JP2018031611A - 時刻同期システム - Google Patents

Abstract

【課題】測位衛星の捕捉数が少なくても時刻同期を行うことを可能とする。【解決手段】時刻同期される時刻同期対象物の設置位置に関する設置位置情報を取得する位置情報取得部１０と、測位衛星５０から送信された測位信号を時刻同期信号として受信し、時刻同期信号が送信された時の測位衛星５０の位置に関する送信位置情報及び送信時刻情報を、時刻同期信号から取得する時刻同期信号取得部２０と、時刻同期対象物の設置位置情報、時刻同期信号の送信位置情報及び送信時刻情報に基づいて、時刻同期対象物の同期時刻情報を算出し、同期時刻情報を時刻同期対象物に送信する信号処理部３０と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、時刻同期システムに関するものである。

石油探鉱等の資源探査では、起振車は地震波を発生させ、地盤の振動をセンサ（受振器）が検出することにより地盤調査が行われる。そして、検出された振動の解析により、地盤中における資源の存在箇所や埋蔵量等が算出される。このような地盤調査では、複数のセンサが用いられ、複数のセンサにより振動が同時観測されるのが一般的である。そして、精度の高い解析結果を得るためには、起振車、受振器等の各装置の時刻が同期されていなければならない。

時刻同期の方法について、例えば、各装置にケーブルを接続して時刻同期を行う有線通信が一般に知られている。ただし、次世代の資源探査システムにおいては、例えば１００万台規模のセンサが用いられることが想定されており、有線通信による時刻同期は事実上困難となる。このため、時刻同期を無線通信により行うことが検討されている。

無線通信による時刻同期について、例えば、特許文献１〜３に示すように、ＧＰＳに代表される衛星測位システム（ＧＮＳＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）が一般に知られている。衛星測位システムでは、測位衛星から受信した測位信号に基づいて、測位衛星と同期した時刻が算出される。

米国特許第７００２３５０号明細書 特開２０１１−１４９９２５号公報 米国特許出願公開第２００７／０２１３９３１号明細書

測位信号には、信号を送信したときの測位衛星の位置情報（送信位置情報）及び送信時刻からなる４種類のパラメータが含まれている。このため、衛星測位システムでは、以下に示す４つの式に基づいてセンサの位置情報（ｘｕ、ｙｕ、ｚｕ）、時刻情報（ｔｕ）を算出する必要がある。
（ｘｓ_１−ｘｕ）^２＋（ｙｓ_１−ｙｕ）^２＋（ｚｓ_１−ｚｕ）^２＝［ｖｃ（ｔｓ_１−ｔｕ）］^２
（ｘｓ_２−ｘｕ）^２＋（ｙｓ_２−ｙｕ）^２＋（ｚｓ_２−ｚｕ）^２＝［ｖｃ（ｔｓ_２−ｔｕ）］^２
（ｘｓ_３−ｘｕ）^２＋（ｙｓ_３−ｙｕ）^２＋（ｚｓ_３−ｚｕ）^２＝［ｖｃ（ｔｓ_３−ｔｕ）］^２
（ｘｓ_４−ｘｕ）^２＋（ｙｓ_４−ｙｕ）^２＋（ｚｓ_４−ｚｕ）^２＝［ｖｃ（ｔｓ_４−ｔｕ）］^２
ここで、（ｘｓ_ｎ、ｙｓ_ｎ、ｚｓ_ｎ）（ｎ＝１、２、３、４）は、受信した測位信号が送信された時の各衛星の位置情報であり、（ｔｓ_ｎ）（ｎ＝１、２、３、４）は、測位信号が送信された送信時刻情報である。したがって、センサ等の各装置は、４つ以上の測位衛星を捕捉して測位信号を受信することにより、衛星測位システムによる時刻同期を行う。

しかしながら、受振器等のセンサが地中に埋設されると、捕捉できる測位衛星の数が例えば１個〜３個程度にまで減少する。そうすると、測位信号の数が不足するので、衛星測位システムを利用して時刻同期を行うことができない。

そこで、本発明は、測位衛星の捕捉数が少なくても時刻同期を行うことが可能な時刻同期システムを提供することを目的とする。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。

本発明の代表的な実施の形態による時刻同期システムは、時刻同期される時刻同期対象物の設置位置に関する設置位置情報を取得する位置情報取得部と、測位衛星から送信された測位信号を時刻同期信号として受信し、時刻同期信号が送信された時の測位衛星の位置に関する送信位置情報及び送信時刻情報を、時刻同期信号から取得する時刻同期信号取得部と、時刻同期対象物の設置位置情報、時刻同期信号の送信位置情報及び送信時刻情報に基づいて、時刻同期対象物の同期時刻情報を算出し、同期時刻情報を時刻同期対象物に送信する信号処理部と、を備えている。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

すなわち、本発明の代表的な実施の形態によれば、測位衛星の捕捉数が少なくても時刻同期を行うことが可能な時刻同期システムを提供することが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る時刻同期システムの一例を示すブロック図である。 測位衛星の方向に応じた測位信号伝搬距離の差を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る時刻同期システムを用いた時刻同期方法の一例を示すフローチャート図である。 本発明の実施の形態１に係る時刻同期システムを用いた資源探査方法の一例を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る時刻同期システムの構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る時刻同期システムの構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態４に係る時刻同期システムの構成の一例を示す図である。 センサの埋設深さと測位衛星の捕捉数との関係の一例を示す図である。 埋設されたセンサと測位衛星との位置関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全ての図において、同一部には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。

さらに、以下の実施の形態では便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明などの関係にある。

また、以下の実施の形態において、要素の数など（個数、数値、量、範囲などを含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良いものとする。

また、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

また、以下の実施の形態において、構成要素等について、「Ａからなる」、「Ａよりなる」、「Ａを有する」、「Ａを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲等についても同様である。

（実施の形態１）
＜装置構成＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る時刻同期システムの一例を示すブロック図である。時刻同期システム１は、図１に示すように、位置情報取得部１０、時刻同期信号取得部２０、信号処理部３０等を備えている。

位置情報取得部１０は、例えば図１に示すように、データ通信部１１、アンテナ１２を備えている。データ通信部１１は、近距離無線により、後述する設置位置情報算出部９０等との間で後述する設置位置情報等の各種情報の送受信を行うように構成されている。近距離無線として、例えば、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）、ミリ波通信、ＮＦＣ（Ｎｅａｒ ｆｉｅｌｄ ｒａｄｉｏ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）、ＷｉＳＵＭ等が好適に用いられる。また、これら以外にも、近距離無線としては、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）、Ｗ−ＣＤＭＡ（Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）、ＣＤＭＡ２０００、ＷｉＭＡＸ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｃｃｅｓｓ、登録商標）等のＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＭＡＮ（Ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）が用いられてもよい。

位置情報取得部１０は、例えば、地震波を発生させる起振車（時刻同期対象物）、地震波を検出する受振器等のセンサ（時刻同期対象物）６０の設置位置情報を取得する。詳しくは、起振車、センサ６０等の各装置は、装置間で時刻同期される時刻同期対象物であり、位置情報取得部１０は、これら時刻同期対象物の設置位置に関する設置位置情報を設置位置情報算出部９０から取得する。位置情報取得部１０は、時刻同期対象物の設置位置情報を信号処理部３０に出力する。信号処理部３０は、位置情報取得部１０から出力された設置位置情報を、例えば、図１に示す情報格納部３２に格納する。

ここで、設置位置情報算出部９０は、以下のように時刻同期対象物の設置位置情報を算出する。設置位置情報算出部９０は、例えば、測位衛星５０から送信される測位信号を受信する測位信号受信部、アンテナ等で構成されている。設置位置情報算出部９０は、例えばセンサ６０等の設置位置で測位信号を受信し、測位衛星５０から受信した測位信号に基づいて時刻同期対象物の設置位置情報（ｘｕ、ｙｕ、ｚｕ）を算出する。設置位置情報算出部９０は、例えば、ＧＰＳ信号等を測位信号として受信する。なお、設置位置情報算出部９０は、４つ以上の測位衛星５０から測位信号を受信し、時刻同期対象物の設置位置情報を算出する。

このように、本実施の形態では、位置情報取得部１０は、予め算出された設置位置情報を取得するので、時刻同期システム１において、設置位置情報を算出しなくてもよい。

なお、設置位置情報算出部９０は、算出した設置位置情報を、例えばセンサ６０等の時刻同期対象物へ送信してもよい。また、センサ６０等の時刻同期対象物に、前述の設置位置情報算出部９０の機能が設けられ、センサ６０が測位信号に基づいて設置位置情報を算出してもよい。これらの場合には、位置情報取得部１０は、例えば設置位置情報算出部９０又はセンサ６０から受信する。

時刻同期信号取得部２０は、測位衛星５０から送信された測位信号を時刻同期信号として受信し、時刻同期信号から時刻同期信号の送信位置情報（ｘｓ_ｎ、ｙｓ_ｎ、ｚｓ_ｎ）と、送信時刻情報（ｔｓ_ｎ）とを取得する。詳しくは、時刻同期信号取得部２０は、時刻同期信号に含まれている、時刻同期信号が送信された時の測位衛星の位置情報と、時刻同期信号が送信された時刻情報とを取得する。そして、時刻同期信号取得部２０は、取得した送信位置情報と、送信時刻情報とを信号処理部３０に出力する。信号処理部３０は、時刻同期信号取得部２０から出力された送信位置情報及び送信時刻情報を、例えば、図１に示す情報格納部３２に格納してもよい。

時刻同期信号取得部２０は、例えば図１に示すように、信号受信部２１、アンテナ２２を備えている。信号受信部２１は、例えば、ＧＰＳ信号等の測位信号を受信するレシーバ等で構成されており、アンテナ２２を介して、測位衛星５０から送信された測位信号を受信する。

図２は、測位衛星の方向に応じた測位信号伝搬距離の差を示す図である。アンテナ２２は、等方性アンテナで構成されていてもよいし、指向性アンテナで構成されていてもよい。アンテナ２２が指向性アンテナである場合には、アンテナ２２は、例えば、天頂方向に向けられるように設置されていることが好ましい。この場合には、天頂方向から、言い換えれば高仰角の位置から送信された測位信号が選択的に受信されるので、測位信号の信号雑音比（以下ではＳＮ比とも称する）が向上される。なぜならば、図２に示すように、天頂方向の高仰角の測位衛星５０から出力された測位信号の伝搬距離Ｌ１が、例えば水平方向の低仰角の測位衛星５０から出力された測位信号の伝搬距離Ｌ２よりも短くなり（Ｌ１＜Ｌ２）、測位信号に含まれるノイズが低減されるからである。このように、アンテナ２２が指向性アンテナである場合には、時刻同期信号取得部２０は、高仰角の測位衛星に絞り込み、測位信号を選択的に受信する。

信号処理部３０は、位置情報取得部１０から出力された設置位置情報（ｘｕ、ｙｕ、ｚｕ）、時刻同期信号取得部２０から出力された送信位置情報（ｘｓ_ｎ、ｙｓ_ｎ、ｚｓ_ｎ）及び送信時刻情報（ｔｓ_ｎ）に基づいて、センサ６０の同期時刻情報ｔｕを算出する。具体的には、信号処理部３０は、以下の式に基づいてセンサ６０の同期時刻情報（ｔｕ）を算出する。
（ｘｓ_ｎ−ｘｕ）^２＋（ｙｓ_ｎ−ｙｕ）^２＋（ｚｓ_ｎ−ｚｕ）^２＝［ｖｃ（ｔｓ_ｎ−ｔｕ）］^２
ここで、ｖｃは、測位信号が伝搬する速さを示している。すなわち、信号処理部３０は、１の測位信号を受信して、センサの同期時刻情報（ｔｕ）を算出する。センサ６０の同期時刻情報とは、測位衛星５０と同期した時刻のことをいう。

信号処理部３０は、算出した同期時刻情報をセンサ６０に出力し、センサ６０の時刻を測位衛星５０の時刻と同期させる。具体的には、信号処理部３０は、図１に示すように、情報送受信部３１を備え、算出した同期時刻情報を情報送受信部３１からセンサ６０等の時刻同期対象物へ送信する。信号処理部３０は、例えば、前述の近距離無線等により時刻同期対象物へ同期時刻情報を送信する。なお、本実施の形態では、位置情報取得部１０が近距離無線を用いて設置位置情報算出部９０との間で情報の送受信を行っているので、信号処理部３０は、位置情報取得部１０を介して、時刻同期対象物へ同期時刻情報を送信してもよい。

なお、ここまでは、時刻同期信号取得部２０は、時刻同期信号に基づいて送信位置情報及び送信時刻情報を取得するものとしている。しかしながら、これに限定されるものではなく、例えば、時刻同期信号取得部２０は、受信した時刻同期信号を信号処理部３０へ出力し、信号処理部３０が、時刻同期信号に基づいて送信位置情報及び送信時刻情報を取得してもよい。また、時刻同期システム１を構成する各部は、有線で互いに接続されてもよいし、無線で情報が送受信されるように構成されてもよい。

また、時刻同期システム１は、センサ６０等の時刻同期対象物の時刻同期を行った後の任意の時期に、時刻同期対象物の時刻同期を再度実施することができる。具体的には、時刻同期信号取得部２０は、時刻同期信号を再度受信し、受信した時刻同期信号から取得した送信位置情報及び送信時刻情報を信号処理部３０へ出力する。そして、信号処理部３０は、例えば、情報格納部３２等に格納された時刻同期対象物の設置位置情報、時刻同期信号取得部２０から出力された送信位置情報及び送信時刻情報に基づいて、同期時刻情報（ｔｕ）を再度算出する。そして、信号処理部３０は、再度算出した同期時刻情報を、時刻同期対象物へ送信する。このように、時刻同期対象物の時刻を再度測位衛星５０と同期させることにより、時刻同期対象物と測位衛星５０との時刻のずれ、また、複数の時刻同期対象物間における時刻のずれが抑えられる。

センサ６０は、例えば図１に示すように、センサ本体６１、情報送受信部６２、制御部６３等を備えている。センサ本体６１は、例えば、地盤の振動を検出する受振器等で構成されており、振動などのセンサ情報を取得する。

情報送受信部６２は、例えば、前述の近距離無線等により、信号処理部３０から送信された同期時刻情報を受信する。また、情報送受信部６２は、センサ本体６１で取得したセンサ情報を、例えば、図示しない外部装置等に送信する。

制御部６３は、例えば、ＣＰＵ、ＭＰＵ等のコンピュータで構成され、センサ６０を構成する各部の制御を行う。制御部６３は、計時機能を備え、例えば、情報送受信部６２が受信した同期時刻情報に基づいて、センサ６０の時刻を測位衛星５０と同期させる。また、制御部６３は、センサ本体６１に対して、オン・オフのタイミング等を規定する。また、制御部６３は、センサ本体６１が取得したセンサ情報を、情報送受信部６２を介して外部装置へ送信する。

＜時刻同期方法＞
次に、本実施の形態の時刻同期システム１を用いた時刻同期方法の一例について説明する。なお、ここでは、地震波を用いた資源探査を行う場合について説明する。図３は、本発明の実施の形態１に係る時刻同期システムを用いた時刻同期方法の一例を示すフローチャート図である。図４は、本発明の実施の形態１に係る時刻同期システムを用いた資源探査方法の一例を示す図である。

時刻同期に係る動作が開始されると、まず、ステップＳ１０が実行される。ステップＳ１０では、作業者は、設置位置情報算出部９０を、例えば、図４に示す起振車７０、センサ６０等の時刻同期対象物の設置位置に配置する。時刻同期対象物がセンサ６０である場合には、作業者は、センサ６０の埋設予定場所の地上に、設置位置情報算出部９０を配置する。そして、設置位置情報算出部９０は、測位衛星５０から送信される測位信号を受信し、時刻同期対象物の設置位置情報（ｘｕ、ｙｕ、ｚｕ）を算出する。そして、設置位置情報算出部９０は、算出した設置位置情報を位置情報取得部１０へ送信する。そして、位置情報取得部１０は、設置位置情報算出部９０から送信された設置位置情報を受信し、受信した設置位置情報を信号処理部３０へ出力する。

次に、ステップＳ２０では、時刻同期信号取得部２０は、測位衛星５０から測位信号を受信し、測位信号に基づいて送信位置情報（ｘｓ_ｎ、ｙｓ_ｎ、ｚｓ_ｎ）及び送信時刻情報（ｔｓ_ｎ）を取得する。そして、時刻同期信号取得部２０は、取得した送信位置情報及び送信時刻情報を信号受信部３０へ出力する。

次に、ステップＳ３０では、信号処理部３０は、位置情報取得部１０から出力された設置位置情報、時刻同期信号取得部２０から出力された送信位置情報及び送信時刻情報に基づいて、時刻同期対象物の同期時刻情報（ｔｕ）を算出する。そして、信号処理部３０は、算出した同期時刻情報ｔｕを、情報送受信部３１を介して時刻同期対象物へ送信する。そして、時刻同期対象物は、信号処理部３０から受信した同期時刻情報ｔｕに基づいて、自身の時刻を測位衛星５０と同期させる。

次に、ステップＳ４０では、時刻同期に係る一連の処理を終えたかどうかを判定する。例えば、受信した時刻同期信号のＳＮ比が好ましくなく、算出した同期時刻情報の精度が十分でない場合等、同期時刻情報の算出を再度行う場合（Ｎｏ）には、ステップＳ２０〜Ｓ４０までの処理が再度実施される。これに対して、例えば、算出した同期時刻情報の精度が十分である場合等、同期時刻情報の算出を再度行わない場合（Ｙｅｓ）には、時刻同期に係る一連の処理が終了する。このようにして、時刻同期対象物への時刻同期が行われる。

資源探査は、起振車７０、複数のセンサ６０を用いて行われる。このため、起振車７０、センサ６０を設置する際には、起振車７０、センサ６０のそれぞれに対して、ステップＳ１０〜Ｓ４０の処理が実施される。これにより、全ての時刻同期対象物が測位衛星５０と時刻同期され、複数の時刻同期対象物間においても時刻同期される。

＜本実施の形態による効果＞
本実施の形態によれば、位置情報取得部１０が、予め算出された時刻同期対象物の設置位置情報を取得する。また、時刻同期信号取得部２０が、測位衛星５０から時刻同期信号を受信し、時刻同期信号から送信位置情報及び送信時刻情報を取得する。そして、信号処理部３０は、位置情報取得部１０が取得した設置位置情報、時刻同期信号取得部２０が取得した送信位置情報及び送信時刻情報に基づいて、時刻同期対象物の同期時刻情報ｔｕを算出し、同期時刻情報ｔｕを時刻同期対象物に送信する。

この構成によれば、時刻同期システム１では、時刻同期対象物の設置位置情報を算出しなくてもよい。また、時刻同期信号取得部２０は、１の時刻同期信号（測位信号）から送信位置情報及び送信時刻情報を取得することができる。すなわち、時刻同期システム１は、１の測位信号を受信すれば、同期時刻情報を算出することができるので、測位衛星５０の捕捉数が少なくても時刻同期を行うことが可能な時刻同期システム１が提供される。すなわち、時刻同期を行える程度に測位信号を受信できない状況であっても、時刻同期が可能な時刻同期システム１が提供される。

また、本実施の形態によれば、設置位置情報算出部９０は、測位衛星５０から受信した測位信号に基づいて時刻同期対象物の設置位置情報を算出する。そして、位置情報取得部１０は、設置位置情報算出部９０から設置位置情報を取得する。

この構成によれば、時刻同期対象物の設置位置情報が正確に算出されるので、時刻同期対象物の時刻同期が正確に実行される時刻同期システムが提供される。

また、本実施の形態によれば、位置情報取得部１０は、近距離無線により設置位置情報算出部９０から設置位置情報を取得する。

この構成によれば、位置情報取得部１０のデータ通信部１１の構成が小型化されるので、取り回しが容易な時刻同期システム１が提供される。また、この構成によれば、例えばＧＰＳ等の無線通信を行うよりも消費電力が大幅に低減された時刻同期システム１が提供される。

また、本実施の形態によれば、時刻同期信号取得部２０は、天頂方向に向けられた指向性のアンテナ２２を備えている。

この構成によれば、時刻同期信号取得部２０は、高仰角の天頂付近の測位衛星５０を選択的に捕捉するので、ＳＮ比に優れた時刻同期信号（測位信号）を受信することが可能な時刻同期システム１が提供される。これにより、高精度の送信位置情報及び送信時刻情報を取得することができるので、高精度の同期時刻情報ｔｕを算出することができる。また、これにより、時刻同期対象物の時刻をより高精度に測位衛星５０と同期させることができる。

＜測位衛星の捕捉数について＞
ここで、時刻同期対象物としてセンサ６０を例に挙げ、その埋設深さと測位衛星５０の捕捉数との関係について説明する。図８は、センサの埋設深さと測位衛星の捕捉数との関係の一例を示す図である。図９は、埋設されたセンサと測位衛星との位置関係を示す図である。センサ６０が埋設される深さが、例えば図８に示すように、２００ｍｍ位までであれば、センサ６０が捕捉する測位衛星５０の数は、およそ１５個程度である。したがって、センサ６０の埋設深さがこの範囲内であれば、センサ６０は、時刻同期や設置位置情報を算出するために必要な測位信号を受信することが可能である。

ところが、センサ６０の埋設深さがさらに大きくなると、センサ６０が捕捉する測位衛星５０の数が次第に減少する。そして、センサ６０の埋設深さが、例えば４００ｍｍになると、センサ６０が捕捉することができる測位衛星５０の数は３個程度にまで減少する。そうすると、センサ６０は、測位信号を受信して時刻同期や設置位置情報を算出することができなくなる。

このように、埋設深さが大きくなるとセンサ６０が捕捉する測位衛星５０の数が減少するのは、以下の理由による。測位衛星５０から送信された測位信号は、地盤を通過してセンサ６０に到達する。高仰角の天頂付近の測位衛星５０から送信された測位信号が地盤を通過する距離Ｌ１１は、図９に示すように、センサ６０の埋設深さとほぼ同じ距離である。これに対して、低仰角の斜め方向の測位衛星５０から送信された測位信号が地盤を通過する距離Ｌ１２は、図９に示すように、天頂付近の測位衛星５０から送信された測位信号が地盤を通過する距離Ｌ１１よりも長くなる（Ｌ１１＜Ｌ１２）。

このように、水平方向へ向かうごとに、測位信号が地盤を通過する距離はさらに長くなる。地盤中では、空気中よりも測位信号の減衰が激しく、低仰角の測位衛星５０から送信された測位信号は、センサ６０へ到達しにくくなる。このような状況は、センサ６０の埋設深さが大きくなるごとに悪化し、その結果、埋設深さが大きくなるとセンサ６０が捕捉する測位衛星５０の数が減少する。高精度な資源探査を行うためには、センサ６０をより深い位置に埋設しなければならないが、前述したように、センサ６０が捕捉する測位衛星の数が少なくなるため、埋設した状態では、センサ６０は、時刻同期や設置位置情報を算出することができない。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。なお、以下では、前述の実施の形態１と重複する箇所については、原則としてその説明を省略する。

＜装置構成＞
図５は、本発明の実施の形態２に係る時刻同期システムの構成の一例を示す図である。本実施の形態に係る時刻同期システム１００は、図５に示すように、位置情報取得部１１０、時刻同期信号取得部２０、信号処理部３０等を備えている。これらのうち、時刻同期信号取得部２０、信号処理部３０は、前述の実施の形態１と同様の構成を有するので、説明を省略する。

位置情報取得部１１０は、例えば起振車７０、センサ６０等の時刻同期対象物の設置位置において、測位衛星５０から送信された測位信号を受信し、測位信号に基づいて時刻同期対象物の設置位置に関する設置位置情報（ｘｕ、ｙｕ、ｚｕ）を算出する。

位置情報取得部１１０は、図５に示すように、信号受信部１１１、等方性アンテナ１１２を備えている。等方性アンテナ１１２は、水平付近の低仰角から天頂付近の高仰角までの測位衛星５０を捕捉する。信号受信部１１１は、例えば、ＧＰＳ信号等の測位信号を受信するレシーバで構成されており、等方性アンテナ１１２を介して、測位衛星５０から送信された測位信号を受信する。すなわち、位置情報取得部１１０は、例えば、ＧＰＳ信号を測位信号として受信する。

位置情報取得部１１０は、４つ以上の測位衛星５０から測位信号を受信し、時刻同期対象物の設置位置情報を算出する。位置情報取得部１１０は、算出した設置位置情報を信号処理部３０へ出力する。また、位置情報取得部１１０は、算出した設置位置情報を、例えばセンサ６０等の時刻同期対象物へ送信してもよい。

時刻同期信号取得部２０は、図５に示すように、アンテナ２２を備えている。アンテナ２２は、天頂方向に向けられた指向性アンテナである。アンテナ２２は、天頂付近の高仰角の測位衛星５０を選択的に捕捉する。時刻同期信号取得部２０は、例えば、ＧＰＳ信号を時刻同期信号として受信する。

＜時刻同期方法＞
次に、本実施の形態の時刻同期システム１００を用いた時刻同期方法の一例について、図３のフローチャートを参照しつつ説明する。

ステップＳ１０では、作業者は、位置情報取得部１１０を、例えば、図４に示す起振車７０、センサ６０等の時刻同期対象物の設置位置に配置する。時刻同期対象物が、例えばセンサ６０等の地盤に埋設される物である場合には、作業者は、センサ６０等の埋設予定場所の地上に、位置情報取得部１１０を配置する。そして、位置情報取得部１１０は、測位衛星５０から送信される測位信号を受信し、時刻同期対象物の設置位置情報（ｘｕ、ｙｕ、ｚｕ）を算出する。

ステップＳ２０〜Ｓ４０では、前述の実施の形態１と同様の処理が行なわれるので、説明を省略する。

＜本実施の形態による効果＞
本実施の形態によれば、実施の形態１による効果に加え、以下の効果を奏する。本実施の形態によれば、位置情報取得部１１０が測位信号を受信し、時刻同期対象物の設置位置情報を算出する。

この構成によれば、時刻同期対象物の設置位置情報を算出するための外部装置を設ける必要がなくなるので、構成を簡略化させた時刻同期システム１００が提供される。

また、本実施の形態によれば、位置情報取得部１１０は、ＧＰＳ信号を測位信号として受信し、時刻同期信号取得部２０は、ＧＰＳ信号を時刻同期信号として受信する。

この構成によれば、位置情報取得部１１０の信号受信部１１１、時刻同期信号取得部２０の信号受信部２１には、同様の構成を有する装置を用いることができるので、製造コストを低減させた時刻同期システム１００が提供される。また、世の中に広く普及するＧＰＳ信号を受信するだけで時刻同期システム１００が構成される。

また、本実施の形態によれば、位置情報取得部１１０は等方性アンテナ１１２を有している。この構成によれば、位置情報取得部１１０は、水平付近の低仰角から天頂付近の高仰角までの幅広い領域において測位衛星５０を捕捉するので、時刻同期対象物の設置位置情報の算出に必要な測位信号を受信することが可能な時刻同期システム１００が提供される。

また、本実施の形態によれば、時刻同期信号取得部２０は、天頂方向に向けられた指向性のアンテナ２２を有している。この構成によれば、アンテナ２２は、天頂付近の高仰角の測位衛星５０を選択的に捕捉するので、ＳＮ比に優れた時刻同期信号を受信することができる。これにより、時刻同期対象物の時刻をより正確に測位衛星５０と同期させることができる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。なお、以下では、前述の実施の形態１〜２と重複する箇所については、原則としてその説明を省略する。

＜装置構成＞
図６は、本発明の実施の形態３に係る時刻同期システムの構成の一例を示す図である。本実施の形態に係る時刻同期システム２００は、図６に示すように、等方性アンテナ２１２、信号処理部２３０等を備えている。

等方性アンテナ２１２は、水平付近の低仰角から天頂付近の高仰角までの広範囲に分布する測位衛星５０を捕捉する。信号処理部２３０は、等方性アンテナ２１２を介して、測位衛星５０から送信された測位信号を受信し、受信した測位信号に基づいて、例えば起振車７０、センサ６０等の時刻同期対象物の設置位置に関する設置位置情報（ｘｕ、ｙｕ、ｚｕ）を算出する。

また、信号処理部２３０は、時刻同期される時刻同期対象物の設置位置に配置された等方性アンテナ２１２を介して、測位信号を時刻同期信号として受信し、時刻同期信号が送信された時の測位衛星５０の位置に関する送信位置情報及び送信時刻情報を、時刻同期信号から取得する。

そして、信号処理部２３０は、時刻同期対象物の設置位置情報、時刻同期信号の送信位置情報及び送信時刻情報に基づいて、時刻同期対象物の同期時刻情報（ｔｕ）を算出し、同期時刻情報を時刻同期対象物に送信する。

このように、本実施の形態では、信号処理部２３０は、測位信号及び時刻同期信号の双方を受信するように構成されている。したがって、信号処理部２３０は、時刻同期対象物の設置位置情報を算出する測位モードと、時刻同期対象物の同期時刻情報を算出する時刻同期モードとを行う。それぞれのモードは、ソフトウェアで行われてもよいし、ハードウェアで行われてもよい。

＜時刻同期方法＞
次に、本実施の形態の時刻同期システム２００を用いた時刻同期方法の一例について、図３のフローチャートを参照しつつ説明する。

ステップＳ１０では、信号処理部２３０が測位モードに設定される。そして、作業者は、等方性アンテナ２１２を、例えば、図４に示す起振車７０、センサ６０等の時刻同期対象物の設置位置に配置する。時刻同期対象物が、例えばセンサ６０等の地盤に埋設される物である場合には、作業者は、センサ６０等の埋設予定場所の地上に、等方性アンテナ２１２を配置する。そして、信号処理部２３０は、等方性アンテナ２１２を介して測位信号を受信し、受信した測位信号から時刻同期対象物の設置位置情報（ｘｕ、ｙｕ、ｚｕ）を算出する。

ステップＳ２０では、信号処理部２３０が時刻同期モードに設定される。そして、信号受信部２３０は、等方性アンテナ２１２を介して時刻同期信号を受信し、受信した時刻同期信号から送信位置情報及び送信時刻情報を取得する。

ステップＳ３０〜Ｓ４０では、前述の実施の形態１と同様の処理が行なわれるので、説明を省略する。

＜本実施の形態による効果＞
本実施の形態によれば、実施の形態１〜２による効果に加え、以下の効果を奏する。本実施の形態によれば、信号受信部２３０が、測位信号及び時刻同期信号の双方を受信する。この構成によれば、測位信号及び時刻同期信号を受信する装置を別途設けなくてもよいので、構成が簡略化された時刻同期システム２００が提供される。また、これにより、装置が軽量化されるので、取り回しが容易な時刻同期システム２００が提供される。

また、本実施の形態によれば、測位モード及び時刻同期モードがソフトウェアで実現されるので、小型化、低コスト化された時刻同期システム２００が提供される。

（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。なお、以下では、前述の実施の形態１〜３と重複する箇所については、原則としてその説明を省略する。

＜装置構成＞
図７は、本発明の実施の形態４に係る時刻同期システムの構成の一例を示す図である。本実施の形態に係る時刻同期システム３００は、図７に示すように、等方性アンテナ２１２、指向性アンテナ３２２、アンテナ選択部３４０、信号処理部２３０等を備えている。

指向性アンテナ３２２は、天頂方向に向けられ、天頂付近の高仰角の測位衛星５０を選択的に捕捉する。

アンテナ選択部３４０は、信号処理部２３０と接続させるアンテナを選択する。言い換えれば、アンテナ選択部３４０は、信号処理部２３０と接続させるアンテナを等方性アンテナ２１２と指向性アンテナ３２２とで切り替える。

詳しくは、測位モードにおいて、アンテナ選択部３４０が、等方性アンテナ２１２を選択すると、等方性アンテナ２１２と信号処理部２３０とが接続される。このとき、信号処理部２３０は、等方性アンテナ２１２を介して測位信号を受信し、時刻同期対象物の設置位置情報（ｘｕ、ｙｕ、ｚｕ）を算出する。

これに対して、時刻同期モードにおいて、アンテナ選択部３４０が、指向性アンテナ３２２を選択すると、指向性アンテナ３２２と信号処理部２３０とが接続される。このとき、信号処理部２３０は、指向性アンテナ３２２を介して時刻同期信号を受信し、時刻同期対象物の同期時刻情報（ｔｕ）を算出する。

＜時刻同期方法＞
次に、本実施の形態の時刻同期システム３００を用いた時刻同期方法の一例について、図３のフローチャートを参照しつつ説明する。

ステップＳ１０では、信号処理部２３０が測位モードに設定され、アンテナ選択部３４０は、等方性アンテナ２１２を選択する。そして、信号処理部２３０は、等方性アンテナ２１２を介して測位信号を受信し、受信した測位信号から時刻同期対象物の設置位置情報を算出する。

ステップＳ２０では、信号処理部２３０が時刻同期モードに設定され、アンテナ選択部３４０は、指向性アンテナ３２２を選択する。そして、信号処理部２３０は、指向性アンテナ３２２を介して時刻同期信号を受信し、受信した時刻同期信号から送信位置情報及び送信時刻情報を取得する。

＜本実施の形態による効果＞
本実施の形態によれば、実施の形態１〜３による効果に加え、以下の効果を奏する。本実施の形態によれば、アンテナ選択部３４０は、測位モードと時刻同期モードとで、信号処理部２３０と接続させるアンテナを切り替える。

この構成によれば、それぞれのモードに適したアンテナが選択されるので、小型化・軽量化されつつ高性能な時刻同期システム３００が提供される。

（その他の実施の形態）
本発明の時刻同期システムは、資源探査における起振車７０、センサ６０間の時刻同期だけでなく、無線端末を有するさまざまなシステムに対して応用することが可能である。例えば、時刻同期システムは、建物内に設置され、時刻同期を行える程度の測位信号を受信できないような場所に設置される機器等にも適用される。

具体的には、時刻同期システムは、公共スペースや商業施設に設置される自動販売機、サイネージ端末、家庭における冷蔵庫、洗濯機、電子レンジ、テレビ、レコーダー等の電化製品、工場における生産設備等の無線端末を備えた各種機器に適用される。このように、本発明の時刻同期システムが適用される無線端末は、一度設置したらその設置位置が変動しないことが好ましい。

本実施の形態によれば、時刻同期を行える程度に測位信号を受信できない状況であっても、時刻同期が可能な時刻同期システム１が提供される。

以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。なお、図面に記載した各部材や相対的なサイズは、本発明を分かりやすく説明するため簡素化・理想化しており、実装上はより複雑な形状となる場合がある。

１…時刻同期システム、１０…位置情報取得部、２０…時刻同期信号取得部、３０…信号処理部、５０…測位衛星、６０…センサ、７０…起振車、９０…設置位置情報算出部、１００…時刻同期システム、１１０…位置情報取得部、２００…時刻同期システム、２１２…等方性アンテナ、２３０…信号処理部、３００…時刻同期システム、３２２…指向性アンテナ、３４０…アンテナ選択部

Claims (10)

1. 時刻同期される時刻同期対象物の設置位置に関する設置位置情報を取得する位置情報取得部と、
   測位衛星から送信された測位信号を時刻同期信号として受信し、前記時刻同期信号が送信された時の前記測位衛星の位置に関する送信位置情報及び送信時刻情報を、前記時刻同期信号から取得する時刻同期信号取得部と、
   前記時刻同期対象物の前記設置位置情報、前記時刻同期信号の前記送信位置情報及び前記送信時刻情報に基づいて、前記時刻同期対象物の同期時刻情報を算出し、前記同期時刻情報を前記時刻同期対象物に送信する信号処理部と、
   を備えている、
   時刻同期システム。
2. 請求項１に記載の時刻同期システムにおいて、
   前記測位衛星から受信した前記測位信号に基づいて前記時刻同期対象物の前記設置位置情報を算出する設置位置情報算出部を備え、
   前記位置情報取得部は、前記設置位置情報算出部から前記設置位置情報を取得する、
   時刻同期システム。
3. 請求項２に記載の時刻同期システムにおいて、
   前記位置情報取得部は、近距離無線により前記設置位置情報算出部から前記設置位置情報を取得する、
   時刻同期システム。
4. 請求項１に記載の時刻同期システムにおいて、
   前記時刻同期信号取得部は、天頂方向に向けられた指向性アンテナを備えている、
   時刻同期システム。
5. 時刻同期される時刻同期対象物の設置位置において、測位衛星から送信された測位信号を受信し、前記測位信号に基づいて前記時刻同期対象物の前記設置位置に関する設置位置情報を算出する位置情報取得部と、
   前記測位信号を時刻同期信号として受信し、前記時刻同期信号が送信された時の前記測位衛星の位置に関する送信位置情報及び送信時刻情報を、前記時刻同期信号から取得する時刻同期信号取得部と、
   前記時刻同期対象物の前記設置位置情報、前記時刻同期信号の前記送信位置情報及び前記送信時刻情報に基づいて、前記時刻同期対象物の同期時刻情報を算出し、前記同期時刻情報を前記時刻同期対象物に送信する信号処理部と、
   を備えている、
   時刻同期システム。
6. 請求項５に記載の時刻同期システムであって、
   前記位置情報取得部は、ＧＰＳ信号を前記測位信号として受信し、
   前記時刻同期信号取得部は、前記ＧＰＳ信号を前記時刻同期信号として受信する、
   時刻同期システム。
7. 請求項５に記載の時刻同期システムであって、
   前記位置情報取得部は、等方性アンテナを有している、
   時刻同期システム。
8. 請求項５に記載の時刻同期システムであって、
   前記時刻同期信号取得部は、天頂方向に向けられた指向性アンテナを有している、
   時刻同期システム。
9. 等方性アンテナと、
   信号処理部と、
   を備え、
   前記信号処理部は、時刻同期される時刻同期対象物の設置位置に配置された前記等方性アンテナを介して、測位衛星から送信された測位信号を受信し、前記測位信号に基づいて前記時刻同期対象物の前記設置位置に関する設置位置情報を算出し、前記等方性アンテナを介して、前記測位信号を時刻同期信号として受信し、前記時刻同期信号が送信された時の前記測位衛星の位置に関する送信位置情報及び送信時刻情報を、前記時刻同期信号から取得し、前記時刻同期対象物の前記設置位置情報、前記時刻同期信号の前記送信位置情報及び前記送信時刻情報に基づいて前記時刻同期対象物の同期時刻情報を算出し、前記同期時刻情報を前記時刻同期対象物に送信する、
   時刻同期システム。
10. 請求項９に記載の時刻同期システムであって、
    天頂方向に向けられた指向性アンテナと、
    前記信号処理部と接続させるアンテナを選択するアンテナ選択部と、
    を備え、
    前記アンテナ選択部により前記等方性アンテナが選択されると、前記信号処理部は、前記測位信号を受信し、
    前記アンテナ選択部により前記指向性アンテナが選択されると、前記信号処理部は、前記測位信号を前記時刻同期信号として受信する、
    時刻同期システム。