列車制御装置

【課題】地上側から車上側へ送信されるATC信号の列車制御情報に対応させた位相変化の検出を容易化する。
【解決手段】地上装置から送信された振幅変調信号の搬送波の位相を検出して位相情報を出力する位相検出手段を、振幅変調信号をディジタル信号に変換するA/D変換器31と、A/D変換器31からのディジタル振幅変調信号に、基本搬送波と同じ振幅及び周波数で位相を2π/Nずつずらした内部搬送波を乗算するN個の乗算器からなる乗算器群32と、各乗算器の出力値の直流成分を抽出するN個のローパスフィルタからなるローパスフィルタ群33と、振幅変調信号の断続する各信号部分のローパスフィルタ出力値最大となる内部搬送波の位相を検出し、互いに隣合う信号部分間の内部搬送波の相対的位相差を検出し、その相対的位相差に基づいて位相情報を出力する位相差検出手段34とを備えて構成した。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、列車制御情報に関し、特に、ATC(Automatic Train Control)に好適な列車制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、この種の列車制御装置は、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。
【0003】
この種の列車制御装置として、特許文献1に記載されているように、地上側から車上側へ送信する列車制御信号の搬送波の位相を列車制御情報と対応させ、地上側から搬送波の位相を所定の位相に変化させた列車制御信号を車上側に送信することにより、その位相に対応する列車制御情報を車上側に伝達するよう構成したものがある。
【0004】
特許文献1に記載された列車制御装置は、所定周波数の搬送波を所定の列車制御情報に対応させた所定の位相で位相変調処理し、その位相変調信号を振幅変調処理して地上装置から車上装置へ送信する。車上装置は、受信した振幅変調信号における搬送波の位相を、PLL回路を用いて検出し、検出した位相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を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2008−13043号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献1に記載された従来の列車制御装置のように、振幅変調信号の搬送波の位相検出にPLL回路を用いる場合、入力信号に対して同期をとる必要がある。また、振幅変調信号の搬送波の位相変化を検出するためには、同期の捕捉、保持が必要である。更に、振幅変調信号のように搬送波のある部分が断続する信号の場合、同期の保持が難しい。このため、振幅変調信号の搬送波の位相を変化させて所定の列車制御情報を送信する機能を備えた列車制御装置において、搬送波の位相検出処理をより容易に行えるものが求められている。
【0007】
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、位相を一定値ずつずらした内部搬送波を受信信号に乗算し、その乗算結果に基づいて受信信号の位相検出処理を行うことにより、位相検出処理を容易化した列車制御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】
【0008】
このため、本発明は、基本搬送波の位相を列車制御情報に対応させて変化させた信号を送信する装置と、該装置から送信された前記信号を受信して当該信号の位相を検出し、検出した位相情報から前記列車制御情報を抽出して列車を制御する装置と、を備えた列車制御装置において、前記受信した信号に前記基本搬送波と同じ振幅及び周波数で位相を一定値ずつずらした内部搬送波をそれぞれ乗算し、当該乗算結果において前記受信した信号と略一致する内部搬送波の位相情報に基づき、前記受信した信号の位相情報を出力する構成としたことを特徴とする。
【0009】
かかる構成では、送信側装置では、基本搬送波を位相変調して列車制御情報に対応させた位相に変化させて送信する。受信側装置は、送信側装置から送信された信号を受信し、基本搬送波と同じ振幅及び周波数で位相を一定値ずつずらした内部搬送波を受信信号にそれぞれ乗算し、これらの乗算結果において受信信号と略一致する内部搬送波の位相情報に基づき受信信号の列車制御情報に対応する位相情報を得て、列車制御情報を抽出して列車の走行を制御する。
【発明の効果】
【0010】
本発明の列車制御装置によれば、基本搬送波と同じ振幅及び周波数で位相を一定値ずつずらした内部搬送波を受信信号に乗算し、その乗算結果から受信信号の位相情報を検出するよう構成したので、従来のPLL回路を用いる場合に比べて入力信号に対する同期の捕捉や保持処理が不要となり、搬送波の位相変化検出処理が容易に行える。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明に係る列車制御装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図2】搬送波に副情報を付加した振幅変調波の波形例を示す図である。
【図3】同上実施形態の位相検出回路の構成を示すブロック図である。
【図4】乗算器群およびローパスフィルタ群の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の列車制御装置の一実施形態の概略構成図を示す。
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aと、列車イに搭載した車上装置bと、を備えて構成されている。そして、地上装置aから、先行列車との間隔及び進路の条件に応じた列車制御情報(例えば列車の許容速度情報等)に対応させたATC信号を、図中右方向に進行している列車イ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ATC信号を車上装置bが受信すると、ATC信号から前記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イの走行を制御するよう構成されている。軌道回路T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。尚、軌道回路Tのレールに送信する列車検知用の信号電流周波数と前後の軌道回路T′,T″のレールに送信する列車検知用の信号電流周波数を異ならせることで、軌道回路Tと前後の軌道回路T′,T″との電気的絶縁を不要とした無絶縁軌道回路であってもよい。
【0013】
前記地上装置aは、所定の周波数を有する基本搬送波f0を発生させる搬送波発生回路1を有している。搬送波発生回路1から発生された基本搬送波f0は、後述する移相回路4を介して変調回路2に入力される。前記変調回路2は、主情報選択回路3から入力された列車制御情報に対応させた変調波f1又は変調波f2で基本搬送波f0を振幅変調処理するように構成されている。変調波f1に対応した第1主情報F1と変調波f2に対応した第2主情報F2は、例えば、列車イに対する許容速度情報を示すATC信号である。例えば、第1主情報F1を、列車イに対して許容速度45km/hを示すATC信号とし、第2主情報F2を列車イに対して許容速度15km/hを示すATC信号とするようにする。尚、ここでは、説明を簡単にするために、地上から車上に送信される主情報を2個としているが、主情報数は2個に限らないことは言うまでもない。
【0014】
前記移相回路4は、主情報選択回路3と同期をとりながら第1主情報F1及び第2主情報F2と異なる列車制御情報である副情報を選択する副情報選択回路5で選択された副情報に対応させた位相で搬送波発生回路1からの基本搬送波f0を位相変調処理するように構成されている。副情報として、本実施形態では、例えば、搬送波f0の位相を+π/2(+90°)進めた第1副情報(+π/2)と、搬送波f0の位相を無変形とした第2副情報(0)と、搬送波f0の位相を−π/2(−90°)進めた第3副情報(−π/2)の3つの副情報を例示している。これら第1副情報(+π/2)、第2副情報(0)及び第3副情報(−π/2)は、例えば、列車イに対する信号現示情報を示すATC信号である。例えば、第1副情報(+π/2)は列車イの複数個先の軌道回路(図1において右側の図外の軌道回路)が進行現示であることを示すATC信号とし、第2副情報(0)はその軌道回路が注意現示であることを示すATC信号とし、第3副情報(−π/2)はその軌道回路が停止現示であることを示すATC信号とするようにする。ここで、移相回路4が、所定の周波数からなる基本搬送波を所定の列車制御情報に対応させた所定の位相に変化させる位相変調手段に相当する。
【0015】
図2は、地上装置aから送信される主情報と副情報を付加したATC信号の波形例である。図2の波形は、第1主情報F1(変調波f1)と第1副情報(+π/2)を付加したATC信号の例である。即ち、基本搬送波f0に対して断続する信号部分毎に位相を+π/2(+90°)進めた位相変調信号を変調波f1で振幅変調したATC信号である。尚、図2において、A、B、Cは、ATC信号(振幅変調信号)の断続する信号部分を示す。
【0016】
変調回路2で振幅変調処理されたATC信号は、パワーアンプ6で増幅処理され、接続トランス7を介して軌道回路Tを形成するレールに供給される。尚、このような地上装置a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。
【0017】
次に、車上装置bについて説明する。
車上装置bは、地上装置aからレールに送信されたATC信号を、列車イの前部でレールに対向して設けられている受電器10を介して受信し、受信したATC信号を増幅回路11で増幅処理できるように構成されている。
【0018】
車上装置aは、主情報受信部12と副情報受信部13とを備える。主情報受信部12は、受信した信号中に第1主情報F1に相当する信号がフィルタ回路14を介して受信できたときに、第1主情報受信リレー15を動作させ、受信した信号中に第2主情報F2に相当する信号がフィルタ回路16を介して受信できたときに、第2主情報受信リレー17を動作させることができるように構成されている。
【0019】
前記副情報受信部13は、後述する本発明の特徴である位相検出手段である位相検出回路30から出力される位相情報に基づいて列車制御情報(副情報)を抽出し、抽出した列車制御情報(副情報)に対応する副情報受信リレーを動作させることができるように構成されている。具体的には、位相検出回路30から受信した位相情報が+π/2(第1副情報)のときには第1副情報受信リレー18を動作させ、位相検出回路30から受信した位相情報が0(第2副情報)のときには第2副情報受信リレー19を動作させ、位相検出回路30から受信した位相情報が−π/2(第3副情報)のときには第3副情報受信リレー20を動作させることができるように構成されている。ここで、前記主情報受信部12、副情報受信部13、第1及び第2主情報受信リレー15、17、第1〜第3副情報受信リレー18、19、20が列車制御手段を構成する。
【0020】
次に、本発明の特徴である上述の位相検出回路30について説明する。
図3は、本実施形態の位相検出回路30の構成を示すブロック図である。
図3において、本実施形態の位相検出回路30は、A/D変換器31と、乗算器群32と、ローパスフィルタ群33と、位相差検出回路34と、を備えて構成されている。
【0021】
前記A/D変換器31は、増幅回路11で増幅された振幅変調信号であるアナログのATC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、この変換したディジタルATC信号を、乗算器群33へ出力する。
【0022】
前記乗算器群33は、図4に示すように、N個(N:自然数)の乗算器32−1〜32−Nからなり、乗算器32−1〜32−Nは、A/D変換器31から入力するディジタルATC信号に、基本搬送波f0と同じ振幅及び周波数で位相を一定値、例えば2π/NずつずらしたN個の内部搬送波sin(ωt+φi)(φi=2πi/N:i=0〜(N−1))とを乗算する。即ち、ディジタルATC信号をsin(ωt+θ)とすると、各乗算器32−1〜32−Nで、sin(ωt+θ)・sin(ωt+φi)(i=0〜(N−1))がそれぞれ演算される。ここで、θが地上装置aから送信された副情報に対応させた位相情報を示し、φiが内部搬送波の位相のずれ量を示す。例えば、乗算器を36個とした場合(N=36)、内部搬送波の位相のずれ量φi=πi/18となり、0から10°(π/18)毎に35π/18まで、36個の内部搬送波を各乗算器32−1〜32−NでディジタルATC信号sin(ωt+θ)に乗算することになる。尚、前記内部搬送波sin(ωt+φi)は、例えばリングオシレータ等を用いて発生させる。そして、各乗算器32−1〜32−Nからは、下記の(1)式の出力が発生する。
sin(ωt+θ)・sin(ωt+φi)
=(1/2)・{cos(θ−φi)−cos(2ωt+(θ+φi))} ・・・(1)
【0023】
前記ローパスフィルタ群33は、図4に示すように、乗算器群32の各乗算器32−1〜32−Nに対応して設けられたN個のローパスフィルタ33−1〜33−Nからなり、各ローパスフィルタ33−1〜33−Nは、それぞれ対応する乗算器32−1〜32−Nから発生する(1)式の出力から交流成分cos(2ωt+(θ+φi))を除去し、直流成分cos(θ−φi)を抽出してそれぞれ出力値1〜Nとして出力する。
【0024】
前記位相差検出回路34は、最大出力値検出部34Aと、位相差算出部34Bと、を備える。前記最大出力値検出部34Aは、ローパスフィルタ群33の各ローパスフィルタ33−1〜33−Nからそれぞれ出力される出力値1〜Nのうち、どの出力値が最大であるかを、断続する各信号部分A、B、C(図2に示す)が入力する毎に検出する。ここで、φi=θのときにその出力iが最大となる事から、出力最大となる内部搬送波の位相φiが受信ATC信号の位相となる。そのため、前記位相差算出部34Bは、最大出力値検出部34Aが検出した各信号部分A、B、Cの最大値を示す出力値が入力する毎に、入力した最大出力値に対応する内部搬送波の位相が例えば図4のφi、φj、φkとしたとき、この内部搬送波の位相φi、φj、φkを、各信号部分A、B、Cそれぞれにおける受信ATC信号の位相であるとして記憶し、記憶した内部搬送波の各位相φi、φj、φkに基づいて、互いに隣合う信号部分AとB、BとC間のそれぞれの位相のずれ量(位相差)φi−φj、φj−φkから算出することにより隣合う信号部分AとB、BとC間の搬送波の相対的位相差を検出し、検出した位相差を位相情報として副情報受信部13へ出力する。ここで、位相差検出回路34が位相差検出手段に相当する。
【0025】
次に、本実施形態の列車制御装置における位相検出回路30の動作を説明する。
受電器10で受信され、増幅回路11を介して図2に示すような振幅変調信号が位相検出回路30に入力すると、A/D変換器31により所定間隔でサンプリングされたディジタル信号が乗算器群32の各乗算器32−1〜32−Nに並列的に入力する。各乗算器32−1〜32−Nでは、入力したディジタル信号(振幅変調信号の搬送波波形データ)にそれぞれの内部搬送波sin(ωt+φi)(i=0〜(N−1))を乗算する。各乗算器32−1〜32−Nの乗算結果が、ローパスフィルタ群33の対応する各ローパスフィルタ33−1〜33−Nに入力し、各ローパスフィルタ33−1〜33−Nで直流成分を抽出し、抽出した直流成分は各出力値1〜Nとして位相差検出回路34の最大出力値検出部34Aに入力する。尚、乗算器群32とローパスフィルタ群33の乗算動作と抽出動作は、図2に示す振幅変調信号における信号部分の有無に関係なく連続して行われるが、実際に信号が無い部分であるので、スペース部分として認識して出力結果は採用しないように構成されている。
【0026】
図2に示す振幅変調信号の信号部分Aのディジタル信号が乗算器群32とローパスフィルタ群33を介して位相差検出回路34に入力されると、最大出力値検出部34は、検出した最大出力値を発生した内部搬送波の位相φiを、信号部分Aにおける受信ディジタル信号の位相として記憶する。即ち、(1)式から明らかなように、各ローパスフィルタ33−1〜33−Nからそれぞれ出力される出力1〜Nのうち最大となるのはφi=θの場合であり、最大出力値を示す出力に対応する内部搬送波の位相が受信したATC信号の位相と同期しており、この内部搬送波の位相が受信したATC信号の位相であり、この内部搬送波の位相φiを、信号部分Aにおける受信ディジタル信号の位相として記憶する。この動作を、信号部分Aにおいて搬送波の1周期毎に実行し、出力最大値となる内部搬送波の位相が同じであることを確認し、受信した地上装置aからの搬送波とその内部搬送波の位相が同期点であることを確認する。尚、この確認動作は必ずしも行わなくともよい。
【0027】
信号部分Aが終わり次の信号部分Bの搬送波データが位相検出回路30に入力すると、前述の信号部分Aの場合と同様に、信号部分Bの最大出力値を検出し、この最大出力値に対応する内部搬送波の位相φjを、信号部分Bにおける受信ディジタル信号の位相として記憶する。そして、位相差算出部34Bで、信号部分Aについて記憶した位相φiと信号部分Bについて記憶した位相φjの位相差φij(φij=φi−φj)を算出する。ここで、信号部分Bの最大出力値となる内部搬送波の位相は、信号部分Aの搬送波に対して、付加された副情報に応じた位相差分だけずれる。
【0028】
信号部分Bが終わり次の信号部分Cの搬送波データが位相検出回路30に入力すると、信号部分Cについても、信号部分A、Bの場合と同様の動作を繰り返して信号部分Cにおける最大出力値を検出し、この最大出力値に対応する内部搬送波の位相φkを、信号部分Cにおける受信ディジタル信号の位相として記憶し、位相差算出部34Bで、信号部分Bについて記憶した位相φjと信号部分Cについて記憶した位相φkの位相差φjk(φjk=φj−φk)を算出する。そして、位相差算出部33Bは、確定した互いに隣合う信号部分間の相対的位相差が所定回数連続して一致したとき、例えば2回連続して一致したとき、本実施形態の場合、信号部分A、B間の相対的位相差φijと信号部分B、C間の相対的位相差φjkが一致したとき、その相対的位相差(図2では+(π/2))を位相情報として確定して副情報受信部13に出力する。尚、位相情報を確定する際の一致連続回数は2回に限るものではなく、列車制御の応答に支障を及ぼさない範囲で3回以上の適正な連続回数を設定してもよい。
【0029】
尚、前記位相情報の確定方法としては、隣合う信号部分間の搬送波の相対的位相差を、複数(例えば10)の互いに隣合う信号部分間で検出し、これら複数(例えば10)のうち、連続するしないに拘わらず予め定めた所定数(例えば5)以上一致したとき、この一致した相対的位相差を位相情報として確定するようにしてもよい。この場合も、搬送波の相対的位相差を検出する互いに隣合う信号部分の数は10に限らず、列車制御の応答に支障を及ぼさない範囲で適正な数を設定すればよい。
【0030】
かかる本実施形態の列車制御装置によれば、乗算器群32とローパスフィルタ群33を用いて振幅変調信号の断続する各信号部分の搬送波と基本搬送波の相対的位相差を検出し、検出した相対的位相差に基づいて位相情報を抽出するようにしたので、従来のPLL回路を用いる場合に比べて入力信号に対する同期の捕捉や保持処理が不要となり、搬送波の位相変化検出処理が容易に行える。また、乗算器群32とローパスフィルタ群33を用いて検出した最大出力値を用いて位相情報を取得するので、軌道回路Tに進入した列車イがATC信号の受信端から送信端側に向けて進行するにつれて、受電器10で受信する振幅変調信号レベルが増大しても、この振幅変調信号レベルの変化の影響を受け難いという利点がある。
【0031】
上述した実施形態は、振幅変調の変調波周波数も列車制御情報に対応させる構成の列車制御装置であるが、変調波周波数は一定として位相変調による位相変化だけを列車制御情報に対応させる構成であってもよい。また、列車制御装置としてATC装置の例を示したが、地上側と車上側との間で列車制御に関連する情報を通信する、例えばATS装置等の列車制御装置にも適用することができることは言うまでもない。
【0032】
尚、上記実施形態では、基本搬送波を列車制御情報に対応させた位相に変化させる位相変調手段の位相変調信号を振幅変調処理して送信する地上装置と、受信した振幅変調信号における搬送波の位相を検出する位相検出手段の出力する位相情報から列車制御情報を抽出して列車を制御する列車制御手段を有する車上装置と、を備える構成としたが、この構成に限るものではなく、本発明は、基本搬送波の位相を列車制御情報に対応させて変化させた信号を送信する送信側の装置と、この送信側装置から送信された信号を受信してこの受信該信号の位相を検出し、検出した位相情報から列車制御情報を抽出して列車を制御する受信側の装置とを備えた列車制御装置において、受信信号に基本搬送波と同じ振幅及び周波数で位相を一定値ずつずらした内部搬送波をそれぞれ乗算し、当該乗算結果において受信信号と略一致する内部搬送波の位相情報に基づき、受信した信号の位相情報を出力する構成であればよい。
【符号の説明】
【0033】
1 搬送波発生回路
2 変調回路
4 移相回路
12 主情報受信部
13 副情報受信部
15 第1主情報受信リレー
17 第2主情報受信リレー
18 第1副情報受信リレー
19 第2副情報受信リレー
20 第3副情報受信リレー
30 位相検出回路
31 A/D変換器
32 乗算器群
33 ローパスフィルタ群
34 位相差検出回路
イ 列車
a 地上装置
b 車上装置

【特許請求の範囲】
【請求項1】
基本搬送波の位相を列車制御情報に対応させて変化させた信号を送信する装置と、該装置から送信された前記信号を受信して当該信号の位相を検出し、検出した位相情報から前記列車制御情報を抽出して列車を制御する装置と、を備えた列車制御装置において、
前記受信した信号に前記基本搬送波と同じ振幅及び周波数で位相を一定値ずつずらした内部搬送波をそれぞれ乗算し、当該乗算結果において前記受信した信号と略一致する内部搬送波の位相情報に基づき、前記受信した信号の位相情報を出力する構成としたことを特徴とする列車制御装置。
【請求項2】
前記乗算結果に基づいて、前記内部搬送波の位相情報として、前記受信した信号の断続する各信号部分について当該受信信号の位相と略一致する内部搬送波の位相を検出し、検出した内部搬送波の各位相から互いに隣合う前記信号部分間の内部搬送波の相対的位相差を検出して前記受信した信号の位相情報を出力する構成とした請求項1に記載の列車制御装置。
【請求項3】
基本搬送波を列車制御情報に対応させた位相に変化させる位相変調手段の位相変調信号を振幅変調処理して送信する地上装置と、受信した振幅変調信号における搬送波の位相を検出する位相検出手段の出力する位相情報から前記列車制御情報を抽出して列車を制御する列車制御手段を有する車上装置と、を備えた列車制御装置において、
前記位相検出手段を、前記基本搬送波と同じ振幅及び周波数で位相を一定値ずつずらした複数の内部搬送波と前記振幅変調信号とをそれぞれ乗算し、これら乗算結果に基づいて、前記振幅変調信号の断続する各信号部分について振幅変調信号の搬送波の位相と略一致する内部搬送波の位相を検出し、互いに隣合う前記信号部分間の内部搬送波の相対的位相差を検出して前記位相情報を出力する構成としたことを特徴とする列車制御装置。
【請求項4】
前記位相検出手段は、
前記基本搬送波と同じ振幅及び周波数で位相を2π/NずつずらしたN個の各内部搬送波と前記振幅変調信号とを乗算するN個の乗算器と、
各乗算器の出力から直流成分を抽出するN個のローパスフィルタと、
前記振幅変調信号の断続する各信号部分についてローパスフィルタ出力値が最大となる内部搬送波の位相を振幅変調信号の搬送波の位相と略一致する位相として検出し、互いに隣合う前記信号部分間の内部搬送波の相対的位相差を検出して前記位相情報を出力する位相差検出手段と、
を備えて構成した請求項3に記載の列車制御装置。
【請求項5】
前記位相差検出手段は、検出した前記隣合う信号部分間の搬送波の相対的位相差が、所定回数連続して一致したとき、この一致した相対的位相差に基づいて前記位相情報を出力する構成である請求項4に記載の列車制御装置。
【請求項6】
前記位相差検出手段は、検出した前記隣合う信号部分間の搬送波の相対的位相差を、複数回検出し、これら複数回のうちから予め定めた所定回数一致したとき、この一致した相対的位相差に基づいて前記位相情報を出力する構成である請求項4に記載の列車制御装置。
【請求項7】
前記振幅変調処理は、搬送波を変調する変調波の周波数の変化を、前記列車制御情報とは別の列車制御情報に対応させている請求項3〜6のいずれか1つに記載の列車制御装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2013−102618(P2013−102618A)
【公開日】平成25年5月23日(2013.5.23)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−244989(P2011−244989)
【出願日】平成23年11月8日(2011.11.8)
【出願人】(000004651)日本信号株式会社 (720)
【Fターム(参考)】