JP2014520267A - トランスポンダセンターポイントの位置決定 - Google Patents

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Abstract

本発明の態様は、絶対位置付けのために使用されるトランスポンダのセンターポイントを高精度に識別する。本発明によると、前記ガイドウェイそばのトランスポンダを活性化する送信器と、トランスポンダ識別を決定するために前記活性化されたトランスポンダからの応答信号を検出するための第一検出器と、前記第一信号から切り離され、かつ、正確な位置情報を提供する前記トランスポンダから受信された位置信号を検出するための第二検出器とを含む、ガイドウェイに沿って走行する車両のための無線位置測定システムが提供される。

Description

本発明は、車両位置システムの分野に関し、より具体的には、トランスポンダが適合されている走行中の車両の正確な位置に関する。
トランスポンダ、及び、より具体的には無線周波数識別(Radio Frequency Identification:RFID)トランスポンダは、例えば、ガイドウェイに沿って走行中である列車のような車両の絶対位置を取得するために使用される。しかし、トランスポンダがフットプリントとして知られている有限距離に及んでおり、かつ、正確な位置情報を正確に提供するためのトランスポンダ(RFID)のセンターの位置決定、特にトンネルの中での位置決定は、無線送信伝搬の特性に起因して困難なものである。
現在の最善の解決策では、外部手段によってトランスポンダセンターポイントの位置を推定し、又は、高価なトランスポンダを使用している。これらは、位置の正確な特定を保証するために、トランスポンダフットプリントを制御している。しかし、無線送信の前記ポイントから、前記フットプリントが、その特定の値を越えないことを保証することは困難である。
前記列車が、駅、さらに具体的にはプラットフォームドアを備えた駅に正確に停車するということを保証しないので、推定では不十分である。高価なトランスポンダは、フットプリントが最適化されることを保証するが、無線送信の特性によって安全で活性的な手段で前記トランスポンダの位置を保証することはできない。
本発明の態様は、絶対位置決めのために使用されるトランスポンダのセンターポイントを高精度に識別する。さらに、CBTC(Communication-Based train Control)システムにおいて位置決めの活性的な特性によって、前記トランスポンダのセンターの検出は、この解決策が保証する安全な示唆を有している。
本発明の基本的な考えは、タグIDのための無線送信を、すなわち、前記トランスポンダのセンターポイントの識別からのフットプリントを、切り離すことである。これは、前記トランスポンダのセンターの正確な検出を可能にする独立的二次手段を提供することによって成され、本願明細書における前記“センター”は、前記トランスポンダ上の既知の基準ポイントに言及しており、必ずしも地理的なセンターを意味しているわけではない。
本発明によると、前記ガイドウェイそばのトランスポンダを活性化する送信器と、トランスポンダ識別を決定するために前記活性化されたトランスポンダからの応答信号を検出するための第一検出器と、前記第一信号から切り離され、かつ、正確な位置情報を提供する前記トランスポンダから受信された位置信号を検出するための第二検出器とを含む、ガイドウェイに沿って走行する車両のための無線位置測定システムが提供される。
本発明の態様は、例えば列車のような走行中の車両の位置が、１又は２センチメートルの範囲内で推定されることを可能とする。一態様において、クロスオーバーアンテナのクロスオーバーポイントが、センターポイントを提供する。注意すべき“センターポイント”は、実際に前記トランスポンダのセンターになければいけないというわけではなく、単なる、二次システムにより提供される厳密な位置によって取得される既知の基準ポイントである。前記トランスポンダのIDを与える一次システムは、列車の大まかな位置を設定するが、前記トランスポンダの有限のフットプリントに起因する不正確さの欠点を持つ。前記二次システムによって提供される厳密な位置は、前記トランスポンダフットプリント内で列車の正確な位置を決定する。
一態様において、本発明は、前記トランスポンダと、走行中の車両との両方にクロスオーバーアンテナを含む。前記トランスポンダが、前記列車から前記活性化信号を受信するとき、それはクロスオーバーアンテナを介して信号を送信し、前記信号はただのキャリア(carrier)であってよい。この信号は、前記列車上でクロスオーバーアンテナによって受信され、かつ、前記センターポイントがクロスするときのフェーズにおける変化を検出することによって、前記クロスオーバーアンテナの前記センターポイントが一致するときに、復調器は判定する。
前記位置信号送信器は、符号化信号送信器と同様にして前記走行中の車両から受信されるエネルギによって駆動される。一態様において、前記列車は、メインのトランスポンダアンテナのそれぞれの側に二つのクロスオーバーアンテナを有しているので、クロスオーバーアンテナは、前記列車がどちらの方向に動いているとしても、前記トランスポンダアンテナの下流に位置される。
別の態様において、本発明は、ガイドウェイ上の走行中の車両の位置を正確に決定する方法を提供し、前記方法は、活性化信号を前記走行中の車両から走行路のそばのトランスポンダに送信するステップと、
前記活性化信号を受信し次第、前記走行路のそばのトランスポンダから符号化された識別信号を送信するステップと、
前記活性化信号を受信し次第、前記走行路のそばのトランスポンダに関連する追加のアンテナから第二信号を送信するステップであって、前記第二信号は、前記符号化された識別信号から切り離されるステップと、
前記第二信号から前記走行中の車両の前記正確な位置を決定するステップと
を含む。
本発明は以下、単なる実施例を用いて、添付図面を参照しながら、より詳細に説明する。
オンボードの検出システムのブロック図である。 走行路のそばのトランスポンダシステムのブロック図である。
RFIDシステムは、一般的には、３つの要素から成っており、それは、トランスポンダ又はタグ(又はマルチタグ)、リーダー(reader)又は質問器(interrogator)、及び必要な支援インフラストラクチャ(ハードウェアとソフトウェアの両方)である。
RFIDリーダー、又は質問器は、RFIDタグと通信するためのデバイスである。それは、前記タグによって受信される無線信号をブロードキャストする。前記タグは、ついで、前記送信器によって提供されたエネルギを使用するリーダーに、その情報を返送する。リーダーは、場所/位置決定のための携帯用ハンドヘルド端末、又は、例えば列車のような走行中の車両に固定されたデバイスのどちらかであってもよい。
RFIDタグは、トランスポンダとしても知られ、通常の小型部品であり、典型的には３つの構成要素を含んでいる。それは、アンテナ、メモリ領域を含むマイクロチップユニット、及びパッケージ部品(encapsulating material)である。タグは、読み出し専用又は読み書きタグのどちらであってもよい。これらの用語は、タグに記憶された情報が、変化又は削除されるかどうかを意味している。読み出し専用タグは、ガイドウェイにおける前記トランスポンダの絶対位置を提供する識別コード(より具体的には、電子製品コード)を有するRFIDタグの形態である。
本発明の実施形態に従って、RFIDリーダー/送信器によって提供されるエネルギは、前記トランスポンダに適合する二次回路を活性化するために使用され、ついで、前記トランスポンダアンテナ内に内臓された単一転送クロスオーバーを有するループを活性化する。前記列車に搭載されたアンテナは、前記トランスポンダのセンターポイントを検出するために、アンテナが前記ループを通過するときに前記ループにおける電流及び前記ループにおける誘導電流のフェーズシフトを検出する。
前記オンボードRFIDリーダー/送信器は、前記トランスポンダIDを提供するために、前記トランスポンダにおける反射信号を活性化するために使用されるエネルギを送信する。前記トランスポンダは、エネルギを反射する時に、前記信号は、前記IDの符号化を提供するために復調される。
列車に搭載された前記RFID受信器が、反射信号を検出するとき、ロック信号は、ハイに設定される。このロック信号は、トランスポンダが検出範囲内にあることをオンボードコンピュータに示している。しかし、信号の反射及びマルチパシング(multipathing)に起因して、RFIDリーダー/送信器アンテナが実際に前記トランスポンダを横切るときに受信信号のみが検出されると想定することはできない。
前記ロック信号が検出されるとき、クロスオーバーのフェーズ変化を推定するための前記検出回路が活性化される。クロスオーバー検出アンテナによって受信された信号は推定され、かつ、前記フェーズシフトが前記クロスオーバーポイントを示しているとき、前記トランスポンダのセンターと同じ位置にある前記クロスオーバーの正確な位置を示すために、信号がオンボードコンピュータに提供される。
前記トランスポンダIDの様々な検出手段と、前記クロスオーバーの検出を使用することによって、前記トランスポンダIDと前記トランスポンダのセンターの位置との間を切り離し(decoupling)が成される。前記クロスオーバーポイントの検出は、フットプリントから独立しているので、この切り離しは、前記トランスポンダフットプリントの変動に対する検出の感度を減少させる。前記フットプリントの変化は、前記クロスオーバー検出に影響しない。
前記トランスポンダは、ビームによって前記クロスオーバー回路を駆動することを可能とするために、ビームパワーの調整を提供する回路の追加で改良されてもよい。オリジナル信号の周波数分割のための回路、又は、前記クロスオーバーを駆動するための発振器及び回路が前記トランスポンダに加えられてもよい。
前記トランスポンダが、前記列車から質問器ビームによって光があてられるときはいつでも、前記クロスオーバー回路が活性化される。前記オンボードトランスポンダ質問器は、前記クロスオーバー受信アンテナの追加及び前記クロスオーバー検出回路によって改良される。前記回路が前記信号を受信するとき、それは、誘導信号を推定し、かつ、前記信号のフェーズを記録する。
前記クロスオーバーに提供された前記エネルギが低いとき、前記クロスオーバー受信アンテナは、近いフィールドにおいて生成された信号と磁気的に結合するために、前記トランスポンダに近く接近している必要がある。前記列車が、前記トランスポンダセンターを一旦通過すると、前記クロスオーバーが検出され、かつ、前記情報が前記オンボードコンピュータに移動する。前記オンボードコンピュータは、前記ガイドウェイ上の前記列車を正確に位置決めするために、前記トランスポンダID及び前記クロスオーバーの前記ポイント及びデータベース内の位置を関連付ける。
前記クロスオーバーの受信アンテナと、前記クロスオーバーの検出との間の誘導的な結合は、前記トランスポンダフットプリントのサイズから独立している前記トランスポンダセンターポイントの正確かつ活性的な識別を提供する。
ここで、本発明の詳細な実施形態を示す図１を参照すると、無線位置システムは、RFID送信器12及びRFID検出器/受信器14を含むシステムの動作を制御するオンボードコンピュータ10を含む。前記RFID送信器及び検出器/受信器は、RFIDアンテナ16に接続されている。
アンテナ16によって受信された符号化されたRFID信号を受信し次第、前記RFID検出器/受信器14は、復号化されたRFID IDを前記オンボードコンピュータ10に送信し、メモリ11の中の検索テーブルにおけるIDを検索することによって前記走行路のそばのトランスポンダの大まかな位置を決定する。
前記符号化されたRFID信号を受信し次第、前記RFID検出器/受信器14はまた、ロック信号を生成し、前記ロック信号は前記オンボードコンピュータ10及びフェーズ復調器18に送信され、それらを活性化する。
前記フェーズ復調器18は、前記RFIDアンテナ16のどちらか側にあるそれぞれのクロスオーバーアンテナ20に接続され、その結果、前記列車の動きの方向が如何なる方向であっても、クロスオーバーアンテナ20は、前記RFIDアンテナ16の下流に位置される。
走行路のそばのトランスポンダは図２に示されている。これは、トランスポンダアンテナ30、RFID信号受信器/送信器ユニット32、及び受信器/整流器34を含む。前記トランスポンダ30による活性化信号の受信に応じて、前記RFID信号受信/送信器ユニット32は、符号化された信号を、前記トランスポンダアンテナ30を介して前記列車上の前記RFIDアンテナ16に送信する。前記RFIDデバイスは、前記走行中の車両から受信された前記活性化信号から生成された電圧によって駆動される。
前記受信器/整流器34はまた発振器36を駆動し、発振器36は、増幅器信号調節器38を介して、前記トランスポンダに関連する既知の位置に置かれたクロスオーバーアンテナ40を通過する信号を生成し、かつ、そのクロスオーバーポイントは、前記“センター”又は前記トランスポンダの基準ポイントに対応し、又は少なくともそこから既知の距離が位置づけられる。
従来技術において既知であるように、クロスオーバーアンテナは、反対方向に流れる電流とともに二つのループを含む。その結果、二つのループからの放射は、遠距離場において無効になるが、近距離場においては無効にならない。
前記走行中の車両は、トンネルの中の列車であってもよく、前記クロスオーバーアンテナを通過するので、受信クロスオーバーアンテナは、前記受信アンテナのセンターポイントが、前記送信アンテナのセンターポイントを通過するとき、フェーズ変化を受信する。このフェーズ変化が検出される前記ポイントは、前記列車が前記送信アンテナ40の前記センターポイントを通過しているときの瞬間を示している。結果として、オンボードコンピュータ10は、高精度で前記列車の位置を決定することができる。
上記実施形態において注目されるべきは、前記位置信号は、前記RFID信号から切り離されるということである。さらに、前記位置信号は、純正弦波であってよい。前記オンボードコンピュータは、タグの大まかな位置を、そのIDから決定するので、いかなる方法であっても符号化される必要はない。前記クロスオーバーアンテナのセンターの位置が正確に知られているとき、前記列車の正確な位置は、前記オンボードコンピュータによって決定されてもよい。
上記実施形態の利点は、無線送信に依らず、かつ従って、前記トランスポンダフットプリントに依らず、1〜2センチメートルの精度で、前記トランスポンダセンターポイントの正確な決定が可能であることである。
用語“回路”は、ここで一般的な意味で使用されており、かつ、ソフトウェアの実施形態を含むと理解される。ここでのいずれのブロック図も、本発明の原理を具体化している、説明に役立つ回路の概念的な視点を表していると当業者によってもまた理解されるべきである。例えば、プロセッサは、適切なソフトウェアと関連するソフトウェアを実行可能であるハードウェアと同様な専用のハードウェアの使用を介して提供されてもよい。機能がプロセッサによって提供されるとき、その機能は、シングル専用プロセッサ、単一共有プロセッサ、又は複数の個々のプロセッサによって提供されてもよく、そのいくつかが共有されていてもよい。さらに、用語“プロセッサ”の明確な使用は、ソフトウェアを実行可能なハードウェアを排他的に言及していると解釈されるべきではなく、かつ、デジタル信号プロセッサ(DSP)ハードウェア、ネットワークプロセッサ、特定用途向け集積回路(ASIC)、書替え可能ゲートアレイ(FPGA)、ソフトウェア記憶のための読み取り専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、及び、不揮発性記憶装置を暗黙的に含んでもよく、これらに限定されない。従来及び/又は慣習的なその他のハードウェアがまた含まれてもよい。前記用語の回路は、ここでソフトウェアにおいて実際に実施される機能ブロックを包含するように使用される。
１０ オンボードコンピュータ
１１ メモリ
１２ RFID送信器
１４ RFID探知器/受信器
１６ RFIDアンテナ
１８ フェーズ復調器
２０ クロスオーバーアンテナ
３０ トランスポンダアンテナ
３２ RFID信号受信器/送信器
３４ 受信器/整流器
３６ 発振器
３８ 増幅器信号調節器
４０ クロスオーバー

Claims (15)

  1. ガイドウェイに沿って走行している車両のための無線位置測定システムであって、
    前記ガイドウェイのそばのトランスポンダを活性化するための送信器と、
    前記トランスポンダ識別を決定するために、前記活性化されたトランスポンダからの応答信号を検出するための第一検出器と、
    前記第一信号から切り離され、かつ、正確な位置情報を提供する前記トランスポンダから受信された位置信号を検出するための第二検出器と
    を含む無線位置測定システム。
  2. 前記応答信号の検出に応答してロック信号を生成するように構成され、
    前記ロック信号が存在する場合、オンボードコンピュータが、前記正確な位置情報を抽出するように構成される
    請求項１に記載の無線位置測定システム。
  3. 前記ロック信号は、前記第一検出器によって生成される請求項１又は２に記載の無線位置測定システム。
  4. 前記第二検出器は、前記トランスポンダに関連するクロスオーバーアンテナから前記位置信号を受信するためのクロスオーバーアンテナを含む請求項３に記載の無線位置測定システム。
  5. 前記第二検出器は、前記車両が前記トランスポンダに関連する前記アンテナを通過するとき、フェーズ変化を検出するためのフェーズ復調器をさらに含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の無線位置測定システム。
  6. 前記応答信号を受信するためのアンテナと、
    前記位置信号を検出するための前記トランスポンダアンテナのそれぞれの側に位置するクロスオーバーアンテナと
    をさらに含む請求項５に記載の無線位置測定システム。
  7. ガイドウェイに沿って走行している車両のための無線位置測定システムとともに使用されるトランスポンダであって、
    走行中の車両から活性化信号を受信し、かつ、応答信号を送信するためのトランスポンダアンテナと、
    前記活性化信号を受信し次第、第二信号を送信し、かつ、位置情報が導き出されることが可能な第二アンテナと、
    前記活性化信号を受信し次第、前記第二信号を送信するように構成された制御回路と
    を含むトランスポンダ。
  8. 前記第二アンテナは、クロスオーバーアンテナである請求項７に記載のトランスポンダ。
  9. 前記トランスポンダアンテナを介して、符号化された識別信号を送信するための無線周波数識別ブロックと、
    前記第二アンテナによって送信する信号を生成するための発振器と
    をさらに含む請求項８に記載のトランスポンダ。
  10. ガイドウェイにおける走行中の車両の前記位置を正確に決定する方法であって、
    前記走行中の車両から走行路のそばのトランスポンダに活性化信号を受信するステップと、
    前記活性化信号を受信し次第、前記走行路のそばのトランスポンダから符号化された識別信号を送信するステップと、
    前記活性化信号を受信し次第、前記走行路のそばのトランスポンダに関連する追加のアンテナから第二信号を送信するステップであって、前記第二信号は、前記符号化された識別信号から切り離されるステップと、
    前記第二信号から前記走行中の車両の前記正確な位置を決定するステップと
    を含む方法。
  11. 前記第二信号は、クロスオーバーアンテナから送信され、かつ、
    前記車両の前記位置は、前記クロスオーバーアンテナから受信された前記信号を復調することによって決定される請求項１０に記載の方法。
  12. 前記第二信号は、クロスオーバーアンテナによって前記走行中の車両において受信され、かつ、
    前記位置情報は、前記走行中の車両における前記クロスオーバーアンテナによって受信された前記信号をフェーズ復調することによって導き出される請求項１０又は１１に記載の方法。
  13. ロック信号は、前記符号化された識別信号の前記受信に応じて生成され、かつ、
    前記ロック信号が存在する場合、前記走行中の車両におけるオンボードコンピュータが、前記クロスオーバーアンテナの前記クロスオーバーポイントを検出する請求項１２に記載の方法。
  14. 前記走行中の車両は、二つのクロスオーバーアンテナを有しており、
    アンテナのそれぞれの側における一つは、前記符号化された識別信号を受信する請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の方法。
  15. 前記トランスポンダは、無線周波数識別タグである請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の方法。
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