KR100580088B1 - 시각 및 주파수 정확도 측정 장치 및 그 방법 - Google Patents

시각 및 주파수 정확도 측정 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 시각 및 주파수 정확도 측정 장치 및 그 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 시각 및 주파수 정확도를 측정하여 양방향 방식을 가지는 소수의 보정국을 통해 보정 데이터를 전송하기 위한 시각 및 주파수 정확도 측정 장치 및 그 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하고자 함.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 시각 및 주파수 정확도 측정시스템에서의 시각 및 주파수 정확도 측정 장치에 있어서, 송신국과 양방향 링크를 통해 송신국 기준 클럭과의 시각 바이어스값을 계산하기 위한 시각 바이어스 계산수단; 기준클럭을 발생하기 위한 클럭발생수단; 상기 기준클럭의 위상을 상기 시각 바이어스 계산수단에서 계산된 송신국 기준 클럭과의 시각 바이어스값만큼 보정하기 위한 클럭보정수단; 수신국으로부터 전달된 시각동기클럭과 상기 클럭보정수단에서 보정된 기준클럭을 비교하여 시각 바이어스값을 측정하기 위한 시각 정확도 측정수단; 상기 시각 정확도 측정수단에서 측정된 시각 바이어스값에 따른 보정 데이터를 발생하기 위한 보정데이터 발생수단; 및 상기 보정데이터를 양방향 데이터 포맷으로 변환하여 상기 시각 바이어스 계산수단으로 전달하는 데이터 변환수단을 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 시각 및 주파수 측정시스템 등에 이용됨.
시각 및 주파수 정확도 측정, 시각 정확도 측정, 정밀 클럭 보정, 정밀 국부 클럭 발생

Description

시각 및 주파수 정확도 측정 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING TIME AND FREQUENCY ACCURACY}
도 1 은 본 발명이 적용되는 위성을 이용한 시각 및 주파수 동기를 위한 동기 시스템의 구성도예시도.
도 2 는 본 발명에 따른 시각 및 주파수 정확도 측정 장치의 일실시예 구성도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
21 : 정밀 국부 클럭 발생부 22 : 측정부
23 : 정밀 클럭 보정부 24 : 시각 및 주파수 동기 수신부
25 : 시각 정확도 측정부 26 : 무결성 및 보정 데이터 발생부
27 : 양방향 입력 데이터 발생부 28 : 송신부
본 발명은 시각 및 주파수 정확도 측정 장치 및 그 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것으로, 특히 정밀한 시각 및 주파수 정확도를 측정하고 측정값을 재전송하여 시각 및 주파수 오차를 개선하기 위한 시각 및 주파수 정확도 측정 장치 및 그 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.
종래의 정지궤도 위성을 이용한 시스템들에서는 대체로 위와 같은 유사한 구조의 시각 및 주파수 측정 시스템을 자체 송신국에만 두는 방식을 적용함으로써, 성능 개선을 시도하였다.
그러나, 차분 보정 방식이 가지는 한계성 때문에 송신국에서 멀리 떨어진 지점에서는 오차가 증가하는 문제점이 있었다.
또한, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 수신국들이 각각 송신 장비를 보유하고 송신국과 통신링크를 두는 양방향 방식을 채택하여 정확도를 수 ns 이하로 개선시켰지만, 각각의 수신국들이 송신 시스템을 보유해야 하고, 수신국이 동일한 위성에 신호를 송출해야 해야 하므로 위성시스템 출력의 제한으로 더 넓은 대역폭을 필요로 하게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 시각 및 주파수 정확도를 측정하여 양방향 방식을 가지는 소수의 보정국을 통해 보정 데이터를 전송하기 위한 시각 및 주파수 정확도 측정 장치 및 그 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 시각 및 주파수 정확도 측정시스템에서의 시각 및 주파수 정확도 측정 장치에 있어서, 송신국과 양방향 링크를 통해 송신국 기준 클럭과의 시각 바이어스값을 계산하기 위한 시각 바이어스 계산수단; 기준클럭을 발생하기 위한 클럭발생수단; 상기 기준클럭의 위상을 상기 시각 바이어스 계산수단에서 계산된 송신국 기준 클럭과의 시각 바이어스값만큼 보정하기 위한 클럭보정수단; 수신국으로부터 전달된 시각동기클럭과 상기 클럭보정수단에서 보정된 기준클럭을 비교하여 시각 바이어스값을 측정하기 위한 시각 정확도 측정수단; 상기 시각 정확도 측정수단에서 측정된 시각 바이어스값에 따른 보정 데이터를 발생하기 위한 보정데이터 발생수단; 및 상기 보정데이터를 양방향 데이터 포맷으로 변환하여 상기 시각 바이어스 계산수단으로 전달하는 데이터 변환수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 위성을 이용한 시각 및 주파수 정확도를 측정하기 위한 측정시스템에 적용되는 시각 및 주파수 정확도 측정 방법에 있어서, 송신국과 양방향 링크를 통해 송신국 기준 클럭과의 시각 바이어스값을 계산하는 제 1 단계; 보정국 측정에 이용할 기준클럭을 발생하여 양방향 링크를 통해 전달되는 기준클럭과의 바 이어스값을 측정하는 제 2 단계; 상기 바이어스값이 측정된 기준클럭의 위상을 상기 송신국 기준 클럭과의 시각 바이어스값만큼 보정하는 제 3 단계; 및 상기 보정된 기준클럭과 수신국으로부터 전달된 시각동기클럭을 비교하여 시각 바이어스값을 측정하는 제 4 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 프로세서를 구비한 시각 및 주파수 정확도 측정시스템에, 송신국과 양방향 링크를 통해 송신국 기준 클럭과의 시각 바이어스값을 계산하는 제 1 기능; 보정국 측정에 이용할 기준클럭을 발생하여 양방향 링크를 통해 전달되는 기준클럭과의 바이어스값을 측정하는 제 2 기능; 상기 바이어스값이 측정된 기준클럭의 위상을 상기 송신국 기준 클럭과의 시각 바이어스값만큼 보정하는 제 3 기능; 및 상기 보정된 기준클럭과 수신국으로부터 전달된 시각동기클럭을 비교하여 시각 바이어스값을 측정하는 제 4 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명이 적용되는 위성을 이용한 시각 및 주파수 동기를 위한 동기 시스템의 구성도예시도로서, 송신장치(110)와, 수신장치들(120~12n)과, 무결성 감시 및 보정 장치들(130~13n)을 구비한다.
이와 같은 구조를 갖는 시각 및 주파수 동기 시스템의 동작에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 송신장치(110)에서 원자시계와 보정 및 무결성 감시 정보와 위성 궤도 정보를 이용하여 고정밀 시각 및 주파수 동기 신호를 발생시켜 위성 궤도 데이터, 보정 데이터, 및 시각 정보들을 위성으로 전송해 준다.
그러면, 수신장치들(120~12n)은 위성 링크상에서 지연되고 왜곡된, 송신장치(110)로부터 상기 위성을 통하여 전달되는 신호를 수신하여 고정밀 시각 및 주파수 동기용 클럭을 각각 복구해낸다.
그리고, 무결성 감시 및 보정 장치(130~13n)는 위성 링크상에서 지연 왜곡된 양을 실시간으로 측정하고, 갑작스런 사고를 감지하는 무결성 감시를 통해 이 정보를 실시간적으로 송신장치(110)에 다시 전송해준다. 이때, 무결성 감시 및 보정 장치(130~13n)는 하나 또는 그 이상의 개수로 구현될 수 있다.
도 2 는 본 발명에 따른 시각 및 주파수 정확도 측정 장치의 일실시예 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 자체의 원자시계를 이용하여 보정시스템 측정에 이용할 고정밀 1pps 기준클럭을 발생시키기 위한 정밀 국부 클럭 발생부(21)와, 송신부(28)로부터 양방향 링크를 통해 송신부(28) 클럭과의 바이어스를 계산하여 측정하기 위한 측정부(22)와, 정밀 국부 클럭 발생부(21)로부터 전달된 기준클럭을 계산된 송신부(28) 클럭의 바이어스 값만큼 보정하여 동기클럭을 제공하는 정밀클럭 보정부(23)와, 기타 사용자들이 쓰는 송신부(28) 신호를 입력받을 수만 있는 시각 및 주파수 동기 수신부(24)와, 시각 및 주파수 동기 수신부(24)로부터 발생된 클럭과 정밀클럭 보정부(23)로부터 전달된 기준클럭과의 시각 바이어스를 측정하기 위한 시각 정확도 측정부(25)와, 시각 정확도 측정부(25)의 시각 바이어스 값과 수신된 신호의 세기 등의 정보들로부터 무결성 감시 및 시각 보정 데이터를 발생하기 위한 무결성 및 보정 데이터 발생부(26)와, 무결성 및 보정 데이터 발생부(26)로부터 전달된 데이터를 포함하여 측정부(22)의 입력 데이터 포맷으로 만들어주는 양방향 입력 데이터 발생부(27)와, 위성관제소로부터 전달되는 신호를 변환하는 송신부(28)를 구비한다.
본 발명에 따른 시각 및 주파수 정확도 측정 장치를 측정하기 위한 보정시스템에서의 세부 기능을 설명하면 다음과 같다.
정밀 국부 클럭 발생부(21)는 시각 정확도 측정부(25)에 이용할 기준클럭을 발생시켜준다. 이 정밀 국부 클럭 발생부(21)는 주파수 안정도 측면을 고려할 때 세슘 원자시계를 이용한다. 그렇지만, 이 세슘 원자시계는 송신시스템에서 사용하는 정밀클럭과 비교할 때 시각 바이어스를 가지게 된다. 따라서, 정밀한 시각 보정을 위해서는 송신부(28)의 기준클럭과 동기된 즉, 시각 바이어스가 0이 되도록 보정해주는 정밀 클럭 보정부(23)가 필요하며, 송신부(28) 기준클럭과의 시각 바이어스값을 측정하기 위해서는 측정부(22)가 필요하다. 측정부(22)는 일반적인 구조를 이용하면 되고 이를 토대로 시각 바이어스값을 수 ns 이내로 맞출 수 있다. 정밀 클럭 보정부(23)는 일반적인 위상 마이크로스테퍼(Phase microstepper)와 유사한 기능을 하는 것으로 정밀 국부 클럭 발생부(21)에서 발생한 1pps 기준클럭의 위상을 측정부(22)에서 측정된 시각 바이어스만큼 보정해 주는 기능을 수행한다. 이렇게 하면, 정밀 클럭 보정부(23)에서 나온 1pps 기준클럭은 송신부(28) 기준클럭과 동일한 특성을 가진다고 볼 수 있다. 일반 사용자들이 가지는 시각 동기 정확도를 개선하기 위해서는 일반 사용자들에게 제공되는 시각 및 주파수 동기 수신부(24)에서 출력된 1pps 클럭을 송신부(28)의 기준클럭과 동일한 특성을 가지는 정밀 클럭 보정부(23)에서 나온 1pps 기준클럭과 비교해서 시각 바이어스 값을 측정해주는 시각 정확도 측정부(25)가 필요하다.
일반적으로는 디지털 카운터를 이용해 타임 인터벌 에러를 측정하는 방식이 많이 적용된다. 그 밖에도 주파수 정확도를 측정하는 방식도 존재한다. 여기서 1초마다 비교된 시각 바이어스 값들이 무결성 및 보정 데이터 발생부(26)로 들어가서 보정 데이터를 발생시키는 기능을 하게 된다. 여기서 다양한 알고리즘이 적용될 수 있지만, 대표적으로는 갑작스런 수신국 지터(jitter)의 영향이나 순간적인 잡음을 줄이기 위해서 에버리징(averaging) 기법을 사용할 수도 있고, 갑작스럽게 보정 데이터의 시각 바이어스 값이 튀는 것을 방지하기 위해 초기값의 영향을 받는 칼만(Kalman) 필터법을 적용할 수 있다.
여기서, 입력된 시각 바이어스 값들로부터 송신국 데이터에 보정 데이터를 채워주기 위해 각 보정국들마다 시각 바이어스 값으로 보내줄 수도 있을 것이며, 위성 위치 오차를 주요한 성분으로 고려하여 위성 위치 데이터로 보정값을 바꾸어 보내줄 수도 있다. 또한, 시각 및 주파수 동기 수신부(24)에 도달한 송신 신호의 세기나 데이터 무결성 등을 측정해 무결성 감시 정보로 활용할 수 있다. 무결성 및 보정 데이터 발생부(26)에서 생성된 데이터는 양방향 입력 데이터 발생부(27)에서 측정부(22)의 입력 데이터 포맷으로 변환되어 양방향 전송 장치의 입력으로 송신부(28)에 전달된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 정지궤도위성을 이용한 시각 및 주파수 전송 시스템의 보정 시스템으로 활용됨으로써, 대략 우리나라 지형에서 약 전국적으로 100ns 이내의 시각동기 오차를 가지는 통신망 동기 시스템을 구현할 수 있는 효과가 있다. 특히, 모든 수신국에 양방향 전송 장치를 갖출 수 있으므로 소수의 보정 시스템에만 양방향 전송 장치를 갖추면 상기와 같은 정도의 정확도를 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 시각 및 주파수 정확도 측정시스템에서의 시각 및 주파수 정확도 측정 장치에 있어서,
    송신국과 양방향 링크를 통해 송신국 기준 클럭과의 시각 바이어스값을 계산하기 위한 시각 바이어스 계산수단;
    기준클럭을 발생하기 위한 클럭발생수단;
    상기 기준클럭의 위상을 상기 시각 바이어스 계산수단에서 계산된 송신국 기준 클럭과의 시각 바이어스값만큼 보정하기 위한 클럭보정수단;
    수신국으로부터 전달된 시각동기클럭과 상기 클럭보정수단에서 보정된 기준클럭을 비교하여 시각 바이어스값을 측정하기 위한 시각 정확도 측정수단;
    상기 시각 정확도 측정수단에서 측정된 시각 바이어스값에 따른 보정 데이터를 발생하기 위한 보정데이터 발생수단; 및
    상기 보정데이터를 양방향 데이터 포맷으로 변환하여 상기 시각 바이어스 계산수단으로 전달하는 데이터 변환수단
    을 포함하는 시각 및 주파수 정확도 측정 장치.
  2. 위성을 이용한 시각 및 주파수 정확도를 측정하기 위한 측정시스템에 적용되는 시각 및 주파수 정확도 측정 방법에 있어서,
    송신국과 양방향 링크를 통해 송신국 기준 클럭과의 시각 바이어스값을 계산하는 제 1 단계;
    보정국 측정에 이용할 기준클럭을 발생하여 양방향 링크를 통해 전달되는 기준클럭과의 바이어스값을 측정하는 제 2 단계;
    상기 바이어스값이 측정된 기준클럭의 위상을 상기 송신국 기준 클럭과의 시각 바이어스값만큼 보정하는 제 3 단계; 및
    상기 보정된 기준클럭과 수신국으로부터 전달된 시각동기클럭을 비교하여 시각 바이어스값을 측정하는 제 4 단계
    를 포함하는 시각 및 주파수 정확도 측정 방법.
  3. 프로세서를 구비한 시각 및 주파수 정확도 측정시스템에,
    송신국과 양방향 링크를 통해 송신국 기준 클럭과의 시각 바이어스값을 계산하는 제 1 기능;
    보정국 측정에 이용할 기준클럭을 발생하여 양방향 링크를 통해 전달되는 기준클럭과의 바이어스값을 측정하는 제 2 기능;
    상기 바이어스값이 측정된 기준클럭의 위상을 상기 송신국 기준 클럭과의 시각 바이어스값만큼 보정하는 제 3 기능; 및
    상기 보정된 기준클럭과 수신국으로부터 전달된 시각동기클럭을 비교하여 시각 바이어스값을 측정하는 제 4 기능
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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