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 - Google Patents
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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
【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(Automatic Train Stop)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。
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。
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。
(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。
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。
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、22 90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 (3)
- 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。
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