JP4679363B2 - 列車検知装置 - Google Patents

Description

この発明は、スペクトラム拡散通信方式を利用して列車の有無を検知する列車検知装置、特に列車検知の安定性と伝送効率の向上に関するものである。

鉄道における軌道回路はレールを所定の長さに区分けして電気回路を構成し、軌道回路の列車進出側の境界から列車検知信号を送信し、軌道回路の列車進入側の境界で所定レベルの列車検知信号を受信しているとき、その軌道回路に列車が在線していないと判定し、列車が軌道回路に進入して車軸によりレールが短絡されて受信している列車検知信号が一定レベル以下になったとき、その軌道回路に列車が在線していると判定している。

この軌道回路に列車検知信号を伝送するとき、交流電化区間の場合、運転電流の高調波が極めて強力である。この運転電流の高調波雑音等が入り込んでも、その影響を受けずに列車を検知するため、特許文献１や特許文献２，特許文献３等にスペクトラム拡散通信方式を使用した列車検知装置が開示されている。このスペクトラム拡散通信方式を使用した列車検知装置は、送信部から列車検知信号を擬似雑音符号（以下、ＰＮ符号という）でスペクトラム拡散変調して広い周波数帯に拡散してレールに送信し、受信部は、レールに送られているスペクトラムを拡散した信号を受信して、受信した信号を送信部と同じＰＮ符号を使用して拡散変調する。このＰＮ符号を使用して拡散変調すると、受信した信号に混入した雑音信号はスペクトラムが拡散され列車検知信号はもとの周波数帯域内に集められて送信部で発生した元の列車検知信号にもどされる。この拡散変調した信号を狭帯域のバンドパスフィルタを通して雑音成分を除去することにより、送信された列車検知信号を得る。

この受信部で拡散変調して列車検知信号を得るためには、拡散変調するＰＮ符号の位相を受信したＰＮ符号の位相と一致させる必要がある。ＰＮ符号を使用して拡散変調した受信信号はＳ／Ｎ比が非常に小さく、通常の方法では受信信号から同期のタイミングを抽出できないため、受信部のＰＮ符号を受信信号のＰＮ符号の時系列に合致させて狭帯域信号に変換する同期捕捉と、同期捕捉が完了してから時間が経過しても同期はずれが生じないように操作する同期保持が必要である。
特許第３２９１６０７号公報 特開平９−９９８３６号公報 特開２００４−２７６７６１号公報

前記のように受信部で拡散変調するＰＮ符号の位相を受信したＰＮ符号の位相と一致させるために、受信部に同期捕捉手段や同期保持手段を設けると、受信部の構成が非常に複雑になってしまうとともに同期捕捉に時間がかかってしまう。また、無絶縁軌道回路の場合、自軌道回路が列車の車軸で短絡した列車検知時には、受信レベルが低下するため、受信信号による同期検出が不安定になる。さらに、隣接する軌道回路に送信された列車検知信号との干渉により誤ったタイミングで動作してしまい、同期はずれにより列車検知性能が低下してしまうという短所もある。

この発明は、このような短所を改善し、送信部でスペクトラム拡散変調した列車検知信号を受信部で確実に検出するとともに伝送効率を高めることができる列車検知装置を得ることを目的とするものである。

この発明の列車検知装置は、各軌道回路の一方の境界に接続された送信器と他方の境界に接続された受信器とを有し、前記送信器は情報処理部とクロック信号発生部と拡散符号発生部と拡散変調部及び送信部を有し、前記情報処理部は隣接する軌道回路毎に異なる周波数の列車検知信号を生成し、前記クロック信号発生部はあらかじめ設定されている周波数のクロック信号を発生して前記拡散符号発生部と前記受信器に送り、前記拡散符号発生部はクロック信号発生部で発生したクロック信号により隣接する軌道回路で異なる擬似雑音符号（以下、ＰＮ符号という）を生成し、前記拡散変調部は情報処理部から送られた列車検知信号と拡散符号発生部で生成したＰＮ符号を乗算して拡散変調した信号波を発生し、前記送信部は拡散変調した信号波をレールに送り出し、
前記受信器はシフト量記憶部と受信部とクロック制御部と拡散符号発生部と拡散復調部とバンドパスフィルタ及び列車検知部を有し、前記シフト量記憶部には、あらかじめ各軌道回路のレール長と送信器と受信器間のケーブル長の差又は各軌道回路のレール長及び前記送信器と受信器のレールとの接続ケーブル長に応じて送信器と受信器との間に生じるＰＮ符号の位相ずれを測定して検出した位相シフト量が格納され、前記受信部はレールに送られている信号波を受信し、前記クロック制御部は送信器から送られるクロック信号をシフト量記憶部に記憶した位相シフト量だけシフトし、前記拡散符号発生部はクロック制御部でシフトしたクロック信号により同じ軌道回路に接続されている送信器の拡散符号発生部で発生するＰＮ符号と同じＰＮ符号を生成し、前記拡散復調部は受信部で受信した受信波を拡散符号発生部で生成したＰＮ符号により拡散変調し、前記バンドパスフィルタは同じ軌道回路に接続された送信器で生成する列車検知信号の周波数帯域の通過域を有し、拡散復調部で拡散された信号波から列車検知信号を抽出し、前記列車検知部はバンドパスフィルタで抽出した列車検知信号のレベルの変化により、各軌道回路に列車が在線したか否を検出することを特徴とする。

前記隣接する軌道回路で使用するＰＮ符号は、相互相関の値が自己相関のピーク値に対して十分に小さなプリファードペアなＭ系列符号を使用する。

この発明は、受信器で生成しているＰＮ符号を、受信した信号波のなかから送信器で送信された拡散符号の１周期ごとに出力信号を発生する整合フィルタの出力に応じて拡散復調部に送り、受信波を送信器と同じＰＮ符号を使用して拡散変調するから、送信器から送られた列車検知信号を受信器で確実に検出することができるとともに、同期捕捉に要する時間を短縮して伝送効率を高めることができる。

また、受信器にあらかじめ送信器と受信器との間の伝送遅延によって生じるＰＮ符号の位相ずれを測定して検出した位相シフト量を記憶しておき、送信器で発生しているクロック信号を記憶した位相シフト量だけシフトしたクロック信号で送信器と同じＰＮ符号を使用した受信した信号波を拡散変調するから、送信部から送られた列車検知信号を受信部で確実に検出することができるとともに、同期捕捉に要する時間を不要として伝送効率を高めることができる。

また、隣接する軌道回路で異なるＰＮ符号を使用するとともに隣接する軌道回路で異なる周波数の列車検知信号を使用するから、隣接する軌道回路に送られた信号波との干渉を低減することができる。

さらに、前記隣接する軌道回路で使用するＰＮ符号として相互相関の値が自己相関のピーク値に対して十分に小さなプリファードペアなＭ系列符号を使用することにより、隣接する軌道回路に送られた信号波との干渉をより低減することができる。

図１はこの発明の列車検知装置の配置図である。図に示すように、列車検知装置は、各軌道回路１Ｔ〜６Ｔの列車進入側の境界に接続された送信器１と列車進出側の境界に接続された受信器２を有する。

送信器１は、図２のブロック図に示すように、情報処理部３とクロック信号発生部４と拡散符号発生部５と拡散変調部６とバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）７及び送信部８を有する。情報処理部３は各軌道回路ＩＤを含む列車検知信号を生成して拡散変調部６に送る。この列車検知信号の周波数は少なくとも２周波使用し、隣接する軌道回路で異なる周波数を使用する。例えば図１に示すように、軌道回路２Ｔでは周波数ｆ１を使用し、軌道回路３Ｔでは周波数ｆ２を使用し、軌道回路４Ｔでは周波数ｆ１を使用する。クロック信号発生部４はあらかじめ設定されている周波数のクロック信号を発生して拡散符号発生部５に送る。拡散符号発生部５はクロック信号発生部４から送られるクロック信号によりあらかじめ定められた広帯域の擬似雑音符号（以下、ＰＮ符号という）を生成し、生成したＰＮ符号を拡散変調部６に送る。この拡散符号発生部４で生成するＰＮ符号は、相互相関の値が自己相関のピーク値に対して十分に小さなプリファードペアなＭ系列符号を使用する。このプリファードペアなＭ系列符号は例えば周期１２７のとき６種類となる。そして軌道回路の１群で異なるＰＮ符号を使用する。例えば１群の軌道回路２Ｔ〜５Ｔにおいて、軌道回路２ＴではＰＮ１を使用し、軌道回路３ＴではＰＮ２、軌道回路４ＴではＰＮ３、軌道回路５ＴではＰＮ４を使用する。拡散変調部６は情報処理部３から送られた列車検知信号と拡散符号発生部５から送られたＰＮ符号を乗算して、列車検知信号の周波数帯域よりもはるかに広い周波数帯域に拡散し、拡散変調した信号波を発生する。ＢＰＦ７は拡散変調した信号波の不要周波数成分を除去する。送信部８は拡散変調した信号波をレール９に送り出す。

受信器２は受信部１０とクロック信号発生部１１と整合フィルタ１２と拡散符号発生部１３と拡散復調部１４と狭帯域のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１５及び列車検知部１６を有する。受信部１０は送信器１からレール９に送られている信号波を受信する。クロック信号発生部１１は送信器１のクロック信号発生部４と同じ周波数のクロック信号を発生して拡散符号発生部１３に送る。整合フィルタ１２は受信部１０から送られた受信波から送信器１ａで送信された拡散符号の１周期ごとに出力信号を発生して拡散符号発生部１３に送る。拡散符号発生部１３はクロック信号発生部１１で発生しているクロック信号により同じ軌道回路に接続されている送信器１の拡散符号発生部５で発生するＰＮ符号と同じＰＮ符号を発生し、発生したＰＮ符号を整合フィルタ１２の出力信号に応じて拡散復調部１４に送る。拡散復調部１４は受信器１０で受信した受信波を拡散符号発生部１３から送られるＰＮ符号によりスペクトラム拡散変調して受信波に混入した雑音信号を広い周波数帯域に拡散して列車検知信号をもとの周波数帯域内に集めた信号波を生成する。ＢＰＦ１５は各軌道回路２Ｔ〜５Ｔごとに情報処理部３で生成する列車検知信号の周波数帯域の通過域を有し、拡散復調部１４で拡散された信号波から雑音成分と隣接する軌道回路に送信された信号波を除去して列車検知信号を抽出して列車検知部１６に送る。列車検知部１６は送られた列車検知信号のレベルの変化により、各軌道回路２Ｔ〜５Ｔに列車１７が在線したか否を検出する。

前記のように構成した列車検知装置で軌道回路２Ｔに列車１７が在線したか否を検出するときの動作を図３の波形図を参照して説明する。

軌道回路２Ｔに設けられた送信器１ａのクロック信号発生部４は、図３（ａ）に示すように、あらかじめ設定されている周波数のクロック信号を発生して拡散符号発生部５に送る。拡散符号発生部５は、図３（ｂ）に示すように、送られたクロック信号によりあらかじめ定められたＰＮ１のＰＮ符号を生成し、生成したＰＮ符号を拡散変調部６に送る。拡散変調部６は情報処理部３から送られた周波数ｆ１の列車検知信号と拡散符号発生部４から送られたＰＮ符号を乗算して、列車検知信号の周波数帯域よりもはるかに広い周波数帯域に拡散し、拡散変調した信号波を発生してＢＰＦ７に送る。ＢＰＦ７は送られた信号波の不要周波数成分を除去して送信部８に送り、送信部８は送られた信号波をレール９に送り出す。

受信器２ａの受信部１０は送信器１ａからレール９に送信された信号波を受信し、受信した信号波を整合フィルタ１２と拡散復調部１４に送る。この受信した受信波にはレール９を伝搬しているときの雑音信号が加えられているとともに軌道回路３Ｔの送信器１ｂからレール９に送信した信号波も含まれる。整合フィルタ１２は，図３（ｅ）に示すように、送られた信号波のなかから送信器１ａで送信された拡散符号の１周期ごとに出力信号を発生して拡散符号発生部１３に送る。一方、クロック信号発生部１１は、図３（ｃ）に示すように、送信器１ａのクロック信号発生部４と同じ周波数のクロック信号を発生して拡散符号発生部１３に送る。拡散符号発生部１３は送られたクロック信号により、図３（ｄ）に示すように、軌道回路２Ｔに接続されている送信器１ａの拡散符号発生部５で発生するＰＮ符号と同じＰＮ１のＰＮ符号を生成し、生成したＰＮ符号を、図３（ｆ）に示すように、整合フィルタ１２の出力信号により拡散復調部１４に送る。拡散復調部１４は受信部１０で受信した受信波を拡散符号発生部１３から送られるＰＮ符号によりスペクトラム拡散変調して受信波に混入した雑音信号を広い周波数帯域に拡散して列車検知信号をもとの周波数帯域内に集めた信号波を生成する。ＢＰＦ１５は拡散復調部１４で拡散された信号波から雑音成分と隣接する軌道回路３Ｔに送信されたＰＮ符号を除去して周波数ｆ１の列車検知信号を抽出して列車検知部１６に送る。列車検知部１６は送られた列車検知信号のレベルがあらかじめ設定された閾値を超えているとき軌道回路２Ｔに列車１７が在線していないと判断し、列車検知信号のレベルがあらかじめ設定された閾値より小さくなったとき軌道回路２Ｔに列車１７が在線していると判断して列車在線信号を出力する。

このように受信器２ａで生成しているＰＮ符号を、受信した信号波のなかから送信器１ａで送信された拡散符号の１周期ごとに出力信号を発生する整合フィルタ１２の出力に応じて拡散復調部１４に送り、受信波を送信器１ａと同じＰＮ符号を使用して拡散変調するから、送信器１ａから送られた列車検知信号を受信器２ａで確実に検出することができるとともに、同期捕捉に要する時間を短縮して伝送効率を高めることができる。

また、１群の軌道回路で異なるＰＮ符号を使用するとともに隣接する軌道回路で異なる周波数の列車検知信号を使用するから、隣接する軌道回路に送られた信号波との干渉を低減することができる。さらに、隣接する軌道回路に送信する列車検知信号の周波数にガードバンドを設けておくと、隣接する軌道回路との混信をより確実に防ぐことができる。

前記説明では、送信器１と受信器２に同じ周波数のクロック信号を発生するクロック信号発生部４，１１を設けた場合について説明したが、外部信号、例えば同じ電源からの交流信号やＧＰＳの時刻パルスから同期信号を発生するようにしても良い。

前記説明では送信器１ａと受信器２ａにクロック信号発生部４，１１を設けた場合について説明したが、図４のブロック図に示すように、送信器１ａのクロック信号発生部４で発生しているクロック信号をケーブルにより受信器２に送るようにしても良い。この場合、受信器２ａには受信部１０と拡散符号発生部１３と拡散復調部１４とＢＰＦ１５及び列車検知部１６のほかにシフト量記憶部１８とクロック信号制御部１９を有する。シフト量記憶部１８には、送信器１ａと受信器２ａの設置場所が離れている場合は、軌道回路２Ｔのレール長と送信器１ａから受信器２ａにクロック信号を送るケーブル長の差に応じた伝送遅延で送信器１ａと受信器２ａの間に生じるＰＮ符号の位相ずれをあらかじめ測定して検出した位相シフト量が格納され、送信器１ａと受信器２ａの設置場所が同じ場所に設置されている場合は、軌道回路２Ｔのレール長及び送信器１ａと受信器２ａのレール９との接続ケーブル長の差に応じた伝送遅延で送信器１ａと受信器２ａの間に生じるＰＮ符号の位相ずれを測定して検出した位相シフト量が格納されている。各軌道回路２Ｔ〜５Ｔのレール長やクロック信号を送るケーブル長あるいは送信器１ａと受信器２ａのレール９との接続ケーブル長はそれぞれ既知で変動しないため、伝送遅延も軌道回路２Ｔ〜５Ｔ毎に一定になるからである。クロック制御部１９は受信器１ａのクロック信号発生部４から送られるクロック信号をシフト量記憶部１８に記憶した位相シフト量だけシフトして拡散符号発生部１３に送る。

この列車検知装置で軌道回路２Ｔに列車１７が在線したか否を検出するとき、送信器１ａのクロック信号発生部４は、図５（ａ）に示すように、あらかじめ設定されている周波数のクロック信号を発生して拡散符号発生部５に送り、拡散符号発生部５は、図５（ｂ）に示すように、送られたクロック信号によりあらかじめ定められたＰＮ１のＰＮ符号を生成する。拡散変調部６は情報処理部３から送られた周波数ｆ１の列車検知信号を拡散符号発生部４から送られたＰＮ符号で拡散変調し、拡散変調した信号波をＢＰＦ７と送信部８を介してレール９に送り出す。

受信器２ａの受信部１０で送信器１ａからレール９に送信された信号波を受信し、受信した受信波を拡散復調部１４に送る。一方、クロック制御部１９は、図５（ｃ）に示すように、送信器１ａから送られたクロック信号をシフト量記憶部１８に記憶した位相シフト量Ｓ（θ）だけシフトしてシフトしたクロック信号を拡散符号発生部１３に送る。拡散符号発生部１３は送られたクロック信号により、図５（ｄ）に示すように、軌道回路２Ｔに接続されている送信器１ａの拡散符号発生部５で発生するＰＮ符号と同じＰＮ１のＰＮ符号を生成して拡散復調部１４に送る。拡散復調部１４は受信部１０で受信した受信波を拡散符号発生部１３から送られるＰＮ符号によりスペクトラム拡散変調して列車検知信号をもとの周波数帯域内に集めた信号波を生成し、生成した拡散された信号波から雑音成分と隣接する軌道回路３Ｔに送信されたＰＮ符号をＢＰＦ１５で除去して周波数ｆ１の列車検知信号を抽出して列車検知部１６に送る。列車検知部１６は送られた列車検知信号のレベルがあらかじめ設定された閾値を超えているとき軌道回路２Ｔに列車１７が在線していないと判断し、列車検知信号のレベルがあらかじめ設定された閾値より小さくなったとき軌道回路２Ｔに列車１７が在線していると判断して列車在線信号を出力する。

このように受信器２ａに、あらかじめ伝送遅延によって送信器１ａと受信器２ａの間に生じるＰＮ符号の位相ずれを測定して検出した位相シフト量を記憶しておき、この位相シフト量だけシフトしたクロック信号で送信器１ａと同じＰＮ符号を使用した受信した信号波を拡散変調するから、送信器１ａから送られた列車検知信号を受信器２ａで確実に検出することができるとともに、同期捕捉に要する時間を不要として伝送効率を高めることができる。

この発明の列車検知装置の配置図である。 列車検知装置の構成を示すブロック図である。 列車検知装置の処理を示す波形図である。 他の列車検知装置の構成を示すブロック図である。 他の列車検知装置の処理を示す波形図である。

符号の説明

１；送信器、２；受信器、３；情報処理部、４；クロック信号発生部、
５；拡散符号発生部、６；拡散変調部、７；ＢＰＦ，８；送信部、９；レール、
１０；受信部、１１；クロック信号発生部、１２；整合フィルタ、
１３；拡散符号発生部、１４；拡散復調部、１５；ＢＰＦ、１６；列車検知部、
１７；列車、１８；シフト量記憶部、１９；クロック制御部。

Claims (2)

1. 各軌道回路の一方の境界に接続された送信器と他方の境界に接続された受信器とを有し、
   前記送信器は情報処理部とクロック信号発生部と拡散符号発生部と拡散変調部及び送信部を有し、
   前記情報処理部は隣接する軌道回路毎に異なる周波数の列車検知信号を生成し、前記クロック信号発生部はあらかじめ設定されている周波数のクロック信号を発生して前記拡散符号発生部と前記受信器に送り、前記拡散符号発生部はクロック信号発生部で発生したクロック信号により隣接する軌道回路で異なる擬似雑音符号（以下、ＰＮ符号という）を生成し、前記拡散変調部は情報処理部から送られた列車検知信号と拡散符号発生部で生成したＰＮ符号を乗算して拡散変調した信号波を発生し、前記送信部は拡散変調した信号波をレールに送り出し、
   前記受信器はシフト量記憶部と受信部とクロック制御部と拡散符号発生部と拡散復調部とバンドパスフィルタ及び列車検知部を有し、前記シフト量記憶部には、あらかじめ各軌道回路のレール長と送信器と受信器間のケーブル長の差又は各軌道回路のレール長及び前記送信器と受信器のレールとの接続ケーブル長に応じて送信器と受信器との間に生じるＰＮ符号の位相ずれを測定して検出した位相シフト量が格納され、前記受信部はレールに送られている信号波を受信し、前記クロック制御部は送信器から送られるクロック信号をシフト量記憶部に記憶した位相シフト量だけシフトし、前記拡散符号発生部はクロック制御部でシフトしたクロック信号により同じ軌道回路に接続されている送信器の拡散符号発生部で発生するＰＮ符号と同じＰＮ符号を生成し、前記拡散復調部は受信部で受信した受信波を拡散符号発生部で生成したＰＮ符号により拡散変調し、前記バンドパスフィルタは同じ軌道回路に接続された送信器で生成する列車検知信号の周波数帯域の通過域を有し、拡散復調部で拡散された信号波から列車検知信号を抽出し、前記列車検知部はバンドパスフィルタで抽出した列車検知信号のレベルの変化により、各軌道回路に列車が在線したか否を検出することを特徴とする列車検知装置。
2. 前記隣接する軌道回路で使用するＰＮ符号は、相互相関の値が自己相関のピーク値に対して十分に小さなプリファードペアなＭ系列符号である請求項１記載の列車検知装置。

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