JP4719100B2 - 二重システム型基準周波数信号発生器 - Google Patents

Description

この発明は、１ＰＰＳ信号を含む測位信号を受信して１ＰＰＳ信号に基づく基準周波数信号を発生する基準周波数発生器、特に、基準周波数信号発生部を複数備え、これらを併用してなる二重システム型基準周波数信号発生器に関するものである。

現在、一般に普及しているデジタル放送や移動体通信では、通信データの多重化技術が用いられており、例えば、時分割多重接続（ＴＤＭＡ）や周波数分割多重接続（ＦＤＭＡ）が存在する。このような多重化されたシステムでは、送信タイミングや周波数の同期のために、全ての装置に共通な基準周波数信号を必要とする。このため、デジタル放送の送信所や移動体電話の基地局では、何らかの故障により基準周波数信号を発生できなくなると、その機能を果たせなくなる。このため、これらの送信所や基地局では、一般的に基準周波数信号発生器を二重システム化している。

特許文献１には、それぞれが個別のＧＰＳアンテナで受信したＧＰＳ信号に含まれる１ＰＰＳ信号に基づいて基準周波数信号を生成する二つユニットを備えた装置が開示されている。この特許文献１の装置では、定常時は運用系ユニットで生成された基準周波数信号が出力されるが、運用系ユニットが故障すると、待機系ユニットで生成された基準周波数信号が出力されるように、切り替わる。

特許文献２には、単一のＧＰＳアンテナで受信して分配されたＧＰＳ信号に含まれる１ＰＰＳ信号に基づいてそれぞれに基準周波数信号を生成する二つユニットを備え、これら二つのユニットを、さらに詳細な衛星電波受信部、基準周波数発生部、出力部でそれぞれ分割されたサブユニットの組み合わせとして備えた装置が開示されている。この特許文献２の装置では、各サブユニットの故障を検出し、現在使用中のサブユニットの故障が検出されれば、このサブユニットを経由しない経路で、ＧＰＳ信号の受信、基準周波数信号の発生、出力処理を行う。

特許文献３には、それぞれが個別のＧＰＳアンテナで受信したＧＰＳ信号の１ＰＰＳ信号に基づいて基準周波数信号を生成する二つのクロック生成部と、いずれかの出力を選択する選択部と、選択基準を設定する制御部とを備えた装置が開示されている。この特許文献３の装置では、選択基準に準じてより確かな基準周波数信号を生成している側のクロック生成部の基準周波数信号を選択して出力する。
特開平１１−２９８３８０号公報 特開平１１−３０７９７２号公報 特開２００３−８７１８２公報

前述の送信所や基地局では、何らかの故障により基準周波数信号を生成できないことにより機能上の問題が発生するとともに、急激に基準周波数信号の位相が変化する、すなわち、基準周波数信号が不連続になる場合も、機能上の問題が発生する。

特許文献１および特許文献３に記載の装置のようにそれぞれ別のＧＰＳアンテナで受信した１ＰＰＳ信号を用いて基準周波数信号を生成している場合、ＧＰＳ信号の１ＰＰＳ信号のタイミングジッタ等から、各装置から出力される１ＰＰＳ信号のタイミング確度はそれぞれ±５０ｎｓｅｃ．程度である。このため、二台の装置間での１ＰＰＳ信号のタイミング差が±１００ｎｓｅｃ．となる。ここで、各装置では、基準周波数信号は１ＰＰＳ信号にコヒーレントに生成されるが、１０ＭＨｚの基準周波数信号の場合、波長が１００ｎｓｅｃ．となるので、１ＰＰＳ信号のタイミング差が±１００ｎｓｅｃ．であると、二台の装置から出力される基準周波数信号間の位相差が全く不定要素となってしまう。このため、一方のユニットの故障等により、一方の基準周波数信号から他方の基準周波数信号に切り替えるタイミングで、出力される基準周波数信号が不連続になり、前述の問題が発生する。これを解決する方法として、基準周波数発生器の後段に別途位相調整回路を設けているが、位相調整回路を設けることにより、システムが増大してコストも増加するとともに、位相調整回路を原因とするシステムの信頼性低下が新たに発生する可能性がある。

また、特許文献２に記載の装置では、単一でＧＰＳアンテナで受信したＧＰＳ信号を分配器で分配して、分配されたＧＰＳ信号の１ＰＰＳ信号を用いて二つのユニットで基準周波数信号を生成するため、一つしかないＧＰＳアンテナが故障した場合には、基準周波数信号を発生することができない。また、各サブユニットの故障検出を行いながら、基準周波数信号の生成経路を決定するため、処理が煩雑になってしまう。

したがって、この発明の目的は、簡素な構造でありながら切り替え時に基準周波数信号の位相ズレを殆ど生じない二重システム型基準周波数信号発生器を提供することにある。

この発明は、測位信号から測位１ＰＰＳ信号を抽出し、該測位１ＰＰＳ信号に基づいて位相制御により基準周波数信号を発生する二つの基準周波数信号発生手段を備え、出力選択された基準周波数信号発生手段を現用基準周波数信号発生手段とし、出力選択されていない基準周波数信号発生手段を予備基準周波数信号発生手段として運用する二重システム型基準周波数信号発生器に関するものである。そして、この発明の二重システム型基準周波数信号発生器の二つの基準周波数信号発生手段は、自身の生成する基準周波数信号に基づいて基準１ＰＰＳ信号を生成する基準１ＰＰＳ信号生成手段を備える。現用基準周波数信号発生手段は、今回の測位信号から取得した測位１ＰＰＳ信号と、自身が前回生成した基準１ＰＰＳ信号との位相を比較して第１の位相差を出力する第１の位相比較器と、第１の位相差を用いて、自身の前回の基準１ＰＰＳ信号の位相を今回の測位１ＰＰＳ信号の位相に近づけるように位相制御して、自身の今回の基準周波数信号を生成する第１のフィルタ手段と、を備える。予備基準周波数信号発生手段は、今回の測位信号から取得した測位１ＰＰＳ信号と、現用基準周波数信号発生手段が前回生成した基準１ＰＰＳ信号との位相を比較して第２の位相差を出力する第２の位相比較器と、第２の位相差を用いて、自身の前回の基準１ＰＰＳ信号の位相を今回の測位１ＰＰＳ信号の位相に近づけるように位相制御して、自身の今回の基準周波数信号を生成する第２のフィルタ手段と、を備える。

この構成では、二つの基準周波数信号発生手段のうち、現用基準周波数信号発生手段は、測位１ＰＰＳ信号に基づいてコヒーレントに基準周波数信号と基準１ＰＰＳ信号とを生成する。一方、予備基準周波数信号発生手段は、現用基準周波数信号発生手段の生成する１ＰＰＳ信号に基づいてコヒーレントに基準周波数信号と基準１ＰＰＳ信号とを生成する。

現用基準周波数信号発生手段で生成される基準１ＰＰＳ信号は、一般に長い時定数を有するフィルタ回路で位相制御して徐々に測位１ＰＰＳ信号に同期させるようにすることで生成される信号であるので、測位１ＰＰＳ信号よりもタイムジッタが小さい。予備基準周波数信号発生手段は、このタイムジッタの小さい基準１ＰＰＳ信号に基づき、現用基準周波数信号発生手段と同様の長い時定数を有するフィルタ回路で位相制御することで基準周波数信号を生成するので、ジッタがより小さくなる。これにより、現用基準周波数信号発生手段の生成する基準周波数信号と予備基準周波数信号発生手段の生成する基準周波数信号との位相差は、常時、殆ど無い状況で維持される。

また、この発明の二重システム型基準周波数信号発生器は、出力切替制御を受け付けると、現用基準周波数信号発生手段で生成される基準周波数信号から、予備基準周波数信号発生手段で生成される基準周波数信号に出力切り替えを行う出力選択手段を備えたことを特徴としている。

この構成では、出力選択手段は、定常時には現用基準周波数信号発生手段で生成される基準周波数信号を出力し、出力切替制御を受け付けると予備基準周波数信号発生手段で生成される基準周波数信号を出力する。これにより、後段のシステム機器側に切り替えスイッチがなくても、各時点で適切な基準周波数信号をシステム機器に与えられる。

また、この発明の二重システム型基準周波数信号発生器の出力選択手段は、二つの基準周波数信号発生手段にそれぞれ個別に備えられていることを特徴としている。

この構成では、定常時、すなわち現用基準周波数信号発生手段に問題がない場合には、現用基準周波数信号発生手段のスイッチをオン状態にし、予備基準周波数信号発生手段のスイッチをオフ状態にする。そして、出力切替制御が入力されると、現用基準周波数信号発生手段のスイッチがオフ状態にされ、予備基準周波数信号発生手段のスイッチがオン状態にされる。これにより、簡素な構造で出力選択手段が構成される。

また、この発明の二重システム型基準周波数信号発生器は、現用基準周波数信号発生手段の動作状態を検出する動作検出手段を備える。動作検出手段は、現用基準周波数信号発生手段の動作状態が異常であると判断すると、予備基準周波数信号発生手段で生成された基準周波数信号を出力する制御を出力選択手段に行う。そして、予備基準周波数信号発生手段は、測位１ＰＰＳ信号に基づく位相制御に切り替えて基準周波数信号を生成することを特徴としている。

この構成では、現用基準周波数信号発生手段が動作異常であると判断されると、後段に出力する基準周波数信号を、予備基準周波数信号発生手段で生成した基準周波数信号に切り替える。この際、予備基準周波数信号発生手段が生成する基準周波数信号は、現用基準周波数信号発生手段が生成する基準周波数信号と殆ど位相差がないので、切り替え時に後段に出力される基準周波数信号は、従来例のように、位相の連続状態が不定であり大幅に位相が不連続である状態とはならず、安定してほぼ連続した位相で出力される。そして、切り替わり後には、切り替え前の予備基準周波数信号発生手段である切り替え後の現用基準周波数信号発生手段は、徐々に測位１ＰＰＳ信号に同期するように位相制御されるので、この過程においても位相の不連続は発生しない。これにより、基準周波数信号の出力源が切り替わる際の後段のシステムにおける機能障害の発生を大幅に抑制することができる。

また、この発明の二重システム型基準周波数信号発生器は、二つの基準周波数信号発生手段は互いの動作状態を検知しあう相互検知手段を備える。予備基準周波数信号発生手段は、現用基準周波数発生手段の動作状態が異常であると判断すると、フリーラン動作に切り替えて基準周波数信号を生成し、さらに出力切り替え制御を受け付けると、フリーラン動作による基準周波数信号の生成から測位１ＰＰＳ信号による基準周波数信号の生成に切り替えることを特徴としている。

この構成では、予備基準周波数信号発生手段が現用基準周波数信号発生手段の動作異常を検出すると、予備基準周波数信号発生手段は、動作異常を生じている現用基準周波数信号発生手段の基準１ＰＰＳ信号から、外部の基準信号を用いないフリーラン動作により基準周波数信号および１ＰＰＳ信号を生成する。元々、基準周波数信号発生手段に備えられている発振器は、高精度な周波数信号を発生することができるので、フリーラン動作を行っても、確度はさほど劣化しない。次に、予備基準周波数信号発生手段は、フリーラン動作から測位１ＰＰＳ信号に基づいて基準周波数信号および基準１ＰＰＳ信号を生成する動作に自動で切り替える。これにより、基準周波数信号の信頼性を維持した状態で基準周波数信号の出力源の切り替えが行われる。

この発明によれば、現用基準周波数信号発生手段と予備基準周波数信号発生手段とを備える二重システム型基準周波数信号発生器において、現用基準周波数信号発生手段が出力する基準周波数信号と予備基準周波数信号発生手段が生成する基準周波数信号との位相を、常時略一致させることができる。これにより、後段に位相制御手段を別途設ける必要がなく、故障やメンテナンス等で現用基準周波数信号発生手段を停止させて出力基準周波数信号の切り替えを行う場合に、出力される基準周波数信号の位相を殆ど不連続にさせることがない。この結果、この基準周波数信号を利用して動作する後段のシステムで機能障害が発生することを大幅に抑制することができる。

本発明の実施形態に係る二重システム型基準周波数発生器について、図を参照して説明する。なお、以下の説明では、衛星測位システムとしてＧＰＳシステムを用いた例を示す。
図１は、本実施形態の二重システム型基準周波数信号発生器の主要構成を示すブロック図である。
図２は、図１に示した基準信号発生部１Ａ，１Ｂの構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施形態の二重システム型基準周波数信号発生器は、ＧＰＳアンテナ１１１Ａ，１１１Ｂと、各ＧＰＳアンテナ１１１Ａ，１１１Ｂにそれぞれ接続して基準周波数信号および基準１ＰＰＳ信号を生成する基準信号発生部１Ａ，１Ｂを備える。これら基準信号発生部１Ａ，１Ｂは、システム機器１００のシステム制御部１０１および信号選択部１０２に接続している。基準信号発生部１Ａ，１Ｂで生成された基準周波数信号および基準１ＰＰＳ信号は信号選択部１０２に入力され、信号選択部１０２は、後述する現用機モードの基準信号発生部から入力された基準周波数信号と基準１ＰＰＳ信号とをシステム制御部１０１に出力する。基準信号発生部１Ａ，１Ｂは、システム制御部１０１に故障検出信号およびロック信号を出力する。

ＧＰＳアンテナ１１１Ａ，１１１Ｂは同じ仕様からなり、ＧＰＳ衛星（図示せず）からのＧＰＳ信号を受信する。ＧＰＳアンテナ１１１Ａは、受信したＧＰＳ信号を基準信号発生部１ＡのＧＰＳ受信機１０Ａに与え、ＧＰＳアンテナ１１１Ｂは、受信したＧＰＳ信号を基準信号発生部１ＢのＧＰＳ受信機１０Ｂに与える。

基準信号発生部１Ａ，１Ｂは同じ仕様からなり、それぞれ、ＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂ、第１位相比較器１１Ａ，１１Ｂ、第２位相比較器１２Ａ，１２Ｂ、ＭＰＵ１３Ａ，１３Ｂ、Ｄ／Ａコンバータ１４Ａ，１４Ｂ、ＶＣＯ（電圧制御発振器）１５Ａ，１５Ｂ、ＤＩＶ（分周器）１６Ａ，１６Ｂを備える。これら基準信号発生部１Ａ，１Ｂが、本発明の「基準周波数信号発生手段」に相当する。基準信号発生部１Ａ，１Ｂは同じ仕様であるので、以下では、基準信号発生部１Ａ，１Ｂを構成する各部の説明は、基準信号発生部１Ａの各部のみを説明し、基準信号発生部１Ｂの各部の説明を省略する。

ＧＰＳ受信機１０Ａは、ＧＰＳアンテナ１１１Ａで受信したＧＰＳ信号から、ＧＰＳ衛星１ＰＰＳ信号ＳＧ１Ａ（本発明の「測位１ＰＰＳ信号」に相当する。）を抽出して、第１位相比較器１１Ａに出力する。

第１位相比較器１１Ａは、前回サイクルの処理により分周器１６Ａから出力された基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＡ（Ｔｎ−１）の位相と、今回ＧＰＳ受信機１０Ａから入力されたＧＰＳ衛星１ＰＰＳ信号ＳＧ１Ａ（Ｔｎ）の位相とを比較し、位相差情報をＭＰＵ１３Ａに出力する。

第２位相比較器１２Ａは、前回サイクルの処理により分周器１６Ａから出力された基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＡ（Ｔｎ−１）の位相と、基準信号発生部１Ｂから出力される今回の基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＢ（Ｔｎ）の位相とを比較し、位相差情報をＭＰＵ１３Ａに出力する。

ＭＰＵ１３Ａは、動作モードに従い、現用機モードであれば第１位相比較器１１Ａによる位相差情報を選択し、予備機モードであれば第２位相比較器１２Ａによる位相差情報を選択する。
ここで、動作モードは、現用機モードと予備機モードとからなり、本実施形態の二重システム型基準周波数信号発生器が接続するシステム機器１００のシステム制御部１０１から、動作モード信号ＳＣＭとして与えられるものである。現用機モードの場合、ＭＰＵ１３Ａは、ＧＰＳ衛星１ＰＰＳ信号ＳＧ１Ａに同期するように動作する。一方、予備機モードの場合、ＭＰＵ１３Ａは、現用機モードで動作するもう一方の基準信号発生部１Ｂから出力される基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＢに同期するように動作する。

より具体的に、現用機モードが設定された場合、ＭＰＵ１３Ａは、第１位相比較器１１Ａから入力された位相差情報に基づいて、位相制御値を設定し、今回の基準周波数信号を与える周波数制御データを生成し、Ｄ／Ａコンバータ１４Ａに与える。この際、ＭＰＵ１３Ａは、冗長な時定数からなるフィルタを構成するアルゴリズムを利用し、入力された位相差情報に基づいて、今回生成する基準周波数信号に基づく基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＡ（Ｔｎ）の位相が、前回の基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＡ（Ｔｎ−１）の位相と比較して非常に緩やかに、今回のＧＰＳ衛星１ＰＰＳ信号ＳＧ１Ａ（Ｔｎ）に近づくように、周波数制御データを生成する。

一方、予備機モードが設定された場合、ＭＰＵ１３Ａは、第２位相比較器１２Ａから入力された位相差情報に基づいて、位相制御値を設定し、今回の基準周波数信号を与える周波数制御データを生成し、Ｄ／Ａコンバータ１４Ａに与える。この際、ＭＰＵ１３Ａは、冗長な時定数からなるフィルタを構成するアルゴリズムを利用し、入力された位相差情報に基づいて、今回生成する基準周波数信号に基づく基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＡ（Ｔｎ）の位相が、前回の基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＡ（Ｔｎ−１）の位相と比較して非常に緩やかに、基準信号発生部１Ｂから出力される今回の基準１ＰＰＳ信号ＳＧ１Ｂ（Ｔｎ）に近づくように、周波数制御データを生成する。

Ｄ／Ａコンバータ１４Ａは、与えられた周波数制御データをアナログ形式の制御電圧信号に変換してＶＣＯ１５Ａに与える。

ＶＣＯ１５Ａは、ルビジウム発振器等の、所謂、高精度電圧制御発振器からなり、印加される制御電圧信号に基づいて、例えば１０ＭＨｚの基準周波数信号ＳｆＡを生成し、ＤＩＶ１６Ａおよび出力選択部２のスイッチ２２に出力する。

ＤＩＶ１６Ａは分周器であり、入力された１０ＭＨｚの基準周波数信号ＳｆＡに基づいて、基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＡを生成し、第１位相比較器１１Ａ、第２位相比較器１２Ａおよび出力選択部２のスイッチ２１に出力する。

基準信号発生部１Ｂは、前述のように基準信号発生部１Ａと同じ仕様であり、現用機モードが設定されていれば、今回生成する基準周波数信号に基づく基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＢ（Ｔｎ）の位相が、前回の基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＢ（Ｔｎ−１）の位相と比較して非常に緩やかに、今回のＧＰＳ衛星１ＰＰＳ信号ＳＧ１Ｂ（Ｔｎ）に近づくように、基準周波数信号ＳｆＢおよび基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＢを生成する。一方、予備機モードが設定されていれば、今回生成する基準周波数信号に基づく基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＢ（Ｔｎ）の位相が、前回の基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＢ（Ｔｎ−１）の位相と比較して非常に緩やかに、基準信号発生部１Ａから出力される今回の基準１ＰＰＳ信号ＳＧ１Ａ（Ｔｎ）に近づくように、基準周波数信号ＳｆＢおよび基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＢを生成する。

このような構成により、基準信号発生部１Ａ，１Ｂは、目標とする１ＰＰＳ信号（ＧＰＳ衛星１ＰＰＳ信号または基準１ＰＰＳ信号）にコヒーレントな基準周波数信号と基準１ＰＰＳ信号とを生成する。

また、基準信号発生部１ＡのＭＰＵ１３Ａおよび基準信号発生部１ＢのＭＰＵ１３Ｂは、システム機器１００のシステム制御部１０１に対して次に示すデータ通信を行う。

ＭＰＵ１３Ａは、自身の位相制御動作状態を含む基準信号発生部１Ａの動作状態を検出して動作状態信号ＳｓＡを生成するとともに、故障状態を検出すると故障検出信号（アラーム信号）ＳＡＬＡを生成する。また、ＭＰＵ１３Ａは取得した位相差情報に基づいて動作可能であることを示すロック信号ＳＬＡを生成する。ＭＰＵ１３Ａは、故障検出信号ＳＡＬＡおよびロック信号ＳＬＡをシステム制御部１０１に出力する。

ＭＰＵ１３Ｂは、自身の位相制御動作状態を含む基準信号発生部１Ｂの動作状態を検出して動作状態信号ＳｓＢを生成するとともに、故障状態を検出すると故障検出信号（アラーム信号）ＳＡＬＢを生成する。また、ＭＰＵ１３Ｂは取得した位相差情報に基づいて動作可能であることを示すロック信号ＳＬＢを生成する。ＭＰＵ１３Ｂは、故障検出信号ＳＡＬＢおよびロック信号ＳＬＢをシステム制御部１０１に出力する。

システム機器１００のシステム制御部１０１は、これら故障検出信号ＳＡＬＡ、ＳＡＬＢに基づいて、前述の動作モード信号ＳＣＭを生成し、ＭＰＵ１３Ａ，１３Ｂに与える。この際、いずれか一方に対して現用機モードが設定され、他方に対して予備機モードが設定される。これと同時に、システム機器１００のシステム制御部１０１は、故障検出信号ＳＡＬＡ、ＳＡＬＢに基づいて、現用機側の基準周波数信号と基準１ＰＰＳ信号とを選択してシステム機器１００に入力させる動作モード信号ＳＣＭを、同じシステム機器１００内の信号選択部１０２に与える。

信号選択部１０２は、基準１ＰＰＳ信号の出力切り替えを行うスイッチ１２１と、基準周波数信号の出力切り替えを行うスイッチ１２２とを、備える。信号選択部１０２には、システム制御部１０１からの動作モード信号ＳＣＭに従い、二重システム型基準周波数信号発生器の基準信号発生部１Ａが現用機モードに設定されている場合に、基準信号発生部１Ａからの基準周波数信号ＳｆＡを使用基準周波数信号Ｓｆとし、基準信号発生部１Ａからの基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＡを使用１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＰＳとするように、スイッチ１２１，１２２を設定する。一方、信号選択部１０２は、基準信号発生部１Ｂが現用機モードに設定されている場合に、基準信号発生部１Ｂからの基準周波数信号ＳｆＢを使用基準周波数信号Ｓｆとし、基準信号発生部１Ｂからの基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＢを使用１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＰＳとするように、スイッチ１２１，１２２を設定する。

次に、このように状況に応じて現用機モードと予備機モードとに切り替わる基準信号発生部１Ａ，１Ｂの動作シーケンスについて図３を参照して説明する。

図３は、基準信号発生部の動作シーケンスを示すシーケンス図である。なお、以下では、基準信号発生部１Ａ，１Ｂを代表して基準信号発生部１と記載して説明する。
装置が起動すると、二つの基準信号発生部１は通電され、基準信号発生部１は、自身が設定されている動作モードを検出する（Ｓ１）。基準信号発生部１は、自身が現用機モードに設定されていることを検出すると、ＧＰＳ衛星１ＰＰＳ信号に対して同期する位相制御を行い、基準周波数信号および基準１ＰＰＳ信号を生成する（Ｓ２）。一方、基準信号発生部１は、自身が予備機モードに設定されていることを検出すると、現用機モードに設定されているもう一方の基準信号発生部１から入力される動作状態信号Ｓｓを解析して、現用機モードの基準信号発生部１が動作異常であるかどうかを検出する（Ｓ３）。動作異常がない（正常である）ことを検出すると、予備機モードに設定された基準信号発生部１は、現用機モードの基準信号発生部１からの基準１ＰＰＳ信号に対して同期する位相制御を行い、基準周波数信号および基準１ＰＰＳ信号を生成する（Ｓ４）。動作異常があることを検出すると、予備機モードに設定された基準信号発生部１は、現用機モードの基準信号発生部１からの基準１ＰＰＳ信号に対して同期する位相制御を行わず、フリーラン制御を行う（Ｓ４’）。すなわち、予備機モードの基準信号発生部１は、現用機モードの基準信号発生部１からの基準１ＰＰＳ信号を用いることなく自身に備えられたＶＣＯ１５を動作させて基準周波数信号および基準１ＰＰＳ信号を生成する。

それぞれの基準信号発生部１は、同期状態範囲内に位相が遷移しているかどうかを検出する（Ｓ５）。
具体的には、現用機モードの基準信号発生部１は、入力されるＧＰＳ衛星１ＰＰＳ信号と、生成された基準１ＰＰＳ信号との位相差が例えば±５０ｎｓｅｃ．の範囲内に入っているかどうかを判断し、当該位相差範囲内に入っていれば、同期状態であると判定する。

一方、予備機モードの基準信号発生部１は、入力される現用機モードの基準１ＰＰＳ信号と、生成された基準１ＰＰＳ信号との位相差が±約１０ｎｓｅｃ．の範囲内に入っているかどうかを判断し、当該位相差範囲内に入っていれば、同期状態であると判定する。これは、現用機から出力される基準１ＰＰＳ信号が、冗長な時定数のフィルタ回路を用いて生成されるものであるので、予備機の基準信号発生部１３では、入力される基準１ＰＰＳ信号に対して同期を取り易いためであり、十分に±約１０ｎｓｅｃ．の範囲内に位相差を納めることができるからである。

基準信号発生部１は、同期状態であると判定すると、ロック信号ＳＬをシステム機器１００のシステム制御部１０１に出力する（Ｓ７）。システム機器１００は、ロック信号ＳＬの受信を検出すると、自身のシステムを可動させる。

一方、基準信号発生部１は、同期状態でないと判定すると、システム制御部１０１に対してロック信号ＳＬを送信しないとともに、前述の処理を繰り返す（Ｓ６→Ｓ１）。

次に、現用機から予備機への切り替え処理を、順を追って説明する。なお、以下の説明では、まず、基準信号発生部１Ａが現用機モードで基準信号発生部１Ｂが予備機モードであり、基準信号発生部１Ａ系列の故障により、基準信号発生部１Ｂが現用機モードに切り替えられ、基準信号発生部１Ａが予備機モードに切り替えられる場合を示す。

まず、基準信号発生部１Ａは現用機モードで動作し、ＧＰＳ衛星１ＰＰＳ信号ＳＧ１Ａに準じて１０ＭＨｚの基準周波数信号ＳｆＡと基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＡとを生成し、システム機器１００の信号選択部１０２に出力する。信号選択部１０２は、動作モード信号ＳＣＭに応じて、現用機モードである基準信号発生部１Ａからの基準周波数信号ＳｆＡと基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＡとを選択して、使用基準周波数信号Ｓｆ、使用１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＰＳとして、システム制御部１０１に出力する。

また、基準信号発生部１Ａは、動作状態信号ＳｓＡを基準信号発生部１Ｂに出力し、同期状態であれば、ロック信号ＳＬＡをシステム制御部１０１に出力する。システム制御部１０１は、このロック信号ＳＬＡを受けて、信号選択部１０２から入力された使用基準周波数信号Ｓｆ、使用１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＰＳに基づいて稼働する。

一方、基準信号発生部１Ｂは予備機モードで動作し、現用機モードの基準信号発生部１Ａからの基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＡに準じて１０ＭＨｚの基準周波数信号ＳｆＢと基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＢとを生成し、信号選択部１０２に出力する。

この際、基準信号発生部１Ｂ（１Ａ）は、入力された１ＰＰＳ信号に対して±１０ｎｓｅｃ．の誤差範囲内で、基準１ＰＰＳ信号を生成する。また、各基準信号発生部１Ｂ（１Ａ）は、それぞれ基準周波数信号ＳｆＢ（ＳｆＡ）と基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＢ（Ｓ１ＰＡ）との間に±１０ｎｓｅｃ．未満の位相誤差を有する。したがって、予備機の基準周波数信号ＳｆＢと現用機の基準周波数信号ＳｆＡとの位相差が最大３０ｎｓｅｃ．の誤差範囲内となり、この誤差範囲内で予備機の基準周波数信号ＳｆＢと現用機の基準周波数信号ＳｆＡとは同期させることとなる。この結果、現用機と予備機とからそれぞれ出力される基準周波数信号間において、従来のように位相差が分からない状態から、本実施形態の構成では、最大でも、１０ＭＨｚの基準周波数信号の半波長（５０ｎｓｅｃ．）にも満たない３０ｎｓｅｃ．の範囲内の位相差しか発生しない。すなわち、従来と比較して大幅に位相ズレ状態を解消することができる。

次に、現用機モードの基準信号発生部１ＡがＶＣＯ１５Ａの故障やＧＰＳ受信機１０Ａでの受信不良等により故障すると、基準信号発生部１Ａ自身が故障を検出し、システム制御部１０１に故障検出信号ＳＡＬＡを出力する。この際、予備機モードの基準信号発生部１Ｂは、基準信号発生部１Ａの動作状態信号ＳｓＡを解析することで、基準信号発生部１Ａの故障を検出する。

システム制御部１０１は、故障検出信号ＳＡＬＡを取得すると、基準信号発生部１Ｂを新たな現用機とし、基準信号発生部１Ａを予備機として切り替える動作モード信号ＳＣＭを基準信号発生部１Ａ，１Ｂに与える。基準信号発生部１Ａは、この動作モード信号ＳＣＭに基づいて予備機モードの動作に切り替え、基準信号発生部１Ｂは、この動作モード信号ＳＣＭに基づいて現用機モードの動作に切り替える。すなわち、基準信号発生部１Ｂは、ＧＰＳアンテナ１０１Ｂで受信したＧＰＳ信号のＧＰＳ衛星１ＰＰＳ信号ＳＧ１Ｂに準じて基準周波数信号ＳｆＢと基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＢを生成する動作に切り替える。一方、基準信号発生部１Ａは、基準信号発生部１Ｂから出力される基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＢに準じて基準周波数信号ＳｆＡと基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＡを生成する。

この際、システム制御部１０１は、信号選択部１０２に対しても、基準信号発生部１Ｂからの基準周波数信号ＳｆＢと基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＢを選択する動作モード信号ＳＣＭを与える。

信号選択部１０２は、この動作モード信号ＳＣＭに基づいて、基準周波数信号ＳｆＢと基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＢを出力基準周波数信号Ｓｆとし、基準信号発生部１Ｂからの基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＢを出力１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＰＳとするように、スイッチ１２１，１２２を設定する。

基準信号発生部１Ｂは、このような切り替え処理の後に同期状態であることを検出すると、ロック信号ＳＬＢをシステム制御部１０１に出力する。この際、基準信号発生部１Ｂは、予備機モードで動作している間に、３０ｎｓｅｃ．の最大位相ズレ範囲内で現用機の基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＡに同期していたので、切り替わり直後であっても、現用機側に適用する同期状態の閾値±５０ｎｓｅｃ．に対して十分な精度が維持される。このため、二重システム型基準周波数信号発生装置としては、ほぼ継続的にシステム制御部１０１へロック信号を出力し、システム機器１００の可動停止を防止することができる。さらに、位相差のばらつきが少ないことにより、切り替わり時におけるシステム機器１００に出力される出力基準周波数信号Ｓｆおよび出力１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＰＳの位相ズレを従来の位相差が不定な状態から最大３０ｎｓｅｃ．の範囲内へ抑制することができる。これにより、位相の不連続による切り替わり時の瞬間的なシステムの中断を大幅に抑制することができる。

なお、切り替わった後には、現用機に設定された基準信号発生部１Ｂは、徐々にＧＰＳ衛星１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＢに位相同期するように位相制御しながら基準周波数信号ＳｆＢ、基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＢを生成する。

以上のように、本実施形態の構成および処理を用いることで、簡素な構成でありながら、基準信号発生部の切り替わり時に発生する出力信号の位相の不連続性や、出力の中断を大幅に抑制することができ、高信頼性を有する二重システム型基準周波数信号発生器を実現することができる。

なお、前述の実施形態では、システム機器１００で使用する基準周波数信号および基準１ＰＰＳ信号は、システム機器１００内の信号選択部１０２により選択していたが、図４に示すように、信号選択部２を本発明の二重システム型基準周波数信号発生器内に備えてもよい。

図４は、信号選択部２をも備えた二重システム型基準周波数信号発生器の主要構成を示すブロック図である。
図４に示すように、信号選択部２は、スイッチ２１，２２を備え、システム制御部１０１から与えられる前述と同様の動作モード信号ＳＣＭに準じて、基準信号発生部１Ａ，１Ｂから出力される基準周波数信号および基準１ＰＰＳ信号を選択して、システム機器１００に出力する。このような構成とすることで、システム機器１００は、入力されるそれぞれ複数の基準周波数信号および基準１ＰＰＳ信号から適する信号を選択する処理を行う必要が無くなる。

また、このような信号選択部を備える構造として、図５のような構成を用いても良い。
図５は、信号選択部２を備えた他の構成の二重システム型基準周波数信号発生器の主要構成を示すブロック図である。

図５に示す構成は、図２に示した二重システム型基準周波数信号発生器の基準周波数信号出力端および基準１ＰＰＳ信号出力端にそれぞれスイッチ１７Ａ，１７Ｂを備えたものである。

基準信号発生部１Ａ’のＶＣＯ１５Ａから出力される基準周波数信号ＳｆＡは、ＤＩＶ１６Ａとともに、スイッチ１７Ａに出力される。また、ＤＩＶ１６Ａから出力される基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＡは、第１位相比較器１１Ａ、第２位相比較器１２Ａ、基準信号発生部１Ｂ’の第２位相比較器１２Ｂとともに、スイッチ１７Ａに出力される。ＭＰＵ１３Ａは、基準信号発生部１Ａ’が現用機モードであることを検出すると、スイッチ制御信号Ｓｓｗにてスイッチ１７Ａをオン状態に制御し、スイッチ１７Ａは基準周波数信号ＳｆＡと基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＡとをシステム機器１００に出力する。一方、ＭＰＵ１３Ａは基準信号発生部１Ａ’が予備機モードであることを検出すると、スイッチ制御信号Ｓｓｗにてスイッチ１７Ａをオフ状態に制御し、スイッチ１７Ａは基準周波数信号ＳｆＡと基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＡとを遮断する。

基準信号発生部１Ｂ’のＶＣＯ１５Ｂから出力される基準周波数信号ＳｆＢは、ＤＩＶ１６Ｂとともに、スイッチ１７Ｂに出力される。また、ＤＩＶ１６Ｂから出力される基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＢは、第１位相比較器１１Ｂ、第２位相比較器１２Ｂ、基準信号発生部１Ａ’の第２位相比較器１２Ａとともに、スイッチ１７Ｂに出力される。ＭＰＵ１３Ｂ
は基準信号発生部１Ｂ’が現用機モードであることを検出すると、スイッチ制御信号Ｓｓｗにてスイッチ１７Ｂをオン状態に制御し、スイッチ１７Ｂは基準周波数信号ＳｆＢと基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＢとをシステム機器１００に出力する。一方、ＭＰＵ１３Ｂは基準信号発生部１Ｂ’が予備機モードであることを検出すると、スイッチ制御信号Ｓｓｗにてスイッチ１７Ｂをオフ状態に制御し、スイッチ１７Ｂは基準周波数信号ＳｆＢと基準１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＢとを遮断する。このような構成であっても、前述の効果を奏することができる。

また、前述の信号選択部が二重システム型基準周波数信号発生器内に備えられた場合の形態では、出力信号の切り替えをシステム機器１００内のシステム制御部１０１により行う場合を示したが、二重システム型基準周波数信号発生器内にさらに動作検出部を備え、当該動作検出部により、前述のシステム機器１００と同様の故障検出、切り替え制御を行わせるようにしてもよい。この場合、図４に示すブロック図では、システム制御部１０１が動作検出部に置き換わり、少なくとも出力基準周波数信号Ｓｆおよび出力１ＰＰＳ信号Ｓ１ＰＰＳをシステム制御部１０１に出力するようにすればよい。

また、前述の実施形態では、予備機モードの基準信号発生部は、動作状態信号に基づく現用機の動作状態のみで、現用機の基準１ＰＰＳ信号に対する同期処理を行うかどうかを判定したが、これに加えて、システム機器１００からの動作モード信号ＳＣＭをも加味して現用機の基準１ＰＰＳ信号に対する同期処理を行うかどうかを判定しても良い。例えば、動作モードＳＣＭにより指定された基準信号発生部の動作を一時的に停止されるようにしてもよい。

本発明の二重システム型基準周波数信号発生器の主要構成を示すブロック図である。 図１に示した基準信号発生部１Ａ，１Ｂの構成を示すブロック図である。 図１、図２に示した基準信号発生部の動作シーケンスを示すシーケンス図である。 信号選択部２をも備えた二重システム型基準周波数信号発生器の主要構成を示すブロック図である。 信号選択部２を備えた他の構成の二重システム型基準周波数信号発生器の主要構成を示すブロック図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ−基準信号発生部、１０Ａ，１０Ｂ−ＧＰＳ受信機、１１Ａ，１１Ｂ−第１位相比較器、１２Ａ，１２Ｂ−第２位相比較器、１３Ａ，１３Ｂ−ＭＰＵ、１４Ａ，１４Ｂ−Ｄ／Ａコンバータ、１５Ａ，１５Ｂ−ＶＣＯ、１６Ａ，１６Ｂ−ＤＩＶ、２，１０２−信号選択部、２１，２２，１２１，１２２，１７Ａ，１７Ｂ−スイッチ、１００−システム機器、１０１−システム制御部、１１１Ａ，１１１Ｂ−ＧＰＳアンテナ

Claims (5)

1. 測位信号から測位１ＰＰＳ信号を抽出し、該測位１ＰＰＳ信号に基づいて位相制御により基準周波数信号を発生する二つの基準周波数信号発生手段を備え、出力選択された基準周波数信号発生手段を現用基準周波数信号発生手段とし、出力選択されていない基準周波数信号発生手段を予備基準周波数信号発生手段として運用する二重システム型基準周波数信号発生器において、
   前記二つの基準周波数信号発生手段は、自身の生成する基準周波数信号に基づいて基準１ＰＰＳ信号を生成する基準１ＰＰＳ信号生成手段を備え、
   前記現用基準周波数信号発生手段は、
   今回の測位信号から取得した測位１ＰＰＳ信号と、自身が前回生成した基準１ＰＰＳ信号との位相を比較して第１の位相差を出力する第１の位相比較器と、
   前記第１の位相差を用いて、自身の前回の基準１ＰＰＳ信号の位相を今回の測位１ＰＰＳ信号の位相に近づけるように位相制御して、自身の今回の基準周波数信号を生成する第１のフィルタ手段と、を備え、
   前記予備基準周波数信号発生手段は、
   今回の測位信号から取得した測位１ＰＰＳ信号と、前記現用基準周波数信号発生手段が前回生成した基準１ＰＰＳ信号との位相を比較して第２の位相差を出力する第２の位相比較器と、
   前記第２の位相差を用いて、自身の前回の基準１ＰＰＳ信号の位相を今回の測位１ＰＰＳ信号の位相に近づけるように位相制御して、自身の今回の基準周波数信号を生成する第２のフィルタ手段と、を備えた二重システム型基準周波数信号発生器。
2. 出力切替制御を受け付けると前記現用基準周波数信号発生手段で生成される基準周波数信号から、前記予備基準周波数信号発生手段で生成される基準周波数信号に出力切り替えを行う出力選択手段を備えた請求項１に記載の二重システム型基準周波数信号発生器。
3. 前記出力選択手段は、前記二つの基準周波数信号発生手段にそれぞれ個別に備えられている請求項２に記載の二重システム型基準周波数信号発生器。
4. 前記現用基準周波数信号発生手段の動作状態を検出する動作検出手段を備え、
   該動作検出手段は、前記現用基準周波数信号発生手段の動作状態が異常であると判断すると、前記予備基準周波数信号発生手段で生成された基準周波数信号を出力する制御を前記出力選択手段に行い、
   前記予備基準周波数信号発生手段は、前記測位１ＰＰＳ信号に基づく位相制御に切り替えて基準周波数信号を生成する請求項２または請求項３に記載の二重システム型基準周波数信号発生器。
5. 前記二つの基準周波数信号発生手段は互いの動作状態を検知しあう相互検知手段を備え、
   前記予備基準周波数信号発生手段は、前記現用基準周波数発生手段の動作状態が異常であると判断すると、フリーラン動作に切り替えて前記基準周波数信号を生成し、さらに出力切り替え制御を受け付けると、フリーラン動作による基準周波数信号の生成から前記測位１ＰＰＳ信号による基準周波数信号の生成に切り替える請求項１に記載の二重システム型基準周波数信号発生器。

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