JP2011252742A - 時刻修正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成により時刻修正の精度を向上させる時刻修正装置を提供する。
【解決手段】時刻修正装置１０では、複数の時刻源から、それぞれの時刻と同期した信号を受信し、一番精度が高いＧＰＳ受信機１３の１秒パルス信号を同期信号として優先的に用い、ＧＰＳ受信機１３の受信状態が無効のときに、ＦＭ放送の時報、標準電波に基づく正時信号Ａ、Ｂ、Ｃの内時刻修正のための所定の期間において最も早いもの選択して同期信号として時刻修正をすることにより、修正精度を向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、時刻修正装置に関するものであり、特にラジオ放送、標準電波等の複数の時刻源からの時刻時報に基づき時刻修正を行う時刻修正装置に関するものである。

従来からラジオ放送の時報を用いて時刻修正を行う時刻修正装置を備えた時計がある。ＮＨＫ（日本放送協会、以下、ＮＨＫ）の時報は、０．１秒継続する４４０Ｈｚの予報音を１秒間隔で３回送信し、その１秒後に１秒継続し減衰する８８０Ｈｚの正報音を送信するという構成となっている。

この種の時刻修正装置では、ノイズ等の影響による誤修正、ラジオ受信機の故障により修正が行われないという問題があり、その対策として２つのラジオ受信機を備えたものがある。例えば、特許文献１に示される時刻修正装置では、２台のラジオ受信機を用い、各ラジオ受信機からの時報信号の論理積出力によって装置内の時計の時刻修正を行うことにより、ノイズ等の影響による誤修正を抑えようとしている。また、この時刻修正装置は、各ラジオ受信機からの時報信号の検出出力の論理和出力によって計数回路の計数内容を歩進し、時刻修正が行われた場合には計数回路をリセットするように構成してあり、計数回路が所定値を計数したときに報知信号を発生し、ラジオ受信機の故障等の不具合を報知可能としてある。

また、特許文献２に示されるシステムでは、第１、第２の電波時計手段を用い、通常時には第１、第２の電波時計手段の時刻情報のずれを計測し、ずれ量に基づいて第２の電波時計手段の時刻情報を補正し、第１の電波時計の時刻情報をシステムの時刻情報として用い、第１の電波時計の時刻情報に異常が生じたときには第２の電波時計の時刻情報をシステムの情報として用いる。

特開昭６３−４２４９３号公報 特開２００７−３２２１９９号公報

特許文献１に示されるものでは、２つのラジオ受信機により時報を時報信号として検出し、同時に時報信号を検出したタイミングを正時として時計の時刻修正を行うため、ノイズ等の悪影響を受けて一方のラジオ受信機が時報信号を検出できなかっただけで時刻修正を行えず、時刻修正の頻度が少なくなるという問題があった。

特許文献２に示されるものでは、第２の電波時計手段の時刻情報を予め計測されたずれ量に基づいて第１の電波時計手段の時刻情報に補正する構成を要するという複雑な構成となるという問題があった。加えて、第１の電波時計の時刻情報に異常が検出されるまで、第２の電波時計の時刻情報は第１の電波時計の時刻情報に補正されるため、第１の電波時計の時刻情報の異常検出は極力頻繁に行う必要があり、処理負荷を上げるという問題もあった。

本発明の時刻修正装置は、時刻を計時する計時手段と、それぞれの時刻源の時刻情報に同期した信号を受信して基準信号を出力する受信手段の複数と、前記受信手段の受信状態に基づき前記基準信号それぞれの有効性を判別する判別手段と、前記複数の基準信号を入力してあり、前記判別手段の判別結果に基づき、前記複数の基準信号の内の所定の前記受信手段が受信した基準信号が有効と判別されたときに当該所定の前記受信手段からの基準信号を優先的に選択し、当該所定の前記受信手段からの基準信号が有効でないときに、所定期間において最も早く入力されかつ有効と判別された前記基準信号を選択し、選択した基準信号に同期した同期信号を発生させる同期信号生成手段と、前記同期信号に同期させて前記計時手段の時刻を修正する修正手段と、を備えることを特徴とする。

前記受信手段の内少なくとも一つは時刻源からの前記時刻情報を受信するものであり、当該受信手段の受信した時刻情報に基づいて前記修正手段は時刻を修正することが好ましい。

前記同期信号生成手段は、前記受信手段からの基準信号の複数を共通するパルス幅の信号とするパルス幅調整手段と、当該パルス幅調整手段からの信号の論理和をとって合成信号を生成する論理和手段とを備え、前記合成信号の生成に同期して前記同期信号を生成することを特徴とすることが好ましい。

前記共通するパルス幅は、時刻修正において修正を許容する所定の誤差より大きいことが好ましい。

所定の前記受信手段はＧＰＳ受信機であり、他の前記受信機は時報を重畳した電波を受信する受信機または標準電波を受信する受信機であることが好ましい。

本発明では、冗長構成を備えた時刻修正装置において、それぞれ受信手段により受信した複数の基準信号の内所定の一つを優先的に時刻修正の際の同期信号とし、当該所定の基準信号が有効でないときに、他の基準信号の内所定期間において最も早く入力され、かつ有効と判別された基準信号を時刻修正の際の同期信号とする。これによって、基準信号間のずれを加味して時刻修正を行うという複雑な構成をとらず、最も早い基準信号を同期信号として選択することで伝送遅延による時刻源との時刻のずれを極力抑えることで簡易な構成で時刻修正の精度を極力向上させることができる。

図１は本発明の実施形態に係わる時刻修正装置の構成を示すブロック図である。 図２は図１の要部の構成を示すブロック図である。 図３は本発明の実施形態に係わる時刻修正装置の動作説明のためのタイミングチャートである。

図１は、本発明の実施形態の時刻修正装置のブロック図であり、時刻修正装置１０は、計時手段１１と、時刻修正手段１２と、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）受信機１３と、時報受信機１４ａと、時報受信機１４ｂと、標準電波受信機１４ｃと、有効信号選択手段１５と、正時信号タイミング調整手段１６と、タイミング修正手段１７と、同期信号生成手段１８と、からなる。計時手段１１と、時刻修正手段１２と、有効信号選択手段１５と、正時信号タイミング調整手段１６と、タイミング修正手段１７と、同期信号生成手段１８とは、図示しないコンピュータのハードウェア及びその制御のためのコンピュータプログラムにより実現される。また、このコンピュータは、ネットワークに接続され、ＮＴＰ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）デーモンと称されるコンピュータプログラムを実行し、ＮＴＰにより、ネットワーク上のクライアントやサーバ等に高精度の時刻情報を提供するＮＴＰサーバ、換言すれば、タイムサーバとして動作する。

計時手段１１は、時刻修正装置１０の時刻を計時するものであり、コンピュータ上で実行される計時処理、例えば、ＮＴＰデーモンによる計時処理により実現される。コンピュータは、計時のための発振信号源として、水晶発振器、又は、より高精度の発振信号を提供するＯＣＸＯ（Ｏｖｅｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）とを備える。

時刻修正手段１２は、計時手段１１の時刻情報をＧＰＳ受信機１３で取得した時刻情報、又は、標準電波受信機１４ｃで取得した時刻情報を計時手段１１で計時する時刻に設定し、例えば、ＮＴＰデーモンに年月日時分秒を設定し、後述する同期信号を１秒パルス信号として入力し、この同期信号と同期させて計時をさせることで計時手段１１の時刻を修正するものである。

ＧＰＳ受信機１３は、高精度の計時装置を有するＧＰＳ衛星からの信号を受信して時刻情報及び１秒パルス信号、所謂、１ＰＰＳ（Ｐｕｌｓｅ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ）信号を抽出する。また、ＧＰＳ受信機１３は、ＧＰＳ衛星を捕捉して測位が可能な状態、言い換えれば、精度が高く有効な１秒パルス信号を出力することが可能な受信状態か否かを示す信号を出力するように構成される。１秒パルス信号の立上りは、ＧＰＳ衛星の計時装置の秒を進めるタイミングに高精度に同期されている。なお、図３に示すように１秒パルス信号は“Ｌ”の状態を基準として１秒周期で“Ｈ”に立ち上がる信号とするが、これに限るものではなく、“Ｈ”の状態を基準として“Ｌ”に立ち下がるものであってもよく、その場合、立上りを立下りと読みかえればよく、後述する正時信号、同期信号等の他の信号についても同様である。

時報受信機１４ａ、１４ｂは、それぞれ所定のラジオ放送の電波を受信し、当該電波にて搬送される音声信号を復調し、３回の予報音及びこれに続く正報音からなる時報を検出し、正報音の発生に同期して正時信号Ａ、Ｂを出力するものである。時報受信機１４ａ、１４ｂのそれぞれの図示しないチューナは、互いに異なる放送局からの電波を受信するように設定される。例えば、千葉県船橋市近郊に時刻修正装置１０を設置する場合、時報受信機１４ａ、１４ｂの一方が、東京のＮＨＫのＦＭ放送（８２．５ＭＨｚ）を受信し、他方が千葉のＮＨＫのＦＭ放送（８０．７ＭＨｚ）を受信するように設定する。また、時報受信機１４ａ、１４ｂは、電波の受信状態の良否を判別する構成、例えば、受信する電波の周波数帯域の電界強度を測定する手段を備え、所定の強度以上の場合は受信状態が良好であることを示す信号を出力し、そうでない場合は受信状態が不良であることを示す信号を出力するように構成される。なお、受信状態の良否を判別する構成としては、音声信号の無音区間（例えば、予報音の発生直後の無音区間）においてノイズ成分を測定し、又は、音声信号の所定の周波数以上の周波数成分をノイズ成分として測定し、ノイズ成分が所定の値以下の場合は受信状態が良好であるとし、そうでない場合は受信状態が不良であるとする構成であってもよい。

標準電波受信機１４ｃは、独立行政法人情報通信研究機構の長波標準電波（おおたかどや山標準電波送信所の４０ＫＨｚ又ははがね山標準電波送信所の６０ＫＨｚ）を受信し、送信元の時刻源の秒に同期したタイムコードを復調して時刻情報を抽出するものである。標準電波受信機１４ｃは、上述のラジオ放送により時報が送信される時間帯に、標準電波の時刻情報の正時のタイミングのタイムコードに同期して正時信号Ｃを出力するように構成される。また、標準電波受信機１４ｃは、電波の受信状態の良否を判別する構成、例えば、受信する周波数帯域の電界強度を測定する手段を備え、所定の強度以上の場合は受信状態が良好であることを示す信号を出力し、そうでない場合は受信状態が不良であることを示す信号を出力するように構成される。なお、受信状態の良否を判別する構成としては、ノイズ成分すなわちタイムコードの周波数帯域より高い周波数成分を測定し、ノイズ成分が所定の値以下の場合は受信状態が良好であるとし、そうでない場合は受信状態が不良であるとする構成であってもよい。

有効信号選択手段１５は、ＧＰＳ受信機１３、時報受信機１４ａ、１４ｂ、標準電波受信機１４ｃのそれぞれの受信状態を示す信号を受け、ＧＰＳ受信機１３、時報受信機１４ａ、１４ｂ、標準電波受信機１４ｃのうち有効に機能するものからの信号を選択する選択信号を出力するものである。有効信号選択手段１５は、ＧＰＳ受信機１３から受信状態が良好である、すなわち、１秒パルス信号が有効であることを示す信号を受ける場合は選択信号ｄを“Ｈ”とし、そうでない場合は選択信号ｄを“Ｌ”とする。また、有効信号選択手段１５は、時報受信機１４ａ、１４ｂからそれぞれ受信状態が良好である、すなわち、正時信号Ａ、Ｂが有効であることを示す信号を受ける場合はそれぞれに対応する選択信号ａ、ｂを“Ｈ”とし、そうでない無効の場合は選択信号ａ、ｂを“Ｌ”とする。有効信号選択手段１５は、標準電波受信機１４ｃから受信状態が良好である、すなわち、正時信号Ｃが有効であることを示す信号を受ける場合はそれぞれに対応する選択信号ｃを“Ｈ”とし、そうでない無効の場合は選択信号ｃを“Ｌ”とする。

正時信号タイミング調整手段１６は、正時信号Ａ、Ｂ、Ｃ、選択信号ａ、ｂ、ｃを受けて、正時信号Ａ、Ｂ、Ｃの内、有効かつ最も早いものと同期した合成信号を出力するように構成される。ここで、正時信号タイミング調整手段１６は、図２に示すように構成される。なお、この構成はハードウェアで実現してもよく、また、ソフトウェアによる処理で実現してもよい。ワンショットトリガ１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃは、それぞれ正時信号Ａ、Ｂ、Ｃの発生に同期して所定のパルス幅の信号を発生させる。論理積手段１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃは、それぞれの一方の入力にワンショットトリガ１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃからの信号を受け、それぞれの他方の入力に選択信号ａ、ｂ、ｃを受け、パルス幅を調整された後の正時信号の内、“Ｈ”となった選択信号により有効とされたもののみを通過させるものである。論理和手段１６３は、論理積手段１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃの出力を受け、これらの論理和をとって合成信号を出力する。ここで、時刻修正装置１０は、所定の時刻修正の間隔（例えば、１日）において許容する誤差、すなわち、計時手段１１の秒を進めるタイミングと同期信号の立上りのタイミングとの時間間隔が所定の誤差（例えば、５０ｍ秒）を超えたときに、時刻修正を行わないものとしてある。上記誤差を超えたときには、計時手段１１の時刻精度が維持できない状況にあるか、正時信号が取得できないなどの理由で同期信号生成手段１８に不具合がある、として時刻修正を行わない。ワンショットトリガ１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃからの信号のパルス幅は、上記誤差より大きく設定してある。これにより、時刻修正への利用が許容される誤差の範囲にある正時信号Ａ、Ｂ、Ｃについては、上記誤差の範囲で互いに前後するワンショットトリガ１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃからのパルス状の信号を論理和手段１６３によって合成することで１パルスの信号とすることが可能となっている。これにより、簡易な構成で、正時信号Ａ、Ｂ、Ｃの内最も早いものと同期した合成信号を出力することが可能となっている。

タイミング修正手段１７は、ＧＰＳ受信機１３からの１秒パルス信号と、正時信号タイミング調整手段１６からの合成信号と、選択信号ｄと、を受け、選択信号ｄが“Ｈ”のときには１秒パルス信号を選択し、選択信号ｄが“Ｌ”のときには合成信号を選択し、同期信号生成手段１８に出力するものである。

同期信号生成手段１８は、水晶発振器やＯＣＸＯの発振信号に基づくクロックで動作するコンピュータ上で１秒分のカウント処理を繰り返すか、そのような発振信号をカウントするカウンタにより、１秒周期の同期信号を生成するものである。同期信号生成手段１８は、タイミング修正手段１７が選択した信号の立上りをトリガとしてカウントをスタートし、タイミング修正手段１７が選択した信号の立上りに同期信号生成手段１８の生成する同期信号の立上りを同期させる。これにより、同期信号は、ＧＰＳ受信機１３の受信状態が有効なときには１秒パルス信号と一致し、ＧＰＳ受信機１３の受信状態が有効でないときには合成信号と同期し１秒パルス信号を代替する擬似１秒パルス信号となる。

次に時刻修正装置１０の動作について、図３のタイミングチャートを参照しながら説明する。時刻修正装置１０は、計時手段１１の時刻が正時の前であって時報が放送される所定の時間帯であることを確認し、時報受信機１４ａ、１４ｂ、標準電波受信機１４ｃを動作させる。時刻修正装置１０は、時刻修正のための所定期間、例えば、1日毎に所定の正時の前後の期間において時刻修正を行うとして、計時手段１１の計時する時刻がその正時の前後５０ｍ秒にある期間において、時刻修正手段１２の時刻修正処理を許容する。時報受信機１４ａ、１４ｂ、標準電波受信機１４ｃは、それぞれに正時信号Ａ、Ｂ、Ｃを出力する。図３では、正時信号Ａ、Ｂ、Ｃを、それぞれのワンショットトリガ１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃによりパルス幅調整した後の状態を示してあり、仮に図３に示すような順序で正時信号が生成されたとしてある。正時信号タイミング調整手段１６は、これらの内有効とされるものを合成した合成信号を出力する。図３では、時刻修正のための所定期間において、正時信号Ａ、Ｂ、Ｃの総てが有効であった状態の合成信号を示してあり、この合成信号は最も早い正時信号Ａに同期して立ち上り、最も遅い正時信号Ｃのパルス幅調整後の信号の立下りと同期して立ち下がる信号となっている。タイミング修正手段１７は、有効信号選択手段１５からの選択信号ｄに応じてＧＰＳ受信機１３から１秒パルス信号、正時信号タイミング調整手段１６から合成信号のいずれかを選択する。タイミング修正手段１７は、ＧＰＳ受信機１３の受信状態が有効できないときは、合成信号を選択して同期信号生成手段１８に出力する。このとき、同期信号生成手段１８は、図３の同期信号（ＧＰＳ受信機無効時）として示す同期信号を出力する。タイミング修正手段１７は、ＧＰＳ受信機１３の受信状態が有効ないときは、合成信号を選択して同期信号生成手段１８に出力する。このとき、同期信号生成手段１８は、図３の同期信号（ＧＰＳ受信機有効時）として示す同期信号を出力する。この同期信号は１秒パルス信号と一致したものとなっている。

同期信号は、時刻修正手段１２に利用され、ＮＴＰデーモンは、同期信号を１秒パルス信号として時刻修正処理を行う。この時刻修正処理では、ＧＰＳ受信機１３の受信状態が有効でないときには、計時手段１１の計時する時刻情報はそのままに秒の進みのタイミングを同期信号に同期させる。また、ＧＰＳ受信機１３の受信状態が無効で、標準電波受信機１４ｃの受信状態が有効なときには標準電波受信機１４ｃで取得した時刻情報に基づき計時手段１１の時刻情報を更新する処理を加えてもよい。

以上のように時刻修正装置１０では、複数の時刻源から、それぞれの時刻と同期した信号を受信し、一番精度が高いＧＰＳ受信機１３の１秒パルス信号を同期信号として優先的に用い、ＧＰＳ受信機１３の受信状態が無効のときに、ＦＭ放送の時報、標準電波に基づく正時信号を調停することにより、一番精度の高い正時信号に基づく同期信号で時刻修正を行うもので、例えば、ＮＴＰデーモンに同期信号を１秒パルス信号として供給して時刻修正を行うように構成している。複数の正時信号は、送信元からの遅延時間が一番短い正時信号を時刻修正に用いるのが良いため、正時信号タイミング調整手段により、所定期間において最も早い正時信号の立上りに同期させて同期信号を生成するようにしてある。正時信号を時刻修正に使用する場合に、あらかじめ遅延時間を設定し補正する手法もあるが、遅延時間が一定ではない場合には、最も早い正時信号で時刻修正をすることにメリットがある。また、有効信号選択手段１５により、各正時信号の受信機の受信状態に基づき有効な正時信号を選択することにより、事前にノイズなどによる誤修正の可能性を低減することが可能となる。

１０ 時刻修正装置
１１ 計時手段
１２ 時刻修正手段（修正手段）
１３ ＧＰＳ受信機（受信手段）
１４ａ 時報受信機（受信手段）
１４ｂ 時報受信機（受信手段）
１４ｃ 標準電波受信機（受信手段）
１５ 有効信号選択手段（判別手段）
１６ 正時信号タイミング調整手段（同期信号生成手段）
１７ タイミング修正手段（同期信号生成手段）
１８ 同期信号生成手段

Claims (5)

1. 時刻を計時する計時手段と、
   それぞれの時刻源の時刻情報に同期した信号を受信して基準信号を出力する受信手段の複数と、
   前記受信手段の受信状態に基づき前記基準信号それぞれの有効性を判別する判別手段と、
   前記複数の基準信号を入力してあり、前記判別手段の判別結果に基づき、前記複数の基準信号の内の所定の前記受信手段が受信した基準信号が有効と判別されたときに当該所定の前記受信手段からの基準信号を優先的に選択し、当該所定の前記受信手段からの基準信号が有効でないときに、所定期間において最も早く入力されかつ有効と判別された前記基準信号を選択し、選択した基準信号に同期した同期信号を発生させる同期信号生成手段と、
   前記同期信号に同期させて前記計時手段の時刻を修正する修正手段と、
   を備えることを特徴とする時刻修正装置。
2. 前記受信手段の内少なくとも一つは時刻源からの前記時刻情報を受信するものであり、当該受信手段の受信した時刻情報に基づいて前記修正手段は時刻を修正することを特徴とする請求項１に記載の時刻修正装置。
3. 前記同期信号生成手段は、前記受信手段からの基準信号の複数を共通するパルス幅の信号とするパルス幅調整手段と、当該パルス幅調整手段からの信号の論理和をとって合成信号を生成する論理和手段とを備え、前記合成信号の生成に同期して前記同期信号を生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の時刻修正装置。
4. 前記共通するパルス幅は、時刻修正において修正を許容する所定の誤差より大きいことを特徴とする請求項３に記載の時刻修正装置。
5. 所定の前記受信手段はＧＰＳ受信機であり、他の前記受信機は時報を重畳した電波を受信する受信機または標準電波を受信する受信機であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の時刻修正装置。