同时进行语音和数据通信的车辆跟踪和安全系统的制作方法

专利名称：同时进行语音和数据通信的车辆跟踪和安全系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及车辆(vehicle)通信、跟踪和安全系统，它利用蜂窝网通信链路同时传输语音和GPS车辆位置数据。
背景技术：
自从本世纪早期开始，不管是在美国还是在整个世界，车辆已经成为了文化的主要部分。然而车辆所提供的独立、自由和快捷也同时让人迷失方向，卷入交通事故，成为罪行的受害人。就最后一种情况来说，当一个人乘车旅行的过程中车辆出现机械故障时，他就处于非常危险的境地，因为这一地区犯罪率很高，或者在这些高速公路和道路系统上经常发生暴力行为。同样，车辆被盗这一问题也越来越突出，把车辆偷去供自己使用，或者拆成零部件。最近又出现了一种新的犯罪趋势，这种犯罪叫做劫车，车辆正在行驶的过程中就被劫持。
现有技术里有许多系统可以让车里的人在需要的时候获得帮助，或者在车辆被盗以后能够跟踪车辆。例如可以参考授予Darnell等的第5043736号美国专利、授予Mansell等的第5223844号美国专利、授予Johnson等的第5557254号美国专利。这些系统采用了相同的基本思想，也就是说，在车辆里安装全球定位系统(GPS)，从车辆里通过蜂窝电话链路或者寻呼系统网络将收到的GPS信号发射给监测中心。这些系统由各种部件组成。其中的一些在车辆里安装了GPS接收机。GPS接收机接收地球轨道卫星的GPS信号，获得这些信号以后，利用信号处理技术确定该GPS接收机的位置。车辆里还安装了通信装置，用来从车辆里发射收到的GPS信号。这些通信装置包括蜂窝传输系统、寻呼系统或者电台。最后，基地中心或者监测中心接收车辆发射的GPS信号，对信号进行处理从而确定车辆的位置。但现有技术里所有这些系统中在车辆驾驶员和监测中心之间采用口头通信这种方式，以及在车辆和监测中心之间传输GPS数据这种方式，都存在明显的缺点。
发明简述本发明提供一种有明显改进的系统，它将蜂窝电话系统的通信能力和全球定位系统(GPS)的地理定位能力结合起来。在车辆跟踪和通信系统里结合了这两项技术，同时进行语音和数据传输，使车辆驾驶员能够在GPS处理器和/或车辆传感器同时向监测中心传输数据的同时，跟监测中心维持连续的语音通信。
具体而言，本发明提供一种系统，为了方便，将它分成两部分介绍。这两部分通过蜂窝电话链路相互通信。本发明的第一部分放在车辆里。这第一部分有一个移动单元、蜂窝电话部件和可选的车辆传感器以及可选的远程操作装置。
这一移动单元有一个GPS接收机，连续地从地球轨道上的GPS卫星获得信息。接收到以后经过处理，这些卫星发射的信号能够给出信号接收单元的地理位置。在这一信息的基础上确定车辆的位置。
除了GPS位置数据以外，车辆传感器装置也给通信装置提供数据。车辆传感器监测车辆的各种状况，例如非法闯入、被盗、牵引、发生事故、行驶距离太远、用户驾驶超速、超越地理边界或者对话监控。说明发生了事件的数据同时跟语音信号一起发送。
收到移动单元的数据(GPS位置数据和/或传感器装置数据)并对其进行处理时数字信号处理器(DSP)将移动单元数据跟车辆乘客的语音信号，如果有的话，合并到一起。如果电话不能接收语音数据，就单独发送移动单元数据。
蜂窝电话将合并了的信号通过蜂窝电话网传送给本发明的第二部分，即监测中心。在跟监测中心的通信过程中，GPS接收机连续地将GPS数据提供给信号处理器，插入发出的信号里。
监测中心有一个跟移动单元相似的通信装置，只是没有GPS接收机；它有一架电话；一台计算机，其中有跟踪软件和数字地图；以及一台计算机显示器，在显示器上显示地图和车辆的位置。
进来的信号经过监测中心的DSP滤波，将移动单元数据跟信号的语音部分分离。这些仪器将信号的语音部分传递给电话，这样监测中心里的一个或者多个操作员就能跟车辆乘客对话。这些仪器将信号的数据部分传递给计算机。装有软件和数字地图的计算机对这些数据进行处理，在显示器上显示地图和车辆在地图上的位置。由于呼叫期间一直在同时传送GPS数据，因此监测中心的操作员能够在对话期间里跟踪车辆的运动。计算机还显示车辆传感器的数据。
除了口头通信以外，在本发明的一个实施方案里，监测中心实际上还通过计算机控制车辆上的远程操作装置。比方说，监测中心可以自动地停止车辆引擎的运转，按车辆的喇叭，打开车灯，或者发动车辆给电池充电。监测中心的DSP将监测中心操作员的声音滤波并跟计算机的数据合并。这样监测中心的操作员就能向车辆驾驶员或乘客发出指示或者给出其它信息。
本发明通过将语音和数据合并在一起同时传输，很好地克服了现有技术里车辆跟踪和通信系统的缺点。这一系统通过过滤掉中心频率为2500Hz的一小部分语音，实现语音和数据的同时传输。然后数字信号处理器调整移动单元的数据信号，将它搬迁到语音信号中2500Hz的刻槽上。这两个信号组合起来产生单独一个信号，通过蜂窝电话网络发送出去。组合信号通常都能反映原始的语音信号。这一特征使本发明能跟任何蜂窝系统、电台、微波系统或电话系统相比拟。现有技术里的系统需要专门的电话系统配置来运转，比较起来，本发明明显优于现有技术里的系统。
接收单元收到信号时，再一次对信号滤波，将数据信息跟语音信息分离。虽然语音信息丢失了2500Hz附近的一小部分，但不会导致明显的信号质量下降，因为从语音信号里去掉的数据信号占的比例很小。另外，语音信号里的刻槽选在2500Hz就是为了最大限度地减少语音信号质量的下降。
对本发明的操作的进一步加强是连续地传送GPS位置数据。连续地传送GPS位置数据使得监测站里的技术人员能够在数字地图上实时地监测车辆的运动情况。能够不间断地传送GPS位置数据是因为采用了将GPS位置数据打包通过电话网来传送这一新的方法。
有利的是，跟多数调制解调器通信方式相比，本发明采用了一种不同的数据信号方式。一般而言，用调制解调器进行通信都要引入前同步信号和同步信息，用来使发送和接收装置之间传输的大量数据同步。但在本发明中，发送GPS数据的短而连续的脉冲串。本发明的通信装置免去了前同步信号和同步信息，代之以数据包或者移动单元数据的有效载荷。收到数据包以后，信号处理器对信息进行同步和解调。这一方法降低了发送少量信息有效载荷对时间和带宽的要求，因而提高了接收到的语音信号的质量。
本发明还克服了电话系统回声引起的问题的复杂化。同时发送语音和数据信号时回声是不受欢迎的，就象本发明里一样。本发明通过在移动单元和监测站里采用中断检测器来克服这一障碍。这一中断检测器使数据传输同步，如果监测站需要给车辆的远程操作装置发送一个简短的激活信号，就让移动单元短暂地停止发送。这一功能克服了电话系统回波导致的数据中断。
另一重要的优点是可以在无人照看的车辆上安装一个监测器，而不需要不停顿地消耗车辆电池的电力。如下所述，这一优选实施方案有一种消耗的电流可以忽略的“睡眠”模式。这一系统周期性地“苏醒”很短的一段时间，以确定是否有人闯入，这样车辆就能自动地将告警信息发送给监测中心。
通过下面的详细介绍并参考以下附图，跟现有技术相比本发明的目的、特征和优点将变得显而易见。
附图简述

图1是本发明中系统的整体示意图。
图2是安装了各种车辆传感器和远程操作装置的车辆。
图3是本发明中移动单元的外部透视图。
图4是本发明中移动单元里信号处理过程的基本流程图。
图5A是经过了滤波的语音信号。
图5B是移动单元的数据信号或者是给远程操作装置的数据信号。
图5C是组合以后的信号，它包括滤过波的语音信号以及车辆传感器数据和/或远程操作装置数据。
图6是移动单元内部基本布局的硬件框图。
图7是监测中心信号处理的基本流程图。
图8A和8B是本发明工作过程的流程图。
图9A是现有技术里发射数据的结构。
图9B是本发明中发射数据的结构。
图10是本发明中发射请求监测循环的框图。
优选实施方案详述图1是本发明中系统的整体示意图。本发明的系统同时将语音和GPS位置数据从车辆10发送给蜂窝站14，最终通过陆基电话线70传送给监测中心12。位置数据是从全球定位系统(GPS)卫星30组成的卫星网络发射的信号32中获得的。
为了说明方便，本发明分成两部分来讨论。第一部分说明车辆10里的部件。第二部分说明监测站12中的部件。
移动单元图2是本发明的第一部分，它由车辆10里的部件构成。移动单元20作为中央处理器，用来接收各种车辆传感器输入的信号，并输出信号给各种远程操作装置。跟这一移动单元20的基本连接有一个标准蜂窝电话手机39、一个标准的蜂窝电话移动收发信机68和一个GPS天线44。蜂窝电话天线40跟蜂窝收发信机68相连。
图2还画出了本发明的另外一些特征，包括许多实施方案，其中各种车辆传感器跟移动单元20相连，并将信息发送给移动单元20，而不会影响语音通信。参考图2，本发明的实施方案可以包括以下传感器中的任何一个或者全部开门传感器250、引擎运转传感器252、速度/距离传感器254、行李箱打开传感器256、运动/倾斜传感器258、电池充电传感器260和无声求援传感器262。这些装置给移动单元20提供信息，移动单元则对车辆传感器数据进行处理并发送给监测中心12。
图2还画出了本发明的另外一些特征，包括将许多远程操作装置跟移动单元20相连的许多实施方案。远程操作装置跟各种车辆部件相互作用，从而使监测中心12发来的远程信号能够控制某些车辆功能。远程操作装置可以包括开锁装置266、引擎点火装置268、喇叭激励装置270、头灯激励装置272、引擎熄火装置274和打开行李箱的装置276。
跟移动单元20相连的是蜂窝电话的通用部件。蜂窝电话部件分成三种手机39、包括蜂窝处理器、发射和接收电路的蜂窝收发信机68以及车辆蜂窝天线40。另外，或者是可选的，还有一个按钮(没有画出)跟移动单元20相连，用来用非常简单的操作隐蔽迅速地跟监测中心12建立紧急通信联系。或者可以将蜂窝手机做在车辆10里。
图3说明移动单元20提供的一组基本的连接器。移动单元20有一个手机插座80和一个收发信机插座82。蜂窝手机39跟手机插座80相连。蜂窝收发信机68跟插座82相连。GPS天线44跟天线口84相连，而车辆传感器和远程操作装置则通过程序控制口86跟移动单元20相连。电源输入连接器88跟车辆电池的12V直流电相连。本领域里的技术人员会发现还可以在移动单元上连接其它的装置，而不会偏离本发明的实质和范围。
图4说明移动单元20内部的信号处理过程。移动单元20有一个GPS接收机26，它通过天线口84(图3)跟GPS天线44相连。移动单元20还有一个数字信号处理器(DSP)94，它包括一个网络接口功能块83、一个带通滤波器(BPF)71、一个二进制相移键控(BPSK)调制器69、一个加法器58、一个陷波滤波器74、一个陷波滤波器76、一个带通滤波器81和一个BPSK解调器78。
GPS接收机26的输出信号被传送给PIC微处理器27的一个输入端。还有各种外部车辆传感器和装置28以及各种远程操作装置50通过程序控制接口(网络接口)86跟PIC处理器27相连。PIC处理器27的串行输入/输出口跟网络接口83上的串行输入/输出口相连。网络接口83的输出通过BPSK调制器69跟带通滤波器71的输入端相连。带通滤波器71的输出端跟加法器装置58的第一个输入端相连。
手机39里的麦克风40通过手机插座80(图3)跟麦克风模数(A/D)转换器46相连。麦克风A/D转换器46的输出通过陷波滤波器74跟加法器58的第二个输入端相连。加法器58的输出端跟收发信机数模(D/A)转换器123的输入端相连。收发信机D/A转换器的输出端跟蜂窝收发信机68的模拟输入端相连。蜂窝收发信机68的模拟输出端跟收发信机A/D转换器122的输入端相连。收发信机A/D转换器122的输出端跟带通滤波器81的输入端和陷波滤波器76的输入端相连。陷波滤波器76的输出跟喇叭D/A转换器48的输入端相连，喇叭D/A转换器的输出端跟手机39里的喇叭42相连。
带通滤波器81的输出端跟BPSK解调器78的输入端相连，BPSK解调器的输出端跟网络接口83的输入端相连。
图4还画出了移动单元20里各种信号的频谱波形。频谱波形55是陷波滤波器74输入端的语音信号频谱。波形57是陷波滤波器74和76输出端的频谱(在图5A里有放大了的图)。波形57是一个有限带宽频谱，它的低端截止频率大概为300Hz，高端截止频率大概为3000Hz。波形57还有一个很窄的频谱凹陷，在2500Hz处，宽度为大约200Hz。波形60是BPSK调制器69输出端的频谱(图5B里有放大了的图)。波形60是一条窄频谱线，中心频率为2500Hz，带宽大约为200Hz。波形62是加法器58的输出频谱(图5C里有放大了的图)，波形62是波形57和60的和。最后波形124是带通滤波器81的输出频谱。这一波形124基本上跟波形60相同。
另外，如下所述，移动单元20里最好有用于这种系统的自动应答装置、自动拨号装置和其它的电子部件。
卫星30(见图1)给出信号32，利用这一信号可以非常精确地确定移动单元20的位置。通常这种系统叫做GPS接收机和处理器。本发明可以广泛而有效地利用GPS系统，但在将来本发明还可以利用其它的数据位置信号。GPS接收机26从卫星30接收信号32。自动应答装置(没有画出)可以自动地应答监测中心12的呼叫。自动应答装置，跟远程操作装置一起，使得监测中心12能够远程控制某些车辆功能。本领域里的技术人员都知道自动应答装置，因此这里不予介绍。
自动拨号装置(没有画出)使得移动单元20能够在车辆传感器检测到事件时，自动地呼叫监测中心12或其它实体，例如车辆主人。本领域里的技术人员都了解自动拨号装置，因此这里不予介绍。
DSP 94对语音和数据信号进行处理。DSP 94将这两个信号合并起来，使之成为语音加数据信号，传送给监测站12，并将监测站发过来的语音加数据信号分开成单独的语音信号和数据信号，过程如下麦克风模/数转换器46的输出是麦克风40产生的模拟语音信号的一个数字取样。如同波形55所示，语音信号的频谱是一个带通信号，它的低端截止频率大约为300Hz，高端截止频率大约为3000Hz。陷波滤波器74从语音频谱上挖去一小部分。在一个优选实施方案里，陷波滤波器74是一个12极点巴特沃斯滤波器，它从频谱中挖去中心频率为2500Hz、带宽为200Hz的一个频带。在2500Hz上挖去这样一小部分频谱实际上根本听不出来。使用巴特沃斯组使得群时延最小，从而进一步地降低了滤波器引入的不良听觉效应。在本发明的一个具体实施方案里，这一陷波滤波器74是DSP 94里的一个横向滤波器，它有6个双二次部分，总共有320个分支。
网络接口83从PIC处理器27接收包括GPS位置数据和车辆传感器装置28的数据的一个串行数据流。网络接口提供数据缓冲、网络数据链路和信道访问服务。数据链路功能包括将数据打包、产生错误码、错误纠正等。如下所述，在一个优选实施方案里，本发明的网络结构使得移动单元20和监测中心12不同时发射数据。网络接口83决定什么时候由哪一个单元发射数据。
在本发明的一个具体实施方案里，网络接口83的输出是一个100比特每秒(bps)的串行数据流。这一100bps的数据被馈入BPSK调制器69，它利用二进制相移键控(BPSK)编码方式将信号调制到2500Hz的载波上去。BPSK 69的输出送入滤波器71，它将数据流的总带宽限制在200Hz。BPSK调制器69有一个调制器和一个阿尔法系数为1的奈奎斯特滤波器，从而使BPSK调制器69的输出是一个中心频率在2500Hz，总带宽为200Hz的信号。这样，BPSK调制器69的输出频谱覆盖了陷波滤波器74从语音信号里去掉的那一段频谱。加法器58将陷波滤波器74和BPSK调制器69的输出合并，产生一个合并了的语音加数据信号。加法器58输出的组合起来的语音加数据信号由收发信机的数/模转换器123从数字信号转换成模拟信号。
数/模转换器123的输出通过电话口82(图3)跟蜂窝收发信机68相连。收发信机68准备好组合语音和数据信号62并通过蜂窝天线40发射出去。最好使用现成的蜂窝电话部件来发射这一组合语音和数据信号。还可以用其它的通信装置通过无线电信号来发射组合信号62。如图1所示，组合信号62传输到蜂窝站14，然后到达陆基电话连接70，最后到达监测中心12。
这一系统就这样将组合信号通过标准蜂窝无线电和陆基电话系统传送给监测站12。最好让组合语音加数据信号62对标准蜂窝电话系统来说仅仅是一个语音信号。这就避免了本发明中系统的信号跟标准电话/蜂窝网不兼容。
对于监测站12发送给移动单元20的信号，利用陆基公共交换电话网(PSTN)从监测中心12发射一个组合语音加数据模拟信号给蜂窝站14，蜂窝站14再将它发射给车辆10，最终由车辆的收发信机68接收到。从收发信机68收到的模拟语音加数据信号由收发信机A/D122转换成数字信号，并传递给DSP 94。在DSP 94里，将组合起来的数字语音加数据信号馈入两条单独的信号路径，语音信号路径有一个陷波滤波器76，数据信号路径有一个带通滤波器81和一个BPSK解调器78。
陷波滤波器76的传输函数跟陷波滤波器74的传输函数一样。这样，陷波滤波器76就能将组合频谱里中心频率为2500Hz，带宽为200Hz的部分去掉。去掉的部分就是组合语音加数据信号里的数据部分，其余的是信号里的语音部分。陷波滤波器76的数字输出由喇叭D/A转换器48转换成模拟信号，然后输送给手机39里的喇叭42。
带通滤波器81的中心频率为2500Hz，带宽为200Hz。这对应于组合语音加数据信号里数据部分的频谱。这样一来带通滤波器81就将组合信号里的语音部分阻断，只输出数据部分。监测中心用移动单元20采用的方法调制数据，也就是用100bps的BPSK方式。将带通滤波器的输出传递给BPSK解调器78，在这一解调器里解调出数据，这样BPSK解调器78的输出就是一个100bps的基带数据流。在这一具体实施方案里，BPSK解调器75利用一个Costas环恢复载波，用一个常数斜率检波器恢复编码。网络接口83将解调后的数据发送给PIC处理器27。
这里介绍的本发明的优选实施方案中有一个调制解调器，它采用BPSK方式将数据流调制到200Hz带宽、中心频率为2500Hz的载波上去。本领域里的技术人员会认识到，还可以不用带宽为200Hz、中心频率为2500Hz的频带，而用其它频带，但这并不会偏离本发明的实质和范围。本领域里的技术人员还会认识到，还可以采用BPSK以外的调制方法，以及12点巴特沃斯滤波器以外的滤波器传输函数，而不会偏离本发明的实质和范围。
在前面公开的实施方案里，转换器46、48、122和123最好都是取样率为8000Hz、相对便宜的8位转换器，而且BPSK调制器输出信号的电平大约比陷波滤波器74输出信号高6dB。利用这些8位转换器，只要数据信号的电平不低于语音信号的电平，数据信号的信噪比就有保证。在需要显著地降低数据信号电平的场合，转换器46、48、122和123可以选用10位转换器。这样BPSK调制器69的输出电平就比陷波滤波器74的输出电平低得多(-20dB或更低)。
图6是移动单元20的一个硬件框图，其中有GPS接收机26的细节、DSP 94和PIC处理器27。GPS接收机26有一个低噪声放大器(LNA)302、一个模拟射频块304、一个相关器块306和一个ARM处理器308。GPS天线44通过天线口84(图3)跟LNA 302的输入端相连。LNA 302的输出端跟模拟射频块304的输入端相连，模拟射频块304的输出端跟相关器306的输入端相连。相关器306通过数据总线跟ARM处理器308相连。还有一个随机存取存储器(RAM)310、一个电可编程只读存储器(EPROM)312和一个可擦除电可编程只读存储器(EEPROM)314跟ARM处理器308相连。ARM处理器308通过1kb/s的同步串行链路316将数据发送给PIC处理器27。
PIC处理器27跟EEPROM 320相连，它通过双向同步总线跟蜂窝收发信机68相连。PIC处理器27的数字输出总线跟一个外部输出缓冲器340相连，该缓冲器340由集电极开路晶体管组成。缓冲器340的输出端跟车辆接口346相连。跟车辆接口346相连的还有一个acthi模拟缓冲器342和一个act low模拟缓冲器344。缓冲器342和344跟PIC处理器27的一条输入总线相连。
DSP 94有一个DSP处理器330跟RAM 332和ROM 334相连。DSP处理器330上一个1kbps的同步串行输入/输出口通过串行链路318跟PIC处理器27上一个同样的口相连。DSP处理器330跟一个A/D-D/A编码/解码器组合(编解码器)338和一个A/D-D/A编解码器组合336相连。编解码器338包括麦克风A/D转换器46和喇叭D/A转换器48，编解码器336包括收发信机A/D转换器122和收发信机D/A转换器123。
在这一优选实施方案里，GPS接收机是基于国际航海技术公司(Navigation Technology International)设计的12信道NTI/Commico GyPSy-12接收机上的接收机。在这一NTI接收机里，模拟射频块340是有一个4.309MHz中频输出的一个GEC PlesseyGP2010三次变频超外差式接收机，相关器306是一个GP2021，ARM处理器308是一个由高级风险机器公司(Advanced Risk Machines)生产的ARM60。在这一实施方案里，DSP处理器是一个德克萨斯仪器公司(Texas Instruments)生产的TM320C25。
这一优选实施方案一个明显的优点是它实现了理想配置，消耗的功率极小。移动单元20监测车辆传感器，并利用电池的电力对呼入做出响应。为了进一步降低电力消耗，移动单元还有一种睡眠模式(见图8A中流程图的方框400)，在这种模式中，除了给ARM EPROM 312(以保存大多数当前的GPS位置数据)和PIC处理器27(让睡眠定时器计时)供电需要少量的电力外，这一系统处于关机状态，只消耗9～16V的大约25毫安电流。在PIC处理器27里的定时器决定的预定时刻，在这一优选实施方案里每小时3～4次，这一系统退出睡眠模式，“苏醒”过来，将当前的GPS信号跟储存在EPROM 312里的位置数据进行比较。如果位置已经改变，这一系统就可以发出一个告警信号给监测中心12。如果移动单元仍处于睡眠模式中而监测中心12需要跟移动单元20联系，监测中心就可以在预定时刻之一里呼叫，也就是在苏醒时刻呼叫。这一优选实施方案能够进一步节省电力，特别是延长了睡眠时间后，而同时仍然允许监测中心12在预定时刻跟它取得联系。
在这一优选实施方案里，移动单元利用三个微处理器来提高处理速度并进一步降低睡眠模式电力消耗。一个微处理器提供DSP 94，跟收发信机68一起使用。第二个微处理器是ARM微处理器308，放在位置数据(GPS)接收机26里。第三个微处理器是PIC处理器27，用来监控睡眠模式的工作过程，并控制移动单元20里其它装置的电源。选择的PIC处理器27只需要非常低的输入功率，从而在睡眠模式里只有这一微处理器在工作和消耗电力。
PIC处理器27利用缓冲器340、342和344进行电源管理(没有画出)和车辆数据采集。PIC处理器27还通过串行链路316从ARM处理器308收集GPS数据。ARM处理器308是GPS接收机26的数据处理引擎，它将GPS数据打包并按一定的格式发射给监测中心。DSP处理器330为语音和数据信道的合并和分离完成信号处理。DSP处理器还提供相当于物理访问层、数据链路层和媒介访问层的网络功能。物理访问层相当于实际的数据调制/解调功能。数据链路层对应于纠错和错误码的产生。媒介访问层也就是数据信道的时分多工功能，在下面的回波抑制部分还要介绍。
监测中心本发明的第二部分，也就是监测中心12，用图7来说明，它包括基地单元102、计算机104和显示器106以及电话108。还可以有一个自动应答装置(没有画出)。基地单元102有一个电源，为所有部件供电。车辆发过来的组合语音和数据信号通过能够同时处理多个呼叫的多路复用电话系统进入监测中心12。这一呼叫进入基地单元102里的模数转换器(A/D)109，从电话系统线路70过来的模拟信号被转换成数字信号。
监测中心12里的信号处理跟移动单元20里的信号处理基本相同。在一个优选实施方案里，监测中心12和移动单元20都使用同样的电路板，虽然没有GPS接收机部件。因此，上面对移动单元20里信号处理的多数讨论，特别是对DSP 94进行的讨论，同样适用于监测中心。
在监测中心里，A/D转换器109跟基地单元DSP 110相连，它对信号进行高阶滤波，从而将组合信号62分成语音信号57和移动单元数据信号60。监测中心DSP的输出端跟数模转换器112相连，从而将语音信号变回模拟信号。数模转换器112跟监测中心的电话108相连，输出重建语音信号给监测中心的技术员监听。监测中心技术员收到的语音信号111通常都跟移动单元20发出的语音信号55相同，也就是没有刻槽里的信号的语音信号59。
基地单元DSP 110在将移动单元数据传送给监测中心计算机104之前，将移动单元数据信号60传送给PIC微处理器27。计算机104能够储存多个数字地图。计算机104接收车辆提供的GPS位置数据，并在数字地图上画出移动单元的位置，显示在计算机显示器106上。
计算机104还储存有车辆10和车辆驾驶员的数字信息。计算机104支持监测中心控制车辆的远程操作装置，如同前面参考图5所作的介绍。例如，监测中心12里的操作员控制计算机104发出一个信号140给移动单元12。跟移动单元20里一样，基地单元DSP 110将远程操作装置信号调制到200Hz带宽、中心频率为2500Hz的载波上。
监测中心12还支持监测中心的技术员跟车辆10里的乘客通话。监测中心电话108的麦克风跟基地单元的模数转换器118相连，模数转换器则跟基地单元DSP 110相连。基地单元DSP 110用陷波滤波器对语音信号滤波，然后将它跟来自计算机104的数字数据130合并。
基地单元用一个D/A转换器113将这一信号转换成模拟格式，并将组合语音和数字数据信号140输出给通信装置，通过电话网线路70传送。电话网则跟一个蜂窝站14相连，蜂窝站将信号通过无线电波发射给移动单元20的天线44。
在移动单元20里，天线40接收组合信号并馈给收发信机68，收发信机则跟模数(A/D)转换器122相连，然后跟移动单元DSP 94相连，将信号分成语音信号和监测中心数据124。监测中心数据124控制车辆的远程操作装置，见前面的介绍和图6。
移动单元DSP 94处理过的语音信号126被传递给数模转换器48。数模转换器48跟移动单元的喇叭42相连，从而使移动单元20所在车辆10的驾驶员能够收听监测中心技术员的话。
这一优选实施方案的系统还可以通过用多条电话线接入监测中心12同时为多台车辆10提供服务。当移动单元20的每一个随后呼叫进入监测中心时，通信装置将呼叫传送到等待接收呼叫的基地单元102。通过增加和调整移动单元20和基地单元102的数目，可以大大地扩大这一操作的范围。本发明可以用于覆盖全国范围或者世界范围，为全世界的移动单元提供服务。
系统操作图8A和8B是本发明中系统的操作流程图。介绍这些图时将进一步参考图4和图7。方框400表示系统处于睡眠模式，此时只有一个低功率微处理器在工作。装有移动单元20的车辆10的驾驶员需要跟监测中心12联系，他用小键盘28输入监测中心的电话号码，见方框404。也可以由车辆乘客按下监测中心直拨按钮(没有画出)，自动拨通监测中心的电话。在方框406里，移动单元20分析所拨号码，以确定这一呼叫是不是给监测中心12的。如果这一呼叫不是给监测中心12的，标准的蜂窝通信装置68就发出这一呼叫，系统就按照标准的蜂窝电话方式工作，见方框412、416。在这种呼叫过程中，也就是在不是给监测中心12的呼叫过程中，移动单元20不处理语音信号，DSP 94不对它的发射过程进行控制。
如果这一呼叫是给监测中心12的或者如果直拨按钮被按下420，就将呼叫接到监测中心，见方框424。
与此同时，监测中心12正处于等待模式，静候呼叫的到来，见方框456。来自移动单元的呼叫，方框424，被传递给监测中心，方框460，经过的是现有的电话网络，见方框452。在方框464里，完成询问过程，以确定这一呼叫是不是来自认可的移动单元20。如同方框468所示，所有不被认可的呼叫都被自动切断。
将认可的呼叫接到监测中心12，见方框472，经过模数转换，然后用基地单元DSP 110滤波，见方框472。如上所述，基地单元102利用信号处理技术处理呼叫里的信息，这样，当车辆驾驶员通过蜂窝电话链路说明发生了什么问题或者呼叫原因时，GPS数据也跟语音信号同时发送过来。利用这一信息，监测中心12里的技术员能够在监测中心计算机104里的数字地图上确定移动单元20的位置。
该系统利用移动单元20和基地单元102中的电子装置同时传输语音和位置数据。现在参考图4和图8，见方框428，语音信号从蜂窝手机的麦克风40进入基地单元。模数转换器46将该信号转换成数字信号55。
语音信号55进入移动单元DSP 94，在这里该信号被一个陷波滤波器滤掉2500Hz处的一小部分，见方框432。舍弃被去掉的语音信息59，从而为移动单元数据60留下空间，也就是为位置数据和/或车辆传感器的数据留下空间。
在DSP处理语音信号55的同时，在方框436里，DSP 94获得移动单元数据60，在方框440里，对移动单元数据60整形，使它刚好处于过滤后语音信号57的刻槽59里。
下一步在方框444里，DSP 94将刻了槽的语音信号57跟移动单元数据60合并，得到组合语音和数据信号62，它基本上包括了所有原始的语音信号，再加上GPS数据。
如上所述，语音信号55中的刻槽59位于2500Hz处，这样做是为了避免降低语音信号的质量。选择频率2500Hz的原因是语音信号的能量集中于1000Hz以下。因此，在2500Hz处丢失频带很窄的一部分能量对语音信号没有显著的影响。此外，在2500Hz处插入移动单元数据可以减少会引起干扰的额外的谐波进入蜂窝信号。选择2500Hz还避开了6000Hz处用于管理蜂窝通信的管理音频音。
组合信号62通过标准电话线70到达监测中心12。本发明在监测中心12里放置一个或更多的基地单元102。在监测中心12里，电话信号传送给基地单元102，在基地单元102里，如上所述，要询问该呼叫，看它是否来自认可的移动单元，方框464。基地单元102自动断开未被认可呼叫，以避免系统过载468。
来自认可的移动单元20的呼叫进入基地单元102。基地单元102用一个模数转换器109将呼叫转换成数字信号。在方框472里，基地单元DSP 110对组合信号62滤波，将移动单元数据60跟语音信号55分离。滤波后的语音信号111一般都跟最初处理过的语音信号55相同，除了移动单元20为了给移动单元数据60腾出空间而舍弃掉的刻槽59以外。然后用数模转换器112将语音信号111转换成模拟格式，再将电信号传递给监测站的电话108，见方框476。
将收到的基地信号里的GPS和所有其它数据传送给计算机104，见方框480。在方框484里，基地单元计算机104接收移动单元数据60。计算机104显示出这些信息以及储存起来的有关移动单元20、车辆10和车辆驾驶员的信息。计算机104显示移动单元20所在位置附近的地图，并在图上标明车辆的位置。同样，车辆传感器发送的数据都出现在计算机显示器106上。
在方框492里，监测中心12的技术员可以对来自车辆10的信息做出反应。例如，监测中心12可以给出指示，安排机械援助，派出拖车，报告警察，发出火警，叫救护车，或者为车辆乘客提供其它援助。在这整个过程中，监测中心12跟车辆乘客保持连续的语音联系，并同时获得连续的位置数据以实时监测车辆的位置。
如上所述，本发明中的系统的实施方案，支持对车辆进行跟踪和启动防盗装置。在操作过程中，车辆传感器监测车辆10的各种安全装置。如果有一个车辆传感器被启动，这一激活了的传感器装置就通知移动单元20，从而使移动单元的位置数据接收机26接收位置数据。在一个实施方案里，有一个紧急自动拨号装置(没有画出)，它能呼叫监测中心12，并发送出传感器数据、位置数据和求助信号。最好用一个无声的求助传感器262发出呼叫，这种传感器包括隐蔽在地毯下的无声开关，将它按下以后，它能自动且无声地向监测中心发出呼叫。利用无声求助传感器262发出的呼叫不会发出任何声音，车辆乘客即劫车匪徒对此毫不知情，这样还会给监测中心一个特殊的告警信号，告诉监测中心这一呼叫是通过无声求助传感器发出的。
收到车辆10自动发出的呼叫以后，监测中心12获得传感器数据和车辆位置信息。监测中心12里的技术员可以采取各种行动。这样，技术员可以悄悄地跟踪车辆，同时秘密地监听车辆里的对话。技术员可以口头询问车辆10的驾驶员，让他报告情况，或者解释车辆传感器数据。技术员可以派警察和其它合适的人员调查这一告警事件。技术员还可以用计算机104发出信号控制远程操作装置。例如，为了配合警察追击，技术员可以让引擎熄火装置274将车辆停下。
本发明的系统还支持监测中心12给移动单元20发出呼叫。在工作过程中，监测中心计算机104拨出移动单元20的蜂窝号码。移动单元20的自动应答装置自动应答这一呼叫，从而在监测中心12和移动单元之间建立一条蜂窝电话链路。见方框496，利用监测中心的计算机104，技术员可以向远程操作装置发送控制数据。这样，监测中心12可以通过启动前面参考图5介绍的远程操作装置控制车辆10。远程操作装置跟车辆传感器一起监测并跟踪车辆，或者关闭车辆发动机。
从监测中心12向移动单元20发送组合语音和数据信号跟从移动单元向监测中心发送数据的方式一样。在方框500和504里，监测中心12的技术员拿起监测中心电话108的话筒，他的声音变成电信号，然后用数模转换器118变换成数字信号，并用前面介绍过的陷波滤波器滤波。在方框508里，来自计算机104的信号130跟电话语音信号132组合，并通过电话网络512发送出去，见方框512。组合信号通过陆地和蜂窝电话系统到达移动单元。
在方框516里，移动单元20接收基地单元的组合信号140，传递给模数转换器122，然后馈入移动单元DSP 94，见方框520。DSP 94将信号分成进来的语音信号分量，见方框524，和进来的计算机产生的信号分量124，见方框532。在数模转换器48里将数字语音信号变成模拟信号。在方框528里，将语音信号传送给蜂窝电话喇叭42，就能听到这一声音。移动单元20将来自计算机124的信号传送给远程操作装置50开始操作，见方框536。
数据包同步本发明的一个优点是它能克服现有技术里传输数据的方法效率较低的问题。图9A是现有技术里的数据传输格式。利用标准调制解调器技术通过电话线70传输数据时，第一部分信号有一个报头150。报头有一个信号用来同步两个通信装置之间的通信。然后，同步字152将调制解调器通信装置准备好，以便接收随后的有效负荷数据。有效负荷数据154是移动单元数据60或者监测中心的计算机产生的信号130。在现有技术系统里，跟报头150和同步位152相比，实际数据的传输时间较长。
在本发明里，跟报头和同步位的传输时间相比有效负荷的传输时间相对较短。较长的报头比较有利，因为蜂窝网的信噪比相对较差。因此，发送少量信息时，现有技术里的方法，跟发送有效负荷154相比，通常都需要分配更多的时间来发送报头150和同步字152。本发明用一个更加有效的方法来传送数据，见图9B。这一优选实施方案利用反向时间解调获得接收信号。本发明首先发送几个有效负荷154(其中每一个有效负荷都有前向纠错(FEC)位)，然后是链路层开销(LLO)字段156(同样包括FEC位)，最后是一个同步字152。利用LLO字段152里的密钥用随机方式将有效负荷里的数据打乱。
正在接收的DSP对收到的波形取样，并将取样存在一个缓冲器里。在某些点，通常是在LLO字段156所在的那一段时间，DSP有足够的取样存在缓冲器里，使它实现同步。DSP继续读入输入数据流，直到它获得同步字152。一旦DSP获得同步字152，它就能返回来对LLO字段156解调，从而得到对有效负荷解码所必需的信息。然后DSP对数据有效负荷154解调和解码。在接收数据的每一个脉冲串之间进行解调非常容易。一旦从数据有效负荷解调出数据，就将数据解除随机化，并用FEC位纠错。
利用这一方法和装置，本发明能够连续地发送位置数据短脉冲，并在收到它以后立即解调。跟接收信息所需要的时间相比，DSP能够在较短的时间里对信息完成解调。数据包的长度可变，而且LLO数据包里可以有一个字段说明数据包的长度。单数据包应当足够长，这样DSP才能在同步字152到来之前完成同步。在一个优选实施方案里，对于GPS位置报告，第一个有效负荷154开始到同步字152之间的时间一般是1.8s。
在一个优选实施方案里，有效负荷数据包154中附加的FEC位是Reed-Solomon码，LLO数据包156里的FEC位是goalie码。
在理论上数据包154即LLO数据包156里的数据跟同步字152里的位组合有可能相同，尽管可能性不大。在一个可选实施方案里，数据有效负荷154里的数据被随机化，这样，即使一个数据包碰巧跟同步字相同，随后的数据包(可能是用不同的关键字随机化的)将包括不同的位组合，从而不会跟同步字一样。在发射之前用一个伪随机码序列将有效负荷154里的数据随机化。这一伪随机码是一个伪随机数发生器用一个种子值产生的。然后将这一种子值作为LLO数据包156里的一个字段跟数据有效负荷154一起发送。在一个优选实施方案里，每一个LLO数据包156都用一个不同的种子值。解调以后，DSP94利用这一种子重构一个伪随机码序列，它跟用来将有效负荷154随机化的伪随机码序列一样。然后利用重构的伪随机码序列对数据有效负荷154里的数据去随机化。在某一优选实施方案里，随机化和随后的去随机化是将数据有效负荷154跟伪随机码序列进行异或操作来完成的。
侧音回波消除本发明另一个重要特征是它能克服电话服务商的侧音和回波带来的影响。侧音是可以消除的，就象噪声一样，因为它是非相干的，而且是统计平稳的，但要消除数据回波就要困难得多。特别是，如果移动单元20和基地单元12同时发送数据，产生的回波就会干扰数据交换过程。
本发明利用数据信道的时分复用(TDM)技术解决了这一问题。这样，任何时刻只有一个单元在发射信号，或者是基地，或者是移动单元。发射单元不会收到任何回波，因为在发射期间里它不接收任何数据。同样，接收单元不会收到任何回波，因为在接收期间里它不发射任何信号。
图10说明本发明的发射请求检测器的基本工作过程。在图10里可以看到一系列时间段1001～1007。在移动单元的发射期间1001里，移动单元20发射信号，监测站12接收移动单元的数据(例如GPS位置报告)。移动单元发射时间段1001结束以后，紧接着的是移动单元的收听时间段1002。在移动单元的收听时间段1002里，移动单元20不发射任何数据，移动单元20进入收听(接收)模式。紧随移动单元收听时间段1002的是移动单元的发射时间段1003。如果在移动单元的收听时间段1002里没有收到任何数据，移动单元就在时间段1003里发射另一个GPS位置报告(或其它数据)，然后移动单元20又在收听时间段1004里重复收听过程，此时移动单元20又进入接收模式，监测站12发射一个发射请求消息。发射请求消息导致移动单元20在随后的时间段1005里维持在收听模式，监测站12则发射数据给移动单元20。一旦监测站12发射完，移动单元20就恢复它先发射然后接收这一正常的循环过程。
因此，这一网络里的数据传输广义地说是全双工的(因为可以在两个方向上传输数据)，但狭义地说它不是全双工的(因为任何时刻都只有一方在发射信号)。对于语音通信来说该系统是全双工的，因为监测中心12和车辆10乘客之间的通信是同时进行的。监测站从属于移动单元20。监测站12只有在移动单元20刚刚发送完一个消息时才能立即发送一个发射请求消息。这样，移动单元必须不断地向监测站发送消息。在正常的工作状态中，移动单元将大约每1.8s发送一次新的数据。当移动单元没有任何信息要发送时(例如GPS接收机出现了故障，或者车辆10正在隧道里)，它就必须发送填充数据包。填充数据包里没有任何有用数据(例如填充数据包里的数据可以全部是零)。监测站12将忽略填充数据包里的数据，但继续收到填充数据包保证了移动单元20跟监测站12维持在同步状态，并有助于维持通信信道通畅。
如上所述，移动单元20或监测站发射的数据包的长度是可变的。在一个优选实施方案里，移动单元发射时间段(例如1001、1003)的长度大约是1.8s，移动单元收听时间段(例如1002)的长度为200～300ms。在这一优选实施方案里，监测站12发送的发射请求消息是长度为200～300ms的无调制数据载波(2500Hz的正弦波)。
其它实施方案虽然本发明的优选实施方案采用了数字信号处理技术，但是还有其它的方式可以用于对语音信号和数据信号滤波，并将它们组合起来。这里选择了DSP是因为DSP有更好的滤波能力。本发明中DSP 94、110对语音信号进行12阶滤波。
在另一个实施方案里，这一系统的蜂窝呼叫装置集成在移动单元里。这一实施方案中有一个系统，使用户能够通过按下一个按钮或者隐藏的无声紧急按钮跟监测站取得联系。
这一优选实施方案支持将本发明集成到车辆(automobile)10里去，但除了车辆(automobile)以外的交通工具(vehicles)也可以采用这一发明。例如，本发明的移动单元可以用于跟踪个人、骑摩托车的人、狗拖的雪橇、小船、大船、飞机、气球或航天器，并跟它们保持通信。
在另一个实施方案里，监测中心12可以是车辆、卡车、小船、飞机、火车、直升机或者航天器上的移动台，其中的监测中心通过蜂窝电话或者无线电链路接收呼叫，并做出响应。
在另一个实施方案里，移动单元20是一个便携式单元，最好是一个手持单元。最好将系统做成便携式的单元，从而使个人能够将移动单元20拿在手上，或者带在身上。本发明的便携式实施方案使得个人能够同时发射语音信号和位置数据给监测中心12。便携式单元对于寻找需要警察或医疗紧急援助，或者在迷路时需要引导的个人特别有用。这种系统还可以跟车辆系统一起使用，以便帮助个人找到他们的车辆。另外，能够为GPS信号不能覆盖的地区提供GPS信号的假卫星能够进一步提高本发明中便携式实施方案的可靠性。
显然，本发明的上述方法和装置只是为了说明优选实施方案的应用，不是为了将本发明的范围限制在所介绍的具体形式上，相反，其目的是要将所有的这些可选方案、各种改进和等价方案都包括在本发明的范围之内，就象下面的权利要求所限定的一样。
权利要求
1.一种车辆跟踪和安全系统，它跟远地监测中心同时有语音和数据通信，该系统包括在所述车辆里产生语音信号的一个麦克风，在所述车辆里的一个全球定位系统(GPS)接收机，用于产生所述车辆的位置数据，跟麦克风相连用来去掉窄频带语音的一个滤波器，跟所述滤波器和所述GPS接收机相连的第一个信号处理器，用来将处于删除的窄频带语音范围的所述位置数据跟语音信号组合，一个蜂窝无线电发射机，用来从车辆里通过普通的蜂窝和电话网同时发射所述语音和数据信号给所述远处的监测中心，所述远处的监测中心里的第二个信号处理器，用于分离所述语音和位置数据信号，跟第二个信号处理器相连的一个电话，用来在远处的监测中心和所述车辆之间提供语音通信，和一台计算机和显示器，跟第二个信号处理器相连，用来在地图上显示所述位置数据信号给出的车辆的位置。
2.权利要求1的车辆跟踪和安全系统，其中蜂窝无线电能够发射和接收数据。
3.权利要求1的车辆跟踪和安全系统，其中一个信号处理器和第二个信号处理器中包括数字信号处理器。
4.权利要求3的车辆跟踪和安全系统，其中的数字信号处理器有一个TMS320C25数字信号处理器。
5.一种方法，用于同时传输语音和位置数据，用于跟车辆通信并跟踪车辆，该方法包括以下步骤接收位置数据；从车辆乘客获得通信信号；通过去掉所述通信信号里的一部分，并大体在这一位置上插入位置数据，将所述位置数据和所述通信信号组合成组合信号，其中的组合信号大体跟原始的通信信号相似。
6.权利要求5中同时传输语音和位置数据的方法，其中被去掉的那部分语音信号其中心频率一般为2500Hz。
7.一种方法，用于自动跟踪车辆的位置，并同时保证跟所述车辆之间高质量同时语音通信，该方法包括以下步骤从所述车辆和远处的跟踪监测站之间的语音通信信号中滤除一个很窄的频带，将来自位于所述车辆内全球定位系统接收机的车辆位置数据插入所述信号的窄频带里，这些数据的传输速率低于所述频带的最低频率；和在所述远处的跟踪站里去掉所述车辆位置数据，从而确认所述车辆的位置。
8.权利要求7中自动跟踪车辆位置并同时提供高质量语音通信的方法，其中的滤波、插入和去掉步骤使用了一种数字信号处理器。
9.跟踪车辆的一种系统，包括一个移动单元，包括用于接收全球定位系统信号的一个全球定位系统接收机；用于获得语音信号的一个麦克风；跟所述全球定位系统接收机和所述麦克风电相连的一个移动单元信号处理器，所述移动单元信号处理器将语音信号频带内的全球定位系统信号组合起来，产生一个组合信号用于发射，使得语音信号在去掉了全球定位系统信号以后不受影响；一个蜂窝通信装置，跟所述移动信号处理器相连，用于通过通信网络传输所述组合信号；和一个监测中心，用来接收所述组合信号，该监测中心包括一个监测中心信号处理器，用于分离所述全球定位系统信号和所述语音信号；一个电话，用于从所述监测中心信号处理器接收所述语音信号；和一台计算机，用于接收全球定位系统数据，该计算机有数字地图和用于显示该地图和地图上移动单元位置的一个显示装置。
10.权利要求9的系统，其中的组合信号包括所述语音信号，语音信号的一小部分被所述全球定位系统数据所取代。
11.权利要求9的系统，其中的移动单元信号处理器和所述蜂窝通信装置处理并发射所述组合信号的有效负荷，紧接着发射同步信息。
12.用于车辆的一种位置跟踪装置，该装置包括一个卫星接收机，用于获得卫星数据，这些卫星数据能够给出这一卫星接收机的位置；一个音频装置，用于从车辆获得音频信号；一个处理器，用于将所述音频信号和卫星数据组合成组合信号；和一个蜂窝通信装置，用于通过通信网络传输所述组合信号。
13.权利要求12的装置，其中的音频信息和卫星数据是同时传输的。
14.权利要求12的装置，其中的音频信息和卫星数据是连续发送的。
15.权利要求12的装置，其中的音频信息和卫星数据是同时连续发送的。
16.一种监测中心，用于跟移动单元通信，包括一个电话应答装置，用于接收包括语音信号和位置数据的呼叫，所述位置数据位于所述语音信号的频谱中；一个信号处理器，将所述位置数据从语音信号中分离出来，该信号处理器产生一个可以理解的语音信号；跟所述信号处理器相连的一个电话，该电话从所述信号处理器接收语音信号；和跟所述信号处理器相连的一台计算机，该计算机能够接收和处理所述位置数据。
17.权利要求16的装置，其中的信号处理器包括一个数字信号处理器。
18.权利要求16的装置，其中的计算机在地图上显示处理过的位置数据。
19.一种监测跟踪系统，包括一个移动单元，该移动单元包括能够获得位置数据信号的一个接收机；将车辆信息转换成电信号的一个传感器单元；跟所述接收机和传感器单元相连的一个信号处理器，它能处理所述位置数据信号和所述车辆信息；跟所述信号处理器相连的一个通信装置，该通信装置发射所述处理过的位置数据信号和车辆信息；跟所述传感器单元相连的一个微处理器，它让所述通信装置自动打电话；一个监测中心，它能接受所述处理过的位置数据信号和车辆信息。
20.权利要求19的监测跟踪系统，其中的车辆信息包括来自所述移动单元的口头信息。
21.权利要求19的监测跟踪系统，其中的车辆信息包括关于对所述车辆的未授权的行动的信息。
22.权利要求19的监测跟踪系统，其中的传感器单元包括一个开门检测器。
23.权利要求19的监测跟踪系统，其中的传感器单元包括一个震动传感器。
24.权利要求19的监测跟踪系统，其中的传感器单元包括一个电池电流传感器。
25.权利要求19的监测跟踪系统，其中的车辆信息包括说明车辆已经改变了位置的信息。
26.权利要求19的监测跟踪系统，还包括一个可以从所述监测中心控制的引擎熄火装置。
27.一种利用通信网络的通信和跟踪系统，包括用于获得位置信息的一个接收机；用于获得通信信号的一个通信装置；一个处理器，用于对所述位置信息打包并在所述通信信号里发送；和，能发射所述位置信息和所述通信信号的一个发射装置。
28.权利要求27的系统，其中的通信装置有一个麦克风。
29.权利要求27的系统，其中的位置信息包括来自卫星的信号。
30.权利要求27的系统，其中的发射机被配制成用于连续发送位置数据。
31.权利要求27的系统，其中的位置数据和通信信号被组合起来作为组合信号同时发送，这样，当组合信号被解码后，包括语音的通信信号是能够听懂的。
32.一种系统，用于跟车辆通信并对它实行跟踪，包括接收数据的接收装置，从这些数据可以确定所述接收装置的位置；获得车辆乘客信息的输入装置；跟所述接收装置和输入装置相连的处理装置，用于将来自所述接收装置的接收数据跟来自所述输入装置的车辆乘客信息组合成组合信号；跟所述处理装置相连的发射装置，用于发射所述组合信号给监测中心；监测中心装置，用于获得并拆分所述组合信号，跟所述车辆乘客通信，并跟踪所述车辆。
33.跟车辆通信并跟踪车辆的一种方法，包括以下步骤接收位置数据；从车辆乘客获得通信信号；将所述位置数据组合进所述通信信号的频谱之中形成组合信号；和发射所述组合信号给监测中心。
34.权利要求23的方法，包括所述监测中心接收所述组合信号并从所述通信信号里分离出所述位置数据的步骤。
35.权利要求33的方法，其中获得通信信号的步骤包括利用麦克风将语音信号变成电信号的步骤。
36.一种车辆跟踪安全系统，跟远处的监测中心同时有语音和数据通信，包括在车辆里产生语音信号的一个麦克风，车辆里的一个全球定位系统(GPS)接收机，用于获得车辆的位置数据，跟所述麦克风和所述GPS接收机相连的第一个信号处理器，该信号处理器从所述语音信号中去掉一个很窄的频带，并将所述位置数据跟去掉了很窄一个频带的语音信号组合，跟所述GPS接收机和第一个信号处理器相连的一个微处理器，它能让系统进入睡眠模式以节省电力，并在确定时刻给所述GPS接收机和所述第一个信号处理器供电，跟所述组合语音和位置数据信号相连的一个蜂窝无线电发射机，用于从车辆通过普通的蜂窝和电话网向所述远处的监测中心同时发射所述组合语音和位置数据信号，所述远处的监测中心里的第二个信号处理器，用于分离所述语音和位置数据信号，跟第二个信号处理器相连的一个电话，用于在远处的监测中心和所述车辆之间进行语音通信，和跟第二个信号处理器相连的一台计算机和显示器，用于利用所述位置数据信号在地图上显示所述车辆的位置。
37.权利要求36的车辆跟踪和安全系统，其中的睡眠模式包括一种低功耗状态，其中的GPS接收机、第一个信号处理器和蜂窝无线电发射机不消耗电力。
38.权利要求36的车辆跟踪和安全系统，其中使系统进入睡眠模式以节省电力的微处理器包括一个PIC微处理器。
39.电池供电的电子系统里的一种节电方法，包括以下步骤检测什么时候电子系统在消耗电池电力；经过一段预定时间以后，关掉所有非基本系统部件的电源，使所述系统进入睡眠模式以节省电池电力；在预定时刻给某些非基本系统部件供电一段时间，以便监测系统状态和接收数据。
40.权利要求39的节电方法，其中的电子系统包括一个车辆跟踪和通信系统。
41.权利要求39的节电方法，其中的基本系统部件包括一个微处理器。
42.权利要求41的节电方法，其中微处理器在加上9～16V电源时消耗的电流不超过30mA。
43.车辆跟踪系统里的一种节电方法，包括以下步骤检测车辆何时不被使用；断开所有耗电电子部件的电源，车辆不在使用时要维持系统存储器继续工作的那些除外；在预定时刻给所述电子部件供电，以检查系统状态，并让所述车辆跟踪系统接收来自监测中心的呼叫。
44.一种车辆跟踪和安全系统，跟远处的监测中心同时有语音和数据通信，包括在所述车辆里产生语音信号的一个麦克风，在所述车辆里的一个全球定位系统(GPS)接收机，用于产生所述车辆的位置数据，跟麦克风相连用来去掉一个很窄的语音频带的一个滤波器，跟所述滤波器和所述GPS接收机相连的第一个信号处理器，用来将处于删除的语音频带范围的所述位置数据跟语音信号组合，一个蜂窝无线电发射机，用来从车辆里通过普通的蜂窝和电话网同时发射所述语音和数据信号给所述远处的监测中心，跟所述蜂窝无线电发射机相连的一个无声求助传感器，启动以后用来自动呼叫所述远处的监测中心，所述远处的监测中心里的第二个信号处理器，用于分离所述语音和位置数据信号，跟第二个信号处理器相连的一个电话，用来在远处的监测中心和所述车辆之间提供语音通信，和一台计算机和显示器，跟第二个信号处理器相连，用来在地图上显示所述位置数据信号给出的车辆的位置。
45.权利要求44的车辆跟踪和安全系统，其中的无声求助传感器包括一个可以启动的信号装置，它能让所述蜂窝无线电发射机在所述车辆和所述监测中心之间建立一条通信链路。
46.权利要求44的车辆跟踪和安全系统，其中的无声求助传感器包括一个地毯下的按钮。
47.一种车辆安全系统，它有一个紧急开关，用来秘密地发送包括位置数据的一个紧急信号给远处的监测中心，包括一个全球定位系统(GPS)接收机，用来接收卫星信号，以计算GPS接收机的位置，蜂窝电话部件，用于获得并提供语音信号，以及发射和接收组合信号，跟所述蜂窝电话部件和所述GPS接收机相连的一个数字信号处理器，这一末端信号处理器将接收到的卫星信号组合进所述语音信号，产生一个组合信号，一个紧急开关，启动的时候，能够自动呼叫监测中心，并向监测中心发送所述组合信号，其中的组合信号包括求助信号和GPS数据，一个监测中心，能够接收和分离所述组合信号，已确定车辆的位置。
48.权利要求47的车辆安全系统，其中的紧急开关包括一个可以用脚操作的隐蔽开关。
49.权利要求47的车辆安全系统，其中当紧急开关被按下时，在监测中心和所述车辆之间建立起一条通信链路，从而让监测中心能够听到车辆内的声音。
50.车辆内用于秘密地发出求助信号的一种系统，包括用于接收位置数据的一个位置数据接收机；跟所述位置数据接收机相连的一个通信装置，该通信装置从所述车辆里发送信号；所述车辆里的一个无声求助传感器，被触发时，自动地让所述通信装置发送出所述位置数据和求助信息。
51.权利要求50中秘密地发出求助信号的系统，其中的通信装置包括蜂窝电话部件。
52.权利要求50中秘密地发出求助信号的系统，其中的通信装置发送并接收信息。
53.从已调制信号里提取数据的一种解调器，这一已调制信号是通过调制未调制载波信号产生的，该解调器包括一个缓冲器，用于储存所述已调制信号的多个时域取样；和一个解码器，用于从所述取样提取所述数据，该解调器被设置成用所述多个时域取样重建未调制载波信号，作为重建载波信号；识别所述已调制信号里的同步字；和利用重建载波，从同步字开始，用多个时域取样提取所述数据。
54.权利要求53的解调器，其中的解码器包括跟存储器相连的一个计算机处理器，和存在所述内存里的解调器软件。
55.权利要求53的解调器，其中的解码器包括可跟一个存储器相连的一个数字信号处理器，和存储在所述存储器里的解调器软件。
56.权利要求53的解调器，其中的已调制信号是用相移键控方式产生的。
57.权利要求56的解调器，其中的已调制信号是用二进制相移键控方式产生的。
58.从已调制信号提取多个数据位的一种方法，这一已调制信号是通过调制一个未调制载波信号而产生的，所述数据位被排成一个序列，这一序列以一个开始数据位开始，用一个结束数据位结束，该方法包括以下步骤储存所述已调制信号的多个时域取样；从所述多个时域取样重建所述未调制载波信号，作为重建载波；识别所述已调制信号里的同步字；和利用所述同步字和重建载波，从所述时域取样提取所述数据位序列。
59.权利要求58的方法，其中提取未调制载波信号的步骤是用一个Costas环完成的。
60.权利要求58的方法，其中提取所述数据位序列的步骤首先提取结束数据位，最后提取开始数据位。
61.权利要求58的解调器，其中的已调制信号是用相移键控方式产生的。
62.权利要求58的方法，该方法还包括以下步骤在所述数据位序列中确定一个伪随机数发生器种子；利用这一种子产生一个伪随机数序列；和利用这一伪随机数序列去掉所述数据位在前面加上的随机化。
63.权利要求58的方法，该方法还包括以下步骤在所述数据位序列里确定一个或更多的纠错码；利用所述纠错码确定所述数据位序列中的差错。
64.权利要求63的方法，其中的纠错码是Reed-Solomon码。
65.权利要求58的方法，其中的多个数据位被分成多个数据包，每一个数据包都有一个同步字。
66.权利要求65的方法，其中每一个数据包都有一个长度字段，从而允许数据包的长度各不相同。
67.权利要求66的方法，其中每一个数据包都分成多个有效负荷。
68.权利要求67的方法，其中每一个有效负荷都包括多个纠错位。
69.一种方法，用于减少通信系统里由于通信信道内部反射而产生的传输差错，该通信系统包括所述通信信道、一个主收发信机和一个从属收发信机，该方法包括以下步骤(1)在第一个有限时间段里通过所述通信信道从所述主收发信机向所述从属收发信机发射第一个上行链路数据包；(2)在第二个有限时间段里让所述主收发信机处于收听模式；以及(3)如果从属收发信机在第二个时间段里发射一个告警信息给主收发信机，就在第三个有限时间段里通过所述信道从从属收发信机向主收发信机发射第一个下行链路数据包。
70.权利要求69的方法，还包括在第四个有限时间段里通过所述通信信道从主收发信机向从属收发信机发射第二个上行链路数据包的步骤。
71.权利要求69的方法，其中的告警信息包括一个未调制载波。
72.权利要求69的方法，其中的步骤1、2和3重复多次，产生对应于长度可变的多个上行数据包的多个长度可变的第一个时间段和长度可变的多个第三个时间段。
73.权利要求69的方法，其中的步骤1、2和3重复多次，产生对应于长度可变的多个上行链路数据包的多个长度可变的第一个时间段。
74.权利要求69的方法，其中第三个时间段有一个最大长度限制。
75.权利要求74的方法，该方法还包括如果没有第一个上行链路数据包，就在第一个时间段里发送填充数据包的步骤。
76.一种语音和数据通信系统，包括一个移动单元，它包括获得位置数据信号的一个接收机；接收语音信号的一个麦克风；接收和处理所述位置数据信号和语音信号的一个信号处理器；跟所述信号处理器相连的一个通信装置，该通信装置被设置成发射所述处理过的位置数据信号和语音信号；和跟所述移动单元相距很远的一个监测中心，该监测中心接收和分离所述处理过的位置数据信号和语音信号。
77.权利要求76的通信和定位系统，其中的移动单元是一个便携式移动单元。
78.权利要求76的通信和定位系统，其中的移动单元是一个手持式移动单元。
全文摘要
公开了一种系统,它利用蜂窝通信部件和全球定位系统部件跟踪和监测车辆。该系统连续地同时发射语音信号和位置数据给监测中心。监测中心包括有关部件,用来跟车辆通信,并利用计算机确定车辆在数字地图上的位置。
文档编号H04Q7/34GK1268088SQ98808573
公开日2000年9月27日 申请日期1998年6月23日 优先权日1997年6月25日
发明者R·L·希尔曼, B·L·多尔 申请人:内沃克斯公司