. In dieser eile, nicht aber eine automatische Feststellung des Hinsicht wird auf einen Aufsatz von T. E. Sollen-Standortes und/oder Überwachung eines Fahrplanes b e r g e r, »Multipath Phase Errors in CW-FM möglich. Weiterhin erhöht das Vorliegen einer solchen Tracking Systems«, erschienen in »Institute of Radio großen Anzahl von Signalquellen, die sich alle an eine Engineers Transactions and Antennas and Propagation«, Zentralstation wenden, die Möglichkeit einer Signal- 35 Oktober 1955, S. 185 bis 192, verwiesen, blockierung. Endlich stört die Handhabung des Wo bekannte Systeme die Laufzeit von Höchst-Radiotelefons durch den Fahrer die Handhabung des frequenz-Impulsen längs der Sichtlinie Gebrauch Fahrzeuges. gemacht haben, wird eine große Bandbreite in der Um sowohl die Funktionen der Standortbestim- Größenordnung von einigen MHz benötigt, weil die mung als auch der Nachrichtenübermittlung in einem 4° Impulse eine sehr scharfe Vorderflanke aufweisen Überwachungssystem zu vereinigen, wurde eine Art müssen, damit die verlangte Genauigkeit der Entvon Systemen benutzt, die als »distributed roadside fernungsmessung erreicht wird. Wenn ein Azimutsystems« bezeichnet werden. Diese Systeme erfordern Triangulationssystem verwendet wird, das nach Art die Installation von Einrichtungen, die entweder unter eines Drehfunkfeuers(omnirange concept) arbeitet, dann der Straße vergraben oder neben der Straße aufgestellt 45 werden wenigstens drei Sender benötigt, deren Strahsind. Diese Einrichtungen geben die Stellung eines lungskeulen ausreichend schmal sind, um eine Standnahen Fahrzeuges an, weil die Stellung der Einrich- ortbestimmung genügender Genauigkeit zu erzielen, tungen längs der Straße bekannt ist. Derartige Systeme Beide Fälle sind für die Einhaltung einer geringen sind aus den USA.-Patentschriften 2 597 517 und Bandbreite schädlich.

2 790 071 bekannt. 5° Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu-Diese Einrichtungen längs der Straße umfassenden gründe, ein System der eingangs genannten Art zu Systeme können zwei Gruppen zugeordnet werden. schaffen, das bei geringem Aufwand dazu geeignet ist, Die erste Gruppe erfordert, daß das Fahrzeug seine eine Flotte von flächengebundenen Fahrzeugen in Identität den längs der Straße vorgesehenen Einrich- einer durch vielfältige Reflexionen stark gestörten Umtungen drahtlos übermittelt. Die längs der Straße 55 gebung, insbesondere in einem Stadtgebiet, zu befehlen angeordneten Einrichtungen empfangen dieses Signal und zu steuern. Dabei sollen für die Ortsbestimmung und übertragen die Identität des Fahrzeuges an eine und die Nachrichtenübertragung zwischen den Fahr-Zentrale, beispielsweise über direkte Telefonleitungen. zeugen sowie zwischen Fahrzeugen und einer Station Die zweite Gruppe arbeitet in umgekehrter Weise. die gleichen Einrichtungen benutzt werden können. Hierbei übertragen die an der Straße vorhandenen 60 Außerdem soll das erfindungsgemäße System mit der Einrichtungen ihren Kennungscode drahtlos auf das begrenzten Bandbreite auskommen, die für Funk-Fahrzeug, und es überträgt das Fahrzeug sowohl den Sprechverbindungen zu Fahrzeugen zur Verfügung Code der Straßeneinrichtung als auch seine Identität steht.

drahtlos unmittelbar an eine gemeinsame Zentral- Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch station. 65 gelöst, daß mindestens in einer der m Relaisstationen

Bei beiden Gruppen steht die Genauigkeit der Orts- eine von der Zentralstation gesteuerte Einrichtung zum

bestimmung des Fahrzeuges in einem direkten Ver- Aussenden eines ungerichteten Signals mit einer auf-

hältnis zu der Anzahl und Anordnung der an der geprägten codierten Nachricht vorhanden ist, daß der

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Antwortsender nur auf diese codierte Nachricht an- derer Bedeutung, wenn sich ein Fahrzeug im Schattenspricht und innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne bereich eines künstlichen oder . natürlichen Objektes nach dem ersten Empfang des ausgesendeten Signals befindet. Weiterhin wurde festgestellt, daß im Gegenem codiertes Antwortsignal erzeugt und daß in η der satz zum Stand der Technik keine ungewöhnlichen m Relaisstationen je eine Empfangseinrichtung vor- 5 Vorkehrungen getroffen werden müssen, um mehrere handen ist, die das Signal mit der aufgeprägten codier- Ausbreitungswege hinsichtlich des Signal-Rausch-Verten Nachricht sowie das codierte Antwortsignal emp- hältnisses oder von Fading-Erscheinungen zu kompenfängt und decodiert und weitere Einrichtungen um- sieren.

faßt, mit deren Hilfe das decodierte Antwortsignal an Die m Relaisstationen werden im Verhältnis zu der

die Zentralstation übermittelt wird. io Leistung, mit der sie arbeiten, verteilt. Jede Relais-

An dem erfindungsgemäßen System bildet und über- station enthält zweckmäßig Einrichtungen zur Überträgt die Zentralstation Nachrichten an eine ausge- tragung von Sprache, digitalen Daten und Entfernungswählte der Relaisstationen. Bei einer bevorzugten Aus- informationen im Tonfrequenzbereich. Jedes von der führungsform der Erfindung umfaßt jede Nachricht Relaisstation abgestrahlte Signal ist in einem vorbeeinen Synchronisationsteil, einen Fahrzeug-Identifi- 15 stimmten Digitalformat codiert. Die codierte Nachkationsteil, einen codierten Datenteil und einen Ent- rieht enthält Befehle für das Fahrzeug, die die Arbeitsfernungsmeßteil, vorzugsweise in Form eines über- weise des Antwortsenders bestimmen. Der Antwortlagerten Tonfrequenzburst. Diese codierten Nachrich- sender bildet seinerseits einen neuen Digitalcode zur ten werden von dieser einen ausgewählten, von der Antwort. Die Übermittlungseinrichtungen, wenn sie Zentralstation entfernten Relaisstation als im wesent- 20 mit den einen Phasenvergleich zulassenden Signalen liehen ungerichtetes Signal ausgesendet. Nur diejenigen zur Entfernungsmessung kombiniert werden, machen Antwortsender, die den entsprechenden Fahrzeug- im wesentlichen von den gleichen Geräten Gebrauch, Identifikationscode enthalten, werden auf diese abge- um sowohl die Nachrichtenübertragung als auch die strahlte, codierte Nachricht ansprechen. Diese Ant- Ortsbestimmung auszuführen. Von besonderer Bedeuwortsender synchronisieren ihre Decodier- und Codier- 25 tung ist, daß keine Einrichtungen längs der Straße erfunktion mit Hilfe des Synchronisationsteiles der forderlich sind und nur eine kleine Anzahl fester Nachricht. Relaisstationen für einen großen Bereich benötigt wird.

Innerhalb einer vorbestimmten Zeit nach dem Diese Stationen sind fest und von der Anzahl der Fahr-Empfang des ausgesendeten Signals wird von dem zeuge oder Straßen unabhängig. Die Flexibilität des Antwortsender ein im wesentlichen ungerichtetes, 30 erfindungsgemäßen Systems ist hervorragend, weil im codiertes Antwortsignal zurückgestrahlt. Jedes Ant- wesentlichen keine Änderungen der Einrichtungen erwortsignal enthält einen Synchronisationsteil, codierte forderlich sind. Bei der Verwendung gespeicherter Daten und einen Entfernungsteil, vorzugsweise eben- Programmelemente und codierter digitaler Nachrichten falls in Form eines Tonfrequenzburst. Der Entfer- werden gegenseitige Störungen vermieden, weil diese nungsmeßteil, also insbesondere der Tonfrequenzburst, 35 Funktionen nacheinander ausgeführt werden können des Antwortsignals ist in Phase mit dem Ursprung- und nicht parallel ausgeführt werden müssen,
liehen Entfernungsteil bzw. Tonfrequenzburst, der von Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfinder Relaisstation empfangen wurde. dung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen,

Die von der einen Relaisstation abgestrahlte Nach- in der die Erfindung an Hand der in der Zeichnung darricht sowie das Antwortsignal des Antwortsenders wird 40 gestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und von η der m Relaisstationen empfangen. Infolgedessen erläutert wird. Die der Beschreibung und der Zeichkönnen beim Empfang der Antwortsignale in den nung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen η Relaisstationen die Phasen der Entfernungssignale Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich und insbesondere Tonfrequenzburst verglichen werden. oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwen-Die festgestellte Phasendifferenz wird der gemeinsamen 45 dung finden. Es zeigt

Zentralstation drahtlos übermittelt. Es versteht sich, F i g. 1 die geographische Verteilung der Zentral-

daß diese Phasendifferenz zu dem Abstand zwischen station, der Relaisstationen und eines oberflächenge-

der jeweiligen Relaisstation und dem Antwortsender bundenen Fahrzeuges in einem großen Stadtbereich,

des Fahrzeuges in Beziehung steht. Fig. 2A und 2B Blockschaltbilder der zusammen-

Das erfindungsgemäße System bietet demnach die 50 arbeitenden Elemente der Zentralstation, der Relais-Möglichkeit, gleichzeitig unabhängige Entfernungs- Stationen und der Antwortsender der Fahrzeuge,
messungen zu machen, aus denen der Schwerpunkt der Fig. 3 A eine Tabelle zur Veranschaulichung der Fläche der Fehlerwahrscheinlichkeit gewonnen und Arbeitsfolge des Systemelemente,
als Grenzfall die tatsächliche Fahrzeugposition ange- Fig. 3B den Aufbau und die Folge der zwischen nähert werden kann, wenn die Anzahl unabhängiger 55 den Systemelementen übertragenden codierten NachEntfernungsmessungen gesteigert wird. Die Anzahl der richten, ■
entfernten Relaisstationen, die aktiviert werden kön- F i g. 4 die räumliche Zuordnung von Relais-Hauptnen, liegt zwischen 1 und m. station und -Nebenstation bei der Feststellung des

Da die Lichtgeschwindigkeit konstant ist und zwi- Ortes eines Fahrzeuges,

sehen wegen Mehrf achreflexionen nacheinander ein- 60 F i g. 5 ein Diagramm der geometrischen Verhälttreffenden Signalen nur sehr kleine Zeitintervalle nisse bei einer typischen Ortsbestimmung eines Fahrexistieren, kann gezeigt werden, daß der Entfernungs- zeuges,

fehler bei einer Phasenmessung zwischen einem Fahr- Fig. 6A und 6B die Seitenansicht bzw. Draufsicht

zeug und einer entfernten Station für 95 % aller Ent- auf wesentliche Stationsstellungen in einem typischen

fernungsmessungen in der Größenordnung von ± 300 m 65 Stadtbereich und

liegt. Daher macht das erfindungsgemäße System von F i g. 6 C und 6 D Darstellungen zur Erläuterung der

der Streuung einer kontinuierlichen Welle als positive Fehlerverminderung durch Mehrfach-Entfernungs-

Eigenschaft Gebrauch. Dieses Merkmal ist von beson- messungen.

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F i g. 1 veranschaulicht die geographische Verteilung grammfolgen für eine automatische Überprüfung und

der Elemente eines Systems nach der Erfindung in Regulierung des Systems.

einem typischen Stadtbereich, beispielsweise in der Bei dem in F i g. 2 A dargestellten Beispiel steht der

Stadt Chicago, 111. An einem festen Platz befindet sich Rechner 2 über entsprechende Übertragungswege I₁, /₂

eine gemeinsame Zentralstation 1, die elektrisch mit 5 und /₃ mit den entfernten Relaisstationen R₁, R₂ und R₃

einer Vielzahl von entfernten Relaisstationen R₁, in Verbindung. Die Übertragungswege umfassen nor-

R₂ ... R₁₀ über entsprechende Übertragungswege I₁, male Telefonleitungen, die an jedem Ende mit An-

I₂ ■ ■ ■ /10 in Verbindung steht. Eine ausgewählte Anzahl Schlußgeräten (modems) verbunden sind. Die An-

dieser Relaisstationen R₁, R₂ und R₃ steht mit Schlußgeräte 100, 102 und 104 sind ihrerseits an einen

einem oberflächengebundenen Fahrzeug S₁ in Ver- 10 Eingabe-Ausgabe-Multiplexer 14 angeschlossen, wo-

bindung. gegen die am anderen Ende der Leitungen vorge-

Die Zentralstation ist zur Ausführung von Rechen-, sehenen Anschlußgeräte 106, 108 und 110 mit Daten-

Darstellungs-, Übertragungs-, Aufzeichnungs- und puffern 16, 18 und 20 verbunden sind.

Steuerfunktionen eingerichtet. Die Relaisstationen ent- In der als Beispiel gewählten Relaisstation R₁ steht

halten Übertragungseinrichtungen zum Aussenden 15 der Datenpuffer 16 mit einem Detektor 20 in Verbin-

von Nachrichten zu und zum Empfangen von Nach- dung. Außerdem wird der Puffer 16 von einem Syn-

richten von der Zentralstation 1 sowie zum Aussenden chronisator 24 gesteuert. Jede Relaisstation enthält

und Empfangen von Nachrichten zu bzw. von dem außerdem einen Sender 26, einen entsprechenden

Fahrzeug. Jeder der Übertragungswege I₁ bis I₁₀ kann Empfänger 28 und eine Antennenanordnung 30. Der

einen Datenkanal, wie beispielsweise eine Telefon- 20 Synchronisator 24 steuert außer den Datenpuffer 16

leitung, mit den zugeordneten Umsetzer- und/oder auch einen Decodierer 32 und den Empfänger 28 über

Wandlereinrichtungen an beiden Enden umfassen. entsprechende Leitungen 36, 32 und 34. Es versteht

Die Zentralstation enthält Einrichtungen zur Akti- sich, daß jede der entfernten Relaisstationen im wesentvierung im allgemeinen jeder beliebigen Kombination liehen die gleichen Einrichtungen enthält,
der entfernten Relaisstationen zum Zweck des Aus- 25 Die in F i g. 2 B dargestellten Antwortsender T₁, T₂ sendens einer Nachricht an ein oder mehrere Fahr- und T₃ sind jeweils in einem anderen Fahrzeug angezeuge. Mit dieser allgemeinen Fähigkeit ist es demnach ordnet. Jeder dieser Antwortsender umfaßt eine Anmöglich und tatsächlich auch wünschenswert, syste- tenne 40 und einen auf den Sender 26 einer entfernten matisbh verschiedene Gruppen der Station zu akti- Relaisstation abgestimmten Empfänger 44. Umgevieren, damit die Nachrichtenverbindungen und Ent- 30 kehrt erzeugt der Sender 42 des Antwortsenders ein fernungsmessungen in verschiedenen, sich wieder- Signal, auf das der Empfänger 28 einer entfernten holenden Mustern hergestellt bzw. vorgenommen Relaisstation anspricht,
werden. Fig. 3A zeigt eine Aufstellung zur Veranschau-

Im Betrieb strahlt beispielsweise die Relaisstation R₂ lichung der Taktfolge beim Nachrichtenverkehr in dem eine codierte Nachricht mit einem Entfernungs-Ton- 35 erfindungsgemäßen System. Der Nachrichtenverkehr signal ab. Diese Nachricht wird außer von dem Ant- bei diesem System befaßt sich im wesentlichen mit fünf wortsender im Fahrzeug S₁ von den Relaisstationen R₁ Funktionen, die in drei aufeinanderfolgenden Zeit- und R₃ empfangen. Der Antwortsender S₁ erzeugt ein Intervallen von 20 ms auszuführen sind. In dem ersten Antwortsignal, das ein mit dem empfangenen Ton- Zeitintervall aktiviert die Zentralstation drei Relaissignal phasengleiches Entfernungs-Tonsignal enthält. 40 Stationen und übermittelt an mindestens eine dieser Die Relaisstationen R₁, R₂ und R₃ empfangen das Ant- Stationen eine codierte Nachricht. Diese ausgewählte wortsignal und machen voneinander unabhängige Relaisstation sendet die codierte Nachricht an das Phasen-Entfernungsmessungen, die auf die Phasen- Fahrzeug und die anderen der aktivierten Relaisdifferenz zwischen dem ursprünglichen Tonsignal und Stationen während des zweiten Intervalls von 20 ms. dem Antwort-Tonsignal beruhen. 45 Noch in dem gleichen Zeitintervall bildet und sendet

Jede Relaisstation meldet ihre Entfernungsinforma- das Fahrzeug ein Antwortsignal an die Relaisstationen,

tion einem Rechenelement in der Zentralstation. Dieses Die Relaisstationen ihrerseits verarbeiten während des

Element berechnet den Schwerpunkt einer durch den dritten Zeitintervalls das Antwortsignal, messen die

Schnitt der drei Entfernungen bestimmten Fläche und Phasendifferenz und melden diese Phasendifferenz der

vergleicht diesen Ort mit der planmäßigen Stellung des 50 Zentralstation. Während der zweiten Hälfte dieses

Fahrzeuges. Bei einer Abweichung von der plan- dritten Zeitintervalls von 20 ms ermittelt der Rechner

mäßigen Stellung kann entschieden werden, ob zu- den Standort des Fahrzeuges.

sätzliche Nachrichten-Verbindungen hergestellt wer- Die Fig. 3B der Zeichnung zeigt verschiedene Beiden sollen. spiele für die Formate der Nachrichten, die benutzt

Wie aus dem Blockschaltbild nach Fig. 2A näher 55 werden, um die Verbindung zwischen den Systemersichtlich, enthält die Zentrale 1 einen Rechner 2 mit elementen herzustellen. Der Rechner 2 muß bei der einem gespeicherten Programm, der wahlweise mit Kommunikation mit jeder beliebigen der entfernten einem Bandlocher- und -leser 4, einem Darstellungs- Relaisstationen eine Nachricht über eine Telefon- und Tastenfeld 6 und einem Blattschreiber 8 über ent- leitung übertragen, die eine Informationskapazität von sprechende Leitungen 10,12 und 14 verbunden werden 60 etwa 2400 Bits/s aufweist. Für die Nachricht wird eine kann. Der Bandlocher und -leser 4, das Darstellungs- Standardlänge von 10 ms benutzt. Diese Nachricht und Tastenfeld 6 sowie der Blattschreiber 8 mit Tastatur enthält vier Synchronisationsbits, einen Fahrzeugstellen manuelle und visuelle Dateneingabe- und -aus- Identifikationscode von 3 Bits, einen Nachrichtengabegeräte dar, die einen manuellen Eingriff in die Datenteil von 4 Bits und 3 Bits für eine Paritätskon-Systemsteuerung gestatten. Der Rechner 2 mit ge- 65 trolle. Die ausgewählte Relaisstation, die diese Nachspeichertem Programm enthält Folgen von Programm- rieht aussendet, fügt ein Entfernungs-Tonsignal hinzu, Befehlswörtern und Daten, die für die zu bildende dessen Dauer der Dauer von 20 Bits gleich ist, und Nachricht charakteristisch sind, und weiterhin Pro- sendet diese Nachricht mit einer Geschwindigkeit von

4000 Bits/s aus. Für das Aussenden der Nachricht wird S. 410 des Buches »Information Transmission, Modu-

eine Zeit von 11 ms benötigt. Das Antwortsignal des lation, and Noise« von S c h w a r t ζ angegeben. Da-

Fahrzeuges an die Relaisstation nimmt 7,25 ms in nach ist

Anspruch und umfaßt einen Synchronisationsteil von

4 Bits, einen Nachrichten-Datenteil von 4 Bits, ein 5 ERF {SIN)¹'² Δ 0 - 0,99 -ERF (1,82)

Paritätsbit und ein Entfernungs-Tonsignal mit einer _{Δ 0} _ _{126 (10)}__{2 Radian} (0/72° bei 4 kHz)

20 Bits entsprechenden Länge. /18?\2

Aus den F i g. 2 A und 3 B ist ersichtlich, daß die von s/N — ( - ] — 2,07 (1O)⁴ — 43 dB.

einer ausgewählten Relaisstation, beispielsweise die \A 0 J

Station A₁, empfangene Nachricht aus einem Fahr- 10 .... .

zeug-Identifikationsteil, Daten und einem Entfernungs- Demnach beträgt das Signal-Rausch-Verhältnis, das

tonsignal besteht und nach dem Empfang einer Nach- für einen Entfernungsfehler von weniger als 75 m

rieht von der Zentralstation 1 in der Station -R₁ ge- während 99 °/o der Verkehrszeit bei einem Bezugssignal

ordnet wird. Diese Nachricht wird dazu benutzt, einen von 4 kHz gefordert werden muß, 43 dB.

bei 450 MHz arbeitenden Sender 26 von 3 W Leistung 15 Das Signal-Rausch-Verhältnis von 43 dB wird so-

zu modulieren. Die Modulationsfrequenz beträgt wohl am Fahrzeug als auch an der Relaisstation ge-

4 kHz. Das Ausgangssignal des Senders 26 wird einer fordert. Das empfangene Entfernungssignal synchroni-

Rundstrahlantenne 30 mit einem typischen Gewinn siert im Antwortsender des Fahrzeuges einen Takt-

von 6 db zugeführt. geber innerhalb von 0,5 μβ. Die Relaisstation stellt

Wie weiterhin aus F i g. 2 B ersichtlich, wird das von 20 ihrerseits das von einem Fahrzeug empfangene Entder als Beispiel gewählten Relaisstation R₁ empfangene fernungssignal innerhalb von 0,5 μβ fest. Unter diesen Funksignal mit einem Signal-Rausch-Verhältnis von Bedingungen ist die gemessene Zeitverzögerung wäh-43 db für das Entfernungssignal und wenigstens 26 dB rend 99 % der Verkehrszeit kleiner als 0,7 μβ. Diese für den Identifikationsteil und die Daten empfangen. Analyse berücksichtigt nicht Entfernungsfehler, die Dieses Signal wird dazu benutzt, ein synchronisiertes 25 auf andere als den direkten Übertragungsweg zurücklokales Entfernungssignal zu erzeugen und die Daten zuführen sind.

im Fahrzeug auf den neuesten Stand zu bringen. Die Für die Antennen der Relaisstationen ist ein Gewinn

Daten, die letztlich zusammen mit dem synchronisier- von 6 dB und für die Antennen, der Fahrzeuge ein

ten Entfernungs-Tonfrequenzsignal zurückzusenden Gewinn von 3 dB typisch. Bei einem Gebiet von etwa

sind, werden zur Modulation des Senders 42 benutzt. 30 500 km² ist eine Maximal-Reichweite von etwa 12 km

Das Ausgangssignal dieses Senders wird einer Rund- zweckmäßig.

Strahlantenne 40 zugeführt, deren Gewinn etwa 3 dB Versuche mit einer bevorzugten Ausführungsform

beträgt. der Erfindung wurden unter Verwendung einer Sende-

Es sei bemerkt, daß der Eingabe-Ausgabe-Multi- leistung der Relaisstationen von 3 W für eine Maximalplexer 14 ein notwendiges Bindeglied zwischen dem 35 entfernung von 12 km gemacht. Für das Umgebungs-Rechner 2 und den Anschlußgeräten der Datenkanäle rauschen wurde bei einer Trägerfrequenz von 450 MHz bildet. Der Multiplexer 14 empfängt Bits in Parallel- eine Dämpfung von 105 dB festgestellt. Ein zur Trägerund Ausgangsnachrichten in Serienform. Der Multi- frequenz zentriertes Band von 25 kHz Breite lag bei plexer empfängt auch Daten von den Anschlußgeräten —131 dB, bezogen auf 1 W. Für das Entfernungssignal und unterbricht den Rechner, wenn komplexe Nach- 40 wurde ein Signal-Rausch-Verhältnis von 53 dB errichten empfangen worden sind. wartet. Der Überschuß von etwa 10 dB war für solche

Der Aufbau von Multiplexern ist bekannt. Allge- Erscheinungen wie Fading, Leitungsverluste und

mein müssen Daten und Adressen auf die richtigen sonstige auftretende Verluste reserviert.

Ubertragungsleitungen gebracht und auf geeignete Das Signal-Rausch-Verhältnis für den Datenteil der

Leitungen verteilt werden. Wenn irgendein mit dem 45 Nachricht beträgt 53 dB abzüglich des Rauschfaktors

Multiplexer verbundenes Gerät adressiert wird, prüft des der Nachgleichrichtung dienenden Bandes des

und speichert der Multiplexer die vollständige Adresse Empfängers. Um auf das Strahlungsdiagramm zurück-

und benutzt den Befehlsteil auf der Adressenleitung, gehende Fehler zu vermeiden, sind in jede drahtlos ab-

um Daten auf den angegebenen Datenkanal zu über- gestrahlte Nachricht der Paritätskontrolle dienende

tragen. Die Daten können dann mit der vorbestimmten 50 Bits eingebaut, und es wird im Empfänger eine Paritäts-

Folgegeschwindigkeit in das Daten-Anschlußgerät ein- kontrolle vorgenommen.

gegeben werden. Es versteht sich, daß dem Datenteil Die drahtlose Kommunikation erfolgt im 450-MHz-

ein 3 Bits umfassender Synchronisationsteil voraus- Band. Ein Sender, ein Empfänger und die zugehörigen

geht. Netzgeräte, die in die sichtbare Ausrüstung eingebaut

Es ist erforderlich, dafür Sorge zu tragen, daß der 55 sind, sind natürlich sowohl in den Relaisstationen als Funkweg mit einem am Empfänger noch ausreichenden auch in den Fahrzeugen vorhanden. Vorzugsweise sind Signal-Rausch-Verhältnis betrieben werden kann. Bei Sender und Empfänger vollständig in Festkörpertech-Kommunikationssystemen dieser Art in Stadtgebieten nik aufgebaut und enthalten Silizium-Flächentranbesteht der begrenzende Faktor in der Präzision, mit sistoren. Die in den Fig. 2A und 2B dargestellten der die Phasenverschiebung des Entfernungs-Ton- 60 Sender 30 und 42 machen vorzugsweise von einem signals gemessen werden kann. Vorzugsweise sollte Quarzoszillator mit einer Frequenz von etwa 4 MHz die Phasenverschiebung in 99 % der Verkehrszeit mit Resonanzfrequenz Gebrauch. Am Kollektor des einer Genauigkeit von 0,5 μβ gemessen werden können. Oszillator-Transistors kann dann die zweite Harmoni-Eine Verzögerung von 0,5 μβ entspricht etwa einem sehe ausgewählt werden. Ein Teil der Abstimm-Kapa-Entfernungsfehler von 75 m und einer Phasenver- 65 zität des nicht näher dargestellten abgestimmten Schiebung von 0,72° bei 4 kHz. Der Ausdruck für die Kreises befindet sich ebenfalls im Kollektorkreis des Wahrscheinlichkeit, daß der Phasenfehler während Oszillator-Transistors. Dieser Teil kann von einer ver-99% der Verkehrszeit kleiner als 0,72° ist, ist auf änderbaren Kapazitätsdiode gebildet werden, deren

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Kapazitätswert in Abhängigkeit von der Amplitude ist gleich dem Quotienten aus A + B — C und der des Modulationssignals verändert wird, das ihr von Lichtgeschwindigkeit. Jede Zeitverzögerung innerhalb einem üblichen Modulations-Vorverstärker zugeführt des Fahrzeuges wird eliminiert, weil der Antwortton wird. Diese Ausbildung der Schaltungsanordnung vom Fahrzeug mit dem von der Relaisstation empfanführt zu einer Phasenmodulation des Trägers, die 5 genen Tonsignal in Phase ist.

durch die Wirkung eines Entzerrungsfilters in eine Fig. 5 zeigt die geometrischen Verhältnisse bei

äquivalente Frequenzmodulation umgewandelt wird. einer typischen Ortsbestimmung für ein Fahrzeug. Es Eine an die Modulatorstufe angeschlossene Kette von wird angenommen, daß die Relaisstation η + 1 die Verstärkern und Vervielfachern kann dann dazu be- sendende Hauptstation ist. Zwei weitere Stationen η nutzt werden, die Frequenz und die Leistung auf die io und η + 2 befinden sich innerhalb eines Abstandes von erforderlichen Werte anzuheben. 12 km von der Relaisstation η + 1. Nach dem Emp-

Die in den F ί g. 2 A und 2 B dargestellten Empfänger fang einer codierten Nachricht von der gemeinsamen 28 und 44 machen vorzugsweise von zwei HF-Ver- Zentralstation sendet die Relaisstation η + 1 ein ungestärkerstufen Gebrauch, um eine ausreichende Ver- richtetes Signal aus, das einen durch eine kreisförmige Stärkung und Selektion zu erzielen. Die erste Mischer- 15 Marke bezeichneten Bus sowie die anderen Relaisstufe sollte so ausgebildet sein, daß sie das verstärkte Stationen η und η + 2 erreicht. Es ist für das Antworten HF-Signal und auch ein von einem Überlagerungs- auf das Entfernungs-Tonsignal erwünscht, daß der oszillator erzeugtes Signal aufnimmt. Dieser Über- Entfernungston in ausreichender Stärke empfangen lagerungsoszillator kann von einem quarzgesteuerten wird, um eine Phasenverriegelung vornehmen zu Oszillator gebildet werden, der mit einer Frequenz von 20 können. Das Zeitmeßsignal sowohl im Antwortsender etwa 52 MHz arbeitet und der von zwei transistorisier- als auch in den Nebenstationen ist selbst ein intern ten Vervielfacherstufen gefolgt wird. Die endgültige erzeugtes Entfernungssignal. Dieses Signal wird von Überlagerungsfrequenz sollte 35 MHz unter der Fre- dem Antwortsender als Entfernungston im Antwortquenz des HF-Signals liegen. Der ersten Mischerstufe signal wieder ausgestrahlt.

sollte ein zu 35 MHz symmetrisches Sperrfilter folgen, 25 Fig. 6A und 6B zeigen die Seitenansicht bzw. dessen Selektivität ausreicht, eine Blockierung des Draufsicht auf die Stellungen von festen und mobilen Empfängers zu verhindern und ZF-Spiegelfrequenzen Stationen in einem typischen Stadtgebiet. Zur Veranauszuschalten. An einer zweiten Mischstufe, die ge- schaulichung sei angenommen, daß ein fester Sender F wohnlich ein Ausgangssignal von 455 kHz liefert, wird sich in einem Abstand von beispielsweise 10 km von eine Siebung mit einem LC-Filter vorgenommen. Das 30 einem mobilen Antwortsender an der Stelle M befindet. Ausgangssignal dieses Filters durchläuft einen zwei- Dabei kann ein auf einem zweiten Weg übertragenes stufigen, ÜC-gekoppelten Verstärker, bevor es einer Störsignal empfangen werden, das von einem Gebäude ersten Begrenzerstufe zugeführt wird. Eine zweite an der Stelle S reflektiert wird. Die Länge des Weges Begrenzer-Diskriminator-Stufe sollte zweckmäßig als von der festen Station F zum Gebäude S ist a, und die Round-Travis-Diskriminator ausgebildet sein und von 35 Länge des Weges vom Gebäude S zur mobilen einer Audio-Verstärkerstufe gefolgt werden. Ein vom Station M ist b.

Träger gesteuerter elektronischer Abschwächer (mute) Echosignale treten auf, wenn einige Komponenten

mit variabler Empfindlichkeit, der mit der Begrenzer- des Signals auf indirekten Wegen eintreffen, die durch stufe gekoppelt ist, kann mit einem gekapselten Relais Reflektionen an Gebäuden und anderen hervorversehen sein, wenn äußere Schaltfunktionen ge- 40 ragenden Gebilden bedingt sind. Da der Weg a + b wünscht werden. länger ist als der direkte Weg, sind die entsprechenden

Der Synchronisator enthält Detektorschaltungen Signalkomponenten gegenüber den auf direktem Weg und einen Bezugsoszillator. Dieser Oszillator wird zur empfangenen Signalkomponenten verzögert. So ist beiErzeugung niederer Frequenzen untersetzt. Er kann spielsweise, wenn das Signal von einer einfachen kontiphasenverriegelt sein. Die Detektorschaltungen des 45 nuierlichen Trägerwelle gebildet wird, das empfangene Synchronisators stellen fest, ob ein echtes Signal Signal gleich der Vektorsumme aus den Trägern, die empfangen worden ist. Wenn ein Signal am Empfänger auf dem direkten Wege und den Echowegen eintreffen, erkannt worden ist, werden Zähler in Gang gesetzt, Hierzu sei auf einen Aufsatz »Echoes in Transmission die gewöhnlich ein Teil des Synchronisators sind. Ein at 450 Megacycles from Land to Car Radio Units« von Zähler wird dazu benutzt, um Daten zu verschieben 50 W. Y ο u η g , Jr., und L. L a c y in »proceedings of und grob den Nulldurchgang des Entfernungssignals the IRE«, Bd. 38, Nr. 3, März 1950, S. 255 bis 258, festzustellen. Ein anderer Zähler wird genau bei diesem verwiesen. Dieser Aufsatz behandelt die statistische Nulldurchgang gestartet, um ein zum Aussenden be- Natur und die Dauer von auf mehreren Wegen einstimmtes phasenstarres Entfernungssignal zu erzeugen. treffenden Signalen. Es sei bemerkt, daß der mittlere Hierin besteht die vorstehend beschriebene notwendige 55 Wert der Verzögerung in der Größenordnung von Funktion des Aritwortsenders im Fahrzeug. 2 μβ liegt, was einem Entfernungsbereich von etwa

F i g. 4 zeigt ein Fahrzeug im räumlichen Verhältnis 300 m entspricht. Demnach weichen die größten Mehrzu zwei Relaisstationen R₁ und R₂. Diese Stationen wegkomponenten im Mittel von der wahren oder werden als Relais-Hauptstation bzw. Relais-Neben- kürzesten Entfernung um nicht mehr als 300 m ab. station bezeichnet. Der Abstand zwischen der Haupt- 60 Die Fig. 6C und 6B veranschaulichen eine Mehrstation R₁ und dem Fahrzeug ist A, der Abstand zwi- fach-Ortsbestimmung zur Erhöhung der Genauigkeit, sehen dem Fahrzeug und der Nebenstation R₂ ist B, Mehrere Ortsbestimmungen, wie z. B. A, B und C in und der Abstand zwischen den Stationen ist C. Die bezug auf das bewegliche Fahrzeug M liefern leicht die Laufzeit für das Entfernungs-Tonsignal von der erforderliche Genauigkeit. Wenn der wahrscheinliche Hauptstation R₁ zum Fahrzeug und zurück ist gleich 65 Fehler für eine Ortsbestimmung χ Meter beträgt, dann dem Quotienten aus 2 A und der Lichtgeschwindigkeit. ist der wahrscheinliche Fehler für η Ortsbestimmun-Die von der Nebenstation R₂ gemessene Laufzeit für gen XZn¹I₂. Wenn also der wahrscheinliche Fehler bei das von der Hauptstation R₁ ausgesendete Tonsignal einer Ortsbestimmung 180 m beträgt, dann beträgt der

auf vier Ortsbestimmungen basierende Fehler 180/4V₂ =' 90 m.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. System zur Überwachung von flächengebundenen Fahrzeugen, insbesondere in einer vielfältige Reflexionen verursachenden Umgebung wie einem Stadtgebiet, mit einer gemeinsamen Zentralstation, davon entfernt angeordneten m Relaisstationen, von denen jede drahtlos Signale aussenden und empfangen kann und zum Verkehr mit der Zentralstation eingerichtet ist, und mindestens einem mit einem Antwortsender ausgerüsteten Fahrzeug, dessen Antwortsender auf ein von wenigstens einer der Relaisstationen aus gesendetes Signal anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens in einer der m Relaisstationen (z. B. R₁) eine von der Zentralstation (1) gesteuerte Einrichtung (26, 30) zum Aussenden eines ungerichteten Signals mit einer aufgeprägten codierten Nachricht vorhanden ist, daß der Antwortsender (T₁) nur auf diese codierte Nachricht anspricht und innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne nach dem ersten Empfang des ausgesendeten Signals ein codiertes Antwortsignal erzeugt und daß in η der m Relaisstationen je eine Empfangseinrichtung (28, 20, 22) vorhanden ist, die das Signal mit der aufgeprägten codierten Nachricht sowie das codierte Antwortsignal empfängt und decodiert und weitere Einrichtungen (16, 106) umfaßt, mit deren Hilfe das decodierte Antwortsignal an die Zentralstation (1) übermittelt wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Zentralstation (1) η der m Relaisstationen aktivierbar sind und mindestens eine dieser aktivierten η Relaisstationen (z. B. R₁) das ungerichtete Signal aussendet, daß dem ungerichteten Signal ein Entfernungs-Tonsignal aufgeprägt ist und das codierte Antwortsignal des Antwortsenders (z. B. T₁) ebenfalls ungerichtet ist und ein Antwort-Tonsignal enthält, das mit dem Entfernungs-Tonsignal in Phase ist, und daß die Empfangseinrichtungen (28, 20, 22) der aktivierten η Relaisstationen die Phasendifferenz zwischen dem ursprünglichen Entfernungs-Tonsignal und dem Antwort-Tonsignal messen.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralstation (1) eine Einrichtung (2) zur Bildung der codierten Nachricht enthält und jede codierte Nachricht einen Synchronisationsteil, einen Fahrzeug-Identifikationsteil und einen Datenteil umfaßt, daß die Zentralstation (1) die codierte Nachricht der das ungerichtete Signal aussendenden Relaisstation (z. B. R₁) zuführt, damit sie dem ungerichteten Signal aufgeprägt wird, und daß der Antwortsender (z. B. T₁) nur auf Signale anspricht, deren Nachricht einen bestimmten Fahrzeug-Identifikationsteil aufweist.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (2) zur Bildung der codierten Nachricht einen Folgen von Programmbefehlen und Daten enthaltenden Speicher, Auslese- und Eingabegeräte für diesen Speicher, einen auf ausgelesene Befehlswörter ansprechenden Decodierer zur Verarbeitung ausgelesener Daten und von ■ den verarbeiteten, ausgelesenen Daten betätigte Ausgabegeräte umfaßt.

5. System nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung der codierten Nachricht an die Relaisstationen (z. B. R₁) eine Vielzahl von Datenkanälen (z. B. Z₁) vorgesehen ist, die die Relaisstationen mit der Zentralstation (1) verbinden, daß jede Relaisstation (z. B. R₁) einen Speicher (16) für die codierte Nachricht enthält und daß das von der Empfangseinrichtung (28, 20, 22) gebildete decodierte Antwortsignal diesem Speicher (16) zugeführt wird.

6. System nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Antwortsender (z. B. T₁) außer einem Empfänger (44) und einem Sender (42) einen Identifikations-Decodierer, der bewirkt, daß der Empfänger (44) nur bei Vorliegen eines eindeutig bestimmten Code im Fahrzeug-Identifikationsteil ein Steuersignal liefert, einen auf das Steuersignal ansprechenden Nachrichten-Codierer und -Decodierer zur Decodierung des Datenteiles der codierten Nachricht, dessen Codierteil mit dem Sender (42) zur Bildung eines Antwortsignals gekoppelt ist, und einer auf den Synchronisationsteil der codierten Nachricht ansprechenden Einrichtung zur Synchronisation des Identifikations-Decodierers und des Nachrichten-Codierers und -Decodierers umfaßt.

7. System nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die codierte Nachricht weiterhin einen Entfernungsteil umfaßt und der Antwortsender (z. B. T₁) eine Einrichtung aufweist, um das Antwortsignal mit einem Entfernungsteil zu versehen, der mit dem Entfernungsteil der codierten Nachricht in Phase ist.

8. System nach den Ansprüchen 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernungsteile der codierten Nachricht und des Antwortsignals je von einer frequenzmodulierten kontinuierlichen Welle gebildet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen