JPH06258425A - 送受信機位置決定および追跡システムおよび方法 - Google Patents

送受信機位置決定および追跡システムおよび方法

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JPH06258425A
JPH06258425A JP5181701A JP18170193A JPH06258425A JP H06258425 A JPH06258425 A JP H06258425A JP 5181701 A JP5181701 A JP 5181701A JP 18170193 A JP18170193 A JP 18170193A JP H06258425 A JPH06258425 A JP H06258425A
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JP
Japan
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vehicle
transceiver
antenna
signal
signals
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Pending
Application number
JP5181701A
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English (en)
Inventor
Roger J O'connor
ロジャー・ジェイ・オコーナー
Peter D Shloss
ピーター・ディー・シュロス
Michael Y Nishida
マイケル・ワイ・ニシダ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Raytheon Co
Original Assignee
Hughes Aircraft Co
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Publication date
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Publication of JPH06258425A publication Critical patent/JPH06258425A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07B—TICKET-ISSUING APPARATUS; FARE-REGISTERING APPARATUS; FRANKING APPARATUS
    • G07B15/00—Arrangements or apparatus for collecting fares, tolls or entrance fees at one or more control points
    • G07B15/06—Arrangements for road pricing or congestion charging of vehicles or vehicle users, e.g. automatic toll systems
    • G07B15/063—Arrangements for road pricing or congestion charging of vehicles or vehicle users, e.g. automatic toll systems using wireless information transmission between the vehicle and a fixed station
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/04—Position of source determined by a plurality of spaced direction-finders

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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
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  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、自動車の送受信機からアンテナア
レイが信号を受信して自動車送受信機の位置決定および
追跡を行う集金システムの識別能力を増加させ信頼性を
高めることを目的とする。 【構成】 複数のフェイズドアレイアンテナ112,114,11
6;118,120,122 と、各アンテナ素子で受信した自動車の
送受信機106 からの電気信号の位相を比較して複数の位
相差信号を供給する例えば二重平衡ミキサでそれぞれ構
成された複数の位相検出器140,142 と、位相差信号を自
動車送受信機信号の到達角度を定める空間信号に変換す
る到達角度計算プロセッサ141,143 と、それによって定
められた到達角度に応答して自動車の位置を表す出力信
号を出力する位置計算装置144 とを具備していることを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は追跡システムに関する。
特に、本発明は位相干渉縞技術を使用して通信送受信機
の位置を決定し、追跡する方法および装置に関する。本
発明はここにおいて特定の適用に対する例示的な実施例
を参照して説明されるが、本発明がそれに限定されるも
のではないことを理解すべきである。当業者は、本発明
が非常に有効な技術的範囲および付加的な分野内におい
て付加的な修正、適用および実施例を認識するであろ
う。
【０００２】
【従来の技術】自動集金システムは技術的に知られてい
る。典型的に、これらのシステムは読取り装置送受信機
および少なくとも１つの自動車送受信機を含む。読取り
装置送受信機は各トラフィックレーンにレーンサイド、
オーバーヘッドまたはペーブメント内のいずれのアンテ
ナを含む。読取り装置送受信機は、自動車センサを使用
するか、或は自動車送受信機が識別メッセージにより応
答するＲＦ信号を送信することによって自動車送受信機
の存在を感知する。通常の自動集金システムにおいて、
料金ブースバリアは電子集金領域を通して１時に１つづ
つ自動車を導くために使用される。したがって、１つの
自動車送受信機だけがアンテナパターンの範囲内に存在
する。その後、料金は指定された領域において電子的に
自動車から収集される。
【０００３】残念ながら、既存の電気集金および追跡シ
ステムは、自動車が送受信機を含んでいない場合には道
路上の全自動車を識別および位置決定することはできな
い。特定の自動車が送受信機を備えていない場合、それ
は読取り装置送受信機によって検出されない。したがっ
て、料金が電子リンクを介して自動車から収集されるだ
けならば、送受信機の不存在は自動車が使用料を支払わ
ずに道路を使用することを可能にする。したがって、道
路を使用した自動車からの集金の執行は従来技術の電子
集金システムの主要な課題である。
【０００４】過去において、道路を使用した自動車から
の集金の執行の問題は以下の方法で対処されてきた。通
信リンクは照射して単一の自動車送受信機からの料金を
電子的に収集するように読取り装置送受信機のアンテナ
パターンを正確に調節することによって読取り装置送受
信機と特定の自動車送受信機との間に設定される。これ
にはアンテナが道路の各トラフィックレーン中に位置さ
れる必要がある。各アンテナは専用の道路サイド読取り
装置送受信機に接続されるか、或は単一の読取り装置送
受信機に多重化されるかのいずれである。従来技術のシ
ステムは１トラフィックレーン当り１つの自動車だけ
と、したがってレーンがアンテナを備えている場合だけ
に通信するように設計されている。各自動車は自動車識
別プロセス中速度を落とすか、停止するか、或は特定の
トラフィックレーン中に位置していなければならない。
これらの要求はトラフィック流を制限し、渋滞を増大す
る傾向がある。
【０００５】道路を使用する自動車からの集金の執行の
基本的な方法は、各自動車上に適合させられた送受信機
が物理的に観察可能であるように設計することである。
観察可能な送受信機なしで道路を使用した自動車は違反
者として摘発される。さらに精密な電子集金システム設
計において、アンテナパターンは特定の自動車が料金違
反者であるか否かを決定するために使用される。自動車
からの送受信機応答の不存在と設定された検出位置での
自動車の検出（例えば、ビデオ検出）との組合わせは潜
在的な料金違反を指示する。
【０００６】アンテナパターンを使用した集金技術の執
行特性は、さらに互いに異なる自動車送受信機の応答を
電気的に分離する能力により決定される。自動車を電気
的に分離する物理的なバリアおよび関連した下部構造の
設置は、集金工程中に高度の特性執行を達成するために
必要とされる。したがって、通常の電子集金システムに
は以下の制限の１つが必要である。（ａ）読取り装置送
受信機アンテナは道路の各レーン中に埋設され、自動車
送受信機は個々の自動車のパンパー上に取付けられなけ
ればならないか、或は（ｂ）オーバーヘッドアンテナパ
ターンが曖昧さなしに自動車応答分離を実行できること
を保証するように自動車間の間隔を増大するために広い
レーン間隔が設けられなければならない。これら両制限
はまた集金工程中のレーン変更に対して制限を加える。
【０００７】執行特性を改良するために互いに異なる自
動車送受信機の応答を電気的に分離する能力は、読取り
装置送受信機と自動車送受信機との間で信頼できる通信
を保証する要求に相反するものである。自動車送受信機
との通信リンクの信頼性を高め、したがって集金の確率
を増加するためには、読取り装置送受信機のアンテナ放
射パワーが増大されることが有効である。しかしアンテ
ナ放射パワーを増加することは読取り装置送受信機のカ
バレージの領域を拡大する。
【０００８】通信リンクの信頼性は改良されるが、読取
り装置送受信機のアンテナ放射パワーを増大することは
結果的に高密度のトラフィック環境において交差レーン
読取り問題を生じさせる。交差レーン読取りの問題の特
徴は、読取り装置送受信機がどの自動車送受信機により
通信リンクが設定されるかを決定できないことである。
したがって、読取り装置送受信機が通信する自動車送受
信機は識別エラーを生じる可能性が高い。交差レーン読
取りの問題を最小にし、互いからの自動車送受信機応答
を分離するために、読取り装置送受信機のアンテナ放射
パワーを減少することが必要である。残念ながら、この
動作はまた読取り装置送受信機と自動車送受信機との間
の通信リンクの信頼性を減少させ、電子集金システムの
料金収集特性レベルを低下させる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】残念ながら、上記に示
された従来技術の自動集金システムは道路上の自動車送
受信機の位置または配置に関して特定の自動車を識別し
ない。料金が自動車から電子的に収集された場合、送受
信機の不存在は自動車が使用料を支払わずに道路を使用
することを可能にする。明らかに、例示的な自動集金シ
ステムの集金執行は低い特性を示す。したがって、多数
の付加的な部品がシステムを支持するために必要とされ
るため、違反者識別の確率は低く、下部構造費用は高
く、トラフィック流に対する制限は面倒である。さら
に、システムの信頼性は高いトラフィック密度期間中ま
たは自動車がトラフィックレーンを横断するときに減少
される。したがって、自動集金システムと関連した自動
車送受信機を位置を決定し、追跡するシステムの改良が
技術的に必要とされている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】技術的な必要性は、本発
明の送受信機位置決定および追跡システムおよび方法に
より解決される。本発明は、自動車上に取付けられた送
受信機から信号を受信し、それに応答して複数のアンテ
ナ素子に電気信号を供給する複数のアンテナアレイ素子
を有する集金ステーションに設置されたフェイズドアレ
イアンテナを含む。複数の位相差信号を供給するために
電気信号の位相を比較する複数の位相検出器が設けられ
ている。自動車送受信機信号の到達角度を決定するため
に空間信号に位相差信号を変換する複数の到達角度計算
プロセッサが設けられている。位置計算プロセッサは、
定められた到達角度に応答して自動車の位置を表す出力
信号を供給する。
【００１１】好ましい実施例において、送受信機位置決
定および追跡ステムは各アンテナ素子からの電気信号を
増幅しフィルタ処理する複数の受信処理装置を含む。位
相検出器は基準素子信号と電気信号の位相を比較する。
各位相検出器は位相差信号のデジタル表示を行う。空間
信号は自動車送受信機信号の到達角度を表す。位置計算
プロセッサは自動車送受信機位置を決定するために空間
信号上で動作する。追跡機構は、道路に沿って移動して
いる自動車の位置を示すために設けられている。
【００１２】
【実施例】本発明の送受信機位置決定および追跡システ
ム100 が図１に示されている。送受信機位置決定および
追跡システム100 は電子的道路集金の執行時に使用され
る。システム100 は、位相干渉技術を使用して送受信機
106 を備えた自動車またはコンテナの位置を決定し、追
跡する集金ステーションに取付けられた複数のアドレス
アレイ102 および104 を含む。各アンテナアレイ102 お
よび104 は、自動車と道路サイドの通信ネットワークの
複数の受信機107 および108 の１つからの質問信号に応
答して送受信機106 からの信号を受信するように機能す
る。信号は送受信機106 によって放射されてアンテナア
レイ102 および104 によって受信されるか、或はアンテ
ナアレイ102 および104 によって放射されて送受信機10
6 によって受信されてもよい。種々の送受信機106 およ
び受信機107 および108 の構造が技術的に知られてい
る。
【００１３】本発明の送受信機位置決定および追跡シス
テム100 と共に使用されるのに適切な通信ネットワーク
の一例は時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）通信ネットワ
ークである。別の通信ネットワークも本発明による使用
に適していることが認められている。ＴＤＭＡネットワ
ークは、ＴＤＭＡネットワークへのエントリィをランダ
ムに獲得するために付勢時間スロットを、また自動車送
受信機106 と受信機107 および108 との間でデータを伝
送するために使用されるメッセージ時間スロットを使用
することによって道路上の自動車を識別するプロセスを
簡単にするプロトコールを含む。受信機107 および108
は道路サイドにあるか、或は空中に取付けられている。
受信機107 および108 と通信している各自動車送受信機
106 は、データが送信される特定のメッセージ時間スロ
ットを割当てられている。このプロトコールの設計は、
そうでなければ２つの自動車送受信機がデータを同時に
送信した場合に発生するエラーを回避する。
【００１４】多数の既知のアンテナ設計が本発明の送受
信機位置決定および追跡システム100 における使用に適
している。特に、フェイズドアレイアンテナが適切であ
る。アンテナアレイ102 および104 に到達した送受信機
信号の波頭を測定するために、各フェイズドアレイアン
テナは複数のアンテナ素子を含む。最少２個のアンテナ
素子が適切な動作を保証するために必要とされる。しか
しながら、３個以上のアンテナ素子はさらに正確な結果
を提供する。したがって、図１に示されているようにア
ンテナアレイ102 は第１の組のアンテナ素子112 、114
および116 を含み、一方アンテナアレイ104 は第２の組
のアンテナ素子118 、120 および122 を含む。波頭は各
アンテナアレイ素子112 、114 、116 、118 、120 およ
び122 上の信号間に位相差を生じさせる角度で各アンテ
ナアレイ102 および104 に入射する。この位相差は、自
動車送受信機106 からの応答信号の到達角度によって定
められる。各アンテナ素子は少し異なる時間で波頭信号
を受信するため、信号タイミングは各アレイ102 および
104 の各アンテナ素子に対して異なっている。
【００１５】技術的に良く知られているように、同一ア
レイの２つのアンテナ素子間の波頭の受信のこの時間差
は、そこに誘導された電圧の位相を測定することによっ
て決定されることができる。位相差情報は、送受信機10
6 から入射したエネルギの波頭の方向の決定を可能にす
る。アンテナ素子の特性は、各アレイ102 および104中
のアンテナ素子の数および間隔を変化することにより最
適化されることができる。２以上のアンテナアレイの使
用は、以下に示されるように対応した数の通路を定める
対応した数の到達角度を設定する。到達角度が交差する
点は、路上における自動車送受信機106 の位置を示す。
使用されるアンテナアレイの数は、費用と特性とのバラ
ンスのような実際の基準によって決定される。
【００１６】各アンテナアレイ102 および104 の出力信
号は、各アンテナアレイ中のアンテナ素子（112 、114
、116 または118 、120 、122 ）の数と等しい数の複
数のアナログ信号（例えばＲＦ信号）を含む。各アンテ
ナアレイ102 および104 は、図２に示されたように対応
した受信機107 および108 に各アナログ信号を送信す
る。したがって、アンテナ素子112 、114 および116 に
よって発生されたアナログ信号は受信機107 へ処理する
ために伝送され、アンテナ素子118 、120 および122 に
よって発生されたアナログ信号は受信機108 へ処理する
ために伝送される。各受信機107 および108 は複数の処
理チャンネルを含む。図２に示された例において、各受
信機107 および108 は３つの処理チャンネルを含む。し
たがって、受信機107 は符号128 、130 および132 によ
って表されたチャンネルＡ，ＢおよびＣを含む。同様
に、受信機108 は符号134 、136 および138 によって表
されたチャンネルＤ、ＥおよびＦを含む。
【００１７】各処理チャンネル128 、130 、132 、134
、136 および138 は、各アンテナアレイ102 および104
から受信されたアナログ信号を増幅してフィルタ処理
するように機能する。処理チャンネル128 、130 、132
、134 、136 および138 の数はアンテナアレイ素子112
、114 、116 、118 、120 および122 の数に等しい。
したがって、各処理チャンネルの機能は干渉および外部
信号を除去するために対応したアンテナ素子から受信さ
れたアナログ信号を増幅しフィルタ処理することであ
る。干渉および外部信号の例には、同じ周波数帯域で動
作する別の送信信号および雑音が含まれる。
【００１８】対応した処理チャンネル128 、130 、132
、134 、136 および138 による各アナログ信号の増幅
およびフィルタ処理はさらにアナログ信号の振幅を増加
し、信号対雑音比を改良するように機能する。アナログ
信号の増幅は、送受信機位置決定および追跡システム10
0 内の後続的な処理段階の適切な動作を保証するために
必要である。各処理チャンネルから伝送された信号は、
改良された信号対雑音比を持つフィルタ処理されて増幅
されたアナログ信号である。各受信機107 および108 の
機能を実行することができる構造の一例は、多チャンネ
ル超ヘテロダイン受信機である。
【００１９】各処理チャンネル128 、130 、132 、134
、136 および138 からのフィルタ処理されて増幅され
たアナログ信号は、図２に示されているように対応した
位相比較器140 および142 に導かれる。すなわち、処理
チャンネル128 、130 および132 からのアナログ信号は
位相比較器140 に導かれ、処理チャンネル134 、136 お
よび138 からのアナログ信号は位相比較器142 に導かれ
る。各位相比較器140 および142 の機能は、対応した受
信機107 および108 のチャンネル間の位相角度を比較す
ることである。特に、位相比較器140 は処理チャンネル
128 、130 および132 からのアナログ信号間の位相角度
を比較し、位相比較器142 は処理チャンネル134 、136
および138 からのアナログ信号間の位相角度をそれぞれ
比較する。
【００２０】その後、同じ受信機107 または108 の２つ
のチャンネル間の位相角度差が２つのチャンネルと関連
した２つのアンテナ素子間の波頭の到達角度を計算する
ために使用される。２つのチャンネルのアナログ信号間
の位相角度差は相対的であるため、絶対的な位相基準は
不要である。各受信機107 および108 の処理チャンネル
の１つは基準処理チャンネルとして選択される。したが
って、残りのチャンネルの各アナログ信号は対応した受
信機107 または108 中の基準チャンネルのアナログ信号
と比較される。図１および図２に示された３つの素子ア
ンテナアレイ102 および104 において、位相比較器140
および142 の各位相差信号は以下のように決定される。
128 のチャンネル“Ａ”が位相基準として選択された場
合、位相比較器140 からの位相差信号は128 におけるチ
ャンネル“Ａ”および130 におけるチャンネル“Ｂ”か
らのアナログ信号の位相間の差と、128 におけるチャン
ネル“Ａ”および132 におけるチャンネル“Ｃ”からの
アナログ信号の位相間の差を含む。
【００２１】同様に、134 のチャンネル“Ｄ”が位相基
準として選択された場合、位相比較器142 からの位相差
信号は134 におけるチャンネル“Ｄ”および136 におけ
るチャンネル“Ｅ”からのアナログ信号の位相間の差
と、134 におけるチャンネル“Ｄ”および138 における
チャンネル“Ｆ”からのアナログ信号の位相間の差を含
む。位相比較器140 および142 によって決定された位相
差信号は、各アンテナアレイ102 および104 の異なるア
ンテナ素子に到達した信号波頭間の電気位相差のアナロ
グまたはデジタル表示であることができる。位相比較器
140 および142 の機能を実行することができる構造の１
例は二重平衡ミキサである。位相差信号が異なるアンテ
ナ素子に到達した信号波頭間の電気的な位相差のアナロ
グ表示である場合、アナログ表示はアナログデジタル
（Ａ／Ｄ）変換を受ける。Ａ／Ｄ変換は、異なるアンテ
ナ素子に到達した信号波頭間の電気的な位相差のデジタ
ル表示を提供する。
【００２２】電気的位相差のデジタル表示プラス使用さ
れるアンテナ素子のタイプを表わしたデータのデジタル
表示は、１対の既知の到達角度計算プロセッ141 および
143において計算を実行するために使用される。計算の
目的は、デジタル空間位相測定値に電気的位相差のデジ
タル表示を変換することである。デジタル空間位相測定
値は、例えば自動車送受信機信号の到達角度を定めるた
めに使用される。デジタル空間位相測定値を提供する計
算は位相干渉計計算として技術的に知られており、以下
の式によって表されるアルゴリズムによって実行され
る： θ＝ＡrcＳin（Φγ／２πＬ） ［１］ ここで、θはボアサイトから測定された空間到達角度で
あり、Φは電気的位相差であり、γは波頭の周波数の波
長であり、Ｌはアンテナ素子112 ，114 ，116 ，118 ，
120 および 122間の分離距離である。広く間隔を隔てら
れた（例えば１／２波長の多数倍）アンテナ素子の使用
はシステム感度を高めるが、結果的に位相の曖昧さを発
生させる。したがって、異なるアンテナ素子に到達した
信号波頭間の電気的位相差と空間位相測定値と間の関係
は有効に利用される。各位相比較器140 および142 は、
デジタル空間位相値が出力信号である場合に対応した到
達角度計算プロセッサ141 および143 のそれぞれに入力
する。
【００２３】各到達角度計算プロセッサ141 および143
によってそれぞれ与えられたデジタル空間位相値は、図
２に示されているように位置計算プロセッサ144 に送信
される。アンテナアレイに到達する信号波頭に垂直に構
成されたラインは、信号波頭を伝播する自動車送受信機
106 の方向に存在していることは技術的に良く知られて
いる。信号波頭が複数のアンテナアレイ102 および104
によって受信された場合、信号波頭に垂直な対応した数
のラインが構成されることができる。空間における複数
のラインの交差は自動車送受信機106 の位置を示す。位
置計算プロセッサ144 によって受信された各デジタル空
間位相値は自動車送受信機106 と各アンテナアレイ102
および104 との間の空間中のラインを示す。図２に示さ
れた例において、位相比較器140 によって行われる位相
比較は１つのラインを表す第１のテジタル空間位相値を
提供するために到達角度計算プロセッサ141 によって利
用され、位相比較器142 によって行われる位相比較は第
２のラインを表す第２のテジタル空間位相値を提供する
ために到達角度計算プロセッサ143 によって利用され
る。
【００２４】位置計算プロセッサ144 はマイクロプロセ
ッサであることができ、空間中の２つのラインの交差を
計算するように機能する。２つの直線の交差を計算する
ための技術的に知られている任意の数学的公式またはア
ルゴリズムは、この適用に適している。図３を参照し
て、２つの直線の交差を決定する位置決定式の一例を説
明する。通常のＸ軸およびＹ軸配列を有するデカルト座
標系が図３に示されている。さらに２つのアンテナアレ
イ102 および104 は水平なＸ軸平面に存在し、アンテナ
アレイ102 が負のＸ軸上に現れ、アンテナアレイ104 が
正のＸ軸上に現れると想定される。第１の直線Ｙ1 は自
動車送受信機106 からアンテナアレイ102に延在し、Ｘ
軸と正の鋭角の内角θ1 を形成すると考えられる。同様
に、第２の直線Ｙ2 はまた送受信機106 からアンテナア
レイ104 に延在し、Ｘ軸と負の鋭角の内角θ2 を形成す
ると考えられる。
【００２５】送受信機106 とアンテナアレイ102 との間
に延在する第１の直線Ｙ1 は式［２］によって定められ
る： Ｙ1 ＝Ａ1 Ｘ＋Ｂ1 ［２］ ここで、Ａ1 はθ1 の傾斜Ｔanθ1 に等しく、Ｂ1 は垂
直なＹ軸と第１の直線Ｙ1 の交点のＹの値に等しい。同
様に、送受信機106 とアドレスアレイ104 との間に延在
する第２の直線Ｙ2 は式［３］によって定められる： Ｙ2 ＝−Ａ2 Ｘ＋Ｂ2 ［３］ ここで、Ａ2 はθ2 の傾斜Ｔanθ2 に等しく、Ｂ2 は垂
直なＹ軸による第２の直線Ｙ2 の区切りに等しい。角度
θ1 およびθ2 は、各到達角度計算プロセッサ141 およ
び143 内の式［１］の位相干渉計算によって計算された
第１および第２の到達角度を表す。２つの直線の交差
は、座標（Ｘ0 ，Ｙ0 ）を有する自動車送受信機106 の
位置において生じ、ここで、 Ｘ0 ＝[(Ｂ2 −Ｂ1 ) ／ (Ｔanθ1 ＋Ｔanθ2 )] ［４］ Ｙ0 ＝[(Ｂ2 −Ｂ1 ) Ｔanθ1 ／ (Ｔanθ1 ＋Ｔanθ2 )]＋Ｂ2 ［５］ 位置計算プロセッサ144 は、図２に示されているように
符号146 により表されたライン上に現れる位置出力信号
を発生する。位置出力信号は、技術的に知られた適切な
座標系を使用して道路上の送受信機106 の位置を表すデ
ジタル信号である。単一の送受信機応答信号から発生さ
れた位置出力信号を使用すると、送受信機106 の位置が
固定されることができる。この情報は、例えば駐車され
た自動車、複合的な埠頭または操車場に蓄積された貨物
コンテナまたは鉄道車両に取付けられたまたはその中に
内蔵された静止送受信機の位置を確認する時に有効であ
る。その後、位置出力信号は自動車から料金を電気的に
収集する時、または倉庫中の在庫品を発見する時、或は
船または鉄道により運搬された貨物を処理する時に使用
されることができる送受信機位置プロセッサ装置147 に
送信される。
【００２６】非静止送受信機106 の位置は、送受信機の
連続的な測定により決定されることができる。自動車送
受信機106 が道路に沿って移動すると、自動車“軌道”
が設定されることができる。自動車軌道に関連したデー
タの使用は、自動車送受信機106 が図１に示されたトラ
フィックライン150 を横切って位置された指示された検
出ライン148 を横断したときに関する評価が計算される
ことを可能にする。自動車追跡データの存在および検出
ライン148 に沿って位置されたセンサ装置152の組合せ
は、自動車が送受信機106 を具備し、道路を使用するこ
とを認承されていることを保証する。センサ装置152 は
例えばインタクションループ、ビデオループまたはレー
ダ検出器であることができる。
【００２７】自動車“軌道”は、道路を使用する全ての
自動車が送受信機を備えてはいないため、重要である。
送受信機を備えた自動車だけが道路を使用することを認
承され、これらの自動車は道路使用に対して電子的に勘
定書に記入される。送受信機を持たない自動車は電子的
に勘定書に記入されることはできないが、本発明が存在
しない場合には料金を支払わずに道路を使用する可能性
がある。センサ装置152 により検出ライン148 を交差し
たときに感知された自動車に対する追跡データの不存在
時には、自動車を識別する動作が取られる。その動作は
自動車のナンバープレートの写真撮影或は集金オペレー
タに警告するための聴覚または視覚的な警報の励起の形
態であることができる。
【００２８】電子的な集金適用において使用される自動
車“追跡”は、以下の方法で行われる。アンテナアレイ
102 および104 は、道路に沿って移動する同じ自動車送
受信機106 から一連の応答信号を受信する。応答信号は
上記に示されたように処理される。各処理された応答信
号に対するデジタル位置出力信号は、図２に示された送
受信機追跡装置154 に送信される。送受信機追跡装置15
4 は、送受信機106 の一連の測定値が形成されると多数
の位置出力信号を蓄積するマイクロプロセッサであるこ
とができる。各連続的な測定は位置および時間において
前のまたは後の測定と異なる。連続的な位置出力信号の
位置および時間の差は正当な自動車送受信機106 の速度
および方向の計算を可能にする。
【００２９】したがって、送受信機106 および自動車の
“追跡”は以下の式により定められる： Ｖ＝（δＰ／δＴ） ［６］ ここでＶは送受信機106 の速度（例えば大きさおよび方
向）を表すベクトルであり、δＴは自動車送受信機106
の送信間の時間差であり、δＰは（例えばＸ−Ｙ）座標
系上の送受信機106 の位置の変化である。位置パラメー
タは、送受信機106 からの単一の受信信号の受信により
供給された単一の位置出力信号によって決定されること
ができる。送受信機応答信号の連続的な受信は、図２に
おいて追跡装置154 から送受信機位置プロセッサ装置14
7 まで延在する線で示された追跡データ（例えば、位
置、速度および方向）を提供する。送受信機位置プロセ
ッサ装置147 は、自動車送受信機106 したがって自動車
がトラフィックレーン150 中の検出ライン148 を横断し
た時の評価を提供するために追跡データを使用する。
【００３０】送受信機位置決定および追跡システム100
は、それらが道路に沿って移動するときの全ての自動車
送受信機106 の位置または空間的な位置を識別するよう
に機能する。動作において、そこに取付けられた送受信
機106 を有する自動車は電子的集金システムの補捉領域
内に入る。自動車送受信機106 が道路に沿って移動する
と、ＴＤＭＡ通信ネットワークによって使用されるプロ
トコールは特定の送信時間に個々の送受信機を割当て、
自動車から電子的に集金するために使用される。自動車
送受信機106 が送信した場合、応答信号は多数のアンテ
ナアレイ102 および104 によって受信され、信号の到達
角度は送受信機位置決定および追跡システム100 によっ
て測定される。アンテナアレイ102 および104 は図１に
示されたように道路の反対側で間隔を隔てられる。
【００３１】多数のアンテナアレイ102 および104 から
の到達角度測定値は、受信機107 および108 において増
幅されフィルタ処理され、位相比較器140 および142 に
おいて組合せられる。到達角度計算プロセッサ141 およ
び143 は、受信された送受信機信号の到達角度を発生す
るために使用される。その後、位置計算プロセッサ144
は自動車送受信機106 の位置を決定する位置出力信号を
発生するために使用される。周期的な間隔でＴＤＭＡネ
ットワークプロトコールは、個々の送受信機応答信号を
付勢する。アンテナアレイ102 および104 は信号を受信
するために再度使用され、送受信機位置決定および追跡
システム100 はもう１度送受信機106 の位置を決定す
る。
【００３２】位置計算プロセッサ144 によって与えられ
た位置測定値（例えば、位置出力信号）は、自動車送受
信機106 の速度および方向を評価するように自動車“軌
道”を形成するために使用される。追跡は、自動車送受
信機106 がセンサ装置152 によって検出されるまで続け
られる。自動車追跡データおよび評価された速度（例え
ば速度および方向）は、自動車送受信機106 が道路上の
検出ライン148 を横断する時間および場所を予測するた
めに使用される。追跡データおよびセンサ信号の組合せ
は、自動車が道路を使用することを認承されたことを示
す。自動車がセンサ装置152 により検出ライン148 で検
出され、対応した追跡データが追跡装置154 からの送受
信機位置プロセッサ装置147 に対して利用不可能である
場合、自動車は道路の使用を認承されていないと考えら
れる。これらの条件下において、聴覚または視角的な警
報56を付勢し、自動車ナンバープレートを撮影するため
にカメラ158 を動作するか、或は図２に示されたような
ディスプレイモニタ160 上に自動車の画像を生成するこ
とによって送受信機位置プロセッサ装置147 により正し
い動作が開始される。
【００３３】本発明は、従来技術の自動集金および追跡
システムにまさる利点を示す。これらの利点は、効果的
な速度で自動車レーン変更を制限せずに遮るもののない
道路上の自動車送受信機106 から電子的に集金する能力
を含んでいる。さらに、物理的な料金バリアは不要であ
る。したがって、道路上のトラフィック流を遮断する必
要はない。さらに、送受信機位置決定および追跡システ
ム100 は、ＴＤＭＡネットワークにより行われる電子的
集金プロセスと適合する実行可能な執行技術を提供す
る。
【００３４】本発明の別の重要な利点は、交差レーンの
読取り問題が存在しないことである。交差レーンの読取
り問題は、自動車送受信機106 の応答信号送信がＴＤＭ
Ａネットワークにより空間ではなく時間的に分離される
ため存在しない。第１の信号到達角度を測定することに
より、自動車送受信機106 の位置が決定される。同様
に、第２の信号到達角度の測定は送受信機106 の位置を
決定する。第１および第２の到達角度の２つの測定は地
理的に分離される。反対に、従来技術で使用されたアン
テナパターンは送受信機の位置を決定する自由空間通路
損失に依存している。相違点は本発明によって決定され
た第１および第２の到達角度が位置計算プロセッサ144
により供給された位置出力信号によって表された空間的
なライン上の異なる点であるということである。従来技
術において使用されたアンテナパターンは特有のアドレ
ス（例えば空間的なライン上の点）ではなく、送受信機
が配置された空間中の領域だけを識別する。
【００３５】以上、本発明はここにおいて特定の適用に
対する特定の実施例を参照して示されてきた。当業者
は、本発明の技術的範囲内の付加的な修正、適用および
実施例を認識するであろう。詳細な説明は電子的集金に
関するものであるが、本発明は送受信機106 が倉庫また
は埠頭に配置された貨物コンテナ、或はスイッチング場
に停車された鉄道車両内に収容される別の実施例に等し
く適用可能である。したがって、添付された特許請求の
範囲は本発明の技術的範囲内の任意および全てのこのよ
うな修正、適用および実施例をカバーするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】自動車送受信機からの信号を追跡する読取り装
置送受信機の多数の素子アンテナを示した本発明の送受
信機位置決定および追跡システムの１実施例の簡単な平
面図。
【図２】多素子アンテナから受信された信号の到達角度
に基づいて自動車送受信機の位置を決定する位置計算プ
ロセッサを示した図１の送受信機位置決定および追跡シ
ステムのブロック図。
【図３】図１の自動車送受信機の位置を決定するために
使用される１対の多素子アンテナアレイおよび構造を示
したグラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０８Ｇ 1/017 2105−3Ｈ (72)発明者 ピーター・ディー・シュロス アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90808、ロング・ビーチ、スタンブリッ ジ・アベニュー 3442 (72)発明者 マイケル・ワイ・ニシダ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90701、サーリトス、ダーベール・ストリ ート 13765

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 自動車に取付けられた送受信機から信号
    を受信し、電気信号を供給する複数のアンテナ素子を有
    している集金ステーションに設置されたフェイズドアレ
    イアンテナを有する集金システムで使用するための自動
    車位置決定システムにおいて、 前記電気信号の位相を比較し、それに応答して複数の位
    相差信号を供給する複数の位相検出器と、 位相差信号を前記自動車送受信機信号の到達角度を定め
    る空間信号に変換する複数の到達角度計算プロセッサ
    と、 前記定められた到達角度に応答して前記自動車の配置を
    表す出力信号を供給する位置計算装置とを具備している
    ことを特徴とする自動車位置決定システム。
  2. 【請求項２】 前記フェイズドアレイアンテナは少なく
    とも２つのアンテナアレイを具備している請求項１記載
    の自動車位置決定システム。
  3. 【請求項３】 前記複数の位相検出器は少なくとも２つ
    の位相比較器を具備している請求項１記載の自動車位置
    決定システム。
  4. 【請求項４】 前記複数の位相検出器はそれぞれ二重平
    衡ミキサを具備している請求項１記載の自動車位置決定
    システム。
  5. 【請求項５】 前記位置計算装置はマイクロプロセッサ
    を具備している請求項１記載の自動車位置決定システ
    ム。
  6. 【請求項６】 さらに前記アンテナ素子からの電気信号
    を増幅し、フィルタ処理する受信機処理装置を具備して
    いる請求項１記載の自動車位置決定システム。
  7. 【請求項７】 さらに多チャンネル超ヘテロダイン受信
    機を具備している請求項１記載の自動車位置決定システ
    ム。
  8. 【請求項８】 さらに前記位置計算装置から複数の出力
    信号を受信して蓄積し、前記自動車の位置を追跡するた
    めの複数の位置パラメータ値を供給する追跡装置を具備
    している請求項１記載の自動車位置決定システム。
  9. 【請求項９】 さらに、前記自動車の位置を評価するた
    めに前記出力信号および複数の位置パラメータ値を使用
    する送受信機位置処理装置を具備している請求項１記載
    の自動車位置決定システム。
  10. 【請求項１０】 さらに、前記自動車の存在を示すセン
    サ装置を具備している請求項１記載の自動車位置決定シ
    ステム。
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