JP5743726B2 - 電波発射源検出センサ及びレーン識別判定方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、路側アンテナと車両に搭載された車載器との間で無線通信を行うための電波発射源検出センサ及びレーン識別判定方法に関する。

ＥＴＣ（Electrig Toll Collection）とは、ＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communication：狭域通信）により、ＥＴＣ路側器（路側に設置された無線装置）とＥＴＣ車載器（車両に搭載された無線装置）が通信を行い、自動車利用時の各種料金を自動的に決済するシステムである。

ところが、従来のＥＴＣシステムにおいては、ＥＴＣ車載器からの電波に対して、ＥＴＣレーンを通過する車両のものであるか否かの識別判定を行っていないため、ＥＴＣ路側器は他レーンからの電波であっても受信し、ＥＴＣシステムによる課金処理等を行うおそれがあり、誤課金を起こす可能性がある。

特開２００８−１０８１４６号公報

上述したように、従来技術では、他レーンを走行する車両に搭載されたＥＴＣ車載器からの電波を受信した場合でも、ＥＴＣレーンの車両からの電波として誤って通信を行うおそれがある。

本実施形態の目的は、所定のレーンを通過する車両からの電波を正しく特定することができる電波発射源検出センサ及びレーン識別判定方法を提供することにある。

本実施形態に係る電波発射源検出センサは、所定のレーンに設置され、車両に搭載された車載器との間で無線通信を行う路側器に接続される電波発射源検出センサであって、前記車載器から前記路側器へ送信される電波を受信する受信部と、前記レーンを含む第１判定領域内の前記電波の受信レベルを積分した第１電力値と前記レーン以外の第２判定領域内の前記電波の受信レベルを積分した第２電力値を算出する算出部と、前記第１電力値と前記第２電力値との差に基づいて、前記電波が前記レーンを通過する車両からの到来波であるか否かを判定する識別判定部とを具備するものである。

本実施形態に係るレーン識別判定方法は、所定のレーンに設置され、車両に搭載された車載器との間で無線通信を行う路側器に接続される電波発射源検出センサに用いられる方法であって、前記車載器から前記路側器へ送信される電波を受信し、前記レーンを含む第１判定領域内の前記電波の受信レベルを積分した第１電力値と前記レーン以外の第２判定領域内の前記電波の受信レベルを積分した第２電力値を算出し、前記第１電力値と前記第２電力値との差に基づいて、前記電波が前記レーンを通過する車両からの到来波であるか否かを判定するものである。

本実施形態に係る電波発射源検出センサを用いた自動料金収受システムを示す概略図。 電波発射源検出センサを含むシステム系統を示すブロック図。 電波発射源検出センサの構成例を示す図。 電波発射源検出センサの設置場所の一例を示す図。 電波発射源検出センサの動作を示す図。 電波発射源検出センサの受信領域を示す図。 受信領域を電波発射源検出センサから見下ろしたイメージを示す図。 レーン識別判定処理を説明するための概念図。 レーン判定領域を電波発射源検出センサから見下ろしたイメージを示す図。 レーン判定領域を車両側面から見たイメージを示す図。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係る電波発射源検出センサ及びレーン識別判定方法を説明する。

図１は、本実施形態に係る電波発射源検出センサを用いた自動料金収受システムを示す概略図である。

自動料金収受システム１０は、ガントリ１１、ＥＴＣ路側器１２、車両検出器１３〜１５、信号処理部１６及び電波発射源検出センサ１７を備える。

ガントリ１１は、レーンを跨ぐように設置される。ガントリ１１には、ＥＴＣ路側器１２及び電波発射源検出センサ１７が固定される。車両検出器１３〜１５は、自レーンを通過する車両Ｖを検出し、車両Ｖを検出した旨をＥＴＣ路側器１２へ通知する。ＥＴＣ路側器１２は、車両検出器１３が車両Ｖを検出した後に車両検出器１４が車両Ｖを検出した場合、車両Ｖが前進していることを認識し、車両検出器１５が車両Ｖを検出した場合、車両Ｖが自レーンを通過したことを認識する。

ＥＴＣ路側器１２は、車両検出器１３が車両Ｖを検出したときに、自レーン中の所定のエリアへ向けて、予め設定された周波数で通知信号を送信する。ＥＴＣ路側器１２は、ＥＴＣ車載器２０から通知信号に対する応答信号を受信すると、ＥＴＣ車載器２０との間で無線通信を開始する。このとき、ＥＴＣ路側器１２は、信号処理部１６と共に、ＥＴＣ車載器２０に対する課金処理を行う。

電波発射源検出センサ１７は、ＥＴＣ車載器２０からＥＴＣ路側器１２へ送信された電波を受信し、受信した電波が自レーンを通過する車両Ｖからの到来波であるか否かを識別するレーン識別判定処理を行う。

図２は、電波発射源検出センサ１７を含むシステム系統を示すブロック図である。電波発射源検出センサ１７は、アンテナ部１７１、受信部１７２及び信号処理部１７３を備える。電波発射源検出センサ１７は、ＥＴＣ路側器１２との接続インタフェースを有する。

信号処理部１７３は、受信部１７２に対して受信周波数の制御及び電源の供給を行う。受信周波数の範囲は、５８３５ＭＨｚ〜５８４５ＭＨｚとし、中心周波数を５８４０ＭＨｚとする。さらに、信号処理部１７３は、後述するレーン識別判定処理を実行するレーン識別判定部１７４を有する。

図３を参照して、電波発射源検出センサ１７の構成例について説明する。電波発射源検出センサ１７は、前方がレドーム１７６、後方が放熱板１７５により覆われた筐体を有し、この筐体内に、アンテナ部１７１としてのアンテナ素子１７１−１〜１７１−ｎと、受信部１７２としての周波数コンバータ１７２−１〜１７２−ｎ及びローカル信号生成基板１７７と、信号処理部１７３としての信号処理基板１７８が内蔵される。

アンテナ部１７１は、方位角方向が１８０度（±９０度）以下になるように、アンテナ素子１７１−１〜１７１−ｎをアンテナ素子間隔０．５λにして配置する。また、図４に示すように、ＥＴＣ路側器１２と電波発射源検出センサ１７とがガントリ１１に固定して設置される。

上記図２において、ＥＴＣ車載器２０は、ＥＴＣ路側器１２からの通知信号を受信すると、通知信号の周波数に応じた周波数の応答信号をＥＴＣ路側器１２へ送信する。電波発射源検出センサ１７のアンテナ部１７１は、ＥＴＣ路側器１２から同期信号を受信すると、これに同期して、ＥＴＣ車載器２０からＥＴＣ路側器１２に送信された同じ応答信号を受信する。

アンテナ部１７１で受信されたＲＦ信号は、受信部１７２においてローカル信号生成基板１７８で生成されたローカル信号に基づいてＩＦ信号に変換された後、信号処理部１７３へ送られる。信号処理部１７３は、受信部１７２からのＩＦ信号を受信すると、レーン識別判定部１７４において上記応答信号に対するレーン識別判定処理を行い、判定結果を路側器１２へ出力する。

次に、電波発射源検出センサ１７のレーン識別判定処理について説明する。図５は、電波発射源検出センサ１７の動作を示す図である。

［通知信号の送信：ステップＳ１］
ＥＴＣシステムでは、ＥＴＣ路側器１２は、ＦＣＭＳ（Frame Control Message Slot）信号及びＭＤＳ（Message Data Slot）信号（ＢＳＴ（Beacon Service Table）情報）等の通知信号を自レーン中の所定のエリアへ送信する（Ｓ１）。

［応答信号の送信：ステップＳ２］
ＥＴＣ車載器２０は、上記Ｓ１の通知信号を受信すると、ＡＣＴＳ（Activation Slot）信号、ＡＣＫＣ（Activation Channel）信号又はＭＤＳ信号（ＶＳＴ（Vehicle Service Table）情報）等の応答信号を送信する（Ｓ２）。電波発射源検出センサ１７は、ＥＴＣ路側器１２が受信する応答信号（Ｓ２）と同じ電波を受信する。

［同期信号の受信：ステップＳ３］
電波発射源検出センサ１７は、ＥＴＣ路側器１２から同期信号（Ｓ３）を取得すると、レーン識別判定部１７４による処理を開始する。

［検波：ステップＳ４］
レーン識別判定部１７４は、受信部１７２によりＥＴＣ路側器１２と同じタイミングでＥＴＣ車載器２０からの応答信号（Ｓ２）の電波を受信周波数に基づいて検波する（Ｓ４）。

ここで、電波発射源検出センサ１７の受信領域について説明する。図６は地上高０ｍで電波発射源検出センサの受信領域を示す図である。図７は、当該受信領域を電波発射源検出センサから見下ろしたイメージを示す図である。図６及び図７において斜線で示す領域が、電波発射源検出センサ１７の最小受信領域であり、自レーン及び自レーンの両隣に位置する隣接レーンの領域を含む範囲とする。

方位角はアンテナ部１７１のアンテナ素子間を０．５λにしたときの受信可能範囲である±９０度以下とする。この方位角の範囲は隣接レーンにおけるＥＴＣ通信領域をカバーする範囲となる。仰角はＥＴＣ路側器１２の直下（地上高０ｍ）から５ｍ先（ＥＴＣレーンの入口方向）までの範囲（角度：０度〜４５度以下）とする。

［各判定領域内の電力値の算出：ステップＳ５］
次に、レーン識別判定部１７４は、上記Ｓ４で検波された信号について、ＥＴＣ路側器１２の自レーンを含む自レーン判定領域内の電力値と自レーン以外の他レーン判定領域内の受信レベルを積分した電力値とを算出する（Ｓ５）。図８の概念図に示すように、レーン識別判定部１７４は、各判定領域内の受信レベルを積分した値を電力値として算出する。

さらに、図９及び図１０を参照して、自レーン判定領域と他レーン判定領域について説明する。図９は、レーン判定領域を電波発射源検出センサ１７から見下ろしたイメージを示す。図１０は、レーン判定領域を車両側面から見たイメージを示すものである。

自レーン判定領域と他レーン判定領域の電力値を算出する場合、自レーンとその隣接する他のレーンとの間のアイランドの領域は除く。アイランドの中心を自レーン判定領域と他レーン判定領域の境にした場合、アイランド中心付近の電力値が自レーン判定領域と他レーン判定領域に分かれ、自レーンからの到来波を正しく判定できない可能性がある。そのため、電力値を算出するとき、各判定領域からアイランドの領域は除く。

また、マルチパス環境において、他レーン領域からの直接波が存在した場合、他レーン領域からの到来波を判定できるように他レーン領域以外の外側領域は除く。他レーン領域より外側の領域を含む場合、外側領域のノイズの電力も加算されてしまうため、正しく領域判定ができなくなる。これを防ぐために本実施形態では他レーン領域のみを他レーン判定領域とする。

また、図１０に示すように、自レーン判定領域は、乗用車に対しては例えば方位角４５度まで（すなわち５ｍ）に設定し、トラック等の大型車では運転位置が高いためＥＴＣ車載器が高い位置に設置されると想定されるため通常より角度を広げて例えば５２度まで（すなわち６．５ｍ）の範囲に設定することができる。このように自レーン判定領域をＥＴＣ車載器の設置位置に応じて設定することでより正確にレーン判定領域を行うことが可能となる。

［レーンの識別判定：ステップＳ６］
レーン識別判定部１７４は、上記Ｓ５で算出した各判定領域内の電力値（受信レベルの積分値）の差に基づいてレーンの識別判定（Ｓ６）を行う。すなわち、レーン識別判定部１７４は、自レーン判定領域の電力値と他レーン判定領域の電力値との差に基づいて、受信した電波が自レーンを通過する車両からの到来波か、それ以外の領域の車両からの到来波かを判定する。

レーン識別判定方法としては、例えば、上記図８に示すように、自レーン判定領域内の電力値が他レーン判定領域内の電力値より一定の電力値（基準値）以上であれば、自レーン領域内の車両から到来した電波（有効）と判定する。それ以外は無効と判定する。なお、判定基準となる一定の電力値としては、ＥＴＣ環境における直接波に対する反射波のレベルからおおよそ１０ｄＢ以上とする。適切な値は、シミュレーションにより検証して決定することができる。

［識別判定結果の通知：ステップＳ７］
電波発射源検出センサ１７は、上記Ｓ６で判定されたレーンの識別判定結果（有効／無効）を、ＥＴＣ車載器２０との通信可否を決定するための補助的な情報としてＥＴＣ路側器１２に通知する（Ｓ７）。

［識別判定結果の取得：ステップＳ８］
ＥＴＣ路側器１２は、電波発射源検出センサ１７からレーンの識別判定結果を取得する（Ｓ８）。ＥＴＣ路側器１２は、上記取得した識別判定結果を補助的な情報として用いて、応答信号があったＥＴＣ車載器２０との間の通信を継続するか中断するかを決定する。

以上述べたように、上記実施形態では、自レーン判定領域内及び他レーン判定領域内の電力値（受信レベルの積分値）を求め、この電力値に基づいて受信電波が自レーンから到来した電波か、それ以外の領域から到来した電波かを判定する。このようにすることで、自レーンを通過する車両からの電波を正しく特定することが可能となり、ＥＴＣ路側器における自レーン以外のＥＴＣ車載器に対する誤課金等を防止することができる。

本実施形態では、電波発射源検出センサをＥＴＣシステムに用いた例について説明したが、このような有料道路の料金所の他にも、ガソリンスタンド、ドライブスルー等の決済システムや駐車場、乗船等の管理システムに用いることができる。

なお、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１１…ガントリ、１２…ＥＴＣ路側器、１３〜１５…車両検出器、１６…信号処理部、１７…電波発射源検出センサ、２０…ＥＴＣ車載器、１７１…アンテナ部、１７２…受信部、１７３…信号処理部、１７４…レーン識別判定部、１７１−１〜１７１−ｎ…アンテナ、１７２−１〜１７２−ｎ…周波数コンバータ、１７５…レドーム、１７６…放熱板、１７７…ローカル信号生成基板、１７８…信号処理基板。

Claims (2)

1. 所定のレーンに設置され、車両に搭載された車載器との間で無線通信を行う路側器と共に設置される電波発射源検出センサであって、
   前記車載器から前記路側器へ送信される電波を受信する受信部と、
   前記レーンを含む第１判定領域内の前記電波の受信レベルを積分した第１電力値と前記レーン以外の第２判定領域内の前記電波の受信レベルを積分した第２電力値を算出する算出部と、
   前記第１電力値と前記第２電力値との差に基づいて、前記電波が前記レーンを通過する車両からの到来波であるか否かを判定する識別判定部と
   を具備することを特徴とする電波発射源検出センサ。
2. 所定のレーンに設置され、車両に搭載された車載器との間で無線通信を行う路側器に接続される電波発射源検出センサに用いられる方法であって、
   前記車載器から前記路側器へ送信される電波を受信し、
   前記レーンを含む第１判定領域内の前記電波の受信レベルを積分した第１電力値と前記レーン以外の第２判定領域内の前記電波の受信レベルを積分した第２電力値を算出し、
   前記第１電力値と前記第２電力値との差に基づいて、前記電波が前記レーンを通過する車両からの到来波であるか否かを判定することを特徴とするレーン識別判定方法。

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