(57)【要約】      （修正有）【課題】低廉な製作コスト及び部品コストで製造することができ、更に、マスタータイミング基準信号をより高精度で生成することのできる衛星ナビゲーションシステムのためのマスタークロック生成装置の提供。【解決手段】複数の周波数信号入力部の各々に、原子時計信号から成る第１参照周波数信号と、原子時計信号から成る第２参照周波数信号との、いずれか一方を供給する。複数の周波数コンバータ（１１０、１１５、１２０、１２５）は、互いに同一周波数の中間周波数信号を出力する。スイッチングマトリクス１３０は、前記中間周波数信号のうちの１つを主クロックとして選択して送出すると共に、別の１つを副クロックとして選択して送出する。周波数信号生成器１５０は、前記主クロックから基準周波数信号を生成し、複数の周波数信号出力部へ送出する。位相メーター１７０は、前記主クロックと前記副クロックとの間の位相差を測定し、異常挙動を検出する。【選択図】図２
2010259072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星ナビゲーションシステムのためのマスタークロック生成装置（１００）において、
複数の周波数信号入力部を備えており、それら周波数信号入力部の各々に、原子時計信号から成る第１参照周波数信号と、原子時計信号から成る第２参照周波数信号との、いずれか一方が供給されるようにしてあり、
複数の周波数コンバータ（１１０、１１５、１２０、１２５）を備えており、それら周波数コンバータの各々は、前記複数の周波数信号入力部（１０２、１０４、１０６、１０８）の夫々１つずつに接続されたコンバータ入力部（１１１、１１６、１２１、１２６）を有すると共に、コンバータ出力部（１１２、１１７、１２２、１２７）を有しており、それら周波数コンバータの各々に、１つまたは複数の周波数シンセサイザ（１４０、１４５）から、オフセット周波数信号が供給されるようにしてあり、該オフセット周波数信号の周波数は、それら周波数コンバータの夫々に対応した周波数信号入力部（１０２、１０４、１０６、１０８）に供給されている前記第１参照周波数信号及び前記第２参照周波数信号の周波数に応じて選定されており、それによって、前記コンバータ出力部（１１２、１１７、１２２、１２７）の夫々に互いに同一周波数の中間周波数信号が出力されるようにしてあり、
スイッチングマトリクス（１３０）を備えており、該スイッチングマトリクスは、前記コンバータ出力部（１１２、１１７、１２２、１２７）の各々に接続されていて、前記中間周波数信号のうちの１つを主クロックとして選択して第１マトリクス出力部（１３６）から送出すると共に、前記中間周波数信号のうちの別の１つを副クロックとして選択して第２マトリクス出力部（１３５）から送出するようにしてあり、
周波数信号生成器（１５０）を備えており、該周波数信号生成器は、前記第１マトリクス出力部に接続された周波数信号生成器入力部を有しており、該周波数信号生成器は、マスタークロック生成装置（１００）の複数の周波数信号出力部（２０２、２０４、２０６、２０８）に接続されており、該周波数信号生成器（１５０）は、前記主クロックから該マスタークロック生成装置の出力信号であるところの基準周波数信号を生成してそれを前記複数の周波数信号出力部（２０２、２０４、２０６、２０８）へ送出するようにしてあり、
位相メーター（１７０）を備えており、該位相メーターは、前記第１マトリクス出力部（１３６）に接続された第１メーター入力部と、前記第２マトリクス出力部（１３５）に接続された第２メーター入力部とを有し、前記主クロックと前記副クロックとの間の位相差を測定することによって異常挙動を検出するものである、
ことを特徴とするマスタークロック生成装置。
【請求項２】
合計４個の周波数信号入力部（１０２、１０４、１０６、１０８）を備えており、それらのうちの２個には原子時計信号から成る前記第１参照周波数信号が供給され、他の２個には原子時計信号から成る前記第２参照周波数信号が供給されるようにしてあることを特徴とする請求項１記載のマスタークロック生成装置。
【請求項３】
前記第１参照周波数信号はＰＨＭから送出される１０．００２８ＭＨｚの信号であることを特徴とする請求項１又は２記載のマスタークロック生成装置。
【請求項４】
前記第２参照周波数信号はＲＡＦＳから送出される１０．００ＭＨｚの信号であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載のマスタークロック生成装置。
【請求項５】
前記複数の周波数コンバータ（１１０、１１５、１２０、１２５）の各々は、前記第１参照周波数信号及び前記第２参照周波数信号を基準周波数信号と混合して、それら参照周波数信号を夫々第１前段中間周波数信号及び第２前段中間周波数信号に変換する第１コンバージョン段と、それら第１前段中間周波数信号及び第２前段中間周波数信号にチューニングを施して、それら前段中間周波数信号を互いに同一周波数の前記中間周波数信号に変換して前記コンバータ出力部（１１２、１１７、１２２、１２７）の夫々から送出する第２コンバージョン段とを備えていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載のマスタークロック生成装置。
【請求項６】
前記基準周波数信号は、該マスタークロック生成装置の前記周波数信号生成器の発振器（１５３）から送出される該マスタークロック生成装置の出力信号であるところの基準周波数信号であることを特徴とする請求項５記載のマスタークロック生成装置。
【請求項７】
前記スイッチングマトリクス（１３０）においては、該スイッチングマトリクス（１３０）に供給されている複数の前記中間周波数信号のうちの１つを主クロックとして選択することができ、別の１つを副クロックとして選択することができることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載のマスタークロック生成装置。
【請求項８】
前記周波数信号生成器は、前記主クロックと前記第２参照周波数信号を分周して得られた信号とを比較する位相周波数検出器（１５１）を備えていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載のマスタークロック生成装置。
【請求項９】
前記周波数信号生成器（１５０）により生成された誤差信号を用いて前記基準周波数信号の周波数を制御するようにしてあることを特徴とする請求項８記載のマスタークロック生成装置。
【請求項１０】
前記位相メーター（１７０）は、複数の位相メーター（１７１、１７２、１７３、１７４）から成り、それら複数の位相メーターの各々は、前記複数のコンバータ出力部（１１２、１１７、１２２、１２７）の夫々１つずつに接続されていて前記中間周波数信号を受取るようにしてあり、且つ、それら複数の位相メーターの各々に、前記周波数信号生成器の位相周波数検出器（１５１）に供給されている基準クロック信号が接続されていることを特徴とする請求項８又は９記載のマスタークロック生成装置。
【請求項１１】
前記位相メーター（１７０：１７１、１７２、１７３、１７４）は、所定の時間間隔でサンプリングした複数の測定値を後刻読出せるように格納するものであることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項記載のマスタークロック生成装置。
【請求項１２】
前記位相メーター（１７０：１７１、１７２、１７３、１７４）は、周波数信号不連続点検出器を備えていることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項記載のマスタークロック生成装置。
【請求項１３】
前記マスタークロック生成装置の出力信号であるところの前記基準周波数出力信号の周波数は１０．２３ＭＨｚであることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項記載のマスタークロック生成装置。
【請求項１４】
主電源バスから、また特に、宇宙航行機に装備された供給電圧が５０Ｖとなるように電圧制御された主電源バスなどから、電力の供給を受けるようにしてあることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか１項記載のマスタークロック生成装置。
【請求項１５】
前記スイッチングマトリクス、前記周波数シンセサイザ、及び前記位相メーターは、データインターフェースを介してコマンドを受取ることにより監督を受けるようにしてあることを特徴とする請求項１乃至１４の何れか１項記載のマスタークロック生成装置。
【請求項１６】
請求項１乃至１５の何れか１項記載のマスタークロック生成装置を２個備えることによりシステムを冗長システムとしたことを特徴とするマスタークロック生成システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星ナビゲーションシステムのためのマスタークロック生成装置並びにマスタークロック生成システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
クロック監視制御装置（ＣＭＣＵ：Clock Monitor and Control Unit）と呼ばれているマスタークロック生成装置は、衛星ナビゲーションシステムに用いられる高性能のクロック生成装置であり、１０．２３ＭＨｚのマスタークロックを生成するための装置である。マスタークロックは原子時計信号に基づいて生成され、マスタークロック生成装置の４個の信号入力部には、原子時計信号から成る１０ＭＨｚの参照周波数信号が供給される。２個の周波数シンセサイザを備えており、それら周波数シンセサイザが各々独立して、４つの参照周波数信号のうちから１つずつの参照周波数信号を選択できるようにしてある。それら２個の周波数シンセサイザの出力信号のうちの一方の出力信号が、ペイロードのためのマスタークロックとして選択され、このマスタークロックとして選択された信号が、マスタークロック生成装置の４個の信号出力部から送出される。他方の周波数シンセサイザの出力信号は、マスタークロックに異常が生じたときに代替として用いられる予備クロックとして取り扱われ、この予備クロックを送出する周波数シンセサイザは、ホットリダンダントな（即ち、いつでも代替できるように常時活動状態とされている予備の）周波数シンセサイザである。更に、位相メーターが、マスタークロックとして選択されている周波数シンセサイザの出力信号の位相と、ホットリダンダントな周波数シンセサイザの出力信号の位相とをモニタして、それら位相の比較を行っている。
【０００３】
このように、クロック監視制御装置は、衛星ナビゲーションシステムのペイロードのための装置であり、周波数標準器である原子時計から供給される複数の信号を入力信号としており、それら入力信号に基づいて、衛星のマスタータイミング基準信号（ＭＴＲ）を生成するものである。かかるマスタークロック生成装置の公知例の機能的概念図を図１に示した。図示したマスタークロック生成装置（ＣＭＣＵ）１００は、原子時計から供給される４つの参照周波数信号に基づいて、基準周波数信号を生成して出力するものであり、出力する基準周波数信号は、衛星内で使用される１０．２３ＭＨｚのマスタータイミング基準信号（ＭＴＲ）である。上記４つの参照周波数信号は、夫々、４個の周波数信号入力部１０２、１０４、１０６、１０８に供給されている。それら４個の周波数信号入力部１０２、１０４、１０６、１０８は、夫々、４×２スイッチングマトリクス１３０の４個のマトリクス入力部１３１、１３２、１３３、１３４に接続されている。スイッチングマトリクス１３０は、常用クロック（主クロック）と予備クロック（副クロック）とを選択して第１マトリクス出力部１３５と第２マトリクス出力部１３６とから夫々送出している。スイッチングマトリクス１３０は、コントローラ１８０を介して受取るテレコマンドによって制御されている。第１マトリクス出力部１３５から送出される常用クロックは、第１周波数シンセサイザ１４０に供給されており、第２マトリクス出力部１３６から送出される予備クロックは、第２周波数シンセサイザ１４５に供給されている。それら周波数シンセサイザ１４０、１４５は、２種類の原子時計から供給される原子時計信号の周波数変換を行えるように構成されており、それら２種類の原子時計とは、受動型水素メーザ原子時計（ＰＨＭ）と、ルビジウム原子時計（ＲＡＦＳ）との２種類である。また、それら周波数シンセサイザ１４０、１４５の夫々のシンセサイザ出力部１４２、１４７は、位相メーター１７０に接続されると共にスイッチ回路１７５に接続されている。位相メーター１７０は、それら周波数シンセサイザ１４０、１４５の出力信号どうしの間の位相差をモニタして測定しており、更に、その測定値を格納して後刻読出せるようにしている。また、それら周波数シンセサイザ１４０、１４５の出力信号のうちの一方が、スイッチ回路１７５によって選択されて、４個の周波数信号出力部２０２、２０４、２０６、２０８からペイロードへ向けて送出され、こうして送出される信号が、上で述べた１０．２３ＭＨｚの基準周波数信号である。
【０００４】
マスタークロック生成システム１は、以上に説明したマスタークロック生成装置１００を２個備えたものであり、それらは互いに全く同一の配設形態で配設されている。それら２個のうちの一方は常用のマスタークロック生成装置（図示したマスタークロック生成システムの左側の部分である符号Ｎを付した方の装置）であり、他方は予備のマスタークロック生成装置（図１において右側の符号Ｒを付した方の装置）である。それら２個の装置は互いに同一構成であり、このマスタークロック生成システム１は、コールドリダンダントなシステム（即ち、普段は予備の装置を休止させておき、常用の装置が異常を生じたならば予備の装置を活動状態にするシステム）とされている。また、それら２個のマスタークロック生成装置は互いに同一構成であるため、図１では、常用のマスタークロック生成装置ＣＭＣＵ−Ｎの構成要素にだけ参照符号を付してある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１に示したマスタークロック生成装置は、簡明な構造のスイッチングマトリクスを用いて構成した装置であり、ガリレオ衛星システムに現在使用されているものである。しかしながら、以上に説明したマスタークロック生成装置には１つの大きな短所があり、それは、入力信号として２種類の原子時計から得られる互いに周波数の異なる参照周波数信号を使用しており、周波数信号の位相の比較を後段で行うために、２個の周波数シンセサイザ１４０、１４５を必要としていることである。
【０００６】
従って本発明の目的は、低廉な製作コスト及び部品コストで製造することのできる衛星ナビゲーションシステムのためのマスタークロック生成装置を提供することにある。また更に、マスタータイミング基準信号をより高精度で生成することのできるマスタークロック生成装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、請求項１に記載の衛星ナビゲーションシステムのためのマスタークロック生成装置によって達成され、また、請求項１６に記載のマスタークロック生成システムによって達成される。従属請求項は、本発明の好適な実施の形態を記載したものである。
【０００８】
本発明の第１の局面によれば、衛星ナビゲーションシステムのためのマスタークロック生成装置が提供される。このマスタークロック生成装置は、クロック監視制御装置（ＣＭＣＵ）と呼ばれている装置である。このマスタークロック生成装置は、複数の周波数信号入力部を備えており、それら周波数信号入力部の各々に、原子時計信号から成る第１参照周波数信号と、原子時計信号から成る第２参照周波数信号との、いずれか一方が供給されるようにしてある。また、複数の周波数コンバータを備えており、それら周波数コンバータの各々は、前記複数の周波数信号入力部の夫々１つずつに接続されたコンバータ入力部を有すると共に、コンバータ出力部を有しており、それら周波数コンバータの各々に、１つまたは複数の周波数シンセサイザから、オフセット周波数信号が供給されるようにしてあり、該オフセット周波数信号の周波数は、それら周波数コンバータの夫々に対応した周波数信号入力部に供給されている前記第１参照周波数信号及び前記第２参照周波数信号の周波数に応じて選定されており、それによって、前記コンバータ出力部の夫々に互いに同一周波数の中間周波数信号が出力されるようにしてある。また、スイッチングマトリクスを備えており、該スイッチングマトリクスは、前記コンバータ出力部の各々に接続されていて、前記中間周波数信号のうちの１つを主クロックとして選択して第１マトリクス出力部から送出すると共に、前記中間周波数信号のうちの別の１つを副クロックとして選択して第２マトリクス出力部から送出するようにしてある。また、周波数信号生成器を備えており、該周波数信号生成器は、前記第１マトリクス出力部に接続された周波数信号生成器入力部を有しており、該周波数信号生成器は、マスタークロック生成装置の複数の周波数信号出力部に接続されており、該周波数信号生成器は、前記主クロックから該マスタークロック生成装置の出力信号であるところの基準周波数信号を生成してそれを前記複数の周波数信号出力部へ送出するようにしてある。また、位相メーターを備えており、該位相メーターは、前記第１マトリクス出力部に接続された第１メーター入力部と、前記第２マトリクス出力部に接続された第２メーター入力部とを有し、前記主クロックと前記副クロックとの間の位相差を測定することによって異常挙動を検出するものである。
【０００９】
本発明の別の局面によれば、マスタークロック生成システムが提供される。このマスタークロック生成システムは、本発明に係るマスタークロック生成装置を２個備えることにより冗長システムとしたものである。
【００１０】
本発明に係るマスタークロック生成装置によれば、入力信号であるところの複数の原子時計信号を確実に互いから高度に分離することができる。更に、互いに動作周波数が異なる複数種類の原子時計が発生する原子時計信号を、任意に組合せて入力信号とすることができる。このマスタークロック生成装置によれば、出力信号の切替えをハードウェアのスイッチ回路で行う必要がないため、他のペイロードに悪影響を及ぼすおそれのある位相ジャンプを発生させることがない。更に、位相メーターの分解能が向上するため、その測定値の精度が向上することも利点の１つである。また、基準周波数信号の急激な周波数変動を検出することも可能である。
【００１１】
好適な実施の形態によれば、前記マスタークロック生成装置は、合計４個の周波数信号入力部を備えており、それらのうちの２個には原子時計信号から成る前記第１参照周波数信号が供給され、他の２個には原子時計信号から成る前記第２参照周波数信号が供給されるようにしてある。前記第１参照周波数信号は受動型水素メーザ原子時計（ＰＨＭ）から送出される１０．００２８ＭＨｚの信号である。前記第２参照周波数信号はルビジウム原子時計（ＲＡＦＳ）から送出される１０．００ＭＨｚの信号である。原子時計から送出される合計４つの入力信号は、ダウンコンバージョンによって中間周波数信号に変換された後に、更なる処理が施される。ＰＨＭとＲＡＦＳとでは互いに信号周波数が異なることに対処するために、ＰＨＭから供給される２つの入力信号に対応した２個の周波数コンバータを駆動するための周波数シンセサイザと、ＲＡＦＳから供給される２つの入力信号に対応した２個の周波数コンバータとを駆動するための周波数シンセサイザとは、別々の周波数シンセサイザとすることが好ましい。それら周波数シンセサイザとしては、ダイレクトデジタル周波数シンセサイザ（ＤＤＳ）と呼ばれているものが用いられる。そして、ＰＨＭからの信号に対応した２個の周波数コンバータと、ＲＡＦＳからの信号に対応した２個の周波数コンバータとで、それらに供給するオフセット周波数を異ならせることにより、ＰＨＭからの原子時計信号とＲＡＦＳからの原子時計信号とを、互いに同一周波数の中間周波数信号に変換できるようにしており、その変換の後に、それら中間周波数信号に更なる処理を施すようにしている。
【００１２】
好適な実施の形態によれば、前記複数の周波数コンバータの各々は、前記第１参照周波数信号ないし前記第２参照周波数信号を基準周波数信号と混合して、それら参照周波数信号を夫々第１前段中間周波数信号ないし第２前段中間周波数信号に変換する第１コンバージョン段と、それら第１前段中間周波数信号及び第２前段中間周波数信号にチューニングを施して、それら前段中間周波数信号を互いに同一周波数の前記中間周波数信号に変換して前記コンバータ出力部の夫々から送出する第２コンバージョン段とを備えている。前記基準周波数信号は、該マスタークロック生成装置の前記周波数信号生成器の発振器から送出される該マスタークロック生成装置の出力信号であるところの基準周波数信号とすることが好ましい。
【００１３】
更なる好適な実施の形態によれば、前記スイッチングマトリクスにおいては、該スイッチングマトリクスに供給されている複数の前記中間周波数信号のうちの１つを主クロックとして選択することができ、別の１つを副クロックとして選択することができる。即ち、前記中間周波数信号の周波数領域において、前記スイッチングマトリクスにより、複数のクロック信号のうちの１つを主クロックとして選択することができ、この主クロックに基づいてマスタークロック生成装置の出力信号が生成される。一方、副クロックは、ホットリダンダントな予備クロックとして維持されるものであり、副クロックとして選択された信号は、前記スイッチングマトリクスから前記位相メーターへ供給され、そこで主クロックとして選択された信号と比較される。
【００１４】
更なる実施の形態によれば、前記周波数信号生成器は、前記主クロックと前記第２参照周波数信号を分周して得られた信号とを比較する位相周波数検出器を備えている。更に、前記周波数信号生成器により生成された誤差信号を用いて前記基準周波数信号の周波数を制御するようにしてある。
【００１５】
更なる実施の形態によれば、前記位相メーターは、複数の位相メーターから成り、それら複数の位相メーターの各々は、前記複数のコンバータ出力部の夫々１つずつに接続されていて前記中間周波数信号（即ち、前記参照周波数信号をダウンコンバージョンによって周波数変換した信号）を受取るようにしてあり、且つ、それら複数の位相メーターの各々に、前記周波数信号生成器の前記位相周波数検出器に供給されている基準クロック信号が接続されている。
【００１６】
更なる実施の形態によれば、前記位相メーターは、所定の時間間隔でサンプリングした複数の測定値を後刻読出せるように格納するものである。前記位相メーターは、該位相メーターに入力している２つの信号の間の位相差をプログラマブルな（即ち、設定可能な）時間間隔で反復して測定する。こうしてサンプリングした測定値をマスタークロック生成装置の内部に１０００個まで格納しておき、データ処理システムがそれら測定値を後刻読出せるようにしておくことが好ましい。２つのクロックのうちの一方が異常挙動を生じた場合にその異常挙動を速やかに検出できるようにするために、前記位相メーターは更に、周波数信号不連続点検出器を備えたものとすることが好ましい。
【００１７】
前記マスタークロック生成装置の出力信号であるところの前記基準周波数信号の周波数は１０．２３ＭＨｚである。
【００１８】
本発明に係るマスタークロック生成装置は、主電源バスから、また特に、宇宙航行機に装備された供給電圧が５０Ｖとなるように電圧制御された主電源バスから、電力の供給を受けることができる。更に、前記スイッチングマトリクス、前記周波数シンセサイザ、及び前記位相メーターは、データインターフェースを介してコマンドを受取ることにより監督を受けるようにするとよく、そのデータインターフェースは例えば標準シリアルインターフェースなどとすることができる。前記マスタークロック生成装置は更に、オンオフ状態、モニタしている電圧及び電流の測定値、それにサーミスタによる非接触温度測定の測定値を、間欠的にテレメトリ手段を介して電送することにより報知するものとするとよい。
【００１９】
以下に添付図面を参照しつつ本発明について更に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】互いに同一構成の２個のマスタークロック生成装置を備えることで冗長システムとした公知のマスタークロック生成システムのブロック図である。
【図２】互いに同一構成の２個のマスタークロック生成装置を備えることで冗長システムとした本発明に係るマスタークロック生成システムのブロック図である。
【図３】本発明に係るマスタークロック生成装置の更に詳細なブロック図である。
【図４】本発明に係る強化型マスタークロック生成装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図２に示したのは、本発明に係るマスタークロック生成システムのブロック図である。このマスタークロック生成システム１は、ＣＭＣＵシステムと称すべきものであり、第１及び第２のマスタークロック生成装置１００（ＣＭＣＵ装置）を備えている。それら第１及び第２のマスタークロック生成装置１００は、互いに同一構成とされている。図２で見て左側のマスタークロック生成装置１００は、いわゆる常用のマスタークロック生成装置（ＣＭＣＵ−Ｎ）であり、図２で見て右側の第２のマスタークロック生成装置は、予備のマスタークロック生成装置（ＣＭＣＵ−Ｒ）である。
【００２２】
本発明に係るマスタークロック生成装置１００は合計４個の周波数信号入力部１０２、１０４、１０６、１０８を備えている。それら４個の周波数信号入力部１０２、１０４、１０６、１０８のうちの２個には、受動型水素メーザ原子時計（ＰＨＭ）から送出される原子時計信号から成る１０．００２８ＭＨｚの第１参照周波数信号が供給される。他の２個の周波数信号入力部には、ルビジウム原子時計（ＲＡＦＳ）から送出される原子時計信号から成る１０．００ＭＨｚの第２参照周波数信号が供給される。
【００２３】
４個の周波数信号入力部へ夫々に供給された２つの第１参照周波数信号と２つの第２参照周波数信号とは、その各々が個別のダウンコンバージョン段へ供給されるようにしてある。そのため、周波数信号入力部１０２、１０４、１０６、１０８の個数と同数の周波数コンバータ１１０、１１５、１２０、１２５が備えられている。それら周波数コンバータ１１０、１１５、１２０、１２５の各々は、対応する夫々の周波数信号入力部１０２、１０４、１０６、１０８に接続されたコンバータ入力部１１１、１１６、１２１、１２６を有している。それら周波数コンバータ１１０、１１５、１２０、１２５には、その各々に周波数信号生成器１５０から第１オフセット周波数信号が供給されるようにしてあり、また、周波数シンセサイザ１４０または周波数シンセサイザ１４５のいずれか一方から第２オフセット周波数信号が供給されるようにしてある。ある周波数コンバータに供給される第２オフセット周波数信号が、周波数シンセサイザ１４０と１４５とのどちらが送出する第２オフセット周波数信号であるかは、当該周波数コンバータに対応した周波数信号入力部に第１参照周波数信号と第２参照周波数信号とのいずれが供給されているかによって決められており、即ち、それら周波数コンバータのコンバータ出力部１１２、１１７、１２２、１２７から送出される中間周波数信号が、互いに同一周波数の信号となるように決められている。これについては後に更に詳細に説明するが、２個の周波数シンセサイザ１４０、１４５には、それらのシンセサイザ入力部１４１、１４６に、４個の周波数信号入力部１０２、１０４、１０６、１０８に供給されている参照周波数信号のうちから選択された、１０．００ＭＨｚの参照周波数信号が供給されている。第１参照周波数信号及び第２参照周波数信号は、先ず、それらに第１オフセット周波数信号が混合されることによってダウンコンバージョンが施され、続いて、そのダウンコンバージョンが施された第１参照周波数信号及び第２参照周波数信号に、周波数シンセサイザ１４０、１４５で生成されてシンセサイザ出力部１４２、１４７から送出されているオフセット周波数信号が混合されることで更なるダウンコンバージョンが施され、それによって、周波数コンバータ出力部１１２、１１７、１２２、１２７の各々から、互いに同一周波数の中間周波数信号が送出されるようにしてある。
【００２４】
周波数コンバータ出力部１１２、１１７、１２２、１２７は、その各々が、４×２スイッチングマトリクス１３０の４個のマトリクス入力部１３１、１３２、１３３、１３４の１つずつに接続されている。この４×２スイッチングマトリクス１３０において、４個のマトリクス入力部に供給されている４つの中間周波数信号のうちの１つが主クロック（常用クロック）として選択され、第１マトリクス出力部１３６から送出される。また、それら中間周波数信号のうちの別の１つが副クロック（予備クロック）として選択され、第２マトリクス出力部１３５から送出される。第１マトリクス出力部１３６は、位相メーター１７０と周波数信号生成器１５０との両方に接続されている。
【００２５】
第２マトリクス出力部１３５は、位相メーター１７０だけに接続されている。位相メーター１７０は、主クロックと副クロックとの間の位相差をモニタして測定しており、その測定結果を後刻読出せるようにメモリに格納している。より具体的には、例えば、位相メーター１７０は、主クロックと副クロックとの間の位相差を、プログラマブルな（即ち、設定可能な）時間間隔で反復して測定するものである。こうしてサンプリングした測定値をマスタークロック生成装置１００の内部に１０００個まで格納することができ、データ処理システムがそれら測定値を後刻読出すことができる。また、位相メーター１７０が、主クロックと副クロックとのいずれか一方が異常挙動を生じたときにその異常挙動を速やかに検出するための周波数信号不連続点検出器を備えている構成とすることができる。
【００２６】
周波数信号生成器１５０は、マスタークロック生成装置１００の複数の周波数信号出力部２０２、２０４、２０６、２０８に接続されている。この実施の形態では、マスタークロック生成装置１００は４個の周波数信号出力部を備えている。周波数信号生成器１５０は、主クロックから、マスタークロック生成装置の出力信号であるところの１０．２３ＭＨｚの基準周波数信号を生成し、そして生成したその基準周波数信号を、周波数信号出力部２０２、２０４、２０６、２０８へ送出する。
【００２７】
冒頭でも述べたように、マスタークロック生成システム１は、互いに同一構成の２個のマスタークロック生成装置１００を備えることによりシステムを冗長システムとしたものであり、その冗長システムは、コールドリダンダントな冗長システムである。マスタークロック生成システム１は、宇宙航行機の主電源バスから電力の供給を受けるようにしてあり、また、オンオフ状態、モニタしている電圧及び電流の測定値、それにサーミスタによる非接触温度測定の測定値を、間欠的にテレメトリ手段を介して電送することにより報知するようにしてある。スイッチングマトリクス１３０、周波数シンセサイザ１４０、１４５、それに位相メーター１７０は、制御ロジック１８０に接続された標準シリアルインターフェース１９２を介してコマンドを受取ることにより監督を受けるようにしてある。
【００２８】
以下に図３及び図４を参照してこのマスタークロック生成装置１００について更に詳細に説明して行く。このマスタークロック生成装置１００のアーキテクチャの重要な構成上の特徴は、このマスタークロック生成装置の入力信号であるところの複数の原子時計信号（それら原子時計信号には、１０．００ＭＨｚの第１参照周波数信号と、１０．００２８ＭＨｚの第２参照周波数信号とが混在している）の各々に対応して、信号入力部及びダウンコンバージョン段が個別に設けられていることにある。その結果、複数の原子時計信号が互いから高度に分離されており、それによって、原子時計のパフォーマンスが良好に維持され、また、インジェクションロック作用が発生しないようになっている。これに加えて、主クロックと副クロック（予備クロック）とを、任意の組合せで選択することも可能となっている。そのため例えば、ＲＡＦＳから送出された参照周波数信号を用いて生成された２つの信号を主クロックと副クロックとして選択することも可能であり、また、ＰＨＭから送出された参照周波数信号から生成された２つの信号を主クロックと副クロックとして選択することも可能となっている。また、このマスタークロック生成装置の出力信号であるところの１０．２３ＭＨｚの基準周波数信号を、ただ１つだけの周波数シンセサイザ構造により発生させているため、２つの周波数シンセサイザの出力信号のうちから１つを選択することが不要となっている。そのため、相互結合やリレーの接点のバウンシングが発生するおそれがない。また、位相メーターの内部に、周波数信号不連続点を検出するための内部検出器が備えられていて、周波数ジャンプや急激な周波数ドリフトが発生した場合には、それらが位相メーター自体によって検出されるようにしてあるため、それによってマスタークロック生成装置ないしマスタークロック生成システムの動作確実性が向上している。
【００２９】
図３について説明すると、合計４つの入力信号（それら入力信号のうちの２つはＲＡＦＳからの第２参照周波数信号であり他の２つはＰＨＭからの第１参照周波数信号である）の各々が、夫々に個別のダウンコンバージョン段に供給されており、それらダウンコンバージョン段は、図中には、周波数コンバータ１１０、１１５、１２０、１２５として示されている。内部発振器１５３は、１０．２３ＭＨｚの周波数信号を生成しており、この内部発振器１５３は、オーブンコントロール水晶発振器（ＯＣＸＯ：定温制御が施された水晶発振器）とすることが好ましい。周波数コンバータ１１０、１１５、１２０、１２５の第１ダウンコンバージョン段では、周波数信号入力部１０２、１０４、１０６、１０８に供給されている夫々の入力信号に、内部発振器１５３の１０．２３ＭＨｚの周波数信号を混合することによって、それら入力信号に、それらの間の位相関係を保ったまま、ダウンコンバージョンを施して第１中間周波数信号（前段中間周波数信号）に変換している。この第１中間周波数信号の周波数は、ＲＡＦＳに由来する信号に関しては２３０ｋＨｚであり、ＰＨＭに由来する信号に関しては２３２．８ｋＨｚである。更に、周波数コンバータ１１０、１１５、１２０、１２５は、それらの第２ダウンコンバージョン段において、先に言及した周波数シンセサイザ１４０、１４５を局部発振器として使用することで、夫々の第１中間周波数信号にチューニングを施して第２中間周波数信号に変換している。これによって、それら第２中間周波数信号の周波数は、参照周波数信号である原子時計信号の周波数の２Ｎ分の１とされており、ここでＮの値としては、Ｎ＝１５とすることが好ましく、それによって、第２中間周波数信号の周波数は、原子時計信号から成る参照周波数信号の周波数の２１５分の１である３０５Ｈｚになる。この３０５Ｈｚの第２中間周波数信号が、上で言及したところの周波数コンバータ１１０、１１５、１２０、１２５の出力部から送出される中間周波数信号である。周波数信号入力部１０６、１０８に供給されているＲＡＦＳからの入力信号にダウンコンバージョンを施す周波数コンバータ１２０、１２５に関しては、それらに対応した周波数シンセサイザ１４５が生成する周波数信号の周波数を２３０ｋＨｚにチューニングする必要があり、それによってそれら入力信号を３０５Ｈｚの周波数信号に変換することができる。また、周波数信号入力部１０２、１０４に供給されているＰＨＭからの入力信号に関しては、それらに対応した周波数シンセサイザ１４０が生成する周波数信号の周波数を２３２．８６ｋＨｚに設定することで、それら入力信号を３０５Ｈｚの周波数信号に変換することができる。更に、それら第２中間周波数信号は、夫々の周波数コンバータの内部でアナログ信号からデジタル信号へと変換され、その変換されたデジタル信号が、デジタル４×２スイッチングマトリクス１３０に供給される。
【００３０】
スイッチングマトリクス１３０は、受取ったコマンドに従って、供給されている４つの中間周波数信号のうちの２つの中間周波数信号を、２つのクロック（即ち、主クロックと副クロック）として選択し、そしてそれらクロックを、更なる処理を施すために位相メーター１７０へ送出する。主クロックは、マスタータイミング基準信号ＭＴＲを生成するためのクロックとして選択されるものであり、図２に示した周波数信号生成器１５０の構成要素であるデジタル位相周波数検出器１５１に供給される。位相周波数検出器１５１は、その主クロックの周波数信号と、原子時計信号から成る１０ＭＨｚの入力信号を２１５分の１に分周して得られた３０５Ｈｚの周波数信号とを比較する。位相周波数検出器１５１においてその比較により生成された誤差信号が、ＰＬＬのループフィルタの内部で積分され、それによって、発振周波数が１０．２３ＭＨｚとなるように内部発振器１５３が制御される。この内部発振器１５３はＯＣＸＯであり、そして、この内部発振器１５３によって生成される信号が、取りも直さずこのマスタークロック生成装置の出力信号であり、この信号が、４個の周波数信号出力部２０２、２０４、２０６、２０８から送出される。
【００３１】
位相メーター１７０は、スイッチングマトリクス１３０において主クロックとして選択された３０５Ｈｚの信号と、副クロックとして選択された３０５Ｈｚの信号とを比較しており、主クロックは、マスタータイミング基準信号ＭＴＲ（これはマスタークロック生成装置の出力信号であるところの基準周波数信号である）を制御するための信号として選択されたものである。位相メーター１７０は、参照周波数信号（原子時計信号）を分周している分周器のビット幅（好ましくは１５ビット）と等しいかまたはそれ以上のビット幅を有するスタート／ストップカウンタで構成されている。このスタート／ストップカウンタは、主クロックがそこから生成されたところの１０ＭＨｚの入力信号（原子時計信号）によってクロックされている。その入力信号（原子時計信号）が２１５分の１に分周されて３０５Ｈｚの主クロックが生成されているため、スタート／ストップカウンタは、３０５Ｈｚの主クロックの位相が３６０°変化するのに要する時間をみずからが取り得る値域へ写像することになる。そして、このスタート／ストップカウンタの測定値（カウント値）を、プログラマブルな（即ち、設定可能な）時間間隔で格納するようにしている。位相メーター１７０は、以上に加えて更に２個のカウンタを備えており、１つの測定値を得てから次の測定値を得るまでに３０５Ｈｚのクロック信号の何周期分の時間が経過したかをカウントすることによって、それら２つの測定値の間で、位相が３６０°変化するのに要する時間にどれほどの差があるかを検出している。これを行うことによって、その時間の長さを単純にカウントするカウンタを使用している場合に生じがちな、測定値の曖昧性の問題が払拭される。また、周波数信号不連続点検出器は、連続する２つの位相測定値の差分の移動平均値に基づいて検出を行うものとすることが好ましく、そうすれば、このマスタークロック生成装置に入力している複数の参照周波数信号のうちのいずれかの急激な周波数変動を、衛星のタイミングシステムのインテグリティを検証する上での有力な手だてとすることができる。
【００３２】
図３に、矩形で囲って示したように、周波数シンセサイザ１４０、１４５、スイッチングマトリクス１３０、位相メーター１７０、位相周波数検出器１５１、分周器１５２、ＲＡＭコントローラ２７０、周波数ジャンプ検出器２７１、シリアルインターフェース２７２、及び制御ロジック１８０は、１個のチップ上に集積回路として形成されており、この集積回路は例えばＦＰＧＡやＡＳＩＣなどである。この集積回路のチップ２５０は、コマンド及び制御のインタープリタとして機能する制御ロジック１８０と、シリアルインターフェース２７２とを備えており、それらによってシリアル方式のテレコマンド／テレメトリを取り扱えるものとなっている。マスタークロック生成装置１００を動作させるための集積回路を、強靱性に優れた宇宙航行品質のものとするためには、内部メモリを備えていない集積回路とするのがよく、ただしその場合には、測定値を格納するため及び幾つかのレジスタ値を保持するための、外部メモリ２６０が必要になる。外部メモリ２６０は、耐放射線特性に優れた構成とすることができるが、ただし耐放射線特性に優れたものであっても、２ビットの誤り検出と１ビットの誤り訂正とが可能なＥＤＡＣ機能（誤り検出訂正機能）による防護が施されたものとすることが好ましい。更に、メモリスクラブを連続的に実行するようにしておくことが好ましい。集積回路チップ２５０は、ただ１種類だけのクロック信号によって駆動される構成としてある。この構成とすることで、集積回路チップ２５０の内部に同時に複数種類のクロック信号が存在するという事態を回避しており、それによって、異なるクロックグリッドどうしの間のジッタが発生せず、ひいては、周波数シンセサイザ１４０、１４５や位相メーター１７０がそのようなジッタによって悪影響を被ることがなくなっている。
【００３３】
マスタークロック生成装置１００の内部電源装置の電圧は、絶縁型電力コンバータ（ＤＣＭ）２８０によって発生させている。この電力コンバータ２８０は主電源バス２９０に接続される。この電力コンバータ２８０はハイレベルのテレコマンドによって、そのオンオフの切替がなされ、また、そのオンオフ状態を、状態テレメトリによって通報するようにしてある。更に、消費電流及び二次側電圧についての情報をアナログテレメトリによって通報するようにしてあり、また、内部温度についてのデータをテレメトリによって通報するために、冗長システムとした２個のサーミスタを備えている。
【００３４】
以上のように改良したアーキテクチャの主要な利点としては以下のものがある。
【００３５】
−オーブンコントロール水晶発振器（ＯＣＸＯ）により構成される周波数シンセサイザ構造は、ただ１つしか必要とされないこと。これによって、設計確実性が向上しており、なぜならば、２個のＯＣＸＯの間で相互結合が発生するということがないからである。また、出力信号を選択するスイッチ回路が排除されたために、動作が簡明化されている。また、動作確実性が向上しており、これは、一方のクロックから他方のクロックへ切替える際の位相ジャンプがＰＬＬのループ時定数によって平滑化されるために、急激な位相ジャンプが発生しないようになっているからである。それによって、この種の連続的なペイロード構成要素のデジタルロジックによって要求されるような、タイミング上の制約条件に逸脱することがなくなっている。更に、このアーキテクチャによれば、省電力及び軽量化という利点も得られる。
【００３６】
−３０５Ｈｚの中間周波数信号をそのまま転用して、主クロック及び副クロックを様々な出力周波数信号と比較することができる。入力信号を受入れる部分の回路は、同一構成要素を複数備えたものとなるが、ただしそれによる構成要素の増加分は、周波数シンセサイザ構造並びに位相メータにおける構成要素が減少することによって略々相殺される。
【００３７】
−位相周波数検出器において比較する信号の周波数が、従来は２３０ｋＨｚであったのに対して、このアーキテクチャでは３０５Ｈｚというより低い周波数となっているため、位相周波数検出器のノイズフロアが改善されている。
【００３８】
−スイッチングマトリクスにおいてスイッチングする信号の周波数が３０５Ｈｚとなっているため、そのスイッチングをデジタル領域で行うことができる。これによって、従来必要とされていたカスケード結合のリレースイッチが不要となっている。
【００３９】
−入力信号どうしが確実に高い信頼性をもって分離されている。
【００４０】
−位相メーターの分解能が向上しているため、急激な周波数変動の検出確率が増大している。また、この改良のために付加する回路は小規模なものであるため、衛星のインテグリティの検証が容易である。
【００４１】
ここに提案したマスタークロック生成装置の概念により得られる大きな利点として、このマスタークロック生成装置が非常にフレキシビリティに富むものであるということがある。例えば、考えられる１つの変更構成として、以上に説明した位相メーターを１個だけ備えた構成に替えて、４個の位相メーターを備えた構成とし、それら位相メーターによって、４つのクロックの全てについて、クロック相互間のドリフトを測定するようにすることもできる。そのような変更構成とした部分を、図４に矩形で囲って示した。そこに示したように、４個の位相メーター１７１、１７２、１７３、１７４は、夫々、４個の周波数コンバータ１１０、１１５、１２０、１２５の出力部に接続されており、また更に、分周器１５２に接続されていて、マスタークロック生成装置への入力信号である１０ＭＨｚの原子時計信号に２１５分の１の分周を施して生成された３０５Ｈｚの周波数信号を、この分周器１５２から受取っている。
【００４２】
また更に、このマスタークロック生成装置１００は、利用可能な位相測定値の全てに基づいて「複合クロック信号」を生成するためのハードウェアのプラットフォームをも提供するものである。これを実現するには、タイミング信号を生成するために用いられている在来のアルゴリズムを利用すればよい。そして、分周器１５２において２１５分の１の分周を施すべく選択された参照周波数信号に対する複合クロック信号の偏位量に基づいて、ＤＤＳの出力部１４２、１４７から送出される周波数信号の周波数に訂正を加えることにより、周波数信号生成器の４個の出力部２０２、２０４、２０６、２０８から複合クロック信号を出力させることができる。
【００４３】
ここに提案したハードウェアの概念によれば、以上のような変更構成のいずれもが可能である。機能を強化するためのそれら変更構成においては、より大きな処理能力が要求され、例えば、集積回路チップ２５０にマイクロコントローラを組込むことや、複数の位相メーターを装備することが必要となるが、ただしそれら変更構成は、このハードウェアの概念の基本を変更するものではない。
【符号の説明】
【００４４】
１００  マスタークロック生成装置
１０２、１０４、１０６、１０８  周波数信号入力部
１１０、１１５、１２０、１２５  波数コンバータ
１１１、１１６、１２１、１２６  コンバータ入力部
１１２、１１７、１２２、１２７  コンバータ出力部
１３０  スイッチングマトリクス
１３６  第１マトリクス出力部
１３５  第２マトリクス出力部
１４０、１４５  周波数シンセサイザ
１５０  周波数信号生成器
１５１  位相周波数検出器
１５３  発振器
１７０、１７１、１７２、１７３、１７４  位相メーター
２０２、２０４、２０６、２０８  周波数信号出力部
【図１】
2010259072.tif 000003
【図２】
2010259072.tif 000004
【図３】
2010259072.tif 000005
【図４】
2010259072.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成22年8月26日(2010.8.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
第２マトリクス出力部１３５は、位相メーター１７０だけに接続されている。位相メーター１７０は、２個の周波数シンセサイザ１４０、１４５によってダウンコンバージョンを施された主クロックと副クロックとの間の位相差をモニタして測定しており、その測定結果を後刻読出せるようにメモリに格納している。より具体的には、例えば、位相メーター１７０は、主クロックと副クロックとの間の位相差を、プログラマブルな（即ち、設定可能な）時間間隔で反復して測定するものである。こうしてサンプリングした測定値をマスタークロック生成装置１００の内部に１０００個まで格納することができ、データ処理システムがそれら測定値を後刻読出すことができる。また、位相メーター１７０が、主クロックと副クロックとのいずれか一方が異常挙動を生じたときにその異常挙動を速やかに検出するための周波数信号不連続点検出器を備えている構成とすることができる。