JP6074322B2 - 速度計測装置 - Google Patents
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Description
通路表面に向けて所定の発信信号を送信し、その反射波を受信して車両の走行速度を計測する当該車両に設けられた速度計測装置であって、
前記通路表面(例えば、図1のレール表面)に対向する位置に設けられた前記発信信号を送信するための送信アンテナ(例えば、図1(2)の送信アンテナ2)と、
前記通路表面に対向し、前記車両の前後方向に沿った異なる位置であって、当該前後方向に沿った設置間隔が前記通路表面までの距離よりも短い位置に設置された第1受信アンテナ及び第2受信アンテナ(例えば、図1(2)の第1受信アンテナ3A及び第2受信アンテナ3B)と、
前記発信信号と、前記第1受信アンテナ及び/又は前記第2受信アンテナでの受信信号とに基づいてドップラー周波数を検出するドップラー周波数検出部(例えば、図3のドップラー周波数検出回路7)と、
前記第1受信アンテナでの受信信号と、前記第2受信アンテナでの受信信号との位相差を検出する位相差検出部(例えば、図3の位相差検出回路8)と、
前記ドップラー周波数及び前記位相差を用いて走行速度を算出する走行速度算出部(例えば、図3の走行速度算出部9)と、
を備えた速度計測装置(例えば、図1,3の速度計測装置1、図6の速度計測装置1B)である。
前記第1受信アンテナ及び前記第2受信アンテナは、前記前後方向に沿った設置間隔(例えば、図1(2)の設置間隔w)が10cm〜20cmの範囲内に定められた、
速度計測装置を構成することとしてもよい。
前記走行速度算出部は、前記ドップラー周波数と前記位相差の比に、前記設置間隔に基づき規定される所定の定数を乗算することで走行速度を算出する、
速度計測装置を構成することとしてもよい。
前記車両は鉄道車両であり、
前記送信アンテナは、送信方向を軌道のレール表面に向けて設置された指向性アンテナ(例えば、図1(2)の送信アンテナ2)である、
速度計測装置を構成することとしてもよい。
前記車両はトンネル内を通行する車両(例えば、図8の地下鉄)であり、
前記通路表面はトンネル壁面であり、
前記送信アンテナは、送信方向をトンネル壁面に向けて設置された指向性アンテナ(例えば、図8の送信アンテナ2)である、
速度計測装置を構成することとしてもよい。
図1は、本実施形態における速度計測システムのシステム構成の一例を示す図である。図1においては、太実線でレールを示している。図1(1)に示すように、本実施形態の速度計測システムは、鉄道車両と、鉄道車両の床下に配置される速度計測装置1とを有して構成される。
図2は、本実施形態における走行速度計測の原理を説明するための図である。図2では、送信アンテナ2は下向きの三角形で示し、第1受信アンテナ3A及び第2受信アンテナ3Bを矩形で示している。
図3は、本実施形態における速度計測装置1の機能構成の一例を示す図である。
速度計測装置1は、送信アンテナ2と、第1受信アンテナ3Aと、第2受信アンテナ3Bと、送信部5と、受信部6と、走行速度算出部9とを有して構成される。
ドップラー周波数検出回路7は、送信アンテナ2から送信された送信波の周波数と、軌道表面で反射されて第1受信アンテナ3Aで受信された反射波の周波数との差からドップラー周波数を検出する回路である。ドップラー周波数検出回路7は、公知の回路構成によって実現することが可能である。例えば、第1受信信号と送信波と同一の周波数の信号とを乗算する乗算器や、乗算器の乗算結果の信号を増幅する増幅器、増幅器で増幅された信号を検波する検波回路等を有して構成される。ドップラー周波数検出回路7からは、第1受信信号のドップラー周波数“fd”が出力される。
第1ローパスフィルタ13は、第1乗算器11からの信号の高周波成分を除去して第5乗算器60に出力する。
この第1乗算器11及び第1ローパスフィルタ13により、第1受信信号の振幅を演算する第1振幅演算回路が構成される。
第2ローパスフィルタ23は、第2乗算器21からの信号の高周波成分を除去して第5乗算器60に出力する。
この第2乗算器21及び第2ローパスフィルタ23により、第2受信信号の振幅を演算する第2振幅演算回路が構成される。
第3ローパスフィルタ33は、第3乗算器31からの信号の高周波成分を除去して第4乗算器35に出力する。
第4乗算器35は、第3ローパスフィルタ33からの信号を自己乗算して第5乗算器60に出力する。
第3乗算器31と、第3ローパスフィルタ33と、第4乗算器35とにより、第1受信信号と第2受信信号とを乗算して積分する乗算積分回路が構成される。
上記の速度計測装置1を用いて鉄道車両の走行速度を計測するシミュレーションを行った。鉄道車両の走行速度を50[km/h]として、従来の手法と本実施形態の手法とを用いて、それぞれ走行速度を計測するシミュレーションを行った。このシミュレーションでは、鉄道車両の走行速度を50km/hとし、発信信号の放射角度を45°とし、第1受信アンテナ3A及び第2受信アンテナ3Bの設置間隔を10cmとし、平面波近似が成立する環境を設定した。そして、放射角度と同じ45°の基準角度に対して受信アンテナで受信する受信角度を40°〜50°で変化させて速度計測を行った。基準角度に対して変更した角度の差(以下、「角度差」という。)を横軸とし、その角度差において計測した速度を縦軸に示した結果が図4である。
速度計測装置1において、レール表面に対向する位置に発信信号を送信するための送信アンテナ2が設けられている。また、レール表面に対向し、車両の前後方向に沿った異なる位置であって、当該前後方向に沿った設置間隔がレール表面までの距離よりも短い位置に、第1受信アンテナ3A及び第2受信アンテナ3Bが設置されている。このとき、ドップラー周波数検出回路7は、送信アンテナ2から送信される発信信号と、第1受信アンテナ3Aでの受信信号とに基づいてドップラー周波数を検出する。また、位相差検出回路8は、第1受信アンテナ3Aでの受信信号と、第2受信アンテナ3Bでの受信信号との位相差を検出する。そして、走行速度算出部9は、ドップラー周波数及び位相差を用いて鉄道車両の走行速度を算出する。
本発明を適用可能な実施例は、上記の実施例に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは勿論である。以下、変形例について説明する。なお、上記実施形態と同一の構成については同一の符号を付して再度の説明を省略する。
上記の実施形態では、受信アンテナ3の設置数を2個として説明したが、受信アンテナ3の設置数を3個以上とすることも可能である。
速度計測装置1Bは、送信アンテナ2と、第1受信アンテナ3Aと、第2受信アンテナ3Bと、第3受信アンテナ3Cと、送信部5と、受信部6と、走行速度算出部9とを有して構成される。
第2乗算器21と、第2ローパスフィルタ23とにより、第2受信信号の振幅を演算する第2振幅演算回路が構成される。
第3乗算器31と、第3ローパスフィルタ33とにより、第3受信信号の振幅を演算する第3振幅演算回路が構成される。
第4乗算器41と、第4ローパスフィルタ43と、第6乗算器45とにより、第1受信信号と第2受信信号とを乗算して積分する乗算積分回路が構成される。
第5乗算器51と、第5ローパスフィルタ53と、第7乗算器55とにより、第2受信信号と第3受信信号とを乗算して積分する乗算積分回路が構成される。
なお、この場合における走行速度“v”の具体的な演算式については、上記の実施形態と同様の原理に基づき導出可能であるため、ここでは説明を省略する。
上記の実施形態で説明した送信アンテナ2及び受信アンテナ3の配置構成は一例に過ぎず、適宜設定変更可能であることは勿論である。
図7(1)のアンテナの配置構成では、レール頭頂面の直上に送信アンテナ2が位置するように送信アンテナ2が設置されている。ここで、送信アンテナ2から送信された発信信号のレールでの反射点をRとし、この反射点Rを始点とし、レールの左右方向に所定の開き角θを有する直線L1及びL2を考える。そして、送信アンテナ2の設置位置を通る枕木方向の直線L3を考える。このとき、例えば、第1受信アンテナ3Aを、直線L1とL3との交点に対応する位置に設置する。また、第2受信アンテナ3Bを、直線L2とL3との交点から後方に距離Δlだけ離隔した位置に設置する。
いずれにせよ、受信アンテナ3は、通路表面に対向し、車両の前後方向に沿って異なる位置に設置する。
通路表面は、レール表面に限らない。例えば、トンネルの壁面であってもよい。地下鉄といったトンネル内を走行する車両において、トンネルの側壁に向けて発信信号を送信するように送信アンテナ2を配置構成し、側壁から反射した反射波を複数の受信アンテナで受信して、上記の実施形態と同様の手法で鉄道車両の走行速度を演算・検出することとしてもよい。
上記の実施形態では、車両を鉄道車両として説明したが、車両は鉄道車両に限られないことは勿論である。例えば、通路である道路を走行する自動車に適用してもよい。
送信信号を変調することとしてもよい。この場合、搬送波は、直進性を高めるために高周波数とし、変調波は、位相差の検出精度を向上させるためにできる限り低い周波数とすると好適である。変調方式は、例えば振幅変調や位相変調、スペクトル拡散変調などを利用することができる。
2 送信アンテナ
3 受信アンテナ
3A 第1受信アンテナ
3B 第2受信アンテナ
3B 第3受信アンテナ
5 送信部
6 受信部
7 ドップラー周波数検出回路
8 位相差検出回路
9 走行速度算出部
Claims (5)
- 通路表面に向けて所定の発信信号を送信し、その反射波を受信して車両の走行速度を計測する当該車両に設けられた速度計測装置であって、
前記通路表面に対向する位置に設けられた前記発信信号を送信するための送信アンテナと、
前記通路表面に対向し、前記車両の前後方向に沿った異なる位置であって、当該前後方向に沿った設置間隔が前記通路表面までの距離よりも短い位置に設置された第1受信アンテナ及び第2受信アンテナと、
前記発信信号と、前記第1受信アンテナ及び/又は前記第2受信アンテナでの受信信号とに基づいてドップラー周波数を検出するドップラー周波数検出部と、
前記第1受信アンテナでの受信信号と、前記第2受信アンテナでの受信信号との位相差を検出する位相差検出部と、
前記ドップラー周波数及び前記位相差を用いて走行速度を算出する走行速度算出部と、
を備えた速度計測装置。 - 前記第1受信アンテナ及び前記第2受信アンテナは、前記前後方向に沿った設置間隔が10cm〜20cmの範囲内に定められた、
請求項1に記載の速度計測装置。 - 前記走行速度算出部は、前記ドップラー周波数と前記位相差の比に、前記設置間隔に基づき規定される所定の定数を乗算することで走行速度を算出する、
請求項1又は2に記載の速度計測装置。 - 前記車両は鉄道車両であり、
前記送信アンテナは、送信方向を軌道のレール表面に向けて設置された指向性アンテナである、
請求項1〜3の何れか一項に記載の速度計測装置。 - 前記車両はトンネル内を通行する車両であり、
前記通路表面はトンネル壁面であり、
前記送信アンテナは、送信方向をトンネル壁面に向けて設置された指向性アンテナである、
請求項1〜3の何れか一項に記載の速度計測装置。
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