踏切障害物検知装置
【課題】安価ながら踏切道上の車両も人も検出できるレーダー方式の踏切障害物検知装置について、距離の計測速度および計測精度を高める。
【解決手段】照射波Ｓを踏切内で水平方向に回転させる回転機構部７０から検出対象物１３までの距離を計測する距離計測部８０が、照射波Ｓの周波数ｆを高低の周波数に固定するのも掃引させるのも可能な変調器８１と、照射波Ｓと反射波Ｒとに係るビート信号ｂを抽出するビート信号抽出回路５６＋５７と、ビート信号ｂ１，ｂ２から２周波ＣＷ方式での距離を求めるとともにビート信号ｂ３からＦＭＣＷ方式での距離を求めて更にそれらの距離を組み合わせることにより適切な距離情報を算出する信号処理装置とを具える。
【解決手段】照射波Ｓを踏切内で水平方向に回転させる回転機構部７０から検出対象物１３までの距離を計測する距離計測部８０が、照射波Ｓの周波数ｆを高低の周波数に固定するのも掃引させるのも可能な変調器８１と、照射波Ｓと反射波Ｒとに係るビート信号ｂを抽出するビート信号抽出回路５６＋５７と、ビート信号ｂ１，ｂ２から２周波ＣＷ方式での距離を求めるとともにビート信号ｂ３からＦＭＣＷ方式での距離を求めて更にそれらの距離を組み合わせることにより適切な距離情報を算出する信号処理装置とを具える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鉄道の踏切内にミリ波やマイクロ波などの空中伝搬波を照射して踏切道における人や車両などの障害物を検出する踏切障害物検知装置に関し、詳しくは、検出対象物までの距離を計測するのにＣＷ（Continuous Wave，持続波，連続波）方式の測距センサを用いる踏切障害物検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
踏切道上の障害物を検知する一般的な方式として、投受光器間の光ビームが自動車等で遮断されたことで障害物を検知する光式と、踏切の道路下に設置したループコイルが自動車等の金属に感応してループコイル組み込み発振回路の発振周波数が上昇するのを利用して障害物を検知するループ式とが、知られている。これらの方式には、不満な点として、設備費用が高い点や、踏切道上に滞留している交通弱者を検出できない点があり、その改善が求められている。
それらを解決する一方式として、図４に示したレーダー方式の踏切障害物検知装置が、提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図４は、そのような踏切障害物検知装置の概要構造等を示しており、（ａ）が踏切障害物検知装置およびそれを設置した踏切の斜視図、（ｂ）が踏切障害物検知装置の回転機構部の斜視図である。この踏切障害物検知装置は、軌道内に設置されて踏切道１０に臨む回転機構部４０と、回転機構部４０に内蔵された送受信部（５１〜５７又は６１〜５７）や軌道脇の器具箱１２に内蔵された信号処理装置（５８又は６８）からなる距離計測部（５０又は６０）とを備えたものである。回転機構部４０は、送受信部のアンテナ等を鉛直軸周り回転可能に支持する回転盤と、その回転位置を検出するロータリエンコーダ等の方位検出手段とを具えていて、距離計測部による計測方向すなわち照射波Ｓの照射方向を踏切内で水平方向に回転させるとともに、その回転の方位を随時検出するようになっている。
【０００４】
また、距離計測部は、踏切内へ電波等の空中伝搬波を照射するとともに、この照射波Ｓが踏切道１０上の検出対象物１３等で反射して帰ってきた反射波Ｒを受信し、その反射波Ｒと元の照射波Ｓとの関係を利用して、具体的にはそれらのビート信号を抽出して、回転機構部４０から検出対象物１３までの距離を計測するようになっている。
さらに、信号処理装置は、距離計測部の一部として、ビート信号を処理して距離情報を算出するといった演算を遂行するとともに、その距離情報と回転機構部４０にて得た方位情報とに基づいて、踏切道１０上で両側の遮断桿１１の間に障害物が在るか否かの判定も行うようになっている。
【０００５】
そのようなＣＷ方式の距離計測手法を具体化したものとして、図５に示した２周波ＣＷ方式測距センサ５０と、図６に示したＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave ，周波数変調連続波）方式測距センサ６０とが、知られている。従来、これらの方式は、併用されることなく、何れか一方が採択されていた（例えば特許文献１，特許文献２参照）。
ここでは、それらのＣＷ方式測距センサ５０，６０について、本発明の説明にも役立つ構成および特質を掻い摘んで説明する。
【０００６】
図５は、（ａ）が一般的な２周波ＣＷ方式測距センサ５０のブロック図、（ｂ）がそれを用いた距離計測状態の説明図である。
２周波ＣＷ方式測距センサ５０は（図５（ａ）参照）、踏切内へ空中伝搬波を照射するために、変調信号を一定時間で切り替えて照射波Ｓの周波数ｆを低い周波数ｆ１に固定させるのと高い周波数ｆ２に固定させるのとを交互に行う変調器５１と、その変調信号に従って送信信号ｓを生成するに際して周波数ｆ１の正弦波状の送信信号ｓ１と周波数ｆ２の正弦波状の送信信号ｓ２とを一定時間ずつ交互に生成する高周波発振器５２と、その送信信号ｓを分割して一部を送信アンテナ５４に送出し残りをミキサー５６に送出する信号分配器５３と、電気信号の送信信号ｓをミリ波やマイクロ波など（電波）の照射波Ｓにして空中へ出射することで周波数ｆ１の照射波Ｓ１と周波数ｆ２の照射波Ｓ２とを一定時間ずつ交互に踏切内に照射する送信アンテナ５４とを備えている。
【０００７】
また、２周波ＣＷ方式測距センサ５０は、照射波Ｓが検出対象物１３に当たって跳ね返ってきた反射波Ｒを受信するために、空中伝搬波の反射波Ｒから電気信号の受信信号ｒを生成する受信アンテナ５５を備えている。これにより、周波数ｆ１の反射波Ｒ１からは周波数ｆ１の受信信号ｒ１が得られ、周波数ｆ２の反射波Ｒ２からは周波数ｆ２の受信信号ｒ２が得られるようになっている。さらに、照射波Ｓと反射波Ｒとに係るビート信号ｂを抽出するビート信号抽出回路として、送信信号ｓと受信信号ｒとを混合（掛算）するミキサー５６と、それに後続するローパスフィルタ５７とを備えていて、照射波Ｓ１と反射波Ｒ１とに係るビート信号ｂ１と、照射波Ｓ２と反射波Ｒ２とに係るビート信号ｂ２とを、交互に生成するようになっている。
【０００８】
さらに、２周波ＣＷ方式測距センサ５０は、判定に供される距離情報を算出するために、ビート信号ｂに基づいて回転機構部４０から検出対象物１３までの距離を２周波ＣＷ方式で求める信号処理装置５８を備えている。信号処理装置５８は、演算手段としてのマイクロプロセッサやデジタルシグナルプロセッサを主体にしたものであり、ビート信号ｂをデジタル化して入力するＡ／Ｄ変換回路や、ビート信号ｂの周波数スペクトラムをデジタル演算にて算出するＦＦＴ（高速フーリエ変換）演算手段が、組み込まれ又は付設されている。２周波ＣＷ方式での距離ｄ２は、ビート信号ｂ１の位相とビート信号ｂ２の位相との位相差から公知の所定式で算出されるようになっている。
【０００９】
このような２周波ＣＷ方式測距センサ５０を用いて（図５（ｂ）参照）、さらに踏切での障害物検出に要する検知範囲距離ｄｘを例えば３６ｍとして、踏切道１０上の対象物１３までの距離を計測すれば、最小検出単位が位相差で０．５゜程度（距離で１０ｃｍ程度）と小さいので、細密な測距ができるが、位相差では１８０゜（距離で検知範囲距離ｄｘ＝３６ｍ）を超える測距ができない。検知範囲距離ｄｘより遠い検出対象物１３については、回転機構部４０から検出対象物１３までの距離として、検知範囲距離ｄｘより近くの虚像１４までの距離が、すなわち正しい距離から検知範囲距離ｄｘの整数倍を引いた嘘の距離が、算出されてしまうためである。
【００１０】
図６は、（ａ）が一般的なＦＭＣＷ方式測距センサ６０のブロック図、（ｂ）がそれを用いた距離計測状態の説明図である。
ＦＭＣＷ方式測距センサ６０（図５（ａ）参照）が上述した２周波ＣＷ方式測距センサ５０と相違するのは、変調器５１が変調器６１になった点と、信号処理装置５８が信号処理装置６８になった点である。
【００１１】
変調器６１は、空中伝搬波の周波数ｆを固定させないで掃引させるために変調信号を連続的に変化させるようになっている。そのため、他の部材５２〜５７は同じままでも、送信信号ｓと照射波Ｓと反射波Ｒと受信信号ｒがその周波数ｆを周波数変調周期Ｔごとに周波数変調幅Ｂだけ上げ下げするものとなっている。
なお、本明細書では、ＦＭＣＷ方式での送信信号ｓと照射波Ｓと反射波Ｒと受信信号ｒとビート信号ｂとを２周波ＣＷ方式でのそれらと区別するとき、送信信号ｓ３と照射波Ｓ３と反射波Ｒ３と受信信号ｒ３とビート信号ｂ３と記す。回転機構部４０から検出対象物１３までの計測距離ｄも、ＦＭＣＷ方式での距離ｄ３と２周波ＣＷ方式での距離ｄ２とを包括している。
【００１２】
信号処理装置６８は、Ａ／Ｄ変換回路や，ＦＦＴ演算手段，マイクロプロセッサ等の演算手段を具えており、ハードウェア面からは信号処理装置５８と同じであるが、マイクロプロセッサ等での演算内容が信号処理装置５８と異なっている。すなわち、変調器６１にて照射波Ｓ３の周波数ｆ３を掃引させるとともにその反射波Ｒ３の受信信号ｒ３と照射波Ｓ３の原信号の送信信号ｓ３とからビート信号抽出回路にて得たビート信号ｂ３を入力して、その周波数からＦＭＣＷ方式での距離ｄ３を求めるようになっている。具体的には、周波数ｆが高くなるときのビート周波数ｆｕと周波数ｆが低くなるときのビート周波数ｆｄとから公知の所定式でＦＭＣＷ方式での距離ｄ３が算出されるようになっている。
【００１３】
このようなＦＭＣＷ方式測距センサ６０を用いて（図６（ｂ）参照）、さらに占有周波数帯域幅の許容値すなわち周波数変調幅Ｂを例えば７６ＭＨｚとして、踏切道１０上の対象物１３までの距離を計測すれば、踏切での障害物検出に要する検知範囲距離ｄｘに拘わらず最小検出単位が２ｍ程度と大きいので、大雑把な測距となるが、検知範囲距離ｄｘである３６ｍを超える測距も可能である。検知範囲距離ｄｘより遠い検出対象物１３についても、２周波ＣＷ方式のように近くの虚像を測距することなく、検知範囲距離ｄｘより近い検出対象物１３と同様に、実像の距離を得ることができる。
【００１４】
【特許文献１】特開２００３−１１８２４号公報
【特許文献２】特開２００３−３５７６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述したレーダー方式の踏切障害物検知装置では、踏切道上に滞留している車両や人（特に交通弱者）を検出できるばかりか、その検出を一台のレーダーで行えるので、設備工事費や機器の保全費用も安くなる、といった特徴がある。
このような踏切障害物検知装置では、踏切道内で虜状態になっている自動車や車椅子の人が重要な検出対象であるため、距離計測用レーダーには、一般的に、静止物体の検出に適したＦＭＣＷ方式測距センサが使用される（例えば特許文献１参照）。
しかしながら、このような踏切障害物検知装置の距離計測手法には未だ改善の余地がある。その点を以下に詳述する。
【００１６】
測距センサの応用として自動車の前方障害物検知センサが知られており（例えば特許文献２参照）、この測距センサでは、最大１５０ｍまでの距離を検知できなければならないが、検知精度（分解能）は１ｍ程度で十分なため、２周波ＣＷ方式でもＦＭＣＷ方式でも任意に何れかを採択することができる。
これに対し、踏切障害物検知装置の検知範囲は、図４に示されるように複線の上下線を挟む両側の遮断桿１１の内側における踏切道１０上に限定されるため、要求される検知距離は、最大で３６ｍ程度である。しかし、検出対象物１３が踏切遮断桿１１より踏切内側に入っている場合は障害物と判定し、検出対象物１３が踏切遮断桿１１の外側に出ている場合は障害物と判定してはならない。このため、距離の精度には±１５ｃｍ以下が必要となり、距離分解能は１５ｃｍ以下を要求される。
【００１７】
また、レーダー方式の踏切障害物検知装置では、図４に示すように、回転機構部４０を軌道内に設置し、それで測距センサのアンテナ等を首振り回転（揺動）させるとともに、静止物体の測定のためにアンテナ等を前後方向に微小振動させることで、前方約１８０゜に広がる踏切道１０全体を短時間で具体的には２秒以下で空中伝搬波の照射を一通り行って、電波を反射する検出対象物１３までの距離ｄを計測することが望まれる。測距センサのビーム（照射波Ｓ）の水平方向広がりが一般的な４゜の場合、４５（＝１８０゜／４゜）分割された方位ごとに距離ｄが計測されるので、一方位当たりの計測に掛けられる時間は４４ｍｓとなる。ここで、１８０゜回転時間を２秒以下としたのは、踏切障検の規定で「障害物を連続６秒以上検出した場合に支障情報を出力する」とされており、これに則って支障出力とするまでの６秒間に３回ほど一連の伝搬波照射および距離の計測を行って、さらには例えば多数決判定等も組み合わせて、障害物検知の確度を向上させるためである。
【００１８】
ところが、ＦＭＣＷ方式の測距センサの距離分解能Δｄは、次式で表されるように、周波数掃引幅Δｆ＝周波数変調幅Ｂで規定される。なお、ｃは光速である。
Δｄ＝ｃ／（２・Δｆ）
このような距離分解能を持ったＦＭＣＷ方式測距センサの利用に際しては、信号処理系における下記２要素（１），（２）を加味して、距離計測精度を更に考慮しなければならない。
【００１９】
（１）レーダー反射波Ｒの取込時間Ｔｉｎ（一方位当たりの計測に掛ける時間）を考慮しなければならない。１／Ｔｉｎが、ＦＦＴ演算手段にて適切に処理できる信号周波数の最低周波数になるからである。
（２）距離計測部の信号処理装置のＡ／Ｄ変換回路の信号サンプリングタイムＴｓを考慮しなければならない。１／（２・Ｔｓ）が、ＦＦＴ演算手段にて適切に処理できる信号周波数の最高周波数になるからである。
そして、これらも考慮すると、回転範囲を分割した方位それぞれに許される計測時間が短くなれば、距離計測精度が悪化する。上述したように一方位当たりの計測時間を４４ｍｓと短縮するには、距離計測精度を犠牲にする覚悟が要る。
【００２０】
また、周波数掃引幅Δｆ＝周波数変調幅Ｂは使用周波数領域の占有周波数帯域幅で制限され、占有周波数帯域は電波法で規制されるため、例えば７６．５ＧＨｚ帯の周波数を使用した場合でも、占有周波数帯域幅の許容値は５００ＭＨｚとなっており、その場合、距離分解能Δｄは約３０ｃｍとなる。この分解能の粗さに起因する検知誤差（距離計測精度）は、検知距離の長さ（検知範囲距離ｄｘ）とは関係ないため、踏切障害物検知装置の検知範囲（検知範囲距離ｄｘ）が３６ｍ以下の場合でも改善されない。
【００２１】
しかも、７６．５ＧＨｚ帯は現在のところ車載形測距センサに使用が限定されているため、地上設備には使用することができない。このため、地上設備である踏切障害物検知装置には地上設備用の周波数領域２４．１５ＧＨｚ帯を使用することになる、この周波数領域では、占有周波数帯域幅の許容値は７６ＭＨｚしかなく、その場合、距離分解能Δｄは約２ｍとなる。
何れの観点からも、すなわち計測速度および計測精度の両観点から見て、距離計測部にＦＭＣＷ方式測距センサを従来通り使用していたのでは、踏切障害物検知装置の十分な改善（すなわち距離計測の高速化および高精度化）は望めない。
【００２２】
一方、ＦＭＣＷ方式測距センサに代えて２周波ＣＷ方式測距センサを採択すれば、検知範囲距離ｄｘの大小に応じて最小検出単位（距離分解能）も増減するので、一見すると、検知範囲距離ｄｘの小さい踏切障害物検知装置では簡単に計測精度等の問題を解決できるようにも思えるが、上述したように２周波ＣＷ方式の測距には検知範囲距離ｄｘより遠い検出対象物１３を近くに誤検出するという特性があるため、前方だけを遠くまで計測する自動車の場合と異なり、検出対象物が踏切の内外いずれに在るのかの判別が重要であり而も踏切内外の判別基準位置が伝搬波照射の方向（回転の方位）に応じて大きく変化する踏切障害物検知装置には、一般的な２周波ＣＷ方式測距センサを多少改造した程度では採用することができない。
【００２３】
そこで、光式やループ式に勝る特徴を持つレーダー方式の踏切障害物検知装置について、安価ながら踏切道上の車両も人も検出できるという特徴を損なうことなく、障害物検知の確度を向上させるために、規定時間内に出来るだけ多く精密な測距を行って正確な判定を下すことができるよう距離の計測速度および計測精度を高める工夫をするとともに、その具体化に際してはコストアップを抑えるべく装置規模や回路規模の増加を回避するよう更なる工夫を凝らすことが、技術的な課題となる。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の踏切障害物検知装置は、このような課題を解決するために創案されたものであり、踏切内へ空中伝搬波を照射するとともにその反射波を受信して検出対象物までの距離を計測する距離計測部と、その照射方向を水平方向に回転させるとともにその回転の方位を随時検出する回転機構部とを備えていて、前記距離計測部にて得た距離情報と前記回転機構部にて得た方位情報とに基づいて前記踏切内に障害物が在るか否かの判定を行う踏切障害物検知装置において、前記距離計測部が、以下の変調手段とビート信号抽出回路と信号処理装置とを具えていることを特徴とする。
【００２５】
すなわち、前記変調手段は、前記照射波の原信号である送信信号を生成する発振回路や送信回路を制御して、ミリ波やマイクロ波などの電波・電磁波からなる前記空中伝搬波の周波数を可変調整するものであり、前記空中伝搬波の周波数を高低いずれの周波数に固定させるのも可能であり、さらに前記空中伝搬波の周波数を固定させずに掃引させるのも可能なようになっている。
また、前記ビート信号抽出回路は、前記照射波と前記反射波とに係るビート信号を抽出するものである。具体的には、前記送信信号を分割や複製した信号と、反射波の受信信号とを、ミキサ等で混合してから、ローパスフィルタ等で低周波成分のビート信号を抽出するようになっている。
【００２６】
さらに、信号処理装置は、前記距離情報の算出を、２周波ＣＷ方式とＦＭＣＷ方式との組み合わせにて、次のようにして行うものとなっている。
すなわち、前記変調手段にて前記空中伝搬波の周波数を高い周波数に固定させて前記ビート信号の位相を求めるとともに、前記変調手段にて前記空中伝搬波の周波数を低い周波数に固定させて前記ビート信号の位相を求めて、それらの位相差から２周波ＣＷ方式での距離を求める。
また、前記変調手段にて前記空中伝搬波の周波数を掃引させて、前記ビート信号の周波数からＦＭＣＷ方式での距離を求める。
さらに、前記ＦＭＣＷ方式での距離と前記２周波ＣＷ方式での距離とをそれぞれ検知範囲を超えられるものと超えられないものとして組み合わせることにより、前記距離情報を算出する。
【発明の効果】
【００２７】
このような本発明の踏切障害物検知装置にあっては、レーダー方式での測距を踏襲しつつも、ＦＭＣＷ方式と２周波ＣＷ方式との両方式で距離計測が行われ、さらに両方式の特質が生きるよう計測結果が統合される。すなわち、高精度検出が可能であるが踏切での検知範囲距離を超えられない２周波ＣＷ方式での距離と、踏切での検知範囲距離を超えられるが使用可能な占有周波数帯域の制約や一方位当たり計測時間の制約のため距離計測精度の低くなりがちなＦＭＣＷ方式での距離とを適切に組み合わせることで、踏切での検知範囲距離を超えるところまで高い精度で而も規定時間内に所望回数繰り返せるほど速やかに距離計測を行うことができるようになっている。
【００２８】
また、２周波ＣＷ方式の測距センサとＦＭＣＷ方式の測距センサは、ビート信号抽出回路などのハードウェアがほとんど同じで良いので、２周波ＣＷ方式での測距とＦＭＣＷ方式での測距を時分割で行うことにより、距離計測部のハードウェアが共用できるので、電子回路等の規模増加が抑えられて、コストアップが避けられる。具体的な改造点は、変調手段の機能拡張と、信号処理装置の演算内容の拡張とであるが、変調手段は周波数固定のものも周波数掃引のものも元々小規模な回路なので例え並置したとしても回路規模の増加は僅かなものにすぎず、信号処理装置の演算手段は大抵プログラムで具体化されるので演算内容の拡張が回路規模増大や装置規模増大を招くことはほとんどない。
したがって、この発明によれば、安価ながら踏切道上の車両も人も迅速かつ的確に検出できる踏切障害物検知装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
このような本発明の踏切障害物検知装置について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図１は、（ａ）が踏切障害物検知装置を含む踏切の斜視図、（ｂ）が距離計測部のブロック図である。また、図２は、距離計測のための信号処理手順を示すフローチャートである。なお、それらの図示に際し従来と同様の構成要素には同一の符号を付して示したので、重複する再度の説明は割愛し、以下、従来との相違点を中心に説明する。
【００３０】
この踏切障害物検知装置は（図１参照）、既述した回転機構部４０（図４参照）が高速回転可能な回転機構部７０になるとともに（図１（ａ）参照）、やはり既述したレーダー方式の距離計測部５０，６０（図５，図６参照）が２周波ＣＷ方式とＦＭＣＷ方式とを併用する距離計測部８０になったものである（図１（ｂ）参照）。
回転機構部７０が回転機構部４０と相違するのは、回転盤の駆動能力を高める等のことで、送受信部のアンテナ等の首振り速度を上げた点である。他は同じで良い。これにより、約１８０゜に亘る回転（揺動）、すなわち踏切内の全域に対する照射波Ｓの一通りの照射が、２秒以下で行われるようになっている。
【００３１】
距離計測部８０が２周波ＣＷ方式測距センサ５０及びＦＭＣＷ方式測距センサ６０と相違するのは、変調器５１，６１が変調器８１になった点と、信号処理装置５８，６８が信号処理装置８８になった点である。
他の部分は、発振回路５２や信号分配器５３など送信回路を成す部分も、送信アンテナ５４及び受信アンテナ５５も、ミキサー５６やローパスフィルタ５７などビート信号抽出回路を成す部分も、既述したものと同じで良い。２周波ＣＷ方式とＦＭＣＷ方式との二方式で距離計測を行うが時分割なので、ハードウェアは一セットで足りる。
【００３２】
変調器８１は、信号処理装置８８から計測モード切替信号Ｍを受けて高周波発振器５２への変調信号を切り替えるようになっている。具体的には、２周波ＣＷ方式での距離ｄ２の計測を可能とするために、測距センサ５０計測モード切替信号Ｍが２周波ＣＷモードＭ１のとき、送信信号ｓや照射波Ｓの周波数ｆを低い周波数ｆ１に固定させて、送信回路で送信信号ｓ１を生成させるとともに、送信アンテナ５４から照射波Ｓ１を出射させるようになっている。また、計測モード切替信号Ｍが２周波ＣＷモードＭ２のときには、送信信号ｓや照射波Ｓの周波数ｆを高い周波数ｆ２に固定させて、送信回路で送信信号ｓ２を生成させるとともに、送信アンテナ５４から照射波Ｓ２を出射させるようになっている。
【００３３】
さらに、変調器８１は、計測モード切替信号ＭがＦＭＣＷモードＭ３のときには、送信信号ｓや照射波Ｓの周波数ｆを固定させるのでなく、その周波数ｆ３を掃引させる。すなわち、周波数ｆ３を周波数変調周期Ｔの間に周波数変調幅Ｂ＝周波数掃引幅Δｆだけ直線的に高くするのと、周波数ｆ３を周波数変調周期Ｔの間に周波数変調幅Ｂ＝周波数掃引幅Δｆだけ直線的に低くするのを、交互に繰り返すようになっている。これにより、ＦＭＣＷ方式での距離ｄ３を計測するときには、送信回路で周波数可変の送信信号ｓ３を生成させるとともに、周波数掃引された照射波Ｓ３を送信アンテナ５４から出射させるものとなっている。
【００３４】
信号処理装置８８は、Ａ／Ｄ変換回路や，ＦＦＴ演算手段，マイクロプロセッサ等の演算手段を具えており、ハードウェア面からは信号処理装置５８，６８と同じであるが、マイクロプロセッサ等での演算内容が信号処理装置５８，６８と異なっている。すなわち（図２参照）、信号処理装置８８は、時分割でハードウェアを共用しながら、２周波ＣＷ方式で測距を行って距離ｄ２を算出するとともに（ステップＳＴ１〜ＳＴ６）、ＦＭＣＷ方式でも測距を行って距離ｄ３を算出して（ステップＳＴ７〜ＳＴ９）、それらの距離ｄ２，ｄ３を統合して最終的には一つの距離ｄを算出するようになっている（ステップＳＴ１０〜ＳＴ１１）。なお、信号処理の具体的な手順は後の動作説明時に詳述する。
【００３５】
２周波ＣＷ方式で距離ｄ２を求めるのは、３６ｍと短い検知範囲距離ｄｘまでの距離ｄを出来るだけ正確に計測するためであり、ＦＭＣＷ方式で距離ｄ３を求めるのは、これによれば検知範囲距離ｄｘを超えて測距が行えるので、これらを組み合わせることによって、検知範囲距離ｄｘを超えられないという２周波ＣＷ方式の弱点をカバーするためである。その理由を詳述すると、２周波ＣＷ方式での測距の場合、送信信号ｓ１，ｓ２それぞれの初期位相をφ１，φ２とし、時刻をｔとして、送信信号は、それぞれ、
ｓ１＝ｓｉｎ（２・π・ｆ１・ｔ＋φ１）
ｓ２＝ｓｉｎ（２・π・ｆ２・ｔ＋φ２） で表される。
【００３６】
送信信号ｓに対応した照射波Ｓが検出対象物１３で反射された後、反射波Ｒが受信アンテナ５５で受信された受信信号ｒ１，ｒ２は、回転機構部７０から検出対象物１３までの距離をｄ２とし、検出対象物１３との相対速度により生じるドップラシフト周波数をＦｄ１＝Ｆｄ２＝Ｆｄとし、光速をｃとすると、受信信号（復調波）は、それぞれ、
ｒ１＝ｓｉｎ（２・π・（ｆ１＋Ｆｄ）・ｔ＋φ１−４・π・ｆ１・ｄ２／ｃ）
ｒ２＝ｓｉｎ（２・π・（ｆ２＋Ｆｄ）・ｔ＋φ２−４・π・ｆ２・ｄ２／ｃ）
となる。
【００３７】
これらの受信信号ｒ１，ｒ２を送信信号ｓ１，ｓ２とミキサー５６でミキシングしてからローパスフィルタ５７で低周波成分のビート信号ｂを抽出すると、得られるビート信号ｂ１，ｂ２は、それぞれ、
ｂ１＝ｓｉｎ（２・π・Ｆｄ・ｔ−４・π・ｆ１・ｄ２／ｃ）
ｂ２＝ｓｉｎ（２・π・Ｆｄ・ｔ−４・π・ｆ２・ｄ２／ｃ） となる。
そこで、これらビート信号ｂ１，ｂ２の位相差Δφ＝４・π・（ｆ１−ｆ２）・ｄ２／ｃを求めることにより、回転機構部７０から検出対象物１３までの距離は、
ｄ２＝ｃ・Δφ／（４・π・（ｆ１−ｆ２）） により求められる。
【００３８】
位相差Δφは、受信信号ｒ１，ｒ２をＦＦＴ演算にて処理して得た周波数スペクトラムから、それぞれの位相φ１，φ２を抽出することで、求めることができる。
この位相差Δφの値がπラジアン即ち１８０゜を超えると、位相差Δφが確定できないため、検知範囲距離ｄｘは位相差Δφがπラジアン＝１８０゜のときの値である。
この距離計測部８０の場合、既述した一般的な踏切への適用を想定しているので、検知範囲距離ｄｘが３６ｍとなる。また、高価な信号処理装置を用いなくても通常の信号処理で位相分解能を０．５゜にできるため、最小検出単位は１０ｃｍとなるので、２周波ＣＷ方式の距離計測部８０は、要求される距離分解能を満足するものとなっている。なお、検出対象物が相対移動していることの必要な２周波ＣＷ方式で静止物体を測定するために送信アンテナ５４等を前後方向すなわち照射方向に数ｍｍ程度の微小振動させる振動機構は、例えば送信アンテナ５４等と一体化して距離計測部８０に設けられていても良く、送信アンテナ５４等から分離して走査機構部７０に設けられていても良い。
【００３９】
図６（ｂ）を参照しながら既述したように、２周波ＣＷ方式では、検知範囲距離ｄｘ以内に検出対象物１３があれば精密な距離を検出できる。しかし、２周波ＣＷ方式だけでは、検知範囲距離ｄｘの外側に検出対象物１３がある場合には、位相差Δφがπラジアンを超えてπ＋αラジアン（１８０゜＋β゜）になるが、これはそれよりπラジアン（１８０゜）だけ少ないαラジアン（β゜）として求まるため、距離ｄ２は実際の距離より近くに誤検出されることとなる。
そこで、最小検出単位（距離分解能）が２ｍと悪いが、そのような不都合な特性のないＦＭＣＷ方式を組み合わせることで、誤検出を防止するようになっている。
【００４０】
つまり、２周波ＣＷ方式で検出対象物１３の詳細な位置を検知し、それが検知範囲内にあるか否かをＦＭＣＷ方式で検出するのである。これにより、距離計測部８０は、自動車の頭部等が遮断桿より踏切内へ入り込んでいるような場合は「障害物あり」と判定し、そうでない場合は「障害物なし」と判定するのを、的確に行うことができる。
ＦＭＣＷ方式での測距では、送信信号ｓ３の周波数ｆ３が周波数変調周期Ｔで交互に周波数変調幅Ｂの上昇掃引と下降掃引とを行ったとき、受信信号ｒ３の周波数スペクトラムから上昇掃引時のビート周波数ｆｕと下降掃引時のビート周波数ｆｄとを求めて、
ｄ３＝（ｃ・Ｔ／４・Ｂ）・（ｆｕ−ｆｄ）
の演算を行うことにより、検知範囲距離ｄｘを超えられる距離ｄ３が得られる。
【００４１】
この実施形態の踏切障害物検知装置７０＋８０について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図１（ａ）は、踏切障害物検知装置７０＋８０の踏切への設置状態と距離計測部８０の動作概要を示す斜視図であり、図２は、距離計測時の信号処理手順を示すフローチャートであり、図３は、距離計測時の各信号の波形例である。
以下、踏切への装置設置と、踏切遮断時の一連動作と、その中の距離測定動作とを、順に説明する。
【００４２】
踏切障害物検知装置７０＋８０は（図１参照）、軌道内で踏切道１０の全域を見渡せるところに全部を設置しても良いが、大抵は、軌道内の構築物が少なくなるよう、回転機構部７０は軌道内に設置するが、軌道外でも良い部分は、軌道脇の器具箱１２に格納されて、給電や信号伝送用のケーブルで回転機構部７０と接続される。距離計測部８０のうち送信アンテナ５４と受信アンテナ５５は回転機構部７０に装備され、信号処理装置８８は器具箱１２に格納され、他の回路部分は適宜いずれかに納められる。
また、回転機構部７０の動作確認と方位更正、及び距離計測部８０の動作確認と距離更正のため、踏切の要所たとえば四隅それぞれに、反射板４１が立設される。
【００４３】
列車が踏切に近づくと、踏切保安装置によって警報音が発せられるとともに、踏切障害物検知装置７０＋８０に作動開始の指令が下される。それから４秒ほど経過すると、踏切保安装置によって遮断桿１１が降ろされ、踏切道１０が遮断される。
この４秒間に、踏切障害物検知装置７０＋８０は、踏切に対する一通りの伝搬波照射および距離計測を２回行う。すなわち、距離計測部８０による４゜毎の距離計測を伴いながら、回転機構部７０による１８０゜の首振りを、往復分、行う。
【００４４】
この段階では、障害物の有無判定は行わず、反射板４１に係る計測距離および計測方位を既知の値と比較して、距離および方位の更正を行う（特許文献１参照）。具体的には、距離や方位の算出に用いる補正用の演算パラメータ等を微調整する。更正は。反射板４１が検出できたときだけ行い、反射板４１の検出が通行人等で妨げられたときには行わない。この踏切障害物検知装置７０＋８０にあっては、更正のための照射及び計測が動作開始の度に而もそれぞれ複数回行われるので、反射板４１の検出が通行人等で妨げられ易い状況下であっても、更正が高頻度で行われる。
【００４５】
その後、すなわち遮断桿１１の降りた後は、２秒毎に繰り返して、踏切障害物検知装置７０＋８０による踏切に対する一通りの伝搬波照射および距離計測が行われる。各照射の度に、回転機構部７０による１８０゜の首振りが方位検出を伴って行われるとともに、距離計測部８０による４゜毎の測距が４５回行われ、さらに、距離計測部８０にて得た距離情報と回転機構部７０にて得た方位情報とに基づいて踏切内に障害物が在るか否かの判定が行われる。この判定は、４５個の距離データの列なりをトレースして検出対象物１３の形状や大きさを把握し、それに基づいて検出対象物１３が自動車であるとか人間であるとか判断するといったことで、判定確度を上げることができる（特許文献１参照）。
【００４６】
そして、その一部でも踏切道１０上で遮断桿１１の間に入っていれば踏切内に障害物が在ると判定されるが、その判定が最終的に確定するには６秒継続の条件が課されており、６秒あれば、本発明の踏切障害物検知装置７０＋８０では、３回ほど回転と判定が行える。そこで、判定確度の向上とともに障害物の検出漏れをできるだけ少なくするために、この踏切障害物検知装置７０＋８０には多数決が採用されており、３回の判定のうち２回以上で障害物が在ると判断されたときに、その旨の最終的な判定が下されて、警報音が発せられる。これに対し、障害物の検出が３回のうち１回以下しかないときは、速やかに走り去るものや、風に舞っている大きな紙などを検出した可能性が高いので、最終的には障害物でないと判定される。
【００４７】
最後に（図２，図３参照）、回転機構部７０から検出対象物１３までの距離ｄの計測について説明する。一回当たりの計測時間は４４ｍｓであり、その間に、時分割で順次、２周波ＣＷ方式で測距を行って距離ｄ２を算出すること（ステップＳＴ１〜ＳＴ６）と、ＦＭＣＷ方式で測距を行って距離ｄ３を算出すること（ステップＳＴ７〜ＳＴ９）と、それらの距離ｄ２，ｄ３をそれぞれ検知範囲を超えられないものと超えられるものとして統合して最終的な距離ｄを算出すること（ステップＳＴ１０〜ＳＴ１１）が、行われる。
【００４８】
詳述すると、先ず、信号処理装置８８が変調器８１への計測モード切替信号Ｍを２周波ＣＷモードＭ１にする（図２ステップＳＴ１）。すると（図３の左側の部分を参照）、これに応じて低い周波数ｆ１例えば２４．１５０ＧＨｚの照射波Ｓ１が送信アンテナ５４から踏切内へ出射され、ほぼ同じ周波数の反射波Ｒ１が受信アンテナ５５にて受信されて、それらのビート信号ｂ１がビート信号抽出回路５６＋５７によって抽出される。このビート信号ｂ１が、４４ｍｓのうち最初の１４ｍｓの間、信号処理装置８８に取り込まれて、データ蓄積される。そのときの信号サンプリングタイムＴｓは例えば１０μｓである。そして、その後、蓄積データにＦＦＴ演算の処理が施され、ＦＦＴ処理後の周波数スペクトラムから反射波Ｒ１の固定位相φ１が求められる（図２ステップＳＴ２）。
【００４９】
次に、信号処理装置８８が変調器８１への計測モード切替信号Ｍを２周波ＣＷモードＭ２にする（図２ステップＳＴ３）。すると（図３の中央部分を参照）、これに応じて高い周波数ｆ２例えば２４．１５２ＧＨｚの照射波Ｓ２が送信アンテナ５４から踏切内へ出射され、ほぼ同じ周波数の反射波Ｒ２が受信アンテナ５５にて受信されて、それらのビート信号ｂ２がビート信号抽出回路５６＋５７によって抽出される。このビート信号ｂ２が、４４ｍｓのうち１４ｍｓ経過後の１４ｍｓの間、信号処理装置８８に取り込まれて、やはりデータ蓄積される。その後、その蓄積データにＦＦＴ演算の処理が施され、ＦＦＴ処理後の周波数スペクトラムから反射波Ｒ２の固定位相φ２が求められる（図２ステップＳＴ４）。
【００５０】
これらの位相φ１，φ２が揃ったら、信号処理装置８８によって、２周波ＣＷ方式測距での距離ｄ２が求められる。具体的には、位相差Δφ＝（φ１−φ２）が算出され（図２ステップＳＴ５）、さらに、距離ｄ２＝ｃ・Δφ／（４π（ｆ１−ｆ２））が算出される（図２ステップＳＴ６）。
それから、一回当たり計測時間の４４ｍｓのうち最後の１６ｍｓで、ＦＭＣＷ方式測距での距離ｄ３も求められる。
【００５１】
すなわち、信号処理装置８８が変調器８１への計測モード切替信号ＭをＦＭＣＷモードＭ３にする（図２ステップＳＴ７）。すると（図３の右側の部分を参照）、これに応じて照射波Ｓ３の周波数ｆ３が掃引される。その掃引は、周波数については例えば２４．１００ＧＨｚ〜２４．１７６ＧＨｚの間で行われて、周波数変調幅Ｂ＝周波数掃引幅Δｆが７６ＭＨｚとなり、１６ｍｓの間に上がり下がりを２回くりかえすので、周波数変調周期Ｔ＝取込時間Ｔｉｎは４ｍｓとなる。
【００５２】
そして、各４ｍｓ毎に、照射波Ｓ３と反射波Ｒ３とに係るビート信号ｂ３が信号処理装置８８に取り込まれてデータ蓄積され、その蓄積データにＦＦＴ演算の処理が施され、ＦＦＴ処理後の周波数スペクトラムからビート周波数ｆｕ，ｆｄが求められる（図２ステップＳＴ８）。ビート周波数ｆｕ，ｆｄは二個ずつ得られるので、二個とも正常範囲なら平均化等にて纏められ、そうでなければ何れかが採択される。
一組のビート周波数ｆｕ，ｆｄが揃ったら、信号処理装置８８によって、ｄ３＝（ｃ・Ｔ／４・Ｂ）・（ｆｕ−ｆｄ）の算出が行われて、ＦＭＣＷ方式測距での距離ｄ３が得られる。
【００５３】
以上で、２周波ＣＷ方式での距離ｄ２とＦＭＣＷ方式での距離ｄ３とが揃ったので、最後に、最終的な距離ｄへの統合演算が行われる。統合の仕方は色々あるが、算術演算で遂行できる簡便なものを一つ挙げると、検知範囲距離ｄｘで距離ｄ２，ｄ３を整数化する手法がある。具体的には、四捨五入して整数化するＩｎｔ関数を二度用いてＩｎｔ（ｄ３／ｄｘ）−Ｉｎｔ（ｄ２／ｄｘ）を演算することで整数値ｄｎを算出し（図２ステップＳＴ１０）、さらに ｄ２＋（ｄｎ・ｄｘ）の演算を行って距離ｄを算出する（図２ステップＳＴ１１）。こうして、最終的な距離ｄが得られる。これは、検知範囲距離ｄｘを超えられないが精密な２周波ＣＷ方式での精度（距離分解能）で、ＦＭＣＷ方式で可能なところまで即ち検知範囲距離ｄｘを超えるところまで、計測したものとなる。
【００５４】
［その他］
上記の数値は、何れも一例であり、実用に際し応用目的や規制解除等に応じて適宜変更されるものである。
また、空中伝搬波としては、ミリ波や，マイクロ波，レーダ周波数帯の電波などが適している。
さらに、上記の実施形態では、送信アンテナ５４と受信アンテナ５５とが別体になっているが、それらが一体となっている送受信共用アンテナを用いた送受信部が公知であり、本発明の実施に際してそれを採用することも可能である。
【００５５】
また、２周波ＣＷ方式での距離ｄ２とＦＭＣＷ方式での距離ｄ３との組み合わせ方としては、上述した手法の他に、例えば、ＦＭＣＷ方式の測距精度が±２ｍで、２周波ＣＷ方式の測距精度が±１０ｃｍであるとしたとき、ｄ３≧ｄｘ＋２ならばｄ３＋ｄ２をｄとし、ｄｘ−２≦ｄ３＜ｄｘ２であって２−ｄ２≧０ならばｄ２＋ｄ３をｄとし、ｄｘ−２≦ｄ３＜ｄｘ２であって２−ｄ２＜０ならばｄ２をｄとし、ｄ３＜ｄｘ＋２ならばｄ２をｄとすることにより、距離ｄを求める手法などが挙げられる。これによっても、２周波ＣＷ方式の測距精度を保ちながら２周波ＣＷ方式の検知範囲距離ｄｘを超える計測を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態について、踏切障害物検知装置の構造を示し、（ａ）が踏切障害物検知装置およびそれを設置した踏切の斜視図、（ｂ）が距離計測部のブロック図である。
【図２】距離計測のための信号処理手順を示すフローチャートである。
【図３】距離計測時の各信号の波形例である。
【図４】従来の踏切障害物検知装置について、（ａ）が踏切障害物検知装置およびそれを設置した踏切の斜視図、（ｂ）が踏切障害物検知装置の動作状態を示す斜視図である。
【図５】（ａ）が一般的な２周波ＣＷ方式測距センサのブロック図、（ｂ）がそれを用いた距離計測状態の説明図である。
【図６】（ａ）が一般的なＦＭＣＷ方式測距センサのブロック図、（ｂ）がそれを用いた距離計測状態の説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０…踏切道、１１…遮断桿、１２…器具箱、１３…検出対象物、１４…虚像、
４０…回転機構部（踏切障害物検知装置）、４１…反射板、
５０…２周波ＣＷ方式測距センサ（踏切障害物検知装置）、
５１…変調器、５２…高周波発振器、５３…信号分配器、５４…送信アンテナ、
５５…受信アンテナ、５６…ミキサー、５７…ローパスフィルタ、５８…信号処理装置、
６０…ＦＭＣＷ方式測距センサ、６１…変調器、６８…信号処理装置、
７０…回転機構部（踏切障害物検知装置）、
８０…距離計測部（踏切障害物検知装置）、８１…変調器、８８…信号処理装置、
Ｍ…計測モード、ｆ…周波数、ｓ…送信信号、Ｓ…照射波、
Ｒ…反射波、ｒ…受信信号、ｂ…ビート信号、φ…位相、ｄ…距離
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鉄道の踏切内にミリ波やマイクロ波などの空中伝搬波を照射して踏切道における人や車両などの障害物を検出する踏切障害物検知装置に関し、詳しくは、検出対象物までの距離を計測するのにＣＷ（Continuous Wave，持続波，連続波）方式の測距センサを用いる踏切障害物検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
踏切道上の障害物を検知する一般的な方式として、投受光器間の光ビームが自動車等で遮断されたことで障害物を検知する光式と、踏切の道路下に設置したループコイルが自動車等の金属に感応してループコイル組み込み発振回路の発振周波数が上昇するのを利用して障害物を検知するループ式とが、知られている。これらの方式には、不満な点として、設備費用が高い点や、踏切道上に滞留している交通弱者を検出できない点があり、その改善が求められている。
それらを解決する一方式として、図４に示したレーダー方式の踏切障害物検知装置が、提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図４は、そのような踏切障害物検知装置の概要構造等を示しており、（ａ）が踏切障害物検知装置およびそれを設置した踏切の斜視図、（ｂ）が踏切障害物検知装置の回転機構部の斜視図である。この踏切障害物検知装置は、軌道内に設置されて踏切道１０に臨む回転機構部４０と、回転機構部４０に内蔵された送受信部（５１〜５７又は６１〜５７）や軌道脇の器具箱１２に内蔵された信号処理装置（５８又は６８）からなる距離計測部（５０又は６０）とを備えたものである。回転機構部４０は、送受信部のアンテナ等を鉛直軸周り回転可能に支持する回転盤と、その回転位置を検出するロータリエンコーダ等の方位検出手段とを具えていて、距離計測部による計測方向すなわち照射波Ｓの照射方向を踏切内で水平方向に回転させるとともに、その回転の方位を随時検出するようになっている。
【０００４】
また、距離計測部は、踏切内へ電波等の空中伝搬波を照射するとともに、この照射波Ｓが踏切道１０上の検出対象物１３等で反射して帰ってきた反射波Ｒを受信し、その反射波Ｒと元の照射波Ｓとの関係を利用して、具体的にはそれらのビート信号を抽出して、回転機構部４０から検出対象物１３までの距離を計測するようになっている。
さらに、信号処理装置は、距離計測部の一部として、ビート信号を処理して距離情報を算出するといった演算を遂行するとともに、その距離情報と回転機構部４０にて得た方位情報とに基づいて、踏切道１０上で両側の遮断桿１１の間に障害物が在るか否かの判定も行うようになっている。
【０００５】
そのようなＣＷ方式の距離計測手法を具体化したものとして、図５に示した２周波ＣＷ方式測距センサ５０と、図６に示したＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave ，周波数変調連続波）方式測距センサ６０とが、知られている。従来、これらの方式は、併用されることなく、何れか一方が採択されていた（例えば特許文献１，特許文献２参照）。
ここでは、それらのＣＷ方式測距センサ５０，６０について、本発明の説明にも役立つ構成および特質を掻い摘んで説明する。
【０００６】
図５は、（ａ）が一般的な２周波ＣＷ方式測距センサ５０のブロック図、（ｂ）がそれを用いた距離計測状態の説明図である。
２周波ＣＷ方式測距センサ５０は（図５（ａ）参照）、踏切内へ空中伝搬波を照射するために、変調信号を一定時間で切り替えて照射波Ｓの周波数ｆを低い周波数ｆ１に固定させるのと高い周波数ｆ２に固定させるのとを交互に行う変調器５１と、その変調信号に従って送信信号ｓを生成するに際して周波数ｆ１の正弦波状の送信信号ｓ１と周波数ｆ２の正弦波状の送信信号ｓ２とを一定時間ずつ交互に生成する高周波発振器５２と、その送信信号ｓを分割して一部を送信アンテナ５４に送出し残りをミキサー５６に送出する信号分配器５３と、電気信号の送信信号ｓをミリ波やマイクロ波など（電波）の照射波Ｓにして空中へ出射することで周波数ｆ１の照射波Ｓ１と周波数ｆ２の照射波Ｓ２とを一定時間ずつ交互に踏切内に照射する送信アンテナ５４とを備えている。
【０００７】
また、２周波ＣＷ方式測距センサ５０は、照射波Ｓが検出対象物１３に当たって跳ね返ってきた反射波Ｒを受信するために、空中伝搬波の反射波Ｒから電気信号の受信信号ｒを生成する受信アンテナ５５を備えている。これにより、周波数ｆ１の反射波Ｒ１からは周波数ｆ１の受信信号ｒ１が得られ、周波数ｆ２の反射波Ｒ２からは周波数ｆ２の受信信号ｒ２が得られるようになっている。さらに、照射波Ｓと反射波Ｒとに係るビート信号ｂを抽出するビート信号抽出回路として、送信信号ｓと受信信号ｒとを混合（掛算）するミキサー５６と、それに後続するローパスフィルタ５７とを備えていて、照射波Ｓ１と反射波Ｒ１とに係るビート信号ｂ１と、照射波Ｓ２と反射波Ｒ２とに係るビート信号ｂ２とを、交互に生成するようになっている。
【０００８】
さらに、２周波ＣＷ方式測距センサ５０は、判定に供される距離情報を算出するために、ビート信号ｂに基づいて回転機構部４０から検出対象物１３までの距離を２周波ＣＷ方式で求める信号処理装置５８を備えている。信号処理装置５８は、演算手段としてのマイクロプロセッサやデジタルシグナルプロセッサを主体にしたものであり、ビート信号ｂをデジタル化して入力するＡ／Ｄ変換回路や、ビート信号ｂの周波数スペクトラムをデジタル演算にて算出するＦＦＴ（高速フーリエ変換）演算手段が、組み込まれ又は付設されている。２周波ＣＷ方式での距離ｄ２は、ビート信号ｂ１の位相とビート信号ｂ２の位相との位相差から公知の所定式で算出されるようになっている。
【０００９】
このような２周波ＣＷ方式測距センサ５０を用いて（図５（ｂ）参照）、さらに踏切での障害物検出に要する検知範囲距離ｄｘを例えば３６ｍとして、踏切道１０上の対象物１３までの距離を計測すれば、最小検出単位が位相差で０．５゜程度（距離で１０ｃｍ程度）と小さいので、細密な測距ができるが、位相差では１８０゜（距離で検知範囲距離ｄｘ＝３６ｍ）を超える測距ができない。検知範囲距離ｄｘより遠い検出対象物１３については、回転機構部４０から検出対象物１３までの距離として、検知範囲距離ｄｘより近くの虚像１４までの距離が、すなわち正しい距離から検知範囲距離ｄｘの整数倍を引いた嘘の距離が、算出されてしまうためである。
【００１０】
図６は、（ａ）が一般的なＦＭＣＷ方式測距センサ６０のブロック図、（ｂ）がそれを用いた距離計測状態の説明図である。
ＦＭＣＷ方式測距センサ６０（図５（ａ）参照）が上述した２周波ＣＷ方式測距センサ５０と相違するのは、変調器５１が変調器６１になった点と、信号処理装置５８が信号処理装置６８になった点である。
【００１１】
変調器６１は、空中伝搬波の周波数ｆを固定させないで掃引させるために変調信号を連続的に変化させるようになっている。そのため、他の部材５２〜５７は同じままでも、送信信号ｓと照射波Ｓと反射波Ｒと受信信号ｒがその周波数ｆを周波数変調周期Ｔごとに周波数変調幅Ｂだけ上げ下げするものとなっている。
なお、本明細書では、ＦＭＣＷ方式での送信信号ｓと照射波Ｓと反射波Ｒと受信信号ｒとビート信号ｂとを２周波ＣＷ方式でのそれらと区別するとき、送信信号ｓ３と照射波Ｓ３と反射波Ｒ３と受信信号ｒ３とビート信号ｂ３と記す。回転機構部４０から検出対象物１３までの計測距離ｄも、ＦＭＣＷ方式での距離ｄ３と２周波ＣＷ方式での距離ｄ２とを包括している。
【００１２】
信号処理装置６８は、Ａ／Ｄ変換回路や，ＦＦＴ演算手段，マイクロプロセッサ等の演算手段を具えており、ハードウェア面からは信号処理装置５８と同じであるが、マイクロプロセッサ等での演算内容が信号処理装置５８と異なっている。すなわち、変調器６１にて照射波Ｓ３の周波数ｆ３を掃引させるとともにその反射波Ｒ３の受信信号ｒ３と照射波Ｓ３の原信号の送信信号ｓ３とからビート信号抽出回路にて得たビート信号ｂ３を入力して、その周波数からＦＭＣＷ方式での距離ｄ３を求めるようになっている。具体的には、周波数ｆが高くなるときのビート周波数ｆｕと周波数ｆが低くなるときのビート周波数ｆｄとから公知の所定式でＦＭＣＷ方式での距離ｄ３が算出されるようになっている。
【００１３】
このようなＦＭＣＷ方式測距センサ６０を用いて（図６（ｂ）参照）、さらに占有周波数帯域幅の許容値すなわち周波数変調幅Ｂを例えば７６ＭＨｚとして、踏切道１０上の対象物１３までの距離を計測すれば、踏切での障害物検出に要する検知範囲距離ｄｘに拘わらず最小検出単位が２ｍ程度と大きいので、大雑把な測距となるが、検知範囲距離ｄｘである３６ｍを超える測距も可能である。検知範囲距離ｄｘより遠い検出対象物１３についても、２周波ＣＷ方式のように近くの虚像を測距することなく、検知範囲距離ｄｘより近い検出対象物１３と同様に、実像の距離を得ることができる。
【００１４】
【特許文献１】特開２００３−１１８２４号公報
【特許文献２】特開２００３−３５７６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述したレーダー方式の踏切障害物検知装置では、踏切道上に滞留している車両や人（特に交通弱者）を検出できるばかりか、その検出を一台のレーダーで行えるので、設備工事費や機器の保全費用も安くなる、といった特徴がある。
このような踏切障害物検知装置では、踏切道内で虜状態になっている自動車や車椅子の人が重要な検出対象であるため、距離計測用レーダーには、一般的に、静止物体の検出に適したＦＭＣＷ方式測距センサが使用される（例えば特許文献１参照）。
しかしながら、このような踏切障害物検知装置の距離計測手法には未だ改善の余地がある。その点を以下に詳述する。
【００１６】
測距センサの応用として自動車の前方障害物検知センサが知られており（例えば特許文献２参照）、この測距センサでは、最大１５０ｍまでの距離を検知できなければならないが、検知精度（分解能）は１ｍ程度で十分なため、２周波ＣＷ方式でもＦＭＣＷ方式でも任意に何れかを採択することができる。
これに対し、踏切障害物検知装置の検知範囲は、図４に示されるように複線の上下線を挟む両側の遮断桿１１の内側における踏切道１０上に限定されるため、要求される検知距離は、最大で３６ｍ程度である。しかし、検出対象物１３が踏切遮断桿１１より踏切内側に入っている場合は障害物と判定し、検出対象物１３が踏切遮断桿１１の外側に出ている場合は障害物と判定してはならない。このため、距離の精度には±１５ｃｍ以下が必要となり、距離分解能は１５ｃｍ以下を要求される。
【００１７】
また、レーダー方式の踏切障害物検知装置では、図４に示すように、回転機構部４０を軌道内に設置し、それで測距センサのアンテナ等を首振り回転（揺動）させるとともに、静止物体の測定のためにアンテナ等を前後方向に微小振動させることで、前方約１８０゜に広がる踏切道１０全体を短時間で具体的には２秒以下で空中伝搬波の照射を一通り行って、電波を反射する検出対象物１３までの距離ｄを計測することが望まれる。測距センサのビーム（照射波Ｓ）の水平方向広がりが一般的な４゜の場合、４５（＝１８０゜／４゜）分割された方位ごとに距離ｄが計測されるので、一方位当たりの計測に掛けられる時間は４４ｍｓとなる。ここで、１８０゜回転時間を２秒以下としたのは、踏切障検の規定で「障害物を連続６秒以上検出した場合に支障情報を出力する」とされており、これに則って支障出力とするまでの６秒間に３回ほど一連の伝搬波照射および距離の計測を行って、さらには例えば多数決判定等も組み合わせて、障害物検知の確度を向上させるためである。
【００１８】
ところが、ＦＭＣＷ方式の測距センサの距離分解能Δｄは、次式で表されるように、周波数掃引幅Δｆ＝周波数変調幅Ｂで規定される。なお、ｃは光速である。
Δｄ＝ｃ／（２・Δｆ）
このような距離分解能を持ったＦＭＣＷ方式測距センサの利用に際しては、信号処理系における下記２要素（１），（２）を加味して、距離計測精度を更に考慮しなければならない。
【００１９】
（１）レーダー反射波Ｒの取込時間Ｔｉｎ（一方位当たりの計測に掛ける時間）を考慮しなければならない。１／Ｔｉｎが、ＦＦＴ演算手段にて適切に処理できる信号周波数の最低周波数になるからである。
（２）距離計測部の信号処理装置のＡ／Ｄ変換回路の信号サンプリングタイムＴｓを考慮しなければならない。１／（２・Ｔｓ）が、ＦＦＴ演算手段にて適切に処理できる信号周波数の最高周波数になるからである。
そして、これらも考慮すると、回転範囲を分割した方位それぞれに許される計測時間が短くなれば、距離計測精度が悪化する。上述したように一方位当たりの計測時間を４４ｍｓと短縮するには、距離計測精度を犠牲にする覚悟が要る。
【００２０】
また、周波数掃引幅Δｆ＝周波数変調幅Ｂは使用周波数領域の占有周波数帯域幅で制限され、占有周波数帯域は電波法で規制されるため、例えば７６．５ＧＨｚ帯の周波数を使用した場合でも、占有周波数帯域幅の許容値は５００ＭＨｚとなっており、その場合、距離分解能Δｄは約３０ｃｍとなる。この分解能の粗さに起因する検知誤差（距離計測精度）は、検知距離の長さ（検知範囲距離ｄｘ）とは関係ないため、踏切障害物検知装置の検知範囲（検知範囲距離ｄｘ）が３６ｍ以下の場合でも改善されない。
【００２１】
しかも、７６．５ＧＨｚ帯は現在のところ車載形測距センサに使用が限定されているため、地上設備には使用することができない。このため、地上設備である踏切障害物検知装置には地上設備用の周波数領域２４．１５ＧＨｚ帯を使用することになる、この周波数領域では、占有周波数帯域幅の許容値は７６ＭＨｚしかなく、その場合、距離分解能Δｄは約２ｍとなる。
何れの観点からも、すなわち計測速度および計測精度の両観点から見て、距離計測部にＦＭＣＷ方式測距センサを従来通り使用していたのでは、踏切障害物検知装置の十分な改善（すなわち距離計測の高速化および高精度化）は望めない。
【００２２】
一方、ＦＭＣＷ方式測距センサに代えて２周波ＣＷ方式測距センサを採択すれば、検知範囲距離ｄｘの大小に応じて最小検出単位（距離分解能）も増減するので、一見すると、検知範囲距離ｄｘの小さい踏切障害物検知装置では簡単に計測精度等の問題を解決できるようにも思えるが、上述したように２周波ＣＷ方式の測距には検知範囲距離ｄｘより遠い検出対象物１３を近くに誤検出するという特性があるため、前方だけを遠くまで計測する自動車の場合と異なり、検出対象物が踏切の内外いずれに在るのかの判別が重要であり而も踏切内外の判別基準位置が伝搬波照射の方向（回転の方位）に応じて大きく変化する踏切障害物検知装置には、一般的な２周波ＣＷ方式測距センサを多少改造した程度では採用することができない。
【００２３】
そこで、光式やループ式に勝る特徴を持つレーダー方式の踏切障害物検知装置について、安価ながら踏切道上の車両も人も検出できるという特徴を損なうことなく、障害物検知の確度を向上させるために、規定時間内に出来るだけ多く精密な測距を行って正確な判定を下すことができるよう距離の計測速度および計測精度を高める工夫をするとともに、その具体化に際してはコストアップを抑えるべく装置規模や回路規模の増加を回避するよう更なる工夫を凝らすことが、技術的な課題となる。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の踏切障害物検知装置は、このような課題を解決するために創案されたものであり、踏切内へ空中伝搬波を照射するとともにその反射波を受信して検出対象物までの距離を計測する距離計測部と、その照射方向を水平方向に回転させるとともにその回転の方位を随時検出する回転機構部とを備えていて、前記距離計測部にて得た距離情報と前記回転機構部にて得た方位情報とに基づいて前記踏切内に障害物が在るか否かの判定を行う踏切障害物検知装置において、前記距離計測部が、以下の変調手段とビート信号抽出回路と信号処理装置とを具えていることを特徴とする。
【００２５】
すなわち、前記変調手段は、前記照射波の原信号である送信信号を生成する発振回路や送信回路を制御して、ミリ波やマイクロ波などの電波・電磁波からなる前記空中伝搬波の周波数を可変調整するものであり、前記空中伝搬波の周波数を高低いずれの周波数に固定させるのも可能であり、さらに前記空中伝搬波の周波数を固定させずに掃引させるのも可能なようになっている。
また、前記ビート信号抽出回路は、前記照射波と前記反射波とに係るビート信号を抽出するものである。具体的には、前記送信信号を分割や複製した信号と、反射波の受信信号とを、ミキサ等で混合してから、ローパスフィルタ等で低周波成分のビート信号を抽出するようになっている。
【００２６】
さらに、信号処理装置は、前記距離情報の算出を、２周波ＣＷ方式とＦＭＣＷ方式との組み合わせにて、次のようにして行うものとなっている。
すなわち、前記変調手段にて前記空中伝搬波の周波数を高い周波数に固定させて前記ビート信号の位相を求めるとともに、前記変調手段にて前記空中伝搬波の周波数を低い周波数に固定させて前記ビート信号の位相を求めて、それらの位相差から２周波ＣＷ方式での距離を求める。
また、前記変調手段にて前記空中伝搬波の周波数を掃引させて、前記ビート信号の周波数からＦＭＣＷ方式での距離を求める。
さらに、前記ＦＭＣＷ方式での距離と前記２周波ＣＷ方式での距離とをそれぞれ検知範囲を超えられるものと超えられないものとして組み合わせることにより、前記距離情報を算出する。
【発明の効果】
【００２７】
このような本発明の踏切障害物検知装置にあっては、レーダー方式での測距を踏襲しつつも、ＦＭＣＷ方式と２周波ＣＷ方式との両方式で距離計測が行われ、さらに両方式の特質が生きるよう計測結果が統合される。すなわち、高精度検出が可能であるが踏切での検知範囲距離を超えられない２周波ＣＷ方式での距離と、踏切での検知範囲距離を超えられるが使用可能な占有周波数帯域の制約や一方位当たり計測時間の制約のため距離計測精度の低くなりがちなＦＭＣＷ方式での距離とを適切に組み合わせることで、踏切での検知範囲距離を超えるところまで高い精度で而も規定時間内に所望回数繰り返せるほど速やかに距離計測を行うことができるようになっている。
【００２８】
また、２周波ＣＷ方式の測距センサとＦＭＣＷ方式の測距センサは、ビート信号抽出回路などのハードウェアがほとんど同じで良いので、２周波ＣＷ方式での測距とＦＭＣＷ方式での測距を時分割で行うことにより、距離計測部のハードウェアが共用できるので、電子回路等の規模増加が抑えられて、コストアップが避けられる。具体的な改造点は、変調手段の機能拡張と、信号処理装置の演算内容の拡張とであるが、変調手段は周波数固定のものも周波数掃引のものも元々小規模な回路なので例え並置したとしても回路規模の増加は僅かなものにすぎず、信号処理装置の演算手段は大抵プログラムで具体化されるので演算内容の拡張が回路規模増大や装置規模増大を招くことはほとんどない。
したがって、この発明によれば、安価ながら踏切道上の車両も人も迅速かつ的確に検出できる踏切障害物検知装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
このような本発明の踏切障害物検知装置について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図１は、（ａ）が踏切障害物検知装置を含む踏切の斜視図、（ｂ）が距離計測部のブロック図である。また、図２は、距離計測のための信号処理手順を示すフローチャートである。なお、それらの図示に際し従来と同様の構成要素には同一の符号を付して示したので、重複する再度の説明は割愛し、以下、従来との相違点を中心に説明する。
【００３０】
この踏切障害物検知装置は（図１参照）、既述した回転機構部４０（図４参照）が高速回転可能な回転機構部７０になるとともに（図１（ａ）参照）、やはり既述したレーダー方式の距離計測部５０，６０（図５，図６参照）が２周波ＣＷ方式とＦＭＣＷ方式とを併用する距離計測部８０になったものである（図１（ｂ）参照）。
回転機構部７０が回転機構部４０と相違するのは、回転盤の駆動能力を高める等のことで、送受信部のアンテナ等の首振り速度を上げた点である。他は同じで良い。これにより、約１８０゜に亘る回転（揺動）、すなわち踏切内の全域に対する照射波Ｓの一通りの照射が、２秒以下で行われるようになっている。
【００３１】
距離計測部８０が２周波ＣＷ方式測距センサ５０及びＦＭＣＷ方式測距センサ６０と相違するのは、変調器５１，６１が変調器８１になった点と、信号処理装置５８，６８が信号処理装置８８になった点である。
他の部分は、発振回路５２や信号分配器５３など送信回路を成す部分も、送信アンテナ５４及び受信アンテナ５５も、ミキサー５６やローパスフィルタ５７などビート信号抽出回路を成す部分も、既述したものと同じで良い。２周波ＣＷ方式とＦＭＣＷ方式との二方式で距離計測を行うが時分割なので、ハードウェアは一セットで足りる。
【００３２】
変調器８１は、信号処理装置８８から計測モード切替信号Ｍを受けて高周波発振器５２への変調信号を切り替えるようになっている。具体的には、２周波ＣＷ方式での距離ｄ２の計測を可能とするために、測距センサ５０計測モード切替信号Ｍが２周波ＣＷモードＭ１のとき、送信信号ｓや照射波Ｓの周波数ｆを低い周波数ｆ１に固定させて、送信回路で送信信号ｓ１を生成させるとともに、送信アンテナ５４から照射波Ｓ１を出射させるようになっている。また、計測モード切替信号Ｍが２周波ＣＷモードＭ２のときには、送信信号ｓや照射波Ｓの周波数ｆを高い周波数ｆ２に固定させて、送信回路で送信信号ｓ２を生成させるとともに、送信アンテナ５４から照射波Ｓ２を出射させるようになっている。
【００３３】
さらに、変調器８１は、計測モード切替信号ＭがＦＭＣＷモードＭ３のときには、送信信号ｓや照射波Ｓの周波数ｆを固定させるのでなく、その周波数ｆ３を掃引させる。すなわち、周波数ｆ３を周波数変調周期Ｔの間に周波数変調幅Ｂ＝周波数掃引幅Δｆだけ直線的に高くするのと、周波数ｆ３を周波数変調周期Ｔの間に周波数変調幅Ｂ＝周波数掃引幅Δｆだけ直線的に低くするのを、交互に繰り返すようになっている。これにより、ＦＭＣＷ方式での距離ｄ３を計測するときには、送信回路で周波数可変の送信信号ｓ３を生成させるとともに、周波数掃引された照射波Ｓ３を送信アンテナ５４から出射させるものとなっている。
【００３４】
信号処理装置８８は、Ａ／Ｄ変換回路や，ＦＦＴ演算手段，マイクロプロセッサ等の演算手段を具えており、ハードウェア面からは信号処理装置５８，６８と同じであるが、マイクロプロセッサ等での演算内容が信号処理装置５８，６８と異なっている。すなわち（図２参照）、信号処理装置８８は、時分割でハードウェアを共用しながら、２周波ＣＷ方式で測距を行って距離ｄ２を算出するとともに（ステップＳＴ１〜ＳＴ６）、ＦＭＣＷ方式でも測距を行って距離ｄ３を算出して（ステップＳＴ７〜ＳＴ９）、それらの距離ｄ２，ｄ３を統合して最終的には一つの距離ｄを算出するようになっている（ステップＳＴ１０〜ＳＴ１１）。なお、信号処理の具体的な手順は後の動作説明時に詳述する。
【００３５】
２周波ＣＷ方式で距離ｄ２を求めるのは、３６ｍと短い検知範囲距離ｄｘまでの距離ｄを出来るだけ正確に計測するためであり、ＦＭＣＷ方式で距離ｄ３を求めるのは、これによれば検知範囲距離ｄｘを超えて測距が行えるので、これらを組み合わせることによって、検知範囲距離ｄｘを超えられないという２周波ＣＷ方式の弱点をカバーするためである。その理由を詳述すると、２周波ＣＷ方式での測距の場合、送信信号ｓ１，ｓ２それぞれの初期位相をφ１，φ２とし、時刻をｔとして、送信信号は、それぞれ、
ｓ１＝ｓｉｎ（２・π・ｆ１・ｔ＋φ１）
ｓ２＝ｓｉｎ（２・π・ｆ２・ｔ＋φ２） で表される。
【００３６】
送信信号ｓに対応した照射波Ｓが検出対象物１３で反射された後、反射波Ｒが受信アンテナ５５で受信された受信信号ｒ１，ｒ２は、回転機構部７０から検出対象物１３までの距離をｄ２とし、検出対象物１３との相対速度により生じるドップラシフト周波数をＦｄ１＝Ｆｄ２＝Ｆｄとし、光速をｃとすると、受信信号（復調波）は、それぞれ、
ｒ１＝ｓｉｎ（２・π・（ｆ１＋Ｆｄ）・ｔ＋φ１−４・π・ｆ１・ｄ２／ｃ）
ｒ２＝ｓｉｎ（２・π・（ｆ２＋Ｆｄ）・ｔ＋φ２−４・π・ｆ２・ｄ２／ｃ）
となる。
【００３７】
これらの受信信号ｒ１，ｒ２を送信信号ｓ１，ｓ２とミキサー５６でミキシングしてからローパスフィルタ５７で低周波成分のビート信号ｂを抽出すると、得られるビート信号ｂ１，ｂ２は、それぞれ、
ｂ１＝ｓｉｎ（２・π・Ｆｄ・ｔ−４・π・ｆ１・ｄ２／ｃ）
ｂ２＝ｓｉｎ（２・π・Ｆｄ・ｔ−４・π・ｆ２・ｄ２／ｃ） となる。
そこで、これらビート信号ｂ１，ｂ２の位相差Δφ＝４・π・（ｆ１−ｆ２）・ｄ２／ｃを求めることにより、回転機構部７０から検出対象物１３までの距離は、
ｄ２＝ｃ・Δφ／（４・π・（ｆ１−ｆ２）） により求められる。
【００３８】
位相差Δφは、受信信号ｒ１，ｒ２をＦＦＴ演算にて処理して得た周波数スペクトラムから、それぞれの位相φ１，φ２を抽出することで、求めることができる。
この位相差Δφの値がπラジアン即ち１８０゜を超えると、位相差Δφが確定できないため、検知範囲距離ｄｘは位相差Δφがπラジアン＝１８０゜のときの値である。
この距離計測部８０の場合、既述した一般的な踏切への適用を想定しているので、検知範囲距離ｄｘが３６ｍとなる。また、高価な信号処理装置を用いなくても通常の信号処理で位相分解能を０．５゜にできるため、最小検出単位は１０ｃｍとなるので、２周波ＣＷ方式の距離計測部８０は、要求される距離分解能を満足するものとなっている。なお、検出対象物が相対移動していることの必要な２周波ＣＷ方式で静止物体を測定するために送信アンテナ５４等を前後方向すなわち照射方向に数ｍｍ程度の微小振動させる振動機構は、例えば送信アンテナ５４等と一体化して距離計測部８０に設けられていても良く、送信アンテナ５４等から分離して走査機構部７０に設けられていても良い。
【００３９】
図６（ｂ）を参照しながら既述したように、２周波ＣＷ方式では、検知範囲距離ｄｘ以内に検出対象物１３があれば精密な距離を検出できる。しかし、２周波ＣＷ方式だけでは、検知範囲距離ｄｘの外側に検出対象物１３がある場合には、位相差Δφがπラジアンを超えてπ＋αラジアン（１８０゜＋β゜）になるが、これはそれよりπラジアン（１８０゜）だけ少ないαラジアン（β゜）として求まるため、距離ｄ２は実際の距離より近くに誤検出されることとなる。
そこで、最小検出単位（距離分解能）が２ｍと悪いが、そのような不都合な特性のないＦＭＣＷ方式を組み合わせることで、誤検出を防止するようになっている。
【００４０】
つまり、２周波ＣＷ方式で検出対象物１３の詳細な位置を検知し、それが検知範囲内にあるか否かをＦＭＣＷ方式で検出するのである。これにより、距離計測部８０は、自動車の頭部等が遮断桿より踏切内へ入り込んでいるような場合は「障害物あり」と判定し、そうでない場合は「障害物なし」と判定するのを、的確に行うことができる。
ＦＭＣＷ方式での測距では、送信信号ｓ３の周波数ｆ３が周波数変調周期Ｔで交互に周波数変調幅Ｂの上昇掃引と下降掃引とを行ったとき、受信信号ｒ３の周波数スペクトラムから上昇掃引時のビート周波数ｆｕと下降掃引時のビート周波数ｆｄとを求めて、
ｄ３＝（ｃ・Ｔ／４・Ｂ）・（ｆｕ−ｆｄ）
の演算を行うことにより、検知範囲距離ｄｘを超えられる距離ｄ３が得られる。
【００４１】
この実施形態の踏切障害物検知装置７０＋８０について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図１（ａ）は、踏切障害物検知装置７０＋８０の踏切への設置状態と距離計測部８０の動作概要を示す斜視図であり、図２は、距離計測時の信号処理手順を示すフローチャートであり、図３は、距離計測時の各信号の波形例である。
以下、踏切への装置設置と、踏切遮断時の一連動作と、その中の距離測定動作とを、順に説明する。
【００４２】
踏切障害物検知装置７０＋８０は（図１参照）、軌道内で踏切道１０の全域を見渡せるところに全部を設置しても良いが、大抵は、軌道内の構築物が少なくなるよう、回転機構部７０は軌道内に設置するが、軌道外でも良い部分は、軌道脇の器具箱１２に格納されて、給電や信号伝送用のケーブルで回転機構部７０と接続される。距離計測部８０のうち送信アンテナ５４と受信アンテナ５５は回転機構部７０に装備され、信号処理装置８８は器具箱１２に格納され、他の回路部分は適宜いずれかに納められる。
また、回転機構部７０の動作確認と方位更正、及び距離計測部８０の動作確認と距離更正のため、踏切の要所たとえば四隅それぞれに、反射板４１が立設される。
【００４３】
列車が踏切に近づくと、踏切保安装置によって警報音が発せられるとともに、踏切障害物検知装置７０＋８０に作動開始の指令が下される。それから４秒ほど経過すると、踏切保安装置によって遮断桿１１が降ろされ、踏切道１０が遮断される。
この４秒間に、踏切障害物検知装置７０＋８０は、踏切に対する一通りの伝搬波照射および距離計測を２回行う。すなわち、距離計測部８０による４゜毎の距離計測を伴いながら、回転機構部７０による１８０゜の首振りを、往復分、行う。
【００４４】
この段階では、障害物の有無判定は行わず、反射板４１に係る計測距離および計測方位を既知の値と比較して、距離および方位の更正を行う（特許文献１参照）。具体的には、距離や方位の算出に用いる補正用の演算パラメータ等を微調整する。更正は。反射板４１が検出できたときだけ行い、反射板４１の検出が通行人等で妨げられたときには行わない。この踏切障害物検知装置７０＋８０にあっては、更正のための照射及び計測が動作開始の度に而もそれぞれ複数回行われるので、反射板４１の検出が通行人等で妨げられ易い状況下であっても、更正が高頻度で行われる。
【００４５】
その後、すなわち遮断桿１１の降りた後は、２秒毎に繰り返して、踏切障害物検知装置７０＋８０による踏切に対する一通りの伝搬波照射および距離計測が行われる。各照射の度に、回転機構部７０による１８０゜の首振りが方位検出を伴って行われるとともに、距離計測部８０による４゜毎の測距が４５回行われ、さらに、距離計測部８０にて得た距離情報と回転機構部７０にて得た方位情報とに基づいて踏切内に障害物が在るか否かの判定が行われる。この判定は、４５個の距離データの列なりをトレースして検出対象物１３の形状や大きさを把握し、それに基づいて検出対象物１３が自動車であるとか人間であるとか判断するといったことで、判定確度を上げることができる（特許文献１参照）。
【００４６】
そして、その一部でも踏切道１０上で遮断桿１１の間に入っていれば踏切内に障害物が在ると判定されるが、その判定が最終的に確定するには６秒継続の条件が課されており、６秒あれば、本発明の踏切障害物検知装置７０＋８０では、３回ほど回転と判定が行える。そこで、判定確度の向上とともに障害物の検出漏れをできるだけ少なくするために、この踏切障害物検知装置７０＋８０には多数決が採用されており、３回の判定のうち２回以上で障害物が在ると判断されたときに、その旨の最終的な判定が下されて、警報音が発せられる。これに対し、障害物の検出が３回のうち１回以下しかないときは、速やかに走り去るものや、風に舞っている大きな紙などを検出した可能性が高いので、最終的には障害物でないと判定される。
【００４７】
最後に（図２，図３参照）、回転機構部７０から検出対象物１３までの距離ｄの計測について説明する。一回当たりの計測時間は４４ｍｓであり、その間に、時分割で順次、２周波ＣＷ方式で測距を行って距離ｄ２を算出すること（ステップＳＴ１〜ＳＴ６）と、ＦＭＣＷ方式で測距を行って距離ｄ３を算出すること（ステップＳＴ７〜ＳＴ９）と、それらの距離ｄ２，ｄ３をそれぞれ検知範囲を超えられないものと超えられるものとして統合して最終的な距離ｄを算出すること（ステップＳＴ１０〜ＳＴ１１）が、行われる。
【００４８】
詳述すると、先ず、信号処理装置８８が変調器８１への計測モード切替信号Ｍを２周波ＣＷモードＭ１にする（図２ステップＳＴ１）。すると（図３の左側の部分を参照）、これに応じて低い周波数ｆ１例えば２４．１５０ＧＨｚの照射波Ｓ１が送信アンテナ５４から踏切内へ出射され、ほぼ同じ周波数の反射波Ｒ１が受信アンテナ５５にて受信されて、それらのビート信号ｂ１がビート信号抽出回路５６＋５７によって抽出される。このビート信号ｂ１が、４４ｍｓのうち最初の１４ｍｓの間、信号処理装置８８に取り込まれて、データ蓄積される。そのときの信号サンプリングタイムＴｓは例えば１０μｓである。そして、その後、蓄積データにＦＦＴ演算の処理が施され、ＦＦＴ処理後の周波数スペクトラムから反射波Ｒ１の固定位相φ１が求められる（図２ステップＳＴ２）。
【００４９】
次に、信号処理装置８８が変調器８１への計測モード切替信号Ｍを２周波ＣＷモードＭ２にする（図２ステップＳＴ３）。すると（図３の中央部分を参照）、これに応じて高い周波数ｆ２例えば２４．１５２ＧＨｚの照射波Ｓ２が送信アンテナ５４から踏切内へ出射され、ほぼ同じ周波数の反射波Ｒ２が受信アンテナ５５にて受信されて、それらのビート信号ｂ２がビート信号抽出回路５６＋５７によって抽出される。このビート信号ｂ２が、４４ｍｓのうち１４ｍｓ経過後の１４ｍｓの間、信号処理装置８８に取り込まれて、やはりデータ蓄積される。その後、その蓄積データにＦＦＴ演算の処理が施され、ＦＦＴ処理後の周波数スペクトラムから反射波Ｒ２の固定位相φ２が求められる（図２ステップＳＴ４）。
【００５０】
これらの位相φ１，φ２が揃ったら、信号処理装置８８によって、２周波ＣＷ方式測距での距離ｄ２が求められる。具体的には、位相差Δφ＝（φ１−φ２）が算出され（図２ステップＳＴ５）、さらに、距離ｄ２＝ｃ・Δφ／（４π（ｆ１−ｆ２））が算出される（図２ステップＳＴ６）。
それから、一回当たり計測時間の４４ｍｓのうち最後の１６ｍｓで、ＦＭＣＷ方式測距での距離ｄ３も求められる。
【００５１】
すなわち、信号処理装置８８が変調器８１への計測モード切替信号ＭをＦＭＣＷモードＭ３にする（図２ステップＳＴ７）。すると（図３の右側の部分を参照）、これに応じて照射波Ｓ３の周波数ｆ３が掃引される。その掃引は、周波数については例えば２４．１００ＧＨｚ〜２４．１７６ＧＨｚの間で行われて、周波数変調幅Ｂ＝周波数掃引幅Δｆが７６ＭＨｚとなり、１６ｍｓの間に上がり下がりを２回くりかえすので、周波数変調周期Ｔ＝取込時間Ｔｉｎは４ｍｓとなる。
【００５２】
そして、各４ｍｓ毎に、照射波Ｓ３と反射波Ｒ３とに係るビート信号ｂ３が信号処理装置８８に取り込まれてデータ蓄積され、その蓄積データにＦＦＴ演算の処理が施され、ＦＦＴ処理後の周波数スペクトラムからビート周波数ｆｕ，ｆｄが求められる（図２ステップＳＴ８）。ビート周波数ｆｕ，ｆｄは二個ずつ得られるので、二個とも正常範囲なら平均化等にて纏められ、そうでなければ何れかが採択される。
一組のビート周波数ｆｕ，ｆｄが揃ったら、信号処理装置８８によって、ｄ３＝（ｃ・Ｔ／４・Ｂ）・（ｆｕ−ｆｄ）の算出が行われて、ＦＭＣＷ方式測距での距離ｄ３が得られる。
【００５３】
以上で、２周波ＣＷ方式での距離ｄ２とＦＭＣＷ方式での距離ｄ３とが揃ったので、最後に、最終的な距離ｄへの統合演算が行われる。統合の仕方は色々あるが、算術演算で遂行できる簡便なものを一つ挙げると、検知範囲距離ｄｘで距離ｄ２，ｄ３を整数化する手法がある。具体的には、四捨五入して整数化するＩｎｔ関数を二度用いてＩｎｔ（ｄ３／ｄｘ）−Ｉｎｔ（ｄ２／ｄｘ）を演算することで整数値ｄｎを算出し（図２ステップＳＴ１０）、さらに ｄ２＋（ｄｎ・ｄｘ）の演算を行って距離ｄを算出する（図２ステップＳＴ１１）。こうして、最終的な距離ｄが得られる。これは、検知範囲距離ｄｘを超えられないが精密な２周波ＣＷ方式での精度（距離分解能）で、ＦＭＣＷ方式で可能なところまで即ち検知範囲距離ｄｘを超えるところまで、計測したものとなる。
【００５４】
［その他］
上記の数値は、何れも一例であり、実用に際し応用目的や規制解除等に応じて適宜変更されるものである。
また、空中伝搬波としては、ミリ波や，マイクロ波，レーダ周波数帯の電波などが適している。
さらに、上記の実施形態では、送信アンテナ５４と受信アンテナ５５とが別体になっているが、それらが一体となっている送受信共用アンテナを用いた送受信部が公知であり、本発明の実施に際してそれを採用することも可能である。
【００５５】
また、２周波ＣＷ方式での距離ｄ２とＦＭＣＷ方式での距離ｄ３との組み合わせ方としては、上述した手法の他に、例えば、ＦＭＣＷ方式の測距精度が±２ｍで、２周波ＣＷ方式の測距精度が±１０ｃｍであるとしたとき、ｄ３≧ｄｘ＋２ならばｄ３＋ｄ２をｄとし、ｄｘ−２≦ｄ３＜ｄｘ２であって２−ｄ２≧０ならばｄ２＋ｄ３をｄとし、ｄｘ−２≦ｄ３＜ｄｘ２であって２−ｄ２＜０ならばｄ２をｄとし、ｄ３＜ｄｘ＋２ならばｄ２をｄとすることにより、距離ｄを求める手法などが挙げられる。これによっても、２周波ＣＷ方式の測距精度を保ちながら２周波ＣＷ方式の検知範囲距離ｄｘを超える計測を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態について、踏切障害物検知装置の構造を示し、（ａ）が踏切障害物検知装置およびそれを設置した踏切の斜視図、（ｂ）が距離計測部のブロック図である。
【図２】距離計測のための信号処理手順を示すフローチャートである。
【図３】距離計測時の各信号の波形例である。
【図４】従来の踏切障害物検知装置について、（ａ）が踏切障害物検知装置およびそれを設置した踏切の斜視図、（ｂ）が踏切障害物検知装置の動作状態を示す斜視図である。
【図５】（ａ）が一般的な２周波ＣＷ方式測距センサのブロック図、（ｂ）がそれを用いた距離計測状態の説明図である。
【図６】（ａ）が一般的なＦＭＣＷ方式測距センサのブロック図、（ｂ）がそれを用いた距離計測状態の説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０…踏切道、１１…遮断桿、１２…器具箱、１３…検出対象物、１４…虚像、
４０…回転機構部（踏切障害物検知装置）、４１…反射板、
５０…２周波ＣＷ方式測距センサ（踏切障害物検知装置）、
５１…変調器、５２…高周波発振器、５３…信号分配器、５４…送信アンテナ、
５５…受信アンテナ、５６…ミキサー、５７…ローパスフィルタ、５８…信号処理装置、
６０…ＦＭＣＷ方式測距センサ、６１…変調器、６８…信号処理装置、
７０…回転機構部（踏切障害物検知装置）、
８０…距離計測部（踏切障害物検知装置）、８１…変調器、８８…信号処理装置、
Ｍ…計測モード、ｆ…周波数、ｓ…送信信号、Ｓ…照射波、
Ｒ…反射波、ｒ…受信信号、ｂ…ビート信号、φ…位相、ｄ…距離
【特許請求の範囲】
【請求項１】
踏切内へ空中伝搬波を照射するとともにその反射波を受信して検出対象物までの距離を計測する距離計測部と、その照射方向を水平方向に回転させるとともにその回転の方位を随時検出する回転機構部とを備えていて、前記距離計測部にて得た距離情報と前記回転機構部にて得た方位情報とに基づいて前記踏切内に障害物が在るか否かの判定を行う踏切障害物検知装置において、前記距離計測部が、前記空中伝搬波の周波数を高低いずれの周波数に固定させるのも固定させずに掃引させるのも可能な変調手段と、前記照射波と前記反射波とに係るビート信号を抽出するビート信号抽出回路と、前記変調手段にて前記空中伝搬波の周波数を高い周波数に固定させて前記ビート信号の位相を求め且つ前記変調手段にて前記空中伝搬波の周波数を低い周波数に固定させて前記ビート信号の位相を求めてそれらの位相差から２周波ＣＷ方式での距離を求めるとともに前記変調手段にて前記空中伝搬波の周波数を掃引させて前記ビート信号の周波数からＦＭＣＷ方式での距離を求めて更に前記ＦＭＣＷ方式での距離と前記２周波ＣＷ方式での距離とをそれぞれ検知範囲を超えられるものと超えられないものとして組み合わせることにより前記距離情報を算出する信号処理装置とを具えたものであることを特徴とする踏切障害物検知装置。
【請求項１】
踏切内へ空中伝搬波を照射するとともにその反射波を受信して検出対象物までの距離を計測する距離計測部と、その照射方向を水平方向に回転させるとともにその回転の方位を随時検出する回転機構部とを備えていて、前記距離計測部にて得た距離情報と前記回転機構部にて得た方位情報とに基づいて前記踏切内に障害物が在るか否かの判定を行う踏切障害物検知装置において、前記距離計測部が、前記空中伝搬波の周波数を高低いずれの周波数に固定させるのも固定させずに掃引させるのも可能な変調手段と、前記照射波と前記反射波とに係るビート信号を抽出するビート信号抽出回路と、前記変調手段にて前記空中伝搬波の周波数を高い周波数に固定させて前記ビート信号の位相を求め且つ前記変調手段にて前記空中伝搬波の周波数を低い周波数に固定させて前記ビート信号の位相を求めてそれらの位相差から２周波ＣＷ方式での距離を求めるとともに前記変調手段にて前記空中伝搬波の周波数を掃引させて前記ビート信号の周波数からＦＭＣＷ方式での距離を求めて更に前記ＦＭＣＷ方式での距離と前記２周波ＣＷ方式での距離とをそれぞれ検知範囲を超えられるものと超えられないものとして組み合わせることにより前記距離情報を算出する信号処理装置とを具えたものであることを特徴とする踏切障害物検知装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−７８１８（Ｐ２００６−７８１８Ａ）
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１８３９２６（Ｐ２００４−１８３９２６）
【出願日】平成１６年６月２２日（２００４．６．２２）
【出願人】（０００２０７４７０）大同信号株式会社 (83)
【出願人】（３９００２３９２８）日立エンジニアリング株式会社 (134)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２２日（２００４．６．２２）
【出願人】（０００２０７４７０）大同信号株式会社 (83)
【出願人】（３９００２３９２８）日立エンジニアリング株式会社 (134)
【Ｆターム（参考）】
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