JP6485501B2 - 信号生成方法 - Google Patents

Description

本発明は、タイミング信号生成装置、電子機器、移動体、タイミング信号生成方法及び衛星信号受信機の制御方法に関する。

人工衛星を利用した全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）の１つであるＧＰＳ（Global Positioning System）が広く知られている。ＧＰＳ衛星は、極めて精度の高い原子時計が搭載されており、ＧＰＳ衛星の軌道情報や正確な時刻情報等が重畳された衛星信号を地上に送信している。ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ衛星から送信された衛星信号を受信し、衛星信号に重畳されている軌道情報や時刻情報を基に現在位置や現在時刻を算出する処理や、時刻が１秒毎に更新される正確なタイミング信号（１ＰＰＳ）を生成する処理等を行う。

ＧＰＳ受信機は、移動体に搭載され、当該移動体の位置を知る目的で使用される場合もあれば、地表に対して移動しない場所（ビル等）に設置され、１ＰＰＳの正確なタイミングを得る目的（例えば、証券取引等）で使用される場合もある。前者の場合、ＧＰＳ受信機は現在位置の計算を継続的に行う必要があるが、後者の場合、ＧＰＳ受信機は現在位置の計算を継続的に行う必要はない。そのため、ＧＰＳ受信機には、継続的に測位計算を行う通常測位モードと、あらかじめ設定された位置情報に基づいて１ＰＰＳを出力する位置固定モードが設けられているのが一般的である。

通常測位モードでは、位置を決める複数のパラメーター（２次元位置であれば緯度及び経度、３次元位置であれば緯度、経度及び高度）と時刻パラメーターを変数とする方程式を解く処理を行うので、所定数（２次元測位あれば最低３個、３次元測位であれば４個）以上のＧＰＳ衛星からの衛星信号が必要である。また、衛星信号を受信可能なＧＰＳ衛星の数が多いほど、測位計算の精度が向上する。逆に言えば、衛星信号の受信環境が悪く、多くのＧＰＳ衛星からの衛星信号を受信できない状況では、測位結果の位置情報や１ＰＰＳの精度が劣化する。これに対して、位置固定モードでは、ＧＰＳ受信機にあらかじめ位置情報が設定されるので、少なくとも１つのＧＰＳ衛星からの衛星信号を受信できれば１ＰＰＳを生成することができる。従って、ＧＰＳ受信機が移動しない場所に設置され、正確な１ＰＰＳを必要とする場合、位置固定モードでの使用が適している。

位置固定モードでの１ＰＰＳの精度は、設定される位置情報の精度に依存するため、ＧＰＳ受信機に正確な位置情報を設定することが重要になる。ＧＰＳ受信機に設定するための正確な位置情報を取得する方法としては、例えば、地図から読み取る方法や測量等が考えられるが、前者は受信場所によっては位置情報を取得することが困難な場合があり、後者は費用や時間等のコストがかかるといった問題がある。

これらの問題を解決するために、特許文献１では、設置したＧＰＳ受信機自体が測位計算を行い、測位結果の位置情報を所定時間に亘って平均化して受信点の位置を決定する手法が提案されており、この手法によれば、任意の受信場所での位置情報を取得することが可能であり、コストも低減することができる。

特開平９−１７８８７０号公報

しかしながら、マルチパス等何らかのエラーが発生した場合には測位計算の結果の位置情報に大きな誤差が含まれるため、測位計算の結果を平均化する特許文献１の手法では、平均化の結果として得られる受信点の位置の誤差が大きくなる可能性がある。そのため、特許文献１の手法では、測位計算時の受信環境によっては１ＰＰＳ（タイミング信号）の精度が劣化するおそれがあるという問題がある。このような問題は、ＧＰＳ受信機だけでなく、その他の全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）の受信装置についても共通の問題である。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、受信場所の制限を受けず、コストを低減しながら従来よりも正確なタイミング信号を生成可能なタイミング信号生成装置、電子機器、移動体、タイミング信号生成方法及び衛星信号受信機の制御方法を提供することができる。

本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例に係るタイミング信号生成装置は、位置情報衛星から送信された衛星信号を受信し、受信した衛星信号に含まれる軌道情報及び時刻情報に基づいて測位計算を行う測位計算部と、前記測位計算部による複数の前記測位計算の結果における最頻値又は中央値に基づいて、受信点の位置情報を生成する位置情報生成部と、位置情報衛星から送信された衛星信号を受信し、受信した衛星信号に含まれる軌道情報と前記受信点の位置情報とに基づいて、基準時刻に同期したタイミング信号を生成するタイミング信号生成部と、を備えている。

位置情報衛星は、受信点の位置情報の計算に使用可能な情報を含む信号を送信する人工衛星であり、例えば、ＧＰＳ、ガリレオ、ＧＬＯＮＡＳＳ等の全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）に使用される衛星、静止衛星、準天頂衛星等である。

本適用例に係るタイミング信号生成装置によれば、複数の測位計算の結果における最頻値又は中央値に基づく受信点の位置情報に基づきタイミング信号を生成するので、受信環境の劣化により測位計算の誤差が大きくなっても、誤差の大きい測位結果の影響を受けにくく、従来よりも正確なタイミング信号を生成することができる。

また、本適用例に係るタイミング信号生成装置によれば、自己の測位計算の結果に基づく位置情報を使用してタイミング信号を生成することができるので、受信場所の制限を受けず、コストも低減することができる。

［適用例２］
上記適用例に係るタイミング信号生成装置は、複数の前記タイミング信号生成部と、前記複数のタイミング信号生成部の故障の有無を判定し、判定結果に基づいて、前記複数のタイミング信号生成部のうちいずれかが生成したタイミング信号を選択するタイミング信号選択部と、を備えていてもよい。

例えば、前記タイミング信号選択部は、前記複数のタイミング信号の中から、故障が無いと判定された前記タイミング信号生成部により生成された前記タイミング信号を選択するようにしてもよい。

本適用例に係るタイミング信号生成装置によれば、選択中のタイミング信号を生成するタイミング信号生成部が故障した場合、同じ受信点で衛星信号を受信する他のタイミング信号生成部が生成するタイミング信号に切り替えることができる。従って、正確なタイミング信号の出力を継続することができる。

［適用例３］
上記適用例に係るタイミング信号生成装置は、複数の前記測位計算部と、複数の前記タイミング信号生成部と、タイミング信号選択部と、を備え、複数の前記測位計算部は、互いに異なる受信点での前記測位計算を行い、前記位置情報生成部は、前記複数の受信点の位置情報を生成し、複数の前記タイミング信号生成部は、前記互いに異なる受信点での、前記タイミング信号と前記衛星信号の受信状況を示すパラメーター情報とを生成し、前記タイミング信号選択部は、前記複数の前記パラメーター情報に基づいて、前記複数の前記タイミング信号の精度を比較し、比較結果に基づいて前記複数のタイミング信号のいずれかを選択するようにしてもよい。

例えば、前記タイミング信号選択部は、前記複数のパラメーター情報に基づいて、前記複数のタイミング信号の中から最も精度の高い前記タイミング信号を選択するようにしてもよい。

「タイミング信号の精度」とは、例えば、基準時刻に対する同期精度（基準時刻とどの程度の誤差で同期するか）であり、「複数の前記タイミング信号の精度を比較する」とは、例えば、複数のタイミング信号の間で、基準信号との同期精度の大小関係を調べることであってもよい。

本適用例に係るタイミング信号生成装置によれば、互いに異なる受信点で衛星信号を受信する複数のタイミング信号生成部が生成する複数のタイミング信号の中から精度の高いタイミング信号を選択して出力することができる。従って、時間の経過に応じて受信環境が変化しても、正確なタイミング信号の出力を継続することができる。

［適用例４］
本適用例に係るタイミング信号生成装置は、位置情報衛星から送信された衛星信号を受信し、受信した衛星信号に含まれる軌道情報及び時刻情報に基づいて測位計算を行う第１のモードと、位置情報衛星から送信された衛星信号を受信し、受信した衛星信号に含まれる軌道情報と設定された受信点の位置情報とに基づいて、基準時刻に同期したタイミング信号を生成する第２のモード、に切り替え可能な衛星信号受信部と、複数の前記測位計算の結果を取得し、前記複数の測位計算の結果における最頻値又は中央値に基づいて、受信点の位置情報を生成する位置情報生成部と、前記衛星信号受信部に前記受信点の位置情報を設定し、前記衛星信号受信部を前記第１のモードから前記第２のモードに切り替える受信制御部と、を備えている。

本適用例に係るタイミング信号生成装置によれば、衛星信号受信部による第１のモードでの複数の測位計算の結果における最頻値又は中央値に基づいて、第２のモードにおいて設定すべき受信点の位置情報を生成する。衛星信号の受信環境が劣化すると、マルチパス等に起因する測位計算の誤差が大きくなるため、従来手法のように、第２のモードにおける位置情報として測位結果の平均値を設定した場合、誤差が大きくなる可能性が高いが、本適用例のように、最頻値や中央値を設定することで、誤差の大きい測位結果の影響を受けにくいので、従来手法と比較して、正確なタイミング信号を生成することができる。

また、本適用例に係るタイミング信号生成装置によれば、第１のモードでの測位結果を用いて第２のモードで設定すべき位置情報を計算するので、受信場所の制限を受けず、コストも低減することができる。

［適用例５］
上記適用例に係るタイミング信号生成装置は、クロック信号を出力する発振器と、前記クロック信号を前記タイミング信号に同期させる同期制御部と、を備えていてもよい。

本適用例に係るタイミング信号生成装置によれば、発振器が出力するクロック信号を正確なタイミング信号に同期させることで、発振器の精度よりも高い精度のクロック信号を生成することができる。

［適用例６］
本適用例に係る電子機器は、上記のいずれかのタイミング信号生成装置を含む。

［適用例７］
本適用例に係る移動体は、上記のいずれかのタイミング信号生成装置を含む。

［適用例８］
本適用例に係るタイミング信号生成方法は、位置情報衛星から送信された衛星信号を受信し、受信した衛星信号に含まれる軌道情報及び時刻情報に基づいて測位計算を行う測位計算ステップと、前記測位計算ステップでの複数の前記測位計算の結果における最頻値又は中央値に基づいて、受信点の位置情報を生成する位置情報生成ステップと、位置情報衛星から送信された衛星信号を受信し、受信した衛星信号に含まれる軌道情報と前記受信点の前記位置情報とに基づいて、基準時刻に同期したタイミング信号を生成するタイミング信号生成ステップと、を含む。

本適用例に係るタイミング信号生成方法によれば、複数の測位計算の結果における最頻値又は中央値に基づく受信点の位置情報に基づきタイミング信号を生成するので、受信環境の劣化により測位計算の誤差が大きくなっても、誤差の大きい測位結果の影響を受けにくく、従来よりも正確なタイミング信号を生成することができる。

また、本適用例に係るタイミング信号生成方法によれば、測位計算の結果に基づく位置情報を使用してタイミング信号を生成することができるので、受信場所の制限を受けず、コストも低減することができる。

［適用例９］
本適用例に係る衛星信号受信機の制御方法は、位置情報衛星から送信された衛星信号を受信し、受信した衛星信号に含まれる軌道情報及び時刻情報に基づいて測位計算を行う第１のモードと、位置情報衛星から送信された衛星信号を受信し、受信した衛星信号に含まれる軌道情報と設定された受信点の位置情報とに基づいて、基準時刻に同期したタイミング信号を生成する第２のモードと、に切り替え可能な衛星信号受信機の制御方法であって、複数の前記測位計算の結果を取得し、前記複数の測位計算の結果における最頻値又は中央値に基づいて、受信点の位置情報を生成する位置情報生成ステップと、前記衛星信号受信機に前記受信点の位置情報を設定し、前記衛星信号受信機を前記第１のモードから前記第２のモードに切り替える受信制御ステップと、を含む。

本適用例に係る衛星信号受信機の制御方法によれば、衛星信号受信機による第１のモードでの複数の測位計算の結果における最頻値又は中央値に基づいて、第２のモードにおいて設定すべき受信点の位置情報を生成するので、誤差の大きい測位結果の影響を受けにくく、従来手法と比較して、正確なタイミング信号を生成することができる。

また、本適用例に係る衛星信号受信機の制御方法によれば、衛星信号受信機の第１のモードでの測位結果を用いて第２のモードで設定すべき位置情報を計算するので、受信場所の制限を受けず、コストも低減することができる。

第１実施形態のタイミング信号生成装置の構成例を示す図。 航法メッセージの構成を示す図。 本実施形態のＧＰＳ受信機１０の構成例を示す図。 通常測位モードと位置固定モードでの処理手順の一例を示すフローチャート図。 １ＰＰＳ出力の処理手順の一例を示すフローチャート図。 ＧＰＳ受信機の制御の処理手順の一例を示すフローチャート図。 測位計算精度の実験結果を示す図。 第２実施形態のタイミング信号生成装置の構成例を示す図。 第２実施形態における１ＰＰＳ選択の処理手順の一例を示すフローチャート図。 第３実施形態のタイミング信号生成装置の構成例を示す図。 第３実施形態における１ＰＰＳ選択の処理手順の一例を示すフローチャート図。 本実施形態の電子機器の機能ブロック図。 本実施形態の移動体の一例を示す図。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１．タイミング信号生成装置
１−１．第１実施形態
図１は、第１実施形態のタイミング信号生成装置の構成例を示す図である。図１に示すように、第１実施形態のタイミング信号生成装置１は、ＧＰＳ受信機１０、処理部（ＣＰＵ）２０、原子発振器３０、温度センサー４０、ＧＰＳアンテナ５０を含んで構成されている。ただし、本実施形態のタイミング信号生成装置１は、これらの要素の一部を省略又は変更し、あるいは他の要素を追加した構成としてもよい。なお、本実施形態のタイミング信号生成装置１は、構成要素の一部又は全部が物理的に分離されていてもよいし、一体化されていてもよい。例えば、ＧＰＳ受信機１０と処理部（ＣＰＵ）２０はそれぞれ別個のＩＣで実現されていてもよいし、ＧＰＳ受信機１０と処理部（ＣＰＵ）２０は１チップのＩＣとして実現されていてもよい。

本実施形態のタイミング信号生成装置は、以下に詳細に説明するように、ＧＰＳ衛星２（位置情報衛星の一例）から送信された信号を受信し、高精度の１ＰＰＳを生成するものである。

ＧＰＳ衛星２は、地球の上空の所定の軌道上を周回しており、１．５７５４２ＧＨｚの電波（Ｌ１波）に航法メッセージを重畳させた衛星信号を地上に送信している。現在、約３０個のＧＰＳ衛星２が存在しており、衛星信号がどのＧＰＳ衛星２から送信されたかを識別するために、各ＧＰＳ衛星２はＣ／Ａコード（Coarse/Acquisition Code）と呼ばれる１０２３ｃｈｉｐ（１ｍｓ周期）の固有のパターンを衛星信号に重畳する。Ｃ／Ａコードは、各ｃｈｉｐが＋１又は−１のいずれかでありランダムパターンのように見える。従って、衛星信号と各Ｃ／Ａコードのパターンの相関をとることにより、衛星信号に重畳されているＣ／Ａコードを検出することができる。

各ＧＰＳ衛星２が送信する衛星信号には各ＧＰＳ衛星２の軌道上の位置を示す軌道情報が含まれている。また、各ＧＰＳ衛星２は原子時計を搭載しており、衛星信号には原子時計で計時された極めて正確な時刻情報が含まれている。従って、４つ以上のＧＰＳ衛星２からの衛星信号を受信し、各衛星信号に含まれている軌道情報及び時刻情報を用いて測位計算を行うことで、受信点（ＧＰＳアンテナ５０の設置場所）の位置と時刻の正確な情報が得られる。具体的には、受信点の３次元位置（ｘ，ｙ，ｚ）及び時刻ｔを４つの変数とする４次元方程式を立ててその解を求めればよい。

また、受信点の位置が既知だとすると、１つ以上のＧＰＳ衛星２からの衛星信号を受信し、各衛星信号に含まれている時刻情報を用いて受信点の時刻情報が得られる。さらに、各衛星信号に含まれている軌道情報を用いて、各ＧＰＳ衛星２の時刻と受信点の時刻との差の情報が得られる。なお、地上のコントロールセグメントにより各ＧＰＳ衛星２に搭載されている原子時計のわずかな時刻誤差が測定されており、衛星信号にはその時刻誤差を補正するための時刻補正パラメーターも含まれており、この時刻補正パラメーターを用いて受信点の時刻を補正することで極めて正確な時刻情報が得られる。

図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、航法メッセージの構成を示す図である。図２（Ａ）に示すように、航法メッセージは、全ビット数１５００ビットのメインフレームを１単位とするデータとして構成される。メインフレームは、それぞれ３００ビットの５つのサブフレーム１〜５に分割されている。１つのサブフレームのデータは、各ＧＰＳ衛星２から６秒で送信される。従って、１つのメインフレームのデータは、各ＧＰＳ衛星２から３０秒で送信される。

サブフレーム１には、週番号データ（ＷＮ）等の衛星補正データが含まれている。週番号データは、ＧＰＳ衛星２の時刻が含まれる週を表す情報である。ＧＰＳ衛星２の時刻の起点は、ＵＴＣ（世界標準時）における１９８０年１月６日００：００：００であり、この日に始まる週は週番号０となっている。週番号データは、１週間単位で更新される。

サブフレーム２、３には、エフェメリスパラメータ（各ＧＰＳ衛星２の詳細な軌道情報）が含まれる。また、サブフレーム４、５には、アルマナックパラメータ（全ＧＰＳ衛星２の概略軌道情報）が含まれている。

さらに、サブフレーム１〜５には、先頭から、３０ビットのＴＬＭ（Telemetry word）データが格納されたＴＬＭ（Telemetry）ワードと３０ビットのＨＯＷ（hand over word）データが格納されたＨＯＷワードが含まれている。

従って、ＴＬＭワードやＨＯＷワードは、ＧＰＳ装置衛星２から６秒間隔で送信されるのに対し、週番号データ等の衛星補正データ、エフェメリスパラメータ、アルマナックパラメータは３０秒間隔で送信される。

図２（Ｂ）に示すように、ＴＬＭワードには、プリアンブルデータ、ＴＬＭメッセージ、Reservedビット、パリティデータが含まれている。

図２（Ｃ）に示すように、ＨＯＷワードには、ＴＯＷ（Time of Week、「Ｚカウント」ともいう）という時刻情報が含まれている。Ｚカウントデータは毎週日曜日の０時からの経過時間が秒で表示され、翌週の日曜日の０時に０に戻るようになっている。つまり、Ｚカウントデータは、週の初めから一週間毎に示される秒単位の情報であって、経過時間が１．５秒単位で表した数となっている。ここで、Ｚカウントデータは、次のサブフレームデータの先頭ビットが送信される時刻情報を示す。例えば、サブフレーム１のＺカウントデータは、サブフレーム２の先頭ビットが送信される時刻情報を示す。また、ＨＯＷワードには、サブフレームのＩＤを示す３ビットのデータ(ＩＤコード)も含まれている。すなわち、図２（Ａ）に示すサブフレーム１〜５のＨＯＷワードには、それぞれ「００１」、「０１０」、「０１１」、「１００」、「１０１」のＩＤコードが含まれている。

サブフレーム１に含まれる週番号データとサブフレーム１〜５に含まれるＨＯＷワード（Ｚカウントデータ）を取得することで、ＧＰＳ衛星２の時刻を計算することができる。なお、以前に週番号データを取得し、週番号データを取得した時期からの経過時間を内部でカウントしておけば、週番号データを毎回取得しなくてもＧＰＳ衛星２の現在の週番号データを得ることができる。従って、Ｚカウントデータのみを取得すれば、ＧＰＳ衛星２の現在の時刻が概算で知ることができる。

図１に戻り、ＧＰＳアンテナ５０は、衛星信号を含む各種の電波を受信するアンテナであり、ＧＰＳ受信機１０に接続されている。ＧＰＳ受信機１０（衛星信号受信部の一例）は、ＧＰＳアンテナ５０を介して、各ＧＰＳ衛星２から送信された衛星信号を受信し、各種の処理を行う。本実施形態では、ＧＰＳ受信機１０は、通常測位モード（第１のモードの一例）と位置固定モード（第２のモードの一例）を有し、処理部（ＣＰＵ）２０からの所定の制御コマンド（モード設定用の制御コマンド）に応じて通常測位モードと位置固定モードのいずれかに設定される。ＧＰＳ受信機１０は、通常測位モードでは、測位計算部として機能し、複数（好ましくは４個以上）のＧＰＳ衛星２から送信された衛星信号を受信し、受信した衛星信号に含まれる軌道情報（エフェメリスデータやアルマナックデータ等）及び時刻情報（週番号データやＺカウントデータ等）に基づいて測位計算を行う。また、ＧＰＳ受信機１０は、位置固定モードでは、タイミング信号生成部として機能し、少なくとも１つのＧＰＳ衛星２から送信された衛星信号を受信し、受信した衛星信号に含まれる軌道情報及び時刻情報と設定された受信点の位置情報とに基づいて、１ＰＰＳ（1 Pulse Per Second）を生成する。１ＰＰＳ（基準時刻に同期したタイミング信号の一例）は、ＵＴＣ（世界標準時）と完全同期したパルス信号であり、１秒毎に１パルスを含む。

図３は、本実施形態のＧＰＳ受信機１０の構成例を示す図である。本実施形態のＧＰＳ受信機１０は、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave：表面弾性波）フィルター１１、ＲＦ処理部１２、ベースバンド処理部１３、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ：Temperature Compensated Crystal Oscillator）１４を含んで構成されている。ただし、ＧＰＳ受信機１０は、これらの要素の一部を省略又は変更し、あるいは他の要素を追加した構成としてもよい。

ＳＡＷフィルター１１は、ＧＰＳアンテナ５０が受信した電波から衛星信号を抽出する処理を行う。すなわち、ＳＡＷフィルター１１は、１．５ＧＨｚ帯の信号を通過させるバンドパスフィルターとして構成される。

ＲＦ処理部１２は、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）１２１、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）１２２、ミキサー１２３、ＩＦアンプ１２４、ＩＦ（Intermediate Frequency：中間周波数）フィルター１２５、ＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換器）１２６を含んで構成されている。ただし、ＲＦ処理部１２は、これらの要素の一部を省略又は変更し、あるいは他の要素を追加した構成としてもよい。

ＰＬＬ１２１は、数十ＭＨｚ程度で発振するＴＣＸＯ１４の発振信号を１．５ＧＨｚ帯の周波数に逓倍したクロック信号を生成する。

ＳＡＷフィルター１１が抽出した衛星信号は、ＬＮＡ１２２で増幅される。ＬＮＡ１２２で増幅された衛星信号は、ミキサー１２３でＰＬＬ１２１が出力するクロック信号とミキシングされて中間周波数帯（例えば、数ＭＨｚ）の信号（ＩＦ信号）にダウンコンバートされる。ミキサー１２３でミキシングされた信号は、ＩＦアンプ１２４で増幅される。

ミキサー１２３でのミキシングにより、ＩＦ信号とともにＧＨｚオーダーの高周波信号も生成されるため、ＩＦアンプ１２４はＩＦ信号とともにこの高周波信号も増幅する。ＩＦフィルター１２５は、ＩＦ信号を通過させるとともに、この高周波信号を除去する（正確には、所定のレベル以下に減衰させる）。ＩＦフィルター１２５を通過したＩＦ信号はＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換器）１２６でデジタル信号に変換される。

ベースバンド処理部１３は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）１３１、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１３２、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）１３３、ＲＴＣ（リアルタイムクロック）１３４を含んで構成されており、ＴＣＸＯ１４の発振信号をクロック信号として各種処理を行う。

ＤＳＰ１３１とＣＰＵ１３２は、協働しながら、ＩＦ信号からベースバンド信号を復調し、航法メッセージに含まれる軌道情報や時刻情報を取得し、通常測位モードの処理あるいは位置固定モードの処理を行う。

ＳＲＡＭ１３３は、取得された時刻情報や軌道情報、所定の制御コマンド（位置設定用の制御コマンド）に応じて設定された受信点の位置情報等を記憶するためのものである。ＲＴＣ１３４は、ベースバンド処理を行うためのタイミングを生成するものである。このＲＴＣ１３４は、ＴＣＸＯ１４からのクロック信号でカウントアップされる。

具体的には、ベースバンド処理部１３は、各Ｃ／Ａコードと同一のパターンのローカルコードを発生し、ベースバンド信号に含まれる各Ｃ／Ａコードとローカルコードの相関をとる処理（衛星サーチ）を行う。そして、ベースバンド処理部１３は、各ローカルコードに対する相関値がピークになるようにローカルコードの発生タイミングを調整し、相関値が閾値以上となる場合にはそのローカルコードをＣ／ＡコードとするＧＰＳ衛星２に同期（ＧＰＳ衛星２を捕捉）したものと判断する。なお、ＧＰＳでは、すべてのＧＰＳ衛星２が異なるＣ／Ａコードを用いて同一周波数の衛星信号を送信するＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式を採用している。従って、受信した衛星信号に含まれるＣ／Ａコードを判別することで、捕捉可能なＧＰＳ衛星２を検索することができる。

また、ベースバンド処理部１３は、捕捉したＧＰＳ衛星２の軌道情報や時刻情報を取得するために、当該ＧＰＳ衛星２のＣ／Ａコードと同一のパターンのローカルコードとベースバンド信号をミキシングする処理を行う。ミキシングされた信号には、捕捉したＧＰＳ衛星２の軌道情報や時刻情報を含む航法メッセージが復調される。そして、ベースバンド処理部１３は、航法メッセージに含まれる軌道情報や時刻情報を取得し、ＳＲＡＭ１３３に記憶する処理を行う。

また、ベースバンド処理部１３は、所定の制御コマンド（モード設定用の制御コマンド）を受信し、通常測位モードと位置固定モードのいずれかに設定される。ベースバンド処理部１３は、通常測位モードでは、ＳＲＡＭ１３３に記憶されている４つ以上のＧＰＳ衛星２の軌道情報及び時刻情報を用いて測位計算を行う。

また、ベースバンド処理部１３は、位置固定モードでは、ＳＲＡＭ１３３に記憶されている１つ以上のＧＰＳ衛星２の軌道情報と、ＳＲＡＭ１３３に記憶されている受信点の位置情報とを用いて高精度の１ＰＰＳを出力する。具体的には、ベースバンド処理部１３は、ＲＴＣ１３４の一部に１ＰＰＳの各パルスの発生タイミングをカウントする１ＰＰＳカウンターを備えており、ＧＰＳ衛星２の軌道情報と受信点の位置情報とを用いて、ＧＰＳ衛星２から送信された衛星信号が受信点まで到達するのに要する伝搬遅延時間を計算し、この伝搬遅延時間に基づき１ＰＰＳカウンターの設定値を最適値に変更する。

なお、ベースバンド処理部１３は、通常測位モードにおいて、測位計算で得られた受信点の時刻情報に基づき１ＰＰＳを出力してもよく、位置固定モードにおいて、複数のＧＰＳ衛星２が捕捉できれば測位計算を行ってもよい。

また、ベースバンド処理部１３は、測位計算の結果の位置情報や時刻情報、受信状況（ＧＰＳ衛星２の捕捉数、衛星信号の強度等）等の各種情報を含むＮＭＥＡデータを出力する。

図１に戻り、処理部（ＣＰＵ）２０（衛星信号受信制御装置の一例）は、ＧＰＳ受信機１０に対して各種の制御コマンドを送信してＧＰＳ受信機１０の動作を制御し、ＧＰＳ受信機１０が出力する１ＰＰＳやＮＭＥＡデータを受け取って各種の処理を行う。処理部２０は、例えば、任意のメモリーに記憶されているプログラムに従って、各種処理を行ってもよい。

本実施形態では、処理部２０は、位相比較器２１、ループフィルター２２、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）２３、分周器２４、ＧＰＳ制御部２５を含んで構成されている。

ＤＳＰ２３（位置情報生成部の一例）は、ＧＰＳ受信機１０から定期的に（例えば、１秒毎に）ＮＭＥＡデータを取得し、ＮＭＥＡデータに含まれる位置情報（ＧＰＳ受信機１０による通常測位モードでの測位計算の結果）を集めて所定時間における統計情報を作成し、その最頻値又は中央値に基づいて、受信点の位置情報を生成する処理を行う。例えば、ＤＳＰ２３は、測位計算の結果の最頻値又は中央値をそのまま受信点の位置情報としてもよい。

ＧＰＳ制御部２５（受信制御部の一例）は、ＧＰＳ受信機１０に各種の制御コマンドを送信し、ＧＰＳ受信機１０の動作を制御する。本実施形態では、ＧＰＳ制御部２５は、ＧＰＳ受信機１０にモード設定用の制御コマンドを送信し、ＧＰＳ受信機１０を通常測位モードから位置固定モードに切り替える処理を行う。また、ＧＰＳ制御部２５は、ＧＰＳ受信機１０を通常測位モードから位置固定モードに切り替える前に、ＧＰＳ受信機１０に位置設定用の制御コマンドを送信し、ＤＳＰ２３が生成した受信点の位置情報をＧＰＳ受信機１０に設定する処理を行う。

分周器２４は、原子発振器３０が出力するクロック信号（周波数：ｆ）をｆ分周し、１Ｈｚの分周クロック信号を出力する。

位相比較器２１は、ＧＰＳ受信機１０が出力する１ＰＰＳと分周器２４が出力する１Ｈｚの分周クロック信号とを位相比較し、位相比較器２１の比較結果の位相差信号はループフィルター２２を介して原子発振器３０に入力される。ループフィルター２２のパラメーターは、ＤＳＰ２３により設定される。

なお、位相差があまりに小さく位相比較器２１の分解能以下の場合、位相差が検出できない可能性があるため、ＤＳＰ２３において、例えば、位相比較器２１の分解能以下の位相差を伸長し、正確な位相差を検出する。

分周器２４が出力する１Ｈｚの分周クロック信号は、ＧＰＳ受信機１０が出力する１ＰＰＳと同期しており、タイミング信号生成装置１は、この分周クロック信号をＵＴＣと同期した極めて周波数精度の高い１ＰＰＳとして外部に出力する。また、タイミング信号生成装置１は、１ＰＰＳと同期して１秒毎に最新のＮＭＥＡデータを外部に出力する。

原子発振器３０は、原子のエネルギー遷移を利用した周波数精度の高いクロック信号を出力可能な発振器であり、例えば、ルビジウム原子やセシウム原子を用いた原子発振器が広く知られている。原子発振器３０として、例えば、ＥＩＴ（Electromagnetically Induced Transparency）現象（ＣＰＴ（Coherent Population Trapping）現象とも呼ばれる）を利用した原子発振器や光マイクロ２重共鳴現象を利用した原子発振器等を利用することができる。タイミング信号生成装置１は、原子発振器３０が出力する周波数がｆのクロック信号も外部に出力する。

原子発振器３０は、ループフィルター２２の出力電圧（制御電圧）に応じて周波数を微調整可能に構成されており、前述のように、位相比較器２１、ループフィルター２２、ＤＳＰ２３及び分周器２４により、原子発振器３０が出力するクロック信号はＧＰＳ受信機１０が出力する１ＰＰＳに完全に同期する。すなわち、位相比較器２１、ループフィルター２２、ＤＳＰ２３及び分周器２４による構成は、原子発振器３０が出力するクロック信号を１ＰＰＳに同期させる同期制御部として機能する。なお、原子発振器３０は、単体では周波数温度特性が平坦ではないため、原子発振器３０の近傍に温度センサー４０が配置されており、ＤＳＰ２３は、温度センサー４０の検出値（検出温度）に応じて位相比較器２１の出力電圧を調整することで、原子発振器３０の周波数温度特性を温度補償する処理も行う。

なお、ＧＰＳ受信機１０が衛星信号を受信できない等の状況が発生すると、ＧＰＳ受信機１０が出力する１ＰＰＳの精度が劣化し、あるいは、ＧＰＳ受信機１０が１ＰＰＳの出力を停止する。そのような場合、処理部２０は、原子発振器３０が出力するクロック信号をＧＰＳ受信機１０が出力する１ＰＰＳに同期させる処理を停止して原子発振器３０を自走発振させるようにしてもよい。このようにすれば、タイミング信号生成装置１は、ＧＰＳ受信機１０が出力する１ＰＰＳの精度が劣化した場合でも、原子発振器３０の自走発振による周波数精度の高い１ＰＰＳを出力することができる。

図４は、ＧＰＳ受信機１０のベースバンド処理部１３による通常測位モードと位置固定モードでの処理手順の一例を示すフローチャート図である。

図４に示すように、電源がオンすると（Ｓ１０のＹ）、通常測位モードに初期化され、ベースバンド処理部１３は、捕捉可能なＧＰＳ衛星２を検索する衛星サーチを開始する（Ｓ１２）。具体的には、ベースバンド処理部１３が、ＲＦ処理部１２が衛星信号を受信して生成したＩＦ信号からベースバンド信号を復調するとともに、各衛星番号のＣ／Ａコードと同一のパターンのローカルコードを発生させ、ベースバンド信号に含まれるＣ／Ａコードと各ローカルコードの相関値を計算する。ベースバンド信号に含まれるＣ／Ａコードとローカルコードが同じコードであれば相関値は所定のタイミングでピークを持つが、異なるコードであれば相関値はピークをもたず常にほぼゼロとなる。ベースバンド処理部１３は、ベースバンド信号に含まれるＣ／Ａコードとローカルコードの相関値が最大になるようにローカルコードの発生タイミングを調整し、相関値が所定の閾値以上であればＧＰＳ衛星２を捕捉したものと判断する。そして、ベースバンド処理部１３は、捕捉した各ＧＰＳ衛星２の情報（衛星番号等）をＳＲＡＭ１３３に記憶する。

ベースバンド処理部１３は、少なくとも１つのＧＰＳ衛星２を捕捉した場合（Ｓ１４のＹ）、捕捉したＧＰＳ衛星２から送信された航法メッセージを復調し、航法メッセージに含まれる各種情報の取得を開始する（Ｓ１６）。具体的には、ベースバンド処理部１３は、捕捉した各ＧＰＳ衛星２からの航法メッセージをそれぞれ復調して時刻情報や軌道情報等の各種情報を取得し、取得した情報をＳＲＡＭ１３３に記憶する。

次に、ベースバンド処理部１３は、４つ以上のＧＰＳ衛星２の情報を取得することができた場合（Ｓ１８のＹ）、航法メッセージに含まれる軌道情報、時刻情報等を用いて、受信点の位置を計算（測位計算）する（Ｓ２０）。具体的には、ベースバンド処理部１３は、捕捉している全てのＧＰＳ衛星２から４つ以上のＧＰＳ衛星２を選択し、選択したＧＰＳ衛星２の軌道情報及び時刻情報をＳＲＡＭ１３３から読み出して測位計算を行う。そして、ベースバンド処理部１３は、測位計算の結果（受信点の位置情報）や受信状況等の各種情報をＳＲＡＭ１３３に記憶する。

ベースバンド処理部１３は、位置固定モードに変更されるまでステップＳ１８及びＳ２０の処理を繰り返す。位置固定モードに変更されると（Ｓ２２のＹ）、ベースバンド処理部１３は、１つ以上のＧＰＳ衛星２の情報を取得することができた場合（Ｓ２４のＹ）、処理部２０により設定された受信点の位置情報及び航法メッセージに含まれる軌道情報、時刻情報等を用いて、受信点の時刻及び衛星信号の伝搬遅延時間を計算する（Ｓ２６）。具体的には、ベースバンド処理部１３は、捕捉している全てのＧＰＳ衛星２から１つ以上のＧＰＳ衛星２を選択し、選択したＧＰＳ衛星２の時刻情報（Ｚカウントデータ等）をＳＲＡＭ１３３から読み出し、受信点の時刻（例えば、次のサブフレームの先頭の時刻）を計算する。また、ベースバンド処理部１３は、選択したＧＰＳ衛星２の軌道情報をＳＲＡＭ１３３から読み出してＧＰＳ衛星２の位置を計算する。さらに、ベースバンド処理部１３は、処理部２０により設定された受信点の位置情報をＳＲＡＭ１３３から読み出し、ＧＰＳ衛星２の位置の計算結果と受信点の位置情報を用いてＧＰＳ衛星２と受信点の間の距離を計算し、電波速度から衛星信号の伝搬遅延時間を計算する。

次に、ベースバンド処理部１３は、衛星信号の伝搬遅延時間（ステップＳ２６の計算結果）を用いて、１ＰＰＳカウンターの設定値を更新する（Ｓ２８）。具体的には、１ＰＰＳカウンターは、設定値までカウントすると１ＰＰＳのパルスを発生させるカウンターであり、ベースバンド処理部１３は、例えば、次のサブフレームの先頭の受信タイミングに対して、１ＰＰＳの直近のパルスが衛星信号の伝搬遅延時間分だけ前で発生するように、１ＰＰＳカウンターの設定値を更新する。

そして、ベースバンド処理部１３は、通常測位モードに変更されるまでステップＳ２４〜Ｓ２８の処理を繰り返し、通常測位モードに変更された場合は（Ｓ３０のＹ）、ステップＳ１８及びＳ２０の処理に移行する。

図５は、ＧＰＳ受信機１０のベースバンド処理部による１ＰＰＳ出力の処理手順の一例を示すフローチャート図である。

図５に示すように、ベースバンド処理部１３は、電源がオンすると（Ｓ５０のＹ）、１ＰＰＳカウンターの設定値を初期化する（Ｓ５２）。

次に、ベースバンド処理部１３は、１ＰＰＳカウンターのクロックエッジのタイミングで（Ｓ５４のＹ）、１ＰＰＳカウンターのカウント値が設定値と一致すれば（Ｓ５６のＹ）、１パルスとＮＭＥＡデータを出力する（Ｓ５８）。具体的には、ベースバンド処理部１３は、ＳＲＡＭ１３３に記憶されている最新の各種情報を読み出し、ＮＭＥＡフォーマットのデータに変換して出力する。なお、１ＰＰカウンターの設定値は、図４のステップＳ２８で順次更新される。

一方、１ＰＰＳカウンターのクロックエッジのタイミングで、１ＰＰＳカウンターのカウント値が設定値と一致していなければ（Ｓ５６のＮ）、ベースバンド処理部１３は、ステップＳ５６及びＳ５８の処理は行わない。

そして、ベースバンド処理部１３は、１ＰＰＳカウンターをカウントアップし（Ｓ６０）、ステップＳ５４以降の処理を繰り返し行う。

図６は、処理部２０によるＧＰＳ受信機１０の制御の処理手順の一例を示すフローチャート図である。

図６に示すように、処理部２０は、電源がオンすると（Ｓ１００のＹ）、まず、測位計算結果の統計情報をリセットする（Ｓ１０２）。

次に、処理部２０は、所定時間が経過するまで（Ｓ１０４のＮ）、ＧＰＳ受信機１０の１ＰＰＳのパルス出力のタイミング毎に（Ｓ１０６のＹ）、ＧＰＳ受信機１０が出力するＮＭＥＡデータを取得し、ＧＰＳ受信機１０による通常測位モードでの測位計算結果を統計情報に追加する（Ｓ１０８）。

そして、所定時間が経過すると（Ｓ１０４のＹ）、処理部２０は、測位計算結果の統計情報から最頻値又は中央値を選択し、ＧＰＳ受信機１０に受信点の位置情報として設定し（Ｓ１１０）、さらに、ＧＰＳ受信機１０を位置固定モードに設定する（Ｓ１１２）。

なお、ステップＳ１０８の所定時間が長いほど受信点の位置情報の精度が向上するので、例えば、１日（２４時間）程度の時間を設定するのが好ましい。

このように、本実施形態では、ＧＰＳ受信機１０は、位置固定モードにおける受信点の位置情報として、測位計算結果の統計情報の最頻値又は中央値が設定されるが、ＧＰＳ受信機１０に最頻値又は中央値を設定することによる効果を明らかにするために、ＧＰＳシミュレーターとＧＰＳ受信機（実機）を用いて実験を行った。本実験では、ＧＰＳシミュレーターに、受信位置（緯度、経度、高度）、捕捉される衛星数、衛星信号の強度を設定してシミュレーションを実行し、ＧＰＳシミュレーターが出力する信号をＧＰＳ受信機に入力し、ＧＰＳ受信機が通常測位モードで出力する位置情報（緯度、経度、高度）を１秒毎に取得し、その平均値、中央値、最頻値、及び、これらの各々と真位置（ＧＰＳシミュレーターに設定した受信位置）との距離を計算した。

図７（Ａ）は、捕捉されるＧＰＳ衛星の数が７〜８、衛星信号の強度が−１４５ｄＢｍ、測位時間が１６時間の条件での実験結果であり、図７（Ｂ）は、捕捉される衛星数が３〜５、衛星信号の強度が−１３０ｄＢｍ、測位時間が１７時間の条件での実験結果である。前者は、測位計算に十分な数のＧＰＳ衛星が捕捉されるが、衛星信号の強度が小さい受信環境を想定したものであり、後者は、衛星信号の強度は高いが、測位計算に十分な数のＧＰＳ衛星が捕捉されるとは限らない受信環境を想定したものである。図７（Ａ），図７（Ｂ）のいずれのシミュレーション結果でも、真位置との距離が小さい順に、最頻値、中央値、平均値であった。このシミュレーション結果から、測位計算により得られる位置の最頻値または中央値を選択し、位置固定モードにおける受信点の位置情報としてＧＰＳ受信機に設定することで、平均値を選択する場合と比較して１ＰＰＳの精度が向上することがわかる。

以上に説明したように、第１実施形態のタイミング信号生成装置によれば、ＧＰＳ受信機による通常測位モードでの所定時間に亘る測位計算の結果の統計から最頻値又は中央値を選択し、ＧＰＳ受信機の位置固定モードにおける受信点の位置情報として当該最頻値又は中央値を設定する。衛星信号の受信環境が劣化すると、マルチパス等に起因する測位計算の誤差が大きくなるため、従来手法のように、位置固定モードにおける位置情報として測位結果の平均値を設定した場合、誤差が大きくなる可能性が高いが、本実施形態のように、最頻値や中央値を設定することで、誤差の大きい測位結果の影響を受けにくいので、従来手法と比較して、位置固定モードにおける１ＰＰＳの精度を高めることができる。

また、第１実施形態のタイミング信号生成装置によれば、通常測位モードでの測位結果を用いて位置固定モードで設定すべき位置情報を計算するので、受信場所の制限を受けず、コストも低減することができる。

また、第１実施形態のタイミング信号生成装置によれば、原子発振器が出力するクロック信号を正確な１ＰＰＳに同期させることで、原子発振器の精度よりも高い精度のクロック信号を生成することができる。さらに、第１実施形態のタイミング信号生成装置によれば、ＧＰＳ受信機が出力する１ＰＰＳの精度が劣化し、あるいは、ＧＰＳ受信機が１ＰＰＳの出力を停止した場合、原子発振器が出力するクロック信号を１ＰＰＳに同期させる処理を停止して原子発振器を自走発振させることで、少なくとも原子発振器の周波数精度の１ＰＰＳを出力することができる。

このように、本実施形態のタイミング信号生成装置は、極めて精度の高い１ＰＰＳを出力するので、例えば、コンピューターの時間を管理するタイムサーバーのクロック入力信号として、本実施形態のタイミング信号生成装置が出力する１ＰＰＳを利用することができる。

１−２．第２実施形態
図８は、第２実施形態のタイミング信号生成装置の構成例を示す図である。図８に示すように、第２実施形態のタイミング信号生成装置１は、２つのＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂ、処理部（ＣＰＵ）２０、原子発振器３０、温度センサー４０、２つのＧＰＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂを含んで構成されている。ただし、本実施形態のタイミング信号生成装置１は、これらの要素の一部を省略又は変更し、あるいは他の要素を追加した構成としてもよい。

図８に示すように、ＧＰＳアンテナ５０Ａは、ＧＰＳ受信機１０Ａに接続されており、ＧＰＳ受信機１０Ａは、ＧＰＳアンテナ５０Ａを介して、各ＧＰＳ衛星２から送信された衛星信号を受信し、第１実施形態で説明した各種の処理を行う。同様に、ＧＰＳアンテナ５０Ｂは、ＧＰＳ受信機１０Ｂに接続されており、ＧＰＳ受信機１０Ｂは、ＧＰＳアンテナ５０Ｂを介して、各ＧＰＳ衛星２から送信された衛星信号を受信し、第１実施形態で説明した各種の処理を行う。

２つのＧＰＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂは、同じ場所（正確には、ほぼ同じ場所）に設置される。従って、２つのＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂは、同じ若しくはほぼ同じ位置情報を出力する。

処理部２０は、第１実施形態と同様に、位相比較器２１、ループフィルター２２、ＤＳＰ２３、分周器２４、ＧＰＳ制御部２５を含み、さらに、選択スイッチ２６及び故障判定部２７を含んで構成されている。

故障判定部２７は、ＧＰＳアンテナ５０ＡとＧＰＳ受信機１０Ａのセット、及び、ＧＰＳアンテナ５０ＢとＧＰＳ受信機１０Ｂのセットの各々が故障しているか否かを判定する処理を行う。故障判定部２７は、例えば、ＧＰＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの出力電流を監視することで、ＧＰＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂの故障を検出し、ＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂの出力信号（１ＰＰＳやＮＭＥＡデータ）を監視することでＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂの故障を検出することができる。

選択スイッチ２６は、故障判定部の判定結果に基づいて、ＧＰＳ受信機１０Ａが出力する１ＰＰＳとＧＰＳ受信機１０Ｂが出力する１ＰＰＳのいずれか一方を選択して出力する。この選択スイッチ２６が出力する１ＰＰＳが位相比較器２１に入力される。

ＤＳＰ２３は、ＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂからそれぞれ定期的に（例えば、１秒毎に）ＮＭＥＡデータを取得し、各ＮＭＥＡデータに含まれる位置情報（ＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂによる通常測位モードでの測位計算の結果）を集めて所定時間における２つの統計情報を作成し、その各々の最頻値又は中央値に基づいて、２つの受信点の位置情報を生成する処理を行う。

ＧＰＳ制御部２５は、ＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂに各種の制御コマンドを送信し、ＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂの動作を制御する。本実施形態では、ＧＰＳ制御部２５は、ＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂにモード設定用の制御コマンドを送信し、ＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂを通常測位モードから位置固定モードに切り替える処理を行う。また、ＧＰＳ制御部２５は、ＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂを通常測位モードから位置固定モードに切り替える前に、ＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂに位置設定用の制御コマンドを送信し、ＤＳＰ２３が生成した２つの受信点の位置情報をそれぞれＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂに設定する処理を行う。

図９は、処理部２０による１ＰＰＳ選択の処理手順の一例を示すフローチャート図である。

図９に示すように、処理部２０は、電源がオンすると（Ｓ２００のＹ）、まず、原子発振器３０の発振制御用の１ＰＰＳ（位相比較器２１に入力される１ＰＰＳ）としてＧＰＳ受信機１０Ａが出力する１ＰＰＳを選択する（Ｓ２０２）。

次に、処理部２０は、ＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂの故障を判定する（Ｓ２０４）。処理部２０は、ＧＰＳ受信機１０Ａのみが故障していると判定した場合（Ｓ２０６のＹ）、原子発振器３０の発振制御用の１ＰＰＳをＧＰＳ受信機１０Ｂが出力する１ＰＰＳに切り替える（Ｓ２０８）。その後、処理部２０は、ＧＰＳ受信機１０Ｂの故障を判定する（Ｓ２１２）。

処理部２０は、ステップＳ２０４の判定処理で、処理部２０は、ＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂの両方が故障していると判定した場合（Ｓ２０６のＮかつＳ２１０のＹ）、あるいは、ステップＳ２１２の判定処理でＧＰＳ受信機１０Ｂが故障していると判定した場合（Ｓ２１４のＹ）、原子発振器３０を自走発振に切り替える（Ｓ２１６）。

なお、処理部２０は、ＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂの一方又は両方が故障した場合、故障を知らせるための故障通知信号を外部に出力するようにしてもよい。例えば、この故障通知信号に応じた情報を外部のモニターに表示させれば、ユーザーは故障を認識し、故障部品を交換することができる。

このように、第２実施形態のタイミング信号生成装置１は、ＧＰＳ受信機１０ＢをＧＰＳ受信機１０Ａと同じように動作させておき、ＧＰＳアンテナ５０ＡあるいはＧＰＳ受信機１０Ａが故障した時に、位相比較器２１に入力される１ＰＰＳを、ＧＰＳ受信機１０Ａが出力する１ＰＰＳからＧＰＳ受信機１０Ｂが出力する１ＰＰＳに速やかに切り替える。なお、本実施形態では、ＧＰＳ受信機とＧＰＳアンテナのセットが２つであるが、３つ以上であってもよい。

第２実施形態のタイミング信号生成装置１におけるその他の構成及び動作は、第１実施形態と同様であるため、その図示及び説明を省略する。

以上に説明したように、第２実施形態のタイミング信号生成装置によれば、同じ場所に設置された複数のＧＰＳアンテナと各ＧＰＳアンテナが受信した衛星信号をそれぞれ処理する複数のＧＰＳ受信機とを設けておき、選択中のＧＰＳアンテナとＧＰＳ受信機のセットの故障を検出して他のＧＰＳアンテナとＧＰＳ受信機のセットに切り替える。従って、選択中のＧＰＳアンテナとＧＰＳ受信機のセットに故障が発生した場合でも、高精度の１ＰＰＳの出力を継続することができる。

その他、第２実施形態のタイミング信号生成装置は、前述した第１実施形態のタイミング信号生成装置が奏する効果と同様の効果を奏することができる。

１−３．第３実施形態
図１０は、第３実施形態のタイミング信号生成装置の構成例を示す図である。図１０に示すように、第３実施形態のタイミング信号生成装置１は、３つのＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ、処理部（ＣＰＵ）２０、原子発振器３０、温度センサー４０、３つのＧＰＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃを含んで構成されている。ただし、本実施形態のタイミング信号生成装置１は、これらの要素の一部を省略又は変更し、あるいは他の要素を追加した構成としてもよい。

図１０に示すように、ＧＰＳアンテナ５０Ａは、ＧＰＳ受信機１０Ａに接続されており、ＧＰＳ受信機１０Ａは、ＧＰＳアンテナ５０Ａを介して、各ＧＰＳ衛星２から送信された衛星信号を受信し、第１実施形態で説明した各種の処理を行う。同様に、ＧＰＳアンテナ５０Ｂは、ＧＰＳ受信機１０Ｂに接続されており、ＧＰＳ受信機１０Ｂは、ＧＰＳアンテナ５０Ｂを介して、各ＧＰＳ衛星２から送信された衛星信号を受信し、第１実施形態で説明した各種の処理を行う。同様に、ＧＰＳアンテナ５０Ｃは、ＧＰＳ受信機１０Ｃに接続されており、ＧＰＳ受信機１０Ｃは、ＧＰＳアンテナ５０Ｃを介して、各ＧＰＳ衛星２から送信された衛星信号を受信し、第１実施形態で説明した各種の処理を行う。

第２実施形態と異なり、３つのＧＰＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃは、互いに異なる場所に設置される。従って、３つのＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、互いに異なる位置情報を出力する。例えば、３つのＧＰＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃが、それぞれ建物の北側、南側、東側等に設置されていれば、それぞれ衛星信号の受信状況が異なり、時間帯によって衛星信号を最も受信しやすいものが変化する。従って、時間の経過に伴って、ＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃがそれぞれ出力する１ＰＰＳの精度の優劣順位も変化する。

処理部２０は、第１実施形態と同様に、位相比較２１、ループフィルター２２、ＤＳＰ２３、分周器２４、ＧＰＳ制御部２５を含み、さらに、選択スイッチ２６を含んで構成されている。

ＤＳＰ２３は、ＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃからそれぞれ定期的に（例えば、１秒毎に）ＮＭＥＡデータを取得し、各ＮＭＥＡデータに含まれる位置情報（ＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃによる通常測位モードでの測位計算の結果）を集めて所定時間における３つの統計情報を作成し、その各々の最頻値又は中央値に基づいて、３つの受信点の位置情報を生成する処理を行う。

また、ＤＳＰ２３は、ＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃからそれぞれ取得したＮＭＥＡデータに含まれる所定のパラメーター情報（例えば、捕捉しているＧＰＳ衛星の数や衛星信号の受信強度等）に基づいて、ＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが出力する１ＰＰＳの精度（ＵＴＣ（世界標準時）の１秒との同期精度）を比較する。例えば、ＤＳＰ２３は、捕捉しているＧＰＳ衛星の数が同じであれば衛星信号の受信強度が大きいほど１ＰＰＳの精度が高く、受信強度が同程度であれば捕捉しているＧＰＳ衛星の数が多いほど１ＰＰＳの精度が高いと判定することができる。

選択スイッチ２６は、ＤＳＰ２３の比較結果に応じて、ＧＰＳ受信機１０Ａが出力する１ＰＰＳ、ＧＰＳ受信機１０Ｂが出力する１ＰＰＳ、ＧＰＳ受信機１０Ｃが出力する１ＰＰＳのいずれかを選択して出力する。この選択スイッチ２６が出力する１ＰＰＳが位相比較器２１に入力される。

また、本実施形態では、ＤＳＰ２３は、選択スイッチ２６を制御して１ＰＰＳを選択した後は、選択した１ＰＰＳを出力するＧＰＳ受信機が出力するＮＭＥＡデータを監視し、前回との差分が閾値よりも大きい場合、ＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが出力する１ＰＰＳの精度を比較する処理を再び行う。

ＧＰＳ制御部２５は、ＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに各種の制御コマンドを送信し、ＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの動作を制御する。本実施形態では、ＧＰＳ制御部２５は、ＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにモード設定用の制御コマンドを送信し、ＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを通常測位モードから位置固定モードに切り替える処理を行う。また、ＧＰＳ制御部２５は、ＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを通常測位モードから位置固定モードに切り替える前に、ＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに位置設定用の制御コマンドを送信し、ＤＳＰ２３が生成した３つの受信点の位置情報をそれぞれＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに設定する処理を行う。

図１１は、処理部２０による１ＰＰＳ選択の処理手順の一例を示すフローチャート図である。

図１１に示すように、処理部２０は、電源がオンすると（Ｓ３００のＹ）、所定時間が経過後（Ｓ３０２のＹ）、まず、ＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃがそれぞれ出力するＮＭＥＡデータに基づき、ＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃがそれぞれ出力する１ＰＰＳの精度を比較する（Ｓ３０４）。

次に、処理部２０は、原子発振器３０の発振制御用の１ＰＰＳ（位相比較器２１に入力される１ＰＰＳ）として最も高精度の１ＰＰＳを選択する（Ｓ３０６）。

次に、処理部２０は、選択した１ＰＰＳを出力するＧＰＳ受信機が新たに出力するＮＭＥＡデータと前回のＮＭＥＡデータとの差分を計算する（Ｓ３０８）。

そして、処理部２０は、ステップＳ３０８で計算した差分が閾値以下であれば（Ｓ３１０のＮ）ステップＳ３０８の処理を繰り返し、差分が閾値よりも大きい場合（Ｓ３１０のＹ）、ステップＳ３０４以降の処理を再び行う。

このように、第３実施形態のタイミング信号生成装置１は、互いに異なる場所に設置された３つのＧＰＳアンテナ５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃにそれぞれ接続された３つのＧＰＳ受信機１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを同じように動作させておき、位相比較器２１に入力される１ＰＰＳとして最も精度の高い１ＰＰＳを選択し、選択中の１ＰＰＳの精度が劣化したと判断すると、再び最も精度の高い１ＰＰＳを選択しなおす。なお、本実施形態では、ＧＰＳ受信機とＧＰＳアンテナのセットが３つであるが、２つでもよいし４つ以上であってもよい。

第３実施形態のタイミング信号生成装置１におけるその他の構成及び動作は、第１実施形態と同様であるため、その図示及び説明を省略する。

以上に説明したように、第３実施形態のタイミング信号生成装置によれば、互いに異なる場所に設置された複数のＧＰＳアンテナと各ＧＰＳアンテナが受信した衛星信号をそれぞれ処理する複数のＧＰＳ受信機とを設けておき、複数のＧＰＳ受信機が出力する複数の１ＰＰＳの中から最も精度の高い１ＰＰＳを選択して出力する。従って、時間の経過に応じて、受信強度、可視衛星の数、マルチパス等の受信環境が変化しても、高精度の１ＰＰＳの出力を継続することができる。

その他、第３実施形態のタイミング信号生成装置は、前述した第１実施形態のタイミング信号生成装置が奏する効果と同様の効果を奏することができる。

２．電子機器
図１２は、本実施形態の電子機器の機能ブロック図である。

本実施形態の電子機器３００は、タイミング信号生成装置３１０、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３２０、操作部３３０、ＲＯＭ（Read Only Memory）３４０、ＲＡＭ（Random Access Memory）３５０、通信部３６０、表示部３７０を含んで構成されている。なお、本実施形態の電子機器は、図１２の構成要素（各部）の一部を省略又は変更し、あるいは他の構成要素を付加した構成としてもよい。

タイミング信号生成装置３１０は、例えば、前述した第１実施形態〜第３実施形態のタイミング信号生成装置１であり、先に説明したように、衛星信号を受信して高精度のタイミング信号（１ＰＰＳ）を生成し、外部に出力する。

ＣＰＵ３２０は、ＲＯＭ３４０等に記憶されているプログラムに従い、各種の計算処理や制御処理を行う。具体的には、ＣＰＵ３２０は、タイミング信号生成装置３１０が出力するタイミング信号（１ＰＰＳ）やクロック信号に同期して、計時処理、操作部３３０からの操作信号に応じた各種の処理、外部とデータ通信を行うために通信部３６０を制御する処理、表示部３７０に各種の情報を表示させるための表示信号を送信する処理等を行う。

操作部３３０は、操作キーやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、ユーザーによる操作に応じた操作信号をＣＰＵ３２０に出力する。

ＲＯＭ３４０は、ＣＰＵ３２０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。

ＲＡＭ３５０は、ＣＰＵ３２０の作業領域として用いられ、ＲＯＭ３４０から読み出されたプログラムやデータ、操作部３３０から入力されたデータ、ＣＰＵ３２０が各種プログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する。

通信部３６０は、ＣＰＵ３２０と外部装置との間のデータ通信を成立させるための各種制御を行う。

表示部３７０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成される表示装置であり、ＣＰＵ３２０から入力される表示信号に基づいて各種の情報を表示する。表示部３７０には操作部３３０として機能するタッチパネルが設けられていてもよい。

タイミング信号生成装置３１０として本実施形態のタイミング信号生成装置１を組み込むことにより、より低コストで信頼性の高い電子機器を実現することができる。

このような電子機器３００としては種々の電子機器が考えられ、例えば、標準時刻との同期を実現する時刻管理用のサーバー（タイムサーバー）、タイムスタンプの発行等を行う時刻管理装置（タイムスタンプサーバー）、基地局等の周波数基準装置等が挙げられる。

３．移動体
図１３は、本実施形態の移動体の一例を示す図（上面図）である。図１３に示す移動体４００は、タイミング信号生成装置４１０、カーナビゲーション装置４２０、コントローラー４３０，４４０，４５０、バッテリー４６０、バックアップ用バッテリー４７０を含んで構成されている。なお、本実施形態の移動体は、図１３の構成要素（各部）の一部を省略又は変更してもよいし、他の構成要素を付加した構成としてもよい。

タイミング信号生成装置４１０としては、上述の各実施形態のタイミング信号生成装置１を適用することができる。タイミング信号生成装置４１０は、例えば、移動体４００が移動中は、通常測位モードでリアルタイムに測位計算を行って１ＰＰＳ、クロック信号及びＮＭＥＡデータを出力する。また、タイミング信号生成装置４１０は、例えば、移動体４００が停止中は、通常測位モードで複数回の測位計算を行った後、複数回の測位計算結果の最頻値又は中央値を現在の位置情報として設定し、位置固定モードで１ＰＰＳ、クロック信号及びＮＭＥＡデータを出力する。

カーナビゲーション装置４２０は、タイミング信号生成装置４１０が出力する１ＰＰＳやクロック信号に同期して、タイミング信号生成装置４１０が出力するＮＭＥＡデータを用いて、位置や時刻その他の各種の情報をディスプレイに表示する。

コントローラー４３０，４４０，４５０は、エンジンシステム、ブレーキシステム、キーレスエントリーシステム等の各種の制御を行う。コントローラー４３０，４４０，４５０は、タイミング信号生成装置４１０が出力するクロック信号に同期して各種の制御を行うようにしてもよい。

本実施形態の移動体４００は、タイミング信号生成装置４１０を備えていることで、移動中も停止中も高い信頼性を確保することができる。

このような移動体４００としては種々の移動体が考えられ、例えば、自動車（電気自動車も含む）、ジェット機やヘリコプター等の航空機、船舶、ロケット、人工衛星等が挙げられる。

４．変形例
本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能であ
る。

例えば、上述した各実施形態では、原子発振器を含むタイミング信号生成装置を例に挙げたが、原子発振器を水晶発振器やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）発振器等の他の発振器に置き換えてもよい。

また、例えば、上述した第３実施形態のタイミング信号生成装置において、第２実施形態と同様に、ＧＰＳアンテナとＧＰＳ受信機の各セットに対してそれぞれバックアップ用のセットを設けてもよい。

また、上述した各実施形態では、ＧＰＳを利用したタイミング信号生成装置を例に挙げたが、ＧＰＳ以外の全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）、例えば、ガリレオ、ＧＬＯＮＡＳＳ等を利用してもよい。

上述した各実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態及び変形例を適宜組み合わせることも可能である。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１ タイミング信号生成装置、２ ＧＰＳ衛星、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ ＧＰＳ受信機、１１ ＳＡＷフィルター、１２ ＲＦ処理部、１３ ベースバンド処理部、１４ 温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）、２０ 処理部（ＣＰＵ）、２１ 位相比較器、２２ ループフィルター、２３ ＤＳＰ、２４ 分周器、２５ ＧＰＳ制御部、２６ 選択スイッチ、２７ 故障判定部、３０ 原子発振器、４０ 温度センサー、５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ ＧＰＳアンテナ、１２１ ＰＬＬ、１２２ ＬＮＡ、１２３ ミキサー、１２４ ＩＦアンプ、１２５ ＩＦフィルター、１２６ ＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換器）、１３１ ＤＳＰ、１３２ ＣＰＵ、１３３ ＳＲＡＭ、１３４ ＲＴＣ（リアルタイムクロック）、３００ 電子機器、３１０ タイミング信号生成装置、３２０ ＣＰＵ、３３０ 操作部、３４０ ＲＯＭ、３５０ ＲＡＭ、３６０ 通信部、３７０ 表示部、４００ 移動体、４１０ タイミング信号生成装置、４２０ カーナビゲーション装置、４３０，４４０，４５０ コントローラー、４６０ バッテリー、４７０ バックアップ用バッテリー

Claims (6)

1. 第１のモードにおいて、位置情報衛星から送信された衛星信号を受信し、受信した衛星信号に基づいて測位計算を繰り返し行って複数の測位計算結果を取得することと、
   前記複数の測位計算結果の最頻値又は中央値に基づいて、受信点の位置情報を生成することと、
   前記第１のモードとは異なる第２のモードにおいて、前記受信した衛星信号と前記受信点の位置情報とに基づいて、基準時刻に同期したタイミング信号を生成することと、
   前記基準時刻に同期したタイミング信号を生成することの後に、前記第２のモードから前記第１のモードに切り替えて、前記複数の測位計算結果を取得することと、
   を含む、信号生成方法。
2. 移動体で用いられる信号生成方法であって、
   前記移動体の停止中において、位置情報衛星から送信された衛星信号を受信し、受信した衛星信号に基づいて測位計算を繰り返し行って複数の測位計算結果を取得することと、
   前記複数の測位計算結果の最頻値又は中央値に基づいて、受信点の位置情報を生成することと、
   前記受信した衛星信号と前記受信点の位置情報とに基づいて、基準時刻に同期したタイミング信号を生成することと、
   を含む、信号生成方法。
3. 前記タイミング信号と発振器が出力するクロック信号との位相比較を行い、前記位相比較の結果に基づいて前記発振器を制御することと、
   前記クロック信号と、前記クロック信号を分周した１Ｈｚの信号とを出力することと、
   を含む請求項１又は２に記載の信号生成方法。
4. 前記受信点の位置情報を生成することは、前記複数の測位計算結果を取得した処理部が行い、
   前記処理部は、前記測位計算を行う受信機に、前記受信点の位置情報を設定する、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の信号生成方法。
5. 前記タイミング信号を生成することは、前記設定された前記受信点の位置情報に基づいて、前記受信機が行う、
   請求項４に記載の信号生成方法。
6. 前記移動体の移動中において、位置情報衛星から送信された衛星信号を受信し、受信した衛星信号に基づいて測位計算を行って基準時刻に同期したタイミング信号を生成することと、
   前記タイミング信号と発振器が出力するクロック信号との位相比較を行い、前記位相比較の結果に基づいて前記発振器を制御することと、
   前記クロック信号と、前記クロック信号を分周した１Ｈｚの信号とを出力することと、
   を含む、請求項２に記載の信号生成方法。

Images