(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
列車の前方車両に下記（イ）に記載の質問装置を搭載し；  先行列車の後方車両に下記（ロ）に記載の応答装置を搭載し；  かつ質問装置を搭載する列車の前方に、当該質問装置の出力する伝送路伝搬時間の和の１／２として決定される質問装置から応答装置までの距離を表示する指示部；  を設けたことを特徴とする列車追突防止用監視システム。
（イ）質問装置
一定周期のシステムクロックを出力する手段と；  システムクロックに同期して一定周期で繰り返す質問パルスを出力する手段と；  送信アンテナと；  質問パルスを受けてパルス状電波を送信アンテナから送信させる手段と；  受信アンテナと；  受信アンテナが受信した前記質問パルスに対する応答信号としてのスペクトラム拡散電波を受信処理して拡散符号を復調する手段と；  前記システムクロックから前記スペクトラム拡散電波の１チップ分遅延したタイミング信号に同期して前記拡散符号と同一かつ基準とする参照コードを出力する手段と；  受信拡散符号と参照コードとの相関値を出力し、かつ差値演算指令を受けて前回相関値と今回相関値との差値を出力する手段と；  入力する相関値が受信拡散符号と参照コードとのずれが拡散符号の１ビット内に含まれることを示す基準値を超えるまでは第１更新指令を出力し、基準値を超えたとき差値演算指令を出力し、入力する差値が零付近を示すまでが「継続指令」で、差値が零付近を示すと「終了指令」となる第２更新指令を出力する手段と；  第１更新指令を受けてシステムクロックを１ビット幅単位で遅延したのに相当する前記タイミング信号を出力し、第２更新指令を受けて、「継続指令」であるときシステムクロックを１ビット幅を細分化する単位幅で遅延したのに相当する前記タイミング信号を出力し、「終了指令」であるときそのときまでに行った遅延操作によって決定される前記質問パルスと前記応答信号の伝送路伝搬時間の和を外部へ出力する手段と；  を備えたことを特徴とする質問装置。
（ロ）応答装置
受信アンテナと；  受信アンテナが受信したパルス状電波を受信処理し一定周期で繰り返す質問パルスを復元する手段と；  復元した質問パルスに同期して質問装置側と同一内容のシステムクロックを復元して出力する手段と；  復元したシステムクロックに同期して質問装置側の参照コードと同一内容の応答拡散符号を出力する手段と；  送信アンテナと；  応答拡散符号で搬送波を拡散したスペクトラム拡散電波を送信アンテナから送信させる手段と；  を備えたことを特徴とする応答装置。
【請求項２】
列車の前方車両に下記（ハ）に記載の質問装置を搭載し；  先行列車の後方車両に下記（ニ）に記載の応答装置を搭載し；  かつ質問装置を搭載する列車の前方に、当該質問装置の出力する伝送路伝搬時間の和の１／２として決定される質問装置から応答装置までの距離を表示する指示部；  を設けたことを特徴とする列車追突防止用監視システム。
（ハ）質問装置
一定周期のタイミングトリガを出力する手段と；  タイミングトリガに同期してスペクトラム拡散信号によるパルス列の質問パルスを出力する手段と；  送信アンテナと；  質問パルスを受けてスペクトラム拡散信号によるパルス状電波を送信アンテナから送信させる手段と；  受信アンテナと；  受信アンテナが受信した前記質問パルスに対する応答信号としてのスペクトラム拡散電波を受信処理して拡散符号を復調する手段と；  タイミングトリガに同期して前記拡散符号と同一かつ基準とする参照コードを出力する手段と；  復調した拡散符号と参照コードとの相関値を出力し、かつ差値演算指令を受けて前回相関値と今回相関値との差値を出力する手段と；  入力する相関値が受信拡散符号と参照コードとのずれが拡散符号の１ビット内に含まれることを示す基準値を超えるまで相関値を出力し、基準値を超えたとき差値演算指令を出力して入力する差値が零付近を示すまでシステムクロックを１ビット幅を細分化した単位幅で遅延しつつ差値を求めて拡散信号と参照コードとの最大相関値を見出す遅延操作によって決定される前記質問パルスと前記応答信号の伝送路伝搬時間の和を外部へ出力する手段と；  を備えたことを特徴とする質問装置。
（ニ）応答装置
質問装置のタイミングトリガと同一のタイミングトリガを出力する手段と；  受信アンテナと；  受信アンテナが受信したスペクトラム拡散電波による質問パルスを受信処理して拡散符号を復調する手段と；  タイミングトリガに同期して前記拡散符号と同一かつ基準とする参照コードを出力する手段と；  復調した拡散符号と参照コードとの相関値を出力し、かつ差値演算指令を受けて前回相関値と今回相関値との差値を出力する手段と；  入力する相関値が受信拡散符号と参照コードとのずれが拡散符号の１ビット内に含まれることを示す基準値を超えるまで相関値を出力し、基準値を超えたとき差値演算指令を出力して入力する差値が零付近を示すまで参照コードを拡散符号の１ビット幅を細分化した単位幅で遅延しつつ差値を求めて拡散信号と参照コードとの最大相関値を見出す遅延操作によって決定される前記質問パルスの伝送路伝搬時間を外部に出力する手段と、タイミングトリガに同期して質問装置側の参照コードと同一内容の応答拡散符号を出力する手段と；  送信アンテナと；  応答拡散符号で搬送波を拡散したスペクトラム拡散電波を送信アンテナから応答信号として送信させる手段と；  を備えたことを特徴とする応答装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、質問信号の送信から応答信号の受信までの時間から距離測定を行う質問装置、受信した質問信号に対しスペクトラム拡散を施した応答信号を返送する応答装置及び質問装置と応答装置とで構成される列車追突防止用監視システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、列車は、信号機間、または、駅間に１列車という閉塞方式で運行され、緊急時には低速で２分経過後に同一方向に次の列車を出発させる方式が採用されている。その際に先行列車の運行状況は、信号機の表示で運転者に伝え、それを運転者が目視で確認して処置を採るようにしている。
【０００３】
また、列車の運行管理を行う中央監視センターでは、各列車の位置を把握するために、図３に示すように、２本の線路と電車と例えば８００ｍ間隔で設定されるスイッチ３１、同３２で構成される軌道回路を設け、スイッチの開閉によりある区間内に車両が存するかを検知できるようにし、それに基づき列車の運行状況をモニタ表示し、また要求に応じて列車に通知できるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、運転者が信号機の表示を見て先行列車の運行状況を知るという人の注意力に依存する従来の方式では、雨や霧等が発生して視界が悪くなったときには運行を中止するか、低速で運行することになり、市民の足である交通機関が大いに乱れることになるという周知の問題がある。
【０００５】
また、中央監視センターから列車の運行状況を取得する従来の方式では、精度が１〜２ｋｍ程度でしか得られず、しかも各列車は中央監視センターを経由しなければ他の列車の運行状況を知ることができないので、状況が急変したときの迅速な判断ができないという問題がある。
【０００６】
そこで、各列車が独自に状況判断のできる自己完結型の監視システムの構築が望まれている。この要求に応える方式として環境に強い電波を用いたパルスレーダやＦＭ−ＣＷレーダを用いることが考えられる。
【０００７】
しかし、鉄道線路では、線路沿いに多数の電柱等を含む反射物があるので、自己の送信電波の反射波を受信する従来のレーダ方式をそのまま適用したのでは不要、不希望の入力が多く、先行列車の識別が困難になるという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みなされたもので、その目的は、各列車が独自に状況判断のできる自己完結型の監視システムをトランスポンダ技術とスペクトラム拡散技術とを複合して構築した高Ｓ／Ｎの距離計測システムの確保にあり、具体的には、一定周期の質問パルスもしくはスペクトラム拡散を行ったパルス列の質問パルスによる質問信号の送信から応答信号の受信までの時間から距離測定を行う質問装置、受信した質問信号に対しスペクトラム拡散を施した応答信号を返送する応答装置及び質問装置と応答装置で構成される列車追突防止用監視システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の列車追突防止用監視システムは以下の構成を有する。
本発明の第１の構成は、列車の前方車両に下記（イ）に記載の質問装置を搭載し；  先行列車の後方車両に下記（ロ）に記載の応答装置を搭載し；  かつ質問装置を搭載する列車の前方に、当該質問装置の出力する伝送路伝搬時間の和の１／２として決定される質問装置から応答装置までの距離を表示する指示部；  を設けたことを特徴とする列車追突防止用監視システムである。
（イ）質問装置
一定周期のシステムクロックを出力する手段と；  システムクロックに同期して一定周期で繰り返す質問パルスを出力する手段と；  送信アンテナと；  質問パルスを受けてパルス状電波を送信アンテナから送信させる手段と；  受信アンテナと；  受信アンテナが受信した前記質問パルスに対する応答信号としてのスペクトラム拡散電波を受信処理して拡散符号を復調する手段と；  前記システムクロックから前記スペクトラム拡散電波の１チップ分遅延したタイミング信号に同期して前記拡散符号と同一かつ基準とする参照コードを出力する手段と；  受信拡散符号と参照コードとの相関値を出力し、かつ差値演算指令を受けて前回相関値と今回相関値との差値を出力する手段と；  入力する相関値が受信拡散符号と参照コードとのずれが拡散符号の１ビット内に含まれることを示す基準値を超えるまでは第１更新指令を出力し、基準値を超えたとき差値演算指令を出力し、入力する差値が零付近を示すまでが「継続指令」で、差値が零付近を示すと「終了指令」となる第２更新指令を出力する手段と；  第１更新指令を受けてシステムクロックを１ビット幅単位で遅延したのに相当する前記タイミング信号を出力し、第２更新指令を受けて、「継続指令」であるときシステムクロックを１ビット幅を細分化する単位幅で遅延したのに相当する前記タイミング信号を出力し、「終了指令」であるときそのときまでに行った遅延操作によって決定される前記質問パルスと前記応答信号の伝送路伝搬時間の和を外部へ出力する手段と；  を備えたことを特徴とする質問装置。
（ロ）応答装置
受信アンテナと；  受信アンテナが受信したパルス状電波を受信処理し一定周期で繰り返す質問パルスを復元する手段と；  復元した質問パルスに同期して質問装置側と同一内容のシステムクロックを復元して出力する手段と；  復元したシステムクロックに同期して質問装置側の参照コードと同一内容の応答拡散符号を出力する手段と；  送信アンテナと；  応答拡散符号で搬送波を拡散したスペクトラム拡散電波を送信アンテナから送信させる手段と；  を備えたことを特徴とする応答装置。
【００１２】
本発明の第２の構成は、列車の前方車両に下記（ハ）に記載の質問装置を搭載し；  先行列車の後方車両に下記（ニ）に記載の応答装置を搭載し；  かつ質問装置を搭載する列車の前方に、当該質問装置の出力する伝送路伝搬時間の和の１／２として決定される質問装置から応答装置までの距離を表示する指示部；  を設けたことを特徴とする列車追突防止用監視システムである。
（ハ）質問装置
一定周期のタイミングトリガを出力する手段と；  タイミングトリガに同期してスペクトラム拡散信号によるパルス列の質問パルスを出力する手段と；  送信アンテナと；  質問パルスを受けてスペクトラム拡散信号によるパルス状電波を送信アンテナから送信させる手段と；  受信アンテナと；  受信アンテナが受信した前記質問パルスに対する応答信号としてのスペクトラム拡散電波を受信処理して拡散符号を復調する手段と；  タイミングトリガに同期して前記拡散符号と同一かつ基準とする参照コードを出力する手段と；  復調した拡散符号と参照コードとの相関値を出力し、かつ差値演算指令を受けて前回相関値と今回相関値との差値を出力する手段と；  入力する相関値が受信拡散符号と参照コードとのずれが拡散符号の１ビット内に含まれることを示す基準値を超えるまで相関値を出力し、基準値を超えたとき差値演算指令を出力して入力する差値が零付近を示すまでシステムクロックを１ビット幅を細分化した単位幅で遅延しつつ差値を求めて拡散信号と参照コードとの最大相関値を見出す遅延操作によって決定される前記質問パルスと前記応答信号の伝送路伝搬時間の和を外部へ出力する手段と；  を備えたことを特徴とする質問装置。
（ニ）応答装置
質問装置のタイミングトリガと同一のタイミングトリガを出力する手段と；  受信アンテナと；  受信アンテナが受信したスペクトラム拡散電波による質問パルスを受信処理して拡散符号を復調する手段と；  タイミングトリガに同期して前記拡散符号と同一かつ基準とする参照コードを出力する手段と；  復調した拡散符号と参照コードとの相関値を出力し、かつ差値演算指令を受けて前回相関値と今回相関値との差値を出力する手段と；  入力する相関値が受信拡散符号と参照コードとのずれが拡散符号の１ビット内に含まれることを示す基準値を超えるまで相関値を出力し、基準値を超えたとき差値演算指令を出力して入力する差値が零付近を示すまで参照コードを拡散符号の１ビット幅を細分化した単位幅で遅延しつつ差値を求めて拡散信号と参照コードとの最大相関値を見出す遅延操作によって決定される前記質問パルスの伝送路伝搬時間を外部に出力する手段と、タイミングトリガに同期して質問装置側の参照コードと同一内容の応答拡散符号を出力する手段と；  送信アンテナと；  応答拡散符号で搬送波を拡散したスペクトラム拡散電波を送信アンテナから応答信号として送信させる手段と；  を備えたことを特徴とする応答装置。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明では、質問装置が、一定周期のパルス列若しくはスペクトラム拡散信号による質問信号を送信して応答装置に質問信号に同期したスペクトラム拡散電波を送信させ、受信取得した拡散符号と内部で発生した参照コードとの相関処理に基づいて往復伝搬時間を測定する。このようなスペクトラム拡散処理を前提とする測定は、伝送路での干渉やフェージングの影響を著しく抑圧して高精度に行えることは周知の通りである。
【００１６】
従って、本発明の列車追突防止用監視システムによれば、線路沿いに存する電柱等の反射物の影響を受けることなく質問装置を搭載する列車において先行する列車の運行状況を即座にかつ正確に把握でき、運転者は迅速に追突等の事故を未然に防止すべく適切な処置を採ることができることを実施の形態としている。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施例に係る列車追突防止用監視システムを示す。この列車追突防止用監視システムは、同一線路を走行する２つの列車のうち、後続列車の前部に搭載される図１の（ａ）の質問装置と、先行列車の後部に搭載される図１の（ｂ）の応答装置と、質問装置を搭載する列車に設けられる指示部Ｃ１とで構成される。
【００１８】
図１の（ａ）に示す質問装置は、一定周期のシステムクロックを出力するタイムベース回路Ａ５及びクロック発振器Ａ６と、システムクロックに同期して一定周期の質問パルスをパルス状質問電波として出力する搬送波発振器Ａ１、変調回路Ａ２、送信アンテナＡ３及びトリガ発生回路Ａ４と、前述したパルス状質問電波に応答して応答装置から出力されるスペクトラム拡散応答電波を受信して拡散符号を復調したうえ、拡散符号と同一の基準とする参照コードとの相関値処理に基づいてパルス状質問電波とスペクトラム拡散応答電波の伝送路の伝搬時間を算出する受信アンテナＡ７、包絡線相関ネットワークＡ８、比較回路Ａ９、遅延回路Ａ１０及び符号発生回路Ａ１１を備え、尚、併設する指示部Ｃ１を併記して示す。
【００１９】
また、図１の（ｂ）に示す応答装置は、質問装置から送出されたパルス質問状電波を受信して一定周期の質問パルスを復元する受信アンテナＢ１、ミキサＢ２、ローカル発振器Ｂ３、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）Ｂ４、検波回路Ｂ５及び整形回路Ｂ６と、質問装置と同一のシステムクロックを復元するタイムベース回路Ｂ７及びクロック発振器Ｂ８と、復元したシステムクロックに同期して出力する質問装置の参照コードと同一の応答拡散符号で拡散したスペクトラム拡散応答電波を出力する符号発生回路Ｂ９、変調回路Ｂ１０、搬送波発振器Ｂ１１及び送信アンテナＢ１２を備える。
【００２０】
次に、図に示すタイムチャートを適宜参照しつつ本実施例の動作について説明する。
質問装置では、タイムベース回路Ａ５がクロック発生回路Ａ６からの基準クロック（周波数ｆS)に従って図２（１）に示すような一定周期のシステムクロックＴＳを生成し、トリガ発生回路Ａ４と遅延回路Ａ１０とに与える。
【００２１】
トリガ発生回路Ａ４は、システムクロックＴＳの各周期の先頭において、図２の（２）に示す短パルス幅のトリガＴＩを発生し、変調回路Ａ２に与える。変調回路Ａ２は、発振器Ａ１からの搬送波（周波数ｆRF）をトリガＴＩに同期して、送信アンテナＡ３から図２の（３）に示すパルス状質問電波Ｉ（ｔ）を送信させる。
【００２２】
一方、遅延回路Ａ１０では、比較回路Ａ９からの制御信号としての第１更新指令ｑ１、もしくは第２更新指令ｑ２に従い、タイムベース回路Ａ５から入力したシステムクロックＴＳを所定遅延量ｘだけ遅延したのに相当する図２の（７）に示すタイミング信号Ｔｄ（ｔ−ｘ）を発生する。具体的には、まず、測定開始時に発せられる質問信号のタイミング（図外の周期＃０のシステムクロックの期間とする）では比較回路Ａ９から制御信号の入力がないので、タイムベース回路Ａ５から入力したシステムクロックＴＳと同一のタイミング信号Ｔｄ（ｔ−０）を符号発生回路Ａ１１に与える。
【００２３】
周期＃１以降のシステムクロックの各周期においては、遅延回路Ａ１０は、比較回路Ａ９から入力する制御信号（第１更新指令ｑ１、第２更新指令ｑ２）に従って、各周期の先頭においてタイムベース回路Ａ５から入力したシステムクロックＴＳをスペクトラム拡散処理時間単位としての１チップ幅（Ｄ）単位で遅延したのに相当するタイミング信号Ｔｄ（ｔ−Ｄi ）を発生し、またその拡散符号の１ビット幅を細分化した単位幅ｄ（ｄ＝Δｄ／ｍ：Δｄはチップ速度で定まる所定値、ｍは拡散符号１ビット幅を所望の分解能に基づいて設定する分割数）で遅延したのに相当するタイミング信号Ｔｄ（ｔ−（Ｄi ±ｄi)）を発生し、それぞれ符号発生回路Ａ１１に与え、測定終了時にそれまでの遅延操作量を外部の指示部Ｃ１に出力することを行う。
【００２４】
符号発生回路Ａ１１は、遅延回路Ａ１０からのタイミング信号に同期して所定のビット長（例えば５１１ビット）のランダム符号、例えばＰＮ（Pseudo Noise）符号からなる図２の（８）に示す参照コードｒ（ｔ−ｘ）を発生し、包絡線相関ネットワークＡ８に与える。今回は、第１回目の質問を発した周期＃０のシステムクロックＴＳの先頭に同期して入力するタイミング信号により参照コードｒ（ｔ−０）を発生し、応答信号の受信に備える。
【００２５】
次に、応答装置では、質問装置が以上のようにして送信した質問信号Ｉ（ｔ）が、時間τ遅延した図２の（４）に示す受信質問信号Ｉ（ｔ−τ）として受信アンテナＢ１に受信される。この受信信号は、ミキサＢ２とローカル発振器Ｂ３からなる周波数変換段に入力し、ローカル周波数（ｆRF＋ｆif）により中間周波数（ｆif）の信号に変換され、ＢＰＦＢ４でフィルタリングされたのち検波回路Ｂ５にて一定周期の質問パルスの検波が行われ、整形回路Ｂ６にて波形整形して復元された復元質問パルス［Ｉ（ｔ）］がタイムベース回路Ｂ７に入力する。
【００２６】
タイムベース回路Ｂ７は、クロック発振器Ｂ８からの基準クロック（周波数  ｆS)に従って図２の（１）に示すような一定周期のシステムクロックＴＳと同じ復元システムクロック（ＴＳ）を生成するが、復元システムクロック（ＴＳ）は整形回路Ｂ６から入力する復元質問パルスに同期して復元発生する。
【００２７】
符号発生回路Ｂ９は、タイムベース回路Ｂ７から入力する復元システムクロック（ＴＳ）に同期して送信側の参照コードｒ（ｔ−ｘ）と同一内容の符号系列の応答拡散符号Ｃ（ｔ）を生成する。変調回路Ｂ１０は、この応答拡散符号Ｃ（ｔ）で発振器Ｂ１１からの搬送波（周波数ｆRF）を拡散し、図２の（５）に示すスペクトラム拡散応答電波Ｔ（ｔ′）を送信アンテナＢ１２から送信させる。応答装置では、以上の動作を質問信号の受信の度に繰り返し行う。
【００２８】
次に、質問装置では、以上のようにして応答されて来たスペクトラム拡散応答電波Ｔ（ｔ′）が伝送路の伝搬時間τ遅延した図２の（６）に示す受信応答電波Ｔ（ｔ′−τ）として受信アンテナＡ７に受信される。この受信応答電波は包絡線相関ネットワークＡ８に入力される。
【００２９】
包絡線相関ネットワークＡ８は、受信回路と相関回路とを基本的に備える。受信回路は、受信アンテナＡ７で受信されたスペクトラム拡散応答電波としての受信応答電波Ｔ（ｔ′−τ）を受信処理して応答拡散符号Ｃ（ｔ）を復調し、それを相関回路の一方の入力信号とする。相関回路は、受信回路から入力する応答拡散符号Ｃ（ｔ）と符号発生回路Ａ１１から入力する参照コードｒ（ｔ−ｘ）との自己相関値を相関値Ｅ（ｔ）として比較回路Ａ９に出力することと、比較回路Ａ９から入力する差値演算指令Ｑを受けて前回相関値と今回相関値との差値の相関値差分ｅ（ｔ）を求め比較回路Ａ９に出力することとを行う。
【００３０】
周知のように、相関回路において、元来同一の符号系列である応答拡散符号Ｃ（ｔ）と参照コードｒ（ｔ−ｘ）とが１ビット以上ずれているときには出力レベルは、−１／ｎ（ビット長で正規化した相関値、ｎ：ビット長）となり、両符号が１ビットの幅内に入ると、出力レベルは符号の自己相関特性に従って、急激に増大し、両者間の遅れが無い同期がとれた状態では、出力レベルは＋ｎ／ｎ、即ち相関値１の最大値となる。
【００３１】
相関回路では、まず周期＃０のシステムクロックの期間において受信拡散符号と符号発生回路Ａ１１から入力する遅延操作をしていない参照コードｒ（ｔ−０）との相関値を比較回路Ａ９に出力する。
【００３２】
比較回路Ａ９は、相関回路からの相関値が、受信拡散符号と参照コードとによる拡散符号とのずれが拡散符号の１ビット内に含まれることを表現する所定の基準値を超えるまで第１更新指令ｑ１を遅延回路Ａ１０に出力し、基準値を超えたとき差値演算指令Ｑを相関回路に出力し、その結果入力する差値が零付近となるまでが「継続指令」で、差値が零付近となると「終了指令」となる第２更新指令ｑ２を遅延回路Ａ１０に出力する。
【００３３】
以下、具体的に説明する。比較回路Ａ９では、まず周期＃０のシステムクロックの期間において相関回路からの相関値と基準値との大小関係を比較し、この場合は相関値＜基準値であるから、第１更新指令ｑ１を遅延回路Ａ１０に出力する。
【００３４】
遅延回路Ａ１０では、周期＃０のシステムクロックＴＳの期間において入力する第１更新指令ｑ１により次の周期＃１のシステムクロックの期間の先頭に同期してそのシステムクロックを１チップ幅（Ｄ）遅延したのに相当する図２の（７）に示すタイミング信号Ｔｄ（ｔ−Ｄ）を発生する。
【００３５】
その結果、符号発生回路Ａ１１は、図２の（８）に示すように、周期＃１のシステムクロックの期間において１チップ幅（Ｄ）遅延したシステムクロックＴＳの先頭に同期して参照コードｒ（ｔ−Ｄ）を発生し、相関回路に与える。
【００３６】
相関回路は、周期＃１のシステムクロックの期間において、その先頭で送信した質問信号に対する受信応答電波Ｔ（ｔ′−τ）と参照コードｒ（ｔ−Ｄ）との相関を取り、その相関値が比較回路Ａ９にて基準値と比較される。比較回路Ａ９は相関値＜基準値であれば、第１更新指令ｑ１を遅延回路Ａ１０に与える。
【００３７】
以上の相関処理がシステムクロックの各周期において繰り返し行われ、システムクロックＴＳを３ビット遅延したのに相当するタイミング信号Ｔｄ（ｔ−３Ｄ）による参照コードｒ（ｔ−３Ｄ）と受信応答電波Ｔ（ｔ′−τ）との相関を取る周期＃３において参照コードｒ（ｔ−３Ｄ）と受信拡散電波Ｔ（ｔ′−τ）とのずれが１ビット幅以内であると、相関回路の出力する相関値Ｅ（τ−３Ｄ）は図２の（９）に示すように高レベルになる。
【００３８】
その結果、比較回路Ａ９では、相関値＞基準値となるので、相関回路に対し差値演算指令Ｑを出力すると共に、遅延回路Ａ１０に対し「継続指令」を内容とする第２更新指令ｑ２を出力する。なお、この差値演算指令Ｑは、相関値＞基準値である間継続して出力される。列車の動揺等でこの大小関係が逆転する場合は、再度上述した相関操作をやり直す。
【００３９】
すると、包絡線相関ネットワークＡ８の相関回路では、同じ周期＃３のシステムクロックの期間において、周期＃２の相関値と周期＃３の相関値との相関値差分ｅ（ｔ）を比較回路Ａ９に与える。図示例では、図２の（１０）に示す如く、ｅ（ｔ）＜０であるので、比較回路Ａ９では、前回の遅延量を減少させる「継続指令」を内容とする第２更新指令を遅延回路Ａ１０に与える。
【００４０】
遅延回路Ａ１０では、前回の遅延量を減少させる「継続指令」を内容とする第２更新指令ｑ２が入力したので、最初に相関値＞基準値となった周期（＃３）までに操作した遅延量（３Ｄ）から１ビット幅を細分化した単位遅延量ｄを減じた遅延量（３Ｄ−ｄ）を形成し、次の周期（＃４）のシステムクロックの期間の先頭から（３Ｄ−ｄ）遅れた図２の（７）に示すタイミング信号Ｔｄ（ｔ−（３Ｄ−ｄ））を発生し、符号発生回路Ａ１１に出力する。
【００４１】
包絡線相関ネットワークＡ８の相関回路は、差値演算指令Ｑが入力している間、各システムクロックの周期において、前回出力した相関値と今回出力する相関値との差の相関値差分ｅ（ｔ）を求め、それを比較回路Ａ９に与える。
【００４２】
前述したように単位遅延量ｄは、ｄ＝Δｄ／ｍであり、相関値差分ｅ（ｔ）は常に零に収束するとは限らないが、零付近のある範囲内に入る。そこで、比較回路Ａ９では、入力する相関値差分ｅ（ｔ）が零付近となるまで、相関値差分ｅ（ｔ）が入力する毎に遅延回路Ａ１０に対して相関値差分ｅ（ｔ）の正負に応じた「継続指令」を内容とする第２更新指令ｑ２を与える。相関回路では、各システムクロックの周期において、上述した相関処理と並行して、単位遅延量ｄずつ遅延（増加または減少）した参照コードとの相関を取りつつ差値が求められる。
【００４３】
図２の（１０）には、周期＃４のシステムクロックの期間において、参照コードｒ（ｔ−（３Ｄ−ｄ））と受信応答電波Ｔ（ｔ′−τ）との相関値差分ｅ（ｔ）が零付近となった場合を示すが、比較回路Ａ９は、相関値差分ｅ（ｔ）が零付近となったことを検出すると、差値演算指令Ｑの出力を停止すると共に、遅延回路Ａ１０に対し「終了」を内容とする第２更新指令ｑ２を出力する。
【００４４】
遅延回路Ａ１０では、「終了」を内容とする第２更新指令ｑ２を受けてそれまで遅延操作した内容を外部の指示部Ｃ１に出力する。図２の（７）の例で言えば（３Ｄ−ｄ）を出力する。この遅延操作によって指定される遅延時間は、質問装置と応答装置の間で電波が往復するのに要した正確な伝搬時間２τである。
【００４５】
外部の指示部Ｃ１では、この伝搬時間２τの１／２に対応する距離を質問装置と応答装置間の距離として表示する。
【００４６】
このようにして、スペクトラム拡散処理を施された信号を、スペクトラム拡散に利用した符号系列と同じ参照コードとの相関値の最大値を得るまで、伝搬時間による遅延に対応する程度参照コードを遅延せしめることにより、遅延せしめた時間を伝搬時間として把握することができ、スペクトラム拡散電波の特徴とする耐干渉性、耐フェージング性を著しく向上させた高Ｓ／Ｎの列車間距離計測が可能となる。
【００４７】
尚、通常の通信目的のスペクトラム拡散処理では、ベースバンドデータで変調した変調信号に対してＰＮ符号系列などを利用するスペクトラム拡散処理が施されるが、本発明の場合は列車間の高Ｓ／Ｎ状態での距離計測が目的であるので、ベースバンドデータを利用するか、搬送波をＰＮ符号系列などでスクランブルするスペクトラム拡散形式を利用するかは随意であり、本発明では処理の簡素化を図って後者の処理方式を利用している。
【００４８】
図４は、本発明の第２の実施例に係る列車追突防止用監視システムを示す。この第２の実施例における列車追突防止用監視システムは、同一線路を走行する２つの列車のうち、後続列車の前部に搭載される図４の（ａ）の質問装置と、先行列車の後部に搭載される図４の（ｂ）の応答装置と、質問装置を搭載する列車に併設する指示部Ｃ１とで構成される。
【００４９】
図４の（ａ）に示す質問装置は、一定周期のタイミングトリガを発生するタイムベース回路Ａ５及びクロック発振器Ａ６と、タイミングトリガによって駆動されて所定の周波数の搬送波を所定のランダム符号系列でスペクトラム拡散したスペクトラム拡散質問電波を送出する搬送波発振器Ａ１、変調回路Ａ１２、符号発生回路Ａ１３及び送信アンテナＡ３と、図４の（ｂ）の応答装置からスペクトラム拡散質問電波に応答して送出されるスペクトラム拡散応答電波を受信して、スペクトラム拡散質問電波とスペクトラム拡散応答電波の伝搬時間τ＋τ＝２τを算出する受信アンテナＡ７、包絡線相関ネットワークＡ１４、符号発生回路Ａ１５、バンドパスフィルタとして構成するフィルタＡ１６，同Ａ１７、比較回路Ａ１８及び遅延回路Ａ１９を備え、尚、指示部Ｃ１を併記して示す。
【００５０】
また、図４の（ｂ）に示す応答装置は、スペクトラム拡散質問電波を質問装置から受けてスペクトラム拡散質問電波を受信し、スペクトラム拡散符号を逆拡散する相関処理に基づいて自己宛の信号を高Ｓ／Ｎで認識する受信アンテナＢ１、包絡線相関ネットワークＢ１３、符号発生回路Ｂ１４、フィルタＢ１５，同Ｂ１６、比較回路Ｂ１７及び遅延回路Ｂ１８と、質問装置の発生するタイミングトリガに同期した一定周期のタイミングトリガを発生するタイムベース回路Ｂ７及びクロック発振器Ｂ８と、質問装置に送出するスペクトラム拡散応答電波を発生する符号発生回路Ｂ９、変調回路Ｂ１０、搬送波発振器Ｂ１９及び送信アンテナＢ１２とを備える。
【００５１】
次に、図５のタイムチャートを適宜参照しつつ第２の実施例の動作について説明する。第２の実施例は、質問装置から送出する質問電波と、応答装置から応答送出する応答電波とをいずれもスペクトラム拡散電波として形成して授受し合い、伝送路における干渉、フェージング等の影響を第１の実施例の場合よりもさらに抑圧して高Ｓ／Ｎの列車間距離計測を確保しようとするものである。また、このスペクトラム拡散に供するＲＮ符号などのランダム符号系列は、それ自体使用者の個別認識と秘匿処理にも有用であることはよく知られている。
【００５２】
図４の（ａ）に示す質問装置では、クロック発振器Ａ６から基準クロックｆS を受けたタイムベース回路Ａ５が、図５の（１）に示すシステムトリガとしてのタイミングトリガＴｒ１を発生して遅延回路Ａ１９と符号発生回路Ａ１３とに供給する。
【００５３】
変調回路Ａ１２は、搬送波発振器Ａ１から出力される周波数ＳRFの搬送波に対し、タイミングトリガＴｒ１で符号発生回路Ａ１３から出力されるＰＮ符号を利用する参照コードＣ（ｔ）を利用してスペクトラム拡散を施し、図５の（２）に示すスペクトラム拡散質問電波ｆ（Ｃｉ（ｔ))として送信する。
【００５４】
伝送路の伝搬時間τ経過後、応答装置は図５の（３）に示す受信質問電波ｆ（Ｃｉ（ｔ−τ))を受信アンテナＢ１を介して入力し、包絡線相関ネットワークＢ１３に供給する。
【００５５】
タイムベース回路Ｂ７は、質問装置のクロック発振器Ａ６とは互いに独立同期制御の下におかれるクロック発振器Ｂ８から基準クロックｆS を受け、質問装置のタイミングトリガＴｒ１と一定時間ずれで独立同期したタイミングトリガＴｒ２を出力し、遅延回路Ｂ１８と符号発生回路Ｂ９に供給する。
【００５６】
遅延回路Ｂ１８からはタイミング信号（ｔ−ｄｌ）が符号発生回路Ｂ１４に出力され、符号発生回路Ｂ１４からは質問装置側の参照コードのレプリカとしての図５の（５）に示す参照コードＣｉ（ｔ−ｄｌ）が時間遅れｄｌで包絡線相関ネットワークＢ１３に供給される。この参照コードは、受信アンテナＢ１を介して入力する受信質問電波ｆ（Ｃｉ（ｔ−τ))との相関がとられ、相関値Ｅ（τ−ｄｌ）を得る。相関処理時間ｔp を図５の（６）に示す。相関値Ｅ（τ−ｄｌ）は、バンドパスフィルタのフィルタＢ１５を通して比較回路Ｂ１７に供給される。
【００５７】
比較回路Ｂ１７は、相関処理の対象とする２入力の時間ずれがあらかじめ設定した拡散符号ビットで１ビット以内に含まれることを表現する基準値と、入力した相関値Ｅ（τ−ｄｌ）とを比較し、相関値Ｅ（τ−ｄｌ）が基準値以下の場合は参照コードＣｉ（ｔ−ｄｌ）に付与する遅延時間を次のタイミングトリガＴｒ２でさらにΔｄだけ増加し、基準値を超すまでこのプロセスを繰り返す。相関値Ｅ（τ−ｄｌ）が基準値を超えると、参照コードＣｉ（ｔ−τ）とＣｉ（ｔ−ｄｌ）とのずれが拡散符号ビットで１ビット以内に含まれることを意味し、このあと、さらに１ビット内での遅延整合処理に移る。
【００５８】
比較回路Ｂ１７には、フィルタＢ１６を通してさらに相関値差分ｅ（ｔ）が提供される。この相関値差分ｅ（ｔ）は、現在の遅延ｄｌ１と、前回の遅延ｄｌ−１のそれぞれにおける相関値Ｅ（τ−ｄｌ１）とＥ（τ−ｄｌ−１）との差分値を示す。即ち、ｅ（ｔ）＝Ｅ（τ−ｄｌ１）−Ｅ（τ−ｄｌ−１）であり、Ｅ（ｔ）＜０では進み過ぎとなってしまうので、ｄｌ＝ｄｌ−Δｄ／ｍとして遅延量をΔｄ／ｍだけ減少させ、以下同じプロセスを繰り返しつつ、あるタイミングトリガの時ｅ（ｔ）＝０となれば参照コードＣｉ（ｔ−τ）とＣｉ（ｔ−ｄｌ）との一致した状態を把握する。
【００５９】
ここで、Δｄはチップ速度に基づいて設定する所定の微小時間、ｍは拡散符号１ビット幅の分解能を指定する分割数である。この処理に要する固定時間が、図５の（６）に示す相関処理時間ｔp である。こうして、入力が自己宛の信号であることを高Ｓ／Ｎ条件で確認し、かつ伝搬時間τを正確に把握する。
【００６０】
このようにして相関が確保されると包絡線相関ネットワークＢ１３からは相関確立信号Ｍが出力され、変調回路Ｂ１０に供給される。変調回路Ｂ１０は、この相関確立信号Ｍによって出力の送出を可能とする状態に設定される。
【００６１】
相関処理時間ｔp 後に、符号発生回路Ｂ９から出力される拡散符号Ｃｊ（ｔ−τ−ｔp)でスペクトラム拡散処理を施された図５の（７）に示すスペクトラム拡散応答電波ｆ（Ｃｊ（ｔ−τ−ｔp)）が変調回路Ｂ１０から送信アンテナＢ１２を経て送出される。
【００６２】
受信アンテナＡ７からは、伝搬時間τをさらに追加した図５の（８）に示す受信応答電波ｆ（Ｃｊ（ｔ−２τ−ｔp)）が包絡線相関ネットワークＡ１４に供給される。これら応答出力と応答出力の受信とを、図５の（７），（８）に
（応答出力）／（応答出力受信）として対比して示す。
【００６３】
包絡線相関ネットワークＡ１４は、応答装置と同じ符号系列の図５の（９）に示す参照コードＣｌ（ｔ−ｔP −Ｄｌ）を符号発生回路Ａ１５から入力し、Ｄｌを対象とする遅延操作で参照コードを遅延させつつ相関最大値を求めることをフィルタＡ１６，同Ａ１７、比較回路Ａ１８、遅延回路Ａ１９とともに応答装置の場合と同様にして相関処理を行い、相関確立状態で所望の伝搬時間２τを確定し、これを指示部Ｃ１に供給する。参照コードＣｌ（ｔ−ｔp −Ｄｌ）と相関処理時間を図４の（９），（１０）に示す。
【００６４】
こうして、スペクトラム拡散電波の授受に基づいて、極めて高Ｓ／Ｎの距離計測が可能となり、この結果先行列車と後続列車の走行間隔の短縮と輸送能力の向上が図れる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、質問装置から一定周期のパルス電波もしくはスペクトラム拡散電波による質問信号を送信して応答装置に質問信号に同期したスペクトラム拡散電波を送信させ、質問装置が受信取得した拡散符号と内部で発生した参照コードとの相関に基づいて往復伝搬時間を測定するようにしたので、本発明の質問装置と応答装置を用いた本発明の列車追突防止用監視システムによれば、線路沿いに存する電柱等の反射物の影響を受けることなく質問装置を搭載する列車において先行する又は後続する列車の運行状況を即座にかつ正確に把握でき、運転者は迅速に追突等の事故を未然に防止すべく適切な処置を採ることができるとともに、先行列車と後続列車との走行間隔の短縮を可能とする効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の実施例の主要信号のタイムチャートである。
【図３】従来の中央監視センターにおいて列車の存在を検出する軌道回路の回路図である。
【図４】本発明の第２の実施例の構成を示すブロック図である。
【図５】図２の実施例の主要信号のタイムチャートである。
【符号の説明】
Ａ１  搬送波発振器
Ａ２  変調回路
Ａ３  送信アンテナ
Ａ４  トリガ発生回路
Ａ５  タイムベース回路
Ａ６  クロック発生回路
Ａ７  受信アンテナ
Ａ８  包絡線相関ネットワーク
Ａ９  比較回路
Ａ１０  遅延回路
Ａ１１  符号発生回路
Ａ１２  変調回路
Ａ１３  符号発生回路
Ａ１４  包絡線相関ネットワーク
Ａ１５  符号発生回路
Ａ１６  フィルタ
Ａ１７  フィルタ
Ａ１８  比較回路
Ａ１９  遅延回路
Ｂ１  受信アンテナ
Ｂ２  ミキサ
Ｂ３  ローカル発振器
Ｂ４  ＢＰＦ
Ｂ５  検波回路
Ｂ６  整形回路
Ｂ７  タイムベース回路
Ｂ８  クロック発振器
Ｂ９  符号発生回路
Ｂ１０  変調回路
Ｂ１１  発振器
Ｂ１２  送信アンテナ
Ｂ１３  包絡線相関ネットワーク
Ｂ１４  符号発生回路
Ｂ１５  フィルタ
Ｂ１６  フィルタ
Ｂ１７  比較回路
Ｂ１８  遅延回路
Ｂ１９  搬送波発振器
Ｃ１  指示部
【図１】
0003734554.tif 000002
【図２】
0003734554.tif 000003
【図３】
0003734554.tif 000004
【図４】
0003734554.tif 000005
【図５】
0003734554.tif 000006