JPH07198834A

JPH07198834A - ドップラ式速度計測装置

Info

Publication number: JPH07198834A
Application number: JP5353752A
Authority: JP
Inventors: Kenji Nakada; 健二中田; Osamu Shimizu; 修清水
Original assignee: Nippon Signal Co Ltd
Current assignee: Nippon Signal Co Ltd
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-08-01

Abstract

(57)【要約】【目的】移動物体の側面から得られる反射波の連続的
に変化する角度に依存することなく、常に高精度でドッ
プラ現象を利用した速度計測を行う。【構成】ドップラ式速度計測装置を、移動物体(TR)の
進行方向側方に平行に一定間隔で設置された２つのマイ
クロ波送受信器(P1，P2)と、両送受信器が出力する計測
対象の移動体による反射波の周波数の変移が所定関係と
なった時点に対応する反射波周波数から移動体の速度を
決定する処理部(100) で構成する。必要に応じては、計
測対象となる移動物体に予め付されて受信マイクロ波に
呼応して同一周波数のマイクロ波を送信するトランスポ
ンダ(T) を併用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波のドップラ
効果を利用した、移動物体用の速度計測装置に関し、特
に、例えば列車側面からの反射を利用せざるを得ない鉄
道における列車速度を計測する場合等、計測対象となる
移動物体の側面からの反射波を利用せざるを得ない場合
にも高精度で計測ができるドップラ式速度計測装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】自動車や列車等の移動物体の速度を反射
マイクロ波の周波数が変移するドップラ効果を利用して
計測する手法が知られ各分野で応用されている。なお、
ここで反射マイクロ波とは移動体に取り付けられたタグ
（能動トランスポンダ）からの応答マイクロ波（返送
波）を含むものとする。

【０００３】この種のドップラ式速度計測は、反射波の
方向が移動物体の進行方向と略同じであったり一定角度
をなす等、各方向の角度差が正確にわかる場合には高精
度な計測ができる。しかし、このような条件が期待でき
ない場合、即ち角度差がわからなかったり変化する場合
には高精度な計測は期待できない。

【０００４】しかし、原理的には高精度な計測が可能な
この速度計測技術は、鉄道信号分野の応用にても有用と
考えられる。例えば、鉄道信号分野では地上・車上間の
高信頼度の大量データ伝送機能の確立は、列車制御の安
全、サービス上重要な課題である。このデータ伝送機能
を地上、車上とも大量に設備して列車速度情報も取り入
れれば、きめの細かい列車制御が可能となり好適であ
る。

【０００５】現行のＡＴＣでは軌道回路等より得られる
列車位置情報、列車種別情報を主に列車の速度指令情報
を地上より車上に伝送し、車上でこの速度指令情報と速
度発電機よりの走行速度とを照査比較し、列車速度を自
動制御しているが、列車の実走行速度データを地上に逆
伝送することは行っていない。

【０００６】従ってＣＴＣ指令センターでは実走行列車
の速度データは得られていない。このため現行ＡＴＣシ
ステムの速度指令情報は新幹線の場合であれば、停止信
号、３０km／ｈ、７０km／ｈ、１１０km／ｈ、１６０km
／ｈ、２１０km／ｈで離散的であり実走行列車の速度情
報も取り入れたきめの細かい列車運転曲線制御は行われ
ていない。もし、ＡＴＣに地上にて計測した列車の実走
行速度情報を高精度で取り入れればきめの細かい速度指
令を行うことができる。

【０００７】このように、鉄道分野にては列車の速度を
高精度で得たいとの要求がある。なお、従来より地点列
車速度計測器としては列車の車輪を検出する車軸検知器
もあるが、レールに直接装着するため振動衝撃対策が必
要である。なによりも、この車軸検知方式のものは、各
種車輪径、設置調整位置等のため計測精度が１５％以上
となってしまう場合もあり、精度が不足である。

【０００８】これに替えて、マイクロ波帯のドップラ効
果をトランスポンダとともに用い計測するようにすれば
環境条件を選ばず好適である。また、原理的には高い計
測精度が期待でき、高速時は車軸検知によるよりも高精
度となり得る。

【０００９】然しながら、マイクロ波帯のトランスポン
ダを列車対象に用いるためには、次のような制約が生じ
る。即ち、走行列車を地上トランスポンダを利用して計
測するには、列車の場合はパンダグラフ等が車上にある
ので列車側面からの反射マイクロ波のドップラ効果を利
用して行うしかない。この制約条件の結果として、従来
行われているように地上送受信器を唯一つ用いた技術で
は、以下に説明するような計測精度上の問題点が生じ
る。

【００１０】上記の従来技術の問題点を、図を用いて説
明する。図１３に地上側マイクロ送受信器Ｐ１と列車装
備タグＴ（能動トランスポンダ：反射器）との配置を示
す。列車ＴＲの側面に取り付けられたタグＴは受信マイ
クロ波を即時返送する（反射と等価）だけのものであ
る。マイクロ波送受信器Ｐ１は、タグＴと同一高さとな
るように設置されているものとする。

【００１１】タグＴを用いて列車車両の側面に貼る理由
は、車両の側面は平板の鉄板であり、この鉄板での反射
波の受信レベルは非常に弱く、また波長が１cm前後であ
るため車両側面の色々な所からの反射波が干渉しあうの
でドップラ周波数のスペクトラムが幅をもち計測精度が
低下するためである。タグＴを使用することにより反射
波のレベルが強くなり充分なＳ／Ｎ比が確保でき、また
１点からの反射ドップラ波を取り出す結果、ドップラ周
波数のスペクトラムが線スペクトラムになって正確な速
度計測を行うことが出来る。

【００１２】図１２にてＡはＰ1 とＴとが送受信可能な
エリアであり、列車側面より距離ｍ.1dake離して設置さ
れたマイクロ波送受信器Ｐ1 では下記の（１）式で表わ
されるドップラ周波数△ｆ.1が得られる。 △ｆ₁＝２Ｖt ・ｆ₀ cosθ₁／ｃ …（１）但し △ｆ.1：ドップラ周波数ｃ：光速度ｆ₀ ：送信周波数 θ：tan ^-1ｍ₁

【００１３】従って、この時の列車速度Ｖt は、Ｖt ＝△f₁ ・ｃ／２ｆ₀ cosθ₁…（２）より求まる。

【００１４】然しながら、列車ＴＲが進行すると共にタ
グＴの位置も進行するからこれに対応して、上記（１）
式のθは連続的に変わってしまう。即ち、計測値として
得られる速度は、例え一定速度で列車が進行していても
マイクロ波送受信器Ｐ１ととタグＴの相対的位置関係に
より変わる。従って、精度良い計測のためにはタグＴと
マイクロ波送受信器Ｐ１との幾何的な相対的位置を正確
に知ることが必要であるが、この相対的位置を精度よく
知ることができる適切な既存技術はなく、従って真の列
車速度を充分な精度で計測することができないという問
題点があった。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本願発明は、上述した
ような事情に鑑みてなされたもので、マイクロ波のドッ
プラ効果による速度計測においては、移動体の側方にマ
イクロ波送受信器を配置し側面からの反射波（又は応答
波）を使用した場合には、既存技術では高い計測精度が
得られないという前述問題点を解決し、マイクロ波帯の
ドップラ効果を利用して移動体の速度を高精度で計測で
きるドップラ式速度計測装置を提案することを目的とす
る。ここで対象とする、移動体の側方から速度計測を行
う要求はなにも列車に限らず、自動車等を対象にする場
合にも多々生じ、本発明はそのような場合にも有効であ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本願第一発明では、ドップラ式速度計測装置を、移動
物体の進行方向に略平行に進路の側方に一定間隔で設置
された２つのマイクロ波の送受信器と、これら送受信器
の出力を同時に処理する処理部とを有し、前記処理部
が、前記両送受信器が出力する計測対象の移動体による
反射波の周波数の変移が所定関係になった時点に対応す
る発振波周波数から移動体の速度を決定するように構成
する。

【００１７】また、本願第二発明では、ドップラ式速度
計測装置を、計測対象となる移動物体に予め付されて受
信マイクロ波に呼応して同一周波数のマイクロ波を返送
するトランスポンダと、移動物体の進行方向に略平行に
進路の側方に一定間隔で設置された２つのマイクロ波の
送受信器と、これら送受信器の出力を同時に処理する処
理部からなり、前記処理部が、前記両送受信器が出力す
る計測対象の移動体からの返送波の周波数の変移が所定
関係となった時点に対応する返送波周波数から移動体の
速度を決定する様に構成する。

【００１８】

【作用】第一発明では、２つのマイクロ波送受信器が移
動物体の進行方向に略平行に進路の側方に一定間隔で設
置されており、反射体との相対位置により反射波の周波
数の変移が決まるから、両送受信器の出力の周波数変移
量が所定関係の時（例えば、周波数の変移の絶対値が等
しい場合）のドップラ周波数から速度を求めることで、
精度良く速度を計測できる。

【００１９】例えば、両送受信器が出力する移動物体に
よる反射波周波数の変移の絶対値が等しくなるのは、反
射体（移動物体）が両送受信器から等距離にある場合で
あり、正確に決定でき、この時点でのドップラ周波数か
ら速度を求めれば、精度良い速度計測ができる。なお、
計測値は２つのマイクロ波の送受信器を結ぶ直線と移動
体との距離にも依存するが、列車など一定の進路を取る
ものではこの距離は一定であり、自動車の場合も車線に
沿って走行するため所定範囲内であり一定精度が確保で
きる。

【００２０】第二発明では、計測対象となる移動物体に
予め付されたトランスポンダが、受信マイクロ波に呼応
して同一周波数のマイクロ波を返送する（反射と等価）
ため、Ｓ／Ｎ比の良い反射波（応答波）が得られ、上記
第一発明と同等の２つのマイクロ波送受信器と処理部に
より第一発明と同様の処理を行い、よりＳ／Ｎの良い高
精度の計測ができる。

【００２１】

【実施例】以下、本願発明を実施例に基づき添附図面を
用いて詳細に説明する。図１は、本発明のドップラ式速
度計測装置の一実施例である列車速度計測装置を総合的
に表す略図であり、また、図２は、タグＴ及びマイクロ
波送受信器Ｐ１、Ｐ２の構成を示す回路ブロック図、図
３は、処理部100 の構成を示す回路ブロック図である。

【００２２】図１には、タグＴを付した計測対象の移動
物体である列車ＴＲ、この列車ＴＲの進行方向に平行
に、地上側（静止点側）の軌道の側方に一定間隔で配置
された２つのマイクロ波送受信器Ｐ１及びＰ２、そして
両マイクロ波送受信器Ｐ１，Ｐ２の出力信号が入力さ
れ、両出力を同時に処理して列車ＴＲの速度を算出する
処理部100 が示されている。なお、実施例ではマイクロ
波送受信器Ｐ１及びＰ２、そしてタグＴは、同じ地上高
となるように設置されている。

【００２３】本発明では、２つのマイクロ波送受信Ｐ
１，Ｐ２を用い、これらを上述した様に配置し、両マイ
クロ波送受信からの出力を処理することで高精度に速度
を計測することができる。前記処理部100 は、後で詳述
するように前記２つの送受信器Ｐ１，Ｐ２から得られた
出力、即ち、計測対象の移動体である列車ＴＲの側面下
方に取付けられたタグＴが返送する反射波の周波数の変
移を処理し、この絶対値が等しくなった時点を検出し、
この時に対応するドップラ周波数から列車の速度を決定
するように構成されている。

【００２４】ここで、2 つのマイクロ波送受信器Ｐ１，
Ｐ２の出力を処理して精度良く移動体の速度を計測する
本発明の原理について説明する。図４の平面図に、２つ
の地上マイクロ波送受信器Ｐ１，Ｐ２と列車装備タグＴ
（能動トランスポンダ：反射器）とを幾何的配置を明示
して再度示す。列車側面のタグＴは既述したように受信
マイクロ波を即時返送するだけのものでこれを用いるこ
とで反射波のレベルが強くなり充分なＳ／Ｎ比が確保で
き、また１点からの反射ドップラ波を取り出す結果ドッ
プラ周波数のスペクトラムが線スペクトラムになってよ
り正確な速度計測が可能となる。各マイクロ波送受信器
は、タグＴと同一高さとなるように設置されているもの
とする。なお、側面面積が小さい物体の場合等、計測対
象によっては、特別にタグＴを用いないでも充分な反射
波が得られ精度よく計測ができる。

【００２５】図４にてＡはＰ1 とＴとが送受信可能なエ
リア（交信エリア）であり、ＢはＰ２とＴとが送受信可
能なエリアである。従って列車側面のタグＴが、図中Ｘ
とＹの間にあれば、両マイクロ波送信器に応答波が得ら
れる。一方のマイクロ波送受信器Ｐ1 では既に述べた
が、下記の（１）式で表わされるドップラ周波数△ｆ.1
が得られる。 △ｆ₁＝２Ｖt ・ｆ₀ cosθ₁／ｃ …（１）

【００２６】そして、マイクロ波送受信器Ｐ２では、下
記の（３）式で表わされるドップラ周波数△ｆ.2が得ら
れる。 △ｆ₂＝２Ｖt ・ｆ₀ cosθ₂／ｃ …（３）但し両式にて △ｆ₁ 、△ｆ₂：ドップラ周波数ｃ：
光速度ｆ₀ ：送信周波数 θ：tan ^-1・ｍ₁

【００２７】従って、マイクロ波送受信器Ｐ１の出力か
らは、この時の列車速度Ｖt は、Ｖt ＝△f₁ ・ｃ／２ｆ.0 cosθ₁…（２）となる。

【００２８】勿論、マイクロ波送受信器Ｐ２の出力から
列車速度を求めることもでき、列車速度Ｖt は、Ｖt ＝△f₂ ・ｃ／２ｆ₀ cosθ₂…（４）である。

【００２９】列車ＴＲが速度Ｖで進行すると共に、図６
に示すようにタグＴの位置は移動し、対応して角度が変
わり、（１）式と（２）式のドップラ周波数も連続的に
変わるから、２つのドップラ周波数が一定の関係となる
タグＴの位置は、符号も含めれば唯一だけ定まる。この
位置に対応する時点でのドップラ周波数に基づき速度を
決定するようにすれば、常に一定位置・一定角度で計測
ができ、角度による誤差の無い高精度の速度計測が行え
る。

【００３０】上記一定関係は、例えば２つのマイクロ波
送受信器Ｐ１，Ｐ２から得られる夫々のドップラ周波数
が等しい場合、即ち、−△ｆ₁＝△ｆ₂となる時点とする
ことができる。この時には、cos θ₁＝cos θ₂であり、
Ｌ1 ＝Ｌ2 ＝Ｌｃ／２となりタグＴはＰ1 、Ｐ2 のちょ
うど中間にあり、 θc ＝θ₁＝θ₂＝tan ^-1・ｍ₁…（５）で、Ｐ1 及びＰ2 の幾何学的配置によって決まるθ
₁（＝θ₂）は固定定数になる。

【００３１】従って、列車ＴＲの速度Ｖt はＶt ＝△ｆ₁・ｃ／２ｆ₀・cos θc …（６）より正確に求まる。

【００３２】このように、列車の側面より精度良く列車
速度を計測するには図４のようにマイクロ波送受信器Ｐ
1 、Ｐ2 を対向配置してそれぞれのドップラ周波数が一
定関係となる時点、例えば両ドップラ周波数の絶対値が
等しくなった時点のドップラ周波数を求めて列車速度を
演算すればよい。（６）式にて速度Ｖｔを±１０（％）
の精度で計測するには、ドップラ周波数△ｆを±２〜３
（％）の精度で計測し且つcos θ即ち、θc ＝tan ^-1・
ｍ₁を±２〜３（％）の精度で位置設定すれば良いこと
になる。

【００３３】以下、上述した計測処理過程を実現する実
施例装置の各部、即ちマイクロ波送受信器Ｐ１，Ｐ２、
タグＴそして処理部100 の設置位置関係や構成について
更に説明する。マイクロ波送受信器Ｐ１、Ｐ２は、各部
の幾何的関係を説明する図４の略図に示す様に、どちら
も軌道の側方に、軌道（従って列車の進行方向）に平行
に一定間隔ｍ₁だけ離してタグＴの地上高に合わせて同
じ高さで設置されている。対応して、計測対象とする列
車には側面下端等の適宜位置に両マイクロ波送受信器の
設置高さと同じ高さにタグＴが固定（貼設）されてい
る。夫々のマイクロ波送受信器Ｐ１，Ｐ２の主軸は互い
の中間線上が列車ＴＲの側面と交わる位置に向けて設置
されている。

【００３４】マイクロ波送受信器Ｐ１，Ｐ２の構成は、
図２に示すように従来と略同様であるが、信頼性を高め
るために送信、受信とも２重系構成となっている。即
ち、マイクロ波送受信器Ｐ１を例にとれば、送信部は１
系送信回路61A と２系送信回路61A´を持ち、同軸スイ
ッチ62A で切り替え可能である。通常は１系送信回路61
A から出力される高周波数信号が同軸スイッチ62A 、サ
ーキュレータ63A を介してホーンアンテナ64A に導かれ
マイクロ波が軌道方向に放射される。

【００３５】放射されたマイクロ波が、列車ＴＲのタグ
Ｔに反射（実際には返送）されて再度ホーンアンテナ64
A に入射すると、対応する信号はサーキュレータ63A 、
ハイブリッド回路65A を介して１系受信回路66A及び２
系受信回路66A´に等しく入力される。ここで送信信号
と受信信号の周波数差（ドップラ信号）が得られ、後続
する処理回路100 へと送出される。

【００３６】マイクロ波送受信器Ｐ１及びＰ２夫々の受
信回路66A、66A´はヘテロダイン検波になっているので
その出力は、いずれも静止ドップラ波又は接近ドップラ
波又は退却ドップラ波が得られる（図５参照）。なお、
送信状態を監視する送信監視回路67A からの出力信号
（監視信号）も処理回路100 へ入力されている。マイク
ロ波送受信器Ｐ２も全く同一の構成である。

【００３７】タグＴは、能動トランスポンダであってそ
の構成は、同じく図２に示すように従来と略同様であ
り、アンテナ51とこのアンテナ51からの出力がサーキュ
レータ52を介して入力される受信回路53、この受信回路
53への所定入力が得られたことに対応し、入力された周
波数と同一の周波数信号を発生する送信回路54を有して
いる。送信回路54の出力は、前記サーキュレータ52を介
して前記アンテナ51より電波として放射される。なお、
タグの各部が動作するための電源には、前記アンテナ51
に接続された電源作成回路55により発生した電力が利用
されるようになっている。実施例では同一構成の列車タ
グＴが複数個、例えば５ｍ以上離して列車側面に取付け
られる。

【００３８】次に、図３に示す処理部100 について説明
する。なお、周知と思われる部分については、簡単な説
明に留めるか省略する。処理部100 は、マイクロプロセ
ッサ25（以下、単にＣＰＵとも記載する）を含み構成さ
れ、全体の制御は主にこのＣＰＵ25が行っている。高速
処理を要求される過程についてはデジタルシグナルプロ
セッサ20（以下ではＤＳＰ20と記載）が分担する。

【００３９】前述した２つのマイクロ波送受信器Ｐ１、
Ｐ２からのドップラ信号群（実施例では２つの入力系統
が夫々２重化されているので計４信号）は処理部100 に
個々に対応して設けられた帯域フィルタ受信増幅器(11
A，11A´，11B，11B´)に入力される。帯域フィルタ受
信増幅器(11A，11A´，11B，11B´)には、アナログマル
チプレクサ12A とアナログマルチプレクサ12B が接続さ
れている。マイクロ波送受信器Ｐ１からの信号はアナロ
グマルチプレクサ12A に、マイクロ波送受信器Ｐ２から
の信号はアナログマルチプレクサ12B に入力される。

【００４０】アナログマルチプレクサ12A には基準オシ
レータ13A の出力が接続されている。アナログマルチプ
レクサ12A の出力には、Ａ／Ｄ変換器15A とトリガレベ
ル発生器14A が並列接続されており、Ａ／Ｄ変換器15A
にはバッファメモリ16A とデュアルポートラム17A，18A
が順に接続されている。デュアルポートラム18A には
ＤＳＰ20のバスライン21が接続されている。

【００４１】全く同様に、マイクロ波送受信器Ｐ２に対
応するアナログマルチプレクサ12Bには、基準オシレー
タ13B の出力が入力され、出力側にＡ／Ｄ変換器15B と
トリガレベル発生器14B が並列接続されており、Ａ／Ｄ
変換器15B にはバッファメモリ16B とデュアルポートラ
ム17B，18B が順に接続されている。デュアルポートラ
ム18B にはＤＳＰ20のバスライン21が接続されている。

【００４２】上記ＤＳＰバスライン21にはＣＰＵ25との
データ入出力のためにデュアルポートラム19が接続され
ており、このデュアルポートラム19にＣＰＵバスライン
24が接続されている。ＣＰＵバスライン24には、この他
にＲＯＭ23、作業用のＲＡＭ22や速度データ出力用Ｉ／
Ｏ回路26が接続されている。

【００４３】この他、ＣＰＵ25には重故障出力フェール
セーフ出力回路30が接続されていて、機器正常の場合に
は、常に規定の周期のパルス信号が正常信号として出力
され、フェールセーフＡＮＤ回路31を介して重故障出力
が得られるようになっており、もし、列車タグＴやマイ
クロ波送受信器Ｐ１，Ｐ２、処理部など列車速度計測装
置各部のハード＆ソフトに何らかの異常があれば、フェ
ールセーフに重故障出力が得られるようになっている。
以上、処理部100 の構成について説明した。

【００４４】次に、実施例装置の作用について詳述す
る。図８にマイクロ波送受信器Ｐ１，Ｐ２と列車タグＴ
との交信タイミング、速度計測処理のタイミングを示
す。実施例装置では、列車が来ない時には地上送信器
（マイクロ波送受信器Ｐ１，Ｐ２）は、どちらも例えば
１msec周期で同一周波数のマイクロ波を断続送信してい
る。

【００４５】列車ＴＲが来て反射波が得られると（第
１）マイクロ波送受信器Ｐ１の受信出力には接近ドップ
ラ波が断続バースト信号として得られるので、この信号
が得られたことに対応して送信は速度計測のための連続
送信に切換えられる。列車ＴＲが来ると、同様に（第
２）マイクロ波送受信器Ｐ２の受信出力には退却ドップ
ラ波が断続バースト信号で得られるので対応して送信は
速度計測のため連続送信に切換えられる。タグＴが図４
の共通交信エリアＸ〜Ｙに入ると第１マイクロ波送受信
器Ｐ１の受信出力には接近ドップラ波が、第２マイクロ
波送受信器Ｐ２の受信出力には退却ドップラ波が同時に
得られる。

【００４６】これら出力は、処理部100 の帯域フィルタ
受信増幅器(11A，11A´，11B，11B´)に個々に入力され
る。各ドップラ信号は、帯域フィルタ受信増幅器(11A，
11A´，11B，11B´)にてノイズ除去や波形正規化がされ
たあと、対応するアナログマルチプレクサ12A 、12B に
入力される。

【００４７】処理部100 では、ＣＰＵ25の制御下に、夫
々入力されているドップラ波対応信号をアナログマルチ
プレクサ12A 、12B を介して選択出力させＡ／Ｄ変換回
路15A 及び15B により所定周期で順にＡ／Ｄ変換しデュ
アルポートラム(17A，18A，17B，18B) に高速に取り込
む。４つのドップラ波対応信号が略同時に４つのデュア
ルポートラムに記憶される。続いて、ＣＰＵ25は、ＤＳ
Ｐ（デジタルシグナルプロセッサ）20を制御し各ドップ
ラ信号を処理させる。

【００４８】ＤＳＰ20は波形処理・演算処理行い、接近
ドップラ周波数△ｆ₁ と退却ドップラ周波数△ｆ₂ を演
算し、△ｆ＝△ｆ₁ ＝△ｆ₂ になる位置計測を行って、
その時の△ｆより列車速度Ｖを演算する。この間の過程
を更に詳述する。

【００４９】図３において受信１−１信号（接近ドップ
ラ波）、受信１−２信号（接近ドップラ波）はアナログ
マルチプレクサ12A でいずれかが選択され、Ａ／Ｄ変換
器15A に入力される。同様に受信２−１信号（退却ドッ
プラ波）、受信２−２信号（退却ドップラ波）はアナロ
グマルチプレクサ12B でいずれかが選択され、Ａ／Ｄ変
換器15B に入力される。

【００５０】図４に示したＸからＹまでの交信エリア長
を２ｍとすると、列車速度Ｖ＝１５０km／ｈのときに
は、データ長＝５０msec、ドップラ周波数２７７（HZ）
ドップラ波数１３波となる。また列車速度Ｖ＝３０km／
ｈのときには、データ長＝２５０msec、ドップラ周波数
＝５５（HZ）、ドップラ波数１４波である。交信エリア
Ｘ〜Ｙは一定なので得られるドップラ波数は速度に依存
せず一定である。

【００５１】実際には、列車速度Ｖ＝０のときに、ドッ
プラ周波数＝０となるが、波形処理の都合上、列車速度
Ｖ＝０でも一定の周波数出力が得られるようにマイクロ
波送受信器Ｐ１，Ｐ２にてヘテロダイン検波して、図５
に示したように周波数ｆ₀ を中心に接近ドップラ波と退
却ドップラを周波数配置する。例えばｆ₀ ＝５００HZに
すると、接近ドップラ波は５００〜７７７HZ 退却ドップラ波は２２３〜５００HZとして受信ドップラ
波においては、図７の波形図に示すような波形の歪と位
相の不連続とが生じる。

【００５２】受信ドップラ波をＦＦＴ演算すればこれら
の影響は避けられるが、本実施例のように交信エリア長
が２ｍと狭く、受信ドップラ波のデータ長が５０msec前
後でランダムなバースト波では、ＦＦＴ演算本来の分解
能は得にくい。従ってドップラ波の波形データ処理をし
て位相反転箇所を除去し周期計測をしてドップラ周波数
を規定の精度で求める。そのタイミング関係を図９に、
波形データ処理の模様を図１０に示す。

【００５３】例えばＶ＝１５０km／ｈの場合は、図１０
（イ）に示すように、受信ドップラ波の到来と共にトリ
ガレベルが発生し１００KHZ （１０μsec ）のＡ／Ｄ変
換データ取り込みを開始し、５０msecの間連続実行して
デュアルポートラムに５KByte のデータとして取り込
む。以降はＤＳＰ20（デジタルシグナルプロセッサ）が
上記取込データに対して波形データ処理を高速に実行す
る。

【００５４】実施例装置では、先に図６にても示したよ
うに接近ドップラ波と退却ドップラ波の一致計測を行
い、この時点での列車速度を求め（計測）ている。先
ず、デュアルポートラムに取り込まれた波形データに対
してゼロクロス（Zero-Cross）ポイントを求める。即ち
Ａ／Ｄ変換されたデータが（＋）→（−）又は（−）→
（＋）にかわる（０をよぎる）ポイントを求める。次に
規定のZero-Crossポイント数（例えば１０）の平均周期
を計測する。この平均周期計測をずらし量τポイントで
５０msecの移動周期計測を行う。交信エリアＸＹ間（２
ｍ）にて２〜３（％）精度でドップラ周波数一致位置を
求める必要があるので、５０msecの期間に５０回の移動
周期計測を行うずらし量とする。

【００５５】次に平均周期よりドップラ周波数を演算し
て求める。ヘテロダイン中心周波数を減算した接近ドッ
プラ波と退却ドップラ波の一致位置を求め、その時のド
ップラ周波数△ｆｔを求める。以上の波形データ処理は
ＤＳＰ20にて５０msec以下で高速処理することが可能で
ある。

【００５６】以上の処理により５０msecの受信ドップラ
期間に５０回以上の移動周期計測を行うので、ドップラ
周波数のデータ数は交信エリアＸ→Ｙ（２ｍ）に５０回
ずらし演算をしているので、位置の計測精度は２（％）
である。またその時のドップラ周波数計測誤差は５０ms
ec（４０波）の波を５０００サンプリングしているので
１（％）以下の周波数計測誤差である。また図７のよう
に波形歪や位相反転があってもアナログ信号処理ではな
くＡ／Ｄ変換後デジタルデータ処理をしているので、影
響を受けることはない。

【００５７】このように、ドップラ周波数の演算にＡ／
Ｄ変換波形データ処理を採用しており、ドップラ波の位
相反転箇所等のチェックを行うので異常データは出力さ
れない。以上説明した、実施例装置での処理過程を表す
フローチャートを図１１に示す。なお、速度データその
ものの信頼性に関しては、複数のタグＴ（Ｔ１，Ｔ２，
…，Ｔｎ）より得られる速度計測値で、所定回数以上、
同一誤差範囲のデータが得られたら、最終的な速度計測
値とすることも容易で、このようにすれば突発的な異常
データ等は除去され信頼性は更に高くなる。

【００５８】実施例におけるその他の信頼性対策につい
て触れると、実施例装置では、上述のごとく列車が来な
い時は常時、断続信号を出していて、列車が来た時その
断続変調を受信してから速度計測を行うので、送信アン
テナ〜タグＴ〜受信回路の機能動作チェックを行ってい
ることになる（図４参照）。即ち、速度計測する前に、
列車の進入に伴い、図２のＣ点で断続波の受信をチェッ
クしてから連続ドップラ波により速度演算を行うことに
より、マイクロ波送受信器Ｐ１，Ｐ２、列車タグＴ、処
理部100 のフェールセール（スチール）チェックを行っ
ている。

【００５９】また図３の処理部100 では、定期的に基準
信号１（第１基準ＯＳＣ13A より）、基準信号２（第２
基準ＯＳＣ13B より）をアナログマルチプレクサ12A 、
12B経由で、Ａ／Ｄ変換してその波形チェックを行うこ
とで、処理部主要部のハード、ソフトのフェールセーフ
（スチール）チェックを行っている。そして機器正常の
場合は、常にＣＰＵ25より規定周期のパルス信号を正常
信号として出力し、その条件と重故障出力をフェールセ
ーフＡＮＤ回路31で作成しているので、列車タグＴ、マ
イクロ波送受信器Ｐ１，Ｐ２、処理部100 のハードやソ
フトウェアに何らかの異常があれば、フェールセーフに
重故障出力される。

【００６０】例示した図３の構成は完全なフェールセー
フ形態ではないが実用的には十分である。用途によって
は更に高度なフェールセーフ性が要求されるがその場合
には、アナログ回路のフェールセーフ構成、完全バス同
期の２重系マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、ＣＰＵ出力
のフェールセーフ照合等を採用して本器を高度フェール
セーフに適合したものに構成できる。また信頼度に関し
ても３重系多数決構成をとれば、在来の鉄道信号保安機
器と同レベルの保安性を確保した構成とすることもでき
る。

【００６１】なお、実施例では、タグＴと両マイクロ波
送受信Ｐ１，Ｐ２の高さは同一であるが、これは異なっ
ていても良く、演算条件を適切に対応させて変えること
でやはり高精度で速度を求めることができる。

【００６２】付言すると、上述した列車速度計測装置
は、既存のＡＴＣ装置に組み入れ有効に利用することが
できる。参考までに、図１２に現行のＡＴＣ装置と本発
明の実施例である（地点）速度計測装置を取り入れたシ
ステム概念図を示す。本発明の（地点）速度計測装置を
導入し、高精度の速度情報を既存のＡＴＣ装置に組み入
れることで、列車の定時運転のための速度指令や、構内
過走防護区間、分岐器制限区間、曲線線路区間、等にて
きめの細かい列車速度制御等が可能となる。

【００６３】以上、鉄道の列車の速度を計測することを
主体に本発明のドップラ式速度計測装置について説明し
たが、この実施例に限らず本発明は移動物体に側方から
マイクロ波を送信して速度計測を行う場合にひろく適用
することができ、同様に高い精度で速度計測を行うこと
ができる。そのような場合にも、対象物の側面がマイク
ロ波の反射体でひろく被われている場合には、能動トラ
ンスポンダ（タグ）を使用することで高い精度で計測が
できる。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したとおり本願第一発明のドッ
プラ式速度計測装置は、移動物体の進行方向に略平行に
進路の側方に一定間隔で設置された２つのマイクロ波の
送受信器と、これら送受信器の出力を同時に処理する処
理部とを有し、前記処理部は、前記両送受信器が出力す
る計測対象の移動体による反射波の周波数の変移が所定
関係となった時点に対応する反射波周波数から移動体の
速度を決定するから、移動体の側方からの計測であって
も、常に一定位置からの反射波に基づき速度を計測する
ことができ、従って高精度で速度計測が達成される。

【００６５】また、本願第二発明ではドップラ式速度計
測装置を、計測対象となる移動物体に予め付されて受信
マイクロ波に呼応して同一周波数のマイクロ波を返送す
るトランスポンダと、移動物体の進行方向に略平行に進
路の側方に一定間隔で設置された２つのマイクロ波の送
受信器と、これら送受信器の出力を同時に処理する処理
部とを有し、前記処理部は、前記両送受信器が出力する
計測対象の移動体からの返送波周波数の変移が所定関係
となった時点に対応するドップラ周波数から移動体の速
度を決定するから、第一発明と同様に、側方からの計測
であっても高精度の速度計測が達成されることに加え、
トランスポンダからの（応答）反射波を使うことにより
極めてＳ／Ｎ比がよい入力信号が得られ、この面からも
高い計測精度が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明のドップラ式速度計測装置の一実施例
の各部分とその配置等を示す平面図である。

【図２】本願発明装置に係るタグ及びマイクロ波送受信
器の構成の一例を示す回路ブロック図である。

【図３】本願発明装置に係る処理部の構成の一例を示す
回路ブロック図である。

【図４】本願発明におけるタグ及びマイクロ波送受信器
の幾何的配置の一例を示す平面図である。

【図５】実施例装置における各ドップラ波の関係を説明
する図である。

【図６】本願発明に係るドップラ波周波数の反射体の位
置による変化を示す図である。

【図７】本願発明に係るドップラ波の波形劣化の様子を
示す図である。

【図８】実施例装置における両マイクロ波送受信器とタ
グＴとの交信タイミング、及び速度計測処理のタイミン
グを示すタイムチャートである。

【図９】実施例装置におけるドップラ波の位相反転箇所
除去のための波形処理、及び周期計測のタイミングを示
すタイムチャートである。

【図１０】実施例装置におけるドップラ波の位相反転箇
所除去のための波形処理の模様を示す図である。

【図１１】実施例装置での処理過程を示すフローチャー
トである。

【図１２】現行のＡＴＣに本発明の実施例装置（地点速
度計測装置）を取り入れ構成されたＡＴＣシステム概念
図を示す。

【図１３】従来のドップラ式速度計測装置の構成とその
配置の例を示す平面図である。

【符号の説明】

１００…処理部、Ｔ…トランスポンダ（列車タグ）、Ｐ１、Ｐ２…マイクロ波送受信器、ＴＲ…移動体（列車）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マイクロ波のドップラ現象により移動物
体の速度を計測するドップラ式速度計測装置であって、移動物体(TR)の進行方向に略平行に進路の側方に一定間
隔で設置された２つのマイクロ波の送受信器(P1，P2)
と、これらマイクロ波送受信器(P1，P2)の出力を同時に
処理する処理部(100) とを有し、前記処理部(100) が、前記両送受信器(P1，P2) が出力
する計測対象の移動体(TR)による反射波の周波数の変移
が所定関係となった時点に対応する反射波周波数から移
動体(TR)の速度を決定することを特徴とするドップラ式
速度計測装置。
【請求項２】マイクロ波のドップラ現象により移動物
体の速度を計測するドップラ式速度計測装置であって、計測対象となる移動物体(TR)に予め付されて受信マイク
ロ波に呼応して同一周波数のマイクロ波を返送するトラ
ンスポンダ(T) と、移動物体(TR)の進行方向に略平行に
進路の側方に一定間隔で設置された２つのマイクロ波送
受信器(P1，P2)と、これら送受信器(P1，P2)の出力を同
時に処理する処理部(100) からなり、前記処理部(100) が、前記両送受信器(P1，P2)が出力す
る計測対象の移動体(TR)からの返送波の周波数の変移が
所定関係となった時点に対応する返送波周波数から移動
体(TR)の速度を決定することを特徴とするドップラ式速
度計測装置。