JP6172900B2 - 列車速度計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、レール上を走行する列車の速度を計測する列車速度計測装置に関する。

特許文献１には、列車に搭載され、ドップラ効果を利用して列車の速度を計測する、レーダ式速度計測装置が開示されている。

特開平８−０５４４６１号公報

レール上を走行する列車の速度（対地速度）を、列車に搭載したレーダ式の速度計で計測する場合であって、電磁波を地面に照射してその反射波に基づき列車速度を計測する場合、例えば列車が橋梁を走行しているときには、枕木の間で隙間があいてしまい、隙間の部分で電磁波が反射しないため、速度計測を行うことができなくなってしまう。

本発明は、上記課題に着目してなされたものであり、列車が橋梁などを走行している場合であっても反射波を利用した速度計測を継続して行える、列車速度計測装置を提供することを目的とする。

そのため、本発明に係る列車速度計測装置は、レール上を走行する列車に搭載され、一対の電磁波送信部それぞれから前記レールに向けて電磁波を送信し、前記レールからの反射波に基づいて前記列車の速度を計測する列車速度計測装置であって、前記一対の電磁波送信部は、指向方向が前記列車の左右方向及び前後方向の双方において前記レールに斜めに交差し、前記列車の左右方向において面対称をなして１本のレールに２方向から電磁波を照射するよう配置される。
また、本発明に係る列車速度計測装置は、レール上を走行する列車に搭載され、一対の電磁波送信部それぞれから前記レールに向けて電磁波を送信し、前記レールからの反射波に基づいて前記列車の速度を計測する列車速度計測装置であって、前記一対の電磁波送信部は、指向方向が前記列車の左右方向及び前後方向の双方において前記レールに斜めに交差し、前記列車の前後方向において面対称をなして１本のレールに２方向から電磁波を照射するよう配置される。

上記発明によると、レールは、橋梁などにおいても途切れることなく設けられるから、速度計測を継続して行える。

本発明の実施形態における列車速度計測装置を示す図である。 本発明の実施形態における電磁波送信部及び反射波受信部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態における送信アンテナ及び受信アンテナの配置の例を示す図である。 本発明の実施形態における送信アンテナ及び受信アンテナの配置の例を示す図である。 図４に示した列車速度計測装置での偏倚による照射角度の変化を示す図である。 本発明の実施形態における送信アンテナ及び受信アンテナの配置の例を示す図である。 図６に示した列車速度計測装置での偏倚による照射角度の変化を示す図である。 本発明の実施形態における送信アンテナ及び受信アンテナの配置の例を示す図である。 本発明の実施形態における送信アンテナ及び受信アンテナの配置の例を示す図である。 図９に示した列車速度計測装置での偏倚による照射角度の変化を示す図である。 本発明の実施形態における送信アンテナ及び受信アンテナの配置の例を示す図である。 図１１に示した列車速度計測装置での偏倚による照射角度の変化を示す図である。 本発明の実施形態の列車速度計測装置による計測結果を示す図である。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、レール上を走行する列車（鉄道車両）に搭載され、反射波を利用して当該列車の速度（対地速度）を計測するレーダ式列車速度計測装置の一例を示す。
図１において、左右一対のレール（軌条）１は、路盤２上に枕木３を介して設けられ、車輪４を介して列車５の加重を支持し、かつ、列車５を誘導走行させる。

列車５の車体下部５ａには、ステー６を介して列車速度計測装置７が吊り下げ固定されている。
列車速度計測装置７は、ドップラ効果を利用するドップラ式速度計であり、電磁波を送信する電磁波送信部７１と、反射波を受信する反射波受信部７２とを含み、反射波の周波数に基づき列車５の速度（対地速度）を計測する。

ここで、電磁波送信部７１が送信する電磁波の周波数（Hz）をｆ０、反射波の周波数（Hz）をｆ１、ドップラ周波数（Hz）をｆｄ（ｆｄ＝ｆ１−ｆ０）、列車５の速度（m/s）をＶ、光速（m/s）をｃ、電磁波送信部７１と電磁波を照射するレール１の面とがなす角度（rad）をθとすると、速度Ｖは、以下の数１に従って算出される。

尚、図１には、角度θを、列車５の側方から見た場合の列車５の走行方向（速度方向）と電磁波送信部７１の電磁波の指向方向とがなす角度として示したが、数１で用いる角度θは、図３〜図１２における列車５の側方から見た場合の列車５の走行方向（レール１）と電磁波送信部７１の電磁波の指向方向とがなす角度θ３の他、レール１を真上から見たときのレール１と電磁波送信部７１の電磁波の指向方向とがなす角度θ１、レール１の横断面に直交する方向から見たときのレール１の踏み面と電磁波送信部７１の電磁波の指向方向とがなす角度θ２などを考慮し、更には、電磁波送信部７１とレール１との距離などの要素も考慮した値とする。
そして、電磁波送信部７１を列車５に設置する場合には、上記の３つの角度θ１〜θ３及びレール１との距離が適切になるように、電磁波送信部７１の設置位置、指向方向が調整される。

図２は、電磁波送信部７１及び反射波受信部７２の構成の一例を示すブロック図である。
図２において、電磁波送信部７１は、送信電磁波発生部７１ａ、送信電磁波発生部７１ａが発生した電磁波を増幅する増幅部７１ｂ、増幅部７１ｂで増幅された電磁波（周波数ｆ０）を送信する送信アンテナ７１ｃを含む。

また、反射波受信部７２は、反射波（周波数ｆ１）を受信する受信アンテナ７２ａ、受信アンテナ７２ａからの信号（周波数ｆ１）と送信電磁波発生部７１ａからの信号（周波数ｆ０）とを入力して、ドップラ周波数ｆｄ成分を出力する復調部（検波部）７２ｂを含む。
そして、処理部７３は、復調部７１ｂが出力するドップラ周波数ｆｄ成分を入力し、数１に従って列車５の速度Ｖを演算し、演算した速度Ｖの信号を出力する。

ここで、レール１に対して電磁波を照射し、かつ、レール１からの反射波を受信し、レール１からの反射波に基づいて列車５の速度を計測するために、送信アンテナ７１ｃの電磁波照射範囲及び受信アンテナ７２ａの受信範囲にレール１が含まれるようにしてある。
送信アンテナ７１ｃからレール１に向けて送信する電磁波としては、周波数が３０〜３００GHzの電磁波であるミリ波（60GHz帯）を用いることができる。周波数の高い電磁波を用いることで、電磁波の指向性を高め、速度Ｖの検出精度を高めることができる。
また、送信と受信とを交互に実施することで、１つのアンテナを送信と受信とに共用することができる。

上記の列車速度計測装置７によれば、レール１からの反射波に基づいて列車５の速度Ｖを計測するから、列車５が橋梁（鉄橋）などを走行している場合であっても、連続して設けられるレール１からの反射波を受信して継続的に速度Ｖを計測できる。
路盤２などからの反射波に基づいて列車５の速度Ｖを計測する場合、列車５が橋梁を走行するときに、枕木３の間の隙間部分で反射波を受信できず、速度計測が行えなくなってしまうが、レール１は橋梁部分でも途切れることなく連続して設けられるため、橋梁部分でも継続した速度計測が可能である。

上記の列車速度計測装置７において、レール１に対する電磁波の照射位置（反射位置）は限定されないが、以下では、電磁波の照射位置（反射位置）の設定例を説明する。
図３は、レール１の踏面（頭頂部）１ａからの反射波に基づいて速度計測を行わせる場合の送信アンテナ７１ｃ及び受信アンテナ７２ａの配置の一例を示す。

図３（Ａ）は、レール１を垂直方向の真上から見た図であり、送信アンテナ７１ｃ（電磁波送信部）及び受信アンテナ７２ａ（反射波受信部）が、レール１の真上に位置するように相互に隣接して配置されている。
そして、レール１を真上から見た場合に、列車５の前後方向、換言すれば、レール１の延設方向に略沿って電磁波が照射されるように、送信アンテナ７１ｃの左右方向における指向方向を設定してある。換言すれば、送信アンテナ７１ｃの指向方向とレール１の延設方向とが平行で、送信アンテナ７１ｃの指向方向とレール１の延設方向とがなす角度θ１が０degになるようにしてある。
これにより、レール１の横断面に直交する方向から見たときに、図３（Ｂ）に示すように、レール１の踏面１ａに対して電磁波が略直角に照射されることになる。換言すれば、送信アンテナ７１ｃの指向方向とレール１の踏面１ａとがなす角度θ２が９０degになるようにしてある。

一方、レール１の側面１ｂ側から見たときには、図３（Ｃ）に示すように、電磁波の照射方向が斜め下方となるように送信アンテナ７１ｃの指向方向を設定してあり、図３（Ｃ）に示す例では、レール１の踏面１ａと送信アンテナ７１ｃの指向方向とがなす角度θ３を、一例として４５degに設定してある。
そして、送信アンテナ７１ｃから送信され、レール１の踏面１ａで反射する電磁波のうち、送信アンテナ７１ｃ側に戻るように反射する反射波が、受信アンテナ７２ａに受信されるように、受信アンテナ７２ａの指向方向を送信アンテナ７１ｃの指向方向と略平行に設定してある。

レール１からの反射波として、レール１の側面１ｂからの反射波を用いて速度計測を行わせることができるが、レール１の頭部側面や腹部などの側面１ｂに対して斜めに電磁波を照射する場合、レール１の曲線区間（カーブ）では、曲率半径Ｒの大きさに応じて電磁波の照射角度が直線区間の角度から変化してしまい、速度計測値に誤差を生じてしまう。
これに対し、図３に示すように、送信アンテナ７１ｃ及び受信アンテナ７２ａを配置することで、レール１の踏面１ａに電磁波を照射し、踏面１ａからの反射波に基づいて速度計測を行うようにすれば、レール１の曲線区間で電磁波の照射角度が変化することがなく、曲線区間で速度計測値に誤差が生じることを抑制できる。

但し、図３に示すように、レール１の真上から踏面１ａに対して電磁波を照射する設定では、曲線区間の曲率半径Ｒが小さく、列車５の偏倚が大きくなると、送信アンテナ７１ｃ及び受信アンテナ７２ａの真下の位置からレール１の位置が左右にずれ、レール１の踏面１ａからの反射波を受信できなくなるか、及び／又は、レール１の側面１ｂや底部１ｅからの反射波を受信してしまう可能性がある。そして、レール１の側面１ｂからの反射波を受信すると、速度計測値に誤差が生じることになる。
尚、列車５の偏倚とは、レール１の曲線区間（カーブ）でのレール１に対する車体の内外へのずれである。

そこで、レール１の踏面１ａからの反射波に基づき速度計測を行わせる列車速度計測装置７において、偏倚に伴う計測誤差を低減できる、送信アンテナ７１ｃ及び受信アンテナ７２ａの配置の一例を、図４に従って説明する。
図４に示す列車速度計測装置７では、列車５の左右方向（左右レール１の並び方向）において、１本のレール１を挟んで、一方側に送信アンテナ７１ｃ（電磁波送信部）、他方側に受信アンテナ７２ａ（反射波受信部）を配置してある。

そして、レール１の横断面に直交する方向から見たときに、図４（Ｂ）に示すように、送信アンテナ７１ｃの指向方向を、レール１の踏面１ａの中央に向け、送信アンテナ７１ｃによる電磁波照射範囲にレール１の踏面１ａが含まれるようにしてある。尚、レール１の直線区間における送信アンテナ７１ｃの指向方向とレール１の踏面１ａとがなす角度θ２を、図４に示す例では、一例として７５degに設定してある。
また、受信アンテナ７２ａの指向方向も、レール１の踏面１ａの中央に向けられており、受信アンテナ７２ａの反射波の受信範囲にレール１の踏面１ａが含まれるようにしてある。更に、レール１の直線区間における受信ンテナ７２ａの指向方向とレール１の踏面１ａとがなす角度θ２を、送信アンテナ７１ｃ側と同じ角度（例えば７５deg）に設定してある。

一方、レール１の側面１ｂ側から見たときには、図４（Ｃ）に示すように、電磁波の照射方向がレール１の踏面１ａに向けて斜め下方となるように送信アンテナ７１ｃの指向方向を設定し、かつ、受信アンテナ７２ａの指向方向も、送信アンテナ７１ｃの指向方向と略平行になるように、レール１の踏面１ａに向け斜め下方に設定されている。図４（Ｃ）に示す例では、レール１の踏面１ａと送信アンテナ７１ｃの指向方向及び受信アンテナ７２ａの指向方向とがなす角度θ３を、一例として４５degに設定してある。
上記指向方向の設定により、レール１を垂直方向の真上から見た場合には、図４（Ａ）に示すように、レール１の外側に配置された送信アンテナ７１ｃが、レール１の踏面１ａに向けて斜めに電磁波を照射し、レール１を挟んで逆側に配置された受信アンテナ７２ａが、レール１の踏面１ａでの反射波を受信することになる。

即ち、図４に示す例では、送信アンテナ７１ｃ及び受信アンテナ７２ａは、レール１を含む垂直面を対称面として面対称に配置されている。
列車速度計測装置７の送信アンテナ７１ｃ及び受信アンテナ７２ａの指向方向を、レール１の直線区間において図４に示すような方向になるように設定しても、レール１の曲線区間において列車５の偏倚が生じると、受信アンテナ７２ａと送信アンテナ７１ｃとの位置に対して相対的にレール１の位置が左右にずれることで、例えば、図５に示すような位置関係に変化する。

図５は、レール１の曲線区間で、レール１の位置が送信アンテナ７１ｃの真下側に近づく偏倚が発生した例を示す。
このとき、レール１の踏面１ａは、送信アンテナ７１ｃの電磁波送信範囲内で、かつ、受信アンテナ７２ａの反射波受信範囲内で変位するように、送信アンテナ７１ｃ及び受信アンテナ７２ａに指向角度を設定してあり、レール１の曲線区間でもレール１の踏面１ａからの反射波に基づいて速度Ｖを計測することが可能である。

更に、以下に説明するように、レール１の側面１ｂからの反射波が受信されることが抑制されるため、レール１の曲線区間でも列車５の速度Ｖを高精度に計測できる。
レール１の曲線区間で、送信アンテナ７１ｃからレール１に向けて送信される電磁波の一部が、図５におけるレール１の右側面１ｂＲに照射されても、右側面１ｂＲは、受信アンテナ７２ａ側から見えるレール１の左側面１ｂＬの裏面であり、レール１が遮蔽物となって右側面１ｂＲでの反射波が受信アンテナ７２ａに受信されることが抑制される。

また、送信アンテナ７１ｃ側から見たときに、レール１の左側面１ｂＬは裏面となり、送信アンテナ７１ｃから送信された電磁波が、直接左側面１ｂＬに照射されることを抑制できる。
図４に示す送信アンテナ７１ｃ及び受信アンテナ７２ａの配置においては、送信アンテナ７１ｃ及び受信アンテナ７２ａが、レール１を挟んで左右対称となるように配置し、かつ、各アンテナ７１ｃ，７２ａの指向方向がレール１を向くように、指向方向を内側に傾けてある。そして、曲線区間で偏倚が生じてもレール１が各アンテナ７１ｃ，７２ａのビーム照射範囲に含まれるように、各アンテナ７１ｃ，７２ａの位置及び放射範囲の調整を行う。
従って、レール１の直線区間で図４に示すように送信アンテナ７１ｃ及び受信アンテナ７２ａを配置してあれば、レール１の曲線区間で列車５の偏倚が発生しても、レール１の踏面１ａからの反射波を受信でき、かつ、レール１の側面１ｂからの反射波を受信することが抑制され、レール１の曲線区間における計測誤差の発生を抑えることができる。

尚、図５（Ｂ）に示す角度は、列車５の偏倚により、レール１の踏面１ａの中央位置と、送信アンテナ７１ｃ及び受信アンテナ７２ａとを結ぶ線が、踏面１ａとなす角度が変化する様子を示し、直線区間において双方が７５degであった角度θ２が、偏倚に伴って８５deg、６５degにそれぞれ変化した場合を示す。

次に、レール１の側面１ａからの反射波を受信する場合であっても、偏倚に伴う計測誤差の発生を抑制できるようにした、列車速度計測装置７の例を説明する。
偏倚に伴う計測誤差の発生を抑制するために、送信アンテナ７１ｃ（電磁波送信部）と受信アンテナ７２ａ（反射波受信部）との組み合わせを２組設け、２つの送信アンテナ７１ｃによるレール１に対する電磁波の照射角度が、レール１の直線区間では同じであって、レール１の曲線区間では、一方がプラス側に、他方がマイナス側に変化するように、２つの送信アンテナ７１ｃそれぞれの指向方向を設定する。

即ち、照射角度がプラス側に変化した場合の速度誤差の発生方向と、照射角度がマイナス側に変化した場合の速度誤差の発生方向とは逆になるから、実際の速度よりも速い側に誤差が生じた計測結果と、実際の速度よりも遅い側に誤差が生じた計測結果とが得られることになり、これらの計測結果の間に実際の速度が位置することになる。
特に、プラス側に変化する角度と、マイナス側に変化する角度とが同等になるようにすれば、これらの計測結果の平均値（中央値）が実際の速度に近似することになる。換言すれば、速度計測値の誤差としてプラス側の誤差とマイナス側の誤差とが発生するようにし、かつ、誤差の絶対値が近似するように設定すれば、２つの計測結果の平均値（中央値）が実際の速度に近似することになる。

そこで、プラス側に変化する角度と、マイナス側に変化する角度とが同等になるように、２つの送信アンテナ７１ｃを配置した上で、一方の送信アンテナ７１ｃから送信した電磁波の反射波の周波数に基づいて速度Ｖ１を計測すると共に、他方の送信アンテナ７１ｃから送信した電磁波の反射波の周波数に基づいて速度Ｖ２を計測し、これら２つの計測結果の平均値Ｖ（Ｖ＝（Ｖ１＋Ｖ２）／２）を最終的な計測結果として出力させる。

これによって、レール１の側面１ｂからの反射波を受信する場合であっても、直線区間、及び、偏倚が発生する曲線区間において、列車５の速度Ｖを十分な精度で計測することができ、更に、レール１からの反射波に基づいて速度Ｖを計測するので、列車５が橋梁などを走行する場合でも、継続して速度Ｖを計測できる。
但し、曲線区間での照射角度の変化の絶対値に差異があっても、２つの計測結果を用いて最終的な計測値を求めることで、計測誤差の抑制を図ることができ、プラス側に変化する角度とマイナス側に変化する角度とにずれがある配置とすることができる。
ここで、レール１の曲線区間において、一方の電磁波の照射角度がプラス側に、他方の電磁波の照射角度がマイナス側に同じ角度αだけ変化するようにするには、一対の送信アンテナ７１ｃが、レール１の真上から左右方向にずれた位置からレール１に対して傾斜角を有して電磁波を照射し、かつ、一対の送信アンテナ７１ｃを、列車５の左右方向又は前後方向において面対称をなすように配置する。

図６は、一対の送信アンテナ７１ｃを、列車５の左右方向（一対のレール１の並び方向）において面対称をなすように配置した例を示す。
図６に示す例では、一対の送信アンテナ７１ｃが、列車５の左右方向において面対称をなすように左右のレール１で挟まれる領域内に配置され、一方の送信アンテナ７１ｃが一方のレール１に対して電磁波を照射し、他方の送信アンテナ７１ｃが他方のレール１に対して電磁波を照射する。

また、各送信アンテナ７１ｃに対応して設けられる２つの受信アンテナ７２ａは、レール１で反射する電磁波のうち、送信アンテナ７１ｃ側に戻るように反射する反射波を受信するように、列車５の左右方向において面対称をなすように左右のレール１間に配置される。
図６に示すように、一対の送信アンテナ７１ｃは、左右のレール１の内側から、列車５の前後方向に離れた位置のレール１の踏面１ａ及び／又は側面１ｂに対して電磁波を照射させるべく指向方向が設定され、かつ、各送信アンテナ７１ｃの指向方向（電磁波の照射範囲）が、列車５の左右方向において面対称をなすようにしてある。

左右のレール１を垂直方向の真上から見た場合、図６（Ａ）に示すように、レール１の直線区間における各送信アンテナ７１ｃの指向方向とレール１の延設方向とがなす角度θ１が例えば３０degとなるように、即ち、各送信アンテナ７１ｃの指向方向とレール１の延設方向とが斜めに交差するように、各送信アンテナ７１ｃの指向方向を設定してある。
レール１の横断面に直交する方向から見た場合、図６（Ｂ）に示すように、レール１の直線区間における送信アンテナ７１ｃの指向方向とレール１の踏面１ａとがなす角度θ２が、例えば５４degとなるように、各送信アンテナ７１ｃの指向方向を設定してある。

更に、レール１の側面１ｂ側から見た場合、図６（Ｃ）に示すように、送信アンテナ７１ｃの指向方向と、レール１の踏面１ａとがなす角度θ３が、例えば４５degとなるように、各送信アンテナ７１ｃの指向方向を設定してある。
図６は、レール１の直線区間における電磁波のレール１に対する照射角度を示し、レール１の曲線区間になると、例えば図７に示すように照射角度が変化する。

ここで、計測速度に影響する角度は、列車５の移動方向に対する電磁波の照射角度であり、図６及び図７に示す場合、図６（Ａ）及び図７（Ａ）に示したレール１を垂直方向の真上から見たときの照射角度θ１の変化が、計測速度の誤差を発生させることになる。
図６（Ａ）及び図７（Ａ）に示した例では、レール１の直線区間では、一対の送信アンテナ７１ｃによるレール１に対する照射角度θ１が、双方共に３０degであるのに対し、レール１の曲線区間では、一方（カーブの内側となる送信アンテナ７１ｃ）の照射角度θ１が３０degから２０degに減少し、他方（カーブの外側となる送信アンテナ７１ｃ）の照射角度θ１が３０degから４０degに増大している。即ち、一方の照射角度θ１が減少した角度α（図７の例では、α＝１０deg）だけ、他方の照射角度θ１が増大する。

照射角度θ１が増大すると実速度よりも速い速度を計測し、逆に、照射角度θ１が減少すると実車速よりも遅い速度を計測することになり、照射角度θ１のプラス側への変化とマイナス側への変化とが同じ角度だけ発生する場合には、両計測結果の中央値付近が実際の車速となる。
従って、一方の送信アンテナ７１ｃから送信した電磁波の反射波に基づき計測した速度Ｖ１と、他方の送信アンテナ７１ｃから送信した電磁波の反射波に基づき計測した速度Ｖ２との平均値Ｖav（Ｖav＝（Ｖ１＋Ｖ２）／２）を最終的な計測結果として出力することで、レール１の曲線区間（偏倚発生状態）においても十分な精度で速度Ｖを計測できる。

図６及び図７に示した例では、一対の送信アンテナ７１ｃを、列車５の左右方向において面対称をなすように左右のレール１で挟まれる領域内に配置したが、図８に示すように、一対の送信アンテナ７１ｃを、列車５の左右方向において面対称をなすように左右のレール１で挟まれる領域外に配置することができる。
また、図６及び図７に示した例では、左右のレール１それぞれに対して電磁波を照射させる設定としたが、１本のレール１に対して、２方向から電磁波を照射させ、かつ、レール１の直線区間では同じ照射角度であって、レール１の曲線区間では一方がプラス側に他方がマイナス側に同じ角度αだけ照射角度が変化するように設定することができる。

図９は、１本のレール１に対して２方向から電磁波を照射させる場合における、送信アンテナ７１ｃの配置の一例を示す。
図９に示す例では、一対の送信アンテナ７１ｃが、列車５の前後方向（レール１の延設方向）において面対称をなすように、一方のレール１の内側に沿って配置され、前記一方のレール１に向けてそれぞれ電磁波を照射する。

また、各送信アンテナ７１ｃに対応して設けられる２つの受信アンテナ７２ａは、レール１で反射する電磁波のうち、送信アンテナ７１ｃ側に戻るように反射する反射波を受信するように、一対の送信アンテナ７１ｃと同様に、列車５の前後方向において面対称をなすように一方のレール１の内側に沿って配置される。
図９に示すように、一対の送信アンテナ７１ｃは相互に近接配置され、一方は、設置位置よりも列車５の前方向に離れた位置のレール１の踏面１ａ及び／又は側面１ｂに対して電磁波を照射させるべく指向方向が設定され、他方は、設置位置よりも列車５の後方に離れた位置のレール１の踏面１ａ及び／又は側面１ｂに対して電磁波を照射させるべく指向方向が設定され、各送信アンテナ７１ｃの指向方向（換言すれば、電磁波の照射範囲）が、列車５の前後方向において面対称をなすようにしてある。

図９（Ａ）は、左右のレール１を垂直方向の真上から見た場合であり、レール１の直線区間における各送信アンテナ７１ｃの指向方向とレール１の延設方向とがなす角度θ１が例えば３０degとなるように、即ち、各送信アンテナ７１ｃの指向方向とレール１の延設方向とが斜めに交差するように、各送信アンテナ７１ｃの指向方向を設定してある。
図９（Ｂ）は、レール１の横断面に直交する方向から見た場合であり、レール１の直線区間における送信アンテナ７１ｃの指向方向とレール１の踏面１ａとがなす角度θ２が例えば５４degとなるように、各送信アンテナ７１ｃの指向方向を設定してある。

図９（Ｃ）は、レール１の側面１ｂ側から見た場合であり、送信アンテナ７１ｃの指向方向と、レール１の踏面１ａとがなす角度θ３が例えば４５degとなるように、各送信アンテナ７１ｃの指向方向を設定してある。
図９は、レール１の直線区間における電磁波のレール１に対する照射角度を示し、レール１の曲線区間になると、例えば、図１０に示すように、照射角度が変化する。

図９及び図１０に示した例においても、計測速度に影響する角度は、図９（Ａ）及び図１０（Ａ）に示したレール１を垂直方向の真上から見たときの照射角度θ１である。
そして、図９（Ａ）及び図１０（Ａ）に示す例では、レール１の直線区間では、一対の送信アンテナ７１ｃによる照射角度θ１が、双方共に３０degであるのに対し、レール１の曲線区間では、一方（レール１までの距離が遠くなる送信アンテナ７１ｃ）の照射角度θ１が３０degから２０degに減少し、他方（レール１までの距離が近くなる送信アンテナ７１ｃ）の照射角度θ１が３０degから４０degに増大している。
即ち、直線区間で角度θ１は同じであるのに、曲線区間では、一方の角度θ１がθ１−αに変化し、他方の角度θ１がθ１＋αに変化する。

従って、図９に示した列車速度計測装置７の場合も、図６に示した列車速度計測装置７の場合と同様に、一方の送信アンテナ７１ｃから送信した電磁波の反射波に基づき計測した速度Ｖ１と、他方の送信アンテナ７１ｃから送信した電磁波の反射波に基づき計測した速度Ｖ２との平均値Ｖ（Ｖ＝（Ｖ１＋Ｖ２）／２）を最終的な計測結果として出力することで、レール１の曲線区間（偏倚発生状態）においても十分な精度で速度Ｖを計測できる。

また、図１１に示す例では、一対の送信アンテナ７１ｃが、列車５の左右方向において面対称をなすように、１本のレール１を挟んで配置され、１本のレール１に向けてそれぞれ電磁波を照射する。
各送信アンテナ７１ｃに対応して設けられる２つの受信アンテナ７２ａは、レール１で反射する電磁波のうち、送信アンテナ７１ｃ側に戻るように反射する反射波を受信するように、一対の送信アンテナ７１ｃと同様に、列車５の左右方向において面対称をなすように１本のレール１を挟んで配置される。

一対の送信アンテナ７１ｃは、１本のレール１を挟んで配置され、設置位置よりも列車５の前方（又は後方）に離れた位置のレール１の踏面１ａ及び／又は側面１ｂに対して電磁波を照射させるべく指向方向が設定され、かつ、各送信アンテナ７１ｃの指向方向（換言すれば、電磁波の照射範囲）が、列車５の左右方向において面対称をなすようにしてある。
図１１（Ａ）は、左右のレール１を垂直方向の真上から見た場合であり、レール１の直線区間における各送信アンテナ７１ｃの指向方向とレール１の延設方向とがなす角度θ１が例えば３０degとなるように、即ち、各送信アンテナ７１ｃの指向方向とレール１の延設方向とが斜めに交差するように、各送信アンテナ７１ｃの指向方向を設定してある。

図１１（Ｂ）は、レール１の横断面に直交する方向から見た場合であり、レール１の直線区間における送信アンテナ７１ｃの指向方向とレール１の踏面１ａとがなす角度θ２が例えば５４degとなるように、各送信アンテナ７１ｃの指向方向を設定してある。
図１１（Ｃ）は、レール１の側面１ｂ側から見た場合であり、送信アンテナ７１ｃの指向方向と、レール１の踏面１ａとがなす角度θ３が例えば４５degとなるように、各送信アンテナ７１ｃの指向方向を設定してある。

図１１は、レール１の直線区間における電磁波のレール１に対する照射角度を示し、レール１の曲線区間になると、例えば、図１２に示すように、照射角度が変化する。
図１１及び図１２に示した例においても、計測速度に影響する角度は、図１１（Ａ）及び図１２（Ａ）に示したレール１を垂直方向の真上から見たときの照射角度である。
そして、図１０（Ａ）及び図１１（Ａ）に示す例では、レール１の直線区間では、一対の送信アンテナ７１ｃによる照射角度θ１が、双方共に３０degであるのに対し、レール１の曲線区間では、一方（カーブの外側となる送信アンテナ７１ｃ）の照射角度θ１が３０degから２０degに減少し、他方（カーブの内側となる送信アンテナ７１ｃ）の照射角度θ１が３０degから４０degに増大している。
即ち、直線区間で角度θ１は同じであるのに、曲線区間では、一方の角度θ１がθ１−αに変化し、他方の角度θ１がθ１＋αに変化する。

従って、図１１に示した列車速度計測装置７の場合も、図６に示した列車速度計測装置７の場合と同様に、一方の送信アンテナ７１ｃから送信した電磁波の反射波に基づき計測した速度Ｖ１と、他方の送信アンテナ７１ｃから送信した電磁波の反射波に基づき計測した速度Ｖ２との平均値Ｖ（Ｖ＝（Ｖ１＋Ｖ２）／２）を最終的な計測結果として出力することで、レール１の曲線区間（偏倚発生状態）においても十分な精度で速度Ｖを計測できる。
尚、レール１に対して２方向から電磁波を照射させる装置においても、電磁波の送信と反射波の受信とを交互に行わせることで、１つのアンテナを送信用と受信用とに共用することができる。

図７、図１０及び図１２では、レール１の曲線区間における照射角度θ１の変化量αを一例として１０degとしたが、以下では、実際に発生し得る照射角度θ１の変化（偏倚量）と、係る照射角度θ１の変化（偏倚量）によって発生する計測誤差の具体例を示す。
ここで、列車５の車体の長さをＬ１、列車５の台車中心間距離をＬ０、レール１の曲線区間における曲率半径をＲ、車体中央部の変位をδ１、車端部の変位をδ２とすると、変位δ１、δ２は、数２に従って演算できる。

ここで、例えば、Ｌ１を２０ｍ、Ｌ０を１３．８ｍ、Ｒを１５０ｍとすると、変位δ１、δ２は、数３に示すように演算される。

従って、Ｌ１＝２０ｍ、Ｌ０＝１３．８ｍ、Ｒ＝１５０ｍの条件における最大の偏倚量（車体の前後方向の中央位置で偏倚量）は、１５０mm程度となり、車体の前後方向の中央位置に列車速度計測装置７を設けた場合での照射角度θ１の変化量αとしては、約2.5deg程度となる。
図１３は、レール１の曲線区間でレール１に対する電磁波の照射角度θ１がα＝2.5degだけ増減した場合での速度毎の誤差量を示す。

図１３においては、速度をＶ、ドップラ周波数をｆｄ、送信波波長をλc、レール１の直線区間でレール１を垂直方向の真上から見た場合に送信アンテナの指向方向とレール１の延設方向とがなす角度をθ１としたときに、速度Ｖを、数４に従って算出した。

尚、送信波波長λcは、光速をｃ、送信波周波数をｆ０としたときに、λc＝ｃ／ｆ０として算出され、送信電磁波の周波数ｆ０を60.05GHzとする場合、λc＝0.00496mとなる。従って、照射角度θ１を３０degとすると、速度Ｖ（km/h）は、数５に従って算出できることになる。

図６、図８、図９及び図１１に示したように、レール１の直線区間での照射角度θ１が３０degである場合に、曲率半径が１５０mの曲線区間を走行することで、一方の送信アンテナ７１ｃから送信した電磁波の照射角度θ１がα＝2.5degだけ増えて32.5degとなり、他方の送信アンテナ７１ｃから送信した電磁波の照射角度θ１がα＝2.5degだけ減って27.5degとなったとする。
この場合、図１３に示すように、照射角度θ１が減った側は、速度Ｖの計測値が実際値よりも遅くなるマイナスの誤差を生じ、逆に、照射角度θ１が増大した側は、速度Ｖの計測値が実際値よりも速くなるプラスの誤差を生じる。

しかし、例えば実際の速度Ｖが５０km/hであるときに、照射角度θ１＝27.5degである側の計測結果が48.81 km/hであって、誤差が−1.19km/hであるのに対し、照射角度θ１＝32.5degである側の計測結果が51.34km/hであって、誤差が＋1.34 km/hであって、両計測結果の平均値は50.07 km/hとなり、この平均値＝50.07 km/hと実際値＝50.00 km/hとの偏差、即ち、計測誤差は0.07 km/hとなり、実際値に対する誤差の割合（誤差率）は0.15％程度となる。
速度Ｖが増すに従って計測誤差の絶対値は増大するものの、真値に対する誤差の割合（誤差率）は0.15％程度を維持するから、曲線区間において照射角度θ１が増大する側の計測値と減少する側の計測値との平均値を演算すれば、十分な精度の速度計測値を出力できることになる。

更に、図１３に示した計測誤差は、急なカーブである曲率半径Ｒ＝１５０ｍでの誤差であり、曲率半径Ｒがより大きくなれば、照射角度θ１の変化も小さくなり、誤差速度及び誤差率はより小さくなるから、レール１の曲線区間で照射角度が増大変化する側での計測値と、減少変化する側での計測値との平均値を求めるようにすれば、実用上十分に高い精度で速度を検出できる。

１…レール、１ａ…踏面、１ｂ…側面、２…路盤、３…枕木、４…車輪、５…列車、７…列車速度計測装置、７１…電磁波送信部、７１ａ…送信電磁波発生部、７１ｂ…増幅部、７１ｃ…送信アンテナ、７２…反射波受信部、７２ａ…受信アンテナ、７２ｂ…復調部（検波部）、７３…処理部

Claims (6)

1. レール上を走行する列車に搭載され、一対の電磁波送信部それぞれから前記レールに向けて電磁波を送信し、前記レールからの反射波に基づいて前記列車の速度を計測する列車速度計測装置であって、前記一対の電磁波送信部は、指向方向が前記列車の左右方向及び前後方向の双方において前記レールに斜めに交差し、前記列車の左右方向において面対称をなして１本のレールに２方向から電磁波を照射するよう配置される、列車速度計測装置。
2. レール上を走行する列車に搭載され、一対の電磁波送信部それぞれから前記レールに向けて電磁波を送信し、前記レールからの反射波に基づいて前記列車の速度を計測する列車速度計測装置であって、前記一対の電磁波送信部は、指向方向が前記列車の左右方向及び前後方向の双方において前記レールに斜めに交差し、前記列車の前後方向において面対称をなして１本のレールに２方向から電磁波を照射するよう配置される、列車速度計測装置。
3. 前記一対の電磁波送信部それぞれが送信した電磁波の反射波の周波数に基づいて、前記列車の速度をそれぞれに計測し、これらの速度計測値の平均値を計測結果として出力する、請求項１又は請求項２記載の列車速度計測装置。
4. 直線区間及び曲線区間での偏倚発生状態で前記一対の電磁波送信部による電磁波照射範囲に前記レールが含まれる、請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の列車速度計測装置。
5. 前記一対の電磁波送信部それぞれが送信した電磁波の反射波をそれぞれに受信する一対の反射波受信部を備える、請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の列車速度計測装置。
6. 前記一対の電磁波送信部は、左右一対のレール間に配置される、請求項２記載の列車速度計測装置。