JPH0621793B2 - 路側ビーコン方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は路側ビーコン方式に関し、さらに詳細にいえ
ば、車両の現在位置を表示するようにしたナビゲーショ
ンシステムにおける車両位置較正を行うために使用され
る新規な路側ビーコン方式に関する。

＜従来の技術＞ 従来から、第６図に示されるように、車両に小型のコン
ピュータとディスプレイ装置(51)とを搭載し、コンパク
トディスク等からなる記憶装置に記憶させられている道
路地図データを読出してディスプレイ装置(51)に表示さ
せるとともに、車速センサからの車速データ、および方
位センサからの方位データを入力として、各時点におけ
る車両の位置の算出、および走行方向の判定を行い、こ
れら算出結果、および判定結果に基づいて、ディスプレ
イ装置(51)に表示されている道路地図の該当部分に車両
を示す表示(52)を付加するようにした、いわゆるナビゲ
ーションシステムが提供されるようになってきている。

このようなナビゲーションシステムを使用すれば、車両
の現在位置、および走行方向を視覚により簡単に識別す
ることができ、道に迷うことなく、確実に目的地まで到
達することができる。

しかし、上記の構成のナビゲーションシステムにおいて
は、車速センサ、方位センサが必然的に有している誤差
が、走行距離の増加とともに累積され、走行距離が所定
距離以上になると（ただし、この所定距離は各車両にお
ける車速センサ、方位センサの誤差の程度、各センサの
配設位置における雰囲気条件の変動等により定まるもの
であり、必ずしも一定の距離ではない）、ディスプレイ
装置(51)における車両表示位置(52)が実際の車両位置か
ら大幅にずれ、本来の機能を発揮させることができなく
なって、道に迷ってしまうという状態が発生することに
なる。

このような問題点を解決する目的で、道路交通網に、上
記累積誤差が所定値以上になる距離よりも短い所定距離
毎に路側アンテナ(53)を設置し、この路側アンテナ(53)
から位置データ、および道路方向データを含む信号を、
比較的狭い範囲にのみ放射するとともに、車両に取付け
られたアンテナにより上記信号を受信してコンピュータ
に取込み、受信信号に基づいて車両の位置、および走行
方向を正しいデータに較正する、いわゆる路側ビーコン
方式の採用が提案されている。

このような路側ビーコン方式を採用すれば、常に誤差の
累積が所定値以下である状態で正確な位置データ、およ
び方位データに基づく表示を行わせることができるの
で、ナビゲーションシステムの本来の性能を発揮させる
ことができ、特に、鉄道線路の近く、踏切等のように方
位センサに大きな誤差を発生させ易い箇所に路側アンテ
ナ(53)を設置することにより、外的要因に起因する誤差
の発生をも効果的に較正することができるという利点を
有している。

上記の構成の路側ビーコン方式においては、かなり指向
性が高い路側アンテナにより常時位置データ、および道
路方向データを含む信号を放射しているのであり、車両
が上記放射信号によりカバーされている領域を通過する
場合にのみ信号を受信し、受信した信号に基づいて必要
な較正を行うことができるようにしているのであるか
ら、送信信号によりカバーされる領域を広くすれば、路
側アンテナに対する信号受信位置のずれが大きくなり、
充分な較正効果を達成することができないという問題点
がある。

さらに詳細に説明すると、路側ビーコン方式の基本機能
はあくまで位置データ、および道路方向データを含む信
号をナビゲーションシステムを搭載した車両に与えるこ
とであるが、以下の如き機能をも追加することが、路側
ビーコン方式の有効活用の上で要求される。すなわち、 路側アンテナが設置されている箇所の周辺における
道路の混雑情況、工事、その他の道路使用状況等の交通
情報を追加してナビゲーションシステムに与えることに
より、車両のスムーズな運行を補助すること、 路側アンテナが設置されている箇所の周辺における
住宅配置、個人名をも含む詳細な地図情報を追加して、
最終目的地への到達を容易化すること、 路側アンテナが設置されている箇所を含む、ある程
度広い範囲にわたる道路地図情報を追加してナビゲーシ
ョンシステムに与えることにより、ディスプレイ装置に
より表示される道路地図を更新し、遠隔地までの運行を
スムーズに行わせること 等の追加サービスをも行わせることが考えられており、
このような追加サービスをも行わせようとすれば、路側
アンテナから放射される信号による伝送帯域の拡大、送
信信号によりカバーされる領域の拡大が必須となる。

そして、以上のように伝送領域の拡大、および送信信号
によりカバーされる領域の拡大が行われた場合には、路
側アンテナの設置位置に対する信号受信位置のずれが大
きくなり、本来の目的である車両位置の較正が、上記ず
れの影響を受けて正確には行えないことになるという問
題が発生するのである。

このような問題を解消するために、本願出願人は、既に
特願昭62−154922号および特願昭62−255569号に路側ビ
ーコン方式を提案している。

先願に係る路側ビーコン方式は、路側アンテナを、主放
射方向が異なる２個のアンテナエレメントで構成し、位
置データ以外の種々のデータ成分がＰＳＫ、ＦＳＫまた
はＡＳＫ変調等の第１の変調方式で乗せられた信号を２
分し、２分した信号に互いに逆相の振幅変調（第２の変
調方式）を施すことによって位置データを乗せ、各アン
テナエレメントに第１変調成分が同相になるように給電
するようにし、車両側においては、振幅変調成分を抽出
して位置検出を行うとともに、第１変調成分を抽出して
種々のデータの復元を行うようにしたものである。

ところで、これら先願発明においては、路側アンテナか
ら走行方向に関係なくデータが提供され、提供されるデ
ータが車両側で選別または分析されている。より詳しく
言えば、路側アンテナから種々のデータ（たとえば、そ
に地点の位置、道路の方位、次の交差点情報その他の周
辺の道路案内等）が与えられ、与えられた種々のデータ
は、車両側で、自動車の走行方向と比較され、自動両の
進行方向側の情報だけが選別されるようになっている。

そのため、車両には、地磁気センサなどの方位センサが
必ず搭載されている必要がある。

一方、理論的には、路側アンテナから走行方向別に種々
のデータを提供することも可能である。つまり、道路の
走行レーンまたは上り／下り別に路側アンテナを設け、
種々の情報を放射するようにすればよいのである。

＜発明が解決しようとする課題＞ ところが、前者、すなわち車両に方位センサを搭載する
システムの場合、地磁気センサ等の方位センサが高価で
あり、また、地磁気センサの場合、車体が強力な外部磁
界を受けた場合に誤動作してしまうという問題点があ
る。

また、後者の場合、地上設備、すなわち設置する路側ア
ンテナの数等が多くなるばかりか、放射される信号が反
対車線側へも漏れてしまい、走行レーンまたは上り／下
り別に電波を分離することが難しいという欠点がある。

それゆえに、この発明は上述のような問題点に鑑みてな
されたもので、車両に方位センサを搭載することなく所
両の方向検出を可能にした路側ビーコン方式を提供する
ものであり、複雑な車載装置を必要とせずに簡単で安価
な車載案内装置の実現が可能な路側ビーコン方式を提供
することを目的とする。

＜課題を解決するための手段＞ この発明は、路側に設置された路側装置と車両との間で
各種データを送受信するようにした路側ビーコン方式に
おいて、 路側装置の路側アンテナは、互いに異なる主放射方向を
有する少なくとも１つのアンテナエレメントの対を有す
るものであり、送信データフレームに基づいて変調を施
した第１の変調波信号を２分し、それぞれに対して送信
データフレームと同期しかつ互いに逆相に設定された変
調信号による振幅変調を施すことにより得られる第２の
変調波信号が、上記第１の変調波信号が同相になるよう
に上記アンテナエレメントの対に給電されており、 車両に搭載された受信装置は、上記路側アンテナからの
送信信号を受信して振幅変調成分を抽出し、上記第１の
変調波信号を復調して送信データフレームを復元すると
ともに、復元した送信データフレームより送信データフ
レームに同期した変調信号を再生し、該変調信号を上記
振幅変調成分と位相比較することにより、車両が上記路
側アンテナのどの主放射方向の領域にいるかを検出する
ようにしたことを特徴とする路側ビーコン方式である。

また、この発明は、上記受信装置が、上記位相比較結果
の変化により、車両の走行方向を検出するようにした路
側ビーコン方式である。

さらにまた、この発明は、上記受信装置は、振幅変調成
分の急激な落込みを検出した直前の上記位相比較結果よ
り、車両の走行方向を検出するようにした路側ビーコン
方式である。

さに、この発明は、送信データに走行方向別に複数種類
のデータを含ませ、上記受信装置が、検出した走行方向
に基づいて対応する走行データを取込むようにした路側
ビーコン方式である。

＜作用＞ この発明によれば、第１の変調を施す送信データフレー
ムと、第２の変調を施す振幅変調信号との同期をとるこ
とにより、異なる主放射方向を有するアンテナから放射
される主放射ビームが、いずれの主放射方向のビームで
あるかを、受信信号に基づいて受信装置が判別すること
ができる。そのため、道路走行中に受信装置が路側装置
の信号を受信したとき、車両の侵入側、すなわち道路を
いずれの方向に向かって走行しているかが判別できる。

＜実施例＞ 以下には、図面を参照して、この発明の一実施例につい
て詳細に説明する。

第１Ａ図は、この発明の一実施例に係る路側装置の構成
ブロック図であり、第２図は、第１Ａ図における信号を
図解的に表わす波形図である。

第１Ａ図において、データ送信器(11)は、位置，方位
（道路の向き），道路情報，交通情報（双方向通信の路
側ビーコンシステムの場合はメッセージやＦＡＸ等のデ
ータを含んでいる）等を直列符号列にして、出力するコ
ンポーネントである。

このデータ送信器(11)から送出される信号は、第２図の
「Ａ：送信データフレーム」に示されるように、フレー
ム単位で間欠的に繰返し送出され、このフレームは、ヘ
ッダ，共通データ，正相対応データおよび逆相対応デー
タを含んでいる。ここに、フレームの先頭に配列された
ヘッダは、符号エレメントの同期，フレームの同期等の
通信上必要な機能が持たせられた部分である。また、送
信データフレームの送信レートは、この実施例の場合、
512kbpsに設定されている。

データ送信器(11)から送出される送信データフレーム
は、データ変調器(12)に与えられる。

データ変調器(12)は、搬送波発生器(14)から与えられる
搬送波ｆｃ（中心周波数がｆｃの搬送波）を送信データ
フレームで変調して、第１の変調波信号を作るものであ
る。データ変調器(12)における変調方式は、振幅変調，
周波数変調，位相変調等を問わず、いかなる変調方式で
あってもよい。

この実施例の場合は、ＰＳＫ（phase shift keying）変
調器またはＡＳＫ（amplitude shift keying）変調器が
使用されている。性能的には、データ変調器(12)はＰＳ
Ｋ変調器とするのが好ましいが、低コスト化を図る場合
はＡＳＫ変調器を用いればよい。

データ変調器(12)で作られた第１の変調波信号は、２分
されて、それぞれ振幅変調器(15)および(16)へ与えられ
る。

変調信号発生器(13)は、振幅変調信号ｆｍ（中心周波数
がｆｍの信号）を発生するものであるが、データ送信器
(11)から与えられる同期信号によって、振幅変調信号ｆ
ｍが送信データフレームに同期するようにされている。
具体的には、この実施例の場合、データ送信器(11)で用
いられているのと同じクロック信号をカウントダウン
し、かつ、データ送信器(11)からの同期信号に合わせて
動作開始するようにされている。

振幅変調信号の周波数ｆｍには、上述の搬送波ｆｃやデ
ータ送信レートに比べて充分に低い周波数が選ばれてい
る。具体的には、この実施例の場合１ｋＨｚ程度の周波
数が採用されている。変調信号発生器(13)から出力され
る送信データフレームと同期した振幅変調信号ｆｍは、
そのまま振幅変調器(15)へ与えられ、また、１８０゜位
相器(17)で逆相に反転されて振幅変調器(16)へ与えられ
る。

振幅変調器(15)は、データ変調器(12)から与えられる第
１の変調波信号を、変調信号発生器(13)の出力である振
幅変調信号ｆｍで振幅変調するもので、変調信号ｆｍの
変調率は、第１の変調波信号があまり小さくならないよ
うに、０．５以下に選ばれている。振幅変調器(15)で変
調された信号は、第２図の「Ｂ：第２の変調波信号（正
相）」で表わされる信号となり、スプリットビームアン
テナ(18)へ与えられる。

振幅変調器(16)も、振幅変調器(15)と等しい構成であっ
て、データ変調器(12)から与えられる第２の変調波信号
を、１８０゜位相器(17)で逆相にされた振幅変調信号ｆ
ｍで振幅変調する。この結果、振幅変調器(16)の出力
は、第２図の「Ｃ：第２の変調波信号（逆相）」で示さ
れる信号になる。この第２の変調波信号（逆相）もスプ
リットビームアンテナ(18)へ与えられる。

スプリットビームアンテナ(18)は、第３図にその一例が
示されているように、異なる主放射方向を持つアンテナ
エレメント(19)および(20)を含む構成である。このアン
テナ(18)は、信号が同相給電されると、各アンテナエレ
メント(19)，(20)から放射される放射信号が合成和とな
り、第４Ａ図に示されるような放射電界強度を示す。ま
た、信号が逆相給電されると、第４Ｂ図に示されるよう
に、異なる主放射方向の境界線における放射電界強度が
急激なレベル低下をし、スプリットビーム指向性を示
す。

路側装置のスプリットビームアンテナ(18)から放射され
る信号は、第１Ｂ図に示される構成の車両に搭載された
受信装置によって受信される。

第１Ｂ図において、信号アンテナ(21)で受信された信号
は。受信増幅器(22)で必要なレベルまで増幅され、デー
タ復調器(23)および変調信号復調器(24)へ与えられる。
データ復調器(23)は、路側装置のデータ変調器（第１Ａ
図参照）に対応するもので、第１の変調波信号を復調し
て受信データフレームを得るためのものである。データ
復調器(23)で復調された受信データフレームは、同期検
出器(25)へ与えられる。

同期検出器(25)は、受信データフレームよりエレメント
同期やフレーム同期を検出するもので、受信データの復
元および変調信号再生用として機能している。同期検出
器(25)で復元された受信データは、データ処理部(26)へ
与えられ、また、同期検出器(25)の出力は変調信号再生
器(27)へ与えられる。

変調信号再生器(27)は、路側装置の変調信号発生器(13)
（第１Ａ図）と同じ機能を持つもので、受信データフレ
ームを基にしたフレーム同期信号と受信データクロック
とにより変調信号ｆｍ′を再生するものである。再生さ
れた変調信号ｆｍ′は、位相比較器(28)の一方入力端子
へ与えられる。

上述した変調信号復調器(24)は、路側装置の振幅変調器
(15)，(16)（第１Ａ図参照）に対応するもので、第２の
変調波信号を復調して振幅変調信号ｆｍで抽出する働き
をする。変調信号復調器(24)で復調された変調信号ｆｍ
は、位相比較器(28)の他方入力端子へ与えられる。

位相比較器(28)は、変調信号再生器(27)で再生された変
調信号ｆｍ′と変調信号復調器(24)で復調された変調信
号ｆｍとの位相比較を行うもので、その出力は、信号ｆ
ｍ′と信号ｆｍとが同相か否かに応じて、正信号または
逆信号の２値信号のいずれかとなり、それはデータ処理
部(26)へ与えられる。

変調信号復調器(24)で復調された変調信号ｆｍは、ま
た、レベル判定器(29)に与えられる。レベル判定器(29)
は、スプリットビームアンテナ(18)の主放射方向の境界
線で発生する急激なレベル低下（第４Ｂ図参照）を検出
するもので、その出力は位置パルスとしてデータ処理部
(26)へ与えられる。

データ処理部(26)は、同期検出器(25)から与えられる受
信データを復元したり、位相比較器(28)から与えられる
正／逆信号やレベル判定器(29)からの位置パルスに基づ
いて、種々のデータ処理や判定処理を行うコンポーネン
トである。データ処理部(26)は、具体的には、マイクロ
コンピュータ等によって構成されている。そして、デー
タ処理部(26)の出力は表示部(30)に与えられ、車両の運
転手等に視認可能に表示される。

第５は図、第１Ｂ図に示される受信装置の走行時におけ
る受信動作を説明するための図である。

次に、第５図を参照しながら、第１Ｂ図の受信装置の動
作について説明する。

第５図（ａ）において、Ａ−Ｂは道路の方向を表わして
おり、この道路に対して路側装置のスプリットビームア
ンテナ(18)から、第２の変調波信号が正相の主放射ビー
ムおよび逆相の主放射ビームのスプリットビーム特性で
放射される。

車両が道路をＡ→Ｂに向かって走行しているとすると、
車両に搭載された受信装置は、まず、正相のビーム放射
領域に入り、放射信号を受信する。このとき受信され、
受信増幅器(22)から出力される信号（第２の変調波信号
（正相））は、第５図（ｂ）に示されるような電界強度
分布の信号である。この信号は、前述したように、デー
タ復調器(23)，同期検出器(25)および変調信号再生器(2
7)において処理され、変調信号ｆｍ′が再生されるとと
もに、変調信号復調器(24)によって変調信号ｆｍが復調
される。変調信号復調器(24)の出力は、第５図（ｃ）に
示されるように、スプリットビームアンテナ(18)の主放
射方向境界線で矯激なレベル低下を生じる電界分布とな
る。そして、再生された変調信号ｆｍ′と復調された変
調信号ｆｍとが位相比較器(28)で比較されることによ
り、受信信号が正相の第２の変調波信号であると、デー
タ処理部(26)で判別される。

次に、車両が走行を続けると、レベル判定器(29)によっ
て第５図（ｃ）に示されるレベルの急落する位置が検出
され、第５図（ｄ）に示される位置パルスが出力され
る。

データ処理部(26)では、レベル判定器(29)からの位置パ
ルス（第５図（ｄ））が与えられたとき、該位置パルス
が与えられる直前の受信信号の位相、すなわち正相であ
ることを判別して、車両が正相の主放射ビーム側、すな
わちＡ側から道路へ進入したことを判定する（第５図
（ｅ）参照）。

そして、データ処理部(26)は、同期検出器(25)から与え
られる受信データの中ら、正相対応データ（第２図の
「Ａ：送信データフレーム」を参照）を選択して取込み
（第５図（ｆ））、道路をＡ→Ｂ方向へ走行する際に必
要な交差点情報、前方の交通情報その他のデータを選択
して、表示部(30)に表示させる。

なお、上述の場合において、レベル判定器(29)から出力
される位置パルス（第５図（ｄ））を基準に、その直前
の受信信号の位相（正相）を取込んで、正相側、すなわ
ち道路のＡ側から車両が進入したことを確認するのに代
えて、受信信号が正相から逆相に変化したことに基づい
て、道路における車両の走行方向、すなわち車両がＡ→
Ｂへ走行していることを判定するようにしてもよい。

車両が道路のＢ→Ａに向かって走行する場合は、受信装
置と動作は上述とは逆に、まず、逆相の第２の変調波信
号が受信されることになる。

＜発明の効果＞ 以上のように、この発明は、第１の変調を施す送信デー
タフレームと、第２の変調を施す振幅変調信号との同期
をとることにより、異なる主放射方向を有するアンテナ
から放射される主放射ビームが、いずれの主放射方向の
ビームであるかを、受信信号に基づいて受信装置が判別
することができる。そのため、道路走行中に受信装置が
路側装置の信号を受信したとき、車両の侵入側、すなわ
ち道路をいずれの方向に向かって走行しているかが判別
できる。

この結果、車両が地磁気センサ等の方位センサを有して
いなくても、 種々の受信データの中から、走行方向に対応した受
信データを選択することができる。

走行方向に対応した受信データ中に、その地点の道
路の向きを示す方位データを含ませれば、各方向に走行
している車両は、それぞれに対応したその地点の絶対方
位を知ることができる。

走行方向に対応した受信データに、その地点より前
方地域の交差点情報や交通情報等を含ませることによ
り、各方向に走行している車両は、それぞれに対応した
前方地域の情報を知ることができる。

路側ビーコンのシステムに双方向通信機能を持たせ
た場合、車両の走行方向を指定して、車両呼出等を行う
ことが可能となる。

以上のように、この方式によれば、車両が方位センサを
備えずとも、車両内において車両の走行方向を認識でき
る。それゆえ、先に説明した土木研究所提案のシステム
等に利用した場合、より簡単な構成でシステムを設計す
ることができる。

また、この発明は、本願発明者が先に提案した先願発明
（特願昭62-154922 号および／または特願昭62-255569
号（特開昭64-92611号）の発明）と同様に、路側アンテ
ナを、主放射方向が異なる２個のアンテナエレメントで
構成し、位置データ以外の種々のデータ成分がＰＳＫ、
ＦＳＫまたはＡＳＫ変調等の第１の変調方式で乗せられ
た信号を２分し、２分した信号に互いに逆相の振幅変調
（第２の変調方式）を施すことによって位置データを乗
せ、各アンテナエレメントに第１変調成分が同相になる
ように給電するようにし、車両側においては、振幅変調
成分を抽出して位置検出を行うとともに、第１変調成分
を抽出して種々のデータの復元を行うようにしたもので
あるので、正確な位置検出ができるとともに、種々のデ
ータ送受信サービスの可能な路側ビーコン方式を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は、この発明の一実施例に係る路側装置の構成
ブロック図、 第１Ｂ図は、この発明の一実施例に係る車両に搭載され
る受信装置の構成ブロック図、 第２図は、第１Ａ図に示される路側装置の各部分の信号
を説明するための図、 第３図は、第１Ａ図の路側装置に含まれるスプリットビ
ームアンテナの構成例を示す概略斜視図、 第４Ａ図および第４Ｂ図は、スプリットビームアンテナ
における放射電波の電界強度分布を示す図、 第５図は、第１Ｂ図に示す受信装置の動作を説明するた
めの図、 第６図は、ナビゲーションシステムの説明図である。 (11)……データ送信器、(12)……データ変調器、 (13)……変調信号発生器、(14)……搬送波発生器、 (15)，(16)……振幅変調器、(17)……１８０゜移相器、 (18)……スプリットビームアンテナ、 (22)……受信増幅器、(23)……データ復調器、 (24)……変調信号復調器、(25)……同期検出器、 (26)……データ処理部、(27)……変調信号再生器、 (28)……位相比較器、(29)……レベル判定器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】路側に設置された路側装置と車両との間で
   各種データを送受信するようにした路側ビーコン方式に
   おいて、 路側装置の路側アンテナは、互いに異なる主放射方向を
   有する少なくとも１つのアンテナエレメントの対を有す
   るものであり、送信データフレームに基づいて変調を施
   した第１の変調波信号を２分し、それぞれに対して送信
   データフレームと同期しかつ互いに逆相に設定された変
   調信号による振幅変調を施すことにより得られる第２の
   変調波信号が、上記第１の変調波信号が同相になるよう
   に上記アンテナエレメントの対に給電されており、 車両に搭載された受信装置は、上記路側アンテナからの
   送信信号を受信して振幅変調成分を抽出し、上記第１の
   変調波信号を復調して送信データフレームを復元すると
   ともに、復元した送信データフレームより送信データフ
   レームに同期した変調信号を再生し、該変調信号を上記
   振幅変調成分と位相比較することにより、車両が上記路
   側アンテナのどの主放射方向の領域にいるかを検出する
   ようにしたことを特徴とする路側ビーコン方式。
2. 【請求項２】上記受信装置は、上記位相比較結果の変化
   により、車両の走行方向を検出することを特徴とする上
   記特許請求の範囲第１項記載の路側ビーコン方式。
3. 【請求項３】上記受信装置は、振幅変調成分の急激な落
   込みを検出した直前の上記位相比較結果より、車両の走
   行方向を検出することを特徴とする上記特許請求の範囲
   第１項記載の路側ビーコン方式。
4. 【請求項４】上記送信データは、走行方向別に複数種類
   のデータが含まれており、上記受信装置は、検出した走
   行方向に基づいて対応する走行データを取込むようにし
   たことを特徴とする上記特許請求の範囲第２項または第
   ３項記載の路側ビーコン方式。