JP3085511B2 - 基準周波数発生装置 - Google Patents

基準周波数発生装置

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    • H—ELECTRICITY
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    • H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION, OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION, OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L1/00—Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply
    • H03L1/02—Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply against variations of temperature only
    • H03L1/022—Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply against variations of temperature only by indirect stabilisation, i.e. by generating an electrical correction signal which is a function of the temperature

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、原子周波数標準器を
内蔵する人工衛星が発射する電波あるいはこれに類する
超高精度の時刻信号を受信して、いつでも、どこでも、
低コストで、容易に、かつ全世界で統一された高精度な
基準周波数を供給することができる基準周波数発生装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の高度情報化社会の進歩に伴い、情
報通信網における一元化された基準周波数（クロック）
の要求精度が高くなってきている。特にデジタル有線通
信網、移動体通信網やテレビ放送網等の情報通信網全般
や地球規模の環境観測網にその要求が高い。この要求に
対して、従来の情報通信網では次のような対応をしてい
た。
【０００３】先ず第一に、原子周波数標準器をマスタに
し、高安定な水晶発振器をそれに従属させて基準周波数
の発生及び分配を行ってきた。しかしながら情報量が多
くなるにつれこの方法では周波数精度が不充分となり、
原子周波数標準器、特にルビジュウム原子周波数標準器
を従属発振器として使用して周波数精度の向上を図って
きた。
【０００４】また、国内通信網では周波数精度の高い上
位局の周波数情報を下位局に伝達する方法が採られてい
る。その手段として、基準周波数分配専用回線を敷設し
て上位局の周波数情報を下位局に分配し、下位局は分配
されてきた信号そのものに従属同期するという方法であ
る。その他の方法として、上位の基準周波数信号を波形
変換した後、データ回線を利用してその周波数情報を下
位へ分配し、下位局は分配されてきた信号から基準周波
数成分のみを抽出した後、それに従属同期するという方
法である。
【０００５】テレビ放送網では、放送局毎に設置された
高安定発振器を源振にして搬送波を生成する。この高安
定発振器は通常恒温槽入り高安定水晶発振器が用いられ
る。但しカラー放送用副搬送波に関してはキー局にネッ
ト局が従属しており、従属局ではその副搬送波を使用す
るために、キー局での周波数精度を充分な高精度に維持
しなければなららい。そこでキー局にルビジュウム原子
周波数標準器を設置し、ロランＣ航法電波や各国標準機
関がオンエア・サービスしている標準電波を利用して周
波数精度を校正して高精度を維持している。
【０００６】また、テレビ放送のローカル局に於ける搬
送波は、同一チャネル混信妨害の軽減とチャネル即ち周
波数の有効利用のために、同一チャネルを使用する放送
局の送信周波数を僅かに互いに離すオフセット・キャリ
ア方式が採られている。このオフセットは、現在のとこ
ろキー局ほど精密な周波数を必要とせず、従って源振の
校正も頻繁には行われていない。しかしながら、近年の
チャネル割当が逼迫したことから、将来はローカル局で
も精密周波数が必要な同期放送方式が採られていくもの
と考えられる。同期放送方式とは、混信妨害が予想され
る放送局相互の搬送波周波数を正確に一致つまり精密に
同期させて、同一チャネル混信妨害を軽減させる方式で
ある。この方式が採られれば、カラー放送用副搬送波と
同様に搬送波も各局間で精密に周波数同期させなければ
ならなくなる。また、この同期放送方式はテレビ放送よ
りも周波数が逼迫した状態にあるラジオ、特にＦＭ放送
でも検討がされている。この各放送局における精密周波
数発生の要求に対しては、現在のところ具体的な対応策
は未だ決まっていない。
【０００７】次に国際間通信では、各国の基準周波数を
国際度量衡局（ＢＩＰＭ）が定める協定世界時ＵＴＣ(U
niversal Co-ordinat Time) に対して短期的には１
０-9、長期的には１０-11 以上の精度を保つように、国
際電気通信連合電気通信標準化セクタ（ＩＴＵ／ＴＳ）
から勧告されている。この勧告に対して、各国は基準発
振器にはセシュウム原子周波数標準器を設置して、また
周波数精度校正のためのＵＴＣトランスファの手段とし
てはロランＣ航法電波や各国標準機関がオンエア・サー
ビスしている標準電波を利用している。また最近ではＧ
ＰＳ（Global Positioning System ）電波を利用してい
る場合もある。これらの電波は常にＵＴＣに対して精密
に同期しており、オフセットがある場合にはその値が公
表される。
【０００８】自然・環境観測網では地球規模での観測体
制を採る必要があり、時間や周波数に関しては、それぞ
れ観測局の発振器の周波数を精密に同期させる必要があ
る。その要求を満足するために、従来は標準電波等を利
用して常時ＵＴＣに対しての周波数偏差をモニタしてい
た。
【０００９】近年米国国防総省は、衛星を利用した高精
度測位システムであるＧＰＳを完成させた。このＧＰＳ
衛星は衛星内のタイミング発生のためにセシュウム原子
発振器を搭載しており、この周波数は国防総省によって
管理・校正されている。そしてＧＰＳ衛星は衛星の位置
情報と正確な衛星内時刻いわゆるＧＳＰ時刻を送信して
いる。ＧＰＳ時刻の秒位相に関しては、ＵＴＣに対して
１マイクロ秒（１０-6秒）以内に精密に同期しており、
１秒以上の時刻に関してはオフセットが既知であるた
め、ＧＰＳ時刻からＵＴＣに変換するのは非常に容易で
ある。しかも１９９３年にこのＧＰＳ衛星のＣ／Ａコー
ドの民間開放を、米国国防総省は米国運輸省と共同で宣
言したので、民間人は自由にどこででも使用できるよう
になっている。そして米国は、今後１０年以内に更に測
位精度の向上を図っていくことを計画している。このＧ
ＰＳ衛星は現在２６個の周回衛星が有り、地球上のあら
ゆる場所で常時３から４個のＧＰＳ衛星を捕捉すること
ができる。
【００１０】このＧＰＳ時刻信号を利用した基準周波数
発生装置が米国で開発されている。その基準周波数発生
装置はルビジュウム原子発振器の発振周波数をＧＰＳ衛
星のＧＰＳ時刻に同期させるものであり、最初に述べた
ルビジュウム原子周波数標準器を従属発振器として使用
しているものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従来技術の原子周波数
標準器を用いる方式は、高精度の基準周波数発生装置で
あるが、コスト高を招くという欠点がある。本体の高価
格はもとより、その精度を維持することに欠くことがで
きないランプ交換やガスセル交換等の定期的な特殊メン
テナンスも必要となる。国内通信網では、データ回線の
他に基準周波数分配専用回線の敷設が必要になる。また
データ回線のみを使用する場合は分配元では基準周波数
の波形変換を、分配先ではデータからの基準周波数成分
の抽出という手段が必要であり周波数精度の劣化を生じ
る。そしてこの国内通信網では、従属階層が幾重にもな
り回線長も長くなることからジッタやワンダによる同期
劣化も避けられなくなる。
【００１２】テレビ放送網及び国際間通信では、標準電
波等を利用して常時ＵＴＣに対しての周波数偏差をモニ
タするシステムが必要になり、更に運用者が定期的に校
正しなければならない欠点がある。またテレビやラジオ
放送網で同期放送を実現するためには、各ローカル局で
も標準電波等を利用して搬送周波数の精度をモニタある
いは定期校正が必要になる。自然・環境観測網でも運用
者が定期的に周波数を校正しなければならない。
【００１３】以上、従来の技術を述べてきたように、多
数の場所で精密に同期した周波数を得る場合には、従
属同期方式に於いては階層従属による同期劣化がある。
ＵＴＣに対する周波数偏差の常時モニタが必要であ
る。ＵＴＣに対する周波数偏差の常時校正の必要があ
る。あるいは高価で特殊メンテナンスが必要な原子周
波数標準器の必要である。等々の欠点を有していた。そ
こで、これらの欠点が無い基準周波数発生装置の出現が
望まれていた。この発明は、上記の欠点を解決せんとす
るものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に、この発明は常時校正されている原子発振器を搭載し
た衛星、例えばＧＰＳ衛星から発射される電波を受信し
て地上で精度良く衛星時刻信号を復調し、その衛星時刻
信号と自己が発生する基準周波数による時刻信号との位
相差データ値を比較的長期間取得してその平均を取り、
その平均データ値でもって発振周波数を制御して、ＵＴ
Ｃに限りなく同期した基準周波数を発生する基準周波数
発生装置である。この装置はＧＰＳ衛星の他、旧ソビエ
トが運用しているＧＲＯＮＡＳＳやその他の測位システ
ムに対しても当然利用でき、更に将来打ち上げられる人
工衛星でも、正確な衛星時刻を有するものであれば利用
可能である。また、正確な衛星時刻に準ずる通信網によ
る正確な時刻を再生するように用いてもよい。
【００１５】その構成は受信器で受信した正確な時刻信
号、例えばＧＰＳ衛星からの１ｐｐｓ（１パルス／秒）
の１秒信号と本装置の電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）
が発生する基準周波数による１ｐｐｓ信号とを位相比較
する時間間隔測定部と、その測定結果を用いて上記電圧
制御水晶発振器の発振周波数を制御するための演算を行
う周波数制御用演算手段と、その演算結果をアナログ電
圧に変換するＤ／Ａ変換器と、そのＤ／Ａ変換器の出力
電圧で電圧制御される電圧制御水晶発振器と、その電圧
制御水晶発振器で発振する基準周波数を出力し、またそ
の基準周波数から前記時間間隔測定器に用いる１ｐｐｓ
に変換する分周器とから成る。通信分野で用いる基準周
波数発生装置では、電圧制御水晶発振器の後段に周波数
変換器を挿入する。以下実施例について説明する。
【００１６】
【実施例】図１に本発明の一実施例の全体構成図を示
す。電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）１０は恒温槽入り
電圧制御水晶発振器を用いた。また恒温槽の外部温度を
温度センサで常に監視してその温度変化の補正を行なっ
て、エージング・レートが５×１０-10 ／日で、周波数
可変範囲Δｆ／ｆが２×１０-7の電圧制御水晶発振器を
用いた。温度変化による発振周波数の変動をゼロにす
る。
【００１７】衛星電波受信器１１は衛星電波を受信して
復調し、１ｐｐｓの衛星時刻信号を出力する。現在のＧ
ＰＳ電波は、搬送波に１ｐｐｓ信号が変調されて送信さ
れているからである。従って３〜４個のＧＰＳ衛星の電
波を受信して復調すると、その地点でのＵＴＣに準ずる
時刻信号も得られる。将来この衛星電波が０．５ｐｐｓ
の時刻信号あるいは０．１ｐｐｓの時刻信号に代わる場
合にはそれに合わせて本装置を設計するとよい。この衛
星電波受信器は、自己の位置を表示する自動車ナビゲー
ショウ用の衛星電波受信器を利用してもよい。
【００１８】時間間隔測定部１２は衛星電波受信器１１
からの衛星時刻１ｐｐｓと電圧制御水晶発振器１０の１
ｐｐｓとの位相差を比較するために両者の時間間隔を測
定する。つまり両者の１ｐｐｓの位相を比較する。図２
に時間間隔測定部１２の一実施例を示す。例えば入力端
子Ａ３１から衛星時刻１ｐｐｓが、入力端子Ｂ３２から
電圧制御水晶発振器１０の１ｐｐｓが入力されていると
する。それぞれの信号は微分回路Ａ３４及び微分回路Ｂ
３５で１ｐｐｓ信号の立ち上がりにそれぞれパルス化さ
れる。微分回路Ａ３４からの信号をＤタイプ・フリップ
フロップ（Ｄ−ＦＦ）のＣＫ端子に入力してＱ端子の出
力を立ち上げ、微分回路Ｂ３５からの信号をＲＥＳＥＴ
端子に入力するとＱ端子の出力は立ち下がる。このパル
ス幅ＴX が両信号の位相差つまり時間間隔となる。この
発明の構成は、この時間間隔が平均して一定になるよう
にし、しかも常時安定化するように電圧制御水晶発振器
１０の発振周波数を制御することにある。
【００１９】上記のパルス幅ＴX をカウンタ３８と端数
時間測定回路Ａ４０と端数時間測定回路Ｂ４１とでＣＬ
Ｋ端子３３からのクロック信号で正確に測定する。クロ
ック信号は図１では電圧制御水晶発振器１０の出力周波
数を周波数変換器１６で変換して生成したが、これに限
るものでは無い。高精度のクロック信号であれば独立の
クロック発振器からでも、あるいはコンピュータ（ＣＰ
Ｕ）のクロック信号でもよい。
【００２０】カウンタ３８は、パルス幅ＴX 内のクロッ
ク信号数Ｎを計数する。入力端子Ａ３１及び入力端子Ｂ
３２からの１ｐｐｓ信号とクロック信号とは同期が取れ
ていないので、パルス幅ＴX の立ち上がり及び立ち下が
りのタイミングとクロック信号とにずれが生じる。この
ずれを端数時間測定回路Ａ４０で立ち上がりのずれｔ１
を、端数時間測定回路Ｂ４１で立ち下がりのずれｔ２を
測定し、インタポレーションする。端数時間測定回路の
回路構成は種々有るが、この区間の時間を拡大すると容
易に測定できるので、例えば、２重積分方式や２積分器
方式等が用いられ、公知の技術である。これらの測定結
果により、２入力信号の時間差つまりパルス幅ＴX の時
間は、ＴX ＝Ｎ×ｔ０＋ｔ１−ｔ２ となる。ここで、
Ｎはクロック信号計数値、ｔ０はクロック信号周期、ｔ
１は前縁端数時間、ｔ２は後縁端数時間である。この演
算を演算器４３で行い、次段の周波数制御用演算手段１
３に送付する。
【００２１】図３に図２の回路のタイミングチャートを
示す。図３（ａ）は入力端子Ａ３１に入力する信号Ａで
あり図３（ｂ）は入力端子Ｂ３２に入力する信号Ｂであ
る。図３（ｃ）は周期ｔ０のクロック信号である。図３
（ｄ）は端数時間測定回路Ａ４０で測定する前縁端数時
間ｔ１であり図３（ａ）の信号Ａの立ち上がり時刻から
図３（ｃ）のクロック信号１の時刻までの間隔時間を測
定するものであるが、この区間のみでは時間があまりに
も微少であるために、測定し易いようにｔ１及びｔ２共
に１クロックの時間ｔ０を加えている。ｔ１、ｔ２とも
に同じ数クロック加えてもよい。演算時に相殺するから
である。
【００２２】図３（ｅ）は端数時間測定回路Ｂ４１で測
定する後縁端数時間ｔ２であり図３（ｂ）信号Ｂの立ち
上がり時刻から図３（ｃ）のクロック信号Ｎ＋１の時刻
までの時間を測定するものであるが、前述のようにｔ１
と共に１クロックの時間ｔ０を加えている。測定するパ
ルス幅ＴX は図３（ｆ）であり、このパルス幅ＴX 内の
クロック数は図３（ｇ）に示すようにＮとなり、カウン
タ３８で計数する。よって、測定パルス幅ＴX は、前述
のように、ＴX ＝Ｎ×ｔ０＋ｔ１−ｔ２ となる。この
時間間隔測定をカウンタ３８と端数時間測定回路Ａ４０
とＢ４１とで分解能１００ｐｓ（１００×１０-12 秒）
で計測する。つまり、０から１×１０+10までの範囲で
時間間隔を数値化する。
【００２３】図１に示すように、周波数制御用演算手段
１３は主にコンピュータ（ＣＰＵ）３０で構成される。
バッファメモリＡ２１は、時間間隔測定部１２からの測
定データを記憶格納する。このバッファメモリＡ２１は
最大データ格納数を２５６以上のリング状のリサイクル
・メモリの形態を採った。推定演算部２２では、バッフ
ァメモリＡ２１の測定データをその都度取り出して移動
平均値を求めて推定演算を行う。また必要に応じて過去
の測定結果を読み出し推定演算を行う。ここで推定演算
とは、過去の周波数変位のデータから次回の制御電圧を
推定予測するための演算である。それにここでは衛星時
刻信号が１秒信号であるために、この１秒間隔を１０等
分や１０００等分して細かくし、制御信号を１ｍｓや１
００ｍｓ毎に送出するために、この間の制御も推定して
演算する。推定法としては、移動平均法、平均最小２乗
法あるいはスプライン補間法などの統計的な予測方法を
用いる。
【００２４】推定演算は、時間間隔測定データを例えば
移動平均し、現在の移動平均値と前回の移動平均値との
差を時間間隔測定データの変化量ＤＦP とし、このＤＦ
P をなるべく速やかに小さくするように比例定数と積分
定数を決めていく。そこで、ＤＦP が一定値より大のと
きは、平均データ数を少なくして移動平均値を求めルー
プ応答時間を早くし、また比例定数を大きくし積分定数
を小さくして周波数引き込み動作を短時間で行うように
する。周波数引き込み動作をある程度行うと、ＤＦP が
小さくなってくるので、制御モードに従って演算法を切
り替え、徐々に平均データ数を増やし比例定数を減らし
積分定数を増やしていく。以下に制御の一例について説
明する。
【００２５】制御モードを７段階とした場合の一例を表
１に示す。時間間隔測定データの変化量ＤＦP が８００
より大きい場合をモード１とする。このとき移動平均す
るデータ数Ｎを４データとし、比例定数Ｐを８に、積分
定数Ｉを２-22 とする。ＤＦP が８００より小さくなる
と制御モードを上位モードのモード２、モード３と切り
換える。つまり表１のＤＦP の値により制御モードを設
定する。ここで上位モードへの切り換えはＤＦP の条件
が１回満たされたら行われ、下位モードへの切り換えは
ＤＦP の条件が２回満たされたら行われるものとする。
表１に記載のように、上位モードになるに従い移動平均
するデータ数Ｎを多くし、比例定数Ｐを少なくし、積分
定数Ｉを大きくしていく。
【００２６】
【表１】
【００２７】ＤＦP は前述のように今回の移動平均値と
前回の移動平均値との差値である。このＤＦP の値は時
刻信号が１ｐｐｓであるので１秒毎でないと演算されな
い。そしてこのＤＦP のみで制御すると、このＤＦP に
比例定数を掛けたものと積分定数を掛けたものとの和で
制御データとするので、１秒毎にステップ状の大きく変
化した制御電圧を電圧制御水晶発振器１０に与えること
になる。
【００２８】推定演算は、これを細かく分けて、制御す
る制御データを生成する。つまり、１秒間に１０回ある
いは１０００回の制御データを算出して制御データを生
成し電圧制御水晶発振器１０を徐々に制御していく。一
例として、１／１０秒間隔つまり１００ｍｓ間隔の制御
データを算出する。直近過去の１秒間におけるＤＦP を
用いて、次のＤＦP+0.1 からＤＦP+0.9 を直線近似で推
定すると、ＤＦP+0.1 ＝ＤＦP ／１０ となり、直線近
似なのでＤＦP+0.1 からＤＦP+0.9 は同じ値となる。例
えば、ＤＦP ＝１０００ とすると、ＤＦP+0.n ＝１０
０ となる。
【００２９】比例演算部２３では、このＤＦP+0.n に表
１の比例定数Ｐを掛けて比例演算を行う。つまり、ＤＦ
P+0.n ×Ｐ の演算で比例演算値を得る。積分演算部２
４では、このＤＦP+0.n に表１の積分定数Ｉを掛け、直
前の積分演算値を加算して積分演算を行う。積分演算値
をＩＮＴＧS とすると積分演算はＩＮＴＧS ＝（ＤＦ
P+0.n ×Ｉ）＋ＩＮＴＧold 、ＩＮＴＧS →ＩＮＴＧ
old で行う。但し、ＩＮＴＧS ＞１ の場合は、（ＩＮ
ＴＧS −１）→ＩＮＴＧold とする。ここで、ＩＮＴＧ
old とは直前の積分演算値ＩＮＴＧS である。この比例
演算値と積分演算値とを加算器２５で加算して、今回の
周波数制御値を得る。
【００３０】制御を続行し、引き込み動作が終了する段
階になると、精密同期の状態、つまり制御モード７の状
態になる。ここでは、移動平均するデータ数は２５６デ
ータと多くなり、比例定数は１と小さくなり、積分定数
は２-10 と大きくなり、周波数制御値はほとんど変更が
無い状態となる。
【００３１】全く初めての動作開始直後の場合は制御モ
ード１から制御は開始されるが、中断した後の動作開始
では既に書き込まれている周波数制御値からスタートし
て、新しい今回の周波数制御値を加算し、表１の制御モ
ードに照らして、制御を続行し精密同期状態に持ってい
く。
【００３２】周波数制御用演算手段１３に、この実施例
では、温度変化補正演算部２７も有している。これは電
圧制御水晶発振器１０の温度変化による周波数変動をゼ
ロにするために、電圧制御水晶発振器１０の温度センサ
２９からの温度データをバッファメモリＢ２６に一次記
憶し、この温度データから温度変化の補正値を演算す
る。この補正値を加算器２８で前述の周波数制御値と加
算して、このデジタル・データをＤ／Ａ変換器１４に送
付する。この温度変化補償演算部２７はこの周波数制御
用演算手段１３に設けなくとも、別個に設けてもよく、
例えば電圧制御水晶発振器１０内部に設けてもよい。
【００３３】Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ）変換器１４
は周波数制御用演算手段１３からの周波数制御値を受け
て一時記憶し、そのデジタル・データのＤ／Ａ変換を行
う。Ｄ／Ａ変換器１４には１６ビット、つまり２16のＤ
／Ａ変換器１４を用いた。この出力アナログ電圧を電圧
制御水晶発振器１０に与えて電圧制御水晶発振器１０の
発振周波数を制御する。
【００３４】（他の実施例）他の実施例を、図４に示
す。図１に対応する部分には同一符号を付す。図４に示
す構成は通信分野で利用する場合の実施例である。電圧
制御発振器１０は恒温槽入り水晶発振器であるため、そ
の出力周波数は一般的には、１ＭＨｚ、５ＭＨｚあるい
は１０ＭＨｚといった周波数に限定される。しかしなが
ら、通信分野で用いられる周波数は、例えば６４ＫＨ
ｚ、１５４４ＫＨｚや１５５．５２ＭＨｚ等のように、
８ＫＨｚ×Ｎ の周波数が一般的である。そこで本発明
装置が基準周波数を通信網に出力する装置である場合に
は、電圧制御発振器１０の後段に周波数変換器Ａ１７を
設けて通信用の出力周波数に変換する。この出力周波数
を分周器１５で分周した１ｐｐｓを用いて衛星時刻１ｐ
ｐｓとを位相比較した方が、出力周波数を安定に高精度
が保てる。
【００３５】図５にこの周波数変換器Ａ１７の一例の構
成図を示す。この例はＰＬＬ（フェイズ・ロック・ルー
プ）型であり、例えば、電圧制御水晶発振器１０の出力
を１／Ｄ分周器４５で８ＫＨｚに分周する。電圧制御水
晶発振器１０の出力周波数が５ＭＨｚの場合では、分周
数Ｄは６２５である。電圧制御発振器（ＶＣＯ）４８の
出力周波数は、１／Ｎ分周器４９で８ＫＨｚに分周され
る。電圧制御発振器４８の出力周波数が１５４４ＫＨｚ
の場合の分周数Ｎは１９３である。１／Ｄ分周器４５と
１／Ｎ分周器４９の出力信号は位相比較器４６で位相の
一致を取り、ループフィルタ４７を介して電圧制御発振
器４８に印加する。すると電圧制御発振器４８は、電圧
制御水晶発振器１０の出力周波数のＮ／Ｄ倍の出力周波
数を安定に出力する。
【００３６】（その他の実施例）図６にその他の実施例
を示す。これは図４の他の実施例の通信網で送られてき
た信号に従属同期する基準周波数発生装置である。これ
は、図１の構成における衛星電波受信器１１に代え、受
信・分周器１８で受信し分周して１ｐｐｓ信号を得、時
間間隔測定部１２に送出するものである。他の部分は図
１又は図４と同じである。
【００３７】この発明による従属同期する基準周波数発
生装置は、極低周波のループフィルタにより、回線ジッ
タやワンダを十分抑圧するだけでなく、周囲温度変化に
対するダイナミックな周波数制御を常時行っているの
で、特に通信網における運用上のトラブル発生により自
走状態になっても、周波数の自走安定度が従来の従属同
期発振器に比べて優れている。
【００３８】
【発明の効果】以上詳細に説明した構成によるこの発明
の基準周波数発生装置は、実施例の条件で解析モデルを
用いて理論解析した。解析モデルや等価モデルの理論解
析については省略するが、その解析結果、次のような性
能の効果が得られた。電圧制御水晶発振器１０の発振す
る基準周波数は、３．０５×１０-12 の分解能で衛星時
刻信号に同期制御されている。電源オン直後や長時間自
走からの復旧後、出力周波数誤差が２．４×１０-11以
内になるまでに要する時間は約１８分である。
【００３９】同期時のループフィルタ応答時間が約２．
３時間であるために、マルチパスなどの影響による電波
伝搬の異常等で、仮に衛星時刻の位相に擾乱があって
も、出力周波数に影響を与えず、常時安定な周波数また
は位相を出力する。衛星電波が途絶え衛星時刻の１ｐｐ
ｓが得られなくなっても、本装置の出力信号の位相がそ
の時点から通信の基本フレーム長である１２５μｓまで
ずれるのに２．４日を要する。
【００４０】上記のような性能の効果が得られたので、
次のような機能の効果を生じる。階層従属無しで、いつ
でもどこでも、多数の場所に基準周波数を供給できる。
ＵＴＣに同期した衛星時刻を基準にして、内部の電圧制
御水晶発振器１０を常時校正している。電圧制御水晶発
振器１０を使用するので、安価であり、保守も容易であ
る。推定演算は電圧制御水晶発振器１０の引き込み状態
に応じて、推定演算のためのデータ数、比例定数、積分
定数をダイナミックに切り替えて行うので、短時間引き
込みと精密同期の制御を両立させている。
【００４１】実施例ではＵＴＣに限りなく同期させるた
めに、各部各部品に最高のものを選んで実験したが、実
用的には若干スペックを落としても実用に堪え得る。以
上説明したように、この発明の技術的効果並びに実用価
値は大である。
【００４２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の構成図である。
【図２】図１の時間間隔測定部１２の一例構成図であ
る。
【図３】図２の動作タイミングチャート図である。
【図４】本発明の他の実施例の構成図である。
【図５】図４の周波数変換器１７の一例構成図である。
【図６】本発明のその他の実施例の構成図である。
【符号の説明】
１０ 電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ） １１ 衛星電波受信器 １２ 時間間隔測定部 １３ 周波数制御用演算手段 １４ Ｄ／Ａ変換器 １５ 分周器 １６ 周波数変換器Ｂ １７ 周波数変換器Ａ １８ 受信・分周器 ２１ バッファメモリＡ ２２ 推定演算部 ２３ 積分演算部 ２４ 比例演算部 ２５ 加算器Ａ ２６ バッファメモリＢ ２７ 温度変化補正演算部 ２８ 加算器Ｂ ２９ 温度センサ ３０ コンピュータ（ＣＰＵ） ３１ 入力端子Ａ ３２ 入力端子Ｂ ３３ 入力端子Ｃ ３４ 微分回路Ａ ３５ 微分回路Ｂ ３６ Ｄタイプ・フリップフロップ（Ｄ−ＦＦ） ３７ ＡＮＤ回路 ３８ カウンタ ３９ 反転回路 ４０ 端数時間測定回路Ａ ４１ 端数時間測定回路Ｂ ４２ 遅延回路 ４３ 演算器 ４５ １／Ｄ分周器 ４６ 位相比較器 ４７ ループフィルタ ４８ 電圧制御発振器（ＶＣＯ） ４９ １／Ｎ分周器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H03L 7/06 G01S 5/14 G04G 3/00 G04G 7/02 H04L 7/033

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 印加される直流電圧で発振周波数が制御
    され基準周波数を出力する電圧制御水晶発振器（１０）
    と、 原子周波数標準器を内蔵する人工衛星が発射する電波を
    受信して衛星時刻信号を復調する衛星電波受信器（１
    １）と、 上記衛星時刻信号と上記電圧制御水晶発信器（１０）の
    出力周波数を分周器（１５）で分周した時刻信号との時
    間間隔を測定する時間間隔測定部（１２）と、 上記時間間隔測定部（１２）の測定値から上記電圧制御
    水晶発振器（１０）の発振周波数を人工衛星内の原子周
    波数標準器の周波数に同期させるためのデジタル制御値
    を算出する、推定演算部（２２）と積分演算部（２３）
    と比例演算部（２４）とから成る周波数制御用演算手段
    （１３）と、 上記周波数制御用演算手段（１３）で算出されたデジタ
    ル制御値を上記電圧制御水晶発振器（１０）に印加する
    直流電圧に変換するＤ／Ａ変換器（１４）と、 を具備し、 上記周波数制御用演算手段（１３）は、時間間隔測定デ
    ータの変化量が所定値より大の場合には、平均データ数
    を少なくして移動平均値を求めループ応答時間を早く
    し、また比例定数を大きくし積分定数を小さくして周波
    数引き込み動作を短時間で行うようにし、所定値より小
    の場合には、制御モードに従って演算法を切り替え、徐
    々に平均データ数を増やし比例定数を減らし積分定数を
    増やしていくように制御して、短時間引き込みと精密同
    期を両立させた ことを特徴とする基準周波数発生装置。
  2. 【請求項２】 衛星電波受信器（１１）に代え、上位局
    の高精度周波数を受信し分周する受信・分周器（１８）
    から成ることを特徴とする請求項１記載の基準周波数発
    生装置。
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