JP2016057169A - Method for comparing time of clocks and method for correcting time of clock - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、相互に電波の届く離れた場所に置かれた2台の比較用時計の時刻差を比較する時計の時刻比較方法と、この時刻比較結果に基づいて各比較用時計の時刻を補正する時計の時刻補正方法に関する。 The present invention relates to a clock time comparison method for comparing the time difference between two comparison watches placed at locations where radio waves can reach each other, and the time of each comparison watch is corrected based on the time comparison result. The present invention relates to a time correction method for a clock.
従来より、時計の同期を簡便に行う方法として、GPSを用いた時刻の同期方法が用いられている。このGPSによる時刻同期は精度が低いため、GPS以上の精度が必要とされる場合の時刻同期方法として、光ファイバー(専用線が必要)を用いた手法が知られている。この光ファイバーによる時刻同期は、極めて高精度であるものの設備投資が大きく、汎用性に欠ける。 Conventionally, a time synchronization method using GPS has been used as a method for easily synchronizing clocks. Since the time synchronization by GPS is low in accuracy, a method using an optical fiber (requires a dedicated line) is known as a time synchronization method when accuracy higher than GPS is required. Although the time synchronization by this optical fiber is extremely accurate, the capital investment is large and the versatility is lacking.
そこで、地上の2局であるマスターノードとスレーブノードの2局で簡易に時刻同期を行う方法として、マスターノードとスレーブノードで双方向無線通信を行って双方の時計の時刻を比較し、その時刻差からスレーブノードの時刻補正を行うものが提案されている(例えば、特許文献1を参照)。 Therefore, as a method of simply synchronizing the time between the two stations, the master node and the slave node, which are two stations on the ground, the clocks of both clocks are compared by performing bidirectional wireless communication between the master node and the slave node. A device that corrects the time of a slave node from the difference has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に記載の発明では、スレーブノードからマスターノードへ通信パケットを送り、この受信を契機としてマスターノードから応答信号をスレーブノードへ送り、この応答信号をスレーブノードが受信するまでの時間(スレーブノードにおける送信時刻から受信時刻までの時間)には、マスターノードとスレーブノード間のデータ通信による往復分の伝搬遅延時間と、マスターノードがパケットを受信してから応答信号を送信するまでの応答時間とが含まれているので、マスターノードにおいて既知である応答時間をスレーブノードとマスターノード間の往復時間から引いて2で割れば計算上の伝搬遅延時間を求めることができ、更に、マスターノードの時計で計測された伝搬遅延時間と計算上の伝搬遅延時間との差から、マスターノードの時計とスレーブノードの時計との時刻差を求めることができるので、マスターノードとスレーブノードの時刻同期が可能となる。
In the invention described in
このように、特許文献1に記載の発明では、GPSを用いた時刻同期よりも遙かに高精度で、光ファイバーを用いた時刻同期よりも遙かに低コストの時刻同期が可能であると考えられる。
As described above, in the invention described in
しかしながら、上記特許文献1に記載された発明では、スレーブノードとマスターノードとの間で交互に時差通信するものであり、スレーブノードからマスターノードへ通信するときとマスターノードからスレーブノードへ通信するときとで、両ノード間の伝搬路における伝搬状態が少なからず変化している可能性が有り、往路の伝搬遅延時間と復路の伝搬遅延時間とに無視し得ない誤差が混入してしまうおそれがあることから、精度の高い時刻比較を確実に行えるとはいえない。そして、マスターノードの時計とスレーブノードの時計の時刻差を高精度に取得できなければ、スレーブノードの時刻補正を高精度に行うこともできない。
However, in the invention described in
そこで、本発明は、比較対象となる2つの時計の時刻差を高精度かつ確実に取得できる時計の時刻比較方法および時計の時刻補正方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a time comparison method for a timepiece and a time correction method for a timepiece that can accurately and reliably acquire the time difference between two timepieces to be compared.
前記課題を解決するために、請求項1に係る時計の時刻比較方法は、比較用時計の時刻に同期して通信を開始できる2つの無線通信局に、比較開始時刻t0を予め設定する比較開始時刻設定工程と、各無線通信局に対応する比較用時計の時刻が比較開始時刻t0になったとき、各局から他局へコード送信を相互に行うコード送信工程と、各通信局が他局へコード送信を行ってから他局よりのコードを受信するまでの伝搬遅延時間Δtを計測する伝搬遅延時間計測工程と、両通信局で計測された2つの伝搬遅延時間Δtに基づいて、2つの比較用時計の時刻差Δtdifferenceを求める時刻差取得工程と、からなることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, a time comparison method for a clock according to
また、請求項2に係る発明は、請求項1に記載の時計の時刻比較方法において、前記コード送信工程においては、予め設定された自局のコードを所定の時刻信号で変調して変調信号を生成する第1過程と、前記変調信号を位相に変換して送信する第2過程と、を含み、前記伝搬遅延時間計測工程においては、他局から受信した変調信号と、他局が用いたコードを自局の時刻信号で変調して生成したレプリカ信号との相関処理を行う第3過程と、前記相関処理によって群遅延と位相遅延を求め、高精度の伝搬遅延時間Δtを得る第4過程と、を含むことを特徴とする。
Further, the invention according to
また、請求項3に係る時計の時刻補正方法は、請求項1又は請求項2に記載の時計の時刻比較方法に基づき、信頼性の高い時計に対応するマスター局と信頼性の低い時計に対応するスレーブ局との相対的な時刻差Δtdifferenceを取得し、この時刻差Δtdifferenceを時刻補正情報として、スレーブ局に対応する時計の時刻を補正することを特徴とする。
A time correction method for a timepiece according to
また、請求項4に係る時計の時刻補正方法は、前記請求項1又は請求項2に記載の時計の時刻比較方法に基づき、基準時刻算出対象とする3つ以上の比較用時計から成る基準時計グループ内で、全ての時計の相対的な時刻差を特定できる組み合わせで2局間の時刻差Δtdifferenceを各々取得し、各時計の相対的な時刻差を利用する任意の基準時刻算出手法に基づいて基準時計グループ内での基準時刻を算出し、時刻補正対象の時計の時刻と基準時刻との差を時刻補正情報Δtcorrectとして求め、前記時刻補正情報Δtcorrectに基づいて、時刻補正対象の時計の時刻を補正することを特徴とする。
A time correction method for a timepiece according to claim 4 is based on the time comparison method for timepieces according to
また、請求項5に係る発明は、請求項4に記載の時計の時刻補正方法において、前記基準時計グループに属する基準時計に対応する通信局をマスター局とし、前記基準時計グループに属さない時計に対応する通信局をスレーブ局とし、前記マスター局とスレーブ局との相対的な時刻差Δtdifferenceを取得し、この時刻差Δtdifferenceを補正量として、スレーブ局に対応する時計の時刻を補正することを特徴とする。 The invention according to claim 5 is the time correction method for a timepiece according to claim 4, wherein the communication station corresponding to the reference clock belonging to the reference clock group is a master station and the clock does not belong to the reference clock group. The corresponding communication station is a slave station, the relative time difference Δt difference between the master station and the slave station is acquired, and the time of the clock corresponding to the slave station is corrected using the time difference Δt difference as a correction amount. It is characterized by.
また、請求項6に係る発明は、請求項5に記載の時計の時刻補正方法において、前記マスター局とスレーブ局との相対的な時刻差Δtdifferenceにマスター局の時刻補正情報Δtcorrectを加えて補正量とし、スレーブ局に対応する時計の時刻を補正することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the invention, in the time correction method for a timepiece according to the fifth aspect, the time correction information Δt correct of the master station is added to the relative time difference Δt difference between the master station and the slave station. The correction amount is used, and the time of the clock corresponding to the slave station is corrected.
本発明に係る時計の時刻比較方法によれば、各通信局の比較用時計が同一時刻(比較開始時刻t0)になったタイミングで他局へのデータ通信を行うので、ほぼ同じ伝搬条件の伝搬路を通って相手局への通信が行われ、各局から他局への伝搬遅延時間はほぼ同一と看做すことができ、両通信局で計測された2つの伝搬遅延時間Δtに基づいて求めた2つの比較用時計の時刻差Δtdifferenceは精度の高いものとなる。また、両方の通信局もしくは一方の通信局が移動することで、両通信局の相対距離が変化している場合においても、2つの比較用時計の時刻差Δtdifferenceを高精度に求められるという利点がある。そして、本発明に係る時刻比較方法によって求めた精度の高い時刻差Δtdifferenceを用いて行う時計の時刻補正方法によれば、精度の高い時刻補正を実現できる。 According to the clock time comparison method of the present invention, data communication to other stations is performed at the timing when the comparison clock of each communication station reaches the same time (comparison start time t 0 ). Communication to the other station is performed through the propagation path, and the propagation delay time from each station to the other station can be regarded as almost the same. Based on the two propagation delay times Δt measured at both communication stations The time difference Δt difference between the two obtained comparison watches is highly accurate. In addition, even when both communication stations or one communication station moves and the relative distance between the two communication stations changes, the time difference Δt difference between the two comparison watches can be obtained with high accuracy. There is. According to the time correction method of the timepiece performed using the time difference Δt difference with high accuracy obtained by the time comparison method according to the present invention, highly accurate time correction can be realized.
次に、添付図面に基づいて、本発明に係る時計の時刻比較方法および時計の時刻補正方法を適用した通信システムの実施形態につき説明する。 Next, an embodiment of a communication system to which a time comparison method and a time correction method according to the present invention are applied will be described with reference to the accompanying drawings.
図1に示す通信システムでは、互いに双方向無線通信が可能な通信機能を備えた第1時刻比較情報取得装置1a、第2時刻比較情報取得装置1b、第3時刻比較情報取得装置1c、第4時刻比較情報取得装置1dが、各々ローカルケーブル2を介して、第1基準時計3a、第2基準時計3b、第3基準時計3c、第4基準時計3dに接続されている。これら第1〜第4基準時計3a〜3dは、精度の高い3つ以上の比較用時計から成る基準時計グループに属するもので、後述する基準時刻の算出対象となる時計群である。なお、基準時計グループに含めるのは、セシウム原子時計やストロンチウム光格子時計、イッテルビウム光格子時計のような極めて高精度の時計のみに限定されず、十分な精度を持ったクォーツ時計等で構成しても構わない。
In the communication system shown in FIG. 1, a first time comparison information acquisition device 1a, a second time comparison
基準時計グループに属する第1〜第4基準時計3a〜3dは、その構造上、鉄筋コンクリート造などの屋内設備に固定されており、第1〜第4基準時計3a〜3dの近傍は電波環境が良いとはいえないので、見晴らしの良い屋外に第1〜第4時刻比較情報取得装置1a〜1dを設置しておくか、第1〜第4時刻比較情報取得装置1a〜1dのアンテナ部のみ屋外に設置しておくことが望ましい。なお、本通信システムにおいては、後述するように、第1時刻情報取得装置1aと第2時刻情報取得装置1bでの時刻比較用双方向通信、第2時刻情報取得装置1bと第3時刻情報取得装置1cでの時刻比較用双方向通信、第3時刻情報取得装置1cと第4時刻情報取得装置1dでの時刻比較用双方向通信が可能であれば良いので、通信距離や伝搬路上の障害などに起因して、そのほかの組み合わせで双方向通信ができなくても構わない。
The first to
また、第1〜第4時刻比較情報取得装置1a〜1dは、時刻管理サーバ4と有線ネットワーク5を介して接続されている。この有線ネットワーク5には、専用線で構成しても良いし、インターネット等の公衆通信網を充てても良い。なお、時刻管理サーバ4と第1〜第4時刻比較情報取得装置1a〜1dが良好な無線通信可能なエリアに存在する場合は、無線通信ネットワークで時刻管理サーバ4と第1〜第4時刻比較情報取得装置1a〜1dを接続するようにしても構わない。 The first to fourth time comparison information acquisition devices 1 a to 1 d are connected to the time management server 4 via the wired network 5. The wired network 5 may be constituted by a dedicated line or a public communication network such as the Internet. When the time management server 4 and the first to fourth time comparison information acquisition devices 1a to 1d are present in an area where good wireless communication is possible, the time management server 4 and the first to fourth time comparisons in the wireless communication network. The information acquisition apparatuses 1a to 1d may be connected.
さらに、本通信システムにおいては、基準時計グループに属していない低精度のスレーブ時計6にローカルケーブル2を介して第5時刻比較情報取得装置1sを接続し、無線通信可能なエリアにある第1時刻比較情報取得装置1aと第5時刻比較情報取得装置1sが時刻比較のための双方向通信を行える。なお、第5時刻比較情報取得装置1sも有線ネットワーク5に接続し、有線ネットワーク5を介して第1時刻比較情報取得装置1aと有線通信ができるようにしても良いが、スレーブ時計6が可搬性のものであった場合には、スレーブ時計6を移動させた先に第5時刻比較情報取得装置1sを有線ネットワーク5に接続する環境がなかった場合でも、最も良好な通信環境の第1〜第4時刻比較情報取得装置1a〜1dを選んで時刻比較のための双方向通信を実現できるというメリットがある。
Furthermore, in this communication system, the fifth time comparison information acquisition device 1s is connected to the low-precision slave clock 6 that does not belong to the reference clock group via the
上述した第1〜第4時刻比較情報取得装置1a〜1d(区別しないときは、単に時刻比較情報取得装置1という)は、第1〜第4基準時計3a〜3d(区別しないときは、単に基準時計3という)の相対的な時刻差を求めるための情報を取得する無線通信局であり、その概略構成を図2に示す。
The above-described first to fourth time comparison information acquisition devices 1a to 1d (when not distinguished, simply referred to as the time comparison information acquisition device 1) are the first to
時刻比較情報取得装置1は、基準時計3から10MHz信号および1PPS信号の送信を受け、基準時計3と同期した時刻を内部時計11にて計時し、この内部時計11の時刻情報は受信時刻取得手段12や時刻比較動作開始制御手段13へ供給される。
The time comparison
一方、時刻管理サーバ4は、時刻比較を行う2つの基準時計3を選定すると共に、時刻比較動作を開始する時刻(比較開始時刻)を設定し、時刻比較対象となる2つの基準時計3に各々接続されている時刻比較情報取得装置1へ、有線ネットワーク5を介して指示を送信するので、時刻比較情報取得装置1は、時刻管理サーバ4からの指示を有線通信処理手段14にて受信し、比較対象となる相手局のID情報や指示された比較開始時刻t0を時刻比較動作開始制御手段13へ供給する。
On the other hand, the time management server 4 selects two
時刻比較のための情報を受けた時刻比較動作開始制御手段13は、内部時計11の時刻が比較開始時刻t0になると、送信コード記憶手段15に記憶されている送信コード(例えば、自局の固有識別番号など)を無線通信処理手段16へ供給し、時刻比較のためのデータパケットが無線通信処理手段16により生成され、送受信アンテナ17より放出される。
The time comparison operation start control means 13 having received the information for time comparison, when the time of the internal clock 11 reaches the comparison start time t 0 , the transmission code stored in the transmission code storage means 15 (for example, its own station). A unique identification number or the like is supplied to the wireless communication processing means 16, and a data packet for time comparison is generated by the wireless communication processing means 16 and emitted from the transmission /
上記のようにして一方の時刻比較情報取得装置1が内部時計11の計時する比較開始時刻t0になって、時刻比較対象の他局へ向けてコード送信すると、他方の時刻比較情報取得装置1においてもほぼ同時刻(他局における内部時計11の計時する比較開始時刻t0)にコード送信しているので、所要の伝搬遅延時間が経過した後、送受信アンテナ17を介して無線通信処理手段16が他局からのコードを受信することとなる。
As described above, when one of the time comparison
無線通信処理手段16より他局からのコード受信を知らされた受信時刻取得手段12は、そのタイミングで内部時計11の時刻から受信時刻treceiveを決定し、この受信時刻treceiveは有線通信処理手段14から有線ネットワーク5を介して時刻管理サーバ4へ送信される。 The reception time acquisition means 12 notified of the code reception from the other station by the wireless communication processing means 16 determines the reception time t receive from the time of the internal clock 11 at the timing, and this reception time t receive is the wired communication processing means. 14 to the time management server 4 via the wired network 5.
そして、予め選定した2つの時刻比較情報取得装置1からそれぞれ送信される受信時刻treceiveを受けた時刻管理サーバ4では、これに基づいて、2つの時刻比較情報取得装置1に各々接続された基準時計3に生じている時刻差Δtdifferenceを算出することができる。
Then, in the time management server 4 that has received the reception time t receive transmitted from each of the two time comparison
ここで、第1時刻比較情報取得装置1aと第2時刻比較情報取得装置1bとの時刻比較を時刻管理サーバ4の統括制御によって行う時刻比較の具体例を、図3に基づいて時系列に説明する。
Here, a specific example of time comparison in which the time comparison between the first time comparison information acquisition device 1a and the second time comparison
時刻比較対象となる2つの基準時計として、第1基準時計3a、第2基準時計3bを選定し、その比較開始時刻t0を決定した(もしくは、外部操作による時刻比較制御指令を入力された)時刻管理サーバ4は、第1基準時計3aに対応する第1時刻比較情報取得装置1aと第2基準時計3bに対応する第2時刻比較情報取得装置1bに対し、有線ネットワーク5を介して比較開始時刻t0と送信先情報をそれぞれ通知する。なお、図3中では省略したが、時刻管理サーバ4からの指示を受けた第1,第2時刻比較情報取得装置1a,1bが、時刻管理サーバ4に対して受諾もしくは拒否を返信することで、時刻比較の開始もしくは延期を調整する工程を含み、比較開始時刻t0になれば、第1,第2時刻比較情報取得装置1a,1bが時刻比較のためのコード送信を行うように調整しておく。
As two reference clocks to be time comparison, the
上記のようにして、時刻管理サーバ4から時刻比較動作を指示された第1,第2時刻比較情報取得装置1a,1bは、それぞれの内部時計11の時刻(事実上、第1,第2基準時計3a,3bの時刻)が比較開始時刻t0になると、他局に対してコード送信を開始する。
As described above, the first and second time comparison
例えば、第2基準時計3bの時刻が第1基準時計3aの時刻よりも進んでいた場合、まず、第2時刻比較情報取得装置1bの内部時計11における比較開始時刻t0(b)になったタイミングで、第2時刻比較情報取得装置1bから第1時刻比較情報取得装置1aに向けてコード送信が開始され、第1基準時計1aと第2基準時計1bとの時刻差Δtdifferenceだけ遅れて第1時刻比較情報取得装置1aの内部時計11における比較開始時刻t0(a)になったタイミングで、第1時刻比較情報取得装置1aから第2時刻比較情報取得装置1bに向けてコード送信が開始される。
For example, when the time of the
そして、第2時刻比較情報取得装置1bから第1時刻比較情報取得装置1aに向けてコード送信が開始されてから、第1時刻比較情報取得装置1aと第2時刻比較情報取得装置1bとの離隔距離や伝搬経路の状態に応じて定まる伝搬遅延時間Δtdelay(a-b)が経過すると、第1時刻比較情報取得装置1aの内部時計11における受信時刻treceive(a)のときに、第2時刻比較情報取得装置1bからのコードを受信することとなる。この受信時刻treceive(a)を時刻管理サーバ4へ送信すると、時刻管理サーバ4では、「受信時刻treceive(a)−比較開始時刻t0」により、第1時刻比較情報取得装置1aにおける見かけ上の伝搬遅延時間Δt(a)を求めることができる。なお、第1時刻比較情報取得装置1aから伝搬遅延時間Δt(a)を時刻管理サーバ4へ送信するようにしても良い。第1時刻比較情報取得装置1aから第2時刻比較情報取得装置1bへの真の伝搬遅延時間Δtdelay(a-b)と第1時刻比較情報取得装置1aにおける見かけ上の伝搬遅延時間Δt(a)との関係は、式(1)のようになる。
Then, after code transmission is started from the second time comparison
Δt(a)=Δtdelay(a-b)−Δtdifference …式(1) Δt (a) = Δt delay (ab) −Δt difference (1)
一方、第2時刻比較情報取得装置1bが比較開始時刻t0(b)になってコード送信したタイミングよりも時刻差Δtdifferenceだけ遅れて第1時刻比較情報取得装置1aから送信されたコードは、第1時刻比較情報取得装置1aと第2時刻比較情報取得装置1bとの離隔距離や伝搬経路の状態に応じて定まる伝搬遅延時間Δtdelay(b-a)が経過し、第1時刻比較情報取得装置1aの受信時刻treceive(a)よりも時刻差Δtdifferenceだけ遅れた受信時刻treceive(b)のときに、第2時刻比較情報取得装置1bに届くこととなる。この受信時刻treceive(b)を時刻管理サーバ4へ送信すると、時刻管理サーバ4では、「受信時刻treceive(b)−比較開始時刻t0」により、第2時刻比較情報取得装置1bにおける見かけ上の伝搬遅延時間Δt(b)を求めることができる。なお、第2時刻比較情報取得装置1bから伝搬遅延時間Δt(b)を時刻管理サーバ4へ送信するようにしても良い。第2時刻比較情報取得装置1bから第1時刻比較情報取得装置1aへの真の伝搬遅延時間Δtdelay(b-a)と第2時刻比較情報取得装置1bにおける見かけ上の伝搬遅延時間Δt(b)との関係は、式(2)のようになる。
On the other hand, the code transmitted from the first time comparison information acquisition device 1a with a time difference Δt difference delayed from the timing at which the second time comparison
Δt(b)=Δtdelay(b-a)+Δtdifference …式(2) Δt (b) = Δt delay (ba) + Δt difference (2)
ここで、第1時刻比較情報取得装置1aにおける比較開始時刻t0(a)と第2時刻比較情報取得装置1bにおける比較開始時刻t0(b)とで、時刻差Δtdifferenceだけの送信時間差が生じているものの、基準時計グループに属する基準時計3a〜3eの時刻制度は高いレベルにあることから時刻差Δtdifferenceは微少値であり、第1時刻比較情報取得装置1aと第2時刻比較情報取得装置1bとで相互に送受信を終了するまでの期間、第1時刻比較情報取得装置1aと第2時刻比較情報取得装置1bとの間の伝搬路における伝搬状態は同一であると看做せる。よって、第1時刻比較情報取得装置1aから送信したコードが第2時刻比較情報取得装置1bに届くまでの伝搬遅延時間Δtdelay(a-b)と、逆に第2時刻比較情報取得装置1bから送信したコードが第1時刻比較情報取得装置1aに届くまでの伝搬遅延時間Δtdelay(b-a)は完全に等しい値として扱えるので、「Δtdelay(a-b)=Δtdelay(b-a)」として上式(1),(2)を解くと、第1基準時計3aと第2基準時計3bとの時刻差Δtdifferenceは、式(3)にて求められる。
Here, de compared to start time t 0 (b) in comparison start time t 0 (a) and the second time comparison
Δtdifference=(Δt(b)−Δt(a))/2 …式(3) Δt difference = (Δt (b) −Δt (a) ) / 2 Equation (3)
以上のように、有線ネットワークT5を介して時刻管理サーバ4と接続された2つの無線通信局である第1時刻比較情報取得装置1aと第2時刻比較情報取得装置1bにより、第1基準時計3aと第2基準時計3bの時刻差Δtdifferenceを求める通信システムでは、比較用時計の時刻に同期して通信を開始できる2つの無線通信局に、比較開始時刻t0を予め設定する比較開始時刻設定工程と、各無線通信局に対応する比較用時計の時刻が比較開始時刻t0になったとき、各局から他局へコード送信を相互に行うコード送信工程と、各通信局が他局へコード送信を行ってから他局よりのコードを受信するまでの伝搬遅延時間Δtを計測する伝搬遅延時間計測工程と、両通信局で計測された2つの伝搬遅延時間Δtに基づいて、2つの比較用時計の時刻差Δtdifferenceを求める時刻差取得工程と、からなる時計の時刻比較方法を実現できるのである。
As described above, the
そして、本発明に係る時計の時刻比較方法によれば、各通信局の比較用時計が同一時刻(比較開始時刻t0)になったタイミングで他局へのデータ通信を行うので、ほぼ同じ伝搬条件の伝搬路を通って相手局への通信が行われ、各局から他局への伝搬遅延時間はほぼ同一と看做すことができ、両通信局で計測された2つの伝搬遅延時間Δtに基づいて求めた2つの比較用時計の時刻差Δtdifferenceは精度の高いものとなる。また、両方の通信局もしくは一方の通信局が移動することで、両通信局の相対距離が変化している場合においても、伝搬遅延時間Δtdelayは同一と看做すことができ、誤差要因とならないので、2つの比較用時計の時刻差Δtdifferenceを高精度に求められるという利点がある。 According to the clock time comparison method of the present invention, data communication to other stations is performed at the timing when the comparison clocks of the communication stations reach the same time (comparison start time t 0 ). Communication to the other station is performed through the propagation path of the condition, and the propagation delay time from each station to the other station can be regarded as almost the same, and the two propagation delay times Δt measured at both communication stations The time difference Δt difference between the two comparison watches obtained based on the above becomes highly accurate. Further, even when both communication stations or one communication station moves and the relative distance between both communication stations changes, the propagation delay time Δt delay can be regarded as the same, and the error factor Therefore, there is an advantage that the time difference Δt difference between the two comparison watches can be obtained with high accuracy.
上記のようにして時刻比較動作を行った第1基準時計3aと第2基準時計3bとの時刻差Δtdifferenceが得られた時刻管理サーバ4では、これを用いて基準時刻の算出を行う。なお、基準時刻の算出方法は特に限定されるものではないが、基準時計グループに属する全ての基準時計の均等な重み付き平均から基準時刻tcorrectを算出する場合を図4に示す。ここでは、説明を簡単にするため、第1基準時計3aの時刻が最も遅く、続いて第2基準時計3bの時刻、第3基準時計3cの時刻と続き、第4基準時計3bの時刻が最も早いものとする。
In the time management server 4 in which the time difference Δt difference between the
これら第1〜第4基準時計3aの均等な重み付き平均を求めるために、例えば、第1基準時計3aの時刻を0(第1基準時計3aとの時刻差が0)として、第1基準時計3aと他の第2〜第4基準時計3b〜3dとの各時刻差の平均を求めれば良い。すなわち、求まった第1基準時計3aと他の第2〜第4基準時計3b〜3dとの各時刻差の平均は、第1基準時計3aの時刻を基準時刻tcorrectにするための補正情報Δtcorrect(a)であるから、第1基準時計1aの時刻を補正情報Δtcorrect(a)で補正した時刻として、基準時刻tcorrectが求まるのである。
In order to obtain an equally weighted average of the first to
具体的には、第1基準時計1aと第2基準時計3bとの時刻差をΔtdifference(a,b)、第1基準時計1aと第3基準時計3cとの時刻差をΔtdifference(a,c)、第1基準時計1aと第4基準時計3dとの時刻差をΔtdifference(a,d)とすると、「Δtcorrect(a)=(Δtdifference(a,b)+Δtdifference(a,c)+Δtdifference(a,d))/4」で第1基準時計1aの補正情報Δtcorrect(a)が求まり、第1基準時計3aよりもΔtcorrect(a)だけ早い時刻が基準時刻tcorrectとなる。
Specifically, the time difference between the first reference clock 1a and the
そして、第2基準時計3bの時刻と基準時刻tcorrectとの差である時刻補正情報Δtcorrect(b)は「Δtcorrect(a)−Δtdifference(a,b)」で求まり、第3基準時計3cの時刻と基準時刻tcorrectとの差である時刻補正情報Δtcorrect(c)は「Δtcorrect(a)−Δtdifference(a,c)」で求まり、第4基準時計3dの時刻と基準時刻tcorrectとの差である時刻補正情報Δtcorrect(d)は「Δtdifference(a,d)−Δtcorrect(a)」で求まる。なお、第1基準時計3aと第3基準時計3cとの時刻差Δtdifference(a,c)は「Δtdifference(a,b)+Δtdifference(b,c)」であり、第1基準時計3aと第4基準時計3dとの時刻差Δtdifference(a,d)は「Δtdifference(a,b)+Δtdifference(b,c)+Δtdifference(c,d)」である。
Then, the time correction information Δt correct (b) which is the difference between the time of the
なお、第2〜第4基準時計3b〜3dの時刻と基準時刻tcorrectとの差である時刻補正情報Δtcorrect(b)、Δtcorrect(c)、Δtcorrect(d)は、第2〜第4基準時計3b〜3dそれぞれの時刻を0として、他の基準時計との時刻差の平均から求めても同じ値になる。また、基準時計グループに属する第1〜第4基準時計3a〜3dは、何れも一定精度が確保された時計群であるが、その中でも精度の信頼性が高い時計や比較的信頼性の低い時計が存在する場合もあるので、第1〜第4基準時計3a〜3dに対して、信頼度に基づいて定めた重み付け情報を時刻管理サーバ4に持たせておき、重み付け情報を加味して基準時刻を決定するようにしても良い。例えば、第1基準時計3aの重み付け情報をWa、第2基準時計3bの重み付け情報をWb、第3基準時計3cの重み付け情報をWc、第4基準時計3dの重み付け情報をWdとすると、第1基準時計3aの時刻を基準時刻にするための補正情報Δtcorrect(a)は「Δtcorrect(a)=(Wb×Δtdifference(a,b)+Wc×Δtdifference(a,c)+Wd×Δtdifference(a,d))/(Wa+Wb+Wc+Wd)」で求まる。
The time correction information Δt correct (b) , Δt correct (c) , Δt correct (d) , which is the difference between the time of the second to
上記のようにして求めた時刻補正情報Δtcorrectは、必ずしも基準時計3の補正に用いる必要は無いので、第1〜第4基準時計3a〜3d毎の時刻補正情報Δtcorrect(a)〜Δtcorrect(d)を第1〜第4時刻比較情報取得装置1a〜1dへそれぞれ送信する機能を時刻管理サーバ4に持たせておく必要は無いが、例えば、時刻補正情報要求を第1時刻比較情報取得装置1が送信してきたような場合には、それに対応する第1基準時計1aの時刻補正情報Δtcorrect(a)を返信する機能を時刻管理サーバ4に持たせておいても良い。
Time correction information Delta] t correct obtained as described above is not necessarily so it is not necessary to use the correction of
以上は、「基準時刻算出対象とする3つ以上の比較用時計から成る基準時計グループ内で、全ての時計の相対的な時刻差を特定できる組み合わせで2局間の時刻差Δtdifferenceを各々取得し、各時計の相対的な時刻差を利用する任意の基準時刻算出手法に基づいて基準時計グループ内での基準時刻を算出し、時刻補正対象の時計の時刻と基準時刻との差を時刻補正情報Δtcorrectとして求め、前記時刻補正情報Δtcorrectに基づいて、時刻補正対象の時計の時刻を補正する時計の時刻補正方法」を図1の構成の通信システムで実現したが、精度の低いスレーブ時計6を精度の高い基準時計3の時刻で補正する時刻補正方法にも適用できる。
The above is “acquiring each time difference Δt difference between two stations in a reference clock group composed of three or more comparative clocks that are subject to reference time calculation in a combination that can specify the relative time difference of all clocks. The reference time within the reference clock group is calculated based on an arbitrary reference time calculation method that uses the relative time difference of each clock, and the time difference between the time of the time correction target clock and the reference time is corrected. determined as the information Delta] t correct, based on the time correction information Delta] t correct, the time correction method "watch for correcting the time of the clock of the time correction target has been realized in the communication system of the configuration of FIG. 1, less accurate slave clock 6 can also be applied to a time correction method in which 6 is corrected with the time of the
例えば、基準時計グループに属さない低精度のスレーブ時計6に対応する第5時刻比較情報取得装置1sには、通信可能範囲にある第1〜第4時刻比較情報取得装置1a〜1dに対して時刻補正のための時刻比較要求を行う機能を持たせてあり、第5時刻比較情報取得装置1sからの時刻比較要求を受けて時刻比較動作を受諾した第1〜第4時刻比較情報取得装置1a〜1dの何れかと時刻比較動作を行い、スレーブ時計6の時刻を基準時計1の時刻に合わせるものである。図3に示す例では、第1時刻比較情報取得装置1aがマスター局として機能し、第5時刻比較情報取得装置1sがスレーブ局として機能する。
For example, the fifth time comparison information acquisition device 1s corresponding to the low-accuracy slave clock 6 that does not belong to the reference clock group has a time relative to the first to fourth time comparison information acquisition devices 1a to 1d in the communicable range. A function for making a time comparison request for correction is provided, and the first to fourth time comparison information acquisition devices 1a to 1a that accept the time comparison operation in response to the time comparison request from the fifth time comparison information acquisition device 1s. A time comparison operation is performed with any one of 1d, and the time of the slave clock 6 is set to the time of the
まず、第5時刻比較情報取得装置1sから第1時刻比較情報取得装置1aに対して、無線通信で時刻比較要求を送信すると、図示を省略した両局間の事前調整を経て比較開始時刻t0が決定される。すなわち、第5時刻比較情報取得装置1sには、時刻管理サーバ4における比較開始時刻の指示機能を持たせておくことで、第5時刻比較情報取得装置1sと第1時刻比較情報取得装置1aとの間で時刻比較動作を実行できるのである。なお、後述するように、第5時刻比較情報取得装置1sには、時刻補正情報Δtcorrectを求める機能も備わっている。 First, when a time comparison request is transmitted by wireless communication from the fifth time comparison information acquisition device 1s to the first time comparison information acquisition device 1a, the comparison start time t 0 is passed through prior adjustment between both stations (not shown). Is determined. In other words, the fifth time comparison information acquisition device 1s is provided with a function for indicating the comparison start time in the time management server 4, so that the fifth time comparison information acquisition device 1s, the first time comparison information acquisition device 1a, The time comparison operation can be executed between the two. As will be described later, the fifth time comparison information acquisition device 1s also has a function for obtaining time correction information Δt correct .
例えば、スレーブ時計6の時刻が第1基準時計3aの時刻よりも進んでいた場合、まず、第5時刻比較情報取得装置1sの内部時計11における比較開始時刻t0(s)になったタイミングで、第5時刻比較情報取得装置1sから第1時刻比較情報取得装置1aに向けてコード送信が開始され、第1基準時計1aとスレーブ時計6との時刻差Δtdifferenceだけ遅れて第1時刻比較情報取得装置1aの内部時計11における比較開始時刻t0(a)になったタイミングで、第1時刻比較情報取得装置1aから第5時刻比較情報取得装置1sに向けてコード送信が開始される。
For example, when the time of the slave clock 6 is ahead of the time of the
そして、第5時刻比較情報取得装置1sから第1時刻比較情報取得装置1aに向けてコード送信が開始されてから、第1時刻比較情報取得装置1aと第5時刻比較情報取得装置1sとの離隔距離や伝搬経路の状態に応じて定まる伝搬遅延時間Δtdelay(s-a)が経過すると、第1時刻比較情報取得装置1aの内部時計11における受信時刻treceive(a)のときに、第5時刻比較情報取得装置1sからのコードを受信することとなる。第1時刻比較情報取得装置1aは、この受信時刻treceive(a)(或いは、第1時刻比較情報取得装置1aにおける見かけ上の伝搬遅延時間Δt(a))を第5時刻比較情報取得装置1sへ送信する。 Then, after the code transmission is started from the fifth time comparison information acquisition device 1s toward the first time comparison information acquisition device 1a, the first time comparison information acquisition device 1a and the fifth time comparison information acquisition device 1s are separated from each other. When the propagation delay time Δt delay (sa) determined according to the distance and the state of the propagation path elapses, the fifth time comparison is performed at the reception time t receive (a) in the internal clock 11 of the first time comparison information acquisition device 1a. The code from the information acquisition device 1s is received. The first time comparison information acquisition device 1a uses the reception time t receive (a) (or the apparent propagation delay time Δt (a) in the first time comparison information acquisition device 1a) as the fifth time comparison information acquisition device 1s. Send to.
一方、第5時刻比較情報取得装置1sが比較開始時刻t0(s)になってコード送信したタイミングよりも時刻差Δtdifferenceだけ遅れて第1時刻比較情報取得装置1aから送信されたコードは、第1時刻比較情報取得装置1aと第5時刻比較情報取得装置1sとの離隔距離や伝搬経路の状態に応じて定まる伝搬遅延時間Δtdelay(a-s)が経過し、第1時刻比較情報取得装置1aの受信時刻treceive(a)よりも時刻差Δtdifferenceだけ遅れた受信時刻treceive(s)のときに、第5時刻比較情報取得装置1sに届くこととなる。 On the other hand, the code transmitted from the first time comparison information acquisition device 1a with a time difference Δt difference delayed from the timing at which the fifth time comparison information acquisition device 1s transmits the code at the comparison start time t 0 (s) is: A propagation delay time Δt delay (as) determined according to the separation distance between the first time comparison information acquisition device 1a and the fifth time comparison information acquisition device 1s and the state of the propagation path has elapsed, and the first time comparison information acquisition device 1a. At the reception time t receive ( s) that is delayed by the time difference Δt difference from the reception time t receive (a) , the fifth time comparison information acquisition device 1s is reached.
スレーブ時計6の精度が高くない場合、第1基準時計1aとの時刻差Δtdifferenceが比較的大きくなり、第5時刻比較情報取得装置1sから送信したコードが第1時刻比較情報取得装置1aに届くまでの伝搬遅延時間Δtdelay(s-a)と、逆に第1時刻比較情報取得装置1aから送信したコードが第5時刻比較情報取得装置1sに届くまでの伝搬遅延時間Δtdelay(a-s)に多少の誤差が生じている場合もあるが、「Δtdelay(s-a)=Δtdelay(a-s)」として扱えば、第5時刻比較情報取得装置1sにおける見かけ上の伝搬遅延時間Δt(s)と、第1時刻比較情報取得装置1aにおける見かけ上の伝搬遅延時間Δt(a)とから、第1基準時計3aとスレーブ時計6との時刻差Δtdifferenceは、式(3)′にて求められる。
When the accuracy of the slave clock 6 is not high, the time difference Δt difference from the first reference clock 1a becomes relatively large, and the code transmitted from the fifth time comparison information acquisition device 1s reaches the first time comparison information acquisition device 1a. the propagation delay time until Δt delay (sa), contrary to the code transmitted from the first time comparison information acquisition apparatus 1a is the propagation delay time Delta] t delay slightly to (as) to reach the fifth time comparison information acquisition device 1s Although an error may occur, if it is treated as “Δt delay (sa) = Δt delay (as) ”, the apparent propagation delay time Δt (s) in the fifth time comparison
Δtdifference=(Δt(s)−Δt(a))/2 …式(3)′ Δt difference = (Δt (s) −Δt (a) ) / 2 Equation (3) ′
このように、マスター局としての第1時刻比較情報取得装置1aに対応する基準時計3aと、スレーブ局としての第5時刻比較情報取得装置1sに対応するスレーブ時計6との相対的な時刻差Δtdifferenceを取得できれば、第5時刻比較情報取得装置1sは、この時刻差Δtdifferenceを補正量として、スレーブ時計6の時刻を補正できるのである。
Thus, the relative time difference Δt between the
なお、第1時刻比較情報取得装置1aが、基準時計グループに属する複数の基準時計3の時刻差から算出された基準時刻との差である時刻補正情報Δtcorrectを時刻管理サーバ4から取得していた場合には、この時刻補正情報Δtcorrectも第5時刻比較情報取得装置1sへ送信するようにしても良い。すなわち、基準時計3aとスレーブ時計6との相対的な時刻差Δtdifferenceに第1基準時計3aの時刻補正情報Δtcorrectを加えて補正量とし、スレーブ時計6の時刻を補正すれば、一層高精度の時刻補正が可能となる。
The first time comparison information acquisition device 1a acquires time correction information Δt correct that is a difference from the reference time calculated from the time differences of the plurality of
上述したように、本発明に係る時計の時刻比較方法においては、双方の通信局において計測される伝搬遅延時間Δtの精度が時刻差Δtdifferenceの精度に直結するものであるから、より精度の高い伝搬遅延時間Δtが得られる通信方式について説明する。この機能を実現するために、時刻比較情報取得装置1における受信時刻取得手段は、受信コード記憶手段121、相関処理手段122、群遅延・位相遅延計測手段123(図2中、破線で示す)を備えるものとした。
As described above, in the time comparison method of the timepiece according to the present invention, the accuracy of the propagation delay time Δt measured in both communication stations is directly linked to the accuracy of the time difference Δt difference , so that the accuracy is higher. A communication system capable of obtaining the propagation delay time Δt will be described. In order to realize this function, the reception time acquisition means in the time comparison
時刻比較情報取得装置1の無線通信処理手段16では、送信コード記憶手段15に記憶されている自局のコードを所定の時刻信号(例えば、基準時計3から供給される10MHz信号)で変調した変調信号を生成し、この変調信号を位相に変換して送信する。
The wireless communication processing means 16 of the time comparison
なお、他局から送信されるコードも同様の変調信号に変換されているが、そのコードは自局コード(送信コード記憶手段15に記憶されているコード)とは異なるもので、例えば、時刻管理サーバ4から有線ネットワーク5を介して他局のコードが時刻比較動作開始前に通知されている。そして、他局のコードは、受信時刻取得手段12の受信コード記憶手段121に記憶保持されるので、他局の受信コードを所定の時刻信号(例えば、他局と同じ10MHz信号)で変調したレプリカ信号を生成することができる。
The code transmitted from the other station is also converted into the same modulation signal, but the code is different from the own station code (code stored in the transmission code storage means 15). The code of the other station is notified from the server 4 via the wired network 5 before the time comparison operation starts. Since the code of the other station is stored and held in the reception code storage unit 121 of the reception
一方、他局からの受信信号は無線通信処理手段16から受信時刻取得手段12へ供給され、相関処理手段122によってレプリカ信号との相関処理が行われる。すなわち、他局へのコード送信を行った比較開始時刻t0から、レプリカ信号と受信変調信号との相互相関で群遅延を求めたとき、相互相関関数が極大値となる領域が生ずるまでの時間幅として、他局からのコード信号を受信するまでの伝搬遅延時間Δtを求めることができる。しかし、群遅延からは相関波形の波長未満の精度は出せないので、位相遅延を求めることによって、一波長内の遅延量を知ることができる。すなわち、群遅延・位相遅延計測手段123は、相関処理手段122による相関処理結果に基づく群遅延と位相遅延から、伝搬遅延時間Δtを高精度に計測できるのである。
On the other hand, a reception signal from another station is supplied from the wireless communication processing means 16 to the reception time acquisition means 12, and correlation processing with the replica signal is performed by the correlation processing means 122. That is, the time from when comparison start time t 0 at which code transmission to another station is performed to when the group delay is obtained by the cross-correlation between the replica signal and the received modulation signal until a region where the cross-correlation function becomes a maximum value occurs. As the width, the propagation delay time Δt until the code signal from the other station is received can be obtained. However, since the accuracy below the wavelength of the correlation waveform cannot be obtained from the group delay, the amount of delay within one wavelength can be known by obtaining the phase delay. That is, the group delay / phase
なお、群遅延・位相遅延計測手段123では、伝搬遅延時間Δtを直接求めることができるので、そのまま伝搬遅延時間Δtを時刻管理サーバ4へ送信するようにしても良いし、受信時刻treceiveに計算し直して送信するようにしても構わない。 Since the group delay / phase delay measuring means 123 can directly determine the propagation delay time Δt, the propagation delay time Δt may be transmitted to the time management server 4 as it is, or calculated at the reception time t receive . You may make it transmit again.
以上、本発明に係る時計の時刻比較方法および時計の時刻補正方法を通信システムに適用した実施形態に基づき説明したが、本発明は、この実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の構成を変更しない限りにおいて実現可能な全ての時計の時刻比較方法および時計の時刻補正方法を権利範囲として包摂するものである。 As described above, the clock time comparison method and the clock time correction method according to the present invention have been described based on the embodiment applied to the communication system. However, the present invention is not limited to this embodiment alone, and All the time comparison methods and time correction methods of clocks that can be realized without changing the configuration described in the range are included as the scope of rights.
1a〜1d 第1〜第4時刻比較情報取得装置
1s 第5時刻比較情報取得装置
2 ローカルケーブル
3a〜3d 第1〜第4基準時計
4 時刻管理サーバ
5 有線ネットワーク
6 スレーブ時計
1a to 1d 1st to 4th time comparison information acquisition device 1s 5th time comparison
Claims (6)
各無線通信局に対応する比較用時計の時刻が比較開始時刻t0になったとき、各局から他局へコード送信を相互に行うコード送信工程と、
各通信局が他局へコード送信を行ってから他局よりのコードを受信するまでの伝搬遅延時間Δtを計測する伝搬遅延時間計測工程と、
両通信局で計測された2つの伝搬遅延時間Δtに基づいて、2つの比較用時計の時刻差Δtdifferenceを求める時刻差取得工程と、
からなることを特徴とする時計の時刻比較方法。 A comparison start time setting step in which a comparison start time t 0 is set in advance in two wireless communication stations capable of starting communication in synchronization with the time of the comparison clock;
A code transmission step of mutually transmitting codes from each station to another station when the time of the comparison clock corresponding to each wireless communication station reaches the comparison start time t 0 ;
A propagation delay time measuring step of measuring a propagation delay time Δt from when each communication station transmits a code to another station until receiving a code from the other station;
A time difference acquisition step of obtaining a time difference Δt difference between two comparison watches based on two propagation delay times Δt measured at both communication stations;
A time comparison method for a clock, comprising:
予め設定された自局のコードを所定の時刻信号で変調して変調信号を生成する第1過程と、
前記変調信号を位相に変換して送信する第2過程と、
を含み、
前記伝搬遅延時間計測工程においては、
他局から受信した変調信号と、他局が用いたコードを自局の時刻信号で変調して生成したレプリカ信号との相関処理を行う第3過程と、
前記相関処理によって群遅延と位相遅延を求め、高精度の伝搬遅延時間Δtを得る第4過程と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の時計の時刻比較方法。 In the code transmission step,
A first process of generating a modulated signal by modulating a preset code of the own station with a predetermined time signal;
A second process of converting the modulated signal into a phase and transmitting the phase;
Including
In the propagation delay time measurement step,
A third step of performing correlation processing between the modulated signal received from the other station and the replica signal generated by modulating the code used by the other station with the time signal of the own station;
A fourth step of obtaining a group delay and a phase delay by the correlation processing to obtain a highly accurate propagation delay time Δt;
The time comparison method for a timepiece according to claim 1, comprising:
各時計の相対的な時刻差を利用する任意の基準時刻算出手法に基づいて基準時計グループ内での基準時刻を算出し、
時刻補正対象の時計の時刻と基準時刻との差を時刻補正情報Δtcorrectとして求め、
前記時刻補正情報Δtcorrectに基づいて、時刻補正対象の時計の時刻を補正することを特徴とする時計の時刻補正方法。 Based on the time comparison method of the timepiece according to claim 1 or 2, the relative time difference of all the timepieces in a reference timepiece group composed of three or more comparison timepieces that are subject to reference time calculation is calculated. Acquire each time difference Δt difference between two stations in an identifiable combination,
Calculate the reference time in the reference clock group based on any reference time calculation method that uses the relative time difference of each clock,
The difference between the time of the time correction target clock and the reference time is obtained as time correction information Δt correct ,
A time correction method for a timepiece, wherein the time of a time correction target timepiece is corrected based on the time correction information Δtcorrect .
前記基準時計グループに属さない時計に対応する通信局をスレーブ局とし、
前記マスター局とスレーブ局との相対的な時刻差Δtdifferenceを取得し、この時刻差Δtdifferenceを補正量として、スレーブ局に対応する時計の時刻を補正することを特徴とする請求項4に記載の時計の時刻補正方法。 A communication station corresponding to a reference clock belonging to the reference clock group is a master station,
A communication station corresponding to a clock that does not belong to the reference clock group is a slave station,
5. The relative time difference Δt difference between the master station and the slave station is acquired, and the time of the clock corresponding to the slave station is corrected using the time difference Δt difference as a correction amount. Time correction method for your watch.
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