JP6072307B2 - 列車位置検知装置 - Google Patents
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Description
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による列車位置検知装置を示す構成図である。
図1に示すように、列車位置検知装置は、列車に搭載される移動無線機100と軌道脇に設置される固定無線機200からなる構成に適用されるものである。移動無線機100は所定の間隔で設置された第1のアンテナ110aと第2のアンテナ110b、受信部120、位置検知部130、列車位置検知部140を備えている。位置検知部130は、ドップラ周波数演算部131と移動無線機位置演算部132とを備えている。列車位置検知部140は、通過判定部141と列車位置演算部142とを備えている。固定無線機200は、アンテナ210と送信部220と信号生成部230とを備えている。
列車位置検知部140は、位置検知部130から出力された移動無線機100の固定無線機200に対する相対位置を受けて、移動無線機100が固定無線機200の真横付近に存在することを判定し、移動無線機100の固定無線機200に対する相対位置と、固定無線機の設置位置と、移動無線機100の列車における設置位置とから列車の位置を算出する処理部である。
固定無線機200において信号生成部230は所定の周波数、振幅あるいは位相をもつ送信信号を生成して出力する。また、所定の周波数、振幅あるいは位相で変調した情報を送信信号として出力する。送信部220は送信信号を増幅器で電力増幅してアンテナ210へ出力する。アンテナ210は入力された送信信号を電波として放射する。
fd1=v×cosθ1×f÷c
fd2=v×cosθ2×f÷c
受信信号を周波数fでIQ検波して得られたIQ信号を複素FFT演算してfd1およびfd2を算出する。
fd1とfd2のドップラ周波数から移動無線機100と固定無線機200の位置関係は図2に示すように3通り存在する。図2の領域aのようにfd1とfd2が共に正の時、第1のアンテナ110aと第2のアンテナ110bは共に固定無線機200に接近し、図2の領域cのように共に負となる時、共に離反している。fd1とfd2の一方が正で他方が負となる場合、第1のアンテナ110aと第2のアンテナ110b間に固定無線機200のアンテナ210が存在する(図2の領域b)。
ドップラ周波数比が−1になるとき、相対位置xはL/2となる。
車輪の空転滑走により移動距離に積算誤差が生じる。本装置はその測定誤差を補正するために利用する。
実施の形態2は、実施の形態1で説明した移動無線機100の固定無線機200に対する相対位置xの時間変化を用いて列車の移動速度を算出するようにしたものである。
図6は、実施の形態2による列車位置検知装置の構成図である。実施の形態2では、移動無線機100aの位置検知部130aが速度演算部133を備え、算出した相対位置の時間変化により列車の移動速度を算出するよう構成されている。その他の構成は図1に示した実施の形態1と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
速度演算部133は、位置xの時間Δtあたりの変化量Δxから次式を用いて列車の移動速度vを算出し出力する。
v=Δx/Δt
実施の形態3は、実施の形態1の移動無線機位置演算部132と通過判定部141をより簡易な装置構成で実現する例である。実施の形態1では、移動無線機100が固定無線機200の真横付近に存在することを検知しており、移動無線機100のアンテナ間隔Lの中の任意の位置xから列車の位置検知を実施していたが、実施の形態3ではドップラ周波数の比が−1となることを検知して通過判定を実施するものである。
その他の構成は図1に示した実施の形態1と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
位置検知部130bのドップラ周波数演算部131で算出したドップラ周波数は列車位置検知部140aの通過判定部141aへ出力される。通過判定部141aは、ドップラ周波数比が−1となることを検知して真横を通過したと判定し、その判定信号を列車位置演算部142へ出力する。具体的にはドップラ周波数比が−1となるとき常にx=L/2となる。列車位置演算部142は、判定信号が入力されると、固定無線機200の設置位置と移動無線機100bの列車における設置位置に基づいて列車位置を演算し、算出した列車位置を出力する。
実施の形態1〜実施の形態3は、列車の移動方位と移動無線機のアンテナ配列の方位が略並行に設置できた場合について説明した。しかしながら、常に列車移動方位とアンテナ配列の方位が略並行に設置できているとは限らない。列車移動方位とアンテナ配列方位がなす角度を取付角度(ヨー角)とする。図8に取付角度がゼロでない場合の移動無線機の位置検知について示す。図中の破線で描画された部分は、移動無線機のアンテナ配列の方位と列車の移動方位が一致している場合に、二つのアンテナで受信した信号のドップラ周波数比が−1となったときの、固定無線機と移動無線機の関係を示しており、実線で描画された部分は、取付角度がゼロでない場合に、二つのアンテナで受信した信号のドップラ周波数比が−1となったときの固定無線機と移動無線機の関係を示している。取付角度によって、ドップラ周波数比が−1となる固定無線機に対する移動無線機位置が異なるため、移動無線機位置検知誤差が発生するという問題がある。実施の形態4では、この問題を解決するための形態である。
固定無線機200において信号生成部230は所定の周波数、振幅あるいは位相をもつ送信信号を生成して出力する。また、所定の周波数、振幅あるいは位相で変調した情報を送信信号として出力する。送信部220は送信信号を増幅器で電力増幅してアンテナ210へ出力する。アンテナ210は入力された送信信号を電波として放射する。
ここで、第1のアンテナ310aと第2のアンテナ310bと第3のアンテナ310cは、それぞれ所定の間隔Lで直線配列に配置した構成である。また、移動無線機100cが固定無線機200へ接近、通過、離反する際、第3のアンテナ310c、第2のアンテナ310b、第1のアンテナ310aの順番で固定無線機200の真横を通過するものとする。図中では、移動無線機100cの視点から描いており、固定無線機200が移動無線機100cに対して相対的に接近している。
取付角度θは、移動無線機位置演算部343へ出力する。
x=2L−(2L×(y+2Lsinθ)/(2y+2Lsinθ)
実施の形態5は、実施の形態1で計測した移動無線機100の固定無線機200に対する相対位置から、固定無線機200から移動無線機100へ到来する電波の到来角度を検知すると共に、検知した電波到来角度に基づいて列車の移動速度を検出する例である。
図12は、実施の形態5の列車位置検知装置における位置検知部130cを示す構成図である。実施の形態5の位置検知部130cは、ドップラ周波数演算部131、移動無線機位置演算部132、電波到来角度演算部134、速度演算部133aを備える。なお、列車位置検知装置におけるその他の構成は図1に示した実施の形態1と同様であるため、ここでの説明は省略する。
電波到来角度演算部134は、移動無線機位置演算部132で計測した移動無線機100の固定無線機200に対する相対位置xが入力されると、固定無線機200から放射した電波が移動無線機100のアンテナ110aと110bへそれぞれ到来した電波の到来角度θ1と電波の到来角度θ2をそれぞれ演算し、電波到来角度として速度演算部133aへ出力する。
電波到来角度θ1とθ2は、相対位置x、アンテナ110aと110bの間隔L、固定無線機200と軌道間の距離yを用いて次式から算出される。
θ1=tan−1(y/x)
θ2=tan−1(y/(L−x))
v=fd1/cosθ1/f×c
もしくは、
v=fd2/cosθ2/f×c
Claims (8)
- 軌道上を走行する列車に所定のアンテナ間隔を有して複数のアンテナが設置され、当該複数のアンテナを介して、前記列車の軌道脇に設置され、所定の周波数、振幅または位相を持つ送信信号を電波として放射する固定無線機からの電波をそれぞれ受信信号として取り出す受信部と、
前記複数の受信信号から算出したドップラ周波数の比から前記複数のアンテナの前記固定無線機に対する相対位置を算出する位置検知部とを備えたことを特徴とする列車位置検知装置。 - 前記相対位置と前記固定無線機の設置位置と前記複数のアンテナの前記列車における設置位置とから前記列車の位置を算出する列車位置検知部を備えたことを特徴とする請求項1記載の列車位置検知装置。
- 前記位置検知部は、前記複数のアンテナが前記固定無線機の真横付近に存在することを前記複数の受信信号から算出したドップラ周波数の比が負となることから検知し、前記固定無線機と前記軌道間の距離と、前記アンテナ間隔とに基づいて前記複数のアンテナの前記固定無線機に対する相対位置を算出することを特徴とする請求項2記載の列車位置検知装置。
- 前記位置検知部は、前記相対位置の時間変化により前記列車の移動速度を算出することを特徴とする請求項2記載の列車位置検知装置。
- 前記位置検知部は、前記相対位置と前記固定無線機と前記軌道間の距離と前記アンテナ間隔とから、前記固定無線機から放射した電波が前記アンテナに到来する電波到来角度を算出することを特徴とする請求項2記載の列車位置検知装置。
- 前記位置検知部は、前記電波到来角度と前記ドップラ周波数と前記所定の周波数を用いて前記列車の移動速度を算出することを特徴とする請求項5記載の列車位置検知装置。
- 軌道上を走行する列車に、所定のアンテナ間隔を有して3つ以上のアンテナが設置され、これらのアンテナを介して、前記列車の軌道脇に設置され、所定の周波数、振幅または位相を持つ送信信号を電波として放射する固定無線機からの電波をそれぞれ受信信号として取り出す受信部と、
前記受信部で取り出されたそれぞれの受信信号から3つ以上のドップラ周波数を算出するドップラ周波数演算部と、
複数のドップラ周波数の比が−1となることを検知して、前記3つ以上のアンテナのうちのいずれか2つのアンテナの前記固定無線機の真横通過を判定し、複数の通過判定信号を算出する通過判定部と、
前記複数の通過判定信号と列車の移動速度から、前記3つ以上のアンテナを結ぶ直線の、列車進行方向に対する取付角度を算出する取付角度補正演算部と、
前記取付角度と、前記固定無線機と前記軌道間の距離と、前記アンテナ間隔とに基づいて前記3つ以上のアンテナの前記固定無線機に対する相対位置を算出する位置演算部とを備えたことを特徴とする列車位置検知装置。 - 前記固定無線機の設置位置と、前記3つ以上のアンテナの前記列車における設置位置と、前記相対位置とから前記列車の位置を算出する列車位置演算部を備えたことを特徴とする請求項7記載の列車位置検知装置。
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