JP6681231B2 - 基準信号発生装置及び基準信号発生方法 - Google Patents

Description

本発明は、主として、基準信号を外部へ出力する基準信号発生装置に関する。

従来から、携帯電話の基地局及びデジタル放送の送信局等の無線通信設備には、基準信号発生装置が設置されている。基準信号発生装置は、ＧＮＳＳ衛星から取得した信号に基づいて、周波数及びタイミングが非常に正確な基準信号を出力する。無線通信設備では、この基準信号に基づいて、信号を送信するタイミングを決定したり、信号の周波数の同期を行う。特許文献１は、この種の基準信号発生装置を開示する。

特許文献１の基準信号発生装置は、ＧＰＳ受信機と、電圧制御発振器と、位相比較器と、ループフィルタと、を備える。ＧＰＳ受信機は、発振器を内蔵しており、ＧＰＳ衛星からの測位信号に基づいて測位演算を行って１ＰＰＳ信号を発生させる。電圧制御発振器は、入力される制御電圧に応じた周波数の信号を発生する。位相比較器は、ＧＰＳ受信機が発生させた１ＰＰＳ信号と、電圧制御発振器が出力した信号を分周した信号と、を比較して位相差を出力する。ループフィルタは、位相比較器が出力した位相差に基づいて電圧制御発振器を制御して基準信号を発生させる。このように測位信号に電圧制御発振器を同期させる制御を同期制御と称する。

特開２０１０−２０００５１号公報

ここで、測位信号が取得できなくなったり、測位信号を取得できても信号レベルが低い場合は、ＧＰＳ受信機の発振器の誤差が正確に特定できなくなり、同期制御を解除する。この場合、基準信号発生装置では、ＧＰＳ受信機が出力する信号を用いずに電圧制御発振器が単独で基準信号を発生させる。

その後、測位信号が取得できるようになった場合、再びＧＰＳ受信機の発振器の誤差が特定できるようになり、同期制御に復帰する。しかし、測位信号が取得できない時間が長い場合等、ＧＰＳ受信機の発振器の誤差が大幅に変化した場合、測位信号の信号レベルによってはＧＰＳ受信機の発振器の正確な誤差を特定できない可能性がある。従って、このような場合は、より強い信号レベルの測位信号が取得できるまで同期制御を行うことができない。この課題は、同期制御への復帰時だけでなく、同期制御の開始時（基準信号発生装置の起動時等）にも生じ得る。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、同期制御の開始又は復帰が容易な基準信号発生装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の第１の観点によれば、以下の構成の基準信号発生装置が提供される。即ち、この基準信号発生装置は、第１信号発振部と、基準信号発振部と、判断部と、信号誤差出力部と、測位演算部と、信号補正部と、比較部と、基準信号出力部と、を備える。前記第１信号発振部は、第１信号を発振する。前記基準信号発振部は、前記第１信号発振部より信号安定度が高く、基準信号を発振する。前記判断部は、ＧＮＳＳ衛星からの測位信号が有効か否かを判断する。前記信号誤差出力部は、前記基準信号に対する前記第１信号の周波数変動及びタイミング誤差のうち少なくとも一方である第２信号誤差を出力する。前記測位演算部は、前記測位信号が有効であると前記判断部が判断している場合は、前記測位信号に基づいて演算を行うことで、当該測位信号に対する前記第１信号の周波数変動及びタイミング誤差のうち少なくとも一方である第１信号誤差を検出し、前記測位信号が有効であると前記判断部が判断している状況から、前記測位信号が有効でないと前記判断部が判断する状況に切り替わった場合は、前記信号誤差出力部が出力した前記第２信号誤差を用いて、前記第１信号誤差を検出する。前記信号補正部は、前記測位演算部から入力された前記第１信号誤差に基づいて、前記第１信号を補正する。前記比較部は、前記信号補正部により補正された前記第１信号と、前記基準信号と、を比較する。前記基準信号出力部は、前記比較部の比較結果に基づいて前記基準信号発振部が発振した前記基準信号を外部へ出力する。

これにより、測位演算部には、基準信号に対する第１信号の信号誤差（第２信号誤差）が入力される。基準信号発振部は第１信号発振部よりも信号安定度が高いので、測位信号が適切に利用できない場合では第１信号よりも基準信号の方が精度が高い。そのため、測位演算部は、第１信号の誤差をある程度正確に把握することができる。従って、同期制御の開始又は復帰が容易となる。また、ＧＮＳＳ衛星に基づく同期制御を行うことができない場合であっても、基準信号と比較することで、第１信号の誤差をある程度正確に把握できる。従って、測位信号が有効となった場合の同期制御への復帰が容易となる。

前記の基準信号発生装置においては、装置起動後に、初めに前記第２信号誤差が検出され、次に、当該第２信号誤差を用いて前記測位演算部が前記第１信号誤差を検出することが好ましい。

これにより、測位信号の信号レベルが低い場合であっても同期制御を開始することができる。

前記の基準信号発生装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、この基準信号発生装置は、取得部と、自走制御部と、を備える。前記取得部は、前記基準信号発振部が使用される環境を示す環境値を取得する。前記自走制御部は、前記測位信号が有効でないと前記判断部が判断する状況に切り替わった場合に、前記比較部による前記第１信号と前記基準信号との比較結果に代えて、前記取得部が取得した前記環境値に基づいて前記自走制御部が前記基準信号発振部を制御する。

これにより、測位信号を利用しない状況（利用できない状況）であっても、自走制御を行うことで基準信号の信号安定度を維持することができるので、より正確な第２信号誤差を検出できる。

前記の基準信号発生装置においては、前記第１信号発振部が温度補償型水晶発振器であり、前記基準信号発振部が恒温槽型水晶発振器であることが好ましい。

これにより、一般的に用いられる発振器を用いて本発明を実現できる。

本発明の第２の観点によれば、第１信号発振部により第１信号を発振し、当該第１信号発振部より信号安定度が高い基準信号発振部により基準信号を発振する基準信号発生方法において、以下の工程を含む方法が提供される。即ち、この基準信号発生方法は、判断工程と、信号誤差出力工程と、測位演算工程と、信号補正工程と、比較工程と、基準信号出力工程と、を含む。前記判断工程では、ＧＮＳＳ衛星からの測位信号が有効か否かを判断する。前記信号誤差出力工程では、前記基準信号に対する前記第１信号の周波数変動及びタイミング誤差のうち少なくとも一方である第２信号誤差を出力する。前記測位演算工程では、前記測位信号が有効であると前記判断工程で判断している場合は、前記測位信号に基づいて演算を行うことで、当該測位信号に対する前記第１信号の周波数変動及びタイミング誤差のうち少なくとも一方である第１信号誤差を検出し、前記測位信号が有効であると前記判断工程で判断している状況から、前記測位信号が有効でないと前記判断工程で判断する状況に切り替わった場合は、前記信号誤差出力工程で出力した前記第２信号誤差を用いて、前記第１信号誤差を検出する。前記信号補正工程では、前記測位演算工程で出力された前記第１信号誤差に基づいて、前記第１信号を補正する。前記比較工程では、前記信号補正工程で補正された前記第１信号と、前記基準信号と、を比較する。前記基準信号出力工程では、前記比較工程での比較結果に基づいて前記基準信号発振部が発振した前記基準信号を外部へ出力する。

第１実施形態に係る基準信号発生装置の構成を示すブロック図。 第１実施形態に係るスイッチ切替制御を示すフローチャート。 第２実施形態に係る基準信号発生装置の構成を示すブロック図。 第２実施形態に係るスイッチ切替制御を示すフローチャート。

次に、図面を参照して本発明の第１実施形態を説明する。以下の説明において、「へ出力する」と記載した場合、該当する装置へ直接的に出力する場合だけでなく、他の装置を介して該当する装置へ出力する場合も含むものとする。

第１実施形態の基準信号発生装置１は、携帯電話の基地局又は地上デジタル放送の送信局等の無線通信設備に設置される。基準信号発生装置１の入力部４１には、ＧＮＳＳアンテナ２が接続されている。ＧＮＳＳアンテナ２は、ＧＮＳＳ衛星から測位信号を受信し、この測位信号を基準信号発生装置１へ出力する。基準信号発生装置１は、この測位信号に基づいて、基準信号（基準周波数信号及び基準タイミング信号等）を発生させる。基準信号は、上記の無線通信設備の各機器へ出力される。ＧＮＳＳ衛星としては、ＧＰＳ衛星、ＱＺＳＳ衛星、ＧＬＯＮＡＳＳ衛星、及びＧＡＬＩＬＥＯ衛星が存在する。

基準信号発生装置１は、ＧＮＳＳ受信ブロック１０と、基準信号発生ブロック２０と、から構成される。ＧＮＳＳ受信ブロック１０は、第１信号を発生させるので第１信号発生ブロックと称することもできる。なお、ＧＮＳＳ受信ブロック１０と基準信号発生ブロック２０は、同じ筐体の内部に配置されていても良いし、個別の筐体に配置されて物理的に離れた位置に配置されていても良い。個別の筐体に配置されている場合、ＧＮＳＳ受信ブロック１０をＧＮＳＳ受信機と称することができる。

ＧＮＳＳ受信ブロック１０は、ＴＣＸＯ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ、温度補償型水晶発振器、第１信号発振部）１１と、シンセサイザ１２と、ダウンコンバータ部１３と、ベースバンド処理部１４と、第１スイッチ１５と、測位演算部１６と、信号補正部１７と、判断部１８と、信号誤差出力部１９と、を備える。これらのうち、第１スイッチ１５、測位演算部１６、信号補正部１７、判断部１８、信号誤差出力部１９は、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、又はＣＰＵ等の演算処理部により実現される。

ＴＣＸＯ１１は、水晶振動子を共振器として使用した発振器である。ＴＣＸＯ１１は、予め設定された周波数の信号（第１信号）を発生させ、シンセサイザ１２へ出力する。本明細書では、ＴＣＸＯ１１が直接的に出力する信号だけでなく、当該信号を補正又は変換等して得られる信号も含めて「第１信号」と称する。

シンセサイザ１２は、ＴＣＸＯ１１が発生させた第１信号を変換してダウンコンバータ部１３、ベースバンド処理部１４、及び信号補正部１７へ出力する。この信号はクロック信号として用いられる。また、シンセサイザ１２は、ＴＣＸＯ１１が発生させた第１信号から復調用信号を発生させ、ダウンコンバータ部１３へ出力する。

ダウンコンバータ部１３には、ＧＮＳＳアンテナ２から測位信号が入力されるとともに、シンセサイザ１２から復調用信号が入力される。ダウンコンバータ部１３は、復調用信号を用いて測位信号をダウンコンバートしてＩＦ信号へ変換する。ダウンコンバータ部１３は、ＩＦ信号をベースバンド処理部１４へ出力する。

ベースバンド処理部１４は、シンセサイザ１２が出力した第１信号をサンプリング周波数として用いてＩＦ信号を復調してベースバンド信号へ変換する。ベースバンド処理部１４は、ベースバンド信号を第１スイッチ１５を介して測位演算部１６へ出力する。

測位演算部１６は、ベースバンド処理部１４から入力されたベースバンド信号に基づいて、航法メッセージを読み取って衛星の軌道を取得し、自機の位置と、自機側の時計の誤差を公知の方法で計算する。測位演算部１６は、この測位演算によって、ＧＮＳＳ衛星に搭載されている高精度な時計に同期した正確な時刻を得ることができる。また、測位演算部１６は、測位演算を行うことにより、第１信号のクロックオフセット（タイミング誤差）及びクロックドリフト（周波数変動）を算出する。以下では、測位信号に基づいて得られた、第１信号のクロックオフセットとクロックドリフトの少なくとも一方を第１信号誤差と称する。測位演算部１６は、クロックオフセット及びクロックドリフトを信号補正部１７へ出力する。

信号補正部１７は、測位演算部１６から入力されたクロックオフセット及びクロックドリフトに基づいて第１信号を補正する。具体的には信号補正部１７は、タイミング誤差に基づいて第１信号の立ち上がりのタイミングを補正するとともに、クロックドリフトに基づいて周波数を補正する。また、信号補正部１７は分周器の機能を有しており、補正した第１信号を分周することで１ＰＰＳ信号を発生させる。なお、信号補正部１７とは別に分周器を設けても良い。信号補正部１７は、第１信号を補正及び分周することで得られる１ＰＰＳ信号を基準信号発生ブロック２０へ出力する。

判断部１８は、測位信号又は第１信号誤差等に基づいて、測位信号が有効か否かを判断する。測位信号が有効とは、第１信号誤差を適切に検出できる測位信号が基準信号発生装置１に入力されていることをいう。判断部１８は、例えば、測位信号の信号レベル、及び、利用可能なＧＮＳＳ衛星の数等に基づいて測位信号が有効か否かを判断する。判断部１８は、測位信号の判断結果に基づいて、第１スイッチ１５を切り替える制御を行う。具体的には、判断部１８は、測位信号が有効であると判断している状況では、ベースバンド処理部１４が出力するベースバンド信号が測位演算部１６に出力されるように第１スイッチ１５を制御する。一方、判断部１８は、測位信号が有効でないと判断している状況では、信号誤差出力部１９の出力が測位演算部１６に出力されるように第１スイッチ１５を制御する。

信号誤差出力部１９は、基準信号発生ブロック２０が出力する基準信号と第１信号との比較を行うことにより、第１信号のクロックオフセット（タイミング誤差）及びクロックドリフト（周波数変動）を算出する。以下では、基準信号に基づいて得られた、第１信号のクロックオフセットとクロックドリフトの少なくとも一方を第２信号誤差と称する。信号誤差出力部１９は、測位信号が有効でないと判断部１８が判断している状況において、第１スイッチ１５を介して第２信号誤差を測位演算部１６に出力する。なお、信号誤差出力部１９がクロックドリフトのみを出力した場合であっても、クロックドリフトに基づいてクロックオフセットを求めることができる。

基準信号発生ブロック２０は、位相比較部（比較部）２１と、ループフィルタ２２と、ＯＣＸＯ（Ｏｖｅｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ、恒温槽型水晶発振器、基準信号発振部）２３と、分周部２４と、を備える。

ＯＣＸＯ２３は、水晶振動子を共振器として使用した発振器であり、外部から印加される制御電圧のレベルに応じて、出力する周波数が変更可能に構成されている。ＯＣＸＯ２３は、発振器を恒温槽で覆い、恒温槽内が一定の温度となるように制御が行われている。これにより、ＯＣＸＯ２３は、ＴＣＸＯ１１よりも信号安定度が高い。ＯＣＸＯ２３が出力した基準周波数信号は、基準周波数信号出力部（基準信号出力部）４２から外部のシステムへ出力される。

分周部２４は、ＯＣＸＯ２３から入力された基準周波数信号を分周して高い周波数から低い周波数に変換して位相比較部２１へ出力する。また、低い周波数に変換された基準周波数信号は、基準タイミング信号（１ＰＰＳ信号）として基準タイミング信号出力部（基準信号出力部）４３から外部へ出力される。なお、以下の説明では、基準周波数信号と基準タイミング信号を合わせて基準信号と称する。

位相比較部２１は、分周部２４が出力した基準タイミング信号と、信号補正部１７が出力した１ＰＰＳ信号と、を比較して位相差を算出する。位相比較部２１が算出した位相差は、ループフィルタ２２及び信号誤差出力部１９へ出力される。

ループフィルタ２２は、位相比較部２１から入力された位相差に基づいて、この位相差をゼロに近づけるように制御電圧を決定してＯＣＸＯ２３を制御する。これにより、経時変化や周囲の温度変化等に起因してＯＣＸＯ２３の特性の変動が生じたとしても、基準信号発生装置１の基準信号を高精度に保つことができる。このように、ＯＣＸＯ２３を測位信号に基づいて補正する（同期させる）制御を同期制御と称する。

信号誤差出力部１９は、位相比較部２１から入力された位相差に基づいて、この位相差が０になるようなクロックドリフトを算出して出力する。

次に、図２のフローチャートを参照して、測位信号が有効な状況から有効でない状況に切り替わった場合の処理について説明する。

上述のように、判断部１８は測位信号が有効か否かを判断している（Ｓ１０１）。判断部１８は、測位信号が有効と判断している状況では、ベースバンド処理部１４からのベースバンド信号が測位演算部１６へ出力されるように第１スイッチ１５を制御する（Ｓ１０２）。これにより、高精度の測位信号に基づいて第１信号を発生させ、基準信号発生ブロック２０へ出力できる。

ここで、落雷又は電波障害等により、測位衛星数が閾値Ａ以下となるか、測位信号の信号レベルが所定の閾値Ｂ以下になったとする。閾値Ａ及び閾値Ｂは任意であるが、閾値Ａとしては測位衛星数＝０を例として挙げることができる。閾値Ｂとしては、Ｃ／Ａコードと航法メッセージの復調はできないが、受信した信号を積算してピークを探索する方法により測位を行うことが可能な信号強度（例えば、−１４７［ｄＢｍ］から−１４５［ｄＢｍ］程度）を例として挙げることができる。判断部１８は、測位衛星数が閾値Ａ以下となるか、測位信号の信号レベルが閾値Ｂ以下となった場合に測位信号が有効でないと判断し、信号誤差出力部１９からの第２信号誤差が測位演算部１６へ出力されるように第１スイッチ１５を制御する（Ｓ１０３）。

これにより、測位信号が有効でない状況では、測位信号に代えて基準信号に基づいてＴＣＸＯ１１の信号誤差が検出される。ＯＣＸＯ２３は、測位信号に比べると信号安定度は劣るが、ＴＣＸＯ１１よりは信号安定度が高いので、上記のように基準信号に基づいて第１信号の信号誤差を検出することで、従来のように信号誤差を全く更新しない構成と比較して、第１信号の信号誤差を把握することができる。

測位信号が有効でない状況では、ＯＣＸＯ２３の出力する基準周波数信号は特に補正されない。しかし、ＯＣＸＯ２３は信号安定度が高いため、十分な精度の基準信号を出力し続けることができる。なお、信号補正部１７は、基準信号に基づいて検出された第２信号誤差を考慮して第１信号を補正しているため、第１信号は基準信号に同期する。従って、位相比較部２１の比較結果に基づく位相差もゼロになるため、第１信号の信号誤差の影響が基準信号に影響を与えないようにすることができる。

その後、取得可能なＧＮＳＳ衛星数が上記の閾値Ａを超え、かつ、測位信号の信号レベルが上記の閾値Ｂを超えたとする。これにより、判断部１８は、測位信号が有効と判断し、ベースバンド処理部１４からのベースバンド信号が測位演算部１６へ出力されるように第１スイッチ１５を制御する（Ｓ１０２）。

従って、測位演算部１６は、再び測位演算を行って第１信号誤差を検出する。上述したように、この閾値Ｂの信号レベルの測位信号では、Ｃ／Ａコードと航法メッセージの復調はできないため、受信した信号を積算してピークを探索する。しかし、この方法では、測位演算で得られた現在時刻には、ミリ秒単位の誤差が含まれている可能性がある。

そのため、従来のようにＴＣＸＯ１１の信号誤差が全く更新されていない場合は、ＴＣＸＯ１１の誤差が大きくなって現在時刻がミリ秒単位でズレてしまう可能性がある。現在時刻のミリ秒単位のズレは第１信号の大きな信号誤差に繋がるため、従来では、上記の信号レベルの閾値Ｂを超えたときに同期制御に復帰することは現実的ではない。

この点、本実施形態では、測位演算を行うことができない間において、基準信号に基づく第１信号の信号誤差（第２信号誤差）を用いて、第１信号の信号誤差（クロックオフセット及びクロックドリフトのうち少なくとも一方）が求められる。言い換えれば、ＴＣＸＯ１１の信号誤差はＯＣＸＯ２３の信号誤差程度に抑えられている。従って、この信号レベルの閾値Ｂを設定しても、現在時刻がズレることはない。従って、本実施形態の構成を採用することで、測位演算を行うことができない間の第１信号の誤差を継続して監視することができるので、信号レベルが弱い場合でも、測位演算を再開して同期制御に復帰することができる。

次に、図３及び図４を参照して、第２実施形態について説明する。第２実施形態の基準信号発生装置１の説明においては、第１実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。第２実施形態の基準信号発生装置１は、測位信号が有効でない場合において、第１実施形態よりも基準信号を安定させる自走制御を行う。

ＯＣＸＯ２３は、周囲の環境（例えば、温度、湿度、圧力）の変化により特性が変化し、同じ制御電圧を供給しても出力される信号の周波数が異なる。第２実施形態の基準信号発生装置１は、この特性によるズレ量を考慮することで、自走状態においても高精度な基準信号を出力し続けることができる。

基準信号発生装置１は、この機能を発揮させるための構成として、図３に示すように、温度センサ５１と、湿度センサ５２と、圧力センサ５３と、が検出した環境値を取得する取得部４４を備える。また、基準信号発生装置１は、ＧＮＳＳ受信ブロック１０内に自走制御部３１を備え、基準信号発生ブロック２０内に第２スイッチ３２を備える。自走制御部３１は、上述の演算処理部に含めることもできる。

温度センサ５１は温度を検出し、自走制御部３１へ出力する。湿度センサ５２は、湿度を検出し、自走制御部３１へ出力する。圧力センサ５３は、圧力を検出し、自走制御部３１へ出力する。以下の説明では、温度センサ５１、湿度センサ５２、及び圧力センサ５３を環境センサと称し、環境センサが求めた温度、湿度、及び圧力を環境値と称する。

自走制御部３１は、同期状態である場合は、環境センサが検出した環境値と、ＯＣＸＯ２３が出力した基準信号の周波数と、の対応関係を求め、この対応関係に基づいてＯＣＸＯ２３の環境変化特性を求める。

第２スイッチ３２は、第１スイッチ１５と同様、判断部１８によって制御されている。判断部１８は、測位信号の判断結果に基づいて、第２スイッチ３２を切り替える制御を行う。

次に、図４のフローチャートを参照して、測位信号が有効な状況から有効でない状況に切り替わった場合の処理について説明する。

判断部１８は測位信号が有効か否かを判断している（Ｓ２０１）。判断部１８は、測位信号が有効と判断している状況では、第１実施形態と同様に、ベースバンド処理部１４からのベースバンド信号が測位演算部１６へ出力されるように第１スイッチ１５を制御する（Ｓ２０２）。また、判断部１８は、測位信号が有効と判断している状況では、ループフィルタ２２が出力する制御電圧がＯＣＸＯ２３に出力されるように第２スイッチ３２を制御する（Ｓ２０３）。これにより、測位信号に基づいて補正された高精度な第１信号に基づいて基準信号を補正することができる。

その後、落雷又は電波障害等により測位衛星数が閾値Ａ以下となるか、測位信号の信号レベルが所定の閾値Ｂ以下になったとする。閾値Ａ及び閾値Ｂとしては、例えば上述した値を設定できる。この場合、判断部１８は、測位信号が有効でないと判断し、第１実施形態と同様に、信号誤差出力部１９からの第２信号誤差が測位演算部１６へ出力されるように第１スイッチ１５を制御する（Ｓ２０４）。また、判断部１８は、測位信号が有効でないと判断している状況では、自走制御部３１が出力する制御電圧がＯＣＸＯ２３に出力されるように第２スイッチ３２を制御する（Ｓ２０５）。

自走制御部３１は、環境センサが検出した現在の環境値と、予め求めた環境変化特性と、を考慮してＯＣＸＯ２３を制御する。なお、自走制御部３１には位相比較部２１が出力した位相差に基づいて制御電圧（自走制御信号）を生成するが、ループフィルタ２２の出力に基づいて制御電圧を生成しても良い。自走制御部３１が環境変化特性を考慮してＯＣＸＯ２３を制御するｋとで、測位信号が有効でないと判断している状況において、ＯＣＸＯ２３の信号安定度を更に向上させることができる。これにより、信号誤差出力部１９は、より正確な第２信号誤差を算出して測位演算部１６へ出力することができる。従って、信号レベルが弱い測位信号しか取得できていない状況において、より確実に測位演算を行うことができる。

第１実施形態及び第２実施形態では、同期制御に復帰する場合について説明したが、同期制御を開始する場合（例えば基準信号発生装置１の起動直後又は再起動直後）であっても同様に第２信号誤差を活用できる。即ち、測位信号の信号強度が、Ｃ／Ａコードと航法メッセージの復調はできないが、受信した信号を積算してピークを探索する方法により測位を行うことが可能な強度である状況において、基準信号発生装置１を起動した場合を考える。この場合、測位演算部１６が把握しているＴＣＸＯ１１の信号誤差が大きいときは、現在時間がミリ秒単位でズレる可能性がある。しかし、初めにＴＣＸＯ１１とＯＣＸＯ２３の信号誤差である第２信号誤差を検出し、次に、当該第２信号誤差に基づいて、第１信号誤差を検出することで、ミリ秒単位のズレが発生しなくなるため、信号強度が弱い場合であっても同期制御を開始することができる。なお、第２信号誤差の検出は、ＯＣＸＯ２３内の恒温槽が温まった後に行う必要がある。

以上に説明したように、本実施形態の基準信号発生装置１は、ＴＣＸＯ１１と、測位演算部１６と、信号補正部１７と、ＯＣＸＯ２３と、位相比較部２１と、基準信号出力部（基準周波数信号出力部４２及び基準タイミング信号出力部４３）と、信号誤差出力部１９と、による基準信号発生方法を実現する。ＴＣＸＯ１１は、第１信号を発振する。測位演算部１６は、ＧＮＳＳ衛星からの測位信号に基づいて演算を行うことで、当該測位信号に対する第１信号の周波数変動及びタイミング誤差のうち少なくとも一方である第１信号誤差を検出する（測位演算工程）。信号補正部１７は、測位演算部１６から入力された第１信号誤差に基づいて、第１信号を補正する（信号補正工程）。ＯＣＸＯ２３は、ＴＣＸＯ１１より信号安定度が高く、基準信号を発振する。位相比較部２１は、信号補正部１７により補正された第１信号と、基準信号と、を比較する（比較工程）。基準信号出力部は、位相比較部２１の比較結果に基づいてＯＣＸＯ２３が発振した基準信号を外部へ出力する（基準信号出力工程）。信号誤差出力部１９は、基準信号に対する第１信号の周波数変動及びタイミング誤差のうち少なくとも一方である第２信号誤差を測位演算部１６へ出力する（信号誤差出力工程）。

これにより、測位演算部１６には、基準信号に対する第１信号の信号誤差（第２信号誤差）が入力される。基準信号発振部は第１信号発振部よりも信号安定度が高いので、測位信号が適切に利用できない場合では第１信号よりも基準信号の方が精度が高い。そのため、測位演算部１６は、第１信号の誤差をある程度正確に把握することができる。従って、同期制御の開始又は復帰が容易となる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

上記実施形態では、第１信号発振部の例としてＴＣＸＯ１１を用い、基準信号発振部の例としてＯＣＸＯ２３を用いたが、基準信号発振部の信号安定度が第１信号発振部より高ければ、上記実施形態と異なる組合せであっても良い。例えば、基準信号発振部として、ＯＣＸＯよりも更に信号安定度が高いルビジウム発振器又はセシウム発振器を用いても良い。この場合、第１信号発振部としてＯＣＸＯを用いることもできる。また、ＴＣＸＯに代えて、更に信号安定度が低いＶＣＯを用いても良い。なお、信号安定度が異なるのであれば、第１信号発振部と基準信号発振部の両方にＴＣＸＯ（又はＯＣＸＯ）を用いても良い。

上記実施形態では、２つの信号の位相を比較する位相比較部２１を用いたが、位相比較部２１の代わりに、２つの信号の周波数を比較する周波数比較部を設けても良い。

上記実施形態では、基準信号発生装置１は基準周波数信号出力部４２と基準タイミング信号出力部４３とを備えるが、何れか一方のみを備える構成であっても良い。

上記実施形態では、ベースバンド処理部１４が出力するベースバンド信号と、信号誤差出力部１９が出力する第２信号誤差と、のうち一方のみが測位演算部１６へ出力されるが、一時的に又は常に、両方の信号が測位演算部１６へ出力されても良い。この場合、測位演算部１６は、２つの信号を必要に応じて選択して使い分ける。

基準信号発生装置１が備える各部は、ハードウェアとして構成することに代えて、ソフトウェアにより構成することもできる。

１ 基準信号発生装置
１０ ＧＮＳＳ受信ブロック
１１ ＴＣＸＯ（第１信号発振部）
１５ 第１スイッチ
１６ 測位演算部
１７ 信号補正部
１８ 判断部
１９ 信号誤差出力部
２０ 基準信号発生ブロック
２３ ＯＣＸＯ（基準信号発振部）
３１ 自走制御部
４１ 入力部
４２ 基準周波数信号出力部（基準信号出力部）
４３ 基準タイミング信号出力部（基準信号出力部）

Claims (5)

1. 第１信号を発振する第１信号発振部と、
   前記第１信号発振部より信号安定度が高く、基準信号を発振する基準信号発振部と、
   ＧＮＳＳ衛星からの測位信号が有効か否かを判断する判断部と、
   前記基準信号に対する前記第１信号の周波数変動及びタイミング誤差のうち少なくとも一方である第２信号誤差を出力する信号誤差出力部と、
   前記測位信号が有効であると前記判断部が判断している場合は、前記測位信号に基づいて演算を行うことで、当該測位信号に対する前記第１信号の周波数変動及びタイミング誤差のうち少なくとも一方である第１信号誤差を検出し、前記測位信号が有効であると前記判断部が判断している状況から、前記測位信号が有効でないと前記判断部が判断する状況に切り替わった場合は、前記信号誤差出力部が出力した前記第２信号誤差を用いて、前記第１信号誤差を検出する測位演算部と、
   前記測位演算部から入力された前記第１信号誤差に基づいて、前記第１信号を補正する信号補正部と、
   前記信号補正部により補正された前記第１信号と、前記基準信号と、を比較する比較部と、
   前記比較部の比較結果に基づいて前記基準信号発振部が発振した前記基準信号を外部へ出力する基準信号出力部と、
   を備えることを特徴とする基準信号発生装置。
2. 請求項１に記載の基準信号発生装置であって、
   装置起動後に、初めに前記第２信号誤差が検出され、次に、当該第２信号誤差を用いて前記測位演算部が前記第１信号誤差を検出することを特徴とする基準信号発生装置。
3. 請求項１又は２に記載の基準信号発生装置であって、
   前記基準信号発振部が使用される環境を示す環境値を取得する取得部と、
   前記測位信号が有効でないと前記判断部が判断する状況に切り替わった場合に、前記比較部による前記第１信号と前記基準信号との比較結果に代えて、前記取得部が取得した前記環境値に基づいて前記基準信号発振部を制御する自走制御部と、
   を備えることを特徴とする基準信号発生装置。
4. 請求項１から３までの何れか一項に記載の基準信号発生装置であって、
   前記第１信号発振部が温度補償型水晶発振器であり、前記基準信号発振部が恒温槽型水晶発振器であることを特徴とする基準信号発生装置。
5. 第１信号発振部により第１信号を発振し、当該第１信号発振部より信号安定度が高い基準信号発振部により基準信号を発振する基準信号発生方法において、
   ＧＮＳＳ衛星からの測位信号が有効か否かを判断する判断工程と、
   前記基準信号に対する前記第１信号の周波数変動及びタイミング誤差のうち少なくとも一方である第２信号誤差を出力する信号誤差出力工程と、
   前記測位信号が有効であると前記判断工程で判断している場合は、前記測位信号に基づいて演算を行うことで、当該測位信号に対する前記第１信号の周波数変動及びタイミング誤差のうち少なくとも一方である第１信号誤差を検出し、前記測位信号が有効であると前記判断工程で判断している状況から、前記測位信号が有効でないと前記判断工程で判断する状況に切り替わった場合は、前記信号誤差出力工程で出力した前記第２信号誤差を用いて、前記第１信号誤差を検出する測位演算工程と、
   前記測位演算工程で出力された前記第１信号誤差に基づいて、前記第１信号を補正する信号補正工程と、
   前記信号補正工程で補正された前記第１信号と、前記基準信号と、を比較する比較工程と、
   前記比較工程での比較結果に基づいて前記基準信号発振部が発振した前記基準信号を外部へ出力する基準信号出力工程と、
   を含むことを特徴とする基準信号発生方法。

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