JP6110185B2

JP6110185B2 - 列車制御装置

Info

Publication number: JP6110185B2
Application number: JP2013074205A
Authority: JP
Inventors: 菅原　淳; 淳菅原; 和久津　拓也; 拓也和久津; 貴文中野; 顕夫岩上
Original assignee: Nippon Signal Co Ltd
Current assignee: Nippon Signal Co Ltd
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2017-04-05
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: JP2014200134A

Description

本発明は列車制御装置に係り、特に、サンプリング周波数を低く設定することができるとともに、相関計算のタップ数を少なくして、適正に搬送波の位相差を検出することを可能とした列車制御装置に関する。

従来から、ＡＴＣに係る列車制御装置において、地上側に設けられる地上装置と、列車側に搭載される車上装置とから構成され、地上装置から列車に向けて所定の列車制御信号を送信し、送信された列車制御信号を車上装置で受信して速度制御等の所定の列車制御を行うように構成されている。

このような列車制御装置においては、列車制御信号として用いられる振幅変調波の搬送波の位相を変化させることにより、複数の情報を車上側に送信することができるようにした技術が開発されてきている。

このような列車制御装置として、従来、例えば、主情報と異なる副情報に対応した所定の位相で搬送波の位相を変調処理する地上装置に設けられた位相変調処理手段と、地上装置から受信した信号の位相を検出する車上装置に設けられた位相検出手段と、検出された位相に対応した副情報を抽出する副情報抽出手段と、抽出された副情報に基づいて主情報との組合せにより列車を制御する列車制御手段とを備えた技術が開示されている（（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２００８−０１３０４３号公報

しかしながら、前記従来の技術においては、位相検出手段により、相関値の極大値間の時間差から位相差を求めるものであるため、相関値の極大値を求める必要があり、極大値を求めるためにはサンプリング周波数を対象となる搬送波周波数よりその位相差を識別する精度に比例して高くする必要があり、それに伴い相関計算のタップ値も大きくする必要があるという問題を有している。また、振幅変調波の搬送波の周波数が高い場合は、サンプリング周波数も高くなるため、改善が要望されてた。

本発明は前記した点に鑑みてなされたものであり、サンプリング周波数を低く設定することができるとともに、相関計算のタップ数を少なくして、適正に搬送波の位相差を検出することのできる列車制御装置を提供することを目的とするものである。

本発明は前記目的を達成するために、請求項１の発明に係る列車制御装置は、地上装置から送信された振幅変調信号から位相情報を出力する位相検出手段を備えた車上装置を備え、
前記位相検出手段は、あらかじめ設定した位相をずらした複数の搬送波波形データを並列に配置し、前記地上装置から送信された前記振幅変調信号の搬送波について並列に配置された前記複数の搬送波波形データからそれぞれ計算された相関値の差に基づき、前記振幅変調信号の搬送波の位相を検出することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、前記位相検出手段は、位相をずらした前記複数の搬送波波形データの並列な配置に応じて設けられるとともに対応する搬送波波形データから前記振幅変調信号の搬送波についての相関値をそれぞれ計算する複数のディジタル相関器を有することを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項２において、前記複数のディジタル相関器は、並列に配置された前記複数の搬送波波形データとして、内部搬送波１周期分の波形データについて位相をずらした係数をそれぞれ格納することを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項において、前記位相検出手段は、出力される相関値における極大に関するデータに基づき前記振幅変調信号の搬送波の位相を検出することを特徴とする。
請求項５に係る発明は、請求項４において、前記位相検出手段は、出力される相関値における極大に関するデータとしての２つの相間出力の位相差に基づき前記振幅変調信号の搬送波の位相を検出することを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、位相検出手段により、あらかじめ設定した位相をずらした複数の搬送波波形データを並列に配置し、地上装置から送信された振幅変調信号の搬送波について並列に配置された複数の搬送波波形データからそれぞれ計算された相関値の差に基づき、振幅変調信号の搬送波の位相を検出するようにしているので、並列に配置され、かつ、位相をずらした複数の搬送波波形データに基づいて計算することにより、サンプリング周波数を高くすることなく、しかも、相関計算のタップ値が少ない場合でも、適正に相関値の極大値を検出することができる。

請求項２に係る発明によれば、位相検出手段を、位相をずらした複数の搬送波波形データの並列な配置に応じて設けられるとともに対応する搬送波波形データから振幅変調信号の搬送波についての相関値をそれぞれ計算する複数のディジタル相関器を有するようにしているので、各ディジタル相関器ごとに位相をずらした搬送波形データを設定し、あらかじめ設定した位相をずらした複数の搬送波波形データと、地上装置から送信された振幅変調信号の搬送波とを相関計算することにより、各ディジタル相関器ごとに出力される相関値に基づいて、サンプリング周波数を高くすることなく、しかも、相関計算のタップ値が少ない場合でも、適正に相関値の極大値を検出することができる。

本発明に係る列車制御装置の実施形態を示す概略構成図である。本発明に係る列車制御装置の実施形態における振幅変調波の波形例を示す説明図である。本発明に係る列車制御装置の実施形態における位相検出回路を示す構成図である。本発明に係る列車制御装置の実施形態におけるすディジタル相関器を示す構成図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る列車制御装置の実施形態を示す概略構成図であり、図１において、本実施形態の列車制御装置は、地上側に設けられている地上装置１と、列車２に搭載した車上装置３と、を備えて構成されている。そして、地上装置１から、例えば、列車２の許容速度情報などの列車制御情報に対応させた列車制御信号を、図中右方向に進行している列車２が在線する軌道回路Ｔのレールの図中右端側から送信し、この列車制御信号を車上装置３が受信すると、列車制御信号から列車制御情報を抽出し、抽出した列車制御情報に基づいて列車２の走行を制御するよう構成されている。軌道回路は、レールにより形成されていて、前後の軌道回路Ｔ′，Ｔ″を形成するレールとは、交流信号に対してそれぞれ電気的絶縁が図られている。

また、地上装置１は、所定の周波数を有する基本搬送波を振幅変調処理して変調波を生成し、所定の列車制御情報を示す列車制御信号を形成するように構成されている。そして、このように、振幅変調処理された列車制御信号は、増幅処理されて軌道回路Ｔを形成するレールに供給されるように構成されている。なお、このような地上装置１は、隣接する軌道回路Ｔ′，Ｔ″にもそれぞれ設けられているが、ここでは省略する。

図２は、地上装置１から送信される列車制御信号の波形例である。図２の波形は、基本搬送波に対して断続する信号部分（マーク）ごとに位相を進めた位相変調信号を変調波で振幅変調した列車制御信号である。なお、図２において、Ａ、Ｂ、Ｃは、列車制御信号（振幅変調信号）の断続する信号部分（マーク）を示す。

次に、車上装置３について説明する。

車上装置３は、列車２の前部においてレールに対向して設けられ地上装置１からレールに送信された列車制御信号を受信する受電器４と、受信した列車制御信号を入力する位相検出手段としての位相検出回路５とを備えている。

図３において、本実施形態の位相検出回路５は、Ａ／Ｄ変換器６と、ディジタル相関器７と、位相差検出回路８と、を備えて構成されている。

Ａ／Ｄ変換器６は、受信したアナログの列車制御信号（振幅変調信号）を所定間隔でサンプリングしてディジタル信号に変換し、変換したディジタル列車制御信号（振幅変調信号）をサンプリングデータとして出力するように構成されている。

ディジタル相関器７は、Ａ／Ｄ変換器６から入力するサンプリングデータに基づいて、図２に示す列車制御信号（振幅変調信号）の断続する各信号部分（マーク）Ａ、Ｂ、Ｃにおける各搬送波と基本搬送波の相関値を算出するものである。そして、本実施形態においては、ディジタル相関器７は、複数設けられており、各ディジタル相関器７は、Ａ／Ｄ変換器６にそれぞれ並列に接続されている。

各ディジタル相関器７は、図４に示すように、サンプリングデータが入力されるシフトレジスタ９と、係数格納部１０と、乗算器１１−１〜１１−Ｎと、加算器１２と、を備えている。シフトレジスタ９は、基本搬送波の１周期分の波形データを構成するサンプリングデータを格納できる数のシフト段Ｉ（１）〜Ｉ（Ｎ）を有して順次シフトするように構成されている。ここで、（３６０゜／シフト段数）が検出可能な最小位相差であり、シフト段数が位相差の検出分解能に影響を与えるものである。

係数格納部１０は、内部搬送波１周期分の波形データを、シフトレジスタ９のシフト段数に対応させた数の乗算係数Ａ（１）〜Ａ（Ｎ）として格納する。例えば、シフト段数を３６とした場合、乗算係数（Ａ１）〜Ａ（Ｎ）の数も３６であり、この場合、乗算係数Ａ（１）〜Ａ（Ｎ）として、内部搬送波の１周期（３６０°）における１０°毎の振幅値を格納するようになる。

また、乗算器１１−１〜１１−Ｎは、シフトレジスタ９のシフト段数Ｎに対応してＮ個設けられ、シフトレジスタ９の各シフト段Ｉ（１）〜Ｉ（Ｎ）のサンプリングデータに、係数格納部１０の対応する乗算係数Ａ（１）〜Ａ（Ｎ）をそれぞれ乗算するように構成されている。加算器１２は、各乗算器１１−１〜１１−Ｎの乗算結果を加算して入力する位相変調された搬送波と内部搬送波（基本搬送波）の相関度合を示す相関値を出力するように構成されている。そして、入力する搬送波の１周期分のサンプリングデータを順次シフトし、入力する搬送波の位相と内部搬送波の位相が一致したとき相関値が極大値となるものであり、これにより、入力する搬送波の１周期毎に相関値極大位置が存在することになる。

また、本実施形態においては、各ディジタル相関器７の係数格納部１０には、内部搬送波１周期分の波形データの位相をずらして格納するように構成されている。例えば、ディジタル相関器７をＮ個設けたとすると、ディジタル相関器（１）７では内部搬送波の波形データの位相は、０°すなわちそのままの形で格納されるように構成されており、ディジタル相関器（２）７では、内部搬送波の波形データの位相は、３６０°／Ｎだけずらした形で格納されるように構成されている。ここで、例えば、Ｎ＝３６であるとすると、各ディジタル相関器７の内部搬送波波形データの位相のずれは、１０°となり、各ディジタル相関器７の係数格納部１０には、１０°ずつずれた位相の内部搬送波の波形データが格納されるようになる。

また、位相差検出回路８は、各ディジタル相関器７から出力される相関値に基づいて、相関値の極大位置を検出し、この相関値の極大位置データに基づいて互いに隣合う信号部分間の極大位置の差を算出して隣合う信号部分間の搬送波の相対的位相差を検出するように構成されている。

ここで、本実施形態においては、各ディジタル相関器７から出力される各相関値は、入力された搬送波の波形データと係数格納部１０に格納された内部搬送波の波形データとを乗算することにより求められるものであることから、入力された搬送波波形の位相に近い内部搬送波の波形データを係数にもつディジタル相関器７の相関値が極大値に近い値を出力することになる。このように、各ディジタル相関器７に内部搬送波の波形データの位相をずらした係数を格納することにより、サンプリング周波数を高くすることなく、しかも、相関計算のタップ値が少ない場合でも、適正に相関値の極大値を検出することができるものである。

そして、位相差検出回路は、例えば、図４に示すように、列車制御信号の信号部分（マーク）において、各ディジタル相関器７から出力される相関値０〜Ｎ−１の中で相関出力iで極大値が出力され、次の信号部分（マーク）では相関出力ｊで極大値が出力されたとすると、相関出力ｉと相関出力ｊとの位相差が求める受信信号の位相差になる。

次に、本実施形態の列車制御装置における位相検出回路５の動作を説明する。

受電器４で受信された振幅変調信号が位相検出回路５に入力すると、Ａ／Ｄ変換器６により所定間隔でサンプリングされ、ディジタル信号のサンプリングデータが各ディジタル相関器７に順次入力される。そして、ディジタル相関器７において、入力したサンプリングデータをシフトレジスタ９により順次シフトし、乗算器１１−１〜１１−Ｎにより、シフトレジスタ９の各シフト段のサンプリングデータＩ（１）〜Ｉ（Ｎ）と係数格納部１０に格納された乗算係数Ａ（１）〜Ａ（Ｎ）を乗算する。そして、乗算器１１−１〜１１−Ｎの乗算結果を加算器１２で加算して相関値が演算され、演算された相関値は位相差検出回路８に入力される。

そして、位相差検出回路により、各ディジタル相関器７から出力された相関出力に基づいて、いずれのディジタル相関器７からの相関値が極大値となるかを検出し、各信号部分における極大値の相関出力との位相の差を求めることにより、位相差を検出するようになっている。

なお、本実施形態においては、１つの信号部分（マーク）において、相関出力の極大値がいずれかのディジタル相関器７から周期的に出力されることを、確認することにより、信号検出が正常に行われていることを確認できる。

以上述べたように、本実施形態においては、各ディジタル相関器７の係数格納部１０に内部搬送波１周期分の波形データの位相をずらして格納するようにしているので、入力された搬送波波形の位相に近い内部搬送波の波形データを係数にもつディジタル相関器７の相関値が極大値に近い値を出力することになり、サンプリング周波数を高くすることなく、しかも、相関計算のタップ値が少ない場合でも、適正に相関値の極大値を検出することができるという効果を奏する。

なお、前記実施形態においては、複数のディジタル相関器７を設け、これら各ディジタル相関器７の係数格納部１０に位相をずらした内部搬送波の波形データをそれぞれ格納するようにしたが、１つのディジタル相関器７において、係数格納部１０に内部搬送波の位相をずらした波形データをそれぞれ格納しておき、各位相における波形データと入力された搬送波波形とに基づいて相関計算することにより、相関値の極大値を検出するようにしてもよい。

また、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能である。

１地上装置
２列車
３車上装置
４受電器
５位相検出回路
６Ａ／Ｄ変換器
７ディジタル相関器
８位相差検出回路
９シフトレジスタ
１０係数格納部
１１乗算器
１２加算器

Claims

地上装置から送信された振幅変調信号から位相情報を出力する位相検出手段を備えた車上装置を備え、
前記位相検出手段は、あらかじめ設定した位相をずらした複数の搬送波波形データを並列に配置し、前記地上装置から送信された前記振幅変調信号の搬送波について並列に配置された前記複数の搬送波波形データからそれぞれ計算された相関値の差に基づき、前記振幅変調信号の搬送波の位相を検出することを特徴とする列車制御装置。
前記位相検出手段は、位相をずらした前記複数の搬送波波形データの並列な配置に応じて設けられるとともに対応する搬送波波形データから前記振幅変調信号の搬送波についての相関値をそれぞれ計算する複数のディジタル相関器を有することを特徴とする請求項１に記載の列車制御装置。
前記複数のディジタル相関器は、並列に配置された前記複数の搬送波波形データとして、内部搬送波１周期分の波形データについて位相をずらした係数をそれぞれ格納することを特徴とする請求項２に記載の列車制御装置。
前記位相検出手段は、出力される相関値における極大に関するデータに基づき前記振幅変調信号の搬送波の位相を検出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の列車制御装置。
前記位相検出手段は、出力される相関値における極大に関するデータとしての２つの相間出力の位相差に基づき前記振幅変調信号の搬送波の位相を検出することを特徴とする請求項４に記載の列車制御装置。