JPS5823591B2 - 移動体の位置検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一定走行路上を走行する移動体の走行路上の位
置を地上側にて検知する装置に関するもので、特に交差
形２線式誘導線を用いた誘導無線式移動***置検知装置
の改良に関する。

従来の誘導無線式の移動***置検知装置ではたとえば平
行２線式誘導線路を走行路に沿′つて布設すると共に、
この誘導線は適轟な間隔で交差を施しかつ誘導線の一方
の終端に振幅変動の検出回路を接続する。

他方移動体には特定周波数の発信機と誘導線と結合する
ループコイルアンテナを設け、その特定周波数の信号波
をループコイルから誘導線に伝送する。

このようにして移動体が走行するとき上記交差位置にお
けるループコイルアンテナからの信号波は位相相殺によ
ってゼロとなるからこれを地上側では振幅変動検出回路
で検出し、この検出回数を計数することによって走行路
上の移動***置を検知するものが提案されている、しか
しこのような装置では、交差位置における信号波の振幅
の変動を検出するので、雑音が混入すれば頻繁に誤った
検出を行い誤った計数結果となるという欠点があり、ま
た位置検知の単位を小さく細密化するには誘導線の交差
間隔を短かくすることが必要であるが、交差間隔を短か
くすれば誘導線とループコイル間の伝送損失が増大し、
かつこれにつれてループコイルの長さも短かくすれば伝
送損失が増大するので交差間隔の実用上の最小値は約１
ｍであった。

本発明は上記のような欠点を除くために行ったもので、
以下詳細に説明する。

本発明では走行路に沿って布設した誘導線に対して結合
するループコイルアンテナの誘導線路方向の長さおよび
誘導線の交差間隔を結合損失最小の最適値にとることを
前提として、移動体には割当てられた特定周波数の発振
器とその出力をｎ分周した波で発振出力またはその移相
出力をＡＭまたはＦＭ変調した変調波を出力する送信機
と複数のループコイルアンテナを設け、地上側（以下地
上局という）では上記複数アンテナと結合した誘導線出
力から位相合成波信号を得て、これから１つは変調波成
分を抽出しｎ逓倍して特定周波数に等しい周波数でかつ
変調波に同期した基準位相信号波を発生させ、他の１つ
は位相合成波と上記基準位相波または基準位相波を一定
量移相させたものとの位相差を検出し、これによって移
動体の位置検知を行うもので、これらは本発明の実施例
についてさらに具体的に説明する。

第１図は本発明装置の移動体に塔載する部分の構成例図
、第２図は地上側設備の構成例図である。

第１図において１点鎖線内は特定周波数（ｒｏとする）
この発振器１を含む送信機（ＸＴＲ）で、２は１／ｎ（
ｎは２以上の整数）分周器、３は正弦波増幅器、４ａ、
４ｂ、４ｃは振幅変調器（ＭＯＤ）５．γ、９は出力増
幅器（ＰＡ）、６゜８は位相シフタ（ＰＳ）、１０，１
１，１２はループコイルアンテナ（ＬＣ）である。

さて発振器１の出力は分周器２、変調器４ａ、位相シフ
タ６および８に並列出力されるが、分周器２ではｔ／ｎ
（ｎは２以上の整数）に分周されたｆ。

／ｎ波が次段の増幅器３において必要なレベルの正弦波
として変調器４ａに出力される。

変調器４ａはこの例どは振幅変調（ＡＭ）を行うものと
したが、発振器１よりのｆａ大入力ｆ。

／ｎ波で振幅変調（変調率は３０％程度）された後ＰＡ
５に出力される。

他方位相シフタ（ＰＳ）６．８の役目は複数のループコ
イルアンテナ１０〜１２に流れる電流間の位相を順にず
らせることで、いまループコイルアンテナの数をＮとし
たとき位相シフタは入力ｆ。

波をπ／Ｎラジアンずつ位相をシフトする。もしＮが奇
数ならこの位相シフトは２π／Ｎラジアンずつでもよい
。

第１図の例で示すとアンテナが１０と１１の２つならＰ
Ｓ６の移相量はπ／２ラジアンとし、アンテナ力５１０
．１１．１２の３個ならＰＳ６とＰＳ８における位相量
はそれぞれπ／３と２π／３または２π／３と４π／３
とする。

このようにループコイルアンテナの数に応じて位相シフ
トされたｆ。

波を増幅器（ＡＭＰ）３よよりのｆｏ／ｎ波でＡＭした
ｆ。

変調波はＰＡ５゜ＰＡ７．ＰＡ９を通じてループコイル
アンテナｉｏ、ｉｉ、１２にそれぞれ供給される。

なおそれぞれのループコイルアンテナに供給される信号
電力中の搬送波ｆ。

の位相は上記のように順に一定値ずつシフトされている
が、変調 波ｆ。

／ｎはすべてのアンテナについて同相である。

またループコイルアンテナは走行方向に一列に配置し、
その間隔はＭｉ（Ｍは１，２．３・・・・・・等の整数
）とし、またはＮが奇数のときのみ２Ｍ’に選んでもよ
いとする。

次に第２図の地上局設備について説明する。

図中の１３は走行路に沿って布設した交差形平行２線式
誘導線、１４は終端抵抗器、１５は結合器（たとえば結
合変成器）、１６は耐酸濾波器と増幅器（ＢＰＦ付ＡＭ
Ｐ）、１１は振幅変調波検波器１（ＤＥＴ）、１ＢはＢ
ＰＦ、１９は位相弁別器（ＰＩ））、２０は低域濾波器
（ＬＰＦ）、２１は分周器（Ｄ Ｉ Ｖ ）、２２は（
電圧制御）可変発振器（ＶＣＣ））、２３．２５は位相
弁別器（ＰＤ）、２４．２６はＬＰＦ、２１は位相シフ
タ（ＰＳ）；である。

また誘導線についてＬＳは位置検知区間、ｅは交差点間
隔で等長とする。

またｅｌ ｔ ｅ２は位置検出（レベル）出力を示す。

第２図において移動体のアンテナから誘導線１３に誘起
された位相の異なる波の合成波は結合；器１５ＢＰＦ＋
ＡＭＰ１６で帯域制限されて必要なレベルに増幅される
。

その一部は検波器１１で包絡線検波され、他の一部は位
相弁別器ＰＤ２３とＰＤ２５に入力する。

まず検波器１１の包絡線検波出力のｆ。

／ｎ波はｆ。／ｎを中心周波数とすするＢＰＦ１８に送
り込まれてＳ／Ｎ比の改善が行われた後位相弁別器ＰＤ
Ｉ ９に入力する。

このＰＤ１９のもう１つの入力はＶＣＯ２２の周波数ｆ
ｏ′の出力を１／ｎに分周する分周器２１よりのｆ □
’ ／ ｎ波であって、ＰＤ１９の位相差弁別出力用Ｉ
ＰＦ２０で雑音や位相ジッタを除去した後ＶＣＯ２２の
制御入力となる。

すなわち１９゜２０．２Ｌ２２は公知のＰＬＬ（フェー
ズ・ロック ループ）回路を構成し、振幅変調波ｆ。

／ｎのｎ倍に同期した［０”波をＶＣＯ２２から位相弁
弁別ＰＤ２３および位相シフタＰＳ２γを通じてＰＤ２
５に出力する。

なおりＰＦｉ８やＰＬＬ回路には固有の位相シフト量が
あるから、位相弁別器ＰＤ２３およびＰＤ２５の入力側
には位相補償回路が挿入され理想の状態が得られるよう
調整し。

ておくことが必要である。

また位相シフタＰＳ２γはπ／２の位相シフトを与える
もので、その理由は以下の動作説明で述べる。

さて移動体には第１図のような構成の送信機とループコ
イルアンテナを載置し、地上側には走行」路の必要区間
に第２図のような誘導線を敷設してループコイルアンテ
ナと結合させ、移動体よりの位相合成波信号を第２図の
１６〜２１のような検知回路によって受信し、位置検出
を行うものであるが、その動作を第３図に示した動作説
明図によって説明する。

第３図は誘導線１３には交差間隔ｌの交差形平行２線を
用いて必要区間に敷設し、移動体に設けた２つのループ
コイルアンテナ１０および１１の間隔はｌ／２とした場
合の例で、誘導線に沿ってシｅだけ移動すれば誘導電圧
はπラジアン変化することからアンテナ１０と１１に入
力するｆ。

波の位相差をπ／２とするように位相シックＰＳ６にて
＋π／２の位相を行うものとする。

そこで地上側では結合器１５よりアンテナ１０および１
１に。

よる誘導電圧の合成波が出力されるが、第３図に示した
２つのアンアナと誘導線の交差位置の関係ではアンテナ
１０は図の第１交差部上（実際は対面位置）にあるから
、アンテナ１０による誘導電圧（信号）は発生せずアン
テナ１１からの信号の。

みば出力する。

このときの信号位相を十医フジアンすなわち＋Σ相とす
れば、次に移動体が図の右方に移動しアンテナ１０と１
１が同一の交差区間内に存在するときアンテナ１１は＋
ｉ相で不変、アンテナ１０はゼロ相であるから結合器１
５の出力の信号位相は＋１相になり、さらにアンテナ１
１が交差部上に進むと結合器１５の出力はＯ相に、さら
に移動してアンテナ１０と１１の間に図の中央の交差部
を狭む位置にあるときは−τ相に、さらにアンテナ１０
が中央の交差部上に移動すれば−Ｌ相になる。

このように移動体従ってアンチす１０と１１が右方に順
に移動することによりさらに一旦π、π、十旦πの各相
を経てアンテナ４ １０が２４だけ移動した後に再びもとの＋百に民る。

（これらはベクトルの合成によ−って容易に理解される
。

）また移動体が図の左方向に移動するときは、右方向と
は逆に土工から３ｘ、π、 ３π、−一。

、２ ４ ４ ２ ４．０ 、＋ ａを経てもとの＋百に戻る。

このときの信号の振幅包絡線は２つのアンテナ１０と１
１のいずれかが交差上に存在したときの１信号レベルあ
るいは交差上以外の２信号位相合成レベルにｆ。

／ｎ波が重畳したものになる。このように２ｅの距離を
１周期としかつ誘導線が交差形平行２線式であるため、
２つのアンテナのいずれかが交差位置の前後にて結合す
るとき、アンテナとの結合損失が急増すると共に交差部
を境にしてπ相偏移するから、上記第３図の例では移動
体が定速走行のときには一方のアンテナが交差部にある
ときに０．±７．πの各相を急速にシフトし、２つのア
ンテナが共に交差部以外にあるときは結合損失が一定に
なるため±１．十旦πの各相が続くこ−４ とになる。

・ 次にこの場合の位置検知器１６〜２１の動作を説明
する。

上記のように移動体のループコイルアンテナ１０および
１１からの位相合成波は第２図の誘導線で受信され結合
器１５からＢＰＦおよび信号増幅器１６に入力する。

このＢＰＦはｆ。を中・心にバンド幅±ｆｏ／ｎのもの
で、こ＼で帯域制限きれた入力信号波は必要レベルまで
増幅してＤＥＴ１７、ＰＤ２３．ＰＤ２５に出力する。

まず振幅変調波検波器ＤＥＴ１γでは前記のようにｆ。

／ｎ波を検波し、１９〜２２によるＰＬＬ回路にて）ｆ
。

／ｎ波に同期しかつｆ。に等しいｆ。波を発生して位相
弁別器ＰＤ２３の入力の１つに基準位相波として送り込
む。

このＰＤ２３のもう１つの入力は上記の位相合成波で、
基準位相波との位相差に応じた出力がＬＰＦ２４を経て
ｅｌとして出力する。

ｉ第３図の例では入力信号が＋７相のとき第３図ｅ１の
レベル図に示すようにＰＤ２３の出力はＬＰＦ２４を経
た出力ｅ１を°“０“レベルとするものとすれば、移動
体が右方向に一定速度で移動するとき＋ ’ ＋ Ｏｔ
−一各相ではｅｌは（−＋）レベルを出力する４ フが、０相で最大レヘルーー相セロレベル、−７相以下
、π、＋７相までは（−）レベルでπ相で（−）最大レ
ベルをそれぞれ出力する。

また±Σ相近傍ではｅｌはゼロから急に変化するがｅ１
出力は交差部でゼロレベルとなる。

従ってこのｅ１出力をたとえば０レベルを変換点とする
方形波変換回路に導くと方形波が得られ、交差部毎に交
互にＨ，Ｌレベルに変化するので交差位置が検出できる
。

次に基準位相波ｆ。

′を位相シフタＰＳ２７で土工相シフトして位相弁別器
ＰＤ２５に入力し、ＰＤ２５への増幅器１６よりの入力
との位相差を求めたものをＬＰＦ２６を通じてｅ２とし
て出力する。

ｅ２はｃｌとｅｌ２差すなわち７位相の異る出力で、ｅ
ｌと同様にそのゼロレベルを変換点とする方形波変換回
路に導くと誘導線の２つの交差部の中央の位置を変換点
とする方形波が得られる。

従ってｅｌｌｅ２による上記２つの方形波出力の組合わ
せから第３図のｄに示すように誘導線に沿ったｌ／２毎
の区間すなわち（１）の区間では１１、（２）の区間で
は１０、（３）の区間では００、（４）の区間では０１
のそれぞれのコード出力が得られ、誘導線長２ｅの区間
を４分割した位置検出が行われる。

なお信号増幅器１６の位相合成波出力は振幅変調波であ
るからＰＤ２３およびＰＤ２５の出力にはｆ。

／ｎ波が重畳されるが、ＬＰＦ２４および２６で除去さ
れｅｌ ｌ ｅ２にはｆ。

／ｎ波の影響はない。以上の説明のようにｉｏ、ｉｉの
２つのアンテナを使用する例では、受信側位相合成波の
０．十−２πの各相でコード変換が得られるため、２交
差部当り４位置の検出が可能である。

次にループコイルアンテナの誘導線に沿った長さと誘導
線の交差間隔の結合損失最小のための最適値は、アンア
ナの長さＬに対し交差間隔ｅは少くとも２Ｌ以上でかつ
Ｌの最小値は２本の誘導線間間隔に対して１．２〜１３
倍とする。

また実用上移動体走行時の誘導線の中心線とアンテナ中
心線の相対的なずれを考慮すれば誘導線の線間隔を狭く
するには限度があり、交差間隔ｅを少さくするには使用
目的によって制限がある。

交差区間内をより多く分割するにはアンテナ数Ｎを増加
し、アンテナ数に見合う位相シフトを行って移動体側か
ら信号波を出力し、地上の位置検出側ではＮ個の位相弁
別器とＬＰＦおよびＮ−１個の位相シックを増設すれば
、前記同様の動作によってその出力ｅｌ ｌ ｅ２・・
・・・・ｅ、から位置細分コードが得られることは容易
に理解されるであろう。

（たゾしこの最終の細分方法は複雑になるので第４図の
方法が一般には有利である。

）もし複数アンテナを同一交差区間４内に配置すること
か不可能ならアンテナ間隔はｅの整数倍を加算した値で
もよく、たとえば第３図の１１はアンテナ１０と３ｅ／
２の間隔で配置した第２番目のアンテナである。

たゾこのようにｅの奇数倍の範囲にあるときは誘導線の
出力はπ相偏多されるので上記の位相回転とは逆の回転
になるが、２アンテナによって２交差尚り４位置の検出
が可能なことは上記と同じである。

次に第４図について説明する。

第３図の例はアンテナと誘導線の交差部の結合の前後で
急峻な位相シフトを発生させて交差位置検出の精度を向
よさせるいわゆるステップ状に位置を検知するものであ
ったが、第４図は直線的に位置検知を行うものである。

第４図のように誘導線１３を菱形状に形成したものでは
、ループコイルアンテナと菱形２線式誘導線との結合損
失は誘導線の２線の間隔にはゾ反比例することが実験的
にも知られているが、このためアンテナを誘導線に沿っ
て移動させたときの結合損失は正弦波に近似した変化を
する。

いま移動体側のループコイルアンテナを第１図のように
１０．１１．１２の３個とし、アンテナ間隔をそれぞれ
２ｅ／３にとると共に、ＰＳ６およびＰＳＢによって各
ループコイル間に与える信号の位相差を２π／３ラジア
ンずつにするためＰＳ６およびＰＳＢの移相量は＋２π
／３および一２π／３とする。

この理由は第４図に示す１０，１１゜１２のアンテナの
間隔と位置から決まることで、アンテナ１０をＯ相とす
ればアンテナ１１は＋２π／３相、アンテナ１２はアン
テナ１１と逆相の交差区間にあるから一２π／３相のそ
れぞれの位相差をもつ振幅変調波を出力するようになっ
ている。

これに従って誘導線１３に結合誘起される信号は位相合
成波となるが、第４図のアンテナ位置では＋π相の合成
波となる。

そして移動体かたとえば右方向に移動するものとすれば
アンテナ１０と誘導線１３との関係を基準にしたとき、
アンテナ１０が第４図の位置からｌ／３移動したときは
π ＋π相、さらに移動して２１！、／３に達杏れば−百相
、同様に移動距離がｌ 、１−Ｈ６，１−ｙｄではそれ
ぞれ−一相、−一π相、土足π相のように変化２
６ ６ する。

アンテナ１０，１１．１２の誘導線１３との結合損失は
近似正弦波状に変化するかう、誘導線からの結合器１５
を経て出力する位相合成波はその位相偏位は２ｅの距離
を一周期とする近似正弦波状に変化するが、ｆｏ／ｎ波
で振増変調された振幅一定のものとなる。

（振幅が一定となる理由は互に位相が一異なる３つの正
弦波の合成値は常に一定となるからである。

）また移動体が逆に左方向に移動する場合には上記の位
相回転方向と逆の方向に偏位することも明らかである。

次に前に１６〜２１にて構成したと同様の位置検知器の
動作であるが、位相偏位の検出方法は第２図と全し同じ
でｆ。

／ｎ波成分を抽出してｆ。′波を同期させ基準位相信号
を作成すること、位相弁。

別器ＰＤ２３で入力の合成波と基準位相信号との位相差
を検出しＬＰＦ２４を通じて第４図ｅ１のようにレベル
が変化する出力ｅ１を得ること、このｅｌは距離２１を
周期として近似正弦波状に位相が変ることＣどより弁別
器出力も近似主弦波状に変化す。

ること、位相シフタ２Ｔではｆ。

′波を十因偏位ささて位相差弁別器ＰＤ２５に基準位相
信号として入力させるから、入力合成波との位相差は第
４図β ｅ２に示すようにｅｌと−すなわち距離としてはΣ相違
するものが出力することはすべて同様である。

。ＬＰＦ２４およびＬＰＦ２６はｆｏ／ｎ波成分を除去
するためのもので、第３図の場合と同じ＜ｅｌと０２両
出力をそのゼ゛ロレベルをスライスレベルトスる方形波
変換器に入力させると、２つの方形波出力が得られ２４
区間内を４分割した４位置の検出。

が行われる。

また上記は百位相の異る２つの基準位相信号を用い合成
波入力から２つの位相弁別出力を発生させる例であった
が、−（ｍは１，２，３・・・・・・・・・の整数）だ
け位相をずらせたｍ個の基準位相信号を。

用いると２ｅ区間内で２ｍ分割した位置検出が可能で、
２ｅを１周期とする絶対番地を付与することができる。

なお第３図および第４図共に長さ２ｅの２交差区間内の
位置検出について説明したが、実際は長さ２ｅの区間が
連続して設けられ、その各区間における移動体の位置を
検知することが必要である。

交差部の位置検知方法は公知であって、たとえば移動体
の移動に伴う交差部の検出を別な装置で行ってその検出
回数を計数しておけば、その何番目の２４区間における
移動体の位置が、４／２ｍの単位で検出できることにな
る。

またループコイルアンテナ１０，１１．１２等は空心ル
ープコイルに限定さえるものではなく、磁性心バーアン
テナの組合わせなど前記ループアンテナの特性をもつも
のはすべて使用できる。

以上詳細に説明したように本発明では周期的に交差を施
した平行２線または菱形２線の誘導線を用い、その交差
間隔内を分割した移動体の位置検出を可能としたもので
、走行路に沿って敷設する誘導線が簡単でその敷設費お
よび保持費が従来の多数誘導線を用いるものに比べて著
しく低下する。

しかも位置検出の方法は連続信号による位相差検出方法
を用いているため、雑音に強く精度の高い検出が得られ
ると共に、送信機や位置検知器の各回路は最近の集積回
路の発展によって廉価に入手できるので総合的に経済的
な装置となるという利点があり、この用途も移動体の自
動走行制御において移動体の位置検知、速度検知、停止
位置（情報）検知などが高精度にて行われるなど実用上
の効果は著しい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の移動体に塔載する設備の構成例図
、第２図は地上側設備の構成例図、第３図は第１図と第
２図の設備を用いた場合の動作説明図、第４図は菱形２
線式誘導線を用いた場合の動作説明図である。 ； １，２２・・・・・・発振器、２，２１・・・・・
・分周器、３・・・・・・増幅器、４ａ、４ｂｔ４ｃ・
・・・・・変調器、５゜１．９・・・・・・増幅器、６
，８，２γ・・・・・・位相シフタ、１０．１１，１２
・・・・・・ループコイルアンテナ、１３・・・・・・
誘導線、１６・・・・・・ＢＰＦと増幅器、１γ・・・
・・・・検波器、１８・・・・・・ＢＰＦ、１９，２３
．２５・・・・・・位相差弁別器（ＰＤ）、２０ 、２
４ 、２６・・・・・・ＬＰＦ０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一定走行路上を移動する移動体の位置を地上固定側
   で検出する装置として、走行路に沿って展張し走行路を
   一定の長さく１）毎に分割した各区間の境界点毎に交差
   を施し、かつ一端を抵抗終端した交差形２線式誘導線と
   、移動体に載置され上記誘導線の展張力向に誘導線の交
   差間隔ｅ、アンテナの数Ｎに対してＭ−’（Ｍは１，２
   ．３・・・・・・の整数）Ｎ ２１ またはＮが奇数のときのみＭ、の間隔にて一列に配置し
   上記誘導線に結合させた複数Ｍ個のループコイルアンテ
   ナと、特定周波数ｆｏの発振器、この発振器出力を■／
   ｎ（ｎは２以上の整数）に分周する分周器、発振器出力
   をそのまＳおよび位相をπ／Ｎラジアンまたは２ｒラジ
   アンずつずらせたものを上記分周器出力にてそれぞれ振
   幅変調またけ周波数変調しかつ増幅してこれを上記Ｎ個
   のループアンテナのそれぞれに配列順に与える位相シフ
   タ、変調器、増幅器の複数個よりなる送信器とを備えた
   移動体側設備と、上記各ループコイルアンテナより誘導
   線に誘導された信号の合成波を復調して得たｆ。 ／ｎ波によって周波数ｆ。に同期させられる周波数ｆ。 ＋１（ｆｏ”＝ ｆｏ ）の発振回路と、上記発振器よ
   りのｆ。 ７波およびこれを一定位相π／ｍ（ｍは１以上の整数）
   ずつすらせれ１つ以上のｆｏ゛のそれぞれを基準位相信
   号波とする一人力とし、上記信号の合成波を他入力とす
   る複数の位相差弁別器とを備えた上記誘導線の他端に接
   続した地上側位置検知器とを備えて、上記位置検知器の
   位相差弁別器より上記誘導線の２交差区間内の位置に対
   応したレベルの出力を得ることを特徴とする移動体の位
   置検知装置。