JP2017040533A - Time synchronization system, reference signal transmission device, and time server device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、時刻同期システム、基準信号送信装置およびタイムサーバ装置に関する。 The present invention relates to a time synchronization system, a reference signal transmission device, and a time server device.
様々な分野において高精度な時刻情報が必要とされる場面がある。マイクロ秒オーダあるいはサブマイクロ秒オーダの時刻同期精度が必要なシステムを実現するためには、UTC(協定世界時、Coordinated Universal Time)に対して同等以上の誤差精度の時刻配信が必要となる。 There are scenes where highly accurate time information is required in various fields. In order to realize a system that requires time synchronization accuracy in the order of microseconds or sub-microseconds, time distribution with error accuracy equal to or better than UTC (Coordinated Universal Time) is required.
一般的な高精度時刻配信システムは、GNSS(全地球航法衛星システム、Global Navigation Satellite System)あるいはPTP(高精度時間プロトコル、Precision Timing Protocol、IEEE1588)を使って正確な時刻を生成している。 A general high-accuracy time distribution system generates an accurate time using GNSS (Global Navigation Satellite System) or PTP (Precision Timing Protocol, IEEE1588).
GNSSは従来のGPS(Global Positioning System)衛星を含むシステムであり、カーナビゲーション等の測位に加えて数十ナノ秒レベルでUTCに同期した時刻を得ることができる。測位を実施する場合、GPS受信装置は最低4機のGPS衛星からの信号を捕捉する必要がある。しかし、GPS受信装置の正確な位置(緯度/経度/高度)が既知であることを前提として、最低1機のGPS衛星からの信号を捕捉できていればUTC同期時刻を得ることが可能である。 The GNSS is a system including a conventional GPS (Global Positioning System) satellite, and can obtain time synchronized with UTC at a level of several tens of nanoseconds in addition to positioning such as car navigation. When performing positioning, the GPS receiver needs to acquire signals from at least four GPS satellites. However, on the assumption that the exact position (latitude / longitude / altitude) of the GPS receiver is known, UTC synchronization time can be obtained if signals from at least one GPS satellite can be captured. .
GPS衛星からの信号は微弱であり、かつ民生利用される信号(C/Aコード)は非暗号化された状態で送信されることから、電磁ノイズや妨害電波による影響を受けやすいという問題点がある。しかし、安価なGPS受信装置があれば高精度な時刻が得られる点が大きな利点である。逆に、GPS衛星電波を利用した時刻同期システムの問題点として、高精度時刻生成システムが屋内/地下/水中等にあってGPS衛星電波が受信できない状態では使用できないことが挙げられる。 Since the signal from the GPS satellite is weak and the signal (C / A code) used for consumer use is transmitted in an unencrypted state, there is a problem that it is easily affected by electromagnetic noise and jamming radio waves. is there. However, it is a great advantage that a highly accurate time can be obtained with an inexpensive GPS receiver. Conversely, a problem with the time synchronization system using GPS satellite radio waves is that the high-accuracy time generation system cannot be used in a state where the GPS satellite radio waves cannot be received, such as indoors / underground / underwater.
また、PTPは、有線ネットワーク内のクライアントに対して、GMC(Grandmaster Clock)サーバから正確な時刻を配信するためのプロトコルであり、GMCに対して1マイクロ秒程度の時刻同期精度が得られる。屋内/地下/水中等にあってGPS衛星電波が受信できない状態であってもPTPは使用できるが、一般的には、PTPに対応したサーバとクライアントを多階層トポロジで構成する必要がある。そのため、PTPに対応したシステム構築には大きな導入コスト/維持コストが必要となる。さらに、時刻同期精度はGMCの時刻同期精度に大きく依存し、かつGMCから物理的/論理的に離れた階層ほど、時刻同期精度が劣化する問題が存在している。GMCのUTC時刻同期精度を確保することを目的とし、GMCサーバ自体がGPS受信装置に接続されている場合も多い。 PTP is a protocol for delivering accurate time from a GMC (Grandmaster Clock) server to clients in a wired network, and time synchronization accuracy of about 1 microsecond is obtained for GMC. Although PTP can be used even in indoor / underground / underwater conditions where GPS satellite radio waves cannot be received, in general, it is necessary to configure a server and a client corresponding to PTP in a multi-layer topology. Therefore, a large introduction cost / maintenance cost is required for system construction corresponding to PTP. Furthermore, the time synchronization accuracy greatly depends on the time synchronization accuracy of the GMC, and there is a problem that the time synchronization accuracy deteriorates as the layer is physically / logically separated from the GMC. For the purpose of ensuring the UTC time synchronization accuracy of GMC, the GMC server itself is often connected to a GPS receiver.
一方、GPSの利用が困難な室内や地下街等での小型基地局を実現するため、親局と子局を光ファイバで接続し、時刻同期に利用する同期パケットを多重化して送受信する技術が開示されている(例えば、特許文献1等を参照。)。これによれば、親局が持つ基準信号に対して伝送遅延時間を補正したタイミングとして、子局側で高精度時刻を得ることができる。 On the other hand, in order to realize a small base station in a room or underground shopping center where GPS is difficult to use, a technology is disclosed in which a master station and a slave station are connected by an optical fiber, and synchronization packets used for time synchronization are multiplexed and transmitted / received. (See, for example, Patent Document 1). According to this, a high-accuracy time can be obtained on the slave station side as a timing at which the transmission delay time is corrected with respect to the reference signal held by the master station.
また、GPS受信機で生成された時刻同期信号(1PPS(1 Pulse Per Second)信号)をスペクトル拡散処理し、搬送波に重畳した変調信号を電力線で基準時刻サーバに転送を行う技術が開示されている(例えば、特許文献2等を参照。)。これによれば、基準時刻サーバで復調処理により時刻同期信号(1PPS信号)を再生し、時刻同期処理を実施することができる。 Also disclosed is a technique for performing spread spectrum processing on a time synchronization signal (1 PPS (1 Pulse Per Second) signal) generated by a GPS receiver and transferring a modulated signal superimposed on a carrier wave to a reference time server through a power line. (See, for example, Patent Document 2). According to this, a time synchronization signal (1PPS signal) can be reproduced | regenerated by a demodulation process with a reference | standard time server, and a time synchronization process can be implemented.
また、電圧制御型水晶発振器の高精度基準信号に対する位相差データを蓄積し、基準信号が得られない状態(自走状態)においては、蓄積した位相差データから推測される発振周波数経時変化を補正することにより、高精度な発振周波数信号を得る技術が開示されている(例えば、特許文献3等を参照。)。 In addition, phase difference data with respect to the high-precision reference signal of the voltage controlled crystal oscillator is accumulated, and when the reference signal cannot be obtained (free-running state), the oscillation frequency change with time estimated from the accumulated phase difference data is corrected. Thus, a technique for obtaining a highly accurate oscillation frequency signal is disclosed (see, for example, Patent Document 3).
上述したように、対象となる装置における時刻の精度を保つためには、ネットワークを介して基準となる装置から同期信号を供給する必要がある。対象となる装置側に、基準側からの同期信号が与えられない場合に自走が可能な発振器および時計を備えている場合であっても、定期的に基準となる装置と対象となる装置とをネットワーク接続し、補正のために同期信号を供給する必要がある。 As described above, in order to maintain time accuracy in the target device, it is necessary to supply a synchronization signal from the reference device via the network. Even if the target device side is provided with an oscillator and a watch that can run freely when the synchronization signal from the reference side is not given, the reference device and the target device regularly Must be connected to the network and a synchronization signal must be supplied for correction.
しかし、対象となる装置が設置される環境は様々であり、例えば、トンネル内の高い位置等に設置された装置の場合、有線で接続するのは困難である。予め有線で接続しておく場合であっても、また、通常は接続を行わず定期的な補正の都度に有線による接続を行う場合のいずれであっても、設置と維持にコストがかかり、現実的ではない。更に、従来の有線ネットワークによる接続では、時刻同期信号(1PPS信号等)を同期パケットに変換する処理や、スペクトル拡散や搬送波重畳等の処理が必要となる。そのため、それらの処理を実施する機能ブロックを送受信側に設けることに加えて、それらの処理に要する時間についても補正する必要がある。また、無線による接続の場合、トンネル内壁等による多重反射に起因するマルチパス信号によって影響を受け、精度や伝搬方向等において課題が多い。 However, there are various environments in which the target device is installed. For example, in the case of a device installed at a high position in the tunnel, it is difficult to connect by wire. Regardless of whether it is a wired connection in advance or a wired connection for each periodic correction that is not normally connected, it is costly to install and maintain. Not right. Furthermore, in the connection by the conventional wired network, the process which converts a time synchronous signal (1PPS signal etc.) into a synchronous packet, and processes, such as spread spectrum and a carrier wave superimposition, are needed. For this reason, in addition to providing functional blocks for performing these processes on the transmission / reception side, it is necessary to correct the time required for these processes. In addition, in the case of wireless connection, there are many problems in accuracy, propagation direction, etc. due to the influence of multipath signals resulting from multiple reflections from the tunnel inner wall and the like.
本発明は上記の従来の問題点に鑑み提案されたものであり、その目的とするところは、高精度の時刻同期が必要となる装置をGPS衛星電波等が届かない使用場所に設置した後の定期的な補正を非有線で簡易に実現することにある。 The present invention has been proposed in view of the above-described conventional problems, and the object of the present invention is to install a device that requires high-accuracy time synchronization after use in a place where GPS satellite radio waves do not reach. The purpose is to easily implement periodic corrections in a non-wired manner.
上記の課題を解決するため、本発明にあっては、基準信号送信装置とタイムサーバ装置とを備え、前記基準信号送信装置は、前記タイムサーバ装置に向けたレーザビームを照射する半導体レーザと、パルス状の時刻同期信号を出力する発振部と、前記時刻同期信号により前記半導体レーザをパルス状の電流で駆動する駆動回路とを備え、前記タイムサーバ装置は、内蔵発振器と、前記内蔵発振器の発振出力により刻時動作を行う内蔵時計と、前記レーザビームを受光して光検出信号を出力する受光素子と、前記内蔵発振器の発振タイミングと前記光検出信号の時刻ずれを計測し、前記内蔵時計に時刻補正信号を与える位相差計測回路と、前記時刻ずれと前回の補正からの経過期間とに基づき周波数補正値を計算し、前記内蔵発振器に周波数補正信号を与える周波数補正値計算回路とを備える。 In order to solve the above problems, the present invention includes a reference signal transmission device and a time server device, and the reference signal transmission device includes a semiconductor laser that irradiates a laser beam toward the time server device; An oscillation unit that outputs a pulsed time synchronization signal; and a drive circuit that drives the semiconductor laser with a pulsed current based on the time synchronization signal; and the time server device includes an internal oscillator and an oscillation of the internal oscillator A built-in timepiece that performs a clock operation by output; a light receiving element that receives the laser beam and outputs a light detection signal; measures an oscillation timing of the built-in oscillator and a time shift of the light detection signal; A frequency correction value is calculated based on the phase difference measurement circuit that provides a time correction signal, the time lag, and the elapsed time since the previous correction, and the frequency correction is performed in the built-in oscillator. And a frequency correction value calculation circuit for providing a signal.
本発明にあっては、高精度の時刻同期が必要となる装置をGPS衛星電波等が届かない使用場所に設置した後の定期的な補正を非有線で簡易に実現することができる。 In the present invention, periodic correction after installing a device that requires high-accuracy time synchronization in a place where GPS satellite radio waves or the like do not reach can be easily realized non-wired.
以下、本発明の好適な実施形態につき説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
<システムの構成>
図1は本発明の一実施形態にかかる基準信号送信装置1とタイムサーバ装置2の外観例を示す図である。図1において、タイムサーバ装置2は、例えば、トンネル内等に複数台設置され、同じくトンネル内等に多数設置された振動センサ等に対して正確な時刻を供給するものである。振動センサは振動の伝搬データから経年変化によるトンネル劣化個所等を調査する目的で設置され、振動センサが取得したデータの時刻情報は正確であることが求められる。タイムサーバ装置2は振動センサから取得するデータに正確な時刻情報を付与するものであることから、原則として設置後は年単位の長い期間に渡って回収することなく時刻情報の供給を続ける必要がある。
<System configuration>
FIG. 1 is a diagram showing an example of the appearance of a reference
タイムサーバ装置2には発振デバイスが内蔵されており、発振デバイスから出力される周波数信号(通常は10MHz)を使って内蔵されたリアルタイムクロックの刻時動作が行われる。タイムサーバ装置2から供給される時刻情報の精度は発振デバイスの周波数精度に大きく依存する。タイムサーバ装置2の設置前に時刻情報と周波数の調整は実施されるが、トンネル内等に設置された後はGPS衛星電波を基準信号に使った補正ができないため、設置前の周波数調整誤差と周波数ドリフト(周波数が徐々に一方向にずれる現象)により徐々に周波数も時刻もずれていくことになるため、正確な時刻情報を提供するためには、定期的に時刻と周波数を補正する手段が必要となる。
The
基準信号送信装置1は、タイムサーバ装置2を定期的に補正する際に、補正のための基準信号を非有線で提供するものであり、車両等の移動手段に載置され、タイムサーバ装置2が視野に入る位置まで移動されて補正処理が行われる。基準信号送信装置1からは、1PPS信号によってパルス状に駆動される平行光ビームBMが出射され、タイムサーバ装置2の受光素子201に照射されるように光軸調整される。光軸調整は、基準信号送信装置1の載置台や基準信号送信装置1内の光学系による3軸調整(水平回転/煽り角/高さ)により行われる。
The reference
タイムサーバ装置2の受光素子201が設けられた面には、平行光ビームBMが受光素子201に適正に照射されたことを示すものと、補正の完了を示すものとの、LED(Light Emitting Diode)等による2つのインジケータ205a、205bが設けられている。2つのインジケータ205a、205bは、発光色や点灯/点滅パターンで状態が識別できるようになっている。また、平行光ビームBMは赤外線光を想定しており、照射スポットを目視できないため、受光素子201の周辺の筐体面に赤外線光の照射に対して可視光で発光するシートを貼り付けておき、目視による照射位置の確認を容易にすることもできる。なお、目視による確認は、基準信号送信装置1とタイムサーバ装置2が離れている場合、望遠レンズを通して行うことを想定している。
On the surface of the
<基準信号送信装置の構成>
図2は基準信号送信装置1の構成例を示す図である。図2において、基準信号送信装置1は、超小型原子時計(CSAC:Chip Scale Atomic Clock)12と内蔵時計13を含む時刻情報保持ブロック11を備えている。超小型原子時計12は、Cs周波数標準を使って公称周波数である10MHzに対して5e−12の精度で周波数の初期校正が実施されるものとする。時刻(位相差)に関しても、GPS受信機からの基準信号を使ってUTCに対して100ns以内の精度で初期校正が実施されているものとする。例えば、Microsemi社のCSAC(SA.45s)の周波数ドリフト特性は3e−10/月であり、Cs周波数標準(例えば、Microsemi社の5071A)を使って精度5e−12で周波数校正を実施すれば、丸1日程度は1μs以内の時刻精度を保持することができる。内蔵時計13は、超小型原子時計12からの10MHzの周波数信号に基づいて刻時動作を行う。
<Configuration of reference signal transmitter>
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the reference
また、基準信号送信装置1は、半導体レーザ駆動回路14とタイミング調整回路15と半導体レーザ(レーザダイオード)16とコリメータレンズ17とを備えている。半導体レーザ16としては、通信用途(波長850nm)の垂直共振器面発光レーザ(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting LASER)を用いることを想定しているが、その他の半導体レーザであってもよい。
The reference
半導体レーザ駆動回路14は、超小型原子時計12の出力する時刻同期信号(1PPS信号)Aから半導体レーザ16の駆動電流Bを得るものである。タイミング調整回路15は、半導体レーザ駆動回路14の処理時間と半導体レーザ16の応答時間とに起因するタイミングずれを調整し、1PPS信号Aの立ち上がりエッジと半導体レーザ16の出射光Dの出力光強度の立ち上がるタイミングを一致させるものである。半導体レーザ駆動回路14の処理時間は、回路実装に依存し、仕様には記載されていない場合が殆どであるため、事前に1PPS信号Aと駆動電流Bの立ち上がりエッジの時間差をオシロスコープ等で実測して求める。半導体レーザ16の応答時間は、ナノ秒レベルあるいはそれ以下の応答時間であり、デバイスの仕様に記載されているため、それを用いる。また、タイミング調整回路15は、基準信号送信装置1とタイムサーバ装置2との距離に応じた伝搬時間(例えば、距離が100m離れている場合の時刻差は333ns)の補正も行い、レーザビームがタイムサーバ装置2に到達する位置における発光タイミングが時刻同期信号と位相が合うように調整する。
The semiconductor
コリメータレンズ17は、半導体レーザ16からのパルス状の出射光Dを平行光に変換するものである。半導体レーザ16としてVCSELデバイスを用いる場合、出射光Dは5度から20度程度の放射角を持っているが、放射角に応じて適切に設計されたコリメータレンズ17を使用することにより平行ビーム化され、数百メートル以上離れた場所でも1cm以内の径が保持された平行光ビームBMを得ることができる。これにより、光ファイバも電力線も不要であり、低コストで時刻同期信号の空間伝搬が可能となる。
The
<タイムサーバ装置の構成>
図3はタイムサーバ装置2の構成例を示す図である。図3において、タイムサーバ装置2は、受光素子201と増幅回路202とタイミング調整回路203と補正回路204とインジケータ205a、205bと時刻情報保持ブロック206とを備えている。時刻情報保持ブロック206は、内蔵発振器207と内蔵時計208と位相差計測回路209と周波数補正値計算回路210とを備えている。
<Configuration of time server device>
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the
受光素子(PD:Photo Detector)201は、基準信号送信装置1からの入射光E(平行光ビームBM)を受光して電気信号に変換するフォトトランジスタやフォトダイオード等の素子である。増幅回路202は、受光素子201のPD信号(光検出信号)Fを増幅してパルス状の1PPS信号Gに変換するものである。タイミング調整回路203は、増幅回路202等によるタイミングずれを調整し、入射光Eの出力光強度の立ち上がりと1PPS信号Hの立ち上がりエッジのタイミングを一致させるものである。なお、基準信号送信装置1から出射された平行光ビームBMがタイムサーバ装置2の受光素子201に届くまでの伝搬時間分だけ時刻同期信号に対して時刻差(例えば、距離が100m離れている場合の時刻差は333ns)が生じるが、この時間差に関しては基準信号送信装置1側のタイミング調整回路15で補正が行われる。
The light receiving element (PD: Photo Detector) 201 is an element such as a phototransistor or a photodiode that receives incident light E (parallel light beam BM) from the reference
補正回路204は、PD信号Fの時間平均値が一定レベルを超えた場合に、時刻情報保持ブロック206に対して補正開始指示信号を送出するとともに、インジケータ205aを点灯あるいは点滅させて平行光ビームBMが受光素子201に適正に照射されたことを知らせるようになっている。なお、PD信号Fの時間平均値に基づいて判断しているのは、PD信号Fがパルス信号になっているからである。また、補正回路204は、時刻情報保持ブロック206から補正完了通知信号を受けた場合に、インジケータ205bを点灯あるいは点滅させて補正の完了を知らせるようになっている。
When the time average value of the PD signal F exceeds a certain level, the
時刻情報保持ブロック206の内蔵発振器207は、10MHz信号を内蔵時計208に出力するとともに、位相差計測回路209に1PPS信号Iを出力する。内蔵時計208は、内蔵発振器207から与えられる10MHz信号を使って刻時動作を行う。
The built-in
位相差計測回路209は、タイミング調整回路203からの1PPS信号Hと内蔵発振器207からの1PPS信号Iの位相差を計測するものである。ここで計測される位相差が、時刻同期信号に対するタイムサーバ装置2の時刻ずれである。位相差計測回路209は、計測した時刻ずれを周波数補正値計算回路210に与えるとともに、内蔵時計208に時刻補正信号として与える。周波数補正値計算回路210は、前回に補正が行われた時刻(前回補正時刻)を保持しており、位相差計測回路209から与えられた時刻ずれから周波数補正値(周波数の比率)を計算し、周波数補正信号として内蔵発振器207に与える。
The phase
<補正処理>
図4は上記の実施形態の処理例を示すフローチャートである。図4において、補正処理の開始にあたり、作業担当者は基準信号送信装置1を起動する(ステップS1)。
<Correction process>
FIG. 4 is a flowchart showing a processing example of the above embodiment. In FIG. 4, when starting the correction process, the worker in charge activates the reference signal transmission device 1 (step S1).
図5は基準信号送信装置1側の各種信号のタイミングの例を示す図であり、超小型原子時計12は時刻同期信号(1PPS信号)Aを半導体レーザ駆動回路14に出力し、半導体レーザ駆動回路14は駆動電流Bを出力する。駆動電流Bは、半導体レーザ駆動回路14の処理時間だけタイミングが遅れる。
FIG. 5 is a diagram showing an example of the timing of various signals on the reference
駆動電流Bに対し、タイミング調整回路15は、半導体レーザ駆動回路14の処理時間と後段の半導体レーザ16の応答時間とを加味した遅延印加を行い、1PPS信号Aよりも若干タイミングが進んだ駆動電流Cを半導体レーザ16に出力する。これにより、半導体レーザ16の出射光Dの強度は、1PPS信号Aとタイミングが揃うことになる。なお、図5では省略してあるが、タイミング調整回路15は、基準信号送信装置1とタイムサーバ装置2との距離に応じた伝搬時間(例えば、距離が100m離れている場合の時刻差は333ns)の補正も行う。基準信号送信装置1とタイムサーバ装置2との距離は、例えば、トンネル内であれば、トンネル内に設置された距離標識等から取得することができる。
The
図4に戻り、作業担当者は基準信号送信装置1を載置した車両等を動かし、タイムサーバ装置2が目視できる場所に移動する(ステップS2)。なお、レーザ照射による補正処理は、各タイムサーバ装置2の設置位置近傍に停止した状態で実施する。移動しながら正確にレーザ照射を実施するのが難しいという理由以外に、基準信号源となる基準信号送信装置1が移動している状態で送出される1PPS信号の立ち上がりエッジ間隔がドップラー効果で変化することによるタイミング精度劣化を排除する必要があるためである。
Returning to FIG. 4, the worker moves the vehicle on which the reference
次いで、作業担当者は、基準信号送信装置1からの平行光ビームBMがタイムサーバ装置2の受光素子201に正確に照射されるよう光軸調整を行う(ステップS3)。光軸調整は、基準信号送信装置1の載置台や基準信号送信装置1内の光学系による3軸調整(水平回転/煽り角/高さ)により行われる。
Next, the worker in charge adjusts the optical axis so that the parallel light beam BM from the reference
なお、タイムサーバ装置2の受光素子201の周辺の面に赤外線光の照射に対して可視光で発光するシート等が貼り付けられている場合には、光軸が合っているか否かについて望遠レンズを介した目視で確認することが可能である。更に、受光素子201のPD信号Fの時間平均値が一定レベルを超えた場合、補正回路204はインジケータ205aを点灯あるいは点滅させるため、望遠レンズを介した目視で光軸調整の成否を確認することができる。
When a sheet or the like that emits visible light with respect to infrared light irradiation is attached to the peripheral surface of the
直進性の強い平行光ビームBMを使用しているため、たとえタイムサーバ装置2をトンネル内等の高い位置に設置せざるを得ない状況であっても、受光素子201に対して正確に平行光ビームBMを照射することが可能である。また、無線電波を使った場合と違ってトンネル内壁等による多重反射に起因するマルチパス信号による影響を完全に排除できるメリットがある。更に、受光素子201が1PPS信号を受光していると判定するレベルに関しても、レーザ光を使う場合はS/N比を高く取れるため、設定が非常に容易である。
Since the parallel light beam BM having high straightness is used, even if the
光軸調整の完了により、タイムサーバ装置2では、補正回路204が時刻情報保持ブロック206に対して補正開始指示信号を送出し、補正のための処理が自動的に実行される(ステップS4)。
When the optical axis adjustment is completed, in the
図6はタイムサーバ装置2側の各種信号のタイミングの例を示す図であり、基準信号送信装置1からの入射光E(平行光ビームBM)に対し、受光素子201から出力されるPD信号Fはほぼ同じタイミングとなる。しかし、増幅回路202から出力される1PPS信号Gは増幅回路202の遅延により若干タイミングが遅れる。そのため、タイミング調整回路203により増幅回路202の遅延時間を加味した遅延を行い、入射光Eと1PPS信号Hのタイミングを合わせ、1PPS信号Hを位相差計測回路209に出力する。
FIG. 6 is a diagram showing an example of the timing of various signals on the
位相差計測回路209は、図7に示すように、タイミング調整回路203からの1PPS信号Hと内蔵発振器207からの1PPS信号Iの位相差(時刻ずれ)Δtを計測する。なお、Δtが1秒を超えない期間内に補正処理を実行するものとなっており、Δtは1秒以内のものとなる。
The phase
位相差計測回路209は、計測した時刻ずれを周波数補正値計算回路210に与えるとともに、内蔵時計208に時刻補正信号として与える。内蔵時計208は、時刻補正信号に基づいて時刻補正(±1秒以内の補正)を行う。
The phase
また、周波数補正値計算回路210は、前回補正時刻を保持しており、位相差計測回路209から与えられた時刻ずれから周波数補正値(周波数の増減の比率)を計算し、周波数補正信号として内蔵発振器207に与える。内蔵発振器207は、周波数補正信号に基づいて発振周波数の補正を行う。この際、内蔵発振器207は1PPS信号Iのタイミング調整も併せて行う。また、周波数補正値計算回路210は、補正を行った時刻を新たな前回補正時刻として記憶する。
The frequency correction
時刻情報保持ブロック206は、位相差計測回路209および周波数補正値計算回路210による時刻と周波数の補正が完了すると、補正回路204に補正完了通知信号を送出する。これを受け、補正回路204は、インジケータ205bを点灯あるいは点滅させて補正の完了を知らせる。
When the time and frequency correction by the phase
図4に戻り、作業担当者は、インジケータ205bの点灯あるいは点滅により補正完了を確認すると(ステップS5)、1つのタイムサーバ装置2についての補正処理を終了し、次のタイムサーバ装置2が存在する場合には、タイムサーバ装置2の移動(ステップS2)から同様の処理を繰り返す。
Returning to FIG. 4, when the operator confirms the completion of the correction by turning on or blinking the
<総括>
以上説明したように、本実施形態によれば、高精度の時刻同期が必要となる装置をGPS衛星電波等が届かない使用場所に設置した後の定期的な補正を非有線で簡易に実現することができる。すなわち、光ファイバや電力線で接続することなく、パケット変換処理や搬送波に重畳する処理(変調)等を実施することもなく、時刻同期信号(1PPS信号)を送受信して補正を行うことができる。
<Summary>
As described above, according to this embodiment, periodic correction after installing a device that requires high-accuracy time synchronization in a place where GPS satellite radio waves or the like do not reach can be easily realized non-wired. be able to. That is, the time synchronization signal (1PPS signal) can be transmitted and received for correction without being connected by an optical fiber or a power line, and without performing packet conversion processing or processing (modulation) superimposed on a carrier wave.
以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に定義された本発明の広範な趣旨および範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正および変更を加えることができることは明らかである。すなわち、具体例の詳細および添付の図面により本発明が限定されるものと解釈してはならない。 The present invention has been described above by the preferred embodiments of the present invention. While the invention has been described with reference to specific embodiments, various modifications and changes may be made to the embodiments without departing from the broad spirit and scope of the invention as defined in the claims. Obviously you can. In other words, the present invention should not be construed as being limited by the details of the specific examples and the accompanying drawings.
<実施形態の用語と請求項の用語の対応>
基準信号送信装置1は「基準信号送信装置」の一例である。タイムサーバ装置2は「タイムサーバ装置」の一例である。半導体レーザ16は「半導体レーザ」の一例である。超小型原子時計12は「発振部」の一例である。半導体レーザ駆動回路14は「駆動回路」の一例である。内蔵発振器207は「内蔵発振器」の一例である。内蔵時計208は「内蔵時計」の一例である。受光素子201は「受光素子」の一例である。位相差計測回路209は「位相差計測回路」の一例である。周波数補正値計算回路210は「周波数補正値計算回路」の一例である。
<Correspondence between Terms in Embodiment and Terms in Claims>
The reference
タイミング調整回路15は「タイミング調整回路」の一例である。補正回路204は「補正回路」の一例である。タイミング調整回路203は「第2のタイミング調整回路」の一例である。コリメータレンズ17は「コリメータレンズ」の一例である。インジケータ205a、205bは「インジケータ」の一例である。
The
1 基準信号送信装置
11 時刻情報保持ブロック
12 超小型原子時計
13 内蔵時計
14 半導体レーザ駆動回路
15 タイミング調整回路
16 半導体レーザ
17 コリメータレンズ
2 タイムサーバ装置
201 受光素子
202 増幅回路
203 タイミング調整回路
204 補正回路
205a、205b インジケータ
206 時刻情報保持ブロック
207 内蔵発振器
208 内蔵時計
209 位相差計測回路
210 周波数補正値計算回路
BM 平行光ビーム
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記基準信号送信装置は、
前記タイムサーバ装置に向けたレーザビームを照射する半導体レーザと、
パルス状の時刻同期信号を出力する発振部と、
前記時刻同期信号により前記半導体レーザをパルス状の電流で駆動する駆動回路と
を備え、
前記タイムサーバ装置は、
内蔵発振器と、
前記内蔵発振器の発振出力により刻時動作を行う内蔵時計と、
前記レーザビームを受光して光検出信号を出力する受光素子と、
前記内蔵発振器の発振タイミングと前記光検出信号の時刻ずれを計測し、前記内蔵時計に時刻補正信号を与える位相差計測回路と、
前記時刻ずれと前回の補正からの経過期間とに基づき周波数補正値を計算し、前記内蔵発振器に周波数補正信号を与える周波数補正値計算回路と
を備えたことを特徴とする時刻同期システム。 A reference signal transmission device and a time server device;
The reference signal transmitter is
A semiconductor laser for irradiating a laser beam toward the time server device;
An oscillation unit that outputs a pulse-shaped time synchronization signal;
A drive circuit for driving the semiconductor laser with a pulsed current by the time synchronization signal;
The time server device is:
A built-in oscillator;
A built-in clock that performs a clock operation by the oscillation output of the built-in oscillator;
A light receiving element that receives the laser beam and outputs a light detection signal;
A phase difference measuring circuit that measures the time difference between the oscillation timing of the built-in oscillator and the light detection signal, and gives a time correction signal to the built-in clock;
A time synchronization system comprising: a frequency correction value calculation circuit that calculates a frequency correction value based on the time lag and an elapsed period from the previous correction and provides a frequency correction signal to the built-in oscillator.
前記レーザビームが前記タイムサーバ装置に到達する位置における発光タイミングが前記時刻同期信号と位相が合うように、前記駆動回路の電流のタイミングを遅延することで調整するタイミング調整回路
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の時刻同期システム。 The reference signal transmitter is
A timing adjustment circuit is provided that adjusts the timing of the current of the driving circuit by delaying so that the light emission timing at the position where the laser beam reaches the time server device is in phase with the time synchronization signal. The time synchronization system according to claim 1.
前記光検出信号が所定のレベルに達した場合に補正開始指示を行う補正回路
を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の時刻同期システム。 The time server device is:
3. The time synchronization system according to claim 1, further comprising a correction circuit that issues a correction start instruction when the light detection signal reaches a predetermined level.
前記位相差計測回路に与えられる前記光検出信号のタイミングが前記時刻同期信号と位相が合うように、前記光検出信号のタイミングを遅延することで調整する第2のタイミング調整回路
を備えたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の時刻同期システム。 The time server device is:
A second timing adjustment circuit that adjusts the timing of the photodetection signal by delaying the timing so that the timing of the photodetection signal applied to the phase difference measurement circuit is in phase with the time synchronization signal; The time synchronization system according to any one of claims 1 to 3, wherein the time synchronization system is characterized in that:
前記半導体レーザの出射光を平行光に変換するコリメータレンズ
を備えたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の時刻同期システム。 The reference signal transmitter is
The time synchronization system according to any one of claims 1 to 4, further comprising a collimator lens that converts light emitted from the semiconductor laser into parallel light.
前記内蔵時計および前記内蔵発振器に対する補正処理の進行状態を表示するインジケータ
を備えたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の時刻同期システム。 The time server device is:
The time synchronization system according to any one of claims 1 to 5, further comprising an indicator that displays a progress state of correction processing for the internal clock and the internal oscillator.
パルス状の時刻同期信号を出力する発振部と、
前記時刻同期信号により前記半導体レーザをパルス状の電流で駆動する駆動回路と
を備えたことを特徴とする基準信号送信装置。 A semiconductor laser that emits a laser beam toward the time server device;
An oscillation unit that outputs a pulse-shaped time synchronization signal;
A reference signal transmission device comprising: a drive circuit for driving the semiconductor laser with a pulsed current by the time synchronization signal.
前記内蔵発振器の発振出力により刻時動作を行う内蔵時計と、
基準信号送信装置からのレーザビームを受光して光検出信号を出力する受光素子と、
前記内蔵発振器の発振タイミングと前記光検出信号の時刻ずれを計測し、前記内蔵時計に時刻補正信号を与える位相差計測回路と、
前記時刻ずれと前回の補正からの経過期間とに基づき周波数補正値を計算し、前記内蔵発振器に周波数補正信号を与える周波数補正値計算回路と
を備えたことを特徴とするタイムサーバ装置。 A built-in oscillator;
A built-in clock that performs a clock operation by the oscillation output of the built-in oscillator;
A light receiving element that receives a laser beam from a reference signal transmission device and outputs a light detection signal;
A phase difference measuring circuit that measures the time difference between the oscillation timing of the built-in oscillator and the light detection signal, and gives a time correction signal to the built-in clock;
A time server apparatus comprising: a frequency correction value calculation circuit that calculates a frequency correction value based on the time lag and an elapsed period from the previous correction and provides a frequency correction signal to the built-in oscillator.
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