JP4823127B2

JP4823127B2 - 地上情報読取装置

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Publication number: JP4823127B2
Application number: JP2007101864A
Authority: JP
Inventors: 憲治猪又; 貴久村上; 亘辻田; 一浩田原; 正己飛岡; 智宏大西; 隆史平位
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-05-24
Filing date: 2007-04-09
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2027-04-09
Also published as: JP2008001348A

Description

この発明は、ＡＴＳ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＴｒａｉｎＳｔｏｐ自動列車停止装置）の車上無線装置において、レール上に配置された地上子内の情報を車上側で受信し、受信した情報を上位の列車制御装置に出力する地上情報読取装置に関するものである。

従来の地上情報読取装置は、列車に搭載された車上子内の第１のコイルに対して予め指定した周波数の信号を入力し、上記車上子内の第２のコイルでこの信号を観測する。レール上に配置された地上子内には予め設定した共振周波数の共振器が内蔵されており、この地上子の上を上記車上子が通過すると、第１のコイルと第２のコイルと地上子内の共振器が電磁結合し、第２のコイルで観測する信号レベルが変化する。この変化を予め設定した閾値で判定することにより、地上子の通過タイミングと地上子の共振周波数を取得できる。共振周波数には予め意味情報が割り付けてあり、この情報を基に列車を制御する。

多数の情報を割り付けるには多くの周波数が必要である。そのため、様々な共振周波数の地上子が用意されることになり、車上側はどの地上子かを判定するために、周波数をスキャンするか、多重並列的に観測するか、スペクトル拡散して一度に全ての地上子を網羅する周波数信号を送信して、どの地上子を通過したか判定できるようになっている。

従来の地上情報読取装置として、例えば特許文献１に示す車上装置は、複数の発振器と加算回路と車上子と振幅制限回路と信号処理回路とを含み、各発振器は周波数の異なる周波数信号を発生し、周波数信号の周波数のそれぞれが地上側に設けられた地上子の共振周波数と対応し、加算回路は周波数信号のそれぞれを加算して加算信号を出力し、加算回路に接続された車上子は地上子と電磁的に結合したとき加算信号に含まれる周波数信号の一つを地上子の共振周波数に同調させ、車上子に接続された振幅制限回路は車上子を介して得られた加算信号に抑圧を加えて同調した周波数信号を出力し、振幅制限回路に接続された信号処理回路は振幅制限回路から与えられた同調周波数信号を解読して判定信号を出力している。

また、従来の地上情報読取装置として、例えば特許文献２に示す点制御式信号選別装置は、車上子に周波数ｆ０〜ｆｎの周波数スイープ信号を送り、車上子が地上子と電磁結合して周波数ｆ０〜ｆｎの周波数スイープ信号のうち地上子の共振周波数で発振して大きくなった周波数から地上子の共振周波数を選別するようにして、車上子に送っている周波数スイープ信号に応じた情報量の情報を受信している。

さらに、従来の地上情報読取装置として、例えば特許文献３に示すＡＴＳ装置は、列車の走行する軌道に沿って設けられた地上子で用いられている、周波数の異なる複数の信号に対応した複数の信号を発生させる信号発生手段と、発生した複数の信号を加算処理すると共に、その加算された信号を列車に設けられている車上子を構成する一方のコイルに供給する供給手段と、車上子を構成する他方のコイルから信号を入力すると共に、その入力した信号を周波数毎に分別して信号を抽出する抽出手段と、抽出された信号のうち、所定以上のレベルが検出されたときにその信号に対応した地上子上に列車が位置していると判定する判定手段とを備えている。

従来の地上情報読取装置は全て第２のコイルに発生する信号レベルの変化を観測することで地上子を判定しているため、外部から同一周波数の信号が混入した場合、誤判定を起こし、本来存在しない地上子を観測したり、地上子があってもこれに気づかないで通過してしまい、妨害波に対して耐性がなく妨害波の影響を受けやすい。また、これは、列車がすれ違うときにも発生し、隣の列車の信号を受信してしまい誤判定してしまい、他の装置の干渉に対して耐性がなく他の装置の干渉も受けやすい。さらに、地上子の共振周波数の製造上のばらつきにより、最悪の場合、検査する周波数では地上子が応答しないため地上子を検知できず、地上子の共振周波数のばらつきにより地上子を正常に検知できないことがある。

特開平８−５８５８８号公報（段落００１０）特開２０００−２１１５１０号公報（要約、解決手段）特開２００５−２２９７８９号公報（段落０００９）

従来の地上情報読取装置は以上のように構成されているので、妨害波の影響や他の装置の干渉を受けやすく、地上子の共振周波数のばらつきにより地上子を正常に検知できないないという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、妨害波の影響や他の装置の干渉を受けずに地上子５００を正常に検知することができる地上情報読取装置を得ることを目的とする。
また、この発明は地上子の共振周波数のばらつきがあっても地上子を正常に検知することができる地上情報読取装置を得ることを目的とする。

この発明に係る地上情報読取装置は、列車を識別するための符号信号により、指示された周波数の発振信号を変調して送信信号として車上子の第１のコイルに送信する送信手段と、上記車上子の第１のコイル及び所定の共振周波数を有する地上子に結合する上記車上子の第２のコイルから上記送信信号を受信し、該受信信号を上記送信手段からの発振信号によりベースバンド信号に直交検波して、該ベースバンド信号と上記送信手段からの符号信号との相関値の振幅及び位相を演算する受信手段と、上記送信手段に発振信号の周波数を指示すると共に、上記受信手段により演算された相関値の振幅及び位相を予め設定した所定の相関値の閾値で比較することにより、通過した上記地上子を判定する監視手段とを備えたものである。

この発明により、妨害波の影響や他の装置の干渉を受けずに地上子を正常に検知することができるという効果が得られる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による地上情報読取装置の構成を示すブロック図である。列車に搭載されるこの地上情報読取装置は、送信手段１００、車上子２００、受信手段３００及び監視手段４００を備えている。また、送信手段１００は、符号生成器１０１、発振器１０２、変調器１０３及び増幅器１０４を備え、車上子２００は第１のコイル２０１及び第２のコイル２０２を備え、受信手段３００は、復調器３０１、遅延回路３０２及び相関器３０３を備えている。また、レール上に配置された地上子５００は共振器５０１を備えている。

図１において、送信手段１００は、列車を識別するための所定の符号又はＩＤによる符号信号により、指示された周波数の発振信号を変調して送信信号として車上子２００の第１のコイル２０１に送信し、受信手段３００は、車上子２００の第１のコイル２０１及び所定の共振周波数を有する地上子５００に結合する車上子２００の第２のコイル２０２から送信信号を受信し、受信した受信信号を送信手段１００からの発振信号によりベースバンド信号に直交検波して、ベースバンド信号と送信手段１００からの符号信号との相関値の振幅及び位相を演算し、監視手段４００は、送信手段１００に発振信号の周波数を指示すると共に、受信手段３００により演算された相関値の振幅及び位相を予め設定した所定の相関値の閾値で比較することにより、通過した地上子５００の存在と識別を判定する。

送信手段１００から出力された送信信号は車上子２００内の第１のコイル２０１に入力される。第１のコイル２０１と第２のコイル２０２は弱く結合しており、車上子２００が地上子５００の上を通過しないときには、第１のコイル２０１に入力された信号の一部が第２のコイル２０２から出力される。第２のコイル２０２から出力された受信信号は受信手段３００に入力され、受信手段３００に内蔵された相関器３０３によって送信手段１００からの符号信号との相関演算が行われて、演算された相関値が監視手段４００に入力され、監視手段４００による判定結果が外部の列車制御装置に出力される。

車上子２００が地上子５００の上を通過するときには、地上子５００に内蔵された共振器５０１と第１のコイル２０１と第２のコイル２０２は強く結合し、共振器５０１に共振する周波数のみ第１のコイル２０１に入力された信号が第２のコイル２０２から強く出力される。

送信手段１００が監視手段４００の指示に基づき発振信号の周波数を変えていけば、共振器５０１と周波数が一致したときに、強い受信信号が第２のコイル２０２から出力され、受信手段３００が相関演算を行うことで高い相関値を得る。この相関値を監視装置４００が予め設定した相関値の閾値により判定することで地上子５００の通過タイミングと地上子５００の共振周波数を得て、共振周波数に対応する番号を列車制御装置に出力することで列車の制御が可能となる。

送信手段１００内の符号生成器１０１は予め設定した符号又はＩＤの情報を符号信号として出力する。この予め設定した符号又はＩＤの情報は列車固有の符号又はＩＤの情報とし、これにより列車を識別する。この符号はＭ系列やＧＯＬＤ系列や直交系列等の符号と組合わせて構成する。符号生成器１０１が出力する符号信号は変調器１０３と受信手段３００の遅延回路３０２に入力される。

送信手段１００内の発振器１０２は監視手段４００が設定する周波数を発生して発振信号として変調器１０３に出力する。変調器１０３は発振信号を搬送波として、符号信号でＢＰＳＫ（ＢｉｎａｒｙＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）変調して増幅器１０４に変調信号を出力する。増幅器１０４は変調信号を所定の電圧レベルまで増幅し送信信号として車上子２００内の第１のコイル２０１へ送信する。

車上子２００内の第１のコイル２０１と第２のコイル２０２は弱く結合しており、地上子５００が車上子２００の下にない状態では、第１のコイル２０１に入力された信号の一部が第２のコイル２０２から出力される。地上子５００が車上子２００の下に来た場合には、地上子５００内の共振器５０１と第１のコイル２０１と第２のコイル２０２は強く結合し、共振器５０１に共振する周波数のみ第１のコイル２０１に入力された信号が第２のコイル２０２から強く出力される。車上子２００内の第２のコイル２０１から出力される受信信号は受信手段３００内の復調器３０１に入力される。

受信手段３００内の復調器３０１は発振器１０２の発振信号を基準信号として、受信信号をベースバンド信号にＩＱ検波し、検波したＩＱ信号を相関器３０３へ出力する。ＩＱ検波とは直交検波ともいい、基準信号の０°成分と９０°成分で乗算し低域のベースバンド信号を得るものである。ＩＱ信号は、基準信号の０°成分によって得られるベースバンド信号のＩ成分（Ｉｎ−Ｐｈａｓｅ成分）と基準信号の９０°成分によって得られるベースバンド信号のＱ成分（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ成分）をまとめて呼んだものであり、物理的にはＩ成分、Ｑ成分の２本の信号から成る。

受信手段３００内の遅延回路３０２は、符号生成器１０１により生成された符号信号が送信信号として車上子２００を経由し受信信号として相関器３０３に到達するまでの伝搬遅延分の遅延を行う回路で、符号生成器１０１が生成した符号信号を予め設定した上記伝搬遅延分遅延させて相関器３０３へ遅延符号信号として出力する。

相関器３０３は遅延符号信号とＩＱ信号との相関演算を行う。相関演算は遅延符号信号の１周期分の相関を演算し、Ｉ成分に対応する相関値ＩとＱ成分に対応する相関値Ｑを計算する。相関値Ｉと相関値Ｑの二乗和の平方根は受信信号の振幅に相当し、相関値Ｉと相関値Ｑの逆正接は位相に相当する。相関器３０３は演算したこの相関値の振幅と位相を監視手段４００へ出力する。

監視手段４００は予め設定した相関値の振幅と位相の閾値に基づき、相関器３０３が出力する相関値の振幅と位相を判定し、閾値を超えている場合は地上子情報を列車制御装置に出力する。監視手段４００は発振器１０２を制御して発振信号の周波数を変えていき、閾値判定することで通過する地上子５００の種類を識別できる。地上子情報に発振器１０２に設定した周波数に対応する後述のテーブル読出位置番号を含めることで、通過した地上子５００の共振周波数を列車制御装置に伝えることが可能となる。

図２は受信手段３００の受信信号の周波数スペクトルを示す図である。スペクトル６０１は周波数Ｆ１を発振器１０２に設定したときのスペクトルであり、図２では周波数Ｆ１からＦ６に対応するスペクトルが示されている。スペクトル６０２は地上子５００が車上子２００の下にない状態のスペクトルであり、スペクトル６０３は地上子５００の周波数Ｆ４の共振器５０１が車上子２００の第１のコイル２０１と第２のコイル２０２に結合したときのスペクトルである。このスペクトルの振幅レベルを相関値の閾値６０４で判定することで、地上子５００の存在判定と識別が可能となる。

さて、ここのスペクトルは符号信号で変調されるため、符号信号の信号レートに対応した帯域幅となる。地上子５００は製造上の誤差から共振器５０１の共振周波数は±２ｋＨｚ程度のばらつきが存在する。このばらつきを補う程度の拡散レートに設定しておけば、地上子５００のばらつきがあっても、地上子５００の存在判定と識別が可能となる。このように、変調信号の帯域幅を地上子５００の共振周波数のばらつきを補う範囲に設定することで、地上子５００の共振周波数にばらつきがあっても、地上子５００を正常に検知することができる。

図３は監視手段４００が地上子５００の存在を判定する際の相関値の振幅と位相の閾値との関連を説明する図である。図３において、横軸が相関値Ｉ、縦軸が相関値Ｑで示した２次元平面で、原点Ｏからの距離が相関値の振幅を示し、原点Ｏを中心とする回転方向が相関値の位相を示している。ここで、地上子５００が車上子２００の下にない状態の相関値Ｉと相関値Ｑをプロットした点が相関値点６１１である。車上子２００が地上子５００と結合すると、一般に相関値の位相は右回転し、相関値の振幅は上昇するため、結合時の相関値Ｉと相関値Ｑをプロットした点は相関値点６１２となる。例えば、相関値の閾値６１３のように２次元平面上の相関値の閾値は容易に設定でき、相関値の閾値６１３によって仕切られた斜線領域６１４に相関値点が入れば、地上子５００が車上子２００の下に存在すると判定できる。

図４は送信手段１００における発振器１０２の発振信号の周波数を変化させた際の相関値の振幅と位相の閾値との関連を説明する図である。図４（ａ）は発振器１０２の発振信号の周波数を１３０ｋＨｚとした場合を示し、図４（ｂ）は発振器１０２の発振信号の周波数を１３０ｋＨｚ−１ｋＨｚとした場合を示し、図４（ｃ）は発振器１０２の発振信号の周波数を１３０ｋＨｚ＋１ｋＨｚとした場合を示している。

図４（ａ）において、相関値の閾値６１３ａによって仕切られた斜線領域６１４ａに相関値点６１５ａ，６１６ａが位置している。相関値点６１５ａは共振周波数が１３０ｋＨｚよりも製作ばらつきの範囲内である−２ｋＨｚ程度低い１３０ｋＨｚ−２ｋＨｚの地上子５００と車上子２００が結合したときの相関値Ｉと相関値Ｑをプロットした点であり、相関値点６１６ａは共振周波数が１３０ｋＨｚよりも製作ばらつき範囲内である＋２ｋＨｚ程度高い１３０ｋＨｚ＋２ｋＨｚの地上子５００と車上子２００が結合したときの相関値Ｉと相関値Ｑをプロットした点である。

図４（ｂ）において、相関値の閾値６１３ｂによって仕切られた斜線領域６１４ｂに相関値点６１５ｂ，６１６ｂが位置している。相関値点６１５ｂは共振周波数が１３０ｋＨｚよりも製作ばらつきの範囲内である−２ｋＨｚ程度低い１３０ｋＨ−２ｋＨｚの地上子５００と車上子２００が結合したときの相関値Ｉと相関値Ｑをプロットした点であり、相関値点６１６ｂは共振周波数が１３０ｋＨｚよりも製作ばらつき範囲内である＋２ｋＨｚ程度高い１３０ｋＨｚ＋２ｋＨｚの地上子５００と車上子２００が結合したときの相関値Ｉと相関値Ｑをプロットした点である。

図４（ｃ）において、相関値の閾値６１３ｃによって仕切られた斜線領域６１４ｃに相関値点６１５ｃ，６１６ｃが位置している。相関値点６１５ｃは共振周波数が１３０ｋＨｚよりも製作ばらつきの範囲内である−２ｋＨｚ程度低い１３０ｋＨ−２ｋＨｚの地上子５００と車上子２００が結合したときの相関値Ｉと相関値Ｑをプロットした点であり、相関値点６１６ｃは共振周波数が１３０ｋＨｚよりも製作ばらつき範囲内である＋２ｋＨｚ程度高い１３０ｋＨｚ＋２ｋＨｚの地上子５００と車上子２００が結合したときの相関値Ｉと相関値Ｑをプロットした点である。

共振周波数が１３０ｋＨｚ−２ｋＨｚ程度の地上子５００と車上子２００が結合した際には、図４（ａ）に示すように、発振器１０２の発振信号の周波数が１３０ｋＨｚのときに得られる相関値点６１５ａは相関値の閾値６１３ａの境界付近に位置するが、図４（ｂ）に示すように、発振器１０２の発振信号の周波数が１３０ｋＨｚ−１ｋＨｚ程度のときに得られる相関値点６１５ｂは相関値の閾値６１３ｂの境界付近に位置しない。これは、地上子５００の共振周波数と発振器１０２の発振信号の周波数の差が両者で１ｋＨｚ程度異なるため、発振器１０２の発振信号の周波数を１３０ｋＨｚ−１ｋＨｚとしたときの方が、受信信号が強いためである。

共振周波数が１３０ｋＨｚ＋２ｋＨｚ程度の地上子５００と車上子２００が結合した際には、図４（ａ）に示すように、発振器１０２の発振信号の周波数が１３０ｋＨｚのときに得られる相関値点６１６ａは相関値の閾値６１３ａの境界付近に位置するが、図４（ｃ）に示すように、発振器１０２の発振信号の周波数が１３０ｋＨｚ＋１ｋＨｚ程度のときに得られる相関値点６１６ｃは相関値の閾値６１３ｃの境界付近に位置しない。これは、地上子５００の共振周波数と発振器１０２の発振信号の周波数の差が両者で１ｋＨｚ程度異なるため、発振器１０２が出力する発振信号の周波数を１３０ｋＨｚ＋１ｋＨｚとしたときの方が、受信信号が強いためである。

このように、送信手段１００における発振器１０２の発振信号の周波数を、地上子５００の共振周波数の近傍で±１ｋＨｚ程度変化させた２信号によるそれぞれの相関値の振幅と位相を共に用いて、監視手段４００で地上子５００の存在を判定する場合は、送信手段１００における発振器１０２の発振信号の周波数を地上子５００の共振周波数の１信号による相関値の振幅と位相により監視手段４００で地上子５００の存在を判定する場合と比較すると、ＩＱ座標上の斜線領域は図５（ｂ）と図５（ｃ）を合わせた広いものとなり、ダイナミックレンジを拡大することができ、地上子５００の共振周波数にばらつきあっても、地上子５００を正常に検知することができる。これは、監視手段４００が発振器１０２の発振信号の周波数を地上子５００の共振周波数のばらつきの範囲内でばらつかせて設定することで可能となる。

また、車上子２００が地上子５００の上を通過するとき、ＩＱ座標上の斜線領域を広く有するため、地上子５００の共振周波数にばらつきがあっても、地上情報を読み取ることができる通信可能エリアや応動距離（列車の進行方向の車上子２００と地上子５００の通信可能距離）が広くなるという効果がある。

図５は変調器１０３が発振器１０２の１３０ｋＨｚ＋１ｋＨｚ程度と１３０ｋＨｚ−１ｋＨｚ程度の２信号の周波数の発振信号を符号生成器１０１からの符号信号で変調したときの周波数スペクトルを示す図である。図５において、１３０ｋＨｚ−１ｋＨｚ程度の周波数の発振信号を符号信号で変調したときのスペクトルは、線スペクトル６２１が集まった線スペクトル集合６２０となり、また、１３０ｋＨｚ＋１ｋＨｚ程度の周波数の発振信号を符号信号で変調したときのスペクトルは、線スペクトル６２３が集まった線スペクトル集合６２２となる。

地上子５００の共振周波数のばらつきを補うように符号信号レートを設定すると、２信号の周波数スペクトルの帯域は一部重畳する。このとき、両者の線スペクトルが重ならないように、発振器１０２の発振信号の周波数又は符号生成器１０１の符号信号を設定すれば２信号間の干渉がなくなる。図５では、２信号間の線スペクトル６２１，６２３が等間隔になっている例を示している。このように、二つ以上の送信信号の帯域幅が一部重なるとき、信号間の線スペクトルが重ならないように、発振器１０２の発振信号の周波数又は符号生成器１０１の符号信号を設定することで同時に送信することができる。

図６は監視手段４００の処理を示すフローチャートである。
監視手段４００は存在し得る全ての地上子５００について存在判定を行う必要があり、監視手段４００内には存在し得る全ての地上子５００の共振周波数と相関値の閾値がテーブルとして予め登録されている。このテーブルは１番から順に振ったテーブル読出位置番号と、このテーブル読出位置番号に割り付けた共振周波数と相関値の閾値からなる。

図６のステップＳＴ７０１において、監視手段４００はテーブル読出位置番号を１番に初期化する。ステップＳＴ７０２において、監視手段４００はテーブルからテーブル読出位置番号の周波数（共振周波数）と相関値の閾値を読み出す。ステップＳＴ７０３において、監視手段４００は読み出した周波数を発振器１０２へ設定する。

ステップＳＴ７０４において、監視手段４００は相関器３０３からの相関値Ｉと相関値Ｑが更新されるのを待って、相関値Ｉと相関値Ｑを読み出す。ステップＳＴ７０５において、監視手段４００は上記ステップＳＴ７０４で読み出した相関値Ｉ、相関値Ｑが上記ステップＳＴ７０２でテーブルから読み出した相関値の閾値を越えたか否かの判定を行い、閾値を越えていたらステップＳＴ７０６へ分岐し、越えていなければステップＳＴ７０７へ分岐する。

ステップＳＴ７０６において、監視手段４００は上記ステップＳＴ７０２で読み出した周波数と相関値の閾値が割り付けられているテーブル読出位置番号を列車制御装置へ出力し、ステップＳＴ７０８へ移る。ステップＳＴ７０７において、監視手段４００はテーブル読出位置番号がテーブルの最後かどうか判定し、最後ならステップＳＴ７０１へ移り、最後でなければステップＳＴ７０８へ移る。ステップＳＴ７０８において、監視手段４００はテーブル読出位置番号を１増加してステップＳＴ７０２に移る。
上記ステップＳＴ７０１からステップＳＴ７０８の処理を繰り返すことにより、存在しえる全ての地上子５００の共振周波数を閾値判定することができる。

ところで、監視手段４００が発振器１０２を制御して発振信号の周波数を変えていくときには、地上子５００が車上子２００に結合している間に、全ての共振周波数について検査する必要がある。列車速度が早い場合には、一つの周波数当りの検査時間は短くなるため、短い周期の符号信号を使用する必要がある。これを回避するには、送信手段１００と受信手段３００を複数台用意し、それぞれに別々の周波数を割り当てて一度に全ての周波数を検査すれば良い。この場合、各テーブルはそれぞれ一つの周波数と閾値をセットしておけば良い。

次に妨害波や干渉波等の外部からの信号が入力されたときの動作を説明する。
地上子５００の共振周波数に近い妨害波が混入した場合、妨害波は送信手段１００内の符号生成器１０１により生成された符号信号の成分を含まないため、符号信号とは相関がなく、受信手段３００内の相関器３０３の出力である相関値Ｉと相関値Ｑには影響を及ぼさない。

また、他の送信装置の信号が混入した場合、各符号信号は別々の符号やＩＤ、Ｍ系列やＧＯＬＤ系列、直交系列を割り振るために、互いの相関はなく、受信手段３００内の相関器３０３の出力である相関値Ｉと相関値Ｑには影響を及ぼさない。

以上のように、この実施の形態１によれば、送信手段１００が、列車を識別するための所定の符号又はＩＤによる符号信号により、指示された周波数の発振信号を変調して送信信号として車上子２００の第１のコイル２０１に送信し、受信手段３００が、車上子２００の第１のコイル２０１及び所定の共振周波数を有する地上子５００に結合する車上子２００の第２のコイル２０２から送信信号を受信し、受信した受信信号を送信手段１００からの発振信号によりベースバンド信号に直交検波して、ベースバンド信号と送信手段１００からの符号信号との相関値の振幅及び位相を演算し、監視手段４００が、送信手段１００に発振信号の周波数を指示すると共に、受信手段３００により演算された相関値の振幅及び位相を予め設定した所定の相関値の閾値で比較することにより、通過した地上子５００の存在と識別を判定することにより、妨害波の影響や他の装置の干渉を受けずに地上子５００を正常に検知することができるという効果が得られる。

また、この実施の形態１によれば、送信手段１００が、発振信号を符号信号で変調する際の帯域幅を、地上子５００の共振周波数のばらつきを補う範囲に設定することにより、地上子５００の共振周波数にばらつきがあっても、地上子５００を正常に検知することができるという効果が得られる。

さらに、この実施の形態１によれば、監視手段４００が、発振信号の周波数として、地上子５００の共振周波数近傍の複数の周波数を送信手段１００に指示することにより、地上子５００の共振周波数にばらつきがあっても、地上子５００を正常に検知することができると共に、地上子５００の共振周波数にばらつきがあっても、地上情報を読み取ることができる通信可能エリアや応動距離が広くなるという効果が得られる。

実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２による地上情報読取装置の受信手段の構成を示すブロック図である。この受信手段８００は、復調器８０１、遅延手段８０２、相関手段８０３及び判定器８０４を備えており、遅延手段８０２は遅延回路８０２ａ，８０２ｂ，８０２ｃを備え、相関手段８０３は相関器８０３ａ，８０３ｂ，８０３ｃを備えている。
なお、送信手段１００、車上子２００、監視手段４００及び地上子５００の構成は、上記実施の形態１の図１に示す構成と同じである。

図７において、符号生成器１０１により生成された符号信号が変調器１０３により発振器１０２の発振信号で変調されて送信信号として送信され、車上子２００を経由して受信手段８００内の復調器８０１に受信信号として入力される。復調器８０１は、発振器１０２の発振信号を基準信号として、受信信号をベースバンド信号にＩＱ検波し、検波したＩＱ信号を相関手段８０３へ出力する。

受信手段８００内の遅延手段８０２は、符号信号が送信信号として車上子２００を経由し受信信号として相関手段８０３に到達するまでの複数の伝播遅延分の遅延を行う手段で、符号生成器１０１が生成した符号信号を予め設定した上記複数の伝搬遅延分遅延させて相関手段８０３へ遅延符号信号として出力する。到達する受信信号の伝播遅延は、車上子２００と地上子５００の結合の有無、地上子５００の共振周波数のばらつき、車上子２００と地上子５００の結合の強弱により群遅延が異なるためばらつきが生じる。そこで、遅延手段８０２は、このばらつきを補うように、複数の遅延符号信号を相関手段８０３へ出力する。

図７では遅延手段８０２を３つの遅延回路８０２ａ，８０２ｂ，８０２ｃで構成した例を示している。
遅延回路８０２ａは、符号生成器１０１が生成した符号信号を、車上子２００と地上子５００が結合していないとき（車上子２００の下に地上子５００がないとき）の第１の伝播遅延分だけ遅延させて、第１の遅延符号信号として相関手段８０３の相関器８０３ａへ出力する。また、遅延回路８０２ｂは、符号生成器１０１が生成した符号信号を、車上子２００と地上子５００の結合が弱いときの第２の伝播遅延分だけ遅延させて、第２の遅延符号信号として相関手段８０３の相関器８０３ｂへ出力する。さらに、遅延回路８０２ｃは、符号生成器１０１が生成した符号信号を、車上子２００と地上子５００の結合が強いときの第３の伝播遅延分だけ遅延させて、第３の遅延符号信号として相関手段８０３の相関器８０３ｃへ出力する。

相関手段８０３は、遅延符号信号の１周期分においてＩＱ信号と複数の遅延符号信号との相関演算それぞれを行い、遅延符号信号の数だけの相関値を計算して判定器８０４へ出力する。図７では３つの相関器８０３ａ，８０３ｂ，８０３ｃから構成された例を示している。

相関器８０３ａは、第１の遅延符号信号とＩＱ信号との相関演算を行い、演算した第１の相関値の振幅及び位相を判定器８０４へ出力する。また、相関器８０３ｂは、第２の遅延符号信号とＩＱ信号との相関演算を行い、演算した第２の相関値の振幅及び位相を判定器８０４へ出力する。さらに、相関器８０３ｃは、第３の遅延符号信号とＩＱ信号との相関演算を行い、演算した第３の相関値の振幅及び位相を判定器８０４へ出力する。

判定器８０４は、相関手段８０３から入力された複数の相関値、すなわち、第１の相関値の振幅及び位相、第２の相関値の振幅及び位相並びに第３の相関値の振幅及び位相を比較し、一番相関の大きな相関値の振幅及び位相を判定して監視手段４００へ出力する。なお、ここで、判定器８０４は、例えば振幅又は振幅の二乗の一番大きな相関値を、一番相関の大きな相関値として判定する。
その他の処理は上記実施の形態１における各処理と同じである。

以上のように、この実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様の効果が得られると共に、遅延手段８０２が、車上子２００と地上子５００の結合の有無や地上子５００の共振周波数のばらつきによって、群遅延が異なることから生じる伝播遅延時間のばらつきを補った複数の遅延符号信号を出力し、相関手段８０３が複数の遅延符号信号とＩＱ信号との相関値を演算することにより、地上子５００を正常に検知できるという効果が得られる。

実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３による地上情報読取装置の受信手段の構成を示すブロック図である。この受信手段９００は、復調器９０１、記録手段９０２、読込手段９０３、ＦＦＴ（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）演算器９０４及びピーク検出器９０５を備えている。
なお、送信手段１００、車上子２００、監視手段４００及び地上子５００の構成は、上記実施の形態１の図１に示す構成と同じである。

図８において、符号生成器１０１により生成された符号信号が変調器１０３により発振器１０２の発振信号で変調されて、車上子２００を経由して受信手段９００内の復調器９０１に受信信号として入力される。復調器９０１は、発振器１０２の発振信号を基準信号として、受信信号をベースバンド信号にＩＱ検波し、検波したＩＱ信号を記録手段９０２へ出力する。
符号生成器１０１により生成された符号信号は参照符号信号として記録手段９０２へ出力される。

記録手段９０２は、メモリにより構成され、参照符号信号とＩＱ信号を同じタイミングで離散的に記録信号として記録する。ここで、記録手段９０２は参照符号信号１周期分以上の参照符号信号とＩＱ信号を記録できるとする。読込手段９０３は、参照符号信号１周期分の記録信号を読み込み、読込信号としてＦＦＴ演算器９０４へ出力する。

ＦＦＴ演算器９０４は、読込信号をＦＦＴ演算し、参照符号信号とＩＱ信号との相互相関値を求めて、求めた相互相関値をピーク検出器９０５へ出力する。ＦＦＴ演算器９０４が高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を使って相互相関値を求める方法は、以下の手順による。

離散信号として記録された読込信号の参照符号信号をｘ［ｎ］、Ｉ信号をｙ［ｎ］とし、参照符号信号ｘ［ｎ］の離散フーリエ変換（ＤＦＴ）をＸ［ｋ］、Ｉ信号ｙ［ｎ］のＤＦＴをＹ［ｋ］とし、１周期のサンプル数をＮとしたとき、参照符号信号ｘ［ｎ］とＩ信号ｙ［ｎ］の相互相関値ｒ_xy［ｍ］は次式で計算される。
ｒ_xy［ｍ］＝（１／Ｎ）ＩＤＦＴ［Ｘ［ｋ］^*・Ｙ［ｋ］］
ここで、Ｘ［ｋ］^*はＸ［ｋ］の複素共役を表す。Ｘ［ｋ］^*・Ｙ［ｋ］はクロススペクトルと呼ばれ、相互相関のフーリエ変換として得られる。
参照符号信号とＱ信号との相互相関値も同様に求める。

ピーク検出器９０５は、ＦＦＴ演算器９０４により求められた相互相関値の絶対値におけるピークを検出し、ピークにおける相互相関値をＩＱ信号と符号信号との相関値の振幅及び位相として監視手段４００へ出力する。
その他の処理は上記実施の形態１における各処理と同じである。

図９はピーク検出器９０５が相互相関値の絶対値におけるピークを検出する際の相互相関値とピークの関係を説明する図である。図９において、横軸がサンプル点で、縦軸が相互相関値の絶対値で示した相互相関値点９０６である。ピーク検出器９０５は図中の破線に示すような相互相関値点９０６の近似曲線９０７を得る。近似曲線９０７には、相互相関値の絶対値が最大になるようなピークが存在し、ピーク検出器９０５はピークにおける相互相関値をＩＱ信号と符号信号との相関値として出力する。また、ピークが存在する横軸の値は、符号信号が車上子２００を経由してＦＦＴ演算器９０４に到達するまでの伝播遅延分に相当する。到達する受信信号の伝播遅延は、車上子２００と地上子５００の結合の有無、地上子５００の共振周波数のばらつき、車上子２００と地上子５００の結合の強弱により異なるため、ピークが存在する横軸の値にもばらつきが生じる。

以上のように、この実施の形態３によれば、上記実施の形態１と同様の効果が得られると共に、ＦＦＴ演算器９０４がＩＱ信号と参照符号信号との相互相関値を求め、ピーク検出器９０５がＩＱ信号と参照符号信号との相互相関値のピークを検出して、ＩＱ信号と符号信号との相関値の振幅と位相を求めることにより、車上子２００と地上子５００の結合の有無による伝播遅延時間のばらつきに関わらず、ＩＱ信号符号信号との相関値を精度良く演算でき、地上子５００を正常に検知できるという効果が得られる。

この発明の実施の形態１による地上情報読取装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態１による地上情報読取装置の受信手段の受信信号の周波数スペクトルを示す図である。この発明の実施の形態１による地上情報読取装置の監視手段が地上子の存在を判定する際の相関値の振幅と位相の閾値との関連を説明する図である。この発明の実施の形態１による地上情報読取装置の送信手段における発振器の発振信号の周波数を変化させた際の相関値の振幅と位相の閾値との関連を説明する図である。この発明の実施の形態１による地上情報読取装置の変調器が発振器の２信号の周波数の発振信号を符号生成器からの符号信号で変調したときの周波数スペクトルを示す図である。この発明の実施の形態１による地上情報読取装置の監視手段の処理を示すフローチャートである。この発明の実施の形態２による地上情報読取装置の受信手段の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態３による地上情報読取装置の受信手段の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態３による地上情報読取装置のピーク検出器が相互相関値の絶対値におけるピークを検出する際の相互相関値とピークの関係を説明する図である。

符号の説明

１００送信手段、１０１符号生成器、１０２発振器、１０３変調器、１０４増幅器、２００車上子、２０１第１のコイル、２０２第２のコイル、３００，８００，９００受信手段、３０１，８０１，９０１復調器、３０２，８０２ａ，８０２ｂ，８０２ｃ遅延回路、３０３，８０３ａ，８０３ｂ，８０３ｃ相関器、４００監視手段、５００地上子、５０１共振器、６０１，６０２，６０３スペクトル、６０４，６１３，６１３ａ，６１３ｂ，６１３ｃ相関値の閾値、６１１，６１２，６１５ａ，６１５ｂ，６１５ｃ，６１６ａ，６１６ｂ，６１６ｃ相関値点、６１４，６１４ａ，６１４ｂ，６１４ｃ斜線領域、６２０，６２２線スペクトル集合、６２１，６２３線スペクトル、８０２遅延手段、８０３相関手段、８０４判定器、９０２記録手段、９０３読込手段、９０４ＦＦＴ演算器、９０５ピーク検出器、９０６相互相関値点、９０７近似曲線。

Claims

列車を識別するための符号信号により、指示された周波数の発振信号を変調して送信信号として車上子の第１のコイルに送信する送信手段と、
上記車上子の第１のコイル及び所定の共振周波数を有する地上子に結合する上記車上子の第２のコイルから上記送信信号を受信し、該受信信号を上記送信手段からの発振信号によりベースバンド信号に直交検波して、該ベースバンド信号と上記送信手段からの符号信号との相関値の振幅及び位相を演算する受信手段と、
上記送信手段に発振信号の周波数を指示すると共に、上記受信手段により演算された相関値の振幅及び位相を予め設定した所定の相関値の閾値で比較することにより、通過した上記地上子を判定する監視手段とを備えた地上情報読取装置。
送信手段は、発振信号を符号信号で変調する際の帯域幅を、地上子の共振周波数のばらつきを補う範囲に設定することを特徴とする請求項１記載の地上情報読取装置。
監視手段は、発振信号の周波数として、地上子の共振周波数近傍の複数の周波数を送信手段に指示することを特徴とする請求項１記載の地上情報読取装置。
受信手段は、
車上子の第２のコイルから送信信号を受信し、該受信信号を送信手段からの発振信号によりベースバンド信号に直交検波する復調器と、
上記送信手段からの符号信号を予め設定した伝搬遅延分遅延させる遅延回路と、
該遅延回路からの符号信号の１周期分において、上記復調器により直交検波されたベースバンド信号と上記遅延回路からの符号信号との相関値の振幅及び位相を演算する相関器とを備えたことを特徴とする請求項１記載の地上情報読取装置。
受信手段は、
車上子の第２のコイルから送信信号を受信し、該受信信号を送信手段からの発振信号によりベースバンド信号に直交検波する復調器と、
上記送信手段からの符号信号を予め設定した各伝搬遅延分遅延させる複数の遅延回路と、
該各遅延回路からの符号信号の１周期分において、上記復調器により直交検波されたベースバンド信号と上記各遅延回路からの符号信号との相関値の振幅及び位相をそれぞれ演算する複数の相関器と、
該複数の相関器により演算された複数の相関値の振幅及び位相の中で相関の一番大きい相関値の振幅及び位相を判定する判定器とを備えたことを特徴とする請求項１記載の地上情報読取装置。
受信手段は、
車上子の第２のコイルから送信信号を受信し、該受信信号を送信手段からの発振信号によりベースバンド信号に直交検波する復調器と、
上記送信手段からの符号信号を参照符号信号として離散的に記録信号として記録すると共に、上記復調器により直交検波されたベースバンド信号を上記参照符号信号と同じタイミングで記録信号として記録する記録手段と、
該記録手段に記録されている上記参照符号信号１周期分の記録信号を読込信号として読み込む読込手段と、
該読込手段により読み込まれた読込信号を高速フーリエ変換して、上記参照符号信号と上記ベースバンド信号の相互相関値を演算するＦＦＴ演算器と、
該ＦＦＴ演算器により演算された上記参照符号信号と上記ベースバンド信号の相互相関値の絶対値におけるピークを検出し、検出したピークにおける相互相関値を、上記ベースバンド信号と上記符号信号との相関値の振幅及び位相として出力するピーク検出器とを備えたことを特徴とする請求項１記載の地上情報読取装置。