特開 2024-24850 列車検知装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024024850

(43)【公開日】2024-02-26

(54)【発明の名称】列車検知装置

(51)【国際特許分類】

   B61L 3/12 20060101AFI20240216BHJP

   B61L 23/14 20060101ALI20240216BHJP

【ＦＩ】

B61L3/12 Z

B61L23/14 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022127781

(22)【出願日】2022-08-10

(71)【出願人】

【識別番号】000004651

【氏名又は名称】日本信号株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100129425

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 護晃

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(72)【発明者】

【氏名】飯田 幸司

(72)【発明者】

【氏名】豊田 明久

【テーマコード（参考）】

5H161

【Ｆターム（参考）】

5H161AA01

5H161BB02

5H161CC13

5H161DD23

5H161DD31

5H161EE04

5H161FF07

(57)【要約】

【課題】過渡的なノイズを受けても確実に列車を検知することができ、脱変周式を含む多様なＡＴＳ信号に対応可能な小型かつ低コストの列車検知装置を提供する。
【解決手段】列車検知装置１では、列車から送信されるＡＴＳ信号が地上子１０で受信され、当該受信信号がバンドパスフィルタ３２で周波数弁別された後に、直流化回路３４で直流電圧に変換され、該直流電圧のレベルがウィンドウコンパレータ３５により監視される。直流電圧レベルが下限しきい値より大きく且つ上限しきい値より小さい場合に、列車無しが検知されて列車検知リレー３７が扛上される。一方、直流電圧レベルが下限しきい値以下または上限しきい値以上の場合に、列車有り（または機器故障有り）が検知されて列車検知リレー３７が落下される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

列車から送信されるＡＴＳ信号を受信可能な地上子での前記ＡＴＳ信号の受信状態に応じて列車の有無を検知する列車検知装置であって、
前記地上子の受信信号を周波数弁別後に直流化して直流電圧を生成する信号処理部と、
前記信号処理部で生成された直流電圧のレベルが所定範囲内にある場合に列車無しを検知する一方、所定範囲外にある場合に列車有りを検知する列車検知部と、を含む、列車検知装置。

【請求項2】

前記信号処理部は、
前記地上子の受信信号より前記ＡＴＳ信号に対応した周波数帯域の成分を抽出するバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタで抽出された信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器で増幅された信号を整流および平滑化して直流電圧を生成する直流化回路と、を有し、
前記列車検知部は、
前記直流化回路で生成された直流電圧が入力され、該直流電圧のレベルが下限しきい値より大きく且つ上限しきい値より小さい場合に交番信号を出力するウィンドウコンパレータと、
前記ウィンドウコンパレータから交番信号が出力されている間、接点が閉じた状態となる一方、前記ウィンドウコンパレータから交番信号が出力されなくなるとディレー時間の経過を待って接点が解放された状態となるリレーと、を有する、請求項１に記載の列車検知装置。

【請求項3】

前記地上子および前記信号処理部の故障を検知する故障検知部を含む、請求項１に記載の列車検知装置。

【請求項4】

前記地上子は、前記列車から情報波として送信されるＡＴＳ－Ｓ信号と、前記列車から電力波として送信されるＡＴＳ－Ｐ信号と、複数の周波数信号成分を含む脱変周式のＡＴＳ信号とを受信可能に構成されている、請求項１に記載の列車検知装置。

【請求項5】

踏切に対応して列車の有無を検知する踏切バックアップ装置に使用される、請求項１に記載の列車検知装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、列車から送信されるＡＴＳ信号を地上子で受信して列車の有無を検知する列車検知装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の列車検知装置として、例えば、踏切道に設置された踏切警報機や踏切遮断機等を自動的に制御するために、軌道回路による連続制御方式または踏切制御子による点制御方式によって列車を検知する踏切用列車検知装置が知られている。また、軌道回路や踏切制御子による列車検知のバックアップとして、列車に設置されたＡＴＳ車上装置から送信されるＡＴＳ信号（常時発振信号）を受信して列車の有無を検知する踏切バックアップ装置も使用されている。従来のＡＴＳ信号を利用した列車検知装置（踏切バックアップ装置）としては、閉電路形に構成されて機器故障時に安全側の動作が行われるフェールセーフ性を備えた装置がある（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

上記のような閉電路形に構成された列車検知装置では、ＡＴＳ信号を受信可能な地上子の受信コイル近傍に送信コイルが設置されており、該送信コイルから、断線等の機器故障を検知するための照査信号が受信コイルに向けて常時送信されていた。そして、照査信号が受信できた場合、機器の正常を検知してリレーを扛上（励磁状態、動作状態）させ、照査信号が受信できない場合には、機器の故障を検知してリレーを落下（非励磁状態、復旧状態）させる故障検知動作が行われる。この故障検知動作と並行して、列車が地上子の上方を通過する際には、受信コイルで受信される列車からのＡＴＳ信号により照査信号が抑圧され、該照査信号の受信レベルが低下することで「列車有り」を検知してリレーを落下させる列車検知動作が行われる。このようなＡＴＳ信号を利用した抑圧方式の列車検知が行われる列車検知装置では、リレーの落下が「列車有り」に対応付けられていることで、機器故障時でも安全側の動作が行われるフェールセーフ性が実現されていた。

【0004】

また、上記従来の列車検知装置には、地上子の受信コイルで受信した信号に含まれる、照査信号およびＡＴＳ信号の各周波数に対応した信号成分とノイズ成分とを弁別するための周波数弁別回路（バンドパスフィルタ）が設けられていた。この周波数弁別回路は、近年、ＡＴＳ－Ｓ信号（１０３ｋＨｚ）の他に、ＡＴＳ－Ｐ信号（２４５ｋＨｚ）などの周波数が異なる複数のＡＴＳ信号に対応するために、周波数弁別範囲が広げられる傾向にあった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第４５９２４５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記のような従来のＡＴＳ信号を利用した抑圧方式の列車検知が行われる列車検知装置については、周波数弁別回路の広帯域化によって過渡的なノイズが侵入しやすくなっていた。このため、ＡＴＳ信号を受信していないにも関わらず過渡的なノイズによって照査信号が抑圧された状態が一時的に発生する可能性があった。また、ＡＴＳ信号を受信しているにも関わらず過渡的なノイズによって照査信号が抑圧されていないのと同等な状態が一時的に発生する可能性もあった。このような本来の想定とは異なる状態が発生した場合、抑圧方式を前提とした論理演算の条件に狂いが生じてしまい、列車や故障の誤検知が発生し得るという課題があった。

【0007】

また、従来のＡＴＳ信号を利用した抑圧方式の列車検知装置は、脱変周式のＡＴＳ信号に非対応であるという課題もあった。すなわち、直接拡散方式（Direct Sequence：ＤＳ）でスペクトラム拡散（Spread Spectrum：ＳＳ）されたＡＴＳ信号や、周波数の異なる複数の信号成分が重畳または時分割多重されたＡＴＳ信号などが地上子で受信された場合に、従来の抑圧方式によって列車検知を行うことが困難であった。脱変周式のＡＴＳ信号に対応するためには、各々の周波数に対応した回路を個別に設けるなどの方法が考えられるが、既存の装置との兼ね合いから、それらの回路を小型且つ低コストに実現する必要があり、ＡＴＳ信号を利用した列車検知に関して抑圧方式以外の新たな方式の実現が期待されていた。

【0008】

本発明は上記の点に着目してなされたもので、過渡的なノイズを受けても確実に列車を検知することができ、脱変周式を含む多様なＡＴＳ信号に対応可能な小型かつ低コストの列車検知装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の目的を達成するため本発明の一態様は、列車から送信されるＡＴＳ信号を受信可能な地上子での前記ＡＴＳ信号の受信状態に応じて列車の有無を検知する列車検知装置を提供する。この列車検知装置は、前記地上子の受信信号を周波数弁別後に直流化して直流電圧を生成する信号処理部と、前記信号処理部で生成された直流電圧のレベルが所定範囲内にある場合に列車無しを検知する一方、所定範囲外にある場合に列車有りを検知する列車検知部と、を含む。

【発明の効果】

【0010】

本発明に係る列車検知装置によれば、地上子の受信信号を信号処理部で直流化し、その直流電圧のレベルが所定範囲内にある否かを列車検知部で監視するようにしたことで、過渡的なノイズを受けても確実に列車を検知することができるとともに、脱変周式を含む多様なＡＴＳ信号に対応して列車検知を行うことが可能になる。また、ＡＴＳ信号に含まれる複数の周波数に対応した回路を個別に設ける必要がないので、小型化および低コスト化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態に係る列車検知装置の構成を示すブロック図である。

【図2】ウィンドウコンパレータの入出力特性を説明する図である。

【図3】直接拡散方式でスペクトラム拡散されたＡＴＳ信号を説明する図である。

【図4】周波数重畳されたＡＴＳ信号を説明する図である。

【図5】周波数時分割多重されたＡＴＳ信号を説明する図である。

【図6】従来のＡＴＳ信号を利用した抑圧方式の列車検知装置における受信処理部の一例を示すブロック図である。

【図7】抑圧方式における定常時の動作を説明する図である。

【図8】抑圧方式におけるＡＴＳ信号の受信時の動作を説明する図である。

【図9】抑圧方式における過渡的なノイズの影響を説明する図である。

【図10】上記実施形態の列車検知装置（非抑圧方式）における定常時の動作を説明する図である。

【図11】上記実施形態の列車検知装置（非抑圧方式）におけるＡＴＳ信号の受信時の動作を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る列車検知装置の構成を示すブロック図である。
本実施形態の列車検知装置１は、例えば、図示しない踏切道に設置された踏切警報機や踏切遮断機等を自動的に制御するために、軌道回路や踏切制御子による列車検知のバックアップとして、踏切道に接近する列車および／または踏切道を通過した列車を、該列車から送信されるＡＴＳ信号を利用して検知する装置（踏切バックアップ装置）として好適である。

【0013】

列車検知装置１は、図１に示すように、列車が走行する軌道上に設置された地上子１０と、地上子１０内に設けられている照査コイル１１から照査信号を送信するための信号処理を行う送信処理部２０と、地上子１０内に設けられている受信コイル１２で受信された照査信号およびＡＴＳ信号を利用して機器故障および列車の検知を行う受信処理部３０と、含んでいる。

【0014】

具体的に、地上子１０は、照査コイル１１が受信コイル１２の上方側に重ねて設けられている。照査コイル１１は、受信コイル１２と概ね同じ大きさの０の字状に巻かれている。照査コイル１１には、送信処理部２０で生成された駆動信号が与えられている。照査コイル１１は、送信処理部２０からの駆動信号に従って、故障検知用の照査信号を受信コイル１２に向けて常時送信する。照査信号は、例えば、９６ｋＨｚ等の周波数を有している。照査信号の送信時の振幅（送信レベル）は、受信コイル１２でのＡＴＳ信号の受信レベルに応じて予め設定されている。

【0015】

受信コイル１２は、照査コイル１１から送信される照査信号を受信可能、かつ、列車から送信される周波数の異なる複数のＡＴＳ信号を受信可能に構成されている。本実施形態における受信コイル１２は、例えば、０の字状に巻かれた第１コイル部１２Ａと、第１コイル部１２Ａと同じ巻き方向で第１コイル部１２Ａよりも小さな０の字状に連続して巻かれた第２コイル部１２Ｂと、を有している。第１および第２コイル部１２Ａ，１２Ｂは、上下方向に重ねて配置され、かつ、各々の中心が列車の進行方向Ｄｔ（図１の破線白抜き矢印の方向）と直交する方向にずらして配置されている。

【0016】

上記のような第１および第２コイル部１２Ａ，１２Ｂを有する受信コイル１２では、列車に設置されている車上子５から情報波として送信される周波数が１０３ｋＨｚのＡＴＳ－Ｓ信号、および、地上子用電力波として送信される周波数が２４５ｋＨｚのＡＴＳ－Ｐ信号の双方が受信可能であると同時に、直接拡散方式等で送信される複数の周波数信号成分を含んだ脱変周式のＡＴＳ信号も共通の受信コイル１２で受信することができる。ただし、受信コイル１２の構成は、上記の一例に限定されない。

【0017】

受信コイル１２に関する他の構成例としては、車上子５のＡＴＳ－Ｐ信号に対応した送信コイル５Ａ（図１の破線）の形状に合わせて、８の字状に巻かれた受信コイル（図示省略）を使用することも可能である。なお、車上子５の０の字状の形状を有する送信コイル５Ｂ（図１の破線）はＡＴＳ－Ｓ信号に対応している。このような８の字状に巻かれた受信コイルでは、ＡＴＳ－Ｓ信号の受信レベルがＡＴＳ－Ｐ信号の受信レベルに比べて低下するものの、ＡＴＳ－Ｓ信号、ＡＴＳ－Ｐ信号および脱変周式のＡＴＳ信号を受信可能である。換言すると、前述した第１および第２コイル部１２Ａ，１２Ｂを有する受信コイル１２を使用すれば、８の字状に巻かれた受信コイルで発生するＡＴＳ－Ｓ信号の受信レベルの低下を抑えることができ、信号対雑音比（ＳＮ比）の改善を図ることが可能になる。

【0018】

送信処理部２０は、例えば、発振回路（ＯＳＣ）２１と、整合トランス（ＭＴ）２２と、を有している。発振回路２１は、照査信号の周波数（９６ｋＨｚ）に対応させて発振周波数が設定されており、列車検知装置１の電源がオン状態にあるときに発振信号を継続して出力する。発振回路２１から出力される発振信号は、必要に応じて増幅器等でレベル調整された後に、整合トランス２２を介して地上子１０の照査コイル１１に与えられる。整合トランス２２は、発振回路２１（または増幅器等）と照査コイル１１のインピーダンス整合を行う変成器である。したがって、送信処理部２０から出力される発振信号によって地上子１０の照査コイル１１が駆動されることで、９６ｋＨｚの照査信号が照査コイル１１から受信コイル１２に向けて送信される。

【0019】

受信処理部３０は、例えば、整合トランス（ＭＴ）３１と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３２と、増幅器（ＡＭＰ）３３と、直流化回路（ＡＣ／ＤＣ）３４と、ウィンドウコンパレータ（ＦＳ－ＷＣ）３５と、タイマー回路（ＴＩＭ）３６と、列車検知リレー（ＭＲ）３７と、故障検知回路（ＤＥＴ）３８と、故障検知リレー（ＫＲ）３９と、を有している。なお、本実施形態では、整合トランス３１、バンドパスフィルタ３２、増幅器３３および直流化回路３４が本発明の「信号処理部」に相当し、ウィンドウコンパレータ３５、タイマー回路３６および列車検知リレー３７が本発明の「列車検知部」に相当し、故障検知回路３８および故障検知リレー３９が本発明の「故障検知部」に相当する。

【0020】

整合トランス３１は、地上子１０の受信コイル１２とバンドパスフィルタ３２とのインピーダンス整合を行う変成器である。地上子１０の受信コイル１２で受信された信号は、整合トランス３１を介してバンドパスフィルタ３２に入力される。

【0021】

バンドパスフィルタ３２は、照査信号の周波数と、地上子１０上を通過することが想定される列車の車上子５から送信されるＡＴＳ信号の全ての周波数とを含む通過帯域を有している。バンドパスフィルタ３２は、地上子１０の受信コイル１２から整合トランス３１を介して入力される受信信号より、照査信号およびＡＴＳ信号に対応した周波数帯域の成分を抽出して増幅器３３に出力する。受信コイル１２からの受信信号に含まれる通過帯域外の周波数成分（ノイズ成分）は、バンドパスフィルタ３２で減衰されて増幅器３３には出力されない。

【0022】

バンドパスフィルタ３２の通過帯域の具体例として、９６ｋＨｚの照査信号と、１０３ｋＨｚのＡＴＳ－Ｓ信号と、２４５ｋＨｚのＡＴＳ－Ｐ信号と、１１５ｋＨｚのキャリア周波数を有するスペクトラム拡散方式のＡＴＳ信号とが受信コイル１２で受信される場合を想定すると、バンドパスフィルタ３２の通過帯域は、９５ｋＨｚ～２９０ｋＨｚの範囲に設定することが可能である。ただし、バンドパスフィルタ３２の通過帯域の設定は上記具体例に限定されない。

【0023】

増幅器３３は、バンドパスフィルタ３２で抽出された受信信号を所要の利得で増幅する。増幅器３３の利得は、受信コイル１２の感度、整合トランス３１およびバンドパスフィルタ３２での損失などを考慮するともに、後述するウィンドウコンパレータ３５の下限しきい値Ｖｔｈ１および上限しきい値Ｖｔｈ２も考慮して適宜設定することができる。なお、バンドパスフィルタ３２の出力において十分な信号レベルが得られている場合には増幅器３３を省略してもよい。増幅器３３で増幅された受信信号は、直流化回路３４および故障検知回路３８にそれぞれ出力される。

【0024】

直流化回路３４は、増幅器３３で増幅された信号を、図示しない整流回路および平滑回路を用いて直流電圧に変換する。整流回路では、全波整流または半波整流が行われる。平滑回路では、コンデンサの蓄放電を利用して、整流後の波形の平滑化が行われる。直流化回路３４で変換された直流電圧は、ウィンドウコンパレータ３５に入力される。

【0025】

ウィンドウコンパレータ３５は、下限しきい値Ｖｔｈ１および上限しきい値Ｖｔｈ２を有するフェールセーフな比較回路である。ウィンドウコンパレータ３５は、図２に示すように、入力信号Ｓｉｎの直流電圧レベルが下限しきい値Ｖｔｈ１より大きく且つ上限しきい値Ｖｔｈ２より小さい場合に、出力信号Ｓｏｕｔとして交番信号を出力する。ウィンドウコンパレータ３５から出力される交番信号は、タイマー回路３６に入力される。一方、入力信号Ｓｉｎの直流電圧レベルが下限しきい値Ｖｔｈ１以下または上限しきい値Ｖｔｈ２以上の場合には、ウィンドウコンパレータ３５は出力停止となり、交番信号がタイマー回路３６へ出力されなくなる。また、ウィンドウコンパレータ３５は、その構成部品に故障が発生した時にも出力停止となる。

【0026】

上記のような入出力特性を有するウィンドウコンパレータ３５の具体例としては、米国特許第５,３４５,１３８号明細書、同４,６６１,８８０号明細書、同５,０２７,１１４号明細書等で開示されているフェールセーフ・ウィンドウコンパレータ／ＡＮＤゲートを使用することが可能である。ただし、ウィンドウコンパレータ３５は上記具体例に限定されない。

【0027】

タイマー回路３６は、時素設定に従って定められたディレー時間（例えば、７ｍｓｅｃ等）の経過を計測する回路である。タイマー回路３６は、ウィンドウコンパレータ３５からの交番信号が入力されている場合にカウンタがリセットされ、交番信号が入力されなくなるとカウント動作を開始し、当該カウンタ値がディレー時間に対応する値に達した場合に、後段の列車検知リレー３７を落下（非励磁状態、復旧状態）させるように構成されている。換言すると、タイマー回路３６は、ウィンドウコンパレータ３５からの交番信号が入力されている場合に列車検知リレー３７を扛上（励磁状態、動作状態）させ、交番信号が入力されなくなるとディレー時間の経過を待って列車検知リレー３７を落下させ、再び交番信号が入力されるまで列車検知リレー３７の落下状態を維持する。つまり、タイマー回路３６は、ウィンドウコンパレータ３５からの交番信号の出力状態に応じてオフディレー動作するように構成されている。

【0028】

列車検知リレー３７は、上記のようにオフディレー動作するタイマー回路３６からの出力信号に従って接点の状態が切り換えられる。すなわち、列車検知リレー３７は、ウィンドウコンパレータ３５から交番信号が出力されている間、接点が閉じた状態（扛上）となる一方、ウィンドウコンパレータ３５から交番信号が出力されなくなるとディレー時間の経過を待って接点が解放された状態（落下）となるように構成されている。また、後述する故障検知回路３８で機器の故障が検知されて故障検知リレー３９が落下された場合、ウィンドウコンパレータ３５からの交番信号の出力状態に関係なく強制的に列車検知リレー３７は落下される。したがって、列車検知リレー３７の接点が閉じた状態は、列車が検知されていない状態を表し、列車検知リレー３７の接点が解放された状態は、列車が検知されているか、或いは、機器の故障が発生している状態を表している。

【0029】

故障検知回路３８は、増幅器３３で増幅された信号の振幅レベルを基に、地上子１０の照査コイル１１および受信コイル１２の断線、並びに、発振回路２１、整合トランス２２，３１、バンドパスフィルタ３２および増幅器３３の故障が発生しているか否かを検知する。故障の発生を検知した場合、故障検知回路３８は、後段の故障検知リレー３９を落下（非励磁状態、復旧状態）させる。一方、回路や機器の正常状態を検知した場合、故障検知回路３８は、故障検知リレー３９を扛上（励磁状態、動作状態）させる。故障検知回路３８により故障が検知されて故障検知リレー３９が落下されると、前述したように列車検知リレー３７が強制的に落下される。

【0030】

上記のように構成された本実施形態の列車検知装置１では、列車の車上子５から送信される、情報波としてのＡＴＳ－Ｓ信号（１０３ｋＨｚ）および地上子用電力波としてのＡＴＳ－Ｐ信号（２４５ｋＨｚ）に加えて、複数の周波数信号成分を含んだ脱変周式のＡＴＳ信号にも対応した列車検知が行われる。上述したように脱変周式のＡＴＳ信号には、直接拡散方式でスペクトラム拡散されたＡＴＳ信号や、周波数の異なる複数の信号成分が重畳または時分割多重されたＡＴＳ信号などがある。以下では、脱変周式のＡＴＳ信号の概略について図３～図５を参照しながら説明する。

【0031】

直接拡散方式でスペクトラム拡散されたＡＴＳ信号は、図３に示すように、所定のキャリア周波数（例えば、１１５ｋＨｚ等）に対してランダムな符号（ＰＮ符号）を乗算して生成されている。このようにして生成されたＡＴＳ信号は、キャリア周波数を中心にして広い周波数帯域にエネルギーが拡散された信号となる。このため、ペクトラム拡散されたＡＴＳ信号のパワースペクトルにおけるピーク周波数の振幅値は、照査信号やＡＴＳ－Ｓ信号、ＡＴＳ－Ｐ信号と比べて小さくなるものの、拡散された周波数帯域全体のトータルパワーは、ＡＴＳ－Ｓ信号、ＡＴＳ－Ｐ信号と同程度に大きい。

【0032】

上記のようなスペクトラム拡散されたＡＴＳ信号に対して、受信処理部３０は、バンドパスフィルタ３２の通過帯域が該ＡＴＳ信号の周波数帯域を含むように設定されている。このため、ペクトラム拡散されたＡＴＳ信号が地上子１０の受信コイル１２で受信されたときに、受信処理部３０のバンドパスフィルタ３２で抽出される信号成分のトータルパワーは、該ＡＴＳ信号が受信される前の照査信号だけのときと比べて大きく変化する。

【0033】

周波数重畳されたＡＴＳ信号は、図４に示すように、周波数が互いに異なる（図４の例では、１００ｋＨｚ、１１０ｋＨｚ、１２０ｋＨｚ）複数の信号を重畳して生成されている。このようにして生成されたＡＴＳ信号は、振幅が相対的に小さくなるタイミング（図４の下段に示す波形において斜線を施した箇所）が存在している。

【0034】

上記のような周波数重畳されたＡＴＳ信号に対して、受信処理部３０は、バンドパスフィルタ３２の通過帯域が該ＡＴＳ信号の周波数帯域を含むように設定されており、且つ直流化回路３４における整流および平滑化により受信レベルの時間的な変動が平準化されている。このため、周波数重畳されたＡＴＳ信号が地上子１０の受信コイル１２で受信されたときに、受信処理部３０における直流化回路３４の出力電圧は、該ＡＴＳ信号が受信される前の照査信号だけのときと比べて大きく変化する。

【0035】

周波数時分割多重されたＡＴＳ信号は、図５に示すように、周波数が互いに異なる（図５の例では、１３０ｋＨｚ、１０８ｋＨｚ、１２３ｋＨｚ、１０３ｋＨｚ）複数の信号を所定の長さ（例えば、約２００μｓｅｃ等）のタイムスロットに順番に割り当てて生成されている。このとき、各々の周波数の信号の送信レベルは全て同じになるように設定される。このような周波数時分割多重されたＡＴＳ信号についても、前述した周波数重畳されたＡＴＳ信号の場合と同様に、振幅が相対的に小さくなるタイミングが存在するが、直流化回路３４における整流および平滑化により受信レベルの時間的な変動が平準化されるため、直流化回路３４の出力電圧がＡＴＳ信号の受信前後で大きく変化する。

【0036】

次に、本実施形態の列車検知装置１の動作について詳しく説明する。
まず、列車検知装置１の動作を理解する上で有用であるため、従来のＡＴＳ信号を利用した抑圧方式の列車検知装置の概略について図６～図９を参照しながら説明する。

【0037】

図６は、上記抑圧方式の列車検知装置における受信処理部の一例を示すブロック図である。図６において、抑圧方式の列車検知装置では、８の字状に巻かれた受信コイル１０１で受信された照査信号、ＡＴＳ－Ｓ信号およびＡＴＳ－Ｐ信号が、整合トランス（ＭＴ）１０２を介して第１バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１０３に与えられる。第１バンドパスフィルタ１０３は、照査信号、ＡＴＳ－Ｓ信号およびＡＴＳ－Ｐ信号の各周波数を含む通過帯域（例えば、９５ｋＨｚ～２９０ｋＨｚ）を有している。第１バンドパスフィルタ１０３で抽出された受信信号は、増幅器（ＡＭＰ）１０４で増幅された後に、振幅制限回路（ＬＩＭ）１０５に入力される。

【0038】

振幅制限回路１０５には、下限レベルＬｖ１および上限レベルＬｖ２が設定されている。増幅器１０４で増幅された信号の振幅が下限レベルＬｖ１および上限レベルＬｖ２を超えると、振幅制限回路１０５によって該信号の振幅が下限レベルＬｖ１および上限レベルＬｖ２の範囲に制限される。振幅制限回路１０５を通過した信号は、照査信号の周波数に対応した通過帯域（例えば、９５ｋＨｚ～９７ｋＨｚ）を有する第２バンドパスフィルタ（ＢＰＦ２）１０６に入力されて、照査信号の周波数成分が抽出される。

【0039】

第２バンドパスフィルタ１０６で抽出されえた照査信号の周波数成分は、レベル検知回路（ＳＣＨ）１０７に入力される。レベル検知回路１０７では、入力レベルが所定のしきい値Ｌｔｈ以上であるか否かに従って列車の有無が検知され、その検知結果を示す信号がタイマー回路（ＴＩＭ）１０８を介して列車検知リレー（ＭＲ）１０９に与えられる。列車検知リレー１０９は、オフディレー動作するタイマー回路１０８からの出力信号に従って接点の状態が切り換えられる。

【0040】

図７は、抑圧方式における定常時の動作を説明する図である。定常時、抑圧方式の列車検知装置では、図７（Ａ）に示すような波形の照査信号が、地上子の受信コイル１０１から整合トランス１０２を介して第１バンドパスフィルタ１０３に常時入力される。照査信号の周波数（９６ｋＨｚ）は第１バンドパスフィルタ１０３の通過帯域内にあるので、照査信号は第１バンドパスフィルタ１０３を通過して増幅器１０４に与えられる。増幅器１０４では、図７（Ｂ）に示すように照査信号の振幅が増幅されて振幅制限回路１０５に出力される。振幅制限回路１０５に与えられる照査信号の振幅ピークは、図７（Ｃ）に示すように、振幅制限回路１０５の下限レベルＬｖ１近傍および上限レベルＬｖ２近傍に存在している。このため、振幅制限回路１０５に入力された照査信号は実質的に振幅制限されることなく第２バンドパスフィルタ１０６に出力され、第２バンドパスフィルタ１０６を通過してレベル検知回路１０７に与えられる。

【0041】

レベル検知回路１０７では、図７（Ｄ）に示すように、第２バンドパスフィルタ１０６を通過した照査信号の周波数成分の入力レベルがしきい値Ｌｔｈ以上であることが検知され、ハイレベルの出力信号（または交番信号）がタイマー回路１０８に与えられる。レベル検知回路１０７からのハイレベルの出力信号は、照査信号が正常に受信されている「機器故障無し」の状態を表すとともに、列車からのＡＴＳ信号が受信されていない「列車無し」の状態を表している。タイマー回路１０８では、レベル検知回路１０７からのハイレベルの出力信号を受けて、列車検知リレー１０９を扛上させる。

【0042】

図８は、抑圧方式におけるＡＴＳ信号の受信時の動作を説明する図である。上記のような定常時の状態において、列車から送信されるＡＴＳ信号が地上子の受信コイル１０１で受信されると、抑圧方式の列車検知装置では、図８（Ａ）に示すように互いに周波数の異なる照査信号とＡＴＳ信号とが重畳された受信信号が、整合トランス１０２を介して第１バンドパスフィルタ１０３に入力される。なお、図８（Ａ）に示す波形イメージは、照査信号の周波数＞ＡＴＳ信号の周波数として表現されている。

【0043】

照査信号およびＡＴＳ信号の各周波数はいずれも第１バンドパスフィルタ１０３の通過帯域内にあるので、照査信号およびＡＴＳ信号を含む受信信号は第１バンドパスフィルタ１０３を通過して増幅器１０４に与えられる。増幅器１０４では、図８（Ｂ）に示すように照査信号およびＡＴＳ信号を含む受信信号が増幅されて振幅制限回路１０５に出力される。振幅制限回路１０５に与えられた受信信号は、振幅制限回路１０５の下限レベルＬｖ１および上限レベルＬｖ２を超えるような大きな振幅を有しているため、図８（Ｃ）に示すように、振幅制限回路１０５によって受信信号の振幅が下限レベルＬｖ１および上限レベルＬｖ２に制限されて、波形が飽和した信号が生成される。この振幅制限された受信信号には、図８（Ｃ）において斜線を施した一部の範囲にのみ照査信号の周波数成分が存在している。

【0044】

振幅制限回路１０５で振幅制限された受信信号は、第２バンドパスフィルタ１０６で照査信号の周波数成分のみが抽出される。該抽出された照査信号の周波数成分は、振幅制限回路１０５によって存在範囲が縮小されているため信号のレベル（振幅）が低下している。つまり、列車からのＡＴＳ信号を受信したことで照査信号が抑圧される。抑圧された照査信号は、レベル検知回路１０７に入力される。

【0045】

レベル検知回路１０７では、図８（Ｄ）に示すように、第２バンドパスフィルタ１０６で抽出された照査信号の周波数成分の入力レベルがしきい値Ｌｔｈよりも低いことが検知され、ローレベルの出力信号（または出力停止）がタイマー回路１０８に与えられる。レベル検知回路１０７からのローレベルの出力信号は、列車からのＡＴＳ信号が受信されている「列車有り」の状態を表している。なお、断線等の機器故障により照査信号が正常に受信できていない場合にも、レベル検知回路１０７の出力信号はローレベルとなる。レベル検知回路１０７からのローレベルの出力信号を受けたタイマー回路１０８は、ディレー時間の経過を待って列車検知リレー１０９を落下させる。

【0046】

上記のように動作する抑圧方式の列車検知装置では、列車から送信されるＡＴＳ－Ｓ信号（１０３ｋＨｚ）およびＡＴＳ－Ｐ信号（２４５ｋＨｚ）の双方に対応するために、第１バンドパスフィルタ１０３が広帯域化されることで、過渡的なノイズが侵入しやすくなっていた。このため、ＡＴＳ信号を受信していないにも関わらず過渡的なノイズによって照査信号が抑圧された状態が一時的に発生する、或いは、ＡＴＳ信号を受信しているにも関わらず過渡的なノイズによって照査信号が抑圧されていないのと同等な状態が一時的に発生する可能性があった。

【0047】

具体的に、後者の場合について図９を参照しながら説明すると、列車からのＡＴＳ信号の受信中、第２バンドパスフィルタ１０６で抽出される照査信号の周波数成分のレベル（振幅）は抑圧されて低下するため、レベル検知回路１０７の出力信号はローレベルとなる（図９の上側）。このとき、第２バンドパスフィルタ１０６の通過帯域内の周波数を有する過渡的なノイズが侵入すると、抑圧された照査信号とノイズを足し合わせたレベルがレベル検知回路１０７でのしきい値Ｌｔｈ以上になる場合がある。この場合、レベル検知回路１０７の出力信号が一時的にローレベルからハイレベルに変化する。この一時的な変化を受けてタイマー回路１０８のカウンタ値がリセットされるため、本来であればディレー時間の経過後に落下されるはずの列車検知リレー１０９が扛上されたままとなり、列車の誤検知が生じてしまう。

【0048】

また、抑圧方式の列車検知装置において、直接拡散方式でスペクトラム拡散されたＡＴＳ信号が受信されると、上述の図３を参照して説明したように、スペクトラム拡散されたＡＴＳ信号のパワースペクトルにおけるピーク周波数の振幅値がＡＴＳ－Ｓ信号やＡＴＳ－Ｐ信号と比べて小さいため、照査信号が十分に抑圧されない。このため、スペクトラム拡散されたＡＴＳ信号が受信されているにも関わらず、第２バンドパスフィルタ１０６で抽出される照査信号のレベルがレベル検知回路１０７でのしきい値Ｌｔｈ以上となり、列車検知が正しく行われない。

【0049】

さらに、抑圧方式の列車検知装置において、周波数重畳または周波数時分割多重されたＡＴＳ信号が受信されると、上述の図４または図５を参照して説明したように、周波数重畳または周波数時分割多重されたＡＴＳ信号は、振幅が相対的に小さくなるタイミングが存在するため、該タイミングで照査信号が十分に抑圧されない。このため、スペクトラム拡散されたＡＴＳ信号の場合と同様に、周波数重畳または周波数時分割多重されたＡＴＳ信号が受信されているにも関わらず、第２バンドパスフィルタ１０６で抽出される照査信号のレベルがレベル検知回路１０７でのしきい値Ｌｔｈ以上となり、列車検知が正しく行われない。上記のように抑圧方式の列車検知装置は、脱変周式のＡＴＳ信号に非対応である。

【0050】

以上説明したような従来のＡＴＳ信号を利用した抑圧方式の列車検知装置に対して、本実施形態の列車検知装置１では、広帯域化されたバンドパスフィルタ３２を通過して増幅器３３で増幅された受信信号が、直流化回路３４で整流および平滑化された後にウィンドウコンパレータ３５に入力される。このような回路構成の工夫により非抑圧方式で列車を検知するようにしたことによって、過渡的なノイズの影響による列車の誤検知を回避することが可能になるとともに、スペクトラム拡散等の脱変周式のＡＴＳ信号にも対応して列車検知を行うことができる。

【0051】

図１０は、本実施形態の列車検知装置１（非抑圧方式）における定常時の動作を説明する図である。列車検知装置１では、定常時、図１０（Ａ）に示すような波形の照査信号が、地上子１０の受信コイル１２から整合トランス３１を介してバンドパスフィルタ３２に常時入力される。照査信号の周波数（９６ｋＨｚ）はバンドパスフィルタ３２の通過帯域内にあるので、照査信号はバンドパスフィルタ３２を通過して増幅器３３に与えられる。増幅器３３では、図１０（Ｂ）に示すように照査信号の振幅が増幅されて直流化回路３４に出力される。

【0052】

直流化回路３４では、増幅器３３で増幅された照査信号が、図１０（Ｃ）に示すように整流（図示の例では全波整流）および平滑化されて直流電圧に変換される。この直流化された照査信号の電圧レベルは、後段のウィンドウコンパレータ３５の下限しきい値Ｖｔｈ１より大きく且つ上限しきい値Ｖｔｈ２より小さくなっている。このため、直流化回路３４で直流化された照査信号を受けたウィンドウコンパレータ３５では、出力信号として交番信号が生成され、該交番信号がタイマー回路３６に与えられる。タイマー回路３６では、ウィンドウコンパレータ３５からの交番信号を受けて、列車検知リレー３７を扛上させる。

【0053】

図１１は、本実施形態の列車検知装置１（非抑圧方式）におけるＡＴＳ信号の受信時の動作を説明する図である。上記のような定常時の状態において、列車から送信されるＡＴＳ信号が地上子１０の受信コイル１２で受信されると、非抑圧方式の列車検知装置１では、図１１（Ａ）に示すように互いに周波数の異なる照査信号とＡＴＳ信号とが重畳された受信信号が、整合トランス３１を介してバンドパスフィルタ３２に入力される。なお、図１１（Ａ）に示す波形イメージについても、前述した図８（Ａ）と同様に、照査信号の周波数＞ＡＴＳ信号の周波数として表現されている。

【0054】

照査信号およびＡＴＳ信号の各周波数はいずれもバンドパスフィルタ３２の通過帯域内にあるので、照査信号およびＡＴＳ信号を含む受信信号はバンドパスフィルタ３２を通過して増幅器３３に与えられる。増幅器３３では、図１１（Ｂ）に示すように照査信号およびＡＴＳ信号を含む受信信号が増幅されて直流化回路３４に出力される。直流化回路３４では、増幅器３３で増幅された照査信号が、図１１（Ｃ）に示すように全波整流および平滑化されて直流電圧に変換される。

【0055】

直流化回路３４により直流化された照査信号およびＡＴＳ信号を含む受信信号の直流電圧レベルは、ＡＴＳ信号が受信されていない定常時の直流電圧レベルよりも上昇しており、後段のウィンドウコンパレータ３５の上限しきい値Ｖｔｈ２以上になっている。このため、ウィンドウコンパレータ３５では、交番信号の出力が停止される。ウィンドウコンパレータ３５の出力停止により、タイマー回路３６は、ディレー時間の経過を待って列車検知リレー３７を落下させる。

【0056】

上記のように動作する本実施形態の列車検知装置１では、バンドパスフィルタ３２の広帯域化によって過渡的なノイズが侵入しやすくなっていても、直流化回路３４の平滑回路におけるコンデンサの蓄放電を利用した受信信号の平滑化によって、過渡的なノイズが該平滑回路の時定数分吸収される。このため、過渡的なノイズに起因した列車の誤検知を防止することができる。

【0057】

また、本実施形態の列車検知装置１において、直接拡散方式でスペクトラム拡散されたＡＴＳ信号が受信された場合、直流化回路３４の出力電圧レベルはスペクトラム拡散されたＡＴＳ信号の全周波数帯域に亘るトータルパワーに応じて変化する。このため、スペクトラム拡散されたＡＴＳ信号のパワースペクトルにおけるピーク周波数の振幅値がＡＴＳ－Ｓ信号やＡＴＳ－Ｐ信号と比べて小さくても、直流化回路３４の出力電圧レベルは、スペクトラム拡散されたＡＴＳ信号の受信によって上昇して、ウィンドウコンパレータ３５の上限しきい値Ｖｔｈ２を超過するようになる。

【0058】

さらに、本実施形態の列車検知装置１において、周波数重畳または周波数時分割多重されたＡＴＳ信号が受信された場合、直流化回路３４の出力電圧レベルは周波数重畳または周波数時分割多重されたＡＴＳ信号の時間的に平準化されたパワーに応じて変化する。このため、周波数重畳または周波数時分割多重されたＡＴＳ信号の振幅が相対的に小さくなるタイミングが存在しても、直流化回路３４の出力電圧レベルは、周波数重畳または周波数時分割多重されたＡＴＳ信号の受信によって上昇して、ウィンドウコンパレータ３５の上限しきい値Ｖｔｈ２を超過するようになる。

【0059】

したがって、直流化回路３４の出力電圧レベルの変化をウィンドウコンパレータ３５の下限しきい値Ｖｔｈ１および上限しきい値Ｖｔｈ２の範囲で監視することによって、スペクトラム拡散されたＡＴＳ信号や、周波数の異なる複数の信号成分が重畳または時分割多重されたＡＴＳ信号などの脱変周式のＡＴＳ信号に対応した列車検知を行うことが可能になる。このような本実施形態の列車検知装置１における非抑圧方式の列車検知では、列車からのＡＴＳ信号の受信によって、信号レベル（直流化回路３４の出力電圧レベル）が上昇するという特徴がある。一方、従来の抑圧方式の列車検知では、列車からのＡＴＳ信号の受信によって、信号レベル（第２バンドパスフィルタ１０６で抽出される照査信号レベル）が低下するという特徴がある。

【0060】

また、本実施形態の列車検知装置１における非抑圧方式の列車検知では、断線等の機器故障時、直流化回路３４の出力電圧レベルが低下して、ウィンドウコンパレータ３５の下限しきい値Ｖｔｈ１以下となり、列車検知リレー３７が落下、すなわち、接点が解放される。なお、増幅器３３などの故障時に電源電圧の上限で出力電圧レベルが固定になることも考えられるが、その場合、ウィンドウコンパレータ３５の入力電圧レベルは上限しきい値Ｖｔｈ２を超過するため、ＡＴＳ信号の受信時と同様に、列車検知リレー３７を落下させて安全側の状態とすることができる。

【0061】

上記のような列車検知リレー３７が落下された状態に関しては、ＡＴＳ信号の受信による「列車有り」の状態であるか、「機器故障有り」の状態であるかを区別することが困難である。そこで、本実施形態の列車検知装置１では、ウィンドウコンパレータ３５とは別系統で、故障検知回路３８および故障検知リレー３９が設けられている。故障検知回路３８では、増幅器３３で増幅された信号の振幅レベルを基に断線等の機器故障が検知され、故障発生時には故障検知リレー３９が落下される。そして、故障検知リレー３９の落下に連動して列車検知リレー３７が強制的に落下されることで、機器故障時に列車検知リレー３７が確実に安全側の状態となるようにしてフェールセーフ性を高めている。

【0062】

上述したように本実施形態の列車検知装置１では、地上子１０の受信コイル１２による受信信号がバンドパスフィルタ３２で周波数弁別された後に直流化回路３４で直流電圧に変換され、該直流電圧のレベルがウィンドウコンパレータ３５で監視されて、所定範囲内にある場合に「列車無し」が検知される一方、所定範囲外にある場合に「列車有り」が検知される。これにより、過渡的なノイズを受けても確実に列車を検知することができるとともに、脱変周式を含む多様なＡＴＳ信号に対応して列車検知を行うことが可能になる。

【0063】

このような列車検知装置１は、ＡＴＳ信号に含まれる複数の周波数にそれぞれ対応した回路を個別に設ける必要がなく、且つウィンドウコンパレータ３５の出力信号を用いて既存の装置と同様なタイマー回路３６および列車検知リレー３７を動作させることができるので、列車検知装置１の小型化および低コスト化を図ることが可能である。特に、従来の抑圧方式の列車検知において、受信信号から照査信号のみを抽出するために使用されていた狭帯域で高価な第２バンドパスフィルタ１０６が、非抑圧方式の列車検知では不要になるので、列車検知装置１の低コスト化に有効である。

【0064】

また、本実施形態の列車検知装置１では、バンドパスフィルタ３２で抽出された信号が増幅器３３で増幅され、該増幅された信号が直流化回路３４で整流および平滑化される。これにより、地上子１０の受信コイル１２によるＡＴＳ信号の受信レベルがＡＴＳ信号の種類によって低下していても、ＡＴＳ信号の受信によるレベル変化を確実に捉えることができるとともに、過渡的なノイズの侵入を直流化回路３４での整流および平滑化によって簡易に吸収することができる。特に、ＡＴＳ信号の種類による受信レベルの低下に関しては、大きさの異なる０の字状に連続して巻かれた第１および第２コイル部１２Ａ，１２Ｂを有する受信コイル１２を使用すれば、受信レベルの低下を効果的に抑えることができるので、各種ＡＴＳ信号を利用して列車をより確実に検知することが可能になる。

【0065】

さらに、本実施形態の列車検知装置１におけるウィンドウコンパレータ３５は、入力電圧レベルが下限しきい値Ｖｔｈ１より大きく且つ上限しきい値Ｖｔｈ２より小さい場合に交番信号を出力し、列車検知リレー３７は、ウィンドウコンパレータ３５から交番信号が出力されている間、接点が閉じた状態となる一方、ウィンドウコンパレータから交番信号が出力されなくなるとディレー時間の経過を待って接点が解放された状態となる。このようにウィンドウコンパレータ３５および列車検知リレー３７が構成されていることによって、ＡＴＳ信号が受信されていな定常時には、列車検知リレー３７を確実に扛上させることができるとともに、ＡＴＳ信号の受信時または機器故障の発生時には、列車検知リレー３７を確実に落下させて安全側の状態にすることができ、列車検知装置１のフェールセーフ性を高めることが可能になる。特に、ウィンドウコンパレータ３５とは別系統で、故障検知回路３８および故障検知リレー３９を設け、故障検知リレー３９の落下に連動して列車検知リレー３７が強制的に落下されるようにすれば、列車検知装置１のフェールセーフ性を更に高めることができるのと同時に、列車検知装置１の保守作業の効率化を図ることも可能になる。

【0066】

加えて、本実施形態の列車検知装置１では、地上子１０がＡＴＳ－Ｓ信号、ＡＴＳ－Ｐ信号および脱変周式のＡＴＳ信号を受信可能に構成されていることによって、多くの列車に設置されているＡＴＳ車上装置に対応して非抑圧方式で列車検知を行うことができるので、汎用性の高い列車検知装置１を実現することが可能になる。

【0067】

上記のような本実施形態の列車検知装置１が踏切バックアップ装置に使用されるようにすれば、踏切道に接近する列車および／または踏切道を通過した列車を、脱変周式を含む多様なＡＴＳ信号を利用して確実に検知することができるようになる。これにより、踏切保安装置の自動制御がより正確に行われるようになるので、踏切道の安全性を高めることが可能になる。

【0068】

以上、本発明の実施形態について述べたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、踏切用列車検知装置（踏切バックアップ装置）の一例について説明したが、踏切以外の場所に本発明の列車検知装置を適用して列車検知を行うことも勿論可能である。

【0069】

また、上述した実施形態では、ウィンドウコンパレータ３５とは別系統で、故障検知回路３８および故障検知リレー３９が設けられる構成例を説明したが、故障検知回路３８および故障検知リレー３９を省略して、ウィンドウコンパレータ３５による直流電圧レベルの監視だけで故障検知を行うようにしてもよい。

【符号の説明】

【0070】

１…列車検知装置、１０…地上子、１１…照査コイル、１２…受信コイル、２０…送信処理部、２１…発振回路、２２，３１…整合トランス、３０…受信処理部、３２…バンドパスフィルタ、３３…増幅器、３４…直流化回路、３５…ウィンドウコンパレータ、３６…タイマー回路、３７…列車検知リレー、３８…故障検知回路、３９…故障検知リレー、５…車上子、５Ａ，５Ｂ…送信コイル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】