JPS6332155B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、誘導無線を利用した移動体位置検知
方式に関するものである。

鉄道車輌のように一定の軌道に沿つて走行する
移動体の位置を誘導無線を利用して検知すること
は従来より知られており、これまでに種々の方式
が提案されている。

従来から提案されている移動体位置検知方式の
一例を第１図および第２図を参照して説明する。
第１図において、１，２，３はそれぞれ導体であ
り、これら導体によつて誘導無線線路４が形成さ
れている。５は移動体搭載アンテナである。各導
体１，２，３は平面状に周期Ｐで波形形状に折り
曲げられ、Ｐ／３ずつずらして配置されているの
で誘導無線線路４全体としては周期Ｐの繰り返し
構造となつている。

ここで、誘導無線線路４とアンテナ５との離隔
距離およびアンテナ５の寸法を適当に選択し、ア
ンテナ５に高周波電流（50〜200kHz）を通電す
ると、各導体１，２，３間には移動体の移動に伴
つて正弦波状電圧が電磁誘導により誘起される。

いま、誘導無線線路４の端末からアンテナ５ま
での距離をｚとし、各導体１−２，２−３，３−
１間に誘起される電圧をそれぞれV₁₂、V₂₃、V₃₁
とすると、これらは次式でもつて表わすことがで
きる。

V₁₂＝kcos（2π／Ｐ）ｚ V₂₃＝kcos（2π／Ｐ）｛ｚ＋（Ｐ／３）｝ ＝kcos｛（2π／Ｐ）ｚ＋（2π／３）｝ V₃₁＝kcos（2π／Ｐ）｛ｚ＋（2P＋３）｝ ＝kcos｛（2π／Ｐ）ｚ−（2π／３）｝ …(1) ここで、ｋは誘導無線線路４、アンテナ５の形
状、寸法、両者の離隔距離、電流の大きさ、周波
数により定まる定数である。

いま、V₁₂、V₂₃、V₃₁についての正相電圧V_pお
よび逆相電圧V_oを次式により定義する。

V_p＝V₁₂＋e^-j2〓^/3V₂₃＋e^j2〓^/3V₃₁ V_o＝V₁₂＋e^j2〓^/3V₂₃＋e^-j2〓^/3V₃₁ …(2) (1)式を(2)式に代入して整理すると次式のように
なる。

V_p＝（3/2）ke^j2〓^z/P V_o＝（3/2）ke^-j2〓^z/P …(3) V_pとV_oの位相差をφとすると、 φ＝∠V_p−∠V_o＝4πz／Ｐ …(4) となる。なお、∠は複素量の偏角を表わす記号で
ある。

このことは、誘導無線線路４の端末に信号処理
回路をおき、(1)式から(4)式に相当する演算をアナ
ログ的に行つて位相差φ＝∠V_p−∠V_oを求めれ
ば第２図に示すように移動体位置ｚをＰ／２の周
期で連続的に知ることができることを意味する。

しかしながら、この方式は各導体間に誘起され
る電圧の位相情報に依存するものであり、正相お
よび逆相両電圧間には漏話が発生し、位置検知誤
差を生じるという問題がある。

また、第３図に示すように周期P_aの繰り返し
周期構造を有する誘導無線線路４ａと、これとは
異なる周期P_bの繰り返し構造を有する誘導無線
線路４ｂとを用いて位置検知を行う場合において
も前述と同様な問題を生ずることになる。

すなわち、アンテナ５でもつて誘導無線線路４
ａと４ｂを励振し、前述と同様な処理を行つて誘
導無線線路４ａについての正相電圧V_Paおよび誘
導無線線路４ｂについての正相電圧V_pbを得、こ
れらの位相差φをとると次のようになる。

φ＝∠V_pa−∠V_pb ＝（2π／P_a）ｚ−（2π／P_b）ｚ ＝（2π／P_c）ｚ …(5) なお、P_c＝P_aP_b／（P_b−P_a）であり、P_a、P_b
のいずれよりも大である。

このように、φ＝∠V_pa−∠V_pbを求めること
によりP_cの周期で移動体位置を測定でき、しかも
測定周期を拡大できることになる。

しかし、この方式では、誘導無線線路４ａと４
ｂの正相回線には位相定数の偏差があり、これを
それぞれβ_a、β_bとすると、誘導無線線路の端末で
は、 φ＝∠V_pa−∠V_pb ＝（2π／P_c）ｚ＋（β_a−β_b）ｚ …(6) となり、ｚと共に増大する測定誤差を含むことに
なる。

本発明は、上記したような位相定数の相違によ
る位置検知誤差を解消できる移動体位置検知方式
の提供を目的とするものである。

本発明の位置検知方式は、移動体の位置変化に
伴い各導体間に正弦波状の導体間電圧が誘起され
るように繰り返し周期Ｐを有する３本の導体を
Ｐ／３ずつずらして配置してなる誘導無線線路が
移動体走行路に沿つて布設されており、この誘導
無線線路を移動体搭載アンテナで励振することに
より上記各導体間に移動体の走行に伴つて正弦波
状に変化し、かつ2π／３の位相差を有する３個
の電圧を発生させ、これら各電圧について包絡線
の自乗値を求め、この自乗値の相互間の差に比例
した３個の電圧を得、これら３個の電圧によつて
新たな搬送波を再度変調して得られる３個の電圧
V_u、V_v、V_wについての正相電圧V_pおよび逆相電
圧V_oを次式により定義したとき、 V_p＝V_u＋e^-j2〓^/3V_v＋e^j2〓^/3V_w V_o＝V_u＋e^j2〓^/3V_v＋e^-j2〓^/3V_w 正相電圧V_pまたは逆相電圧V_oと、搬送波電源よ
り導かれる基準位相信号との位相差に基づいて移
動体の位置を検知することを特徴とするものであ
る。

また、本発明は、移動体の位置変化に伴い各導
体間に正弦波状の導体間電圧が誘起されるように
繰り返し周期Ｐを有する３本の導体をＰ／３ずつ
ずらして配置してなる第１の誘導無線線路と、こ
の第１の誘導無線線路とは繰り返し周期のみが異
なる第２の誘導無線線路とが移動体走行路に沿つ
て布設されており、この第１および第２の誘導無
線線路を移動体搭載アンテナで励振することによ
り上記第１および第２の誘導無線線路の系統毎の
各導体間に移動体の走行に伴つて正弦波状に変化
し、かつ2π／３の位相差を有する３個の電圧を
発生させ、これら各電圧について包絡線の自乗値
を求め、第１および第２の誘導無線線路の系統毎
にこれら自乗値の相互間の差に比例した３個の電
圧を得、これら３個の電圧によつて新たな搬送波
を再度変調して得られる第１の誘導無線線路の系
統の電圧V^a _u、V^a _v、V^a _wについての正相電圧V^a _pおよ
び逆相電圧V^a _oを次式により定義し、 V^a _p＝V^a _u＋e^-j2〓^/3V^a _v＋e^j2〓^/3V^a _w V^a _o＝V^a _u＋e^j2〓^/3V^a _v＋e^-j2〓^/3V^a _w また、第２の誘導無線線路の系統の電圧V^b _u、V^b _v、
V^b _wについての正相電圧V^b _pおよび逆相電圧V^b _oを次
式により定義したとき、 V^b _p＝V^b _u＋e^-j2〓^/3V^b _v＋e^j2〓^/3V^b _w V^b _o＝V^b _u＋e^j2〓^/3V^b _v＋e^-j2〓^/3V^b _w 第１と第２の誘導無線線路の系統についての正相
電圧同志または逆相電圧同志の位相差に基づいて
移動体の位置を検知することを特徴とするもので
ある。

本発明は、各導体間に誘起された電圧の包絡線
の自乗値、つまり振幅情報にのみ基づいて移動体
の位置を検知するものであり、従来のように位相
情報に依存しないため誤差のない位置検知が可能
となる。また、本発明では、誘導無線線路は３本
の導体により構成するため、奇数次の空間高調波
成分は信号処理回路中で消滅するので位置検知誤
差の要因を除去できる。なお、偶数本の導体によ
り誘導無線線路を構成した場合には、偶数次の空
間高調波成分は信号処理回路中で消滅できるが、
奇数次の空間高調波成分を消滅できず、また、重
信回線が第３回線を構成するため２次漏話の原因
となり、位置検知誤差を生じやすい。

以下、本発明の位置検知方式について詳細に説
明する。

まず、第１図に示すような誘導無線線路を用い
た位置検知方式について説明する。

アンテナ５により誘導無線線路４を励振するこ
とによつて、導体１−２、２−３、３−１にそれ
ぞれ誘起される電圧V₁₂、V₂₃、V₃₁の誘導無線線
路４の端末における瞬時値は、誘導無線線路４の
位相定数を考慮に入れると次のようになる。

V₁₂＝k₁cos（2π／Ｐ）ｚ ・e^-j〓^z・e^j〓^t V₂₃ ＝k₁cos｛（2π／Ｐ）ｚ＋（2π／３）｝ ・e^-j〓^z・e^j〓^t V₃₁ ＝k₁cos｛（2π／Ｐ）ｚ−（2π／３）｝ ・e^-j〓^z・e^j〓^t …(7) なお、ωはアンテナ電流の角周波数である。

いま、各電圧V₁₂、V₂₃、V₃₁を直線検波してそ
の包絡線の絶対値を求め、更にその自乗値を求め
ると次のようになる。

｜V₁₂｜²＝k² ₁cos²（2π／Ｐ）ｚ ＝（１／２）k² ₁［１＋cos（4π／Ｐ）ｚ］ ｜V₂₃｜² ＝k² ₁cos²｛（2π／Ｐ）ｚ＋（2π／３）｝ ＝（１／２）k² ₁［１＋cos｛（4π／Ｐ）ｚ −（2π／３）｝］ ｜V₃₁｜² ＝k² ₁cos²｛（2π／Ｐ）ｚ−（2π／３）｝ ＝（１／２）k² ₁［１＋cos｛（4π／Ｐ）ｚ ＋（2π／３）｝］ …(8) 次いで、 V_eu＝k₂（｜V₁₂｜²−｜V₂₃｜²） V_ev＝k₂（｜V₂₃｜²−｜V₃₁｜²） V_ew＝k₂（｜V₃₁｜²−｜V₁₃｜²） …(9) によつてV_eu、V_ev、V_ewをそれぞれ定義し、(8)式
を(9)式に代入することにより、次式が得られる。

なお、k₂は定数である。

V_eu＝（√ ３／２）k² ₁k₂ ・cos｛（4π／Ｐ）ｚ＋（π／６）｝ V_ev＝（√ ３／２）k² ₁k₂ ・cos｛（4π／Ｐ）ｚ＋（π／６） −（2π／３）｝ V_ew＝（√ ３／２）k² ₁k₂ ・cos｛（4π／Ｐ）ｚ＋（π／６） ＋（2π／３）｝ …(10) ここで、新たな搬送波e^j〓′^tをV_eu、V_ev、V_ewで
再び変調し、これをそれぞれV_u、V_v、V_wとする
と、 次式が得られる。

V_u＝（√ ３／２）k² ₁k₂・cos｛（4π／Ｐ）ｚ＋（
π／６）｝・e^j〓′^t V_v＝（√ ３／２）k² ₁k₂・cos｛（4π／Ｐ）ｚ＋（
π／６）−（2π／３）｝・e^j〓′^t V_w＝（√ ３／２）k² ₁k₂・cos｛（4π／Ｐ）ｚ＋（
π／６）＋（2π／３）｝・e^j〓′^t…(11) V_u、V_v、V_wについての正相電圧V_pおよび逆相
電圧V_oを、 V_p＝V_u＋e^-j2〓^/3V_v＋e^j2〓^/3V_w V_o＝V_u＋e^j2〓^/3V_v＋e_-j2〓_/3V_w …(12) により定義し、(11)式を(12)式に代入すると次式が得
られる。

V_p＝（３√ ３／４）k² ₁k₂・e^-j[⁽⁴〓^/P)z+(〓^/6)]
・e^j〓′^t V_o＝（３√ ３／４）k² ₁k₂・e^j[⁽⁴〓^/P)z+(〓^/6)]・
e^j〓′^t…（13） 正相電圧V_pと搬送波e^j〓′^tとの位相差∠V_pおよ
び逆相電圧V_oと搬送波e^j〓′^tとの位相差∠V_oを求
めると、次のような関係が得られる。

−∠V_p＝∠V_o＝（4π／Ｐ）ｚ＋（π／６）
…（14） すなわち、ｚがＰ／２増加する毎に∠V_pおよ
び∠V_oは2πの変化を示すので、∠V_pまたは∠V_o
の測定により移動体の位置をＰ／２の周期で周期
的かつ連続的に検知することができる。

上記操作においては、導体間電圧の振幅のみに
依存し、誘導無線線路の位相定数βには無関係に
なるので、誤差のない位置検知が可能となる。

次に第３図に示すように、周期P_aの誘導無線
線路４ａと周期P_bの誘導無線線路４ｂを利用し
た場合について説明する。

誘導無線線路４ａ，４ｂそれぞれの各導体間に
誘起される電圧について、前述と同様な信号処理
を施し、誘導無線線路４ａの系統の電圧V^a _u、V^a _v、
V^a _wについての正相電圧V^a _pおよび逆相電圧V^a _oを次
式により定義する。

V^a _p＝V^a _u＋e^-j2〓^/3V^a _v＋e^j2〓^/3V^a _w V^a _o＝V^a _u＋e^j2〓^/3V^a _v＋e^-j2〓^/3V^a _w …（15） また、誘導無線線路４ｂの系統の電圧V^b _u、V^b _v、
V^b _wについての正相電圧V^b _pおよび逆相電圧V^b _oを次
式により定義する。

V^b _p＝V^b _u＋e^-j2〓^/3V^b _v＋e^j2〓^/3V^b _w V^b _o＝V^b _u＋e^j2〓^/3V^b _v＋e^rj2〓^/3V^b _w …（16） 誘導無線線路４ａの系統についての逆相電圧
V^a _oと誘導無線線路４ｂの系統についての逆相電
圧V^b _oの位相差をとると次のようになる。

∠V^a _o−∠V^b _o＝（4π／P_a）ｚ−（4π／P_b）ｚ＝（2
π／P_c）ｚ…（17） ここでP_c＝P_aP_b／２（P_a−P_b）である。

従つて、∠V_oa−∠V_obの測定によりP_cの周期
で移動体の位置を周期的かつ連続的に検知するこ
とができる。また、誘導無線線路４ａと４ｂの両
系統間に位相定数の差があつても測定精度には何
らの悪影響も現われない。

なお、正相電圧同志の位相差∠V^a _p−∠V^b _pによ
つても同様の結果が得られる。

第４図は、誘導無線線路の端末に接続される信
号処理回路の一例を示したものである。

６ａ，６ｂ，６ｃは誘導無線線路の各導体１，
２，３にそれぞれ接続される端子、７ａ，７ｂ，
７ｃは緩衝増幅器、８ａ，８ｂ，８ｃは帯域通過
フイルタ、９ａ，９ｂ，９ｃは自乗検波回路、１
０ａ，１０ｂ，１０ｃは減算回路、１１ａ，１１
ｂ，１１ｃは変調回路、１２ｂは＋120゜位相回
路、１２ｃは−120゜位相回路、１３は加算回路、
１４は搬送波電源、１５は位相計である。

各導体１−２，２−３，３−１に誘起された電
圧V₁₂、V₂₃、V₃₁はそれぞれ緩衝増幅器７ａ，７
ｂ，７ｃを経てフイルタ８ａ，８ｂ，８ｃで雑音
電圧が除去され、自乗検波回路９ａ，９ｂ，９ｃ
に達する。

自乗検波回路９ａ，９ｂ，９ｃの出力電圧はそ
れぞれ｜V₁₂｜²、｜V₂₃｜²、｜V₃₁｜²に比例し、次
の減算回路１０ａ，１０ｂ，１０ｃに導かれ、こ
の回路からそれぞれ｜V₁₂｜²−｜V₂₃｜²、｜V₂₃｜
^２−｜V₃₁｜²、｜V₃₁｜²−｜V₁₂｜²に比例した電圧
が出力される。

変調回路１１ａ，１１ｂ，１１ｃにおいて、搬
送波電源から導かれる搬送波e^j〓′^tを再度変調し、
変調回路１１ａからの出力はそのまま加算回路１
３に入力され、変調回路１１ｂ，１１ｃからの出
力はそれぞれ位相回路１２ａ，１２Ｃにおいて
120゜、−120゜の位相変移を受けてから加算回路１
３に入力される。

加算回路１３からは逆相電圧V_oが出力され、
位相計１５において搬送波電源１４からの搬送波
e^j〓′^tと逆相電圧V_oとの位相差をとることにより移
動体位置ｚを知ることができる。

本発明の方式を誘導雑音が甚甚だしい場所で使
用する場合は、フイルタ８ａ，８ｂ，８ｃを入力
側に挿入することが必要になるが、この場合従来
のような受信電圧を直接処理する方式ではフイル
タ８ａ，８ｂ，８ｃの位相特性が周囲温度あるい
は経年的変化によつて変動すると、位相変動が直
接位置検知誤差の原因となる。

しかし、本発明方式では、フイルタ８ａ，８
ｂ，８ｃを用いても各電圧の振幅の変動は微小で
あるから、殆ど誤差のない位置検知が可能とな
る。

なお、本発明において使用される誘導無線線路
の構造は第１図あるいは第３図に示すような梯形
波状形状に限られるものではなく、矩形波状ある
いは三角波状の導体形状でもよく、また、平形の
もののみならず螺旋状の導体構造であつてもよ
い。

導体数は３本に限るものではなく、３本以上の
奇数であれば各隣接導体間に誘起される電圧につ
いて同様の処理を行うことにより同一の結果が得
られる。

以上説明してきた通り、本発明は振幅情報のみ
に基づいて位置を検知するものであるため、誤差
のない位置検知が可能となる。また、異なる周期
構造の２組の誘導無線線路を使用することにより
測定範囲を拡大することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１組の誘導無線線路を用いた位置検知
方式の説明図、第２図は移動体位置ｚと∠V_p−
∠V_oの関係を示すグラフ、第３図は２組の誘導
無線線路を用いた位置検知方式の説明図、第４図
は本発明において使用される信号処理回路の一例
の説明図である。 １，２，３…導体、４，４ａ，４ｂ…誘導無線
線路、５…移動体搭載アンテナ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 移動体の位置変化に伴い各導体間に正弦波状
   の導体間電圧が誘起されるように繰り返し周期Ｐ
   を有する３本の導体をＰ／３ずつずらして配置し
   てなる誘導無線線路が移動体走行路に沿つて布設
   されており、この誘導無線線路を移動体搭載アン
   テナで励振することにより上記各導体間に移動体
   の走行に伴つて正弦波状に変化し、かつ2π／３
   の位相差を有する３個の電圧を発生させ、これら
   各電圧について包絡線の自乗値を求め、この自乗
   値の相互間の差に比例した３個の電圧を得、これ
   ら３個の電圧によつて新たな搬送波を再度変調し
   て得られる３個の電圧V_u、V_v、V_wについての正
   相電圧V_pおよび逆相電圧V_oを次式により定義し
   たとき、 V_p＝V_u＋e^-j2〓^/3V_v＋e^j2〓^/3V_w V_o＝V_u＋e^j2〓^/3V_v＋e^-j2〓^/3V_w 正相電圧V_pまたは逆相電圧V_oと、搬送波電源よ
   り導かれる基準位相信号との位相差に基づいて移
   動体の位置を検知することを特徴とする移動体位
   置検知方式。 ２ 移動体の位置変化に伴い各導体間に正弦波状
   の導体間電圧が誘起されるように繰り返し周期Ｐ
   を有する３本の導体をＰ／３ずつずらして配置し
   てなる第１の誘導無線線路と、この第１の誘導無
   線線路とは繰り返し周期のみが異なる第２の誘導
   無線線路とが移動体走行路に沿つて布設されてお
   り、この第１および第２の誘導無線線路を移動体
   搭載アンテナで励振することにより上記第１およ
   び第２の誘導無線線路の系統毎の各導体間に移動
   体の走行に伴つて正弦波状に変化し、かつ2π／
   ３の位相差を有する３個の電圧を発生させ、これ
   ら各電圧について包絡線の自乗値を求め、第１お
   よび第２の誘導無線線路の系統毎にこれら自乗値
   の相互間の差に比例した３個の電圧を得、これら
   ３個の電圧によつて新たな搬送波を再度変調して
   得られる第１の誘導無線線路の系統の電圧V^a _u、
   V^a _v、V^a _wについての正相電圧V^a _pおよび逆相電圧V^a _o
   を次式により定義し、 V^a _p＝V^a _u＋e^-j2〓^/3V^a _v＋e^j2〓^/3V^a _w V^a _o＝V^a _u＋e^j2〓^/3V^a _v＋e^-j2〓^/3V^a _w また、第２の誘導無線線路の系統の電圧V^b _u、
   V^b _v、V^b _wについての正相電圧V^b _pおよび逆相電圧V^b _o
   を次式により定義したとき、 V^b _p＝V^b _u＋e^-j2〓^/3V^b _v＋e^j2〓^/3V^b _w V^b _o＝V^b _u＋e^j2〓^/3V^b _v＋e^-j2〓^/3V^b _w 第１と第２の誘導無線線路の系統についての正
   相電圧同志または逆相電圧同志の位相差に基づい
   て移動体の位置を検知することを特徴とする移動
   体位置検知方式。