KR20060036987A - 위성시각 동시수신에 의한 고정밀 발진기의 원격교정 시스템 - Google Patents

위성시각 동시수신에 의한 고정밀 발진기의 원격교정 시스템 Download PDF

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KR20060036987A
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Abstract

본 발명은 위성시각 동시수신에 의한 고정밀 발진기의 원격교정 시스템에 관한 것이다. 이를 위해, (1-i) 표준시각(t1)을 출력하는 표준기(28); (1-ii) GPS 위성(10)으로부터 위성시각(tg)을 수신하는 제 1 GPS수신기(21); (1-iii) 표준시각(t1)과 위성시각(tg) 사이의 차이를 산출하는 제 1 산출수단; 및 (1-iv) 제 1 산출수단의 산출결과를 저장하고 네트워크를 통해 데이터 통신이 가능한 컴퓨터수단(22)으로 구성된 기준장치(20); (2-i) 소정의 시각(t2)을 출력하는 피교정 발진기(34); (2-ii) GPS 위성(10)으로부터 위성시각(tg)을 수신하는 제 2 GPS수신기(31); (2-iii) 시각(t2)과 위성시각(tg) 사이의 차이를 산출하는 제 2 산출수단; 및 (2-iv) 제 2 산출수단의 산출결과를 저장하고 네트워크를 통해 데이터 통신이 가능한 컴퓨터수단(32)으로 구성된 적어도 하나의 비교장치(30); 및 (3) 제 1 산출수단의 산출결과로부터 제 2 산출수단의 산출결과를 감산하여 시간차(t1-t2)를 산출하는 제 3 산출수단;이 제공된다.
정밀발진기, 원격, 교정, 측정, GPS, 위성, 시각, 시간차, 산출, 통신

Description

위성시각 동시수신에 의한 고정밀 발진기의 원격교정 시스템{Remote calibration system for precision oscillator by common-view measurement of satellite time}
도 1은 본 발명에 따른 커먼-뷰 방식의 측정개념을 나타내는 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 구성에 따라 동일신호에 대한 시각 비교측정 그래프,
도 3은 본 발명에 따른, 위성시각 동시수신에 의한 고정밀 발진기의 원격교정 시스템의 개략적인 구성도,
도 4는 본 발명에 상용 루비듐 발진기를 적용하여 원격측정한 결과의 그래프이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
20 : 기준장치,
21 : 제 1 GPS 수신기,
22 : 제 1 PC,
24 : 제 1 발진기,
26 : 데이터베이스 장치,
28 : 세슘 표준기,
30a, 30b, 30c : 비교장치,
31 : 제 2 GPS 수신기,
32 : 제 2 PC,
34 : 제 2 발진기(피교정 발진기),
40 : 인터넷.
본 발명은 발진기의 원격교정 시스템에 관한 것으로 보다 상세하게는 위성시각 동시수신에 의한 고정밀 발진기의 원격교정 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 원격지에 산재하는 기준기를 교정하기 위해서는 이를 직접 교정검사기관으로 이동시켜 측정을 통해 교정한 후 다시 원래의 위치로 옮겨놓아야 한다. 그러나, 이와 같은 종래의 방식의 경우 기준기의 이동중에 충격 등이 가해질 수 있고, 원래의 측정환경과 교정검사기관에서의 측정환경이 서로 상이하여 교정값이 올바르지 못한 문제점이 있었다.
특히 서로 다른 2곳의 원격지에서 각각 동작하는 정밀발진기의 경우에는 이러한 문제점을 다소나마 해결하기 위하여 이동용 기준기를 준비한 뒤 이를 가지고 각각 이동해가면서 두 시각을 측정하여 교정하곤 하였다. 그러나, 멀리 떨어진 곳인 경우에는 이동에 시간이 많이 소요되고, 2곳의 정밀발진기를 동시에 비교할 수 없기 때문에 같은 조건하에서의 정밀한 비교측정이라고 할 수 없다.
또 다른 방법으로는 기준신호를 유선을 통해 원격지까지 전송한 후 이 기준 신호와 비교하여 교정하는 것이다. 이러한 방법은 이동용 기준기를 가지고 다니는 불편을 해소하고 실시간으로 측정할 수 있는 잇점이 있으나, 선로의 길이에 따른 위상지연이나 선로잡음 등의 특성에 따라 측정품질이 차이가 나는 문제가 있다. 또한 예기치 못한 통신장애나 선로 절단 등의 사고우려도 상존한다.
따라서, 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 원격지의 정밀발진기를 교정검사기관으로 이동하지 않고 현장에서 온라인으로 실시간 교정검사를 하는 방안에 대해 연구가 진행되고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은, 서로 다른 2곳의 원격지에서 각각 동작하는 정밀발진기를 실시간으로 측정하여 교정할 수 있는 위성시각 동시수신에 의한 고정밀 발진기의 원격교정 시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, (1-i) 표준시각(t1)을 출력하는 표준기(28); (1-ii) GPS 위성(10)으로부터 위성시각(tg)을 수신하는 제 1 GPS수신기(21); (1-iii) 표준시각(t1)과 위성시각(tg) 사이의 차이를 산출하는 제 1 산출수단; 및 (1-iv) 제 1 산출수단의 산출결과를 저장하고 네트워크를 통해 데이터 통신이 가능한 컴퓨터수단(22)으로 구성된 기준장치(20);
(2-i) 소정의 시각(t2)을 출력하는 피교정 발진기(34); (2-ii) GPS 위성(10)으로부터 위성시각(tg)을 수신하는 제 2 GPS수신기(31); (2-iii) 시각(t2)과 위성시각(tg) 사이의 차이를 산출하는 제 2 산출수단; 및 (2-iv) 제 2 산출수단의 산 출결과를 저장하고 네트워크를 통해 데이터 통신이 가능한 컴퓨터수단(32)으로 구성된 적어도 하나의 비교장치(30); 및
(3) 제 1 산출수단의 산출결과로부터 제 2 산출수단의 산출결과를 감산하여 시간차(t1-t2)를 산출하는 제 3 산출수단; 으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 위성시각 동시수신에 의한 고정밀 발진기의 원격교정장치에 의해 달성될 수 있다.
그리고, 표준기(28)는 세슘 표준기 또는 루비듐 표준기인 것이 바람직하다.
아울러, 비교장치(30)는 기준장치(20)로부터 원격지에 위치하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 기준장치(20)의 컴퓨터수단(22)은 기준장치(20)의 산출결과와 비교장치(30)의 산출결과 및 제 3 산출수단의 산출결과를 저장하기 위한 데이터베이스 수단(26)을 더 포함하는 것이 가장 바람직하다.
그리고, 네트워크는 인터넷(40) 또는 공중전화망이며, 데이터베이스 수단(26)은 인터넷(40)과 연결된 웹서버와 연동되는 것이 적합할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 또 다른 카테고리로서, 표준기(28)로부터 표준시각(t1)을 측정하고, 원격지에 위치하는 피교정 발진기(34)로부터 소정의 시각(t2)를 측정하는 단계;
표준기(28)에 인접한 제 1 GPS수신기(21)가 GPS 위성(10)으로부터 위성시각(tg)을 수신하고, 피교정 발진기(34)에 인접한 제 2 GPS 수신기(31)가 GPS 위성(10)으로부터 위성시각(tg)을 수신하는 단계;
표준시각(t1)과 위성시각(tg) 사이의 차이를 산출하고, 소정시각(t2)과 위성 시각(tg) 사이의 차이를 산출하는 단계;
네트워크(40)를 이용하여 표준시각(t1)과 위성시각(tg)사이의 차이로부터 소정시각(t2)과 위성시각(tg) 사이의 차이를 감산하여 시간차(t1-t2)를 산출하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 위성시각 동시수신에 의한 고정밀 발진기의 원격교정방법에 의해서도 달성될 수 있다.
아울러, 시간차(t1-t2)를 데이터베이스(26)에 저장하는 단계를 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 제 1 GPS 수신기(21)와 제 2 GPS 수신기(31)는 동일한 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 다른 목적들, 분명한 장점들 및 신규한 특징들은 이하의 상세한 설명 및 첨부된 도면들에 따른 바람직한 실시예들로 부터 더 분명해 질것이다.
이하에서는 본 발명에 따른 위성시각 동시수신에 의한 고정밀 발진기의 원격교정 시스템의 구성에 관하여 첨부되어진 도면과 더불어 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 커먼-뷰(Common-View) 방식의 측정개념을 나타내는 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상호 원격지로 떨어져 있는 2대의 GPS 수신기(21, 31)는 하나의 GPS 위성(10)으로부터 동일한 클럭신호(tg)를 수신받는다. 이를 위해 제 1 GPS 수신기(21)에는 소정의 시각(t1)을 출력하는 제 1 발진기(24)와 제 1 PC(22)가 연결되어 있고, 제 2 GPS 수신기(31)에는 소정의 시각(t2)을 출력하는 제 2 발진기(34)와 제 2 PC(32)가 연결되어 있다. 그리고, 이러한 제 1, 2 PC(22, 32)는 인터넷(40)을 통해 데이터 통신이 가능하다록 연결되어 있다.
비록, 지면상에서는 원격지의 거리가 멀지만 GPS 위성(10)의 관점에서는 거의 동일한 위치로 동일한 클럭신호(tg)를 송신하는 것으로 간주할 수 있다. 따라서 클럭신호가 도달하는데 발생하는 오차요인은 비슷하다고 볼 수 있고 같은 시각에 비교측정하면 오차가 상쇄될 수 있다. 즉 서로 원격지만큼 떨어져 있는 2개의 정밀발진기의 시간차를 [수학식 1]을 이용하여 구할 수 있다.
Figure 112004049265385-PAT00001
여기서, t1은 제 1 발진기(24)의 시각이고, t2는 제 2 발진기(33)의 시각이며, tg는 GPS 위성(10)으로부터 수신한 시각을 나타낸다. 본 발명에서 사용하는 제 1, 2 GPS 수신기(21, 31)는 동일한 제품으로서, 입력신호와 GPS 신호(tg)와의 시각비교를 위해 내부에 시간간격 계수기를 지니고 있고, GPS 위성(10)의 스케쥴과 안테나의 정확한 위치정보를 입력시킬 수 있으며 측정값을 비록한 여러 정보를 컴퓨터와 공유할 수 있도록 다양한 인터페이스를 갖추고 있다.
이러한 제 1, 2 GPS 수신기(21, 31)는 각기 다른 발진기(24, 34)로부터 출력되는 초신호(1 pps)를 입력신호로 받아들인다.
이 방식을 이용한 비교측정은 GPS 항법위성 뿐만 아니라 무궁화 위성과 같은 통신위성을 이용할 경우에도 가능하다. 이와 같은 방식을 이용하여 원격지 정밀발진기의 주파수를 측정, 교정할 수 있는 정도는 측정 데이터와 시간에 따라 다르지 만 약 10-14 정도이다.
도 2는 도 1에 도시된 구성에 따라 실제로 동일신호에 대한 시각 비교측정 그래프이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 연장선에 따른 일정한 시간지연이 있을 뿐 시간의 경과에도 기울기가 변하지 않음을 알 수 있다. 즉, 원격지 고정밀 발진기를 정밀하게 측정하여 교정할 수 있음을 알 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른, 위성시각 동시수신에 의한 고정밀 발진기의 원격교정 시스템의 개략적인 구성도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 시스템은 대략 한개의 기준장치(20)와 복수개의 비교장치(30a, 30b, 30c) 및 GPS 위성(10)으로 구성될 수 있다.
기준장치(20)는 표준시각을 출력하는 세슘 표준기(28) 또는 루비듐 표준기와 제 1 GPS 수신기(21), 데이터베이스가 내장된 서버장치(26) 그리고 제 1 PC(22) 등으로 구성된다.
세슘 표준기(28)는 시각 교정의 기준이 되는 표준시각(t1)을 출력하는 구성부재로서, 출력된 표준시각(t1)은 제 1 GPS 수신기(21)로 전송된다.
제 1 GPS 수신기(21)는 GPS 위성(10)으로부터 시각신호(tg)를 수신하고, 내장된 시간차 계수기를 이용하여 세슘 표준기(28)의 시각신호(t1)와 비교하고, 그 차이를 출력할 수 있도록 구성된다.
데이터베이스가 내장된 서버장치(26)는 제 1 GPS 수신기(21)로부터 출력되는 산출결과를 저장하고, 검색하여 출력할 수 있도록 구성되어 있으며, 인터넷(40)을 통해 웹서버(또는 www 서버)로서의 기능을 수행한다.
제 1 PC(22)는 데이터베이스가 내장된 서버장치(26)로부터 검색된 결과를 수신할 수 있고, 인터넷(40)을 통해 수신된 데이터를 데이터베이스에 기록할 수 있도록 인터페이스가 되어 있다. 또한, 제 1 PC(22)는 내장 설치된 랜카드 또는 전화모뎀(미도시) 등을 통해 인터넷(40) 또는 공중전화망과 접속 가능하다.
비교장치(30)는 피교정대상이 되는 피교정발진기(34)와 제 2 GPS 수신기(31), 그리고 제 2 PC(32) 등으로 구성된다.
피교정 발진기(34)는 실제로 교정 대상이 되는 정밀 발진기로서 소정의 시각신호(또는 클럭신호)(t2)를 출력한다. 피교정 발진기(34)로부터 출력되는 시각신호(t2)는 제 2 GPS 수신기(31)로 입력된다.
제 2 GPS 수신기(31)는 GPS 위성(10)으로부터 시각신호(tg)를 수신하고, 내장된 시간차 계수기를 이용하여 피교정 발진기(34)의 시각신호(t2)와 비교하고, 그 차이를 출력할 수 있도록 구성된다. 측정의 동일성을 유지하기 위해 제 2 GPS 수신기(31)는 제 1 GPS 수신기(21)와 동일한 제품을 사용하는 것이 바람직하다.
제 2 PC(32)는 제 2 GPS 수신기(31)로부터 산출된 결과를 수신할 수 있고, 내장 설치된 랜카드(미도시)를 통해 인터넷(40)과 접속 가능하다. 즉, 산출된 결과를 인터넷(40)을 통해 기준장치(20)의 제 1 PC(22)로 전송한다.
서버장치(26)는 제 1 GPS 수신기(21)로부터의 산출신호(t1-tg)와 제 1 PC(22)를 통해 전송된 제 2 GPS 수신기(31)로부터의 산출신호(t2-tg)를 서로 감산하여 시간차(t1-t2)를 계산한다(수학식 1 참조). 이렇게 계산된 결과는 내장된 데 이터베이스에 저장된다.
이와 같은 구성을 갖는 기준장치(20)와 비교장치(30)는 예를 들어, 기준장치(20)는 대전에, 제 1 비교장치(30a)는 부산에, 제 2 비교장치(30b)는 서울에, 제 3 비교장치(30c)는 제주와 같이 여러 곳에 위치할 수 있다. 즉, 동일한 GPS 위성(10)으로부터 신호를 받을 수 있는 범위내라면 어느 곳이라도 무방하다.
도 4는 본 발명에 상용 루비듐 발진기를 피교정 발진기(34)로 적용하여 원격측정한 결과의 그래프이다. 도 4의 수평축은 경과된 시간이고, 수직축은 시간차(t1-t2)이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 4일동안 약 -18 ㎲의 시간변화가 있음을 알 수 있다. 이러한 결과는 루비듐 발진기의 주파수값이 기준치보다 커서 시간이 점점 빨라지고 있음을 의미한다. 이 결과 그래프를 선형으로 피팅하여 기울기를 구하면 -4.7 ㎲/day 이며 주파수 옵셋으로 환산하면 +5.4 ×10-11 임을 알 수 있다. 이러한 측정치를 갖는 상용의 루비듐 발진기가 다른 용도로 이용하기 위한 교정으로의 의미를 가지려면 측정치에 대한 확장불확도를 알아야 한다. 측정된 값은 가우시안 분포를 갖지 못하고 시간에 따라 변화되고 있으므로 기울기를 고려하여 보정한 측정치에 대한 불확도를 먼저 구하고 앞서 도 2를 통해 구한 시스템의 불확도, 분해능 불확도 및 기준신호(28)의 불확도를 합성하여 구하면 피교정 발진기의 불확도를 구할 수 있다. 이와 같은 방법으로 구한 루비듐 발진기의 확장불확도는 1.2 ×10-13 이다.
상기와 같이 본 발명에 따른 위성시각 동시수신에 의한 고정밀 발진기의 원격교정 시스템에 의하면, 서로 다른 2곳의 원격지에서 각각 동작하는 정밀발진기를 실시간으로 측정하여 정밀하게 교정할 수 있다. 이는 기준기 등을 이동하여야 하는 번거로움이나 비용 등을 절약할 수 있으면서, 필요시마다 언제든지 손쉽게 교정할 수 있다는 장점이 있다.
비록 발명이 상기에서 언급된 바람직한 실시예에 관해 설명되어졌으나, 발명의 요지와 범위를 벗어남이 없이 많은 다른 가능한 수정과 변형이 이루어질 수 있다. 따라서, 첨부된 청구범위는 발명의 진정한 범위내에서 속하는 이러한 수정과 변형을 포함할 것으로 예상된다.

Claims (8)

  1. (1-i) 표준시각(t1)을 출력하는 표준기(28);
    (1-ii) GPS 위성(10)으로부터 위성시각(tg)을 수신하는 제 1 GPS수신기(21);
    (1-iii) 상기 표준시각(t1)과 상기 위성시각(tg) 사이의 차이를 산출하는 제 1 산출수단; 및
    (1-iv) 상기 제 1 산출수단의 산출결과를 저장하고 네트워크를 통해 데이터 통신이 가능한 컴퓨터수단(22)으로 구성된 기준장치(20);
    (2-i) 소정의 시각(t2)을 출력하는 피교정 발진기(34);
    (2-ii) GPS 위성(10)으로부터 위성시각(tg)을 수신하는 제 2 GPS수신기(31);
    (2-iii) 상기 시각(t2)과 상기 위성시각(tg) 사이의 차이를 산출하는 제 2 산출수단; 및
    (2-iv) 상기 제 2 산출수단의 산출결과를 저장하고 네트워크를 통해 데이터 통신이 가능한 컴퓨터수단(32)으로 구성된 적어도 하나의 비교장치(30); 및
    (3) 상기 제 1 산출수단의 산출결과로부터 제 2 산출수단의 산출결과를 감산하여 시간차(t1-t2)를 산출하는 제 3 산출수단; 으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 위성시각 동시수신에 의한 고정밀 발진기의 원격교정장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 표준기(28)는 세슘 표준기 또는 루비듐 표준기인 것을 특징으로 하는 위성시각 동시수신에 의한 고정밀 발진기의 원격교정장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 비교장치(30)는 상기 기준장치(20)로부터 원격지에 위치하는 것을 특징으로 하는 위성시각 동시수신에 의한 고정밀 발진기의 원격교정장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 기준장치(20)의 상기 컴퓨터수단(22)은 기준장치(20)의 산출결과와 비교장치(30)의 산출결과 및 제 3 산출수단의 산출결과를 저장하기 위한 데이터베이스 수단(26)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위성시각 동시수신에 의한 고정밀 발진기의 원격교정장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 네트워크는 인터넷(40) 또는 공중전화망이며,
    상기 기준장치(20)의 상기 컴퓨터수단(22)은 기준장치(20)의 산출결과와 비교장치(30)의 산출결과 및 제 3 산출수단의 산출결과를 저장하기 위한 데이터베이스 수단(26)을 더 포함하며,
    상기 데이터베이스 수단(26)은 상기 인터넷(40)과 연결된 웹서버와 연동되는 것을 특징으로 하는 위성시각 동시수신에 의한 고정밀 발진기의 원격교정장치.
  6. 표준기(28)로부터 표준시각(t1)을 측정하고, 원격지에 위치하는 피교정 발진기(34)로부터 소정의 시각(t2)를 측정하는 단계;
    상기 표준기(28)에 인접한 제 1 GPS수신기(21)가 GPS 위성(10)으로부터 위성시각(tg)을 수신하고, 상기 피교정 발진기(34)에 인접한 제 2 GPS 수신기(31)가 상기 GPS 위성(10)으로부터 위성시각(tg)을 수신하는 단계;
    상기 표준시각(t1)과 상기 위성시각(tg) 사이의 차이를 산출하고, 상기 소정시각(t2)과 상기 위성시각(tg) 사이의 차이를 산출하는 단계;
    네트워크(40)를 이용하여 상기 표준시각(t1)과 상기 위성시각(tg)사이의 차이로부터 상기 소정시각(t2)과 상기 위성시각(tg) 사이의 차이를 감산하여 시간차(t1-t2)를 산출하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 위성시각 동시수신에 의한 고정밀 발진기의 원격교정방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 시간차(t1-t2)를 데이터베이스(26)에 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위성시각 동시수신에 의한 고정밀 발진기의 원격교정방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 GPS 수신기(21)와 제 2 GPS 수신기(31)는 동일한 것을 특징으로 하는 위성시각 동시수신에 의한 고정밀 발진기의 원격교정방법.
KR1020040086077A 2004-10-27 2004-10-27 위성시각 동시수신에 의한 고정밀 발진기의 원격교정 시스템 KR100617491B1 (ko)

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