(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-18
(45)【発行日】2023-12-26
(54)【発明の名称】車上システム及び車上子
(51)【国際特許分類】
B60L 15/40 20060101AFI20231219BHJP
B61L 3/12 20060101ALI20231219BHJP
【ＦＩ】
B60L15/40 A
B61L3/12 G
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2020178536
(22)【出願日】2020-10-26
(65)【公開番号】P2022069730
(43)【公開日】2022-05-12
【審査請求日】2023-06-22
(73)【特許権者】
【識別番号】000001292
【氏名又は名称】株式会社京三製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100124682
【弁理士】
【氏名又は名称】黒田 泰
(74)【代理人】
【識別番号】100104710
【弁理士】
【氏名又は名称】竹腰 昇
(74)【代理人】
【識別番号】100090479
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 一
(72)【発明者】
【氏名】關 淳史
【審査官】清水 康
(56)【参考文献】
【文献】特開２００２－２６４８１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】韓国公開特許第１０－２０１６－００１５５１４（ＫＲ，Ａ）
【文献】実開平０６－０７８１４６（ＪＰ，Ｕ）
【文献】実開平０６－０３１３０５（ＪＰ，Ｕ）
【文献】韓国登録特許第１０－１９１２８６３（ＫＲ，Ｂ１）
【文献】特開２０１４－００４９９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１６－５０４８９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－２１４１５２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ６０Ｌ １５／４０
Ｂ６１Ｌ １／００ － ９９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
所定の送信信号を送信する送信アンテナと、所定の共振回路を有する地上子に接近した場合に所与の共振周波数の信号が誘起される受信アンテナとを有する車上子と、前記受信アンテナの受信信号に基づいて前記地上子を検出する車上装置とを具備する車上システムであって、前記送信アンテナは、２つのループ部を車両走行方向に沿って前後となる位置に有する８の字形状のループコイルであり、
前記車上子は、前記送信アンテナと前記受信アンテナとを、平面視において重なる位置であって、前記８の字形状のループコイルの電線交差部と前記受信アンテナの中心とがずれた位置に有し、
前記車上装置は、
前記受信信号の振幅周波数特性を解析して、前記共振周波数に対応する振幅である共振周波数振幅を算出する算出手段と、
前記共振周波数振幅の時系列変化が所定の振幅変化条件を満たすかを判定することで、前記地上子を検出する地上子検出手段と、
を備える、
車上システム。
【請求項2】
所定の送信信号を送信する送信アンテナと、所定の共振回路を有する地上子に接近した場合に所与の共振周波数の信号が誘起される受信アンテナとを有する車上子と、前記受信アンテナの受信信号に基づいて前記地上子を検出する車上装置とを具備する車上システムであって、前記送信アンテナは、２つのループ部を車両走行方向に沿って前後となる位置に有する８の字形状のループコイルであり、
前記車上子は、前記送信アンテナと前記受信アンテナとを、平面視において重なる位置であって、前記８の字形状のループコイルの電線交差部と前記受信アンテナの中心とがずれた位置に有し、
前記車上装置は、
前記受信信号の位相周波数特性を解析して、前記共振周波数に対応する位相である共振周波数位相を算出する算出手段と、
前記共振周波数位相の時系列変化が所定の位相変化条件を満たすかを判定することで、前記地上子を検出する地上子検出手段と、
を備える、
車上システム。
【請求項3】
前記算出手段は、更に、前記受信信号の位相周波数特性を解析して、前記共振周波数に対応する位相である共振周波数位相を算出し、前記地上子検出手段は、前記共振周波数振幅の時系列変化が前記振幅変化条件を満たし、且つ、前記共振周波数位相の時系列変化が所定の位相変化条件を満たした場合に、前記地上子を検出したと判定する、
請求項１に記載の車上システム。
【請求項4】
前記振幅変化条件は、前記共振周波数振幅が所定の高振幅条件を満たした後に所定の低振幅条件を満たし、その後に再度前記高振幅条件を満たすこと、を少なくとも含む、請求項１又は３に記載の車上システム。
【請求項5】
前記位相変化条件は、前記共振周波数位相が、所定の進み位相角条件及び所定の遅れ位相角条件のうちの一方の位相角条件を満たした後に当該一方の位相角条件を満たさなくなり、その後に他方の位相角条件を満たすこと、を少なくとも含む、請求項２又は３に記載の車上システム。
【請求項6】
前記地上子検出手段は、１）前記共振周波数振幅が所定の高振幅条件を満たし、且つ、前記共振周波数位相が、所定の進み位相角条件及び所定の遅れ位相角条件のうちの一方の位相角条件を満たすこと、
２）前記共振周波数振幅が所定の低振幅条件を満たし、且つ、前記共振周波数位相が前記当該一方の位相角条件を満たさなくなること、
３）前記共振周波数振幅が前記高振幅条件を満たし、且つ、前記共振周波数位相が、前記進み位相角条件及び前記遅れ位相角条件のうちの他方の位相角条件を満たすこと、
を順に達成した場合に、前記振幅変化条件及び前記位相変化条件を満たしたとして前記地上子を検出したと判定する、
請求項３に記載の車上システム。
【請求項7】
所定の送信信号を送信する送信アンテナと、所定の共振回路を有する地上子に接近した場合に所与の共振周波数の信号が誘起される受信アンテナとを有する車上子と、前記受信アンテナの受信信号に基づいて前記地上子を検出する車上装置とを具備する車上システムに用いられる前記車上子であって、前記車上装置は、前記受信信号の振幅周波数特性を解析して、前記共振周波数に対応する振幅である共振周波数振幅を算出する算出手段と、前記共振周波数振幅の時系列変化が所定の振幅変化条件を満たすかを判定することで、前記地上子を検出する地上子検出手段とを有しており、
前記送信アンテナは、２つのループ部を車両走行方向に沿って前後となる位置に有する８の字形状のループコイルであり、
前記送信アンテナと前記受信アンテナとが、平面視において重なる位置であって、前記８の字形状のループコイルの電線交差部と前記受信アンテナの中心とがずれた位置にある、
車上子。
【請求項8】
所定の送信信号を送信する送信アンテナと、所定の共振回路を有する地上子に接近した場合に所与の共振周波数の信号が誘起される受信アンテナとを有する車上子と、前記受信アンテナの受信信号に基づいて前記地上子を検出する車上装置とを具備する車上システムに用いられる前記車上子であって、前記車上装置は、前記受信信号の位相周波数特性を解析して、前記共振周波数に対応する位相である共振周波数位相を算出する算出手段と、前記共振周波数位相の時系列変化が所定の位相変化条件を満たすかを判定することで、前記地上子を検出する地上子検出手段と、を有しており、
前記送信アンテナは、２つのループ部を車両走行方向に沿って前後となる位置に有する８の字形状のループコイルであり、
前記送信アンテナと前記受信アンテナとが、平面視において重なる位置であって、前記８の字形状のループコイルの電線交差部と前記受信アンテナの中心とがずれた位置にある、
車上子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、地上子を検出する車上システム等に関する。
【背景技術】
【0002】
自動列車停止装置（ＡＴＳ：Automatic Train Stop装置）は、車上側において地上子を検出して列車制御を行う装置である。ＡＴＳ装置は、おおまかに、変周式及びトランスポンダ式の２種類に分類される。変周式ＡＴＳ装置は、車上子から所定の周波数の信号を送信し、車上子が地上子と電磁結合したときにこの送信周波数が地上子の共振周波数に変周される現象を利用して地上子を検出する。変周式ＡＴＳ装置には、地上子がとり得る複数の共振周波数でなる合成波信号を用いることで同時に複数の共振周波数を検出可能とし、地上から取得する情報量を増やした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第４７２３３８２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ＡＴＳ装置は、き電や車両機器等からの多くの電磁ノイズに曝されている環境の中で確実に地上子を検出することが求められている。変周式ＡＴＳ装置の車上装置における地上子の検出は、通常、受信信号の周波数スペクトルにおけるピークを検出することで行っている。
【0005】
複数の共振周波数の合成波信号を利用するＡＴＳ装置の場合、１つの共振周波数当たりの出力パワーが弱くなることから、周波数スペクトルにおけるピークが、地上子との電磁結合によるものか受信信号に混入したノイズによるものかの判別が難しく、地上子検出の信頼性が低くなるという問題があった。合成波信号の出力パワーを増加させる方策も考えられるが、装置が大型化すること、近年求められている省エネに対して逆行すること等の理由から、好ましい方策ではない。
【0006】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、地上子の検出の信頼性を高めることができる新たな技術を提案すること、である。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するための第１の発明は、
所定の送信信号を送信する送信アンテナと、所定の共振回路を有する地上子に接近した場合に所与の共振周波数の信号が誘起される受信アンテナとを有する車上子と、前記受信アンテナの受信信号に基づいて前記地上子を検出する車上装置とを具備する車上システムであって、
前記送信アンテナは、２つのループ部を車両走行方向に沿って前後となる位置に有する８の字形状のループコイルであり、
前記車上子は、前記送信アンテナと前記受信アンテナとを、平面視において重なる位置であって、前記８の字形状のループコイルの電線交差部と前記受信アンテナの中心とがずれた位置に有し、
前記車上装置は、
前記受信信号の振幅周波数特性を解析して、前記共振周波数に対応する振幅である共振周波数振幅を算出する算出手段（例えば、図１の算出部２００）と、
前記共振周波数振幅の時系列変化が所定の振幅変化条件を満たすかを判定することで、前記地上子を検出する地上子検出手段（例えば、図１の地上子検出部２０８）と、
を備える、
車上システムである。
所定の送信信号を送信する送信アンテナと、所定の共振回路を有する地上子に接近した場合に所与の共振周波数の信号が誘起される受信アンテナとを有する車上子と、前記受信アンテナの受信信号に基づいて前記地上子を検出する車上装置とを具備する車上システムであって、
前記送信アンテナは、２つのループ部を車両走行方向に沿って前後となる位置に有する８の字形状のループコイルであり、
前記車上子は、前記送信アンテナと前記受信アンテナとを、平面視において重なる位置であって、前記８の字形状のループコイルの電線交差部と前記受信アンテナの中心とがずれた位置に有し、
前記車上装置は、
前記受信信号の振幅周波数特性を解析して、前記共振周波数に対応する振幅である共振周波数振幅を算出する算出手段（例えば、図１の算出部２００）と、
前記共振周波数振幅の時系列変化が所定の振幅変化条件を満たすかを判定することで、前記地上子を検出する地上子検出手段（例えば、図１の地上子検出部２０８）と、
を備える、
車上システムである。
【0008】
他の発明として、
所定の送信信号を送信する送信アンテナと、所定の共振回路を有する地上子に接近した場合に所与の共振周波数の信号が誘起される受信アンテナとを有する車上子と、前記受信アンテナの受信信号に基づいて前記地上子を検出する車上装置とを具備する車上システムに用いられる前記車上子であって、
前記車上装置は、前記受信信号の振幅周波数特性を解析して、前記共振周波数に対応する振幅である共振周波数振幅を算出する算出手段（例えば、図１の算出部２００）と、前記共振周波数振幅の時系列変化が所定の振幅変化条件を満たすかを判定することで、前記地上子を検出する地上子検出手段（例えば、図１の地上子検出部２０８）とを有しており、
前記送信アンテナは、２つのループ部を車両走行方向に沿って前後となる位置に有する８の字形状のループコイルであり、
前記送信アンテナと前記受信アンテナとが、平面視において重なる位置であって、前記８の字形状のループコイルの電線交差部と前記受信アンテナの中心とがずれた位置にある、
車上子を構成してもよい。
所定の送信信号を送信する送信アンテナと、所定の共振回路を有する地上子に接近した場合に所与の共振周波数の信号が誘起される受信アンテナとを有する車上子と、前記受信アンテナの受信信号に基づいて前記地上子を検出する車上装置とを具備する車上システムに用いられる前記車上子であって、
前記車上装置は、前記受信信号の振幅周波数特性を解析して、前記共振周波数に対応する振幅である共振周波数振幅を算出する算出手段（例えば、図１の算出部２００）と、前記共振周波数振幅の時系列変化が所定の振幅変化条件を満たすかを判定することで、前記地上子を検出する地上子検出手段（例えば、図１の地上子検出部２０８）とを有しており、
前記送信アンテナは、２つのループ部を車両走行方向に沿って前後となる位置に有する８の字形状のループコイルであり、
前記送信アンテナと前記受信アンテナとが、平面視において重なる位置であって、前記８の字形状のループコイルの電線交差部と前記受信アンテナの中心とがずれた位置にある、
車上子を構成してもよい。
【0009】
第１の発明等によれば、車上子の送信アンテナを８の字形状のループコイルとしその２つのループ部を車両走行方向に沿って前後となる位置とすることができる。このようにすることで、列車が地上子を通過するときの共振周波数振幅の時系列変化が、地上子への接近に伴って増加し、地上子と最接近した位置の付近で一旦減少した後に再度増加し、その後地上子から離れるに伴って減少するといった特徴的な変化となる。この変化は、ノイズが混入した受信信号を受信したときの共振周波数振幅の時系列変化とは大きく異なる。第１の発明等によれば、共振周波数振幅の時系列変化が、このような特徴的な変化をしたとみなせる振幅変化条件を満たしたかを判定することで、地上子を確実に検出してその信頼性を高めることができる。
【0010】
第２の発明は、
所定の送信信号を送信する送信アンテナと、所定の共振回路を有する地上子に接近した場合に所与の共振周波数の信号が誘起される受信アンテナとを有する車上子と、前記受信アンテナの受信信号に基づいて前記地上子を検出する車上装置とを具備する車上システムであって、
前記送信アンテナは、２つのループ部を車両走行方向に沿って前後となる位置に有する８の字形状のループコイルであり、
前記車上子は、前記送信アンテナと前記受信アンテナとを、平面視において重なる位置であって、前記８の字形状のループコイルの電線交差部と前記受信アンテナの中心とがずれた位置に有し、
前記車上装置は、
前記受信信号の位相周波数特性を解析して、前記共振周波数に対応する位相である共振周波数位相を算出する算出手段（例えば、図１の算出部２００）と、
前記共振周波数位相の時系列変化が所定の位相変化条件を満たすかを判定することで、前記地上子を検出する地上子検出手段（例えば、図１の地上子検出部２０８）と、
を備える、
車上システムである。
所定の送信信号を送信する送信アンテナと、所定の共振回路を有する地上子に接近した場合に所与の共振周波数の信号が誘起される受信アンテナとを有する車上子と、前記受信アンテナの受信信号に基づいて前記地上子を検出する車上装置とを具備する車上システムであって、
前記送信アンテナは、２つのループ部を車両走行方向に沿って前後となる位置に有する８の字形状のループコイルであり、
前記車上子は、前記送信アンテナと前記受信アンテナとを、平面視において重なる位置であって、前記８の字形状のループコイルの電線交差部と前記受信アンテナの中心とがずれた位置に有し、
前記車上装置は、
前記受信信号の位相周波数特性を解析して、前記共振周波数に対応する位相である共振周波数位相を算出する算出手段（例えば、図１の算出部２００）と、
前記共振周波数位相の時系列変化が所定の位相変化条件を満たすかを判定することで、前記地上子を検出する地上子検出手段（例えば、図１の地上子検出部２０８）と、
を備える、
車上システムである。
【0011】
他の発明として、
所定の送信信号を送信する送信アンテナと、所定の共振回路を有する地上子に接近した場合に所与の共振周波数の信号が誘起される受信アンテナとを有する車上子と、前記受信アンテナの受信信号に基づいて前記地上子を検出する車上装置とを具備する車上システムに用いられる前記車上子であって、
前記車上装置は、前記受信信号の位相周波数特性を解析して、前記共振周波数に対応する位相である共振周波数位相を算出する算出手段（例えば、図１の算出部２００）と、前記共振周波数位相の時系列変化が所定の位相変化条件を満たすかを判定することで、前記地上子を検出する地上子検出手段（例えば、図１の地上子検出部２０８）と、を有しており、
前記送信アンテナは、２つのループ部を車両走行方向に沿って前後となる位置に有する８の字形状のループコイルであり、
前記送信アンテナと前記受信アンテナとが、平面視において重なる位置であって、前記８の字形状のループコイルの電線交差部と前記受信アンテナの中心とがずれた位置にある、
車上子を構成してもよい。
所定の送信信号を送信する送信アンテナと、所定の共振回路を有する地上子に接近した場合に所与の共振周波数の信号が誘起される受信アンテナとを有する車上子と、前記受信アンテナの受信信号に基づいて前記地上子を検出する車上装置とを具備する車上システムに用いられる前記車上子であって、
前記車上装置は、前記受信信号の位相周波数特性を解析して、前記共振周波数に対応する位相である共振周波数位相を算出する算出手段（例えば、図１の算出部２００）と、前記共振周波数位相の時系列変化が所定の位相変化条件を満たすかを判定することで、前記地上子を検出する地上子検出手段（例えば、図１の地上子検出部２０８）と、を有しており、
前記送信アンテナは、２つのループ部を車両走行方向に沿って前後となる位置に有する８の字形状のループコイルであり、
前記送信アンテナと前記受信アンテナとが、平面視において重なる位置であって、前記８の字形状のループコイルの電線交差部と前記受信アンテナの中心とがずれた位置にある、
車上子を構成してもよい。
【0012】
第２の発明等によれば、車上子の送信アンテナを８の字形状のループコイルとしその２つのループ部を車両走行方向に沿って前後となる位置とすることができる。このようにすることで、列車が地上子を通過するときの共振周波数位相の時系列変化が、地上子への接近に伴って増加或いは減少し、地上子と最接近した位置の付近で減少或いは増加に転じてその正負が逆転し、その後地上子から離れるに伴って減少或いは増加するといった特徴的な変化をする。この変化は、ノイズが混入した受信信号を受信したときの共振周波数位相の時系列変化とは大きく異なる。第２の発明等によれば、共振周波数位相の時系列変化が、このような変化をしたとみなせる位相変化条件を満たしたかを判定することで、地上子を確実に検出してその信頼性を高めることができる。
【0013】
第３の発明は、第１の発明において、
前記算出手段は、更に、前記受信信号の位相周波数特性を解析して、前記共振周波数に対応する位相である共振周波数位相を算出し、
前記地上子検出手段は、前記共振周波数振幅の時系列変化が前記振幅変化条件を満たし、且つ、前記共振周波数位相の時系列変化が所定の位相変化条件を満たした場合に、前記地上子を検出したと判定する、
車上システムである。
前記算出手段は、更に、前記受信信号の位相周波数特性を解析して、前記共振周波数に対応する位相である共振周波数位相を算出し、
前記地上子検出手段は、前記共振周波数振幅の時系列変化が前記振幅変化条件を満たし、且つ、前記共振周波数位相の時系列変化が所定の位相変化条件を満たした場合に、前記地上子を検出したと判定する、
車上システムである。
【0014】
第３の発明によれば、第２の発明と同様の作用効果を奏する車上システムを実現することができる。すなわち、第１の発明の作用効果に加えて、地上子をより確実に検出してその信頼性を更に高めることができる。
【0015】
第４の発明は、第１又は第３の発明において、
前記振幅変化条件は、前記共振周波数振幅が所定の高振幅条件を満たした後に所定の低振幅条件を満たし、その後に再度前記高振幅条件を満たすこと、を少なくとも含む、
車上システムである。
前記振幅変化条件は、前記共振周波数振幅が所定の高振幅条件を満たした後に所定の低振幅条件を満たし、その後に再度前記高振幅条件を満たすこと、を少なくとも含む、
車上システムである。
【0016】
第４の発明によれば、振幅変化条件を、地上子への接近に伴って増加することとなる共振周波数振幅が高振幅条件を満たした後、地上子との最接近位置の付近で一旦減少することとなる低振幅条件を満たし、その後の地上子との最接近位置の通過後に再度増加することとなる高振幅条件を満たすこと、とすることができる。これにより、列車が地上子を通過するときの特徴的な共振周波数振幅の時系列変化が発生したかを判定することができる。
【0017】
第５の発明は、第２又は第３の発明において、
前記位相変化条件は、前記共振周波数位相が、所定の進み位相角条件及び所定の遅れ位相角条件のうちの一方の位相角条件を満たした後に当該一方の位相角条件を満たさなくなり、その後に他方の位相角条件を満たすこと、を少なくとも含む、
車上システムである。
前記位相変化条件は、前記共振周波数位相が、所定の進み位相角条件及び所定の遅れ位相角条件のうちの一方の位相角条件を満たした後に当該一方の位相角条件を満たさなくなり、その後に他方の位相角条件を満たすこと、を少なくとも含む、
車上システムである。
【0018】
第５の発明によれば、列車が地上子を通過するときの共振周波数位相の時系列変化が、地上子との最接近位置の前後で位相の正負（進み／遅れ)が逆転することを利用した地上子の検出技術を実現できる。すなわち、位相変化条件を、地上子への接近に伴って、車上子が地上子と電磁結合していない状態での共振周波数位相に対して位相が進んでいるとみなせる進み位相角条件、及び、位相が遅れているとみなせる遅れ位相角条件、のうちの一方の位相角条件を満たした後に、地上子との最接近位置付近で共振周波数位相の正負（進み／遅れ）の逆転に伴って当該一方の位相角条件を満たさなくなった後に他方の位相角条件を満たす、とすることで、列車が地上子を通過するときの特徴的な共振周波数位相の時系列変化をしたかを判定することで、地上子を検出する確度を向上させることができる。
【0019】
第６の発明は、第３の発明において、
前記地上子検出手段は、
１）前記共振周波数振幅が所定の高振幅条件を満たし、且つ、前記共振周波数位相が、所定の進み位相角条件及び所定の遅れ位相角条件のうちの一方の位相角条件を満たすこと、
２）前記共振周波数振幅が所定の低振幅条件を満たし、且つ、前記共振周波数位相が前記当該一方の位相角条件を満たさなくなること、
３）前記共振周波数振幅が前記高振幅条件を満たし、且つ、前記共振周波数位相が、前記進み位相角条件及び前記遅れ位相角条件のうちの他方の位相角条件を満たすこと、
を順に達成した場合に、前記振幅変化条件及び前記位相変化条件を満たしたとして前記地上子を検出したと判定する、
車上システムである。
前記地上子検出手段は、
１）前記共振周波数振幅が所定の高振幅条件を満たし、且つ、前記共振周波数位相が、所定の進み位相角条件及び所定の遅れ位相角条件のうちの一方の位相角条件を満たすこと、
２）前記共振周波数振幅が所定の低振幅条件を満たし、且つ、前記共振周波数位相が前記当該一方の位相角条件を満たさなくなること、
３）前記共振周波数振幅が前記高振幅条件を満たし、且つ、前記共振周波数位相が、前記進み位相角条件及び前記遅れ位相角条件のうちの他方の位相角条件を満たすこと、
を順に達成した場合に、前記振幅変化条件及び前記位相変化条件を満たしたとして前記地上子を検出したと判定する、
車上システムである。
【0020】
第６の発明によれば、振幅変化条件及び位相変化条件を満たしたかの具体的な判定として、地上子へ接近しているとみなす条件、地上子への最接近位置付近であるとみなす条件、地上子から離れているとみなす条件、を順に達成したかを判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】車上システムの構成図。
【図2】車上子の構成図。
【図3】受信信号の振幅周波数特性の概略を示す図。
【図4】受信信号の位相周波数特性の概略を示す図。
【図5】振幅周波数及び位相周波数特性の時系列変化の概略を示す図。
【図6】判定条件テーブルの一例。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態の一例について説明する。なお、以下に説明する実施形態によって本発明が限定されるものではなく、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限定されるものでもない。また、図面の記載において、同一要素には同一符号を付す。
【0023】
図１は、本実施形態の車上システム１０の構成を示すブロック図である。この車上システム１０は、列車に搭載される変周式ＡＴＳ装置の車上側の装置であり、地上子５０に接近したときに車上子２０での受信信号に基づいて地上子５０を検出する。地上子５０は、所定の共振周波数で共振する共振回路を有する。この共振回路を構成するインダクタＬやコンデンサＣを切り替えることで、地上子５０の共振周波数を切り替えることができる。これらの共振周波数それぞれには、列車制御情報（停止現示や進行現示等）が対応付けて定められている。
【0024】
車上子２０は、送信信号を送信する送信アンテナ２２と、地上子５０に接近したときに所定の共振周波数の信号が誘起される受信アンテナ２４とを有する。
【0025】
図２は、車上子２０の構成を示す平面図である。図２中、縦方向を列車走行方向（車両走行方向）としている。図２に示すように、送信アンテナ２２は、電線交差部２３で通流方向が逆向きとなるように２つのループ部を交差させて接続した８の字形状のループコイルである。受信アンテナ２４は、長方形形状のループコイルである。平面視において、送信アンテナ２２の２つのループ部が列車走行方向に沿って前後の向きとなり、且つ、送信アンテナ２２の電線交差部２３と受信アンテナ２４の中心２５とがずれた位置となるように、送信アンテナ２２と受信アンテナ２４とが重ねて配置されている。送信アンテナ２２の電線交差部２３と受信アンテナ２４の中心２５とが平面視においてずれて配置されることで、送信アンテナ２２及び受信アンテナ２４が互いに弱く電磁結合した状態となる。なお、平面視における送信アンテナ２２の電線交差部２３と受信アンテナ２４の中心２５とのずれの方向は何れの方向でもよいが、図２に例示するように、列車走行方向に沿ってずれた位置、或いは、列車走行方向の逆向きの方向（後ろ向きの方向）となるような配置が好適である。なお、列車走行方向に交差する方向にずれた位置であってもよい。
【0026】
車上装置３０は、機能部として、送信波生成部１００と、算出部２００と、地上子検出部２０８とを備えるとともに、データとして、判定条件テーブル２１０を記憶している。
【0027】
送信波生成部１００は、複数の共振周波数それぞれに対応した周波数の信号を合成（重畳）した合成波信号を生成し、生成した合成波信号を車上子２０の送信アンテナ２２に出力する。レールに沿って離散的に配置される地上子５０は、その配置位置に応じた列車制御情報を識別するための共振周波数となるように、地上子５０が選別されて配置されている。送信波生成部１００は、これら全ての地上子５０の共振周波数に対して変周可能な周波数帯域となる広い周波数帯域の信号を、合成波信号として生成する。なお、合成波信号ではなく、一又は複数の共振周波数が変周可能な狭い周波数帯域の信号を、時分割で周波数帯域を切り替えながら送信する形態としてもよい。
【0028】
送信アンテナ２２と受信アンテナ２４とは弱く電磁結合している状態であるから、列車が地上子５０に接近していないときは、受信アンテナ２４には、送信アンテナ２２が送信する信号の周波数成分に応じた信号が誘起され、送信信号の一部が受信信号として受信される。そして、列車が地上子５０に接近して車上子２０が地上子５０と電磁結合すると、地上子５０の共振周波数に応じた周波数の信号が受信アンテナ２４に誘起されて受信信号として受信される。
【0029】
算出部２００は、ＦＦＴ部２０２と、共振周波数振幅算出部２０４と、共振周波数位相算出部２０６とを有する。ＦＦＴ部２０２は、受信アンテナ２４で受信された受信信号に対するＦＦＴ（Fast Fourier Transform）演算処理を行う。共振周波数振幅算出部２０４は、ＦＦＴ部２０２によるＦＦＴ演算処理の結果に基づき、受信信号の振幅（レベル）についての周波数特性である振幅周波数特性を解析して、共振周波数に対応する受信信号成分の振幅である共振周波数振幅を算出する。共振周波数位相算出部２０６は、ＦＦＴ部２０２によるＦＦＴ演算処理の結果に基づき、受信信号の位相についての周波数特性である位相周波数特性を解析して、共振周波数に対応する受信信号成分の位相である共振周波数位相を算出する。
【0030】
地上子検出部２０８は、共振周波数振幅算出部２０４により算出された共振周波数振幅及び共振周波数位相算出部２０６により算出された共振周波数位相に基づいて、地上子５０を検出したかを判定する。すなわち、共振周波数振幅の時系列変化が所定の振幅変化条件を満たし、且つ、共振周波数位相の時系列変化が所定の位相変化条件を満たした場合に、地上子５０を検出したと判定する。
【0031】
地上子検出部２０８による地上子５０の検出について、詳細に説明する。先ず、図３は、列車が地上子５０に接近して車上子２０と地上子５０とが電磁結合している状態における受信信号の振幅周波数特性の概略を示す図である。横軸は周波数ｆ、縦軸は振幅Ｖである。図３に示すように、車上子２０が地上子５０と電磁結合している状態における受信信号の振幅周波数特性では、地上子５０の共振周波数ｆ０において振幅Ｖが最大（ピーク）となる。そして、この共振周波数ｆ０における最大振幅Ｖ０から３ｄＢ小さい振幅（＝Ｖ０／√２）での周波数（遮断周波数）ｆｄ１，ｆｄ２から、次式（１）で示すようにＱ値が求められる。
Ｑ＝ｆ０／（ｆｄ２－ｆｄ１） ・・（１）
Ｑ＝ｆ０／（ｆｄ２－ｆｄ１） ・・（１）
【0032】
なお、ＦＦＴ部２０２が行うＦＦＴ演算処理は離散フーリエ変換である。また、受信信号のサンプリング間隔等の影響もあるため、ＦＦＴ演算処理の結果から得られる周波数特性は、図３では切れ目の無い滑らかなグラフとして示しているが、実際は周波数分解能ｆＲに応じた離散値となる。共振周波数振幅算出部２０４は、ＦＦＴ部２０２によるＦＦＴ演算処理の結果に基づき、この離散値に係る振幅Ｖを求め、共振周波数ｆ０における振幅Ｖ０（以下、「共振周波数振幅Ｖ０」という）を算出する。
【0033】
図４は、車上子２０と地上子５０とが電磁結合している状態における受信信号の位相周波数特性の概略を示す図である。横軸は周波数ｆ、縦軸は位相θである。図４に示すように、車上子２０が地上子５０と電磁結合している状態における受信信号の位相周波数特性は、地上子５０の共振周波数ｆ０の前後で位相θが１８０度変化する曲線となる。この位相周波数特性を表す曲線は、共振周波数ｆ０において接線の傾き（位相θの変化率を表す）が最大となり、共振周波数ｆ０の位相に対して遮断周波数ｆｄ１，ｆｄ２における位相が±４５°となる。なお、この位相周波数特性についても、振幅周波数特性と同様に、ＦＦＴ演算処理の結果から求められる位相周波数特性は離散値となる。共振周波数位相算出部２０６は、ＦＦＴ部２０２によるＦＦＴ演算処理の結果に基づき、この離散値に係る位相θを求め、共振周波数ｆ０における位相θ０（以下、適宜「共振周波数位相θ０」という）を算出する。
【0034】
地上子検出部２０８は、このように算出された共振周波数振幅の時系列変化及び共振周波数位相の時系列変化に基づき、地上子５０を検出したかを判定する。受信信号の振幅周波数特性（図３参照）及び位相周波数特性（図４参照）は、車上子２０と地上子５０との相対的な位置関係によって決まるが、車上子２０と地上子５０との相対的な位置関係は、列車の走行に伴って変化する。つまり、共振周波数振幅及び共振周波数位相は、列車の走行に伴って変化する。このことから、以下では、列車の走行に伴う車上子２０の地上子５０に対する相対的な位置の変化を、時間経過に伴う変化（時系列変化）とみなして説明する。
【0035】
図５は、列車が地上子５０を通過するときの共振周波数振幅及び共振周波数位相の時系列変化の概略を示す図である。図５において、上側に共振周波数振幅の時系列変化を示し、下側に共振周波数位相の時系列変化を示している。何れも横軸は共通であり、車上子位置である。車上子位置は、列車の走行方向に沿った車上子２０の位置であり、車上子２０が地上子５０と最接近したときの車上子２０の位置を最接近位置としている。また、比較のため、概形が本実施形態の送信アンテナ２２である８の字形状のループコイルとほぼ同じ大きさの長方形形状のループコイル（以下、「比較用アンテナ」という）を送信アンテナとして用いたときの共振周波数振幅の時系列変化及び共振周波数位相の時系列変化を、太い点線で併せて示している。
【0036】
共振周波数振幅の時系列変化についてみると、車上子２０が地上子５０と電磁結合していない状態での共振周波数振幅Ｖ０をゼロ（０）とすると、地上子５０を通過するときの共振周波数振幅は、地上子５０への接近に伴ってゼロから徐々に増加して第１のピークに達した後に減少に転じる第１のピーク波形を形成し、最接近位置付近で一旦ゼロまで減少した後、再度増加し第２のピークに達した後に地上子５０から離れるに伴って徐々に減少してゼロになる第２のピーク波形を形成する、ように変化する。つまり、地上子５０を通過するときの共振周波数振幅の時系列変化のグラフは、最接近位置の前後で左右に反転させたような２つのピークを有する形状となる。
【0037】
これに対し、送信アンテナとして比較用アンテナを用いた場合の受信信号の共振周波数振幅の時系列変化は、地上子５０への接近に伴って単調増加し、地上子５０を通過した後は地上子から離れるに伴って単調減少するといった、最接近位置付近でピークが１つ現れるような変化をする。また、車上子２０が地上子５０と電磁結合していない状態であって受信信号にノイズが混入した場合には、ノイズを受信している間、受信信号の振幅周波数特性においてそのノイズの周波数にピークが現れることになる。したがって、ノイズが混入した受信信号の共振周波数振幅の時系列変化は、比較用アンテナを用いた場合と略同様な変化となる。
【0038】
共振周波数位相の時系列変化についてみると、車上子２０が地上子５０と電磁結合していない状態での共振周波数位相をゼロ（０）とすると、地上子５０を通過するときの共振周波数位相は、地上子５０に接近するに伴ってゼロから徐々に乖離（図５では遅れ方向に乖離）し始めて第１の極大位相となった後に元に戻るように変化し、最接近位置でゼロとなった後、ゼロを通り超して、今度は位相の進み／遅れが逆転して乖離（図５では進み方向に乖離）し始めて第２の極大位相となり、以降は地上子５０から離れるに伴って徐々にゼロに近づくように変化する。
【0039】
これに対し、送信アンテナとして比較用アンテナを用いた場合の受信信号の共振周波数位相の時系列変化は、地上子５０への接近に伴って単調増加し、地上子５０を通過した後は地上子から離れるに伴って単調減少するといった変化をする。また、車上子２０が地上子５０と電磁結合していない状態であって受信信号にノイズが混入した場合には、ノイズを受信している間、受信信号の振幅周波数特性においてそのノイズの周波数にピークが現れることになる。したがって、ノイズが混入した受信信号の共振周波数位相の時系列変化は、比較用アンテナを用いた場合と略同様な変化となる。
【0040】
共振周波数振幅Ｖ０及び共振周波数位相θ０がこのような時系列変化をするのは、車上システム１０が変周式ＡＴＳ装置であるとともに、送信アンテナ２２である８の字形状のループコイルの２つのループ部が列車の走行方向に沿って前後に配置されていることに起因する。つまり、８の字形状のループコイルでは、前方のループ部と方向のループ部とでは電流が逆向きに流れているため、例えば、上面側では列車の走行方向に沿って後方のループ部から前方のループ部に向かう方向に磁束が貫き、下面側では前方のループ部から後方のループに向かう方向に磁束が貫くといったように、２つのループ部それぞれを貫く磁束の向きが互いに逆向きとなっている。
【0041】
列車が走行に伴って地上子５０に接近すると、初めに、前方のループ部に生じている磁束が地上子５０を貫き、主に前方のループ部と地上子５０とが電磁結合する。その結果、列車の地上子５０への接近に伴って、受信アンテナ２４での受信信号の周波数特性における共振点（共振周波数ｆ０）での振幅（共振周波数振幅）Ｖ０は徐々に増加し、共振点（共振周波数ｆ０）での位相（共振周波数位相）θ０も徐々に変化する。このときの共振周波数位相０の変化は、前方のループ部を貫く磁束の向きに応じて決まり、図５の例では、減少する方向に変化する。そして、前方のループ部と地上子５０との電磁結合が最大となったときに、共振周波数振幅Ｖ０及び共振周波数位相θ０の変化量が最大となる。
【0042】
列車が更に走行すると、後方のループ部を貫く磁束も地上子５０を貫くようになり、後方のループ部も地上子５０と電磁結合するが、前方のループ部と後方のループ部とのそれぞれを貫く磁束の向きが互いに逆方向であることから、列車の走行に伴う（地上子５０への更なる接近に伴う）共振周波数振幅Ｖ０及び共振周波数位相θ０の変化量が徐々に小さくなる。そして、８の字形状のループコイルの電線交差部２３が地上子５０と最接近すると、地上子を貫く磁束としては、前方のループ部及び後方のループ部それぞれを貫く磁束がほぼ同じとなり互いに打ち消し合うことから、地上子５０との電磁結合が弱くなり、共振周波数振幅Ｖ０及び共振周波数位相θ０の変化量はほぼゼロとなる。
【0043】
その後は、列車が地上子５０から離れるに伴って、地上子５０を貫く磁束としては、前方のループ部を貫く磁束の割合が徐々に減るとともに後方のループ部を貫く磁束の割合が徐々に増えることから、共振周波数振幅Ｖ０は増加し、共振周波数位相θ０も変化する。このときの共振周波数位相θ０の変化は、後方のループ部を貫く磁束の向きに応じて決まり、接近時とは逆の方向に変化し、図５の例では、減少する方向に変化する。そして、地上子５０を貫く磁束が後方のループ部を貫く磁束のみとなる（地上子５０との電磁結合が後方のループ部のみとなる）と、再度、共振周波数振幅Ｖ０及び共振周波数位相θ０の変化量が最大となる。以降は、列車の走行に伴って、地上子５０を貫く磁束が徐々に減ることから、共振周波数振幅Ｖ０及び共振周波数位相θ０の変化量が徐々に小さくなり、最終的にはゼロとなる。
【0044】
なお、送信アンテナ２２の巻線方向を逆にすると、送信アンテナ２２である８の字形状のループコイルの２つのループ部それぞれを貫く磁界の向きが逆になるので、共振周波数位相の時系列変化のグラフは、図５の下側に示す共振周波数位相の時系列変化のグラフを、最接近位置で左右反転させた形状となる。つまり、共振周波数位相は、地上子５０への接近に伴ってゼロから徐々に進み方向に乖離し始めて第１の極大位相となった後に元に戻るように変化し、最接近位置でゼロとなった後、ゼロを通り超して、今度は位相が遅れ方向に乖離し始めて第２の極大位相となり、以降は地上子５０から離れるに伴って徐々にゼロに近づくように変化する。
【0045】
このように、本実施形態の送信アンテナ２２が８の字形状のループコイルであるとともにその２つのループ部が列車走行方に沿って前後に配置されていることから、受信信号の共振周波数振幅及び共振周波数位相の時系列変化は、受信信号にノイズが混入した場合とは異なる特徴的な変化をする。このことから、地上子検出部２０８は、共振周波数振幅の時系列変化が所定の振幅変化条件を満たし、且つ、共振周波数位相の時系列変化が所定の位相変化条件を満たすかを判定することで、ノイズとは区別して地上子５０を検出することができる。
【0046】
具体的には、振幅変化条件及び位相変化条件として、図６に一例を示す判定条件テーブル２１０で定められた３つの条件（第１～第３条件）を、定められた順序で連続して満たしたかを判定する。第１条件は地上子５０に接近しているが最接近位置に到達してない区間に対応する条件であり、第２条件は、第１条件を満たした後の、最接近位置を含む区間に対応する条件であり、第３条件は、第２条件を満たした後の、最接近位置を通過して地上子５０から離れる区間に対応する条件である。
【0047】
つまり、共振周波数振幅の閾値Ｖｔｈを設定し、共振周波数振幅がこの閾値Ｖｔｈ超である（上回っている）ことを高振幅条件とし、閾値Ｖｔｈ未満である（下回っている）ことを低振幅条件とする。共振周波数振幅の閾値Ｖｔｈは、車上子２０が地上子５０と電磁結合した状態でとり得る共振周波数振幅の値をもとに定められる。そして、振幅変化条件を、共振周波数振幅が、高振幅条件を満たした後に低振幅条件を満たし、その後に再度高振幅条件を満たすこと、とする。
【0048】
また、共振周波数位相の閾値として、負値の閾値θｔｈ＋、正値の閾値θｔｈ－、を設定し、共振周波数位相が、この正値の閾値θｔｈ＋を上回ったことを進み位相角条件とし、負値の閾値θｔｈ－を下回ったことを遅れ位相角条件とする。共振周波数位相の閾値θｔｈ＋，θｔｈ－は、車上子２０が地上子５０と電磁結合した状態でとり得る共振周波数位相の値をもとに定められる。そして、位相変化条件を、共振周波数位相が、進み位相角条件及び遅れ位相角条件のうちの一方の位相角条件を満たした後に当該一方の位相角条件を満たさなくなり、その後に他方の位相角条件を満たすこと、とする。つまり、位相角条件を、ａ）共振周波数位相が、進み位相角条件を満たした後に当該進み位相角条件を満たさなくなり、その後に遅れ位相角条件を満たすこと、又は、ｂ）共振周波数位相が、遅れ位相角条件を満たした後に当該遅れ位相角条件を満たさなくなり、その後に進み位相角条件を満たすこと、とする。
【0049】
そして、共振周波数振幅及び共振周波数位相が満たすべき条件として、１）共振周波数振幅が高振幅条件を満たし、且つ、共振周波数位相が、進み位相角条件及び遅れ位相角条件のうちの一方の位相角条件を満たすこと、を第１条件とし、２）共振周波数振幅が低振幅条件を満たし、且つ、共振周波数位相が前記当該一方の位相角条件を満たさなくなること、を第２条件とし、３）共振周波数振幅が高振幅条件を満たし、且つ、共振周波数位相が、進み位相角条件及び遅れ位相角条件のうちの他方の位相角条件を満たすこと、を第３条件とする。
【0050】
走行中の列車において、車上装置３０は、ＦＦＴ部２０２による受信信号に対するＦＦＴ演算処理、共振周波数振幅算出部２０４による共振周波数振幅の算出、共振周波数位相算出部２０６による共振周波数位相の算出、地上子検出部２０８による地上子５０を検出したかの判定、を所定時間間隔で繰り返し行っている。地上子検出部２０８は、共振周波数振幅算出部２０４により算出された共振周波数振幅、及び、共振周波数位相算出部２０６により算出された共振周波数位相が、先ず、第１条件を満たすかを判定する。満たすと判定したならば、次に、それから所定の判定時間以内に第２条件を満たしたかを判定する。この第２条件も満たしたと判定したならば、続いて、それから所定の判定時間内に第３条件を満たしたかを判定する。このように判定して、第１～第３条件を順に達成した場合に、振幅変化条件及び位相変化条件を満たしたとして地上子５０を検出したと判定する。
【0051】
［作用効果］
本実施形態によれば、変周式ＡＴＳ装置の車上側である車上システム１０において、地上子５０の検出の信頼性を高めることができる。車上子２０の送信アンテナ２２を８の字形状のループコイルとしその２つのループ部を列車走行方向（車両走行方向）に沿って前後となる位置とすることで、列車が地上子５０を通過するときの共振周波数振幅の時系列変化、及び、共振周波数位相の時系列変化が、ノイズが混入した受信信号を受信したとき等の時系列変化とは大きく異なる特徴的な変化となる。共振周波数振幅及び共振周波数位相の時系列変化が、このような特徴的な変化をしたとみなせる振幅変化条件及び位相変化条件を満たしたかを判定することで、地上子５０を確実に検出してその信頼性を高めることができる。
本実施形態によれば、変周式ＡＴＳ装置の車上側である車上システム１０において、地上子５０の検出の信頼性を高めることができる。車上子２０の送信アンテナ２２を８の字形状のループコイルとしその２つのループ部を列車走行方向（車両走行方向）に沿って前後となる位置とすることで、列車が地上子５０を通過するときの共振周波数振幅の時系列変化、及び、共振周波数位相の時系列変化が、ノイズが混入した受信信号を受信したとき等の時系列変化とは大きく異なる特徴的な変化となる。共振周波数振幅及び共振周波数位相の時系列変化が、このような特徴的な変化をしたとみなせる振幅変化条件及び位相変化条件を満たしたかを判定することで、地上子５０を確実に検出してその信頼性を高めることができる。
【0052】
［変形例］
なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態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なのは勿論である。
なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態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なのは勿論である。
【0053】
例えば、高振幅条件の閾値と低振幅条件の閾値とを、同じ閾値Ｖｔｈを用いることとして説明したが、異なる閾値を定めることとしてもよい。
【0054】
また、上述した実施形態では、振幅変化条件と位相変化条件との両方を判定して地上子５０を検出することとしたが、振幅変化条件及び位相変化条件の一方の条件のみを用いて、当該条件を満たした場合に地上子５０を検出することとしてもよい。この場合も、その一方の条件について、第１～第３条件を順に満たすかを判定することは勿論である。
【符号の説明】
【0055】
１０…車上システム
２０…車上子
２２…送信アンテナ
２４…受信アンテナ
３０…車上装置
１００…送信波生成部
２００算出部
２０２…ＦＦＴ部
２０４…共振周波数振幅算出部
２０６…共振周波数位相算出部
２０８…地上子検出部
２１０…判定条件テーブル
５０…地上子
２０…車上子
２２…送信アンテナ
２４…受信アンテナ
３０…車上装置
１００…送信波生成部
２００算出部
２０２…ＦＦＴ部
２０４…共振周波数振幅算出部
２０６…共振周波数位相算出部
２０８…地上子検出部
２１０…判定条件テーブル
５０…地上子
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】