JP5538594B1

JP5538594B1 - Ａｔｓ車上装置の常時発振回路およびａｔｓ車上装置の常時発振回路における干渉波除去方法

Info

Publication number: JP5538594B1
Application number: JP2013108785A
Authority: JP
Inventors: 進一福永
Original assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Priority date: 2013-05-23
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2033-05-23
Also published as: JP2014230415A

Abstract

【課題】干渉波による影響を抑制して安定した常時発振信号を得ることができるＡＴＳ車上装置の常時発振回路およびＡＴＳ車上装置の常時発振回路における干渉波除去方法を得る。
【解決手段】車上子（１０）と、振幅調整器（１３）とを有する正帰還回路（１）を備え、正帰還回路は常時発振周波数で常時発振信号を発振し、安定した常時発振信号を得るために振幅調整器で常時発振信号の振幅を調整し、振幅調整器への入力信号Ｖは、常時信号成分Ｖ１に対して干渉信号成分Ｖ２が重畳されており、常時発振周波数と同一の周波数で共振する出力信号Ｖ３と、入力信号Ｖとに基づいて、干渉信号成分Ｖ２の影響を除去することにより、常時信号成分Ｖ１の振幅値Ａ１を算出する常時信号成分算出回路（２）を更に備え、振幅調整器は、出力振幅を、常時信号成分算出回路で算出された振幅値Ａ１を参照して補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、干渉波による影響を抑制して、安定した常時発振信号を得ることができるＡＴＳ車上装置の常時発振回路およびＡＴＳ車上装置の常時発振回路における干渉波除去方法に関するものである。

ＡＴＳ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＴｒａｉｎＳｔｏｐ）は、列車の安全運行を確保するための装置であり、列車や軌道車両が停止信号を越えて進行しようとした場合に、警報を報知する、あるいは列車のブレーキを自動的に動作させることにより、衝突や脱線などの事故を防止している。

変周式のＡＴＳは、車上装置には、常時発振周波数で発振する車上子が設けられ、軌道上には、ＬＣ回路を内蔵した地上子上が設けられている。そして、車上子が地上子上を通過する際の、地上子との電磁結合による車上子の常時発振周波数の変化を利用することにより、列車の通過を検出している。

このような、従来の変周式ＡＴＳ車上装置としては、常時発振回路を、車上子、位相制御器、増幅器、およびフィルタを備えた正帰還回路として実現するものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、常時発振回路に更に振幅調整器を備えることにより、常時発振信号の振幅を、所望の値に自動制御できるようにするものがある（例えば、特許文献２参照）。この場合の常時発振信号の振幅は、全波整流回路と低域通過型フィルタを用いて検出される。

特開平１０−３０４５１６号公報特開２０１１−３１８１６号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１のＡＴＳ車上装置の常時発振回路では、パンタグラフ等で発生した干渉波が車上子に入力される。そして、このようにして発生した干渉波がフィルタで十分に除去されない場合には、正帰還回路の常時発振信号が不安定になってしまうという課題があった。

また、特許文献２のＡＴＳ車上装置の常時発振回路では、振幅調整器よる常時発振信号の振幅調整が、干渉波に影響されて不安定になってしまうという課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、干渉波による影響を抑制して安定した常時発振信号を得ることができるＡＴＳ車上装置の常時発振回路およびＡＴＳ車上装置の常時発振回路における干渉波除去方法を得ることを目的とする。

本発明に係るＡＴＳ車上装置の常時発振回路は、車上子と、振幅調整器とを有する正帰還回路を備え、正帰還回路は常時発振周波数で常時発振信号を発振し、安定した常時発振信号を得るために振幅調整器で常時発振信号の振幅を調整し、車上子から振幅調整器に読み込まれる入力信号Ｖは、常時信号成分Ｖ１に対して干渉信号成分Ｖ２が重畳されており、常時発振周波数と同一の周波数で共振する出力信号Ｖ３と、入力信号Ｖとに基づいて、干渉信号成分Ｖ２の影響を除去し、常時信号成分Ｖ１の振幅値Ａ１を算出する常時信号成分算出回路を更に備え、振幅調整器は、常時信号成分Ｖ１に対して干渉信号成分Ｖ２が重畳された入力信号Ｖに基づいて調整した振幅を、常時信号成分算出回路で算出された振幅値Ａ１を参照して補正し、常時信号成分算出回路は、常時発振周波数で発振する出力信号Ｖ３を出力する発振器と、発振器の出力信号Ｖ３の位相を９０度進めるまたは遅らせる９０度位相器と、入力信号Ｖと出力信号Ｖ３とを乗算する第１乗算器と、入力信号Ｖと９０度位相器の出力信号とを乗算する第２乗算器と、第１乗算器の出力信号のカットオフ周波数ｆ０以上の高周波成分を除去する第１ローパスフィルタと、第２乗算器の出力信号のカットオフ周波数ｆ０以上の高周波成分を除去する第２ローパスフィルタと、第１ローパスフィルタの出力信号を２乗する第３乗算器と、第２ローパスフィルタの出力信号を２乗する第４乗算器と、第３乗算器の出力信号と第４乗算器の出力信号とを加算することで、
（常時信号成分Ｖ１の振幅値Ａ１） ^２ ×（出力信号Ｖ３の振幅値Ａ３） ^２／４、
を算出するとともに、既知である振幅値Ａ３の値を用いて、振幅値Ａ１を算出する加算器とを備えるものである。

また、本発明に係るＡＴＳ車上装置の常時発振回路における干渉波除去方法は、常時信号成分算出回路において、常時発振周波数で発振する出力信号Ｖ３を出力する発振ステップと、出力信号Ｖ３の位相を９０度進めるまたは遅らせる９０度位相ステップと、入力信号Ｖと出力信号Ｖ３とを乗算する第１乗算ステップと、入力信号Ｖと９０度位相ステップ実施後の出力信号とを乗算する第２乗算ステップと、第１乗算ステップ実施後の出力信号のカットオフ周波数ｆ０以上の高周波成分を除去する第１ローパスフィルタステップと、第２乗算ステップ実施後の出力信号のカットオフ周波数ｆ０以上の高周波成分を除去する第２ローパスフィルタステップと、第１ローパスフィルタステップ実施後の出力信号を２乗する第３乗算ステップと、第２ローパスフィルタステップ実施後の出力信号を２乗する第４乗算ステップと、第３乗算ステップ実施後の出力信号と第４乗算器の出力信号とを加算することで（常時信号成分Ｖ１の振幅値Ａ１）^２×（出力信号Ｖ３の振幅値Ａ３）^２／４、を算出するとともに、既知である振幅値Ａ３の値を用いて、振幅値Ａ１を算出する加算ステップとを有するものである。

本発明によれば、常時発振信号から干渉波に起因する信号成分を除いた常時信号成分の振幅値を算出する常時信号成分算出回路を備えている。この結果、求まった常時信号成分の振幅値を参照して、振幅調整器の出力値を補正することにより、干渉波による影響を抑制して安定した常時発振信号を得ることができるＡＴＳ車上装置の常時発振回路およびＡＴＳ車上装置の常時発振回路における干渉波除去方法を実現できる。

本発明の実施の形態１におけるＡＴＳ車上装置の常時発振回路のブロック図である。

以下、本発明におけるＡＴＳ車上装置の常時発振回路およびＡＴＳ車上装置の常時発振回路における干渉波除去方法の好適な実施の形態について図面を用いて説明する。なお、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるＡＴＳ車上装置の常時発振回路のブロック図である。図１に示すＡＴＳ車上装置の常時発振回路は、正帰還回路１、および常時信号成分算出回路２を備えて構成される。

ここで、正帰還回路１は、車上子１０、第１増幅器１１ａ、第２増幅器１１ｂ、位相制御器１２、および振幅調整器１３を備えて構成される。

また、常時信号成分算出回路２は、発振器２０、第１乗算器２１ａ、第２乗算器２１ｂ、第３乗算器２１ｃ、第４乗算器２１ｄ、９０度位相器２２、第１ローパスフィルタ２３ａ、第２ローパスフィルタ２３ｂ、および加算器２４を備えて構成される。

正帰還回路１は、常時発振周波数で常時発振信号を発振しており、第１増幅器１１ａは、常時発振信号の振幅を増幅している。また、位相制御器１２は、正帰還回路１の位相特性が正帰還となるように、第１増幅器１１ａの出力の位相遅延を制御しており、主にフィルタ等で実現される。

また、振幅調整器１３は、正帰還回路１が安定して発振するように、第１増幅器１１ａの出力の振幅を調整しており、可変増幅器または可変抵抗器で実現される。また、第２増幅器１１ｂは、振幅調整器１３の出力を増幅して車上子１０に出力している。

このように、図１に示す正帰還回路１を構成することにより、常時発振周波数で発振するＡＴＳ車上装置の常時発振回路を得ることができる。

しかしながら、図１に示す正帰還回路１では、「発明が解決しようとする課題」で述べたように、振幅調整器１３による常時発振信号の振幅調整が、パンタグラフ等で発生した干渉波に影響されて不安定になってしまうという課題がある。

特に、図１に示す振幅調整器１３の入力信号Ｖは、常時発振信号に起因する信号成分Ｖ１（以下、常時信号成分Ｖ１と呼ぶ）に、干渉波に起因する信号成分Ｖ２（以下、干渉信号成分Ｖ２と呼ぶ）が重畳されたものであり、両者の信号成分がどの程度の割合で含まれているかを算出することが難しかった。

そこで、本発明の実施の形態１のＡＴＳ車上装置の常時発振回路は、図１に示すように、常時信号成分算出回路２を備えて、常時信号成分Ｖ１の振幅値の算出を可能としている。

この結果、振幅調整器１３は、常時信号成分算出回路２の出力から算出される常時信号成分Ｖ１の振幅値を参照することによって、振幅調整器１３の出力値を補正することができる。

以下、常時信号成分算出回路２の構成要素と機能について説明すると共に、常時信号成分Ｖ１の振幅値を算出する方法について説明する。

図１に示す振幅調整器１３の入力信号Ｖのうち、常時信号成分Ｖ１の振幅をＡ１、周波数をｆ１（＝常時発振周波数）とする。また、干渉信号成分Ｖ２の振幅をＡ２、周波数をｆ２（ｆ１≠ｆ２）とする。このとき、振幅調整器１３の入力信号Ｖ＝Ｖ１＋Ｖ２は、下式（１）で表される。

発振器２０は、常時発振信号と同じ周波数ｆ１で発振している。但し、発振器２０が出力する信号Ｖ３は、常時発振信号の位相と位相差θを有している。ここで、Ｖ３の振幅をＡ３とすると、Ｖ３は、下式（２）で表される。

第１乗算器２１ａは、発振器２０の出力である上式（２）と、振幅調整器１３の入力である上式（１）とを乗算する。この結果、第１乗算器２１ａの出力は、下式（３）で表される。

９０度位相器２２は、発振器２０の出力の位相を９０度進める。そして、第２乗算器２１ｂは、９０度位相器２２の出力と、振幅調整器１３の入力である上式（１）とを乗算する。この結果、第２乗算器２１ｂの出力は、下式（４）で表される。なお、９０度位相器２２は、発振器２０の出力の位相を９０度遅らせてもよい。この場合でも同様の効果が得られる。

第１ローパスフィルタ２３ａは、第１乗算器２１ａの出力に対して、カットオフ周波数以上の高周波成分を除去する。ここで、カットオフ周波数ｆ０は、常時発振周波数ｆ１の２倍である第１カットオフ周波数ｆ４＝２＊ｆ１、または、常時発振周波数ｆ１と干渉波の周波数ｆ２との差の絶対値である第２カットオフ周波数ｆ５＝｜ｆ１−ｆ２｜のうちの、値が小さいほうを用いる。

この結果、上式（３）の第１項、第３項、および第４項は除去されて、第２項のみが残り、第１ローパスフィルタ２３ａの出力は、下式（５）で表される。

第２ローパスフィルタ２３ｂは、第２乗算器２１ｂの出力のカットオフ周波数以上の高周波成分を除去する。この結果、上式（４）の第１項、第３項、および第４項は除去されて、第２項のみが残り、第２ローパスフィルタ２３ｂの出力は、下式（６）で表される。

第３乗算器２１ｃは、第１ローパスフィルタ２３ａの出力を２乗する。また、第４乗算器２１ｄは、第２ローパスフィルタ２３ｂの出力を２乗する。

加算器２４は、第３乗算器２１ｃの出力である第１ローパスフィルタ２３ａの出力の２乗と、第４乗算器２１ｄの出力である第２ローパスフィルタ２３ｂの出力の２乗とを加算する。この結果、加算器２４の出力は、下式（７）で表される。

上式（７）より、加算器２４の出力信号は、常時発振信号の振幅Ａ１、および発振器２０の振幅Ａ３のみに依存し、干渉波の影響が除去されていることが分かる。したがって、上式（７）から既知のＡ３を消去することにより、常時信号成分Ｖ１の振幅Ａ１を算出することができる。

この結果、振幅調整器１３は、常時信号成分算出回路２による上式（７）の出力から、常時信号成分Ｖ１の振幅Ａ１を算出し、この振幅Ａ１を参照して出力値の補正を行うことにより、干渉波による影響を抑制して安定した常時発振信号を得ることができるようになる。

以上のように、実施の形態１によれば、常時発振信号から干渉波に起因する信号成分を除いた常時信号成分の振幅値を算出する常時信号成分算出回路を備えている。この結果、求まった常時信号成分の振幅値を参照して、振幅調整器の出力値を補正することにより、干渉波による影響を抑制して安定した常時発振信号を得ることができるＡＴＳ車上装置の常時発振回路およびＡＴＳ車上装置の常時発振回路における干渉波除去方法を実現できる。

なお、以上の説明では、常時信号成分Ｖ１の振幅Ａ１を式（７）から算出する演算処理は、振幅調整器１３が実施するものとしたが、代わりに、加算器２４で実施するようにしてもよい。また、加算器２４と振幅調整器１３との間に演算処理部を設けて、そこで実施するようにしてもよい。いずれの場合でも同様の効果が得られる。

１正帰還回路、２常時信号成分算出回路、１０車上子、１１ａ第１増幅器、１１ｂ第２増幅器、１２位相制御器、１３振幅調整器、２０発振器、２１ａ第１乗算器、２１ｂ第２乗算器、２１ｃ第３乗算器、２１ｄ第４乗算器、２２９０度位相器、２３ａ第１ローパスフィルタ、２３ｂ第２ローパスフィルタ、２４加算器。

Claims

車上子と、振幅調整器とを有する正帰還回路を備え、
前記正帰還回路は常時発振周波数で常時発振信号を発振し、安定した前記常時発振信号を得るために前記振幅調整器で前記常時発振信号の振幅を調整し、
前記車上子から前記振幅調整器に読み込まれる入力信号Ｖは、常時信号成分Ｖ１に対して干渉信号成分Ｖ２が重畳されており、
前記常時発振周波数と同一の周波数で共振する出力信号Ｖ３と、前記入力信号Ｖとに基づいて、前記干渉信号成分Ｖ２の影響を除去し、前記常時信号成分Ｖ１の振幅値Ａ１を算出する常時信号成分算出回路を更に備え、
前記振幅調整器は、前記常時信号成分Ｖ１に対して前記干渉信号成分Ｖ２が重畳された前記入力信号Ｖに基づいて調整した振幅を、前記常時信号成分算出回路で算出された前記振幅値Ａ１を参照して補正し、
前記常時信号成分算出回路は、
前記常時発振周波数で発振する前記出力信号Ｖ３を出力する発振器と、
前記発振器の前記出力信号Ｖ３の位相を９０度進めるまたは遅らせる９０度位相器と、
前記入力信号Ｖと前記出力信号Ｖ３とを乗算する第１乗算器と、
前記入力信号Ｖと前記９０度位相器の出力信号とを乗算する第２乗算器と、
前記第１乗算器の出力信号のカットオフ周波数ｆ０以上の高周波成分を除去する第１ローパスフィルタと、
前記第２乗算器の出力信号の前記カットオフ周波数ｆ０以上の高周波成分を除去する第２ローパスフィルタと、
前記第１ローパスフィルタの出力信号を２乗する第３乗算器と、
前記第２ローパスフィルタの出力信号を２乗する第４乗算器と、
前記第３乗算器の出力信号と前記第４乗算器の出力信号とを加算することで、
（前記常時信号成分Ｖ１の振幅値Ａ１） ^２ ×（前記出力信号Ｖ３の振幅値Ａ３） ^２／４
を算出するとともに、既知である前記振幅値Ａ３の値を用いて、前記振幅値Ａ１を算出する加算器と
を備える
ＡＴＳ車上装置の常時発振回路。
請求項１に記載のＡＴＳ車上装置の常時発振回路において、
前記カットオフ周波数ｆ０は、
前記常時発振周波数ｆ１の２倍である第１カットオフ周波数ｆ４＝２＊ｆ１、または、前記常時発振周波数ｆ１と前記干渉波の周波数ｆ２との差の絶対値である第２カットオフ周波数ｆ５＝｜ｆ１−ｆ２｜のうちの、値が小さいほうである
ＡＴＳ車上装置の常時発振回路。
請求項１に記載のＡＴＳ車上装置の常時発振回路における干渉波除去方法であり、
前記常時信号成分算出回路において、
前記常時発振周波数で発振する前記出力信号Ｖ３を出力する発振ステップと、
前記出力信号Ｖ３の位相を９０度進めるまたは遅らせる９０度位相ステップと、
前記入力信号Ｖと前記出力信号Ｖ３とを乗算する第１乗算ステップと、
前記入力信号Ｖと前記９０度位相ステップ実施後の出力信号とを乗算する第２乗算ステップと、
前記第１乗算ステップ実施後の出力信号のカットオフ周波数ｆ０以上の高周波成分を除去する第１ローパスフィルタステップと、
前記第２乗算ステップ実施後の出力信号の前記カットオフ周波数ｆ０以上の高周波成分を除去する第２ローパスフィルタステップと、
前記第１ローパスフィルタステップ実施後の出力信号を２乗する第３乗算ステップと、
前記第２ローパスフィルタステップ実施後の出力信号を２乗する第４乗算ステップと、
前記第３乗算ステップ実施後の出力信号と前記第４乗算ステップ実施後の出力信号とを加算することで
（前記常時信号成分Ｖ１の振幅値Ａ１）^２×（前記出力信号Ｖ３の振幅値Ａ３）^２／４、
を算出するとともに、既知である前記振幅値Ａ３の値を用いて、前記振幅値Ａ１を算出する加算ステップと
を有するＡＴＳ車上装置の常時発振回路における干渉波除去方法。