JP4652165B2

JP4652165B2 - 列車制御用受信装置

Info

Publication number: JP4652165B2
Application number: JP2005211609A
Authority: JP
Inventors: 忠宏林
Original assignee: Nippon Signal Co Ltd
Current assignee: Nippon Signal Co Ltd
Priority date: 2005-07-21
Filing date: 2005-07-21
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2025-07-21
Also published as: JP2007028877A

Description

本発明は、ＡＴＳやＡＴＣ等の列車制御装置に用いられる列車制御用受信装置に関する。

従来、ＡＴＳやＡＴＣ等の列車制御装置においては、地上側から車上（列車）側に送信される信号、又は車上側から地上側に送信される信号を受信する列車制御用受信装置が用いられている。この列車制御用受信装置としては、図６（ａ）に示されるようなアナログ回路方式と同図（ｂ）に示されるようなデジタルフィルタ方式が知られている。

アナログ回路方式の列車制御用受信装置は、入力した信号（受信信号）がアナログ回路４０に設けられているＬＣフィルタを通過すれば信号ありとし、その信号ありを「１」とするとともに、信号なしのときを「０」として次段のＣＰＵを中心に形成された受信判定部４１に出力するように構成されている。そしてその受信判定部４１では、アナログ回路４０から入力した信号有無（１／０）の情報を基に所定の受信判定処理を行い、その判定結果が次段の出力制御部４２に出力されるように構成されている。出力制御部４２では、受信判定部５２から得た判定結果に基づいて駆動モータやブレーキ、あるいは信号機等の所定の機器に対する所定の制御信号を出力するように構成されている。

また、デジタルフィルタ方式の列車制御用受信装置は、入力したアナログ信号（受信信号）をＡ／Ｄコンバータ５０でデジタル信号に変換した後、複数のデジタルフィルタＤＦ1 〜ＤＦn を有するＤＳＰ（Digital Signal Processor）５１でフィルタ処理を行い、通過した帯域信号を次段のＣＰＵを中心に形成される受信判定部５２に出力するように構成されている。そしてその受信判定部５２では、ＤＳＰ５１から入力した情報を基に所定の受信判定処理を行い、その判定結果が次段の出力制御部５３に出力されるように構成されている。出力制御部５３では、受信判定処理部５２から得た判定結果に基づいて駆動モータやブレーキ、あるいは信号機等の機器に対する所定の制御信号を出力するように構成されている。

さらに、列車制御用受信装置としてＦＦＴ周波数分析方式を採用したＡＴＣ受信器が提案されている（特許文献１参照）。このＡＴＣ受信器は、地上側から送信されてくる列車制御用信号をＡ／Ｄ変換処理するとともに、変換されたデジタル信号をＦＦＴ周波数分析して周波数毎の信号に分別し、その分別された周波数の信号から列車制御用信号を抽出するように構成されている。

さらにまた、列車制御用信号の車上受信器として量子化変換器を用いたものも提案されている（特許文献２参照）。この車上受信器は、地上から受信したアナログ信号を離散数値列に量子化し、その離散数値列に対して搬送波周波数毎に周波数選択特性を有する伝達関数、低域通過特性を有する伝達関数及び列車制御信号毎に周波数選択特性を有する伝達関数に基づく数値演算を乗算器、加算器及び記憶器からなる回路で行い、搬送波周波数毎の信号分離、検波分離及び変調制御信号毎の信号分離を行った結果を記憶器上の区分された領域毎に展開するように構成されている。
特開平８−１２６１０５号公報特開２００１−１８９９号公報

しかしながら、上記従来の列車制御用受信装置のうち、アナログ回路方式の列車制御用受信装置は、受信信号の有り又は無しの判定レベルをハードウェアで実現するようにしているため、ＬＣフィルタを通過した周波数のレベルについてハードウェア調整をしなければならないという問題点があった。また、従来、デジタルフィルタ方式の列車制御用受信装置は、受信すべき周波数分だけデジタルフィルタを作成する必要があるとともに、信号検出に長時間要する等の問題点を有していた。

さらに、従来より提案されているＦＦＴ周波数分析方式及び量子化方式の列車制御用受信装置は、上述のアナログ回路方式及びデジタルフィルタ方式と同様に、ＡＴＳやＡＴＣ等の列車制御方式毎の専用装置であり、ハードウェア及びソフトウェアが各列車制御方式別に構成が異なり、汎用性に欠け、結果的に装置のコスト高を招く欠点があった。

そこで、本発明は、上記欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、各種の列車制御方式に適用でき、しかも車上装置の受信装置としても、また地上装置の受信装置としても使用可能な汎用性に優れ、さらに送信側の信号周波数が変動していても確実に受信できるようにした列車制御用受信装置を提供することにある。

本発明に係る列車制御用受信装置は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、変換されたデジタル信号を所定の窓関数を用いてＦＦＴ演算処理用の前データを作成する前データ作成手段と、作成された前データと所定の実数回転因子及び虚数回転因子とを用いて所定のＦＦＴ演算処理を行って周波数分析を行うＦＦＴ周波数分析手段と、周波数分析された各周波数の信号レベルを算出するレベル算出手段と、算出された各周波数の信号レベルを所定の信号の周波数を中心にして所定の信号比較範囲毎に区分する区分手段と、区分された所定の信号比較範囲内で、かつ、前記所定の信号の周波数を中心にして所定の信号変動範囲を設定する信号変動範囲設定手段と、区分された信号比較範囲内の各信号レベルを所定のしきい値を用いて分別する分別手段と、分別された信号レベルの中から最大の信号レベルを選択する選択手段と、選択された信号レベルが前記所定の信号変動範囲内のときに、その選択されたレベルの周波数を検出信号として検出する信号検出手段と、からなることを特徴としている。
本発明の請求項２に記載の列車制御用受信装置は、入力されたアナログ信号は、地上子から送信される信号を車上子を介して受信したものであることを特徴としている。
本発明の請求項３に記載の列車制御用受信装置は、入力されたアナログ信号は、車上子から送信される信号を地上子を介して受信したものであることを特徴としている。

本発明の請求項１に記載の列車制御用受信装置は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、変換されたデジタル信号を所定の窓関数を用いてＦＦＴ演算処理用の前データを作成する前データ作成手段と、作成された前データと所定の実数回転因子及び虚数回転因子とを用いて所定のＦＦＴ演算処理を行って周波数分析を行うＦＦＴ周波数分析手段と、周波数分析された各周波数の信号レベルを算出するレベル算出手段と、算出された各周波数の信号レベルを所定の信号の周波数を中心にして所定の信号比較範囲毎に区分する区分手段と、区分された所定の信号比較範囲内で、かつ、前記所定の信号の周波数を中心にして所定の信号変動範囲を設定する信号変動範囲設定手段と、区分された信号比較範囲内の各信号レベルを所定のしきい値を用いて分別する分別手段と、分別された信号レベルの中から最大の信号レベルを選択する選択手段と、選択された信号レベルが前記所定の信号変動範囲内のときに、その選択されたレベルの周波数を検出信号として検出する信号検出手段とからなるので、送信側の信号周波数が変動しても信号レベル検出と信号検出を確実に行うことができ、しかも各種列車制御方式に適用できる汎用性に優れた列車制御用受信装置とすることができる。
本発明の請求項２に記載の列車制御用受信装置おいて、入力されたアナログ信号は、地上子から送信される信号を車上子を介して受信するので、車上用受信装置として適用することができる。
本発明の請求項３に記載の列車制御用受信装置において、入力されたアナログ信号は、車上子から送信される信号を地上子を介して受信するので、地上用受信装置として適用することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図１（ａ）は、本発明に係る列車制御用受信装置ａをレールＲを走行する列車イの車上装置１に適用した例を示し、同図（ｂ）は、本発明に係る列車制御用受信装置ａをレールＲを走行する列車イの地上装置１０に適用した例を示している。

本発明に係る列車制御用受信装置ａは、車上装置１に適用した場合も、また地上装置１０に適用した場合も同一構成により実現されている。すなわち、車上装置１においては、地上子ｂから送信された信号（情報）を車上子ｃを介して受信し、その受信した信号をＤＳＰ２、受信判定部３及び出力制御部４を用いて処理するように構成され、地上装置１０においても、車上装置１´で生成されて車上子ｃから送信された信号（情報）を地上子ｂを介して受信し、その受信した信号をＤＳＰ２、受信判定部３及び出力制御部４を用いて処理するように構成されている。

上述のように、本発明に係る列車制御用受信装置ａは、車上装置１に適用する場合も地上装置１０に適用する場合も同一構成とすることができる特長を有している。なお、ここでは、地上側から車上側へ信号を送信する手段として地上子ｂを用い、また、車上側から送信される信号を受信する手段として地上子ｂを用いたが、ループコイル等の他の手段であってもよい。したがって、本発明で地上子というときは、地上側から車上側へ信号を送信でき、又は車上側から送信されてきた信号を地上側で受信できるループコイル等の形式のものも含んでいる。

図２は、列車制御用受信装置ａのブロック図であり、ＤＳＰ２には、車上子ｃを介して入力した入力信号（受信信号（図１（ａ）参照））、又は地上子ｂを介して入力した入力信号（受信信号（図１（ｂ）参照）））をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ２ａと、そのＡ／Ｄコンバータ２ａで変換されたデジタル信号をＦＦＴ演算部２ｂで周波数分析し、その分析した周波数から列車制御用の所定の信号を検出する信号検出部２ｃとが含まれている。このＤＳＰ２については後述する。

受信判定部３及び出力制御部４は、上述した図６（ａ），（ｂ）に示される受信判定部４１，５２及び出力制御部４２，５３とそれぞれ同一に構成されている。すなわち４ＣＰＵを中心に形成される受信判定部３は、ＤＳＰ２から入力した情報を基に所定の受信判定処理を行い、その判定結果を次段の出力制御部４に出力するように構成されている。そして出力制御部４では、受信判定処理部３から得た判定結果に基づいて駆動モータやブレーキ、あるいは信号機等の機器に対する所定の制御信号を出力するように構成されている。

図３はＤＳＰ２の詳細図及び図４はそのＤＳＰ２の制御動作を示すフローチャートである。ここでは、説明を簡単にするために、列車制御用受信装置ａは、図１（ａ）に示される車上装置１に適用したものとし、その列車制御方式はＡＴＳとして説明する。したがって、車上（列車イ）では、地上側から、１０３ＫＨｚの進行現示情報（以下、「１０３信号」という。）、１０８．５ＫＨｚの車上速照情報（以下、「１０８．５信号」という。）、１２３ＫＨｚの絶体停止情報（以下、「１２３信号」という。）及び１３０ＫＨｚの停止信号現示情報（以下、「１３０信号」という。）を受信して列車制御が行われている。

図３中、１１はＡ／Ｄコンバータ２ａの機能を示すレベル受信入力部であり、Ａ／Ｄ変換したデータを次段のＦＦＴ演算部２ｂのＡ／Ｄ変換格納テーブル１２に出力（図示では「戻値」）するように構成されている。また、図３中、１３はＦＦＴ演算部２ｂの窓関数定数格納テーブルであり、ＦＦＴ演算部２ｂの窓関数・データ転送部１４では、両テーブル１２，１３から入力（図示では「引数」）したＡ／Ｄ変換データ及び窓関数定数を乗算処理してＦＦＴ演算前テーブル１５に出力できるように構成されている（ステップ１０４（以下、ステップを「Ｓ」とする。））。すなわち、ＤＳＰ２においては、信号検出動作に先立って所定の初期設定が行われた後、所定のデータ数（図示の例では１２８個）が蓄積されるまで、図４（ｂ）に示されるように１データ取得毎にポインタをインクリメントし、Ａ／Ｄ変換データ格納テーブルの格納位置を移動する割込み１ルーチン（Ｓ２００〜Ｓ２１０）及び割込み２ルーチン（Ｓ３００〜Ｓ３０８）が行われ、そして、所定のデータ数が蓄積されると（Ｓ３０４否定（Ｎ））、ＦＦＴスタートフラグがセットされて（Ｓ３０５）、窓関数・データ転送部１４における乗算処理が行われるように構成されている（Ｓ１０２肯定（Ｙ）、Ｓ１０４）。

図３中、１６はＦＦＴ演算部２ｂのＦＦＴ演算処理部であって、ＦＦＴ演算前データテーブル１５に格納されているデータとＦＦＴ演算部２ｂの回転因子テーブル１７に格納されている実数回転因子及び虚数回転因子を用いて所定の周波数分析の演算処理が行われ、その演算結果がＦＦＴ演算部２ｂのＦＦＴ演算後データテーブル１８に格納されるように構成されている（Ｓ１０６）。そしてこのＦＦＴ演算後データテーブル１８に格納された各周波数の信号レベルは、次段の信号検出部２ｃのレベル算出部１９においてレベルが算出されるように構成されている（Ｓ１０８）。

このレベル算出部１９における各周波数のレベル算出は、次式の（ａ）〜（ｆ）に従って求められる。

図３中、２０は、所定の周波数（図示の例では１ＫＨｚ）毎に展開された周波数展開部であり、そしてこの周波数展開部２０信号は、列車制御用の各信号（１０３信号、１０８．５信号、１２３信号、１３０信号）の信号比較範囲毎に区分され、さらに信号検出処理部２１では、各信号の信号比較範囲内の信号レベルを入力してその範囲内に設定された信号変動範囲と所定のしきい値とを用いて所定の列車制御用の信号の有無を検出するように構成されている（Ｓ１１０）。

図５の信号レベル図を用いて１０３信号の検出動作例を説明すると、この１０３信号を検出するための信号比較範囲として１０３ＫＨｚを中心にした９９ＫＨｚ〜１０６ＫＨｚが設定されている。そして、この１０３信号の信号変動範囲としては、信号比較範囲内の１０１ＫＨｚ〜１０５ＫＨｚが設定されている。さらに、信号比較範囲内の信号レベルは所定のしきい値によって分別されるように構成されている。

図５中、（ａ）〜（ｃ）は、３つの受信状態を示していて、このうち（ａ）に示される信号状態は、信号変動範囲（１０１ＫＨｚ〜１０５ＫＨｚ）内において所定のしきい値以上の信号レベルが５個存在し、このうち１０３ＫＨｚの信号が最も高いレベルを呈している。したがって、この（ａ）においては、１０３信号が検出されたと判定されて、受信判定部３に１０３信号の受信有りがＤＳＰ２から出力される（Ｓ１１２）。なお、この（ａ）において、１０１ＫＨｚ、１０２ＫＨｚ、１０４ＫＨｚ又は１０５ＫＨｚが最も高いレベルのときも１０３信号が受信されたと判定される。したがって、送信側の信号に所定の範囲内で変動（図示の例では１０１ＫＨｚ〜１０５ＫＨｚの変動）があっても、１０３信号を確実に受信することができる。

また、図５の（ｂ）に示される信号状態においては、最も高いレベルの信号は信号変動範囲外の１００ＫＨｚであり、しかも所定のしきい値を越えているが、この場合は、ノイズと判定されて１０３信号の受信有りは出力されない。さらに、図５の（ｃ）に示される信号状態は、信号変動範囲内の１０２ＫＨｚの信号が最もレベルが高いが、このレベルは所定のしきい値未満なので１０３信号有りとは判定されない。

以上のように、列車制御用の１０３信号は、ＦＦＴ周波数分析された信号を所定の信号変動範囲内で、かつ、所定のしきい値の基に検出するようにしているので、効率よく、しかも高精度に検出することができる特長を有している。

上述の例は、１０３信号検出の例を示したが、１０８．５信号、１２３信号及び１３０信号も、レベル算出部１９で算出された信号レベル、信号比較範囲内に設定された信号変動範囲及び所定のしきい値を用いて信号の有無が判定される。

なお、上述の例は、地上から車上へ送信された信号の受信の例を示したが、車上から地上へ送信された信号（情報）を受信する場合も同様に行われる。また、ＤＳＰ２から受信判定部３に送信される情報は、１０３信号等の有無情報としたが、これに代えて、又はこれとともにその信号の信号レベルの情報も受信判定部３に出力するようにしてもよい。さらに、上述の例では、信号はＡＴＳ用としたが、信号はＡＴＣ等の他の列車制御方式のものであってもよいことはもちろんである。

（ａ）は本発明に係る列車制御用受信装置を車上装置に適用した例を示し、（ｂ）は本発明に係る列車制御用受信装置を地上装置に適用した例を示している。列車制御用受信装置のブロック図である。ＤＳＰの詳細図である。ＤＳＰの制御動作を示すフローチャートである。信号検出例を示す説明図である。（ａ）は従来のアナログ回路方式の列車制御用受信装置のブロック図、（ｂ）は従来のデジタルフィルタ方式の列車制御用受信装置のブロック図である。

符号の説明

イ列車
Ｒレール
ａ列車制御用受信装置
ｂ地上子
ｃ車上子
１車上装置
２ＤＳＰ
３受信判定部
４出力制御部
１０地上装置

Claims

入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
変換されたデジタル信号を所定の窓関数を用いてＦＦＴ演算処理用の前データを作成する前データ作成手段と、
作成された前データと所定の実数回転因子及び虚数回転因子とを用いて所定のＦＦＴ演算処理を行って周波数分析を行うＦＦＴ周波数分析手段と、
周波数分析された各周波数の信号レベルを算出するレベル算出手段と、
算出された各周波数の信号レベルを所定の信号の周波数を中心にして所定の信号比較範囲毎に区分する区分手段と、
区分された所定の信号比較範囲内で、かつ、前記所定の信号の周波数を中心にして所定の信号変動範囲を設定する信号変動範囲設定手段と、
区分された信号比較範囲内の各信号レベルを所定のしきい値を用いて分別する分別手段と、
分別された信号レベルの中から最大の信号レベルを選択する選択手段と、
選択された信号レベルが前記所定の信号変動範囲内のときに、その選択されたレベルの周波数を検出信号として検出する信号検出手段と、
からなることを特徴とする列車制御用受信装置。
請求項１に記載の列車制御用受信装置において、入力されたアナログ信号は、地上子から送信される信号を車上子を介して受信したものであることを特徴とする列車制御用受信装置。
請求項１に記載の列車制御用受信装置において、入力されたアナログ信号は、車上子から送信される信号を地上子を介して受信したものであることを特徴とする列車制御用受信装置。