JP6376911B2 - 時計の時刻比較方法および時計の時刻補正方法 - Google Patents

Description

この発明は、相互に電波の届く離れた場所に置かれた２台の比較用時計の時刻差を比較する時計の時刻比較方法と、この時刻比較結果に基づいて各比較用時計の時刻を補正する時計の時刻補正方法に関する。

従来より、時計の同期を簡便に行う方法として、ＧＰＳを用いた時刻の同期方法が用いられている。このＧＰＳによる時刻同期は精度が低いため、ＧＰＳ以上の精度が必要とされる場合の時刻同期方法として、光ファイバー（専用線が必要）を用いた手法が知られている。この光ファイバーによる時刻同期は、極めて高精度であるものの設備投資が大きく、汎用性に欠ける。

そこで、地上の２局であるマスターノードとスレーブノードの２局で簡易に時刻同期を行う方法として、マスターノードとスレーブノードで双方向無線通信を行って双方の時計の時刻を比較し、その時刻差からスレーブノードの時刻補正を行うものが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特許文献１に記載の発明では、スレーブノードからマスターノードへ通信パケットを送り、この受信を契機としてマスターノードから応答信号をスレーブノードへ送り、この応答信号をスレーブノードが受信するまでの時間（スレーブノードにおける送信時刻から受信時刻までの時間）には、マスターノードとスレーブノード間のデータ通信による往復分の伝搬遅延時間と、マスターノードがパケットを受信してから応答信号を送信するまでの応答時間とが含まれているので、マスターノードにおいて既知である応答時間をスレーブノードとマスターノード間の往復時間から引いて２で割れば計算上の伝搬遅延時間を求めることができ、更に、マスターノードの時計で計測された伝搬遅延時間と計算上の伝搬遅延時間との差から、マスターノードの時計とスレーブノードの時計との時刻差を求めることができるので、マスターノードとスレーブノードの時刻同期が可能となる。

このように、特許文献１に記載の発明では、ＧＰＳを用いた時刻同期よりも遙かに高精度で、光ファイバーを用いた時刻同期よりも遙かに低コストの時刻同期が可能であると考えられる。

特開２０１４−１１５７９４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された発明では、スレーブノードとマスターノードとの間で交互に時差通信するものであり、スレーブノードからマスターノードへ通信するときとマスターノードからスレーブノードへ通信するときとで、両ノード間の伝搬路における伝搬状態が少なからず変化している可能性が有り、往路の伝搬遅延時間と復路の伝搬遅延時間とに無視し得ない誤差が混入してしまうおそれがあることから、精度の高い時刻比較を確実に行えるとはいえない。そして、マスターノードの時計とスレーブノードの時計の時刻差を高精度に取得できなければ、スレーブノードの時刻補正を高精度に行うこともできない。

そこで、本発明は、比較対象となる２つの時計の時刻差を高精度かつ確実に取得できる時計の時刻比較方法および時計の時刻補正方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に係る時計の時刻比較方法は、比較用時計の時刻に同期して通信を開始できる２つの無線通信局に、比較開始時刻ｔ₀を予め設定する比較開始時刻設定工程と、各無線通信局に対応する比較用時計の時刻が比較開始時刻ｔ₀になったとき、各局から他局へコード送信を相互に行うコード送信工程と、各通信局が他局へコード送信を行ってから他局よりのコードを受信するまでの伝搬遅延時間Δｔを計測する伝搬遅延時間計測工程と、両通信局で計測された２つの伝搬遅延時間Δｔに基づいて、２つの比較用時計の時刻差Δｔ_differenceを求める時刻差取得工程と、からなることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の時計の時刻比較方法において、前記コード送信工程においては、予め設定された自局のコードを所定の時刻信号で変調して変調信号を生成する第１過程と、前記変調信号を位相に変換して送信する第２過程と、を含み、前記伝搬遅延時間計測工程においては、他局から受信した変調信号と、他局が用いたコードを自局の時刻信号で変調して生成したレプリカ信号との相関処理を行う第３過程と、前記相関処理によって群遅延と位相遅延を求め、高精度の伝搬遅延時間Δｔを得る第４過程と、を含むことを特徴とする。

また、請求項３に係る時計の時刻補正方法は、請求項１又は請求項２に記載の時計の時刻比較方法に基づき、信頼性の高い時計に対応するマスター局と信頼性の低い時計に対応するスレーブ局との相対的な時刻差Δｔ_differenceを取得し、この時刻差Δｔ_differenceを時刻補正情報として、スレーブ局に対応する時計の時刻を補正することを特徴とする。

また、請求項４に係る時計の時刻補正方法は、前記請求項１又は請求項２に記載の時計の時刻比較方法に基づき、基準時刻算出対象とする３つ以上の比較用時計から成る基準時計グループ内で、全ての時計の相対的な時刻差を特定できる組み合わせで２局間の時刻差Δｔ_differenceを各々取得し、各時計の相対的な時刻差を利用する任意の基準時刻算出手法に基づいて基準時計グループ内での基準時刻を算出し、時刻補正対象の時計の時刻と基準時刻との差を時刻補正情報Δｔ_correctとして求め、前記時刻補正情報Δｔ_correctに基づいて、時刻補正対象の時計の時刻を補正することを特徴とする。

また、請求項５に係る発明は、請求項４に記載の時計の時刻補正方法において、前記基準時計グループに属する基準時計に対応する通信局をマスター局とし、前記基準時計グループに属さない時計に対応する通信局をスレーブ局とし、前記マスター局とスレーブ局との相対的な時刻差Δｔ_differenceを取得し、この時刻差Δｔ_differenceを補正量として、スレーブ局に対応する時計の時刻を補正することを特徴とする。

また、請求項６に係る発明は、請求項５に記載の時計の時刻補正方法において、前記マスター局とスレーブ局との相対的な時刻差Δｔ_differenceにマスター局の時刻補正情報Δｔ_correctを加えて補正量とし、スレーブ局に対応する時計の時刻を補正することを特徴とする。

本発明に係る時計の時刻比較方法によれば、各通信局の比較用時計が同一時刻（比較開始時刻ｔ₀）になったタイミングで他局へのデータ通信を行うので、ほぼ同じ伝搬条件の伝搬路を通って相手局への通信が行われ、各局から他局への伝搬遅延時間はほぼ同一と看做すことができ、両通信局で計測された２つの伝搬遅延時間Δｔに基づいて求めた２つの比較用時計の時刻差Δｔ_differenceは精度の高いものとなる。また、両方の通信局もしくは一方の通信局が移動することで、両通信局の相対距離が変化している場合においても、２つの比較用時計の時刻差Δｔ_differenceを高精度に求められるという利点がある。そして、本発明に係る時刻比較方法によって求めた精度の高い時刻差Δｔ_differenceを用いて行う時計の時刻補正方法によれば、精度の高い時刻補正を実現できる。

本発明に係る時計の時刻比較方法および時計の時刻補正方法を適用可能な通信システムの概略構成図である。 時刻比較情報取得装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 本実施形態に係る通信システムにて行われる時刻比較および時刻補正のための通信処理の一例を時系列に示したシーケンス図である。 基準局Ａ〜Ｄの時刻差のズレ平均として基準時刻を求める場合の概要説明図である。

次に、添付図面に基づいて、本発明に係る時計の時刻比較方法および時計の時刻補正方法を適用した通信システムの実施形態につき説明する。

図１に示す通信システムでは、互いに双方向無線通信が可能な通信機能を備えた第１時刻比較情報取得装置１ａ、第２時刻比較情報取得装置１ｂ、第３時刻比較情報取得装置１ｃ、第４時刻比較情報取得装置１ｄが、各々ローカルケーブル２を介して、第１基準時計３ａ、第２基準時計３ｂ、第３基準時計３ｃ、第４基準時計３ｄに接続されている。これら第１〜第４基準時計３ａ〜３ｄは、精度の高い３つ以上の比較用時計から成る基準時計グループに属するもので、後述する基準時刻の算出対象となる時計群である。なお、基準時計グループに含めるのは、セシウム原子時計やストロンチウム光格子時計、イッテルビウム光格子時計のような極めて高精度の時計のみに限定されず、十分な精度を持ったクォーツ時計等で構成しても構わない。

基準時計グループに属する第１〜第４基準時計３ａ〜３ｄは、その構造上、鉄筋コンクリート造などの屋内設備に固定されており、第１〜第４基準時計３ａ〜３ｄの近傍は電波環境が良いとはいえないので、見晴らしの良い屋外に第１〜第４時刻比較情報取得装置１ａ〜１ｄを設置しておくか、第１〜第４時刻比較情報取得装置１ａ〜１ｄのアンテナ部のみ屋外に設置しておくことが望ましい。なお、本通信システムにおいては、後述するように、第１時刻情報取得装置１ａと第２時刻情報取得装置１ｂでの時刻比較用双方向通信、第２時刻情報取得装置１ｂと第３時刻情報取得装置１ｃでの時刻比較用双方向通信、第３時刻情報取得装置１ｃと第４時刻情報取得装置１ｄでの時刻比較用双方向通信が可能であれば良いので、通信距離や伝搬路上の障害などに起因して、そのほかの組み合わせで双方向通信ができなくても構わない。

また、第１〜第４時刻比較情報取得装置１ａ〜１ｄは、時刻管理サーバ４と有線ネットワーク５を介して接続されている。この有線ネットワーク５には、専用線で構成しても良いし、インターネット等の公衆通信網を充てても良い。なお、時刻管理サーバ４と第１〜第４時刻比較情報取得装置１ａ〜１ｄが良好な無線通信可能なエリアに存在する場合は、無線通信ネットワークで時刻管理サーバ４と第１〜第４時刻比較情報取得装置１ａ〜１ｄを接続するようにしても構わない。

さらに、本通信システムにおいては、基準時計グループに属していない低精度のスレーブ時計６にローカルケーブル２を介して第５時刻比較情報取得装置１ｓを接続し、無線通信可能なエリアにある第１時刻比較情報取得装置１ａと第５時刻比較情報取得装置１ｓが時刻比較のための双方向通信を行える。なお、第５時刻比較情報取得装置１ｓも有線ネットワーク５に接続し、有線ネットワーク５を介して第１時刻比較情報取得装置１ａと有線通信ができるようにしても良いが、スレーブ時計６が可搬性のものであった場合には、スレーブ時計６を移動させた先に第５時刻比較情報取得装置１ｓを有線ネットワーク５に接続する環境がなかった場合でも、最も良好な通信環境の第１〜第４時刻比較情報取得装置１ａ〜１ｄを選んで時刻比較のための双方向通信を実現できるというメリットがある。

上述した第１〜第４時刻比較情報取得装置１ａ〜１ｄ（区別しないときは、単に時刻比較情報取得装置１という）は、第１〜第４基準時計３ａ〜３ｄ（区別しないときは、単に基準時計３という）の相対的な時刻差を求めるための情報を取得する無線通信局であり、その概略構成を図２に示す。

時刻比較情報取得装置１は、基準時計３から１０ＭＨｚ信号および１ＰＰＳ信号の送信を受け、基準時計３と同期した時刻を内部時計１１にて計時し、この内部時計１１の時刻情報は受信時刻取得手段１２や時刻比較動作開始制御手段１３へ供給される。

一方、時刻管理サーバ４は、時刻比較を行う２つの基準時計３を選定すると共に、時刻比較動作を開始する時刻（比較開始時刻）を設定し、時刻比較対象となる２つの基準時計３に各々接続されている時刻比較情報取得装置１へ、有線ネットワーク５を介して指示を送信するので、時刻比較情報取得装置１は、時刻管理サーバ４からの指示を有線通信処理手段１４にて受信し、比較対象となる相手局のＩＤ情報や指示された比較開始時刻ｔ₀を時刻比較動作開始制御手段１３へ供給する。

時刻比較のための情報を受けた時刻比較動作開始制御手段１３は、内部時計１１の時刻が比較開始時刻ｔ₀になると、送信コード記憶手段１５に記憶されている送信コード（例えば、自局の固有識別番号など）を無線通信処理手段１６へ供給し、時刻比較のためのデータパケットが無線通信処理手段１６により生成され、送受信アンテナ１７より放出される。

上記のようにして一方の時刻比較情報取得装置１が内部時計１１の計時する比較開始時刻ｔ₀になって、時刻比較対象の他局へ向けてコード送信すると、他方の時刻比較情報取得装置１においてもほぼ同時刻（他局における内部時計１１の計時する比較開始時刻ｔ₀）にコード送信しているので、所要の伝搬遅延時間が経過した後、送受信アンテナ１７を介して無線通信処理手段１６が他局からのコードを受信することとなる。

無線通信処理手段１６より他局からのコード受信を知らされた受信時刻取得手段１２は、そのタイミングで内部時計１１の時刻から受信時刻ｔ_receiveを決定し、この受信時刻ｔ_receiveは有線通信処理手段１４から有線ネットワーク５を介して時刻管理サーバ４へ送信される。

そして、予め選定した２つの時刻比較情報取得装置１からそれぞれ送信される受信時刻ｔ_receiveを受けた時刻管理サーバ４では、これに基づいて、２つの時刻比較情報取得装置１に各々接続された基準時計３に生じている時刻差Δｔ_differenceを算出することができる。

ここで、第１時刻比較情報取得装置１ａと第２時刻比較情報取得装置１ｂとの時刻比較を時刻管理サーバ４の統括制御によって行う時刻比較の具体例を、図３に基づいて時系列に説明する。

時刻比較対象となる２つの基準時計として、第１基準時計３ａ、第２基準時計３ｂを選定し、その比較開始時刻ｔ₀を決定した（もしくは、外部操作による時刻比較制御指令を入力された）時刻管理サーバ４は、第１基準時計３ａに対応する第１時刻比較情報取得装置１ａと第２基準時計３ｂに対応する第２時刻比較情報取得装置１ｂに対し、有線ネットワーク５を介して比較開始時刻ｔ₀と送信先情報をそれぞれ通知する。なお、図３中では省略したが、時刻管理サーバ４からの指示を受けた第１，第２時刻比較情報取得装置１ａ，１ｂが、時刻管理サーバ４に対して受諾もしくは拒否を返信することで、時刻比較の開始もしくは延期を調整する工程を含み、比較開始時刻ｔ₀になれば、第１，第２時刻比較情報取得装置１ａ，１ｂが時刻比較のためのコード送信を行うように調整しておく。

上記のようにして、時刻管理サーバ４から時刻比較動作を指示された第１，第２時刻比較情報取得装置１ａ，１ｂは、それぞれの内部時計１１の時刻（事実上、第１，第２基準時計３ａ，３ｂの時刻）が比較開始時刻ｔ₀になると、他局に対してコード送信を開始する。

例えば、第２基準時計３ｂの時刻が第１基準時計３ａの時刻よりも進んでいた場合、まず、第２時刻比較情報取得装置１ｂの内部時計１１における比較開始時刻ｔ_0(b)になったタイミングで、第２時刻比較情報取得装置１ｂから第１時刻比較情報取得装置１ａに向けてコード送信が開始され、第１基準時計１ａと第２基準時計１ｂとの時刻差Δｔ_differenceだけ遅れて第１時刻比較情報取得装置１ａの内部時計１１における比較開始時刻ｔ_0(a)になったタイミングで、第１時刻比較情報取得装置１ａから第２時刻比較情報取得装置１ｂに向けてコード送信が開始される。

そして、第２時刻比較情報取得装置１ｂから第１時刻比較情報取得装置１ａに向けてコード送信が開始されてから、第１時刻比較情報取得装置１ａと第２時刻比較情報取得装置１ｂとの離隔距離や伝搬経路の状態に応じて定まる伝搬遅延時間Δｔ_delay(a-b)が経過すると、第１時刻比較情報取得装置１ａの内部時計１１における受信時刻ｔ_receive(a)のときに、第２時刻比較情報取得装置１ｂからのコードを受信することとなる。この受信時刻ｔ_receive(a)を時刻管理サーバ４へ送信すると、時刻管理サーバ４では、「受信時刻ｔ_receive(a)−比較開始時刻ｔ₀」により、第１時刻比較情報取得装置１ａにおける見かけ上の伝搬遅延時間Δｔ_(a)を求めることができる。なお、第１時刻比較情報取得装置１ａから伝搬遅延時間Δｔ_(a)を時刻管理サーバ４へ送信するようにしても良い。第１時刻比較情報取得装置１ａから第２時刻比較情報取得装置１ｂへの真の伝搬遅延時間Δｔ_delay(a-b)と第１時刻比較情報取得装置１ａにおける見かけ上の伝搬遅延時間Δｔ_(a)との関係は、式（１）のようになる。

Δｔ_(a)＝Δｔ_delay(a-b)−Δｔ_difference …式（１）

一方、第２時刻比較情報取得装置１ｂが比較開始時刻ｔ_0(b)になってコード送信したタイミングよりも時刻差Δｔ_differenceだけ遅れて第１時刻比較情報取得装置１ａから送信されたコードは、第１時刻比較情報取得装置１ａと第２時刻比較情報取得装置１ｂとの離隔距離や伝搬経路の状態に応じて定まる伝搬遅延時間Δｔ_delay(b-a)が経過し、第１時刻比較情報取得装置１ａの受信時刻ｔ_receive(a)よりも時刻差Δｔ_differenceだけ遅れた受信時刻ｔ_receive(b)のときに、第２時刻比較情報取得装置１ｂに届くこととなる。この受信時刻ｔ_receive(b)を時刻管理サーバ４へ送信すると、時刻管理サーバ４では、「受信時刻ｔ_receive(b)−比較開始時刻ｔ₀」により、第２時刻比較情報取得装置１ｂにおける見かけ上の伝搬遅延時間Δｔ_(b)を求めることができる。なお、第２時刻比較情報取得装置１ｂから伝搬遅延時間Δｔ_(b)を時刻管理サーバ４へ送信するようにしても良い。第２時刻比較情報取得装置１ｂから第１時刻比較情報取得装置１ａへの真の伝搬遅延時間Δｔ_delay(b-a)と第２時刻比較情報取得装置１ｂにおける見かけ上の伝搬遅延時間Δｔ_(b)との関係は、式（２）のようになる。

Δｔ_(b)＝Δｔ_delay(b-a)＋Δｔ_difference …式（２）

ここで、第１時刻比較情報取得装置１ａにおける比較開始時刻ｔ_0(a)と第２時刻比較情報取得装置１ｂにおける比較開始時刻ｔ_0(b)とで、時刻差Δｔ_differenceだけの送信時間差が生じているものの、基準時計グループに属する基準時計３ａ〜３ｅの時刻制度は高いレベルにあることから時刻差Δｔ_differenceは微少値であり、第１時刻比較情報取得装置１ａと第２時刻比較情報取得装置１ｂとで相互に送受信を終了するまでの期間、第１時刻比較情報取得装置１ａと第２時刻比較情報取得装置１ｂとの間の伝搬路における伝搬状態は同一であると看做せる。よって、第１時刻比較情報取得装置１ａから送信したコードが第２時刻比較情報取得装置１ｂに届くまでの伝搬遅延時間Δｔ_delay(a-b)と、逆に第２時刻比較情報取得装置１ｂから送信したコードが第１時刻比較情報取得装置１ａに届くまでの伝搬遅延時間Δｔ_delay(b-a)は完全に等しい値として扱えるので、「Δｔ_delay(a-b)＝Δｔ_delay(b-a)」として上式（１），（２）を解くと、第１基準時計３ａと第２基準時計３ｂとの時刻差Δｔ_differenceは、式（３）にて求められる。

Δｔ_difference＝（Δｔ_(b)−Δｔ_(a)）／２ …式（３）

以上のように、有線ネットワークＴ５を介して時刻管理サーバ４と接続された２つの無線通信局である第１時刻比較情報取得装置１ａと第２時刻比較情報取得装置１ｂにより、第１基準時計３ａと第２基準時計３ｂの時刻差Δｔ_differenceを求める通信システムでは、比較用時計の時刻に同期して通信を開始できる２つの無線通信局に、比較開始時刻ｔ₀を予め設定する比較開始時刻設定工程と、各無線通信局に対応する比較用時計の時刻が比較開始時刻ｔ₀になったとき、各局から他局へコード送信を相互に行うコード送信工程と、各通信局が他局へコード送信を行ってから他局よりのコードを受信するまでの伝搬遅延時間Δｔを計測する伝搬遅延時間計測工程と、両通信局で計測された２つの伝搬遅延時間Δｔに基づいて、２つの比較用時計の時刻差Δｔ_differenceを求める時刻差取得工程と、からなる時計の時刻比較方法を実現できるのである。

そして、本発明に係る時計の時刻比較方法によれば、各通信局の比較用時計が同一時刻（比較開始時刻ｔ₀）になったタイミングで他局へのデータ通信を行うので、ほぼ同じ伝搬条件の伝搬路を通って相手局への通信が行われ、各局から他局への伝搬遅延時間はほぼ同一と看做すことができ、両通信局で計測された２つの伝搬遅延時間Δｔに基づいて求めた２つの比較用時計の時刻差Δｔ_differenceは精度の高いものとなる。また、両方の通信局もしくは一方の通信局が移動することで、両通信局の相対距離が変化している場合においても、伝搬遅延時間Δｔ_delayは同一と看做すことができ、誤差要因とならないので、２つの比較用時計の時刻差Δｔ_differenceを高精度に求められるという利点がある。

上記のようにして時刻比較動作を行った第１基準時計３ａと第２基準時計３ｂとの時刻差Δｔ_differenceが得られた時刻管理サーバ４では、これを用いて基準時刻の算出を行う。なお、基準時刻の算出方法は特に限定されるものではないが、基準時計グループに属する全ての基準時計の均等な重み付き平均から基準時刻ｔ_correctを算出する場合を図４に示す。ここでは、説明を簡単にするため、第１基準時計３ａの時刻が最も遅く、続いて第２基準時計３ｂの時刻、第３基準時計３ｃの時刻と続き、第４基準時計３ｂの時刻が最も早いものとする。

これら第１〜第４基準時計３ａの均等な重み付き平均を求めるために、例えば、第１基準時計３ａの時刻を０（第１基準時計３ａとの時刻差が０）として、第１基準時計３ａと他の第２〜第４基準時計３ｂ〜３ｄとの各時刻差の平均を求めれば良い。すなわち、求まった第１基準時計３ａと他の第２〜第４基準時計３ｂ〜３ｄとの各時刻差の平均は、第１基準時計３ａの時刻を基準時刻ｔ_correctにするための補正情報Δｔ_correct(a)であるから、第１基準時計１ａの時刻を補正情報Δｔ_correct(a)で補正した時刻として、基準時刻ｔ_correctが求まるのである。

具体的には、第１基準時計１ａと第２基準時計３ｂとの時刻差をΔｔ_{difference(a,b)}、第１基準時計１ａと第３基準時計３ｃとの時刻差をΔｔ_{difference(a,c)}、第１基準時計１ａと第４基準時計３ｄとの時刻差をΔｔ_{difference(a,d)}とすると、「Δｔ_correct(a)＝（Δｔ_{difference(a,b)}＋Δｔ_{difference(a,c)}＋Δｔ_{difference(a,d)}）／４」で第１基準時計１ａの補正情報Δｔ_correct(a)が求まり、第１基準時計３ａよりもΔｔ_correct(a)だけ早い時刻が基準時刻ｔ_correctとなる。

そして、第２基準時計３ｂの時刻と基準時刻ｔ_correctとの差である時刻補正情報Δｔ_correct(b)は「Δｔ_correct(a)−Δｔ_{difference(a,b)}」で求まり、第３基準時計３ｃの時刻と基準時刻ｔ_correctとの差である時刻補正情報Δｔ_correct(c)は「Δｔ_correct(a)−Δｔ_{difference(a,c)}」で求まり、第４基準時計３ｄの時刻と基準時刻ｔ_correctとの差である時刻補正情報Δｔ_correct(d)は「Δｔ_{difference(a,d)}−Δｔ_correct(a)」で求まる。なお、第１基準時計３ａと第３基準時計３ｃとの時刻差Δｔ_{difference(a,c)}は「Δｔ_{difference(a,b)}＋Δｔ_{difference(b,c)}」であり、第１基準時計３ａと第４基準時計３ｄとの時刻差Δｔ_{difference(a,d)}は「Δｔ_{difference(a,b)}＋Δｔ_{difference(b,c)}＋Δｔ_{difference(c,d)}」である。

なお、第２〜第４基準時計３ｂ〜３ｄの時刻と基準時刻ｔ_correctとの差である時刻補正情報Δｔ_correct(b)、Δｔ_correct(c)、Δｔ_correct(d)は、第２〜第４基準時計３ｂ〜３ｄそれぞれの時刻を０として、他の基準時計との時刻差の平均から求めても同じ値になる。また、基準時計グループに属する第１〜第４基準時計３ａ〜３ｄは、何れも一定精度が確保された時計群であるが、その中でも精度の信頼性が高い時計や比較的信頼性の低い時計が存在する場合もあるので、第１〜第４基準時計３ａ〜３ｄに対して、信頼度に基づいて定めた重み付け情報を時刻管理サーバ４に持たせておき、重み付け情報を加味して基準時刻を決定するようにしても良い。例えば、第１基準時計３ａの重み付け情報をＷａ、第２基準時計３ｂの重み付け情報をＷｂ、第３基準時計３ｃの重み付け情報をＷｃ、第４基準時計３ｄの重み付け情報をＷｄとすると、第１基準時計３ａの時刻を基準時刻にするための補正情報Δｔ_correct(a)は「Δｔ_correct(a)＝（Ｗｂ×Δｔ_{difference(a,b)}＋Ｗｃ×Δｔ_{difference(a,c)}＋Ｗｄ×Δｔ_{difference(a,d)}）／（Ｗａ＋Ｗｂ＋Ｗｃ＋Ｗｄ）」で求まる。

上記のようにして求めた時刻補正情報Δｔ_correctは、必ずしも基準時計３の補正に用いる必要は無いので、第１〜第４基準時計３ａ〜３ｄ毎の時刻補正情報Δｔ_correct(a)〜Δｔ_correct(d)を第１〜第４時刻比較情報取得装置１ａ〜１ｄへそれぞれ送信する機能を時刻管理サーバ４に持たせておく必要は無いが、例えば、時刻補正情報要求を第１時刻比較情報取得装置１が送信してきたような場合には、それに対応する第１基準時計１ａの時刻補正情報Δｔ_correct(a)を返信する機能を時刻管理サーバ４に持たせておいても良い。

以上は、「基準時刻算出対象とする３つ以上の比較用時計から成る基準時計グループ内で、全ての時計の相対的な時刻差を特定できる組み合わせで２局間の時刻差Δｔ_differenceを各々取得し、各時計の相対的な時刻差を利用する任意の基準時刻算出手法に基づいて基準時計グループ内での基準時刻を算出し、時刻補正対象の時計の時刻と基準時刻との差を時刻補正情報Δｔ_correctとして求め、前記時刻補正情報Δｔ_correctに基づいて、時刻補正対象の時計の時刻を補正する時計の時刻補正方法」を図１の構成の通信システムで実現したが、精度の低いスレーブ時計６を精度の高い基準時計３の時刻で補正する時刻補正方法にも適用できる。

例えば、基準時計グループに属さない低精度のスレーブ時計６に対応する第５時刻比較情報取得装置１ｓには、通信可能範囲にある第１〜第４時刻比較情報取得装置１ａ〜１ｄに対して時刻補正のための時刻比較要求を行う機能を持たせてあり、第５時刻比較情報取得装置１ｓからの時刻比較要求を受けて時刻比較動作を受諾した第１〜第４時刻比較情報取得装置１ａ〜１ｄの何れかと時刻比較動作を行い、スレーブ時計６の時刻を基準時計１の時刻に合わせるものである。図３に示す例では、第１時刻比較情報取得装置１ａがマスター局として機能し、第５時刻比較情報取得装置１ｓがスレーブ局として機能する。

まず、第５時刻比較情報取得装置１ｓから第１時刻比較情報取得装置１ａに対して、無線通信で時刻比較要求を送信すると、図示を省略した両局間の事前調整を経て比較開始時刻ｔ₀が決定される。すなわち、第５時刻比較情報取得装置１ｓには、時刻管理サーバ４における比較開始時刻の指示機能を持たせておくことで、第５時刻比較情報取得装置１ｓと第１時刻比較情報取得装置１ａとの間で時刻比較動作を実行できるのである。なお、後述するように、第５時刻比較情報取得装置１ｓには、時刻補正情報Δｔ_correctを求める機能も備わっている。

例えば、スレーブ時計６の時刻が第１基準時計３ａの時刻よりも進んでいた場合、まず、第５時刻比較情報取得装置１ｓの内部時計１１における比較開始時刻ｔ_0(s)になったタイミングで、第５時刻比較情報取得装置１ｓから第１時刻比較情報取得装置１ａに向けてコード送信が開始され、第１基準時計１ａとスレーブ時計６との時刻差Δｔ_differenceだけ遅れて第１時刻比較情報取得装置１ａの内部時計１１における比較開始時刻ｔ_0(a)になったタイミングで、第１時刻比較情報取得装置１ａから第５時刻比較情報取得装置１ｓに向けてコード送信が開始される。

そして、第５時刻比較情報取得装置１ｓから第１時刻比較情報取得装置１ａに向けてコード送信が開始されてから、第１時刻比較情報取得装置１ａと第５時刻比較情報取得装置１ｓとの離隔距離や伝搬経路の状態に応じて定まる伝搬遅延時間Δｔ_delay(s-a)が経過すると、第１時刻比較情報取得装置１ａの内部時計１１における受信時刻ｔ_receive(a)のときに、第５時刻比較情報取得装置１ｓからのコードを受信することとなる。第１時刻比較情報取得装置１ａは、この受信時刻ｔ_receive(a)（或いは、第１時刻比較情報取得装置１ａにおける見かけ上の伝搬遅延時間Δｔ_(a)）を第５時刻比較情報取得装置１ｓへ送信する。

一方、第５時刻比較情報取得装置１ｓが比較開始時刻ｔ_0(s)になってコード送信したタイミングよりも時刻差Δｔ_differenceだけ遅れて第１時刻比較情報取得装置１ａから送信されたコードは、第１時刻比較情報取得装置１ａと第５時刻比較情報取得装置１ｓとの離隔距離や伝搬経路の状態に応じて定まる伝搬遅延時間Δｔ_delay(a-s)が経過し、第１時刻比較情報取得装置１ａの受信時刻ｔ_receive(a)よりも時刻差Δｔ_differenceだけ遅れた受信時刻ｔ_receive(s)のときに、第５時刻比較情報取得装置１ｓに届くこととなる。

スレーブ時計６の精度が高くない場合、第１基準時計１ａとの時刻差Δｔ_differenceが比較的大きくなり、第５時刻比較情報取得装置１ｓから送信したコードが第１時刻比較情報取得装置１ａに届くまでの伝搬遅延時間Δｔ_delay(s-a)と、逆に第１時刻比較情報取得装置１ａから送信したコードが第５時刻比較情報取得装置１ｓに届くまでの伝搬遅延時間Δｔ_delay(a-s)に多少の誤差が生じている場合もあるが、「Δｔ_delay(s-a)＝Δｔ_delay(a-s)」として扱えば、第５時刻比較情報取得装置１ｓにおける見かけ上の伝搬遅延時間Δｔ_(s)と、第１時刻比較情報取得装置１ａにおける見かけ上の伝搬遅延時間Δｔ_(a)とから、第１基準時計３ａとスレーブ時計６との時刻差Δｔ_differenceは、式（３）′にて求められる。

Δｔ_difference＝（Δｔ_(s)−Δｔ_(a)）／２ …式（３）′

このように、マスター局としての第１時刻比較情報取得装置１ａに対応する基準時計３ａと、スレーブ局としての第５時刻比較情報取得装置１ｓに対応するスレーブ時計６との相対的な時刻差Δｔ_differenceを取得できれば、第５時刻比較情報取得装置１ｓは、この時刻差Δｔ_differenceを補正量として、スレーブ時計６の時刻を補正できるのである。

なお、第１時刻比較情報取得装置１ａが、基準時計グループに属する複数の基準時計３の時刻差から算出された基準時刻との差である時刻補正情報Δｔ_correctを時刻管理サーバ４から取得していた場合には、この時刻補正情報Δｔ_correctも第５時刻比較情報取得装置１ｓへ送信するようにしても良い。すなわち、基準時計３ａとスレーブ時計６との相対的な時刻差Δｔ_differenceに第１基準時計３ａの時刻補正情報Δｔ_correctを加えて補正量とし、スレーブ時計６の時刻を補正すれば、一層高精度の時刻補正が可能となる。

上述したように、本発明に係る時計の時刻比較方法においては、双方の通信局において計測される伝搬遅延時間Δｔの精度が時刻差Δｔ_differenceの精度に直結するものであるから、より精度の高い伝搬遅延時間Δｔが得られる通信方式について説明する。この機能を実現するために、時刻比較情報取得装置１における受信時刻取得手段は、受信コード記憶手段１２１、相関処理手段１２２、群遅延・位相遅延計測手段１２３（図２中、破線で示す）を備えるものとした。

時刻比較情報取得装置１の無線通信処理手段１６では、送信コード記憶手段１５に記憶されている自局のコードを所定の時刻信号（例えば、基準時計３から供給される１０ＭＨｚ信号）で変調した変調信号を生成し、この変調信号を位相に変換して送信する。

なお、他局から送信されるコードも同様の変調信号に変換されているが、そのコードは自局コード（送信コード記憶手段１５に記憶されているコード）とは異なるもので、例えば、時刻管理サーバ４から有線ネットワーク５を介して他局のコードが時刻比較動作開始前に通知されている。そして、他局のコードは、受信時刻取得手段１２の受信コード記憶手段１２１に記憶保持されるので、他局の受信コードを所定の時刻信号（例えば、他局と同じ１０ＭＨｚ信号）で変調したレプリカ信号を生成することができる。

一方、他局からの受信信号は無線通信処理手段１６から受信時刻取得手段１２へ供給され、相関処理手段１２２によってレプリカ信号との相関処理が行われる。すなわち、他局へのコード送信を行った比較開始時刻ｔ₀から、レプリカ信号と受信変調信号との相互相関で群遅延を求めたとき、相互相関関数が極大値となる領域が生ずるまでの時間幅として、他局からのコード信号を受信するまでの伝搬遅延時間Δｔを求めることができる。しかし、群遅延からは相関波形の波長未満の精度は出せないので、位相遅延を求めることによって、一波長内の遅延量を知ることができる。すなわち、群遅延・位相遅延計測手段１２３は、相関処理手段１２２による相関処理結果に基づく群遅延と位相遅延から、伝搬遅延時間Δｔを高精度に計測できるのである。

なお、群遅延・位相遅延計測手段１２３では、伝搬遅延時間Δｔを直接求めることができるので、そのまま伝搬遅延時間Δｔを時刻管理サーバ４へ送信するようにしても良いし、受信時刻ｔ_receiveに計算し直して送信するようにしても構わない。

以上、本発明に係る時計の時刻比較方法および時計の時刻補正方法を通信システムに適用した実施形態に基づき説明したが、本発明は、この実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の構成を変更しない限りにおいて実現可能な全ての時計の時刻比較方法および時計の時刻補正方法を権利範囲として包摂するものである。

１ａ〜１ｄ 第１〜第４時刻比較情報取得装置
１ｓ 第５時刻比較情報取得装置
２ ローカルケーブル
３ａ〜３ｄ 第１〜第４基準時計
４ 時刻管理サーバ
５ 有線ネットワーク
６ スレーブ時計

Claims (6)

1. 比較用時計の時刻に同期して通信を開始できる２つの無線通信局に、比較開始時刻ｔ₀を予め設定する比較開始時刻設定工程と、
   各無線通信局に対応する比較用時計の時刻が比較開始時刻ｔ₀になったとき、各局から他局へコード送信を相互に行うコード送信工程と、
   各通信局が他局へコード送信を行ってから他局よりのコードを受信するまでの伝搬遅延時間Δｔを計測する伝搬遅延時間計測工程と、
   両通信局で計測された２つの伝搬遅延時間Δｔに基づいて、２つの比較用時計の時刻差Δｔ_differenceを求める時刻差取得工程と、
   からなることを特徴とする時計の時刻比較方法。
2. 前記コード送信工程においては、
   予め設定された自局のコードを所定の時刻信号で変調して変調信号を生成する第１過程と、
   前記変調信号を位相に変換して送信する第２過程と、
   を含み、
   前記伝搬遅延時間計測工程においては、
   他局から受信した変調信号と、他局が用いたコードを自局の時刻信号で変調して生成したレプリカ信号との相関処理を行う第３過程と、
   前記相関処理によって群遅延と位相遅延を求め、高精度の伝搬遅延時間Δｔを得る第４過程と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の時計の時刻比較方法。
3. 前記請求項１又は請求項２に記載の時計の時刻比較方法に基づき、信頼性の高い時計に対応するマスター局と信頼性の低い時計に対応するスレーブ局との相対的な時刻差Δｔ_differenceを取得し、この時刻差Δｔ_differenceを時刻補正情報として、スレーブ局に対応する時計の時刻を補正することを特徴とする時計の時刻補正方法。
4. 前記請求項１又は請求項２に記載の時計の時刻比較方法に基づき、基準時刻算出対象とする３つ以上の比較用時計から成る基準時計グループ内で、全ての時計の相対的な時刻差を特定できる組み合わせで２局間の時刻差Δｔ_differenceを各々取得し、
   各時計の相対的な時刻差を利用する任意の基準時刻算出手法に基づいて基準時計グループ内での基準時刻を算出し、
   時刻補正対象の時計の時刻と基準時刻との差を時刻補正情報Δｔ_correctとして求め、
   前記時刻補正情報Δｔ_correctに基づいて、時刻補正対象の時計の時刻を補正することを特徴とする時計の時刻補正方法。
5. 前記基準時計グループに属する基準時計に対応する通信局をマスター局とし、
   前記基準時計グループに属さない時計に対応する通信局をスレーブ局とし、
   前記マスター局とスレーブ局との相対的な時刻差Δｔ_differenceを取得し、この時刻差Δｔ_differenceを補正量として、スレーブ局に対応する時計の時刻を補正することを特徴とする請求項４に記載の時計の時刻補正方法。
6. 前記マスター局とスレーブ局との相対的な時刻差Δｔ_differenceにマスター局の時刻補正情報Δｔ_correctを加えて補正量とし、スレーブ局に対応する時計の時刻を補正することを特徴とする請求項５に記載の時計の時刻補正方法。

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