JPH01267486A - データ伝送装置に組込まれた速度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は移動物体の移動速度をドプラー効果を利用して
測定する速度測定装置に係わり、特にその移動物体に対
してデータ伝送を行なうデータ伝送装置に組込まれた速
度測定装置に関する。

【従来の技術］ 例えば飛行機、車、電車、船舶等の移動物体に対して地
上の固定基地から各種のデータを無線を利用して伝送す
る場合のデータ伝送装置は例えば第５図に示すように構
成されている。

すなわち、図中１は例えばｌ０Ｃ）ｌｚ程度の高周波の
搬送波信号を出力する発振器であり、この発振器１から
出力された搬送波信号はアイソレータ２を通ったのち、
ＡＭ変調器３へ入力される。また、被移動物体４へ送出
すべきデー多は例えば操作者がデータ設定器５のキーボ
ードからキー人力する。キー人力されたデータはシリア
ルのデジタル信号に変換されてデータ信号としてＡＭ変
調器３へ送出される。このＡＭ変調器３は、発振器１か
ら出力された搬送波信号をデータ信号で振幅変調する。

ＡＭ変調器３から出力された変調信号は送信信号として
アイソレータ６を介して図示しない増幅器で増幅された
後、指向性を有したアンテナ７へ入力される。そして、
このアンテナ７から移動物体４に向けて電波放射される
。

移動物体４はアンテナ７から自己に向けて放射された電
波をアンテナ８で受信し、自己内部に搭載された受信機
で受信信号を検波してデータ信号を取出して、例えば表
示器に表示する。

一方、移動物体４の移動速度Ｖを地上の固定基地から簡
単に測定する速度測定装置として一般にドプラー効果を
利用した装置が考えられている。

この測定原理は一般によく知られているように、一定の
固定周波数を有した高周波電波又は、一定の固定振動数
を有した超音波を移動物体へ送出して、その移動物体か
らの反射電波又は反射音波を受信する。そして送信電波
又は送信音波の周波数と反射電波又は反射音波の周波数
との差の周波数、すなわちドプラー周波数を検出する。

そして、このドプラー周波数と電波または音波の速度と
から、該当移動物体の移動速度を算出する。

［発明が解決しようとする課題］ このように、地上の固定基地から、必要に応じて、移動
物体４にデータを送信したり、移動移動物体の移動速度
を測定することが前述したデータ伝送装置又は速度測定
装置を用いて実行することが可能である。

しかし、データ伝送装置と速度測定装置との２台の装置
を設ける必要があった。このような無駄を避けるために
、データ伝送装置から出力される振幅変調された高周波
の搬送波信号におけるドプラー効果を利用して移動物体
の速度を測定することが考えられる。

しかし、このようなものにおいては、アンテナ７から放
射される送信信号には前記発振器１の搬送周波数成分の
他に、データ設定器５から出力されるデータ信号のデー
タ周波数成分が含まれる。

しかも、このデータ信号のデータ周波数成分値はデータ
設定器５に設定されるデータ値により、大きく変化して
一定値にならない。したがって、このような搬送周波数
成分とデータ周波数成分とを含んだ電波が移動物体４に
て反射して、再びアンテナ７へ人力したとしても、アン
テナ７へ入力した反射波の受信信号に含まれるドプラー
周波数成分と元からこの反射波信号に含まれるデータ周
波数成分とはどちらも可変データであるので、ドプラー
信号成分のみを取出すことは不可能である。

例えば、搬送波信号の周波数ｆ。が前述したように１０
ＧＨｚ程度であれば、移動物体４の移動速度Ｖを通常の
１００　／ｉ／ｈ程度とすると、ドプラー周波数ｆｄが
±１８５３Ｈｚ程度となる。一方、データ信号のデータ
を９．６ＫＨｚスプリツトフエーズとじた場合には、サ
イドバンドノイズとしてドプラー周波数領域に入り込む
ため、前述したドプラー周波数ｆｄに重なる部分が多く
なる。

すなわち、従来のデータ伝送装置および速度測定装置に
おいては、それぞれ独立した装置として使用する必要が
あった。

本発明はこのような事情に鑑みて行われたものであり、
アンテナへ入力される受信信号の検波信号とデータ信号
との差をとることにより、データ信号成分はキャンセル
され、受信信号から搬送波信号のドプラー信号成分を独
立して検出でき、よって、データ伝送装置に組込むこと
ができ、装置全体を小型にかつ低価格で構成できるデー
タ伝送装置に組込まれた速度ａ定装置を提供することを
目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明のデータ伝送装置に組込まれた速度測定装置にお
いては、高周波の搬送波信号を出力する発振器と、移動
物体に搭載された受信機へ伝送すべきデジタルのデータ
信号を出力するデータ設定器と、発振器から出力された
搬送波信号をデータ設定器から出力されたデータ信号で
振幅変調するＡＭ変調器と、このＡＭ変調器から出力さ
れる変調信号を送信信号として移動物体に向けて電波放
射するアンテナとを有したデータ伝送装置に対して、 ＡＭ変調器とアンテナとの間に介挿され、送信信号をア
ンテナへ送出すると共に、アンテナへ入力された移動物
体からの反射電波の受信信号と送信信号とを混合して、
受信信号に含まれるデータ信号成分と搬送波信号のドプ
ラー信号成分とを検波する入力検波器と、この入力検波
器の検波信号とデータ信号が入力され、検波信号からデ
ータ信号を差引いてドプラー信号成分を取出す差動増幅
器と、この差動増幅器から出力されるドプラー信号成分
から移動物体の移動速度を算出する演算回路とを付加し
たものである。

［作用］ このように構成されたデータ伝送装置に組込まれた速度
測定装置であれば、ＡＭ変調器から出力される搬送波信
号がデータ信号で振幅変調された送信信号は入力検波器
およびアンテナを介して移動物体に向けて電波放射され
る。そして、移動物体は自己に搭載された受信機でその
電波を受信ｌ−でデータ信号を取出す。

また、この移動物体で反射された送信信号の反射電波は
アンテナにて受信されて受信信号として入力検波器へ入
力される。そして入力検波器において、この受信信号は
送信信号と混合されこの受信信号に含まれるデータ信号
成分とドプラー信号成分とが検波信号として取出される
。そして、この検波信号は元のデータ信号とともに差動
増幅器へ入力され、この検波信号から元のデータ信号が
除去されて、ドプラー信号成分のみが取出される。

よって、このドプラー信号成分から移動物体の移動速度
が算出できる。

［実施例］ 以下発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第２図は実施例のデータ伝送装置に組込まれた速度ｎｊ
定装置をトンネル内における列車（移動物体４）に図示
しない指令部からデータを伝送するとともにその時点に
おける列車速度を検出する場合に適用した概念図である
。トンネルの天井に指向性を有したアンテナ７が傾斜角
θで取付けられており、このアンテナ７の指向性の視野
内に列車が到来するとアンテナ７から放射される電波を
受信可能になるとともに列車速度ＶがＤＪ定される。

第１図は実施例のデータ伝送装置に組込まれた速度測定
装置を示すブロック図である。第５図と同一部分には同
一符号が付しである。

すなわち、発振器１．アイソレータ２．ＡＭ変調器３．
アイソレータ６、アンテナ７とを有するデータ伝送装置
に対して、アイソレータ６とアンテナ７との間に入力検
波器１０を介挿している。

さらに、データ設定器５から出力されたデータ信号ｄ　
（−ｂ）と入力検波器１０の検波信号ｇとの差信号（ド
プラー信号ｈ）を検出する差動増幅器１１と、この差動
増幅器１１から出力されたドプラー信号りから移動物体
４の移動速度Ｖを算出する演算回路１２と、この演算回
路１２で算出された移動速度Ｖを表示する表示部１３と
が付加されている。

次に第３図の波形図を参照しながら各構成部材の動作を
信号の流れに沿って説明していく。

まず、発振器１から出力される例えば１０ＧＨｚ程度の
高周波の搬送波信号ａはアイソレータ２を介してＡＭ変
調器３へ入力される。データ設定器５へ入力された移動
物体４へ伝送すべきデータはシリアルのデジタル信号に
変換されてデータ信号すとしてＡＭ変調器３へ送出され
る、またデータ設定器５から出力される同一のデータ信
号ｄは差動増幅器１１の（−）側入力端子へ入力される
。

なお、このデータ信号ｂ　（ｄ）は第３図に示すように
データ値によって信号レベルが変化するパルス波形とな
るが、その信号レベルが変化することによるこのデータ
信号ｂ　（ｄ）は９．８　ＫＨｚのスプリットフェーズ
信号である。したがって、サイドバンドノイズとしてド
プラー周波数帯域も有している。

ＡＭ変調器３は発振器１から出力された搬送波信号ａを
データ信号すで振幅変調した送信信号Ｃをアイソレータ
６を介して入力検波器１０へ送出する。

一方、入力検波器１０はアイソレータ６を介して入力さ
れた送信信号Ｃをそのまま指向性を有したアンテナ７へ
送出する。そして、送信信号Ｃはこのアンテナ７から移
動物体４に向けて送信電波ｅとして放射される。

移動物体４はアンテナ７から自己に向けて放射された送
信電波ｅをアンテナ８で受信し、自己内部に搭載された
受信機で受信信号を検波してデータ信号を取出して、例
えば表示器に表示する。

一方、移動物体４の表面で反射した反射電波ｆは再びア
ンテナ７を介して入力検波器１０へ入力される。この入
力検波器１０は、アンテナ７にて受信した受信信号とア
ンテナ７へ送出した送信信号Ｃとを混合（ミキサ）して
受信信号に含まれるデータ信号成分を検波信号ｇとして
取出す。この場合、移動物体４が移動動作中であれば、
その移動速度Ｖに対して１０ＧＨｚの搬送波信号ａの周
波数が１０ＧＨｚに対してｆｄだけ移動する。したがっ
て、送信信号Ｃと受信信号とをミクスした場合にその周
波数差ｆｄの信号成分、すなわちドプラー信号成分が、
第３図に示すように、検波信号ｇにおけるデータ信号の
パルス波形に重畳する。このドプラー周波数ｆｄのドプ
ラー信号成分およびデータ信号成分を含む検波信号ｇは
、差動増幅器１１の（＋）側入力端子へ入力される。

差動増幅回路１１は（＋）側入力端子へ入力された検波
信号ｇの波形から（−）側入力端子へ入力されたデータ
信号ｄの波形を差引く。すると、両信号ｇ、ｄ波形に含
まれる共通のデータ信号波形がキャンセルされて、この
差動増幅器１１からは第３図に示すようなドプラー周波
数ｆｄを含んだドプラー信号りが出力される。このドプ
ラー信号りは次の演算回路１２へ入力される。

演算回路１２は入力されたドプラー信号りのドプラー周
波数ｆｄ　　（Ｈｚ）を求めて、周知の次式を用いて移
動物体４の移動速度Ｖ（ｍ／ｓ）を算出する。

Ｖ−ｆｄ　ｃ／　（２ｆｏ　ｃｏｓθ）但し、ｆ、　　
（Ｈｚ）は搬送周波数、Ｃは光速度（３Ｘ１０８ｍ／ｓ
）である。

そして、算出された移動物体４の移動速度Ｖは表示器１
３に表示される。

このように構成されたデータ伝送装置に組込まれた速度
測定装置によれば、データ設定器５へ移動物体４へ伝送
すべきデータを設定すれば、発振器１．アイソレータ２
．ＡＭ変調器３．アイソレータ６、アンテナ７からなる
データ伝送装置が正常に動作して、データが移動物体４
へ伝送される。

また、データ信号すのデータ周波数成分と搬送波信号の
周波数成分子ｏとを含んだ送信信号Ｃの送信電波ｅは移
動物体４にて反射されてドプラー周波数ｆｄだけシフト
された搬送波信号の周波数成分（ｆｏ　＋　（又は−）
ｆｄ）とデータ周波数成分を含んだ反射電波ｆとなる。

そして、入力検波器１０にて検波されると、その検波信
号ｇにはドプラー周波数ｆｄの周波数成分とデータ周波
数成分のみが残る。そして、この検波信号ｇに含まれる
データ信号のデータ周波数成分は、差動増幅器１１にお
いて、データ信号ｄとの差を取ることによって除去され
る。しかして、ドプラー信号ｈ１；は移動物体４の移動
速度Ｖのみの関数であるドラ−周波数ｆｄのみが残る。

すなわち、データ設定器５に設定するデータの値によっ
て、その周波数値が大きく変動するデータ周波数成分を
完全に除去している。したがって、移動物体４の移動速
度Ｖを正確に得ることが可能となる。

このように、データ伝送装置と速度測定装置とで多くの
電子構成部材を共用することが可能となったので、従来
のデータ伝送装置と速度測定装置とをそれぞれ独立した
装置として設置しなければならない場合に比較して、装
置全体を小型軽量に構成できるとともに、製造費を大幅
に減少できる。

第４図は本発明の他の実施例に係わるデータ伝送装置に
組込まれた速度測定装置を示すブロック図である。第１
図と同一部分には同一符号を付しである。

この実施例においては、第１図におけるＡＭ変調器３と
アイソレータ６との間に出力検波器９を介挿している。

この出力検波器９は、入力された送信信号Ｃをそのまま
アイソレータ６を介して入力検波器１０へ送出するとと
もにその送信信号Ｃを検波して元のデータ信号すに等し
いデータ信号ｄに戻して差動増幅器１１の（−）側入力
端子へ送出する。

このように構成された速度測定装置であれば、差動増幅
器１１の（−）側入力端子へ入力されるデータ信号ｄを
、ＡＭ変調器３から出力された送信信号Ｃを出力検波器
９で検波することによって得ているので、差動増幅器１
１の（＋）入力端子へ入力される検波信号ｇのデータ信
号成分における波形と（−）側入力端子へ入力されるデ
ータ信号ｄの波形との間の時間遅れ差を極力小さくして
、検波信号ｇに含まれるデータ信号成分がより完全に除
去でき、移動物体４の移動速度Ｖをより正確に測定でき
る。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、アンテナへ入力さ
れる受信信号の検波信号とデータ信号との差をとること
により、受信信号から搬送波信号のドプラー信号成分を
独立して検出し、そのドプラー信号の周波数から移動物
体の移動速度を算出している。したがって、データ伝送
装置に組込むことができ、装置全体を小型にかつ低価格
で構成できるデータ伝送装置に組込まれた速度測定装置
を提供ことかでる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わるデータ伝送装置に組
込まれた速度測定装置の概略構成を示すブロック図、第
２図は同実施例装置をトンネル内の列車運行制御に適用
した例を示す図、第３図は同実施例の動作を示すタイム
チャート、第４図は本発明の他の実施例に係わるデータ
伝送装置に組込まれた速度測定装置の概略構成を示すブ
ロック図、第５図は一般的なデータ伝送装置を示すブロ
ック図である。 １・・・発振器、２，６・・・アイソレータ、３・・・
ＡＭ変調器、４・・・移動物体、５・・・データ設定器
、７・・・アンテナ、９・・・出力検波器、１０・・・
入力検波器、１１・・・差動増幅器、１２・・・演算回
路、１３・・・表示器、ａ・・・搬送波信号、ｂ、ｄ・
・・データ信号、Ｃ・・・送信信号、ｇ・・・検波信号
、ｈ・・・ドプラー信号。 出願人代理人　　弁理士　鈴江武彦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 高周波の搬送波信号を出力する発振器（１）と、移動物
   体に搭載された受信機へ伝送すべきデジタルのデータ信
   号を出力するデータ設定器（５）と、前記発振器から出
   力された搬送波信号を前記データ設定器から出力された
   データ信号で振幅変調するＡＭ変調器（３）と、このＡ
   Ｍ変調器から出力される変調信号を送信信号として前記
   移動物体に向けて電波放射するアンテナ（７）とを有し
   たデータ伝送装置に対して、 前記ＡＭ変調器と前記アンテナとの間に介挿され、前記
   送信信号を前記アンテナへ送出すると共に、前記アンテ
   ナへ入力された前記移動物体からの反射電波の受信信号
   と前記送信信号とを混合して、前記受信信号に含まれる
   データ信号成分と前記搬送波信号のドプラー信号成分と
   を検波する入力検波器（１０）と、この入力検波器の検
   波信号と前記データ信号が入力され、前記検波信号から
   前記データ信号を差引いてドプラー信号成分を取出す差
   動増幅器（１１）と、この差動増幅器から出力されるド
   プラー信号成分から前記移動物体の移動速度を算出する
   演算回路（１２）とを付加してなることを特徴とするデ
   ータ伝送装置に組込まれた速度測定装置。