JP4698293B2 - 列車制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、列車の速度を自動的に制限速度以下に制御する列車制御装置、特に列車制御情報の伝送速度の向上に関するものである。

列車の速度を自動的に制限速度以下に制御する列車制御装置（以下、ＡＴＣ装置という）の地上装置はあらかじめ先行列車との間隔と曲線や分岐等の進路の条件等により定まる停止目標位置と現在の在線位置を示す符号化した列車制御信号を軌道回路に送信し、車上装置は受信した列車制御信号から算出される先行列車との間隔や停止目標位置までの照査速度パターンに基づき連続的に列車の速度を可変する方法である。

この列車制御信号を伝送するとき、交流電化区間の場合、運転電流の高調波が極めて強力であり、この高調波雑音と列車制御信号を分離するため、高調波雑音が生じていない周波数帯域を選んで列車制御信号を伝送している。このため列車制御信号の伝送速度の向上が困難であった。

この運転電流高調波雑音が入り込んでも通信可能として列車制御信号の伝送を向上させるため、特許文献１や特許文献２にスペクトラム拡散通信方式を使用した列車制御装置が開示されている。このスペクトラム拡散通信方式を使用した列車制御装置は、地上装置では列車制御信号を擬似雑音符号（以下、ＰＮ符号という）でスペクトラム拡散変調して広い周波数帯に拡散してレールに送信し、列車に搭載された車上装置の受信部は、レールに送られているスペクトラムを拡散した信号を受信して、受信した信号を地上装置と同じＰＮ符号を使用して拡散変調する。このＰＮ符号を使用して拡散変調すると、受信した信号に混入した雑音信号はスペクトラムが拡散され列車制御信号波はもとの周波数帯域内に集められて地上装置で発生した元の列車制御信号にもどされる。この拡散変調した信号を狭帯域のバンドパスフィルタを通して雑音成分を除去し、送信された列車制御信号を得る。この車上装置の受信部で拡散変調して列車検知信号を得るためには、拡散変調するＰＮ符号の位相を受信したＰＮ符号の位相と一致させる必要がある。ＰＮ符号を使用して拡散変調した受信信号はＳ／Ｎ比が非常に小さく、通常の方法では受信信号から同期のタイミングを抽出できないため、車上装置のＰＮ符号を受信信号のＰＮ符号の時系列に合致させてパルス信号に変換する同期捕捉と、同期捕捉が完了してから時間が経過しても同期はずれが生じないように操作する同期保持が必要である。
特開平７−３２９７８２号公報 特許第２７０１１９７号公報

前記のように車上装置の受信部で拡散変調するＰＮ符号の位相を受信したＰＮ符号の位相と一致させために、受信部に同期捕捉手段や同期保持手段を設けると、受信部の構成が非常に複雑になってしまうとともに同期捕捉に時間がかかってしまう。また、無絶縁軌道回路においては、隣接する軌道回路に送信された列車制御信号との干渉により、同期検出が困難になるおそれがある。

この発明は、このような短所を改善し、車上の受信部に同期捕捉手段や同期保持手段を必要としないで地上装置から送信された列車制御信号のスペクトラム拡散変調と車上の受信部におけるスペクトラム拡散変調を同期させて、送信された列車制御信号を確実に検出することができる列車制御装置を得ることを目的とするものである。

この発明の列車制御装置は、ＡＴＣ地上装置と車上装置とを有し、前記ＡＴＣ地上装置は、ＡＴＣ信号生成部と変圧器と同期信号発生部と拡散符号発生部と拡散変調部及び送信器を有し、前記ＡＴＣ信号生成部は先行列車の走行位置に応じた現示と軌道回路ＩＤを有するＡＴＣ信号を作成し、前記変圧器は電車線に電力を供給する交流電源から出力する交流電圧を低電圧の交流信号に変換し、前記同期信号発生部は、バンドパスフィルタと波形整形回路及び周波数てい倍回路を有し、前記バンドパスフィルタは前記変圧器で変換した交流信号を入力してノイズ成分を除去して正弦波の交流信号を前記波形整形回路に出力し、前記波形整形回路は入力した交流信号を整形してパルス信号を前記周波数てい倍回路に出力し、前記周波数てい倍回路は入力したパルス信号を２倍の周波数を持ったパルス信号に変換して交流電源の周波数に応じた同期信号を生成し、前記拡散符号発生部は前記同期信号発生部で生成した同期信号によりあらかじめ定められた広帯域のＰＮ符号列を発生し、前記拡散変調部は前記ＡＴＣ信号生成部で作成したＡＴＣ信号を前記拡散符号発生部で発生したＰＮ符号系列によりスペクトラム拡散変調して信号波を発生し、前記送信器は拡散変調部で発生した信号波をレールに送り出し、前記車上装置は、受信器と変圧器と同期信号発生部と拡散符号発生部と拡散復調部とバンドパスフィルタ及び復調器を有し、前記受信器は受電器を介してレールに送られている信号波を受信し、前記変圧器は電車線から集電装置を介して取り入れる交流電圧を低電圧の交流信号に変換し、前記同期信号発生部は、バンドパスフィルタと波形整形回路及び周波数てい倍回路を有し、前記バンドパスフィルタは前記変圧器で変換した交流信号を入力してノイズ成分を除去して正弦波の交流信号を前記波形整形回路に出力し、前記波形整形回路は入力した交流信号を整形してパルス信号を前記周波数てい倍回路に出力し、前記周波数てい倍回路は入力したパルス信号を２倍の周波数を持ったパルス信号に変換して交流電源の周波数に応じた同期信号を生成し、前記拡散符号発生部は前記同期信号発生部で生成した同期信号によりあらかじめ定められた広帯域のＰＮ符号列を発生し、前記拡散復調部は前記受信器で受信した信号波を前記拡散符号発生部で発生したＰＮ符号系列によりスペクトラム拡散変調して信号波を生成し、前記バンドバスフィルタは前記拡散復調部で拡散された信号波から雑音成分を除去した信号波を取り出し、前記復調部は雑音成分を除去した信号波を復調してＡＴＣ信号を得ることを特徴とする。

この発明は、ＡＴＣ地上装置と車上装置で交流電源の周波数に応じた同期信号によりＰＮ符号列を発生するようにして、ＡＴＣ地上装置でスペクトラム拡散変調するＰＮ符号列と、車上装置でスペクトラム拡散変調するＰＮ符号列の位相を簡単な構成で確実に一致させるから、ＡＴＣ地上装置から送られたＡＴＣ信号を車上装置で確実に検出することができるとともに、同期捕捉に要する時間を短縮して伝送効率を高めることができる。

図１はこの発明の列車制御装置の構成を示すブロック図である。図に示すように、交流電化区間における列車制御装置は、各軌道回路１Ｔ〜３Ｔの列車進出側の境界に接続されたＡＴＣ地上装置１と列車２に搭載した車上装置３を有する。ＡＴＣ地上装置１は、ＡＴＣ信号生成部４と変圧器５と同期信号発生部６と拡散符号発生部７と拡散変調部８及び送信器９を有する。

ＡＴＣ信号生成部４は、条件連絡回路１０から入力する先行列車の走行位置に応じた現示と軌道回路ＩＤを有するＡＴＣ信号を作成して拡散変調部８に出力する。変圧器５は電車線１１に電力を供給する交流電源１２から出力する交流電圧を低電圧の交流信号に変換して同期信号発生部６に出力する。同期信号発生部６は、図２のブロック図に示すように、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１３と波形整形回路１４及び周波数てい倍回路１５を有する。ＢＰＦ１３は変圧器５で変換した交流信号を入力してノイズ成分を除去して正弦波の交流信号を波形整形回路１４に出力する。波形整形回路１４は入力した交流信号を整形してパルス信号を周波数てい倍回路１５に出力する。周波数てい倍回路１５は入力したパルス信号を例えば２倍の周波数を持ったパルス信号に変換し、交流電源１２の周波数に応じた同期信号を拡散符号発生部７に出力する。拡散符号発生部７は入力した同期信号によりあらかじめ定められた広帯域のＰＮ符号列を発生して拡散変調部８に出力する。拡散変調部８はＡＴＣ信号生成部４から入力したＡＴＣ信号を拡散符号発生部７から入力したＰＮ符号系列によりスペクトラム拡散変調してＡＴＣ信号の周波数帯域よりもはるかに広い周波数帯域に拡散して信号波を発生する。送信器９は拡散変調部８で発生した信号波をレール１６に送り出す。

車上装置３は受信器１７と変圧器１８と同期信号発生部１９と拡散符号発生部２０と拡散復調部２１とバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２２及び復調器２３を有する。受信器１７はレール１６に送られている信号波を受電器２４を介して受信する。変圧器１８は電車線１１から集電装置２５を介して取り入れる交流電圧を低電圧の交流信号に変換して同期信号発生部１９に出力する。同期信号発生部１９は、ＡＴＣ地上装置１の同期信号発生部６と同じ構成を有し、変圧器１８で変換した交流信号を入力して交流電源１２の周波数に応じた同期信号を拡散符号発生部２０に出力する。拡散符号発生部２０は入力した同期信号によりＡＴＣ地上装置１の拡散符号発生部７と同じＰＮ符号列を発生して拡散復調部２１に出力する。拡散復調部２１は受信器１７で受信した信号波を拡散符号発生部２０から入力したＰＮ符号系列によりスペクトラム拡散変調して受信した信号波に混入した雑音信号を広い周波数帯域に拡散してＡＴＣ信号をもとの周波数帯域内に集めた信号波を生成する。ＢＰＦ２２は拡散復調部２１で拡散された信号波から雑音成分を除去した信号波を取り出し、復調部２３は雑音成分を除去した信号波を復調してＡＴＣ信号を得る。

前記のように構成した列車制御装置のＡＴＣ地上装置１でＡＴＣ信号を含む信号波をレール１６に送信し、送信した信号波を車上装置３で受信してＡＴＣ信号を検出するときの処理を図３と図４の波形図を参照して説明する。

ＡＴＣ地上装置１は、交流電源１２から出力する交流電圧を変圧器５で低電圧の交流信号に変換して同期信号発生部６に出力している。この状態で列車２が軌道回路２Ｔに進入すると、ＡＴＣ地上装置１のＡＴＣ信号生成部４は、条件連絡回路１０から入力する先行列車の走行位置に応じた現示と軌道回路ＩＤを有するＡＴＣ信号を作成して拡散変調部８に出力する。同時に、同期信号発生部６は変圧器５から出力されている交流信号により交流電源１２の周波数に応じた同期信号を発生して拡散符号発生部７に出力する。この同期信号発生部６で交流電源１２の周波数に応じた同期信号を発生するとき、同期信号発生部６のＢＰＦ１３は変圧器５から入力する交流信号のノイズ成分を除去して、図３（ａ）に示すように、正弦波の交流信号を波形整形回路１４に出力する。波形整形回路１４は入力した交流信号の例えば零ボルトを閾値として、図３（ｂ）に示すように、パルス信号に整形して周波数てい倍回路１５に出力する。周波数てい倍回路１５は入力したパルス信号を、図３（ｃ）に示すように、例えば２倍の周波数を持ったパルス信号に変換し、変換したパルス信号からなる同期信号を拡散符号発生部７に出力する。拡散符号発生部７は入力した同期信号により、図３（ｄ）に示すように、広帯域のＰＮ符号列を発生して拡散変調部８に出力する。拡散変調部８はＡＴＣ信号生成部４から入力したＡＴＣ信号を拡散符号発生部７から入力したＰＮ符号系列によりスペクトラム拡散変調してＡＴＣ信号の周波数帯域よりもはるかに広い周波数帯域に拡散して信号波を発生して送信器９に出力する。送信器９は入力した信号波を軌道回路２Ｔのレール１６に送り出す。

一方、車上装置３の受信器１７は受電器２４を介してレール１６に送信されている信号波を受信すると、受信した信号波を拡散復調部２１に送る。この拡散復調部２１に送られた信号波には、図４（ａ）に示すように、レール１６を伝搬しているときに雑音信号が加えられている。拡散復調部２１は、送られた信号波を、交流電源１２の周波数に応じた同期信号により拡散符号発生部２０で発生しているＰＮ符号列によりスペクトラム拡散変調して、図４（ｂ）に示すように、受信した信号波に混入した雑音信号を広い周波数帯域に拡散してＡＴＣ信号をもとの周波数帯域内に集めた信号波を生成してＢＰＦ２２に送る。ＢＰＦ２２は送られた信号波から、図４（ｃ）に示すように、雑音成分を除去してＡＴＣ信号波を取り出し増幅して復調部２３に送る。復調部２３は送られたＡＴＣ信号波を復調してＡＴＣ信号を得る。

このように、ＡＴＣ地上装置１と車上装置３で交流電源１２の周波数に応じた同期信号によりＰＮ符号列を発生するようにしたから、ＡＴＣ地上装置１でスペクトラム拡散変調するＰＮ符号列と、車上装置３でスペクトラム拡散変調するＰＮ符号列の位相を確実に一致させることができ、ＡＴＣ地上装置１から送られたＡＴＣ信号を車上装置３で確実に検出することができるとともに、同期捕捉に要する時間を短縮して伝送効率を高めることができる。

この発明の列車制御装置の構成を示すブロック図である。 同期信号発生部の構成を示すブロック図である。 同期信号発生部の各構成部分の出力とＰＮ符号列の波形図である。 車上装置の受信器と拡散復調部とＢＰＦの出力のスペクトラム分布図である。

符号の説明

１；ＡＴＣ地上装置、２；列車、３；車上装置、４；ＴＣ信号生成部、５；変圧器、
６；同期信号発生部、７；拡散符号発生部、８；拡散変調部、９；送信器、
１０；条件連絡回路、１１；電車線、１２；交流電源、１３；ＢＰＦ、
１４；波形整形回路、１５；周波数てい倍回路、１６；レール、１７；受信器、
１８；変圧器、１９；同期信号発生部、２０；拡散符号発生部、２１；拡散復調部、
２２；ＢＰＦ、２３；復調器、２４；受電器、２５；集電装置。

Claims (1)

1. ＡＴＣ地上装置と車上装置とを有し、
   前記ＡＴＣ地上装置は、ＡＴＣ信号生成部と変圧器と同期信号発生部と拡散符号発生部と拡散変調部及び送信器を有し、
   前記ＡＴＣ信号生成部は先行列車の走行位置に応じた現示と軌道回路ＩＤを有するＡＴＣ信号を作成し、前記変圧器は電車線に電力を供給する交流電源から出力する交流電圧を低電圧の交流信号に変換し、前記同期信号発生部は、バンドパスフィルタと波形整形回路及び周波数てい倍回路を有し、前記バンドパスフィルタは前記変圧器で変換した交流信号を入力してノイズ成分を除去して正弦波の交流信号を前記波形整形回路に出力し、前記波形整形回路は入力した交流信号を整形してパルス信号を前記周波数てい倍回路に出力し、前記周波数てい倍回路は入力したパルス信号を２倍の周波数を持ったパルス信号に変換して交流電源の周波数に応じた同期信号を生成し、前記拡散符号発生部は前記同期信号発生部で生成した同期信号によりあらかじめ定められた広帯域のＰＮ符号列を発生し、前記拡散変調部は前記ＡＴＣ信号生成部で作成したＡＴＣ信号を前記拡散符号発生部で発生したＰＮ符号系列によりスペクトラム拡散変調して信号波を発生し、前記送信器は拡散変調部で発生した信号波をレールに送り出し、
   前記車上装置は、受信器と変圧器と同期信号発生部と拡散符号発生部と拡散復調部とバンドパスフィルタ及び復調器を有し、
   前記受信器は受電器を介してレールに送られている信号波を受信し、前記変圧器は電車線から集電装置を介して取り入れる交流電圧を低電圧の交流信号に変換し、前記同期信号発生部は、バンドパスフィルタと波形整形回路及び周波数てい倍回路を有し、前記バンドパスフィルタは前記変圧器で変換した交流信号を入力してノイズ成分を除去して正弦波の交流信号を前記波形整形回路に出力し、前記波形整形回路は入力した交流信号を整形してパルス信号を前記周波数てい倍回路に出力し、前記周波数てい倍回路は入力したパルス信号を２倍の周波数を持ったパルス信号に変換して交流電源の周波数に応じた同期信号を生成し、前記拡散符号発生部は前記同期信号発生部で生成した同期信号によりあらかじめ定められた広帯域のＰＮ符号列を発生し、前記拡散復調部は前記受信器で受信した信号波を前記拡散符号発生部で発生したＰＮ符号系列によりスペクトラム拡散変調して信号波を生成し、前記バンドバスフィルタは前記拡散復調部で拡散された信号波から雑音成分を除去した信号波を取り出し、前記復調部は雑音成分を除去した信号波を復調してＡＴＣ信号を得ることを特徴とする列車制御装置。

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