基準信号発生装置及び基準信号発生方法
【課題】基準信号の連続性を高めることができる基準信号発生装置及び基準信号発生方法を提供する。
【解決手段】基準信号発生装置１００は、ＧＰＳ受信時刻を取得するＧＰＳ受信機１２０と、標準電波受信時刻を取得する標準電波受信機１１０と、ＧＰＳ受信時刻と標準電波受信時刻との時間差を記憶する記憶部１４０と、現在の日時に対応する時刻差に基づいて標準電波時刻を補正する時刻差コンパレータ１３０と、ＧＰＳ受信障害が発生していない場合はＧＰＳ信号を基に生成される入力信号に基準信号を同期させ、ＧＰＳ受信障害が発生している場合は補正した標準電波受信時刻を基に生成される入力信号に基準信号を同期させるＰＬＬ１５０と、を備え、ＰＬＬ１５０は、ＧＰＳ受信障害から復旧した際に、入力信号と基準信号との位相差を複数パルスに分割して徐々に短縮する。
【解決手段】基準信号発生装置１００は、ＧＰＳ受信時刻を取得するＧＰＳ受信機１２０と、標準電波受信時刻を取得する標準電波受信機１１０と、ＧＰＳ受信時刻と標準電波受信時刻との時間差を記憶する記憶部１４０と、現在の日時に対応する時刻差に基づいて標準電波時刻を補正する時刻差コンパレータ１３０と、ＧＰＳ受信障害が発生していない場合はＧＰＳ信号を基に生成される入力信号に基準信号を同期させ、ＧＰＳ受信障害が発生している場合は補正した標準電波受信時刻を基に生成される入力信号に基準信号を同期させるＰＬＬ１５０と、を備え、ＰＬＬ１５０は、ＧＰＳ受信障害から復旧した際に、入力信号と基準信号との位相差を複数パルスに分割して徐々に短縮する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基準信号発生装置及び基準信号発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
誤差の少ない高精度な基準信号が求められている。基準信号の生成には、水晶発振器を使用することが多いが、水晶発振器の出力は、最も精度が高いものでも１×１０−１０程度の周波数安定度（つまり、１０１０Ｈｚあたり＋−１Ｈｚの周波数偏差）であるため、このままでは、ＦＭ放送の送受信など、高精度な基準信号が必要とされる場面では使用できない。
【０００３】
そこで、高精度な基準信号が必要とされる場面では、一般に、水晶発振器の出力をより高精度な入力信号に同期させる、いわゆるＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ：位相同期回路）が使用される。例えば、特許文献１には、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）受信機と標準電波受信機とが１秒毎に出力する高精度な１秒信号に発振器の出力を同期させる標準電波受装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−０７１８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ衛星から受信するＧＰＳ信号を基に１秒信号を生成しているため、ＧＰＳ衛星から電波を受信できないときは、１秒信号を出力できない（以下、この状態を「ホールドオーバー」という）。
【０００６】
特許文献１の装置は、ＧＰＳ衛星から電波を受信できないときは、標準電波受信機の１秒信号に基準信号を同期させているので、ホールドオーバーが発生しても、基準信号の精度が極端に低下することはない。しかしながら、ホールドオーバーが発生すると、同期させる信号がＧＰＳ受信機の１秒信号から標準電波受信機の１秒信号に切り替わるため、ホールドオーバー発生前後で、基準信号の連続性が低下するという問題がある。
【０００７】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、基準信号の連続性を高めることができる基準信号発生装置及び基準信号発生方法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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる基準信号発生装置は、
ＧＰＳ信号を基にＧＰＳ受信時刻を取得するＧＰＳ受信時刻取得手段と、
標準電波を基に標準電波受信時刻を取得する標準電波受信時刻取得手段と、
ＧＰＳ受信時刻と標準電波受信時刻との時間差を、受信した月、日、または、時刻と関連づけた時間差情報を記憶する記憶手段と、
現在の月、日、または、時刻に対応する時刻差を前記時間差情報から取得し、取得した時間差に基づいて標準電波時刻を補正する補正手段と、
基準信号を出力する発振器を有し、ＧＰＳ受信障害が発生していない場合は前記ＧＰＳ信号を基に生成される入力信号に基準信号を同期させ、ＧＰＳ受信障害が発生している場合は補正した標準電波受信時刻を基に生成される入力信号に基準信号を同期させる位相同期手段と、を備え、
前記位相同期手段は、ＧＰＳ受信障害から復旧した際に、前記ＧＰＳ信号を基に生成される入力信号と前記基準信号との位相差を、複数パルスに分割して徐々に短縮する、
ことを特徴とする。
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点にかかる基準信号発生方法は、
ＧＰＳ信号を基にＧＰＳ受信時刻を取得するＧＰＳ受信時刻取得ステップと、
標準電波を基に標準電波受信時刻を取得する標準電波受信時刻取得ステップと、
ＧＰＳ受信時刻と標準電波受信時刻との時間差を、受信した月、日、または、時刻と関連づけた時間差情報を記憶する記憶ステップと、
現在の月、日、または、時刻に対応する時刻差を前記時間差情報から取得し、取得した時間差に基づいて標準電波時刻を補正する補正ステップと、
ＧＰＳ受信障害が発生していない場合は前記ＧＰＳ信号を基に生成される入力信号に、発振器の出力する基準信号を同期させ、ＧＰＳ受信障害が発生している場合は補正した標準電波受信時刻を基に生成される入力信号に発振器の出力する基準信号を同期させ、さらに、ＧＰＳ受信障害から復旧した際は、前記ＧＰＳ信号を基に生成される入力信号と前記基準信号との位相差を、複数パルスに分割して徐々に短縮する位相同期ステップと、を備える、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
基準信号の連続性を高めることができる基準信号発生装置及び基準信号発生方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る基準信号発生装置のブロック図である。
【図２】ＧＰＳ受信時刻と標準電波受信時刻から算出される時刻差を説明するための図である。
【図３】ＧＰＳ受信時刻と標準電波受信時刻の時刻差を１時間分、表にプロットした経時変化特性の例を示す図である。
【図４】ＧＰＳ受信時刻と標準電波受信時刻の時刻差の時間平均を１日分、表にプロットした経日変化特性の例を示す図である。
【図５】ＧＰＳ受信時刻と標準電波受信時刻の時刻差の日平均を１年分、表にプロットした経年変化特性の例を示す図である。
【図６】ＧＰＳ受信障害が発生したときに１Ｈｚ信号と１ｐｐｓ信号と間に位相差が発生していることを説明するための図である。
【図７】ＧＰＳ受信障害復旧後、基準信号を徐々に１ｐｐｓ信号に同期させる様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態の基準信号発生装置について、図面を参照しながら説明する。基準信号発生装置１００は１０ＭＨｚの基準信号を生成するための装置であり、図１に示すように、標準電波受信機１１０と、ＧＰＳ受信機１２０と、時刻情報コンパレータ１３０と、記憶部１４０と、ＰＬＬ１５０とから構成される。
【００１３】
標準電波受信機１１０は、例えば、情報通信研究機構が運用する標準周波数報時局から送信される標準電波を受信する受信機等から構成される。標準電波受信機１１０は、標準電波を受信すると、標準電波に含まれる標準電波受信時刻を取得して、逐次、時刻情報コンパレータ１３０に出力する。なお、以下の説明では、「標準電波受信時刻」は、１分毎に標準電波受信機１１０から出力されるものとする。
【００１４】
ＧＰＳ受信機１２０は、ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を受信する受信機等から構成される。ＧＰＳ受信機１２０は、ＧＰＳ信号を受信すると、ＧＰＳ信号からＧＰＳ受信時刻および１ｐｐｓ（Ｐｕｌｓｅ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ）信号を取得して、逐次、時刻情報コンパレータ１３０および位相比較器１５１に出力する。ここで「ＧＰＳ受信時刻」とは、ＧＰＳ衛星に搭載されている原子時計が生成する極めて精度の高い時刻情報のことをいう。また、「１ｐｐｓ信号」とは、ＧＰＳ信号を基に生成される、ＧＰＳ受信時刻に同期した１秒毎の信号のことをいう。ＧＰＳ受信時刻は時刻情報コンパレータ１３０に出力され、１ｐｐｓ信号は位相比較器１５１に出力される。なお、ＧＰＳ受信機１２０は、ＧＰＳ受信障害が発生してＧＰＳ信号が受信できないときは、ＧＰＳ受信時刻及び１ｐｐｓ信号の出力を停止する（以下、この状態を「ホールドオーバー」という）。
【００１５】
時刻情報コンパレータ１３０は、標準電波受信時刻とＧＰＳ受信時刻とを比較するためのアナログ／デジタルプロセッサ等から構成される。時刻情報コンパレータ１３０は、標準電波受信時刻（ｔＳ）とＧＰＳ受信時刻（ｔＧ）との時刻差ΔＴ（図２に示す“ΔＴ１”および“ΔＴ２”）を現在の日時と関連付けて時刻差データベース１４１に格納する。また、時刻情報コンパレータ１３０は、時刻差データベース１４１に格納されている情報を基に、標準電波受信時刻を補正し、さらに、補正した標準電波受信時刻を基に擬似１ｐｐｓ信号を生成し、位相比較器１５１に出力する。ここで「擬似１ｐｐｓ信号」とは、１分毎に出力される標準電波受信時刻を、例えば、内蔵の水晶発振子（不図示）等を使って１秒毎の信号に分割することで生成される、擬似的な１ｐｐｓ信号のことをいう。
【００１６】
記憶部１４０は、ハードディスク等の記憶装置から構成され、時刻差データベース１４１や設定パラメータ１４２等の各種データを記憶する。
【００１７】
時刻差データベース１４１は、時刻情報コンパレータ１３０が算出した時刻差と、算出した日時を関連づけて記憶するデータベースである。時刻差データベース１４１には、標準電波受信時刻とＧＰＳ受信時刻との時間差を１分毎に現在の日時と関連付けて記憶した「経時変化特性情報」と、標準電波受信時刻とＧＰＳ受信時刻との時間差の１日の平均値をその日付と関連付けて記憶した「経日変化特性情報」と、ＧＰＳ受信時刻との時間差の１ヶ月の平均値をその月と関連付けて記憶した「経年変化特性情報」と、が格納されている（「経時変化特性情報」、「経日変化特性情報」、「経日変化特性情報」については後述する）。
【００１８】
設定パラメータ１４２は、ＧＰＳ受信障害が復旧してから基準信号が入力信号に同期するまでに要する「時刻同期時間」の大小を指定するための値であり、基準信号発生装置１００の製造段階で、予めメーカー等によって保存されている。
【００１９】
ここで「時刻同期時間」とは、ＧＰＳ受信障害が発生してからＧＰＳ受信障害から復旧するまでに要する時間（以下、「ホールドオーバー時間」という）と、設定パラメータ１４２と、を基に算出される値のことである。例えば、ホールドオーバー時間がＴｈ、設定パラメータ１４２の値がｍであるとすれば、時刻同期時間はＴｈをｍで割ったＴｈ／ｍである。この場合、基準信号は、ｍが大きいほど入力信号にすばやく同期し、ｍが小さいほどゆっくり入力信号に同期する（即ち、ｍが大きいほど基準信号の連続性が低くなり、ｍが小さいほど基準信号の連続性が高くなる）。
【００２０】
また、設定パラメータ１４２は、所定の上限値ａの範囲内で定められた正の整数値（すなわち１〜ａの値）である。上限値ａは、ＧＰＳ受信障害復旧直後の基準信号の周波数安定度が、基準信号を使用する外部装置の許容する周波数安定度を満たすように定められた値である。より具体的には、ホールドオーバー発生時の基準信号の周波数安定度は、基準信号発生装置１００が標準電波を使用していることから、最悪でも、標準電波の周波数安定度を維持している。そこで、ホールドオーバー発生時に、基準信号が、標準電波受信時刻の周波数安定度の上限値ぎりぎりいっぱいでＧＰＳ受信時刻とずれていった場合でも、ＧＰＳ受信障害復旧後、基準信号が外部装置の許容する周波数安定度を満たすように滑らかに変化する限界値が上限値ａである。例えば、標準電波の周波数安定度１×１０−１１であり、外部装置の許容する周波数安定度が５０×１０−９であるとすれば、上限値ａは、５０×１０−９を１×１０−１１で割った５０００である。この場合、設定パラメータ１４２は、１〜ａ＝１〜５０００の範囲の値である。
【００２１】
ＰＬＬ１５０は、出力信号（図１に示す「基準信号」）の位相を入力信号（図１に示す「１ｐｐｓ信号」および「擬似１ｐｐｓ信号」）に同期させて、出力信号の精度を入力信号の精度にまで高めるための回路であり、位相比較器１５１と、ループフィルタ１５２と、ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）１５３と、分周回路１５４とから構成される。
【００２２】
位相比較器１５１は、プロセッサやタイムインターバルカウンタ等から構成され、ＧＰＳ受信機１２０もしくは時刻情報コンパレータ１３０からの「入力信号」と、分周回路１５４からの「１Ｈｚ信号」とを比較して、それら信号の位相差を「位相差信号」としてループフィルタ１５２に出力する。ここで「１Ｈｚ信号」とは、１０ＭＨｚの基準信号を分周して生成される１秒毎（つまり１Ｈｚ）の信号のことをいう。なお、位相比較器１５１は、ホールドオーバーが発生していないときは、１ｐｐｓ信号と１Ｈｚ信号とを比較して位相差信号を生成し、ホールドオーバーが発生しているときは、擬似１ｐｐｓ信号と１Ｈｚ信号とを比較して位相差信号を生成する。また、位相比較器１５１は内部にタイマ（不図示）を有していて、ホールドオーバーが発生してから回復するまでの時刻を計時する。
【００２３】
ループフィルタ１５２は、ローパスフィルタ等から構成され、位相差信号から不要な短周期の信号を取り除いて交流成分の少ないきれいな直流信号に変換する。変換した信号は、ＶＣＯ１５３を制御するための「制御信号」として、ＶＣＯ１５３に出力される。
【００２４】
ＶＣＯ１５３は、水晶発振子等を内蔵する電圧制御発振器から構成される。ＶＣＯ１５３は、入力電圧の大小によって発信周波数を制御できるようになっていて、ループフィルタ１５２から入力される制御信号に基づいて１０ＭＨｚの基準信号を生成する。
【００２５】
分周回路１５４は、フリップフロップ等から構成され、１０ＭＨｚの基準信号を分周して、基準信号に同期した１Ｈｚ信号を生成する。生成した１Ｈｚ信号は、位相比較器１５１に出力される。
【００２６】
次に、このような構成を有する基準信号発生装置１００の動作について説明する。最初にＧＰＳ受信障害が発生していない場合の動作について説明する。
【００２７】
ＧＰＳ受信機１２０は、ＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信すると、ＧＰＳ信号の中からＧＰＳ受信時刻を取り出して時刻情報コンパレータ１３０に送信する。また、ＧＰＳ受信機１２０は、ＧＰＳ信号を基に１ｐｐｓ信号を生成し、位相比較器１５１に出力する。
【００２８】
位相比較器１５１は、１ｐｐｓ信号を受信すると、１ｐｐｓ信号と分周回路１５４からの１Ｈｚ信号との位相差から「位相差信号」を生成し、ループフィルタ１５２に出力する。
【００２９】
ループフィルタ１５２は、位相差信号を受信すると、位相差信号から不要な短周期の信号を取り除いて「制御信号」を生成し、ＶＣＯ１５３に出力する。
【００３０】
ＶＣＯ１５３は、ループフィルタ１５２から制御信号を受信すると、その信号に基づいて、内蔵の水晶発振子の出力周波数を上下させて１０ＭＨｚの基準信号を生成し、外部の装置へ出力する。
【００３１】
分周回路１５４は、ＶＣＯ１５３が生成した基準信号を分周して１Ｈｚ信号を生成し、位相比較器１５１にフィードバックする。位相比較器１５１は、再び、１Ｈｚ信号と１ｐｐｓ信号とを比較する。
【００３２】
ＰＬＬ１５０（位相比較器１５１、ループフィルタ１５２、ＶＣＯ１５３、分周回路１５４）は、これらの動作を繰り返し、精度の高い１０ＭＨｚの基準信号を生成し続ける。
【００３３】
また、標準電波受信機１１０は、標準周波数報時局から送信される標準電波を受信すると、標準電波の中から標準電波受信時刻を取り出して時刻情報コンパレータ１３０に送信する。
【００３４】
時刻情報コンパレータ１３０は、標準電波受信機１１０から標準電波受信時刻ｔＳを受け取ると、ＧＰＳ受信機１２０から受け取ったＧＰＳ受信時刻ｔＧと比較して、これらの時刻差ΔＴを算出する。そして、算出した時刻差ΔＴを現在の日時と関連づけて時刻差データベース１４１に格納する。
【００３５】
具体的には、時刻情報コンパレータ１３０は、図２に示すように、標準電波受信時刻ｔＳとＧＰＳ受信時刻ｔＧとの時刻差ΔＴを毎分１回ずつ算出する。そして、時刻情報コンパレータ１３０は、その時刻差ΔＴを現在の月、日、時、分と関連づけて「経時変化特性情報」として時刻差データベース１４１に格納する。この経時変化特性情報を、縦軸を時刻差ΔＴ、横軸を時間ｔとして表にプロットすると、例えば、図３のようになる。なお、時刻情報コンパレータ１３０は、直近１年間分の時刻差ΔＴを時刻差データベース１４１に格納するものとする。１年を経過した時刻差ΔＴは、随時、削除する。
【００３６】
また、時刻情報コンパレータ１３０は、１時間分の時刻差ΔＴ、即ち、連続して６０個の時刻差ΔＴを時刻差データベース１４１に格納すると、この６０個の時刻差ΔＴの平均値ΔＴｈを算出し、その平均値ΔＴｈを現在の月、日、時と関連づけて「経時変化特性情報」として時刻差データベース１４１に格納する。この経日変化特性情報を、縦軸を時間平均ΔＴｈ、横軸を時間として表にプロットすると、例えば、図４のようになる。なお、時刻情報コンパレータ１３０は、直近１年間分の時間平均ΔＴｈを時刻差データベース１４１に格納するものとする。１年を経過した時間平均ΔＴｈは随時削除する。
【００３７】
また、時刻情報コンパレータ１３０は、１日分の時間平均ΔＴｈ、即ち、連続して２４個の時間平均ΔＴｈを時刻差データベース１４１に格納すると、この２４個のΔＴｈの平均値ΔＴｄを算出し、その平均値ΔＴｄを現在の月、日、時と関連づけて「経年変化特性情報」として時刻差データベース１４１に格納する。この経年変化特性情報を表にプロットすると、例えば、図５のようになる。なお、時刻情報コンパレータ１３０は、直近１年間分の日平均ΔＴｈを時刻差データベース１４１に格納するものとする。１年を経過した時間平均ΔＴｈは随時削除する。
【００３８】
また、時刻情報コンパレータ１３０は、現在の日時に対応する情報、即ち、前年の同月、同日、同時刻の時刻差ΔＴ、時間平均ΔＴｈ、日平均ΔＴｄを、時刻差データベース１４１から取得し、これらの値を基に、下記（式１）を満たす補正量ΔＴｃを算出する。ここで、Ａ１、Ａ２、Ａ３はそれぞれ予め定められた定数である。
ΔＴｃ＝（Ａ１ΔＴ＋Ａ２ΔＴｈ＋Ａ３ΔＴｄ）／３・・・・・・・・・（式１）
【００３９】
さらに、時刻情報コンパレータ１３０は、下記（式２）を満たす擬似ＧＰＳ受信時刻を生成する。ここで、ｔＰは擬似ＧＰＳ受信時刻の生成時刻であり、ｔＳは標準電波時刻の受信時刻である。
ｔＰ＝ｔＳ−ΔＴｃ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（式２）
【００４０】
標準電波受信時刻が１分毎に出力されることから、擬似ＧＰＳ受信時刻も１分毎に出力される。そこで、時刻情報コンパレータ１３０は、擬似ＧＰＳ受信時刻を１秒毎の信号に分割して擬似１ｐｐｓ信号を生成する。時刻情報コンパレータ１３０は、生成した擬似１ｐｐｓ信号を位相比較器１５１に出力する。
【００４１】
次にＧＰＳ受信障害が発生した場合の動作について説明する。
【００４２】
ＧＰＳ受信機１２０は、ＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信できなくなると、ＧＰＳ受信時刻および１ｐｐｓ信号の出力を停止する。
【００４３】
位相比較器１５１は、ＧＰＳ受信機１２０から１ｐｐｓ信号を受信できなくなると、ホールドオーバーが発生している間の時間を計測するため、内部タイマのカウントを開始するとともに、位相比較のための入力信号を１ｐｐｓ信号から擬似１ｐｐｓ信号に切り替える。そして、擬似１ｐｐｓ信号と１Ｈｚ信号との位相差を「位相差信号」としてループフィルタ１５２に出力する。その他の動作は、ＧＰＳ受信障害が発生していない場合の動作と同じであるので説明を省略する。
【００４４】
最後に、ＧＰＳ受信機１２０がＧＰＳ受信障害から復旧した場合の動作について説明する。
【００４５】
ＧＰＳ受信機１２０は、ＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信できる状態になると、ＧＰＳ受信時刻および１ｐｐｓ信号の出力を再開する。
【００４６】
位相比較器１５１は、ＧＰＳ受信機１２０から１ｐｐｓ信号を受信すると、即座に内部タイマのカウントを停止し、そのタイマ値をホールドオーバー時間Ｔｈ（図６に示す“ホールドオーバー時間”）として取得する。そして、位相比較器１５１は、ホールドオーバー時間Ｔｈと設定パラメータ１４２の値ｍとを基に、下記（式３）を満たす時刻同期時間Ｔｙ（図６に示す“時刻同期時間”）を算出する。なお、ｍは１〜ａの正の整数値である。
Ｔｙ＝Ｔｈ／ｍ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（式３）
【００４７】
位相比較器１５１は、基準信号が１ｐｐｓ信号に同期するまでの、１ｐｐｓ信号のパルス数ｎを算出する（例えば、時刻同期時間Ｔｙを１ｐｐｓ信号のパルス間隔１秒で割って算出する）。さらに、位相比較器１５１は、基準信号に同期する１Ｈｚ信号と１ｐｐｓ信号との位相差（図６に示すΔＴｄ）を、例えば、内蔵のタイムインターバルカウンタ（不図示）等を使用して取得する。そして、その位相差ΔＴｄとパルス数ｎを基に、下記（式４）を満たす補正量（図７に示すΔＴｅ：１ｐｐｓ信号１パルスあたりに基準信号を補正する補正量）を取得する。
ΔＴｅ＝ΔｄＴ／ｎ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（式４）
【００４８】
位相比較器１５１は、図７に示すように、１ｐｐｓ信号にΔＴｄを加えた／減じた信号から、１パルス毎にΔＴｅを減じた／加算した信号に基準信号を同期させることで、時刻同期時間Ｔｙをかけて（つまり、ｎパルスをかけて）、基準信号を徐々に１ｐｐｓ信号に同期させる。
【００４９】
本実施形態によれば、昨年１年間におけるＧＰＳ受信時刻と標準電波受信時刻の間の経時偏差（即ち、基準信号発生装置１００を設置した場所での昨年１年間における季節的な傾向、昼夜の傾向等）に基づいて標準電波受信時刻を補正しているので、時刻情報コンパレータ１３０は、ＧＰＳ受信機１２０からＧＰＳ受信時刻が取得できない場合であっても、ＧＰＳ受信時刻に極めて近い「擬似ＧＰＳ受信時刻」を得ることができる。その結果、時刻情報コンパレータ１３０は、「１ｐｐｓ信号」に極めて近い「擬似１ｐｐｓ信号」を生成できるので、基準信号発生装置１００は、ホールドオーバーが発生しても、擬似１ｐｐｓ信号を使って、高い連続性を持った基準信号を生成することができる。
【００５０】
また、疑似ＧＰＳ受信時刻は標準電波受信時刻を基に生成したものなので、ホールドオーバー発生中に基準信号発生装置１００が生成する基準信号の周波数安定度を、最悪でも、標準電波の周波数安定度と同程度にすることができる。しかも、標準電波受信時刻を昨年１年間の経時偏差に基づいて補正しているので、基準信号発生装置１００は、ホールドオーバーが発生しても、標準電波の周波数安定度よりもさらに高い周波数安定度の基準信号を生成できる。
【００５１】
また、基準信号発生装置１００は、ＧＰＳ受信障害から復旧した場合に、基準信号と１ｐｐｓ信号との位相差を、時刻同期時間をかけて徐々に短縮しているので、ＧＰＳ受信障害復旧後の基準信号の連続性を高めることができる。
【００５２】
また、基準信号発生装置１００は、時刻同期時間の長短を決定するための設定パラメータ１４２を記憶しているので、外部装置の許容する周波数安定度に合わせて、設定パラメータ１４２の値を変更することによって、容易に時刻同期時間の長短を調整することができる。
【００５３】
なお、時刻情報コンパレータ１３０は、１分毎にＧＰＳ受信時刻と標準電波受信時刻を比較して時刻差ΔＴを算出したが、標準電波受信機１１０からより短い間隔で標準電波受信時刻を出力できるようにして、より短い時間間隔で時刻差ΔＴを算出してもよい。また、時刻情報コンパレータ１３０は、より長い時間間隔で時刻差ΔＴを算出してもよい。
【００５４】
また、本実施形態では、時刻差データベース１４１に１年間の日平均ΔＴｄ、時間平均ΔＴｈ及び時刻差ΔＴを格納し、日平均ΔＴｄ、時間平均ΔＴｈを算出することなく、時刻差ΔＴとその算出日時とを関連づけて時刻差データベースに格納してもよい。この場合、時刻情報コンパレータ１３０は、現在の日付及び時刻に対応する時刻差ΔＴを時刻差データベースから取得し、取得した時刻差ΔＴにて標準電波受信時刻を補正してもよい。
【００５５】
また、時刻差データベース１４１に複数年分の日平均ΔＴｄ、時間平均ΔＴｈ及び時刻差ΔＴを格納してもよい。この場合、時刻情報コンパレータ１３０は、現在時刻に対応する複数年分の日平均ΔＴｄ、時間平均ΔＴｈ及び時刻差ΔＴを基に、補正量ΔＴｃを算出してもよい。
【００５６】
また、基準信号発生装置１００の設置場所に予め設置された別の機器にて時刻差データベース１４１を生成し、その時刻差データベース１４１を基準信号発生装置１００の設置の際に記憶部１４０に格納してもよい。基準信号発生装置１００は、設置直後からその設置場所におけるＧＰＳ受信時刻と標準電波受信時刻の経時変化に基づいて、疑似ＧＰＳ受信時刻を生成することができる。
【００５７】
また、時刻差データベース１４１や設定パラメータ１４２を外部から格納できるようにするため、ＵＳＢポート等の外部インタフェースを備えていてもよい。
【００５８】
また、ＰＬＬ１５０は、位相比較器１５１や分周回路１５４等をデジタルプロセッサ等で構成するデジタルＰＬＬであってもよいし、位相比較器１５１や分周回路１５４等をアナログ回路で構成するアナログＰＬＬであってもよい。
【００５９】
また、ＶＣＯ１５３は、ＯＣＶＣＸＯ（ｏｖｅｎ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｖｏｌｔａｇｅ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：恒温槽付電圧制御水晶発振器）やＴＣＶＣＸＯ（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ ｖｏｌｔａｇｅ-ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：温度補償型電圧制御水晶発振器）等の電圧制御水晶発振器であってもよい。
【００６０】
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
【００６１】
（付記１）
ＧＰＳ信号を基にＧＰＳ受信時刻を取得するＧＰＳ受信時刻取得手段と、
標準電波を基に標準電波受信時刻を取得する標準電波受信時刻取得手段と、
ＧＰＳ受信時刻と標準電波受信時刻との時間差を、受信した月、日、または、時刻と関連づけた時間差情報を記憶する記憶手段と、
現在の月、日、または、時刻に対応する時刻差を前記時間差情報から取得し、取得した時間差に基づいて標準電波時刻を補正する補正手段と、
基準信号を出力する発振器を有し、ＧＰＳ受信障害が発生していない場合は前記ＧＰＳ信号を基に生成される入力信号に基準信号を同期させ、ＧＰＳ受信障害が発生している場合は補正した標準電波受信時刻を基に生成される入力信号に基準信号を同期させる位相同期手段と、を備え、
前記位相同期手段は、ＧＰＳ受信障害から復旧した際に、前記ＧＰＳ信号を基に生成される入力信号と前記基準信号との位相差を、複数パルスに分割して徐々に短縮する、
ことを特徴とする基準信号発生装置。
【００６２】
（付記２）
ＧＰＳ受信障害が発生してからＧＰＳ受信障害から復旧するまでの受信障害時間を計測する計測手段、を備え、
前記位相同期手段は、
前記受信障害時間を基に、ＧＰＳ受信障害が復旧してから基準信号が入力信号に同期するまでの同期時間を算出する算出手段、を備え、
ＧＰＳ受信障害から復旧した際に、前記同期時間をかけて、前記基準信号と入力信号との位相差を徐々に短縮する、
ことを特徴とする付記１に記載の基準信号発生装置。
【００６３】
（付記３）
ＧＰＳ受信障害が復旧してから基準信号が入力信号に同期するまでの時間の大小を示す設定値を記憶する設定値記憶手段、を備え、
前記算出手段は、前記受信障害時間を前記設定値で割ることによって前記同期時間を算出する、
ことを特徴とする付記２に記載の基準信号発生装置。
【００６４】
（付記４）
前記設定値は、上限値を有する値であり、
前記上限値は、前記標準電波の周波数安定度と、前記基準信号を使用する外部装置の許容する周波数安定度と、を基に算出される値である、
ことを特徴とする付記３に記載の基準信号発生装置。
【００６５】
（付記５）
ＧＰＳ信号を基にＧＰＳ受信時刻を取得するＧＰＳ受信時刻取得ステップと、
標準電波を基に標準電波受信時刻を取得する標準電波受信時刻取得ステップと、
ＧＰＳ受信時刻と標準電波受信時刻との時間差を、受信した月、日、または、時刻と関連づけた時間差情報を記憶する記憶ステップと、
現在の月、日、または、時刻に対応する時刻差を前記時間差情報から取得し、取得した時間差に基づいて標準電波時刻を補正する補正ステップと、
ＧＰＳ受信障害が発生していない場合は前記ＧＰＳ信号を基に生成される入力信号に、発振器の出力する基準信号を同期させ、ＧＰＳ受信障害が発生している場合は補正した標準電波受信時刻を基に生成される入力信号に発振器の出力する基準信号を同期させ、さらに、ＧＰＳ受信障害から復旧した際は、前記ＧＰＳ信号を基に生成される入力信号と前記基準信号との位相差を、複数パルスに分割して徐々に短縮する位相同期ステップと、を備える、
ことを特徴とする基準信号発生方法。
【符号の説明】
【００６６】
１００ 基準信号発生装置
１１０ 標準電波受信機
１２０ ＧＰＳ受信機
１３０ 時刻情報コンパレータ
１４０ 記憶部
１４１ 時刻差データベース
１４２ 設定パラメータ
１５０ ＰＬＬ
１５１ 位相比較器
１５２ ループフィルタ
１５３ ＶＣＯ
１５４ 分周回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は基準信号発生装置及び基準信号発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
誤差の少ない高精度な基準信号が求められている。基準信号の生成には、水晶発振器を使用することが多いが、水晶発振器の出力は、最も精度が高いものでも１×１０−１０程度の周波数安定度（つまり、１０１０Ｈｚあたり＋−１Ｈｚの周波数偏差）であるため、このままでは、ＦＭ放送の送受信など、高精度な基準信号が必要とされる場面では使用できない。
【０００３】
そこで、高精度な基準信号が必要とされる場面では、一般に、水晶発振器の出力をより高精度な入力信号に同期させる、いわゆるＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ：位相同期回路）が使用される。例えば、特許文献１には、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）受信機と標準電波受信機とが１秒毎に出力する高精度な１秒信号に発振器の出力を同期させる標準電波受装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−０７１８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ衛星から受信するＧＰＳ信号を基に１秒信号を生成しているため、ＧＰＳ衛星から電波を受信できないときは、１秒信号を出力できない（以下、この状態を「ホールドオーバー」という）。
【０００６】
特許文献１の装置は、ＧＰＳ衛星から電波を受信できないときは、標準電波受信機の１秒信号に基準信号を同期させているので、ホールドオーバーが発生しても、基準信号の精度が極端に低下することはない。しかしながら、ホールドオーバーが発生すると、同期させる信号がＧＰＳ受信機の１秒信号から標準電波受信機の１秒信号に切り替わるため、ホールドオーバー発生前後で、基準信号の連続性が低下するという問題がある。
【０００７】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、基準信号の連続性を高めることができる基準信号発生装置及び基準信号発生方法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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる基準信号発生装置は、
ＧＰＳ信号を基にＧＰＳ受信時刻を取得するＧＰＳ受信時刻取得手段と、
標準電波を基に標準電波受信時刻を取得する標準電波受信時刻取得手段と、
ＧＰＳ受信時刻と標準電波受信時刻との時間差を、受信した月、日、または、時刻と関連づけた時間差情報を記憶する記憶手段と、
現在の月、日、または、時刻に対応する時刻差を前記時間差情報から取得し、取得した時間差に基づいて標準電波時刻を補正する補正手段と、
基準信号を出力する発振器を有し、ＧＰＳ受信障害が発生していない場合は前記ＧＰＳ信号を基に生成される入力信号に基準信号を同期させ、ＧＰＳ受信障害が発生している場合は補正した標準電波受信時刻を基に生成される入力信号に基準信号を同期させる位相同期手段と、を備え、
前記位相同期手段は、ＧＰＳ受信障害から復旧した際に、前記ＧＰＳ信号を基に生成される入力信号と前記基準信号との位相差を、複数パルスに分割して徐々に短縮する、
ことを特徴とする。
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点にかかる基準信号発生方法は、
ＧＰＳ信号を基にＧＰＳ受信時刻を取得するＧＰＳ受信時刻取得ステップと、
標準電波を基に標準電波受信時刻を取得する標準電波受信時刻取得ステップと、
ＧＰＳ受信時刻と標準電波受信時刻との時間差を、受信した月、日、または、時刻と関連づけた時間差情報を記憶する記憶ステップと、
現在の月、日、または、時刻に対応する時刻差を前記時間差情報から取得し、取得した時間差に基づいて標準電波時刻を補正する補正ステップと、
ＧＰＳ受信障害が発生していない場合は前記ＧＰＳ信号を基に生成される入力信号に、発振器の出力する基準信号を同期させ、ＧＰＳ受信障害が発生している場合は補正した標準電波受信時刻を基に生成される入力信号に発振器の出力する基準信号を同期させ、さらに、ＧＰＳ受信障害から復旧した際は、前記ＧＰＳ信号を基に生成される入力信号と前記基準信号との位相差を、複数パルスに分割して徐々に短縮する位相同期ステップと、を備える、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
基準信号の連続性を高めることができる基準信号発生装置及び基準信号発生方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る基準信号発生装置のブロック図である。
【図２】ＧＰＳ受信時刻と標準電波受信時刻から算出される時刻差を説明するための図である。
【図３】ＧＰＳ受信時刻と標準電波受信時刻の時刻差を１時間分、表にプロットした経時変化特性の例を示す図である。
【図４】ＧＰＳ受信時刻と標準電波受信時刻の時刻差の時間平均を１日分、表にプロットした経日変化特性の例を示す図である。
【図５】ＧＰＳ受信時刻と標準電波受信時刻の時刻差の日平均を１年分、表にプロットした経年変化特性の例を示す図である。
【図６】ＧＰＳ受信障害が発生したときに１Ｈｚ信号と１ｐｐｓ信号と間に位相差が発生していることを説明するための図である。
【図７】ＧＰＳ受信障害復旧後、基準信号を徐々に１ｐｐｓ信号に同期させる様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態の基準信号発生装置について、図面を参照しながら説明する。基準信号発生装置１００は１０ＭＨｚの基準信号を生成するための装置であり、図１に示すように、標準電波受信機１１０と、ＧＰＳ受信機１２０と、時刻情報コンパレータ１３０と、記憶部１４０と、ＰＬＬ１５０とから構成される。
【００１３】
標準電波受信機１１０は、例えば、情報通信研究機構が運用する標準周波数報時局から送信される標準電波を受信する受信機等から構成される。標準電波受信機１１０は、標準電波を受信すると、標準電波に含まれる標準電波受信時刻を取得して、逐次、時刻情報コンパレータ１３０に出力する。なお、以下の説明では、「標準電波受信時刻」は、１分毎に標準電波受信機１１０から出力されるものとする。
【００１４】
ＧＰＳ受信機１２０は、ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を受信する受信機等から構成される。ＧＰＳ受信機１２０は、ＧＰＳ信号を受信すると、ＧＰＳ信号からＧＰＳ受信時刻および１ｐｐｓ（Ｐｕｌｓｅ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ）信号を取得して、逐次、時刻情報コンパレータ１３０および位相比較器１５１に出力する。ここで「ＧＰＳ受信時刻」とは、ＧＰＳ衛星に搭載されている原子時計が生成する極めて精度の高い時刻情報のことをいう。また、「１ｐｐｓ信号」とは、ＧＰＳ信号を基に生成される、ＧＰＳ受信時刻に同期した１秒毎の信号のことをいう。ＧＰＳ受信時刻は時刻情報コンパレータ１３０に出力され、１ｐｐｓ信号は位相比較器１５１に出力される。なお、ＧＰＳ受信機１２０は、ＧＰＳ受信障害が発生してＧＰＳ信号が受信できないときは、ＧＰＳ受信時刻及び１ｐｐｓ信号の出力を停止する（以下、この状態を「ホールドオーバー」という）。
【００１５】
時刻情報コンパレータ１３０は、標準電波受信時刻とＧＰＳ受信時刻とを比較するためのアナログ／デジタルプロセッサ等から構成される。時刻情報コンパレータ１３０は、標準電波受信時刻（ｔＳ）とＧＰＳ受信時刻（ｔＧ）との時刻差ΔＴ（図２に示す“ΔＴ１”および“ΔＴ２”）を現在の日時と関連付けて時刻差データベース１４１に格納する。また、時刻情報コンパレータ１３０は、時刻差データベース１４１に格納されている情報を基に、標準電波受信時刻を補正し、さらに、補正した標準電波受信時刻を基に擬似１ｐｐｓ信号を生成し、位相比較器１５１に出力する。ここで「擬似１ｐｐｓ信号」とは、１分毎に出力される標準電波受信時刻を、例えば、内蔵の水晶発振子（不図示）等を使って１秒毎の信号に分割することで生成される、擬似的な１ｐｐｓ信号のことをいう。
【００１６】
記憶部１４０は、ハードディスク等の記憶装置から構成され、時刻差データベース１４１や設定パラメータ１４２等の各種データを記憶する。
【００１７】
時刻差データベース１４１は、時刻情報コンパレータ１３０が算出した時刻差と、算出した日時を関連づけて記憶するデータベースである。時刻差データベース１４１には、標準電波受信時刻とＧＰＳ受信時刻との時間差を１分毎に現在の日時と関連付けて記憶した「経時変化特性情報」と、標準電波受信時刻とＧＰＳ受信時刻との時間差の１日の平均値をその日付と関連付けて記憶した「経日変化特性情報」と、ＧＰＳ受信時刻との時間差の１ヶ月の平均値をその月と関連付けて記憶した「経年変化特性情報」と、が格納されている（「経時変化特性情報」、「経日変化特性情報」、「経日変化特性情報」については後述する）。
【００１８】
設定パラメータ１４２は、ＧＰＳ受信障害が復旧してから基準信号が入力信号に同期するまでに要する「時刻同期時間」の大小を指定するための値であり、基準信号発生装置１００の製造段階で、予めメーカー等によって保存されている。
【００１９】
ここで「時刻同期時間」とは、ＧＰＳ受信障害が発生してからＧＰＳ受信障害から復旧するまでに要する時間（以下、「ホールドオーバー時間」という）と、設定パラメータ１４２と、を基に算出される値のことである。例えば、ホールドオーバー時間がＴｈ、設定パラメータ１４２の値がｍであるとすれば、時刻同期時間はＴｈをｍで割ったＴｈ／ｍである。この場合、基準信号は、ｍが大きいほど入力信号にすばやく同期し、ｍが小さいほどゆっくり入力信号に同期する（即ち、ｍが大きいほど基準信号の連続性が低くなり、ｍが小さいほど基準信号の連続性が高くなる）。
【００２０】
また、設定パラメータ１４２は、所定の上限値ａの範囲内で定められた正の整数値（すなわち１〜ａの値）である。上限値ａは、ＧＰＳ受信障害復旧直後の基準信号の周波数安定度が、基準信号を使用する外部装置の許容する周波数安定度を満たすように定められた値である。より具体的には、ホールドオーバー発生時の基準信号の周波数安定度は、基準信号発生装置１００が標準電波を使用していることから、最悪でも、標準電波の周波数安定度を維持している。そこで、ホールドオーバー発生時に、基準信号が、標準電波受信時刻の周波数安定度の上限値ぎりぎりいっぱいでＧＰＳ受信時刻とずれていった場合でも、ＧＰＳ受信障害復旧後、基準信号が外部装置の許容する周波数安定度を満たすように滑らかに変化する限界値が上限値ａである。例えば、標準電波の周波数安定度１×１０−１１であり、外部装置の許容する周波数安定度が５０×１０−９であるとすれば、上限値ａは、５０×１０−９を１×１０−１１で割った５０００である。この場合、設定パラメータ１４２は、１〜ａ＝１〜５０００の範囲の値である。
【００２１】
ＰＬＬ１５０は、出力信号（図１に示す「基準信号」）の位相を入力信号（図１に示す「１ｐｐｓ信号」および「擬似１ｐｐｓ信号」）に同期させて、出力信号の精度を入力信号の精度にまで高めるための回路であり、位相比較器１５１と、ループフィルタ１５２と、ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）１５３と、分周回路１５４とから構成される。
【００２２】
位相比較器１５１は、プロセッサやタイムインターバルカウンタ等から構成され、ＧＰＳ受信機１２０もしくは時刻情報コンパレータ１３０からの「入力信号」と、分周回路１５４からの「１Ｈｚ信号」とを比較して、それら信号の位相差を「位相差信号」としてループフィルタ１５２に出力する。ここで「１Ｈｚ信号」とは、１０ＭＨｚの基準信号を分周して生成される１秒毎（つまり１Ｈｚ）の信号のことをいう。なお、位相比較器１５１は、ホールドオーバーが発生していないときは、１ｐｐｓ信号と１Ｈｚ信号とを比較して位相差信号を生成し、ホールドオーバーが発生しているときは、擬似１ｐｐｓ信号と１Ｈｚ信号とを比較して位相差信号を生成する。また、位相比較器１５１は内部にタイマ（不図示）を有していて、ホールドオーバーが発生してから回復するまでの時刻を計時する。
【００２３】
ループフィルタ１５２は、ローパスフィルタ等から構成され、位相差信号から不要な短周期の信号を取り除いて交流成分の少ないきれいな直流信号に変換する。変換した信号は、ＶＣＯ１５３を制御するための「制御信号」として、ＶＣＯ１５３に出力される。
【００２４】
ＶＣＯ１５３は、水晶発振子等を内蔵する電圧制御発振器から構成される。ＶＣＯ１５３は、入力電圧の大小によって発信周波数を制御できるようになっていて、ループフィルタ１５２から入力される制御信号に基づいて１０ＭＨｚの基準信号を生成する。
【００２５】
分周回路１５４は、フリップフロップ等から構成され、１０ＭＨｚの基準信号を分周して、基準信号に同期した１Ｈｚ信号を生成する。生成した１Ｈｚ信号は、位相比較器１５１に出力される。
【００２６】
次に、このような構成を有する基準信号発生装置１００の動作について説明する。最初にＧＰＳ受信障害が発生していない場合の動作について説明する。
【００２７】
ＧＰＳ受信機１２０は、ＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信すると、ＧＰＳ信号の中からＧＰＳ受信時刻を取り出して時刻情報コンパレータ１３０に送信する。また、ＧＰＳ受信機１２０は、ＧＰＳ信号を基に１ｐｐｓ信号を生成し、位相比較器１５１に出力する。
【００２８】
位相比較器１５１は、１ｐｐｓ信号を受信すると、１ｐｐｓ信号と分周回路１５４からの１Ｈｚ信号との位相差から「位相差信号」を生成し、ループフィルタ１５２に出力する。
【００２９】
ループフィルタ１５２は、位相差信号を受信すると、位相差信号から不要な短周期の信号を取り除いて「制御信号」を生成し、ＶＣＯ１５３に出力する。
【００３０】
ＶＣＯ１５３は、ループフィルタ１５２から制御信号を受信すると、その信号に基づいて、内蔵の水晶発振子の出力周波数を上下させて１０ＭＨｚの基準信号を生成し、外部の装置へ出力する。
【００３１】
分周回路１５４は、ＶＣＯ１５３が生成した基準信号を分周して１Ｈｚ信号を生成し、位相比較器１５１にフィードバックする。位相比較器１５１は、再び、１Ｈｚ信号と１ｐｐｓ信号とを比較する。
【００３２】
ＰＬＬ１５０（位相比較器１５１、ループフィルタ１５２、ＶＣＯ１５３、分周回路１５４）は、これらの動作を繰り返し、精度の高い１０ＭＨｚの基準信号を生成し続ける。
【００３３】
また、標準電波受信機１１０は、標準周波数報時局から送信される標準電波を受信すると、標準電波の中から標準電波受信時刻を取り出して時刻情報コンパレータ１３０に送信する。
【００３４】
時刻情報コンパレータ１３０は、標準電波受信機１１０から標準電波受信時刻ｔＳを受け取ると、ＧＰＳ受信機１２０から受け取ったＧＰＳ受信時刻ｔＧと比較して、これらの時刻差ΔＴを算出する。そして、算出した時刻差ΔＴを現在の日時と関連づけて時刻差データベース１４１に格納する。
【００３５】
具体的には、時刻情報コンパレータ１３０は、図２に示すように、標準電波受信時刻ｔＳとＧＰＳ受信時刻ｔＧとの時刻差ΔＴを毎分１回ずつ算出する。そして、時刻情報コンパレータ１３０は、その時刻差ΔＴを現在の月、日、時、分と関連づけて「経時変化特性情報」として時刻差データベース１４１に格納する。この経時変化特性情報を、縦軸を時刻差ΔＴ、横軸を時間ｔとして表にプロットすると、例えば、図３のようになる。なお、時刻情報コンパレータ１３０は、直近１年間分の時刻差ΔＴを時刻差データベース１４１に格納するものとする。１年を経過した時刻差ΔＴは、随時、削除する。
【００３６】
また、時刻情報コンパレータ１３０は、１時間分の時刻差ΔＴ、即ち、連続して６０個の時刻差ΔＴを時刻差データベース１４１に格納すると、この６０個の時刻差ΔＴの平均値ΔＴｈを算出し、その平均値ΔＴｈを現在の月、日、時と関連づけて「経時変化特性情報」として時刻差データベース１４１に格納する。この経日変化特性情報を、縦軸を時間平均ΔＴｈ、横軸を時間として表にプロットすると、例えば、図４のようになる。なお、時刻情報コンパレータ１３０は、直近１年間分の時間平均ΔＴｈを時刻差データベース１４１に格納するものとする。１年を経過した時間平均ΔＴｈは随時削除する。
【００３７】
また、時刻情報コンパレータ１３０は、１日分の時間平均ΔＴｈ、即ち、連続して２４個の時間平均ΔＴｈを時刻差データベース１４１に格納すると、この２４個のΔＴｈの平均値ΔＴｄを算出し、その平均値ΔＴｄを現在の月、日、時と関連づけて「経年変化特性情報」として時刻差データベース１４１に格納する。この経年変化特性情報を表にプロットすると、例えば、図５のようになる。なお、時刻情報コンパレータ１３０は、直近１年間分の日平均ΔＴｈを時刻差データベース１４１に格納するものとする。１年を経過した時間平均ΔＴｈは随時削除する。
【００３８】
また、時刻情報コンパレータ１３０は、現在の日時に対応する情報、即ち、前年の同月、同日、同時刻の時刻差ΔＴ、時間平均ΔＴｈ、日平均ΔＴｄを、時刻差データベース１４１から取得し、これらの値を基に、下記（式１）を満たす補正量ΔＴｃを算出する。ここで、Ａ１、Ａ２、Ａ３はそれぞれ予め定められた定数である。
ΔＴｃ＝（Ａ１ΔＴ＋Ａ２ΔＴｈ＋Ａ３ΔＴｄ）／３・・・・・・・・・（式１）
【００３９】
さらに、時刻情報コンパレータ１３０は、下記（式２）を満たす擬似ＧＰＳ受信時刻を生成する。ここで、ｔＰは擬似ＧＰＳ受信時刻の生成時刻であり、ｔＳは標準電波時刻の受信時刻である。
ｔＰ＝ｔＳ−ΔＴｃ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（式２）
【００４０】
標準電波受信時刻が１分毎に出力されることから、擬似ＧＰＳ受信時刻も１分毎に出力される。そこで、時刻情報コンパレータ１３０は、擬似ＧＰＳ受信時刻を１秒毎の信号に分割して擬似１ｐｐｓ信号を生成する。時刻情報コンパレータ１３０は、生成した擬似１ｐｐｓ信号を位相比較器１５１に出力する。
【００４１】
次にＧＰＳ受信障害が発生した場合の動作について説明する。
【００４２】
ＧＰＳ受信機１２０は、ＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信できなくなると、ＧＰＳ受信時刻および１ｐｐｓ信号の出力を停止する。
【００４３】
位相比較器１５１は、ＧＰＳ受信機１２０から１ｐｐｓ信号を受信できなくなると、ホールドオーバーが発生している間の時間を計測するため、内部タイマのカウントを開始するとともに、位相比較のための入力信号を１ｐｐｓ信号から擬似１ｐｐｓ信号に切り替える。そして、擬似１ｐｐｓ信号と１Ｈｚ信号との位相差を「位相差信号」としてループフィルタ１５２に出力する。その他の動作は、ＧＰＳ受信障害が発生していない場合の動作と同じであるので説明を省略する。
【００４４】
最後に、ＧＰＳ受信機１２０がＧＰＳ受信障害から復旧した場合の動作について説明する。
【００４５】
ＧＰＳ受信機１２０は、ＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信できる状態になると、ＧＰＳ受信時刻および１ｐｐｓ信号の出力を再開する。
【００４６】
位相比較器１５１は、ＧＰＳ受信機１２０から１ｐｐｓ信号を受信すると、即座に内部タイマのカウントを停止し、そのタイマ値をホールドオーバー時間Ｔｈ（図６に示す“ホールドオーバー時間”）として取得する。そして、位相比較器１５１は、ホールドオーバー時間Ｔｈと設定パラメータ１４２の値ｍとを基に、下記（式３）を満たす時刻同期時間Ｔｙ（図６に示す“時刻同期時間”）を算出する。なお、ｍは１〜ａの正の整数値である。
Ｔｙ＝Ｔｈ／ｍ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（式３）
【００４７】
位相比較器１５１は、基準信号が１ｐｐｓ信号に同期するまでの、１ｐｐｓ信号のパルス数ｎを算出する（例えば、時刻同期時間Ｔｙを１ｐｐｓ信号のパルス間隔１秒で割って算出する）。さらに、位相比較器１５１は、基準信号に同期する１Ｈｚ信号と１ｐｐｓ信号との位相差（図６に示すΔＴｄ）を、例えば、内蔵のタイムインターバルカウンタ（不図示）等を使用して取得する。そして、その位相差ΔＴｄとパルス数ｎを基に、下記（式４）を満たす補正量（図７に示すΔＴｅ：１ｐｐｓ信号１パルスあたりに基準信号を補正する補正量）を取得する。
ΔＴｅ＝ΔｄＴ／ｎ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（式４）
【００４８】
位相比較器１５１は、図７に示すように、１ｐｐｓ信号にΔＴｄを加えた／減じた信号から、１パルス毎にΔＴｅを減じた／加算した信号に基準信号を同期させることで、時刻同期時間Ｔｙをかけて（つまり、ｎパルスをかけて）、基準信号を徐々に１ｐｐｓ信号に同期させる。
【００４９】
本実施形態によれば、昨年１年間におけるＧＰＳ受信時刻と標準電波受信時刻の間の経時偏差（即ち、基準信号発生装置１００を設置した場所での昨年１年間における季節的な傾向、昼夜の傾向等）に基づいて標準電波受信時刻を補正しているので、時刻情報コンパレータ１３０は、ＧＰＳ受信機１２０からＧＰＳ受信時刻が取得できない場合であっても、ＧＰＳ受信時刻に極めて近い「擬似ＧＰＳ受信時刻」を得ることができる。その結果、時刻情報コンパレータ１３０は、「１ｐｐｓ信号」に極めて近い「擬似１ｐｐｓ信号」を生成できるので、基準信号発生装置１００は、ホールドオーバーが発生しても、擬似１ｐｐｓ信号を使って、高い連続性を持った基準信号を生成することができる。
【００５０】
また、疑似ＧＰＳ受信時刻は標準電波受信時刻を基に生成したものなので、ホールドオーバー発生中に基準信号発生装置１００が生成する基準信号の周波数安定度を、最悪でも、標準電波の周波数安定度と同程度にすることができる。しかも、標準電波受信時刻を昨年１年間の経時偏差に基づいて補正しているので、基準信号発生装置１００は、ホールドオーバーが発生しても、標準電波の周波数安定度よりもさらに高い周波数安定度の基準信号を生成できる。
【００５１】
また、基準信号発生装置１００は、ＧＰＳ受信障害から復旧した場合に、基準信号と１ｐｐｓ信号との位相差を、時刻同期時間をかけて徐々に短縮しているので、ＧＰＳ受信障害復旧後の基準信号の連続性を高めることができる。
【００５２】
また、基準信号発生装置１００は、時刻同期時間の長短を決定するための設定パラメータ１４２を記憶しているので、外部装置の許容する周波数安定度に合わせて、設定パラメータ１４２の値を変更することによって、容易に時刻同期時間の長短を調整することができる。
【００５３】
なお、時刻情報コンパレータ１３０は、１分毎にＧＰＳ受信時刻と標準電波受信時刻を比較して時刻差ΔＴを算出したが、標準電波受信機１１０からより短い間隔で標準電波受信時刻を出力できるようにして、より短い時間間隔で時刻差ΔＴを算出してもよい。また、時刻情報コンパレータ１３０は、より長い時間間隔で時刻差ΔＴを算出してもよい。
【００５４】
また、本実施形態では、時刻差データベース１４１に１年間の日平均ΔＴｄ、時間平均ΔＴｈ及び時刻差ΔＴを格納し、日平均ΔＴｄ、時間平均ΔＴｈを算出することなく、時刻差ΔＴとその算出日時とを関連づけて時刻差データベースに格納してもよい。この場合、時刻情報コンパレータ１３０は、現在の日付及び時刻に対応する時刻差ΔＴを時刻差データベースから取得し、取得した時刻差ΔＴにて標準電波受信時刻を補正してもよい。
【００５５】
また、時刻差データベース１４１に複数年分の日平均ΔＴｄ、時間平均ΔＴｈ及び時刻差ΔＴを格納してもよい。この場合、時刻情報コンパレータ１３０は、現在時刻に対応する複数年分の日平均ΔＴｄ、時間平均ΔＴｈ及び時刻差ΔＴを基に、補正量ΔＴｃを算出してもよい。
【００５６】
また、基準信号発生装置１００の設置場所に予め設置された別の機器にて時刻差データベース１４１を生成し、その時刻差データベース１４１を基準信号発生装置１００の設置の際に記憶部１４０に格納してもよい。基準信号発生装置１００は、設置直後からその設置場所におけるＧＰＳ受信時刻と標準電波受信時刻の経時変化に基づいて、疑似ＧＰＳ受信時刻を生成することができる。
【００５７】
また、時刻差データベース１４１や設定パラメータ１４２を外部から格納できるようにするため、ＵＳＢポート等の外部インタフェースを備えていてもよい。
【００５８】
また、ＰＬＬ１５０は、位相比較器１５１や分周回路１５４等をデジタルプロセッサ等で構成するデジタルＰＬＬであってもよいし、位相比較器１５１や分周回路１５４等をアナログ回路で構成するアナログＰＬＬであってもよい。
【００５９】
また、ＶＣＯ１５３は、ＯＣＶＣＸＯ（ｏｖｅｎ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｖｏｌｔａｇｅ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：恒温槽付電圧制御水晶発振器）やＴＣＶＣＸＯ（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ ｖｏｌｔａｇｅ-ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：温度補償型電圧制御水晶発振器）等の電圧制御水晶発振器であってもよい。
【００６０】
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
【００６１】
（付記１）
ＧＰＳ信号を基にＧＰＳ受信時刻を取得するＧＰＳ受信時刻取得手段と、
標準電波を基に標準電波受信時刻を取得する標準電波受信時刻取得手段と、
ＧＰＳ受信時刻と標準電波受信時刻との時間差を、受信した月、日、または、時刻と関連づけた時間差情報を記憶する記憶手段と、
現在の月、日、または、時刻に対応する時刻差を前記時間差情報から取得し、取得した時間差に基づいて標準電波時刻を補正する補正手段と、
基準信号を出力する発振器を有し、ＧＰＳ受信障害が発生していない場合は前記ＧＰＳ信号を基に生成される入力信号に基準信号を同期させ、ＧＰＳ受信障害が発生している場合は補正した標準電波受信時刻を基に生成される入力信号に基準信号を同期させる位相同期手段と、を備え、
前記位相同期手段は、ＧＰＳ受信障害から復旧した際に、前記ＧＰＳ信号を基に生成される入力信号と前記基準信号との位相差を、複数パルスに分割して徐々に短縮する、
ことを特徴とする基準信号発生装置。
【００６２】
（付記２）
ＧＰＳ受信障害が発生してからＧＰＳ受信障害から復旧するまでの受信障害時間を計測する計測手段、を備え、
前記位相同期手段は、
前記受信障害時間を基に、ＧＰＳ受信障害が復旧してから基準信号が入力信号に同期するまでの同期時間を算出する算出手段、を備え、
ＧＰＳ受信障害から復旧した際に、前記同期時間をかけて、前記基準信号と入力信号との位相差を徐々に短縮する、
ことを特徴とする付記１に記載の基準信号発生装置。
【００６３】
（付記３）
ＧＰＳ受信障害が復旧してから基準信号が入力信号に同期するまでの時間の大小を示す設定値を記憶する設定値記憶手段、を備え、
前記算出手段は、前記受信障害時間を前記設定値で割ることによって前記同期時間を算出する、
ことを特徴とする付記２に記載の基準信号発生装置。
【００６４】
（付記４）
前記設定値は、上限値を有する値であり、
前記上限値は、前記標準電波の周波数安定度と、前記基準信号を使用する外部装置の許容する周波数安定度と、を基に算出される値である、
ことを特徴とする付記３に記載の基準信号発生装置。
【００６５】
（付記５）
ＧＰＳ信号を基にＧＰＳ受信時刻を取得するＧＰＳ受信時刻取得ステップと、
標準電波を基に標準電波受信時刻を取得する標準電波受信時刻取得ステップと、
ＧＰＳ受信時刻と標準電波受信時刻との時間差を、受信した月、日、または、時刻と関連づけた時間差情報を記憶する記憶ステップと、
現在の月、日、または、時刻に対応する時刻差を前記時間差情報から取得し、取得した時間差に基づいて標準電波時刻を補正する補正ステップと、
ＧＰＳ受信障害が発生していない場合は前記ＧＰＳ信号を基に生成される入力信号に、発振器の出力する基準信号を同期させ、ＧＰＳ受信障害が発生している場合は補正した標準電波受信時刻を基に生成される入力信号に発振器の出力する基準信号を同期させ、さらに、ＧＰＳ受信障害から復旧した際は、前記ＧＰＳ信号を基に生成される入力信号と前記基準信号との位相差を、複数パルスに分割して徐々に短縮する位相同期ステップと、を備える、
ことを特徴とする基準信号発生方法。
【符号の説明】
【００６６】
１００ 基準信号発生装置
１１０ 標準電波受信機
１２０ ＧＰＳ受信機
１３０ 時刻情報コンパレータ
１４０ 記憶部
１４１ 時刻差データベース
１４２ 設定パラメータ
１５０ ＰＬＬ
１５１ 位相比較器
１５２ ループフィルタ
１５３ ＶＣＯ
１５４ 分周回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＰＳ信号を基にＧＰＳ受信時刻を取得するＧＰＳ受信時刻取得手段と、
標準電波を基に標準電波受信時刻を取得する標準電波受信時刻取得手段と、
ＧＰＳ受信時刻と標準電波受信時刻との時間差を、受信した月、日、または、時刻と関連づけた時間差情報を記憶する記憶手段と、
現在の月、日、または、時刻に対応する時刻差を前記時間差情報から取得し、取得した時間差に基づいて標準電波時刻を補正する補正手段と、
基準信号を出力する発振器を有し、ＧＰＳ受信障害が発生していない場合は前記ＧＰＳ信号を基に生成される入力信号に基準信号を同期させ、ＧＰＳ受信障害が発生している場合は補正した標準電波受信時刻を基に生成される入力信号に基準信号を同期させる位相同期手段と、を備え、
前記位相同期手段は、ＧＰＳ受信障害から復旧した際に、前記ＧＰＳ信号を基に生成される入力信号と前記基準信号との位相差を、複数パルスに分割して徐々に短縮する、
ことを特徴とする基準信号発生装置。
【請求項２】
ＧＰＳ受信障害が発生してからＧＰＳ受信障害から復旧するまでの受信障害時間を計測する計測手段、を備え、
前記位相同期手段は、
前記受信障害時間を基に、ＧＰＳ受信障害が復旧してから基準信号が入力信号に同期するまでの同期時間を算出する算出手段、を備え、
ＧＰＳ受信障害から復旧した際に、前記同期時間をかけて、前記基準信号と入力信号との位相差を徐々に短縮する、
ことを特徴とする請求項１に記載の基準信号発生装置。
【請求項３】
ＧＰＳ受信障害が復旧してから基準信号が入力信号に同期するまでの時間の大小を示す設定値を記憶する設定値記憶手段、を備え、
前記算出手段は、前記受信障害時間を前記設定値で割ることによって前記同期時間を算出する、
ことを特徴とする請求項２に記載の基準信号発生装置。
【請求項４】
前記設定値は、上限値を有する値であり、
前記上限値は、前記標準電波の周波数安定度と、前記基準信号を使用する外部装置の許容する周波数安定度と、を基に算出される値である、
ことを特徴とする請求項３に記載の基準信号発生装置。
【請求項５】
ＧＰＳ信号を基にＧＰＳ受信時刻を取得するＧＰＳ受信時刻取得ステップと、
標準電波を基に標準電波受信時刻を取得する標準電波受信時刻取得ステップと、
ＧＰＳ受信時刻と標準電波受信時刻との時間差を、受信した月、日、または、時刻と関連づけた時間差情報を記憶する記憶ステップと、
現在の月、日、または、時刻に対応する時刻差を前記時間差情報から取得し、取得した時間差に基づいて標準電波時刻を補正する補正ステップと、
ＧＰＳ受信障害が発生していない場合は前記ＧＰＳ信号を基に生成される入力信号に、発振器の出力する基準信号を同期させ、ＧＰＳ受信障害が発生している場合は補正した標準電波受信時刻を基に生成される入力信号に発振器の出力する基準信号を同期させ、さらに、ＧＰＳ受信障害から復旧した際は、前記ＧＰＳ信号を基に生成される入力信号と前記基準信号との位相差を、複数パルスに分割して徐々に短縮する位相同期ステップと、を備える、
ことを特徴とする基準信号発生方法。
【請求項１】
ＧＰＳ信号を基にＧＰＳ受信時刻を取得するＧＰＳ受信時刻取得手段と、
標準電波を基に標準電波受信時刻を取得する標準電波受信時刻取得手段と、
ＧＰＳ受信時刻と標準電波受信時刻との時間差を、受信した月、日、または、時刻と関連づけた時間差情報を記憶する記憶手段と、
現在の月、日、または、時刻に対応する時刻差を前記時間差情報から取得し、取得した時間差に基づいて標準電波時刻を補正する補正手段と、
基準信号を出力する発振器を有し、ＧＰＳ受信障害が発生していない場合は前記ＧＰＳ信号を基に生成される入力信号に基準信号を同期させ、ＧＰＳ受信障害が発生している場合は補正した標準電波受信時刻を基に生成される入力信号に基準信号を同期させる位相同期手段と、を備え、
前記位相同期手段は、ＧＰＳ受信障害から復旧した際に、前記ＧＰＳ信号を基に生成される入力信号と前記基準信号との位相差を、複数パルスに分割して徐々に短縮する、
ことを特徴とする基準信号発生装置。
【請求項２】
ＧＰＳ受信障害が発生してからＧＰＳ受信障害から復旧するまでの受信障害時間を計測する計測手段、を備え、
前記位相同期手段は、
前記受信障害時間を基に、ＧＰＳ受信障害が復旧してから基準信号が入力信号に同期するまでの同期時間を算出する算出手段、を備え、
ＧＰＳ受信障害から復旧した際に、前記同期時間をかけて、前記基準信号と入力信号との位相差を徐々に短縮する、
ことを特徴とする請求項１に記載の基準信号発生装置。
【請求項３】
ＧＰＳ受信障害が復旧してから基準信号が入力信号に同期するまでの時間の大小を示す設定値を記憶する設定値記憶手段、を備え、
前記算出手段は、前記受信障害時間を前記設定値で割ることによって前記同期時間を算出する、
ことを特徴とする請求項２に記載の基準信号発生装置。
【請求項４】
前記設定値は、上限値を有する値であり、
前記上限値は、前記標準電波の周波数安定度と、前記基準信号を使用する外部装置の許容する周波数安定度と、を基に算出される値である、
ことを特徴とする請求項３に記載の基準信号発生装置。
【請求項５】
ＧＰＳ信号を基にＧＰＳ受信時刻を取得するＧＰＳ受信時刻取得ステップと、
標準電波を基に標準電波受信時刻を取得する標準電波受信時刻取得ステップと、
ＧＰＳ受信時刻と標準電波受信時刻との時間差を、受信した月、日、または、時刻と関連づけた時間差情報を記憶する記憶ステップと、
現在の月、日、または、時刻に対応する時刻差を前記時間差情報から取得し、取得した時間差に基づいて標準電波時刻を補正する補正ステップと、
ＧＰＳ受信障害が発生していない場合は前記ＧＰＳ信号を基に生成される入力信号に、発振器の出力する基準信号を同期させ、ＧＰＳ受信障害が発生している場合は補正した標準電波受信時刻を基に生成される入力信号に発振器の出力する基準信号を同期させ、さらに、ＧＰＳ受信障害から復旧した際は、前記ＧＰＳ信号を基に生成される入力信号と前記基準信号との位相差を、複数パルスに分割して徐々に短縮する位相同期ステップと、を備える、
ことを特徴とする基準信号発生方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２４２１９０（Ｐ２０１２−２４２１９０Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１０９７６（Ｐ２０１１−１１０９７６）
【出願日】平成２３年５月１８日（２０１１．５．１８）
【出願人】（３９００１０１７９）埼玉日本電気株式会社 (1,228)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１８日（２０１１．５．１８）
【出願人】（３９００１０１７９）埼玉日本電気株式会社 (1,228)
【Ｆターム（参考）】
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