JP6157984B2

JP6157984B2 - 列車制御システム

Info

Publication number: JP6157984B2
Application number: JP2013167162A
Authority: JP
Inventors: 顕夫岩上
Original assignee: Nippon Signal Co Ltd
Current assignee: Nippon Signal Co Ltd
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2017-07-05
Anticipated expiration: 2033-08-09
Also published as: WO2015020214A1; KR20160042956A; KR102039565B1; JP2015036249A

Description

本発明は列車制御システムに係り、特に、サンプリング周波数を高めることなく、振幅変調波の位相を正しく検出することを可能とした列車制御システムに関する。

従来から、ＡＴＣに係る列車制御システムにおいて、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。

そして、近年、アナログＡＴＣ信号（振幅変調波）に位相変調を加え、従来のＡＴＣ信号と互換性を保ちながら情報量を増やすようにしたｅ−ＡＴＣと呼ばれるＡＴＣシステムが開発されている。そして、このｅ-ＡＴＣにおいては、振幅変調波の各信号部間の位相差が情報として送られるものであるため、ＡＴＣ受信部において信号の位相差を復調する際に、信号部と無信号部とを正しく判別する必要がある。

このような信号部と無信号部とを正しく判別する手段として、従来、例えば、第１の情報に応じて第１の符号化を行い、区間内に極性反転を持つ平衡符号を出力する第１の符号化手段と、当該平衡符号に応じて搬送波を変調する第１の変調手段と、第２の情報に応じて第２の符号化を行い、所定方式の第２の符号を出力する第２の符号化手段と、当該第２の符号に応じて搬送波を変調する第２の変調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２００１−０２４７１８号公報

しかしながら、前記従来の技術においては、計測した振幅変動または位相誤差を用いて周波数領域の信号に含まれる非希望信号を補正し、非希望信号が抑制された受信信号を増幅することにより、信号の受信を行うことができるものであるが、ｅ−ＡＴＣにおいて、位相検出結果の精度を高めるためには、サンプリング周波数を高くしなければならず、サンプリング周波数を低くすると振幅変調波の位相検出の誤差が大きくなってしまうという問題がある。そのため、従来のように非希望信号を抑制するだけでは、サンプリング周波数が低い場合に、ｅ-ＡＴＣにおける振幅変調波の位相を正しく検出することができないという問題を有している。

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高めることなく、振幅変調波の位相を正しく検出することのできる列車制御システム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システムは、地上装置と、
前記地上装置から送信された列車制御信号を受信する車上装置と、を備え、
前記地上装置は、前記列車制御信号を構成する振幅変調波を、変調波周波数にかかわらず振幅変調波の信号部の間隔より短い間隔の位相変調タイミングで位相変調して前記車上装置に送信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、前記車上装置は、前記地上装置からの振幅変調波と振幅変調波を遅延させた信号とにより振幅変調波の位相変化量を求め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、前記車上装置は、前記地上装置から位相変調して送られる振幅変調波を所定位相分遅延させる遅延回路と、前記地上装置から位相変調して送られる振幅変調波と前記遅延回路により遅延された信号とを乗算して振幅変調波の位相変化量を求める乗算回路と、を備えていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項３において、前記車上装置は、前記乗算回路による波形から変調波周波数成分を除去して直流成分を抽出して振幅変調波の位相変化量を求めるフィルタ回路をさらに備えていることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項３または請求項４において、前記車上装置は、前記地上装置から位相変調して送られる振幅変調波を１サンプル分遅延させる他の遅延回路をさらに備え、前記遅延回路による波形と、前記他の遅延回路による波形とに基づいて振幅変調波の位相変化量を求めることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項３または請求項４において、前記車上装置は、前記地上装置から位相変調して送られる振幅変調波をヒルベルト変換により遅延させる波形を生成し、元の振幅変調波の波形と前記遅延された波形とに基づいて振幅変調波の位相変化量を求めることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、地上装置により、列車制御信号を構成する振幅変調波を、変調波周波数にかかわらず振幅変調波の信号部の間隔より短い間隔の位相変調タイミングで位相変調して車上装置に送信するようにしているので、振幅変調波のサンプリング周波数を高めることなく、振幅変調波の位相を正確に検出することができ、この振幅変調波の位相差に基づいて列車の制御情報を得ることができる。

請求項３に係る発明によれば、車上装置に、地上装置から位相変調して送られる振幅変調波を所定位相分遅延させる遅延回路と、地上装置から位相変調して送られる振幅変調波と遅延回路により遅延された信号とを乗算して振幅変調波の位相変化量を求める乗算回路とを設けるようにしているので、この乗算回路により、振幅変調波と遅延回路により遅延された振幅変調波とを乗算することにより、振幅変調波から直流成分を抽出して振幅変調波の位相差を判定することができ、振幅変調波のサンプリング周波数を高めることなく、振幅変調波の位相を正確に検出することができ、この振幅変調波の位相差に基づいて列車の制御情報を得ることができる。

請求項４に係る発明によれば、車上装置に、乗算回路による波形から変調波周波数成分を除去して直流成分を抽出して振幅変調波の位相変化量を求めるフィルタ回路を設けるようにしているので、このフィルタ回路により、乗算後の振幅変調波から直流成分を抽出することにより、振幅変調波の位相差を判定するようにしているので、振幅変調波のサンプリング周波数を高めることなく、振幅変調波の位相を正確に検出することができ、この振幅変調波の位相差に基づいて列車の制御情報を得ることができる。

請求項５に係る発明によれば、車上装置に、地上装置から位相変調して送られる振幅変調波を１サンプル分遅延させる他の遅延回路を設け、遅延回路による波形と、他の遅延回路による波形とに基づいて振幅変調波の位相変化量を求めるようにしているので、遅延回路による波形と、他の遅延回路による波形とから２種類の位相成分を抽出することができ、これらの値から位相変化量のｃｏｓ成分、ｓｉｎ成分を求め、逆ｔａｎ関数を用いることによりで位相変化量を求めることが可能となる。

請求項６に係る発明によれば、車上装置に、地上装置から位相変調して送られる振幅変調波をヒルベルト変換により遅延させる波形を生成し、元の振幅変調波の波形と遅延された波形とに基づいて振幅変調波の位相変化量を求めるようにしているので、ヒルベルト変換処理を用いることにより、入力信号の位相をπ／２遅らせた信号を生成することができ、振幅変調波をｃｏｓ成分、ヒルベルト変換処理により生成された信号をｓｉｎ成分として、逆ｔａｎ関数を用いることで位相変化量を求めることが可能となる。

本発明に係る列車制御システム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システムの実施形態における車上装置の位相検出処理部を示す概略構成図である。本発明に係る列車制御システムの実施形態における振幅変調波の例を示す説明図である。本発明に係る列車制御システムの実施形態における振幅変調波と遅延した振幅変調波の例を示す説明図である。本発明に係る列車制御システムの実施形態における乗算回路により乗算した結果の例を示す説明図である。本発明に係る列車制御システムの実施形態におけるローパスフィルタにより処理した結果の例を示す説明図である。

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システム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システムは、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。

次に、車上装置３について説明する。

図２に示すように、車上装置３には、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電器４により受信して送られるように構成されている。また、車上装置３は、受電器４からの信号を受信する受信部、論理部、モニタ部など（いずれも図示せず）、各種装置を備えており、受信部は、位相検出処理部を備えている。図２は、この位相検出処理部の詳細を示したものであり、図２に示すように、位相検出処理部は、バンドパスフィルタ５と、乗算回路６と、遅延回路７と、フィルタ回路としてのローパスフィルタ８と、位相変化量算出回路９とをそれぞれ備えている。

ここで、列車制御信号は、図３に示すように、振幅に周期性を持たせた振幅変調波であり、信号部と無信号部とから構成されている。そして、振幅の信号部と、次の信号部との位相を、例えば、９０°ずつずらして送信することにより、この振幅の位相差を情報として送ることができるようになっている。そして、本実施形態においては、地上装置１により、振幅変調波を、その変調波周波数にかかわらず、一定時間ごとのタイミングで位相変調し、このように位相変調された振幅変調波を車上装置３に送信するように構成されている。なお、この位相変調する一定の時間は、任意に設定することができるものである。

バンドパスフィルタ５は、列車制御信号の振幅変調波の周波数帯域外のノイズを除去するものである。また、図４に示すように、遅延回路７は、バンドパスフィルタ５から出力される振幅変調波を、例えば、地上装置１により位相変調される時間など、所定の時間だけ遅延させるように構成されている。また、図５に示すように、乗算回路６は、バンドパスフィルタ５から出力される振幅変調波と、遅延回路７から出力される振幅変調波とを乗算することにより、振幅変調波の位相差に応じた直流成分をもった正弦波を得るように構成されている。

ローパスフィルタ８は、図６に示すように、乗算後の振幅変調波から、搬送波、変調波周波数成分を除去し直流成分を抽出するように構成されている。そして、直流成分は、振幅変調波の位相差に比例するものであるから、位相変化量算出回路９は、この直流成分に基づいて、振幅変調波の位相差を判定することができ、この位相差から列車制御情報を得るようになっている。なお、位相変調を行うタイミングによっては、すべての区間が無信号部となる場合もあるが、前述の処理を行うことにより、問題なく列車制御情報を得ることができる。

次に、本実施形態の動作について説明する。

地上装置１からレールに送信された列車制御信号を受電器４により受信したら、車上装置３のバンドパスフィルタ５により、列車制御信号の周波数帯域外のノイズを除去し、乗算回路６および遅延回路７に送るようになっている。

そして、遅延回路７により、バンドパスフィルタ５から出力される振幅変調波を、所定の時間だけ遅延させ、乗算回路６により、バンドパスフィルタ５から出力される振幅変調波と、遅延回路７から出力される振幅変調波とを乗算することにより、振幅変調波の位相差に応じた直流成分をもった正弦波を得る。

そして、ローパスフィルタ８により、乗算後の振幅変調波から、搬送波、変調波周波数成分を除去し直流成分を抽出し、この直流成分に基づいて、振幅変調波の位相差を判定して、この位相差から列車制御情報を得るようになっている。

以上述べたように、本実施形態においては、地上装置１により、振幅変調波をその変調波周波数にかかわらず、一定時間ごとのタイミングで位相変調して車上装置３に送信し、車上装置３の乗算回路６により、振幅変調波と遅延回路７により遅延された振幅変調波とを乗算して、ローパスフィルタ８により、乗算後の振幅変調波から直流成分を抽出することにより、振幅変調波の位相差を判定するようにしているので、振幅変調波のサンプリング周波数を高めることなく、振幅変調波の位相を正確に検出することができ、この振幅変調波の位相差に基づいて列車２の制御情報を得ることができる。

なお、位相変化量を求める他の手段として、地上装置１から位相変調して送られる振幅変調波を１サンプル分遅延させる他の遅延回路（図示せず）を設け、遅延回路７による振幅変調波の波形と、他の遅延回路による振幅変調波の波形とに基づいて振幅変調波の位相変化量を求めるようにしてもよい。すなわち、遅延回路７による遅延量をｄとした場合に、遅延ｄの乗算処理およびローパスフィルタ８の処理結果と合わせて、他の遅延回路による１サンプル分遅延された遅延量ｄ−１の乗算処理およびローパスフィルタ８の処理結果を用いることで、２種類の位相成分を抽出することができ、これらの値から位相変化量のｃｏｓ成分、ｓｉｎ成分を求め、逆ｔａｎ関数を用いることによりで位相変化量を求めることが可能となる。

また、位相変化量を求めるさらに他の手段として、位相変化量検出回路９を用いて、ヒルベルト変換により、ＦＩＲ（有限インパルス応答）フィルタを通る振幅変調波の波形と、遅延させる波形に分け、ＦＩＲフィルタを通過した波形をｓｉｎ成分、遅延させた波形をｃｏｓ成分として逆ｔａｎ関数により位相変化量を求めるようにしてもよい。すなわち、ヒルベルト変換処理を用いることにより、入力信号の位相をπ／２遅らせた信号を生成することができ、位相変化量を求めることが可能となる。

なお、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バンドパスフィルタ
６乗算回路
７遅延回路
８ローパスフィルタ
９位相変化量算出回路９

Claims

地上装置と、
前記地上装置から送信された列車制御信号を受信する車上装置と、を備え、
前記地上装置は、前記列車制御信号を構成する振幅変調波を、変調波周波数にかかわらず振幅変調波の信号部の間隔より短い間隔の位相変調タイミングで位相変調して前記車上装置に送信することを特徴とする列車制御システム。
前記車上装置は、前記地上装置からの振幅変調波と振幅変調波を遅延させた信号とにより振幅変調波の位相変化量を求めることを特徴とする請求項１に記載の列車制御システム。
前記車上装置は、前記地上装置から位相変調して送られる振幅変調波を所定位相分遅延させる遅延回路と、前記地上装置から位相変調して送られる振幅変調波と前記遅延回路により遅延された信号とを乗算して振幅変調波の位相変化量を求める乗算回路と、を備えていることを特徴とする請求項２に記載の列車制御システム。
前記車上装置は、前記乗算回路による波形から変調波周波数成分を除去して直流成分を抽出して振幅変調波の位相変化量を求めるフィルタ回路をさらに備えていることを特徴とする請求項３に記載の列車制御システム。
前記車上装置は、前記地上装置から位相変調して送られる振幅変調波を１サンプル分遅延させる他の遅延回路をさらに備え、前記遅延回路による波形と、前記他の遅延回路による波形とに基づいて振幅変調波の位相変化量を求めることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の列車制御システム。
前記車上装置は、前記地上装置から位相変調して送られる振幅変調波をヒルベルト変換により遅延させる波形を生成し、元の振幅変調波の波形と前記遅延された波形とに基づいて振幅変調波の位相変化量を求めることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の列車制御システム。