JP2012121400A - On-vehicle train control apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve resonance frequency detection accuracy by preventing erroneous detection of the resonance frequency of a ground coil without using a feedback oscillation circuit.SOLUTION: The on-vehicle train control apparatus includes a signal creation unit 12, a pickup coil 11 and a signal detection unit 13. The signal creation unit 12 creates a frequency sweeping signal by sweeping a frequency in an allowable variation range including the resonance frequency of a resonator in a specific time cycle. The pickup coil 11 has a first coil 11a that receives the frequency sweeping signal, and a second coil 11b that obtains the signal by the electromagnetic connection with the first coil, and obtains the signal component corresponding to the resonance frequency of the resonator out of the frequency sweeping signals received by the first coil 11a with the second coil 11b via the ground coil 15, when the pickup coil is electromagnetically connected with the ground coil 15. In the signal detection unit 13, the signal obtained by the second coil 11b of the pickup coil 11 is subjected to Fourier transform in a time cycle equal to the specific time cycle, and the detection treatment of the ground coil 15 is performed on the basis of the signal after the Fourier transform.

Description

この発明の実施形態は、自動列車停止(Automatic Train Stop:ATS)の列車制御車上装置に関するものである。   An embodiment of the present invention relates to an on-train apparatus for automatic train stop (ATS).

従来、自動列車停止(Automatic Train Stop:ATS)車上装置においては、地上子と車上子とが結合した際、常時発振周波数が地上子に設定された共振周波数に変化することを検知する、いわゆる周波数の引き込み現象を利用した変周方式が知られている。しかしながら、変周式のATS車上装置は、帰還発振回路を用いるため、常時および変周時においてそれぞれ発振条件を満たすように回路設計する必要があり、発振回路に用いるアナログ回路素子バラツキや周辺の金属などの影響により、不安定な発振状態で作り出す仕組みであることから、帰還発振回路を用いず、常時発振周波数を変周させる必要のないATS装置が提案されている。   Conventionally, in an automatic train stop (Automatic Train Stop: ATS) on-board device, when the ground unit and the vehicle unit are combined, it is detected that the oscillation frequency always changes to the resonance frequency set on the ground unit. There is known a frequency dividing method using a so-called frequency pull-in phenomenon. However, since the variable frequency ATS on-board device uses a feedback oscillation circuit, it is necessary to design the circuit so as to satisfy the oscillation conditions at all times and at the time of frequency variation. An ATS device has been proposed that does not use a feedback oscillation circuit and does not need to constantly vary the oscillation frequency because it is a mechanism that creates an unstable oscillation state due to the influence of metal or the like.

1つの提案(従来技術1)では、地上子で用いられている共振周波数f1〜fnにそれぞれ対応した周波数信号を発振器にて発生させ、それぞれを加算した信号を車上子1次コイルから出力し、車上子が地上子と電磁結合した際に、加算信号に含まれる周波数の信号の1つが地上子の共振周波数に同調することで該周波数の信号レベルが大きくなることを利用することで実現している。 In one proposal (Prior Art 1), a frequency signal corresponding to each of the resonance frequencies f 1 to f n used in the ground unit is generated by an oscillator, and a signal obtained by adding the signals from the primary coil of the vehicle upper unit. When the vehicle upper element is electromagnetically coupled to the ground element, the fact that one of the frequency signals included in the sum signal is tuned to the resonance frequency of the ground element increases the signal level of that frequency. Is realized.

一方、別の提案(従来技術2)では、f1〜fnを含むスペクトラム拡散信号を発生させ、その信号を車上子1次コイルから出力することで実現している。このように、地上子と電磁結合した際に共振(同調)するように、地上子で用いられうる全ての共振周波数を含んだスペクトルを有した信号を車上子1次コイルから出力することで、帰還発振回路を用いないATS車上装置を実現することが可能となる。 On the other hand, another proposal (Prior Art 2) is realized by generating a spread spectrum signal including f 1 to f n and outputting the signal from the primary coil of the vehicle armature. In this way, a signal having a spectrum including all resonance frequencies that can be used in the ground unit is output from the primary coil of the vehicle so as to resonate (tune) when electromagnetically coupled to the ground unit. Thus, it is possible to realize an ATS on-board device that does not use a feedback oscillation circuit.

特開平8−58588号公報JP-A-8-58588 特開2005−229789号公報JP 2005-229789

しかしながら、上記従来の帰還発振回路を用いない自動列車制御車上装置は以下のような問題点を有している。   However, the above-described conventional automatic train control on-board device that does not use the feedback oscillation circuit has the following problems.

経年劣化や製造時の誤差により、地上子が有する共振周波数に変動(ずれ)が生じてしまう。そのため上記従来技術1のように、地上子の共振周波数に対応した信号を車上子から送信する方法の場合、車上子からの送信信号に対して地上子の共振周波数にずれが生じると、車上子2次コイルに誘起する信号レベルの大きさが低下する。地上子の共振の尖鋭度(Q値)が大きいほど、その影響は大きい。場合によっては、車上子が地上子上を通過したにも関わらず、車上子2次コイルでの受信信号レベルが誘起しないことも考えられる。車上装置での共振周波数検知精度は、車上子2次コイルで誘起する信号レベルに大きく影響するため、上記従来の方法では地上子共振周波数にずれが生じた場合に、共振周波数検知精度が低下するという問題があった。また、一般的に検知精度向上のため、車上子2次コイルで受信した信号を用いて算出したQ値を判定に利用することも考えられるが、上記従来の方法では共振周波数に対応した各正弦波(単一周波数)を加算するのみであるため、車上子2次コイルでの受信信号を用いてQ値を算出することは不可能である。   Due to aging deterioration and manufacturing errors, fluctuation (shift) occurs in the resonance frequency of the ground element. Therefore, in the case of the method of transmitting a signal corresponding to the resonance frequency of the ground element from the vehicle upper element as in the conventional technique 1, when a deviation occurs in the resonance frequency of the ground element with respect to the transmission signal from the vehicle upper element, The magnitude of the signal level induced in the vehicle upper coil is reduced. The greater the sharpness (Q value) of the resonance of the ground element, the greater the effect. In some cases, it is conceivable that the reception signal level at the secondary coil of the vehicle is not induced even though the vehicle is passed over the ground. The resonance frequency detection accuracy in the on-board device greatly affects the signal level induced by the vehicle upper secondary coil. Therefore, when the above-mentioned conventional method has a deviation in the ground child resonance frequency, the resonance frequency detection accuracy is low. There was a problem of lowering. In general, to improve detection accuracy, it is possible to use the Q value calculated using the signal received by the vehicle upper secondary coil for the determination. Since only a sine wave (single frequency) is added, it is impossible to calculate the Q value using the received signal at the vehicle upper secondary coil.

一方、スペクトラム拡散信号を利用した上記従来技術2の場合、擬似雑音を送信することになるため、送信スペクトルの振幅の分布は一様分布ではなくレイリー分布に従う。当然ながら、車上子2次コイルでの受信スペクトル振幅は、送信スペクトル振幅を基に誘起したものとなるため、地上子と車上子が電磁結合した際、必ずしも地上子の共振周波数がピーク周波数となるとは限らず、共振周波数を誤検知する可能性がある。また、少なくともf1〜fnを含む周波数帯域幅を有しているため、Q値に関しては算出することは可能であるものの、得られる算出Q値の精度は低いものである。 On the other hand, in the case of the above-described conventional technique 2 using a spread spectrum signal, pseudo noise is transmitted, so the amplitude distribution of the transmission spectrum follows a Rayleigh distribution instead of a uniform distribution. Of course, since the reception spectrum amplitude at the secondary coil of the vehicle is induced based on the transmission spectrum amplitude, when the ground unit and the vehicle unit are electromagnetically coupled, the resonance frequency of the ground unit is not necessarily the peak frequency. The resonance frequency may be erroneously detected. Further, since it has a frequency bandwidth including at least f 1 to f n , the Q value can be calculated, but the accuracy of the obtained calculated Q value is low.

このように従来の方法では、車上装置が地上子の共振周波数の検知を行う際、共振周波数の検知精度を低下させてしまう問題があった。   As described above, in the conventional method, when the on-board device detects the resonance frequency of the ground unit, there is a problem that the detection accuracy of the resonance frequency is lowered.

この発明の一側面は、帰還発振回路を用いず、かつ、地上子の共振周波数の誤検知を防止するとともに共振周波数検知精度を向上できるようにした列車制御車上装置を提供することを目的とする。   An object of one aspect of the present invention is to provide a train-controlled on-board device that does not use a feedback oscillation circuit and that can prevent erroneous detection of the resonance frequency of the ground element and improve the accuracy of detection of the resonance frequency. To do.

本発明の実施形態としての列車制御車上装置は、共振器を含む地上子を用いて列車制御を行う列車制御車上装置であって、信号生成部と、車上子と、信号検出部とを備える。   A train-controlled on-board apparatus as an embodiment of the present invention is a train-controlled on-board apparatus that performs train control using a ground element including a resonator, and includes a signal generation unit, a vehicle upper element, a signal detection unit, Is provided.

前記信号生成部は、ある特定の時間周期で、前記共振器の共振周波数を含む許容変動範囲で周波数をスイープさせて周波数スイープ信号を生成する。   The signal generation unit generates a frequency sweep signal by sweeping the frequency within an allowable variation range including a resonance frequency of the resonator at a specific time period.

前記車上子は、前記周波数スイープ信号を受ける第1コイルと、前記第1コイルとの電磁結合により信号を得る第2コイルを有し、前記地上子と電磁結合したとき、前記第1コイルで受けた前記周波数スイープ信号のうち前記共振器の共振周波数に応じた信号成分を、前記地上子を介して前記第2コイルで得る。   The vehicle upper element has a first coil that receives the frequency sweep signal, and a second coil that obtains a signal by electromagnetic coupling with the first coil. Of the received frequency sweep signal, a signal component corresponding to the resonance frequency of the resonator is obtained by the second coil via the ground element.

前記信号検出部は、前記車上子の前記第2コイルで得られた信号を、前記ある特定の時間周期と等しい時間周期でフーリエ変換し、フーリエ変換後の信号に基づき、前記地上子の検出処理を行う。   The signal detection unit Fourier-transforms a signal obtained by the second coil of the vehicle upper unit at a time period equal to the specific time period, and detects the ground unit based on the signal after the Fourier transform. Process.

本発明の実施形態の列車制御車上装置の構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the structural example of the train control vehicle upper apparatus of embodiment of this invention. 車上子1次コイルに印加されるスペクトル波形の例を示す図。The figure which shows the example of the spectrum waveform applied to a vehicle upper primary coil. 信号生成部の他の構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the other structural example of a signal generation part. FFT演算部で出力されるスペクトル波形の例を示す図。The figure which shows the example of the spectrum waveform output by a FFT calculating part. 周波数スイープ周期とFFT周期における関係の違いによるFFT出力結果の例を示す図。The figure which shows the example of the FFT output result by the difference in the relationship between a frequency sweep period and an FFT period.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
図1は、本発明の実施形態の列車制御車上装置の構成例を示すブロック図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a train control on-vehicle apparatus according to an embodiment of the present invention.

図1の列車制御車上装置は、少なくとも車上子11と信号生成部12と信号検出部13と制御部14を有する。車上子11は、列車が走行するに従い地上に設置された地上子15と電磁結合する。地上子15は、共振器(図1の例ではコイルとキャパシタを直列接続したLC共振器の例が示されるが、地上子はこれに限定されるものではない)により構成され、1つの共振周波数を有している。本実施形態では地上子15は周波数f1〜fnのいずれか1つを、共振周波数として有している(例えば、103kHz, 108kHz, 123kHz, 130kHz等のうちいずれか1つ)。 The train control on-board apparatus in FIG. 1 includes at least an on-board element 11, a signal generation unit 12, a signal detection unit 13, and a control unit. The vehicle upper element 11 is electromagnetically coupled to a ground element 15 installed on the ground as the train travels. The ground element 15 is composed of a resonator (in the example of FIG. 1, an example of an LC resonator in which a coil and a capacitor are connected in series is shown, but the ground element is not limited to this), and one resonance frequency have. In the present embodiment, the ground element 15 has any one of frequencies f 1 to f n as a resonance frequency (for example, any one of 103 kHz, 108 kHz, 123 kHz, 130 kHz, etc.).

ここで列車とは、線路等のレールの上を走行する車両であり、たとえば電車、新幹線、モノレール、リニアモーターカーがこれに該当する。本実施形態の列車制御車上装置は、この列車に搭載される。上記の地上子15は、レールの所定の箇所に、設けられる。地上子15を設ける箇所は一箇所でもよいし、複数箇所でもよい。本実施形態では、複数箇所に地上子を設ける場合を示す。   Here, the train is a vehicle that travels on rails such as railroad tracks, and examples thereof include trains, bullet trains, monorails, and linear motor cars. The train control onboard apparatus of this embodiment is mounted on this train. The above-mentioned ground element 15 is provided at a predetermined position of the rail. The place where the ground element 15 is provided may be one place or a plurality of places. In this embodiment, the case where a ground element is provided in a plurality of locations is shown.

信号生成部12は、ある特定の時間周期で、各地上子の共振周波数をそれぞれ含む許容変動範囲のそれぞれで周波数をスイープさせて周波数スイープ信号を生成する。信号生成部12は、各生成した周波数スイープ信号を加算し、加算信号を、D/A変換および増幅する。   The signal generation unit 12 generates a frequency sweep signal by sweeping the frequency in each of the allowable variation ranges including the resonance frequency of each ground element at a specific time period. The signal generator 12 adds the generated frequency sweep signals, and D / A converts and amplifies the added signal.

車上子11は、1次コイル11aと2次コイル11bにより構成されている。1次コイル11aと2次コイル11bは電磁的に結合可能に配置されている。たとえば1次コイル11aと2次コイル11bは互いに電磁的に疎結合するように配置されている。信号生成部12で生成された信号は、1次コイル11aに印加される。一方、2次コイル11bは、1次コイル11aおよび地上子15の少なくとも前者との電磁結合により得た信号を、信号検出部13に入力する。   The vehicle upper arm 11 includes a primary coil 11a and a secondary coil 11b. The primary coil 11a and the secondary coil 11b are arranged so that they can be electromagnetically coupled. For example, the primary coil 11a and the secondary coil 11b are arranged so as to be electromagnetically loosely coupled to each other. The signal generated by the signal generator 12 is applied to the primary coil 11a. On the other hand, the secondary coil 11b inputs a signal obtained by electromagnetic coupling with at least the former of the primary coil 11a and the ground element 15 to the signal detection unit 13.

車上子11(1次コイル11aと2次コイル11b)が地上子15と電磁結合していないときは、すなわち2次コイル11bが一次コイル11aとのみ結合しているときは、2次コイル11bは、1次コイル11aで受けた周波数スイープ信号のすべての周波数帯域を、1次コイル11aとの結合により受ける。   When the vehicle upper arm 11 (the primary coil 11a and the secondary coil 11b) is not electromagnetically coupled to the ground element 15, that is, when the secondary coil 11b is coupled only to the primary coil 11a, the secondary coil 11b. Receives all frequency bands of the frequency sweep signal received by the primary coil 11a by coupling with the primary coil 11a.

一方、車上子11が地上子15と電磁結合したときは、すなわち車上子11のコイル11a,11bと、地上子15のコイルとが電磁結合したときは、地上子15の共振周波数およびその近傍の信号成分に関しては、コイル11a−地上子15−コイル11bの共振器結合により、地上子15を介しての信号受信(地上子15における共振信号の受信)が支配的となり、それ以外の周波数の信号成分に関しては、1次コイル11aとの電磁結合による信号受信が支配的となる。結果として、地上子15との結合時では、2次コイル11bで受ける信号は、共振器での共振現象により、共振周波数近傍の信号成分の振幅レベルが、非結合時に比べ、大きく上昇する。   On the other hand, when the vehicle upper element 11 is electromagnetically coupled to the ground element 15, that is, when the coils 11a and 11b of the vehicle upper element 11 are electromagnetically coupled to the coil of the ground element 15, the resonance frequency of the ground element 15 and its Regarding the signal components in the vicinity, signal reception via the ground element 15 (reception of the resonance signal in the ground element 15) becomes dominant due to the resonator coupling of the coil 11a, the ground element 15 and the coil 11b, and other frequencies. As for the signal component, signal reception by electromagnetic coupling with the primary coil 11a is dominant. As a result, when coupled to the ground unit 15, the amplitude level of the signal component near the resonance frequency of the signal received by the secondary coil 11b greatly increases due to the resonance phenomenon in the resonator as compared with the uncoupled state.

信号検出部13では、2次コイルで受けた信号をFFT等のフーリエ変換により周波数領域の信号に変換し、地上子の検出処理を行う。検出処理では、変換後の信号に基づき、地上子の存在(地上子上の通過)を検出するとともに、検出した地上子の共振周波数を検知する。信号検出部13は、検知した共振周波数を、制御部14へ出力する。   The signal detection unit 13 converts the signal received by the secondary coil into a frequency domain signal by Fourier transform such as FFT, and performs ground element detection processing. In the detection process, the presence of the ground element (passage on the ground element) is detected based on the converted signal, and the detected resonance frequency of the ground element is detected. The signal detection unit 13 outputs the detected resonance frequency to the control unit 14.

制御部14は、信号検出部13から通知された共振周波数に従い、速度照査パターンの作成など、周波数毎に定められた制御処理を行う。速度照査とは、列車の速度が許容された速度の範囲内であるかを照合することである。速度の範囲外であれば、制御部14は、当該範囲内の速度に収まるように、列車の速度を制御することも可能である。   The control unit 14 performs control processing determined for each frequency, such as creation of a speed check pattern, according to the resonance frequency notified from the signal detection unit 13. The speed check is to check whether the speed of the train is within an allowable speed range. If it is out of the speed range, the control unit 14 can also control the speed of the train so that the speed is within the range.

以下、信号生成部12について詳細に説明する。信号生成部12は、少なくとも周波数スイープ信号生成部121(1211〜121n)と加算回路122とD/A変換器123と電力増幅器124とから構成される。 Hereinafter, the signal generation unit 12 will be described in detail. The signal generation unit 12 includes at least a frequency sweep signal generation unit 121 (121 1 to 121 n ), an addition circuit 122, a D / A converter 123, and a power amplifier 124.

周波数スイープ信号生成部121(1211〜121n)では、地上子15で用いられうる各共振周波数f1〜fnを中心周波数とし、経年劣化や製造時の誤差により生じる共振周波数のずれに対する許容変動範囲(±XkHzとする)で、ある定められた一定周期毎に周波数スイープさせた信号をそれぞれ生成する。すなわち1周期期間内で周波数を当該範囲内でスイープさせながら信号を生成し、これを一定周期毎に行う。なお、地上子での共振周波数のずれに対する許容変動範囲は、保安基準レベルとして定められていることが一般的である。周波数スイープを行う周期に関しては、後述する。 In the frequency sweep signal generator 121 (121 1 to 121 n ), each resonance frequency f 1 to f n that can be used in the ground unit 15 is set as a center frequency, and tolerance for deviation of resonance frequency caused by aging degradation or manufacturing error is allowed. In the variation range (± XkHz), a frequency swept signal is generated for each predetermined fixed period. That is, a signal is generated while the frequency is swept within the range within one cycle period, and this is performed at regular intervals. In general, the allowable variation range with respect to the deviation of the resonance frequency at the ground is defined as a safety reference level. The period for performing the frequency sweep will be described later.

各周波数スイープ信号生成部1211〜121nでそれぞれ生成した信号は、加算回路122にて加算され、D/A変換器123でアナログ信号に変換される。変換後のアナログ信号は、電力増幅器124で増幅し、車上子11の1次コイル11aへ出力する。 The signals generated by the frequency sweep signal generators 121 1 to 121 n are added by the adder circuit 122 and converted to an analog signal by the D / A converter 123. The converted analog signal is amplified by the power amplifier 124 and output to the primary coil 11a of the vehicle upper arm 11.

上記では、各共振周波数に対する許容変動範囲は同一(±XkHz)として説明した。共振周波数毎にそれぞれ異なる範囲のずれ(±X1kHz〜±XnkHz)が許容されている場合には、各周波数スイープ信号生成部1211〜121nで生成する周波数スイープ信号は、それぞれ(fi-Xi)kHzから(fi+Xi)kHz [i=1〜n]のスペクトル範囲を、1周期内で周波数スイープした信号となる。従って、仮に地上子15で用いられる共振周波数が4種類(103kHz, 108kHz, 123kHz, 130kHz)であり、各共振周波数に対する許容変動範囲が共通で±2kHzであった場合、図2のようなスペクトルを有した信号が、車上子11の1次コイル11aへ出力することになる(周波数スイープ周期Tms)。 In the above description, the allowable variation range for each resonance frequency is the same (± X kHz). When a different range of deviation (± X 1 kHz to ± X n kHz) is allowed for each resonance frequency, the frequency sweep signals generated by the frequency sweep signal generators 121 1 to 121 n are ( This is a signal obtained by frequency sweeping the spectral range from f i -Xi) kHz to (f i + Xi) kHz [i = 1 to n] within one period. Therefore, if there are four types of resonance frequencies (103 kHz, 108 kHz, 123 kHz, 130 kHz) used in the ground unit 15 and the allowable variation range for each resonance frequency is ± 2 kHz in common, the spectrum shown in FIG. This signal is output to the primary coil 11a of the vehicle upper arm 11 (frequency sweep cycle Tms).

ここで、各周波数スイープ信号生成部1211〜121nにおける周波数スイープ信号の生成方法は、いかなる方法で実現されるものであっても良い。 Here, the frequency sweep signal generation method in each of the frequency sweep signal generation units 121 1 to 121 n may be realized by any method.

例えば、各共振周波数を中心とした周波数スイープ信号の波形データを、図示しないROMに予め記憶させておき、各周波数スイープ信号が記憶されているROMのアドレス番地を指定することによりROM内に記憶された各周波数スイープ信号をそれぞれ読み出し、各アドレス番地から読み出した波形データをそれぞれ加算することで実現可能である。   For example, the waveform data of the frequency sweep signal centered on each resonance frequency is stored in advance in a ROM (not shown), and stored in the ROM by specifying the address address of the ROM where each frequency sweep signal is stored. This can be realized by reading out each frequency sweep signal and adding the waveform data read out from each address address.

または、予め各周波数スイープ信号を加算済みの信号を波形データとしてROMに記憶させておき、記憶されているROMのアドレス番地から波形データを読み出す方法でも良い。この場合には、既に波形データとして各共振周波数スイープ信号が加算されているため、加算回路122は必要なく、ROMから波形データを読み出すのみで良い。   Alternatively, a method in which a signal to which each frequency sweep signal has been added in advance is stored in the ROM as waveform data and the waveform data is read from the stored address address of the ROM may be used. In this case, since each resonance frequency sweep signal is already added as waveform data, the adding circuit 122 is not necessary, and it is only necessary to read the waveform data from the ROM.

または、図3に示すように、各周波数スイープ信号生成部毎にV/F(Voltage/Frequency)変換器1251〜125nを構成し、シフトレジスタ126にてD/A変換器123で出力する電圧値を線形増加するように制御した後、各V/F変換器1251〜125nではD/A変換器123から出力する電圧を、電圧に比例した周波数信号に変換することにより、それぞれ(fi-Xi)kHzから(fi+Xi)kHz [i=1〜n]のスペクトル範囲を周波数スイープした信号を生成する方法などでも良い。 Alternatively, as shown in FIG. 3, V / F (Voltage / Frequency) converters 125 1 to 125 n are configured for each frequency sweep signal generation unit, and output from the D / A converter 123 by the shift register 126. After controlling the voltage value to linearly increase, each V / F converter 125 1 to 125 n converts the voltage output from the D / A converter 123 into a frequency signal proportional to the voltage, respectively ( A method of generating a signal obtained by frequency sweeping the spectrum range from (f i −Xi) kHz to (f i + Xi) kHz [i = 1 to n] may be used.

次に信号検出部13について詳細に説明する。信号検出部13は、少なくともA/D変換器131と、フーリエ変換部の一実施形態としてのFFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)演算部132と、共振周波数検知部133とから構成される。本実施形態ではフーリエ変換部としてFFT演算部を用いているが、時間領域の信号を周波数領域の信号(周波数スペクトル)に変換できるのであれば、FFTに限定されず、フーリエ変換を利用したどのような手法を用いてもかまわない。   Next, the signal detection unit 13 will be described in detail. The signal detection unit 13 includes at least an A / D converter 131, an FFT (Fast Fourier Transform) calculation unit 132 as an embodiment of a Fourier transform unit, and a resonance frequency detection unit 133. In this embodiment, an FFT calculation unit is used as a Fourier transform unit. However, if a time domain signal can be converted to a frequency domain signal (frequency spectrum), the FFT transform unit is not limited to the FFT, and how to use the Fourier transform. You may use a different method.

信号検出部13では、車上子11の2次コイル11bを介して入力した受信信号をA/D変換器131でデジタル信号に変換した後、周波数解析を行うためFFT演算部132にて周波数領域の信号に変換する。   The signal detection unit 13 converts the received signal input through the secondary coil 11b of the vehicle upper arm 11 into a digital signal by the A / D converter 131, and then performs frequency analysis in the FFT calculation unit 132 to perform frequency analysis. Convert to a signal.

共振周波数検知部133では、FFT演算部132で得られた周波数領域の信号を閾値に基づき解析することで、車上子11が地上子15と電磁結合したことの検知、及び検知したと判断した地上子15の共振周波数の特定を行う。   The resonance frequency detection unit 133 analyzes the frequency domain signal obtained by the FFT calculation unit 132 based on the threshold value, and detects that the vehicle upper arm 11 is electromagnetically coupled to the ground child 15 and determines that it has been detected. The resonance frequency of the ground unit 15 is specified.

以降、説明のため、地上子15は周波数f1〜fnのうちf3を共振周波数として有しているケースにて説明する。車上子11が地上子15の近傍に無い状態の場合、つまり、車上子11と地上子15が電磁結合していない場合、図4(a)に示すようにFFT演算部132の出力スペクトルは、信号生成部12が車上子11の1次コイルに印加する信号が減衰したのみのスペクトル波形を有する(1次コイルに入力された信号の減衰信号が2次コイルに与えられる)。すなわち、各共振周波数f1〜fnを中心としたそれぞれのスイープ信号のスペクトルは一定電圧になっている。 Since, for purposes of explanation, the ground coil 15 will be described in the case where a f 3 of the frequency f 1 ~f n as the resonant frequency. When the vehicle upper element 11 is not in the vicinity of the ground element 15, that is, when the vehicle upper element 11 and the ground element 15 are not electromagnetically coupled, the output spectrum of the FFT operation unit 132 as shown in FIG. Has a spectrum waveform in which the signal applied to the primary coil of the vehicle upper core 11 is only attenuated (the attenuation signal of the signal input to the primary coil is given to the secondary coil). That is, the spectrum of each sweep signal centered on each resonance frequency f 1 to f n is a constant voltage.

この状態で車上子11が地上子15に接近すると(たとえば地上子15の上を通過するとき)、車上子11と地上子15が電磁結合して、地上子15が共振するため、地上子15が有する共振周波数f3近傍の受信レベルが上昇する。そのため、図4(b)に示すようなスペクトル波形となる。そのため、共振周波数検知部133ではFFT演算部132の出力スペクトルの各周波数の信号レベルを監視しておき、ピーク周波数の電圧レベル(この場合f3の電圧レベル)が、電磁結合していない場合に比べ、所定のレベル以上上昇している事を検知することで、あるいは電圧レベルが閾値を超えたことを検知することで、車上子11が地上子15と電磁結合したと判定する。 In this state, when the vehicle upper element 11 approaches the ground element 15 (for example, when passing over the ground element 15), the vehicle upper element 11 and the ground element 15 are electromagnetically coupled and the ground element 15 resonates. resonance frequency f 3 near the reception level rises with the child 15. Therefore, the spectrum waveform is as shown in FIG. Therefore, if beforehand monitors the signal level of each frequency of the output spectrum of the FFT computing unit 132 in the resonance frequency detection unit 133, the voltage level of the peak frequency (the voltage level in this case f 3) is not electromagnetically coupled In comparison, it is determined that the vehicle upper element 11 is electromagnetically coupled to the ground element 15 by detecting that the voltage has risen above a predetermined level or by detecting that the voltage level has exceeded the threshold value.

検知したと判断した場合には、ピーク周波数を地上子15の共振周波数として特定する。なお、共振周波数にずれが生じることを考慮し、ピーク周波数がいずれの共振周波数と一致しない場合であっても、共振周波数検知部133ではピーク周波数が許容変動範囲内であれば該共振周波数として扱うものとする。逆に言うと、受信電圧レベルの上昇がどんなに大きくても、ピーク周波数が変動範囲外であった場合には、地上子15との電磁結合に起因した受信レベルの上昇ではなく、インパルス雑音的な外部雑音が入力されたことによる受信レベルの上昇として扱うことも可能であり、外部雑音に対しても誤検知することなく安定して動作することが出来る。   If it is determined that it has been detected, the peak frequency is specified as the resonance frequency of the ground unit 15. In consideration of the occurrence of a deviation in the resonance frequency, even if the peak frequency does not match any resonance frequency, the resonance frequency detection unit 133 treats the resonance frequency as the resonance frequency if the peak frequency is within the allowable fluctuation range. Shall. Conversely, no matter how large the increase in the reception voltage level is, if the peak frequency is outside the fluctuation range, it is not an increase in the reception level due to electromagnetic coupling with the ground unit 15, but an impulse noise type. It can also be handled as an increase in reception level due to the input of external noise, and can operate stably without erroneous detection of external noise.

また、本発明の実施形態では、信号生成部12から送信する信号は、各共振周波数f1〜fnを中心周波数とした周波数スイープ信号を加算した信号であるため、共振周波数検知部133ではFFT演算部132の出力信号を利用してQ値算出を行うことが可能である。地上子15における共振周波数が有するQ値は、ある一定以上の値を保つように保安検測・検修されている。そのため、共振周波数検知部133では、FFT出力結果を用いて特定したピーク周波数でのQ値を算出し、算出Q値がある閾値を上回る場合のみ地上子15と電磁結合したと判定する条件を更に加えることで、雑音等による地上子誤検知判定をより防止することが可能となる。なお、Q値は、共振信号のピーク周波数をj1、振幅がピーク周波数の1/2になる両サイドの周波数をj2,j3(j2<j3)とすると、j1/(j3-j2)によって計算されることができる。 In the embodiment of the present invention, the signal transmitted from the signal generation unit 12 is a signal obtained by adding frequency sweep signals with the resonance frequencies f 1 to f n as the center frequencies. The Q value can be calculated using the output signal of the calculation unit 132. The Q value of the resonance frequency in the ground unit 15 is subjected to safety inspection and inspection so as to maintain a value above a certain level. Therefore, the resonance frequency detection unit 133 calculates the Q value at the peak frequency specified by using the FFT output result, and further determines a condition for determining that the ground element 15 is electromagnetically coupled only when the calculated Q value exceeds a certain threshold value. By adding, it becomes possible to further prevent ground element erroneous detection determination due to noise or the like. The Q value is calculated by j1 / (j3-j2) where j1 is the peak frequency of the resonance signal and j2 and j3 (j2 <j3) are the frequencies on both sides where the amplitude is 1/2 of the peak frequency. Can.

ここで、FFT演算部132で実施するFFT処理について説明する。   Here, the FFT processing performed by the FFT calculation unit 132 will be described.

共振周波数検知部133で地上子15の共振周波数を隣接共振周波数と誤判定することなく正しく特定するためには、少なくともFFTで実現する周波数分解能は、f1〜fnの最低周波数間隔以上の細かさにしておくことが必須となる。例えば、共振周波数が103kHz, 108kHz, 123kHz, 130kHzの場合には、最低周波数間隔は103kHzと108kHz間の5kHzであるため、少なくとも5kHz以上の細かい周波数分解能を有したFFT処理であることが必要となる。この場合、仮に5kHzより粗い周波数分解能しか有さないFFT処理を行うと、FFT出力で得られたピーク周波数が共振周波数103kHzに起因したものなのか108kHzに起因したものなのか区別がつかず、いずれが共振周波数であるのか特定出来ないことが起こりうるためである。 To correctly identify which without determining the resonant frequency of the ground unit 15 at the resonance frequency detection unit 133 erroneously neighboring resonant frequency, the frequency resolution to achieve at least FFT, f 1 ~f n lowest frequency interval or fineness of It is essential to keep it. For example, when the resonant frequency is 103kHz, 108kHz, 123kHz, 130kHz, the minimum frequency interval is 5kHz between 103kHz and 108kHz, so it is necessary to have FFT processing with a fine frequency resolution of at least 5kHz or more. . In this case, if an FFT process with only a frequency resolution coarser than 5 kHz is performed, it cannot be distinguished whether the peak frequency obtained from the FFT output is caused by the resonant frequency 103 kHz or 108 kHz. This is because it may occur that it is impossible to specify whether the frequency is the resonance frequency.

FFT周波数分解能を最低共振周波数間隔以上の細かさに設定することは必要最低限な下限値であり、例えば上記したようにピーク周波数が許容変動範囲内であれば該共振周波数としてみなす場合には、ピーク周波数が許容変動範囲内に収まっているかどうかの判別が必要となるため、少なくともFFT周波数分解能は許容変動範囲の最大値以上の細かさにしておく必要がある。共振周波数間隔に比べ、許容変動範囲は必ず小さい値であるため、この場合には周波数ずれの最大許容変動値がFFT周波数分解能の下限となる。   Setting the FFT frequency resolution to be finer than the minimum resonance frequency interval is the minimum necessary lower limit value.For example, if the peak frequency is within the allowable fluctuation range as described above, Since it is necessary to determine whether or not the peak frequency is within the allowable fluctuation range, at least the FFT frequency resolution needs to be finer than the maximum value of the allowable fluctuation range. Since the allowable fluctuation range is always a small value compared to the resonance frequency interval, the maximum allowable fluctuation value of the frequency deviation is the lower limit of the FFT frequency resolution in this case.

当然ながら、ピーク周波数の特定精度や、Q値の算出精度の観点で考えると、上記した2つのFFT周波数分解能のうちの一方を下限としつつ、可能な限り細かい周波数分解能でFFT出力するのが望ましい。FFTでの周波数分解能を上げるためには、FFTに必要な時間分解能を下げる(FFT周期を長くする)必要がある。つまり、1回のFFT処理をするためにはその分長い時間の信号データが必要となる。   Of course, from the viewpoint of peak frequency identification accuracy and Q value calculation accuracy, it is desirable to output the FFT with the finest possible frequency resolution while setting one of the two FFT frequency resolutions as the lower limit. . In order to increase the frequency resolution in the FFT, it is necessary to reduce the time resolution required for the FFT (increase the FFT period). That is, in order to perform one FFT process, signal data for a longer time is required.

一方で、車上子11が地上子15と電磁結合している間に、FFT演算部132では複数回のFFT結果を出力することが望まれる。つまり、これはFFTに必要な時間分解能を上げる(FFT周期を短くする)ことを意味する。共振周波数f1〜fnと等しい周波数を有した瞬時的なインパルス雑音性の外部雑音が入力されることも考えられる。FFTの時間分解能が大きい(FFT周期が長い)と、FFT出力結果から、瞬時的なインパルス性雑音入力によりピーク周波数を有しているのか、実際に地上子15との電磁結合によりピーク周波数を有しているのかの判断が出来ない可能性がある。そこで、1地上子上を通過時の最短結合時間(後述)内に、FFT結果を複数回(ここでは、N回とする)出力可能な時間分解能(FFT周期)にてFFT処理を行うことで、共振周波数検知部133では以下の判断が可能となる。 On the other hand, it is desired that the FFT operation unit 132 outputs a plurality of FFT results while the vehicle upper element 11 is electromagnetically coupled to the ground element 15. In other words, this means that the time resolution required for the FFT is increased (the FFT cycle is shortened). It is also conceivable that instantaneous impulse noise external noise having a frequency equal to the resonance frequency f 1 to f n is input. If the FFT time resolution is large (the FFT cycle is long), the FFT output results indicate that there is a peak frequency due to instantaneous impulsive noise input, or that there is actually a peak frequency due to electromagnetic coupling with the ground unit 15. There is a possibility that it cannot be judged whether it is doing. Therefore, by performing FFT processing with the time resolution (FFT cycle) that can output the FFT results multiple times (N times here) within the shortest coupling time (described later) when passing over one ground element The resonance frequency detection unit 133 can make the following determination.

すなわち、あるQ値かつある電圧レベル以上を有したピーク周波数が、N回以上連続して検知出来た場合は地上子15と電磁結合したと判定し、N回未満であった場合には瞬時雑音に起因したレベル上昇と判定する。つまりこれは、地上子15との電磁結合時には必ず最短結合時間は連続してある共振周波数にて一定のレベル以上のピーク周波数を有した信号を受信し続けることを利用し、その最短結合時間内に複数回(N回)のFFT出力を行うことで、N回の出力結果により地上子結合と地上子非結合(インパルス性雑音)を区別し、更なる地上子誤検知防止を可能とする。   In other words, if a peak frequency having a certain Q value and a certain voltage level or more can be detected continuously N times or more, it is determined that it is electromagnetically coupled to the ground element 15, and if it is less than N times, instantaneous noise is detected. It is determined that the level has increased due to In other words, this means that when electromagnetic coupling with the ground element 15 is used, the shortest coupling time always uses the continuous reception of a signal having a peak frequency above a certain level at a certain resonance frequency. By performing the FFT output multiple times (N times), the ground element coupling and the ground element non-coupling (impulsive noise) are distinguished from the N times of output results, and further prevention of false detection of ground elements is possible.

なお、車上子11と地上子15の最短結合時間は、車上子11と地上子15間の最小応動距離と列車の最高速度から一意に決まる時間である。最小応動距離は、車上子の軌道に沿う車上子と地上子間の結合可能な距離の最小値である。例えば、最小応動距離が300mmであり列車速度が最高140km/hである場合、最短結合時間は約8msとなる。そのため、FFT周期が8/N msとなるようにFFT処理を実施する(サンプリングレートやFFTポイント数などを決定する)必要がある。なお、この場合のFFT周波数分解能はN/8 kHzである。最短結合時間内に出力するFFT回数は、発生が想定される雑音の種類、最短結合時間、回路規模、共振周波数が用いられる周波数帯域などによって決められる。   The shortest coupling time between the vehicle upper element 11 and the ground element 15 is a time uniquely determined from the minimum operating distance between the vehicle upper element 11 and the ground element 15 and the maximum train speed. The minimum response distance is the minimum value of the connectable distance between the vehicle upper and the ground along the track of the vehicle upper. For example, if the minimum working distance is 300mm and the train speed is up to 140km / h, the shortest coupling time is about 8ms. Therefore, it is necessary to perform the FFT processing (determining the sampling rate, the number of FFT points, etc.) so that the FFT cycle is 8 / N ms. In this case, the FFT frequency resolution is N / 8 kHz. The number of FFTs output within the shortest coupling time is determined by the type of noise that is expected to occur, the shortest coupling time, the circuit scale, the frequency band in which the resonance frequency is used, and the like.

以上より、本発明の実施形態におけるFFT演算部132としては、共振周波数の最低周波数間隔(あるいは周波数最大許容変動値)以上の細かさ、かつ、N/最短結合時間(但し、Nは予め定められた2以上の自然数)以下の粗さの範囲内の周波数分解能を満たすFFT処理を実施する。また、これはFFT周期としては、1/共振周波数の最低周波数間隔(あるいは、1/周波数最大許容変動値)以上の長さ、かつ、最短結合時間/N以下の短い時間範囲の時間信号を用いてFFTを実施することと等しい。   As described above, the FFT calculation unit 132 in the embodiment of the present invention is finer than the minimum frequency interval (or maximum allowable frequency variation value) of the resonance frequency, and N / shortest coupling time (where N is predetermined). FFT processing that satisfies the frequency resolution within the range of roughness less than or equal to 2 natural numbers). In addition, as the FFT period, a time signal with a length of 1 / resonance frequency minimum frequency interval (or 1 / frequency maximum allowable variation) and a short time range of shortest coupling time / N or less is used. This is equivalent to implementing FFT.

次に、信号生成部12における周波数スイープを行う周期に関して説明する。   Next, a cycle for performing frequency sweep in the signal generation unit 12 will be described.

上述の通り、周波数スイープ信号生成部121では、それぞれ各共振周波数を中心として、共振周波数のずれに対する許容変動範囲を周波数スイープさせた信号を、ある定められた一定周期毎にそれぞれ生成する。   As described above, the frequency sweep signal generation unit 121 generates a signal obtained by frequency sweeping the permissible variation range with respect to the shift of the resonance frequency around each resonance frequency at every predetermined fixed period.

この際、各周波数スイープのための時間周期は、FFT演算部132で行うFFT処理のFFT周期と等しい時間周期を用いるものとする。ここで、等しい時間周期とは必ずしも完全一致した値を示すものではなく、設計上の誤差などを含み、例えば時間周期の10%以内のずれは許容するものとする。   At this time, the time period for each frequency sweep is a time period equal to the FFT period of the FFT processing performed by the FFT operation unit 132. Here, the equal time period does not necessarily indicate a completely coincident value but includes a design error and the like, for example, a deviation within 10% of the time period is allowed.

本発明の実施形態では、前記の通りFFT周期の制約として、1/共振周波数の最低周波数間隔(あるいは、1/周波数最大許容変動値)以上の長さ、かつ、最短結合時間/N以下の短い時間範囲で設定されるため、信号生成部12での周波数スイープ信号の時間周期も自ずとして、1/共振周波数の最低周波数間隔(あるいは、1/周波数最大許容変動値)以上の長さ、かつ、最短結合時間/N以下の短い時間範囲となる。   In the embodiment of the present invention, as described above, as a constraint of the FFT period, the length is 1 / resonance frequency minimum frequency interval (or 1 / frequency maximum permissible fluctuation value) or more, and shortest coupling time / N or less short Since it is set in the time range, the time period of the frequency sweep signal in the signal generation unit 12 is naturally, and the length is 1 / minimum minimum frequency interval (or 1 / frequency maximum allowable fluctuation value), and The short time range is less than the shortest coupling time / N.

例として、共振周波数の許容変動値として±2kHz、最短結合時間として8ms、最短結合時間内にFFT出力する回数Nとして4回を想定した場合、FFT周期及び周波数スイープ周期として2msであれば上記条件範囲に収まる。そのため、周波数スイープ信号生成部121では、各共振周波数、例えば103kHz、を中心として±2kHzの範囲、すなわち101kHz〜105kHzの周波数範囲を2msの周期毎にスイープすることになる。   As an example, assuming that the allowable fluctuation value of the resonance frequency is ± 2 kHz, the shortest coupling time is 8 ms, and the FFT output frequency N is 4 times within the shortest coupling time, if the FFT cycle and the frequency sweep cycle are 2 ms, the above conditions Fits in range. Therefore, the frequency sweep signal generation unit 121 sweeps a range of ± 2 kHz around each resonance frequency, for example, 103 kHz, that is, a frequency range of 101 kHz to 105 kHz every 2 ms.

FFT周期と各周波数スイープ周期を等しくする理由および効果について述べる。図5に、周波数スイープ周期とFFT周期における関係の違いによるFFT出力結果の例を示す。それぞれ、FFT周期と周波数スイープ周期が等しい場合(グラフG1)、FFT周期に比べ周波数スイープ周期が短い場合(1/2倍)(グラフG2)、FFT周期に比べ周波数スイープ周期が長い場合(2倍)(グラフG3)の出力結果の例である。   The reason and effect of making the FFT period equal to each frequency sweep period will be described. FIG. 5 shows an example of the FFT output result due to the difference in the relationship between the frequency sweep period and the FFT period. When the FFT period is equal to the frequency sweep period (graph G1), when the frequency sweep period is shorter than the FFT period (1/2 times) (graph G2), when the frequency sweep period is longer than the FFT period (2 times) ) (Graph G3) is an example of the output result.

FFT周期に比べ周波数スイープ周期が短い場合、すなわち、FFT周期が周波数スイープ周期よりも長い場合、1度のFFT出力結果に対して複数回周波数スイープした結果が含まれ、図5のグラフG2に示すように、特定の周波数が定期的に抜けたようなFFT出力結果になる。これは、FFT演算部132で行うFFT処理で実現可能な時間分解能に対し、信号生成部12における周波数スイープ周期が速く変動するため、結果としてFFT出力スペクトルとして、分解能的に速い周波数スイープを表現しきれないFFT出力結果が得られてしまう。このようなFFT出力結果を用いて共振周波数の特定やQ値算出を行ってしまうと、地上子15の共振周波数が、FFT出力結果において抜けてしまっている周波数の場合など、ピーク周波数の特定精度に影響を及ぼす。また同様にQ値算出の精度も低くなってしまう。このように、FFT周期に比べ周波数スイープ周期が短い場合には、FFT出力結果として分解能的に速い周波数スイープを表現しきれず、ピーク周波数の特定やQ値算出の精度に影響を与えてしまう。当然ながら、FFT周期に比べ周波数スイープ周期が短ければ短いほど(速ければ速いほど)、FFT出力結果に影響が及ぶため、ピーク周波数の特定やQ値算出の精度がより悪くなってしまう。   If the frequency sweep period is shorter than the FFT period, that is, if the FFT period is longer than the frequency sweep period, the result of multiple frequency sweeps for one FFT output result is included, as shown in graph G2 in Fig. 5. Thus, the FFT output result is such that a specific frequency is periodically lost. This is because the frequency sweep cycle in the signal generator 12 fluctuates faster than the time resolution that can be achieved by the FFT processing performed by the FFT calculator 132, and as a result, a fast frequency sweep is expressed as the FFT output spectrum. An FFT output result that cannot be obtained is obtained. If the resonance frequency is specified or the Q value is calculated using the FFT output result, the peak frequency is specified accurately when the resonance frequency of the ground unit 15 is missing in the FFT output result. Affects. Similarly, the accuracy of Q value calculation is also lowered. As described above, when the frequency sweep period is shorter than the FFT period, a frequency sweep that is fast in terms of resolution cannot be expressed as an FFT output result, which affects the accuracy of peak frequency specification and Q value calculation. Naturally, the shorter the frequency sweep period compared to the FFT period (the faster the speed sweep), the more the FFT output result is affected, and the accuracy of peak frequency specification and Q value calculation becomes worse.

一方、FFT周期に比べ周波数スイープ周期が長い場合、すなわち、FFT周期が周波数スイープ周期より短い場合、複数のFFT出力結果を通じて1周波数スイープの結果が得られ、各FFT出力結果においては必ずしも地上子15の共振周波数を含む範囲で周波数スイープした結果とは限らない。例えば、FFT周期に比べ周波数スイープ周期の方が2倍長い場合、2回に1回のFFT出力結果は、共振周波数を含まない周波数スイープ範囲での結果を反映したスペクトルとなる。図5の場合では、グラフG3に示すように、地上子共振周波数80kHzに対し、80kHzを含まない範囲におけるタイミングでの周波数スイープ結果出力となっている。そのため、ある電圧レベル以上のピークが得られるものの、得られるピーク周波数はそのFFTタイミングでの周波数スイープした範囲での出力結果となるため、この場合には実際の共振周波数80kHzよりも低い周波数にピーク周波数が得られている。これは、各FFT出力で得られるピーク周波数は、その都度周波数スイープ範囲次第によって、異なるピーク周波数が得られることを意味する。また、地上子が有する共振周波数のQ値次第によっては、共振周波数を含まない範囲におけるタイミングでの周波数スイープのFFT出力では、受信信号レベルが十分誘起しないことも考えられる。   On the other hand, when the frequency sweep period is longer than the FFT period, that is, when the FFT period is shorter than the frequency sweep period, the result of one frequency sweep is obtained through a plurality of FFT output results. This is not necessarily the result of frequency sweeping within a range that includes the resonance frequency. For example, when the frequency sweep period is twice as long as the FFT period, the FFT output result once every two times becomes a spectrum reflecting the result in the frequency sweep range not including the resonance frequency. In the case of FIG. 5, as shown in the graph G3, the frequency sweep result is output at a timing in a range not including 80 kHz with respect to the ground resonance frequency of 80 kHz. Therefore, although a peak above a certain voltage level is obtained, the obtained peak frequency is the output result in the frequency swept range at the FFT timing, so in this case the peak is at a frequency lower than the actual resonance frequency of 80 kHz. The frequency is obtained. This means that the peak frequency obtained at each FFT output can be obtained differently depending on the frequency sweep range each time. Further, depending on the Q value of the resonance frequency of the ground unit, it is conceivable that the reception signal level is not sufficiently induced in the frequency sweep FFT output at the timing in the range not including the resonance frequency.

このように、FFT周期に比べ周波数スイープ周期が長く、地上子共振周波数を含まない範囲での周波数スイープ信号に対するFFT出力結果が得られた場合、地上子のQ値次第では受信信号レベルが十分誘起する保証はなく、仮にある電圧レベル以上の誘起が得られる場合でも、共振周波数を含んだ周波数スイープでのFFT出力結果で得られるピーク周波数の電圧レベルよりは小さいものであり、また周波数スイープ範囲次第によって、ピーク周波数の値もその都度異なるものとなってしまう。共振周波数検知精度は、車上子11の2次コイル11bで誘起する信号レベルに大きく関係するため、誘起電圧の低下は少なからず地上子検知精度や共振周波数検知精度に対して悪影響を及ぼすこととなる。また、受信信号レベルが十分誘起しない場合には、車上子11が地上子15と電磁結合している間にも関わらず、ある電圧レベル以上のピーク周波数を有したFFT出力結果がN回連続して得られなくなるため、前記したようにN回以上連続して検知出来た場合にのみ地上子15と電磁結合したと判定する方法が利用できなくなってしまう。当然ながら、FFT周期に比べ周波数スイープ周期が長ければ長いほど(遅ければ遅いほど)、これらの影響は大きくなる。   In this way, when the frequency sweep period is longer than the FFT period and the FFT output result for the frequency sweep signal in the range not including the ground element resonance frequency is obtained, the received signal level is sufficiently induced depending on the Q value of the ground element. Even if an induction exceeding a certain voltage level is obtained, the voltage level is lower than the peak frequency voltage level obtained from the FFT output result in the frequency sweep including the resonance frequency, and depends on the frequency sweep range. Therefore, the value of the peak frequency will be different each time. The resonance frequency detection accuracy is greatly related to the signal level induced by the secondary coil 11b of the vehicle upper arm 11, so that the reduction of the induced voltage is not a little, and it has an adverse effect on the ground child detection accuracy and the resonance frequency detection accuracy. Become. If the received signal level is not sufficiently induced, the FFT output result having a peak frequency equal to or higher than a certain voltage level is repeated N times even though the vehicle upper 11 is electromagnetically coupled to the ground 15. As described above, the method of determining that the electromagnetic coupling with the ground element 15 is made only when it can be detected continuously N times or more cannot be used. Of course, the longer the frequency sweep period compared to the FFT period (the slower the slower), the greater these effects.

このように、FFT周期に対し、周波数スイープ周期が長い場合にも、また、短い場合にも、結果として地上子検知精度や共振周波数特定精度に影響を及ぼしてしまう。そこで、FFT周期と周波数スイープ周波数周期を等しく設定することにより、グラフG1に示されるFFT出力結果となり、地上子の共振周波数の誤検知を防止するとともに周波数検知精度の向上を実現できる。   As described above, whether the frequency sweep period is long or short with respect to the FFT period, as a result, the ground element detection accuracy and the resonance frequency specifying accuracy are affected. Therefore, by setting the FFT period and the frequency sweep frequency period to be equal, the FFT output result shown in the graph G1 is obtained, and erroneous detection of the resonance frequency of the ground element can be prevented and frequency detection accuracy can be improved.

上記の理由からFFT周期と周波数スイープ周波数周期を等しく設定することが望ましいが、周波数スイープ周期をFFT周期より大きく設定することで、周波数スイープ周期がFFT周期より短い場合の問題は少なくとも解決できるという効果が得られるため、周波数スイープ周期をFFT周期以上に設定する方法であっても良い。また、逆に、周波数スイープ周期をFFT周期より短く設定することで、周波数スイープ周期がFFT周期より長い場合の問題は少なくとも解決できるという効果が得られるため、周波数スイープ周期をFFT周期より短く設定する方法であっても良い。   For the above reasons, it is desirable to set the FFT period and frequency sweep frequency period to be equal, but setting the frequency sweep period to be greater than the FFT period can at least solve the problem when the frequency sweep period is shorter than the FFT period. Therefore, a method of setting the frequency sweep period to be equal to or greater than the FFT period may be used. Conversely, by setting the frequency sweep cycle shorter than the FFT cycle, the problem that the frequency sweep cycle is longer than the FFT cycle can be solved at least, so the frequency sweep cycle is set shorter than the FFT cycle. It may be a method.

ここで、周波数スイープ信号生成部121で各共振周波数を中心とした周波数スイープ信号を生成させる場合、一般的には周波数スイープ周期を跨ぐ際の信号の位相は不連続になってしまう事が考えられる。   Here, when the frequency sweep signal generation unit 121 generates a frequency sweep signal centered on each resonance frequency, it is generally considered that the phase of the signal across the frequency sweep cycle becomes discontinuous. .

例えば、周波数103kHzを中心として101kHz〜105kHzをある周期にて周波数スイープさせた場合、105kHzまで周波数が偏移した後、次の周期にて101kHzから周波数スイープを再開すると、105kHzから101kHzに周波数を切り替えたタイミングで発振器などの関係により、一般的には位相が不連続になってしまう。   For example, if a frequency sweep is performed from 101kHz to 105kHz in a certain cycle centered on a frequency of 103kHz, after the frequency shifts to 105kHz, when the frequency sweep is restarted from 101kHz in the next cycle, the frequency is switched from 105kHz to 101kHz. In general, the phase becomes discontinuous due to the relationship of the oscillator or the like at the same timing.

信号生成部12と信号検出部13が非同期で動作しているとすると、FFT周期と周波数スイープ周期が同一周期の場合であっても、信号検出部13内のFFT演算部132で実施するFFT処理は、大抵の場合は周期を跨いだ周波数スイープ信号1周期分を利用して演算されることになる。そのため、FFT演算を行う際、位相不連続な周波数スイープ信号1周期分(例えば、102kHz→105kHz, 101kHz→102kHz)を用いることになり、共振周波数検知部133では位相連続な信号を利用してFFT出力された結果を用いる場合に比べて、少なからず検知精度が劣化する傾向に繋がる。そのため、周波数スイープ周期を跨ぐ際の信号の位相が連続になるように周波数スイープ信号を生成するようにするのが望ましい。具体的には、周波数スイープ周期を跨ぐ際、周波数スイープ終わりでの位相を保持し、次の周波数スイープ周期の初期位相として利用する方法が考えられる。   Assuming that the signal generation unit 12 and the signal detection unit 13 operate asynchronously, even if the FFT cycle and the frequency sweep cycle are the same cycle, the FFT processing performed by the FFT calculation unit 132 in the signal detection unit 13 In most cases, the calculation is performed by using one period of the frequency sweep signal across the period. Therefore, when performing the FFT calculation, one period of phase discontinuous frequency sweep signal (for example, 102 kHz → 105 kHz, 101 kHz → 102 kHz) is used, and the resonance frequency detector 133 uses the phase continuous signal to perform the FFT. Compared with the case where the output result is used, the detection accuracy tends to deteriorate. For this reason, it is desirable to generate the frequency sweep signal so that the phase of the signal when the frequency sweep cycle is straddled is continuous. Specifically, when straddling the frequency sweep cycle, a method of holding the phase at the end of the frequency sweep and using it as the initial phase of the next frequency sweep cycle is conceivable.

例えば、101kHz〜105kHzを周波数スイープさせる場合、105kHzでの位相がα[radian]だとすると、次の周波数スイープ周期開始周波数101kHzでの初期位相をα[radian]にしてスイープを開始することで、スイープ周期を跨いだ場合でも位相連続な信号として生成できる。   For example, when frequency sweeping from 101kHz to 105kHz, if the phase at 105kHz is α [radian], the initial phase at the next frequency sweep cycle start frequency of 101kHz is α [radian] and the sweep cycle is started. Can be generated as a phase-continuous signal.

また、周波数スイープの方向として、101kHz→105kHzにスイープした次の周期ではそのまま105kHzをスイープ開始周波数として105kHz→101kHzでスイープさせることによっても、スイープ周期を跨いだ場合でも位相連続な信号を実現可能である。すなわち、許容変動範囲において、第1周波数から第2周波数への周波数スイープと、第2周波数から第1周波数への周波数スイープとを、特定の時間周期で、交互に繰り返す。第1周波数は、たとえば、許容変動範囲の最小値または最大値であり、第2周波数は、当該最大値または最小値である。   In addition, as the frequency sweep direction, the next cycle after sweeping from 101 kHz to 105 kHz can be realized as a continuous phase signal even when the sweep cycle is crossed by sweeping from 105 kHz to 105 kHz as the sweep start frequency. is there. That is, in the allowable variation range, the frequency sweep from the first frequency to the second frequency and the frequency sweep from the second frequency to the first frequency are alternately repeated at a specific time period. The first frequency is, for example, the minimum value or the maximum value of the allowable variation range, and the second frequency is the maximum value or the minimum value.

あるいは、周波数スイープ周期を跨ぐ際の信号の位相が不連続な場合であっても、信号生成部12と信号検出部13を同期させることにより、周波数スイープ周期開始タイミングとFFT開始タイミングを合わせることが可能となる。そのため、この場合には周波数スイープ周期を跨がない信号によりFFT演算が可能となるため、周波数スイープ周期を跨ぐ際の信号位相が連続な場合と同様のFFT出力結果が得られることになる。ただし、信号生成部12と信号検出部13を同期させる場合には、図1には図示されていないが、信号生成部12から信号検出部13に対して同期させるための何らかの同期信号の入力が必要となる。   Alternatively, even if the phase of the signal across the frequency sweep cycle is discontinuous, it is possible to synchronize the frequency sweep cycle start timing with the FFT start timing by synchronizing the signal generation unit 12 and the signal detection unit 13. It becomes possible. For this reason, in this case, FFT calculation is possible using a signal that does not straddle the frequency sweep cycle, so that the same FFT output result as that obtained when the signal phase across the frequency sweep cycle is continuous is obtained. However, when synchronizing the signal generation unit 12 and the signal detection unit 13, although not shown in FIG. 1, there is no input of any synchronization signal for synchronization from the signal generation unit 12 to the signal detection unit 13. Necessary.

このように本発明実施形態では、周波数スイープ信号生成部121で各共振周波数を中心とした周波数スイープ信号を作成する際、スイープ周期を跨ぐ際の位相が連続になるように作成制御する、あるいは、信号生成部12と信号検出部13を同期させることにより、FFT演算部132でのFFT演算が位相連続な信号を用いることができ、より地上子の共振周波数の誤検知を防止するとともに周波数検知精度の向上の実現を図ることを可能とする。   As described above, in the embodiment of the present invention, when the frequency sweep signal generation unit 121 generates the frequency sweep signal centered on each resonance frequency, the generation control is performed so that the phase when the sweep period is straddled is continuous, or By synchronizing the signal generation unit 12 and the signal detection unit 13, the FFT calculation in the FFT calculation unit 132 can use a signal having a phase continuity, thereby preventing erroneous detection of the resonance frequency of the ground element and frequency detection accuracy. It is possible to realize improvement of the above.

以上のように、本発明の実施形態では、車上子1次コイルへ出力する送信信号として、地上子で用いられる各共振周波数を中心とした共振周波数の許容変動範囲を、ある特定の時間周期にて周波数スイープした信号をそれぞれ加算した信号を用いることにより、車上子が地上子と電磁結合した際、地上子共振周波数にずれが生じている場合であっても、車上子2次コイル11bに誘起する信号レベルの大きさを低下させることがないため、地上子検知精度や共振周波数検知精度に影響を及ぼすことなく検知可能となる。また、送信信号としてスペクトラム拡散により擬似雑音信号を利用する場合などに比べても、各周波数スペクトルにて安定した一定電圧レベルの信号を送信することが可能なため、Q値算出も含め、地上子検知精度や共振周波数検知精度の向上を図ることが出来る。   As described above, in the embodiment of the present invention, as a transmission signal to be output to the vehicle upper primary coil, an allowable fluctuation range of the resonance frequency centered on each resonance frequency used in the ground child is set to a specific time period. When the vehicle upper is electromagnetically coupled to the ground child by using the signals obtained by adding the frequency swept signals at, even if there is a deviation in the ground child resonance frequency, the vehicle upper secondary coil Since the signal level induced in 11b is not reduced, detection is possible without affecting the ground element detection accuracy and the resonance frequency detection accuracy. Compared to the case of using a pseudo-noise signal by spread spectrum as a transmission signal, it is possible to transmit a signal with a stable and constant voltage level in each frequency spectrum. The detection accuracy and the resonance frequency detection accuracy can be improved.

更に、地上子検知及び共振周波数検知のために用いるFFT演算での出力結果を考慮し、周波数スイープ信号を生成する際のスイープ周期をFFT演算の時間周期と等しく設定することにより、FFT出力結果を用いて地上子検知精度や共振周波数検知を実施する際の精度を更に向上することを可能とする。   Furthermore, considering the output result in the FFT calculation used for ground detection and resonance frequency detection, the FFT output result is set by setting the sweep period when generating the frequency sweep signal equal to the time period of the FFT calculation. By using this, it is possible to further improve the accuracy at the time of carrying out ground element detection accuracy and resonance frequency detection.

またその時間周期として、1/共振周波数の最低周波数間隔(あるいは、1/周波数最大許容変動値)以上の長さ、かつ、最短結合時間/N(Nは、2以上の自然数)以下の短い時間範囲で設定することにより、FFT出力結果は、隣接の共振周波数と誤検知しない周波数分解能を保ちつつ、1地上子結合あたり複数回のFFT出力を可能とし、複数回の連続FFT出力結果を利用することで、瞬時的なインパルス性雑音等に起因する地上子誤検知を更に防止することが出来る。   In addition, as the time period, the length is at least the minimum frequency interval of 1 / resonance frequency (or 1 / frequency maximum allowable fluctuation value) and the shortest coupling time / N (N is a natural number of 2 or more) or less. By setting the range, the FFT output result enables multiple FFT outputs per ground unit coupling while maintaining frequency resolution that does not falsely detect adjacent resonant frequencies, and uses multiple consecutive FFT output results Thus, erroneous detection of the ground element due to instantaneous impulsive noise or the like can be further prevented.

また、周波数スイープ周期を跨ぐ際の位相が連続になるように作成制御する、あるいは、信号生成部12と信号検出部13を同期させることにより、FFT演算が位相連続な信号を用いることができるため、これも同様にFFT出力結果を用いて地上子検知精度や共振周波数検知を実施する際の精度を更に向上することを可能とする。   In addition, because the creation control is performed so that the phase when the frequency sweep cycle crosses is continuous, or the signal generation unit 12 and the signal detection unit 13 are synchronized, it is possible to use a signal in which the FFT operation is phase continuous. Similarly, it is possible to further improve the accuracy of detecting the ground element and the resonance frequency using the FFT output result.

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

Claims (12)

共振器を含む地上子を用いて列車制御を行う列車制御車上装置であって、
ある特定の時間周期で、前記共振器の共振周波数を含む許容変動範囲で周波数をスイープさせて周波数スイープ信号を生成する信号生成部と、
前記周波数スイープ信号を受ける第1コイルと、前記第1コイルとの電磁結合により信号を得る第2コイルを有し、前記地上子と電磁結合したとき、前記第1コイルで受けた前記周波数スイープ信号のうち前記共振器の共振周波数に応じた信号成分を、前記地上子を介して前記第2コイルで得る、車上子と、
前記車上子の前記第2コイルで得られた信号を、前記ある特定の時間周期と等しい時間周期でフーリエ変換し、フーリエ変換後の信号に基づき、前記地上子の検出処理を行う信号検出部と、
を備えた列車制御車上装置。
A train control on-vehicle device that performs train control using a ground element including a resonator,
A signal generation unit that generates a frequency sweep signal by sweeping a frequency within an allowable variation range including a resonance frequency of the resonator at a specific time period;
A first coil that receives the frequency sweep signal; and a second coil that obtains a signal by electromagnetic coupling with the first coil, and the frequency sweep signal received by the first coil when electromagnetically coupled to the ground unit. A signal component corresponding to the resonance frequency of the resonator is obtained by the second coil via the ground element,
A signal detection unit that performs Fourier transform on the signal obtained by the second coil of the vehicle upper element at a time period equal to the specific time period, and performs detection processing of the ground element based on the signal after Fourier transform When,
Train control on-vehicle equipment with
それぞれ異なる共振周波数の共振器を有する複数の地上子を用いて列車制御を行い、
前記信号生成部は、前記共振周波数毎に前記周波数スイープ信号を生成し、各生成した周波数スイープ信号を加算し、
前記車上子の前記第1コイルは、加算された周波数スイープ信号を受ける、
ことを特徴とする請求項1に記載の列車制御車上装置。
Train control using a plurality of ground elements each having a resonator with a different resonance frequency,
The signal generation unit generates the frequency sweep signal for each resonance frequency, adds each generated frequency sweep signal,
The first coil of the upper arm receives the added frequency sweep signal;
2. The train control on-vehicle apparatus according to claim 1, wherein
前記フーリエ変換の時間周期は、
1/(前記各共振周波数間の間隔のうち最短共振周波数間隔)以上であり、かつ
(前記車上子が前記地上子と電磁的に結合する最短時間)/N(Nは2以上の自然数)以下である
ことを特徴とする請求項2に記載の列車制御車上装置。
The time period of the Fourier transform is
1 / (the shortest resonance frequency interval among the intervals between the resonance frequencies) or more, and (the shortest time in which the vehicle element is electromagnetically coupled to the ground element) / N (N is a natural number of 2 or more) The train control vehicle on-board device according to claim 2, characterized in that:
前記フーリエ変換の時間周期は、
1/(前記各共振周波数の前記許容変動範囲の最大値)以上であり、
(前記車上子が前記地上子と電磁的に結合する最短時間)/N(Nは2以上の自然数)以下である
ことを特徴とする請求項2に記載の列車制御車上装置。
The time period of the Fourier transform is
1 / (the maximum value of the allowable fluctuation range of each resonance frequency) or more,
3. The train-controlled on-board device according to claim 2, wherein the on-train device is less than (the shortest time in which the on-board child is electromagnetically coupled to the ground unit) / N (N is a natural number of 2 or more).
前記信号生成部は、前記ある特定の時間周期で前記スイープ信号を生成するに際し、前回の時間周期で生成したスイープ信号の最終位相を、次の時間周期で生成するスイープ信号の初期位相として用いる
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載の列車制御車上装置。
When generating the sweep signal at the specific time period, the signal generation unit uses the final phase of the sweep signal generated at the previous time period as the initial phase of the sweep signal generated at the next time period. The train control vehicle on-board device according to any one of claims 1 to 4.
前記信号生成部は、前記許容変動範囲において第1周波数から第2周波数への周波数スイープと、前記第2周波数から前記第1周波数への周波数スイープとを、前記ある特定の時間周期で交互に繰り返す
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載の列車制御車上装置。
The signal generation unit alternately repeats a frequency sweep from the first frequency to the second frequency and a frequency sweep from the second frequency to the first frequency in the allowable variation range at the specific time period. The train control vehicle on-board device according to any one of claims 1 to 4.
前記第1周波数は、前記許容変動範囲に含まれる最小周波数または最大周波数、
前記第2周波数は、前記許容変動範囲に含まれる最大周波数または最小周波数である
ことを特徴とする請求項6に記載の列車制御車上装置。
The first frequency is a minimum frequency or a maximum frequency included in the allowable variation range,
The train control on-vehicle apparatus according to claim 6, wherein the second frequency is a maximum frequency or a minimum frequency included in the allowable variation range.
前記信号生成部と前記信号検出部とを同期させることにより、前記信号生成部における周波数スイープ周期開始タイミングと、前記フーリエ変換部におけるフーリエ変換周期開始タイミングとを合わせる
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載の列車制御車上装置。
2. The frequency sweep cycle start timing in the signal generation unit and the Fourier transform cycle start timing in the Fourier transform unit are matched by synchronizing the signal generation unit and the signal detection unit. The train control on-vehicle device according to any one of 4.
地上子を用いて列車制御を行う列車制御車上装置であって、
ある特定の時間周期で、前記地上子の共振周波数を含む許容変動範囲で周波数をスイープさせて周波数スイープ信号を生成する信号生成部と、
前記周波数スイープ信号を受ける第1コイルと、前記第1コイルとの電磁結合により信号を得る第2コイルを有し、前記地上子と電磁結合したとき、前記第1コイルで受けた前記周波数スイープ信号のうち前記共振器の共振周波数に応じた信号成分を、前記地上子を介して前記第2コイルで得る、車上子と、
前記車上子の前記第2コイルで得られた信号を、前記ある特定の時間周期より大きい時間周期でフーリエ変換し、フーリエ変換後の信号に基づき、前記地上子の検出処理を行う信号検出部と、
を備えた列車制御車上装置。
A train-controlled on-board device that performs train control using a ground unit,
A signal generation unit that generates a frequency sweep signal by sweeping a frequency within an allowable variation range including a resonance frequency of the ground element at a specific time period;
A first coil that receives the frequency sweep signal; and a second coil that obtains a signal by electromagnetic coupling with the first coil, and the frequency sweep signal received by the first coil when electromagnetically coupled to the ground unit. A signal component corresponding to the resonance frequency of the resonator is obtained by the second coil via the ground element,
A signal detection unit that performs Fourier transform on a signal obtained by the second coil of the vehicle upper unit at a time period larger than the specific time period, and performs detection processing of the ground unit based on the signal after Fourier transform When,
Train control on-vehicle equipment with
異なる複数の共振周波数を有する複数の前記地上子を用いて列車制御を行い、
前記信号生成部は、前記複数の地上子の前記共振周波数毎に前記周波数スイープ信号を生成し、各生成した周波数スイープ信号を加算し、加算された周波数スイープ信号を前記車上子に与える、
ことを特徴とする請求項9に記載の列車制御車上装置。
Train control using a plurality of the above-mentioned ground elements having a plurality of different resonance frequencies,
The signal generator generates the frequency sweep signal for each resonance frequency of the plurality of ground elements, adds the generated frequency sweep signals, and gives the added frequency sweep signal to the vehicle upper element.
10. The train control on-vehicle apparatus according to claim 9, wherein
共振器で構成された地上子を用いて列車制御を行う列車制御車上装置であって、
ある特定の時間周期で、前記地上子の共振周波数を含む許容変動範囲で周波数をスイープさせて周波数スイープ信号を生成する信号生成部と、
前記周波数スイープ信号を受ける第1コイルと、前記第1コイルとの電磁結合により信号を得る第2コイルを有し、前記地上子と電磁結合したとき、前記第1コイルで受けた前記周波数スイープ信号のうち前記共振器の共振周波数に応じた信号成分を、前記地上子を介して前記第2コイルで得る、車上子と、
前記車上子の前記第2コイルにより得られた信号を、前記ある特定の時間周期より小さい時間周期でフーリエ変換し、フーリエ変換後の信号に基づき、前記地上子の検出処理を行う信号検出部と、
を備えた列車制御車上装置。
A train-controlled on-board device that performs train control using a ground unit composed of a resonator,
A signal generation unit that generates a frequency sweep signal by sweeping a frequency within an allowable variation range including a resonance frequency of the ground element at a specific time period;
A first coil that receives the frequency sweep signal; and a second coil that obtains a signal by electromagnetic coupling with the first coil, and the frequency sweep signal received by the first coil when electromagnetically coupled to the ground unit. A signal component corresponding to the resonance frequency of the resonator is obtained by the second coil via the ground element,
A signal detection unit that Fourier-transforms the signal obtained by the second coil of the vehicle upper unit at a time period smaller than the specific time period, and performs detection processing of the ground unit based on the signal after Fourier transform When,
Train control on-vehicle equipment with
異なる複数の共振周波数を有する複数の前記地上子を用いて列車制御を行い、
前記信号生成部は、前記複数の地上子の前記共振周波数毎に前記周波数スイープ信号を生成し、各生成した周波数スイープ信号を加算し、加算された周波数スイープ信号を前記1次コイルに与える、
ことを特徴とする請求項11に記載の列車制御車上装置。
Train control using a plurality of the above-mentioned ground elements having a plurality of different resonance frequencies,
The signal generator generates the frequency sweep signal for each resonance frequency of the plurality of ground elements, adds the generated frequency sweep signals, and gives the added frequency sweep signal to the primary coil.
12. The train control on-vehicle apparatus according to claim 11, wherein
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