JPS5826204A - 移動体位置検知方式 - 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】 本発明は誘導無線を用いた移動体位置検知方式、特に地
上側で移動体の位置を検知する方式に関するものである
。

鉄道車輛はじめ各種の交通機関あるいは産業用運搬機関
のように、一定の走行路に沿って走行する移動体の自動
運転においては、常時地上側において移動体の位置を正
確に知っていることが不可欠や要請である。

この要請に応えるものとして、全走行路を一定の区間長
（１０ｍ前後）の小区間に分割し、いずれの４導１区間
内に移動体が存在するかを知ることにより、移動体の位
置を検知する方式がある。この方式の原理について第１
図を参照して説明する。

全区間長がＬの移動体走行路には導体対３［１，３１゜
３２．３３・・・が布設されている。導体対６０は全区
間にわたり無交差で為り、導体対３１．３２．３３゜・
・・はそれぞれＬ／２．Ｌ／４．Ｌ／８・・・の周期で
又差されている。

移動体に塔載されたアンテナ（枠形コイル］６４に５０
〜２００　ＫＨ２０高周波電流を通電すると、これによ
り生ずる磁界で各導体対３０．５１．３２．３３゜・・
・には電圧が誘起される。導体対６０に誘起される電圧
を位相基準電圧とすると、これと導体対３１に誘起され
る電圧の位相差はｊＭ区間では０、ＭＢ区間ではπとな
り、移動体がＡＭ区間にあるかＭＢ区間にあるか知るこ
とができる。

同様に導体対６０に誘起される電圧と、一体対３２．３
３・・会に誘起されるそれぞれの電圧との位相差を測定
することにより更に細分化された位置情報を得ることが
できる。

しかしながら、この方式では次のような問題点が指摘さ
れる。

（１）各導体対に付与される情報は０またはπだけ、す
なわち位置情報量にして１ピツトに過ぎず、精密な位置
情報を得るためには極めて多くの導体対を必要′とする
ため線路構造が複雑化し、・これに伴い製造が困難とな
り、高価となることが避けられない。

（２）導体対６０は無交差であり、また上位番地の位置
情報を受持つ導体対３１．３２等は父差周期が長いだめ
、周囲雑音を拾いやすく、また各導体対の間に漏話電圧
が発生して正確な位置測定は困難俣なる。

本発明は上記した従来技術の問題点を解消するだめのも
のであり、１導体当りの位置情報を画期的に増加でき、
また周囲雑音の影響を受けず、更には漏話電圧を大幅に
軽減できる移動体位置検知方式の提供を目的・とするも
のである。

以下本発明について詳細に説明する。

第２図は第１発明において使用される誘導無線線路の一
例を示したものであり、１は第１の導体課、２は第２の
導体系、３は移動体塔載アンテナであ。

る。

第１の導体系１は周期Ｐの波形形状をした３本の導体１
　ａ、　１．ｂ、　１　ｃをそれぞれＰ／３づつずらし
て配置したものである。

第２の導体系２も同様に周期Ｐの波形形状をした３本の
導体２ａ、、Ｑｔ＋’、、　２ｃをそれぞれＰ　／　３
づつずらして配置したものであるが、この導体系２は各
導体２ａ、２ｂ＋、２０の波形形状の位相が一定間隔毎
に階段的に変化するようになっている。

すなわち、移動体の走行路をＮ個の小区間に区分したと
き、ある区間での導体の波形の位相量を０とすれば、次
の区間へ移るときπ／２の階段的増加を示すようになつ
、ている。

かかる３相３導体の第１および第２の導体系１゜２を平
行して布設することにより誘導無線線路が構成される。

いま、誘導無線線路の端末から移動体塔載アンテナ３ま
での距離をＺと子ると、線路端末において第１の導体系
１の導体１ａと１ｂ、１ｂと１１．Ｃ１１Ｃと１ａ間に
それぞれ誘起される電圧Ｖａｂ□、Ｖｂｃ　、、Ｖｃａ
ｌは次界でもってあられされる。

ｖａｂ１＝に４アＺｅ−Ｃ２ −ｖｂ’ｃ　ＩＬ　ｋｍ’　４　（’Ｚ＋ｊＰ　）ｅ　
”２Ｔｊβ２（１）Ｖｃａ　１　：ｋｃａｓ　−ｙ−（
Ｚ＋τＰ　ｅ　”。

なお、ｋは常数、αは線路の減衰常数、βは線路の位相
常数である。

ここで、（１）式の３電圧について正相電圧Ｖｌ）ｔお
（１）式および（２）式から直ちに次式が得られる。

次に、第２の導体系２について考えてみると、いま、全
長りの移動体走行路を第６図に゛示すようにＮ個の小区
間Ｎ　ｉｔ　Ｎ　ｊｉ　＠　＠・、　Ｎｉ、１１．　Ｎ
ｎに分割し、第１番目の小区間Ｎｉにおいて導体の波形
に位相量ψ１を与え、移動体塔載アンテナ６が第１番目
の小区間Ｎｉにあるとき、線路端末において導体２ａと
２ｂ、２ｂと２０．２Ｃと２ａ間にそれぞれ誘起される
電圧Ｖａ　ｂ　２．　Ｖ　ｂ　ｃ　２．ｖｃ　ａ’　２
は次式でもってあられされる。

Ｖａ　ｂ　！ｌ’４　ｋｃａｓ２−！−（Ｚ　＋９７１
　）ｅ　”　−ｊβ２Ｖｃａ　２＝に、、、二（ｚ’−
＋ｊ−ｐ−＋−ψｉ＞ｅ”−ｊβ２Ｐに れらの６電圧についての、正相電圧ｙｐ、および逆相電
圧Ｖｎｑは（３）式と同様にして求めると次のようにな
る。

ここで、Ｖｐ２とＶｐｌの位相差を△ｅ　１）　Ｌ　、
”　ｎｌとＶｎ’＋２の位相差を△９ｎｉとすれば、と
なる。なお、乙は複素数の位相角を示す記号である。

（６）式から明らかな通り、△ｅｐ１または△１ｉ５ｎ
ｉを測定することにより１１５ｉがわかり、これによっ
て移動体が第１番目の小区間Ｎｉ内に存在することを知
ることができる。

第４図は第１発明における信号処理回路の一例を示した
ものである。

第１の導体系１の線路端末での導体間電圧Ｖａｂ　Ｉ＋
　　　′ｖｂｃ　１．ｖｃａ　、はそれぞ訃変成器４ａ
１１４ｂ１＋４Ｃ□によって不平衡電圧に変換され、加
算器６ｍに導かれる。この場合変成器′４ａ１の出力は
直接加算器６１に導かれるが、変成器４ｂ　、、　４０
　、の出力は移相回路５’ｂ　１．５Ｑ□によってそれ
ぞれ一１２０°、±１２０’の位相変位を受けてから加
算器６１に導かれる。

加算器６１においては、上記した（２）式に相当する演
算が行われ、その出力は（３）式で与えられるＶｐｌに
等しい。

第２の導体系２の場合についても同様に、導体間電圧Ｖ
ａｂ　２．　Ｖｂｃ　２．　Ｖｃａ、　２は変成器４　
ａ　２．４　ｂ　２゜４Ｃ２および移相回路５１”、ｌ
＋５Ｃ２を経て加算器６２に導かれ、（５）式で・与え
られるＶｐ・２に等しい電圧が出力される。

加算器６１＋　６２の出力は位相計７に導かれ、ここに
おいて（６）式の△１ｌｌｐｉを求める演算が行われ、
入力の位相差ψ１に比例した電圧または電流が出力され
、その値は計器１３に指示されることになる。

なお、逆相電圧Ｖｎ　１とＶｎ２の位相差を求めること
によっても上記と全く同じ結果が得られることは前述し
た通りである。

これまでに説明した方式は、線路長が比較的短い場合に
有効であるが、線路長が長大化な場合には、第１および
第２の導体系の導体形状ピッチが同一なため、側導体系
の間に漏話電圧が発生し、位置検知誤差を生ずるおそれ
がある。

このような問題点を一掃するのが第２および第３発明で
あり、以下これらについて説明する。

第５図は第２および第３発明において使用される誘導無
線線路の一例を示したものである。第１の１導体系５１
は周期Ｐ１の波形型状をした６本の導体５１　ａ、　５
１　ｂ、　５１　Ｃをそれぞれ　Ｖ３づつずらして配置
したものであり、第２の導体系５２は周期Ｐ　、、　（
Ｐ　、、　　　”／２）の波形形状をした３本の導体５
２ａ、５２ｂ、５２ｃをそれぞれ　７／３つつずらして
配置したものである。

第２の導体系５２は第２図で示した導体系２と同様に各
導体５２ａ、５２ｂ、５２ｃの波形形状の位相か一定間
隔毎に階段的に変化するようになっており、第１番目の
小区間Ｎｉにおいては位相量ψ１が付与されているもの
とする。

いま、誘導無線線路の端末から移動体塔載アンテナ５３
までの距離をＺとし、アンテナ５３を異なる周波数ω１
およびω２で共用し、第１の導体系５１の端末ではω□
を、第２の導体系５２の端末ではω２をそれぞれ選択受
信する。

第１の導体系５１について−の正相電圧Ｖｐ□およマタ
、第２の導体系５２についての正相電圧Ｖｐｓおよび逆
相電圧Ｖｎ２は次式で与えられる。

なお、（７）式および（８）式において、ｋ、α、βに
付した添字１および２はそれぞれ第１の導体系５１およ
び第２の導体系５２に関する量であることを示す。

ここで、Ｖ　１）’　ｔおよびＶｎ、を２逓倍し、Ｖｐ
２およびＶｎ２との位相差をそれぞれ△Ωｐｉおよび△
Ωｎｉへすれ・ば、 △ｅＪｐ１＝Ｌｖｐ　２−２△Ｖｐ１ ａｓｎｉ＝＝ｌｖｎ　’１−　ｚｉｖｎ　２　　　（９
）となる。

（７）式および（８）式を（９）式の右辺に代入すると
、△Ωｐ１および△（１５ｎｉの瞬時値は次式のように
なる。

△ａ　ｐ１＝−Ｌ”！−（２−ム）　ｚ−ｔ−ψｉ＋　
（２β１（ω、）ｎ　Ｊｏ＋−））ｚＰ、　　Ｐ２ △Ｖｎ　ｉ　＝　−”（２−≧２＋ψヒ（２β１（ω１
）−β２（ω２））ｚＰ　Ｉ　　Ｆ　２ ＋（２ω１−ω２）ｔ ここで、Ｐ　１＝”　２Ｆ　２である。まだω２として
ω１を２逓倍したものを用いればω２＝２ω□であり、
その位相も完全に同期していることから（２ω１−ω、
］１＝０ が成り立つ。

従って、（ｌＯ）式は次式のようになる。

△口ｐｉ＝ψｉ＋（２β１（ω１）−β、（ω２））Ｚ
ａη △ｅ　ｎ　ｉ＝ψｉ　−（２β１（ω□）−β２（ω２
）　）Ｚ誘導無線の周波数帯（５０〜２００ＫＨ２）で
は、線路常数は概ね周波数ωに比例し、また線路絶縁媒
質の誘電率が等しい限り、その値は概ね相等しく、２が
比較的小さい場合（２＜約２００ｍ）のとき（２β、１
（ω１）−β２（０ｍ））Ｚ＜＜１となり、△１？ｐｉ
または△Ｏｎｉの値がらｃ３ｉの概略値がわかり、これ
によって移動体が第１番目の小１区間Ｎ１内に存在する
ことがわかる。

一方、Ｚ　７５Ｅ犬きく　（Ｚ＝１’ＯＯＯ〜２０００
ｍ　ｌ　、０１）式の右辺の第２項が無視できない場合
は、△０ｐ−ｉと△ｃ３ｎｉの平均値△σ１を求めるこ
とにより誤差項は相殺され、 △Ｏｉ　＝−（△ｏｐｉ＋△ｇ３ｎｉ）＝ψｉ　（２）
となり、正確なψｉを知ることができる。

この方式は第′１および第２の一体系５１’、５２の周
期は２：１であるから、これら両チ統間の漏話は極めて
少なく、線路区間が長大な場合でも測定１５ 誤差が増大するおそれがない。

第６図は第２および第６発明における信号処理回路の一
例を示したものである。

それぞれ変成器６４ａ　１’、　６４’ｂ　１．．６４
ｃ’１によって不平衡電圧に変換され、帯域通過濾波器
９ａ０゜９ｂ１，９ｃ、に導かれる。濾波器９ａ０，９
ｂ１゜９Ｃ１は入力信号のうち周波数がω１の成分のみ
を通過させ、ω２の成分を遮断する。

各濾波器９ａ　、、９ｂ１１９ｃｓの出力はそれぞれ二
分されて加算器６６ｐ０および６６ｎ０に導かれる。加
算器６６ｐ１に向う成分についていえば、濾波器９ａ１
の出力は直接に加算器６６ｐ・１に到達する路６５ｂｐ
１，６５ｃｐ１によりそれぞれ一１２０’。

−）−４２０’の位相変位を受けた後、加算器６６ｐ、
に到達する。従って、加算器６６ｐ□においては（２）
式のＶｐｌを求める演算が行われ、その出力は（ハ式の
Ｖｐｌとなる。また、加算器６６ｎ１に向う成分につい
ていえば、濾波器９ａ１の出力は直接に加算器６６ｎ１
に到達するのに対し、濾波器９ｂ１，９ｃ’、の出力は
移相回路６’５ｂｎによりそれぞれ＋１２０’、　−１
２０’（７）位相変位を受けた後、加算器６６ｎ１に到
達することになる。

従って、加算器６６ｎ１においては、（２）式のＶｎｌ
を求める演算が行わｉ、その出力は（７）式のＶ・。

となる。

次いで、第２の導体系５２の線路端末での各導体間電圧
についても同様にして、加算器６６ｐ、２゜６６ｎ２に
導かれるが、第１の導体系５１の場合と異なるのは帯域
通過濾波器９ａ　２．９ｂ　２．９ｃ　ｄ周波数がω２
の成分のみを通過させ、ω１の成分を遮断する点である
。

なお、６４ａ　２．６４ｂ’２ｔ６４Ｃ２は変成器、６
５　ｂｐ　２゜６５Ｃｐ２，６５ｂｎ２，６５Ｃ！ｎ２
は移相回路であ′り１加算器６６ｐ９，６６ｎ　２の出
力はそれぞれ（８）式のＶｐ　２．　Ｖｎ　２である。

加算器６６ｐ１，６６ｐ２の出力は位相計６７ｐに、ま
た加算器６６ｎ□、６６ｎ　２の出力は位相計６７ｎに
それぞれ導かれることになるが、加算器６６ｐ１’＊６
６ｎ１の出力はそれぞれ周波数２逓倍器１０ｐ。

１０ｎで２逓倍されて示ら位相計６７ｐ、６７ｎψ列達
する。位相計６７ｐにおいては（９）式ω１ｉ５ｐｉを
求める演算が、また位相計６７ｎにおいては（９）式の
へ１ｉ５ｎｉを求める演算が行われ、その出力はａｐ式
の△砕ｐｉ、ΔＯｎｉとなる。

位相計６７ｐ、６７ｎの出力は加算器１１に導かれて（
２）式に相当する演算が行われ、の１に比例し゛た電圧
または電流が出力され、その値は計器６８に指示される
ととＫなる。

なお、第２発明の場合は、加算器１１は省略され、位相
計６７ｐあるいは６７ｎの出力が計器６８に指示される
ことになる。位相計６７ｐ、、６７ｎ、加算器１１、計
器６８はアナログ式あるいはディジタル式のどちらでも
よい。

第７図は第２および第３発明における信号処理回路の他
の例を示したものであり、第６図と同じ呼称部は同一符
号を付しである。

本実施例が第６図の実施例と異なる点は、濾波器’？ａ
＠＊　９　ｂｌ＋　９０．１の直後に周波数２逓倍器１
０ａ、１０ｂ、１０ｃを設けた点であるが、この場合で
あっても第６図の実施例と同じ結果が得られる。

これまでは、ω９＝２ωｉ、Ｐ　１＝２’Ｐ　！ｌの場
合について説明してきたが、一般的にはω、＝２ｍω゛
、。

ｐ　、＝２ｍｐ　２とし、Ｖｐ１およびＶｎ、を２″′
逓倍して、それぞれとＶｐ、およびＶｎ、との位相を比
較する方式であっても全く同じ結果が得られる。

例えば、第５図の第１および第２の導体系に更に第３の
導体系（導体形状ピッチはＰ３）を組み合わせ、移動体
塔載アンテナを三つの周波数ω□。

ω２．ω８で共用する場合は、Ｐ８−　し′４、ω３＝
４ω１となる。第３の導体系の波形に下位番地の位置情
報を付与しく例えば第２の導体系の第１番目の区間を更
にＮ区間に分割し、その各々について第６導体系の波形
に異なる位相量ψ′１を付与する）、これを第２の導体
系の位置情報ψ１と組み合わせることにより、更に細分
化された位置情報を得ることができる。

また、誘導無線線路を構成する各導体系は６相６導体に
限定されるものではなく、一般的にはＭ相Ｍ導体の導体
系であってもよい。

更に、導体の形状は第２図あるいは第５図のように梯形
波状のものに限定されるものではなく、矩形波あるいは
三角波状のものであってもよく、まだ平形のものばかり
でなく、らせん状のものであってもよい。

以上説明してきた本発明は次のような効果を生ずること
になる。

（１）１導体当りに付与される位置情報量は画期的に増
加し、線路の構成が簡略化するので経済的なシステムを
実現できる。

（２）導体のピッチを極めて小さく（数十σ〜数ｍ）澤
ぶことかでき、周囲雑音の甚しい地域で使用する場合で
も誘導雑音は線路内において相殺され、測定精度を劣化
させることはない。

（３）各導体系の導体形状ピッチ比を１：２ｍとするこ
とにより、導体系の間の漏話は大幅に軽減され、位置検
知精度ｆｉ；向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の説明図、第２図は第１発明における誘
導無線線路の一例の説明図、第３図は移動体走行路を小
区間に分割した状態の説明図、第４図は第１発明におけ
る信号処理回路の一例の説明図、第５図は第２および第
３発明における誘導無線線路の一例の説明図、第６図は
第２および第３発明における信号処理回路の一例の説明
図、第７図は第２および第６発明における信号処理回路
の他の例の説明図である。 １．５１　：第１の導体系、２，５２：第２の導体系、
３．５３：移動体塔載アンテナ、 ４．６４：変成器、５，６５　：移相回路、６．６６：
加算器、７．６７：位相計、８．６８：指示計器、９：
帯域通過濾波器、１０：周波数２逓倍器、１に加算器。 ａｅ　　　　τ　　　ピ　　　（（ ｈ　　　−ｈ　　　悄

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　　Ｍ相Ｍ導体（Ｍは３または３より大なる整数）
   によって形成される第１の導体系と、この第１の導体系
   と等しい導体形状ピッチを有する第２の導体系とを移動
   体走行路に沿って布設して誘導無線線路を構成し、上記
   走行路をＮ個（Ｎは２または２より犬なる整数）の小区
   間に区分すると共に、各小区間の境界を通過する毎に一
   方の導体系のみの導体形状の位相を階段的に変化せしめ
   、高周波電流が通電された移動体塔載アンテナで上記誘
   導無線線路を励振することにより生ずる上記第１および
   第２の導体系の導体間電圧の正相成分（あるいは逆相成
   分１間の位相差から移動体の存在する小区間を知ること
   を特徴とする移動体位置検知方式。 ２、　　Ｍ相Ｍ導体（Ｍは３または６より大なる整数）
   によって形成される第１の導体系と、Ｍ相Ｍ導体によっ
   て形成され、第１の導体系の導体形状ピッチの１／２　
   ｍ　（ｍは任意の正の整数）の導体形状ピッチを有する
   第２の導体系とを移動体走行路に沿って布設して誘導無
   線線路を構成し、上記走行路をＮ個（Ｎは２または２よ
   り犬なる整数）の小区間に区分すると共に、各小区間の
   境界を通過する毎に竺２の導体系のみの導体形状の位相
   を階段的に変化せしめ、周波数ω、およびω　□を２　
   逓倍した周波数ω２の高周波電流が通電された移動体塔
   載アンテナで上記誘導無線線路を励振することにより、
   上記第１および第２の導体系の各導体間に電圧を誘起せ
   しめ、第１の導体系については周波数ω１の信号を選択
   受信してこの信号についての各導体間電圧の正相（ある
   いは逆相）成分を求めてから２″！逓倍するか１．ある
   いは各導体間電圧を２９逓倍してからこれらの電圧につ
   いての正相（あるいは逆相）成分を求め、第２の導体系
   については周波数ω２の信号を選択受信してこの信号に
   ついての各導体間電圧の正相（あるいは逆相）成分を求
   め、第１の導体系の２ｒｎ逓倍された正相（あるいは逆
   相）電圧と第２の導体系の正相（あるいは逆相）電圧と
   の位相差から移動体の存在する小区間を知ることを特徴
   とする移動１体位置検知方式。 ３、　　Ｍ相Ｍ導体（Ｍは３まだは３より犬なる整数゛
   ）によって形成される第１の導体系と、Ｍ相Ｍ導体によ
   って形成され、第１の導体系の導体形状ピッチの１／２
   ″”（ｍは任意の正の整数）の導体形状ピッチを有する
   第２の導体系とを移動体走行路に沿って布設して誘導無
   線線路を構成し、上記走行路をＮ個（Ｎは２またはシよ
   り犬なる整数）の小区間に分割すると共に、各小区間の
   境界を通過する毎に第２の導体系のみの導体形状の位相
   を階段的に変化せしめ、周波数ω１およびω１を２２Ｆ
   ＋逓倍した周波数ω２の高周波電流が通電された移動体
   塔載アンテナで上記誘導無線線路を励振することにより
   、上記第１および第２の導体系の各導体間に電圧を誘起
   せしめ、第１の導体系については周波数ω１の信号を選
   択受信してこの信号についての各導体間電圧の正相およ
   び逆相成分を求めてから２ｍ逓倍するか、あるいは各導
   体間電圧を２ｒｎ逓倍してからこれらの電圧についての
   正相および逆相成分を１求め、第２の導体系については
   周波数ω２の信号を選択受信して各導体間電圧の正相お
   よび逆相成分を求め、第２の導体系の正相電圧と第１の
   導体系の２　逓倍された正相電圧の位相差と第１の導体
   系についての２１逓倍された逆相電圧と第２の導体系に
   ついての逆相電圧の位相差の算術平均値から移動体の存
   在する小区間を知ることを特徴とする移動体、位置検知
   方式。