DE2137846A1

DE2137846A1 - Verfahren zur standortbestimmung von fahrzeugen

Info

Publication number: DE2137846A1
Application number: DE2137846A
Authority: DE
Inventors: Klaus Drebinger; Peer Dr Ing Thilo
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-07-28
Filing date: 1971-07-28
Publication date: 1973-02-08
Also published as: ATA510772A; GB1362343A; FR2148089A1; NL7210127A; AT330845B; CH539856A; IT963373B; DE2137846B2; US3848254A; FR2148089B1

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München, den Z 8.JUL1197 1 Berlin und München Wittelsbacherplät'z" "Z ""

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Verfahren zur Standortbestimmung von Fahrzeugen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Standortbestimmung flächengebundener Fahrzeuge,, insbesondere in einem Stadtgebiet, wobei das zu ortende Fahrzeug mittels eines Senders ein Meßsignal aussendet, welches von.mehreren getrennt angeordneten Empfangsstationen drahtlos empfangen wird.

Bei öffentlichen Verkehrssystemen ist es für einen rationellen und effektiven Einsatz der Fahrzeugflotte notwendig, den Ständort jedes einzelnen im Einsatz befindlichen Fahrzeuges zu jeder Zeit möglichst genau festzustellen. Besonders wichtig ist dabei die ständige Ortung von Polizei- und Notdienstfahrzeugenj um schnell'und wirksam Hilfe leisten zu können, muß die Zentrale jederzeit erkennen können, welches Fahrzeug zum Einsatzort die kürzeste Entfernung aufweist bzw. welches Fahrzeug diesen linsatzort am schnellsten erreichen kann. Zu diesem Zweck sind derartige Fahrzeuge, daneben großenteils auch die öffentlichen Verkehrsmittel, üblicherweise mit Funksprechgeräten ausgerüstet, mit deren Hilfe sich die einzelnen Fahrer jederzeit an die Zentrale wenden und ihren Standort melden können. Eine derartige Standortbestimmung über Sprechfunk ist aber nicht nur sehr zeitraubend, sondern sie erfordert zudem auch einen hohen Personalaufwand in der Zentrale und in den Fahrzeugen. Bei einer größeren Fahrzeugzahl ist eine ständige Überwachung aller Fahrzeuge auf diese Art überhaupt nicht möglich.

Ein anderes System zur Standortbestimmung von Fahrzeugen, das

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beispielsweise in den US-Patentschriften 2 597 517 und 2 790 071 beschrieben ist, arbeitet mit einer großen Anzahl von Signaleinrichtungen, die entlang der von den Fahrzeugen benutzten Wege fest installiert sind. Beim Passieren eines Fahrzeuges werden dann die Kenndaten des identifizierten Fahrzeuges zusammen mit den Ortskenndaten der fest installierten Signaleinrichtungen über feste Leitungen oder drahtlos an die Zentrale gegeben. Der Weg eines Fahrzeuges läßt sich hierbei um so genauer verfolgen, je mehr dieser Signaleinrichtungen installiert sind. Da das Fahrzeug aber jeweils dicht an der Signaleinrichtung vorbeikommen muß, ist dieses System praktisch nur sinnvoll» für Verkehrsmittel mit genau vorgeschriebenen Routen, also für Linienbusse und Schienenfahrzeuge; es wird deshalb hauptsächlich auch für Eisenbahnsysteme verwendet.

Weiterhin wurde für die Fahrzeugortung bereits ein Radarverfahren vorgeschlagen, bei dem sich eine im Zentrum des zu überwachenden Gebietes befindliche Richtantenne langsam um eine vertikale Achse dreht. Dabei sendet sie ein moduliertes Sendesignal aus, das von den Fahrzeugantennen, die sich jeweils im Richtstrahl befinden, empfangen ^ird und die Abgabe eines Sekundärsignales im Fahrzeug mit der Fahrzeugkennung veranlaßt. Dieses Sekundärsignal wird in der Zentrale empfangen, wo aus der Kennung, der Winkelstellung der Antenne und der Signallaufzeit der jeweilige Fahrzeugstandort ermittelt wird. Ein Nachteil dieses Systemes ist die Notwendigkeit, als Trägerfrequenz relativ kurze Wellen zu benutzen, um die Abmessungen der Richtantenne klein zu halten. Diese kurzen Wellen werden aber von Gebäuden und dergleichen abgeschattet, so daß eine sichere Erfassung der Fahrzeuge besonders im Stadtgebiet nicht gewährleistet ist.

Die hohe Fehlerwahrscheinlichkeit, die bei dem vorgenannten System infolge der vielfältigen Reflexionen auftritt,

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•wird bei einem Verfahren gemäß der OOS 2 032 211 durch die Verwendung mehrerer Empfangsstationen zumindestens teilweise kompensiert. Aus mehreren unabhängigen Entfernungsmessungen wird der Schwerpunkt der Fläche der Fehlerwahrscheinlichkeit gewonnen und als Grenzfall die tatsächliche Fahrzeugposition angenähert. Bei diesem System wird von einem Sender ein elektrisches Bezugssignal abgegeben, welches das zu ortende Fahrzeug ohne oder mit bekannter Verzögerung beantwortet. Dieses Antwortsignal wird von mindestens drei Empfängern aufgenommen und mit dem ebenfalls empfangenen Bezugssignal verglichen. Aus der Zeitdifferenz der beiden Signale wird auf den Standort des Fahrzeuges geschlossen. Es werden also bei dieser bekannten Einrichtung die Laufzeiten Sender-Fahrzeug-Empfänger und Sender-Empfänger miteinander verglichen, und dieser Vergleich findet bei den einzelnen Empfängern statt. Dies bedeutet aber, daß zwischen den Empfängern und der Zentrale jeweils hochwertige Datenkanäle erforderlich sind. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht' darin, daß die Weitergabe des Signales im Fahrzeug und die Bestimmung der Laufzeit an den Empfängerstationen mit höchster absoluter Genauigkeit und Konstanz vorgenommen werden muß. Zu diesem Zweck muß deshalb jedes einzelne Fahrzeug mit einem teueren Spezialempfanger mit kleiner Phasenverzerrung für die Meßfrequenz ausgerüstet werden.

Durch die Erfindung soll ein Verfahren der eingangs erwähnten Art mit mehreren getrennten Empfangsstationen geschaffen werden, mit dem trotz einer einfachen und billigen Ausrüstung der Fahrzeuge eine sehr genaue Standortbestimmung möglich ist.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Meß-

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signal von mindestens drei Empfangsstationen empfangen und .über feste Verbindungen an eine gemeinsame Zentralstation weitergeleitet wird, daß in der Zentralstation durch Phasenvergleich die Laufzeitdifferenz des Meßsignales auf seinem Weg zu jeweils zwei unterschiedlichen Empfangsstationen ermittelt wird und daß in einer Auswerteeinrichtung aus mindestens zwei derartigen, voneinander unabhängigen Differenzwerten der Standort des Fahrzeuges bestimmt wird und daß außerdem die in den Empfangsund Übertragungs.einrichtungen auftretenden Laufzeitschwankungen durch zusätzlich ermittelte Korrekturwerte kompensiert werden.

Eine wesentliche Rolle für die Beurteilung eines 3?ahrzeugortungsverfahrens spielt die Genauigkeit, mit der der tatsächliche Standort ermittelt wird. So ergibt sich bei der technischen Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens das Problem von Laufzeiten in den Empfangseinrichtungen und auf den Kabeln zwischen den Empfangsstationen und der Zentralstation. Eine Kompensation dieser Laufzeiten ::durch Abgleich ist schlecht möglich, da man nicht mit einem konstanten Laufzeitfehler über längere Zeit rechnen kann. Laufzeitschwankungen, beispielsweise durch Temperatureinflüsse, können aber die Genauigkeit des Meßverfahrens erheblich beeinträchtigen. Zu diesem Zwecke ist in einer Ausführungsform der Erfindung ein ortsfester Vergleichssender mit genau bekannten Koordinaten vorgesehen, Dieser Vergleichssender wird in bestimmten Zeitabständen wie ein beweglicher Pahrzeugsender geortet. Da seine Abstände zu den Empfangsstationen und damit auch die Laufzeiten des Signales zwischen Sender und Empfänger bekannt sind, lassen sich aus der Vergleichsmessung Korrekturwerte für die Laufzeitverzerrungen ermitteln.

Je nach Abstand der einzelnen Empfangsstationen vom Pahr-

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zeug trifft das Meßsignal mit unterschiedlicher Phase "bei den Empfängern ein, Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ■wird nun aber nicht die absolute Laufzeit zwischen Fahrzeug und Empfänger gemessen, sondern jeweils die Differenz zwischen den Laufzeiten bzw. den Entfernungen. Der geometrische Ort aller Punkte, für welche die Differenz der Abstände von zwei festen Brennpunkten konstant ist, ist eine Hyperbel. Somit kann man mit einer Phasendifferenzmessung eine Hyperbel mit zwei Empfangsstationen als Brennpunkten ermitteln, welche den Standort des zu ortenden Fahrzeuges schneidet. Eine zweite Phasendifferenzmessung unter Einbeziehung einer weiteren Empfangsstation -liefert eine zweite Hyperbel; der Schnittpunkt beider Hyperbeln ergibt den Fahrzeugstandort.

Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine absoluten Laufzeiten bzw. Entfernungen gemessen werden, erübrigt sich das Aussenden einer Führungs- oder Bezugsfrequenz durch die Zentrale. Das zu ortende Fahrzeug sendet die Meßfrequenz selbständig aus; diese liegt im NF-Bereich, beispielsweisa bei 3 kHz, und kann mit einem handelsüblichen Funksprechgerät übertragen werden. Zweckmäßigerweise wird das niederfrequente Meßsignal auf einen hochfrequenten Träger moduliert ausgesendet; auf diese Weise erreicht man kleine Antennenabmessungen und einen schmalbandigen Funkkanal mit kleiner Leistung. In den Empfangsstationen kann dieses Meßsignal dann wieder demoduliert und über Niederfrequenzverbindungsleitungen an die Zentralstation weitergeleitet werden.

Die Abgabe des Meßsignales von den einzelnen Fahrzeugsendern wird zweckmäßigerweise jeweils durch ein Befehlssignal von der Zentralstation aus veranlaßt. Damit ist gewährleistet, daß in der Zentralstation die empfangenen Meßsignale

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Jeweils einem "bestimmten Fahrzeug zugeordnet werden. Die Befehlssignale von der Zentrale aus können über einen Mehrfrequenzcode oder über ein Zeitmultiplexverfahren ausgesendet werden, so daß jeweils nur ein bestimmtes Fahrzeug zur Abgabe des Meßsignales veranlaßt wird. Es ist aber auch möglich, das Befehlssignal gleichzeitig an eine Gruppe von Fahrzeugen zu geben, wobei dann die Fahrzeuge dieser Gruppe durch zyklische Abfrage in einer festgelegten Reihenfolge das, Meßsignal aussenden. Eine solche Gruppenabfrage beansprucht weniger Zeit als eine Einzelabfrage einer gleich großen Zahl von Fahrzeugen, da hierbei nicht für jedes Fahrzeug die Zeit für ein Befehlssignal und ein Antwortsignal, aufgewendet werden muß. Vielmehr wird die Zeit für das Befehlssignal nur einmal gebraucht, und dann können sämtliche Antwortsignale in der festgelegten Reihenfolge unmittelbar •nacheinander abgegeben werden.

Daneben ist es natürlich möglich, daß jedes Fahrzeug zugleich mit dem Meßsignal auch ein Identifizierungssignal aussendet. Auch zusätzliche Nachrichten, beispielsweise Notrufe oder Meldungen über den Fahrzeuggustand, können durch weitere Signale mit bzw. neben dem Meßton übermittelt werden.

Weiterhin ist es zweckmäßig, zur Vermeidung von Laufzeitverzerrungen durch Pegelschwankungen in den Empfangsstationen breitbandige Begrenzerverstärker zu verwenden. Um weiterhin Laufzeitschwankungen durch das Zwischenfrequenzfilter in den einzelnen Empfangsstationen zu vermeiden, ist eine Nachsteuerung des lokalen Oszillators vorgesehen, so daß auch bei Frequenzabweichungen des Senders eine konstante Zwischenfrequenz erzielt wird.

Eine weitere Erhöhung der Meßgen au igkeit kann man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch erzielen, daß für jede

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einzelne Standortbestimmung mehr als ein Meßsignal empfangen und ausgewertet wird. Damit werden vor allem die Fehlermögliehkeiten reduziert, die sich aus den Reflexionen des Meßsignales in einem Stadtgebiet durch Gebäude und dergleichen ergeben. Vorteilhaft ist auch die Verwendung von mehr als drei Empfangsstationen, die das Meßsignal empfangen und somit zusätzliche Informationen für die Ermittlung des genauen Standortes bieten.

Bei der Auswertung der empfangenen Meßsignale ist es zweckmäßig, gestört empfangene Signale von vornherein auszuschliessen. Bei der Auswertung der Vielfachmessung, bei der man, wie oben erwähnt, eine größere Anzahl von Meßdaten entweder durch mehrere Empfänger oder durch Messungen von mehreren Signalen gewinnt, kann man beispielsweise durch Bildung eines Mittelwertes aus allen Messungen den wahrscheinlichen Standort festlegen. Dabei ist es allerdings zweckmäßig, sehr weit abliegende Meßwerte für die Mittelwertbildung nicht zu berücksichtigen.

Eine andere Möglichkeit zur Peststellung des wahrscheinlichsim Standortes besteht darin, von mehreren hintereinander empfangenen Keßsignalen durch Vergleich mit einer zentralen Zeitbasis die jeweils kürzesten Laufzeiten zu ermi „■ teln und für das erfindungsgemäße Hyperbelortungsverfahren nur diese jeweils kürzesten Laufzeiten zu verwenden. Hierbei geht man von der Annahme aus, daß diese kürzesten Laufzeiten immer mit den geringsten Umwegen durch Reflexionen behaftet sind.

Bei einer laufend durchgeführten Fahrzeugortung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird jedes Fahrzeug in bestimmten Zeitabötänden aufgerufen und geortet. Aus einer solchen Folge von einzelnen Standortbestimmungen läßt sich der Weg

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des betreffenden Fahrzeuges anhand eines Straßenplanes gut verfolgen. Die Genauigkeit der Messung kann hierbei noch dadurch gesteigert werden, daß man jeden ermittelten Standort mit dem vorhergehenden Standort vergleicht und nur dann berücksichtigt, wenn die Entfernung der beiden Meßpunkte mit der erreichbaren Pahrzeuggeschwindigkeirt des Fahrzeuges unter Berücksichtigung der örtlichen Gegebenheiten, wie zum Beispiel Straßenverlauf,. Flüsse und Brücken und dergleichen, in Einklang steht.

Wie bereits oben ausgeführt wurde, wird die Genauigkeit der Ortung durch Mehrfachmessungen erheblich erhöht. Dies beruht vor allem auch darauf, daß bei einem bewegten:Fahrzeug die Reflexion des Meßsignales ständig anders erfolgt, so daß sich die auftretenden Fehler gegenseitig kompensieren. Bei einem stehenden Fahrzeug dagegen tritt eine solche Kompensation nicht ein, da bei einer Mehrfachmessung immer der gleiche Fehler in der gleichen Richtung sich auswirkt. Es ist deshalb in einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, durch geeignete Mittel die Auswertung von Meßsignalen nur von bewegten Fahrzeugen vorzunehmen. Eine Kennzeichnung von stehenden und bewegten Fahrzeugen ergibt sich beispielsweise durch Vergleich von Schwankungsgröße und Schwankungsfrequenzen der während einer Messung ermittelten Werte. Es ist aber auch möglich, durch eine spezielle Ausrüstung der Fahrzeuge das Stehenbleiben eines Fahrzeuges durch .ein gesondertes, dem Meßton überlagertes Signal anzuzeigen. Die Fahrzeuge können aber auch so ausgerüstet sein, daß der jeweilige Sender nur bei Bewegung des Fahrzeuges zur Aussendung des Meßsignales veranlaßt werden kann.

Zur Durchführung der oben erläuterten Mehrfachmessungen ist es zweckmäßig, daß zur Ermittlung und Auswertung der

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Meßwerte eine elektronische Rechenanlage in der Zentralstation vorgesehen ist. Damit ist es möglich, durch häufiges Abfragen und Auswertung .vieler Meßsignale eine ständige Ortung mit hoher Genauigkeit zu erzielen.

Zur Erzielung eines günstigen Stör-Hutzabstandes beim Empfang des Meßsignales ist es weiterhin günstig, die Empfangsstationen mit Richtantennen zu versehen. In diesem Ealle müssen die Empfangsstationen natürlich am äußeren Rand des zu überwachenden Gebietes aufgestellt werden, so daß sie mit Hilfe dieser Richtantennen das gesamte Gebiet erfassen können.

Die Auswertung der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Meßwerte erfolgt in zweckmäßiger Weise dadurch, daß die :.·.',Ortsangabe des jeweiligen "fahrzeugeszusammen mit einigen Kenngrößen des jeweiligen j?ahrzeugzustandes auf einem jfernsehmonitor dargestellt wird, auf welchem zusätzlich ein Stadtplan oder dergleichen zu sehen ist. Besonders vorteilhaft ist da Dei eine farDige Anzeige der einzelnen fahrzeuge. Anstelle des ü'ernsehmonitors ist es a Der auch möglich,, die einzelnen .Fahrzeugstandorte mittels eines Projektors als Lichtpunkte auf einer Bildfläche, etwa einem Stadtplan, darzustellen.

Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt;

.Fig. 1 die grundsätzliche Anordnung der Empfangsstationen und der Zentralstation zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ortungsverfahrens,

Pig. 2 eine allgemeine Erläuterung des Hyperbelörtungsverfahrens»

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J¹Ig. 3 ein Blockschaltbild der Einrichtungen in einem

.Fahrzeug, einer Empfangsstation und der Zentralstation,

Fig. 4 eine erläuternde Darstellung zum Prinzip der Laufzeitdifferenzmessung,

Pig. 5 ein .Blockschaltbild der Zentralstation mit einigen zusätzlichen Einrichtungen zur .Fehlerkompensation,

Fig. 6 eine erläuternde Darstellung zur Ermittlung von Korrekturwerten mittels eines Vergleichssenders.

W In der fig. 1 ist in einfacher Weise die geografische Anordnung der einzelnen Einrichtungen für das erfindungsgemäße Ortungsverfahren dargestellt. Ein Fahrzeug Fz, das sich in dem überwachten Gebiet bewegt, wird von einer * zentrale ζ zur Abgabe eines Meßsignales veranlaßt. Me-, ses Meßsignal wird ungerichtet ausgestrahlt und von drei ortsfesten Empfangsstationen E1, E2 und E3 empfangen. Je nach dem Standort des Fahrzeuges benötigt das Meßsignal unterschiedliche Laufzeiten ti, t2 und t3 zu den einzelnen Empfangsstationen und wird dort auch mit entsprechend unterschiedlicher Phasenverschiebung empfangen. Das niederfrequente Meßsignal, das vom Fahrzeug aus auf einer hoch-

. frequenten trägerfrequenz ausgestrahlt wurde, wird nun in den Empfangsstationen wieder demoduliert und über feste Kabel 11, 12 und 13 mit bekannten Laufzeiten an die zentrale Z weitergeleitet. Dort werden mit nilfe von Pnasenvergleichseinrichtungen die Laufzeitdifferenzen zwischen ΐ1, t2 und t3 ermittelt. Mic Hilfe dieser Differenzwerte lassen sicn Hyperbeln zwiscnen jeweils zwei Empfangstationen ermitteln, durch deren Schnittpunkt der Standort des Fahrzeuges festgelegt ist.

Annand der Fig. Z soll das ayperbelortungsverfahren noch

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einmal kurz erläutert werden, .betrachtet man die beiden Punkte E1 und E2, die in diesem Falle zwei Empfangsstationen bedeuten, so lassen sich zwischen diesen beiden Punkten beliebig viele Hyperbeln h11, h12..... hin konstruieren, die alle die beiden Punkte E1 und E2 als Brennpunkte haben. Jede dieser Hyperbeln bildet dabei den geometrischen Ort für jeweils alle Punkte, von denen aus die Differenz der Abstände zu den beiden Punkten E1 und E2 gleich 'ist. Hat also das Meßsignal eines Fahrzeuges FZ zur Empfangsstation E1 die Laufzeit ti und zur Empfangsstation E2 die Laufzeit t2, so muß sich dieses Fahrzeug auf einer Hyperbel hx befinden, welche der Laufzeitdifferenz t2 - ti entspricht.

In gleicher Weise kann man zwischen den Empfangsstationen

E1 und E3 Hyperbeln b.21, h22 h2n konstruieren, die

den Entfernungsdifferenzen zu diesen beiden Empfangsstationen entsprechen. Aus einer bestimmten Laufzeitdifferenz t3 - ti erhält man wiederum eine bestimmte Hyperbel hy. Der Schnittpunkt der beiden Hyperbeln hx und hy ist schließlich der gesuchte Standort des Fahrzeuges. Zwischen den Punkten E2 und E3 ließen sich natürlich ebenfalls in der gleichen Weise Hyperbeln bilden, doch bringt dies im vorliegenden Falle keine zusätzliche Information. Für die praktische Anwendung kann es allerdings je nach Art der Auswertung günstig sein, aus den drei möglichen Hyperbeln für eine bestimmte Messung jeweils diejenigen zwei auszuwählen, die sich möglichst senkrecht schneiden, um schleifende Schnittpunkte und damit ^eine ungenaue Ablesung zu vermeiden. Die Verwendung einer vierten Empfangsstation bringt wiederum zusätzliche Schnittpunkte, aus denen man dann beispielsweise den Schwerpunkt als angenäherten Standort bestimmen kann.

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Die Pig. 3 "bringt schließlich in einem Blockschaltbild die wichtigsten Einrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ortungsverfahrens in ihrer jeweiligen Zuordnung zu einem Fahrzeug FZ1, einer Empfangsstation E1 und zur Zentrale Z. Das Fahrzeug FZ1 ist mit wenigen und einfachen Geräten ausgerüstet; damit ist das Verfahren mit verhältnismäßig geringen Kosten auch für eine große Anzahl von Fahrzeugen verwendbar. Im Fahrzeug befindet sich ein Meßtonsender MS, der das Meßsignal abgibt. Dieses wird auf einen hochfrequenten träger moduliert und über den Fahrzeugsender FS drahtlos abgegeben. Die Aufforderung zum Abgeben des Meßsignales erhält das Fahrzeug von der Zentrale über den Fahrzeugempfänger FE. Ein Selektivrufempfänger SR spricht nur auf ein bestimmtes Befehlssignal an und schaltet kurzzeitig den Meßtonsender ein. Die gleiche Ausstattung wie Fahrzeug FZ1 ■ enthalten auch alle übrigen Fahrzeuge FZ2 bis FZn.

In der Empfangsstation E1 wird das ankommende Meßsignal drahtlos empfangen und in einem Empfangsmischer EM auf . eine einfacher verarbeitbare Zwischenfrequenz gebracht. Über ein Zwischenfrequenzfilter FZ gelangt das Signal dann in einen breitbandigen Begrenzerverstärker und wird dort auf eine bequem auswertbare Amplitude gebracht. In einem Frequenzdiskriminator FD wird das Meßsignal ausgewertet und über einen niederfrequenzverstärker NV an die Zentralstation Z weitergegeben. Gleichzeitig wird die ankommende Frequenz gemessen und über eine automatische Frequenzkontrolle. FK und einen Überlagerungsoszillator UEO konstant gehalten. Über ein Kiederfrequenzkabel 11 mit bekannter Laufzeit wird das Meßsignal an die Zentrale geleitet; gleichzeitig wird dieses Meßsignal aber auch von den anderen Empfangsstationen E2 und E3, die die gleichen Einrichtungen aufweisen wie die Station E1, mit unterschiedlichen Laufzeiten empfangen und an die Zentrale weitergege-

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Die Zentralstation Z enthält zunächst Einrichtungen für den Aufruf der jeweils zu ortenden fahrzeuge. Hierzu ist ein Codierer COD vorgesehen, der von einem Taktgeber TG gesteuert wird und das Selektivrufsignal über einen Modulator M an den Hochfrequenzsender ZS gibt. Über diesen Sender wird das Befehlssignal zur Abgabe des Meßsignales jeweils an das zu ortende Fahrzeug drahtlos gesendet.

Weiterhin sind in der Zentralstation die Einrichtungen zur !laufzeitmessung vorgesehen. Die Zeitmessung wird mit digitalen Zählern Z1, Z2 und Z3 durchgeführt, und zwar über mehrere Perioden, um kurzzeitige Übertragungsstörungen, Vielfachreflexionen beim fahrenden Fahrzeug und Fehler durch ein verrauschtes Signal auszumitteln. Jeder Empfangsstation ist -dabei ein Zähler zugeordnet. Die Ermittlung der Laufzeiten bzw. der Laufzeitdifferenzen erfolgt durch einen Phasenvergleich; für diese Phasenmessung wird, der Nulldurchgang jeweils ausgewertet. Jedes von einer Empfangsstation E1, E2 bzw. E3 ankommende Meßsignal durchläuft einen Komparator E1, K2 bzw. K3» deren Ausgänge exakt beim Nulldurchgang durchgeschaltet werden. Da sich der Nulldurchgang des Signales durch Verzerrungen verschieben kann, wird zweckmäßigerweise noch ein nicht dargestelltes Filter vorgeschaltet. Durch einen Startimpulsformer ST werden alle Zähler Z1, Z2 und Z3 zum gleichen Zeitpunkt gestartet und mit Zählimpulsen von einem Zeittaktgeber ZTG beaufschlagt. Da bei' der Auswertung der Meßsignale ohnehin nur die Differenz der Zählerstände gebildet wird, genügt es, die Zähler bei jeder Periode zu irgendeinem, jedoch alle zu einem gleichen Zeitpunkt zu starten. Je früher die Zähler innerhalb der Perioden der Meßfrequenz gestartet werden, um so größer muß allerdings die Zählerkapazität sein. Deshalb star-

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tet man vernünftigerweise die Zähler zum spätestmöglichen Zeitpunkt, also beim ersten Nulldurchgang eines Signales. Die einzelnen Zähler werden durch den ihnen zugeordneten Komparator wieder gestoppt, wenn das zugeordnete Signal durch Null geht.Das bedeutet, daß der Zähler des zuerst auslösenden Signales bei Null stehen bleibt. Die einzelnen Zählvorgänge werden weiterhin durch einen Meßvorgangszähler MZ registriert. Bei einem bestimmten Wert dieses Zählers wird die Messung abgeschlossen.

In der Fig. 4 ist noch einmal der zeitliche Ablauf dieser Phasendifferenzmessung dargestellt. Die Signale el, e2 und e3> die von den Empfangsstationen E1, E2 und E3 ankommen, gehen zu unterschiedlichen Zeitpunkten ta1, ta2 und ta3 durch den Nullpunkt. Zum Zeitpunkt ta1 werden mit dem Startsignal st alle Zähler Z1, Z2 und Z3 gestartet. Der Zähler *Z1 wird jedoch zugleich durch den Nulldurchgang des Meßsignales el wieder gestoppt, so daß dieser Zähler eine Zeitdifferenz von "0" mißt. Der Zähler Z2 wird mit dem Nulldurchgang des Meßsignales e2 zum Zeitpunkt ta2 gestoppt und weist damit eine Zeitdifferenz von z2 = ta2 - ta1 auf. Entsprechend wird der Zähler Z3 zum Zeitpunkt t3 gestoppt; seine Zeitdifferenz "beträgt dann z3 = ta3 - ta1. Natürlich kann man den Zählvorgang zu jedem beliebigen Zeitpunkt starten; die Differenzen der einzelnen Zählerstände werden dann durch die Subtrahierer S12, S1.3 und S23 (Fig. 3) gebildet und an ein Anzeigegerät AG weitergeleitet. Gleichzeitig erhält dieses Anzeigegerät vom Codierer COD die Kennzeichnung des Fahrzeuges, beispielsweise die Fahrzeugnummer N. Auf dem Anzeigegerät, beispielsweise einem Bildschirm, erscheint dann also das betreffende Fahrzeug mit seinem Standort und seiner Nummer.

In der Fig. 5 sind noch einmal die Einrichtungen der Zentral-

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station dargestellt» wobei gegenüber der Pig. 3 zusätzliche Einrichtungen zur Fehlerkorrektur und zur Erhöhung der Meßgenauigkeit enthalten sind. Man erkennt daraus auch, daß •verschiedene Einrichtungen zentral nur einmal vorhanden sind, während andere - je nach Anzahl der Empfangsstationen je einmal pro Empfängerteil ET1, ET2 und ET3 vorhanden sind.. Diese mehrfach vorhandenen Einrichtungen sind nur einmal für das Empfängerteil ET1 dargestellt. Jedes Empfängerteil enthält nun anstelle eines einzigen Zählers eine größere Anzahl

^solcher Zähler, beispielsweise Z11, Z12 Z10, die durch

den Meßvorgangszähler MZ der Reihe nach angeschaltet werden, so daß jeder Zähler eine Einzelmessung vornimmt. Dem Komparator K1 bzw. K2 oder K3 ist jeweils ein Störungsmelder SM zugeordnet, durch den" bei gestört empfangenen Signalen jeweils eine Annullierung der betreffenden Teilmessung vorgenommen wird. Ansonsten erfolgt die Zählung wie bei Pig. 3 bereits beschrieben, wobei durch den zentralen Startimpulsformer ST jeder Zählvorgang eingeleitete wird. Die Einzelzähler Z11 bis Z10 sind alle an eine gemeinsame Vergleichseinrichtung VE angeschlossen, durch welche die Zählergebnisse miteinander verglichen werden können. Sind sämtliche Ergebnisse zumindestens in ihren Hunderter- und Zehnerstellen gleich, so wird daraus geschlossen, daß das Fahrzeug steht. Über einen Ausschalter A wird dann die weitere Auswertung dieses Meßvorganges verhindert.

Aus den Einzelmessungen der Zähler Z11 bis Z10 kann nunmehr wahlweise der Mittelwert gebildet oder der kürzeste Meßwert ausgewählt werden. Zu diesem Zweck ist ein Umschalter U vorgesehen, durch den wahlweise der Mittelwertbilder MW oder eine Auswahleinriehtung für den kürzesten Wert KW angeschaltet werden kann. Zur Ermittlung des kürzesten Meßwertes ist es aber notwendig, dem Zähler eine zentrale Zeitbasis zuzuordnen. Dies erfolgt über einen zentralen Meßtonsender ZB, der

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bei der ersten Einzelmessung mit einem ankommenden Meßsignal synchronisiert wird. Bei den folgenden Einzelmessungen wird dann das. Startsignal nicht mehr durch ein ankommendes Meßsignal von einer Empfangsstation ausgelöst, sondern durch diesen zentralen Meßtonsender ZB, der ja praktisch keine Laufzeiten aufweist und somit die Meßvorgänge in immer gleichen Abständen auslöst. Aus dem Vergleich der hieraus sich ergebenden Teilmessungen kann dann ohne weiteres die jeweils kürzeste Laufzeit des gesamten.'Meßvorganges erkannt werden. '-'■

Der aus einem Meßvorgang gewonnene Wert, sei es durch Mittelwertbildung oder sei es durch Ermittlung des Wertes für die absolut kürzeste Laufzeit wird schließlich auf einen Addierer ADD1 gegeben und dort durch einen Korrekturwert aus einem Korrekturspeicher KOR zur Kompensierung von Laufzeitschwankungen in den Auswerte- und Übertragungseinrichtungen ergänzt. Der resultierende Wert aus diesem Addierer. ADD1 wird zusammen mit den Werten aus den Addierern ADD2 und ADD3 der übrigen Empfängerteile an die Subtrahierer S12, S13 und S23 gegeben. Die hieraus ermittelten Koordinaten werden zusammen mit der Fahrzeugnummer aus dem Codierer COD für die Steuerung des Anzeigegerätes verwendet.

Die Korrekturwerte des Korrekturspeichers COR werden aus einer Vergleichsmessung eines ortsfesten Vergleichssenders gewonnen. Zu diesem Zweck wird von Zeit zu Zeit durch den Codierer COD anstelle eines Fahrzeuges der Vergleichssender MSZ aufgerufen und über einen Schalter SV1 zum Aussen- * den eines Meßsignales veranlaßt. Dieser Vergleichssender MSZ, der vorzugsweise in der Zentralstation angeordnet ist, entspricht in seinem Aufbau genau den Meßtonsendern MS der einzelnen Fahrzeuge. Gleichzeitig mit dem Aufruf des Vergleichssenders wird der Schalter SV2 betätigt, so daß die Meßergebnisse nicht auf den Addierer ADD1, sondern auf einen Subtra-

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hierer SUB gelangen. In diesem Subtrahierer werden die ermittelten Meßdaten des Vergleichssenders mit den tatsächlichen Koordinaten verglichen, die in einen Festwertspeicher VS eingespeichert sind und nun an den Subtrahierer gegeben werden. Aus diesem Vergleich der tatsächlichen Koordinaten mit den gemessenen Werten wird ein Korrekturwert ermittelt, der in den Korrekturspeicher KOR eingespeichert und bei den übrigen Messungen berücksichtigt wird.

Anhand der Pig. 6 soll noch kurz erläutert werden, wie aus der Ortung des Vergleichssenders die Korrekturwerte für die Laufzeitverzerrungen gewonnen werden. Dieser Vergleichssender wird wie ein beweglicher Fahrzeugsender geortet; allerdings sind bei ihm die Abstände zu den Empfängern genau bekannt und damit auch die Laufzeiten des Signales zwischen Sender und Empfänger. In der Fig, 6 bezeichnet a die gesamte Laufzeit von einem Fahrzeug über die Empfangsstation'E1 zur Zentrale, b die gesamte Laufzeit vom gleichen Fahrzeug . über die Empfangsstation E2 zur Zentrale. Entsprechend bedeutet c die gesamte Laufzeit vom Vergleichssender über die Empfangsstation E1 zur Zentrale und d die entsprechende Laufzeit vom Vergleichssender über die Empfangsstation E2 zur Zentralstation. Hierbei sind te1 und te2 die Laufzeiten bei der Ortung vom Fahrzeug zur jeweiligen Empfangsstation, te1' und te2' die entsprechenden Laufzeiten vom Vergleichssender zu den Empfangsstationen, Die Laufzeitfehler im Empfänger und im Kabel sind dabei als tf1 und tf2 bezeichnet; sie sind sowohl bei der Vergleichsmessung als auch bei der Fahrzeugortung gleich.

At bzw. At¹ sind die fehlerbehafteten Laufzeitdifferenzen. Es gilt also:

4t = (te2 + tf2) - (tei + tf1) Durch Umformung ergibt sich:

te2 - te1 = Δ t - (tf 2 - tf T) ,

te2 - te1 ist die gesuchte Differenz der tat-

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sächlichen Laufzeiten. Bei der Vergleichsmessung wird tf2 - tf1 folgendermaßen ermittelt:

At¹ = (te2· + tf2) - (te1· + tf1); daraus wird

tf2 » tf1 = At» - te2^f + te1« = k.

k ist der Korrekturwert, mit dem jede Messung korrigiert wird. Es ist also dann die Differenz der tatsächlichen Laufzeiten te2 - te1 = At - k. Auf diese Weise geht die Genauigkeit der Laufzeitmessung nicht mehr absolut in das Ergebnis ein, sondern nur die Genauigkeit in Relation zur Vergleichsmessung.

28 Patentansprüche
6 Figuren

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Claims

Patentansprüche

1.) Verfahren zur Standorfbestimmung flächengebundener Fahrzeuge, insbesondere in einem Stadtgebiet, wobei das zu ortende Fahrzeug mittels eines Senders ein Meßsignal aussendet, welches'von mehreren getrennt angeordneten Empfangsstationen drahtlos empfangen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal van mindestens drei Empfangsstationen (E1, E2, E3) empfangen und über feste Verbindungen (11, 12, 13) an eine gemeinsame Zentralstation (Z) weitergeleitet wird, daß in der Zentralstation (Z) durch Phasenvergleich die Laufzeitdifferenz des Meßsignales auf seinem Weg zu jeweils zwei unterschiedlichen Empfangsstationen ermittelt wird, und daß in einer Auswerteeinrichtung aus mindestens zwei derartigen, voneinander unabhängigen Differenzwerten der Standort des Fahrzeuges (FZ) bestimmt wird und daß außerdem die in den Empfangs- und Übertragungseinrichtungen auftretenden Laufzeitschwankungen durch zusätzlich ermittelte Korrekturwerte kompensiert werden. ,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung und Kompensation der Laufzeitschwankungen in den Empfangsstationen (E1, E2, E3) sowie in den Übertragungs- und Auswerteeinrichtungen ein ortsfester Vergleichssender (MSZ) mit genau bekannten Abständen zu den Empfangsstationen verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das. niederfrequente Meßsignal auf einem hochfrequenten Träger moduliert ausgesendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal in den Empfangsstationen

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demoduliert und über NF-Verbindungsleitungen an die Zentralstation weitergeleitet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4i dadurch gekennzei cn net, daß jeder einzelne Fahrzeugsender (MS) durch ein Befehlssignal von" der Zentralstation (Z) aus zur Abgabe des Meßsignales veranlaßt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Befehlssignal über einen Mehrfrequenzcode jeweils nur an ein bestimmtes Fahrzeug (FZ) gegeben wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Befehlssignal über ein Zeitmultiplexverfahren jeweils nur an ein bestimmtes Fahrzeug (FZ) gegeben wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Befehlssignal gleichzeitig an eine Gruppe von Fahrzeugen gegeben wird und daß die Fahrzeuge dieser Gruppe durch zyklische Abfrage in einer festgelegten Reihenfolge das Meßsignal aussenden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 Ms 8, dadurch gekennz e ichne t, daß jedes Fahrzeug mit dem Meßsignal gleichzeitig ein Identifizierungssignal aussendet.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 91 dadurch gekennzei chnet, daß mit bzw, neben dem Meßton durch weitere Signale zusätzliche Nachrichten übermittelt werden.

11.Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Laufzeit-

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Verzerrungen durch Pegelschwankungen in den Empfangsstationen (E1, E2, E3) breitbandige Begrenzerverstärker (BV) verwendet werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in den Hoehfrequenzempfängern der Empfangsstation durch Uachsteuerung des! lokalen Oszillators (UEO) auch bei Frequenzabweichungen des Senders im Fahrzeug eine konstante Zwischenfrequenz erzielt wird.

13» Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Standortbestimmung mehr als ein Meßsignal empfangen und ausgewertet wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal von mehr- als drei Empfangsstationen und zur Ermittlung von Laufzeitdifferenzen ausgewertet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzei chnet, daß gestört empfangene' Meßsignale von der Auswertung ausgeschlossen werden.

16. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß durch Bildung eines Mittelwertes aus allen Messungen der wahrscheinliche Standort festgelegt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bildung des Mittelwertes sehr weit abliegende Meßwerte nicht berücksichtigt werden.

18. Verfahren nach Anspruch 13 ,dadurch g e,_&k e η η zeichnet, daß von mehreren hintereinander empfangenen Meßsignalen durch Vergleich mit einer zentralen Zeitbasis die jeweils kürzeste.'Laufzeit ermittelt und zur Standort-

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■bestimmung ausgewertet werden.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 "bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß jeder ermittelte Standort eines Fahrzeuges mit dem vorhergehenden Standort verglichen und nur dann berücksichtigt wird, wenn die Entfernung der beiden Meßpunkte mit der erreichbaren Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges in Einklang steht.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19» dadurch gekenn ζ ei ohne t_f daß die Auswertung von Meßsignalen nur von bewegten Fahrzeugen vorgenommen wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß durch Vergleich von Schwankungsgröße und Schwankungsfrequenzen der während einer Messung ermittelten Werte eine Unterscheidung zwischen stehenden und bewegten Fahrzeugen vorgenommen wird.

22. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß stehende Fahrzeuge durch ein gesondertes, dem Meßton überlagertes Signal angezeigt werden.

23. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der im Fahrzeug angeordnete Sender nur bei Bewegung des Fahrzeuges zur Aussendung des Meßsignales veranlaßt wird.

24. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem

der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung und Auswertung der Meßwerte eine elektronische Rechenanlage vorgesehen ist.

25. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem

der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeich-

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net, tlaß die Empfangsstationen mit Richtantennen versehen sind.

26. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem

der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fernsehmonitor zur Darstellung der einzelnen Fahrzeugstandorte vorgesehen ist.

27. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem

der Ansprüche 1 Ms 23, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Fahrzeugstandorte mittels eines.Projektors als Lichtpunkte auf einer Bildfläche darstellbar sind.

28. Einrichtung nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Fahrzeuge durch Lichtpunkte in unterschiedlichen Farben darstellbar sind.

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