JP5064358B2 - 基準信号発生装置 - Google Patents

Description

この発明は、デジタル通信等の無線通信設備に用いる基準信号発生装置に関するものである。

携帯電話や地上波デジタル放送等の広範囲なエリアで無線システムを提供する場合には、末端の機器にデータを送信するために複数の基地局が必要となる。これらの基地局では、仕様上、高精度な基準信号すなわち基準周波数信号やタイミング信号が必要となる。そして、このような状況下で用いられる基準信号発生装置は、電圧制御発振器を備え、ＧＰＳシステムから得られる１ＰＰＳのような高精度なリファレンス信号に自装置が発生する基準信号を同期させるように、電圧制御発振器に対して制御電圧信号を与えることで、高精度な基準信号を発生している。そして、この基準信号発生装置では、特許文献１に示すように、ＧＰＳ信号から得られる１ＰＰＳと発振器の出力信号とを比較して、その差からＧＰＳ信号の１ＰＰＳに常に同期するように発振器の発振周波数制御を行っている。

ところで、このようにＧＰＳ等の測位用衛星を用いた測位システムから得られるリファレンス信号を利用する場合、測位用衛星からの測位信号を確実且つ正確に受信し続けなければならない。しかしながら、ＧＰＳアンテナの設置位置や設置方向により測位信号が受信できなかったり、妨害波等により測位信号を正確に受信できなかったり、測位用衛星から測位信号が送信されなかったりした場合には、同期のためのリファレンス信号を得ることができない。

このため、従来の基準信号発生装置は、電圧制御発振器に与えられていた過去の制御電圧信号のレベル（ＤＡＣ値）に基づいて、今回の制御電圧信号のレベル（ＤＡＣ値）を順次推定して、リファレンス信号の入力断の状態（ホールドオーバ状態）になると、推定したＤＡＣ値を電圧制御発振器に与えていた。そして、このような推定には、過去のＤＡＣ値による今回の推定ＤＡＣ値に与える影響を、重み付け係数として設定し、当該重み付け係数を用いた重み付け逐次最小二乗法を用いている。そして、この重み付け係数としては固定値が用いられている。
特開２００２−１６４３８号公報

一般的に、基準信号発生装置では、電圧制御発振器の起動特性によって図６に示すように起動直後からのＤＡＣ値が変化する。

図６は、基準信号発生装置の起動時点からの制御電圧信号のレベル（ＤＡＣ値）の推移の一例を示す図であり、一定の周波数からなる基準信号を発生するための制御電圧信号のレベルの推移を示す図である。図６に示すように、ＤＡＣ値は、起動直後には急激に変化し、起動タイミングからの経過時間が長くなるほど、すなわち連続的に動作している時間が長いほど変化が少なくなる。さらに、起動直後は発振特性が安定しにくいのでＤＡＣ値の誤差変動が大きいが、十分に時間経過すると発振特性が安定するためＤＡＣ値も安定する。

このため、上述のように、固定値からなる重み付け係数を用いて重み付け逐次最小二乗法を行うと、固定値の値により、過去のＤＡＣ値の影響を与えたくない起動直後や変動が大きい期間と、過去のＤＡＣ値をより積極的に利用したい起動から十分時間が経過したり、変動が小さい期間との二つの期間において、一方期間では良好な推定が可能であるが、他方期間の推定は、一方期間の推定ほど高精度に行うことが難しくなってしまう。

したがって、本発明の目的は、常に高精度な制御電圧信号のレベル（ＤＡＣ値）の推定を行うことができる基準信号発生装置を実現することにある。

この発明の基準信号発生装置は、位相比較器、ループフィルタ、電圧制御発振器、制御手段を備える。位相比較器は、外部からのリファレンス信号と電圧制御発振器の出力する基準信号から得られる調整用タイミング信号との位相差を取得し位相差信号を出力する。ループフィルタは、位相差信号から電圧制御発振器で所定周波数の基準信号を発生させるための制御電圧信号を生成する。電圧制御発振器は、制御電圧信号に基づいて基準信号を発生する。制御手段は、位相差信号を用いることなく電圧制御発振器で所定周波数の基準信号を発生させるための自走用制御電圧信号を、過去の制御電圧信号の推移に基づいて生成し、リファレンス信号の入力断を検出すると制御電圧信号に代えて自走用制御電圧信号を電圧制御発振器へ与える。さらに制御手段は、起動タイミングからの経過時間を計時し、該経過時間に応じて過去の制御電圧信号のレベルの重みが増加する重み付け係数を設定する。制御手段は、該重み付け係数を用いた重み付け逐次最小二乗法によって自走用制御電圧信号のレベルを算出する。

この構成では、起動時間からの経過時間に応じて重み付け係数が変化した逐次最小二乗法が用いられる。ここで、起動時間からの経過時間が長いほど過去に多くの個数の制御電圧信号が生成されて、蓄積される。一方で、経過時間が短ければ、制御電圧信号の生成個数は少ない。また、上述のように、一般的には、基準信号発生装置の出力すなわち電圧制御発振器の動作は経過時間が長いほど安定するので、経過時間が長いほど過去の制御電圧信号レベルの変化が緩く、過去の制御電圧信号レベルにおける安定した値の割合は大きくなる。すなわち、重み付け逐次最小二乗法に用いられる安定した過去の制御電圧信号レベルの個数が多くなる。したがって、例えば、経過時間が長くなるほど過去の制御電圧信号レベルに対する重み付け係数を増加させることで、より高精度な推定結果が得られる。一方で、一般的には、起動時間からの経過時間が短いほど、過去の制御電圧信号レベルの変化が激しく、過去の制御電圧信号レベルにおける安定した値の割合は小さくなる。すなわち、重み付け最小二乗法に用いられる安定した過去の制御電圧信号レベルの個数が少なくなる。したがって、経過時間が短い場合には、例えば、過去の制御電圧信号レベルに対する重み付け係数を低下させることで、過去の変動要因に影響されにくくなり、高精度な推定結果が得られる。

また、この発明の基準信号発生装置の制御手段は、予め設定した推定タイミングであることを検出すると、経過時間に基づく重み付け係数を決定する。

この構成では、推定タイミングを予め設定しておき、当該推定タイミング毎に重み付け係数が設定される。これにより、装置仕様に応じて適宜重み付け係数が設定され、例えば逐次重み付け係数を設定して自走用制御電圧信号レベルの推定値を算出するよりもリソースを節約することができる。

また、この発明の基準信号発生装置の制御手段は、リファレンス信号の入力断を検出したタイミングの経過時間を取得し、該取得した経過時間に基づく重み付け係数を決定する。

この構成では、リファレンス信号の入力中には重み付け係数を設定せず、リファレンス信号の入力断のタイミングになって、このタイミングの経過時間に応じた重み付け係数が設定される。これにより、ホールドオーバ時の高精度な自走制御に対応しながら、さらにリソースを節約することができる。

また、この発明の基準信号発生装置の制御手段は、経過時間が予め設定した閾値時間に達したことを検出すると、該閾値時間以降の重み付け係数を一定にする。

この構成では、上述のように電圧制御発振器では起動からの連続動作時間が長いほど安定した出力が得られることを利用し、経過時間が閾値時間に達した以降は、重み付け係数を変化させない。これにより、以降の重み付け係数の設定処理を省略できるとともに、安定後は、最も古い側の過去の制御電圧信号レベルの影響を経過時間に沿って徐々に小さくすることができる。

また、この発明の基準信号発生装置の制御手段は、制御電圧信号のレベルもしくは自走用制御電圧信号のレベルを経時的に記憶し、制御電圧信号のレベルもしくは自走用制御電圧信号のレベルの時間変化率に基づいて、時間変化率の低下に応じて過去の制御電圧信号のレベルの重みが増加する重み付け係数を設定する。制御手段は、該重み付け係数を用いた重み付け逐次最小二乗法によって、前記自走用制御電圧信号のレベルを算出する。

この構成では、制御電圧信号のレベルもしくは自走用制御電圧信号のレベルの変化に基づいて重み付け係数が設定される。この場合、レベル変化が低くなるほど重み付け係数を増加させることで、レベル変化が小さい場合には、安定した過去の制御電圧信号レベルもしくは自走用制御電圧信号のレベルによる影響を受けやすくすることができ、より高精度な推定結果が得られる。一方で、レベル変化が大きい場合には、不安定な過去の制御電圧信号レベルもしくは自走用制御電圧信号のレベルに対する重み付け係数を低下させることで、過去の変動要因に影響されにくくなり、高精度な推定結果が得られる。

また、この発明の基準信号発生装置の制御手段は、起動タイミングからの経過時間を計時し、予め設定した推定タイミングであることを検出すると、当該推定タイミングにおける制御電圧信号のレベルもしくは自走用制御電圧信号のレベルの時間変化率を算出し、該時間変化率に基づく重み付け係数を決定する。

この構成では、推定タイミングを予め設定しておき、当該推定タイミング毎に重み付け係数が設定される。なお、この推定タイミングの間隔は等時間間隔であっても、経過時間に応じて徐々に長くする等の変化を持たせても良い。これにより、装置仕様に応じて適宜重み付け係数が設定され、例えば逐次重み付け係数を設定して自走用制御電圧信号レベルの推定値を算出するよりもリソースを節約することができる。

また、この発明の基準信号発生装置の制御手段は、リファレンス信号の入力断を検出したタイミングの制御電圧信号のレベルの時間変化率を算出し、該時間変化率に基づく重み付け係数を決定する。

この構成では、リファレンス信号の入力中には重み付け係数を設定せず、リファレンス信号の入力断のタイミングになって、このタイミングにおける制御電圧信号のレベルの時間変化率に応じた重み付け係数が設定される。これにより、ホールドオーバ時の高精度な自走制御に対応しながら、さらにリソースを節約することができる。

また、この発明の基準信号発生装置の制御手段は、時間変化率の変化率が閾値変化率以下になったことを検出すると、以降の重み付け係数を一定にする。

この構成では、上述のように電圧制御発振器では起動からの連続動作時間が長いほど安定した出力が得られ、レベルの時間変化率が小さくなることを利用し、レベルの時間変化率の変化率が閾値変化率以下になった以降は、重み付け係数を変化させない。これにより、以降の重み付け係数の設定処理を省略できるとともに、安定後は、最も古い側の過去の制御電圧信号レベルの影響を経過時間に沿って徐々に小さくすることができる。

この発明によれば、常に高精度な制御電圧信号レベルを推定することができるので、起動からホールドオーバが発生するタイミングまでの経過時間に関係なく、ホールドオーバ後も高精度な基準信号を発生することができる。

本発明の第１の実施形態に係る基準信号発生装置について図を参照して説明する。

図１は、本実施形態の基準信号発生装置およびこの装置にリファレンス信号を与える回路を示す概略ブロック図である。なお、以下の説明では、ＧＰＳを用いてリファレンス信号を取得する例を示すが、他のＧＮＳＳを用いても良く、さらには外部装置からリファレンス信号を取得しても良い。

本実施形態の基準信号発生装置１は、制御部１０、位相比較器１１、ループフィルタ１２、スイッチ回路１３、電圧制御発振器１４、分周器１５を備える。

この基準信号発生装置１にはＧＰＳ受信機２が接続されており、ＧＰＳ受信機２にはＧＰＳアンテナ３が接続されている。ＧＰＳ受信機２は、ＧＰＳアンテナ３で受信した測位用信号に基づいて航法メッセージ等の測位関連情報を取得するとともに、リファレンス信号である１ＰＰＳを生成し、位相比較器１１へ与える。

位相比較器１１は、１ＰＰＳと、電圧制御発振器１４から出力される基準周波数信号を分周器１５で分周してなる調整用タイミング信号との位相差を検出し、当該位相差に基づく電圧レベルの位相差信号を生成して出力する。ループフィルタ１２は、ローパスフィルタ等により構成され、位相差信号の電圧レベルを時間軸上で平均化することで、制御電圧信号を生成して制御部１０とスイッチ回路１３へ出力する。

スイッチ回路１３は、電圧制御発振器１４の制御信号入力端子に対して、ループフィルタ１２または制御部１０の何れか一方を接続するように切り替え可能とする回路である。この切り替えは、制御部１０からの切替制御信号に応じて行われる。

電圧制御発振器１４は、スイッチ回路１３から入力される制御電圧信号のレベル（同期ＤＡＣ値）もしくは自走用制御電圧信号のレベル（自走ＤＡＣ値）に基づいて、所定周波数の基準周波数信号を発生する。分周器１５は基準周波数信号を分周して調整用タイミング信号を発生し、位相比較器１１へ与える。なお、本発明における自走とは、この電圧制御発振器１４の説明に示すように、完全なフリーラン発振を示すものではなく、リファレンス信号に対して同期を行わずに基準信号を発生する動作を示す。

制御部１０は、基準信号発生装置１を動作させる各種制御を行う。

また、制御部１０は、ＧＰＳ受信機２から１ＰＰＳの受信の有無に応じてスイッチ回路１３の切替制御を行う。具体的には、制御部１０は、ＧＰＳ受信機２から１ＰＰＳを取得できればループフィルタ１２と電圧制御発振器１４とを接続するように切替制御信号をスイッチ回路１３へ与える。一方、制御部１０は、ＧＰＳ受信機２から１ＰＰＳを取得できなければ、すなわちホールドオーバを検出すれば、自身（制御部１０）と電圧制御発振器１４とを接続するように切替制御信号をスイッチ回路１３へ与える。そして、制御部１０は、ホールドオーバを検出した時点で、推定した自走ＤＡＣ値を出力する。

図２は自走ＤＡＣ値の推定フローを示すフローチャートである。また、図３は重み付け係数Ｗの設定概念を説明するための図であり、（Ａ）が推定タイミングを示す図、（Ｂ）が各タイミングＴと重み付け係数Ｗとの関連テーブルである。なお、以下の説明では、予め設定した所定タイミングＴ毎に自走ＤＡＣ値を推定する方法を例に示す。

基準信号発生装置１が起動操作されると、内部の各機能部が起動し（Ｓ１０１）、制御部１０は計時を開始する（Ｓ１０２）。この起動とともに、制御部１０は、ＧＰＳ受信機２からの１ＰＰＳ信号の入力を確認すると、ループフィルタ１２と電圧制御発振器１４とを接続するようにスイッチ回路１３を制御する。これに伴い、位相比較器１１、ループフィルタ１２、スイッチ回路１３、電圧制御発振器１４、分周器１５からなるＰＬＬ回路が形成され、ＧＰＳ受信機２からの１ＰＰＳ信号に同期した基準周波数信号が出力される。この基準周波数信号の生成工程において、ループフィルタ１２からは位相比較器１１の位相差信号に応じた同期ＤＡＣ値が出力される。制御部１０は、この同期ＤＡＣ値の取得及び記憶を開始する。

制御部１０は、このような同期ＤＡＣ値の取得を行いながら計時処理を継続する（Ｓ１０３）。そして、制御部１０は、予め設定した自走ＤＡＣ値の推定タイミング（図３（Ａ）に示すＴ１，Ｔ２，Ｔ３，・・・，Ｔｎ，・・・）になったことを検出すると（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、経過時間すなわち検出した推定タイミングに応じた重み付け係数Ｗを決定する（Ｓ１０５）。なお、自走ＤＡＣ値の推定タイミングでなければ、計時処理を継続する（Ｓ１０４：Ｎｏ→Ｓ１０３）。

制御部１０は、図示しないメモリに、図３（Ｂ）に示すような推定タイミングＴと重み付け係数Ｗとの関連付け表を記憶しており、検出したタイミングＴに応じた重み付け係数Ｗを読み出す。例えば、検出タイミングが「Ｔ１」ならば、重み付け係数として「Ｗ１」を読み出す。ここで、重み付け係数Ｗは、起動からの経過時間が長くなるほど大きくなる値に設定されている。すなわち、検出タイミングがＴ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜・・・＜Ｔｎであれば、重み付け係数はＷ１＜Ｗ２＜Ｗ３＜・・・・＜Ｗｎと設定される。なお、重み付け係数Ｗの上限値は、後述する重み付け逐次最小二乗法による係数設定仕様に応じて適宜設定されるものであり、例えば、重み付け逐次最小二乗法に用いる最新の同期ＤＡＣ値に対して係数「１」を与える場合であれば、重み付け係数Ｗの上限値は、「１」未満に設定すると良い。さらには、重み付け係数Ｗの下限値は、図３（Ａ）に示すようなＤＡＣ値の特性曲線および重み付け逐次最小二乗法を適用する推定演算式に基づいて予めシミュレーション等を行うことで設定すればよい。

制御部１０は、重み付け係数Ｗを決定すると、当該重み付け係数Ｗを用いて逐次最小二乗法によって、新たな自走ＤＡＣ値を推定して記憶する（Ｓ１０６→Ｓ１０７）。この際、制御部１０は、重み付け係数Ｗを過去の同期ＤＡＣ値に対する重み付け要素として用いる。これにより、重み付け係数Ｗが大きいほど過去の同期ＤＡＣ値の影響を受けた推定が行われ、重み付け係数Ｗが小さいほど過去の同期ＤＡＣ値の影響を受けにくい推定が行われる。

ここで、上述のように、重み付け係数Ｗは経過時間が長くなるほど大きくなるように設定されているので、上述の概念からなる重み付け逐次最小二乗法を用いることで、起動からの経過時間が短い同期ＤＡＣ値の変動が大きい期間では、過去の同期ＤＡＣ値の影響を受けにくい状態で自走ＤＡＣ値を推定することができる。一方で、起動からの経過時間が長く同期ＤＡＣ値の変動の小さい期間が長く続いた状態になると、当該変動の少ない過去の同期ＤＡＣ値の影響を受けた状態で自走ＤＡＣ値を推定することができる。

すなわち、起動からの経過時間が短い、電圧制御発振器の動作が安定しているとはいえない状態では、ＤＡＣ値の変化が急激であり、変動誤差要因も大きいが、この期間では不安定な過去の同期ＤＡＣ値の影響が低く、過去の同期ＤＡＣ値の中でも、より安定な極最近の同期ＤＡＣ値の影響を受けやすい推定を行うことができる。これにより、起動後の経過時間が短い期間で高精度な自走ＤＡＣ値の推定を行うことができる。

一方、起動からの経過時間が長い、電圧制御発振器の動作が安定している状態では、ＤＡＣ値の変化は緩やかになり、変動誤差要因も少なくなる。このような期間では、安定した過去の同期ＤＡＣ値の影響が受けやすい推定を行うことができる。これにより、起動後の経過時間が長い期間でも高精度な自走ＤＡＣ値の推定を行うことができる。

このように、上述のような重み付け係数Ｗを用いた重み付け逐次最小二乗法を用いることで、起動後の経過時間に影響されることなく、高精度な自走ＤＡＣ値の推定を行うことができる。これにより、起動後からホールドオーバまでの経過時間に関係なく、高精度な基準周波数信号を自走発振で生成することができる。

このような過去の同期ＤＡＣ値を用いた重み付け逐次最小二乗法による自走ＤＡＣ値の推定は、リファレンス信号の入力断が検出されるまで、継続的に行われる（Ｓ１０８：Ｎｏ）。

次に、このような推定が行われている期間に、リファレンス信号の入力断（ホールドオーバ）を検出すると（Ｓ１００：Ｙｅｓ）、制御部１０は、スイッチ回路１３に対して、制御部１０と電圧制御発振器１４とを接続するように切替制御を行い、推定した自走ＤＡＣ値を出力する（Ｓ１０９）。

そして、これ以降のホールドオーバ期間内では、制御部１０は、上述の自走ＤＡＣ値の推定タイミングＴに相当する自走ＤＡＣ値の更新タイミングを検出する毎に、新たに重み付け係数Ｗを更新設定し、上述の重み付け逐次最小二乗法を用いて、新たな自走ＤＡＣ値を推定して更新する（Ｓ１１０：Ｙｅｓ→Ｓ１１１→Ｓ１１２）。この際、過去のＤＡＣ値には、ホールドオーバよりも前の同期ＤＡＣ値と、ホールドオーバ後の自走ＤＡＣ値を時系列に並べて記憶したデータを用いる。このような処理を行うことで、ホールドオーバ後であっても高精度に自走ＤＡＣ値を推定し続けることができる。

なお、上述の説明では、経過時間Ｔと重み付け係数Ｗとの関連テーブルを用いて、予め設定した推定タイミング毎に重み付け係数を設定する例を示したが、サンプリングタイミング毎に重み付け係数を設定してもよい。これにより、さらに高精度に基準周波数信号を発生することができる。なお、上述のように所定タイミング毎に重み付け係数を設定しても高精度な基準周波数信号を得ることができるので、実用上十分な精度に自走ＤＡＣ値を設定しながら、サンプリングタイミング毎に重み付け係数を設定するよりもリソースの負荷を軽減することができる。

また、推定タイミングの間隔は、起動後の経過時間に対して無関係に等間隔にしてもよいが、経過時間に応じて長くしても良い。すなわち、起動後の経過時間が短い期間では推定タイミングの間隔を短くし、起動後の経過時間が十分に長く装置が安定動作する期間では推定タイミングの間隔を長くしても良い。これにより、起動後の経過時間すなわち装置の安定度に応じて推定タイミングの回数を変化させることができ、より適する条件で、より高精度に自走ＤＡＣ値を設定することができる。

また、上述の説明では、継続的に自走ＤＡＣ値を推定し続ける例を示したが、予め設定した閾値時間までは継続的に、経過時間に基づく自走ＤＡＣ値の推定を行い、閾値時間に達した時点で固定値に変更するようにしてもよい。これは、図３（Ａ）に示すように、起動から十分な時間が経つと、ＤＡＣ値は安定するので、このような安定の時間からは固定値を用いた一次近似を行っても高精度に基準周波数信号を発生できるからである。そして、このように閾値時間を設けることにより、必要以上に自走ＤＡＣ値の推定を続ける必要なく、当該閾値時間以降で自走ＤＡＣ値を推定するためのリソースを節約することができる。ただし、この場合は、突発的な変動に対する対応を考慮して、同期ＤＡＣ値の変動率を定期的に観測し、当該変動率が閾値を超えた時点で再度重み付け係数の設定を行ってもよい。

また、上述の説明では、関連テーブルを用いて重み付け係数Ｗを設定する例を示したが、次に示す算出式を用いて推定しても良い。この場合、ある経過時間ｔでの重み付け係数をＷ（ｔ）とし、予め装置の発振特性等により設定した定数をＣｔ１，Ｃｔ２とすると、
Ｗ（ｔ）＝Ｃｔ１・ｌｏｇ（ｔ）＋Ｃｔ２
で表す式を用いればよい。このような算出式を用いても、経過時間に応じた重み付け係数を設定することができる。

次に、第２の実施形態に係る基準信号発生装置について図を参照して説明する。
なお、本実施形態の基準信号発生装置は、第１の実施形態に示した基準信号発生装置１と回路構成は同じであるが、制御部１０での重み付け係数の設定処理方法が異なるものである。したがって、以下では、構成の説明を省略し、重み付け係数を設定方法のみを説明する。

図４は、本実施形態の自走ＤＡＣ値の推定フローを示すフローチャートである。また、図５は重み付け係数の設定概念を説明するための図である。

第１の実施形態の基準信号発生装置が経過時間に応じて重み付け係数を設定するのに対して、本実施形態の基準信号発生装置は、重み付け係数を設定するタイミングでのＤＡＣ値の時間変化率に基づいて重み付け係数を設定する。すなわち、図４のフローであれば、ステップＳ２０５とステップＳ２１１とが、第１の実施形態と異なる。

この場合、ホールドオーバ以前であれば、制御部１０は、自走ＤＡＣ値の推定タイミングになると（Ｓ２０４：Ｙｅｓ）、時系列で記憶している同期ＤＡＣ値の時間変化率Ｋを算出する。そして、制御部１０は、時間変化率に基づいて重み付け係数Ｗを設定する（Ｓ２０５）。この際、制御部１０は、時間変化率が低いほど重み付け係数が大きくなるように設定する。これにより、起動からの経過時間が短い、電圧制御発振器の動作が安定しているとはいえない状態で、ＤＡＣ値の変化が急激であり変動誤差要因も大きい期間（図５のタイミングＴ１の時間変化率Ｋ１参照）では、不安定な過去の同期ＤＡＣ値の影響が低く、過去の同期ＤＡＣ値の中でも、より安定な極最近の同期ＤＡＣ値の影響を受けやすい推定を行うことができる。これにより、起動後の経過時間が短い期間で高精度な自走ＤＡＣ値の推定を行うことができる。

一方、起動からの経過時間が長い、電圧制御発振器の動作が安定している状態で、ＤＡＣ値の変化が緩やかであり変動誤差要因も少ない期間（図５のタイミングＴｎの時間変化率Ｋｎ参照）では、安定した過去の同期ＤＡＣ値の影響が受けやすい推定を行うことができる。これにより、起動後の経過時間が長い期間でも高精度な自走ＤＡＣ値の推定を行うことができる。

なお、ホールドオーバ以降であれば、制御部１０は、自走ＤＡＣ値の更新タイミングになると（Ｓ２１０：Ｙｅｓ）、時系列で記憶している同期ＤＡＣ値もしくは自走ＤＡＣ値の時間変化率Ｋを算出し、上述のステップＳ２０５と同じ概念で重み付け係数Ｗを設定する（Ｓ２１１）。

このように、ＤＡＣ値の時間変化率に基づいて重み付け係数を設定しても、高精度に自走ＤＡＣ値を推定することができる。そして、ＤＡＣ値の時間変化率を用いる場合には、電圧制御発振器の起動特性に準じたＤＡＣ値の変化に直接に対応した重み付け係数を設定することができ、起動特性に影響されることなく、より高精度に重み付け係数を設定することができる。そして、これによって、起動後からのホールドオーバまでの経過時間に関係なく、より高精度な基準周波数信号を自走発振で生成することができる。

なお、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、サンプリングタイミング毎に時間変化率Ｋを算出して重み付け係数を設定しても良い。

また、時間変化率Ｋを算出するタイミングの間隔も、起動後の経過時間に応じて長くしても良い。すなわち、起動後の経過時間が短い期間では時間変化率Ｋを算出して重み付け係数Ｗを推定するタイミングの間隔を短くし、起動後の経過時間が十分に長く装置が安定動作する期間では時間変化率Ｋを算出して重み付け係数Ｗを推定するタイミングの間隔を長くしても良い。これにより、起動後の経過時間すなわち装置の安定度に応じて推定タイミングの回数を変化させることができ、より適する条件で、より高精度に自走ＤＡＣ値を設定することができる。

また、上述の説明では、継続的に自走ＤＡＣ値を推定し続ける例を示したが、予め設定した閾値変化率までは継続的に、経過時間に基づく自走ＤＡＣ値の推定を行い、時間変化率の変化率が閾値変化率以下になった時点で固定値に変更してもよい。さらに、単に時間変化率が予め設定した閾値時間変化率以下になった時点で固定値に変更しても良い。これは、図５に示すように、起動から十分な時間が経つと、ＤＡＣ値は安定して時間変化率Ｋの変化率および時間変化率Ｋそのものが安定するので、このような安定の時間からは固定値を用いた一次近似を行っても高精度に基準周波数信号を発生できるからである。そして、このように閾値時間を設けることにより、必要以上に自走ＤＡＣ値の推定を続ける必要なく、当該閾値時間以降で自走ＤＡＣ値を推定するためのリソースを節約することができる。ただし、この場合も、突発的な変動に対する対応を考慮して、同期ＤＡＣ値の変動率を定期的に観測し、当該変動率が閾値を超えた時点で再度重み付け係数の設定を行ってもよい。

また、次に示す算出式を用いて重み付け係数を設定しても良い。この場合、あるタイミングｔでの重み付け係数をＷ（ｔ）とし、このタイミングでの時間変化率をＫ（ｔ）とし、予め装置の発振特性等により設定した定数をＣｋ１，Ｃｋ２とすると、
Ｗ（ｔ）＝Ｃｋ１・ｌｏｇ［１／（Ｋ（ｔ））］＋Ｃｋ２
で表す式を用いればよい。このような算出式を用いても、時間変化率に応じた重み付け係数を設定することができる。

なお、上述の説明では、経過時間およびＤＡＣ値の時間変化率に基づいて、重み付け係数を設定する例を示したが、リファレンス信号が入力されている期間内、すなわちホールドオーバ以前であれば、推定した自走ＤＡＣ値と同期ＤＡＣ値との差分値に基づいて重み付け係数を設定しても良い。

また、上述の説明では、経過時間に応じて重み付け係数が増加する例を示したが、経過時間に応じて重み付け係数を一定にしたり低くしたりする等の設定を行ってもよく、これにより、装置や状況に応じた、よりフレキシブルな重み付け設定を行うことができる。

また、上述の説明では、逐次最小二乗法を用いることにより、過去の推定演算時に利用した重み付け係数が今回およびこれ以降の推定演算時に重ねて反映される設定になっているが、当該逐次最小二乗法に対して、ＤＡＣ値毎の個別重み付け係数を設定することもできる。このような個別重み付け係数を設定することで、例えば、突発的で短期間のＤＡＣ値の変動が発生した場合に、これら対象となるＤＡＣ値の個別重み付け係数を低く設定することで、逐次最小二乗法を用いながらも、これら対象のＤＡＣ値の影響のみを抑圧することができる。これにより、このような突発的なＤＡＣ値の変動の影響が抑圧された、より高精度な自走ＤＡＣ値の推定が可能になる。

第１の実施形態の基準信号発生装置およびこの装置にリファレンス信号を与える回路を示す概略ブロック図である。 自走ＤＡＣ値の推定フローを示すフローチャートである。 重み付け係数の設定概念を説明するための図である。 第２の実施形態の自走ＤＡＣ値の推定フローを示すフローチャートである。 第２の実施形態における重み付け係数の設定概念を説明するための図である。 基準信号発生装置の起動時点からの制御電圧信号のレベル（ＤＡＣ値）の推移の一例を示す図である。

符号の説明

１−基準周波数信号発生装置、１０−制御部、１１−位相比較器、１２−ループフィルタ、１３−スイッチ回路、１４−電圧制御発振器、１５−分周器、２−ＧＰＳ受信機、３−ＧＰＳアンテナ

Claims (8)

1. 外部からのリファレンス信号と電圧制御発振器の出力する基準信号から得られる調整用タイミング信号との位相差を取得し位相差信号を出力する位相比較器と、
   前記位相差信号から電圧制御発振器で所定周波数の前記基準信号を発生させるための制御電圧信号を生成するループフィルタと、
   前記制御電圧信号に基づいて前記基準信号を発生する電圧制御発振器と、
   前記位相差信号を用いることなく前記電圧制御発振器で所定周波数の前記基準信号を発生させるための自走用制御電圧信号を、過去の制御電圧信号の推移に基づいて生成し、前記リファレンス信号の入力断を検出すると前記制御電圧信号に代えて前記自走用制御電圧信号を前記電圧制御発振器へ与える制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   起動タイミングからの経過時間に応じて前記過去の制御電圧信号のレベルの重みが増加する重み付け係数を設定し、該重み付け係数を用いた重み付け逐次最小二乗法によって、前記自走用制御電圧信号のレベルを算出する、基準信号発生装置。
2. 前記制御手段は、予め設定した推定タイミングであることを検出すると、前記経過時間に基づく重み付け係数を決定する、請求項１に記載の基準信号発生装置。
3. 前記制御手段は、前記リファレンス信号の入力断を検出したタイミングの前記経過時間を取得し、該取得した経過時間に基づく重み付け係数を決定する、請求項１に記載の基準信号発生装置。
4. 前記制御手段は、前記経過時間が予め設定した閾値時間に達したことを検出すると、該閾値時間以降の重み付け係数を一定にする、請求項１または請求項２に記載の基準信号発生装置。
5. 外部からのリファレンス信号と電圧制御発振器の出力する基準信号から得られる調整用タイミング信号との位相差を取得し位相差信号を出力する位相比較器と、
   前記位相差信号から電圧制御発振器で所定周波数の前記基準信号を発生させるための制御電圧信号を生成するループフィルタと、
   前記制御電圧信号に基づいて前記基準信号を発生する電圧制御発振器と、
   前記位相差信号を用いることなく前記電圧制御発振器で所定周波数の前記基準信号を発生させるための自走用制御電圧信号を、過去の制御電圧信号の推移に基づいて生成し、前記リファレンス信号の入力断を検出すると前記制御電圧信号に代えて前記自走用制御電圧信号を前記電圧制御発振器へ与える制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   前記制御電圧信号のレベルもしくは前記自走用制御電圧信号のレベルを経時的に記憶し、前記制御電圧信号のレベルもしくは前記自走用制御電圧信号のレベルの時間変化率に基づいて、時間変化率の低下に応じて前記過去の制御電圧信号のレベルの重みが増加する重み付け係数を設定し、該重み付け係数を用いた重み付け逐次最小二乗法によって、前記自走用制御電圧信号のレベルを算出する、基準信号発生装置。
6. 前記制御手段は、起動タイミングからの経過時間を計時し、予め設定した推定タイミングであることを検出すると、当該推定タイミングにおける前記制御電圧信号のレベルもしくは前記自走用制御電圧信号のレベルの時間変化率を算出し、該時間変化率に基づく重み付け係数を決定する、請求項５に記載の基準信号発生装置。
7. 前記制御手段は、前記リファレンス信号の入力断を検出したタイミングの前記制御電圧信号のレベルの時間変化率を算出し、該時間変化率に基づく重み付け係数を決定する、請求項５に記載の基準信号発生装置。
8. 前記制御手段は、前記時間変化率の変化率が閾値変化率以下になったことを検出すると、以降の重み付け係数を一定にする、請求項５または請求項６のいずれかに記載の基準信号発生装置。

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