TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung betrifft transpondergestützte Betriebsweisen,
beispielsweise auf Fahrzeugen montierte Transpondersysteme und, genauer gesagt, ein
Transponder-Erfassungssystem, welches die Phasenfront eines Signales mißt, das von dem
Transponder ausgesendet wird, und diese Information benützt, um zu bestimmen, ob
sich das Fahrzeug in einem bestimmten Gebiet befindet.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
In mit Schranken versehenen Maut-Einsammelsystemen und anderen Arten von
transpondergestützten Betriebsweisen ist die Trennung von Fahrzeugen, die mit
Transpondern ausgerüstet sind, und die nicht mit Transpondern ausgerüstet sind, ein
Schlüsselmerkmal bei der Systemplanung. Herkömmlicherweise wird dieser Vorgang durch
die Auswertung des Antennenmusters des Transponder-/Lese-Kommunikationssystems
bewerkstelligt. Die Antenne ist auf den Entscheidungsbereich fokussiert, und wenn in
diesem Antennenmusterbereich Kommunikationen stattfinden, dann wird das Fahrzeug
als einen Transponder enthaltend deklariert und die elektronische Verarbeitung wird
vorgenommen. Das Problem bei dieser Lösung besteht darin, daß die
Antennencharakteristik klein genug sein muß, um eine Kommunikation mit Fahrzeugtranspondern neben
dem Entscheidungsbereich und eine Zuordnung dieser Kommunikationen zu einem
nicht mit einem Transponder ausgerüsteten Fahrzeug in dem Entscheidungsbereich zu
vermeiden. Diese benachbarten Transponder können hinter dem im
Entscheidungsbereich befindlichen Fahrzeug liegen, d. h. es kann sich um Ablesungen von Fahrzeugen
Stoßstange-an-Stoßstange handeln, oder es kann sich um Transponder in der
Nachbarlinie handeln, d. h., es kann sich um Ablesungen quer zur Linie oder Schlange handeln.
Ein weiteres Problem tritt auf, wenn eine Vielzahl von Fahrzeugen, welche jeweils mit
Transponder ausgerüstet sind, an der Schranke der Reihe nach ankommen. Wenn das
System mit den Fahrzeugen in einer Reihenfolge kommuniziert, die von der
Reihenfolge verschieden ist, in welcher sie körperlich ankommen, dann wird ein Fehler
gemacht, da die Fahrzeuge in der "elektronischen Reihenfolge" und nicht in der
körperlichen Reihenfolge bearbeitet werden. Dieser Fehler, d. h. eine Ablesung außerhalb der
Reihenfolge, ordnet das falsche Fahrzeug einer Aussendung zu und kann zu dem
Ergebnis führen, daß ein Fahrzeug nicht richtig bearbeitet wird.
-
Herkömmliche Systeme versuchten diese Schwierigkeiten auf vier grundsätzliche
Arten zu beheben. Erstens wird der Kommunikationsbereich der Antenne so klein wie
möglich gemacht, während man versucht, eine zuverlässige Verarbeitung
aufrechtzuerhalten. Zum zweiten werden die verarbeiteten Daten auf einem Minimum gehalten, oder
die Fahrzeuggeschwindigkeit wird begrenzt, so daß die Zeitdauer, in welcher sich das
Fahrzeug in der Kommunikationszone befindet, mehrfache Kommunikationsversuche
zuläßt, wodurch die Wirkungsweise verbessert wird. Drittes wird durch Planung der
Sperren und Schranken und durch Montage der Antenne versucht,
Mehrfachweg-Effekte zu minimieren und zu steuern, so daß die Kommunikationszone eine minimale
Anzahl von möglichen Schwachstellen hat. Viertens wird der Transponder in dem
Fahrzeug so montiert, daß sämtliche Fahrzeuge dasselbe Antennenmuster und dieselbe
Kommunikationsüberdeckung aufweisen. Im Extrem bedeutet dies, daß die Transponder
leistungsabgestimmt sind, um eine zuverlässige Kommunikationsüberdeckung zu
erhalten. Unterschiedliche Techniken wurden zum Erreichen dieser
Fehlerverminderungsfunktionen eingesetzt. In einem Lösungsansatz bestrahlt eine Richtantenne einen
kleinen Bereich der Straße und begrenzt den Kommunikationszonenbereich durch
Verwendung einer Rückstrahl-Kommunikationstechnik. Dies bewirkt eine
Wegverlustdämpfung, die mit dem Faktor R4 zunimmt, und verbessert so die
Abdeckungs-Steuermöglichkeit. Zusätzlich hat der Transponder einen besonderen Platz im Fahrzeug und
ein Fahrzeugdetektor aktiviert den Kommunikationsprozeß. Durch diese Technik wird
der Ort des Transponders kritisch und Änderungen des Transponderantennenmusters
von Fahrzeug zu Fahrzeug verursachen viele Verarbeitungsfehler. Die Verwendung des
Fahrzeugdetektors zur Aktivierung der Verarbeitung minimiert Verarbeitungsfehler,
setzt jedoch die Qualität der Einsammlung herab, da die Wahrscheinlichkeit der Fahrzeugerfassung
dann mit der Kommunikations-Verarbeitungswahrscheinlichkeit
multipliziert wird. Vorgeschriebene Erfolgswerte von mehr als 99,995% Wahrscheinlichkeit
einer richtigen Verarbeitung machen diesen Lösungsansatz unattraktiv.
-
In einem anderen Lösungsansatz werden in die Straße eingebettete Antennen für
die Kommunikation mit den mit Transpondern ausgerüsteten Fahrzeugen verwendet.
Die Transponder werden dann an der Stoßstange des Fahrzeugs befestigt, wodurch die
Kommunikationszone gesteuert wird, die zur Durchführung der Verarbeitung verwendet
wird. Die Straßenantennen sind in der Installation teuer und bei Fehlern muß für die
Reparatur die Straße aufgerissen werden, so daß die betreffende Verkehrslinie
geschlossen werden muß. Zusätzlich macht die Befestigung des Transponders an der
Stoßstange ein bedeutend robusteres Gehäuse erforderlich und bereitet Schwierigkeiten
bezüglich einer Fahrzeugführer-Schnittstelle zu den Systemverarbeitungsergebnissen.
-
Die EP 0 580 139 offenbart ein Transponder-Ortungs- und -Erfassungssystem und
ein Verfahren, welches eine phasengesteuerte Gruppenantenne mit einer Mehrzahl von
Gruppenantennenelementen für den Empfang eine Signals von einem Transponder
verwenden, der auf einem Fahrzeug montiert ist. Eine Mehrzahl von Phasendetektoren und
eine Mehrzahl von Einfallswinkelprozessoren ist vorgesehen. Außerdem ist ein
Positionserrechnungsprozessor im System enthalten.
-
Die GB 2 253 107 offenbart ein Verfahren und ein System zur Ortung
beweglicher Strahlungsquellen. Zwei oder mehr Antennengruppen werden abgetastet, um
Minima in den zugehörigen Komponenten der Spektren zu erhalten, die von ihren
Differenzmustern abgeleitet werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Transponder-Erfassungssystem zum
Erfassen des Vorhandenseins eines mit einem Transponder ausgerüsteten Fahrzeugs in
einer Erfassungszone beschrieben, wie in den anliegenden Ansprüchen beschrieben ist.
-
Das Transponder-Erfassungssystem enthält eine erste und eine zweite Antennengruppe,
wobei jede Gruppe eine Mehrzahl von Antennenelementen enthält, welche eine
Gruppenziellinie definieren. Die Antennengruppen sind an beabstandeten Orten relativ zu der
Erfassungszone gelegen, wobei jede Gruppenziellinie auf die Erfassungszone aus
unterschiedlichen Richtungen gerichtet ist. Das System enthält weiter Empfängermittel,
welche auf die Transpondersendungen ansprechen, welche von dem mit dem Transponder
ausgerüsteten Fahrzeug empfangen werden, um für jede Gruppe ein Summensignal, das
der Summe von Signalbeiträgen von jedem in der Gruppe enthaltenen Element
entspricht, und ein Differenzsignal zu liefern, das der Differenz zwischen Signalbeiträgen
von jedem in der Gruppe enthaltenen Element entspricht. Verarbeitungsmittel, welche
auf die jeweiligen Gruppen-Summen- und -Differenzsignale ansprechen, bestimmen, ob
ein mit dem Transponder ausgerüstetes Fahrzeug sich innerhalb der Erfassungszone
befindet. Die Verarbeitungsmittel enthalten Mittel, welche auf die Summensignale
ansprechen, um zu bestimmen, ob ein gültiges Transpondersignal durch das System
empfangen wurde, sowie Mittel, die auf die genannten Differenzsignale ansprechen, um
zu bestimmen, ob sich das mit dem Transponder ausgerüstete Fahrzeug innerhalb der
Erfassungszone befindet.
-
Die Erfindung kann auch mit einer einzigen Antennengruppe in
Anwendungsfällen mit beispielsweise einer einzigen Fahrspur verwendet werden.
-
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird das vorliegende Transponder-
Erfassungssystem in einem mit Schranken ausgerüsteten Maut-Einsammlungssystem
zur Bestimmung von Fahrzeug-Mautsätzen für den Zugang zu einer mautpflichtigen
Straße verwendet. Das Mauterhebungssystem enthält einen
Mauterhebungs-Schrankenbereich, welcher die Fahrzeugerfassungsszone definiert, einen Fahrzeugdetektor zum
Erfassen des Vorhandenseins eines Fahrzeugs in der Erfassungszone, und einen
Mautscheinspender zur Abgabe von Mautscheinen an Fahrzeuge, welche in die
Erfassungszone einfahren. Das Transponder-Erfassungssystem detektiert das Vorhandensein eines
mit einem Transponder ausgerüsteten Fahrzeugs in der Erfassungszone. Mittel, die auf
den Erfassungssystemprozessor ansprechen, bestimmen, daß ein erfaßtes Fahrzeug in
der Erfassungszone mit einem Transponder ausgerüstet ist, um die Betätigung des
Mautscheinspenders zu unterdrücken und elektronisch einen Maut-Belastungsbetrag an
das mit dem Transponder ausgerüstete Fahrzeug auszugeben. Jedes mit Transponder
ausgerüstete Fahrzeug erhält einen einzigartigen Code zugeordnet, wobei der
Transponder für ein damit ausgerüstetes Fahrzeug ein Hochfrequenzsignal aussendet, das mit
dem einzigartigen Code codiert ist, und das Transponder-Erfassungssystem gewinnt den
Code aus der empfangenen Transpondersendung wieder, um den elektronischen
Belastungsbetrag dem Fahrzeug zuzuordnen, welchem auch der besagte einzigartige Code
zugeordnet ist.
-
Andere Systeme mit Transpondern im Fahrzeug und Verarbeitungseinrichtungen
in einem Container, welche die Korrelation oder Zuordnung einer elektronischen
Transponderidentifizierung zu einem körperlichen Objekt erfordern, können andere
Ausführungsformen der Erfindung verwenden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
-
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben
sich noch deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer beispielsweisen
Ausführungsform, wie sie in den begleitenden Zeichnungen dargestellt ist. In den
Zeichnungen zeigen:
-
Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Systems, bei welchem
erfindungsgemäß eine Verarbeitung des Signaleinfallswinkels
vorgenommen wird;
-
Fig. 2 ein Diagramm der Größen der Summensignale und Differenzsignale,
welche aus der Verarbeitung gemäß der Erfindung resultieren, als
Funktion eines räumlichen Winkels;
-
Fig. 3 ein Diagramm der Amplitude in dB des logarithmischen Verhältnisses
des Differenzsignals und des Summensignals von Fig. 1;
-
Fig. 4 eine vereinfachte schematische Darstellung eines mit Schranke
versehenen Mauterhebungssystems, bei dem die Erfindung verwirklicht
ist;
-
Fig. 5 Charakteristiken einer beispielsweisen Gruppe des Systems nach Fig. 4;
-
Fig. 6 eine vereinfachtes Blockschaltbild, welches die Verarbeitungs-Hardware
zeigt, welche in einem Mauterhebungssystem verwendet wird, bei dem
eine Transponder-Erfassung gemäß der Erfindung vorgenommen wird;
-
Fig. 7 ein Flußdiagramm, das ein Beispiel der Erfassungsverarbeitung für das
System von Fig. 4 verdeutlicht;
-
Fig. 8 ein Zeitdiagramm, welches die Folge darstellt, in welcher
erfindungsgemäß die Verarbeitung für ein System mit mehreren
Fahrspuren durchgeführt werden kann;
-
Fig. 9 und 10 Darstellungen zur Erläuterung von Beispielen von Betriebsszenarien des
Systems; und
-
Fig. 11 ein vereinfachtes Diagramm einer Vierelemente-Antenne, welche in einer
anderen Ausführungsform der Erfindung verwendet werden kann.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
-
Das Transponder-Erfassungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung mißt die
Phasendifferenz zwischen mehreren Antennenelementen von einem Signal, das von
einem auf einem Fahrzeug montierten Transponder ausgesendet wird. Ein Signal,
welches an den Antennenelementen zur selben Zeit eintrifft, hat dieselbe elektrische Phase.
-
Dies ist als Phasenfront des Signales zu bezeichnen. Wenn ein Signal an den
Antennenelementen zu unterschiedlichen Zeiten eintrifft, empfängt das Element ein Signal
unterschiedlicher Phase. Die Differenzen zwischen diesen Phasen werden zur Bestimmung
der Richtung des Eintreffens des Signales verwendet. Die Richtungsinformation von
zwei oder mehr Antennen dient zur Feststellung, ob der Transponder sich in einem
bestimmten Bereich befindet. Diese Daten werden dann dazu verwendet, ein System zu
aktivieren, um das betreffende Fahrzeug elektronisch und nicht von Hand zu behandeln.
-
Fig. 1 zeigt in vereinfachter Form ein beispielsweises System 10 zur Erläuterung
der Aspekte der Erfindung. Die Erfindung verwendet eine Phasen-Monopulstechnik zur
Erfassung von Transpondern, welche sich auf der "Ziellinie" der Antennengruppe
befinden. Die Gruppenziellinie ist auf den Bereich von Interesse der Straße gerichtet. Eine
Summenmessung und dann eine Differenzmessung des von der Antenne empfangenen
Signales wird bei dem Erfassungsprozeß ausgewertet. Wenn sich ein Transponder dem
Bereich der Straße nähert, an welchem eine Kommunikation mit dem elektronischen
Mauterhebungssystem stattfindet (Kommunikationszone genannt), werden die von dem
Transponder ausgesendeten Signale durch die erfindungsgemäßen Phasenmeßantennen
aufgefangen. Bei der Erfindung werden zwei dieser Antennen verwendet, und jede
Antenne hat zwei oder mehr Antennenelemente. Fig. 1 zeigt nur eine Antenne mit den
Antennenelementen 11A und 11B. In der einfachsten Verwirklichungsform ist der Abstand
D zwischen den Elementen 11A und 11B λ/2 oder 180º der Phasenverschiebung. Aus
diesem Grunde definiert die relative elektrische Phasenlage (Φ) des Signals an den
Elementen die Richtung oder den Einfallswinkel. Die Definition ergibt sich aus den
folgenden Gleichungen:
-
Φ = D sin(θ) λ/2 sin(θ)
-
Φ = 180º sin(θ),
-
worin D der Abstand zwischen den Elementen ist und Φ der Raumwinkel gemessen von
einer Verbindungslinie der beiden Elemente zu einer Linie senkrecht zur
Wanderungsrichtung der Wellenfront ist.
-
Eine Linie parallel zur Wanderungsrichtung der Wellenfront würde durch den Ort
gehen, an dem sich der Transponder befindet. Wenn diese Linie senkrecht zu der Linie
zwischen den Antennenelementen verläuft, so wird sie als Ziellinie B der Antenne
bezeichnet. Aus der Gleichung sieht man, daß dann, wenn sich der Transponder auf der
Ziellinie befindet, der räumliche Einfallswinkel Φ 0º ist, und daß die elektrische
Phasendifferenz zwischen den Antennenelementen 0º ist. Ist der räumliche Winkel 90º,
dann beträgt die elektrische Phasendifferenz 180º, und wenn der räumliche Winkel -
90º ist, dann beträgt der elektrische Phasenwinkel -180º. Es besteht also eine 1 :
1-Entsprechung zwischen der elektrischen Phasendifferenz und dem räumlichen Winkel,
wenn der Antennenelementabstand λ/2 beträgt. Der Ort sämtlicher Punkte im Raume,
welche dieselbe elektrische Phasendifferenz zwischen den Elementen erzeugen, sind
räumliche Kegel, deren Spitzen auf der Mittel der Linie gelegen sind, welche die beiden
Antennenelemente verbindet.
-
Wenn die Antennenelemente 11A und 11B weiter auseinander liegen als λ/2, dann
ist der geometrische Ort eine Familie von Kegeln für jede elektrische Phasendifferenz.
Wenn das Transpondersignal auf der Antennen-Ziellinie abgegeben wird, wird der
Kegel praktisch eine Ebene. Wenn diese Ebene die Straßenoberfläche schneidet, so ergibt
sich eine gerade Linie.
-
Wie bemerkt, ist dann, wenn ein Signal aus einer Richtung senkrecht zu der Ebene
eintrifft, welche die Antennenelemente enthält, die elektrische Phasenverschiebung 0º.
Aus diesem Grunde ist die elektrische Phase an den beiden Antennenelementen
dieselbe. Diese Ziellinienrichtung wird von der erfindungsgemäßen Signalverarbeitung
verwendet. In dem erfindungsgemäßen System wird das Signal an dem einen der
Antennenelemente (nämlich 11A) durch einen Phasenschieber 12A um +90º
phasenverschoben und das Signal am anderen Antennenelement 11B wird in der Phase durch den
Phasenschieber 12B um -90º verschoben. Die phasenverschobenen Signale von den
beiden Elementen werden dann in dem Summierer 13 zusammenaddiert, um ein
Differenzsignal (Δ) zu bilden. Wenn das Signal aus der Richtung der Ziellinie kommt, dann
ist das Differenzsignal null (VCos (ωt+90º) + VCos (ωt-90º)). Die Signale von den
beiden Antennenelementen 11A und 11B werden durch den Summierer 14 auch ohne
Phasenverschiebung zusammenaddiert, um ein Summensignal zu bilden. Wenn das Signal
aus der Richtung der Ziellinie eintrifft, dann ist das Summensignal 2VCos(ωt). Das
Verhältnis des Differenzsignals zum Summensignal wird im Schaltungsblock 15
gebildet und im Logarithmier-Schaltungsblock 16 wird der Logarithmus gebildet, so daß
man ein logarithmisches Verhältnis in der erfindungsgemäßen Weise erhält.
-
Fig. 2 ist ein Diagramm der Werte des jeweiligen Summen- und
Differenzsignales, welche für einen Raumwinkelbereich von -90º bis +90º durch die Anordnung von
Fig. 1 erhalten werden.
-
Fig. 3 ist ein Diagramm der Amplitude (dB) des Verhältnisses der Summen- und
Differenzsignale, d. h. -20*Log&sub1;&sub0; des Verhältnisses der Summen- und Differenzsignale.
Die Ergebnisse nach diesem Diagramm werden erfindungsgemäß dazu verwendet,
festzustellen, wann ein Transponder sich in der Kommunikationszone befindet und wann er
sich auf der Ziellinie der Antenne befindet. Es sei in Erinnerung gebracht, daß dann,
wenn sich der Transponder auf der Ziellinie befindet, die Transponderebene eine Ebene
parallel zur Straßenoberfläche, in der der Transponder liegt, schneidet und diese Linie
den Ort der Punkte darstellt, an welchen sich der Transponder befinden kann. Bei der
beispielsweisen Ausführungsform werden zwei Antennen verwendet. Jede Antenne ist
auf den Ort auf der Straße gerichtet, an welchem die Fahrzeugerfassung erfolgt. Da
beide Antennen eine gerade Linie definieren, auf welcher der Transponder liegen kann,
definiert der Schnittpunkt der beiden Linien den Ort des Transponders. Wenn der
Transponder diesen Ort erreicht, dann erklärt das System, daß das erfaßte Fahrzeug
einen Transponder enthält. Basierend auf der Kommunikation mit diesem Transponder ist
dessen Identität bekannt. Wenn keine Kommunikation mit dem Transponder dieses
Kriterium erfüllt, dann enthält das erfaßte Fahrzeug keinen Transponder und das
Fahrzeug wird als ein nicht mit Transponder ausgerüstetes Fahrzeug behandelt.
-
In einer beispielsweisen praktischen Ausführungsform dient eine Antennengruppe
von einer halben Wellenlänge zum Empfang der ausgesendeten Signale und zur
Messung der Phasenfront der Signale. Der Summenkanal dient zur Feststellung, daß eine
Aussendung in dem Bereich des Ortungssystems stattgefunden hat und der
Differenzkanal dient zur Isolierung irgendeines Transponders, der sich in einem bestimmten
Bereich von Interesse auf der Straße befindet. Diese Lösung zur Ortung von Transpondern
auf der Straße verwendet in einer beispielsweisen Ausführungsform eine
Phaseninterferometrie. Die Phasenfronten von jedem Antennenpaar werden in elektrische
Phasenwinkel umgewandelt, aus denen die räumlichen Winkel von der Ziellinie weg
abgeleitet werden. Dieses Schema kann verwirklicht werden, indem das empfangene
Transpondersignal getastet wird, die Frequenz des ankommenden Signales in eine
Zwischenfrequenz (IF) umgewandelt wird, beispielsweise 12,5 MHz, und diese
Zwischenfrequenz von einem Analog/Digital-Umformer (ADC), beispielsweise einem 8-bit AD-
Umformer, behandelt wird. Der resultierende Datenstrom wird durch einen FFT-
Umformer verarbeitet, gefiltert und einer Mittelwertbildung unterzogen, um die
Amplitude und die Phase jeder Antenne zu erhalten. Anstatt die beiden Phasen jeder
Antenne zu addieren und zu subtrahieren, dient die elektrische Phasendifferenz zur
Gewinnung eines räumlichen Winkels als ein Maß der Ablage des Transponders von der
Ziellinie der Antenne. Unter Verwendung von zwei Ziellinienablesungen, nämlich einer
für jedes Paar, wird der Transponder auf der Straße durch Triangulation geortet.
-
Fig. 4 zeigt ein Schranken-Mauterhebungssystem 20 gemäß der Erfindung. Wenn
sich Fahrzeuge 100 dem System nähern, so werden sie durch einen
Mauterhebungsschrankenbereich 200 geleitet, welcher die Fahrzeuge voneinander trennt. Am Eingang
zu diesem Bereich dient ein Fahrzeugdetektor 24, der als Ladeschleife bezeichnet
werden kann, zur Feststellung des Vorhandenseins eines Fahrzeugs. Wenn das Fahrzeug
100 keinen Transponder besitzt, dann wird ein manueller Mauterhebungsprozess
aktiviert. Beim vorliegenden Beispiel gibt ein Mautscheinspender 26 dem Fahrer des
Fahrzeuges einen Mautschein aus, wenn der Fahrer in eine mautpflichtige Straße einfährt.
Wenn das Fahrzeug einen Transponder 30 besitzt, dann wird der Betrieb des
Mautscheinspenders 26 unterdrückt und das Fahrzeugt erhält einen "elektronischen Schein",
wenn es in die mautpflichtige Straße 18 einfährt. Wenn das Fahrzeug den
Schrankenbereich 22 verläßt, dann fährt es über einen zweiten Fahrzeugdetektor 28, der als
Freigabeschleife zu bezeichnen ist. Die Freigabeschleife 28 gibt das System 20 frei und gestattet
es der Ladeschleife 24, das nächste Fahrzeug zu bearbeiten. Dieser Vorgang wiederholt
sich jedesmal, wenn wieder ein Fahrzeug in das System einfährt.
-
In dem beispielsweisen System von Fig. 4 sind zwei Antennengruppen 32 und 34
mit ihrer Ziellinie auf die Ladeschleife 24 gerichtet. Jede Gruppe enthält zwei
Antennenelemente. Die Antennen haben typischerweise Elemente, die auf einer gemeinsamen
Struktur montiert sind. Die Antennenelemente liefern ein Antennenstrahlungsmuster,
das den Bereich von Interesse auf der Straße abdeckt. Die Antennenelemente können
Dipole oder andere Arten von Antennenkonstruktionen verwenden. Der
Antennenelementabstand ist der körperliche Abstand zwischen dem elektrischen Schwerpunkt jedes
Antennenelementes. Die Betriebsfrequenz bestimmt diesen Abstand. Ein Abstand von
einer halben Wellenlänge bestimmt diesen Abstand zu einer halben Wellenlänge von
f/(2C), worin f die Frequenz ist und C die Lichtgeschwindigkeit bedeutet. Die Gruppe
32 enthält also die Antennenelemente 32A und 32B und die Gruppe 34 enthält die
Antennenelemente 34A und 34B. Wenn ein Fahrzeug detektiert wird, dann sagen die
Antennengruppen 32 und 34 dem System 20, ob das Fahrzeug, welches erfaßt worden ist,
mit einem Transponder 30 ausgerüstet ist. Wenn ein Fahrzeug keinen Transponder
besitzt, dann wird der Mautscheinspender 26 aktiviert, und ein Mautschein wird an das
Fahrzeug ausgegeben. Wenn das Fahrzeug einen Transponder besitzt, welcher durch das
System erfaßt wird, dann wird der Betrieb des Mautscheinspenders 26 unterdrückt und
ein "elektronischer Mautschein" wird ausgegeben.
-
Fig. 5 zeigt im weiteren Einzelheiten einschlägige Eigenschaften der als Beispiel
gewählten Antennengruppe 32. Die Gruppe enthält die Elemente 32A und 32B, welche
durch einen Abstand D voneinander getrennt sind. Das Zentrum der Antennengruppe ist
mit C bezeichnet. Das Signal des Fahrzeugtransponders fällt auf die Antennengruppe
entlang der Richtung S ein. Bei der beispielsweisen Ausführungsform werden zwei
Antennengruppen 32 und 34 verwenden, die für eine Gruppe durch eine Ebene repräsentiert
wird, welche im Zentrum der Antennengruppe senkrecht steht, und die
Verschneidung dieser Ebene mit der Straße bildet eine Linie möglicher Fahrzeugorte. Die
Verschneidung der beiden Linien, welche von den beiden Antennengruppen 32 und 34
definiert werden, dient zur vollständigen Bestimmung des Vorhandenseins des
Transponders in der Erfassungszone.
-
Fig. 6 zeigt die Empfänger- und Prozessor-Anordnung, welche in dem System 20
enthalten ist. Die Ausgänge der beiden Antennengruppen 32 und 34, welche jeweils eine
Halbwellenlängengruppe sind, werden durch Kabel 35A, 35B, 36A und 36B mit dem
Empfänger 40 des Systems verbunden. Der Empfängerausgang wird zu dem Prozessor
50 geführt. Der Empfänger 40 enthält einen Hochfrequenz-Koaxialschalter 42 zum
Umschalten des Empfängereingangs zwischen den beiden Antennengruppen 32 und 34.
Die Ausgänge der Antennen 32 und 34 werden also am Empfängereingang geschaltet,
um abwechselnd die beiden Kanäle 44 und 46 zu speisen, welche in dem Empfänger 40
enthalten sind.
-
Die Messung beginnt, wenn der Empfänger 40 mit der Antennengruppe 32
verbunden ist. Der Ausgang der beiden Gruppenelemente 32A und 32B wird an die
zwei Kanäle 44 und 46 gelegt, um eine Umsetzung von Hochfrequenz auf eine
Zwischenfrequenz vorzunehmen und die Amplitude zu begrenzen und dann werden sie
in einem Kombinierer 48 zu einem Summenmeßwert und einem Differenzmeßwert
kombiniert. Der Kombinierer 48 erzeugt ein Summenkanalsignal, das die Summe der
Signalbeiträge von den beiden Antennenelementen repräsentiert, sowie ein
Differenzkanalsignal, das die Differenz der Signalbeiträge von den beiden
Antennenelementen repräsentiert.
-
Das Summenkanalsignal und das Differenzkanalsignal werden dem
Systemprozessor 50 zugeleitet. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wählt ein
Schalter 56 entweder das Summenkanalsignal oder das Differenzkanalsignal für die
Verarbeitung aus, was eine serielle Verarbeitung des Summensignals und des
Differenzsignals ermöglicht, um die Kosten des Systems zu vermindern. Das
Zwischenfrequenz-Summenkanalsignal und das Zwischenfrequenz-Differenzkanalsignal
werden von einem Analog-/Digital-Umformer 52A, beispielsweise einem 8 Bit-A/D-
Umformer, getastet. Der resultierende Datenstrom wird durch einen FFT-Umformer
52B zur schnellen Fouriertransformation verarbeitet, durch einen Filter 52C gefiltert
und in einem Integrator 52D einer Mittelwertbildung unterzogen, um die Amplitude und
die Phase des gewählten Summensignals oder Differenzsignals zu erhalten. Der Schalter
56 wird dann betätigt, um das jeweils andere Signal auszuwählen, und der Vorgang
wiederholt sich.
-
Das Summenkanalsignal dient zur Bestimmung des Vorhandenseins des
Transpondersignals, und das Differenzkanalsignal dient zur Bestimmung, ob das
Transpondersignal von der Erfassungszone her ausgesendet wurde. Dieser Vorgang
wird durch Detektieren der Amplitude des Summensignal bewerkstelligt. Das
Transpondersignal trifft an den Antennenelementen mit einer Amplitude V ein, welche
durch den Ausbreitungswegverlust gemäß der Beziehung definiert ist:
-
V²= VT²·10-γ/20
-
Hierin ist VT die Transpondersendespannung, γ ist der Ausbreitungswegverlust, nämlich
γ = -27,5 + 20 log f + 20 log D, worin f in MHz einzusetzen ist und D der Abstand von
der Antenne zu dem Transponder in Metern ist.
-
Die Antennenelementsignale für eine gegebene Antennengruppe werden
zusammenaddiert, um das Summenkanalsignal 2 V für die betreffende Gruppe zu bilden.
Das Summenkanalsignal wird mit einem Schwellwertpegel verglichen. Wenn 2 V den
Vorhandenseins-Erfassungsschwellwert übersteigt, dann befindet sich der Transponder
in einem Bereich nahe der Erfassungszone. Das Differenzkanalsignal für die betreffende
Gruppe nähert sich an den Wert Null an, wenn sich der Transponder an der
Verschneidung der Mittenebenen der beiden Antennen befindet. Der Unterschied
zwischen diesen beiden Pegeln, nämlich die Summe und die Differenz, bilden ein
Verhältnis, wenn die beiden Pegel in logarithmischer Form (dB) ausgedrückt werden,
wobei dieses Verhältnis zur Definition der Erfassungszone verwendet wird. Es sei
beispielsweise angenommen, daß das Summenkanalsignal 1,2 V und das
Differenzkanalsignal 0,9 V betrage. Das Verhältnis ist (1,2/0,9) und -20·log&sub1;&sub0; dieses
Verhältnisses ist -2,5 dB. Wenn sich der Transponder in der Erfassungszone befindet,
dann steigt das Summenkanalsignal auf 1,9 V an und das Differenzkanalsignal ist 0,1 V,
wobei das negative logarithmische Verhältnis gleich -25,6 dB ist. Beide Werte
überschreiten einen Vorhandenseins-Erfassungsschwellwert, und der letztere Wert
überschreitet den Erfassungszonen-Schwellwert. In einer beispielsweise
Ausführungsform ist der Vorhandenseins-Erfassungsschwellwert -40 dBm und der
Transponder-Erfassungssignalschwellwert ist ein logarithmisches Verhältnis -20 dB.
Wie allgemein bekannt kann -40 dBm ausgedrückt werden als 2,24 · 10&supmin;³ V in einem
50-Ohm-Empfänger.
-
Die Fig. 2 und 3 sind in gleicher Weise auch auf das System von Fig. 6
anwendbar. Fig. 2 verdeutlicht somit beispielsweise Ausgänge des Signalkombinierers
48, umgewandelt in Raumwinkelgrade für die beiden Antennengruppen 32 und 34. Im
Einzelnen kann man annehmen, daß die Linie 70 die Summe der Signalbeiträge von
einer gegebenen Gruppe repräsentiert und die Linie 72 die Differenz zwischen diesen
Signalbeiträgen repräsentiert, jeweils als Funktion eines winkelmäßigen Versatzes von
der Ziellinie der Antennengruppe. Fig. 3 kann als Darstellung des Verhältnisses des
Summensignals zum Differenzsignal (dB) in Abhängigkeit vom räumlichen
Winkelversatz von der Ziellinie der Antennengruppe verstanden werden.
-
Das Folgende verdeutlicht numerische Beispiele des Systems mit einem
Vorhandenseins-Schwellwert von -40 dBm und einem Erfassungszonen-Schwellwert
von 20 dB. Rechenbeispiele werden durchgeführt (1) mit einem Transponder, dessen
Signal beide Schwellwerte überschreitet, (2) mit einem Transpondersignal, das beide
Schwellwertkriterien verfehlt, und (3) mit einem Transpondersignal, das einen
Schwellwert überschreitet und das zweite Schwellwertkriterium verfehlt. Der dritte Fall
(Überschreitung/Verfehlung) verdeutlicht, wie das System stärkere
Transpondersignalpegel handhabt.
-
Es sei angenommen, daß die Weglänge von dem Transponder zu der
Antennengruppe 5 Meter betrage, so daß sich ein Ausbreitungswegverlust von 45,7 dB
ergibt, und daß die Transpondersignalstärker 1 mW (0 dBm) betrage (entsprechend
0,614 V im freien Raum (377 Ohm), oder 2,24 V bei 50 Ohm). In diesem Falle ist die
Signalstärke an der Gruppe -45,7 dBm, 26,9 · 10&supmin;&sup6; mW (3,2 · 10&supmin;³ V im freien Raum
oder 1,16 · 10&supmin;³ V bei 50 Ohm). Addiert man die Signale, die an den beiden Elementen
der Gruppe empfangen werden, um das Summensignal zu bilden und nimmt man einen
Antennengewinn von 0 dB an, so ergibt sich ein Summensignalwert von 6,4 · 10&supmin;³ V im
freien Raum. Wandelt man diesen Wert in dBm um, also 10·log&sub1;&sub0;[(6,4 · 10&supmin;³)²/(377)],
so ergibt sich -39,6 dBm. Diese Annahmen seien zusammengefaßt:
-
1. Der Transponder sendet ein Signal bei 0 dBm (0,614 V im freien Raum oder
2,24 V bei 50 Ohm);
-
2. der Ausbreitungswegverlust bei 5 Metern beträgt 45,7 dB;
-
3. das Signal an der Gruppe ist -45,7 dBm (3,2 · 10&supmin;³ V im freien Raum oder 2,2
· 10&supmin;³ V bei 50 Ohm);
-
4. die Gruppe addiert die Signale für zwei Elemente (6,4 · 10&supmin;³ V im freien
Raum; 2,2 · 10&supmin;³ V bei 50 Ohm);
-
5. das auf dBm zurückgerechnete Signal ist -39,6 dBm (-40 dBm Schwellwert).
-
Das folgende Beispiel verdeutlicht die Erfassung eines Transponders in der
Fahrzeug-Erfassungszone unter den Vorstehenden Annahmen.
-
1. Es sei angenommen, daß sich der Transponder 5º in Ablage von der Ziellinie
der Antennengruppen befindet. Die elektrische Phasenverschiebung ist
Φ = 180 sin
θ = 15,7º.
-
2. Das Summensignal wird V+V cos (15,7º) = 1,96 (V), worin V = 3,2 · 10&supmin;³.
Dies sind 6,27 · 10&supmin;³ Volt oder -39,8 dBm, was den Detektierungsschwellwert
(-40 dBm) übersteigt.
-
3. Das Differenzsignal wird 0,037 (V) = 118 · 10&supmin;&sup6; Volt.
-
4. Das Verhältnis des Summensignals zum Differenzsignal ist (1,96/V)/0,03
(V)) = 169,5. Demgemäß gilt (-20log (Σ/Δ)) = -34,5 dB, was den
Schwellwert (20 dB) überschreitet.
-
5. Aufgrund der Ergebnisse aus den Schritten 2 und 4 gilt die Feststellung, daß
das Fahrzeug einen Transponder hat.
-
Das folgende Beispiel geht von den Signalpegeln, welche oben angegeben sind,
aus und verdeutlicht den Fall, in welchem ein Transponder innerhalb der
Fahrzeugerfassungszone nicht detektiert wird.
-
1. Es sei ein Transponder angenommen, der 25º von der Ziellinie der
Antennengruppe abliegt. Die elektrische Phasenverschiebung ist
Θ = 180 sin θ = 76,1º.
-
2. Das Summensignal wird V+Vcos (76,1) = 1,24 V. Mit V = 3,2 · 10&supmin;³, wird
der Summensignalwert 3,97 · 10&supmin;³ oder -43,8 dBm, was den Schwellwert (-
40 dBm) nicht überschreitet.
-
2a. Es sei nun angenommen, daß der Abstand D von dem Transponder zu der
Antennengruppe statt 5 Meter nun 2,5 Meter betrage. Dies führt zu einer
Signalpegelerhöhung von 6 dB, und der Summensignalwert wird -37,8
dBm, was den Schwellwert (-40 dBm) überschreitet.
-
3. Das Differenzsignal wird V-(V) cos (76,1º) = 0,76 (V).
-
4. Das Verhältnis (in dB) des Summensignals zu dem Differenzsignal ist (-20)
log (1,24 V /0,76 V) = 4,3 dB. Da sich V aus der Gleichung herauskürzt, gilt
dieses Ergebnis für die beiden obigen Fälle 2 und 2a.
-
5. Im Falle 2 überschreitet das Signal weder den Vorhandenseins-Schwellwert
noch den Erfassungszonen-Schwellwert. Im falle 2a überschreitet das Signal
des Vorhandenseins-Schwellwert, nicht jedoch den Erfassungszonen-
Schwellwert.
-
6. In den beiden Fällen 2 und 2a hat das Fahrzeug keinen Transponder.
-
Bei einer beispielsweisen Ausführungsform eines Transponders, wie er genauer in
dem ebenfalls übertragenen US-Patent 5, 307, 349 beschrieben ist, dauert die
Transponderaussendung 1120 Mikrosekunden und besteht aus 560 Bit. Es ist
beabsichtigt, daß das erfindungsgemäße System mit einem Kommunikationssystem
arbeitet, das die Transponderaussendungen aktiviert. Die Schrankeneinheit sendet ein
Bakensignal aus, das zu einer bestimmten Zeit eine Transponderreaktion aktiviert. Das
Antwortsignal des Transponders wird in der erfindungsgemäßen Weise verarbeitet und
es wird eine Lagebestimmung vorgenommen.
-
Die Messung des Signals von jedem Antennenelement wird in Intervallen von 50
Mikrosekunden vorgenommen, welche eine Schalt- und Beruhigungszeit von 10
Mikrosekunden umfassen. Dies entspricht 20 Bit von Energie, welche bei jeder
Messung gesammelt wird. Der Transponder 30 in einem gegebenen Fahrzeug sendet ein
Signal aus, das mit einem digitalen Code kodiert ist, welcher eindeutig das betreffende
Fahrzeug bezeichnet. Der Empfänger 40 ist anfänglich so geschaltet, daß er Signale von
einer Antennengruppe 32 empfängt, was während eines anfänglichen Zeitintervalls von
50 Mikrosekunden der Fall ist. Der Empfänger 40 schaltet dann auf die andere
Antennengruppe 34 für 50 Mikrosekunden um. Der Prozessor 50 verarbeitet dann die
Information, um zu bestimmen, ob ein mit einem Transponder ausgerüstetes Fahrzeug
vorhanden ist, und, falls dem so ist, um seinen Digitalcode zu bestimmen. Eine
Funktion des Prozessors 50 ist es, den Code für das Fahrzeug zu dekodieren, um einen
"elektronischen Mautschein" ausgeben zu können. Der Empfänger 40 kann dann für
zwei 50-Mikrosekunden-Messungen der Antennengruppen einer anderen Fahrspur auf
die andere Fahrspur umschalten, u. s. w. Auf diese Weise ist das vorliegende Beispiel des
Systems in der Lage, elf Fahrspuren eines mit Schranken versehenen Systems zu
bearbeiten. Im vorliegenden Beispiel wird eine Pufferzeit von 160 Mikrosekunden am
Anfang und am Ende der Verarbeitung vorgesehen und dies begrenzt dann den Betrieb
auf 8 Fahrspuren mit einem Empfänger und einem Prozessor.
-
Fig. 7 ist ein vereinfachtes Flußdiagramm, das die Serienverarbeitung des
Summensignals und des Verhältnissignals für ein System mit N Fahrspuren unter
Einsatz der Erfindung erläutert. Es sei mit der ersten Fahrspur (N = 1) begonnen. Die
Ladeschleife für diese Fahrspur wird geprüft (Schritt 300), um festzustellen, ob sich in
der Fahrspur 1 ein Fahrzeug befindet. Wenn kein Fahrzeug vorhanden ist, dann
verzweigt sich die Verarbeitung zum Schritt 316 hin, wo der Wert N inkrementiert wird
und die Verarbeitung kehrt dann zu dem Schritt 302 zurück, um den
Verarbeitungszyklus nun für die zweite Fahrspur zu beginnen. Nimmt man für den Fall
N = 1 an, daß die Ladeschleife ein Vorhandensein eines Fahrzeugs in der Fahrspur 1
anzeigt, dann wählt die Endortungs-Zeitgeber- und Schaltsteuerung 55 die Fahrspur 1 in
der Schrankenanordung aus und der Koaxialschalter 42 wählt die Antennenelemente
32A und 32B der ersten Antenne in dieser Fahrspur aus. Der Wählerschalter 56 wählt
den Summenausgang des Empfängers und bearbeitet dieses Signal, wobei seine Größe
mit dem Schwellwert T1 (Schritt 304) verglichen wird. Wenn das Summensignal der
ersten Antenne nicht den Schwellwert T1 überschreitet, was anzeigt, daß das Fahrzeug
nicht mit einem Transponder ausgerüstet ist, dann zweigt der Betrieb zu dem Schritt 314
ab, um die Ausgabe eines Papier-Mautscheins an das Fahrzeug in der Fahrspur 1 zu
veranlassen. Wenn das Summensignal in dem Schritt 304 den Schwellwert T1
überschreitet, dann wird im Schritt 306 das logarithmische Verhältnis (in dB) des
Summensignals zum Differenzsignal errechnet und mit dem Schwellwert T2 verglichen.
-
Wenn der Verhältniswert der ersten Antenne den dB-Schwellwert überschreitet, dann
zweigt der Betrieb zu dem Schritt 314 ab, um die Ausgabe eines Papier-Mautscheines
zu bewirken. Wenn der Verhältnissignalwert für die erste Antenne 32 den Schwellwert
T2 überschreitet, dann wählt in dem Schritt 308 der Schalter 42 die zweite Antenne für
die Fahrspur 1 aus, nämlich die Antenne 34 und der Schwellwertvergleich für den
Summensignalwert und den Verhältnissignalwert wird in den Schritten 308 und 310
wiederholt. Wenn die Schwellwerte in jedem der Schritte 304 bis 310 überschritten
werden, dann wird festgestellt, daß ein Fahrzeugtransponder in der Fahrspur 1
vorhanden ist und ein elektronischer Mautschein wird (Schritt 316) an die
Fahrzeugidentifizierung ausgegeben, welche durch das Abfrage-
Transponderantwortsignal gewonnen wird. Wenn der Schwellwert nicht in irgendeinem
der Schritte 304 bis 310 überschritten wird, dann bestimmt das System, daß das
Fahrzeug in der Fahrspur 1 nicht mit einem Transponder ausgerüstet ist und veranlaßt
die Ausgabe eines Papierscheines für das Fahrzeug in der Fahrspur 1 (Schritt 314). In
dem Schritt 316 wird die Fahrspurnummer (N) inkrementiert, die Endortungs-Zeitgabe-
und Schaltsteuerung 55 wählt die Antennen für die nächste Fahrspur 2 aus und der
Verarbeitungszyklus wiederholt sich. Dies setzt sich fort, bis sämtliche Fahrspuren
verarbeitet worden sind, wonach der Fahrspurzeiger N wieder auf die Fahrspur 1
zurückgestellt wird und der ganze Arbeitszyklus sich wiederholt.
-
Während das System für eine beispielsweise Anwendung beschrieben worden ist,
bei welcher für Fahrzeuge, die nicht mit einem Transponder ausgerüstet sind, ein
Papier-Mautschein ausgegeben wird, kann alternativ zu dem Papier-Mautscheinspender
auch ein Münzkorb oder ein Operator, welcher Münzen einsammelt oder Mautscheine
ausgibt, vorgesehen sein, oder es kann eine andere Art von Mautschrankensystemen
verwirklicht sein. Auch kann das System mit einer Kamera eingesetzt werden, um
Bilder von Fahrzeugen für Verfahren der Geltendmachung aufzunehmen, wenn die
Verwendung in einer Fahrspur mit nur elektronischer Mautscheinzuteilung erfolgt.
-
Fig. 8 ist ein Zeitdiagramm, das verdeutlicht, wie dieses beispielsweise System
die Messung von vielen Fahrspuren in einer einzigen Übertragung von einem
Fahrzeugtransponder vornehmen kann. Wenn eine größere Fahrspurüberdeckung
erforderlich ist, wird von dem Transponder eine zweite Aussendung aktiviert und
zusätzliche Fahrspuren werden unter Verwendung dieser zweiten Aussendung
bearbeitet. Die Messungen werden rasch durchgeführt, um die Serienverarbeitung zu
ermöglichen, so daß ein System mehrere Fahrspuren behandeln kann. Die Zeitdauer
einer Antennenmessung bei dieser beispielsweisen Ausführungsform ist 50 us, und eine
volle Übertragung, welche acht Schranken/Fahrspuren überdeckt, beträgt 800 us
zuzüglich 160 us Pufferzeit am Beginn und am Ende der Übertragung. Da zwei
Antennen je Fahrspur vorgesehen sind, wird jeder Fahrspur 100 us zugeteilt.
-
Fig. 9 zeigt die Ausdehnung des Systems auf ein System 20' mit drei Fahrspuren.
Es sind fünf Fahrzeuge 100A bis 100E dargestellt, welche sich einem
Mautschrankensystem nähren. In dem Kommunikationssatz 54' kommuniziert das
elektronische Mauterhebungssystem mit vier Fahrzeugen 100A bis 100D in Zeitfenstern
oder Zeitschlitzen #1, #2, #3 und #4. Das Fahrzeugerfassungssystem 20' hat auch ein
Fahrzeug in jeder Fahrspur der Schrankenanordnung identifiziert. Wenn die
Übertragung mit den vier Transpondern geschieht, dient der
Tranpondererfassungsprozeß, wie er oben beschrieben wurde, zur Bestimmung, ob die
Übertragung von den Erfassungsbereichen kam. Der Informationssatz 54' verdeutlicht
die Ergebnisse des Transpondererfassungsprozesses. Das System 20' stellt fest, ob die
Fahrzeugerfassung, welche in der Fahrspur 1 stattgefunden hat, das Ergebnis eines mit
einem Transponder ausgerüsteten Fahrzeugs war. Der erste Wert in jeder der
Zeitschlitzübertragungen repräsentiert Fahrspur #1. Da kein Transpondersignal aus dem
Erfassungsbereich von der Fahrspur 1 kam, sind sämtliche Werte "0" und das System
verarbeitet dann das Fahrzeug 100E als ein nicht mit einem Transponder ausgerüstetes
Fahrzeug und es wird ein Mautschein ausgegeben. In der Fahrspur #2 identifiziert das
System, daß das detektierte Fahrzeug 100C einen Transponder hatte und daß das System
mit diesem Fahrzeug im Zeitschlitz #3 kommuniziert hat. Die Identifizierung des
Transponders und des Fahrzeugs ist somit in der Information enthalten, welche durch
Daten im Zeitschlitz #3 empfangen wurden und das System verarbeitet die Fahrspur #2
als ein mit Transponder ausgerüstetes Fahrzeug enthaltend und gibt einen
"elektronischen" Mautschein aus. In der Fahspur #3 hatte das detektierte Fahrzeug 100B
einen Transponder, mit welchem im Zeitschlitz #2 kommuniziert wurde. Die
Kommunikationen, welche in den Zeitschlitzen #1 und #4 aufgetreten sind, gehörten zu
den Fahrzeugen 100A und 100D, die nicht in den Erfassungszonen waren und daher
immer noch in der Schlange stehen und später verarbeitet werden.
-
Fig. 10 zeigt das System 20' in einem zeitlich späterliegenden Prozeß, wenn sich
die Fahrzeuge weiter durch den Schrankenbereich bewegen und drei weitere
Fahrzeugerfassungen stattgefunden haben. Die Übertragung mit den Fahrzeugen wurde
wiederholt, doch haben die Kommunikationen ergeben, daß die Fahrspuren #1 und #2
als mit Transponder ausgerüstete Fahrzeuge enthaltend verarbeitet werden und daß die
Fahrspur #3 als ein nicht mit Transponder ausgerüstetes Fahrzeug enthaltend anzusehen
ist. Der Kommunikationssatz 54" zeigt die Daten, die für diese Entscheidungen
verwertet wurden. Man beachte, daß die Messungen über Fahrspur #3 keine Daten
enthalten. Dies ist so, da nur drei Fahrspuren existieren. Wenn die Schrankenanorndung
auf mehr Fahrspuren erweitert würde, dann würde dieser Teil der Daten für Operationen
in solchen Fahrspuren verwendet werden. In dem System nach der US-
Patentschrift 5 307 349 ist die Zuordnung von Zeitschlitzen dynamisch und kann sich
von Kommunikation zu Kommunikation ändern.
-
Die Erfindung stützt sich nicht auf die Kommunikationszone, welche durch das
Antennenmuster definiert ist, um die Ortung des Transponders zu bewirken. Das
Antennenmuster kann eine Kommunikationszone definieren, d. h. einen Bereich der
Straße, auf welchem eine Kommunikation mit dem Transponder stattfinden kann,
welcher beliebig groß ist. Diese Fähigkeit der Verwendung einer großen
Kommunikationszone vergrößert die Arbeitsqualität des elektronischen
Mauterhebungsverfahrens. Die Phasenmessung erfordert nur, daß der
Kommunikationsvorgang genug Energie liefert, so daß eine zuverlässige Messung
durchgeführt werden kann. In einer beispielsweisen Ausführungsform ist das
erforderliche Verhältnis Eb/No, das für die Kommunikation benötigt wird, 13 bis 15 dB.
Der Ortungsprozeß kombiniert 20 Datenbits und hat daher das Äquivalent von einem
S/N-Verhältnis von 26 bis 28 dB für die Phasenmessung. Dies liefert mehr als genug
Signalenergie für den Meßvorgang.
-
Anstelle der Verwendung von zwei jeweils zwei Elemente aufweisenden
Antennengruppen, welche räumlich beabstandet sind, etwa mit einer Gruppe auf jeder
Seite der Fahrspur der Schrankenanordnung kann alternativ eine Antenne mit vier
Elementen verwendet werden. In diesem Falle enthält die Antenne zwei
Zweielementgruppen, welche senkrecht zueinander angeordnet sind, wie dies in Fig. 11
dargestellt ist, wobei die Elemente A1 und A2 die erste Gruppe bilden und die Elemente
B1 und B2 die zweite Gruppe bilden, welche senkrecht zur ersten Gruppe angeordnet
ist. Die Antenne von Fig. 11 kann über der zu messenden Fahrspur angeordnet sein,
wobei die Ziellinie auf die Fahrspur weist. Da jede Gruppen-Ziellinie eine Ebene
definiert und die jeweiligen Ziellinienebenen senkrecht zueinander sind, bildet die
Verschneidung der Ebene von jeder Antennenelementgruppe eine Linie im Raum. Diese
Linie steht senkrecht zur Ebene der vier Elemente und repräsentiert die Ziellinie der vier
Elemente. Die Elementenebene wird dann über der Fahrspur angeordnet und parallel zu
der Fahrspuroberfläche ausgerichtet. Die Ziellinie der Gruppe hat eine Spur auf der
Oberfläche der Fahrspur in Gestalt eines Punktes. Da der Detektierungsvorgang
Schwellwerte verwendet, erweitert sich dieser Punkt zu einem Kreis auf der Oberfläche
der Fahrbahn mit dem genannten Punkt als Mittelpunkt. Dieser Kreis wird auf die
Fahrzeugerfassungszone der Fahrbahn gerichtet. Wenn die Ebene der Antenne nicht
parallel zur Oberfläche der Fahrbahn ausgerichtet ist, sondern unter einem Winkel, dann
wird der Kreis zu einer Ellipse auf der Fahrbahnoberfläche. Diese Antennenneigung in
Kombination mit Schwellwerteinstellungen dient zur Ausdehnung des Bereiches auf der
Fahrbahn so, daß er vollständig den Fahrzeugerfassungsbereich überdeckt.
-
In einer anderen alternativen Ausführungsform wird für jede Fahrspur eine einzige
Zweielementantenne verwendet. Die Summen- und Differenzsignalverarbeitung
geschieht für dies Antenne, doch geschieht die Erfassung des Fahrzeugtransponders
durch Verarbeitung einer Gruppe. Diese Gruppe definiert eine Ziellinienebene, welche
den Entscheidungsbereich schneidet. Diese Antennenart kann nützlich sein, um
Ablesefehler "quer zur Fahrspur" oder Ablesefehler "Stoßstange an Stoßstange" zu
vermeiden, nicht jedoch zur Vermeidung beider Fehlerarten, wie das bei der
Ausführungsform von Fig. 4 der Fall ist. Dieses vereinfachte System kann
beispielsweise für einspurige Straßen nützlich sein.
-
Es versteht sich, daß die oben beschriebenen Ausführungsformen nur erläuternd
für mögliche spezifische Ausführungsformen sind, welche die Grundsätze der
vorliegenden Erfindung repräsentieren. Andere Ausbildungen können vom Fachmann
unter Beachtung dieser Grundsätze leicht gebaut werden, ohne daß hierdurch von dem
Grundgedanken der Erfindung, wie er in den anliegenden Ansprüche definiert ist,
abgewichen wird.