JP6157893B2 - 列車制御装置 - Google Patents

Description

本発明は列車制御装置に係り、特に、列車制御信号の非同期ノイズを低減させることができ、地上装置からの送信出力を低減させることを可能とした列車制御装置に関する。

従来から、ＡＴＣに係る列車制御装置において、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。

ここで、近年、列車の誘導電動機の制御にインバータ制御(ＶＶＶＦ制御)を使用する列車が増加する傾向にあり、このインバータ制御機器から発生するインバータノイズ(以下、非同期ノイズという)が列車制御受電器を介して列車制御車上装置で受信されてしまうという問題があった。

このようなノイズを低減させる手段として、従来、例えば、信号抑制回路により、希望信号と非希望信号（非同期ノイズ）とを含む受信信号をフーリエ変換して周波数領域の信号に変換し、計測した振幅変動または位相誤差を用いて周波数領域の信号に含まれる非希望信号を補正し、信号抑制回路により、その補正した非希望信号を用いて受信信号に含まれる非希望信号を抑制するとともに、ＡＧＣにより、信号抑制回路によって非希望信号が抑制された受信信号を増幅するようにした技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２０１１−２０５４１１号公報

しかしながら、前記従来の技術においては、周波数領域が異なる非同期ノイズを低減させることは可能であるが、同一周波数領域における非同期ノイズを低減させることができないという問題を有している。そのため、非同期ノイズが残っていた場合に、列車制御信号と非同期ノイズのＳ／Ｎ比を確保できる程度に、地上装置からの列車制御信号を高出力で出力し、それでもＳ／Ｎ比が確保されない場合は、車上側の受電器の位置を雑音源から遠ざけて設置したり、受電器の周囲に金属のカバーなどを設けて雑音を遮蔽する必要があるという問題を有している。

本発明は前記した点に鑑みてなされたものであり、列車制御信号の非同期ノイズを低減させることができ、その結果、地上装置からの送信出力を低減させることのできる列車制御装置を提供することを目的とするものである。

本発明は前記目的を達成するために、請求項１の発明に係る列車制御装置は、列車制御信号を一定のフレームと一定量シフトしたフレームとで変換処理して求めた周波数成分の差分を逆変換処理する差分処理部と、差分抽出された周波数成分の追従性を求める適応ノッチフィルタ部と、を有することを特徴とする。
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記差分処理部は、前記列車制御信号を一定のフレームと一定量シフトしたフレームとで時間領域から周波数領域へ変換処理し、各フレームから求めた周波数成分の差分を抽出して周波数領域から時間領域へ逆変換処理することを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２において、所定列車制御情報に基づいて地上装置から送信された信号を前記列車制御信号として受信して列車の制御を行う車上装置を備えることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項において、前記列車制御信号を、前記差分処理部および前記適応ノッチフィルタ部による処理時間分遅延させる遅延回路をさらに備えていることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項４において、前記遅延回路による信号に対して前記適応ノッチフィルタ部による処理信号を使用して、非同期ノイズに同期させる可変ノッチフィルタ部をさらに備えていることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項５において、前記可変ノッチフィルタ部は、求めた変調波信号成分の変調波周波数が搬送波周波数となったときに、前記可変ノッチフィルタ部による減衰特性を極小とすることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項において、前記列車制御信号のうち列車制御信号の周波数帯域外のノイズを除去して前記差分処理部に送るフィルタ回路をさらに備えていることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、車上装置に、列車制御信号を一定のフレームで変換処理を行って求めた周波数成分と一定量シフトしたフレームで変換処理を行って求めた周波数成分との差分を逆変換処理する差分処理部と、差分抽出された追従性を求める適応ノッチフィルタ部とを設けるようにしているので、列車制御信号に含まれる非同期ノイズを適正に抽出することができ、これにより、非同期ノイズの低減を図ることができる。その結果、ノイズを遮蔽する構造が不要となり、軌道回路長が同一の場合には、地上装置からの送信出力を低減させることができ、地上装置からの送信出力が同一の場合には、軌道回路長を長くすることが可能となる。

請求項４に係る発明によれば、列車制御信号を、差分処理部および適応ノッチフィルタ部による処理時間分遅延させる遅延回路を設けるようにしているので、遅延回路により遅延した列車制御信号に対して、適応ノッチフィルタ部により求めた追従性を利用することにより、非同期ノイズの低減を図ることができる。その結果、ノイズを遮蔽する構造が不要となり、軌道回路長が同一の場合には、地上装置からの送信出力を低減させることができ、地上装置からの送信出力が同一の場合には、軌道回路長を長くすることが可能となる。

請求項５に係る発明によれば、遅延回路による信号に対して適応ノッチフィルタ部による処理信号を使用して、非同期ノイズに同期させる可変ノッチフィルタ部を設けるようにしているので、可変ノッチフィルタ部により、遅延回路から送られる列車制御信号に対して、適応ノッチフィルタ部により求めた追従性を利用して可変ノッチフィルタ部の周波数を非同期ノイズに同期させることにより、列車制御信号の非同期ノイズを低減させることができる。その結果、ノイズを遮蔽する構造が不要となり、軌道回路長が同一の場合には、地上装置からの送信出力を低減させることができ、地上装置からの送信出力が同一の場合には、軌道回路長を長くすることが可能となる。

請求項６に係る発明によれば、可変ノッチフィルタ部により、求めた変調波信号成分の変調波周波数が搬送波周波数となったときに、可変ノッチフィルタ部による減衰特性を極小とするようにしているので、可変ノッチフィルタ部の周波数が列車制御信号の周波数成分と同一となった場合でも、列車制御信号の信号成分が可変ノッチフィルタ部によるノッチ処理により低減されてしまうことを防止することができるものである。

請求項７に係る発明によれば、列車制御信号のうち列車制御信号の周波数帯域外のノイズを除去して差分処理部に送るフィルタ回路をもうけるようにしているので、列車制御信号の周波数帯域外のノイズを適正に除去することができ、差分処理部による処理を適正に行うことができる。

本発明に係る列車制御装置の実施形態を示す概略構成図である。 本発明に係る列車制御装置の実施形態における車上装置を示す概略構成図である。 本発明に係る列車制御装置の実施形態における列車制御信号の例を示す説明図である。 本発明に係る列車制御装置の実施形態におけるフレームのＦＦＴ処理を行って抽出された周波数成分の例を示す説明図である。 本発明に係る列車制御装置の実施形態における所定量シフトしたフレームのＦＦＴ処理を行って抽出された周波数成分の例を示す説明図である。 本発明に係る列車制御装置の実施形態における周波数成分の差分を抽出した例を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る列車制御装置の実施形態を示す概略構成図であり、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１と、列車２に搭載した車上装置３と、を備えて構成されている。そして、地上装置１から、例えば、列車２の許容速度情報などの列車制御情報に対応させた列車制御信号を、図中右方向に進行している列車２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、この列車制御信号を車上装置３が受信すると、列車制御信号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２の走行を制御するよう構成されている。軌道回路は、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。

また、地上装置１は、所定の周波数を有する基本搬送波を振幅変調処理して変調波を生成し、所定の列車制御情報を示す列車制御信号を形成するように構成されている。そして、このように、振幅変調処理された列車制御信号は、増幅処理されて軌道回路Ｔを形成するレールに供給されるように構成されている。なお、このような地上装置１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。

次に、車上装置３について説明する。

車上装置３は、列車２の前部においてレールに対向して設けられ地上装置１からレールに送信された列車制御信号を受信する受電器４を備えている。また、車上装置３は、図２に示すように、フィルタ回路としてのバンドパスフィルタ５と、固定ノッチフィルタ部６と、差分処理部としてのスペクトル差分処理部７と、適応ノッチフィルタ部８と、遅延回路９と、可変ノッチフィルタ部１０と、信号復調処理回路１１とをそれぞれ備えている。

バンドパスフィルタ５は、列車制御信号の周波数帯域外のノイズを除去するものである。また、固定ノッチフィルタ部６は、バンドパスフィルタ５で除去しきれない固定周波数成分を除去するように構成されている。

スペクトル差分処理部７は、固定ノッチフィルタ部６により固定周波数成分が除去された列車制御信号を入力し、スペクトル差分処理を行うように構成されている。このスペクトル差分処理は、まず、図３に示すような波形の列車制御信号が入力された場合に、この受信した列車制御信号を所定のフレームＬ１で取り出し、時間領域から周波数領域への変換処理を行うことにより、このフレームＬ１における周波数成分を求める。なお、以下の説明では、時間領域から周波数領域への変換処理として、この処理の一種であるＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を用いて説明する。これは、具体的には、フレーム長が５１２の場合に、各フレームごとに、次式によりＦＦＴ処理を行い周波数成分を求めるものである。
ｘ_１（ｎ），ｎ＝０，１，２，・・・，５１１
｜Ｘ_１（ｋ）｜^{ｅｊθｘ１（ｋ）} ・・・（１）
これにより、図４に示すように、列車制御信号と非同期ノイズとを抽出することができるものである。

続いて、フレームＬ１に対して一定量（Ｓ）シフトさせて、同様に、フレームＬ２を取り出し、以下式によりＦＦＴ処理を行い周波数成分を求めるものである。
ｘ_２（ｎ），ｎ＝０，１，２，・・・，５１２
｜Ｘ_２（ｋ）｜^{ｅｊθｘ２（ｋ）} ・・・（２）
これにより、図５に示すように、列車制御信号と非同期ノイズとを抽出することができるものである。

そして、これら各ＦＦＴ処理により得られた周波数成分に基づいて、次式に示すように、式（２）から式（１）を減算する。
（｜Ｘ_２（ｋ）｜−｜Ｘ_１（ｋ）｜）^{ｅｊθｘ２（ｋ）}
これにより、図６に示すように、列車制御信号がほぼ除去され非同期ノイズのみを抽出することができるものである。その後、スペクトル差分処理部７は、非同期ノイズが抽出された列車制御信号を周波数領域から時間領域への変換処理を行うものである。なお、以下の説明では、周波数領域から時間領域への変換処理として、この処理の一種である逆ＦＦＴ処理を用いて説明する。

適応ノッチフィルタ部８は、スペクトル差分処理部７により逆ＦＦＴ処理された非同期ノイズの時間軸波形に基づいて追従性を求めるように構成されている。また、遅延回路９は、バンドパスフィルタ５から出力される列車制御信号を、固定ノッチフィルタ部６から適応ノッチフィルタ部８までの処理にかかる時間だけ遅延させるように構成されている。

可変ノッチフィルタ部１０は、遅延回路９から出力される列車制御信号に対して、適応ノッチフィルタ部８により求めた追従性を利用して可変ノッチフィルタ部１０の周波数を非同期ノイズに同期させることにより、列車制御信号の非同期ノイズを低減するように構成されている。

ここで、ノイズの周波数変化量を検出し、これに可変ノッチフィルタ部１０を追従させるようにすることになるが、そのままでは、可変ノッチフィルタ部１０の周波数が列車制御信号の周波数成分と同一となった場合に、信号成分も低減されてしまうおそれがある。そのため、本実施形態においては、スペクトル差分処理部７によりＦＴＴ処理を行う際に、変調波信号成分も抽出することができることから、その変調波周波数が搬送波周波数となったときに、可変ノッチフィルタ部１０の減衰特性を０または極小とする、すなわち、可変ノッチフィルタ部１０によりノッチ処理を行わないようにすればよい。これにより、列車制御信号の信号成分が可変ノッチフィルタ部１０によるノッチ処理により低減されてしまうことを防止することができるものである。

信号復調処理回路１１は、可変ノッチフィルタ部１０により非同期ノイズが低減された信号を入力して、列車制御信号の信号復調処理が行われ、列車制御情報を得るように構成されている。

次に、本実施形態の動作について説明する。

地上装置１からレールに送信された列車制御信号を受電器４により受信したら、車上装置３のバンドパスフィルタ５により、列車制御信号の周波数帯域外のノイズを除去し、固定ノッチフィルタ部６に送る。固定ノッチフィルタ部６は、バンドパスフィルタ５で除去しきれない固定周波数成分を除去して、スペクトル差分処理部７に送るようになっている。

そして、スペクトル差分処理部７において、固定ノッチフィルタ部６により固定周波数成分が除去された列車制御信号をスペクトル差分処理を行い、所定のフレームＬ１におけるＦＦＴ処理を行って周波数成分を求めるとともに、フレームＬ１に対して一定量シフトされたフレームＬ２におけるＦＦＴ処理を行って周波数成分を求める。そして、これら各ＦＦＴ処理により得られた周波数成分に基づいて減算処理を行い、列車制御信号をほぼ除去して非同期ノイズのみを抽出し、その後、非同期ノイズが抽出された列車制御信号を逆ＦＦＴ処理する。

その後、適応ノッチフィルタ部８により、スペクトル差分処理部７により逆ＦＦＴ処理された非同期ノイズの時間軸波形に基づいて追従性を求め、可変ノッチフィルタ部１０に送る。一方、遅延回路９により、バンドパスフィルタ５から送られた列車制御信号を、固定ノッチフィルタ部６から適応ノッチフィルタ部８までの処理にかかる時間だけ遅延させて可変ノッチフィルタ部１０に送る。

そして、可変ノッチフィルタ部１０により、遅延回路９から送られる列車制御信号に対して、適応ノッチフィルタ部８により求めた追従性を利用して可変ノッチフィルタ部１０の周波数を非同期ノイズに同期させることにより、列車制御信号の非同期ノイズを低減させる。このように非同期ノイズが低減された信号は、信号復調処理回路１１に送られ、この信号復調回路により、列車制御信号の信号復調処理が行われ、列車制御情報を得るようになっている。

以上述べたように、本実施形態においては、スペクトル差分処理部７により、列車制御信号を所定のフレームＬ１，Ｌ２ごとにＦＦＴ処理を行って求めた周波数成分の差分を求めることにより、非同期ノイズを抽出して逆ＦＦＴ処理した後、適応ノッチフィルタ部８により、非同期ノイズの時間軸波形に基づいて追従性を求め、可変ノッチフィルタ部１０により、遅延回路９から送られる列車制御信号に対して、適応ノッチフィルタ部８により求めた追従性を利用して可変ノッチフィルタ部１０の周波数を非同期ノイズに同期させることにより、列車制御信号の非同期ノイズを低減させるようにしているので、非同期ノイズを適正に低減させることが可能となり、その結果、ノイズを遮蔽する構造が不要となり、軌道回路長が同一の場合には、地上装置からの送信出力を低減させることができ、地上装置からの送信出力が同一の場合には、軌道回路長を長くすることが可能となる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能である。

１ 地上装置
２ 列車
３ 車上装置
４ 受電器
５ バンドパスフィルタ
６ 固定ノッチフィルタ部
７ スペクトル差分処理部
８ 適応ノッチフィルタ部
９ 遅延回路
１０ 可変ノッチフィルタ部
１１ 信号復調処理回路

Claims (7)

1. 列車制御信号を一定のフレームと一定量シフトしたフレームとで変換処理して求めた周波数成分の差分を逆変換処理する差分処理部と、差分抽出された周波数成分の追従性を求める適応ノッチフィルタ部と、を有することを特徴とする列車制御装置。
2. 前記差分処理部は、前記列車制御信号を一定のフレームと一定量シフトしたフレームとで時間領域から周波数領域へ変換処理し、各フレームから求めた周波数成分の差分を抽出して周波数領域から時間領域へ逆変換処理することを特徴とする請求項１に記載の列車制御装置。
3. 所定列車制御情報に基づいて地上装置から送信された信号を前記列車制御信号として受信して列車の制御を行う車上装置を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の列車制御装置。
4. 前記列車制御信号を、前記差分処理部および前記適応ノッチフィルタ部による処理時間分遅延させる遅延回路をさらに備えていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の列車制御装置。
5. 前記遅延回路による信号に対して前記適応ノッチフィルタ部による処理信号を使用して、非同期ノイズに同期させる可変ノッチフィルタ部をさらに備えていることを特徴とする請求項４に記載の列車制御装置。
6. 前記可変ノッチフィルタ部は、求めた変調波信号成分の変調波周波数が搬送波周波数となったときに、前記可変ノッチフィルタ部による減衰特性を極小とすることを特徴とする請求項５に記載の列車制御装置。
7. 前記列車制御信号のうち列車制御信号の周波数帯域外のノイズを除去して前記差分処理部に送るフィルタ回路をさらに備えていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の列車制御装置。

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