JP2005134215A - 信号到来時間差測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】 時刻パルスが受信機内部のクロックに同期したタイミングでしか発生されないことにより生じる誤差、計測用クロックが時刻パルスに同期していないことにより生じる誤差、２つの測定局の受信機が異なった衛星からの信号に基づいて時刻パルスの発生タイミングを求めることにより生じる誤差の問題を解消して信号到来時間差を高精度に測定する。
【解決手段】 測位演算により求めた測位系の時刻に略同期した時刻パルス信号（１ＰＰＳ）と計測用クロック（４０ＭＨｚ）を演算上位相同期させる。またＧＰＳタイムと１ＰＰＳとの誤差ΔＴｐ１，ΔＴｐ２を求め、第１・第２のイベントカウント値Ｔ_E1(1) ，Ｔ_E1(2) の差分の補正を行う。さらに、同じ衛星からの信号に基づいて求めたタイミングで時刻パルス信号のタイミングずれ分の補正を行う。
【選択図】 図７

Description

この発明は信号発生源から到来する信号を異なった箇所で観測し、その信号到来時間差を測定する信号到来時間差測定システムに関するものである。

例えば送電線や鉄塔に落雷があると、その落雷地点からサージが発生して送電線を伝搬する。送電線上の２箇所でこのサージの到来時刻（通過時刻）を観測し、その到来時間差を求めれば、２つの計測点間のどの地点に落雷があったかを特定することができる。このような方法でサージ発生点の標定を行うシステムが特許文献１に開示されている。

ここで従来のサージ発生点標定システムの構成例を図１２に示す。鉄塔１０１には送電線１００を伝搬するサージを検出するサージ検出回路１２、極力正確な時刻を計時する時計装置１４、およびサージ到来時刻を測定するためのカウンタ１６を備えている。

図１３は図１２に示した時計装置１４とカウンタ１６の動作をタイミングチャートとして表したものである。時計装置１４にはＧＰＳ受信機が備えられていて、ＧＰＳ受信機の内部クロック（ａ）に同期して例えば時刻パルス信号（ｂ）が毎秒出力される。カウンタ１６は、この時刻パルスが時計装置１４から与えられる毎にリセットし、カウンタ１６内部で発生した計測用クロックをカウントする。そしてカウンタ１６は、サージ検出回路１２がサージの到来を検出した時のカウント値をラッチするようにしている。

所望の鉄塔毎にこのような処理を行うことによって、異なった鉄塔に設けたタイミング測定装置２０が測定したタイミングの時間差を時間差測定装置１０３が測定することによって、その２つの鉄塔間の送電線１００上のサージ発生点の位置を標定する。
特許第２５９９６１３号公報

ＧＰＳ受信機のように、測位用衛星から送信された電波を受信し、受信点の位置を求めるとともに測位系の時刻を求めることのできる受信機は、一般のスタンドアローンの時計に比べて高精度な時刻を求めることができる。しかし上述のサージ発生点標定システムなどでサージ発生点の位置をより高精度に標定するためには次に述べるような限界があった。

《第１誤差》
時計装置１４内のＧＰＳ受信機はその受信機内部のクロックを分周して時刻パルスを発生するので、時刻パルスはこのＧＰＳ受信機内部のクロックに同期したタイミングでしか出力されない。そのため、図１３に示すように、実際にはＧＰＳ衛星からの信号を受信して、その受信信号からＧＰＳのタイミングを求める演算（この演算については後に詳述する。この演算を以下、単に「タイミング演算」という。）により求まる測位系の時刻（ＧＰＳタイム）の秒タイミングｔｏと上記時刻パルスの立ち上がりとの間には誤差ΔＴｐが生じる。

《第２誤差》
カウンタ１６がその内部で発生してカウントする計測用クロックと、時計装置１４から出力される時刻パルスとは位相同期していない。そのため、図１３に示すように、時刻パルスの立ち上がりタイミングと計測用クロックの立ち上がりタイミングとの間に誤差ΔＴｍが生じる。

《第３誤差》
図１３に示した測位系の時刻タイミングｔｏは、時計装置１４内のＧＰＳ受信機が１つ以上のＧＰＳ衛星からの電波を受信してタイミング演算により求まるタイミングであるが、各種誤差要因によりこのタイミングには当然ながら誤差を含んでいる。サージ発生点標定システムなどでは、サージの到来時間差を求めればよいので、２つのタイミング測定装置がそれぞれ求めたタイミングに同じだけ誤差が含まれていれば、その誤差分は相殺される。しかし、それぞれの時計装置のＧＰＳ受信機が測位演算に用いた衛星の組み合わせが異なる場合、上記ＧＰＳ受信機で求めた測位系時刻の誤差が残ることになる。

例えば図１４に示すように時計装置ＡがＧＰＳ衛星Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｅからの電波のみを受信でき、時計装置ＢがＧＰＳ衛星Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｆからの電波のみ受信できるような場合、時計装置ＡのＧＰＳ受信機がＧＰＳ衛星Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｅからの電波を基に測位演算で求めた測位系の時刻タイミングｔｏと、時計装置ＢのＧＰＳ受信機がＧＰＳ衛星Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｆからの電波を基に測位演算で求めた測位系の時刻タイミングｔｏとは正確には一致しない。従って、その分の誤差が生じる。

上述の問題はサージ発生点標定システムに限らず、何らかの信号発生源から到来する信号の到来タイミングを位置の異なった複数の測定点で測定し、その時間差に基づいて信号発生源の位置を標定するような信号到来時間差測定システムに共通の課題である。

この発明の目的は、上述の問題を解消して信号到来時間差を高精度に測定する信号到来時間差測定システムを提供することにある。

この発明は、信号発生源から到来する信号の到来タイミングをそれぞれ測定する少なくとも２つの計測点に設けた第１・第２のタイミング測定装置と、この２つのタイミング測定装置により測定された前記信号の到来タイミングの時間差を測定する時間差測定装置とを備えた信号到来時間差測定システムにおいて、前記タイミング測定装置は、発生したクロック信号を分周するとともに複数の測位用衛星からの電波を前記計測点付近の受信点で受信し、該受信信号に基づく演算により求めた測位系の時刻に略同期した時刻パルス信号（例えば１ＰＰＳ）を発生する時刻パルス信号発生手段と、前記信号の到来タイミングを計測するための計測用クロック（例えば４０ＭＨｚ信号）を発生するとともに、前記時刻パルス信号のタイミングを基準として前記計測用クロックをカウントするカウント手段と、前記計測用クロックを前記時刻パルス信号に位相同期させる手段とをそれぞれ備えたことを特徴としている。

またこの発明は、信号発生源から到来する信号の到来タイミングをそれぞれ測定する少なくとも２つの計測点に設けた第１・第２のタイミング測定装置と、この２つのタイミング測定装置により測定された前記信号の到来タイミングの時間差を測定する時間差測定装置とを備えた信号到来時間差測定システムにおいて、前記タイミング測定装置は、発生したクロック信号を分周するとともに複数の測位用衛星からの電波を前記計測点付近の受信点で受信し、該受信信号に基づく演算により求めた測位系の時刻に略同期した時刻パルス信号（例えば１ＰＰＳ）を発生する時刻パルス信号発生手段と、前記信号の到来タイミングを計測するための計測用クロック（例えば４０ＭＨｚ信号）を発生するとともに、前記時刻パルス信号のタイミングを基準として前記計測用クロックをカウントするカウント手段と、前記時刻パルス信号発生手段が発生した時刻パルス信号と前記演算により求めた測位系の時刻との誤差を求める時刻パルス信号発生タイミング誤差検出手段とをそれぞれ備え、前記時間差測定装置は、第１のタイミング測定装置の前記時刻パルス信号発生タイミング誤差検出手段により検出された誤差分と第２のタイミング測定装置の前記時刻パルス信号発生タイミング誤差検出手段により検出された誤差分だけ前記カウント手段によるカウント値を補正する時刻パルス信号発生タイミング誤差処理手段を備えたことを特徴としている。

またこの発明は、第１・第２のタイミング測定装置の前記受信点の近傍で前記測位用衛星からの電波を受信し、第１のタイミング測定装置の前記時刻パルス信号発生手段が用いた測位用衛星の組で求まる前記時刻パルス信号発生タイミング誤差と、第２のタイミング測定装置の前記時刻パルス信号発生手段が用いた測位用衛星の組で求まる前記時刻パルス信号発生タイミング誤差との差分を求める手段を備えた第３のタイミング測定装置を設け、前記時刻パルス信号発生タイミング誤差処理手段は、前記差分の補正をさらに行うようにしたことを特徴としている。

さらにこの発明は、３つ以上の計測点を設けるとともに、それらの計測点のうち所望の２つの計測点におけるタイミング測定装置を上記第１・第２のタイミング測定装置としたことを特徴としている。

上記受信信号に基づく演算は（タイミング演算）は、受信機が置かれている位置（地球上の座標）が未知である場合は，測位演算に相当する。すなわち、測位とともにＧＰＳのタイミングを求める。位置を求めるには通常４個以上の衛星からの信号を受信することが必要であるが、位置が既知であってタイミングのみを求める場合には１つ以上の衛星を受信することでタイミングを演算することができる。既に位置が既知となっていれば、必ずしも位置を求める演算は必要ではなく、「位置が既知である」として、受信可能な衛星数が少なくても、その受信信号を基にタイミングの演算を行えばよい。

この発明によれば、タイミング演算により求めた測位系の時刻に略同期した時刻パルス信号に計測用クロックを位相同期させるようにしたので、図１３に示した第２の誤差ΔＴｍが生じることがなく、高精度化を図ることができる。

またこの発明によれば、第１のタイミング測定装置の時刻パルス信号発生タイミングの誤差分と第２のタイミング測定装置の時刻パルス信号発生タイミングの誤差分だけ計測用クロックのカウント値を補正することによって図１３に示した第１誤差ΔＴｐによる誤差がなくなり、信号到来時間差を高精度に測定できるようになる。

またこの発明によれば、第３のタイミング測定装置が第１・第２のタイミング測定装置の時刻パルス信号発生手段が用いた測位用衛星の組で求まる時刻パルス信号発生タイミング誤差と、同様の第２のタイミング測定装置における時刻パルス信号発生タイミング誤差との差分を求め、この差分の補正を更に行うことによって、第１・第２のタイミング測定装置で測位用衛星の組み合わせが異なることによる誤差の補正が行われる。そのため、より高精度な信号到来時間差測定を行うことができる。

また、この発明によれば、３つ以上の測定点のうち、隣接する測定点ごとに第１・第２のタイミング測定装置を配置することによって、３つ以上の複数の測定点で区分される広い範囲内で信号発生源の位置標定を行うことができる。

まず、請求項１，２に相当する第１の実施形態に係るサージ発生点標定システムの構成を図１〜図６を基に説明する。
図１はサージ発生点標定システム全体の構成を示すブロック図である。測定局１１０は所定の鉄塔１０１に設けている。管理局１２０は複数の測定局１１０からのデータを収集してサージ発生点の標定を行う。各測定局１１０は送電線１００を伝搬するサージの到来を検出するサージ検出回路１２、その検出タイミングを測定するタイミング測定装置２０、および管理局１２０との間でデータ伝送制御を行う制御装置１１１を備えている。

管理局１２０は各測定局１１０との間でデータ通信を行う通信制御装置１２１、それを介して収集したデータを基にサージ発生点の標定を行う演算制御装置１２２、その標定結果を出力する出力装置１２３、および後述するように各測定局のタイミング測定装置２０が用いたＧＰＳ衛星の組み合わせの違いによる誤差を補正するためのＧＰＳ受信機１２４を備えている。

図２は図１に示したタイミング測定装置２０の構成を示すブロック図である。このタイミング測定装置２０はＧＰＳ受信機２２とカウント制御回路２３を備えている。ＧＰＳ受信機２２はＧＰＳアンテナ２１で１つ以上のＧＰＳ衛星からの電波を受けてタイミング演算を行い、測位系の時刻であるＧＰＳタイムに略同期した１秒周期の時刻パルス信号（以下「１ＰＰＳ」という。）をカウント制御回路２３へ与える。またＧＰＳ受信機２２の内部で発生したクロック信号をカウント制御回路２３へ与える。更に、後述する各種データを出力する。

カウント制御回路２３はサージ検出回路１２からのサージ検出信号を受けて、そのタイミングを示すカウント値を求めて制御装置１１１へ出力する。

図３−１の（Ａ）はＧＰＳ受信機２２の構成、（Ｂ）はカウント制御回路２３の構成をそれぞれ示すブロック図である。
（Ａ）において、ＧＰＳ受信機２２の受信回路２２１は、ＧＰＳアンテナ２１からの信号を周波数変換するダウンコンバータとその信号をデジタルデータに変換するＡＤコンバータを備えている．プロセッサ２２２は受信回路２２１に対してキャリア成分の除去を行うとともにＣ／Ａコードを捕捉・追尾するための制御を行い、Ｃ／Ａコード位相を求める。発振器２２４はクロック信号を発生する発振器であり、プロセッサ２２２は時刻パルス生成回路２２５に対して、時刻パルスがＧＰＳタイムの秒タイミングに最も近くなるように制御を行う。このＧＰＳタイムはプロセッサ２２２がタイミングを求める処理を行うことによって求める。１ＰＰＳは発振器２２４から出力されるクロック信号を分周して得た信号であるので、タイミング演算により求めた正確なＧＰＳタイムの秒タイミングとは一致しない。但し、その誤差分は処理結果により判明しているので、後に述べる様に、その誤差分の補正を行う。

図３−１の（Ｂ）において、カウント制御回路２３は、ＧＰＳ受信機２２から出力されたクロック信号（この例では１１．６０５ＭＨｚの信号）の信号を分周器２３１が分周する。発振器２３３はカウンタ２３５へ与える計測用クロック信号（この例では４０ＭＨｚの信号）を発生し、分周器２３４はこれを分周して、分周器２３１から出力される信号と同一周波数にする。位相比較器２３２は分周器２３１と２３４の出力信号の位相差を求め、それに応じて発振器２３３の発振周波数を制御する。これによりＰＬＬ回路を構成している。

カウンタ２３５は１ＰＰＳを受ける毎にリセットされ、発振器２３３から出力されるクロック信号をカウントする。バッファ２３６はサージ検出回路からのサージ検出信号が入力された時にカウンタ２３５の値をラッチする。上記ＰＬＬ回路により計測用クロックを時刻パルス信号に位相同期させたことにより、後に述べるように、分周器２３１（または２３４）から出力される信号の立ち上がりタイミングを、測位系の時刻と時刻パルス信号とのずれ分の補正のための基準タイミングとして用いる。

図３−２は、図２に示したＧＰＳ受信機２２の別の構成例を示すブロック図である。
この図３−２において、ＧＰＳ受信機２２の受信回路２２１は、ＧＰＳアンテナ２１からの信号を周波数変換するダウンコンバータとその信号をデジタルデータに変換するＡＤコンバータを備えている。プロセッサ２２２は受信回路２２１に対してキャリア成分の除去を行うとともにＣ／Ａコードを捕捉・追尾するための制御を行い、Ｃ／Ａコード位相を求める。ＶＣ−ＯＣＸＯ２２４はクロック信号を発生する発振器であり、プロセッサ２２２はＤＡコンバータ２２３に対して制御データを与えることにより、その発振周波数を制御する。このクロック信号はプロセッサ２２２および受信回路２２１へ与えられる。分周器２２５は発振器２２４から出力されるクロック信号を所定分周比で分周して１ＰＰＳを出力する。プロセッサ２２２はこの１ＰＰＳがＧＰＳタイムの秒タイミングに追従するようにＤＡコンバータ２２３に与えるデータを制御する。このＧＰＳタイムはプロセッサ２２２がタイミング演算を行うことによって求める。

この構成によれば、１ＰＰＳは発振器２２４から出力されるクロック信号を分周して得た信号であるので、１ＰＰＳはタイミング演算により求めた正確なＧＰＳタイムの秒タイミングと略一致する。したがって、図１３に示した第１の誤差ΔＴｐは略０と見なせる。

次に、各測定局１１０のタイミング測定装置２０におけるＧＰＳ受信機２２の処理内容を図４〜図６を基に説明する。
図４−１は図３−１に示したＧＰＳ受信機において、測位系の時刻であるＧＰＳタイムと１ＰＰＳとの誤差ΔＴｐを求めるための処理手順である。まずタイミング演算によってＧＰＳタイムを求める（Ｓ１）。そして、求めたＧＰＳタイムに応じて図３−１の（Ａ）に示した時刻パルス生成回路２２５へ与えるパラメータを求め、そのデータを時刻パルス生成回路２２５へ与える（Ｓ２）。この処理を毎秒繰り返すことによって、実際に出力した１ＰＰＳと正確なＧＰＳタイムとの誤差ΔＴｐを求める。

図４−２は図３−２に示したＧＰＳ受信機において、ＧＰＳタイムに１ＰＰＳを追従させるための処理手順であり、まず測位演算によってＧＰＳタイムを求める（Ｓ１）。そして、求めたＧＰＳタイムに対する実際に出力される１ＰＰＳのタイミングのずれを求め、それに応じて図３−２に示したＤＡコンバータ２２３へ与える出力値を求め、そのデータをＤＡコンバータ２２３へ与える（Ｓ２→Ｓ３）。この処理を一定時間ごとに繰り返すことによって１ＰＰＳを可能な限りＧＰＳタイムに同期させる。

図５は、ＧＰＳ受信機からの１１．６０５ＭＨｚのクロック信号、分周器２３１（または２３４）から出力される信号、カウンタ２３５に対する４０ＭＨｚのクロック信号、およびカウンタのカウント値の変化の関係を示している。ここで、ｔａは１１．６０５ＭＨｚのクロック信号と４０ＭＨｚのクロック信号との位相（立ち上がりタイミング）が一致したタイミングである。また、ｔｏはＧＰＳタイムの秒タイミング、ｔ₁₁は１１．６０５ＭＨｚのクロック信号の分周によって実際に発生される１ＰＰＳのタイミング、ｔ₄₀はｔｏに最も近いタイミングの４０ＭＨｚの立ち上がりタイミングである。

このように１ＰＰＳは１１．６０５ＭＨｚのクロック信号の分周によって発生されるが、カウンタは４０ＭＨｚのクロック信号をカウントするので、両者の立ち上がりタイミングにΔＴｐｍのずれが生じる。すなわちこの誤差ΔＴｐｍがカウント値に含まれることになる。

図６は図５に示した誤差ΔＴｐｍの補正を行うためのタイミング測定装置の手順を示すフローチャートである。
まず、タイミング演算によってＧＰＳタイムを求める（Ｓ１１）。そして、１１．６０５ＭＨｚ信号と４０ＭＨｚ信号の位相一致タイミングｔａからＧＰＳタイムの秒タイミングｔｏまでの時間ｘを求める（Ｓ１２）。同様に、位相一致タイミングｔａから４０ＭＨｚによる秒タイミングまでの時間ｙを求める（Ｓ１３）。さらに、位相一致タイミングｔａから１ＰＰＳまでの時間ｚを求める（Ｓ１４）。そして、時間ｙと時間ｚの差を上記ΔＴｐｍとして求める。ここで、１１．６０５ＭＨｚの波数をｍ、周期をＴｍ、４０ＭＨｚの波数をｎ、周期をＴｎとすれば、ΔＴｐｍ＝ｍ×Ｔｍ−ｎ×Ｔｎとして求まる。したがって、図３−１（Ｂ）に示したカウンタ２３５によりカウントされた値をΔＴｐｍ分だけ補正すれば、１ＰＰＳがＧＰＳタイムの秒タイミングからずれていることによる誤差（図１３に示したΔＴｐ）と、１ＰＰＳを発生する基準のクロック信号とカウンタがカウントするクロック信号の周波数が異なることによる誤差（図１３に示したΔＴｍ）の補正を同時に行うことができる。

このようにして計測用クロックを時刻パルス信号に位相同期させ、実際に発生させた時刻パルス（１ＰＰＳ）の発生タイミングと計算により求めた測位系の時刻（ＧＰＳタイムの秒タイミング）とのずれを計算上正しく求めることができ、カウント値に対してそのずれ分の補正を行うことができる。

なお、上記補正は、各測定局内で行って、その補正後のデータを管理局に伝送してもよいし、管理局が各測定局から補正前のデータを収集して、その補正を管理局側で行ってもよい。

次に、請求項３に相当する第２の実施形態に係るサージ発生点標定システムの構成を図７〜１０を基に説明する。
図７は第１・第２の計測点に設けた２つの測定局１１０のタイミング測定装置２０におけるタイミングチャートの例を示している。図７の上半部は第１計測点におけるタイミングチャート、下半部は第２計測点におけるタイミングチャートである。

図７において１ＰＰＳ(1) は第１計測点におけるＧＰＳ受信機２２が複数のＧＰＳ衛星からの電波を基にして求めた時刻パルス信号である。４０ＭＨｚクロックは図３−１の（Ｂ）に示した発振器２３３がカウンタ２３５に与える計測用クロック信号である。但し、この図７の例では、４０ＭＨｚ信号の立ち上がりタイミングと１ＰＰＳの立ち上がりタイミングを一致させて表している。既に述べたように、１ＰＰＳはＧＰＳ受信機内のクロック（１１．６０５ＭＨｚ）信号の分周により発生されるので、実際には４０ＭＨｚ信号の立ち上がりと１ＰＰＳの立ち上がりとは常に一致するわけではなく、ずれるが、そのずれ分は第１の実施形態で示した方法により補正できる。

図７において、第１サージ検出信号はサージの強度が第１の閾値に達した時に発生され、第２サージ検出信号は、サージの強度が第１の閾値より高い第２の閾値を超えた時に発生される。第１イベント発生検知タイミングは第１サージ検出信号の立ち上がり直後の計測用クロック信号の立ち上がりタイミングであり、第１イベントカウント値Ｔ_E1(1) はこの第１イベント発生時のカウント値である。同様に、第２イベント発生検知タイミングは第２サージ検出信号立ち上がり直後の計測用クロック信号の立ち上がりタイミングであり、第２イベントカウント値Ｔ_E2(1) はこの第２イベント発生時のカウント値である。

第２計測点についても同様であり、１ＰＰＳ(2) は第２計測点におけるＧＰＳ受信機２２が１つ以上のＧＰＳ衛星からの電波を基にして求めた時刻パルス信号、第１イベントカウント値Ｔ_E1(2) は第１イベント発生時のカウント値、第２イベントカウント値Ｔ_E2(2) は第２イベント発生時のカウント値である。

上記１ＰＰＳ(1) は真のＧＰＳタイムに対してΔＴｐ１で示す誤差を含んでいる。また、１ＰＰＳ(2) も同様に真のＧＰＳタイムに対してΔＴｐ２で示す誤差を含んでいる。したがって、第１イベント発生時の真の時間差は次式となる。

真の時間差
＝（１ＰＰＳ(1) ＋Ｔ_E1(1) ）−（１ＰＰＳ(2) ＋Ｔ_E1(2) ）
＝（Ｔ_E1(1) −Ｔ_E1(2) ）＋（ΔＴｐ１−ΔＴｐ２） …（１）
ここで観測できる時間差は（１）式の右辺第１項であるため、次式を得る。

求める時間差
＝（Ｔ_E1(1) −Ｔ_E1(2) ）
＝真の時間差−（ΔＴｐ１−ΔＴｐ２） …（２）
ここで、（２）式の右辺第２項、（ΔＴｐ１−ΔＴｐ２）を「誤差イ」とする。

しかし、ここでさらに問題となるのが、前述の《第３誤差》である。第１・第２の計測点において各ＧＰＳ受信機はＧＰＳタイムを算出するが、両ＧＰＳ受信機がタイミングを求める処理に用いた衛星の組み合わせが異なる場合、両ＧＰＳ受信機で算出されたＧＰＳタイムには異なった誤差が含まれることになる。もし、両ＧＰＳ受信機で同じＧＰＳ衛星の組み合わせでタイミングを求める処理を行ったなら、算出されたＧＰＳタイムには同じだけの誤差を含むことになるので、信号の到来時間差を求める際に差分をとることによって、ＧＰＳタイムに含まれていた誤差は相殺される。

そこで、第１・第２の計測点にて共通に受信している衛星の一つまたはその組み合わせにより求められたタイミングを用いて、次のように信号の到来時間差を求める。（ここでは、第１・第２の計測点で共通に受信している衛星Ａを用いて求めたタイミングを例にとり、算出方法を示す。）
求める時間差
＝ (Ｔ_E1(1) + ΔＴａ(1))− (Ｔ_E1(2) ＋ΔＴａ(2))
＝（Ｔ_E1(1) −Ｔ_E1(2) ）＋ (ΔＴａ(1) −ΔＴａ(2))
＝真の時間差−（ΔＴｐ１−ΔＴｐ２）＋ (ΔＴａ(1) −ΔＴａ(2))
＝真の時間差−（ (ΔＴｐ１−ΔＴａ(1))− (ΔＴｐ２−ΔＴａ(2))）
＝真の時間差− (Δｔａ(1) −Δｔａ(2)) …（３）
なお、Δｔａ(1) = ΔＴｐ１−ΔＴａ(1))
Δｔａ(2) = ΔＴｐ２−ΔＴａ(2))
である。

ここで，（３）式の右辺第２項 (Δｔａ(1) −Δｔａ(2))を「誤差ロ」とする。

第１計測点−第２計測点間の距離は、ＧＰＳ衛星−受信点間距離に比べて極めて近いので、同じＧＰＳ衛星から第１・第２の計測点のＧＰＳ受信機までの電波伝播経路は略同一であり、電離層遅延や大気圏遅延が同様に作用するものと見なせる。そのため、例えば衛星Ａで求めたＧＰＳタイムの秒タイミングｔａ(1) とｔａ(2) は計算上高精度に一致する。同様に、衛星Ｂで求めたＧＰＳタイムの秒タイミングtb(1) とtb(2) も計算上高精度に一致する。

したがって、１ＰＰＳ(1) と１ＰＰＳ(2) を求めた衛星の組み合わせが異なる場合、上記の誤差イと誤差ロは、“誤差イの絶対値＞誤差ロの絶対値”という関係になる。よって、求める時間差を（Ｔ_E1(1) −Ｔ_E1(2) ）ではなく、 (Ｔ_E1(1) + ｔａ(1))− (Ｔ_E1(2) ＋ｔａ(2))とすることにより、さらに高精度に信号の到来時間差を求めることができる。

そこで、各ＧＰＳ受信機から出力した１ＰＰＳの立ち上がりタイミングとの時間差ΔＴａ(1) ，ΔＴｂ(1) ，ΔＴｃ(1) ，ΔＴａ(2) ，ΔＴｂ(2) ，ΔＴｄ(2) などの値を計算で求め、出力するように構成する。

図８はそのためのタイミング測定装置２０内のＧＰＳ受信機２２の処理内容を示している。ＧＰＳ受信機は、測位演算に必要な複数のＧＰＳ衛星からの電波をそれぞれ受信してタイミング演算を行う（Ｓ１１→Ｓ１２）。測位演算を行って受信点の位置とＧＰＳタイムが一旦求まれば、受信点位置、衛星、およびその衛星からの信号のＣ／Ａコード位相から各衛星毎のＧＰＳタイムの秒タイミングを求める。そして、このタイミングと実際に発生した１ＰＰＳとの差ΔＴａ，ΔＴｂ，ΔＴｃ・・・を算出する（Ｓ１３→Ｓ１４）。

図９は制御装置１１１の処理内容を示すフローチャートである。まずサージ検出回路１２からのサージ検出信号の有無を判定し、サージ検出がなされたなら、タイミング測定装置２０が測定したデータを読み取り（Ｓ２１→Ｓ２２）、管理局１２０へデータ伝送する（Ｓ２３）。この時のデータはＧＰＳ受信機が求めたＧＰＳタイム、各衛星毎のＧＰＳタイム、１ＰＰＳとのずれΔＴａ，ΔＴｂ，ΔＴｃ・・・、タイミング測定装置２０が求めたカウント値を含んでいる。

図１０は管理局の演算制御装置の処理手順を示すフローチャートである。各測定局１１０から収集したデータから新たなサージを検出したなら、同じイベントの発生タイミングを抽出する（Ｓ３１→Ｓ３２）。そして、サージ到来時間差を算出する（Ｓ３３）。このサージ到来時間差の算出の際に、上記の（ΔＴａ(1) −ΔＴａ(2) ）分の補正演算を行う。続いてサージ到来時間差および２つの測定局間の距離とによって、２つの測定局間におけるサージ発生源の位置を求める（Ｓ３４）。そしてそのサージ発生点の情報を出力する（Ｓ３５）。

図１１は第３の実施形態に係るサージ発生点標定システムにおける管理局のＧＰＳ受信機１２４の処理内容を示すフローチャートである。
この実施形態では管理局１２０に設けたＧＰＳ受信機１２４からの情報を基に、第１・第２の計測点のＧＰＳ受信機が異なった衛星の組み合わせで測位演算した結果生じる１ＰＰＳのずれ分の補正を行う。まず、各ＧＰＳ衛星からの電波を受信し、第１タイミング測定装置（第１測定局のタイミング測定装置２０）のＧＰＳ受信機が１ＰＰＳ(1) を求めるのに用いた衛星の組と同じ組み合わせでタイミングＡを求める（Ｓ５１→Ｓ５２）。第１タイミング測定装置のＧＰＳ受信機が測位演算を行った際の衛星の組み合わせは、そのＧＰＳ受信機から得た情報に含まれていて、それを基に知ることができる。

同様にして、第２タイミング測定装置（第２測定局のタイミング測定装置２０）のＧＰＳ受信機が１ＰＰＳ(2) を求めるのに用いた衛星の組と同じ組み合わせでタイミングＢを求める（Ｓ５３）。

続いて、タイミングＡ−タイミングＢを求めることにより、管理局における（ΔＴｐ１−ΔＴｐ２）すなわち「誤差イ」を知ることできる。

そして
（Ｔ_E1(1) −Ｔ_E1(2) ）＋Ａ−Ｂを求める時間差とする。

このようにして、第１・第２の計測点のＧＰＳ受信機が異なった衛星の組み合わせで測位演算した結果生じる１ＰＰＳのずれ分の補正を行う。

なお、以上に示した各実施形態では、サージ検出信号が入力されるまでの時間をカウンタでカウントするようにしたが、逆にサージ検出信号が入力された時点からカウントを開始し（カウンタをリセットし）、１ＰＰＳの立ち上がりでカウンタの内容をバッファにラッチするように構成してもよい。

なお、図１では複数の測定局のうち２つの測定局１１０の組について示したが、広範囲に亘ってサージ発生点の標定を行うためには３つ以上の測定局を配置し、そのうちの所望の２つの測定局を組として選んで、その間のサージ発生点を標定するように構成する。

各実施形態で共通に用いるサージ発生点標定システムの全体の構成を示すブロック図 タイミング測定装置の構成を示すブロック図 ＧＰＳ受信機およびカウント制御回路の構成を示すブロック図 他のＧＰＳ受信機の構成を示すブロック図 図３−１におけるＧＰＳ受信機の処理内容を示すフローチャート 図３−２におけるＧＰＳ受信機の処理内容を示すフローチャート 同サージ発生点標定システムにおける時刻パルス信号と計測用クロック信号などとの関係を示す図 同サージ発生点標定システムにおけるタイミング測定装置の処理内容を示すフローチャート 第２の実施形態に係るサージ発生点標定システムにおける各部のタイミング関係を示す図 同サージ発生点標定システムにおけるＧＰＳ受信機の処理内容を示すフローチャート 同サージ発生点標定システムにおける制御装置の処理内容を示すフローチャート 同サージ発生点標定システムにおける管理局の演算制御装置の処理内容を示すフローチャート 第３の実施形態に係るサージ発生点標定システムにおける管理局側のＧＰＳ受信機の処理内容を示すフローチャート 従来のサージ発生点標定システムの構成を示すブロック図 従来の信号到来時間差測定システムで生じる第１・第２の誤差を示す図 従来の信号到来時間差測定システムにおける第３の誤差の生じる要因を示す図

符号の説明

２０−タイミング測定装置
１００−送電線
１０１−鉄塔
１０３−時間差測定装置

Claims (4)

1. 信号発生源から到来する信号の到来タイミングをそれぞれ測定する少なくとも２つの計測点に設けた第１・第２のタイミング測定装置と、この２つのタイミング測定装置により測定された前記信号の到来タイミングの時間差を測定する時間差測定装置とを備えた信号到来時間差測定システムにおいて、
   前記タイミング測定装置は、発生したクロック信号を分周するとともに複数の測位用衛星からの電波を前記計測点付近の受信点で受信し、該受信信号に基づく演算により求めた測位系の時刻に略同期した時刻パルス信号を発生する時刻パルス信号発生手段と、
   前記信号の到来タイミングを計測するための計測用クロックを発生するとともに、前記時刻パルス信号のタイミングを基準として前記計測用クロックをカウントするカウント手段と、
   前記計測用クロックを前記時刻パルス信号に位相同期させる手段とをそれぞれ備えたことを特徴とする信号到来時間差測定システム。
2. 信号発生源から到来する信号の到来タイミングをそれぞれ測定する少なくとも２つの計測点に設けた第１・第２のタイミング測定装置と、この２つのタイミング測定装置により測定された前記信号の到来タイミングの時間差を測定する時間差測定装置とを備えた信号到来時間差測定システムにおいて、
   前記タイミング測定装置は、発生したクロック信号を分周するとともに複数の測位用衛星からの電波を前記計測点付近の受信点で受信し、該受信信号に基づく演算により求めた測位系の時刻に略同期した時刻パルス信号を発生する時刻パルス信号発生手段と、
   前記信号の到来タイミングを計測するための計測用クロックを発生するとともに、前記時刻パルス信号のタイミングを基準として前記計測用クロックをカウントするカウント手段と、
   前記時刻パルス信号発生手段が発生した時刻パルス信号と前記演算により求めた測位系の時刻との誤差を求める時刻パルス信号発生タイミング誤差検出手段とをそれぞれ備え、
   前記時間差測定装置は、第１のタイミング測定装置の前記時刻パルス信号発生タイミング誤差検出手段により検出された誤差分と第２のタイミング測定装置の前記時刻パルス信号発生タイミング誤差検出手段により検出された誤差分だけ前記カウント手段によるカウント値を補正する時刻パルス信号発生タイミング誤差処理手段を備えた信号到来時間差測定システム。
3. 第１・第２のタイミング測定装置の前記受信点の近傍で前記測位用衛星からの電波を受信し、第１のタイミング測定装置の前記時刻パルス信号発生手段が用いた測位用衛星の組で求まる前記時刻パルス信号発生タイミング誤差と、第２のタイミング測定装置の前記時刻パルス信号発生手段が用いた測位用衛星の組で求まる前記時刻パルス信号発生タイミング誤差との差分を求める手段を備えた第３のタイミング測定装置を設け、
   前記時刻パルス信号発生タイミング誤差処理手段は、前記差分の補正をさらに行うようにした請求項２に記載の信号到来時間差測定システム。
4. ３つ以上の計測点を設けるとともに、それらの計測点のうち所望の２つの計測点におけるタイミング測定装置を請求項１〜３のいずれかに記載の第１・第２のタイミング測定装置とした信号到来時間差測定システム。

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