JPS595876B2 - 信号検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は共振回路の周波数掃引応答特性を利用したシス
テムに好適な信号検出装置に関する。

一般にそれぞれ共振周波数が異なる複数個の共振回路を
含む応答装置に対して送信装置から周波数掃引信号を送
出し、前記応答装置からの周波数掃引応答波を受信して
対象物に固有の情報を識別するシステムとしては、第１
図のような識別システムが知られている。

即ち、掃引信号発生器１からの信号を電力増幅器２で増
幅し、送受信アンテナ３から応答装置４に向けて質問電
波を発射する。

応答装置（は、例えば高速走行する対象物の一部に取り
つけられており、前記質問電波を応答アンテナ５で受信
する。

このアンテナ５には、コンデンサ６を介して並列接続さ
れる複数個の共振回路？０．７２・・・Ｉｎを有してい
る。

各共振回路７１゜７□・・・Ｉｎは、セラミックやクリ
スタルのような圧電素子、Ｌ、Ｒ，Ｃによる集中定数回
路、あるいはこれらを含んだ能動素子等で構成する。

従って、質問信号の周波数が共振周波数になると、共振
素子が直列共振回路であれば、共振回路のインピーダン
スが低下して、応答アンテナ５に大きい電流が流れるこ
とから、応答アンテナ５から共振回路７３，７□・・・
Ｉｎに対応して電波の反射が行われる。

その反射電波は送受信アンテナ３に誘導され帯域Ｐ波器
８により所要帯域の信号のみを取り出し第２図ａに示す
如き信号を得る。

なお第２図ａにおいては周波数の低い側に１個と帯域の
中央付近に１個および周波数の高い側に１個の応答信号
があり、それらの間に雑音信号がある場合を示している
。

また上記応答アンテナ５から送受信アンテナ３に対する
電波反射は送受信アンテナ３から応答装置４を見たイン
ピーダンス あるいは位相の変化となって現われる。

そこで掃引信号発生器１からの信号を移相器９を介して
基準位相とし、送受信アンテナ３の信号を位相検波器１
０で比較して応答装置における共振応答信号成分（第２
図ｂ）を検出することができる。

この位相検波器１０は、リング変調器のような応答入力
信号と基準信号との振幅と位相差に比例する積形式の検
波器が検出感度の上から好ましいが、レシオ検波器のよ
うな位相検波器も使用することができる。

そして位相検波器１０の出力信号はシュミット回路のご
ときレベル検出器１１でバイナリ信号（第２図Ｃ）に変
換される。

そして、バイナリ信号を処理することにより、応答装置
４を有する対象物の識別が行われる。

ところで セラミックやクリスタルを用いた良好度（尖
鋭度）Ｑのきわめて高い共振回路の周波数掃引波応答は
、共振回路の周波数−振幅特性（静特性）および共振回
路に貯えられたエネルギーの放電により、共振回路の共
振周波数において、第２図ａに示すように時間と共に指
数函数的に振幅が減少するいわゆるリンギング成分が現
われる。

このため、位相検波器１０の出力信号は、前記リンギン
グ成分と共振回路の静特性を掃引方向に圧縮した応答、
すなわち準静特性との成分からなり、第２図すのごとく
時間と共に次第に周波数が増加し、また時間と共に指数
函数的に振幅が減少するビート信号が生ずる。

また、前記送受信アンテナ３に誘導される衝撃性の雑音
信号が誘導されることが多く、この雑音成分も応答成分
と同様に前記レベル検出器１１でバイナリ信号に変換さ
れるので、応答パルスのほかに雑音パルスが生じて信号
処理の誤りとなる。

そこで応答信号はビート信号成分を含みパルス化された
そのビート信号は、発生間隔が予め決められた割合で変
化するものであるが、これに対しバイナリ化して得られ
る衝撃性雑音信号のパルス列はその発生間隔はランダム
であり特徴がないことから両者は区別される。

しかし雑音パルスの発生間隔がランダムであると言えど
もパルスが連続して誘起されるような雑音環境下では往
々にして応答信号のビートタイミングに一致し誤検出さ
れることもある。

特に従来の信号検出回路では、レベル検出器１１の出力
信号で個々のパルス列信号を比較した場合、第２図Ｃの
パルス波形図を第３図に同時間的に並記して比較図示し
たように各パルス発生タンミングは正確には一致しない
。

つまり掃引周波数の周波数値によってビート波形の位相
が少しづつずれる。

従って、全掃引周波数帯域にわたり共通したパルス発生
タイミングを設定した場合、位相のずれたビート波形も
全て通過し得ることを意味し、それはつまり雑音パルス
列も通過しやすいということを意味する。

連続的に飛び込む衝撃波はそのビートパルス発生タイミ
ングに落ち込んでしまい誤検知される可能性がふえる。

そこでこの発明は、受信信号中の応答信号と雑音信号と
を亦離して確実に応答信号のみを抽出し得る信号検出装
置を提供するものである。

以下、第４図ないし第８図を参照して本発明に係る信号
検出装置の一実施例を詳細に説明する。

なお、第４図において、第１図に示す従来の信号検出装
置の構成部分と同一構成部分には同一符号を付してその
詳細な説明は省略する。

第４図において、掃引信号発生器１からの所定の周波数
範囲に亘る掃引繰返し信号は、電力増幅器２に供給され
増幅される。

電力増幅器２からの信号は、ハイブリット回路１２を介
して、送受信アンテナ３から応答装置４に供給される。

応答装置４は例えば列車貨車等の移動体に塔載され、共
振回路７１，７□・・・Ｉｎの組み合せからなる固有の
組合せ符号に対応する周波数で共振し、その共振信号が
応答信号として応答アンテナ５から送受信アンテナ３に
供給される。

送受信アンテナ３で受信された応答信号はハイブリット
回路１２を介して帯域通過沢波器８に供給され、第５図
ａに示すようにいわゆる搬送波周波数を含んだリンギン
グ応答信号が得られる。

沢波器８の出力信号には、応答装置４からの応答信号（
第５図ａのイ２２０、ハのほかに、外来の衝撃性雑音信
号（第５図ａのＮ１．Ｎ２．Ｎ３）が重畳されていると
する。

さて、沢波器８の出力信号は電力増幅器２の出力と共に
移相器１３に供給される。

移相器１３の目的は、電力増幅器２からの出力信号即ち
掃引信号発生器１からの掃引繰返し信号と、ｆ波器８か
らの共振応答信号との位相差を掃引周波数範囲内におい
て常にＯまたは１８０度となすことにあり、その結果、
次段の位相検波器１０において雑音信号を除去し真正の
共振応答信号成分のみを抽出させることにある。

本発明の信号検出装置において、移相器１３および位相
検波器１０によって真正の応答信号のみが抽出され、雑
音信号が除去される理由を少し詳しく説明する。

まず周波数掃引波が応答装置４で共振応答を受け、送受
信アンテナ３、ハイブリット回路１２、沢波器８等を介
して位相検波器１０に供給されるまでの経路を考えた場
合、相当の伝送線路長と考えることができる。

実際に列車、貨車等の番号を識別するシステムにおいて
は、位相検波器１０から送受信アンテナ３に至るまでの
ケーブル長は相当な長さになる。

そのような伝送線路は一種の遅延線でありまたハイブリ
ット回路１２等も等制約にインダクタンスあるいはキャ
パシタンスで置き換えることができるから、周波数特性
をもつことになる。

従って、周波数掃引波がこれら伝送経路を通過すること
により、その周波数によって、異なった位相まわりつま
り位相遅れが生ずる。

そこで掃引信号発生器１からの周波数掃引波はあらかじ
め定められた一定な線形の周波数掃引波と考えれば、第
６図Ｂに示すように周波数に対する位相遅れは一定の近
似的に線形特性を示すと考えることができる。

他方、電力増幅器２を介して得られる掃引信号発生器１
からの信号も何らかの周波数に対する位相特性を持つも
のであるが、本発明装置においては移相器１３において
、前記応答信号の位相特性と一致させる（１８０度の位
相差も含む）ことを特徴とする。

即ち、第４図および第６図において、移相器１３中の遅
延線路１３１は送受掃引信号が、電力増幅器２から分岐
されハイブリット回路１２、送受信アンテナ３、応答装
置４、を経て再びハイブリット回路１２から沢波器８ま
での伝送経路によって生ずる位相遅れを補償するように
設定するが、ハイブリット回路１２自体及びｆ波器８自
体の位相特性を充分には補償し得す、図示のような固定
位相分（△ψ）が残る。

そこで移相器１３中の第１および第２の移相回路１３２
，１３３によって基準掃引信号αと応答掃引信号βとの
位相遅れを一致させるように設定する。

第１および第２の移相回路１３２，１３３は、定位相差
分波器の原理を応用したもので、広い周波数帯域に亘り
２人力信号間に一定位相差を与えるように位相調整する
もので、それぞれ例えば第７図に示すような定抵抗全周
波通過回路で実現することができる。

第６図において基準信号αを移相回路１３３で移相する
分をα′、応答信号βを移相回路１３２で移相する分を
β′とに示す。

本発明の上記実施例では第１および第２の移相回路１３
２，１３３も共に第７図に示す回路で構成し、各り、Ｃ
の定数を定め、第６図に示すように両信号特性を一致さ
せるようにしたが、勿論設計上いづれか一方の回路のみ
で、例えば第２の移相回路１３３を省略してこれを実現
することも可能であり、特に本実施例に必すしも限定す
る必要はない。

また沢波器８は第１の移相回路１３２の後に設けてもよ
いし、遅延線路１３１は移相回路１３３の後に設けても
よい。

以上のように、移相器１３において、基準となる掃引信
号発生器１からの直接的な信号と応答信号とは互いに位
相差がなくなるようにつまり位相差がＯまたは１８０度
になるよう設定されて位相検波器１０に供給される。

一方、衝撃性雑音の発生を考えてみるに、特に列車貨車
等の通過時に受ける雑音は、送受信アンテナ３の近傍で
の電気的閉ループのスイッチング動作によることがわか
った。

つまり衝撃性雑音はレールと高速走行する列車貨車等の
車軸により構成される閉ループが、車輪とレールが不完
全接触している時に、非常に短かい且つランダムな周期
によりスイッチングされるために起きるスイッチング応
答である。

この閉ループの等節回路は第８図に示す。

ところでこの閉ループ１６は非共振ループであり、従っ
てループインピーダンスはこの閉ループの自己インダク
タンス分が支配的となる。

他方、真の応答源である応答装置４の共振インピーダン
スは純抵抗である。

そこで、応答装置（における共振電流の電流位相と、雑
音信号における非共振ループ（第８図）での電流位相は
９０度異なっており、従って、送受信アンテナ３におけ
る受信入力においても応答装置（からの応答信号と前記
非共振ループのスイッチング応答とは９０度の位相差を
もつことになる。

従って、応答装置４からの共振応答信号と非共振ループ
からの９０度位相差のなす雑音信号とは重畳されて、送
受信コイル３からハイブリット回路１２、沢波器８を介
して移相器りに供給される。

移相器１Ｊでは基準となる掃引信号と真の共振応答信号
とは０度または１８０度差になるように位相制御される
から、移相器１３の直後では雑音信号に対しては９０度
の位相差信号がそのまま現われる。

而して、第１および第２の移相回路１３２゜１３３の各
信号が位相検波器１０に供給されると、周知のように２
人力信号の位相差θの余弦（ｃｏｓθ）に比例した信号
が導出されるからθ＝９０度をなす雑音信号は完全に除
去され、真の共振応答信号のみが導出される。

従って、第５図すのように雑音信号Ｎ１．Ｎ２．Ｎ３は
他の共振応答信号とは位相が９０度異なるから除去され
、次段のレベル検出器１１に供給され第５図Ｃのような
パルス波形が得られる。

しかも、全周波数帯域において、基準掃引周波数信号と
応答周波数信号との間には位相差が生じないことから、
第５図す、ｃの各ビート信号周波数４２０、ハは同じタ
イミングで現われ、第３図イ１０、ハに示すような差異
は起らなくなる。

従って、レベル検出器１１以降の信号処理段（図示せず
）においては、パルス発生タイミングのパターンは全周
波数帯域に亘ってほぼ同一となり、仮に前記衝撃性雑音
以外の外来雑音が残存したとしても、ビート信号パター
ン検定によって容易に除去され、応答信号のみを抽出で
きる。

本発明は上述したように、共振回路の周波数掃引応答を
利用した識別システムあるいは検出システムにおいて、
受信信号中の応答信号と雑音信号とを一層確実に分離し
て応答信号のみを抽出し得る信号検出装置を提供する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の信号検出装置を示す構成説明図、第２図
ａ乃至Ｃは第１図の動作を説明するために示す波形図、
第３図は第２図Ｃに示す信号波形の一部を拡大し置き換
えた波形図、第４図は本発明による信号検出装置の一実
施例を示す構成説明図、第５図および第６図は第４図に
示す装置の動作を説明するために示す波形図、第７図は
同じく第４図に示す装置の移相回路の具体的構成の一実
施例を示す回路図、第８図は非共振閉ループの等何回路
を示す回路図である。 １：掃引信号発生器、１０：検波器、斗：応答装置、１
３：移相器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 所定の周波数範囲に亘る掃引繰返し信号を発生する
   掃引発振器と、この掃引発振器からの掃引繰返し信号を
   受は共振応答信号を導出する応答装置と、この応答装置
   からの共振応答信号と前記掃引発振器からの掃引繰返し
   信号との位相差が前記周波数範囲内において常に０また
   は１８０度になるように設定する移相器と、この移相器
   を介して後に前記掃引繰返し信号と共振応答信号とを導
   入し共振応答信号成分を導出する検波器とを具備する信
   号検出装置。