JP4808017B2 - 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パルス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、受信部に同期捕捉手段や同期保持手段を必要としないで送信部で発生させる拡散信号と受信部で発生する拡散信号の位相を簡単に一致させて、送信された列車検知信号を確実に検出す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、信号波をレールに送信する送信器と、軌道回路の他方の境界に接続され、レールに送信された信号波を受信する受信器とを有し、
前記送信器は送信信号発生部と変圧器と同期信号発生部と拡散符号発生部及び拡散変調部を有し、前記送信信号発生部は接続した軌道回路に割り当てられた所定のＩＤデータで変調した変調信号を発生し、前記変圧器は商用電源から出力する商用電圧を低電圧の交流信号に変換し、前記同期信号発生部は前記変圧器で変換した交流信号から商用電源の周波数に応じた同期信号を生成し、前記拡散符号発生部は前記同期信号発生部で生成した同期信号によりあらかじめ定められた広帯域のＰＮ符号列を発生し、前記拡散変調部は前記送信信号発生部で発生した変調信号を前記拡散符号発生部で発生したＰＮ符号系列によりスペクトラム拡散変調して信号波を発生し、
前記受信器は変圧器と同期信号発生部と位相補正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、前記変圧器は前記送信器と同じ商用電源から出力する商用電圧を低電圧の交流信号に変換し、前記同期信号発生部は、前記変圧器で変換した交流信号から商用電源の周波数に応じた同期信号を生成し、前記位相補正部は、前記受信器の前記同期信号発生部で生成した同期信号を商用電源からの電力を搬送するケーブルの前記送信器と受信器との間の線路長により生じる伝搬時間に基づく交流電圧の位相差に応じてシフトして前記送信器の前記同期信号発生部で生成した同期信号との位相ずれを補正し、前記拡散符号発生部は前記位相補正部で補正した同期信号によりあらかじめ定められた広帯域のＰＮ符号列を発生し、前記拡散復調部は受信した信号波を前記拡散符号発生部で発生したＰＮ符号系列によりスペクトラム拡散変調して復調した信号波を生成し、前記バンドパスフィルタは前記拡散復調部で拡散された信号波から雑音成分を除去して変調信号を抽出し、前記列車検知部は前記バンドパスフィルタで抽出した変調信号のレベルにより、軌道回路における列車の在線有無を検出することを特徴とする。

この発明の他の列車検知装置は、各軌道回路の一方の境界に接続され、信号波をレールに送信する送信器と、軌道回路の他方の境界に接続され、レールに送信された信号波を受信する受信器とを有し、
前記送信器は送信信号発生部と変圧器と同期信号発生部と位相補正部と拡散符号発生部及び拡散変調部を有し、前記送信信号発生部は接続した軌道回路に割り当てられた所定のＩＤデータで変調した変調信号を発生し、前記変圧器は商用電源から出力する商用電圧を低電圧の交流信号に変換し、前記同期信号発生部は前記変圧器で変換した交流信号から商用電源の周波数に応じた同期信号を生成し、前記位相補正部は、前記同期信号発生部で生成した同期信号を商用電源からの電力を搬送するケーブルの前記送信器と受信器との間の線路長により生じる伝搬時間に基づく交流電圧の位相差に応じてシフトして前記受信器で生成する同期信号との位相ずれを補正し、前記拡散符号発生部は前記位相補正部で補正した同期信号によりあらかじめ定められた広帯域のＰＮ符号列を発生し、前記拡散変調部は前記送信信号発生部で発生した変調信号を前記拡散符号発生部で発生したＰＮ符号系列によりスペクトラム拡散変調して信号波を発生し、
前記受信器は変圧器と同期信号発生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、前記変圧器は前記送信器と同じ商用電源から出力する商用電圧を低電圧の交流信号に変換し、前記同期信号発生部は、前記変圧器で変換した交流信号から商用電源の周波数に応じた同期信号を生成し、前記拡散符号発生部は前記同期信号発生部で生成した同期信号によりあらかじめ定められた広帯域のＰＮ符号列を発生し、前記拡散復調部は受信した信号波を前記拡散符号発生部で発生したＰＮ符号系列によりスペクトラム拡散変調して復調した信号波を生成し、前記バンドパスフィルタは前記拡散復調部で拡散された信号波から雑音成分を除去して変調信号を抽出し、前記列車検知部は前記バンドパスフィルタで抽出した変調信号のレベルにより、軌道回路における列車の在線有無を検出することを特徴とする。

この発明は、送信器と受信器で同じ商用電源の周波数に応じた同期信号を発生し、発生した同期信号を送信器と受信器との間のケーブル長により生じる商用電圧の位相差に応じて位相ずれ補正を行い、補正した同期信号によりＰＮ符号列を発生するようにして、送信器でスペクトラム拡散変調するＰＮ符号列と、受信器でスペクトラム拡散変調するＰＮ符号列の位相を確実に一致させることができ、送信器から送られたＩＤデータ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。

図１はこの発明の列車検知装置の構成を示すブロック図である。図に示すように、列車検知装置は、各軌道回路１Ｔ〜３Ｔの一方の境界に接続された送信器１と他方の境界に接続された受信器２を有する。

送信器１は送信信号発生部３と変圧器４と同期信号発生部５と拡散符号発生部６と周波数逓倍回路７とＱＰＳＫ変調部８と拡散変調部９とＤ／Ａ変換部１０及び増幅器１１を有する。

送信信号発生部３は軌道回路２Ｔに割り当てられた識別子を含むＩＤデータ信号を作成してＱＰＳＫ変調部８に出力する。変圧器４は商用電源１２から出力する商用電圧を低電圧の交流信号に変換して同期信号発生部５に出力する。同期信号発生部５は、図２のブロック図に示すように、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１３と波形整形回路１４を有する。ＢＰＦ１３は変圧器４で変換した交流信号を入力してノイズ成分を除去し、波形整形回路１４はノイズ成分を除去した交流信号から商用電源１２の周波数に応じた同期信号を生成して拡散符号発生部６と周波数逓倍回路６に出力する。拡散符号発生部６は入力した同期信号によりあらかじめ定められた広帯域のＰＮ符号列を発生して拡散変調部９に出力する。周波数逓倍回路７は入力した同期信号の周波数を整数倍して拡散符号のチップ数に相当するクロック信号を発生してＤ／Ａ変換部１０に出力する。ＱＰＳＫ変調部８は伝送ビットレートを大きくするため送信信号発生部３から送られたＩＤデータ信号を直交位相変調して拡散変調部９に出力する。拡散変調部９は入力したＩＤデータ信号を拡散符号発生部６から入力したＰＮ符号系列によりスペクトラム拡散変調してＩＤデータ信号の周波数帯域よりもはるかに広い周波数帯域の拡散して拡散信号をＤ／Ａ変換部１０に出力する。Ｄ／Ａ変換部１０は入力した拡散信号を周波数逓倍回路７から送られるクロック信号により直流の信号波に変換して増幅器１１に出力する。増幅器１１は送られた信号波を増幅して整合変成器１５を介してレール１６に送り出す。

受信器２は前置増幅器１８と変圧器１９と同期信号発生部２０と位相補正部２１と拡散符号発生部２２と周波数逓倍回路２３とＡ／Ｄ変換部２４と拡散復調部２５と狭帯域のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２６とＱＰＳＫ復調部２７と受信信号照査部２８と２乗回路２９とローパスフィルタ（ＬＰＦ）３０とレベル判定部３１及び列車検知判定部３２を有する。

前置増幅器１８は、送信器１からレール１６に送られている信号波を整合変成器１７から入力し、入力した信号波を増幅してＡ／Ｄ変換部２４に出力する。変圧器１９は商用流電源１２から出力する交流電圧を低電圧の交流信号に変換して同期信号発生部２０に出力する。同期信号発生部２０は、送信器１の同期信号発生部５と同じ構成をし、変圧器１９で変換した交流信号を入力してノイズ成分を除去して商用電源１２の周波数に応じた同期信号を位相補正部２１に出力する。位相補正部２１は商用電源１２からの電力を搬送するケーブルの送信器１と受信器２との間の線路長により生じる交流電圧の位相差に応じて入力した同期信号をシフトして送信器１と受信器２の位相ずれを補正し、補正した同期信号を拡散符号発生部２２と周波数逓倍回路２３に出力する。拡散符号発生部２２は入力した同期信号により送信器１の拡散符号発生部６と同じＰＮ符号列を発生して拡散復調部２５に出力する。周波数逓倍回路２３は入力した同期信号の周波数を整数倍して拡散符号のチップ数に相当するクロック信号を発生してＡ／Ｄ変換部２４に出力する。Ａ／Ｄ変換部２４は前置増幅器１８で増幅した信号波を周波数逓倍回路２３から送られるクロック信号によりデジタルの受信信号に変換して拡散復調部２５に出力する。拡散復調部２５は入力した受信信号を拡散符号発生部２２から入力するＰＮ符号系列によりスペクトラム拡散変調して受信信号に混入した雑音信号を広い周波数帯域に拡散して受信信号に含まれるＩＤデータ信号をもとの周波数帯域内に集めた拡散信号を生成してＢＰＦ２６に出力する。ＢＰＦ２６は入力した拡散信号から雑音成分を除去してＩＤデータ信号を含む受信信号を抽出してＱＰＳＫ復調部２７と２乗回路２９に出力する。ＱＰＳＫ復調部２７は入力した受信信号を直交位相変調して復調した受信信号を受信信号照査部２８に出力する。受信信号照査部２８は入力した受信信号が軌道回路２Ｔに対応するＩＤデータ信号と一致しているかどうかを確認し、その確認結果を列車検知判定部３２に出力する。２乗回路２９は入力した受信信号の２乗信号を生成してＬＰＦ３０に出力する。ＬＰＦ３０は入力した２乗信号に現れる２倍の周波数成分を除去してレベル判定部３１に出力する。レベル判定部３１は入力した信号の受信レベルを判定して列車検知判定部３２に出力する。列車検知判定部３２は受信信号照査部２８から軌道回路２Ｔに対応するＩＤデータ信号を受信していることが入力されているとき、レベル判定部３１による受信レベルの判定結果により軌道回路２Ｔに列車３３が在線したか否を判定する。

前記のように構成した列車検知装置の動作を図３と図４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１は、商用電源１２から出力する商用電圧を変圧器４で低電圧の交流信号に変換して同期信号発生部５に出力し、同期信号発生部５は入力した交流信号により同期信号を発生して拡散符号発生部６と周波数逓倍回路７に出力している。この同期信号発生部５で同期信号を発生するとき、同期信号発生部５のＢＰＦ１３は変圧器４から入力する交流信号のノイズ成分を除去して、図３（ａ）に示すように、正弦波の交流信号を波形整形回路１４に出力する。波形整形回路１４は入力した交流信号の例えば零ボルトを閾値として、図３（ｂ）に示すように、パルス信号に整形し、整形したパルス信号から、図３（ｃ）に示すように、商用電源１２の周波数に応じた同期信号を生成する。拡散符号発生部６は入力した同期信号により、図３（ｄ）に示すように、軌道回路２Ｔに固有の広帯域のＰＮ符号列を発生して拡散変調部９に出力する。周波数逓倍回路７は入力した同期信号の周波数を整数倍して拡散符号のチップ数に相当するクロック信号を発生してＤ／Ａ変換部１０に出力する。

一方、送信信号発生部３で発生している軌道回路２Ｔに割り当てられた識別子を含むＩＤデータ信号はＱＰＳＫ変調部８で直交位相変調されて拡散変調部９に出力する。拡散変調部９はＱＰＳＫ変調部８で変調したＩＤデータ信号を拡散符号発生部６から入力したＰＮ符号系列によりスペクトラム拡散変調してＩＤデータ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て拡散信号をＤ／Ａ変換部１０に出力する。Ｄ／Ａ変換部１０は入力した拡散信号を周波数逓倍回路７から送られるクロック信号により直流の信号波に変換して増幅器１１に出力し、増幅器１１は送られた信号波を増幅して整合変成器１５を介してレール１６に送り出す。

受信器２は商用電源１２から出力する商用電圧を変圧器１９で低電圧の交流信号に変換して同期信号発生部２０に送り、同期信号発生部２０で入力した交流信号により同期信号を発生し、発生した同期信号を位相補正部２１で送信器１と受信器２の位相ずれを補正して拡散符号発生部６と周波数逓倍回路７に出力している。この状態で整合変成器７を介してレール１６に送信されている信号波を受信すると、受信した信号波を前置増幅器１８で増幅し、増幅した受信波をＡ／Ｄ変換部２４で周波数逓倍回路２３から送られるクロック信号によりデジタルの受信信号に変換して拡散復調部２５に出力する。この拡散復調部２５に送られた受信信号には、図４（ａ）に示すように、レール１３を伝搬しているときに雑音信号が加えられている。そこで拡散復調部２５は送られた信号波を、拡散符号発生部２２から送られているＰＮ符号列によりスペクトラム拡散変調して、図４（ｂ）に示すように、受信した信号波に混入した雑音信号を広い周波数帯域に拡散して受信信号に含まれるＩＤデータ信号をもとの周波数帯域内に集めた拡散信号を生成してＢＰＦ２６に出力する。ＢＰＦ２６は、図４（ｃ）に示すように、入力した拡散信号から雑音成分を除去してＩＤデータ信号を含む受信信号を抽出しＱＰＳＫ復調部２７と２乗回路２９に出力する。この拡散復調部２５でスペクトラム拡散変調するＰＮ符号列は、送信器１と同じ商用電源１２の周波数に応じた同期信号により発生し、かつ送信器１と受信器２との間のケーブル長により生じる商用電圧の位相差に応じて位相ずれ補正を行っているから、送信器１で発生しているＰＮ符号列と位相を一致させることができる。また、発生するＰＮ符号列は、送信器１で発生するＰＮ符号列と同じ軌道回路２Ｔに固有のものであるから、拡散復調部２５で拡散変調してＢＰＦ２６を通した受信信号には例えば軌道回路３Ｔに送信された軌道回路２Ｔとは異なるＰＮ符号列で発生した信号を含まず、他の軌道回路に送信された信号の影響を受けないですむ。

ＱＰＳＫ復調部２７は入力した受信信号を直交位相変調して復調し、受信信号照査部２８は復調した受信信号が軌道回路２Ｔに対応するＩＤデータ信号と一致しているかどうかを確認し、その確認結果を列車検知判定部３２に出力する。また、２乗回路２９は入力した受信信号の２乗信号を生成し、ＬＰＦ３０は２乗信号に現れる２倍の周波数成分を除去してレベル判定部３１に出力する。レベル判定部３１は入力した信号の受信レベルを判定して列車検知判定部３２に出力する。列車検知判定部３２は受信信号照査部２８から軌道回路２Ｔに対応するＩＤデータを受信していることが入力されているとき、レベル判定部３１による受信レベルの判定結果により軌道回路２Ｔに列車３３が在線したか否を判定する。

このように、送信器１と受信器２で商用電源１２の周波数に応じた同期信号によりＰＮ符号列を発生するようにしたから、送信器１でスペクトラム拡散変調するＰＮ符号列と、受信器２でスペクトラム拡散変調するＰＮ符号列の位相を確実に一致させることができ、送信器１から送られたＩＤデータ信号を受信器２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。

前記説明では、送信器１と受信器２で商用電源１２の周波数に応じた同期信号によりＰＮ符号列を発生するようにしたが、送信器１と受信器２の変圧器４，１９の代わりにＧＰＳ受信器を設け、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。

この発明の列車制御装置の構成を示すブロック図である。 同期信号発生部の構成を示すブロック図である。 送信部の同期信号発生部における出力波形とＰＮ符号列の波形図である。 受信信号と拡散復調した信号と雑音成分を除去した信号のスペクトラム分布図である。

符号の説明

１；送信器、２；受信器、３；送信信号発生部、４；変圧器、５；同期信号発生部、
６；拡散符号発生部、７；周波数逓倍回路、８；ＱＰＳＫ変調部、９；拡散変調部、
１０；Ｄ／Ａ変換部、１１；増幅器、１２；商用電源、１３；ＢＰＦ、
１４；波形整形回路、１５；整合変成器、１６；レール、１７；整合変成器、
１８；前置増幅器、１９；変圧器、２０；同期信号発生部、２１；位相補正部、
２２；拡散符号発生部、２３；周波数逓倍回路、２４；Ａ／Ｄ変換部、
２５；拡散復調部、２６；ＢＰＦ、２７；ＱＰＳＫ復調部、２８；受信信号照査部、
２９；２乗回路、３０；ＬＰＦ、３１；レベル判定部、３２；列車検知判定部、
３３；列車。

Claims (2)

1. 各軌道回路の一方の境界に接続され、信号波をレールに送信する送信器と、軌道回路の他方の境界に接続され、レールに送信された信号波を受信する受信器とを有し、
   前記送信器は送信信号発生部と変圧器と同期信号発生部と拡散符号発生部及び拡散変調部を有し、
   前記送信信号発生部は接続した軌道回路に割り当てられた所定のＩＤデータで変調した変調信号を発生し、
   前記変圧器は商用電源から出力する商用電圧を低電圧の交流信号に変換し、
   前記同期信号発生部は前記変圧器で変換した交流信号から商用電源の周波数に応じた同期信号を生成し、
   前記拡散符号発生部は前記同期信号発生部で生成した同期信号によりあらかじめ定められた広帯域のＰＮ符号列を発生し、
   前記拡散変調部は前記送信信号発生部で発生した変調信号を前記拡散符号発生部で発生したＰＮ符号系列によりスペクトラム拡散変調して信号波を発生し、
   前記受信器は変圧器と同期信号発生部と位相補正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、
   前記変圧器は前記送信器と同じ商用電源から出力する商用電圧を低電圧の交流信号に変換し、
   前記同期信号発生部は、前記変圧器で変換した交流信号から商用電源の周波数に応じた同期信号を生成し、
   前記位相補正部は、前記受信器の前記同期信号発生部で生成した同期信号を商用電源からの電力を搬送するケーブルの前記送信器と受信器との間の線路長により生じる伝搬時間に基づく交流電圧の位相差に応じてシフトして前記送信器の前記同期信号発生部で生成した同期信号との位相ずれを補正し、
   前記拡散符号発生部は前記位相補正部で補正した同期信号によりあらかじめ定められた広帯域のＰＮ符号列を発生し、
   前記拡散復調部は受信した信号波を前記拡散符号発生部で発生したＰＮ符号系列によりスペクトラム拡散変調して復調した信号波を生成し、
   前記バンドパスフィルタは前記拡散復調部で拡散された信号波から雑音成分を除去して変調信号を抽出し、前記列車検知部は前記バンドパスフィルタで抽出した変調信号のレベルにより、軌道回路における列車の在線有無を検出することを特徴とする列車検知装置。
2. 各軌道回路の一方の境界に接続され、信号波をレールに送信する送信器と、軌道回路の他方の境界に接続され、レールに送信された信号波を受信する受信器とを有し、
   前記送信器は送信信号発生部と変圧器と同期信号発生部と位相補正部と拡散符号発生部及び拡散変調部を有し、
   前記送信信号発生部は接続した軌道回路に割り当てられた所定のＩＤデータで変調した変調信号を発生し、
   前記変圧器は商用電源から出力する商用電圧を低電圧の交流信号に変換し、
   前記同期信号発生部は前記変圧器で変換した交流信号から商用電源の周波数に応じた同期信号を生成し、
   前記位相補正部は、前記同期信号発生部で生成した同期信号を商用電源からの電力を搬送するケーブルの前記送信器と受信器との間の線路長により生じる伝搬時間に基づく交流電圧の位相差に応じてシフトして前記受信器で生成する同期信号との位相ずれを補正し、
   前記拡散符号発生部は前記位相補正部で補正した同期信号によりあらかじめ定められた広帯域のＰＮ符号列を発生し、
   前記拡散変調部は前記送信信号発生部で発生した変調信号を前記拡散符号発生部で発生したＰＮ符号系列によりスペクトラム拡散変調して信号波を発生し、
   前記受信器は変圧器と同期信号発生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、
   前記変圧器は前記送信器と同じ商用電源から出力する商用電圧を低電圧の交流信号に変換し、
   前記同期信号発生部は、前記変圧器で変換した交流信号から商用電源の周波数に応じた同期信号を生成し、
   前記拡散符号発生部は前記同期信号発生部で生成した同期信号によりあらかじめ定められた広帯域のＰＮ符号列を発生し、
   前記拡散復調部は受信した信号波を前記拡散符号発生部で発生したＰＮ符号系列によりスペクトラム拡散変調して復調した信号波を生成し、
   前記バンドパスフィルタは前記拡散復調部で拡散された信号波から雑音成分を除去して変調信号を抽出し、前記列車検知部は前記バンドパスフィルタで抽出した変調信号のレベルにより、軌道回路における列車の在線有無を検出することを特徴とする列車検知装置。

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