JPH04345572A - 移動体位置検出システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、移動体例えば磁気浮上
型リニアモータ車両の運行位置と車両を中央側で認識で
きるようにした移動体位置検出システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、実用化が押し進めらている磁気浮
上型リニアモータ車両（ＬＭＣ）にあっては、車両運転
の全てが中央集中制御とされており、基本的には車両側
での判断及び制御は一切必要ない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、車両運
転が完全に中央集中制御により行われるとしても、運転
系統とは全く別系統として運転車両の識別と運行位置の
検出を行う位置検出システムが中央の集中制御側に要求
されている。このような位置検出システムとしては、磁
気浮上型リニアモータという漏洩磁界が大きい強い電磁
ノイズの環境下でも確実に動作でき、信頼性及び耐久性
が高く、更に保守性に優れたシステムを構築することが
望まれる。

【０００４】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たもので、スペクトラム拡散通信を利用して強い電磁ノ
イズ環境下でも有効且つ正確に機能する移動体位置検出
システムを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は次のように構成する。尚、実施例図面中の符号
を併せて示す。まず本発明は、移動体１０の走行軌道１
２に沿って設置された固定局１４−１，１４−２，１４
−３・・・の各々に、所定の擬似ノイズ符号系列により
スペクトラム拡散変調されたバ―スト信号を送信する送
信部１６と、受信信号から復調した受信信号系列と予め
記憶した前記擬似ノイズ符号系列と同じ基準系列との相
関を計算する受信部１８と、該送信部１６による１信号
系列の送信終了から前記受信部１８で最大相関値が算出
されるまでの遅延時間Ｔｒに基づいて移動体までの距離
を算出する距離演算部とを設ける。

【０００６】一方、移動体に搭載される移動局２０には
、固定局１４−１，１４−２，１４−３，・・・からの
送信信号を受信増幅する受信部２２と、受信部２２の受
信信号を所定時間Ｔｄだけ遅延した後に固定局に送信す
る送信部２４とを設ける。ここで移動局送信部２４の遅
延回路としては表面弾性波遅延回路（ＳＡＷ遅延素子）
を使用すると良い。

【０００７】また移動局２０に設定する遅延時間Ｔｄは
、固定局１４−１，１４−２，１４−３，・・・から送
信する１符号長時間Ｔｓより長い時間とする。更に、固
定局間の干渉を防ぐために走行軌道１２に沿って設置さ
れる固定局１４−１，１４−２，１４−３，・・・の各
々の送信部１６で使用する擬似ランダム符号系列を異な
らせる。

【０００８】更にまた、移動局２０に、所定時間Ｔｄだ
け遅延された受信信号を更にＩＤコードのビット数ｎを
遅延時間Ｔｄに乗じた時間（ｎ＊Ｔｄ）だけ遅延して送
信させるＩＤコード送信部２４を設け、これに対応して
固定局１４に受信部１８の最初の最大相関値に続く最大
相関値の有無によりＩＤコードを識別する識別部を設け
る。

【０００９】

【作用】このような構成を備えた本発明の移動体位置検
出システムによれば、強い電磁ノイズ環境下であっても
、軌道に沿って設置された固定局と高速移動（５００Ｋ
ｍ／ｈ）　するリニアモータ車両等の移動体に搭載され
た移動局との間の通信による遅延時間から固定局から車
両までの距離を検出することができる。

【００１０】また位置検出精度は十数メートル程度を補
償でき、車両の全長から見て実用上、十分に正確な位置
検出ができる。更に移動体に搭載された移動局は、固定
局からの送信信号を受信増幅した後に遅延してそのまま
送信するという簡単な構成であり、信頼性及び耐久性に
優れ、消費電力も僅かで済み、コストパフォーマンスも
高い。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の移動体位置検出システムのシ
ステム構成を示した説明図であり、磁気浮上型のリニア
モータ車両１０が走行する走行軌道１２に沿って所定の
距離間隔毎に固定局１４−１，１４−２，１４−３，・
・・が設置される。例えば固定局を１Ｋｍ間隔で設置し
たとすると、東京−大阪間の上り下り６００Ｋｍに１２
００台の固定局が設置される。

【００１２】リニアモータ車両１０には移動局２０が搭
載されている。固定局１４−１，１４−２，１４−３，
・・・のそれぞれは所定の測定周期毎に送信信号をリニ
アモータ車両１０の列車前方に向けて送信する。固定局
からの送信信号は移動局２０で受信された後、所定の時
間遅延を受けて再び固定局側に送信される。

【００１３】従って、固定局側は送信動作を終了してか
ら移動局２０から再送信された信号を受信するまでの遅
延時間に基づいて固定局からリニアモータ車両１０まで
の距離を検出し、また移動局２０からの信号に含まれる
ＩＤコードから車両識別を行なう。図２は本発明の固定
局と移動局の一実施例を示した実施例構成図である。

【００１４】図２において、まず固定局１４は送信部１
６を備え、送信部１６はＰＮ発生器２６、キャリア発振
器２８、乗算器を使用した変調器３０、送信増幅器３２
及び送信アンテナ３４で構成される。即ち、ＰＮ発生器
２６は予め定めた語長の擬似ノイズ符号、例えばＭ系列
信号を発生し、変調器３０でキャリア発振器２８からの
キャリア周波数信号に掛け合わせることで変調して符号
直接スペクトラム拡散されたバースト信号を作り出して
送信増幅器３２で増幅した後、送信アンテナ３４よりリ
ニアモータ車両に搭載された移動局２０に送信する。

【００１５】移動局２０には受信アンテナ３６，受信増
幅器３８で成る受信部２２と、ＳＡＷ遅延回路４０，送
信増幅器４２及び送信アンテナ４４を備えた送信部２４
が設けられる。受信部２２は受信アンテナ３６で受信し
た固定局１４からのバースト信号をそのまま増幅する。 ＳＡＷ遅延回路４０は受信増幅されたバースト信号を所
定時間Ｔｄだけ遅延した後、送信増幅器４２で電力増幅
し、送信アンテナ４４より固定局１４に送信する。

【００１６】このような移動局２０からのバースト信号
の送信に対し、固定局１４には受信部１８が設けられる
。受信部１８は受信アンテナ４６，受信増幅器４８、混
合器を使用した復調器５０，Ａ／Ｄコンバータ５２、ス
ライディング相関演算を実行するＤＳＰ（デジタル・シ
グナルプロセッサ）５４が設けられる。即ち、受信アン
テナ４６で受信された後に受信増幅器４８で増幅された
固定局１４からのバースト信号は、復調器５０により発
振器２８からのキャリア周波数信号との混合によりベー
スバンド信号に復調され、Ａ／Ｄコンバータでサンプリ
ング後にデジタルデータに変換され、ＤＳＰ５４に与え
られる。ＤＳＰ５４にはＰＮ発生器２６で発生する１符
号長の擬似ノイズ符号、例えばＭ系列信号と同じ信号系
列が基準系列として予め記憶されており、Ａ／Ｄコンバ
ータ５２より順次入力される受信信号系列をシフトレジ
スタに格納して順次シフトしながら基準信号系列との間
でスライディング相関演算を行なう。

【００１７】ＤＳＰ５４における受信信号系列の基準信
号系列に対するスライディング相関演算により両者の信
号系列が完全に一致すると相関最大値が得られ、固定局
１４から送信した信号の受信タイミングを検出できる。 図３は図２の実施例における送受信動作を示したタイミ
ングチャートである。図３において、まず固定局１４の
送信部１６からは符号長時間Ｔｓとなる擬似ノイズ符号
によるキャリア周波数信号の変調でスペクトラム拡散さ
れたバースト信号が送信される。

【００１８】この固定局１４からの送信バースト信号は
リニアモータ車両１０までの距離に応じた伝播時間後、
移動局２０の受信アンテナ３６で受信され、受信増幅器
３８で増幅された後、ＳＡＷ遅延回路４０でＴｄ時間遅
延され、その後に送信増幅器４２で増幅されて送信アン
テナ４４より固定局１４に対し送信される。移動局２０
からの送信バースト信号は同じ距離の伝播時間を経過し
た後、固定局１４の受信アンテナ４６で受信され受信増
幅器４８で増幅された後、復調器５０でキャリア発振器
２８からのキャリア周波数信号による周波数変換でベー
スバンド信号として復調され、Ａ／Ｄコンバータ５２で
サンプリングされてデジタルデータに変換され、ＤＳＰ
５４に与えられる。

【００１９】この結果、図３（ａ）の固定局からの送信
に対し図３（ｂ）に示すように移動局応答として固定局
入力が得られ、図３（ｃ）に示すようにＡ／Ｄ変換によ
りＰＮ系列としてＤＳＰ５４に与えられる。ＤＳＰ５４
はＰＮ発生器２６で発生する符号長の基準系列信号に対
し順次入力する受信信号系列とのスライディング相関演
算を行なっており、図３（ｃ）に示すようにＡ／Ｄコン
バータより１系列の最後のＰＮ受信系列が入力すると、
そのときのＤＳＰ相関出力は図３（ｄ）に示すように最
大値を示す。

【００２０】従って、図３（ａ）の固定局からのバース
ト信号の送信が終了した時刻ｔ１から図３（ｄ）でＤＳ
Ｐより相関最大値出力が得られる時刻ｔ２までの時間Ｔ
ｒが固定局からリニアモータ車両までの距離を演算する
ために使用するスライディング遅延時間Ｔｒとして求め
られる。このように固定局１４側で求められる遅延時間
Ｔｒは次式で表わすことができる。 Ｔｒ＝Ｔｄ＋２＊Ｓ／Ｃ　　　　　　　　・・・（１）
但し、Ｔｒ：スライディング遅延時間 Ｔｄ：ＳＡＷ遅延時間 Ｓ　　：固定局と車両間の距離 Ｃ　　：電波伝播速度 従って、この第（１）式より固定局と車両間の距離Ｓは
、 Ｓ＝（Ｔｒ−Ｔｄ）＊Ｃ／２　　　　　　・・・（２）
で与えられる。ここで、ＳＡＷ遅延時間Ｔｄ及び電波伝
播速度Ｃは既知であるため、第（２）式より固定局と車
両間の距離Ｓを算出することができる。

【００２１】このようなバースト信号送受信間のスライ
ディング遅延時間Ｔｒの検出と、検出されたスライディ
ング遅延時間Ｔｒに基づく距離Ｓの演算は、固定局１４
に設けられた不図示のマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）の
プログラム制御により実現される。次に、図２の実施例
における測距精度を説明する。

【００２２】本発明における測距の精度は移動局に設け
られたＳＡＷ遅延回路４０における遅延時間Ｔｄの変動
、即ち温度や固体差による変動と、固定局受信部１８に
設けられたＡ／Ｄコンバータ５２による受信サンプリン
グ周期で略決定される。ここで、ＳＡＷ遅延回路４０の
代表的な温度計数を−２０ＰＰＭ／℃とし、またＡ／Ｄ
コンバータ５２として通常の高速型Ａ／Ｄコンバータを
使用したとすると、変換速度は２５ＭＳＰＳ（４０ｎｓ
）となる。

【００２３】従って、ＳＡＷ遅延回路４０の遅延時間Ｔ
ｄをＴｄ＝１０μｓとしたとき、即ち擬似ノイズ符号の
符号長を１０μｓとした場合、１００℃の温度範囲で誤
差は、 誤差＝Ｃ＊１００＊２０＊１０−６＊１０＊１０−６＝
６ｍとして求まる。

【００２４】また、Ａ／Ｄコンバータ５２のサンプリン
グによる誤差は１２ｍとなるが、内挿によるピーク推定
により精度の向上分を５０％加味すれば６ｍとなり、従
ってＳＡＷ遅延時間及びＡ／Ｄコンバータサンプリング
周期の両方による誤差の和は１２ｍとなる。ここで、リ
ニアモータ車両の全長からして数ｍから３０ｍ程度の位
置検出精度が要求されるが、この要求精度を本発明にあ
っては十分満足することができる。

【００２５】次に、固定局と移動局の送受信における車
体，路面等からの反射電波について説明する。まず、固
定局１４から送信するバースト信号の符号長時間Ｔｓと
移動局２０のＳＡＷ遅延時間Ｔｄとの間には、Ｔｓ＜Ｔ
ｄ とする関係を設定する必要がある。

【００２６】このような符号長時間ＴｓとＳＡＷ遅延時
間Ｔｄの設定により固定局送信終了後のＴｄ時間以内に
到達した信号は、目的とする移動局からの送信信号では
なく、不要反射となる。例えば、図３（ｂ）に破線で示
す送信バースト信号に対する不要反射による固定局入力
があったとしても、送信中におけるＤＳＰ５４のスライ
ディング相関計算をリセットしておくことで、送信終了
後の図３（ｃ）に示す破線の部分についての相関計算で
は相関最大値は得られず、不要反射による誤動作を回避
できる。

【００２７】即ち、Ｃ＊Ｔｄ／２となる距離以内にある
物体からの反射は測距誤りを与えないため、符号直接ス
ペクトラム拡散における大きな問題である反射波による
遠近問題を回避することができる。次に、図２の固定局
１４と移動局２０で使用する送受信アンテナを説明する
。本発明の実施例にあっては、送信アンテナ３４，４４
および受信アンテナ３６，４６について円偏波アンテナ
を採用する。この円偏波アンテナの採用については偏波
面の回転方向の組合せが問題となる。

【００２８】ここで、図２における固定局１４の送信ア
ンテナ３４から移動局２０の受信アンテナ３６への送受
信を下り、移動局２０の送信アンテナ４４から固定局１
４の受信アンテナ４６への送受信を上りとすると、上り
及び下り共に同一回転方向に偏波させた場合には、奇数
次の反射はキャンセルされるが、半面、移動局２０の送
受信アンテナ３６，４４間で正帰還が発生する可能性が
ある。

【００２９】一方、上りと下りに反対となる回転偏波を
使用した場合には、偶数次の反射がキャンセルされ奇数
次の反射を受けるようになるが、前述したように符号長
時間ＴｓとＳＡＷ遅延時間Ｔｄとの間にＴｓ＜Ｔｄ となる関係を設定しておくことにより、１次反射は除去
される。

【００３０】従って、本発明にあっては下りと上りに反
対となる回転偏波を使用することが望ましい。次に、本
発明における固定局間の干渉については次のように構成
すればよい。図４は２つの固定局１４−１，１４−２の
サービスエリアを示したもので、リニアモータ車両１０
が走行する走行軌道１２を含む線路全体をカバーするた
めには、少なくとも２つの固定局１４−１，１４−２の
サービスエリアの重複を避けることができない。

【００３１】そこで本発明にあっては、固定局のサービ
スエリアの重複による局間干渉を防ぐため、局間干渉を
発生する恐れのある複数の固定局についてはそれぞれ異
なる擬似ランダム符号系列を割り当てる。例えば固定局
１４−１にＭ０　符号系列を割り当てたならば、固定局
１４−２にはＭ１　符号系列を割り当て、他局の符号系
列を受信してもスライディング相関計算による相互相関
の値が小さくなるように設定する。

【００３２】図５は図２の実施例における移動局２０側
に車両識別のためのＩＤコード発生回路を設けたことを
特徴とする。図５において、移動局２０に設けられたＳ
ＡＷ遅延回路４０の出力は直接、送信増幅器４２に与え
られると共に２つのＳＡＷ遅延回路５６，５８を直列接
続したＩＤコード発生回路６０を介して送信増幅器４２
に与えられる。このＩＤコード発生回路６０はＩＤ＝０
１となるコードを発生する。

【００３３】移動局２０に設けられたＩＤコード発生回
路６０に対応して固定局１４のＭＰＵにはＩＤコード識
別部としての機能が設けられる。このＤＳＰ５４の出力
に基づくＭＰＵのＩＤコード識別部としての機能は、図
６の送受信タイミングチャートにより明らかとなる。図
６において、固定局から送出された符号長時間Ｔｓとな
るバースト信号に対し、移動局２０のＳＡＷ遅延回路４
０によるＴｄ時間の遅延による図６（ｂ）の移動局応答
が入力し、図６（ｃ）のＡ／Ｄ変換されたＰＮ系列及び
図６（ｄ）のＤＳＰ相関出力の最大値については図３の
タイミングチャートと同じである。

【００３４】これに加えて図５の移動局２０はＩＤコー
ド６０のＳＡＷ遅延回路５６，５８により更に受信バー
スト信号を２＊Ｔｄ時間遅延しているため、最初のＤＳ
Ｐ相関出力の最大値が得られた時刻ｔ２から２＊Ｔｄ時
間後の時刻ｔ４で再び相関出力のピーク値が得られる。 この時刻ｔ２以降の相関出力の有無によりＩＤコードが
判別され、最初の遅延時間Ｔｄ経過後の時刻ｔ３の相関
出力が略０であることからコードビット０を認識し、更
に遅延時間Ｔｄを経過した時刻ｔ４では相関出力の最大
値が得られることからコードビット１を認識し、これに
よりＩＤコード＝０１を認識することができる。

【００３５】更に、一般的に示すならば、図５の移動局
２０に設けたＩＤコード発生回路６０は、ＩＤ識別に必
要なビット数ｎに一致する数のＳＡＷ遅延回路を直列接
続し、ビット１の重み付けを行なった出力段のみの論理
和として遅延送信出力を取り出して送信するものである
。勿論、ＩＤコード発生回路６０としてはＳＡＷ遅延回
路を直列接続せず、１つのＳＡＷ遅延素子中から多段階
に遅延出力を生ずる素子を使用してもよい。

【００３６】更に、図２の実施例による距離検出にあっ
ては、符号長にもよるが５０〜１００ｍｓ程度で１回の
処理が終了する。このとき、リニアモータ車両１０が５
００Ｋｍ／ｈで走行していたとすると７〜１４ｍ程度移
動してしまうことになるが、この程度の誤差は車両全長
から見て十分許容できる範囲であり、リニアモータ車両
の識別及び位置確認がリアルタイムで実現できることに
なる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれば
、漏洩磁気の大きい極めて強い電磁界ノイズ環境下であ
っても、軌道に沿って設置された地上局と車両に搭載さ
れた移動局との間の距離検出のための通信を確実に行な
って、通信による遅延時間から固定局と車両間の距離を
実用上許容できる十分な精度をもって正確に検出できる
。

【００３８】また、移動体に搭載される移動局は、固定
局からの送信バースト信号を受信増幅した後に遅延して
そのまま送信するという簡単な構成であり、その結果、
消費電力が少ないと共に耐久性及び信頼性に優れ、コス
ト的にも安価に実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシステム構成図

【図２】本発明の固定局と移動局の実施例構成図

【図３
】図２の送受信タイミングチャート

【図４】本発明の固
定局間干渉の説明図

【図５】本発明の他の実施例構成図

【図６】図５の送受信タイミングチャート

【符号の説明】

１０：移動体（リニアモータ車両） １２：走行軌道 １４，１４−１，１４−２，１４−３：固定局１６：固
定局の送信部 １８：固定局の受信部 ２０：移動局 ２２：移動局の受信部 ２４：移動局の送信部 ２６：ＰＮ符号発生器（Ｍ系列発生器等）２８：キャリ
ア発振器 ３０：変調器（乗算器） ３２，４２：送信増幅器 ３４，４４：送信アンテナ ３６，４６：受信アンテナ ３８，４８：受信増幅器 ４０，５６，５８：ＳＡＷ遅延回路（表面弾性波遅延回
路） ５０：復調器（混合器） ５２：Ａ／Ｄコンバータ ５４：ＤＳＰ（相関演算、距離演算、ＩＤコード識別）
６０：ＩＤコード発生部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】移動体の運行位置を検出する移動体位置検
   出システムに於いて、移動体の走行軌道に沿って設置さ
   れた固定局の各々に、所定の擬似ノイズ符号系列により
   スペクトラム拡散変調された信号を送信する送信部と、
   受信信号から復調した受信信号系列と予め記憶した前記
   擬似ノイズ系列と同じ基準系列との相関を計算する受信
   部と、前記送信部による１信号系列の送信終了から前記
   受信部で相関最大値が算出されるまでの遅延時間　（Ｔ
   ｒ）　に基づいて移動体までの距離を算出する距離演算
   部とを設け、前記移動体に搭載される移動局に、前記固
   定局から送信信号を受信増幅する受信部と、該受信部の
   受信信号を所定時間（Ｔｄ）だけ遅延した後に前記固定
   局に送信する送信部とを設けたことを特徴とする移動体
   位置検出システム。
2. 【請求項２】前記移動局送信部は、受信信号を所定時間
   （Ｔｄ）だけ遅延させる表面弾性波遅延回路を備えたこ
   とを特徴とする請求項１記載の移動体位置検出システム
   。
3. 【請求項３】前記移動局に設定する遅延時間（Ｔｄ）は
   、前記固定局から送信する１符号長時間（Ｔｓ）より長
   い時間に設定することを特徴とする請求項１記載の移動
   体位置検出システム。
4. 【請求項４】前記走行軌道に沿って設置される固定局毎
   に、送信部のスペクトラム拡散変調に使用する擬似ラン
   ダム符号系列を異ならせたことを特徴とする請求項１記
   載の移動体位置検出システム。
5. 【請求項５】前記移動局に、所定時間（Ｔｄ）だけ遅延
   された受信信号を、更にＩＤコードのビット数ｎを遅延
   時間（Ｔｄ）に乗じた時間（ｎ＊Ｔｄ）だけ遅延して送
   信させるＩＤコード送信部を設け、該ＩＤコード送信部
   に対応して前記固定局に固定局受信部からの最初の最大
   相関値に続く最大相関値の有無によりＩＤコードを識別
   する識別部を設けたことを特徴とする請求項１記載の移
   動体位置検出システム。