JP4073431B2

JP4073431B2 - 地上子検出装置

Info

Publication number: JP4073431B2
Application number: JP2004357325A
Authority: JP
Inventors: 正英山田; 静男鈴木
Original assignee: NTT Advanced Technology Corp; Kyosan Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: NTT Advanced Technology Corp; Kyosan Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-12-09
Filing date: 2004-12-09
Publication date: 2008-04-09
Anticipated expiration: 2024-12-09
Also published as: JP2006160161A

Description

本発明は、自動列車停止装置ＡＴＳ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＴｒａｉｎＳｔｏｐｐｅｒ）に関し、特に車上子と地上子の電磁結合により地上子周波数を検出及び判定する処理において、無調整でノイズ耐性を向上させた検出及び信頼性の高い判定を行うことが可能な地上子検出装置及び地上子判定方法の改良に関するものである。

自動列車停止装置（ＡＴＳ：ＡｕｔｏｍａｔｉｃＴｒａｉｎＳｔｏｐｐｅｒ）は、一般的に変周式ＡＴＳが広く採用されている。変周式ＡＴＳ装置は、車上装置と地上子により構成される。

図１は、従来の変周式ＡＴＳ装置の構成を示す。車上装置においては、車上子１のコイルが増幅器１１の帰還回路として接続され、増幅器を含む発振回路１２が構成される。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から出力された信号の発振周波数ｆ１が一時的に地上子側に引き込まれて地上子１０に設定された周波数ｆ２に変化する。この変化を変周といい、この変周により地上子が検出される。

変周前は、信号選別ＢＰＦ１３ａから一定の信号が出力されていたものが、変周により信号選別ＢＰＦ１３ａからの出力が停止し、信号選別ＢＰＦ１３ｂより信号が出力される。ここで信号選別ＢＰＦ１３ａと信号選別ＢＰＦ１３ｂの信号通過帯域は異なっている。

従来の変周式ＡＴＳ装置では、信号選別ＢＰＦ１３ａと異なる通過帯域を設けた信号選別ＢＰＦ１３ｂからの出力信号のレベルにより地上子の判定を行っている。近年は検出すべき周波数の追加や車両ノイズなど外乱の増加により帰還回路やＢＰＦ、弁別回路の調整が非常に困難となってきたため、調整を簡易にすることが要求されている。

図２は、従来の変周式ＡＴＳ装置改良の例を示す。前述の要求に応えるため、例えば、特許文献１に開示されているように、帰還回路の調整をなくすことが提案されている。特許文献１に開示された手法では、信号発振器２１ａ〜２１ｄを個別に設け、それぞれｆ１〜ｆ４の周波数を発生させ、信号加算器２２で加算した後に、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、信号選別ＢＰＦ２５ａ〜２５ｄを介した信号レベルで検出するようにしたものである。

特開平１０−３０４５１６号

しかしながら、従来の技術では各発振回路２１ａ〜２１ｄの出力を加算することで高調波が発生する問題、増幅器２４のダイナミックレンジ制限により飽和歪が発生する問題、地上子の共振周波数ずれによる弁別比の減少、パンダグラフ離線ノイズによる妨害のため弁別することが困難になる等の問題がある。

上述した従来の変周式ＡＴＳ装置の改良においても、機器の調整作業の必要性や耐ノイズ性の問題、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。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、位相が周波数によって変化する問題や、地上子１０の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、位相が変動するという問題がある。

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、上述したこれらの変動要因をすべて考慮した調整を行うのは非常に困難であるという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、装置を小型化し、車上子や接続ケーブル長に依存する機器の初期調整を無調整化し、外来ノイズや高調波歪によるノイズ耐性を向上させ、地上子周波数判定の信頼性を向上させた地上子検出装置および、地上子判定方法を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、車上子と地上子との電磁結合を検出して地上子周波数の有無を判別する地上子検出装置であって、地上子と結合し得る地上子周波数の一つの周波数で振幅一定の信号を生成するための信号データならびに前記信号と同期し、直交関係にある参照信号を生成するための参照信号データを記憶する手段と、前記記憶手段に記憶した前記信号データを順次読み出して、時系列に連続して配置されたフレーム信号を発生する手段と、前記記憶する手段に記憶された前記参照信号データを順次読み出すことにより前記参照信号を生成する手段と、前記一つの周波数で振幅一定である信号を最小信号単位のスロットとして、前記フレーム信号を車上子から送出して前記地上子との電磁結合したフレーム信号を検出する手段と、前記地上子と電磁結合したフレーム信号と前記参照信号を直交検波してＩ成分信号とＱ成分信号を弁別出力する手段と、地上子がない状態で、スロットごとに前記Ｉ成分信号の振幅データと前記Ｑ成分信号の振幅データを複数フレーム分記憶する手段と、前記記憶した振幅データを読み出して、Ｉ成分データとＱ成分データにつきそれぞれの複数フレーム分の平均値データを計算して平均値データを記憶する手段と、前記記憶した平均値データをＩ成分データとＱ成分データから逐次減算する手段とを備え、前記平均値データは、前記車上子の結合度ならびに前記車上子と前記地上子検出装置とを接続する接続ケーブルに依存する基本変動データを表すとともに、前記結合度および前記接続ケーブルにより変動する基本変動特性を前記基本変動データによって相殺することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の地上子検出装置であって、連続する前記スロットの境界において、波形振幅が連続となるように前記信号データが決定されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の地上子検出装置であって、弁別されたＩ成分信号とＱ成分信号のＩ成分データとＱ成分データから振幅スペクトル値√（Ｉ^２＋Ｑ^２）を逐次計算する手段と、前記振幅スペクトル値をスロット毎に積分し積分値を記憶する手段と、複数フレームの前記積分値からパワースペクトルの平均値を算出する手段と、前記パワースペクトルの平均値と記憶された前記スロットの積分値とを比較する手段とを備えたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記パワースペクトルの平均値より大きくかつ地上子と結合し得る周波数に該当するスロットの多数回判定を行い、ｎ回（ｎ＝２以上）連続同じである場合に地上子結合周波数と判定し、前記パワースペクトル平均値より大きいスロットが２つの場合には絶対値の大きなスロットを地上子結合周波数と判定し、前記パワースペクトル平均値より大きいスロットが３以上ある場合と前記パワースペクトル平均値がしきい値以下であった場合にはノイズと判定することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、弁別されたＩ成分信号とＱ成分信号のＩ成分データとＱ成分データから、振幅スペクトル値√（Ｉ^２＋Ｑ^２）を逐次計算する手段と、しきい値以下の振幅スペクトル値は０として前記振幅スペクトル値をｎ（ｎ＝２以上）フレーム加重合成する手段とを備え、前記加重合成した値で一番大きい値でかつ地上子と結合し得る周波数に該当するスロットを地上子との結合周波数と判定することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、弁別されたＩ成分信号成分とＱ成分信号成分のＩ成分データとＱ成分データから、振幅スペクトル値√（Ｉ^２＋Ｑ^２）を逐次計算する手段と、フレームの中から第一の最大値のスロットと第二の最大値のスロットを探索する手段とを備え、前記探索をｎ（ｎ＝２以上）フレームごとに実施し、第一又は第二のどちらかのスロットがｎ回（ｎ＝２以上）連続で同じスロットで地上子と共振し得る周波数であるスロットを地上子周波数と判定することを特徴とする。

以上説明したように、本願発明によれば、地上子と共振し得る周波数のスロットとフレーム信号の送出信号とすることにより、複数の発振器やフィルタを省略して、装置の小型化が可能となる。ＤＤＳ回路で時系列にフレーム信号と参照信号を同時に出力し、直交検波回路で同期検出による弁別を行うことで、弁別回路のノイズ耐性が向上する。また、オフセット回路で変動特性をキャンセルする構成とすることで、装置の無調整化が実現できる。

さらに、ＩＱ値から振幅スペクトルを計算し、時系列に多数回処理及び判定する構成に基づき、第１の実施例では４フレームの加重平均スペクトルの２倍の値と各スロットのスペクトル値と比較し、４回連続同じスロットを地上子検出周波数と多数回判定することで、地上子周波数の判定の信頼性が向上し、ノイズ耐性の向上した地上子周波数判定が可能となる。

第２の実施例では４フレームのスペクトルを合成（乗算）することで最大値のスロットを検出周波数と判定することで、信頼性の高い地上子周波数判定が可能となる。

第３の実施例ではフレームの中から第一の最大値のスロットと第二の最大値のスロットを探し出し、４フレームの中で連続して最大値があったスロットを検出周波数と判定する。

従って、装置を小型化し初期調整を不要として、ノイズ耐性を向上して、地上子周波数判定の信頼性の向上を実現した地上子検出装置と地上子周波数判定方法が提供される。

なお、本発明が上記各実施例に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施例は適宜変更され得ることは明らかである。

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。
［実施例］
図７は、本発明の第一の実施例を説明する図である。地上子検出装置１００においては、送出信号制御部１１０は車上子１に接続され、車上子１は入力信号処理部１２０に接続されている。入力信号処理部１２０はさらに判定処理部１４０に接続されている。Ｓｅｑｕｅｎｃｅｒ１５０は、ＣＰＵ１７０を介して外部装置制御部１８０に接続されている。

図５は、送出信号制御部１１０の構成図である。送出信号制御部１１０は、一般的に知られているＭＥＭＯＲＹとＤ／Ａコンバータで構成されるＤＤＳ回路１１１である。すなわち、ＷａｖｅｆｏｒｍＲＯＭ１１３の出力はＤ／Ａコンバータ１１４に接続され、ＬＰＦ１１５を経て、増幅器１１２に接続される。増幅器１１２からの出力信号は送出信号制御部１１０の出力である送出信号３００として、図７の車上子１に供給される。

図６（ａ）は、ＷａｖｅｆｏｒｍＲＯＭ１１３のｂｉｔ割付を説明する図である。ＷａｖｅｆｏｒｍＲＯＭ１１３には、送出信号３００を形成するｂｉｔ０からｂｉｔ９までのｂｉｔ部分と、直交検波に用いる参照信号３０１を形成するｂｉｔ１２からｂｉｔ１５のｂｉｔ部分を割り付けている。

図６（ｂ）は、ＷａｖｅｆｏｒｍＲＯＭ１１３のメモリ空間を説明する図である。後述する複数の異なる周波数を変数パラメータとし、送出信号制御部１１０から送出する送出信号３００の周波数を配置した波形データ構成となっている。

ここで、さらに送出信号３００の構成について詳細に説明する。
図３および図４は、それぞれ送出信号３００の構成を説明する図である。すなわち、送出信号３００は、図３に示すようにスロットを最小単位として構成されている。さらに、図４に示すように、スロットが集まって、フレーム信号を構成している。

図８は、送出信号３００の構成をさらに詳細に説明する図である。フレーム信号は、ダミー周波数を含む１３０ＫＨｚ（ｆ１）、９０ＫＨｚ（ｄ３）、１０８．５ＫＨｚ（ｆ３）、１４０ＫＨｚ（ｄ１）、１２３ＫＨｚ（ｆ２）、８５ＫＨｚ（ｄ４）、１０３ＫＨｚ（ｆ４）、９８ＫＨｚ（ｄ２）の、８つのスロット信号から構成される。ダミー周波数の１４０ＫＨｚ（ｄ１）、９８ＫＨｚ（ｄ２）、９０ＫＨｚ（ｄ３）、８５ＫＨｚ（ｄ４）については、それぞれの送出信号３００の送信電力が０になるように振幅を０にしてある。また、１０３ＫＨｚ（ｆ４）と１０８．５ＫＨｚ（ｆ３）の振幅差、１２３ＫＨｚ（ｆ２）と１３０ＫＨｚ（ｆ１）の振幅差は、それぞれ６ｄＢとなるようにしてある。スロット信号に６７ＫＨｚ、１０３ＫＨｚの常時送信発振周波数を合成し、合成波振幅に対応する送出信号データをＷａｖｅｆｏｒｍＲＯＭ１１３に記憶させて、スロット信号と常時送信発振周波数信号を重畳したフレーム信号波形データを構成している。

ＤＤＳ回路１１１を使用することにより、スロットとスロットの境界で波形振幅が連続となるような波形データを記憶しておくことで、波形の位相を連続とすることが出来る。従って、送出信号３００において高調波歪を発生することがなく、図２に示した従来の変周式ＡＴＳ装置改良のように、高調波歪によって地上子検出回路の弁別性能を劣化させることがない。また、信号源が一つとなるので、従来技術のように複数の信号発振器、ＢＰＦや判定回路が不要となり装置の小型化に効果がある。

ダミー周波数は地上子周波数以外の周波数に設定した送出信号３００のスロット周波数をいう。後述する加重平均スペクトルを算出するための振幅スペクトルデータの母数を多くすることでノイズによる誤判定を防止する効果がある。また、振幅差を６ｄＢに設定したのは、現実の地上子１０の電磁結合による共振特性が６ｄＢ／ｏｃｔのＱ値となっていないため、予め送信側の送出信号３００の振幅に６ｄＢの振幅差を設けることで判定の確度を高くする効果があるからである。

また、周波数の配置はダミー周波数（ｄ１からｄ４）と地上子周波数（ｆ1からｆ４）を交互に配置することで、分散効果によりノイズによる地上子周波数の誤判定を低減する効果がある。

Ｓｅｑｕｅｎｃｅｒ１５０より送出信号制御部１１０へクロック信号を供給し、ＤＤＳ回路１１１からフレーム信号の送出と参照信号３０１の出力を同時に行う。参照信号３０１は、後述する２つの直交検波器１３０へ供給され、直交する一組のＩ参照信号とＱ参照信号からなっている。参照信号３０１は、図６ａに示したようにＷａｖｅｆｏｒｍＲＯＭ１１３のｂｉｔ１２ないしｂｉｔ１５のデータによって、振幅が決定される矩形波信号である。参照信号３０１と後述する２つの直交検波回路１３０への入力信号の同期を取るために、ＤＳＳ回路１１１から直交検波器１３０までの信号経路の遅延分タイミングを考慮したアドレスから参照信号データを出力するように、ＷａｖｅｆｏｒｍＲＯＭ１１３に参照信号データを書き込んでおく。また、参照信号３０１は、地上子検出用に使用される参照信号と、常時送信発振周波数検出用に使用される参照信号の２種類があり、それぞれ、ＤＳＳ回路１１１から出力される。

ＷａｖｅｆｏｒｍＲＯＭ１１３の波形データを使用してＤ／Ａコンバータ１１４で生成されたフレーム信号は、ＬＰＦ１１５を通過し増幅器１１２で必要な電力レベルの送出信号３００として車上子１に送出される。各スロットの時間ｔは約２２０ｕｓ時間とし、フレーム時間は約１．８ｍｓである。繰り返しＤＤＳ回路１１１からフレーム信号に構成された送出信号３００と参照信号３０１を出力する。

次に、入力信号処理部１２０について以下説明する。既に述べたように、送出信号３００は図３に示すスロットを最小信号構成単位とし図４に示すフレーム信号に構成されて車上子１の１次側から送出される。地上子１０が無い場合は車上子１の結合度及び接続ケーブル長による送出信号３００の振幅、位相の変化が車上子１の２次側に現れ、入力信号処理部１２０に入力される。地上子１０が送出信号３００の周波数のいずれかと電磁結合した場合、車上子１の２次側には車上子１と地上子１０との結合度に応じた振幅、位相の信号が現れる。上記振幅は、地上子１０のＱ値及び車上子１と地上子１０との距離に応じ変化する。

ここで、車上子１の２次側からの信号は、過大な最大振幅やサージが入力信号処理部１２０に入力されて破壊に至らないようにリミッタ付き増幅器１２１を介して入力され、差動増幅器１２２に接続される。差動増幅器１２２では、正転、反転信号を生成しＢＰＦ１２３を通過して、直交検波回路１３０に入力される。ここで、さらに直交検波回路１３０について、詳細に説明をする。

図９は、入力信号制御部１２０中の直交検波回路１３０の構成を示す。直交検波回路１３０への入力信号とＤＤＳ回路１１１からの参照信号３０１とは同期が取られており、ＴＧ回路を参照信号３０１によりＯＮ／ＯＦＦすることで、検波出力として同相Ｉ成分信号と直交Ｑ成分信号が出力される。直交検波回路１３０に入力される２つの参照信号３０１、すなわちＩ参照信号とＱ参照信号はお互いに直交関係となっており、入力信号処理部１２０への入力信号と同期を取っているので、車上子１と地上子１０との結合によるわずかな振幅・位相の変化も検出が可能である。参照信号３０１と同期検波することにより、図２の従来技術のように多数の検出回路やＢＰＦを必要としないため、装置の小型化ができる。

また、車上子１及び地上子１０へ侵入する外乱ノイズに対しても、参照信号３０１と直交検波することで、送出信号３００の送信中心周波数±２．２ＫＨｚの帯域外のノイズはＬＰＦ１２４出力の帯域外信号となる。従って、外乱ノイズはＬＰＦ１２４により除去されノイズ耐性が向上する。直交検波回路１３０は地上子１０と結合し得る周波数を検出する回路側と常時送信発振周波数を検出する回路側にそれぞれ配置される。地上子１０を検出する直交検波回路１３０のＩ成分信号とＱ成分信号はそれぞれ遮断周波数ｆｃ＝２．２ｋＨｚの狭帯域のＬＰＦ１２４を通過し、Ａ／Ｄコンバータ１２５によってサンプリングされる。Ａ／Ｄコンバータ１２５からはＩ成分データとＱ成分データが出力され、車上子オフセット回路１２６に入力される。

一方、常時送信発振周波数を検出する直交検波器１３０の出力信号は遮断周波数ｆｃ＝１００ＨｚのＬＰＦ１３１を通過し、常時送信発振周波数検出回路１３２の信号レベルの大きさで判定する。常時送信発振周波数検出回路１３２はケーブル断線等の異常で入力信号処理部１２０への入力信号を検出できなくなったときに動作し、入力信号の消失情報を外部制御装置１８０に出力する。

次に、車上子オフセット回路１２６の動作について以下説明する。車上子オフセット回路１２６は、車上子１の結合度及び列車車両上における車上子１の取り付け位置により変化するケーブル長による基本変動データを、地上子１０との電磁結合により検出したデータから減算することで、地上子検出装置１００の無調整化を実現する回路である。そこでまず、地上子１０が無い状態でＲｅｆｅｒｅｎｃｅＳＷ１９０をＯＮにして地上子検出装置１００を起動することで、車上子オフセット回路１２６に入力された４フレーム分（３２スロット）のＩ，Ｑ信号の振幅データを、ＥＥＰＲＯＭ１６０に書き込む。以後、再びＥＥＰＲＯＭ１６０に書き込むまで、車上子１の結合度及びケーブル長による基本変動データをＥＥＰＲＯＭ１６０に記憶する。ＲｅｆｅｒｅｎｃｅＳＷ１９０をＯＮとする本動作は、車上子１、車上子１と地上子検出装置１００を接続するケーブルを交換又は新規に設置する場合等に実行される。

書き込み終了後、今度はＲｅｆｅｒｅｎｃｅＳＷ１９０をＯＦＦにして地上子検出装置１００を再起動すると、ＥＥＰＲＯＭ１６０に記憶された４フレーム分のＩ，Ｑ振幅データから、Ｓｅｑｕｅｎｃｅｒ１５０によってスロットごとに平均値が計算される。そして、スロット毎に1フレーム長（８組）のＩ，Ｑ平均値データがＲｅｆｅｒｅｎｃｅＭＥＭＯＲＹ１２８に書き込まれる。以後、入力信号と同期してＲｅｆｅｒｅｎｃｅＭＥＭＯＲＹ１２８に記憶したＩ，Ｑ平均値データを減算し、車上子１とケーブル長に依存する基本変動特性をオフセットして、車上子１と地上子１０との電磁結合した信号を検出することが可能となる。

また、Ａ／Ｄコンバータ１２５から車上子オフセット回路１２６に入力されたＩＱ振幅データは常にＤＰＲＡＭ１９１に書き込むようにし、必要に応じ外部装置（ＰＣ）１８３からの操作でＩＱ振幅データを外部装置（ＰＣ）１８３に出力することができるようにしている。ＥＥＰＲＯＭ１６０に記憶したデータも同じように外部装置（ＰＣ）１８３に出力できるようにする。

上述の車上子オフセット回路１２６において減算したＩＱ振幅データをアドレスとして、ＭａｇｎｉｔｕｄｅＲＯＭ１２７のデータを読み出す。ＭａｇｎｉｔｕｄｅＲＯＭ１２７にはＩＱ振幅データの振幅スペクトル√（Ｉ^２＋Ｑ^２）の演算結果が記憶されており、同相成分信号（Ｉ値）と直交成分信号（Ｑ値）のいずれの変化によっても地上子１０との結合による送出信号３００の変動として検出することが可能である。

入力信号処理部１２０のＭａｇｎｉｔｕｄｅＲＯＭ１２７から出力される振幅スペクトルデータは判定処理部１４０に入力される。次に、判定処理部１４０の動作について詳細に説明する。

図１０は、本第1の実施例の地上子結合周波数判定処理について示す。判定処理部１４０に入力された振幅スペクトルデータは、以下のようにデータの加工、処理、判定がなされる。すなわち、スロットパワースペクトル演算部１４１で各スロットの振幅スペクトルデータを積分してパワースペクトルデータとして記憶保持する。さらに、フレーム平均パワースペクトル演算回路１４２で前述の各スロットのパワースペクトルデータを加算し、４フレームの加重平均スペクトルＡＶＥを計算する。判定回路１４３によって加重平均スペクトルＡＶＥの２倍の値と各スロットの記憶したパワースペクトルデータを比較し、加重平均スペクトルＡＶＥの２倍の値より大きいスロットを各フレームの中から探し出す。次に、多数決判定回路１４４で上記の探索したスロットが４フレーム連続同じスロットである場合に、該スロットに対応する周波数を地上子周波数と多数決判定する。

また、加重平均スペクトルＡＶＥの２倍の値以上のスロットが２つ以上だった場合は、パワースペクトル値の大きいスロットで且つ地上子周波数であるスロットを地上子周波数と判定する。また、多数のスロットが加重平均スペクトルＡＶＥの２倍の値より大きかった場合はいずれのスロットもノイズと判定する。加重平均スペクトルＡＶＥの２倍の値が一定のしきい値以下だった場合もノイズとして判定する。しきい値は、地上子１０との結合によるパワースペクトル値であり、車上子１と地上子１０の周辺のレール等の構造物による電磁結合状態の変動などを含めたシステム全体の残留ノイズであるかの判断を行うパワースペクトル値であり、加重平均スペクトルＡＶＥの２倍より大きい値である。すなわち、地上子１０との結合によるパワースペクトルと判断できる最小値を意味する。ここで、しきい値は車上子１と地上子１０の距離が最大となり信号レベルが低下する場合などの、最も判定条件の悪い時のパワースペクトル値とする。

また、外乱ノイズ等で加重平均スペクトルＡＶＥより大きいスロットが不規則に発生する場合がある。ノイズは短い周期で発生しているが４フレームという時間軸で見ると離れたスロットに分散される。フレーム信号中にダミー周波数信号のスロットを適時入れると分散効果はさらに高くなる。ノイズ信号はノイズが混入した特定のスロットにしか振幅、位相の変化が現れないのでノイズスペクトルの挙動と地上子との結合によって検出される本来の振幅スペクトルの挙動には明確な差が現れ、十分な判別が可能である。このように、地上子周波数の判定を４フレームに渡って加重平均したスペクトルを基準とし、多数回判定を行うことで地上子周波数判定のノイズ耐性及び信頼性が向上する。

Ｓｅｑｕｅｎｃｅｒ１５０は、送出信号制御部１１０からの送出信号３００と入力信号処理部１２９、判定処理部１４０との信号送受信のタイミング制御を行う。送出信号制御部１１０に対しては、フレーム信号を繰り返し送出する制御を行い、入力信号処理部１２０に対しては、常時送信発振周波数の参照信号送出制御及び断線等による検出割り込みの入力、車上子オフセットデータの送受制御、直交検波後のＩＱ振幅データのＤＰＲＡＭ１９１への書き込み制御、判定処理部１４０に対しては、スロット、フレームのタイミング制御と多数決判定結果の入力を行う。

ＣＰＵ１７０は、外部装置（ＰＣ）１８３とのインターフェースを行う。外部装置（ＰＣ）１８３へのデータ出力や車上子オフセットデータの送信、地上子検出装置１００の検出動作開始／停止の制御、検出情報の外部通知を行う。

外部装置制御部１８０はＬＥＤ群１８１と外部装置（ＰＣ）１８３で構成される。外部装置（ＰＣ）１８３は、ＲＳ２３２Ｃインターフェース１８２を介して、ＣＰＵ１７０に接続されている。外部装置制御部１８０は、地上子検出装置１００の制御プログラムを搭載し、地上子検出装置１００の検出動作の開始／停止、Ｉ，Ｑ振幅データ、車上子オフセットデータの保存、閲覧、地上子検出周波数の時系列表示、スペクトル表示、地上子検出周波数を表示する機能を有する。ＬＥＤ１８１は検出周波数や異常、動作状態等を表示する。

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１６０Ｋｍ／時間で走行する。地上子１０はレール間の真ん中に設置されて地上子１０と車上子１の間隔を１００〜２６０ｍｍ、応動距離を４００ｍｍの条件で、フレーム信号の時間を１．８ｍｓとした場合、最低でも５回のフレームを受信する時間がある。本発明による地上子検出装置は同期式で、地上子との結合は非同期なので結合のタイミングによる多数回判定の欠落を防ぐ必要がある。フレーム時間の５回分が応動距離となるように、送出信号３００の送信電力の設定と差動増幅器１２２のゲインにより受信感度の設定を行うことができる。

従来の技術に比べて地上子検出装置の調整が不要となり、多数回フレームからのデータから判定を行うと同時にノイズ耐性を向上させ信頼性を高めることができる。

なお、本実施例では、1フレームが８つのスロットからなる送出信号３００の信号構成の場合を説明しているが、適応する車両の最大速度、車上子１と地上子１０間の距離、応動距離により、他の信号構成に適用可能である。また、地上子周波数、ダミー周波数も変更が可能である。また、本実施例では、加重平均スペクトルは、４フレーム分のＩ，Ｑ振幅データにより計算しているが、フレーム信号の構成方法に応じて変えることもできる。

図１１は本発明の第２の実施例を説明する図である。地上子検出装置１００において、判定処理部１４０の構成を示す。判定処理部１４０以外の他の構成は第１の実施例と同じである。

図１２は第２の実施例の判定処理例を示す図である。判定処理部１４０へは、入力信号処理部１２０のＭａｇｎｉｔｕｄｅＲＯＭ１２７で計算された√（Ｉ^２＋Ｑ^２）の振幅スペクトルデータが入力される。合成回路１４５で時系列に連続する４フレームごとに同じスロットの４つの振幅スペクトルデータを乗算することにより、乗算スペクトルが得られる。ここで、振幅スペクトルデータがしきい値以下の値の場合には、振幅スペクトルデータを０として乗算する。不特定のスロットにノイズが入力された場合にも、他のフレームの同じスロットが、しきい値以下の振幅スペクトルデータであれば、０を乗算する。その結果乗算スペクトルは０となるので、上記ノイズをキャンセルすることができる。判定回路１４３では、前記の乗算スペクトル結果の中から一番大きい値で且つ、地上子１０と結合し得る周波数であるスロットの周波数を地上子周波数と判定する方法である。この場合のしきい値は車上子１と地上子１０の関係が最も条件の悪い時の振幅スペクトルとした。尚、上記の実施例では、４フレームごとに処理を行っているが、スロットおよびフレーム信号の構成方法に従って、変更することも可能である。

図１３は、第３の実施例の判定処理の例を示す図である。地上子検出装置１００の構成は同じである。

入力信号処理部１２０で計算されたＭａｇｎｉｔｕｄｅＲＯＭ１２７からのパワースペクトルデータを入力し、フレームのデータから第一の最大値のスロットと第二の最大値のスロットを探す。これを４フレームごとに実施し、第一又は第二のどちらかのスロットが４回連続で同じスロットで地上子と共振し得る周波数である場合に、このスロットを地上子周波数と判定する方法である。この実施例おいても、判定は４フレームごとに行っているが、スロットおよびフレーム信号構成によって変更が可能である。

従来の変周式ＡＴＳ装置の構成図である。従来の変周式ＡＴＳ装置を改良した構成図である。本発明の送出信号の最小構成単位を示す図である。本発明の送出信号のフレーム構成を示す図である。本発明の送出信号制御部の構成を示す図である。（ａ）は、ＤＤＳ回路の記憶素子であるＷａｖｅｆｏｒｍＲＯＭのｂｉｔ割り付けを示す図、（ｂ）は、本実施例のＤＤＳ回路の記憶素子のＷａｖｅｆｏｒｍＲＯＭの構成を示す図である。実施例１の構成図である。実施例１の送出信号を示す図である。実施例１の直交検波回路を示す図である。実施例１の判定処理を示す図である。実施例２の構成を示す図である。実施例２の判定処理を示す図である。実施例３の判定処理を示す図である。

符号の説明

１車上子
１０地上子
１１増幅器
１２発振回路
１３ａ，１３ｂ信号選別ＢＰＦ
２１ａ〜２１ｄ信号発振器
２２信号加算器
２４増幅器
２５ａ〜２５ｄ信号選別ＢＰＦ
１００地上子検出装置
１１０送出信号制御部
１１１ＤＤＳ回路
１１２増幅器
１１３ＷａｖｅｆｏｒｍＲＯＭ
１１４Ｄ／Ａコンバータ
１１５ＬＰＦ
１２０入力信号制御部
１２１リミッタ付き増幅器
１２２差動増幅器
１２３ＢＰＦ
１２４ＬＰＦｆｃ＝２．２ＫＨｚ
１２５Ａ／Ｄコンバータ
１２６車上子オフセット回路
１２７ＭａｇｎｉｔｕｄｅＲＯＭ
１２８ＲｅｆｅｒｅｎｃｅＭｅｍｏｒｙ
１３０直交検波回路
１３１ＬＰＦｆｃ＝１００Ｈｚ
１３２常時送信発振周波数検出回路
１４０判定処理部
１４１スロットパワースペクトル演算回路
１４２フレーム平均パワースペクトル演算回路
１４３判定回路
１４４多数決判定回路
１４５合成回路
１４６平均処理回路
１５０Ｓｅｑｕｅｎｃｅｒ
１６０ＥＥＰＲＯＭ
１７０ＣＰＵ
１８０外部装置制御部
１８１ＬＥＤ群
１８２ＲＳ２３２Ｃ制御回路
１８３外部装置（ＰＣ）
１９０ＲｅｆｅｒｅｎｃｅＳＷ
１９１ＤＰＲＡＭ
１９２ＯＳＣ
３００送出信号
３０１参照信号

Claims

車上子と地上子との電磁結合を検出して地上子周波数の有無を判別する地上子検出装置であって、
地上子と結合し得る地上子周波数の一つの周波数で振幅一定の信号を生成するための信号データならびに前記信号と同期し、直交関係にある参照信号を生成するための参照信号データを記憶する手段と、
前記記憶手段に記憶した前記信号データを順次読み出して、時系列に連続して配置されたフレーム信号を発生する手段と、
前記記憶する手段に記憶された前記参照信号データを順次読み出すことにより前記参照信号を生成する手段と、
前記一つの周波数で振幅一定である信号を最小信号単位のスロットとして、前記フレーム信号を車上子から送出して前記地上子との電磁結合したフレーム信号を検出する手段と、
前記地上子と電磁結合したフレーム信号と前記参照信号を直交検波してＩ成分信号とＱ成分信号を弁別出力する手段と、
地上子がない状態で、スロットごとに前記Ｉ成分信号の振幅データと前記Ｑ成分信号の振幅データを複数フレーム分記憶する手段と、
前記記憶した振幅データを読み出して、Ｉ成分データとＱ成分データにつきそれぞれの複数フレーム分の平均値データを計算して平均値データを記憶する手段と、
前記記憶した平均値データをＩ成分データとＱ成分データから逐次減算する手段とを備え、
前記平均値データは、前記車上子の結合度ならびに前記車上子と前記地上子検出装置とを接続する接続ケーブルに依存する基本変動データを表すとともに、前記結合度および前記接続ケーブルにより変動する基本変動特性を前記基本変動データによって相殺することを特徴とする地上子検出装置。
連続する前記スロットの境界において、波形振幅が連続となるように前記信号データが決定されていることを特徴とする請求項１に記載の地上子検出装置。
弁別されたＩ成分信号とＱ成分信号のＩ成分データとＱ成分データから振幅スペクトル値√（Ｉ^２＋Ｑ^２）を逐次計算する手段と、
前記振幅スペクトル値をスロット毎に積分し積分値を記憶する手段と、
複数フレームの前記積分値からパワースペクトルの平均値を算出する手段と、
前記パワースペクトルの平均値と記憶された前記スロットの積分値とを比較する手段と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の地上子検出装置。
前記パワースペクトルの平均値より大きくかつ地上子と結合し得る周波数に該当するスロットの多数回判定を行い、ｎ回（ｎ＝２以上）連続同じである場合に地上子結合周波数と判定し、前記パワースペクトル平均値より大きいスロットが２つの場合には絶対値の大きなスロットを地上子結合周波数と判定し、前記パワースペクトル平均値より大きいスロットが３以上ある場合と前記パワースペクトル平均値がしきい値以下であった場合にはノイズと判定することを特徴とする請求項３に記載の地上子検出装置。
弁別されたＩ成分信号とＱ成分信号のＩ成分データとＱ成分データから、振幅スペクトル値√（Ｉ^２＋Ｑ^２）を逐次計算する手段と、
しきい値以下の振幅スペクトル値は０として前記振幅スペクトル値をｎ（ｎ＝２以上）フレーム加重合成する手段とを備え、
前記加重合成した値で一番大きい値でかつ地上子と結合し得る周波数に該当するスロットを地上子との結合周波数と判定することを特徴とする請求項１に記載の地上子検出装置。
弁別されたＩ成分信号成分とＱ成分信号成分のＩ成分データとＱ成分データから、振幅スペクトル値√（Ｉ^２＋Ｑ^２）を逐次計算する手段と、
フレームの中から第一の最大値のスロットと第二の最大値のスロットを探索する手段とを備え、
前記探索をｎ（ｎ＝２以上）フレームごとに実施し、第一又は第二のどちらかのスロットがｎ回（ｎ＝２以上）連続で同じスロットで地上子と共振し得る周波数であるスロットを地上子周波数と判定することを特徴とする請求項１に記載の地上子検出装置。