JP3037228B2 - 刻時補正システム - Google Patents

刻時補正システム

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JP3037228B2
JP3037228B2 JP9283966A JP28396697A JP3037228B2 JP 3037228 B2 JP3037228 B2 JP 3037228B2 JP 9283966 A JP9283966 A JP 9283966A JP 28396697 A JP28396697 A JP 28396697A JP 3037228 B2 JP3037228 B2 JP 3037228B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、海底地震
計の刻時補正に用いられる刻時補正システムに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、海底地震計においては、観測地点
における自身波形の観測時刻を正確に特定すべく、高精
度の水晶発振器を用いて、観測開始の直前に時計の時刻
を補正している(「高精度ディジタル海底地震計 MO
OBー24の開発」、海洋音響学会誌、24巻第1号、
pp39ー47、1997参照)。また、陸上の地震観
測システムにおいては、複数の観測局における時刻精度
の向上を図るべく、例えば、特公昭60−21500号
公報に示すように、各観測局(子局)の発振器を伝送ケ
ーブルを介して親局の発振器に同期させている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の海底
地震計においては、水晶発振器の精度がせいぜい5×1
-7程度であることから、観測期間が長くなるに従って
海底地震計における時計の時刻と絶対時刻との誤差が累
積してしまうとともに、該誤差を把握することができな
いという問題があった。そこで、上記水晶発振器に代え
て超高精度の原子時計を用いることも考えられるが、こ
の方法は、コストが非常に高くなるとともに消費電力が
大きくなるため実用的ではない。また、伝送ケーブルを
用いた地震観測システムにおいては、大量の伝送ケーブ
ルが必要となる。特に、このシステムを海底地震計に応
用した場合には、高価な海底ケーブルを海底地震計と陸
上局との間に敷設しなければならないため、システム構
築に莫大な費用と期間を要するという問題があった。本
発明はこのような背景の下になされたもので、コストお
よび消費電力を下げることができ、しかも簡単にシステ
ム構築を行うことができる刻時補正システムを提供する
ことを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、海底局と海上局との間で、超音波を伝送媒体として
通信を行う通信手段と、前記海底局に設けられ、刻時を
行う第1の刻時手段と、前記海上局に設けられ、絶対時
刻の刻時を行う第2の刻時手段と、前記海上局に設けら
れ、前記通信手段により伝送された前記第1の刻時手段
の刻時結果と前記絶対時刻との誤差を求め、該誤差の情
報を前記通信手段を経由して前記第1の刻時手段へ出力
する演算手段とを具備し、前記第1の刻時手段は、自身
の刻時結果に対して前記誤差分を補正することを特徴と
する。また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の刻時補正システムにおいて、前記海底局に設けられ、
クロック信号を発生する発振手段とを具備し、前記第1
の刻時手段は、前記クロック信号に基づいて刻時を行う
ことを特徴とする。また、請求項3に記載の発明は、請
求項1または2に記載の刻時補正システムにおいて、前
記第2の刻時手段は、グローバルポジショニングシステ
ムを用いて前記絶対時刻の刻時を行うことを特徴とす
る。
【0005】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。図1は本発明の一実施形態に
よる刻時補正システムの構成を示すブロック図である。
この図において、10は、海底に設置された海底局であ
り、この海底局10には、図示しない地震計が設けられ
ている。海底局10において、11は、クロック信号を
発生する発振器である。この発振器11としては、低消
費電力であってかつ周波数精度が高いもの、例えば、T
CXO(temperature compensated crystal oscilato
r:温度補償型水晶発振器)、DTCXOが用いられ
る。12は、上記クロック信号に基づいて刻時を行う時
計回路であり、刻時結果たる時刻情報を出力する。この
時刻情報は、地震計において用いられる。
【0006】13は、装置各部を制御するCPU(中央
処理装置)であり、地震計等より入力される各種データ
を送信信号として出力する他、時計回路12における時
刻と絶対時刻との間の誤差を補正する機能を有してい
る。このCPU13の動作の詳細については後述する。
14は、変復調機能を有するモデムであり、CPU13
より入力される送信信号に変調をかける一方、送受波器
15より入力される受信信号を復調する。
【0007】15は、送受波器であり、モデム14より
入力される変調がかけられた送信信号を超音波たる音響
信号Sに変換してこれを出力する一方、後述する海上局
20より出力された音響信号Sを受信信号に変換する。
16は、CPU13とモデム14との間の通信ラインを
モニタする通信時刻計測回路であり、CPU13からモ
デム14へ送信信号が出力された時刻、およびモデム1
4からCPU13へ受信信号が出力された時刻を時計回
路12の時刻情報から得て、各時刻情報をCPU13へ
出力する。
【0008】海上局20は、海上の船舶や係留ブイに設
置されており、この海上局20と海底局10との間にお
いては、音響信号Sを介して双方向通信が行われる。こ
の海上局20において、21は、図示しないGPS(グ
ローバルポジショニングシステム)衛星からの時刻情報
から絶対時刻に同期した基準時刻情報を発生する。22
は、装置各部を制御するCPUであり、上記基準時刻情
報を送信信号として出力する。このCPU22の動作の
詳細については後述する。
【0009】23は、変復調機能を有するモデムであ
り、CPU22より入力される送信信号に変調をかける
一方、送受波器24より入力される受信信号を復調す
る。送受波器24は、モデム23より入力される変調が
かけられた送信信号を音響信号Sに変換するとともに、
海底局10からの音響信号Sを受信信号に変換する。2
5は、CPU22とモデム23との間の通信ラインをモ
ニタする通信時刻計測回路であり、CPU22からモデ
ム23へ送信信号が出力された時刻、およびモデム23
からCPU22へ受信信号が出力された時刻を基準時刻
発生器21の基準時刻情報から得て、各基準時刻情報を
CPU22へ出力する。
【0010】次に、上述した一実施形態による刻時補正
システムの動作について図1および図2を参照しつつ説
明する。図2は、一実施形態による刻時補正システムの
動作を説明する図であり、この図において、海上局20
側の時間軸は、基準時刻発生器21の時間軸であり、海
底局10側の時間軸は、時計回路12の時間軸である。
【0011】今、図2に示す時刻T0において、CPU
22より送信信号がモデム23へ出力されたとすると、
該送信信号は、モデム23により変調がかけられ、さら
に、送受波器24により音響信号Sに変換される。これ
により、音響信号Sは、海底局10へ向けて水中を伝搬
する(図2:A参照)。また、CPU22からモデム2
3へ送信信号が出力された時、通信時刻計測回路25
は、基準時刻発生器21の基準時刻情報(時刻T0)を
CPU22へ出力する。これにより、CPU22は、時
刻T0(図2参照)に送受波器24から音響信号Sが海
底局10へ向けて送信されたことを認識する。
【0012】そして、水中を海底局10へ向けて伝搬し
ている音響信号Sは、図2に示す時刻T0から伝搬時間
τ経過した時刻T1’において送受波器15に受信され
る。これにより、音響信号Sは、送受波器15により受
信信号に変換され、さらにモデム14により復調された
後、CPU13へ入力される。また、モデム14からC
PU13へ受信信号が出力された時、通信時刻計測回路
16は、時計回路12からの時刻情報(時刻T1’)を
CPU13へ出力する。これにより、CPU13は、時
刻T1’に送受波器15が海上局20からの音響信号S
を受信したことを認識する。
【0013】そして、時刻T2’において、CPU13
は、時刻T1’および時刻T2’の各時刻情報を応答信
号としてモデム14へ出力する。これにより、上記応答
信号は、モデム14、送受波器15を経由して音響信号
Sとして海上局20へ送信される(図2:B参照)。そ
して、上記音響信号Sは、時刻T3(図2)参照におい
て送受波器24により受信された後、モデム23を経由
して応答信号としてCPU22に入力される。
【0014】これにより、CPU22は、上記応答信号
から海底局10側における時刻T1’および時刻T2’
を得た後、応答信号がモデム23から出力された時刻T
3、すなわち、音響信号S(応答信号)が送受波器24
に受信された時刻T3を通信時刻計測回路25からの基
準時刻情報から得る。次に、CPU22は、次の(1)
式に時刻T3、T0、T2’およびT1’を各々代入し
て海上局20から海底局10までの音響信号Sの伝搬時
間τ(片道分)を求める。 τ={(T3−T0)−(T2’−T1’)}/2 ・・・・・・(1)
【0015】次に、CPU22は、次の(2)式に時刻
T0および伝搬時間τを各々代入して、海上局20の基
準時刻における信号受信基準時刻T1を求める。 T1=T0+τ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(2) この信号受信基準時刻T1は、海上局20の送受波器2
4から送信された音響信号Sが海底局10の送受波器1
5に受信された、絶対時刻に相当する。
【0016】次に、CPU22は、次の(3)式に信号
受信時刻T1および時刻T1’を各々代入して、海底局
10の時計回路12における誤差ΔTを求める。 ΔT=T1−T1’ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(3) この誤差ΔTは、時計回路12の刻時結果と基準時刻発
生器21の刻時結果(絶対時刻)との差である。
【0017】そして、図2に示す時刻T4になると、C
PU22は、(3)式から得られた誤差ΔTに対応する
誤差情報をモデム23へ出力する。これにより、上記誤
差情報は、モデム23および送受波器24を経由して音
響信号Sとして海底局10へ向けて送信される(図2:
C参照)。
【0018】そして、図2に示す時刻T5において、上
記音響信号Sは、送受波器15に受信された後、モデム
14により復調されCPU13へ受信信号として入力さ
れる。これにより、CPU13は、上記受信信号から誤
差ΔTに関する誤差情報を得た後、これを時計回路12
へ出力する。そして、時計回路12は、上記誤差ΔTに
基づいて、刻時結果に補正をかける。これにより、時計
回路12の刻時結果は、絶対時刻と同一となる。
【0019】ここで、一般的に地震観測においては、観
測時刻の誤差が10ms以下であることが要求されてい
る。このことから、上述した一実施形態による刻時補正
システムにおいて発振器11としてTCXOを用いた場
合には、その刻時精度が5×10-5程度であるので、刻
時補正を5時間毎に1回行うことで、要求される刻時精
度を得ることができる。
【0020】以上説明したように、本発明の一実施形態
による刻時補正システムによれば、時計回路12の誤差
に対して絶対時刻に基づいて補正をかけているので、原
子時計を用いた場合に比して消費電力を低減することが
できる。従って、一実施形態による刻時補正システムに
よれば、電源容量に制限がある海底局10における海底
地震計による長期観測にも適用することができる。
【0021】また、一実施形態による刻時補正システム
によれば、音響信号Sを介して海底局10と海上局20
との間で通信を行っているので、海底ケーブルを必要と
しない。従って、一実施形態による刻時補正システムに
よれば、海底ケーブルの敷設コスト、期間を節約するこ
とができ、このことから陸上から遠く離れた海域におけ
る地震観測を低コストで行うことができる。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
超音波を伝送媒体として海底局と海上局との間で通信を
行っているので、海底ケーブルを必要としない。従っ
て、本発明によれば、海底ケーブルの敷設コスト、期間
を節約することができ、このことから陸上から遠く離れ
た海域における刻時補正を容易に行うことができる。ま
た、本発明によれば、第1の刻時手段の刻時結果に対し
て絶対時刻に基づいて補正をかけているので、原子時計
を用いた場合に比して消費電力を低減することができ
る。従って、本発明によれば、電源容量に制限がある海
底局における、例えば、海底地震計による長期観測にも
適用することができる。また、請求項2に記載の発明に
よれば、比較的安価な発振手段を用いているので、原子
時計を用いた場合に比してコストを安くすることができ
る。また、請求項3に記載の発明によれば、グローバル
ポジショニングシステムを用いて絶対時刻の刻時を行っ
ているので、低コストであってしかも高精度で刻時補正
を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態による刻時補正システム
の構成を示すブロック図である。
【図2】 同一実施形態による刻時補正システムの動作
を説明する図である。
【符号の説明】
10 海底局 11 発振器 12 時計回路 13 CPU 15 送受波器 14 モデム 16 通信時刻計測回路 20 海上局 21 基準時刻発生器 22 CPU 23 モデム 24 送受波器 25 通信時刻計測回路
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−194193(JP,A) 特開 昭62−245185(JP,A) 特開 平9−113647(JP,A) 特開 昭61−194940(JP,A) 特開 平7−159556(JP,A) 特開 昭63−33995(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G04G 5/00 G04G 7/02

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 海底局と海上局との間で、超音波を伝送
    媒体として通信を行う通信手段と、 前記海底局に設けられ、刻時を行う第1の刻時手段と、 前記海上局に設けられ、絶対時刻の刻時を行う第2の刻
    時手段と、 前記海上局に設けられ、前記通信手段により伝送された
    前記第1の刻時手段の刻時結果と前記絶対時刻との誤差
    を求め、該誤差の情報を前記通信手段を経由して前記第
    1の刻時手段へ出力する演算手段とを具備し、 前記第1の刻時手段は、自身の刻時結果に対して前記誤
    差分を補正することを特徴とする刻時補正システム。
  2. 【請求項2】 前記海底局に設けられ、クロック信号を
    発生する発振手段とを具備し、 前記第1の刻時手段は、前記クロック信号に基づいて刻
    時を行うことを特徴とする請求項1に記載の刻時補正シ
    ステム。
  3. 【請求項3】 前記第2の刻時手段は、グローバルポジ
    ショニングシステムを用いて前記絶対時刻の刻時を行う
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の刻時補正シ
    ステム。
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