踏切障害物検知装置
【課題】降雨時や霧発生時の水滴や降雪時の雪などによる不要な反射波（クラッタ）の影響の更なる低減を図り、もって障害物の検知精度の低下や誤検知の発生を効果的に抑制することのできる踏切障害物検知装置を提供する。
【解決手段】踏切障害物検知装置１は、踏切道１０に設定された監視領域Ｓ内における障害物の有無を検知する。踏切障害物検知装置１は、監視領域Ｓを含む所定領域内に電波を送信するとともに送信された電波の反射波を受信する第１、第２送受信機２、３と、第１、第２送受信機２、３に接続された制御装置４と、を備える。制御装置４は、障害物の有無を判定する判定処理部を含み、当該判定処理部は、前記反射波に基づいて生成されて前記所定領域内の雰囲気中に一様に存在する反射物に起因する信号成分がノイズ成分として除去された信号に基づいて障害物の有無を判定する。
【解決手段】踏切障害物検知装置１は、踏切道１０に設定された監視領域Ｓ内における障害物の有無を検知する。踏切障害物検知装置１は、監視領域Ｓを含む所定領域内に電波を送信するとともに送信された電波の反射波を受信する第１、第２送受信機２、３と、第１、第２送受信機２、３に接続された制御装置４と、を備える。制御装置４は、障害物の有無を判定する判定処理部を含み、当該判定処理部は、前記反射波に基づいて生成されて前記所定領域内の雰囲気中に一様に存在する反射物に起因する信号成分がノイズ成分として除去された信号に基づいて障害物の有無を判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、踏切道内に取り残された障害物をミリ波などの電波を用いて検知する踏切障害物検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からミリ波などの電波を利用して、踏切道内に取り残された人、車椅子、自転車及び自動車などの障害物を検知する踏切障害物検知装置が知られている。この種の踏切障害物検知装置は、電波を監視対象領域（以下単に「監視領域」という）に送信し、送信した電波の障害物による反射波を受信して障害物の検知を行うため、障害物の大小にかかわらず、踏切道内における障害物の有無を検知することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３２５６９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のような踏切障害物検知装置は、降雨時などにおいては、雨（水滴）からの反射波、すなわち、不要な反射波（以下「クラッタ」という）によって障害物の検知精度の低下や誤検知を招くおそれがある。そのため、例えば受信した反射波の信号レベルに平均化処理を施すことにより、クラッタの影響、すなわち、クラッタノイズを低減し、これにより、障害物の検知精度の低下や誤検知を抑制することが考えられる。
しかし、上記平均化処理では、クラッタノイズそのものを除去することができないので、ある程度ＳＮ比を改善できるものの、その改善効果が十分とは言えず、更なる改善が求められている。
本発明は、このような実情に着目してなされたものであり、降雨時や霧発生時の水滴や降雪時の雪などによるクラッタノイズの更なる低減を図り、もって障害物の検知精度の低下や誤検知の発生を効果的に抑制することのできる踏切障害物検知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】
【０００５】
本発明の一側面による踏切障害物検知装置は、踏切道に設定された監視領域内における障害物の有無を検知する踏切障害物検知装置であって、前記監視領域を含む所定領域内に電波を送信するとともに送信された電波の反射波を受信する送受信部と、前記反射波に基づいて生成される信号であって、前記所定領域内の雰囲気中に一様に存在する反射物に起因する信号成分がノイズ成分として除去された前記信号に基づいて障害物の有無を判定する判定処理部と、を備える。
【発明の効果】
【０００６】
上記踏切障害物検知装置によれば、電波の送信範囲内である監視領域を含む所定領域内の雰囲気中に水滴（雨、霧）、雪、砂塵等の反射物が一様に存在する場合には、当該反射物に起因する信号成分がノイズ成分として除去された信号に基づいて障害物の有無を判定するので、上記反射物による不要な反射波の影響が低減され、障害物の検知精度の低下や誤検知の発生を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態による踏切障害物検知装置の全体構成を示す図である。
【図２】上記踏切障害物検知装置における送受信機の概略構成に示す図である。
【図３】上記踏切障害物検知装置の制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】上記制御装置のビート信号処理部によって行われるビート信号の周波数解析によって得られる周波数毎の信号レベルデータ（周波数（距離）−信号レベルデータ）の一例を示す図である。
【図５】上記制御装置のノイズ成分除去部の構成を示すブロック図である。
【図６】上記ノイズ成分除去部によるノイズ成分の除去処理の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による踏切障害物検知装置の全体構成を示している。この踏切障害物検知装置１は、列車Ｔ１，Ｔ２の走行する線路５１，５２と道路５３（破線で示す）とが交差する踏切道１０内における障害物の有無を検知するものであり、図１に示すように、踏切道１０の近傍に配置された第１送受信器２及び第２送受信器３と、第１送受信器２及び第２送受信器３に接続された制御装置４と、を含む。
【０００９】
本実施形態において、踏切障害物検知装置１は、図１中にハッチングで示された矩形領域を、障害物の有無の検知を行う監視領域Ｓとしている。この監視領域Ｓとしては、例えば踏切道１０のうち、当該踏切道１０に設置された一対の遮断機の遮断棹（図示省略）で挟まれた領域とすることができる。
【００１０】
第１送受信器２及び第２送受信器３は、図１に示すように、平面視において踏切道１０を挟んで互いに対角に位置するように配置されている。具体的には、第１送受信器２は、踏切道１０の一方の出入口近傍で、かつ、踏切道１０に直交する方向における一方の側方に（換言すれば、監視領域Ｓの左上隅部の外側に）配置され、第２送受信器３は、踏切道１０の他方の出入口近傍で、かつ、踏切道１０に直交する方向における他方の側方に（換言すれば、監視領域Ｓの右下隅部の外側に）配置されている。
【００１１】
図２は、第１送受信機２の概略構成を示している。
図２に示すように、第１送受信機２は、第１〜第３送受信ユニット２ａ〜２ｃを含む。第１送受信ユニット２ａは、送信部２１ａ、送信アンテナ２２ａ、受信部２３ａ、受信アンテナ２４ａ及びビート信号生成部２５ａを有する。第１送受信ユニット２ａにおいて、送信部２１ａは送信アンテナ２２ａを介して図１中に一点鎖線で示された扇形状の領域Ｓ１ａに周波数をスイープさせた電波（検知ビーム）を送信し、受信部２３ａは受信アンテナ２４ａを介して反射波を受信する。そして、ビート信号生成部２５ａは、送信波及び反射波に基づいて、送信波と反射波の周波数差に対応する周波数を有するビート信号を生成する。このビート信号が障害物判定用の信号に相当する。
【００１２】
同様に、第２送受信ユニット２ｂは、送信部２１ｂ、送信アンテナ２２ｂ、受信部２３ｂ、受信アンテナ２４ｂ及びビート信号生成部２５ｂを有しており、図１中に一点鎖線で示された扇形状の領域Ｓ１ｂに周波数をスイープさせた電波（検知ビーム）を送信するとともにその反射波を受信してビート信号を生成する。また、第３送受信ユニット２ｃは、送信部２１ｃ、送信アンテナ２２ｃ、受信部２３ｃ、受信アンテナ２４ｃ及びビート信号生成部２５ｃを有しており、図１中に一点鎖線で示された扇形状の領域Ｓ１ｃに周波数をスイープさせた電波（検知ビーム）を送信するとともにその反射波を受信してビート信号を生成する。
【００１３】
第２送受信機３は、第１送受信機２と同様の構成を有している。ここでの詳細な説明は省略するが、第２送受信機３も第１〜第３送受信ユニットを有しており、図１に一点鎖線で示された扇形状の領域Ｓ２ａ〜Ｓ２ｃのそれぞれに電波を送信するとともに送信された電波の反射波を受信し、送信波とその反射波の周波数差に対応する周波数を有するビート信号を領域Ｓ２ａ〜Ｓ２ｃのそれぞれについて生成する。
【００１４】
ここで、図１に示すように、電波の送信領域Ｓ１ａ〜Ｓ１ｃ、Ｓ２ａ〜Ｓ２ｃは、それぞれ監視領域Ｓ以外の領域を含むとともに空白領域が生じないように連続させてあり、これにより、監視領域Ｓの全体にわたって電波（検知ビーム）が送信される。
そして、第１送受信器２、第２送受信機３は、それぞれ領域Ｓ１ａ〜Ｓ１ｃ、領域Ｓ２ａ〜Ｓ２ｃに対する電波の送信を周期的（すなわち、所定の検知周期毎）に繰り返して行い、ビート信号を生成して制御装置４へと出力する。なお、各送受信ユニットから送信される電波は、特に制限されないが、本実施形態においては周波数帯域が３０〜３００ＧＨｚ（波長１０〜１ｎｍ）のミリ波を用いている。
【００１５】
制御装置４は、第１送受信機２及び第２送受信機３、より具体的には、第１送受信機２及び第２送受信機３の各送受信ユニットの作動を制御するとともに、各送受信ユニットによって生成されたビート信号を入力し、入力されたビート信号に基づいて監視領域Ｓ内における障害物の有無を判定する。そして、制御装置４は、監視領域Ｓ内に障害物が有ると判定した場合には、例えば警告灯（図示省略）を作動させて障害物がある旨を列車の運転者や最寄りの駅係員等に知らせる。
【００１６】
ところで、降雨時、降雪時又は霧発生時などにおいては、電波の送信領域（Ｓ１ａ〜Ｓ１ｃ、Ｓ２ａ〜Ｓ２ｃ）内の雰囲気中にほぼ一様に水滴（雨、霧）や雪などの障害物とはならない（比較的小さな）反射物が存在する。かかる状況では、各送受信ユニットによって生成されるビート信号に上記障害物とはならない反射物に起因する信号成分が含まれることになる。このため、単にビート信号に基づいて障害物の有無を判定すると、実際には監視領域Ｓ内に障害物がないにもかかわらず、障害物があると判定してしまうおそれがある。このような誤検知は、不要な列車の運行停止などを招くため、可能な限りなくすことが望まれる。
【００１７】
そこで、本実施形態における制御装置４は、電波の送信領域（Ｓ１ａ〜Ｓ１ｃ、Ｓ２ａ〜Ｓ２ｃ）内の雰囲気中に、水滴（雨、霧）、雪あるいは砂塵などの障害物とはならない反射物が一様に存在し、当該障害物とはならない反射物からの反射波によって誤検知を招くおそれがある場合には、当該障害物とはならない反射物に起因する信号成分を上記ビート信号からノイズ成分として除去して得られる信号に基づいて障害物の有無を判定する。なお、上記水滴（雨、霧）、雪あるいは砂塵のほかにも、雹、霰や霙なども障害物とはならない上記比較的小さな反射物に該当する。以下、詳細に説明する。
【００１８】
図３は、制御装置４の構成を示すブロック図である。
図３に示すように、制御装置４は、ビート信号を解析・処理するビート信号処理部４１と、電波（検知ビーム）の送信領域内の雰囲気状態を検知する雰囲気検知部４２と、ビート信号からノイズ成分を除去するノイズ成分除去部４３と、障害物の有無を判定する判定処理部４４と、を含む。
【００１９】
ビート信号処理部４１は、第１送受信機２及び第２送受信機３の各送受信ユニットから出力されたビート信号を入力し、入力された各ビート信号の周波数解析を行って周波数毎の信号レベルデータを求める。これにより、ビート信号処理部４１の周波数分解能に応じた個数の信号レベルデータが取得される。ここで、ビート信号に含まれる周波数は、第１送受信機２又は第２送受信機３から送信電波を反射した物体までの距離に相当するものであり、上記信号レベルデータは、当該物体からの反射波の信号レベルを示す。
【００２０】
図４は、ビート信号の周波数解析によって得られる周波数毎の信号レベルデータ（周波数（距離）−信号レベル）の一例を示している。ビート信号処理部４１は、領域Ｓ１ａ〜Ｓ１ｃ、Ｓ２ａ〜Ｓ２ｃのそれぞれについて図４に示すような周波数毎の信号レベルデータを求める。そして、監視領域Ｓ内に物体（障害物）が存在する場合には、監視領域Ｓに対応する周波数の範囲内において予め設定された障害物検知用の第１の閾値ＴＨ１よりも大きな信号レベルデータが存在する。
【００２１】
雰囲気検知部４２は、ビート信号処理部４１によって求められた上記周波数毎の信号レベルデータに基づいて、電波（検知ビーム）の送信領域内の雰囲気状態を検知する。例えば、上記周波数毎の信号レベルデータにおいて、上記第１の閾値ＴＨ１よりも小さい値として予め設定された雰囲気検知用の第２の閾値ＴＨ２（図４参照）よりも大きな信号レベルデータの割合が所定値を超える場合に、電波の送信領域内の雰囲気中に上記障害物とはならない反射物が一様に存在し当該反射物によって誤検知を招くおそれのある雰囲気状態であると検知する。ここで、上記所定値は、例えば５０〜９０％（好ましくは、７０〜８０％）の任意の値とすることでき、上記第２の閾値ＴＨ２は、例えば降雨時、降雪時又は霧発生時における障害物のない状態での信号レベルに基づいて設定される。
なお、上記のような誤検知を招くおそれのある雰囲気状態を検知することができればよく、雰囲気検知部４２に代えて降雨計、降雪計、霧検知センサなどを用い、これらの出力が所定値以上である場合に、誤検知を招くおそれのある雰囲気状態であることを検知するようにしてもよい。
【００２２】
ノイズ成分除去部４３は、雰囲気検知部４２によって誤検知を招くおそれのある雰囲気状態であることが検知された場合に、ビート信号処理部４１によって求められた各周波数（各距離）の信号レベルデータから上記障害物とはならない反射物に起因する信号成分をノイズ成分として除去する。具体的には、ノイズ成分除去部４３は、音声信号処理（雑音除去処理）に用いられる「スペクトルサブトラクション法」に準じた方法によって、周波数領域で上記ノイズ成分のスペクトルを取り除く。
【００２３】
図５は、ノイズ成分除去部４３の構成を示すブロック図である。
図５に示すように、ノイズ成分除去部４３は、離散フーリエ変換部４３１と、スペクトル減算部４３２と、逆離散フーリエ変換部４３３と、を含む。
【００２４】
離散フーリエ変換部４３１は、監視領域Ｓに対応する各周波数について、時間領域のＮ個（すなわち、上記検知周期Ｎ回分）の信号レベルデータを離散フーリエ変換によって周波数領域のスペクトルＰｓ（Ｗ）に変換する。
また、離散フーリエ変換部４３１は、電波の送信領域のうち監視領域Ｓ以外の領域に対応する特定の周波数について、Ｎ個の信号レベルデータを離散フーリエ変換によって周波数領域のスペクトルに変換し、これを上記ノイズ成分のスペクトルＰｎ（Ｗ）とする。このようにしてノイズ成分のスペクトルＰｎ（Ｗ）を求めるのは、電波の送信領域のうち監視領域Ｓ以外の領域は、通常、人や物などが進入しない領域であり、水滴（雨、霧）、雪、砂塵などの上記障害物とはならない反射物に起因する信号成分（すなわち、ノイズ成分）のスペクトルのみを取得するのに適しているからである。なお、上記特定の周波数は一つである必要はなく、電波の送信領域のうち監視領域Ｓ以外の領域に対応する複数の周波数のそれぞれについて、Ｎ個の信号レベルデータを離散フーリエ変換によって周波数領域のスペクトルに変換し、これらに基づいて上記ノイズ成分のスペクトルＰｎ（Ｗ）を設定してもよい。
【００２５】
スペクトル減算部４３２は、離散フーリエ変換部４３１の処理結果である各周波数の信号レベルデータのスペクトルＰｓ（Ｗ）から上記ノイズ成分のスペクトルＰｎ（Ｗ）をそれぞれ減算する。具体的は、下式に基づき、上記ノイズ成分を含む各周波数の信号レベルデータのスペクトルＰｓ（Ｗ）から上記ノイズ成分のスペクトルＰｎ（Ｗ）を取り除く。
Ｄ（Ｗ）＝Ｐｓ（Ｗ）−αＰｎ（Ｗ）
但し、Ｄ（Ｗ）≦βＰｎ（Ｗ）の場合、Ｄ（Ｗ）＝βＰｎ（Ｗ）
ここで、α、βは係数である。
そして、逆離散フーリエ変換部４３３は、スペクトル減算部４３２で得られたスペクトルＤ（Ｗ）を逆離散フーリエ変換によって時間領域の信号レベルデータに変換する。
【００２６】
図６は、ノイズ成分除去部４３によるノイズ成分の除去処理の概要を示す図である。
図６（Ａ）は、監視領域Ｓに対応する特定の周波数ｆ１（図４参照）の信号レベルの時間変動（時間領域の信号レベルデータ）を示している。図６（Ａ）に示される信号レベルには、障害物となる物体からの反射波の信号レベルだけではなく、上述したような障害物とはならない反射物に起因する信号成分がノイズ成分として含まれている。
【００２７】
図６（Ｂ）は、監視領域Ｓ以外の領域に対応する特定の周波数ｆ２（図４参照）の信号レベルの時間変動を示している。図６（Ｂ）に示される信号レベルは、上記障害物とはならない反射物からの反射波の信号レベルである。そして、この障害物とはならない反射物からの反射波は、その信号レベルは距離（場所）によって異なるものの、その周波数特性は電波の送信範囲内の全体に亘ってほぼ共通するものであると言える。
【００２８】
そこで、ノイズ成分除去部４３は、監視領域Ｓ以外の特定領域に対応する周波数の信号レベルデータ（図６（Ｂ））に基づき監視領域Ｓ内における上記ノイズ成分のスペクトルＰｎ（Ｗ）を設定（推定）し、監視領域Ｓに対応する各周波数の上記ノイズ成分を含む信号レベルデータ（図６（Ａ））のスペクトルＰｓ（Ｗ）から上記ノイズ成分のスペクトルＰｎ（Ｗ）を差し引く。そして、得られたスペクトルＤ（Ｗ）を逆離散フーリエ変換することにより、図６（Ｃ）に示すような上記ノイズ成分が除去された信号レベルデータを復元する。
【００２９】
ノイズ成分除去部４３がこのようなノイズ成分の除去処理を監視領域Ｓに対応する各周波数の信号レベルデータに対して施すことにより、図４中に破線で示すように、新たな周波数毎の信号レベルデータ、すなわち、上記障害物とはならない反射物に起因する信号成分がノイズ成分として除去された信号レベルデータを得ることができる。
【００３０】
図３に戻って、判定処理部４４は、雰囲気検知４２による雰囲気状態の検知結果に応じて、ビート信号処理部４１によって求められた周波数毎の信号レベルデータ（図４において実線で示す）又はノイズ成分除去部４２によってノイズ成分が除去された後の周波数毎の信号レベルデータ（図４において破線で示す）に基づいて監視領域Ｓ内における障害物の有無を判定する。具体的には、監視領域Ｓに対応する周波数の範囲内に上記第１の閾値ＴＨ１を超える信号レベルデータが存在する場合に、監視領域Ｓ内に障害物があると判定する。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態による踏切障害物検知装置１は、降雨時、降雪時又は霧発生時など、第１送受信機２及び第２送受信機３からの電波の送信範囲内の雰囲気中に障害物とはならないが電波を反射する比較的小さな反射物が一様に存在する場合には、第１送受信機２及び第２送受信機３によって受信される反射波に基づいて生成される信号であって、上記比較的小さな反射物に起因する信号成分がノイズ成分として除外された前記信号に基づいて障害物の有無を判定する。これにより、上記比較的小さな反射物による不要な反射波の影響（クラッタノイズ）を低減し、検知精度の低下や誤検知を効果的に抑制することができる。
【００３２】
ここで、上記ノイズ成分は、電波の送信範囲内のうち監視領域Ｓ以外の領域に対応する信号に基づいて設定することができる。当該領域には、通常、人や物が進入しないことから、当該領域に対応する信号は上記比較的小さな反射物からの反射波に基づくものと考えられ、また、上記比較的小さな反射物の障害物検知に対する影響は監視領域Ｓを含む電波の送信範囲内の全体にわたってほぼ同様であると考えられるからである。例えば、監視領域Ｓ以外の領域に対応する特定の信号レベルの変化量と上記ノイズ成分とが対応付けられたテーブルを設け、上記特定の信号レベルの変化量に基づくテーブル参照値を上記ノイズ成分として設定することができる。
なお、上記実施形態において、第１送受信機２及び第２送受信機３は、監視領域Ｓとそれ以外の領域とを区別することなく、これらを含む所定領域内に電波を送信しているが、監視領域Ｓとそれ以外の領域とを区別して電波を送信するように構成してもよい。
【００３３】
また、上記比較的小さな反射物に基づくテーブル参照値を上記ノイズ成分として設定することができる。この場合には、例えば、上記比較的小さな反射物の種類と上記ノイズ成分とが対応付けられたテーブルを設けるとともに上記比較的小さな反射物の種類を示す信号が外部から制御装置４に入力されるように構成し、外部からの入力信号に基づいて上記テーブルを参照して上記ノイズ成分を設定するように構成することができる。さらに、監視領域Ｓ以外の領域に対応する特定の信号レベルの変化量及び上記比較的小さな反射物の種類に基づいて上記比較的小さな反射物の種類を特定するようにしてもよい。
【００３４】
より具体的に、本実施形態においては、第１送受信機２及び第２送受信機３の各送受信ユニットによって生成されるビート信号から上記比較的小さな反射物に起因する信号成分をノイズ成分として除外して得られた信号に基づいて障害物の有無を判定する。上記ビート信号は、送信波と反射波との周波数差に相当する周波数を有しており、ビート信号に含まれる周波数は、送信された電波を反射した物体の位置（第１送受信機２又は第２送受信機３からの距離）に対応する。したがって、ビート信号を周波数解析することによって、監視領域Ｓ内に物体（障害物）が存在するか否かを容易に判定することができるため便宜である。なお、本実施形態では、送信波及び反射波に基づいてビート信号を生成した後に上記ノイズ成分を除去しているが、まず反射波から上記ノイズ成分を除去し、その後に上記ビート信号又はこれに代わる障害物判定用の信号を生成するように構成してもよい。
【００３５】
また、本実施形態における上記ビート信号からの上記ノイズ成分の除去は、ビート信号の周波数解析が行われた後に行われる。すなわち、ビート信号を周波数解析することによって周波数毎（すなわち、距離毎）の信号レベルデータとし、監視領域Ｓに対応する各周波数の信号レベルデータから上記ノイズ成分が除去される。これにより、上記ノイズ成分の除去を必要かつ十分な範囲で行うことができる。但し、これに限るものではなく、ビート信号の周波数解析によって得られた全ての周波数の信号レベルデータから上記ノイズ成分が除去されるようにしてもよいし、障害物検知用の上記第１の閾値ＴＨ１よりも大きな信号レベルデータのみから上記ノイズ成分を除去するようにしてもよい。
【００３６】
上記ビート信号からの上記ノイズ成分の除去についてさらに説明すれば、本実施形態における上記ノイズ成分の除去処理は、上記各周波数の信号レベルデータに対して周波数領域で上記ノイズ成分のスペクトルを取り除くことによって行われる。
すなわち、監視領域Ｓに対応する各周波数の信号レベルデータ（上記ノイズ成分が含まれる）を離散フーリエ変換によってスペクトルＰｓ（Ｗ）に変換し、そこから上記ノイズ成分のスペクトルＰｎ（ｗ）又はこれに所定の係数を乗算したものを差し引き、その結果得られたスペクトルＤ（Ｗ）を逆離散フーリエ変換することによって上記ノイズ成分が除去された信号レベルデータを復元する。これにより、各信号レベルデータについて、本来の信号レベルの低下を招くことなく、各信号レベルデータに含まれた上記ノイズ成分のみを効果的に除去することができる。
【００３７】
ここで、本実施形態においては、上記ノイズ成分のスペクトルＰｎ（Ｗ）として監視領域Ｓ以外の領域に対応する信号レベルデータを離散フーリエ変換して得られたスペクトルを用いる。上述したように、監視領域Ｓ以外の領域には、通常、人や物が進入しないため電波を反射する物体がなく、上記比較的小さな反射物による反射波の周波数特性は、電波の送信範囲内の全体に亘ってほぼ共通すると考えられるからである。これにより、そのときの雰囲気状態に応じた上記ノイズ成分のスペクトルＰｎ（Ｗ）を用いることができるので、上記ノイズ成分を効果的に除去することができる。
但し、これに限るものではなく、監視領域Ｓ内であっても人や物などが存在していない状態であれば、監視領域Ｓに対応する周波数の信号レベルデータを離散フーリエ変換して上記ノイズ成分のスペクトルＰｎ（Ｗ）として用いることができる。また、監視領域Ｓ以外の特定領域に対応する一又は複数の周波数の信号レベルと上記ノイズ成分のスペクトルＰｎ（Ｗ）とが対応付けられたテーブルを予め作成しておき、監視領域Ｓ以外の上記特定領域に対応する一又は複数の周波数の信号レベルデータに基づき上記テーブルを参照することによって上記ノイズ成分のスペクトルＰｎ（Ｗ）を設定してもよい。
【００３８】
さらに、本実施形態においては、雰囲気中に上記比較的小さな反射物が一様に存在することによって誤検知を招くおそれがある場合にのみ、上述したようなノイズ成分の除去処理を行うようにしている。具体的には、ビート信号を周波数解析して得られた周波数毎（距離毎）に信号レベルデータにおいて、雰囲気検知用の第２の閾値ＴＨ２よりも大きい信号レベルデータの割合が所定値を超える場合に上記ノイズ成分の除去処理が行われ、上記所定値以下である場合には上記ノイズ成分の除去処理が行われない。これにより、必要以上に上記ノイズ成分の除去処理が行われることが防止される。なお、上記ノイズ成分の除去処理が行われない場合には、ビート信号処理部４１によって求められた周波数毎の信号レベルデータに基づいて障害物の有無が判定される。
【００３９】
以上、本発明の実施形態及びその変形例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて更なる変形や変更が可能であることはもちろんである。
【符号の説明】
【００４０】
１…踏切障害物検知装置、２…第１送受信機、３…第２送受信機、４…制御装置、１０…踏切道、４１…ビート信号処理部、４２…雰囲気検知部、４３…ノイズ成分除去部、４４…判定処理部、４３１…離散フーリエ変換部、４３２…スペクトル減算部、４３３…逆離散フーリエ変換部、Ｓ…監視領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、踏切道内に取り残された障害物をミリ波などの電波を用いて検知する踏切障害物検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からミリ波などの電波を利用して、踏切道内に取り残された人、車椅子、自転車及び自動車などの障害物を検知する踏切障害物検知装置が知られている。この種の踏切障害物検知装置は、電波を監視対象領域（以下単に「監視領域」という）に送信し、送信した電波の障害物による反射波を受信して障害物の検知を行うため、障害物の大小にかかわらず、踏切道内における障害物の有無を検知することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３２５６９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のような踏切障害物検知装置は、降雨時などにおいては、雨（水滴）からの反射波、すなわち、不要な反射波（以下「クラッタ」という）によって障害物の検知精度の低下や誤検知を招くおそれがある。そのため、例えば受信した反射波の信号レベルに平均化処理を施すことにより、クラッタの影響、すなわち、クラッタノイズを低減し、これにより、障害物の検知精度の低下や誤検知を抑制することが考えられる。
しかし、上記平均化処理では、クラッタノイズそのものを除去することができないので、ある程度ＳＮ比を改善できるものの、その改善効果が十分とは言えず、更なる改善が求められている。
本発明は、このような実情に着目してなされたものであり、降雨時や霧発生時の水滴や降雪時の雪などによるクラッタノイズの更なる低減を図り、もって障害物の検知精度の低下や誤検知の発生を効果的に抑制することのできる踏切障害物検知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】
【０００５】
本発明の一側面による踏切障害物検知装置は、踏切道に設定された監視領域内における障害物の有無を検知する踏切障害物検知装置であって、前記監視領域を含む所定領域内に電波を送信するとともに送信された電波の反射波を受信する送受信部と、前記反射波に基づいて生成される信号であって、前記所定領域内の雰囲気中に一様に存在する反射物に起因する信号成分がノイズ成分として除去された前記信号に基づいて障害物の有無を判定する判定処理部と、を備える。
【発明の効果】
【０００６】
上記踏切障害物検知装置によれば、電波の送信範囲内である監視領域を含む所定領域内の雰囲気中に水滴（雨、霧）、雪、砂塵等の反射物が一様に存在する場合には、当該反射物に起因する信号成分がノイズ成分として除去された信号に基づいて障害物の有無を判定するので、上記反射物による不要な反射波の影響が低減され、障害物の検知精度の低下や誤検知の発生を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態による踏切障害物検知装置の全体構成を示す図である。
【図２】上記踏切障害物検知装置における送受信機の概略構成に示す図である。
【図３】上記踏切障害物検知装置の制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】上記制御装置のビート信号処理部によって行われるビート信号の周波数解析によって得られる周波数毎の信号レベルデータ（周波数（距離）−信号レベルデータ）の一例を示す図である。
【図５】上記制御装置のノイズ成分除去部の構成を示すブロック図である。
【図６】上記ノイズ成分除去部によるノイズ成分の除去処理の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による踏切障害物検知装置の全体構成を示している。この踏切障害物検知装置１は、列車Ｔ１，Ｔ２の走行する線路５１，５２と道路５３（破線で示す）とが交差する踏切道１０内における障害物の有無を検知するものであり、図１に示すように、踏切道１０の近傍に配置された第１送受信器２及び第２送受信器３と、第１送受信器２及び第２送受信器３に接続された制御装置４と、を含む。
【０００９】
本実施形態において、踏切障害物検知装置１は、図１中にハッチングで示された矩形領域を、障害物の有無の検知を行う監視領域Ｓとしている。この監視領域Ｓとしては、例えば踏切道１０のうち、当該踏切道１０に設置された一対の遮断機の遮断棹（図示省略）で挟まれた領域とすることができる。
【００１０】
第１送受信器２及び第２送受信器３は、図１に示すように、平面視において踏切道１０を挟んで互いに対角に位置するように配置されている。具体的には、第１送受信器２は、踏切道１０の一方の出入口近傍で、かつ、踏切道１０に直交する方向における一方の側方に（換言すれば、監視領域Ｓの左上隅部の外側に）配置され、第２送受信器３は、踏切道１０の他方の出入口近傍で、かつ、踏切道１０に直交する方向における他方の側方に（換言すれば、監視領域Ｓの右下隅部の外側に）配置されている。
【００１１】
図２は、第１送受信機２の概略構成を示している。
図２に示すように、第１送受信機２は、第１〜第３送受信ユニット２ａ〜２ｃを含む。第１送受信ユニット２ａは、送信部２１ａ、送信アンテナ２２ａ、受信部２３ａ、受信アンテナ２４ａ及びビート信号生成部２５ａを有する。第１送受信ユニット２ａにおいて、送信部２１ａは送信アンテナ２２ａを介して図１中に一点鎖線で示された扇形状の領域Ｓ１ａに周波数をスイープさせた電波（検知ビーム）を送信し、受信部２３ａは受信アンテナ２４ａを介して反射波を受信する。そして、ビート信号生成部２５ａは、送信波及び反射波に基づいて、送信波と反射波の周波数差に対応する周波数を有するビート信号を生成する。このビート信号が障害物判定用の信号に相当する。
【００１２】
同様に、第２送受信ユニット２ｂは、送信部２１ｂ、送信アンテナ２２ｂ、受信部２３ｂ、受信アンテナ２４ｂ及びビート信号生成部２５ｂを有しており、図１中に一点鎖線で示された扇形状の領域Ｓ１ｂに周波数をスイープさせた電波（検知ビーム）を送信するとともにその反射波を受信してビート信号を生成する。また、第３送受信ユニット２ｃは、送信部２１ｃ、送信アンテナ２２ｃ、受信部２３ｃ、受信アンテナ２４ｃ及びビート信号生成部２５ｃを有しており、図１中に一点鎖線で示された扇形状の領域Ｓ１ｃに周波数をスイープさせた電波（検知ビーム）を送信するとともにその反射波を受信してビート信号を生成する。
【００１３】
第２送受信機３は、第１送受信機２と同様の構成を有している。ここでの詳細な説明は省略するが、第２送受信機３も第１〜第３送受信ユニットを有しており、図１に一点鎖線で示された扇形状の領域Ｓ２ａ〜Ｓ２ｃのそれぞれに電波を送信するとともに送信された電波の反射波を受信し、送信波とその反射波の周波数差に対応する周波数を有するビート信号を領域Ｓ２ａ〜Ｓ２ｃのそれぞれについて生成する。
【００１４】
ここで、図１に示すように、電波の送信領域Ｓ１ａ〜Ｓ１ｃ、Ｓ２ａ〜Ｓ２ｃは、それぞれ監視領域Ｓ以外の領域を含むとともに空白領域が生じないように連続させてあり、これにより、監視領域Ｓの全体にわたって電波（検知ビーム）が送信される。
そして、第１送受信器２、第２送受信機３は、それぞれ領域Ｓ１ａ〜Ｓ１ｃ、領域Ｓ２ａ〜Ｓ２ｃに対する電波の送信を周期的（すなわち、所定の検知周期毎）に繰り返して行い、ビート信号を生成して制御装置４へと出力する。なお、各送受信ユニットから送信される電波は、特に制限されないが、本実施形態においては周波数帯域が３０〜３００ＧＨｚ（波長１０〜１ｎｍ）のミリ波を用いている。
【００１５】
制御装置４は、第１送受信機２及び第２送受信機３、より具体的には、第１送受信機２及び第２送受信機３の各送受信ユニットの作動を制御するとともに、各送受信ユニットによって生成されたビート信号を入力し、入力されたビート信号に基づいて監視領域Ｓ内における障害物の有無を判定する。そして、制御装置４は、監視領域Ｓ内に障害物が有ると判定した場合には、例えば警告灯（図示省略）を作動させて障害物がある旨を列車の運転者や最寄りの駅係員等に知らせる。
【００１６】
ところで、降雨時、降雪時又は霧発生時などにおいては、電波の送信領域（Ｓ１ａ〜Ｓ１ｃ、Ｓ２ａ〜Ｓ２ｃ）内の雰囲気中にほぼ一様に水滴（雨、霧）や雪などの障害物とはならない（比較的小さな）反射物が存在する。かかる状況では、各送受信ユニットによって生成されるビート信号に上記障害物とはならない反射物に起因する信号成分が含まれることになる。このため、単にビート信号に基づいて障害物の有無を判定すると、実際には監視領域Ｓ内に障害物がないにもかかわらず、障害物があると判定してしまうおそれがある。このような誤検知は、不要な列車の運行停止などを招くため、可能な限りなくすことが望まれる。
【００１７】
そこで、本実施形態における制御装置４は、電波の送信領域（Ｓ１ａ〜Ｓ１ｃ、Ｓ２ａ〜Ｓ２ｃ）内の雰囲気中に、水滴（雨、霧）、雪あるいは砂塵などの障害物とはならない反射物が一様に存在し、当該障害物とはならない反射物からの反射波によって誤検知を招くおそれがある場合には、当該障害物とはならない反射物に起因する信号成分を上記ビート信号からノイズ成分として除去して得られる信号に基づいて障害物の有無を判定する。なお、上記水滴（雨、霧）、雪あるいは砂塵のほかにも、雹、霰や霙なども障害物とはならない上記比較的小さな反射物に該当する。以下、詳細に説明する。
【００１８】
図３は、制御装置４の構成を示すブロック図である。
図３に示すように、制御装置４は、ビート信号を解析・処理するビート信号処理部４１と、電波（検知ビーム）の送信領域内の雰囲気状態を検知する雰囲気検知部４２と、ビート信号からノイズ成分を除去するノイズ成分除去部４３と、障害物の有無を判定する判定処理部４４と、を含む。
【００１９】
ビート信号処理部４１は、第１送受信機２及び第２送受信機３の各送受信ユニットから出力されたビート信号を入力し、入力された各ビート信号の周波数解析を行って周波数毎の信号レベルデータを求める。これにより、ビート信号処理部４１の周波数分解能に応じた個数の信号レベルデータが取得される。ここで、ビート信号に含まれる周波数は、第１送受信機２又は第２送受信機３から送信電波を反射した物体までの距離に相当するものであり、上記信号レベルデータは、当該物体からの反射波の信号レベルを示す。
【００２０】
図４は、ビート信号の周波数解析によって得られる周波数毎の信号レベルデータ（周波数（距離）−信号レベル）の一例を示している。ビート信号処理部４１は、領域Ｓ１ａ〜Ｓ１ｃ、Ｓ２ａ〜Ｓ２ｃのそれぞれについて図４に示すような周波数毎の信号レベルデータを求める。そして、監視領域Ｓ内に物体（障害物）が存在する場合には、監視領域Ｓに対応する周波数の範囲内において予め設定された障害物検知用の第１の閾値ＴＨ１よりも大きな信号レベルデータが存在する。
【００２１】
雰囲気検知部４２は、ビート信号処理部４１によって求められた上記周波数毎の信号レベルデータに基づいて、電波（検知ビーム）の送信領域内の雰囲気状態を検知する。例えば、上記周波数毎の信号レベルデータにおいて、上記第１の閾値ＴＨ１よりも小さい値として予め設定された雰囲気検知用の第２の閾値ＴＨ２（図４参照）よりも大きな信号レベルデータの割合が所定値を超える場合に、電波の送信領域内の雰囲気中に上記障害物とはならない反射物が一様に存在し当該反射物によって誤検知を招くおそれのある雰囲気状態であると検知する。ここで、上記所定値は、例えば５０〜９０％（好ましくは、７０〜８０％）の任意の値とすることでき、上記第２の閾値ＴＨ２は、例えば降雨時、降雪時又は霧発生時における障害物のない状態での信号レベルに基づいて設定される。
なお、上記のような誤検知を招くおそれのある雰囲気状態を検知することができればよく、雰囲気検知部４２に代えて降雨計、降雪計、霧検知センサなどを用い、これらの出力が所定値以上である場合に、誤検知を招くおそれのある雰囲気状態であることを検知するようにしてもよい。
【００２２】
ノイズ成分除去部４３は、雰囲気検知部４２によって誤検知を招くおそれのある雰囲気状態であることが検知された場合に、ビート信号処理部４１によって求められた各周波数（各距離）の信号レベルデータから上記障害物とはならない反射物に起因する信号成分をノイズ成分として除去する。具体的には、ノイズ成分除去部４３は、音声信号処理（雑音除去処理）に用いられる「スペクトルサブトラクション法」に準じた方法によって、周波数領域で上記ノイズ成分のスペクトルを取り除く。
【００２３】
図５は、ノイズ成分除去部４３の構成を示すブロック図である。
図５に示すように、ノイズ成分除去部４３は、離散フーリエ変換部４３１と、スペクトル減算部４３２と、逆離散フーリエ変換部４３３と、を含む。
【００２４】
離散フーリエ変換部４３１は、監視領域Ｓに対応する各周波数について、時間領域のＮ個（すなわち、上記検知周期Ｎ回分）の信号レベルデータを離散フーリエ変換によって周波数領域のスペクトルＰｓ（Ｗ）に変換する。
また、離散フーリエ変換部４３１は、電波の送信領域のうち監視領域Ｓ以外の領域に対応する特定の周波数について、Ｎ個の信号レベルデータを離散フーリエ変換によって周波数領域のスペクトルに変換し、これを上記ノイズ成分のスペクトルＰｎ（Ｗ）とする。このようにしてノイズ成分のスペクトルＰｎ（Ｗ）を求めるのは、電波の送信領域のうち監視領域Ｓ以外の領域は、通常、人や物などが進入しない領域であり、水滴（雨、霧）、雪、砂塵などの上記障害物とはならない反射物に起因する信号成分（すなわち、ノイズ成分）のスペクトルのみを取得するのに適しているからである。なお、上記特定の周波数は一つである必要はなく、電波の送信領域のうち監視領域Ｓ以外の領域に対応する複数の周波数のそれぞれについて、Ｎ個の信号レベルデータを離散フーリエ変換によって周波数領域のスペクトルに変換し、これらに基づいて上記ノイズ成分のスペクトルＰｎ（Ｗ）を設定してもよい。
【００２５】
スペクトル減算部４３２は、離散フーリエ変換部４３１の処理結果である各周波数の信号レベルデータのスペクトルＰｓ（Ｗ）から上記ノイズ成分のスペクトルＰｎ（Ｗ）をそれぞれ減算する。具体的は、下式に基づき、上記ノイズ成分を含む各周波数の信号レベルデータのスペクトルＰｓ（Ｗ）から上記ノイズ成分のスペクトルＰｎ（Ｗ）を取り除く。
Ｄ（Ｗ）＝Ｐｓ（Ｗ）−αＰｎ（Ｗ）
但し、Ｄ（Ｗ）≦βＰｎ（Ｗ）の場合、Ｄ（Ｗ）＝βＰｎ（Ｗ）
ここで、α、βは係数である。
そして、逆離散フーリエ変換部４３３は、スペクトル減算部４３２で得られたスペクトルＤ（Ｗ）を逆離散フーリエ変換によって時間領域の信号レベルデータに変換する。
【００２６】
図６は、ノイズ成分除去部４３によるノイズ成分の除去処理の概要を示す図である。
図６（Ａ）は、監視領域Ｓに対応する特定の周波数ｆ１（図４参照）の信号レベルの時間変動（時間領域の信号レベルデータ）を示している。図６（Ａ）に示される信号レベルには、障害物となる物体からの反射波の信号レベルだけではなく、上述したような障害物とはならない反射物に起因する信号成分がノイズ成分として含まれている。
【００２７】
図６（Ｂ）は、監視領域Ｓ以外の領域に対応する特定の周波数ｆ２（図４参照）の信号レベルの時間変動を示している。図６（Ｂ）に示される信号レベルは、上記障害物とはならない反射物からの反射波の信号レベルである。そして、この障害物とはならない反射物からの反射波は、その信号レベルは距離（場所）によって異なるものの、その周波数特性は電波の送信範囲内の全体に亘ってほぼ共通するものであると言える。
【００２８】
そこで、ノイズ成分除去部４３は、監視領域Ｓ以外の特定領域に対応する周波数の信号レベルデータ（図６（Ｂ））に基づき監視領域Ｓ内における上記ノイズ成分のスペクトルＰｎ（Ｗ）を設定（推定）し、監視領域Ｓに対応する各周波数の上記ノイズ成分を含む信号レベルデータ（図６（Ａ））のスペクトルＰｓ（Ｗ）から上記ノイズ成分のスペクトルＰｎ（Ｗ）を差し引く。そして、得られたスペクトルＤ（Ｗ）を逆離散フーリエ変換することにより、図６（Ｃ）に示すような上記ノイズ成分が除去された信号レベルデータを復元する。
【００２９】
ノイズ成分除去部４３がこのようなノイズ成分の除去処理を監視領域Ｓに対応する各周波数の信号レベルデータに対して施すことにより、図４中に破線で示すように、新たな周波数毎の信号レベルデータ、すなわち、上記障害物とはならない反射物に起因する信号成分がノイズ成分として除去された信号レベルデータを得ることができる。
【００３０】
図３に戻って、判定処理部４４は、雰囲気検知４２による雰囲気状態の検知結果に応じて、ビート信号処理部４１によって求められた周波数毎の信号レベルデータ（図４において実線で示す）又はノイズ成分除去部４２によってノイズ成分が除去された後の周波数毎の信号レベルデータ（図４において破線で示す）に基づいて監視領域Ｓ内における障害物の有無を判定する。具体的には、監視領域Ｓに対応する周波数の範囲内に上記第１の閾値ＴＨ１を超える信号レベルデータが存在する場合に、監視領域Ｓ内に障害物があると判定する。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態による踏切障害物検知装置１は、降雨時、降雪時又は霧発生時など、第１送受信機２及び第２送受信機３からの電波の送信範囲内の雰囲気中に障害物とはならないが電波を反射する比較的小さな反射物が一様に存在する場合には、第１送受信機２及び第２送受信機３によって受信される反射波に基づいて生成される信号であって、上記比較的小さな反射物に起因する信号成分がノイズ成分として除外された前記信号に基づいて障害物の有無を判定する。これにより、上記比較的小さな反射物による不要な反射波の影響（クラッタノイズ）を低減し、検知精度の低下や誤検知を効果的に抑制することができる。
【００３２】
ここで、上記ノイズ成分は、電波の送信範囲内のうち監視領域Ｓ以外の領域に対応する信号に基づいて設定することができる。当該領域には、通常、人や物が進入しないことから、当該領域に対応する信号は上記比較的小さな反射物からの反射波に基づくものと考えられ、また、上記比較的小さな反射物の障害物検知に対する影響は監視領域Ｓを含む電波の送信範囲内の全体にわたってほぼ同様であると考えられるからである。例えば、監視領域Ｓ以外の領域に対応する特定の信号レベルの変化量と上記ノイズ成分とが対応付けられたテーブルを設け、上記特定の信号レベルの変化量に基づくテーブル参照値を上記ノイズ成分として設定することができる。
なお、上記実施形態において、第１送受信機２及び第２送受信機３は、監視領域Ｓとそれ以外の領域とを区別することなく、これらを含む所定領域内に電波を送信しているが、監視領域Ｓとそれ以外の領域とを区別して電波を送信するように構成してもよい。
【００３３】
また、上記比較的小さな反射物に基づくテーブル参照値を上記ノイズ成分として設定することができる。この場合には、例えば、上記比較的小さな反射物の種類と上記ノイズ成分とが対応付けられたテーブルを設けるとともに上記比較的小さな反射物の種類を示す信号が外部から制御装置４に入力されるように構成し、外部からの入力信号に基づいて上記テーブルを参照して上記ノイズ成分を設定するように構成することができる。さらに、監視領域Ｓ以外の領域に対応する特定の信号レベルの変化量及び上記比較的小さな反射物の種類に基づいて上記比較的小さな反射物の種類を特定するようにしてもよい。
【００３４】
より具体的に、本実施形態においては、第１送受信機２及び第２送受信機３の各送受信ユニットによって生成されるビート信号から上記比較的小さな反射物に起因する信号成分をノイズ成分として除外して得られた信号に基づいて障害物の有無を判定する。上記ビート信号は、送信波と反射波との周波数差に相当する周波数を有しており、ビート信号に含まれる周波数は、送信された電波を反射した物体の位置（第１送受信機２又は第２送受信機３からの距離）に対応する。したがって、ビート信号を周波数解析することによって、監視領域Ｓ内に物体（障害物）が存在するか否かを容易に判定することができるため便宜である。なお、本実施形態では、送信波及び反射波に基づいてビート信号を生成した後に上記ノイズ成分を除去しているが、まず反射波から上記ノイズ成分を除去し、その後に上記ビート信号又はこれに代わる障害物判定用の信号を生成するように構成してもよい。
【００３５】
また、本実施形態における上記ビート信号からの上記ノイズ成分の除去は、ビート信号の周波数解析が行われた後に行われる。すなわち、ビート信号を周波数解析することによって周波数毎（すなわち、距離毎）の信号レベルデータとし、監視領域Ｓに対応する各周波数の信号レベルデータから上記ノイズ成分が除去される。これにより、上記ノイズ成分の除去を必要かつ十分な範囲で行うことができる。但し、これに限るものではなく、ビート信号の周波数解析によって得られた全ての周波数の信号レベルデータから上記ノイズ成分が除去されるようにしてもよいし、障害物検知用の上記第１の閾値ＴＨ１よりも大きな信号レベルデータのみから上記ノイズ成分を除去するようにしてもよい。
【００３６】
上記ビート信号からの上記ノイズ成分の除去についてさらに説明すれば、本実施形態における上記ノイズ成分の除去処理は、上記各周波数の信号レベルデータに対して周波数領域で上記ノイズ成分のスペクトルを取り除くことによって行われる。
すなわち、監視領域Ｓに対応する各周波数の信号レベルデータ（上記ノイズ成分が含まれる）を離散フーリエ変換によってスペクトルＰｓ（Ｗ）に変換し、そこから上記ノイズ成分のスペクトルＰｎ（ｗ）又はこれに所定の係数を乗算したものを差し引き、その結果得られたスペクトルＤ（Ｗ）を逆離散フーリエ変換することによって上記ノイズ成分が除去された信号レベルデータを復元する。これにより、各信号レベルデータについて、本来の信号レベルの低下を招くことなく、各信号レベルデータに含まれた上記ノイズ成分のみを効果的に除去することができる。
【００３７】
ここで、本実施形態においては、上記ノイズ成分のスペクトルＰｎ（Ｗ）として監視領域Ｓ以外の領域に対応する信号レベルデータを離散フーリエ変換して得られたスペクトルを用いる。上述したように、監視領域Ｓ以外の領域には、通常、人や物が進入しないため電波を反射する物体がなく、上記比較的小さな反射物による反射波の周波数特性は、電波の送信範囲内の全体に亘ってほぼ共通すると考えられるからである。これにより、そのときの雰囲気状態に応じた上記ノイズ成分のスペクトルＰｎ（Ｗ）を用いることができるので、上記ノイズ成分を効果的に除去することができる。
但し、これに限るものではなく、監視領域Ｓ内であっても人や物などが存在していない状態であれば、監視領域Ｓに対応する周波数の信号レベルデータを離散フーリエ変換して上記ノイズ成分のスペクトルＰｎ（Ｗ）として用いることができる。また、監視領域Ｓ以外の特定領域に対応する一又は複数の周波数の信号レベルと上記ノイズ成分のスペクトルＰｎ（Ｗ）とが対応付けられたテーブルを予め作成しておき、監視領域Ｓ以外の上記特定領域に対応する一又は複数の周波数の信号レベルデータに基づき上記テーブルを参照することによって上記ノイズ成分のスペクトルＰｎ（Ｗ）を設定してもよい。
【００３８】
さらに、本実施形態においては、雰囲気中に上記比較的小さな反射物が一様に存在することによって誤検知を招くおそれがある場合にのみ、上述したようなノイズ成分の除去処理を行うようにしている。具体的には、ビート信号を周波数解析して得られた周波数毎（距離毎）に信号レベルデータにおいて、雰囲気検知用の第２の閾値ＴＨ２よりも大きい信号レベルデータの割合が所定値を超える場合に上記ノイズ成分の除去処理が行われ、上記所定値以下である場合には上記ノイズ成分の除去処理が行われない。これにより、必要以上に上記ノイズ成分の除去処理が行われることが防止される。なお、上記ノイズ成分の除去処理が行われない場合には、ビート信号処理部４１によって求められた周波数毎の信号レベルデータに基づいて障害物の有無が判定される。
【００３９】
以上、本発明の実施形態及びその変形例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて更なる変形や変更が可能であることはもちろんである。
【符号の説明】
【００４０】
１…踏切障害物検知装置、２…第１送受信機、３…第２送受信機、４…制御装置、１０…踏切道、４１…ビート信号処理部、４２…雰囲気検知部、４３…ノイズ成分除去部、４４…判定処理部、４３１…離散フーリエ変換部、４３２…スペクトル減算部、４３３…逆離散フーリエ変換部、Ｓ…監視領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
踏切道に設定された監視領域内における障害物の有無を検知する踏切障害物検知装置であって、
前記監視領域を含む所定領域内に電波を送信するとともに送信された電波の反射波を受信する送受信部と、
前記反射波に基づいて生成される信号であって、前記所定領域内の雰囲気中に一様に存在する反射物に起因する信号成分がノイズ成分として除去された前記信号に基づいて障害物の有無を判定する判定処理部と、
を備える踏切障害物検知装置。
【請求項２】
前記ノイズ成分は、前記所定領域内における前記監視領域以外の領域に対応する信号に基づいて設定される、請求項１に記載の踏切障害物検知装置。
【請求項３】
前記ノイズ成分は、前記所定領域内の雰囲気中に一様に存在する反射物に基づくテーブル参照値である、請求項１又は２に記載の踏切障害物検知装置。
【請求項４】
前記送受信部は、送信波とその反射波との周波数差に対応する周波数を有するビート信号を生成して出力するものであり、
前記判定処理部は、前記ビート信号から前記反射物に起因する信号成分をノイズ成分として除去して得られた信号に基づいて障害物の有無を判定する、請求項１〜３のいずれか一つに記載の踏切障害物検知装置。
【請求項５】
前記ビート信号の周波数解析を行って周波数毎の信号レベルデータを求めるビート信号処理部と、
前記監視領域に対応する各周波数の信号レベルデータから前記ノイズ成分を除去するノイズ成分除去部と、
をさらに備え、
前記判定処理部は、前記ノイズ成分が除去された後の各信号レベルデータに基づいて障害物の有無を判定する、請求項４に記載の踏切障害物検知装置。
【請求項６】
前記ノイズ成分除去部は、前記各周波数の信号レベルデータに対し周波数領域にて前記ノイズ成分のスペクトルを取り除く、請求項４又は５に記載の踏切障害物検知装置。
【請求項７】
前記ノイズ成分除去部は、
前記各周波数の信号レベルデータを離散フーリエ変換によって周波数領域のスペクトルに変換する離散フーリエ変換部と、
前記各周波数の信号レベルデータのスペクトルから前記ノイズ成分のスペクトルを減算するスペクトル減算部と、
前記スペクトル減算部によって得られたスペクトルを逆離散フーリエ変換によって時間領域の信号レベルデータに変換する逆離散フーリエ変換部と、
を含む、請求項５又は６に記載の踏切障害物検知装置。
【請求項８】
前記ノイズ成分のスペクトルは、前記監視領域以外の特定領域に対応する少なくとも一つの周波数の信号レベルデータを離散フーリエ変換によって周波数領域のスペクトルに変換して得られたものである、請求項６又は７に記載の踏切障害物検知装置。
【請求項９】
前記ノイズ成分のスペクトルは、前記監視領域以外の特定領域に対応する少なくとも一つの周波数の信号レベルデータに基づくテーブル参照値である、請求項６又は７に記載の踏切障害物検知装置。
【請求項１０】
前記判定処理部は、前記ビート信号処理部によって求められた前記周波数毎の信号レベルデータにおいて、予め設定された閾値を超える信号レベルデータの割合が所定値以下である場合には、前記ノイズ成分の除去処理を行うことなく、前記周波数毎の信号レベルデータに基づいて前記障害物の有無を判定する、請求項４〜９のいずれか一つに記載の踏切障害物検知装置。
【請求項１】
踏切道に設定された監視領域内における障害物の有無を検知する踏切障害物検知装置であって、
前記監視領域を含む所定領域内に電波を送信するとともに送信された電波の反射波を受信する送受信部と、
前記反射波に基づいて生成される信号であって、前記所定領域内の雰囲気中に一様に存在する反射物に起因する信号成分がノイズ成分として除去された前記信号に基づいて障害物の有無を判定する判定処理部と、
を備える踏切障害物検知装置。
【請求項２】
前記ノイズ成分は、前記所定領域内における前記監視領域以外の領域に対応する信号に基づいて設定される、請求項１に記載の踏切障害物検知装置。
【請求項３】
前記ノイズ成分は、前記所定領域内の雰囲気中に一様に存在する反射物に基づくテーブル参照値である、請求項１又は２に記載の踏切障害物検知装置。
【請求項４】
前記送受信部は、送信波とその反射波との周波数差に対応する周波数を有するビート信号を生成して出力するものであり、
前記判定処理部は、前記ビート信号から前記反射物に起因する信号成分をノイズ成分として除去して得られた信号に基づいて障害物の有無を判定する、請求項１〜３のいずれか一つに記載の踏切障害物検知装置。
【請求項５】
前記ビート信号の周波数解析を行って周波数毎の信号レベルデータを求めるビート信号処理部と、
前記監視領域に対応する各周波数の信号レベルデータから前記ノイズ成分を除去するノイズ成分除去部と、
をさらに備え、
前記判定処理部は、前記ノイズ成分が除去された後の各信号レベルデータに基づいて障害物の有無を判定する、請求項４に記載の踏切障害物検知装置。
【請求項６】
前記ノイズ成分除去部は、前記各周波数の信号レベルデータに対し周波数領域にて前記ノイズ成分のスペクトルを取り除く、請求項４又は５に記載の踏切障害物検知装置。
【請求項７】
前記ノイズ成分除去部は、
前記各周波数の信号レベルデータを離散フーリエ変換によって周波数領域のスペクトルに変換する離散フーリエ変換部と、
前記各周波数の信号レベルデータのスペクトルから前記ノイズ成分のスペクトルを減算するスペクトル減算部と、
前記スペクトル減算部によって得られたスペクトルを逆離散フーリエ変換によって時間領域の信号レベルデータに変換する逆離散フーリエ変換部と、
を含む、請求項５又は６に記載の踏切障害物検知装置。
【請求項８】
前記ノイズ成分のスペクトルは、前記監視領域以外の特定領域に対応する少なくとも一つの周波数の信号レベルデータを離散フーリエ変換によって周波数領域のスペクトルに変換して得られたものである、請求項６又は７に記載の踏切障害物検知装置。
【請求項９】
前記ノイズ成分のスペクトルは、前記監視領域以外の特定領域に対応する少なくとも一つの周波数の信号レベルデータに基づくテーブル参照値である、請求項６又は７に記載の踏切障害物検知装置。
【請求項１０】
前記判定処理部は、前記ビート信号処理部によって求められた前記周波数毎の信号レベルデータにおいて、予め設定された閾値を超える信号レベルデータの割合が所定値以下である場合には、前記ノイズ成分の除去処理を行うことなく、前記周波数毎の信号レベルデータに基づいて前記障害物の有無を判定する、請求項４〜９のいずれか一つに記載の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２０１３−１２６３（Ｐ２０１３−１２６３Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３４９４７（Ｐ２０１１−１３４９４７）
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（０００００４６５１）日本信号株式会社 (720)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（０００００４６５１）日本信号株式会社 (720)
【Ｆターム（参考）】
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