JP5951240B2

JP5951240B2 - 車上送信装置

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Publication number: JP5951240B2
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Authority: JP
Inventors: 純村井; 北川　裕之; 裕之北川; 寿久鍋谷
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Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2016-07-13
Anticipated expiration: 2031-11-30
Also published as: JP2013116018A

Description

本発明の実施形態は、車上送信装置に関する。

列車には安全に運行するための様々な安全機能が列車制御装置に備わっている。その１つに自動列車停止機能がある。自動列車停止機能は、列車が停止信号に接近した際に、運転士からのブレーキ等の操作がない場合、列車に自動的に非常ブレーキをかける機能である。列車制御情報の伝達に変周式が広く用いられている（以下、変周式ＡＴＳと記載する）。図１５は変周式ＡＴＳの模式図である。列車１００は、列車制御装置６、帯域通過フィルタ８、増幅器７、車上子４を有している。増幅器７と、疎結合なトランス（車上子１次コイル４１、車上子２次コイル４２）で構成された車上子４で、発振条件を満たす帰還発振回路７４を構成する。この帰還発振回路７４は常時発振周波数で発振した信号を生成し車上子４を介して地上側に放射する。列車１００が、列車制御信号に対応した共振周波数を持った地上子１の上を通過する際に、列車１００内で生成される常時発振周波数は、周波数の引き込み効果によって地上子の共振周波数に変周する。この変化を、帯域通過フィルタ８を用いて検知することで、列車１００が、地上子１を通過したこと、もしくは列車制御情報を受信する。

地上には列車１００に列車制御信号を伝達する地上子１以外にも、常時発振周波数信号を受信する踏切バックアップ装置や速度照査装置などの地上装置２が存在する。踏切バックアップ装置は列車１００の車輪が軌道を短絡することで列車の接近を検知する装置をバックアップする装置である。踏切バックアップ装置は常時発振周波数を受信することで列車を検知し、軌道の短絡を用いた装置と併用することで確実に踏切を鳴動させる。バックアップ地上子が基準値以上の電力で常時発振周波数の信号を受信できる範囲によって踏切の鳴動時間が決まる。また、速度照査装置は列車の速度を測定する装置である。速度照査装置は基準値以上の電力で常時発振周波数の信号を受信できる範囲が広がると照査速度が不正確になり、列車の制御に悪影響を及ぼす。したがって、これらの地上装置では列車を検知する範囲が規定されている。

変周式ＡＴＳはノイズや妨害波、車上子４付近に存在する金属の影響に依る車上子一次コイル４１と車上子二次コイル４２間の結合状態の変化に弱いという欠点があった。そのため、変周式ＡＴＳの地上子を、変周原理を用いずに検知する方法としてスペクトル拡散信号を用いる方式（特許文献１参照）が提案されている。

この方法は、図１６のように、地上子がとり得る共振周波数を全て含んだ帯域信号であるスペクトル拡散信号４ａを車上子４から送信し、列車１００が地上子１の上を通過する際に、地上子１の共振周波数と等しい周波数の受信電力が他の信号周波数よりも大きくなることを検知して、地上子１の検出を行っている。

また、列車制御信号に対応した地上子の共振周波数を検知する信号として、列車制御信号周波数毎に、地上子の運用規定によって定められた、共振周波数ずれ許容範囲内（例えば、信号周波数±２ｋＨｚ以内）で周波数スイープ信号生成し、その複数の信号を加算した信号を送信波形として用いる方法（以下、周波数スイープ加算方式と記載する）の検討が行われている（公開前の自社出願特許。特願Ｐ２０１０−２７２４２３）。この方式の模式図及び送信スペクトルはそれぞれ図１９及び図２０のようになる。また、個々の周波数スイープ信号の周波数スイープ速度は図２１のようになる。このように、従来の周波数スイープ加算方式では、加算前の各周波数スイープ波形の周波数スイープ幅、信号電力、周波数スイープ速度が全て等しい信号を用いている。

特開２００５−２２９７８９号公報

しかしながら、スペクトル拡散方式においては、信号周波数毎に信号電力を設定することができない。このため、特定の信号周波数付近の周波数で雑音電力が大きい場合や車上子や送受信回路の周波数特性が信号周波数毎に大きく異なる場合などでは、地上子によって共振した信号の受信電力が雑音電力に対して小さくなってしまい、地上子の検知精度が低下する。受信電力が雑音電力に対して小さくなるのを防ぐためには、信号全体の電力を大きくすることになるが、この場合、（アナログ回路）設計の複雑化や、増幅器の発熱量の上昇などが生じ、送信装置が故障する恐れがあった。

また、スペクトル拡散方式及び周波数スイープ加算方式は共に共振周波数を検知する信号として帯域幅を持つ信号を使用している。踏切バックアップ装置や（分岐器）速度照査装置は変周式ＡＴＳにおける常時発振周波数信号によって動作しているため、帯域幅を持つ信号を使用することによって、これらの地上装置が持つ帯域通過フィルタの通過帯域内の電力が大きくなる。そのため、これらの装置が列車を検知する範囲が、運用中のシステムによって規定された範囲より広くなる可能性がある。この課題に対する最も簡易な方法は共振周波数を検知する信号全体の電力を下げることである。しかし、共振周波数を検知する信号の電力を小さくすることによって、雑音電力との差が小さくなるため、雑音に対する耐性が低下し、信号の検知精度が劣化する。

上記の問題に対し、帯域制限フィルタによって地上装置に影響を及ぼす特定の周波数帯域の電力のみを小さくする方法がある。この方法は、アナログ回路、ディジタル回路のどちらにおいても実現が可能であるが、どちらのアプローチでも新たに設けた帯域制限フィルタが周波数特性を持つため、その周波数特性が受信側に影響を与えないように設計する必要があるため設計が複雑化する。また、アナログ回路において実現した場合は、新たに設けた帯域制限フィルタによって減衰させたい特定の周波数帯域以外の信号も減衰するため、帯域制限フィルタの入力信号を大きくしたり、帯域制限フィルタの出力信号を増幅したりすることによって、消費電力が大きくなるといった問題がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、消費電力を上昇させずに、信号検知の精度を向上させ、信頼性の高い車上送信装置を提供することである。

そこで、本発明の実施形態は別々に生成される信号毎にパラメタを可変にできるようにすることで、前記の課題を解決し、安全性の高い車上送信装置を提供する。

実施形態の車上送信装置は、設定されたパラメタに基づき、少なくとも列車の速度を検知する速度照査装置を含む地上装置で利用される正弦波信号を生成する正弦波信号生成手段と、設定されたパラメタに基づき、列車制御信号に対応した少なくとも１つの共振周波数を有する地上子へ送信する周波数スイープ信号を生成する周波数スイープ信号生成手段と、前記生成された正弦波信号と前記生成された周波数スイープ信号とを加算して送信信号を生成する加算手段と、この生成された送信信号を、車上子を介して前記地上子および前記地上装置に送信する送信手段を備え、前記周波数スイープ信号生成手段は、生成した周波数スイープ信号が前記地上装置へ送信する正弦波信号に影響すると判定した場合、この生成した周波数スイープ信号の送信電力を小さくするか若しくはスイープ速度を速くし、そして、前記加算手段は、前記正弦波信号と前記周波数スイープ信号を加算するとき、送信信号のピーク電力が最も小さくなるように、前記正弦波信号と前記周波数スイープ信号の位相パターンを選択する。

第１の実施形態の車上送信装置の概略構成図。第１の実施形態の車上送信装置の信号生成部の構成の一例を示す図。第１の実施形態の車上送信装置の信号生成部の別の構成例を示す図。第２の実施形態の車上送信装置の全体構成を示す概略構成図。第２の実施形態の車上送信装置の信号周波数の一例を示す図。第２の実施形態の車上送信装置の車上子特性の一例を示す図。図５の車上子特性を用いて送信信号のパラメタを変更する際に、サンプル毎に電力を設定した場合の送信スペクトルの一例を示す図。図５の車上子特性を用いて送信信号のパラメタを変更する際に、信号毎に電力を設定した場合の送信スペクトルの一例を示す図。第３の実施形態の車上送信装置の概略構成図。信号種別を用いて送信パラメタを設定した場合の送信スペクトルの一例を示す図。地上装置の情報を用いて、周波数スイープ幅を変更した場合の送信スペクトルの一例を示す図。地上装置の情報を用いて、周波数スイープ幅を変更した場合のスイープ速度の一例を示す図。地上装置の情報を用いて、信号電力を変更した場合の送信スペクトルの一例を示す図。地上装置の情報を用いて、周波数スイープ速度を変更した場合のスイープ速度の一例を示す図。地上装置の情報を用いて、複数の検知信号でパラメタを変更した場合の送信スペクトルの一例を示す図。第４の実施形態の車上送信装置の概略構成図。従来の変周式ＡＴＳの概略構成図。スペクトル拡散波形を用いて地上子検知を行う場合の送信スペクトルの一例を示す図。従来の周波数スイープ加算方式の概略構成図。従来の周波数スイープ加算方式の送信スペクトルの一例を示す図。従来の周波数スイープ加算方式のスイープ信号のスイープ速度の一例を示す図。

以下、実施形態の車両用の送信装置図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態について図１乃至図３を参照し、詳細に説明する。図１は、第１の実施形態の車上送信装置の概略構成図である。図２と図３は、第１の実施形態の車上送信装置の信号発生部の詳細図である。

（構成）
地上側には軌道１０１に沿って、運用上定められた間隔に従って、列車制御信号周波数に対応した、１つまたは複数の共振周波数（ｆｓ１〜ｆｓｎ）を持った地上子１と、軌道を走行する列車からの信号を受信する地上装置２が存在する。

列車１００には、車上送信装置３、車上子４、車上受信装置５、列車制御装置６が搭載されている。車上送信装置３は、地上子１と地上装置２へ送信するための信号を生成する。車上送信装置３によって生成した信号は、車上子１次コイル４１によって地上子１と地上装置２に送信される。車上子２次コイル４２では、送信信号が地上子１に共振していない場合、車上子１次コイル４１から出力された送信信号が減衰した信号を受信し、送信信号が地上子１と共振している場合、地上子１によって共振し、地上子の共振周波数成分が他の周波数と比べ大きくなっている信号と送信信号が減衰された信号が加算された信号を受信する。車上受信装置５は、車上子２次コイル４２で受信した信号を用いて地上子１の共振周波数を特定する。列車制御装置６は、車上受信装置５が特定した共振周波数を用いて列車を制御する。

次に、車上送信装置３について詳細に説明する。車上送信装置３は、パラメタ設定部３１、正弦波信号発生部３２（３２１〜３２ｎ）、周波数スイープ信号発生部３３（３３１〜３３ｎ）、加算器３４を有している。パラメタ設定部３１は、入力信号に基づき各列車制御信号に対応した共振周波数を持つ地上子を検知する信号である周波数スイープ信号の信号電力、初期位相、周波数スイープ幅、周波数スイープ速度や、列車が地上子以外の地上装置へ情報を伝送するための周波数信号の信号電力、初期位相を決定する。パラメタ設定部３１の入力信号の種類と入力信号に基づく送信信号のパラメタ設定方法は後述する。正弦波生成部３２は、パラメタ設定部３１で決定したパラメタに基づき各正弦波信号を生成する。周波数スイープ信号発生部３３は、パラメタ設定部３１で決定したパラメタに基づき各周波数スイープ信号を生成する。加算器３４は、正弦波信号発生部３２で生成した信号と周波数スイープ信号発生部３３で生成した信号を加算する。

（作用）
次に、各信号の生成方法について説明を行う。

正弦波信号発生部３２や周波数スイープ信号発生部３３の信号生成方法にはアナログ回路を用いる方法とディジタル回路を用いる方法がある。なお、一部の波形をアナログ回路によって生成し、ディジタル回路で加算した信号をＤ／Ａ変換した信号と加算してもよい。

アナログ回路で正弦波信号を生成する場合は、例えば、正弦波信号発振部３２の後段に増幅器や位相器を設置することで、信号電力や位相を変更できる。

アナログ回路で周波数スイープ信号を生成する場合は、例えば、電圧周波数変換器の電圧を制御することでスイープ幅とスイープ速度を変更することができ、後段に増幅器を設けることで、信号電力を変更することができ、位相器を設けることで位相を変更することができる。

ディジタル回路で信号を生成する場合は、波形データをあらかじめメモリに格納し、それを読み出す方法を用いることができる。その際、全波形データを別々にメモリに格納してもよいし、全てまたは一部の波形データをあらかじめ加算して格納しておいてもよい。このようにディジタルデータによって加算を行う場合は、加算後の信号をＤ／Ａ変換して車上子１次コイル４１に出力する。

ディジタル回路で正弦波信号を生成する場合は、例えば、ある振幅を持った正弦波信号の波形データＮ（Ｎは自然数）波長分を車上送信装置３内のメモリに格納し、波形データが収められているメモリのアドレスをインクリメントしていくことで波形を取り出す。この時のメモリアドレスの初期値を変更することで、初期位相を変更することができる。格納されている波形データのフォーマット（２の補数表示など）に応じて、オーバーフローやアンダーフローしない範囲内でビットシフトを行うことで信号電力を設定できる。
ディジタル回路で各共振周波数に対応した周波数スイープ信号を生成する場合は、正弦波信号を生成する場合と同様に、ある振幅を持った周波数スイープ信号の波形データをスイープ開始周波数からスイープ終了周波数までスイープした信号を１周期とすると、Ｍ（Ｍは自然数）周期分を車上送信装置３内のメモリに格納し、波形データが収められているメモリのアドレスをインクリメントしていくことで波形を取り出す。格納されている波形データを、オーバーフローやアンダーフローしない範囲内でビットシフトを行うことで信号電力を設定できる。周波数スイープ波の初期位相と、周波数スイープ幅と、周波数スイープ速度は変更するごとに車上送信装置３内の演算器３０１で波形を生成する。

前述のように、正弦波信号、周波数スイープ信号の信号電力の変更は、ビットシフトによって簡易に実現可能である。しかし、変更できる信号振幅の値はメモリに格納されている信号波形の２のべき乗の乗除算で表現できる値という制約を受ける。また、正弦波信号の初期位相の変更は、メモリアドレスの初期値を変更することで簡易に実現可能である。しかし、変更できる初期位相はメモリに格納した波形データを生成した際のサンプリング周波数で制約を受ける。これらの制約下で変更できるパラメタの分解能が不十分である場合は、周波数スイープ波の初期位相、周波数スイープ幅、周波数スイープ速度と同様に、車上送信装置３内の演算器３０１で波形データを生成する。

送信波形データは、パラメタ設定部３１への入力信号が変化した場合に再演算される。再演算を行う場合、それぞれの信号生成部（３２１〜３２ｎ及び３３１〜３３ｍの総称）は図２のように構成される。パラメタ設定部３１が指定したパラメタに基づく波形データは演算器３０１によって生成する。生成された波形データは、波形データ格納メモリ３０３に格納する。信号生成部は送信波形データの演算が終了すると、終了信号を出力する。全ての信号生成部の終了信号を確認した段階で、送信波形の出力を開始する。所望の信号波形が出力されているかは、車上受信装置５の高速フーリエ変換器５１の出力によって確認できる。所望の送信信号が出力されなかった場合に、列車の運行に支障をきたすのを防ぐために信号生成部を図３のように構成してもよい。

各信号生成部３００は、演算器３０１、第１切替器３０２、第１波形データ部３０３、第２波形データ部３０４、第２切替器３０５と、ＮＯＴゲート３０６を有している。第１切替器３０２は、送信状態にない波形データ部を指示する。演算器３０１で生成された波形データは、第１切替器が指示した送信状態にない波形データ部に演算した波形データを格納する。第２切替器３０５は送信状態にある波形データ部を指示しており、指示されている方に格納されている波形データが出力される。送信状態であるかないかはそれぞれ背反であるため、第１切替器と第２切替器はＮＯＴゲート３０６によって、それぞれ逆の波形データ部を指示するようになっている。すなわち、送信信号として第１波形データ部３０３に格納している波形データを選択している場合は、演算器３０１を用いて、波形変更要求を受信した際にパラメタ設定部３１から指定されたパラメタの波形データを演算する。演算器３０１で演算された波形データは第２波形データ部３０４に格納される。波形データの作成が終了すると、演算器３０１よりデータ作成終了の信号を送信する。全ての信号生成部からデータ作成終了の信号を受け取った後、全ての信号生成部の波形切り替え信号を反転させる。波形切り替え信号が反転することによって、第１切替器３０２及び第２切替器３０５が指示する波形データ部が反転し、第２波形データ部３０４に格納されている波形データが送信信号に選択される。次に波形変更要求を受信した場合は、演算器３０１で生成された波形データは第１波形データ部３０３に格納される。この場合も所望の信号波形が出力されているかは、車上受信装置５の高速フーリエ変換器５１の出力によって確認できる。この際、波形を切り替えた時刻が含まれる周波数スペクトルは切り替え前後の両方の波形の影響を受けるため、切り替えが正常に行われたかの判定及び列車制御情報の取得に使用しないようにする。このように、信号の切り替え時刻を含むスペクトルを使用しないことで、波形切り替えの成否および地上子検知における誤判定を防止できる。図２と図３の構成の違いは、変更前の波形データが切替前の波形データ部に残っている点にある。このため、正しい出力波形が得られていないと判断した場合は、波形切り替え信号を再度切り替えることによって、正常な信号に戻すことができる。

安全面を考慮すると、図２の構成では列車の運行中に波形を切り替えることはできず、車上装置の電源投入時などに限られる。しかし、図３のように、切替前の波形データを保存しておくことによって列車を運行中に送信波形の切り替えを行うことも可能である。まず、列車が走行している場合について説明する。列車走行中は、安全な運転のために地上子検知への悪影響を防ぐ必要がある。そのため例えば、速度パターン消去、もしくは速度制限のないことを示す地上子との結合終了をトリガとして波形の切り替えを行う。地上子との結合終了をトリガとすると、次の地上子までの距離が長くなるため安全に送信波形の変更を行うことができる。さらに、速度パターン消去、もしくは速度制限のないことを示す地上子との結合終了とすることで、列車制御を行う（制動の）必要性が低い区間において波形を切り替えることになるため安全に波形の切り替えが行える。

また、次に列車停止中に波形の切り替えを行う場合について説明する。車上送信装置３は列車速度を測定する装置から列車が停止しているという情報を取得し、列車が走行していないことを確認したうえで、第１波形データ部３０３と第２波形データ部３０４の切り替えを行う。また、高速フーリエ変換の結果を車上受信装置５側で監視することで、正しく波形の切り替えが行われたことを確認できる。列車停止地点の直下に地上子１が存在しない場合は、その場で高速フーリエ変換の結果を車上受信装置５側で監視し、正しく波形の切り替えが行われたことを確認する。列車停止地点の直下に地上子が存在した場合は、例えば、１秒以上地上子を検知した段階で直下の地上子１の検知が完了したものとして、第１波形データ部３０３と第２波形データ部３０４の切り替えを行う。車上子４の直下に地上子１が存在するため、第１波形データ部３０３と第２波形データ部３０４の切り替えが正しく行われたかは、波形の変更前後で車上子４直下の地上子１が同じ信号周波数を示しているかを確認するとともに、列車が移動し始め、地上子１との結合が終了した段階で、地上子１と結合していない場合のスペクトルを確認する。

なお、図２の例では各信号生成部３００に演算器３０１を設けているが、各信号生成部３００外に演算器３０１を設け複数の信号生成部３００で共用してもよい。

次に、各パラメタを変更することができる範囲について説明する。

信号周波数毎あるいは送信信号全体で信号電力の最大値、最小値が定められている場合は、その定められている範囲内で信号電力の調整を行う。例えば、正弦波信号発生器３２で生成される正弦波信号は、変周式ＡＴＳの常時発振周波数を受信していた地上装置２を用いていることを考慮すると、変周式ＡＴＳの常時発振周波数の電力の規定範囲などが正弦波信号の電力を変更できる範囲になり得る。

周波数スイープ信号は地上子と結合する範囲を表す応動距離（例えば、地上子中心から±１５ｍｍ）が規定されているため、この応動を確保できるだけの電力は最低限必要である。ただし、応動距離を満たしたとしても、雑音電力が大きい場合は、検知誤りが発生するため、制御信号毎に必要な信号電力対雑音電力比を確保できるように変更可能な電力範囲を設定する場合もある。
各信号の初期位相は変更する範囲に制限は無いが、ディジタル回路ではオーバーフロー、アナログ回路では増幅器などで生じる信号の歪みを防ぐために、加算後の送信信号のピーク電力が大きくならないように各信号の初期位相を設定する。

周波数スイープ幅の変更範囲は、以下のように設定する。例えば、ある制御信号に対応した共振周波数を持つ地上子を検知したと判断する範囲が、制御信号周波数±２ｋＨｚの範囲であったとする。周波数スイープの範囲の上限を＋２ｋＨｚ以上に、または下限を−２ｋＨｚ以下に設定する際は、他の信号周波数±２ｋＨｚ以内に入らないように周波数スイープ範囲を設定する。また、周波数スイープの範囲の上限を＋２ｋＨｚ以下に、または下限を−２ｋＨｚ以上に設定する際は、地上子の共振周波数が制御信号±２ｋＨｚ以内であり、かつ周波数スイープの範囲に入らない場合において、検知したい地上子を検知できない状況を避けるために、信号周波数＋２ｋＨｚと−２ｋＨｚのうち、周波数スイープ範囲から遠い方の周波数に共振周波数があった場合であっても、所望の信号電力対雑音電力比を確保できるように周波数スイープ範囲を設定する。

周波数スイープ速度については、周波数スイープ速度を速くしている周波数帯域は、受信装置で高速フーリエ変換を用いている場合、その周波数分解能によっては周波数スイープされていないように見える。周波数スイープ速度を速くしている、すなわち、図１２において傾きが大きくなっている周波数帯に共振周波数があった場合であっても、所望の信号電力対雑音電力比を確保できるように周波数スイープ速度を設定する。高速フーリエ変換の周期と、周波数スイープ周期を等しくしている場合、周波数スイープ幅をΔｆ、周波数スイープ周期をＴとすると、周波数スイープ速度はΔｆ／Ｔとなる。したがって、周波数スイープ速度範囲は、周波数スイープ速度と周波数スイープ周期の影響を受ける。

（効果）
本実施形態の車両用の送信装置によれば、車上送信信号のパラメタ設定手段と、そのパラメタに基づき生成される正弦波と周波数スイープ信号を加算することにより、消費電力を上昇させずに、信号検知の精度を向上させ、信頼性の高い車上送信装置を提供することが可能となる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について図４乃至図８を参照し、詳細に説明する。図４は、第２の実施形態の車上送信装置の全体構成を示す概略構成図である。図５は、第２の実施形態の車上送信装置の信号周波数の一例を示す図である。図６は、第２の実施形態の車上送信装置の車上子特性の一例を示す図である。図７は、図６の車上子特性を用いて送信信号のパラメタを変更する際に、サンプル毎に電力を設定した場合の送信スペクトルの一例を示す図である。図８は、図６の車上子特性を用いて送信信号のパラメタを変更する際に、信号毎に電力を設定した場合の送信スペクトルの一例を示す図である。尚、図１乃至図３と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。

本実施形態は、第１の実施形態とは、パラメタ設定部３１の外部入力が車上子の周波数特性であり、その周波数特性に応じて送信パラメタを変更する点が異なっている。以下、車上送信装置３に追加された全周波数スイープ信号発生部３５及び切替器３６について詳細に説明する。

（作用）
パラメタ設定部３１の外部入力として、車上子４の周波数特性を用いる場合は、図４のように装置を構成する。本装置構成では、第１の実施形態の車上送信装置３に、地上装置２への周波数情報と地上子１を検知する各周波数スイープ信号以外に、これらの信号をすべて包含する周波数スイープ信号発生手段３５（以降、全周波数帯域スイープ信号と記述する）を設けている。その全周波数帯域スイープ信号を用いて車上子４の周波数特性の測定を行い、その周波数特性に応じて送信波のパラメタを決定する。

全周波数帯域スイープ信号を用いた車上子４の周波数特性の測定方法としては、例えば車上受信装置５の高速フーリエ変換器５１を用い、高速フーリエ変換器５１の出力をパラメタ設定部３１に入力する。なお、測定した車上子の周波数特性は走行時の送信信号のパラメタを決定する以外にも、保守データとして列車情報を記憶する装置（図示しない）に格納しておいてもよい。

車上送信装置３から地上装置２へ送信される正弦波信号を示す第１の周波数信号をｆａ１、ｆａ２、列車制御信号を示す第２の周波数信号をｆｓ１、ｆｓ２、ｆｓ３、ｆｓ４とし、それらが図５のように設定されているものとする。また、全周波数帯域スイープ信号を送信し、受信機内の高速フーリエ変換器５１で測定した車上子の周波数特性が、図６であったとする。この周波数特性を用い、例えば、受信側において車上子の周波数特性が見えないようにするために、ＤＡ変換器の入力信号が図６の周波数特性の逆特性のように信号電力に重みづけを行うことで、受信装置で車上子の周波数特性が見えにくくなる。この際、図７のように周波数スイープ信号のサンプル毎に重みづけをしてもよいし、図８のように、信号周波数帯毎に一定の重みづけを行ってもよい。このとき、正弦波信号と共振周波数検知信号を全て加算した際に、ピーク電力が大きくならないように、各信号の位相を調整し、送信信号のピーク電力が最も小さくなる位相パターンを選択することもできる。

全周波数帯域スイープ信号を用いた車上子特性の測定は地上子検知に影響を与えないタイミングで実施する。装置の電源を投入した場合のみで測定を行う場合は、図４の構成でなく、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）やＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）などを用いて、電源投入時は車上子特性の測定に必要なブロックのみで動作させ、その後図１の構成に再構成してもよい。（効果）
本実施形態の構成によると、車上子特性を測定し、車上子及びアナログ回路の周波数特性を基にパラメタを設定することにより、特性のばらつきを抑えることやメンテナンス性を向上することが可能となる。これによって、信号検知の精度を向上し、信頼性の高い車上送信装置を提供することが可能となる。（第３の実施形態）
第３の実施形態について図９乃至図１５を参照し、詳細に説明する。図９は、第３の実施形態の車上送信装置の全体構成を示す概略構成図である。図１０は、パラメタ設定部３１の外部入力として、列車制御信号の種別を用いた場合の送信信号の一例である。図１１は、パラメタ設定部３１の外部入力として地上装置２の情報を用い、周波数スイープ信号のスイープ幅を変化させた場合の送信信号のスペクトルの一例である。図１２は、パラメタ設定部３１の外部入力として地上装置２の情報を用い、周波数スイープ信号のスイープ幅を変化させた場合のスイープ速度の一例である。図１３は、パラメタ設定部３１の外部入力として地上装置２の情報を用い、周波数スイープ信号の電力を変化させた場合の送信信号のスペクトルの一例である。図１４は、パラメタ設定部３１の外部入力として地上装置２の情報を用い、周波数スイープ信号のスイープ速度を変化させ方の一例である。図１５は、図１１乃至図１３の方法を組み合わせた場合の送信信号のスペクトルの一例である。尚、図１乃至図８と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。

本実施形態は、第１、第２の実施形態とは、パラメタ設定部の外部入力が列車制御信号の種別もしくは地上装置の情報を格納した記憶装置３７である点が異なっている。以下、その点について詳細に説明する。

パラメタ設定部３１の外部入力として、列車制御信号の種別を用いる場合は、図９のように、記憶装置３７に列車制御信号の種別に関しる情報を格納し、その種別情報をパラメタ設定部の外部入力として装置を構成する。記憶装置３７に格納する列車制御信号の種別とは、例えば、即時停止のような情報である。図５のように信号が割り当てられており、ｆｓ４が即時停止信号であるとする。即時停止信号ｆｓ４の検知精度を高める場合は、図９のようにｆｓ４を検知するための信号の送信電力、周波数スイープ幅を大きくすることで、受信電力が大きくなるため、ｆｓ４の耐雑音性能が向上し、即時停止信号の信頼度が向上する。図１０ではｆｓ４以外の信号の電力を等しくしているが、別々の電力としてもよい。

パラメタ決定部３１の外部入力として、列車からの信号を受信する地上装置２の動作条件を使用する場合は、列車制御信号の種別を用いる場合と同様に、図９のように記憶装置３７を設け、その信号をパラメタ決定部３１に入力する構成をとる。この場合、記憶装置３７には列車からの信号を受信する地上装置２の動作条件を格納する。地上装置２の動作条件は、例えば、以下のように定める。地上装置２が帯域通過フィルタを有している場合には、地上装置２の仕様によって定められている通過周波数帯に存在する電力を変周式ＡＴＳにおける信号電力以下になるように定める。また、経年劣化によって通過帯域が広がることを想定し、地上装置２の仕様値に対して例えば１割だけ余裕を持たせてもよい。さらに、通過帯域の電力に加え、地上装置２に接続されているリレー（図示しない）の動作条件を考慮し、帯域通過フィルタの通過帯域内の電力がリレーの動作電力の閾値以上になる時間が、リレーの動作条件となっている時間以上継続されること、というように時間の概念を追加することも可能である。フィルタの通過帯域は、通常フィルタの利得が３ｄＢ下がるカットオフ周波数を基に算出されるが、他の共振周波数への影響を考慮して、フィルタの利得が例えば１０ｄＢ下がる周波数を基準としてもよい。動作条件の決定方法は、上記の例以外の方法を用いてもよい。

地上装置２の動作条件を基に送信信号のパラメタを設定する方法を、動作条件を地上装置２の帯域通過フィルタとする場合を例に、図面に基づき説明する。図１８のように信号周波数が設定されており、第１の周波数信号である正弦波信号ｆａ１，ｆａ２を受信する地上装置２の帯域通過フィルタの通過帯域を持つものとする。従来の周波数スイープ加算方式では、すべてのスイープ信号の電力が一定で、周波数スイープ幅は地上子の共振周波数のずれを許容する範囲内（例えば、制御信号周波数±２ｋＨｚ以内）で一定である。また、周波数スイープ速度は図１９に示す通り、制御信号周波数−２ｋＨｚから＋２ｋＨｚまで一定に増加する。このため、図１８のように周波数スイープ信号が地上装置の受信帯域に入る可能性がある。

本実施形態で地上装置の帯域通過フィルタの情報を用いて地上装置への影響を軽減する方法の１つとして、地上装置へ影響を与えるｆｓ２の周波数スイープ幅を、地上装置へ影響を与えないｆｓ１、ｆｓ３、ｆｓ４の周波数スイープ幅よりも狭くする方法がある。この方法を用いた場合の周波数スペクトル及び周波数スイープ速度は、それぞれ図１１及び図１２のようになる。周波数スイープ信号のスイープ範囲が、地上装置の受信帯域に入らないことが最も理想的ではあるが、帯域全体を回避する必要はない。

地上装置への影響を軽減するその他の方法の一つに、地上装置へ影響を与えるｆｓ２の信号電力を、地上装置へ影響を与えないｆｓ１、ｆｓ２、ｆｓ４の信号電力よりも小さくする方法がある。この方法を用いた場合の周波数スペクトル及び周波数スイープの速度をそれぞれ図１３及び図１９に示す。

地上装置への影響を軽減するその他の方法として、地上装置へ影響を与えるｆｓ２の周波数スイープ速度を、地上装置へ影響を与えないｆｓ１、ｆｓ３、ｆｓ４と比較して、周波数スイープ範囲内で、地上装置の受信帯域の中心に近い周波数帯域では周波数スイープ速度を速く、それ以外の帯域では周波数スイープの速度を遅くする。この方法を用いた場合の周波数スイープの速度を図１４に示す。

地上装置２の受信帯域が広い場合は、図１５のように、複数の方法を同時に使用してもよい。

また、同じ周波数スイープ信号において、周波数スイープ幅、信号電力、周波数スイープ速度の２つ以上を変更してもよい。

（効果）
本実施形態の構成によると、信号種別を用いてパラメタを設定する場合は即時停止信号など重要な信号の電力を大きく設定することによって、重要な信号の検知精度を向上させ安全性を高めることが可能となる。また、地上装置の情報を用いてパラメタを設定する場合は、周波数スイープ信号の周波数スイープ幅、信号電力、周波数スイープ速度を変更することによって、周波数スイープ信号の電力が地上装置の受信帯域内に入りにくくすることによって、地上子検知精度を維持しながら踏切バックアップ装置などの地上装置への悪影響を抑制することが可能となる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態について図１６を参照し、説明する。図１６は、第４の実施形態の車上送信装置の全体構成を示す概略構成図である。尚、図１乃至図１５と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。

本実施形態は、第１から第３の実施形態とは、パラメタ設定部３１の外部入力がセンサである点が異なっている。以下、その点について説明する。

（作用）
パラメタ決定部３１の外部入力として、列車に取り付けられたセンサからの情報を使用する場合は、図１６のように装置を構成する。センサ情報には、例えば送信装置内の増幅器などの発熱素子の温度などがある。送信装置が発熱することで装置が故障する可能性があるため、すべての列車制御信号において信号電力対雑音電力比が確保できる範囲内で即時停止信号を検知する信号を除き電力を下げるなどの対策を行うことで、送信装置の故障の発生を抑える。

（効果）
本実施形態の構成によると、温度センサの情報をもとに送信信号のパラメタの設定を行うことによって、アナログ回路の故障リスクを低減し安全性を保つことが可能となる。

共振周波数検知信号として列車制御信号毎に生成した周波数スイープ信号を加算した信号を使用した場合について説明を行ってきたが、列車制御信号毎に位相偏移変調などの変調波を使用することも可能である。この場合、共振周波数検知信号毎に変調方法、帯域幅、電力、位相を変化させることができるようにする。周波数スイープ信号における実施例において、スイープ幅を変調方法、帯域幅とし、スイープ速度の部分を除いた範囲でスイープ信号を用いた場合と同様のことができる。

上記で説明された全ての実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定するものではない。そのため、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、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。

１地上子
２地上装置
３車上送信装置
４車上子
４ａスペクトル拡散信号
４１車上子１次コイル
４２車上子２次コイル
５車上受信装置
６車両制御装置
７増幅器
８帯域通過フィルタ
３１パラメタ設定部
３２１〜２１ｎ正弦波信号発生器
３３１〜２２ｍ周波数スイープ信号発生器
３４加算器
３５全周波数帯スイープ信号発生器
３６送信信号切替器
３７記憶装置
３８センサ
７４負帰還発振回路
１００列車
１０１軌道
３００各信号生成部
３０１演算器
３０２第１切替器
３０３第１波形データ
３０４第２波形データ
３０５第２切替器
３０６増幅器

Claims

設定されたパラメタに基づき、少なくとも列車の速度を検知する速度照査装置を含む地上装置で利用される正弦波信号を生成する正弦波信号生成手段と、
設定されたパラメタに基づき、列車制御信号に対応した少なくとも１つの共振周波数を有する地上子へ送信する周波数スイープ信号を生成する周波数スイープ信号生成手段と、
前記生成された正弦波信号と前記生成された周波数スイープ信号とを加算して送信信号を生成する加算手段と、
この生成された送信信号を、車上子を介して前記地上子および前記地上装置に送信する送信手段を備え、
前記周波数スイープ信号生成手段は、生成した周波数スイープ信号が前記地上装置へ送信する正弦波信号に影響すると判定した場合、この生成した周波数スイープ信号の送信電力を小さくし、そして、前記加算手段は、前記正弦波信号と前記周波数スイープ信号を加算するとき、送信信号のピーク電力が最も小さくなるように、前記正弦波信号と前記周波数スイープ信号の位相パターンを選択する
ことを特徴とする車上送信装置。
設定されたパラメタに基づき、少なくとも列車の速度を検知する速度照査装置を含む地上装置で利用される正弦波信号を生成する正弦波信号生成手段と、
設定されたパラメタに基づき、列車制御信号に対応した少なくとも１つの共振周波数を有する地上子へ送信する周波数スイープ信号を生成する周波数スイープ信号生成手段と、
前記生成された正弦波信号と前記生成された周波数スイープ信号とを加算して送信信号を生成する加算手段と、
この生成された送信信号を、車上子を介して前記地上子および前記地上装置に送信する送信手段を備え、
前記周波数スイープ信号生成手段は、生成した周波数スイープ信号が前記地上装置へ送信する正弦波信号に影響すると判定した場合、この生成した周波数スイープ信号のスイープ速度を速くし、そして、前記加算手段は、前記正弦波信号と前記周波数スイープ信号を加算するとき、送信信号のピーク電力が最も小さくなるように、前記正弦波信号と前記周波数スイープ信号の位相パターンを選択する
ことを特徴とする車上送信装置。