JP2006010311A - 中継方式障害物検出システムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本障害物検出システムは、親局、1以上の中継子局および受信子局を備える。親局は、中継に使用する第1の子局の1つを指定する第1の局識別情報と送信先である第2の子局を指定する第2の局識別情報とを含むパケットを生成し、搬送波を発生し、中継に使用する第1の子局に向けてパケットを搬送波により送信し、中継に使用する中継子局が少なくともパケットを中継送信する期間は、搬送波の送信を継続する。中継子局は、到来する電波を受信して受信データを獲得し、受信データに含まれる第1の局識別情報が自局宛である場合に限り、親局から受信した信号を中継送信し、中継送信に続いて、パケットに付加する情報を送信する。受信子局の1つと親局との通信が正常に行われたと判断できる場合、その子局と親局との経路には障害物がないと判断する。
【選択図】図1A
Description
また、出願人は、無線通信機能とレーダ機能を備えた通信統合レーダ装置と自局宛のパケットを受信した場合に後続のレーダ波を折り返し送信する無線通信機能を備えた複数のアクティブターゲット装置から構成され、無線通信とレーダの機能により、通信統合レーダ装置とアクティブターゲット装置との間の障害物の有無、相対距離、相対速度などを検出するシステムを開示した(特許文献3)。
上瀧實編「ミリ波技術の手引きと展開」リアライズ社、1993年6月30日発行(第7章「踏切障害物検出システム」、pp.175-188) 上瀧實、瀧本幸男編集委員長「ミリ波技術の基礎と応用」リアライズ社、1998年7月31日発行(第2部第2章「FMCW方式」、pp.233-234)
本発明は、コストを抑えて通信経路網を増やすことにより解像度を高めたり検出範囲を拡大することが可能な障害物検出システムを提供することを目的とする。
第1の子局の各々が、パケットに付加する情報を中継手段を用いて送信した後、親局への中継を許可する第2の許可手段と、第2の許可手段の制御下にあり、第2の各子局から受信した信号を親局に向けて中継送信する第2の中継手段と、受信データに親局の局識別情報が含まれる場合に限り、応答パケットに付加する情報を前記第2の中継手段を用いて送信する第2の送信手段とを備え、かつ判断手段が、応答パケットに含まれる情報に基づいて判断する構成としてもよい。これにより、親局は、障害物検出に用いるデータをすべて無線通信により収集することができるので、受信子局と障害物検出制御装置との間に通信リンクを設ける必要がなくなるので、好都合である。
通信波とレーダ波の中継を行うことにより、電波の反射物が検出エリアの近傍に有る場合でもより正確できめ細かい障害物検出が可能となる。
〔第1の実施形態〕
図1Aは、本発明の第1の実施形態による中継方式障害物検出システムの構成を概念的に示す略ブロック図である。図1Aにおいて、中継方式障害物検出システム500は、親局A11、少なくとも1組の中継子局B1i(図1Aの例では、i=1,2である)と受信子局C1j(図1Aの例では、j=1,2である)、および親局A11と中継子局C1jとの通信リンクを備えた障害検出制御装置D10からなる。中継子局B1iと受信子局C1jは互いにほぼ対向するような相対的位置関係に配置され、親局A11は、受信子局C1jと同じ側にあり、中継子局B1iと互いにほぼ対向するような位置関係に配置される。
各中継子局B1iは、親局A11を無線の覆域に納める受信アンテナ11、受信アンテナ11からの受信信号から受信データを取り出す無線受信部12、無線受信部12からのデータから応答パケットを生成する制御部13および制御部13から渡される応答パケットから送信信号を生成する無線送信部14を備える。無線送信部14は、制御部13の出力を変調する変調部16と親局A11からの搬送波CWを増幅すると共に変調部16の出力信号で振幅変調を行う増幅器17とで構成される。増幅器17の出力は、受信子局C11およびC12を無線の覆域に納める広指向性の送信アンテナ15に接続される。
その他、障害物検出を判断する方式として障害物検出制御装置D10から親局A11が送信する送信パケットの各種情報Kに固有パターン情報を入力し、受信子局Cからの固有パターン情報の受信成否を分析して障害物検出の判断を行ってもよい。
図2Aは、本発明の第2の実施形態による中継方式障害物検出システムの構成を概念的に示す略ブロック図である。図2Aの中継方式障害物検出システム510は、親局がA11からA21に置き換わり(即ち、制御部4が制御部4aに置き換わり)、中継子局B1iが中継子局B2iに置き換わった点を除けば、図1Aの中継方式障害物検出システム500と同じである。中継子局B2iは、無線送信部14と送信アンテナ15が追加された点を除けば、中継子局B1iと同じである。したがって、図2Aの中継子局B2iは、受信したパケットを内蔵する2系統の無線送信部により、それぞれの覆域に向けて送信することができるので、図1Aの中継子局B1の2台分の役割を果たす。
図2Bは、図2Aの中継方式障害物検出システム510で使用されるパケットの構造および流れを示す図である。図2Cおよび2Dは、図2Aの親局A21および各中継子局B2iの動作をそれぞれ示すフローチャートである。図1Bから1Dを参照して、中継方式障害物検出システム510の動作を説明する。ここでは、説明を簡単にするために、親局A21が中継子局B21の増幅器AMP1を経由して受信子局C12に向けてパケットを送る場合について説明する。
〔第3の実施形態〕
図3Aは、本発明の第3の実施形態による中継方式障害物検出システムの構成を概念的に示す略ブロック図である。図1Aにおいて、中継方式障害物検出システム520は、親局A31、親局A31と双方向の無線通信を行う中継子局B31およびB32、中継子局B31と双方向の無線通信を行う受信子局C3IおよびC32、中継子局B32と双方向の無線通信を行う受信子局C33およびC34、および親局A31との通信リンクを備えた障害検出制御装置D30からなる。親局A31と受信子局C31〜C34は、中継子局B31およびB32とほぼ対向するように同じ側に配列される。
〔第4の実施形態〕
図4Aは、反射波が発生する状況において本発明の第4の実施形態により中継方式で障害物を検出する図である。図4Aにおいて、中継方式障害物検出システム530は、特許文献3で開示されている無線通信機能とレーダ機能を備えた親局A31r、受信したレーダ波を変調,増幅して送り返すアクティブターゲット装置C31r、データパケットの中継と共にレーダ波の中継も行う中継子局B31r、および親局A31rに通信可能に接続された障害物検出制御装置D31rを備えている。Sは障害物、Rは反射物を示す。図4Bは、図4Aの親局A31rの構成を示すブロック図である。
なお、親局A31rが中継局識別情報Iを送信して、各種情報L2を受信するまでのパケットの流れは図3Dと同じである。
一方、受信子局C31rでは、自局宛の受信局識別情報Jを受信した場合、受信したレーダ波Rに対してアクティブターゲット機能を用いて折り返しアクティブターゲット・レーダ波ATを送信する。
なお、本実施形態による中継子局B31rは親局A31rから自局宛の中継局識別情報Iを正常に受信した場合にレーダ波の中継を行う。
図5Aは、本発明の第5の実施形態により複数の親局を用いる中継方式障害物検出システムの構成機器の配置を示すシステム構成図である。本実施形態では、監視(または検出)領域を複数の検出領域に分ける。例えば、図5Aの例では、U1、U2、U3の3検出領域に分けている。
上述の実施例では、親局が3の場合を説明したが、上述の説明から分かるように親局の数は幾つあってもよい。例えば、図5Gは、本発明の本実施形態により障害物検出範囲を5つの領域U1〜U5に分割し、領域U1〜U5に中央親局A31b、支親局A41〜A44をそれぞれ配置した中継方式障害物検出システムの例を示す。各領域は、次の表に示すように親局、中継子局および受信子局からなる障害物検出サブシステムを形成している。
------------------------------表---------------------------------
領域 親局 中継子局 受信子局
------------------------------------------------------------------
U1 A31b B31 C31
U2 A41 B32 C32
U3 A42 B34 C33
U4 A43 B35 C34
U5 A44 B36 C35
B37 C36
上記の表において、横に並んだ親局、中継子局および受信子局は、それぞれ隣接するものどうしが双方向に通信を行う。U5においては、親局A44は、中継子局B36およびB37の両方と通信を行う。図5Gから分かるように、各領域の障害物検出サブシステムは、必ずしも同じ構成である必要はなく、それぞれ任意の構成を取ることができる。なお、支親局A41とA42は、中継子局33を介して通信を行うが、支子局A43とA44のように直接通信を行ってもよい。
図7は、図6の親局装置A51のレーダ送信手順を示す図である。図6で示した回路構成の親局A51を用いて複数の親局がレーダ機能を行い、各親局は主従の関係になく自立的にレーダ機能を動作させる状況において、図7に示す通信統合レーダ装置のレーダ送信手順を行うことにより、極力レーダ波の混信を避ける事が可能となる。
レーダ送信フラグの自局が用いるレーダ方式、例えば、FMCW方式、パルスレーダ方式、スペクトル拡散方式等の情報を含め、受信局側で時間t2の算出の計算に用いて方式毎に最適値を算出しても良い。
図8Aは、子局機能をとレーダ機能を持つ第2の親局A51aの構成を示すブロック図である。図8Bは、図8Aの効果を示す周波数対電力の関係を示すグラフである。図8Aの親局A51aは、図6の親局A51の無線受信部2の入力側に帯域通過フィルタ(BPF)32を挿入したものである。図8Bに示すようにBPF32を備え通信機能で使用する帯域とレーダ機能で使用する帯域を分離する事により、自局がレーダ波の送受信を行っている場合でもレーダ送信フラグの受信が可能となる。
図9は、本発明の第1の実施形態による中継方式障害物検出方式を踏切に応用した実施例を示す。親局A11の送信アンテナと受信アンテナには中継子局B11、B12、B13を覆域に納める広指向性アンテナが備えられている。中継子局B11の送信アンテナには受信子局C11およびC12を覆域に納める広指向性アンテナ、受信アンテナには親局A11を覆域に納める狭指向性アンテナが備えられている。中継子局B12の送信アンテナには受信子局C11を覆域に納める狭指向性アンテナ、受信アンテナには親局A11を覆域に納める狭指向性アンテナが備えられている。中継子局B13の送信アンテナには受信子局C12を覆域に納める狭指向性アンテナ、受信アンテナには親局A11を覆域に納める狭指向性アンテナが備えられている。受信子局C12の受信アンテナには中継子局B11、B13を覆域に納める広指向性アンテナが備えられている。受信子局C11の受信アンテナには中継子局B11、B12を覆域に納める広指向性アンテナが備えられている。
図10は、図9の踏切障害物検出システムに受信子局C13を追加したものである。 子局に比べると回路規模の大きい親局A11は車両走行による飛石や部外者による悪戯を避けるため高所に設置している。中継子局と受信子局間の設置高は人や車両が無線網を遮断する高さに設置せれている。 この設置方法によれば、図の構成から受信子局C13を1台追加する事により図9と同じ7本の無線網の遮断による障害物検出を行うことが可能となり、更に親局A11の飛石による故障や部外者による悪戯を避ける事が可能となる。
図11は、本発明の第2の実施形態(図2)を応用した踏切障害物検出システムの構成を示す配置図である。図11では、中継子局B21,B23に図2Aで説明した中継子局を用いる。図11に示す機器設置状況は、中継子局B21と受信子局C21との間の伝搬距離E1は短く、中継子局B21と受信子局C22間の伝搬距離E2は長くなり、B23とC22との間の伝搬距離E3は短くB23とC21との間の伝搬距離E4は長くなる状況である。
図12は、本発明の第3の実施形態(図3)を応用した踏切障害物検出システムの構成を示す配置図である。親局A31の送信アンテナおよび受信アンテナには、中継子局B31,B32,B33,B34を覆域に納める広指向性アンテナが使用されている。中継局B31,B32,B33,B34には広い指向性の送信アンテナと受信アンテナが設置されており、各アンテナはA31、C31またはC32を覆域に納めている。受信子局C31の送信アンテナと受信アンテナには、中継子局B31,B32,B33を覆域に納める広指向性アンテナが使用されている。受信子局C32の送信アンテナと受信アンテナには、中継子局B32,B33,B34を覆域に納める広指向性アンテナが使用されている。
上記の構成では親局A31を障害物検出制御装置D30に接続し、他の装置は障害物検出制御装置D30に接続を行うことなく、8本の無線網の遮断によって障害物検出を行うことが可能となる。
さらに、レーダ機能を備えた親局装置を用いることことに加え、図7に示したレーダ送信手順を採用することにより、図12の障害物検出範囲に重なる親局が自立的に動作する新たな障害物検出範囲を仮設する場合、障害物検出制御装置D30に新たに信号線を接続することなく設置可能となる。
図13は、本発明の第3の実施形態(図3)を用いて駅線路内の障害物を検出するシステムの構成を示す配置図である。親局A31の送信アンテナおよび受信アンテナには、中継子局B31を覆域に納める狭指向性アンテナが用いられる。中継局B31には狭指向性の送信アンテナと受信アンテナが設置されており、各アンテナは親局A31または受信子局C31を覆域に納めている。受信子局C31の送信アンテナと受信アンテナには、中継子局B31を覆域に納める狭指向性アンテナが用いられる。
図14は、本発明の第1の実施形態を用いたセキュリティシステムの実施例の構成を示す配置図である。図14のセキュリティシステムは、人の身長のほぼ中央の位置に配置された親局A11、親局A11とほぼ対向する垂直線上に配置された中継子局B11、B12およびB13、ならびに親局A11と同じ側に中継子局とほぼ対向するように配置された受信子局C11およびC12からなる。親局A11には障害物検出制御装置D10が接続されている。壁Eは例えば、搬送波にミリ波帯を使用する場合、ミリ波帯の透過係数の小さいベニヤ板等の建材を使用する事により、不審者にセキュリティシステムの存在を全く覚られることなく運用できる。
以上は、本発明の説明のために実施例を掲げたに過ぎない。したがって、本発明の技術思想または原理に沿って上述の実施例に種々の変更、修正または追加を行うことは、当業者には容易である。
図2Aの中継子局B2iは、無線送信部14を2系統備えている。しかし、無線送信部14と送信アンテナ15を3系統以上備え、それぞれの送信アンテナを通信相手である受信子局C2j(特に、i=jの場合)に向けるように構成してもよい。
図5Aにおいて、B31の位置に中継子局を配置したが、B31の位置にさらなる支親局を配置し、左の方へも複数の検出領域を設置してもよい。
前記親局は、
中継に使用する第1の子局の1つを指定する第1の局識別情報と送信先である第2の子局を指定する第2の局識別情報とを含むパケットを生成する手段と、
搬送波を発生する手段と、
前記の中継に使用する第1の子局に向けて前記パケットを前記搬送波により送信する送信手段と、
前記の中継に使用する第1の子局が少なくとも前記パケットを中継送信する期間は、前記搬送波の送信を継続する手段とを備え、
前記の少なくとも1つの第1の子局の各々が、
到来する電波を受信して受信データを得る手段と、
前記受信データに含まれる前記第1の局識別情報が自局宛である場合に限り、前記中継を許可する許可手段と、
前記許可手段の制御下にあり、前記前記親局から受信した信号を中継送信する中継手段と、
前記中継送信に続いて、前記パケットに付加する情報を前記中継手段を用いて送信する送信手段とを備え、さらに
前記第2の子局の1つと前記親局との通信が正常に行われたと判断できる場合、当該子局と前記親局との経路には障害物がないと判断する判断手段を備えた
ことを特徴とする中継方式障害物検出システム。
前記送信手段は、前記親局から受信した前記搬送波を用いて送信する
ことを特徴とする付記1記載の中継方式障害物検出システム。
前記許可手段が、前記パケットに含まれる前記第2の局識別情報に関係付けられた送信手段を許可する手段を含む
ことを特徴とする付記1記載の中継方式障害物検出システム。
前記許可手段が、前記パケットに含まれる前記識別情報に関係付けられた送信手段を許可する手段を含む
ことを特徴とする付記1記載の中継方式障害物検出システム。
前記の少なくとも1つの第1の子局の各々が、
前記パケットに付加する情報を前記中継手段を用いて送信した後、前記親局への中継を許可する第2の許可手段と、
前記第2の許可手段の制御下にあり、前記第2の各子局から受信した信号を前記親局に向けて中継送信する第2の中継手段と、
前記受信データに前記親局の局識別情報が含まれる場合に限り、前記応答パケットに付加する情報を前記第2の中継手段を用いて送信する第2の送信手段とを備え、かつ
前記判断手段が、前記応答パケットに含まれる情報に基づいて判断する
ことを特徴とする付記1記載の中継方式障害物検出システム。
障害物までの距離を測定できるレーダ手段と、
前記の少なくとも1つの第2の子局の各々に対する前記親局からの距離を予め測定し前記第2の子局の各々に関係付けて記録した記憶手段とを含み、かつ
前記判断手段が、前記記憶手段に記憶され、前記第2の子局の1つに関係付けられた距離と前記レーダ手段による測定値との比較に基づいて判断を行う
ことを特徴とする付記1乃至5の何れか一項に記載の中継方式障害物検出システム。
前記複数の領域に配置された前記親局は、1つの第1の親局とその他の第2の親局からなり、前記第1の親局から始まる前記第2の親局の通信順序が予め設定されており、
第1の親局は、
下流の第2の親局に要求または指示を周期的に送信する手段と、
前記要求または指示に応じて前記の下流の第2の親局から送られる検査結果を受信し記憶する手段とを備え、
前記第2の各親局は、
上流の第1または第2の親局からの前記要求または指示を受信した場合、これに応じて、自分の領域の障害物検出結果を、下流の第2の親局から受信した検査結果がある場合は当該検査結果と共に、前記の上流の第1または第2の親局に送る手段と、
下流の第2の親局に要求または指示を周期的に送信する手段と、
前記要求または指示に応じて前記の下流の第2の親局から送られる検査結果を受信し記憶する手段とを備え、
前記判断手段が、前記第1の親局の検査結果と収集した検査結果を使用して判断する
ことを特徴とする付記5または6記載の中継方式障害物検出システム。
他局からのレーダ送信フラグを受信して他局レーダ測距機能の精度を劣化させることのないように自局からの干渉を回避する手段、
他局が自局のレーダ送信フラグを受信可能となる時間の算出する手段、
前記の算出した時間に基づいてレーダ機能と通信機能の動作タイミングを制御する手段をさらに備えた
ことを特徴とする付記6記載の中継方式障害物検出システム。
前記親局が、
中継に使用する第1の子局の1つを指定する第1の局識別情報と送信先である第2の子局を指定する第2の局識別情報とを含むパケットを生成し、
搬送波を発生し、
前記の中継に使用する第1の子局に向けて前記パケットを前記搬送波により送信し、
前記の中継に使用する第1の子局が少なくとも前記パケットを中継送信する期間は、前記搬送波の送信を継続し、
前記の少なくとも1つの第1の子局の各々が、
到来する電波を受信して受信データを獲得し、
前記受信データに含まれる前記第1の局識別情報が自局宛である場合に限り、前記中継を許可し、
前記許可に基づいて、前記前記親局から受信した信号を中継送信し、
前記中継送信に続いて、前記パケットに付加する情報を前記中継手段を用いて送信し、
前記第2の子局の1つと前記親局との通信が正常に行われたと判断できる場合、当該子局と前記親局との経路には障害物がないと判断する
ことを特徴とする中継方式障害物検出方法。
B1i、B2i、B3i 中継子局
C1i、C2i、C3i 受信子局
D10、D20、D30 障害物検出制御装置
1、1a、4、4a、4b、4c、4d、13、13a、13b 制御部
2、12 無線受信部
3、11 受信アンテナ
6、15 送信アンテナ
5、14 無線送信部
16 変調部
17 増幅器(AMP)
18、20 切替回路
19 搬送波発振器
21 メモリ
24 ミキサ
30 レーダ部
32 帯域通過フィルタ(BPF)
Claims (5)
- 通信開始機能を備えた親局、受信した電波を中継送信する少なくとも1つの第1の子局、少なくとも電波受信機能は有する少なくとも1つの第2の子局を備えた障害物検出システムであり、
前記親局は、
中継に使用する第1の子局の1つを指定する第1の局識別情報と送信先である第2の子局を指定する第2の局識別情報とを含むパケットを生成する手段と、
搬送波を発生する手段と、
前記の中継に使用する第1の子局に向けて前記パケットを前記搬送波により送信する送信手段と、
前記の中継に使用する第1の子局が少なくとも前記パケットを中継送信する期間は、前記搬送波の送信を継続する手段とを備え、
前記の少なくとも1つの第1の子局の各々が、
到来する電波を受信して受信データを得る手段と、
前記受信データに含まれる前記第1の局識別情報が自局宛である場合に限り、前記中継を許可する許可手段と、
前記許可手段の制御下にあり、前記前記親局から受信した信号を中継送信する中継手段と、
前記中継送信に続いて、前記パケットに付加する情報を前記中継手段を用いて送信する送信手段とを備え、さらに
前記第2の子局の1つと前記親局との通信が正常に行われたと判断できる場合、当該子局と前記親局との経路には障害物がないと判断する判断手段を備えた
ことを特徴とする中継方式障害物検出システム。 - 前記親局は、前記の中継に使用する第1の子局が少なくとも前記パケットを中継送信する期間は、前記搬送波の送信を継続する手段を備え、かつ
前記送信手段は、前記親局から受信した前記搬送波を用いて送信する
ことを特徴とする請求項1記載の中継方式障害物検出システム。 - 前記第1の子局が、前記中継手段を含む前記送信手段を複数備え、かつ
前記許可手段が、前記パケットに含まれる前記第2の局識別情報に関係付けられた送信手段を許可する手段を含む
ことを特徴とする請求項1記載の中継方式障害物検出システム。 - 前記第2の各子局は、前記パケットを受信すると、該パケットに含まれる前記第2の局識別情報が自分宛である場合、前記親局の局識別情報と自局の識別情報を含む付加情報とを含む応答パケットを前記パケットの送り主に向けて送り返す手段を備え、
前記の少なくとも1つの第1の子局の各々が、
前記パケットに付加する情報を前記中継手段を用いて送信した後、前記親局への中継を許可する第2の許可手段と、
前記第2の許可手段の制御下にあり、前記第2の各子局から受信した信号を前記親局に向けて中継送信する第2の中継手段と、
前記受信データに前記親局の局識別情報が含まれる場合に限り、前記応答パケットに付加する情報を前記第2の中継手段を用いて送信する第2の送信手段とを備え、かつ
前記判断手段が、前記応答パケットに含まれる情報に基づいて判断する
ことを特徴とする請求項1記載の中継方式障害物検出システム。 - 前記親局が、
障害物までの距離を測定できるレーダ手段と、
前記の少なくとも1つの第2の子局の各々に対する前記親局からの距離を予め測定し前記第2の子局の各々に関係付けて記録した記憶手段とを含み、かつ
前記判断手段が、前記記憶手段に記憶され、前記第2の子局の1つに関係付けられた距離と前記レーダ手段による測定値との比較に基づいて判断を行う
ことを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の中継方式障害物検出システム。
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