JP3959015B2 - 信号処理方法、および、信号処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動列車停止装置ＡＴＳ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｉｎ Ｓｔｏｐｐｅｒ）にかかり、車上子と地上子との電磁結合により共振判定を行い、地上子共振周波数の有無を判別する処理において、無調整で、耐ノイズ性を向上させて高速に信号検出を行うことが可能な、信号処理方法、および、信号処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動列車停止装置ＡＴＳとしては、一般的に、変周式ＡＴＳが広く採用されている。
【０００３】
図９は、従来の変周式ＡＴＳ装置の構成例を示す。
【０００４】
車上装置には、車上子１のコイルを帰還回路とした増幅器１１による発振回路が設けられている。そして、走行している列車の車上子１が地上子１０の上を通過するとき、増幅器１１の発振周波数ｆ１が地上子１０に設定された共振回路の共振周波数ｆ２に変周する。
【０００５】
変周前は、ＢＰＦ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）１３ａより一定の信号が出力されていたものが、変周によりＢＰＦ１３ａの出力が停止し、ＢＰＦ１３ｂより信号が出力される。この通過帯域を設けたＢＰＦ１３ｂの出力信号を検出し、列車へ停止信号や速度信号とし、または許容走行速度信号を出力する。
【０００６】
図１０は、地上子との共振検出を行う共振判定型ＡＴＳ装置の構成例を示す。
【０００７】
このＡＴＳは、発振回路２１ａ〜２１ｄを個別に設け、ｆ１〜ｆ４の周波数を発生させ、加算器２２で加算後に増幅器２４で増幅した多重信号を車上子１に送出する。そして、地上子１０と共振した信号は、ＢＰＦ２５ａ〜２５ｄを介して信号レベルが大きくなって車上子１の２次側へ出力される。
【０００８】
このように共振判定型ＡＴＳ装置では、信号レベルを判定し、一般的にその信号レベルの大小に基づいて共振判定を行っている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−３０４５１６号公報（平成９年４月２５日出願）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の共振判定型ＡＴＳ装置では、多重信号に対して増幅器のダイナミックレンジの問題や、地上子１０の共振周波数ずれによる弁別比の減少などの問題がある。
【００１１】
また、上記以外の共振判定方式として、図１０に示したような発振回路２１ａ〜２１ｄと加算器２２とを、直接ディジタル合成回路やＶ／Ｆ回路で構成した方式も提案されている。しかし、この方式でも同様に、発振回路やＢＰＦによる選別回路の物量が多く、装置の小型化が困難であるという問題点がある。
【００１２】
上述した従来の技術では、機器の調整作業や耐ノイズ性、共振判定数分のＢＰＦや検出回路が必要となり、装置の小型化が困難であるなどの問題がある。
【００１３】
また、車上子１は周波数特性を持っているので、車上子１の２次側の信号レベル、位相は周波数によって変化する問題や、地上子１０も経年変化等により中心周波数が±２ＫＨｚ変動し、車上子１の２次側の信号レベル、位相は変動するとう問題がある。
【００１４】
さらに、車上子１と信号源側とを接続するケーブル長によっても、車上子１の２次側の信号レベルや位相が変化するという問題や、車上子１と地上子１０との距離によっても、振幅は変化するという問題があり、これらの変動要因を考慮した調整は非常に困難である。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、ケーブル長、車上子および地上子の特性による共振判定レベル、位相の変化による調整の困難さ、耐ノイズ性を解決し、無調整でかつ短時間に高精度な共振判定を行う高信頼性の地上子検出装置を作製することが可能な、信号処理方法、および、信号処理装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、車上子から送出される送出信号の発振周波数を変化させ、該車上子と地上子との電磁結合に基づいて共振判定を行うことにより、地上子共振周波数の有無を判別する信号処理方法であって、所定時間ｔ内で所定の周波数が複数回繰り返えされる信号を用い、該信号をｎ回周波数を異ならせて繰り返して出力することによって、前記地上子と共振し得る地上子共振周波数ｆａを含み、ｎ種類の周波数と時間ｔの積ｎ×ｔを１周期とした送出信号を繰り返し送出する送出工程と、前記車上子から送出されたｎ×ｔ時間の１周期分の送出信号を、前記地上子との電磁結合により検出する検出工程と、前記検出された信号を、直交検波してベクトル演算処理を行うことにより、ｔ時間内の振幅、位相、周波数の変化量を算出する演算工程と、前記算出された振幅、位相、周波数の変化量に基づいて共振判定を行い、前記地上子共振周波数の有無を示す共振結果データを生成する共振判定工程とを具えることによって、信号処理方法を提供する。
【００１７】
前記共振判定工程は、ｎ×ｔ時間内の１周期でｎ個の共振判定を時系列に行い、各周期内の同一周波数域毎に算出された共振判定値を積算し、該積算値に基づいて最終的な共振結果データを生成してもよい。
【００１８】
本発明は、車上子から送出される送出信号の発振周波数を変化させ、該車上子と地上子との電磁結合に基づいて共振判定を行うことにより、地上子共振周波数の有無を判別する信号処理装置であって、前記車上子の前記送出信号の信号源を、ＤＤＳ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）により構成し、所定時間ｔ内で所定の周波数が複数回繰り返えされる信号を用い、該信号をｎ回周波数を異ならせて繰り返して出力することによって、前記地上子と共振し得る地上子共振周波数ｆａを含み、ｎ種類の周波数と時間ｔの積ｎ×ｔを１周期とした送出信号を繰り返し送出する送出手段と、前記車上子から送出されたｎ×ｔ時間の１周期分の送出信号を、前記地上子との電磁結合により検出する検出手段と、前記検出された信号を、直交検波してベクトル演算処理を行うことにより、ｔ時間内の振幅、位相、周波数の変化量を算出する演算手段と、前記算出された振幅、位相、周波数の変化量に基づいて共振判定を行い、前記地上子共振周波数の有無を示す共振結果データを生成する共振判定手段とを具えることによって、信号処理装置を構成する。
【００１９】
前記共振判定手段は、ｎ×ｔ時間内の１周期でｎ個の共振判定を時系列に行い、各周期内の同一周波数域毎に算出された共振判定値を積算し、該積算値に基づいて最終的な共振結果データを生成する積算手段を含んでもよい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２４】
本発明の実施の形態を、図１〜図８に基づいて説明する。
【００２５】
（概要）
まず、本発明の概要について説明する。
【００２６】
一般的な変周式ＡＴＳ（ＡＴＳ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｉｎ Ｓｔｏｐｐｅｒ）装置は、増幅器とこれに接続された正帰還ループ（＝車上子）とを接続して発振回路を構成したものであり、車上子と地上子との電磁結合により常時発振周波数が地上子共振周波数に変周することによって信号検出を行っている。
【００２７】
この信号検出に際して、複数の地上子との間で変周動作を可能にするためには、車上子を含めた増幅器の位相、ゲイン特性を適切に調整する必要がある。
【００２８】
また、パンタグラフ離線ノイズなどの外乱ノイズの影響を受け易く、地上子との結合時間が数ｍｓｅｃ程度であり、信号と外乱ノイズとの弁別を配慮した調整も必要である。
【００２９】
本発明では、そのような各種調整の必要性を考慮して、信号源をＤＤＳ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）方式として構成し、地上子１０に送出される送出信号３００は、地上子共振周波数ｆａを含む周波数ｆｈ〜ｆｌの範囲とし、所定周波数の信号をｔ時間内で繰り返して送出すると共に、各回毎に周波数を異ならせて計ｎ回（ｎ×ｔ時間）を１周期として繰り返して送出する。
【００３０】
その送出信号３００が入力される車上子１と、地上子１０との電磁結合によって得られた出力信号３５０を直交検波した後にベクトル演算処理を逐次行い、ｔ時間内の振幅、位相、周波数の変化量を求め、該変化量に基づいて共振判定を行うことにより、地上子共振周波数ｆａの有無を示す共振結果データを生成する。この場合、共振判定は、ｎ×ｔ時間内の１周期でｎ回の共振判定を行うと共にこの１周期の共振判定を電磁結合時間ｍ内で時系列にｎ×ｍ回行い、各周期内の同一周波数域毎に算出された共振判定値を積算し、該積算値に基づいて最終的な共振結果データを生成するようにしてもよい。
【００３１】
（具体例）
以下、具体例を挙げて説明する。
【００３２】
＜構成＞
図１は、本発明に係る信号処理装置としての地上子検出装置の構成例を示す。
【００３３】
地上子検出装置１００（以下、車両信号検出装置という）には、周波数時分割共振判定を行うものであり、ＣＰＵ１０１と、信号制御部１１０と、ＡＭＰ１２０と、リミッタ付きＡＭＰ１２１と、ＢＰＦ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）１２２と、共振演算部１３０と、共振判定部１４０と、バッファ１５０と、データ出力部１６０とが備えられている。
【００３４】
以下、各部の構成について説明する。
【００３５】
ＣＰＵ１０１は、信号制御部１１０と共振判定部１４０とバッファ１５０とに対する制御プログラムを備え、これら各部に対して各種の制御処理（信号送出制御処理、判定処理、データ出力制御処理）を実行する。
【００３６】
信号制御部１１０は、図２に示すように、信号処理回路１１１と、ＤＤＳ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）回路１１２とからなる。信号処理回路１１１は、送出信号３００の基本構成となる１周期分の波形データ９０を格納したＲＯＭ１１３を備えている。ＤＤＳ回路１１２は、アンプ１１４と、ＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）１１５を備えている。
【００３７】
このように予め波形データ９０を作成して記憶しておき、ＤＤＳ回路１１２を用いて順次選択することにより、高速な送出制御処理が可能となる。
【００３８】
車上子１の２次側に接続されたリミッタ付きＡＭＰ１２１は、車上子１と地上子１０の距離が何らかの要因で通常よりも接近した場合の最大振幅が飽和しないように制御する機能も有する。
【００３９】
共振演算部１３０は、出力信号３５０を検出する直交検波回路１３１と、ベクトル演算処理を実行するベクトル演算回路１３２とからなる。
【００４０】
共振判定部１４０は、位相判定回路１４１と振幅判定回路１４２と周波数判定回路１４３とから構成されており、共振演算部１３０でのベクトル演算の逐次計算結果を１周期内でｔ時間毎に変化量としてｎ回繰り返して求める機能（ｎ×ｔ）と、該ｔ時間毎の変化量を電磁結合時間ｍ内で時系列に繰り返して求め（ｍ×ｎ×ｔ）、各周期内の同一周波数域毎に算出された共振判定値を積算して最終的な共振結果データを生成する機能とを有する。
【００４１】
バッファ１５０は、２ｎ個からなり、地上子１０との共振データの振幅・位相・周波数を一時的に記憶する。
【００４２】
データ出力部１６０は、それらバッファ１５０に記憶された共振データを、定期的にＰＣインタフェースを介してＰＣ（パーソナル コンピュータ）等の外部装置２００に出力する。
【００４３】
（送出信号）
次に、送出信号３００について説明する。
【００４４】
ＲＯＭ１１３には、１周期分の送出信号３００に当たる波形データ９０が記憶されている。送出信号３００は、地上子１０と共振し得る地上子共振周波数ｆａを含む範囲内の周波数ｆｈ〜ｆｌ（ｆｈ＞ｆｌ：周波数の高い順に配列されている）を変数パラメータとする１組の信号が最小単位として構成されている。
【００４５】
図３は、送出信号３００の最小単位の構成例を示す。
【００４６】
送出信号３００は、その周波数が、地上子１０の地上子共振周波数ｆａを含む周波数ｆｈ〜ｆｌの範囲内に存在する。
【００４７】
図４は、１周期分の送出信号３００の構成例を示す。
【００４８】
この１周期分の送出信号３００は、ＲＯＭ１１３内に波形データ９０として記憶されており、この信号は、周波数を一定として所定時間ｔ内で複数回繰り返して形成された信号群を１組とし、この１組の信号群をｎ回繰り返して構成された送出時間ｎ×ｔの信号群であって、その各組の信号群の周波数を地上子共振周波数に至る範囲内で各組毎に変化させて構成された１周期分の信号群のデータによって構成される。
【００４９】
送出信号３００は、信号処理回路１１１のＲＯＭ１１３に図４に示したような予め１周期分の波形データ９０として記憶されているものとしたが、これに限るものではなく、例えば、図３のような最小単位に構成された送出信号３００の波形データ９０のみをＲＯＭ１１３に予め記憶しておき、この基本となる最小単位の波形データ９０に基づいて１周期分の波形データ９０を生成したり、或いは、地上波共振周波数ｆａを参照してこの周波数を含むある一定帯域内の周波数に相当する波形データ９０を生成したりすることにより、ＤＤＳ回路１１２から送出信号３００として送出するようにしてもよい。
【００５０】
このような各種の送出制御方式をとったとしても、車上子１の２次側の出力信号としては、ｔ時間内で見ればいずれの制御方式も一定な値となる。
【００５１】
＜動作＞
以下、本装置の動作について説明する。
【００５２】
（全体的な流れ）
まず、本装置の全体的な流れについて説明する。
図５は、車両信号検出処理の全体的な流れを示すフローチャートである。
【００５３】
ステップＳ１では、送出信号３００の基となる１周期分の波形データ９０を用意する。波形データ９０としては、図４のように予め作成しＲＯＭ１１３に記憶させておいたり、図３のように基本単位の構成データからＣＰＵ１０１の制御により１周期分の波形データ９０を生成するようにしてもよい。
【００５４】
１周期分の波形データ９０とは、所定時間ｔ内で複数回繰り返して形成された図３に示す信号群を１組とし、この１組の信号群をｎ回繰り返して構成された図４に示す送出時間ｎ×ｔの信号群を構成するためのデータである。
【００５５】
ステップＳ２では、ＣＰＵ１０１の制御により１周期分（ｎ×ｔ）の波形データ９０を繰り返して送出し、ＤＤＳ回路１１２を用いて送信信号３００として送出する。
【００５６】
ステップＳ３では、送出信号３００を車上子１の2次側で、リミッタ付きＡＭＰ１２１、ＢＰＦ１２２を介して出力信号３５０として検出する。
【００５７】
ステップＳ４では、検出した出力信号３５０の演算処理を、直交検波回路１３１、ベクトル演算回路１３２において行う。
【００５８】
ステップＳ５では、演算結果に基づいて、ｔ時間内の振幅・位相・周波数の変化量から共振判定を行い、共振結果データを生成する。この場合、最終的な共振判定としては、地上子１０との電磁結合時間ｍ内におけるｍ周期分の共振判定を時系列に行い、各周期内の同一周波数域毎に算出された共振判定値を積算し、該積算値に基づいて最終的な共振結果データを生成するようにしてもよい。共振結果データは、地上子共振周波数の有無を示すと共に、振幅、位相、周波数に関する情報を含んでいる。
【００５９】
ステップＳ６では、その共振結果データをバッファ１５０に蓄積し、必要に応じて外部装置２００に出力してその判定結果内容を表示する。
【００６０】
（信号処理例）
次に、本装置の信号処理例を詳細に説明する。
【００６１】
図１において、信号制御部１１０のＲＯＭ１１３に記憶された送出信号３００の基となる１周期分の波形データ９０は、ＣＰＵ１０１の制御により高周波数域から順次繰り返して選択される。これにより、選択された波形データ９０は、所定のクロックＣＫのタイミングでＤＤＳ回路１１２に送られ、アンプ１１４、ＬＰＦ１１５を介して、１周期分の波形データ９０に相当する送出信号３００が繰り返して送出される。
【００６２】
図６は、１周期分の送出信号３００の具体的な構成例を示す。
【００６３】
この例では、中心周波数ｆｈとした同一周波数の信号（ＫＨｚ）をｔ時間内に１５回繰り返して送出し、計１５個からなる信号群を作成する。この送出時間ｔからなる１５個の信号群を各回毎に周波数を異ならせてｎ回繰り返して送出し、送出時間ｎ×ｔを１周期とする信号群を作成する。この送出時間ｎ×ｔを１周期とする信号群に相当する送出信号３００が、繰り返して生成されて送出される。
【００６４】
ＤＤＳ回路１１２から送出された送出信号３００は、ＡＭＰ１２０に供給され、車上子１の１次側に入力信号として入力される。この入力信号は、車上子１の２次側と電磁結合して常時、２次側から出力信号３５０として出力される。
【００６５】
この２次側の出力信号３５０の振幅、位相は、ＡＭＰ１２０と車上子１との接続ケーブル長と、車上子１との相互インダクタンスにより決定される。また、２次側の出力信号３５０の振幅、位相は、車上子１の１次側の入力信号である送出信号３００の周波数、振幅に基づいて変動するが、１次側の振幅、周波数が一定であれば２次側の振幅、位相も一定となる。
【００６６】
送出信号３００が地上子１０と共振した場合は、２次側の出力信号３５０も共振した信号になる。また、地上子１０と共振していない場合の車上子１の２次側の出力信号３５０は、入力信号と同じとなる。しかし、地上子が±２ＫＨｚでずれていても地上子１０が電磁結合した場合には、Ｑ（共振回路のＱ値）は少なくとも８０以上あるので、地上子１０が無い状態でのＱ＝０に比べて十分に有・無の判定が可能である。
【００６７】
このようにして２次側から出力された出力信号３５０は、リミッタ付きＡＭＰ１２１に入力されるが、２次側の振幅は車上子１と地上子１０との距離によっても変動する問題がある。通常は、２次側の出力値がある電圧以下になるようにリミッタ付きＡＭＰ１２１は決定されているが、ある電圧を超えた時点でリミッタが働いて振幅が一定になるようにしている。ｔ時間の振幅変化量についてみれば、共振の始まりとｔ時間の最後の振幅差は１．５倍以上あるので、振幅が飽和していても問題は無い。
【００６８】
そのリミッタ付きＡＭＰ１２１を通過した出力信号３５０は、ＢＰＦ１２２を通過し、共振演算部１３０に送られて演算処理がなされる。
【００６９】
直交検波回路１３１では、ＢＰＦ１２２からの出力信号３５０をＡ／Ｄ変換した後、それぞれｓｉｎ波とｃｏｓ波との参照信号を用いて乗算して、ｘ＝ｒｃｏｓθ、ｙ＝ｒｓｉｎθを出力する。なお、参照信号ｓｉｎ波，ｃｏｓ波のデータは、ＲＯＭデータとして格納しておき、送出周波数と同じ参照信号となるように制御される。
【００７０】
ベクトル演算回路１３２では、振幅、位相（θ＝ｔａｎ−１（ｙ／ｘ））、周波数（（φ−φｔ）＝２πｆｔ、ｔ＝Ａ／Ｄ変換のサンプリング時間）を逐次計算して、ベクトル演算結果としての変化量（Ｉｏ，Ｑｏ）を求める。
【００７１】
このベクトル演算結果（Ｉｏ，Ｑｏ）は、共振判定部１４０に送られ、位相、振幅、周波数の共振判定処理がなされる。
【００７２】
すなわち、共振判定部１４０では、共振演算部１３０で逐次計算されたベクトル演算結果を１周期内のｔ時間毎の変化量としてｎ回繰り返して求め、該ｔ時間毎の変化量を電磁結合時間ｍに渡り時系列に繰り返して求め、各周期内の同一周波数域毎に算出された共振判定値を積算し、該積算値に基づいて最終的な共振結果データを生成する処理を行う。
【００７３】
車上子１と地上子１０との電磁結合時間であるｍ内で積算処理を行うのは、一般的に同じ周波数帯で１〜２ｍｓ程度のノイズが混入し、判定不能状態になる状況が発生することが知られているからであり、電磁結合時間ｍのうち半分以上の時間において積算処理を行うことにより共振結果と判定してもよい。
【００７４】
共振と判定された場合は、警報出力としてＡＴＳ装置の動作モードに移行する。当然ながら、半分以上となる数値を変更設定可能である。積算処理を行った共振判定結果は、振幅・位相・周波数を含む共振結果データとしてバッファ１５０に記憶される。バッファ１５０が一杯になった時点で、データ出力部１６０（ＰＣインタフェース）を介して、外部装置（ＰＣ）２００に対してその共振結果データが一方的に出力される。外部装置２００は、共振結果データのログをとる必要がある場合に使用する。例えば、メンテナンスのために共振結果データを定常的に取得することによって、経年変化による振幅の変化や、共振周波数の変化を把握することが可能となる。
【００７５】
（共振例）
次に、上記信号処理における共振例について説明する。
【００７６】
図７は、車上子１の２次側から出力される出力信号３５０の共振例を示す。
【００７７】
周波数ｆｈとｆｌで共振した場合の例であるが、ｆｈにおいて２組目の振幅、位相と、１５組目の振幅、位相の変化量で共振判定を行う。ｆｈにおいても２組目の振幅、位相と、１５組目の振幅、位相の変化量で共振判定を行う。また、時分割で周波数が変わるので、ｎ周期分の積算処理を行ってｎ個の共振判定を行うことも可能であり、これにより、最終的な共振と判定としてもよい。
【００７８】
図８は、周波数ｆｈ〜ｆｌ（ｆｈ＞ｆｌ）の範囲内に存在する地上子共振周波数に相当する周波数ｆａで共振した場合の共振判定例を示す。
【００７９】
送出信号３００の1周期の時間（ｎ×ｔ）は、電磁結合時間ｍよりも十分短い時間に設定されている。そして、送出信号３００を送出する車上子１と、地上子１０とが電磁結合時間ｍ内の地上子共振周波数ｆａで共振すると、出力信号３５０（例えば、アナログ電圧（Ｖ））が変化して、直交検波・ベクトル演算の演算処理がなされる。このベクトル演算結果を示す変化量（Ｉｏ、Ｑｏ）に基づいて、位相、振幅、周波数の共振判定がなされる。
【００８０】
すなわち、測定期間中の電磁結合時間ｍ内は、常時、ベクトル演算処理および共振判定処理が実行されているので、そのベクトル演算結果である変化量（Ｉｏ、Ｑｏ）は、逐次Ｆ／Ｆ（フリップフロップ）回路３５０に蓄積されている。この蓄積結果を積算部３６０で各々積算することにより、共振判定を行うことができる。
【００８１】
例えば、図８中、地上子共振周波数に相当する周波数ｆａの位置では、変化量（Ｉｏ、Ｑｏ）が有限値となり、電磁結合時間ｍ内の全てのＦ／Ｆ回路３５０が”１”となり、これにより積算部３６０の全ての入力値が１となるので、その積算出力値は”３”となり、共振状態にあると判定する。
【００８２】
このようにして得られた共振結果データは、バッファ１５０に記憶され、外部装置２００に出力されて表示される。
【００８３】
以上説明したように、信号源をＤＤＳで構成し、送出信号は、地上子共振周波数ｆａを含み、ｎ種類の周波数と時間ｔの積ｎ×ｔを１周期として繰り返し送出する信号制御方式と、該送出信号を電磁結合により出力信号として検出し、直交検波して逐次ベクトル演算を行い、ｔ時間内の振幅・位相・周波数の変化量で共振判定を行い、ｎ周期（電磁結合時間ｍ）分の積算処理をして、最終的な共振判定を行う信号処理方式とした。
【００８４】
このような信号処理方式により、車上子１、地上子１０、接続ケーブル長による変化に対して、無調整で対応が可能となる。また、従来の技術に比べて耐ノイズ性に優れ、同時にｎ個の共振判定も瞬時に高精度で可能となり、これにより、小型化を図り、高速処理化、高信頼性を得ることができる。
【００８５】
（実験例）
次に、実験例を挙げて、時間ｔ、回数ｎの適正値について説明する。
【００８６】
一般的に車上子１は、高速に移動する列車に取り付けられ、在来線では最高速度１３０〜１５０Ｋｍで走行する。
【００８７】
地上子１０は、レール間の真中に設置されて、形状は長方側が６００ｍｍ程度である。
【００８８】
測定条件として、時速１５０Ｋｍで走行し、地上子１０との有効共振長を３００ｍｍとして、地上子１０の共振周波数ｎを９２ＫＨｚ、１００ＫＨｚ、１０８ＫＨｚ、１１６ＫＨｚ、１２４ＫＨｚ、１３２ＫＨｚ、１４０ＫＨｚ、１４８ＫＨｚ、１５６ＫＨｚのｎ＝９とした。
【００８９】
各周波数を１６波として、ｎ＝９とした１周期の時間は、８３６．６８Ｈｚとなり、約１．２ｍｓである。
【００９０】
時速１５０Ｋｍは４．１７ｃｍ／ｍｓなので、地上子１０との共振有効長３００ｍｍを約７．２ｍｓで通過する。電磁結合時間ｍ＝７．２ｍｓとなり、１周期が１．２ｍｓなので、６周期を一括りとして共振判定を行うことができる。
【００９１】
また、時分割で共振を判定する構造であることから、多重共振地上子と組み合わせることによって、”多値の共振判定”＝”情報伝達”を行うことが可能である。
【００９２】
なお、本発明は、上記各例に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内において、実施例は適宜変更され得ることは明らかである。
【００９３】
【発明の効果】
以上説明したように、本願発明によれば、１組が送出時間ｎ×ｔの信号群であって、該各組の信号群の周波数を地上子共振周波数に至る範囲内で各組毎に変化させて構成された１周期分の信号群を繰り返し生成して送出信号として車上子に送出するようにしたので、無調整で耐ノイズ性に優れ、同時に他の周波数の共振判定も可能で、小型化、高速化、信頼性に優れた地上子検出装置を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である、周波数時分割共振判定方式を採用した地上子検出装置としての車両信号検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】信号制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】送出信号のｔ時間内の最小単位の構成を示すブロック図である。
【図４】送出信号の１周期分の構成を示すブロック図である。
【図５】信号検出処理を示すフローチャートである。
【図６】図４に対応した送出信号の１周期分の構成を示す説明図である。
【図７】送出信号の１周期分に対応した出力信号の構成を示す説明図である。
【図８】共振例を示す説明図である。
【図９】従来の変周式ＡＴＳの構成例を示すブロック図である。
【図１０】従来の共振判定に関わるＡＴＳ装置の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 車上子
１０ 地上子
１１ 増幅器
１２ 増幅器を含む発振回路
１３ａ 信号選別ＢＰＦ（１３ｂと通過帯域は異なる）
１３ｂ 信号選別ＢＰＦ（１３ａと通過帯域は異なる）
２１ａ〜２１ｄ 信号発振器ｆ１から信号発振器ｆ４
２２ 信号加算器
２４ 増幅器
９０ 波形データ
１００ 地上子検出装置（車両信号検出装置）
１０１ ＣＰＵ
１１０ 信号制御部
１１１ 信号処理回路
１１２ ＤＤＳ回路
１１４ アンプ
１１５ ＬＰＦ
１２０ ＡＭＰ
１２１ リミッタ付きＡＭＰ
１２２ ＢＰＦ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）
１３０ 共振演算部
１３１ 直交検波回路
１３２ ベクトル演算回路
１４０ 共振判定部
１４１ 位相判定回路
１４２ 振幅判定回路
１４３ 周波数判定回路
１５０ バッファ
１６０ データ出力部
２００ 外部装置
３００ 送出信号
３５０ 出力信号
３５０ Ｆ／Ｆ回路
３６０ 積算回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動列車停止装置ＡＴＳ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｉｎ Ｓｔｏｐｐｅｒ）にかかり、車上子と地上子との電磁結合により共振判定を行い、地上子共振周波数の有無を判別する処理において、無調整で、耐ノイズ性を向上させて高速に信号検出を行うことが可能な、信号処理方法、および、信号処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動列車停止装置ＡＴＳとしては、一般的に、変周式ＡＴＳが広く採用されている。
【０００３】
図９は、従来の変周式ＡＴＳ装置の構成例を示す。
【０００４】
車上装置には、車上子１のコイルを帰還回路とした増幅器１１による発振回路が設けられている。そして、走行している列車の車上子１が地上子１０の上を通過するとき、増幅器１１の発振周波数ｆ１が地上子１０に設定された共振回路の共振周波数ｆ２に変周する。
【０００５】
変周前は、ＢＰＦ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）１３ａより一定の信号が出力されていたものが、変周によりＢＰＦ１３ａの出力が停止し、ＢＰＦ１３ｂより信号が出力される。この通過帯域を設けたＢＰＦ１３ｂの出力信号を検出し、列車へ停止信号や速度信号とし、または許容走行速度信号を出力する。
【０００６】
図１０は、地上子との共振検出を行う共振判定型ＡＴＳ装置の構成例を示す。
【０００７】
このＡＴＳは、発振回路２１ａ〜２１ｄを個別に設け、ｆ１〜ｆ４の周波数を発生させ、加算器２２で加算後に増幅器２４で増幅した多重信号を車上子１に送出する。そして、地上子１０と共振した信号は、ＢＰＦ２５ａ〜２５ｄを介して信号レベルが大きくなって車上子１の２次側へ出力される。
【０００８】
このように共振判定型ＡＴＳ装置では、信号レベルを判定し、一般的にその信号レベルの大小に基づいて共振判定を行っている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−３０４５１６号公報（平成９年４月２５日出願）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の共振判定型ＡＴＳ装置では、多重信号に対して増幅器のダイナミックレンジの問題や、地上子１０の共振周波数ずれによる弁別比の減少などの問題がある。
【００１１】
また、上記以外の共振判定方式として、図１０に示したような発振回路２１ａ〜２１ｄと加算器２２とを、直接ディジタル合成回路やＶ／Ｆ回路で構成した方式も提案されている。しかし、この方式でも同様に、発振回路やＢＰＦによる選別回路の物量が多く、装置の小型化が困難であるという問題点がある。
【００１２】
上述した従来の技術では、機器の調整作業や耐ノイズ性、共振判定数分のＢＰＦや検出回路が必要となり、装置の小型化が困難であるなどの問題がある。
【００１３】
また、車上子１は周波数特性を持っているので、車上子１の２次側の信号レベル、位相は周波数によって変化する問題や、地上子１０も経年変化等により中心周波数が±２ＫＨｚ変動し、車上子１の２次側の信号レベル、位相は変動するとう問題がある。
【００１４】
さらに、車上子１と信号源側とを接続するケーブル長によっても、車上子１の２次側の信号レベルや位相が変化するという問題や、車上子１と地上子１０との距離によっても、振幅は変化するという問題があり、これらの変動要因を考慮した調整は非常に困難である。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、ケーブル長、車上子および地上子の特性による共振判定レベル、位相の変化による調整の困難さ、耐ノイズ性を解決し、無調整でかつ短時間に高精度な共振判定を行う高信頼性の地上子検出装置を作製することが可能な、信号処理方法、および、信号処理装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、車上子から送出される送出信号の発振周波数を変化させ、該車上子と地上子との電磁結合に基づいて共振判定を行うことにより、地上子共振周波数の有無を判別する信号処理方法であって、所定時間ｔ内で所定の周波数が複数回繰り返えされる信号を用い、該信号をｎ回周波数を異ならせて繰り返して出力することによって、前記地上子と共振し得る地上子共振周波数ｆａを含み、ｎ種類の周波数と時間ｔの積ｎ×ｔを１周期とした送出信号を繰り返し送出する送出工程と、前記車上子から送出されたｎ×ｔ時間の１周期分の送出信号を、前記地上子との電磁結合により検出する検出工程と、前記検出された信号を、直交検波してベクトル演算処理を行うことにより、ｔ時間内の振幅、位相、周波数の変化量を算出する演算工程と、前記算出された振幅、位相、周波数の変化量に基づいて共振判定を行い、前記地上子共振周波数の有無を示す共振結果データを生成する共振判定工程とを具えることによって、信号処理方法を提供する。
【００１７】
前記共振判定工程は、ｎ×ｔ時間内の１周期でｎ個の共振判定を時系列に行い、各周期内の同一周波数域毎に算出された共振判定値を積算し、該積算値に基づいて最終的な共振結果データを生成してもよい。
【００１８】
本発明は、車上子から送出される送出信号の発振周波数を変化させ、該車上子と地上子との電磁結合に基づいて共振判定を行うことにより、地上子共振周波数の有無を判別する信号処理装置であって、前記車上子の前記送出信号の信号源を、ＤＤＳ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）により構成し、所定時間ｔ内で所定の周波数が複数回繰り返えされる信号を用い、該信号をｎ回周波数を異ならせて繰り返して出力することによって、前記地上子と共振し得る地上子共振周波数ｆａを含み、ｎ種類の周波数と時間ｔの積ｎ×ｔを１周期とした送出信号を繰り返し送出する送出手段と、前記車上子から送出されたｎ×ｔ時間の１周期分の送出信号を、前記地上子との電磁結合により検出する検出手段と、前記検出された信号を、直交検波してベクトル演算処理を行うことにより、ｔ時間内の振幅、位相、周波数の変化量を算出する演算手段と、前記算出された振幅、位相、周波数の変化量に基づいて共振判定を行い、前記地上子共振周波数の有無を示す共振結果データを生成する共振判定手段とを具えることによって、信号処理装置を構成する。
【００１９】
前記共振判定手段は、ｎ×ｔ時間内の１周期でｎ個の共振判定を時系列に行い、各周期内の同一周波数域毎に算出された共振判定値を積算し、該積算値に基づいて最終的な共振結果データを生成する積算手段を含んでもよい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２４】
本発明の実施の形態を、図１〜図８に基づいて説明する。
【００２５】
（概要）
まず、本発明の概要について説明する。
【００２６】
一般的な変周式ＡＴＳ（ＡＴＳ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｉｎ Ｓｔｏｐｐｅｒ）装置は、増幅器とこれに接続された正帰還ループ（＝車上子）とを接続して発振回路を構成したものであり、車上子と地上子との電磁結合により常時発振周波数が地上子共振周波数に変周することによって信号検出を行っている。
【００２７】
この信号検出に際して、複数の地上子との間で変周動作を可能にするためには、車上子を含めた増幅器の位相、ゲイン特性を適切に調整する必要がある。
【００２８】
また、パンタグラフ離線ノイズなどの外乱ノイズの影響を受け易く、地上子との結合時間が数ｍｓｅｃ程度であり、信号と外乱ノイズとの弁別を配慮した調整も必要である。
【００２９】
本発明では、そのような各種調整の必要性を考慮して、信号源をＤＤＳ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）方式として構成し、地上子１０に送出される送出信号３００は、地上子共振周波数ｆａを含む周波数ｆｈ〜ｆｌの範囲とし、所定周波数の信号をｔ時間内で繰り返して送出すると共に、各回毎に周波数を異ならせて計ｎ回（ｎ×ｔ時間）を１周期として繰り返して送出する。
【００３０】
その送出信号３００が入力される車上子１と、地上子１０との電磁結合によって得られた出力信号３５０を直交検波した後にベクトル演算処理を逐次行い、ｔ時間内の振幅、位相、周波数の変化量を求め、該変化量に基づいて共振判定を行うことにより、地上子共振周波数ｆａの有無を示す共振結果データを生成する。この場合、共振判定は、ｎ×ｔ時間内の１周期でｎ回の共振判定を行うと共にこの１周期の共振判定を電磁結合時間ｍ内で時系列にｎ×ｍ回行い、各周期内の同一周波数域毎に算出された共振判定値を積算し、該積算値に基づいて最終的な共振結果データを生成するようにしてもよい。
【００３１】
（具体例）
以下、具体例を挙げて説明する。
【００３２】
＜構成＞
図１は、本発明に係る信号処理装置としての地上子検出装置の構成例を示す。
【００３３】
地上子検出装置１００（以下、車両信号検出装置という）には、周波数時分割共振判定を行うものであり、ＣＰＵ１０１と、信号制御部１１０と、ＡＭＰ１２０と、リミッタ付きＡＭＰ１２１と、ＢＰＦ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）１２２と、共振演算部１３０と、共振判定部１４０と、バッファ１５０と、データ出力部１６０とが備えられている。
【００３４】
以下、各部の構成について説明する。
【００３５】
ＣＰＵ１０１は、信号制御部１１０と共振判定部１４０とバッファ１５０とに対する制御プログラムを備え、これら各部に対して各種の制御処理（信号送出制御処理、判定処理、データ出力制御処理）を実行する。
【００３６】
信号制御部１１０は、図２に示すように、信号処理回路１１１と、ＤＤＳ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）回路１１２とからなる。信号処理回路１１１は、送出信号３００の基本構成となる１周期分の波形データ９０を格納したＲＯＭ１１３を備えている。ＤＤＳ回路１１２は、アンプ１１４と、ＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）１１５を備えている。
【００３７】
このように予め波形データ９０を作成して記憶しておき、ＤＤＳ回路１１２を用いて順次選択することにより、高速な送出制御処理が可能となる。
【００３８】
車上子１の２次側に接続されたリミッタ付きＡＭＰ１２１は、車上子１と地上子１０の距離が何らかの要因で通常よりも接近した場合の最大振幅が飽和しないように制御する機能も有する。
【００３９】
共振演算部１３０は、出力信号３５０を検出する直交検波回路１３１と、ベクトル演算処理を実行するベクトル演算回路１３２とからなる。
【００４０】
共振判定部１４０は、位相判定回路１４１と振幅判定回路１４２と周波数判定回路１４３とから構成されており、共振演算部１３０でのベクトル演算の逐次計算結果を１周期内でｔ時間毎に変化量としてｎ回繰り返して求める機能（ｎ×ｔ）と、該ｔ時間毎の変化量を電磁結合時間ｍ内で時系列に繰り返して求め（ｍ×ｎ×ｔ）、各周期内の同一周波数域毎に算出された共振判定値を積算して最終的な共振結果データを生成する機能とを有する。
【００４１】
バッファ１５０は、２ｎ個からなり、地上子１０との共振データの振幅・位相・周波数を一時的に記憶する。
【００４２】
データ出力部１６０は、それらバッファ１５０に記憶された共振データを、定期的にＰＣインタフェースを介してＰＣ（パーソナル コンピュータ）等の外部装置２００に出力する。
【００４３】
（送出信号）
次に、送出信号３００について説明する。
【００４４】
ＲＯＭ１１３には、１周期分の送出信号３００に当たる波形データ９０が記憶されている。送出信号３００は、地上子１０と共振し得る地上子共振周波数ｆａを含む範囲内の周波数ｆｈ〜ｆｌ（ｆｈ＞ｆｌ：周波数の高い順に配列されている）を変数パラメータとする１組の信号が最小単位として構成されている。
【００４５】
図３は、送出信号３００の最小単位の構成例を示す。
【００４６】
送出信号３００は、その周波数が、地上子１０の地上子共振周波数ｆａを含む周波数ｆｈ〜ｆｌの範囲内に存在する。
【００４７】
図４は、１周期分の送出信号３００の構成例を示す。
【００４８】
この１周期分の送出信号３００は、ＲＯＭ１１３内に波形データ９０として記憶されており、この信号は、周波数を一定として所定時間ｔ内で複数回繰り返して形成された信号群を１組とし、この１組の信号群をｎ回繰り返して構成された送出時間ｎ×ｔの信号群であって、その各組の信号群の周波数を地上子共振周波数に至る範囲内で各組毎に変化させて構成された１周期分の信号群のデータによって構成される。
【００４９】
送出信号３００は、信号処理回路１１１のＲＯＭ１１３に図４に示したような予め１周期分の波形データ９０として記憶されているものとしたが、これに限るものではなく、例えば、図３のような最小単位に構成された送出信号３００の波形データ９０のみをＲＯＭ１１３に予め記憶しておき、この基本となる最小単位の波形データ９０に基づいて１周期分の波形データ９０を生成したり、或いは、地上波共振周波数ｆａを参照してこの周波数を含むある一定帯域内の周波数に相当する波形データ９０を生成したりすることにより、ＤＤＳ回路１１２から送出信号３００として送出するようにしてもよい。
【００５０】
このような各種の送出制御方式をとったとしても、車上子１の２次側の出力信号としては、ｔ時間内で見ればいずれの制御方式も一定な値となる。
【００５１】
＜動作＞
以下、本装置の動作について説明する。
【００５２】
（全体的な流れ）
まず、本装置の全体的な流れについて説明する。
図５は、車両信号検出処理の全体的な流れを示すフローチャートである。
【００５３】
ステップＳ１では、送出信号３００の基となる１周期分の波形データ９０を用意する。波形データ９０としては、図４のように予め作成しＲＯＭ１１３に記憶させておいたり、図３のように基本単位の構成データからＣＰＵ１０１の制御により１周期分の波形データ９０を生成するようにしてもよい。
【００５４】
１周期分の波形データ９０とは、所定時間ｔ内で複数回繰り返して形成された図３に示す信号群を１組とし、この１組の信号群をｎ回繰り返して構成された図４に示す送出時間ｎ×ｔの信号群を構成するためのデータである。
【００５５】
ステップＳ２では、ＣＰＵ１０１の制御により１周期分（ｎ×ｔ）の波形データ９０を繰り返して送出し、ＤＤＳ回路１１２を用いて送信信号３００として送出する。
【００５６】
ステップＳ３では、送出信号３００を車上子１の2次側で、リミッタ付きＡＭＰ１２１、ＢＰＦ１２２を介して出力信号３５０として検出する。
【００５７】
ステップＳ４では、検出した出力信号３５０の演算処理を、直交検波回路１３１、ベクトル演算回路１３２において行う。
【００５８】
ステップＳ５では、演算結果に基づいて、ｔ時間内の振幅・位相・周波数の変化量から共振判定を行い、共振結果データを生成する。この場合、最終的な共振判定としては、地上子１０との電磁結合時間ｍ内におけるｍ周期分の共振判定を時系列に行い、各周期内の同一周波数域毎に算出された共振判定値を積算し、該積算値に基づいて最終的な共振結果データを生成するようにしてもよい。共振結果データは、地上子共振周波数の有無を示すと共に、振幅、位相、周波数に関する情報を含んでいる。
【００５９】
ステップＳ６では、その共振結果データをバッファ１５０に蓄積し、必要に応じて外部装置２００に出力してその判定結果内容を表示する。
【００６０】
（信号処理例）
次に、本装置の信号処理例を詳細に説明する。
【００６１】
図１において、信号制御部１１０のＲＯＭ１１３に記憶された送出信号３００の基となる１周期分の波形データ９０は、ＣＰＵ１０１の制御により高周波数域から順次繰り返して選択される。これにより、選択された波形データ９０は、所定のクロックＣＫのタイミングでＤＤＳ回路１１２に送られ、アンプ１１４、ＬＰＦ１１５を介して、１周期分の波形データ９０に相当する送出信号３００が繰り返して送出される。
【００６２】
図６は、１周期分の送出信号３００の具体的な構成例を示す。
【００６３】
この例では、中心周波数ｆｈとした同一周波数の信号（ＫＨｚ）をｔ時間内に１５回繰り返して送出し、計１５個からなる信号群を作成する。この送出時間ｔからなる１５個の信号群を各回毎に周波数を異ならせてｎ回繰り返して送出し、送出時間ｎ×ｔを１周期とする信号群を作成する。この送出時間ｎ×ｔを１周期とする信号群に相当する送出信号３００が、繰り返して生成されて送出される。
【００６４】
ＤＤＳ回路１１２から送出された送出信号３００は、ＡＭＰ１２０に供給され、車上子１の１次側に入力信号として入力される。この入力信号は、車上子１の２次側と電磁結合して常時、２次側から出力信号３５０として出力される。
【００６５】
この２次側の出力信号３５０の振幅、位相は、ＡＭＰ１２０と車上子１との接続ケーブル長と、車上子１との相互インダクタンスにより決定される。また、２次側の出力信号３５０の振幅、位相は、車上子１の１次側の入力信号である送出信号３００の周波数、振幅に基づいて変動するが、１次側の振幅、周波数が一定であれば２次側の振幅、位相も一定となる。
【００６６】
送出信号３００が地上子１０と共振した場合は、２次側の出力信号３５０も共振した信号になる。また、地上子１０と共振していない場合の車上子１の２次側の出力信号３５０は、入力信号と同じとなる。しかし、地上子が±２ＫＨｚでずれていても地上子１０が電磁結合した場合には、Ｑ（共振回路のＱ値）は少なくとも８０以上あるので、地上子１０が無い状態でのＱ＝０に比べて十分に有・無の判定が可能である。
【００６７】
このようにして２次側から出力された出力信号３５０は、リミッタ付きＡＭＰ１２１に入力されるが、２次側の振幅は車上子１と地上子１０との距離によっても変動する問題がある。通常は、２次側の出力値がある電圧以下になるようにリミッタ付きＡＭＰ１２１は決定されているが、ある電圧を超えた時点でリミッタが働いて振幅が一定になるようにしている。ｔ時間の振幅変化量についてみれば、共振の始まりとｔ時間の最後の振幅差は１．５倍以上あるので、振幅が飽和していても問題は無い。
【００６８】
そのリミッタ付きＡＭＰ１２１を通過した出力信号３５０は、ＢＰＦ１２２を通過し、共振演算部１３０に送られて演算処理がなされる。
【００６９】
直交検波回路１３１では、ＢＰＦ１２２からの出力信号３５０をＡ／Ｄ変換した後、それぞれｓｉｎ波とｃｏｓ波との参照信号を用いて乗算して、ｘ＝ｒｃｏｓθ、ｙ＝ｒｓｉｎθを出力する。なお、参照信号ｓｉｎ波，ｃｏｓ波のデータは、ＲＯＭデータとして格納しておき、送出周波数と同じ参照信号となるように制御される。
【００７０】
ベクトル演算回路１３２では、振幅、位相（θ＝ｔａｎ−１（ｙ／ｘ））、周波数（（φ−φｔ）＝２πｆｔ、ｔ＝Ａ／Ｄ変換のサンプリング時間）を逐次計算して、ベクトル演算結果としての変化量（Ｉｏ，Ｑｏ）を求める。
【００７１】
このベクトル演算結果（Ｉｏ，Ｑｏ）は、共振判定部１４０に送られ、位相、振幅、周波数の共振判定処理がなされる。
【００７２】
すなわち、共振判定部１４０では、共振演算部１３０で逐次計算されたベクトル演算結果を１周期内のｔ時間毎の変化量としてｎ回繰り返して求め、該ｔ時間毎の変化量を電磁結合時間ｍに渡り時系列に繰り返して求め、各周期内の同一周波数域毎に算出された共振判定値を積算し、該積算値に基づいて最終的な共振結果データを生成する処理を行う。
【００７３】
車上子１と地上子１０との電磁結合時間であるｍ内で積算処理を行うのは、一般的に同じ周波数帯で１〜２ｍｓ程度のノイズが混入し、判定不能状態になる状況が発生することが知られているからであり、電磁結合時間ｍのうち半分以上の時間において積算処理を行うことにより共振結果と判定してもよい。
【００７４】
共振と判定された場合は、警報出力としてＡＴＳ装置の動作モードに移行する。当然ながら、半分以上となる数値を変更設定可能である。積算処理を行った共振判定結果は、振幅・位相・周波数を含む共振結果データとしてバッファ１５０に記憶される。バッファ１５０が一杯になった時点で、データ出力部１６０（ＰＣインタフェース）を介して、外部装置（ＰＣ）２００に対してその共振結果データが一方的に出力される。外部装置２００は、共振結果データのログをとる必要がある場合に使用する。例えば、メンテナンスのために共振結果データを定常的に取得することによって、経年変化による振幅の変化や、共振周波数の変化を把握することが可能となる。
【００７５】
（共振例）
次に、上記信号処理における共振例について説明する。
【００７６】
図７は、車上子１の２次側から出力される出力信号３５０の共振例を示す。
【００７７】
周波数ｆｈとｆｌで共振した場合の例であるが、ｆｈにおいて２組目の振幅、位相と、１５組目の振幅、位相の変化量で共振判定を行う。ｆｈにおいても２組目の振幅、位相と、１５組目の振幅、位相の変化量で共振判定を行う。また、時分割で周波数が変わるので、ｎ周期分の積算処理を行ってｎ個の共振判定を行うことも可能であり、これにより、最終的な共振と判定としてもよい。
【００７８】
図８は、周波数ｆｈ〜ｆｌ（ｆｈ＞ｆｌ）の範囲内に存在する地上子共振周波数に相当する周波数ｆａで共振した場合の共振判定例を示す。
【００７９】
送出信号３００の1周期の時間（ｎ×ｔ）は、電磁結合時間ｍよりも十分短い時間に設定されている。そして、送出信号３００を送出する車上子１と、地上子１０とが電磁結合時間ｍ内の地上子共振周波数ｆａで共振すると、出力信号３５０（例えば、アナログ電圧（Ｖ））が変化して、直交検波・ベクトル演算の演算処理がなされる。このベクトル演算結果を示す変化量（Ｉｏ、Ｑｏ）に基づいて、位相、振幅、周波数の共振判定がなされる。
【００８０】
すなわち、測定期間中の電磁結合時間ｍ内は、常時、ベクトル演算処理および共振判定処理が実行されているので、そのベクトル演算結果である変化量（Ｉｏ、Ｑｏ）は、逐次Ｆ／Ｆ（フリップフロップ）回路３５０に蓄積されている。この蓄積結果を積算部３６０で各々積算することにより、共振判定を行うことができる。
【００８１】
例えば、図８中、地上子共振周波数に相当する周波数ｆａの位置では、変化量（Ｉｏ、Ｑｏ）が有限値となり、電磁結合時間ｍ内の全てのＦ／Ｆ回路３５０が”１”となり、これにより積算部３６０の全ての入力値が１となるので、その積算出力値は”３”となり、共振状態にあると判定する。
【００８２】
このようにして得られた共振結果データは、バッファ１５０に記憶され、外部装置２００に出力されて表示される。
【００８３】
以上説明したように、信号源をＤＤＳで構成し、送出信号は、地上子共振周波数ｆａを含み、ｎ種類の周波数と時間ｔの積ｎ×ｔを１周期として繰り返し送出する信号制御方式と、該送出信号を電磁結合により出力信号として検出し、直交検波して逐次ベクトル演算を行い、ｔ時間内の振幅・位相・周波数の変化量で共振判定を行い、ｎ周期（電磁結合時間ｍ）分の積算処理をして、最終的な共振判定を行う信号処理方式とした。
【００８４】
このような信号処理方式により、車上子１、地上子１０、接続ケーブル長による変化に対して、無調整で対応が可能となる。また、従来の技術に比べて耐ノイズ性に優れ、同時にｎ個の共振判定も瞬時に高精度で可能となり、これにより、小型化を図り、高速処理化、高信頼性を得ることができる。
【００８５】
（実験例）
次に、実験例を挙げて、時間ｔ、回数ｎの適正値について説明する。
【００８６】
一般的に車上子１は、高速に移動する列車に取り付けられ、在来線では最高速度１３０〜１５０Ｋｍで走行する。
【００８７】
地上子１０は、レール間の真中に設置されて、形状は長方側が６００ｍｍ程度である。
【００８８】
測定条件として、時速１５０Ｋｍで走行し、地上子１０との有効共振長を３００ｍｍとして、地上子１０の共振周波数ｎを９２ＫＨｚ、１００ＫＨｚ、１０８ＫＨｚ、１１６ＫＨｚ、１２４ＫＨｚ、１３２ＫＨｚ、１４０ＫＨｚ、１４８ＫＨｚ、１５６ＫＨｚのｎ＝９とした。
【００８９】
各周波数を１６波として、ｎ＝９とした１周期の時間は、８３６．６８Ｈｚとなり、約１．２ｍｓである。
【００９０】
時速１５０Ｋｍは４．１７ｃｍ／ｍｓなので、地上子１０との共振有効長３００ｍｍを約７．２ｍｓで通過する。電磁結合時間ｍ＝７．２ｍｓとなり、１周期が１．２ｍｓなので、６周期を一括りとして共振判定を行うことができる。
【００９１】
また、時分割で共振を判定する構造であることから、多重共振地上子と組み合わせることによって、”多値の共振判定”＝”情報伝達”を行うことが可能である。
【００９２】
なお、本発明は、上記各例に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内において、実施例は適宜変更され得ることは明らかである。
【００９３】
【発明の効果】
以上説明したように、本願発明によれば、１組が送出時間ｎ×ｔの信号群であって、該各組の信号群の周波数を地上子共振周波数に至る範囲内で各組毎に変化させて構成された１周期分の信号群を繰り返し生成して送出信号として車上子に送出するようにしたので、無調整で耐ノイズ性に優れ、同時に他の周波数の共振判定も可能で、小型化、高速化、信頼性に優れた地上子検出装置を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である、周波数時分割共振判定方式を採用した地上子検出装置としての車両信号検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】信号制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】送出信号のｔ時間内の最小単位の構成を示すブロック図である。
【図４】送出信号の１周期分の構成を示すブロック図である。
【図５】信号検出処理を示すフローチャートである。
【図６】図４に対応した送出信号の１周期分の構成を示す説明図である。
【図７】送出信号の１周期分に対応した出力信号の構成を示す説明図である。
【図８】共振例を示す説明図である。
【図９】従来の変周式ＡＴＳの構成例を示すブロック図である。
【図１０】従来の共振判定に関わるＡＴＳ装置の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 車上子
１０ 地上子
１１ 増幅器
１２ 増幅器を含む発振回路
１３ａ 信号選別ＢＰＦ（１３ｂと通過帯域は異なる）
１３ｂ 信号選別ＢＰＦ（１３ａと通過帯域は異なる）
２１ａ〜２１ｄ 信号発振器ｆ１から信号発振器ｆ４
２２ 信号加算器
２４ 増幅器
９０ 波形データ
１００ 地上子検出装置（車両信号検出装置）
１０１ ＣＰＵ
１１０ 信号制御部
１１１ 信号処理回路
１１２ ＤＤＳ回路
１１４ アンプ
１１５ ＬＰＦ
１２０ ＡＭＰ
１２１ リミッタ付きＡＭＰ
１２２ ＢＰＦ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）
１３０ 共振演算部
１３１ 直交検波回路
１３２ ベクトル演算回路
１４０ 共振判定部
１４１ 位相判定回路
１４２ 振幅判定回路
１４３ 周波数判定回路
１５０ バッファ
１６０ データ出力部
２００ 外部装置
３００ 送出信号
３５０ 出力信号
３５０ Ｆ／Ｆ回路
３６０ 積算回路
Claims (4)
- 車上子から送出される送出信号の発振周波数を変化させ、該車上子と地上子との電磁結合に基づいて共振判定を行うことにより、地上子共振周波数の有無を判別する信号処理方法であって、
所定時間ｔ内で所定の周波数が複数回繰り返えされる信号を用い、該信号をｎ回周波数を異ならせて繰り返して出力することによって、前記地上子と共振し得る地上子共振周波数ｆａを含み、ｎ種類の周波数と時間ｔの積ｎ×ｔを１周期とした送出信号を繰り返し送出する送出工程と、
前記車上子から送出されたｎ×ｔ時間の１周期分の送出信号を、前記地上子との電磁結合により検出する検出工程と、
前記検出された信号を、直交検波してベクトル演算処理を行うことにより、ｔ時間内の振幅、位相、周波数の変化量を算出する演算工程と、
前記算出された振幅、位相、周波数の変化量に基づいて共振判定を行い、前記地上子共振周波数の有無を示す共振結果データを生成する共振判定工程と
を具えたことを特徴とする信号処理方法。 - 前記共振判定工程は、
ｎ×ｔ時間内の１周期でｎ個の共振判定を時系列に行い、各周期内の同一周波数域毎に算出された共振判定値を積算し、該積算値に基づいて最終的な共振結果データを生成する積算工程
を含むことを特徴とする請求項１記載の信号処理方法。 - 車上子から送出される送出信号の発振周波数を変化させ、該車上子と地上子との電磁結合に基づいて共振判定を行うことにより、地上子共振周波数の有無を判別する信号処理装置であって、
前記車上子の前記送出信号の信号源を、ＤＤＳ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）により構成し、
所定時間ｔ内で所定の周波数が複数回繰り返えされる信号を用い、該信号をｎ回周波数を異ならせて繰り返して出力することによって、前記地上子と共振し得る地上子共振周波数ｆａを含み、ｎ種類の周波数と時間ｔの積ｎ×ｔを１周期とした送出信号を繰り返し送出する送出手段と、
前記車上子から送出されたｎ×ｔ時間の１周期分の送出信号を、前記地上子との電磁結合により検出する検出手段と、
前記検出された信号を、直交検波してベクトル演算処理を行うことにより、ｔ時間内の振幅、位相、周波数の変化量を算出する演算手段と、
前記算出された振幅、位相、周波数の変化量に基づいて共振判定を行い、前記地上子共振周波数の有無を示す共振結果データを生成する共振判定手段と
を具えたことを特徴とする信号処理装置。 - 前記共振判定手段は、
ｎ×ｔ時間内の１周期でｎ個の共振判定を時系列に行い、各周期内の同一周波数域毎に算出された共振判定値を積算し、該積算値に基づいて最終的な共振結果データを生成する積算手段
を含むことを特徴とする請求項３記載の信号処理装置。
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