KR100204635B1

KR100204635B1 - 지상위치측정 시스템을 이용한 고정밀 시각 동기장치 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR100204635B1
Application number: KR1019960057235A
Authority: KR
Inventors: 김영호; 이상정
Original assignee: 손정호; 주식회사네비콤; 김영호; 이상정
Priority date: 1996-11-21
Filing date: 1996-11-21
Publication date: 1999-06-15
Also published as: KR19980038351A

Abstract

본 발명은 GPS 위성으로부터 수신되는 1PPS에 정밀시각발진회로에서 출력되는 소정의 주파수를 고성능의 마이크로 프로세서 유니트(MPU)에서 프로그램적으로 정확히 동기시켜 출력되도록 하는 지상위치측정 시스템을 이용한 고정밀 시각 동기 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

이를 위하여 GPS위성으로부터 방사되는 1PPS의 시각신호를 수신하는 안테나, 상기 안테나에 연결되어 1PPS 및 각종 데이터를 출력하는 GPS수신기, 10㎒의 주클력을 발생하는 정밀시각발진회로, 시스템을 소정의 프로그램에 의해 제어하고 10㎒의 주클럭과 GPS수신기의 1PPS를 계수, 보정하여 서로 동기시켜 출력하는 주제어부, 시스템을 초기화시키고 GPS위성으로부터 1PPS의 수신여부, 1PPS와 10㎒의 출력여부를 표시하고, 시스템 이상 발생시 경보를 발생하는 리셋 및 디스플레이부, 동기된 1PPS와 10㎒의 주파수를 출력하고, 외부의 다른 장치와 통신이 가능토록 한 출력드라이브를 구성하여 이동통신에 적용시킬 경우 각 기지국의 시간을 정밀하게 동기시킴으로써 통화상태에서 이동중인 단말기의 통화단절을 방지할 수 있도록 한 것이며, 이울러 본 발명은 이동통신분야 이외에도 전력시스템, 계측학, 분산처리시스템, 및 광통신망등에서도 유용하게 적용될 수 있는 것이다.

Description

지상위치측정 시스템(GPS)을 이용한 고정밀 시각 동기장치 및 그 제어방법

본 발명은 지상위치측정 시스템(GPS : Grobal Positioning System : 이하 GPS라 칭함)을 이용한 고정밀 시각 동기장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 특히 GPS위성으로부터 수신되는 1PPS와 정밀시각발진회로에서 출력되는 소정의 주파수를 고성능의 마이크로프로세서 유니트(MPU)에서 프로그램적으로 정확히 동기시켜 출력되도록 하는 지상위치측정 시스템을 이용한 고정밀 시각 동기장치 및 제어방법에 관한 것이다.

본 발명에서 서술되는 고정밀 시각동기장치는 응용분야가 상당히 광범위한 것으로 이동통신분야, 전력시스템, 계측학, 분산처리시스템 및 광통신망등에서도 적용되는 것으로, 그 중에서도 가장 활용범위가 높은 이동 통신분야와 전력시스템 분야에 대해 기술적 적용범위를 살펴보면 다음과 같다.

첫 번째로, 국내에서도 현재 통용될 예정인 개인통신 서비스(PCS : Personal Communications Service) 등에서 사용되는 부호분할 다원접속(CDMA : Code Divisoin Multiple Access)의 기지국에 탑재하는 경우이며, 부호분할 다원접속을 이용한 이동통신의 경우 고정밀의 시각동기는 필수적이다. 가령 예를 들어 통신중에 한곳에서 다른 곳으로 사용자가 이동할 경우 해당하는 두 기지국 사이에 시스템이 동기화가 이루어지지 않으면 접속해제 등의 치명적인 오류를 발생시킬 우려가 있을 뿐만아니라, 부호분할 다원접속 통신을 비롯한 무선이동통신의 사용자수는 해마다 기하급수적으로 증가하는 추세이므로 그 중요성은 매우 높다.

따라서 현재 국내의 경우 각 이동통신마다 프로토콜상의 문제로 표준이 정해져있지 않으므로 통신방식에 따라 별도의 기지국 설치가 불가피하므로 이에 대한 대비가 필요하며, 대부분의 고정밀 시각 동기장치들은 부호분할 다원접속을 비롯한 시분할 다원접속(TDMA : Time Division Multiple Access), 무선호출기(Paging) 등의 통신시장을 겨냥해 개발이 이루어지고 있다.

두 번째로, 전력공급에 관계된 시스템에 정밀 시각 동기장치를 탑재할 수 있으며, 가정 일반적인 것으로 서로 떨어진 각 시스템과 사고시간에 대한 태깅/로깅 서브시스템(Tagging/Logging Subsystem)의 동기화에 사용될 수 있다.

즉, 서로 연결된 전선들중 단선 등의 예기치 않는 상황 발생시 이런 오류를 발견하고 신속하게 대처할 수 있도록 각 시스템들의 에프티아이유(FTIU : Fault transient Interface Unit)는 정밀하게 동기된 상태에서 타임 로깅(Time Tagging)을 수행해야만 함으로써 비교적 높은 정밀도를 지니는 시각 동기장치가 필요하며, 아울러 순차적인 제어 및 관리 데이터에 대한 처리에 도움을 줄 수도 있다.

이외에도 전력시스템에서는 스카다(SCADA : Supervisory Control And Data Acquisition)시스템의 알티유(RTU : Remote Terminal Unit)나 전력시스템의 안정적인 제어 등 다양한 분야에 적용된다.

따라서 전술한 바와 같은 분야에 적용되는 고정밀 시각 동기장치는, 미표준세계협정시(UTC : Universal Time Coordinated)의 기준시각이 필요하게 되며, 이러한 기준 시각신호는 GPS위성으로부터 수신하게 된다.

즉, GPS위성으로부터 송출되는 1PPS(Pulse Per Second) 시각신호는 위성 자체내에 탑재된 2개의 세슘 원자시계 및 2개의 루비듐 원자시계를 통하여 미표준세계 협정시 시각을 기준으로 송출된다.

이와같은 종래 GPS위성으로부터 송출되는 1PPS를 이용한 정밀시각 동기장치를 살펴보면 다음과 같다.

종래기술1

도1의 (a)는 휴렛팩커드사의 스마트클럭(Smart Clock) 기술을 이용하여 시각동기장치를 구성한 것으로, 저가격의 발진기를 참조신호로 처리함과 동시에 GPS위성의 1PPS를 외부 신호로서 결합하여 고정밀 및 저가격을 동시에 이룩한 것으로서, 외부 참조신호인 1PPS가 수신 불가능한 상태인 홀드오버(Holdover) 모드의 경우 이미 정상적인 상태에서 예측되어진 값으로 오류 허용성을 제공하는 형태를 띠고 있으며, 동작 방식은 발진기와 1pps의 외부 참조신호를 마이크로프로세서가 비교하여 오류값을 발진기에 되돌려줌으로써 발진기의 주파수를 조절하여 정밀도를 향상시킨 것이다.

종래기술 2

도1의 (b)는 종래기술 1과는 달리 보다 휴렛팩커드사의 향상된 기법으로 각 주파수간의 등시성을 향상시키기 위한 등시성유지블록을 독립시킨 형태이며, 이 방식은 적어도 하루 이내에서는 1×10^-10이내까지 주파수를 조절할 수 있으므로 GPS클럭과 루비듐이나 고품질의 수정발진기를 결합시킬 경우 세슘의 성능에 접근할 정도의 안정도를 획득할 수 있으며, 등시성 유지블록을 담당하는 부분이 주파수중계기이다.

종래기술 3

도1의 (c)는 또다른 종래기술인 다텀(DATUM)회사의 피알에스(PRS : Primary Reference System)에 관한 것으로, 기존의 이동통신 시장보다 에이티엠(ATM : Asynchronous Transfer Mode)와 같은 네트워크 시장 및 유선 혹은 무선통신망을 위한 제품이며, 휴렛팩커드사의 HP55300A기종과 유사한 형태이다.

즉, 다텀(DATUM)회사의 피알에스(PRS)는 주클럭 발진기 부분을 루비듐 뿐만 아니라 수정발진기를 혼합시켜 사용하며, 외부참조 수신신호로 GPS를 적용하는 형태로 신뢰도가 높은 장점이 있다.

이와같은 도1의 (a) 내지 (c)에 도시된 종래 시각 동기장치는, 시각동기 및 등시성 유지를 주로 하드웨어적으로 의존하고 있어 시스템 자체의 구성이 복잡할 뿐만 아니라 이로 인해 제품자체의 부피가 매우 커지며, 또한 가격면에서 상당히 고가를 유지하게 되어 보편화되지 못함은 물론, 정밀도에 있어 많은 편차를 가짐으로써 시각 동기장치로서의 신뢰성이 저하되는 문제점이 발생되는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 제반사항의 문제점을 해결하기 위한 것으로서. 고정밀의 마이크로 프로세서 유니트에서 설정된 프로그램에 의해 정밀시각발진회로에서 발생되는 10㎒의 주클럭을 GPS위성으로부터 송출되는 1PPS에 정확히 동기시켜 출력되도록 함으로써, 이를 이동통신에 적용시킬 경우 각 기지국의 시간을 정밀하게 동기시켜 통화상태에서 이동중인 단말기의 통화단절을 방지할 수 있도록 하는데 본 발명의 목적이 있는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, GPS수신기로부터 1PPS가 수신되지 않고 홀드오버(Holdover)상태일 경우 마이크로 프로세서 유니트에서 환경적인 요인에 따른 시간초과(Overtime)분의 예측값을 통해 주클럭 동기를 유지시켜 출력되도록 함으로써 GPS수신기의 치명적인 오류발생시에도 각 기지국의 시간을 동기시킬 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은, 10㎒의 주클럭이 GPS위성으로부터 송출되는 1PPS에 정확히 동기되지 않을 경우 소정의 보정 데이터값을 정밀시각발진회로에 보내어 10㎒의 주클럭이 항시 일정하게 출력되도록 하여 10㎒와 1PPS가 정확히 동기시킬 수 있도록 하고, 현재 시스템의 동작모드 및 상태를 디스플레이장치를 통해 표시함은 물론, 간단한 구성에 따른 제품의 소형화와, 저가격으로 보급하는데 있다.

이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, GPS위성으로부터 방사되는 1PPS의 시각신호를 수신하는 안테나, 상기 안테나에 연결되어 1PPS를 출력하고, 상기 1PPS의 수신여부 신호, 백-업 전압검출신호, 년.월.일에 관한 데이터를 출력하는 GPS수신기, 상기 GPS수신기의 출력단에 연결되어 시스템을 소정의 프로그램에 의해 제어하고, GPS수신기의 1PPS동안 주클럭을 계수, 보정하여 서로 동기시켜 출력하는 주제어부, 상기 주제어부의 입출력단 사이에 연결되어 10㎒의 주클럭을 일정하게 발생시키는 정밀시각빌진회로, 상기 주제어부의 출력단에 연결되어 시스템을 초기화시키고 GPS위성으로부터 1PPS의 수신여부, 1PPS와 10㎒의 출력여부를 표시하고, 시스템 이상 발생시 경보를 발생하는 리셋 및 디스플레이부, 상기 주제어부의 출력단에 연결되어 동기된 1PPS와 10㎒의 주파수를 출력하고, 외부의 다른 장치와 통신이 가능토록 한 출력드라이브로 구성된다.

또한 본 발명은, 시스템에 전원이 공급되면 시스템을 초기화하고, 자체진단 모드를 실행하여 시스템의 이상유무 판단후 이상유무에 따라 알람을 송출 및 준비 상태로 동작하는 시스템 초기과정과, GPS수신기로부터 1PPS의 시각신호가 수신되는지를 판단한 후 1PPS가 수신되는 상태이면 록 모드로 해당 표시램을 점등하고, 1PPS가 수신되지 않은 상태이면 홀드오버 모드로 인지하여 이전의 데이터를 기준으로 클럭을 출력하는 GPS위성신호 수신과정과, 상기 과정에서 록 모드로 판단되면 주클럭을 계수하고, 1PPS동안에 주클럭이 소정회수가 계수되면 해당램프를 점등시켜 동기되었음을 표시하고, 상기 단계에서 1PPS동안 주클럭이 소정 회수만큼 계수되지 않을 경우 동기되지 않음을 판단하여 정밀시각발진회로의 출력주파수를 증감시키는 동기 및 보정과정으로 이루어진다.

제1a도 내지 1c도는 종래 시각 동기장치의 구성도.

제2도는 본 발명에 따른 시각 동기장치의 전체 블록도.

제3도는 본 발명에 따른 시각 동기장치인 주제어부의 상세 회로도.

제4도는 본 발명에 따른 시각 동기장치인 정밀시각발진회로의 상세도.

제5도는 본 발명에 따른 시각 동기장치인 리셋 및 디스플레이부의 상세도.

제6도는 본 발명에 따른 시각 동기장치인 출력드라이브회로의 상세도.

제7도는 본 발명에 따른 시각 동기장치의 전체 동작흐름도.

제8도는 본 발명에 따른 시각 동기장치의 각단 타이밍도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 안테나 20 : GPS수신기

30 : 리셋 및 디스플레이부 31 : 리셋스위치

32 : 리셋회로 33 : 드라이브회로

34 : 표시부 40 : 정밀시각발진회로

41 : D/A 변환기 42 : 가변전압발진기(VCO)

50 : 주제어부 51 : 마이크로프로세서 유니트(MPU)

52, 53 : 제1, 제2롬(ROM) 54, 55 : 제1, 제2램(RAM)

56 : 칩셀렉터 70 : 출력드라이브

71, 72 : 제1, 제2출력부 73 : 통신인터페이스

100 : GPS위성

도2는 본 발명에 따른 지상위치측정 시스템을 이용한 고정밀 시간동기장치의 블록도로서, GPS위성(100)으로부터 방사되는 시각신호를 수신하는 안테나(10)의 일측에는 수신된 시각신호를 1초당 하나의 펄스(이하 1PPS(Pulse Per Second)라 함)를 출력하고, 이 1pps의 수신여부 및 백-업 전압검출 그리고 년.월.일에 관한 데이터를 출력하는 GPS수신기(20)가 접속되어 있다.

또한, 상기 GPS수신기(20)의 출력측에는 시스템 전체를 소정의 프로그램에 의해 제어하고 정밀시각발진회로(40) 및 GPS수신기(20)의 출력을 조합.계수.보정하여 1PPS에 10㎒를 정확히 동기시켜 출력하는 주제어부(50)가 연결된다.

그리고, 주제어부(50)의 일측 출력단에는 시스템전체를 초기화시키고 GPS로부터 시각신호가 수신되는지의 여부와, 1PPS가 정상적으로 출력되는지의 여부를 램프로 점등시켜 표시하고, 시스템 이상 발생시 경보를 발생하는 리셋 및 디스플레이부(30)가 접속된다.

또한, 상기 주제어부(50)의 타측 출력단에는 서로 동기된 1PPS와 10㎒의 주파수를 출력하고 하나 이상의 통신포트를 구비하여 외부의 다른 장치와 통신이 가능한 출력드라이브(70)가 연결되며, 상기 주제어부(50)의 일측 입력단에는 10㎒의 주클럭을 일정하게 출력시키는 정밀시각발진회로(40)가 접속되어 구성된다.

도3은 본 발명에 따른 GPS를 고정밀 시각동기장치인 주제어부(50)의 상세회로도로서, 시스템 전체를 제어하고 정밀시각발진회로(40) 및 GPS수신기(20)의 출력을 조합.계수.보정하여 1PPS와 주클럭의 10㎒를 정확히 동기 및 출력시키는 마이크로 프로세서 유니트(이하 MPU라 함)(51)가 구비되고, 상기 MPU(51)의 일측에는 시스템의 전체제어 프로그램이 저장되어 있는 제1 및 제2롬(52)(53)이 연결된다.

그리고, 상기 MPU(51)의 타측단에는 시스템 동작도중에 필요한 데이터를 저장 및 읽기 위한 제1 및 제2램(54)(55)이 접속되고, MPU(51)의 일측 출력단에는 상기 제1, 제2롬(52)(53)과 제1, 제2램(54)(55)을 각각 인에이블시키는 칩셀렉터(56)가 연결되어 이루어진다.

도4는 본 발명에 따른 시각 동기장치은 정밀시각발진회로(40)의 상세도로서, 상기 MPU(51)의 일측 입력단에는 인가전압에 따라 주파수가 가변 출력되는 가변전압발진기(42)가 접속되고, 상기 가변전압발진기(42)의 입력단과 MPU(51)의 출력단 사이에는 가변전압발진기(42)에서 출력되는 주클럭이 10㎒가 되도록 MPU(51)로부터 전송되는 보정 데이터값을 아날로그로 변환하여 가변전압발진기(42)에 인가하는 D/A변환기(41)가 접속되어 구성된다.

도5는 본 발명에 따른 GPS를 이용한 고정밀 시각동기장치은 리셋 및 디스플레이부(30)의 상세회로도로서, MPU(51)의 일측 입력단에는 스위치(31) 접속에 따라 시스템 전체를 초기화시키는 리셋회로(32)가 연결되고, MPU(51)의 출력단에는 드라이브회로(33)를 통해 다수의 LED와 알람으로 이루어져 GPS위성(100)으로부터의 시각신호 수신여부와, 1PPS의 정상적인 출력여부, 시스템 이상 발생시 알람을 발생하는 표시부(34)가 접속되어 구성된다.

도6는 본 발명에 따른 GPS를 이용한 고정밀 시각 동기장치인 출력 드라이브회로(70)의 상세회로도로서, MPU(51)의 출력단에 1PPS와 10㎒를 각각 출력시키는 제1 및 제2출력부(71)(72)가 연결되고, 외부와 각종 통신을 할 수 있는 하나 이상의 통신인터페이스(73)가 접속되어 이루어진다.

여기서 상기 제1, 제2출력부(71)(72)는 각각 제1, 제2노어게이트(NOR1)(NOR2)로 이루어지며, 1PPS는 제1노어게이트(NOR1)일측단에, 10㎒는 제2노어게이트(NOR2)에 각각 인가되고, 상기 제1, 제2노어게이트(NOR1)(NOR2)의 타측단에는 MPU(51)로부터 인에이블신호가 인가되도록 구성되어 있다.

도7은 본 발명에 따른 GPS를 이용한 고정밀 시각 동기장치의 전체 동작 흐름도이며, 도8은 본 발명에 따른 GPS를 이용한 고정밀 시각 동기장치의 입출력 타이밍도이다.

이와같이 이루어진 본 발명의 작용과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저 본 발명의 전체적인 동작개요를 도2에 의해 설명하면, GPS위성(100)의 1PPS 시각신호는 위성 자체내에 탑재된 2개의 세슘 원자시계와 2개의 루비듐 원자 시계를 통하여 미표준세계협정시 시각을 기준으로 송출된다.

따라서 GPS위성(100)에서 송출되는 시각신호는 안테나(10)를 통하여 GPS수신기(20)로 전송됨으로써 1PPS를 출력함과 동시에 GPS위성(100)으로부터 송출되는 시각신호의 수신여부 및 백-업 전압검출, 그리고 년.월.일에 관한 각각의 데이터를 주제어부(50)로 출력되는 한편, 정밀시각발진회로(40)로부터 10㎒의 주클럭이 출력되어 주제어부(50)로 전송하게 된다.

한편, 상기 주제어부(50)에서 GPS수신기(20)로부터 전송되는 1PPS와 정밀시각발진회로(40)로부터 전송되는 10㎒주클럭의 입력상태에 따라 도7에 도시된 일련의 프로그램을 수행하여 순차 제어함과 동시에 조합, 계수, 보정함으로서 1PPS에 10㎒를 정확히 동기시킨 후 1PPS와 10㎒를 각각 출력하게 된다.

따라서, 주제어부(50)에서 1PPS에 10㎒가 정확히 동기되어 출력되고, 이 동기된 1PPS와 10㎒ 각각의 주파수는 출력드라이브(70)를 통해 출력되는 한편, 주제어부(50)에서는 1PPS와 10㎒의 신호가 정상적으로 출력될 경우 리셋 및 디스플레이부(30)에서 제어신호를 보내어 해당 LED를 점승시킴과 동시에 GPS위성(100)으로부터의 시각신호 수신여부시 해당 LED점등 및 시스템 이상 발생시 알람을 송출하게 된다.

그러므로 주제어부(50)에 의해 정확히 동기되어 출력되는 1PPS와 10㎒ 가부호분할 다원접속(CDMA)의 이동통신의 기지국에 제공될 경우 각 기지국별로 모두 시각동기가 일어나게 되어 기지국에서 다른 기지국으로 이동되는 통화중의 단말기가 통신이 두절되는 현상이 제거되는 것이다.

상기와 같은 개요로 동작되는 본 발명에 따른 GPS를 이용한 고정밀 시각 동기장치의 동작과정을 도2 내지 도8에 의해 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저 시스템에 전원이 공급되면 주제어부(50)인 MPU(51)에서 시스템을 초기화(S1)시킨 다음 자체 진단모드를 실행(S2)하여 시스템의 이상유무를 테스트하게 된다.

이때 시스템에 이상이 없는 것으로 판단(S3)되면 GPS위성(100)으로부터 시각신호(1PPS)가 수신되기 전까지 정밀시각발진회로(40)로부터 출력되는 주클럭인 10㎒를 이용하여 1PPS를 발생시키는 준비상태(S4)에 있게 되는 한편, 자체진단모드 실행 후 시스템에 이상이 있는 것으로 판단될 경우 도 5에 도시된 리셋 및 디스플레이부(30)의 드라이브회로(33)에 제어신호를 보내어 표시부(34)에 내장된 알람을 송출하는 시스템 초기과정(L1)을 수행하게 된다.

이러한 상태에서 전술한 바와 같이 GPS위성(100) 자체내에 탑재된 2개의 세슘 원자시계와 2개의 루비듐 원자시계를 통하여 미표준세계협정시(UTC) 시각을 기준으로 송출되고, 이 송출된 시각신호는 안테나(10)를 거쳐 GPS 수신기(20로 전송된다.

한편, 상기 GPS수신기(20)는 GPS위성(100)으로부터 시각신호를 수신받아 도8의 (a)와 같은 초당 펄스를 하나씩 발생하는 1PPS를 출력함과 동시에 GPS위성(100)으로부터의 시각신호 수신여부와 백-업 전압검출, 그리고 년.월.일에 관한 각각의 데이터를 주제어부(50)로 전송한다.

또한, 시스템에 전원이 공급되면 MPU(51)에서 도 4의 정밀시각발진회로(40)의 D/A/변환기(41)에 소정의 데이터값을 보내게 되며, 이 데이터값은 아날로그로 변환되어 전압값으로 가변전압발진기(42)에 인가됨으로써 10㎒의 주클럭이 출력되고, 이는 다시 주제어부(50)로 인가된다.

따라서, 상기 주제어부(50)에서는 GPS수신기(20)로부터 1PPS의 시각신호가 수신되는지를 판단(S5)하게 되며, 이 판단과정에서 1PPS가 수신되는 정상적인 상태로 판단되면 록(Locked)모드로 인지하여 도5의 리셋 및 디스플레이부(30)인 드라이브회로(33)에 제어신호를 보내어 표시부(34)의 해당 LED를 점등(S6)시킴으로써 GPS위성(100)으로부터 시각신호가 수신되는 정상 상태임을 알리게 된다.

이때, GPS수신기(20)로부터 1PPS가 수신되는지를 판단(S5)하는 과정에서 1PPS가 수신되지 않는 상태로 판단되면 홀드오버(Holdover)모드로 인지하여 MPU(51)에서 이전의 데이터를 기준으로 클럭을 출력(S7)하는 GPS위성신호 수신과정(L2)을 실행하게 된다.

한편, 상기 GPS위성신호 수신과정(L2)에서 GPS수신기(20)로부터 1PPS가 수신되는 록(Locked)모드로 판단되면 1PPS동안 정밀시각발진회로(40)에서 출력되는 10㎒의 주클럭을 MPU(51)에 내장되어 있는 타이머 카운터로서 계수(S8)하여 1PPS동안 주클럭이 정확하게 천만번 계수됨이 판단(S9)되면 1PPS에 10㎒가 정확히 동기되었음을 인지하게 된다.

따라서 도8의 (a)에 도시된 1PPS와 (b)에 도시된 10㎒를 각각 출력함과 동시에 도5의 리셋 및 디스플레이부(30)인 드라이브회로(33)에 제어신호를 보내어 표시부(34)의 해당 LED를 점등(S10)시킴으로써 1PPS에 10㎒가 정확히 동기되어 출력됨을 표시하게 된다.

그러나 MPU(51)에서 상기 계수단계(S9)를 진행할 때 1PPS동안 주클럭이 정확하게 천만번 계수되지 않을 경우 1PPS동안에 정밀시각발진회로(40)로부터 출력되는 주클럭이 정확히 10㎒가 되지 않은 것으로 판단하여 도4에서와 같이 가변전압발진기(42)의 출력주파수를 증감시키기 위한 데이터를 D/A변환기(41)로 출력(S11)시키게 된다.

그러므로 상기 D/A변환기(41)는 MPU(51)에서 출력되는 디지털신호를 아날로그신호의 전압값으로 변환 출력하게 되며, 이 변환된 전압값이 가변전압발진기(42)에 인가됨으로써 압력전압에 비례한 출력주파수를 증감하게 되고, 이 증감된 출력주파수는 다시 MPU(51)로 공급되어 1PPS동안 가변전압발진기(42)에서 출력되는 주클럭을 계수하는 도7의 계수단계(S8)로 복귀하는 동기 및 출력과정(L3)을 실행함으로써 가변전압발진기(42)의 주클럭을 항시 일정한 10㎒로 유지시킬 수 있는 것이다.

도3에서의 제1, 제2롬(52)(53)은 전술한 상기의 과정을 실행할 수 있는 프로그램이 저장되어 있으며, MPU(51)에서는 상기 제1, 제2롬(52)(53)에 저장된 프로그램을 순차적으로 읽어들여 1PPS에 10㎒를 정확히 동기 및 보정시킬 수 있게 한 것이다.

또한, 제1, 제2램(54)(55)은 전술한 일련의 과정 수행중에 필요한 데이터를 임시적으로 저장하기 위한 것이며, 칩셀렉터(56)는 MPU(51)의 제어에 의해 프로그램 수행도중 필요한 데이터를 순차적으로 읽어들이기 위해 제1, 제2롬(52)(53)과 제1, 제2램(54)(55)을 선택적으로 인에이블시킬 수 있도록 한 것이다.

다음은 도6에 의해 MPU(51)에서 정확히 동기된 1PPS와 10㎒가 출력드라이브(70)를 통해 출력되는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저 1PPS에 10㎒를 동기완료한 후 MPU(51)로부터 출력되는 1PPS는, 제1출력부(71)의 제1노어게이트(NOR1)의 일측단에 전송되고, 또한 10㎒는 제2출력부(72)인 제2노어게이트(NOR2)로 인가된다.

이때 MPU(51)로부터 출력시점에서 제1, 제2노어게이트(NOR1)(NOR2)에 인에이블신호를 출력함으로써 서로 동기된 1PPS와 10㎒의 출력신호들간에 시각오차를 줄여 등시성을 유지할 수 있으며, 하나 이상의 통신인터페이스(73)를 통해 외부의 다른 장치와 통신이 가능토록 되어 있다.

한편, 시스템이 동작중인 상태에서 이상이 발생하거나 필요에 따라 시스템을 초기화시킬 경우 도5의 스위치(31)를 온상태로 접속하면 리셋회로(32)가 동작되어 MPU(51)에 리셋신호를 전송함에 따라 상기 MPU(51)에서는 리셋신호를 인지하여 도7의 시스템을 초기화하는 단계(S1)를 실행함으로써 전술한 과정을 다시 실행하게 되는 것이다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 주제어부의 MPU에서 설정된 프로그램에 의해 정밀시각발진회로에서 출력되는 주클럭의 10㎒를 GPS수신기로부터 출력되는 1PPS에 정확히 동기시켜 출력되도록 함은 물론, GPS수신기로부터 1PPS가 수신되지 않을 경우 MPU에서 환경적인 요인에 따른 시간 초과분의 예측값을 통해 주클럭 동기를 유지시켜 출력되도록 하여 GPS수신기의 치명적인 오류발생시에도 일정 허용범위 안에서 시간을 정확히 동기시킬 수 있어 본 발명을 이동통신에 적용시킬 경우 각 기지국의 시간을 정밀하게 동시에 동기시킴으로써 통화상태에서 이동중인 단말기의 통화단절을 방지할 수 있으며, 간단한 구성에 따른 제품의 소형화와, 저가격으로 제공할 수 있는 것이다.

Claims

GPS위성(100)으로부터 방사되는 1PPS의 시각신호를 수신하는 안테나(10),

상기 안테나(10)에 연결되어 1PPS를 출력하고, 상기 1PPS의 수신여부신호, 백-업 전압검출신호, 년.월.일에 관한 데이터를 출력하는 GPS수신기(20), 상기 GPS수신기(20)의 출력단에 연결되어 시스템을 소정의 프로그램에 의해 제어하고 GPS수신기(20)의 1PPS동안 주클럭을 계수, 보정하여 서로 동기시켜 출력하는 주제어부(50), 상기 주제어부(50)의 입출력단에 사이에 연결되어 10㎒의 주클럭을 일정하게 발생시키는 정밀시각발진회로(40), 상기 주제어부(50)의 출력단에 연결되어 시스템을 초기화시키고 GPS위성(100)으로부터 1PPS의 수신여부, 1PPS와 10㎒의 출력여부를 표시하고, 시스템 이상 발생시 경보를 발생하는 리셋 및 디스플레이부(30), 상기 주제어부(50)의 출력단에 연결되어 동기된 1PPS와 10㎒의 주파수를 출력하고, 외부의 다른 장치와 통신이 가능토록 한 출력드라이브(70)로 이루어진 지상위치 측정시스템(GPS)이용한 고정밀 시각 동기장치.
제1항에 있어서 상기 주제어부(50)는, 시스템 전체를 제어하고 상기 MPU(51)내의 디지털 타이머를 이용하여 정밀시각발전회로(40) 및 GPS수신기(20)의 출력을 계수, 보정하여 1PPS에 10㎒를 정확히 동기시켜 출력하는 MPU(51), 상기 MPU(51)의 일측단에 연걸되어 시스템의 각종 제어프로그램이 저장된 제1 및 제2롬(52)(53), 상기 MPU(51)의 타측단에 연결되어 시스템 동작중에 필요한 데이터를 저장 및 읽기 위한 제1 및 제2램(54)(55), 상기 MPU(51)의 일측 출력단에 연결되어 상기 제1, 제2롬(52)(53)과 제1, 제2램(54)(55)을 각각 선택적으로 인에이블시키는 칩셀렉터(56)로 이루어진 것을 특징으로 하는 지상위치측정 시스템(GPS)를 이용한 고정밀 시각 동기장치.
제1항에 있어서 상기 정밀시각발진회로(40)는, 상기 MPU(51)로부터 출력되는 디지털신호의 보정데이터를 아날로그신호의 전압으로 변환출력하는 D/A변환기(41), 상기 D/A변환기(41)의 출력단 및 MPU(51)의 입력단 사이에 연결되어 인가전압에 따라 출력주파수 가변되는 가변전압발진기(42)를 구비하여 보정데이터에 의해 항시 일정한 10㎒의 주클럭이 출력되도록 한 것을 특징으로 하는 지상위치측정`시스템(GPS)을 이용한 고정밀 시각 동기장치.
제1항에 있어서 상기 출력드라이브회로(70)는, 상기 MPU(51)의 일측출력단에 연결되어 1PPS와 10㎒를 각각 출력하는 제1 및 제1출력부(71)(72). 상기 MPU(51)의 타측 출력단에 연결되어 외부와 각종 통신이 가능한 하나 이상의 통신인터페이스(73)로 이루어진 것을 특징으로 하는 지상위치측정 시스템(GPS)을 이용한 고정밀 시각 동기장치.
제4항에 있어서 상기 제1, 제2출력부(71)(72)는, 제1 및 제2노어게이트(NOR1)(NOR2)를 각각 구비하고, 1PPS는 상기 제1노어게이트(NOR1) 일측단에, 10㎒는 상기 제2노어게이트(NOR2) 일측단에 각각 인가되고, 상기 제1 및 제2노어게이트(NOR1)(NOR2)의 타측단에는 MPU(51)로부터 인에이블신호가 인가되도록 한 것을 특징으로 하는 지상위치측정 시스템(GPS)을 이용한 고정밀 시각 동기장치.
GPS수신기, MPU를 구비한 주제어부, 정밀시각발전회로, 리셋 및 디스플레이부, 출력드라이브를 포함하는 지상위치측정 시스템을 이용한 고정밀 시각 동기장치에 있어서, 시스템에 전원이 공급되면 시스템을 초기화하고, 자체 진단모드를 실행하여 시스템의 이상유무를 판단한 후 이상유무에 따라 알람을 송출 또는 준비상태로 동작하는 시스템 초기과정(L1), GPS수신기로부터 1PPS의 시각신호가 수신되는지를 판단한 후 1PPS가 수신되는 상태이면 록 모드로 해당 표시램을 점등하고, 1PPS가 수신되지 않은 상태이면 홀드오버 모드로 인지하여 이전의 데이터를 기준으로 클럭을 출력하는 GPS위성신호 수신과정(L2), 상기 과정에서 록 모드로 판단되면 주클럭을 계수하고, 1PPS동안에 주클럭이 소정회수가 계수되면 해당램프를 점등시켜 동기되었음을 표시하고, 상기 단계에서 1PPS 동안 주클럭이 소정 회수만큼 계수되지 않을 경우 동기되지 않음을 판단하여 정밀시각발진회로의 출력주파수를 증감시키는 동기 및 출력과정(L3)으로 이루어진 지상위치측정 시스템(GPS)을 이용한 고정밀 시각 동기장치의 제어방법.