CN108628155B - 定时信号输出装置和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供定时信号输出装置和电子设备，该定时信号输出装置的特征在于，具有定时信号生成电路，该定时信号生成电路基于所述卫星的仰角而对与基于从至少1个卫星接收到的卫星信号的基准信号同步的定时进行校正，且生成与所述基准信号同步的定时信号。

Description

定时信号输出装置和电子设备
技术领域
本发明涉及定时(timing)信号输出装置和电子设备。
背景技术
公知有使用来自卫星的卫星信号所包含的时刻信息而生成高精度的定时信号的定时信号输出装置(例如，参照专利文献1)。例如，专利文献1所述的定时信号输出装置具有：GPS接收机，其接收从GPS(Global Positioning System：全球定位系统)卫星发送来的卫星信号，生成定时信号(1PPS)；以及振荡器，其与来自GPS接收机的定时信号同步地进行振荡。
专利文献1：日本特开2014-137318号公报
但是，在专利文献1所记载的定时信号输出装置中，由于使振荡器的振荡与来自GPS接收机的定时信号直接同步，因此在GPS接收机所生成的定时信号存在误差的情况下，振荡器的振荡频率的精度(即，所生成的定时信号的频率精度)有时也会劣化。
发明内容
本发明的目的在于，提供能够降低定时信号的精度劣化的定时信号输出装置，并且提供具有该定时信号输出装置的电子设备和移动体。
本发明是为了解决上述课题的至少一部分而完成的，能够作为以下的应用例或者方式来实现。
本应用例的定时信号输出装置具有定时信号生成电路，该定时信号生成电路生成定时信号，该定时信号按照基于定位用卫星的仰角的定时而相对于基于从至少1个所述定位用卫星接收到的卫星信号的基准信号同步。
根据这样的定时信号输出装置，生成按照基于卫星的仰角的定时而相对于基准信号同步的定时信号。卫星信号到达接收机的到达时间的误差因定位用卫星的仰角的大小而不同。有时到达时间的误差对定时信号的精度带来影响。因此，通过生成按照基于定位用卫星的仰角的定时而相对于基准信号同步的定时信号，能够降低与卫星的仰角对应的卫星信号的到达时间的误差所引起的定时信号的误差。因此，能够降低定时信号的精度劣化。
在本应用例的定时信号输出装置中，优选为，所述定时信号生成电路基于所述仰角而校正所述定时信号相对于所述基准信号的同步的定时。
由此，能够降低与卫星的仰角对应的卫星信号的到达时间的误差所引起的定时信号的误差。
在本应用例的定时信号输出装置中，优选为，所述定时信号生成电路以第一模式和第二模式进行动作，在该第一模式中反复取得基于所述卫星信号的位置，在该第二模式中使用反复取得的所述位置来决定接收点的位置且生成所述定时信号。
由此，在第一模式中，能够反复取得接收点的位置。并且，在第二模式中，使用反复取得的位置来决定位置，因此与取得1次位置的情况相比能够生成更高精度的定时信号。
在本应用例的定时信号输出装置中，优选为，所述定时信号生成电路在处于所述第一模式的情况下进行所述校正。
在取得位置的情况下，例如为了提高定位精度而使用来自处于宽范围的仰角的定位用卫星的卫星信号，其结果为，有时基准信号的精度降低。与此相对，在本应用例中，在处于第一模式的情况下进行校正，因此能够降低定时信号的精度劣化。
在本应用例的定时信号输出装置中，优选为，所述定时信号生成电路在处于所述第二模式的情况下进行所述校正。
由此，在通过第二模式使定时信号的精度良好的基础上，能够通过校正来进一步降低定时信号的精度劣化，因此能够生成更高精度的定时信号。
在本应用例的定时信号输出装置中，优选为，该定时信号输出装置还具有接收机，该接收机接收所述卫星信号，基于所述卫星信号而输出所述基准信号和所述位置，所述定时信号生成电路在处于所述第一模式的情况下，对于所述接收机设定第一角度的截止高度角，在处于所述第二模式的情况下，对于所述接收机设定比所述第一角度大的第二角度的截止高度角。
由此，在第一模式中，通过扩大截止高度角的范围，能够增多由接收机接收卫星信号的定位用卫星的数量，提高所输出的位置的精度。另一方面，在第二模式中，设定比第一角度大的第二角度的截止高度角。来自仰角较小的定位用卫星的卫星信号与来自仰角较大的定位用卫星的卫星信号相比容易产生到达时间的误差。因此，通过使用来自仰角较大的定位用卫星的卫星信号，能够提高定时信号的精度。
在本应用例的定时信号输出装置中，优选为，所述第一角度为0°以上30°以下，所述第二角度为30°以上50°以下。
由此，能够同时实现在第一模式中取得精度良好的位置以及在第二模式中抑制定时信号的精度劣化这双方。
在本应用例的定时信号输出装置中，优选为，所述定时信号生成电路在至少1个所述定位用卫星的仰角为规定的角度以下的情况下进行所述校正。
由此，由于在具有1个以上的仰角为规定的角度以下的卫星的情况下进行校正，因此能够抑制定时信号的精度劣化。
在本应用例的定时信号输出装置中，优选为，还具有存储部，该存储部存储有用于所述校正的系数或者表。
由此，能够使用存储部中存储的系数或者表而进行使定时信号与基准信号同步的定时的校正。
在本应用例的定时信号输出装置中，优选为，所述定时信号生成电路具有：振荡器，其输出时钟信号；同步部，其按照所述定时而使所述时钟信号与所述基准信号同步，由此生成所述定时信号；以及定时校正部，其基于所述卫星的仰角而对所述同步部进行控制，由此进行所述校正。
由此，能够以比较简单的结构来进行使定时信号与基准信号同步的定时的校正。
本应用例的电子设备的特征在于，具有本应用例的定时信号输出装置。
根据这样的电子设备，能够使用来自定时信号输出装置的高精度的定时信号而提高电子设备的特性。
本应用例的移动体的特征在于，具有本应用例的定时信号输出装置。
根据这样的移动体，能够使用来自定时信号输出装置的高精度的定时信号而提高移动体的特性。
附图说明
图1是示出第一实施方式的定时信号输出装置的概略结构例的图。
图2是示出GPS卫星的仰角与从GPS接收机输出的基准信号(1PPS)的精度(误差)之间的关系的图表。
图3是示出在GPS接收机生成基准信号时所使用的多个GPS卫星的仰角与基准信号(1PPS)的精度(误差)之间的关系的一例的图表。
图4是示出第二实施方式的定时信号输出装置的概略结构的图。
图5是示出第三实施方式的定时信号输出装置的概略结构的图。
图6是示出时间与卫星信号的定位精度下降率(PDOP：Position Dilution OfPrecision：定位几何误差因子)之间的关系的图表。
图7是示出时间与卫星信号的位置精度之间的关系的图表。
图8是用于对图5所示的定时信号输出装置的动作进行说明的流程图。
图9是示出电子设备的实施方式的框图。
图10是示出移动体的实施方式的图。
具体实施方式
以下，基于附图所示的实施方式而对本发明的定时信号输出装置、电子设备以及移动体进行详细说明。
1.定时信号输出装置
＜第一实施方式＞
图1是示出第一实施方式的定时信号输出装置的概略结构例的图。
图1所示的定时信号输出装置1具有如下的功能：接收从GPS卫星2(卫星的一例)发送来的卫星信号，生成高精度的1PPS作为定时信号。该定时信号输出装置1具有GPS接收机10(接收机)和定时信号生成电路11。这里，定时信号生成电路11构成为包含处理部20(CPU)、原子振荡器30(振荡器)以及存储部60。定时信号输出装置1也可以称为电子设备的一例。
另外，定时信号输出装置1可以将结构要素的一部分或者全部物理性地分离，也可以一体化。例如，GPS接收机10与处理部20可以分别由单独的IC实现，GPS接收机10与处理部20也可以作为1个芯片的IC而实现。
以下，依次说明定时信号输出装置1的各部分。
[GPS接收机]
GPS接收机10具有如下的功能：基于经由GPS天线50接收到的卫星信号而进行各种处理。
具体地进行说明，GPS接收机10具有通常定位模式(第一模式)和位置固定模式(第二模式)，根据来自处理部20的控制命令而设定为通常定位模式与位置固定模式中的任意模式。
在通常定位模式(第一模式)中，GPS接收机10接收从多个(优选为4个以上)GPS卫星2发送来的卫星信号，基于接收到的卫星信号所包含的轨道信息(具体而言，历书数据或年历数据等)和时刻信息(具体而言，周编号数据(week number data)或Z计数数据等)而进行定位计算(接收点的位置的计算)。该定位计算的结果用于在处理部20中最终的接收点的位置的计算(统计处理)。这里，通常定位模式是持续地进行定位计算的模式。
并且，在位置固定模式(第二模式)中，GPS接收机10接收从至少1个GPS卫星2发送来的卫星信号，基于接收到的卫星信号所包含的轨道信息和时刻信息以及所设定的接收点的位置信息而生成1PPS(1Pulse Per Second：每秒1个脉冲)作为“基准信号”。该1PPS是与UTC(Coordinated Universal Time：协调世界时)完全同步的脉冲信号，每1秒包含1个脉冲。通过像这样在由GPS接收机10生成基准信号时使用的卫星信号包含轨道信息和时刻信息，能够生成与基准时刻准确地同步的基准信号。该基准信号用于在处理部20中生成最终的定时信号。这里，位置固定模式是使用预先设定的位置信息(例如，第一模式中计算出的接收点的位置信息)而输出1PPS的模式。
这里，GPS接收机10在生成作为基准信号的1PPS时，使用来自至少1个GPS卫星2的卫星信号。在接收到的卫星信号是多个的情况下，GPS接收机10进行基于多个卫星信号的基准信号的统计处理(例如平均处理)而生成1个基准信号(平均值)。另外，在接收到的卫星信号是1个的情况下，GPS接收机10不进行那样的统计处理。
虽然未图示，这样的GPS接收机10例如构成为包含SAW(Surface Acoustic Wave：表面声波)滤波器、RF处理部、基带处理部和温度补偿型水晶振荡器(TCXO：TemperatureCompensated Crystal Oscillator)。这里，SAW滤波器进行从GPS天线50接收到的电波中提取卫星信号的处理。并且，RF处理部生成将TCXO的振荡信号倍增而得到的时钟信号，对该时钟信号和卫星信号进行混合，对该混合后的信号去除高频信号之后进行AD转换而输出。基带处理部构成为包含DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)、CPU(CentralProcessing Unit：中央处理单元)、SRAM(Static Random Access Memory：静态随机存取存储器)以及RTC(Real Time Clock：实时时钟)，将TCXO的振荡信号作为时钟信号而进行各种处理。
[处理部]
图1所示的处理部20对GPS接收机10发送各种控制命令而控制各GPS接收机10的动作，接收GPS接收机10所输出的1PPS或NMEA数据而进行各种处理。这里，处理部20可以根据未图示的存储器或者存储部60中所存储的程序而进行各种处理。
如图1所示，该处理部20构成为包含相位比较器21、环路滤波器(loop filter)22、控制部23(DSP：Digital Signal Processor，数字信号处理器)和分频器24。
控制部23进行如下的处理：从GPS接收机10定期地(例如，每1秒)取得NMEA数据，收集NMEA数据所包含的位置信息(GPS接收机10在通常定位模式中的定位计算的结果)而创建规定的时间的统计信息，基于该统计信息而生成接收点的位置信息。这里，控制部23例如基于GPS接收机10在通常定位模式中的多个定位计算结果的平均值、最频值或者中央值而生成接收点的位置信息。
并且，控制部23具有如下的功能：基于NMEA数据所包含的卫星信息而对后述的同步部26的动作进行控制。卫星信息在本实施方式中为仰角信息。除了仰角之外，在卫星信息中也可以包含时刻、PRN编号(卫星编号)等信息。该控制部23在对同步部26的动作进行控制时，使用后述的存储部60中存储的信息(在本实施方式中为校正系数61)。即，控制部23具有定时校正部231，该定时校正部231使用校正系数61对同步部26中的同步定时进行校正。在本实施方式中，控制部23将与基于GPS卫星2的仰角的校正值对应的信号(电压)和相位比较器21的输出信号(电压)相加而输入到环路滤波器22，从而对原子振荡器30的控制电压进行调整。由此，能够根据来自控制部23的校正值而使GPS接收机10所输出的1PPS(基准信号)与分频器24所输出的1Hz的分频时钟信号(基于原子振荡器30的时钟信号的信号)的相位偏移而对同步定时进行校正。另外，关于这点，后面详细描述。
并且，控制部23向GPS接收机10发送各种控制命令，对GPS接收机10的动作进行控制。具体而言，控制部23进行如下的处理：向GPS接收机10发送模式设定用的控制命令，使GPS接收机10从通常定位模式切换到位置固定模式。并且，控制部23进行如下的处理：在使GPS接收机10从通常定位模式切换到位置固定模式之前，向GPS接收机10发送位置设定用的控制命令，在GPS接收机10中设定控制部23所生成的接收点的位置信息。
分频器24对原子振荡器30所输出的时钟信号(频率：f)进行f分频，输出1Hz的分频时钟信号。
相位比较器21对GPS接收机10所输出的1PPS(基准信号)和分频器24所输出的1Hz的分频时钟信号(基于原子振荡器30的时钟信号的信号)进行相位比较，作为其比较结果而输出与相位差对应的电压值的相位差信号。该相位差信号经由环路滤波器22输入到原子振荡器30。环路滤波器22的参数对于与基于上述的GPS卫星2的仰角的校正值对应的信号(电压)独立地由控制部23设定。
分频器24所输出的1Hz的分频时钟信号与GPS接收机10所输出的1PPS同步，定时信号输出装置1将该分频时钟信号作为与UTC同步的频率精度极其高的1PPS而向外部输出。并且，定时信号输出装置1与1PPS同步地每1秒向外部输出最新的NMEA数据。
这里，原子振荡器30构成为能够根据环路滤波器22的输出电压(控制电压)而对频率进行调整，如上所述，通过相位比较器21、环路滤波器22和分频器24而使原子振荡器30所输出的时钟信号与GPS接收机10所输出的1PPS完全同步。即，相位比较器21、环路滤波器22和分频器24构成同步部26，使原子振荡器30所输出的时钟信号与来自GPS接收机10的1PPS同步。由此，能够将来自原子振荡器30的时钟信号作为与来自GPS接收机10的1PPS同步的高精度的定时信号而输出。
并且，当发生了GPS接收机10无法接收卫星信号或者接收环境变差等状况时，GPS接收机10所输出的1PPS的精度劣化，或者，GPS接收机10停止1PPS的输出。在这样的情况下，处理部20停止使原子振荡器30所输出的时钟信号与GPS接收机10所输出的1PPS同步的处理(同步部26的同步处理)而使原子振荡器30进行自行振荡(保持(holdover))。由此，即使在GPS接收机10所输出的1PPS的精度劣化的情况下，定时信号输出装置1也能够输出基于原子振荡器30的自行振荡的频率精度高的1PPS。这样，在定时信号输出装置1中，即使在处于GPS接收机10无法输出基准信号的状况等时，通过使用来自原子振荡器30的时钟信号，也能够生成高精度的定时信号。
[原子振荡器(振荡器)]
图1所示的原子振荡器30是利用了例如铷原子或铯原子等原子的能量迁移的、能够输出频率精度高的时钟信号的振荡器。作为原子振荡器30，例如能够使用利用了EIT(Electromagnetically Induced Transparency：电磁感应透明性)现象(也称为CPT(Coherent Population Trapping：相干布居捕获)现象)的方式的原子振荡器、或利用了光学微双共振现象(optical micro double resonance phenomenon)的方式的原子振荡器等。
另外，即使取代原子振荡器30而使用双炉或者单炉的恒温槽型水晶振荡器(OCXO)、电压控制型水晶振荡器(VCXO)、附带温度补偿回路的水晶振荡回路(TCXO)等水晶振荡器，也能够输出基于自行振荡的频率精度高的1PPS。
[存储部]
图1所示的存储部60具有如下的功能：对控制部23的动作所需的各种信息进行存储。特别是在存储部60中存储有校正系数61。该校正系数61是用于基于GPS卫星2的仰角而对同步部26的同步定时进行校正的系数，例如，能够由延迟时间[ns]/仰角[°]表示。该存储部60在图示中与处理部20分体设置，但也可以嵌入在处理部20内(例如控制部23)。并且，作为存储部60没有特别限定，例如能够使用非易失性存储器或者易失性存储器。另外，关于校正系数61，与后述的同步定时的校正的说明一同详细描述。
以上，简单地说明定时信号输出装置1的结构。在这样的定时信号输出装置1中，在生成定时信号时，基于GPS卫星2的仰角而对使所输出的定时信号与GPS接收机10的输出信号同步的定时(以下，也称为“同步定时”)进行校正。由此，能够降低定时信号的精度劣化。
(同步定时的校正)
以下，对于原子振荡器30的时钟信号的校正进行详细描述。
图2是示出关于各个GPS卫星的、GPS卫星的仰角与从GPS接收机输出的基准信号(1PPS)的精度(误差)之间的关系的图表。图3是示出在GPS接收机生成基准信号时所使用的多个GPS卫星的仰角与基准信号(1PPS)的精度(误差)之间的关系的一例的图表。
另外，在图2和图3中，横轴是仰角(Elevation)[°]，纵轴是基准信号的精度[纳秒]。并且，图2和图3中所示的纵轴(1PPS)是基准信号(1PPS)相对于某基准的误差，表示数值的绝对值越大则精度越差。
如图2所示，在GPS卫星2的仰角比较小时，上述的从GPS接收机10输出的基准信号(1PPS)的精度(频率精度)下降。这是因为在GPS卫星2的仰角比较小时，卫星信号到达GPS接收机10的到达时间的误差变大(延迟时间变长)。作为该误差的要因，例如列举出对流层延迟、电离层延迟等。
更具体地进行说明，在GPS卫星2的仰角为35°(阈值θT)以下的情况下，如图2中的线段B所示，GPS卫星2的仰角越小则从GPS接收机10输出的基准信号(1PPS)的精度变得越低(误差变大、精度恶化)。与此相对，在GPS卫星2的仰角比35°(阈值θT)大的情况下，如图2中的线段A所示，从GPS接收机10输出的基准信号(1PPS)的精度比较高，并且不论GPS卫星2的仰角如何都大致恒定。
另外，线段A是在仰角为35°以上的范围中，通过最小二乘法等利用一次函数使图2所示的多个结果近似(拟合)化而得到的线段。线段B是在仰角为35°以下的范围中，通过最小二乘法等利用一次函数使图2所示的多个结果近似(拟合)化而得到的线段。但是，阈值θT不限于此，能够适当设定。例如，关于阈值θT，能够根据表示各个GPS卫星的仰角与基准信号的误差之间的关系的数据而预先决定。也可以考虑所输出的定时信号所容许的误差的范围而决定。例如，基于图2，在可容许某程度的误差的情况下，θT可以为30°以上，在优选为更不容易产生误差的情况下也可以为40°以上。
这样，在GPS接收机10使用来自仰角比较小的GPS卫星2的卫星信号而生成了基准信号(1PPS)的情况下，所生成的基准信号(1PPS)的误差变大。因此，当使原子振荡器30的振荡与来自GPS接收机10的基准信号(1PPS)直接同步时，原子振荡器30的振荡频率(时钟信号的频率)的精度也恶化，进而作为定时信号输出装置1的输出信号的定时信号(1PPS)的精度也会恶化。
因此，在定时信号输出装置1中，根据GPS卫星2的仰角而对同步部26的同步定时进行校正。更具体地进行说明，控制部23在基于来自GPS接收机10的卫星信息而取得GPS卫星2的仰角信息之后，从存储部60读出校正系数61，使用后述的计算式而对基于GPS卫星2的仰角的校正值进行计算。并且，控制部23将与计算出的校正值对应的电压值的信号(电压)与相位比较器21的输出信号(电压)相加而输入到环路滤波器22。
例如，通过配置在相位比较器21与环路滤波器22之间的未图示的加法运算器而将相位比较器21的输出信号和控制部23的输出信号相加，并输入到环路滤波器22。由此，在同步部26中进行动作，以使GPS接收机10所输出的1PPS(基准信号)与分频器24所输出的1Hz的分频时钟信号(基于原子振荡器30的时钟信号的信号)的相位差按照与来自控制部23的校正值对应的偏移量而实现稳定化。因此，能够根据来自控制部23的校正值而进行使GPS接收机10所输出的1PPS(基准信号)与分频器24所输出的1Hz的分频时钟信号(基于原子振荡器30的时钟信号的信号)同步的定时偏移的校正。换言之，能够使基准信号和时钟信号在相位偏移了规定的偏移量的状态下同步。另外，该校正是也能够通过基于计算出的校正值来校正环路滤波器22的输出而进行的。
以下，关于校正值的计算，参照图3所示的例子进行详细描述。
例如，当基于来自仰角10°的GPS卫星2的卫星信号而生成了基准信号时，如图3所示，该基准信号的误差为+30[ns]。并且，基于来自仰角20°的GPS卫星2的卫星信号的基准信号的误差为+20[ns]。并且，基于来自仰角80°的GPS卫星2的卫星信号的基准信号的误差为±0[ns]。因此，在GPS接收机10对根据来自这些GPS卫星2的卫星信号而取得的时刻取平均而决定1个时刻的情况下，使用来自这3个GPS卫星2的卫星信号而生成的基准信号的误差(相对于正确的基准信号的延迟时间量)是(30+20+0)/3＝16.7[ns]。另外，这里，“误差”是指相对于正确的基准信号的延迟时间量，附加在误差的数值上的标号“+”表示相对于基准信号延迟。
能够使用如上所述的图2所示的结果(即，表示线段B的一次函数)对这样的基准信号的误差进行计算。这里，线段B的斜率相当于预先存储在存储部60中的校正系数61。如上所述，在GPS卫星2的仰角为作为阈值θT的35°以下的情况下，如图2中的线段B所示，每次在GPS卫星2的仰角小于1°时产生1.2[ns]的延迟。因此，通过使用这样的GPS卫星2的仰角与基准信号的延迟量之间的关系(示出线段A、B的一次函数)，能够以比较高的精度对如上所述的基准信号的误差进行计算。即，基于来自处于比图2所示的阈值θT(本例中为35°)小的仰角θ的GPS卫星2的卫星信号的基准信号的误差是(θT-θ)×1.2[ns]。并且，基于来自处于阈值θT(本例中为35°)以上的仰角的GPS卫星2的卫星信号的基准信号的误差为±0[ns]。在该例中，校正系数61为1.2[ns/°]。但是，校正系数61不限于此，能够适当设定。
例如，可知基于来自仰角10°的GPS卫星2的卫星信号的基准信号的误差是(35[°]-10[°])×1.2[ns/°]＝+30[ns]。同样，可知基于来自仰角20°的GPS卫星2的卫星信号的基准信号的误差是(35[°]-20[°])×1.2[ns/°]＝+18[ns]。并且，可知基于来自仰角80°的GPS卫星2的卫星信号的基准信号的误差是±0[ns]。该结果也与图3的数据大致一致。
于是，使用来自这3个GPS卫星2的卫星信号而生成的基准信号的误差(相对于正确的基准信号的延迟时间量)能够预测为是(30[ns]+18[ns]+0[ns])/3＝16[ns]。因此，将抵消该预测值的值(在本例的情况下为-16[ns])设为校正值，通过使定时信号与基准信号同步的定时偏移与该校正值相应的量，能够提高所生成的定时信号的精度。
如上所述，定时信号输出装置1具有定时信号生成电路11，该定时信号生成电路11基于GPS卫星2的仰角而对与基于从作为定位用卫星的GPS卫星2接收到的卫星信号的基准信号(GPS接收机10的输出信号)同步的定时进行校正(以下，也称为“定时校正”)，生成按照该校正的定时而与基准信号同步的定时信号(1PPS)。即，定时信号输出装置1具有定时信号生成电路11，该定时信号生成电路11生成按照基于GPS卫星2的仰角的定时而相对于基于从至少1个GPS卫星2(定位用卫星)接收到的卫星信号的基准信号同步的定时信号，该定时信号生成电路11基于该仰角而校正该定时信号相对于该基准信号的同步的定时。
根据这样的定时信号输出装置1，生成按照基于GPS卫星2的仰角的定时而相对于基准信号同步的定时信号(定时信号生成电路11的输出信号)。卫星信号到达GPS接收机10的到达时间的误差因GPS卫星2的仰角的大小而不同。有时到达时间的误差对定时信号的精度带来影响。因此，通过生成按照基于GPS卫星2的仰角的定时而相对于基准信号同步的定时信号，能够降低因与GPS卫星2的仰角对应的卫星信号的到达时间的误差所引起的定时信号(定时信号生成电路11的输出信号)的误差。因此，能够降低定时信号(1PPS)的精度劣化。
这里，定时信号生成电路11具有：原子振荡器30，其是输出时钟信号的振荡器；同步部26，其按照基于GPS卫星2的仰角的定时而使来自原子振荡器30的时钟信号与来自原子振荡器30的基准信号同步，由此生成定时信号；以及定时校正部231A，其基于GPS卫星2的仰角而对同步部26进行控制，由此进行定时校正。由此，能够以比较简单的结构而进行使定时信号与基准信号(GPS接收机10的输出信号)同步的定时的校正。
特别是在至少1个GPS卫星2的仰角为规定的角度(阈值θT)以下的情况下，定时信号生成电路11进行定时校正。由此，由于在仰角处于规定的角度以下的GPS卫星2为1个以上的情况下进行校正，因此能够抑制定时信号的精度劣化。
在本实施方式中，定时信号输出装置1具有存储部60，该存储部60将校正系数61作为用于定时校正的系数而存储。由此，能够使用存储部60中存储的校正系数61而进行使定时信号与基准信号同步的定时的校正。
并且，定时信号生成电路11以通常定位模式和位置固定模式进行动作，通常定位模式是反复取得基于来自GPS卫星2(卫星)的卫星信号的位置的第一模式，位置固定模式是使用反复取得的位置来决定接收点的位置且生成定时信号的第二模式。由此，在通常定位模式中，能够反复取得接收点的位置。并且，在位置固定模式中，使用反复取得的位置来决定位置，因此与取得1次位置的情况相比能够生成高精度的定时信号。
这里，能够在通常定位模式时和位置固定模式时中的任一方或者双方中进行上述的定时校正。当定时信号生成电路11处于通常定位模式(第一模式)的情况下进行定时校正时，能够降低定时信号的精度劣化。与此相对，例如，当为了提高定位精度而使用来自位于宽范围的仰角的GPS卫星2的卫星信号时，有时基准信号的精度降低。另一方面，当定时信号生成电路11处于位置固定模式(第二模式)的情况下进行定时校正时，在通过第二模式使定时信号的精度良好的基础上，能够通过校正而进一步降低定时信号的精度劣化，因此能够生成更高精度的定时信号。当在第一模式和第二模式双方中进行定时校正的情况下，能够始终生成高精度的定时信号。
＜第二实施方式＞
图4是示出本发明的第二实施方式的定时信号输出装置的概略结构的图。
以下，对第二实施方式进行说明，但以与上述实施方式的不同点为中心进行说明，对于相同的事项，省略其说明。另外，在图4中，对于与上述实施方式相同的结构标注同一标号。
除了使用校正表来进行定时校正之外，本实施方式与上述第一实施方式相同。
图4所示的定时信号输出装置1A具有GPS接收机10和定时信号生成电路11A。这里，定时信号生成电路11A构成为包含处理部20A(CPU)、原子振荡器30(振荡器)、GPS天线50以及存储部60A。
该处理部20A构成为包含相位比较器21、环路滤波器22、控制部23A以及分频器24。控制部23A具有如下的功能：根据NMEA数据所包含的卫星信息(特别是GPS卫星2的仰角信息)而使用存储部60A中存储的信息(在本实施方式中为校正表62)对同步部26的工作进行控制。即，控制部23A具有使用校正表62对同步部26中的同步定时进行校正的定时校正部231A。
在存储部60A中存储有校正表62。该校正表62是用于基于GPS卫星2的仰角而对同步部26的同步定时进行校正的表。该表例如是基于上述第一实施方式的图2所示的线段B而像下述表1所示那样将GPS卫星2的仰角与校正值关联起来的表。
【表1】
仰角[°] 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
校正值[ns] -42 -41 -40 -38 -37 -36 -35 -34 -32 -31 -30 -29 -28 -26 -25 -24 -23 -22
仰角[°] 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35
校正值[ns] -20 -19 -18 -17 -16 -14 -13 -12 -11 -10 -8 -7 -6 -5 -4 -2 -1 0
另外，在表1中，为了方便说明，每隔仰角1°而对应校正值，但不限于此，例如也可以每隔仰角0.1°、0.5°或者2°而对应校正值。并且，虽然在表1中未示出，但在仰角比35°(阈值θT)大的情况下的校正值为0ns。即，关于仰角比35°(阈值θT)大的GPS卫星2的卫星信号，与上述第一实施方式同样不进行校正。
这样，定时信号输出装置1A具有存储部60A，该存储部60A将校正表62作为与用于定时校正的表相关的信息而存储。由此，能够使用存储部60A中存储的校正表62而进行使定时信号与基准信号同步的定时的校正。在像这样使用校正表62的情况下，与像上述第一实施方式那样使用校正系数61的情况相比，具有处理速度快这样的优点。
关于以上说明的第二实施方式，也能够实现与上述第一实施方式相同的效果。
<第三实施方式>
图5是示出本发明的第三实施方式的定时信号输出装置的概略结构的图。图6是示出时间与卫星信号的定位精度下降率(PDOP)之间的关系的图表。图7是示出时间与卫星信号的位置精度之间的关系的图表。图8是用于对图5所示的定时信号输出装置的动作进行说明的流程图。
以下，对第三实施方式进行说明，但以与上述实施方式的不同点为中心进行说明，对于相同的事项，省略其说明。另外，在图5中，对于与上述实施方式相同的结构，标注同一标号。
除了能够变更接收机的截止高度角(仰角マスク，elevation angle mask)的设定以外，本实施方式与上述第一实施方式相同。
图5所示的定时信号输出装置1B具有GPS接收机10和定时信号生成电路11B。这里，定时信号生成电路11B构成为包含处理部20B(CPU)、原子振荡器30(振荡器)、GPS天线50和存储部60。
处理部20B构成为包含相位比较器21、环路滤波器22、控制部23B以及分频器24。控制部23B具有截止高度角变更部232，该截止高度角变更部232具有变更GPS接收机10的截止高度角的功能。
像上述第一实施方式中描述那样，在GPS卫星2的仰角比较小(35°以下)的情况下，GPS接收机10所生成的基准信号的误差变大。另一方面，如图6和图7所示，使GPS接收机10的截止高度角越小，则定位精度和位置精度越良好。这是因为若减小截止高度角，则能够用于定位的GPS卫星2的数量变多。
因此，控制部23B在通常定位模式(第一模式)时将截止高度角设定为第一角度(低仰角)，在位置固定模式(第二模式)时将截止高度角设定为比第一角度大的第二角度(高仰角)。由此，能够提高通常定位模式中的定位精度和位置固定模式中的定时精度双方。
更具体地进行说明，如图8所示，控制部23B首先使GPS接收机10启动，而将GPS接收机10的截止高度角设定为低仰角的第一角度，以通常定位模式(第一模式)开始进行动作(步骤S10)。由此，定时信号输出装置1B进行定位计算(对作为与接收点的位置相关的信息的位置信息进行计算)。
这里，作为截止高度角的第一角度，优选为0°以上30°以下，更优选为0°以上25°以下，进一步优选为5°以上25°以下。通过使截止高度角处于低仰角，能够用于定位的GPS卫星2的数量变多，因此能够高精度地测定接收点的位置。但是，由于GPS接收机10(GPS天线50)的设置场所，来自低仰角的GPS卫星2的卫星信号有可能受到多路径的影响。在该情况下，优选第一角度为5°以上且15°以上等。
并且，控制部23B使从GPS接收机10取得的作为定位计算结果的位置信息存储在存储部60中(步骤S20)，判断该位置信息的信息量(数据数量等)是否达到规定值(步骤S30)。在判断为存储部60中存储的位置信息的信息量没有达到规定值的情况下(步骤S30的“否”)，返回到上述步骤S20。因此，反复进行步骤S20直到存储部60中存储的位置信息的信息量达到规定值为止。
这里，步骤S30中的规定值优选是能够在24小时左右的时间长度的范围内得到的量。由此，能够高精度地测定接收点的位置。
另一方面，在判断为存储部60中存储的位置信息的信息量达到规定值的情况下(步骤S30的“是”)，进行存储部60中存储的位置信息(每个时刻的多个位置信息)的统计处理(平均值、中央值或者最频值的计算)，而决定接收点的位置(步骤S40)。
然后，控制部23B将GPS接收机10的截止高度角设定为高仰角的第二角度，将GPS接收机10的动作模式切换到位置固定模式(第二模式)(步骤S50)。由此，定时信号输出装置1B使用在上述通常定位模式中得到的接收点的位置信息和来自GPS接收机10的基准信号来进行定时信号(1PPS)的生成。
这里，作为截止高度角的第二角度，优选为30°以上50°以下，更优选为35°以上50°以下。由此，即使不进行上述各实施方式中描述的定时校正，也能够生成高精度的定时信号。
这样，定时信号输出装置1B具有GPS接收机10，该GPS接收机10是接收卫星信号并且基于该卫星信号而输出基准信号的接收机。并且，定时信号生成电路11B在处于通常定位模式(第一模式)的情况下对于GPS接收机10设定第一角度的截止高度角，在处于位置固定模式(第二模式)的情况下对于GPS接收机10设定比第一角度大的第二角度的截止高度角。由此，在通常定位模式中，通过扩大截止高度角的范围，能够增加由GPS接收机10接收卫星信号的GPS卫星2的数量，提高所输出的位置的精度。另一方面，在位置固定模式中，设定比第一角度大的第二角度的截止高度角。来自仰角较小的GPS卫星2的卫星信号与来自仰角较大的GPS卫星2的卫星信号相比，容易产生到达时间的误差。因此，通过使用来自仰角较大的GPS卫星2的卫星信号，能够提高定时信号的精度。
这里，在通常定位模式中，不仅进行定位计算，还可以进行定时信号的生成，在该情况下，通过像上述第一实施方式所述那样进行定时校正，即使GPS接收机10的截止高度角小，也能够进行高精度的定时信号的生成。并且，在位置固定模式中，由于GPS接收机10的截止高度角比较大，因此即使不进行上述第一实施方式所述的定时校正，也能够实现高精度的定时信号的生成。另外，在位置固定模式中，可以进行上述第一实施方式中描述的定时校正，在该情况下，存在如下的优点：可以减少定时校正的运算，更高精度的定时校正变得容易。
特别是像上述那样，优选为，在通常定位模式时由GPS接收机10设定的截止高度角的第一角度为0°以上30°以下，并且在位置固定模式时由GPS接收机10设定的截止高度角的第二角度为30°以上50°以下。由此，能够同时实现在通常定位模式中取得精度良好的位置和在位置固定模式中抑制定时信号的精度劣化这双方。
2.电子设备
接着，对本发明的电子设备的实施方式进行说明。
图9是示出本发明的电子设备的实施方式的框图。
图9所示的电子设备300构成为包含：定时信号输出装置310、CPU(CentralProcessing Unit：中央处理单元)320、操作部330、ROM(Read Only Memory：只读存储器)340、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)350、通信部360以及显示部370。
定时信号输出装置310例如是上述的定时信号输出装置1、1A或者1B，像之前说明的那样，接收卫星信号且生成高精度的定时信号(1PPS)，而向外部输出。
CPU 320根据存储在ROM 340等中的程序，而进行各种计算处理或控制处理。具体而言，CPU 320与定时信号输出装置310所输出的定时信号(1PPS)或时钟信号同步地进行计时处理、与来自操作部330的操作信号对应的各种处理、为了与外部进行数据通信而控制通信部360的处理、发送用于使显示部370显示各种信息的显示信号的处理等。
操作部330是由操作键或按钮开关等构成的输入装置，向CPU 320输出与用户的操作对应的操作信号。
ROM 340对用于由CPU 320进行各种计算处理或控制处理的程序或数据等进行存储。
RAM 350作为CPU 320的作业区域而使用，临时地存储从ROM 340读出的程序或数据、从操作部330输入的数据、由CPU 320根据各种程序而执行的运算结果等。
通信部360进行用于建立CPU 320与外部装置之间的数据通信的各种控制。
显示部370是由LCD(Liquid Crystal Display：液晶显示器)等构成的显示装置，基于从CPU 320输入的显示信号来显示各种信息。也可以在显示部370中设置有作为操作部330发挥功能的触摸面板。
作为这样的电子设备300可考虑各种电子设备，没有特别限定，例如列举出实现与标准时刻同步的时刻管理用的服务器(时间服务器)、进行时间戳的发布等的时刻管理装置(时间戳服务器)、基站等频率基准装置等。
如上所述，电子设备300具有定时信号输出装置310。由此，能够使用来自定时信号输出装置310的高精度的定时信号，而提高电子设备300的特性。
3.移动体
图10是示出本发明的移动体的实施方式的图。
图10所示的移动体400构成为包含：定时信号输出装置410、车载导航装置420、控制器430、440、450、电池460、备份用电池470。
作为定时信号输出装置410，能够应用上述的定时信号输出装置1、1A或者1B。定时信号输出装置410例如在移动体400的移动中，在通常定位模式下实时地进行定位计算而输出1PPS、时钟信号和NMEA数据。并且，定时信号输出装置410例如在移动体400的停止中，在通常定位模式下进行了多次定位计算之后，将多次的定位计算结果的平均值、最频值或者中央值设定为当前的位置信息，在位置固定模式下输出1PPS、时钟信号和NMEA数据。
车载导航装置420与定时信号输出装置410所输出的1PPS或时钟信号同步地，使用定时信号输出装置410所输出的NMEA数据而在显示器上显示位置或时刻等其他的各种信息。
控制器430、440、450进行发动机系统、制动系统、无钥匙进入系统等的各种控制。控制器430、440、450也可以与定时信号输出装置410所输出的时钟信号同步地进行各种控制。
如上所述，移动体400具有定时信号输出装置410。由此，能够使用来自定时信号输出装置410的高精度的定时信号，而提高移动体400的特性。
本实施方式的移动体400具有定时信号输出装置410，由此在移动中和停止中都能够确保高可靠性。
另外，图示的移动体400是汽车，但作为本发明的移动体可考虑各种移动体，除了车辆(还包含电动车辆)之外，例如列举出喷气式飞机或直升机等飞机、船舶、火箭、人造卫星等。
以上，根据图示的实施方式对本发明的定时信号输出装置、电子设备和移动体进行了说明，但本发明不限于此。
并且，本发明能够替换成发挥上述实施方式的相同功能的任意的结构，并且也可以添加任意的结构。
并且，在上述实施方式中，举例说明使用了GPS的定时信号输出装置，但也可以使用GPS以外的全球导航卫星系统(GNSS)、例如伽利略、GLONASS等。

Claims (10)

1.一种定时信号输出装置，其中，
该定时信号输出装置具有定时信号生成电路，该定时信号生成电路生成定时信号，该定时信号按照基于定位用卫星的仰角的定时而相对于基于从至少1个所述定位用卫星接收到的卫星信号的基准信号同步，
所述定时信号生成电路基于所述仰角与所述基准信号的延迟时间之间的关系而校正所述定时信号相对于所述基准信号的同步的定时，所述关系是用于所述校正的系数或者表。
2.根据权利要求1所述的定时信号输出装置，其中，
所述定时信号生成电路以第一模式和第二模式进行动作，在该第一模式中反复取得基于所述卫星信号的位置，在该第二模式中使用反复取得的所述位置来决定接收点的位置且生成所述定时信号。
3.根据权利要求2所述的定时信号输出装置，其中，
所述定时信号生成电路在处于所述第一模式的情况下进行所述校正。
4.根据权利要求2所述的定时信号输出装置，其中，
所述定时信号生成电路在处于所述第二模式的情况下进行所述校正。
5.根据权利要求2所述的定时信号输出装置，其中，
该定时信号输出装置还具有接收机，该接收机接收所述卫星信号，基于所述卫星信号而输出所述基准信号和所述位置，
所述定时信号生成电路在处于所述第一模式的情况下，对于所述接收机设定第一角度的截止高度角，在处于所述第二模式的情况下，对于所述接收机设定比所述第一角度大的第二角度的截止高度角。
6.根据权利要求5所述的定时信号输出装置，其中，
所述第一角度为0°以上30°以下，
所述第二角度为30°以上50°以下。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的定时信号输出装置，其中，
所述定时信号生成电路在至少1个所述定位用卫星的仰角小于或等于规定的角度的情况下进行所述校正。
8.根据权利要求1至3中的任一项所述的定时信号输出装置，其中，
该定时信号输出装置还具有存储部，该存储部存储有用于所述校正的系数或者表。
9.根据权利要求5所述的定时信号输出装置，其中，
所述定时信号生成电路具有：
振荡器，其输出时钟信号；
同步部，其按照所述定时而使所述时钟信号与所述基准信号同步，由此生成所述定时信号；以及
定时校正部，其基于所述卫星的仰角而对所述同步部进行控制，由此进行所述校正。
10.一种电子设备，该电子设备具有权利要求1至3中的任一项所述的定时信号输出装置。
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