JP2007101335A - 発振制御装置及び同期システム - Google Patents

Abstract

【課題】標準機関が有する標準発振器の設置場所から遠隔地にある発振器の周波数を、標準発振器の周波数にリアルタイムで同期可能とする。
【解決手段】発振器３は、ＧＰＳ受信アンテナ３０によりＧＰＳ信号を受信し、信号処理部３１は、ＧＰＳタイムに同期した周波数ｆｇの信号を生成し、周波数比較部３２は、ＧＰＳ信号の周波数ｆｇと、周波数発振部３６から出力された発振信号の周波数ｆｂを比較し、（ｆｂ−ｆｇ）を算出する。データ送受信部３４は、国家標準発振器２２から出力された発振信号の周波数ｆａと、前記ＧＰＳ信号の周波数ｆｇとの比較結果（ｆａ−ｆｇ）を国家標準機関２から取得し、偏差算出部３３は、その取得された比較結果（ｆａ−ｆｇ）と、周波数比較部３２での比較結果（ｆｂ−ｆｇ）から、偏差（ｆｂ−ｆａ）を算出し、周波数制御部３５は、この偏差が０になるように周波数発振部３６を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発振器の周波数を制御する発振制御装置と、前記発振器の周波数を遠隔地に設置された発振器の周波数に同期させる同期システムに関する。

従来から、計量機器の精密計測を行うための基準量を遠隔地から供給する遠隔校正システムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。遠隔校正システムにおける「校正」とは、計器又は測定系の示す値、若しくは実量器又は標準物質の表す値と、標準によって実現される値との間の関係を確定する一連の作業のことである。

遠隔校正システムでは、例えば、地点Ｂに設置された被校正発振器の周波数ｂと、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星から送信されるＧＰＳ信号の周波数ｆとの差（ｂ−ｆ）を測定し、この測定と同時刻に、地点Ａに設置された基準発振器（例えば、国家標準機関の標準発振器）の基準周波数ａと、上記ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号の周波数ｆとの差（ａ−ｆ）を測定する。そして、インターネット等の通信ネットワークを介して、両測定データの差｛（ｂ−ｆ）−（ａ−ｆ）｝＝（ｂ−ａ）が得られる。この差周波数（ｂ−ａ）は、基準発振器の基準周波数ａに対する被校正発振器の周波数ｂのズレを示すものであるから、地点Ｂにある被校正発振器を校正したことになる。

また、非特許文献１では、ＧＰＳ信号に同期可能な発振器が提案されている。図３に、非特許文献１で示された発振器２００の主要部構成を示す。発振器２００では、ＧＰＳ受信アンテナ２０１によりＧＰＳ信号が受信されると、信号処理部２０２において、ＧＰＳタイムに同期した信号（以下、同期信号という。）が生成され、周波数制御部２０３に出力される。周波数制御部２０３では、入力された同期信号の周波数と、周波数発振部２０４から出力される発振信号（発振器２００の発振信号）の周波数が比較され、両周波数の差がゼロになるように、周波数発振部２０４に帰還をかける。このような動作により、発振器２００の発振周波数をＧＰＳタイムに同期させることができる。
特開２００４−３２６６７１号公報 Symmetricom社 データシート "58503B GPS Time and Frequency Reference Receiver"

特許文献１の遠隔校正システムでは、地点Ａの基準発振器から離れた地点Ｂにある被校正発振器の周波数は、国家標準の周波数に対してズレ（偏差）が存在したままであり、地点Ｂの被校正発振器の周波数を用いて、他の測定器の校正や調整を行うためには、国家標準機関から送付（郵送や、電子データ化されたものを通信ネットワークを介して送付されるものも含む。）される校正証明書に基づいて行う必要がある。この校正証明書を得るには、通常、数日から数週間を要するため、リアルタイム性に欠けていた。

一方、非特許文献１の発振器の場合、ＧＰＳに搭載される精密な周波数と同等の周波数をリアルタイムに得ることができるが、ＧＰＳから得られる周波数と、国家標準機関の標準発振器の周波数とは偏差があり、その大きさも測定されていないため、トレーサビリティが確保されていなかった。トレーサビリティを確保するためには、特許文献１と同様の方法を実施するか、国家標準機関へ発振器を持ち込む（又は輸送する）必要がある。このように、従来の発振器では、自身の周波数を、遠隔地にある標準発振器の周波数にリアルタイムで同期することができないという問題があった。

本発明の課題は、標準機関が有する標準発振器の設置場所から遠隔地にある発振器の周波数を、当該標準発振器の周波数にリアルタイムで同期可能とすることである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、高精度の標準発振器を有する所定の標準機関から遠隔地に設置された発振器の周波数を制御する発振制御装置であって、
通信仕様が公開され、所定の地点から送信され複数の地点で受信可能な無線信号から、当該無線信号に同期した周波数信号を生成する信号処理部と、
この信号処理部が生成した周波数信号の周波数と、制御対象の発振器から出力された発振信号の周波数とを比較する比較手段と、
前記標準機関が有する標準発振器から出力された発振信号の周波数と、前記無線信号の周波数との比較結果を、前記標準機関から通信ネットワークを介して取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された比較結果と、前記比較手段による比較結果に基づいて、前記制御対象の発振器の周波数と、前記標準発振器の周波数との偏差を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された偏差に基づいて前記制御対象の発振器の周波数を制御する制御手段と、を備えることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発振制御装置において、前記制御手段は、前記偏差がゼロになるように前記発振器の周波数を制御することを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発振制御装置において、前記無線信号は、測位衛星から送信される信号であり、前記信号処理部は、前記無線信号に含まれる測位信号に同期した周波数信号を生成することを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発振制御装置において、前記測位衛星はＧＰＳ衛星であり、前記信号処理部は、ＧＰＳタイムに同期した周波数信号を生成することを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発振制御装置において、前記無線信号は、時刻情報を含む標準電波であり、前記信号処理部は、前記無線信号に含まれる時刻信号に同期した周波数信号を生成することを特徴としている。

請求項６に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発振制御装置において、前記無線信号は、通信仕様が公開された信号であり、前記信号処理部は、前記無線信号に含まれる送信機の基準周波数に同期した信号に同期した周波数信号を生成することを特徴としている。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の何れか一項に記載の発振制御装置において、前記所定の標準機関は国家標準機関であることを特徴としている。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜７の何れか一項に記載の発振制御装置を用いて、前記標準機関から遠隔地に設置された発振器の周波数を、当該標準機関が有する標準発振器の周波数に同期させる同期システムであって、前記標準機関側は、
前記無線信号から、当該無線信号に同期した周波数信号を生成する生成手段と、
前記無線信号の周波数と、前記標準発振器から出力された発振信号の周波数を比較する周波数比較部と、
前記周波数比較部による比較結果のデータを記憶する記憶手段と、
前記発振制御装置から前記記憶手段へのアクセスに応じて、当該記憶手段に記憶された前記比較結果のデータを、通信ネットワークを介して前記発振制御装置に送信する送信手段と、を備えることを特徴としている。

本発明によれば、標準機関が有する標準発振器の設置場所から遠隔地にある発振器の周波数を、当該標準発振器の周波数にリアルタイムで同期することが可能となる。

特に、標準機関が国家標準機関であることにより、リアルタイムで国家標準に同期した周波数を得ることで、国家標準とのトレーサビリティを確保することが可能となり、発振器の管理・運用の利便性を向上させることが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
本実施形態では、高精度の標準発振器を有する標準機関として、国家標準機関を用い、標準発振器として、国家標準発振器を用いる場合について説明する。ここで「高精度の標準発振器」とは、下位の標準機関やユーザが使用する発振器に対して基準となる精度を有する発振器である。また、本実施形態では、「通信仕様が公開され、所定の地点から送信され複数の地点で受信可能な無線信号」として、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星から送信されるＧＰＳ信号を用いるものとする。

図１に、本実施形態に係る同期システム１００の構成を示す。同期システム１００は、図１に示すように、ＧＰＳ衛星１と、国家標準機関２と、国家標準機関２から遠隔地にある発振器３により構成され、国家標準機関２と発振器３は、インターネット等の通信ネットワークＮを介して接続される。

本実施形態が適用される発振器３としては、例えば、企業の計測標準器室や計測器管理室、校正ラボ等で用いられる高精度の周波数発振器、カウンタやファンクションジェネレータのような測定器に内蔵されている水晶発振器等の周波数発振器、時計の源振である周波数発振器などがある。

国家標準機関２は、図１に示すように、ＧＰＳ受信アンテナ２０、信号処理部２１、国家標準発振器２２、周波数比較部２３、データサーバ２４により構成される。なお、信号処理部２１は、本発明の生成手段に対応する。以下、国家標準機関２を構成する各部の動作について説明する。

ＧＰＳ衛星１からＧＰＳ受信アンテナ２０によりＧＰＳ信号が受信され、信号処理部２１に出力される。信号処理部２１では、ＧＰＳタイムに同期した周波数ｆｇの信号（周波数信号）が生成され、周波数比較部２３に出力される。周波数比較部２３では、国家標準発振器２２から出力される発振信号の周波数ｆａと、ＧＰＳ信号の周波数ｆｇとの比較により（ｆａ−ｆｇ）が算出され、この比較結果（ｆａ−ｆｇ）のデータがデータサーバ２４に出力される。データサーバ２４では、入力された比較結果（ｆａ−ｆｇ）のデータが、データサーバ２４内に設けられる記憶手段（図示略）に記憶される。通信ネットワークＮを介して発振器３がデータサーバ２４にアクセスした場合、データサーバ２４の記憶手段に記憶された比較結果（ｆａ−ｆｇ）のデータは、データサーバ２４の送信手段（図示略）によって発振器３に送信される。

発振器３は、図１に示すように、ＧＰＳ受信アンテナ３０、信号処理部３１、周波数比較部３２、偏差算出部３３、データ送受信部３４、周波数制御部３５、周波数発振部３６により構成される。なお、発振器３の構成要素のうち、周波数発振部３６を除く各部によって、本発明の発振制御装置が構成される。また、周波数比較部３２は、本発明の比較手段に対応し、偏差算出部３３は、本発明の算出手段に対応し、データ送受信部３４は、本発明の取得手段に対応し、周波数制御部３５は、本発明の制御手段に対応する。

国家標準発振器２２の周波数と、ＧＰＳ信号の周波数との比較処理が行われている時刻と同時刻に、発振器３では、同一のＧＰＳ信号に対して以下の処理が行われる。なお、どの時刻にどのＧＰＳ衛星の信号と比較するかという予定は、国際度量衡局（ＢＩＰＭ）によって決定されており、本実施形態における周波数の比較処理は、ＢＩＰＭで決定された予定に従って行われるものとする。また、この予定のデータは、国家標準機関２の予定記憶部（図示略）及び発振器３の予定記憶部（図示略）に記憶されており、予定記憶部に記憶された予定データに従って、周波数の比較処理が行われる。

ＧＰＳ衛星１からＧＰＳ受信アンテナ３０によりＧＰＳ信号が受信され、信号処理部３１に出力される。信号処理部３１では、ＧＰＳタイムに同期した周波数ｆｇの信号（周波数信号）が生成され、周波数比較部３２に出力される。周波数比較部３２では、周波数発振部３６から出力された発振信号（発振器３の発振信号）の周波数ｆｂと、ＧＰＳ信号の周波数ｆｇとの比較により（ｆｂ−ｆｇ）が算出され、この比較結果（ｆｂ−ｆｇ）のデータが偏差算出部３３に出力される。

データ送受信部３４は、通信ネットワークＮを介して国家標準機関２のデータサーバ２４にアクセスし、発振器３における比較処理と同時刻に得られた、国家標準発振器２２の周波数とＧＰＳ信号（発振器３が受信したＧＰＳ信号と同一）の周波数との比較結果（ｆａ−ｆｇ）のデータをダウンロードし、偏差算出部３３に出力する。

偏差算出部３３では、周波数比較部３２から入力された比較結果（ｆｂ−ｆｇ）と、国家標準機関２からダウンロードした比較結果（ｆａ−ｆｇ）から、周波数発振部３６の発振信号の周波数ｆｂと、国家標準発振器２２の周波数ｆａとの偏差｛（ｆｂ−ｆｇ）−（ｆａ−ｆｇ）｝＝（ｆｂ−ｆａ）が算出される。算出された偏差（ｆｂ−ｆａ）のデータは周波数制御部３５に出力される。

周波数制御部３５は、偏差算出部３３から入力された偏差（ｆｂ−ｆａ）がゼロになるように、周波数発振部３６の周波数を調整（制御）する。

以上の動作により、発振器３の発振信号の周波数ｆｂは、国家標準発振器２２の周波数ｆａに同期し、国家標準相当の値及び精度を有することとなる。

以上のように、本実施形態の同期システム１００によれば、標準発振器の設置場所から離れた場所（遠隔地）にある発振器の周波数を、標準発振器の出力周波数にリアルタイムに同期することが可能となる。特に、標準機関として国家標準機関２を選択することにより、国家標準発振器２２の出力周波数にリアルタイムに同期した周波数を得ることができる。従って、従来の遠隔校正システムでは実現できなかった発振器のリアルタイムの調整が可能になるとともに、従来のＧＰＳ受信機能付きの発振器では実現できなかったトレーサビリティの確保が可能となる。このように、リアルタイムで国家標準と同等の精度とトレーサビリティの確保が可能になるため、発振器３の管理・運用の利便性を向上させることができる。

なお、本実施形態における記述内容は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上述の実施形態では、「通信仕様が公開され、複数の地点で受信可能な無線信号」の一例としてＧＰＳ信号を挙げたが、本実施形態が適用される無線信号はこれに限定されない。例えば、Galileo衛星等、ＧＰＳ衛星以外の測位衛星からの無線信号を受信し、信号処理部２１及び３１において、測位信号に同期した周波数を生成するようにしてもよい。また、無線信号として、ＪＪＹ等の時刻情報を含む標準電波を受信し、信号処理部２１及び３１において、その無線信号に含まれる時刻信号に同期した周波数信号を生成するようにしてもよい。

また、無線信号として、通信仕様が公開された無線信号（もちろん、送信機から発信される周波数も既知である）を用いてもよい。このような無線信号の通信仕様として、例えば「無線信号にパルス信号が含まれ、そのパルス信号の周波数が、当該無線信号を発信している送信機に備えられた基準発振器の周波数（基準周波数）の１/１６である」という情報が公開されていれば、受信側では、そのパルス信号を検出して周波数を１６倍にすれば、送信機の基準周波数が得られる。この場合、信号処理部２１及び３１では、無線信号に含まれるパルス信号（送信機の基準周波数に同期した信号）に同期した周波数信号が生成される。

また、上述の実施形態では、図１に示すように、周波数発振部３６と、周波数発振部３６の出力周波数を制御する側（本発明の発振制御装置）を一体化した発振器３を示したが、図２に示すように、既存の発振器５に、発振器５の出力周波数を制御する発振制御装置４を接続可能にした構成であってもよい。

発振制御装置４は、図２に示すように、ＧＰＳ受信アンテナ４０、信号処理部４１、周波数比較部４２、偏差算出部４３、データ送受信部４４、周波数制御部４５により構成され、各部の機能は、それぞれ、図１のＧＰＳ受信アンテナ３０、信号処理部３１、周波数比較部３２、偏差算出部３３、データ送受信部３４、周波数制御部３５と同等である。

周波数比較部４２には、発振器５の周波数発振部５０が出力する発振信号を入力するための発振信号入力端子ｔ１が接続され、周波数制御部４５には、発振器５に対する制御信号を出力するための制御信号出力端子ｔ２が接続されている。また、データ送受信部４４には、通信ネットワークＮを介して国家標準機関２から比較結果（ｆａ−ｆｇ）のデータを取得するための比較結果入力端子ｔ５が接続されている。また、発振器５の周波数発振部５０には、発振信号を発振制御装置４に出力するための発振信号出力端子ｔ３と、発振制御装置４からの制御信号を入力するための制御信号入力端子ｔ４が接続されている。発振制御装置４は、例えば、カード型の装置であり、端子ｔ１〜ｔ４を介して発振器５の本体へ差し込み可能となっている。このような構成により、発振器５のユーザは、必要に応じて、発振器５の周波数を、発振器５の設置場所から遠隔地にある標準発振器の出力周波数に同期させるか否かを選択することができる。遠隔地にある標準発振器の周波数に同期させる場合、比較結果入力端子ｔ５を通信ネットワークＮに接続して、比較結果（ｆａ−ｆｇ）を取得する。

図１又は図２に示す発振制御装置４及び既存の発振器５を用いたシステムにおいて、周波数比較部４２で得られたデータ（ｆｂ−ｆｇ）（発振器５の周波数ｆｂと、ＧＰＳ信号の周波数ｆｇとの差）を、データ送受信部４４から標準機関に送信し、必要に応じて、その標準機関から校正証明書が得られるようにする。この場合、標準機関として国家標準機関を選択すれば、国家標準発振器に同期することが可能になるとともに、国家標準機関から校正証明書が得られ、国家標準とのトレーサビリティを証明することが可能となる。

本発明の実施形態に係る同期システムの構成と、同期システムを構成する国家標準機関の内部構成と、国家標準機関から遠隔地にある発振器の主要部構成を示すブロック図。 既存の発振器の周波数を制御可能な発振制御装置の主要部構成を示すブロック図。 従来の発振器の主要部構成を示すブロック図。

符号の説明

１ ＧＰＳ衛星
２ 国家標準機関
２０ ＧＰＳ受信アンテナ
２１ 信号処理部
２２ 国家標準発振器
２３ 周波数比較部
２４ データサーバ
３ 発振器
３０、４０ ＧＰＳ受信アンテナ
３１、４１ 信号処理部
３２、４２ 周波数比較部
３３、４３ 偏差算出部
３４、４４ データ送受信部
３５、４５ 周波数制御部
３６、５０ 周波数発振部
４ 発振制御装置
５ 発振器
１００ 同期システム
Ｎ 通信ネットワーク
ｔ１ 発振信号入力端子
ｔ２ 制御信号出力端子
ｔ３ 発振信号出力端子
ｔ４ 制御信号入力端子
ｔ５ 比較結果入力端子

Claims (8)

1. 高精度の標準発振器を有する所定の標準機関から遠隔地に設置された発振器の周波数を制御する発振制御装置であって、
   通信仕様が公開され、所定の地点から送信され複数の地点で受信可能な無線信号から、当該無線信号に同期した周波数信号を生成する信号処理部と、
   この信号処理部が生成した周波数信号の周波数と、制御対象の発振器から出力された発振信号の周波数とを比較する比較手段と、
   前記標準機関が有する標準発振器から出力された発振信号の周波数と、前記無線信号の周波数との比較結果を、前記標準機関から通信ネットワークを介して取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得された比較結果と、前記比較手段による比較結果に基づいて、前記制御対象の発振器の周波数と、前記標準発振器の周波数との偏差を算出する算出手段と、
   前記算出手段により算出された偏差に基づいて前記制御対象の発振器の周波数を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする発振制御装置。
2. 前記制御手段は、前記偏差がゼロになるように前記発振器の周波数を制御することを特徴とする請求項１に記載の発振制御装置。
3. 前記無線信号は、測位衛星から送信される信号であり、
   前記信号処理部は、前記無線信号に含まれる測位信号に同期した周波数信号を生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の発振制御装置。
4. 前記測位衛星はＧＰＳ衛星であり、
   前記信号処理部は、ＧＰＳタイムに同期した周波数信号を生成することを特徴とする請求項３に記載の発振制御装置。
5. 前記無線信号は、時刻情報を含む標準電波であり、
   前記信号処理部は、前記無線信号に含まれる時刻信号に同期した周波数信号を生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の発振制御装置。
6. 前記無線信号は、通信仕様が公開された信号であり、
   前記信号処理部は、前記無線信号に含まれる送信機の基準周波数に同期した信号に同期した周波数信号を生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の発振制御装置。
7. 前記所定の標準機関は国家標準機関であることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の発振制御装置。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載の発振制御装置を用いて、前記標準機関から遠隔地に設置された発振器の周波数を、当該標準機関が有する標準発振器の周波数に同期させる同期システムであって、
   前記標準機関側は、
   前記無線信号から、当該無線信号に同期した周波数信号を生成する生成手段と、
   前記無線信号の周波数と、前記標準発振器から出力された発振信号の周波数を比較する周波数比較部と、
   前記周波数比較部による比較結果のデータを記憶する記憶手段と、
   前記発振制御装置から前記記憶手段へのアクセスに応じて、当該記憶手段に記憶された前記比較結果のデータを、通信ネットワークを介して前記発振制御装置に送信する送信手段と、
   を備えることを特徴とする同期システム。

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