运载工具定位系统技术方案

一种运载工具定位系统（ＶＬＳ）它用于远距离确定在特定地理区域内运行的、相当大量的运载工具的位置，这种系统包含大量的，例如数百万个装在运载工具上的发射机，和若干基准发射机；并包含第一个、第二个和第三个信号中继站，和一个确定发射机位置的中央处理站。中央站通过常规线路连接到系统的用户站。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一般说来，本专利技术是关于远距离确定可动物体位置的设备和方法，诸如汽车、卡车、火车车厢、轮船、小船等，一般统称运载工具。本专利技术特别是关于在集中控制站处理由装在这类物体上的发射机发送的射频信号，以确定这类物体位置的设备和方法。有关地面车辆、船舶、飞机和类似物体位置的信息，从包括业务方面、安全方面、保安方面在内的许多方面考虑都是重要的。众所周知，用于确定这类物体的设备和方法，近几个世纪以来变化很大。在过去几十年间，在精度和精巧性方面已经有很大改进。以历史上早期的海洋导航员为例，一旦航行到熟悉的陆地标志的视线以外时，他们经常依靠对洋流、流行风向和天空中星星位置的广博知识来确定他们的位置，借以指引驶向目的地的路径。以后，导航员有了计时器、罗盘、星盘和六分仪，用它们来确定自己的近似位置。更近一些，海洋导航和空中导航得益于各种型式的无线电定位设备，包括罗兰系统即远程无线电导航(LORAN)和它的变型。现在，现代船舶和飞机可依靠雷达、惯性导航设备和卫星导航系统精确地确定位置。陆地上的导航要比海洋导航和空中导航容易得多。至少在地球上人迹所到的地区已被准确地画成了地图以后是这样。已知的陆地标志总可用于确定在陆地上所处的位置。对于没有地图或不熟悉的地区，已经在使用海洋导航设备和方法。目前，在世界上大部分有人居住的地区，一个运载工具的驾驶员利用手头的地图，或通过询问当地居民，总是比较容易确定他们的位置的，至少在正常情况下是如此。然而对一个远离运载工具的控制中心来说，要在所有有实际意义的时间确定大量运载工具的位置，就是一个更困难和费用更大的问题，这些运载工具可能直接或间接处于控制中心的监督之下。即使认为运载工具驾驶员本身知道他们的运载工具所处的位置，要他们连续地向负责监督大量运载工具的控制中心提供这种位置信息，也存在着困难。当然可以定期通过电话通报运载工具的位置，供例如销售人员使用，他们另外还可能要定期向其总部打电话报告他们的活动，并获取消息。然而在许多情况下，经常用电话通信是不切合实际的，并且无论如何是花费很大的。运载工具驾驶员使用运载工具上的短波无线电发射机，向控制中心作口头通报，这种办法常常用于向中心调度员提供卡车、出租汽车、警车、救护车和救火车所处的当地位置。然而，这种无线电通信对长距离通常是不现实的，以单个运载工具为基础也费用比较大，并且需要驾驶员参与。已经公布了各种更加精巧的运载工具定位系统，例如麦克多伦(MacDoran)登记的美国专利NO.4，215，345和奥尼尔(ONeill)登记的美国专利NO.4，359，733。奥尼尔的专利公布了一种基于卫星的运载工具位置确定系统，它使用从陆上车辆和机携带的应答机发送的无线电编码信号，并使用了装在人造卫星上的中继站，向远距离的控制站转发从车辆及(或)飞机发来的无线电信号，控制站利用信号到达的时间确定车辆或飞机的位置。然而，仅在向车辆和飞机上的应答机发送询问信号时，才作出响应，才能从车辆或飞机获得无线电信号。这样，在这类系统中需要与车辆和飞机的双向通信，从而每个车辆和飞机需要兼有发射机和接收机。当车辆上和飞机上因其它目的的需要已经有了这些设备时，运载工具定位系统的费用才会比较低。然而在涉及陆上车辆的多数情况下，并非已经具备了，适当的无线电接收机和发射机，而增添这些设备的费用必须由运载工具定位系统承担，作为整个系统的费用的一部分。麦克多伦的专利公布了一种运载工具定位系统，它以用几个电台检测从运载工具发来的无线电信号为基础。从每个电台接收到有精确时间格式的无线电信号，在作了时间标注后被转发到中心台。在中心台进行每个信号与其它信号的互相关分析，对所有可能的每对电台，确定信号从运载工具到达的时间差。中心台处理到达的时间差数据，在导出的双曲面的交叉处定出运载工具的位置。按麦克多伦公布的专利，每个发射脉冲的噪声特性被用于确定从所有各对接收台来的到达时间差。根据是否出现互相关信号来进行解码而对运载工具作出识别。因此，所有接收台必须由一个校准信标加以同步，而且这一系统不能处理重叠的信号。在公布时已经说明，由于不能处理重叠的信号限制了系统的应用，只能用于不超过100个运载工具的场合。因此存在着一种需要，即需要有一种费用比较低的运载工具定位系统，它能够处理几千或几百万个运载工具;并需要有一种不要求专门同步、并且不要求昂贵的双向通信设备的运载工具定位系统。按照本专利技术，运载工具定位系统可用于远距离确定进行在特定地区的大量运载工具的位置。组成运载工具定位系统的有一些适合装在运载工具上的，同样的自动的射频信号发射机;并有第一个、第二个和第三个(可能还有第四个)居高临下的中继站，用于接收从运载工具上的发射机发来的信号，并将这些信号转发给一个中央处理站。中央处理站对转发来的信号加以处理，以获取运载工具位置的信息，提供给本系统的用户。每个发射机做成能发射射频信号，除每个发射机具有能把其独有的发射机识别码编到它所发射的信号中去的装置外，所有发射机的射频信号都是同样的。还有一点，每个发射机包含一个装置，能使它的信号按一个预先确定的重发速率发射。重要的是，每个发射机相对于其它发射机独立地工作。这样，这些发射机互相之间以随机的方式工作。本专利技术的中心处理站，能够分别从第一个、第二个和第三个中继站接收和转发信号。这几个中继站互相远离，位于相对于运载工具定位系统所覆盖地区的已知位置上。组成中央处理站的有把接收到各转发信号分离开来的装置，特别是当输入信号互相重叠时;有将接收信号到达处理台的时间进行编码的装置;并有从信号的到达时间差(TDOA)确定有关发射机的位置的装置，从而可以确定装有这些发射机的运载工具的位置。为了能分离转发的信号，每个发射机包含能将一个预先建立的同步码编入所发射的每个信号中去的装置，对所有发射机其同步码都是相同的。建议把这一同步码编入所发射的每个信号开头的同步符号中。这一同步符号的长度可以不超过例如得20微秒。跟在同步符号后面的是发射机识别符号。建议用六个识别符号。并建议每个识别符号有四个数据位，使每个识别位可有十六个不同的数字。采用这样一种数据结构，可以有166(16，772，216)个可能的数字组合。这样，就能逐个识别同样数目的发射机。在中央处理站中，把转发来的信号彼此分离开的装置，包含能把编入同步符号中的同步数据与相应的储存码进行相关分析的装置，使得每个信号的开头即使在出现重叠的信号时也能被识别出来;还包含能从信号识别符号识别出发射机的数据相关装置，从而可确定装有被识别的发射机的运载工具。为了把识别符号解码，数据相关装置对每个数据与贮存的每个可能的码作相关分析。这样，例如对接收到的包含四个二进制位的每个信息符号与十六种可能的组合加以比较，就可确定符号中包含的是那一种数位组合。建议一个完整信号的长度不超过约100微秒。还建议把发射机发出的信号编排成颁谱扩展格式，以便加强中央处理站对信号进行分离、并在分离后对信号进行解码的能力。在本专利技术的实施方案中，至少有一些发射机包含能使信号重复速率变化的装置，以便仅通过改变信号重复速率就能从发射机向中央处理台通报消息。在这种情况下，一部分发射机可能配备运动传感装置。当运动使传感装置指示发射机处于静止状态时，改变信号重复速率的装置对运动传感装置作出响本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种运载工具定位系统，它用于远距离确定在特定地理区域内运行的、相当大量的运载工具的位置，这种运载工具定位系统包含：ａ．若干适合装在运载工具上的、同样的自动射频发射机，上述的每个发射机做成能发射射频信号，除每个发射机具有能把其独有的发射机 识别码编入所发射的信号中去的装置外，所有发射机的射频信号都类似，每个发射机都有使所发射的信号，按一个预先确定的时间间隔重复发射的装置，每个发射机的工作彼此独立，从而相对其它发射机是一种随机的方式；ｂ．第一个、第二个和第三个居高临下的射频 信号中继站，它们用于从上述发射机接收射频信号，并转发上述接收到的信号，各中继站互相远离，位于相对运载工具定位系统所覆盖的上述地理区域的已知位置上，以及，ｃ．一个中央处理站，它有能分别接收每个中继站转发的射频信号的装置，将转发的信号彼此分 离开的装置，在上述处理站把到达时间编码到接收到的信号中去的装置，以及从中继站发出的信号到达时间差（ＴＤＯＡ）确定发射信号的每个发射机的位置的装置。

【技术特征摘要】
US 1986-8-27 901086中确定的本发明的范围和精神以内。权利要求1.一种运载工具定位系统，它用于远距离确定在特定地理区域内运行的、相当大量的运载工具的位置，这种运载工具定位系统包含a.若干适合装在运载工具上的、同样的自动射频发射机，上述的每个发射机做成能发射射频信号，除每个发射机具有能把其独有的发射机识别码编入所发射的信号中去的装置外，所有发射机的射频信号都类似，每个发射机都有使所发射的信号，按一个预先确定的时间间隔重复发射的装置，每个发射机的工作彼此独立，从而相对其它发射机是一种随机的方式；b.第一个、第二个和第三个居高临下的射频信号中继站，它们用于从上述发射机接收射频信号，并转发上述接收到的信号，各中继站互相远离，位于相对运载工具定位系统所覆盖的上述地理区域的已知位置上，以及，c.一个中央处理站，它有能分别接收每个中继站转发的射频信号的装置，将转发的信号彼此分离开的装置，在上述处理站把到达时间编码到接收到的信号中去的装置，以及从中继站发出的信号到达时间差(TDOA)确定发射信号的每个发射机的位置的装置。2.在权利要求1中所述的运载工具定位系统，其中每个上述发射机包含把同步码编入每个发射信号中去的装置，同步码对于上述每个发射机是同样的，在中央处理站，把转发来的信号彼此分离开的装置，包含将信号同步码以一种方式与相应的储存同步码作相关分析的装置，这种方式即使在出现互相重叠的信号时，也能把单个信号识别出来。3.在权利要求2中所述的运载工具定位系统，其中同步码是编码到同步符号部分中的，同步符号的长度不超过大约20微秒。4.在权利要求2中所述的运载工具定位系统，其中同步符号位于每个信号的开关，这样，能识别中央处理站接收到的每个信号的开头。5.在权利要求1中所述的运载工具定位系统，其中每个发射机包含将所发射的信号编码成扩展谱格式的装置，这样，就加强了中央处理站将信号彼此分离开的能力。6.在权利要求1中所述的运载工具定位系统，其中至少部分发射机包含能使信号重复速率变化的装置，这样，就能通过改变信号重复速率，从发射机向中央处理站通报消息。7.在权利要求6中所述的、至少部分发射机配备运动传感装置的运载工具定位系统，其中能使信号重复速率变化的装置，当运动传感装置感测到发射机处于静止状态时，使发射机以第一种重复速率发射信号，当运动传感装置感测到发射机是在运动时，使其以第二种重复速率发射信号。8.在权利要求7中所述的运载工具定位系统，其中第一种信号重复速率显著低于第二种信号重复速率，这样，处于静止的那些发射机所发射的信号，要比在运动的那些发射机所发射的信号少些，从而信号通信量比所有发射机都按第二种重复速率发射信号会出现的通信量，开始有所减少。9.在权利要求6中所述的、至少一部分发射机配备适当的防盜装置的运载工具定位系统，上述防盜装置适合于装在运载工具上，备有一个电信号，可对装有防盜装置的运载工具受侵扰作出影响，其中上述能使信号重复速率变化的装置，能对来自防盜装置的电信号作出响应，使信号重复速率从正常重复速率增加到与运载工具受侵扰状况相应的一个预先选定的重复速率。10.在权利要求6中所述的、至少一部分发射机配备适当的碰撞传感装置的运载工具定位系统。其中能使信号重复速率变化的装置，能对运载工具碰撞传感装置作出响应，使信号重复速率从正常重复速率，增加到与运载工具碰撞情况相应的一个预先选定的重复速率。11.在权利要求1中所述的运载工具定位系统包含至少一个基准发射机，它适合装在相对于上述地理区域的一个已知固定位置上。12.在权利要求11中所述的运载工具定位系统，其中基准发射机做成能发射射频信号，这种信号与适合装在运载工具上的发射机所发射的信号类似。13.在权利要求11中所述的运载工具定位系统，其中中央处理站包含能从有关的信号到达时间差(TDOA)信息确定中继站位置的装置，这些信号由基准发射机发射，从而能对系统加以校准。14.在权利要求1中申明的、至少一部分发射机配备能储存预先选定的消息码的装置的运载工具定位系统，这一部分发射机还包含能将上述消息码有选择性地编到由上述那一部分发射机发射的信号中去的装置。15.在权利要求1中所述的运载工具定位系统，其中所发射的每个信号，被编排成在信号开头有一个同步符号，接着是多个发射机识别符号。16.在权利要求15中所述的运载工具定位系统，其中中央处理台内用于使转发信号彼此分离的装置，包含用于检测位于每个接收到的信号开头的同步符号的同步相关装置;并包含用于根据位于同步符号后面的识别符号，确定与每个接收到的信号有关的发射机识别码的数据相关装置。17.在权利要求16中所述的运载工具定位系统，其中每个识别符号由多个数据位组成，并且其中用于确定发射机识别编号的装置，将每个识别符号的每个数据位与储存的可能的码作相关分析，使每个识别符号能被解码。18.在权利要求16中申明的运载工具定位系统，其中每个信号包含六个识别符号，上述每个识别符号包含四个数据位，总计能够识别166个不同的发射机。19.一种运载工具定位系统，它用于远距离确定在一个特定地理区域内运行的、相当大量的运载工具的位置，这一运载工具定位系统包含a.若干适合装在运载工具上的、。同样的自动射频发射机，每个发射机包含用于将发射机所发射的信号格式编排装置，上述信号格式编排装置将信号按一个同步符号后紧跟多个发射机识别符号的格式编排，同步符号包含的数据对所有发射机都是...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨吉威廉姆E，林德哈罗德V，林德卡尔E，
申请(专利权)人：休斯航空公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]