(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロック同期フレームに時刻情報を格納すると共に、前記時刻情報の示す時刻と前記クロック同期フレームに格納される前記時刻情報の示す時刻との時間的ズレと、前記時刻情報を格納する前記クロック同期フレームと有線通信ケーブルを介して折り返されてきた前記クロック同期フレームとの時間的ズレとを、それぞれ遅延として検出して、前記クロック同期フレームを前記有線通信ケーブルから送出する上位局と、
前記有線通信ケーブルを介して前記クロック同期フレームを受信すると共に、送られてきた前記時刻情報と事象を観測して得たデータとを関連付けて前記上位局に前記有線通信ケーブルを介して前記クロック同期フレームを折り返す下位局と、
事象を観測して得たデータに関連付ける前記時刻情報を、前記それぞれ検出した遅延に基づき、前記クロック同期フレームに前記時刻情報を格納する際に生じる遅延と前記有線通信ケーブルを介してデータを折り返すことで生じている遅延とを補正する補正手段と
を有することを特徴とする時刻付与観測システム。
【請求項２】
クロック同期フレームを生成して送出するフレーム送出部と、
前記時刻情報を生成又は取得すると共に、前記時刻情報を前記クロック同期フレームに所定間隔で挿入する時刻情報挿入部と、
前記時刻情報の生成又は取得タイミングから前記クロック同期フレームに前記時刻情報を挿入するタイミングの遅延を検出して第１の遅延情報を生成して、前記クロック同期フレームに前記第１の遅延情報を挿入する第１の遅延情報挿入部と、
有線通信ケーブルを介して通信先から折り返し送信されてきた前記クロック同期フレームと送信する前記クロック同期フレームとを用いて、前記クロック同期フレーム間の遅延を検出して、前記クロック同期フレームに第２の遅延情報を挿入する第２の遅延情報挿入部と
を備える上位局と、
前記有線通信ケーブルを介して、前記時刻情報と第１の遅延情報と第２の遅延情報とを格納した前記クロック同期フレームを受信して、前記上位局に折り反し送出する折り反しフレーム送出部と、
受信した前記クロック同期フレームに格納されている前記時刻情報を、前記第１の遅延情報および前記第２の遅延情報に基づき、生成又は取得された正確な時刻に補正する時刻情報補正部と、
観測対象の事象を計測すると共に、前記補正した前記時刻情報を付与する観測部と
を備える下位局と
を有することを特徴とする時刻付与観測システム。
【請求項３】
前記下位局は、複数段の内部階層構造を有してなり、前記時刻情報補正部の補正結果の時刻を、転送するにあたり発生する遅延を検出する手段と、当該検出した遅延を補正する補正手段とを有する
ことを特徴とする請求項２記載の時刻付与観測システム。
【請求項４】
クロック同期フレームを生成して送出するフレーム送出部と、
時刻情報を生成又は取得すると共に、前記時刻情報を前記クロック同期フレームに所定間隔で挿入する時刻情報挿入部と、
前記時刻情報の生成又は取得タイミングから前記クロック同期フレームに前記時刻情報を挿入するタイミングの遅延を検出して第１の遅延情報を生成して、有線通信ケーブルを介して通信先から折り返し送信されてきた前記クロック同期フレームに前記第１の遅延情報を挿入する第１の遅延情報挿入部と、
前記有線通信ケーブルを介して通信先から折り返し送信されてきた前記クロック同期フレームと送信する前記クロック同期フレームとを用いて、前記クロック同期フレーム間の遅延を検出して、前記折り返し送信されてきた前記クロック同期フレームに第２の遅延情報を挿入する第２の遅延情報挿入部と、
前記折り返し送信されてきた前記クロック同期フレームに格納されている第１の遅延情報と第２の遅延情報に基づき、前記折り返し送信されてきた前記クロック同期フレームに格納されている前記時刻情報を、観測の正確な計測時刻の前記時刻情報に補正する時刻情報補正部と
を備える上位局と、
前記有線通信ケーブルを介して、前記クロック同期フレームを受信して、前記上位局に折り反し送出する折り反しフレーム送出部と、
観測対象の事象を計測すると共に、前記時刻情報を関連付け、計測して得たデータを前記クロック同期フレームに格納する観測部と
を備える下位局と
を有することを特徴とする時刻付与観測システム。
【請求項５】
前記下位局は、複数段の内部階層構造を有してなり、前記時刻情報の示す時刻を、転送するにあたり発生する遅延を検出する手段を有することを特徴とする請求項４記載の時刻付与観測システム。
【請求項６】
第１の遅延情報の生成に前記クロック同期フレームのサンプリングCLK周波数を用いることを特徴とする請求項２ないし５の何れか一記載の時刻付与観測システム。
【請求項７】
第１の遅延情報の生成に前記クロック同期フレームのサンプリングCLK周波数を逓倍又は分周して用いることを特徴とする請求項２ないし６の何れか一記載の時刻付与観測システム。
【請求項８】
前記下位局は、前記観測部を直列的、並列的又はその組み合わせて複数有することを特徴とする請求項１ないし７の何れか一記載の時刻付与観測システム。
【請求項９】
ＧＰＳ電波から前記時刻情報を取得し、
前記時刻情報の送信に光海底ケーブルを用い、前記下位局が海底に設けられ、地震及び／又は津波の海洋観測に用いられることを特徴とする請求項１ないし８の何れか一記載の時刻付与観測システム。
【請求項１０】
クロック同期フレームを生成して送出するフレーム送出部と、
時刻情報を生成又は取得すると共に、前記時刻情報を前記クロック同期フレームに所定間隔で挿入する時刻情報挿入部と、
前記時刻情報の生成又は取得タイミングから前記クロック同期フレームに前記時刻情報を挿入するタイミングの遅延を検出して第１の遅延情報を生成して、前記クロック同期フレームに前記第１の遅延情報を挿入する第１の遅延情報挿入部と、
前記有線通信ケーブルを介して通信先から折り返し送信されてきた前記クロック同期フレームと送信する前記クロック同期フレームとを用いて、前記クロック同期フレーム間の遅延を検出して、前記クロック同期フレームに第２の遅延情報を挿入する第２の遅延情報挿入部と
を備えることを特徴とする時刻情報送信局。
【請求項１１】
有線通信ケーブルを介して、上位局から時刻情報を格納した前記クロック同期フレームを受信して、上位局に折り反し送出する折り反しフレーム送出部と、
前記時刻情報の生成又は取得タイミングから前記クロック同期フレームに前記時刻情報を挿入するタイミングの遅延を示す情報である第１の遅延情報と、前記上位局で前記有線通信ケーブルを介して通信先から折り返し送信されてきた前記クロック同期フレームと送信する前記クロック同期フレームとの前記クロック同期フレーム間の遅延である第２の遅延情報とを格納した前記クロック同期フレームを受信すると共に、前記クロック同期フレームに格納されている前記時刻情報を前記第１の遅延情報および前記第２の遅延情報に基づき前記時刻情報が取得又は生成された時を表す前記時刻情報に補正する時刻情報補正部と、
観測対象の事象を計測すると共に、補正した前記時刻情報を付与する観測部と
を備えることを特徴とする時刻情報受信局。
【請求項１２】
前記下位局は、複数段の内部階層構造を有してなり、前記時刻情報補正部の補正結果の時刻を、第２の同期クロックに載せて転送するにあたり発生する遅延を第３の遅延情報として検出する遅延検出手段と、
前記遅延検出手段の検出した第３の遅延情報に基づき、前記時刻情報補正部によって補正した時刻を補正する補正手段と
を有することを特徴とする請求項１１記載の時刻情報受信局。
【請求項１３】
上位局で、クロック同期フレームに、時刻情報を格納する工程と、
前記上位局で、前記時刻情報の示す時刻と前記クロック同期フレームに格納される前記時刻情報の示す時刻との時間的ズレと、前記時刻情報を格納する前記クロック同期フレームと有線通信ケーブルを介して折り返されてきた前記クロック同期フレームとの時間的ズレとを、それぞれ遅延として検出する工程と、
前記上位局で、前記クロック同期フレームを前記有線通信ケーブルから下位局に送出する工程と、
前記下位局で、前記有線通信ケーブルを介して前記上位局から前記クロック同期フレームを受信する工程と、
前記下位局で、前記クロック同期フレームに格納されていた前記時刻情報と事象を観測して得たデータとを関連付ける工程と、
前記下位局で、前記上位局に前記有線通信ケーブルを介して前記クロック同期フレームを折り返す工程と、
事象を観測して得たデータに関連付ける前記時刻情報を、前記それぞれ検出した遅延に基づき、前記クロック同期フレームに前記時刻情報を格納する際に生じる遅延と前記有線通信ケーブルを介してデータを折り返すことで生じている遅延とを補正する工程と
を有し成ることを特徴とする時刻付与観測方法。
【請求項１４】
時刻情報を送信する上位局は、
前記時刻情報を生成又は取得すると共に、前記時刻情報を生成したクロック同期フレームに所定間隔で挿入し、
前記時刻情報の生成又は取得タイミングから前記クロック同期フレームに前記時刻情報を挿入するタイミングの遅延を検出して第１の遅延情報を生成すると共に、前記クロック同期フレームに前記第１の遅延情報を挿入し、
前記有線通信ケーブルを介して通信先から折り返し送信されてきた前記クロック同期フレームと送信する前記クロック同期フレームとの前記クロック同期フレーム間の遅延を検出すると共に、前記クロック同期フレームに第２の遅延情報を挿入し、
前記時刻情報を受信する下位局は、
前記有線通信ケーブルを介して、前記時刻情報と第１の遅延情報と第２の遅延情報とを格納した前記クロック同期フレームを受信すると共に、前記上位局に前記クロック同期フレームを折り反し送出し、
受信した前記クロック同期フレームに格納されている前記時刻情報を、前記第１の遅延情報および前記第２の遅延情報に基づき、生成又は取得された正確な時刻に補正し、
補正した前記時刻情報を観測対象の事象を計測して得たデータに付与する
ことを特徴とする時刻付与観測方法。
【請求項１５】
時刻情報を送信する上位局は、
前記時刻情報を生成又は取得すると共に、前記時刻情報を生成したクロック同期フレームに挿入し、
前記時刻情報の生成又は取得タイミングから前記クロック同期フレームに前記時刻情報を挿入するタイミングの遅延を検出して第１の遅延情報を生成し、
有線通信ケーブルを介して通信先から折り返し送信されてきた前記クロック同期フレームと送信する前記クロック同期フレームとの前記クロック同期フレーム間の遅延を検出し、
前記時刻情報を受信する下位局は、
前記有線通信ケーブルを介して、前記時刻情報を格納した前記クロック同期フレームを受信すると共に、観測対象の事象を計測して得たデータに前記時刻情報を関連付けたデータを含む前記クロック同期フレームを折り反し送出し、
前記上位局は、
受信した前記クロック同期フレームに格納されている前記時刻情報を、前記第１の遅延情報および第２の遅延情報に基づき、生成又は取得された正確な時刻に補正する
ことを特徴とする時刻付与観測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観測地点の事象を収集したデータに正確な時刻情報を付与する観測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、多くの場所で大規模且つ緻密に観測地点の事象を収集し、収集結果を瞬時又は事後的に解析使用することが行われている。このとき観測データとして求められることは、観測地点の事象を正確にデータ化すると共に、その事象が何時発生したのかを正確に識別できることである。
【０００３】
ところで、地上などであって人間が立ち入ることが容易な場所での観測では、事象の発生を観測することも、その観測したデータに時刻を示す情報（時刻情報）を付することも容易である。また、時刻を示す情報は、観測対象の事象に対する十分な分解能であり加えて精密であることが求められる。このような時刻を示す情報は、一般的にＧＰＳ（Global Positioning System）から受信して生成したり、高精度時計を用いて生成したりして取得される。
【０００４】
他方、人間が立ち入ることが容易でない場所での観測では、事象を観測する困難性もあるものの、観測データに正確な時刻情報を付与することも困難である。また、長時間にわたる観測でも同様である。尚、人間が立ち入ることが容易でない場所としては、水中や海底、深海、地底などが挙げられる。
【０００５】
このような時刻付与観測システムは、例えば特許文献１に記載されている。また、ＧＰＳ電波から正確な時刻情報を得る方法は、例えば特許文献２に記載されている。
【０００６】
特許文献１には、海底の事象を観測する観測システムであり、海底に設置する観測装置に複数のブイを設け、所定期間毎にブイを海面まで伸ばすと共に、ブイに設けられたＧＰＳ受信部によって観測装置の内部時計を校正する。このように、動作することによって、観測装置の内部時計をＧＰＳシステムに同期させて時刻情報の正確性を担保している。
【０００７】
また、別の時刻付与観測システムを図１０に示す。図１０に示される時刻付与観測システムは、陸上局装置（上位局）でＧＰＳ電波を受信し、時刻情報生成部で時刻情報を生成して、送信機端（陸上局装置端）から延々な海底ケーブルを介して、海底局装置に時刻情報を送信する。時刻付与観測システムを構成する海底局装置は、観測装置に時刻情報を入力し、海底の様々な事象を観測データとして記録すると共に時刻情報を付与する。観測データの解析時には、当該時刻付与観測システムが、陸上局装置と海底局装置間、海底局装置と記憶装置間の何れも片方向通信であるため、記憶装置を海底より引き上げ、陸上にて時刻情報が付与された観測データを解析する。
【０００８】
尚、大規模な海洋観測システムでは、深さ数ｋｍ、海底ケーブル延長を数百ｋｍに亘り張り巡らせて観測可能とすることを要求される。例えば、東海・東南海に施設する海洋観測システムでは、深さ２ｋｍ、海底ケーブル全長を約２２０ｋｍに亘って観測装置を海底に設置して形成している。また、地球深部探査船を利用して深層に観測装置を敷設する海洋観測システムも計画されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平６−１９４１９３号公報
【特許文献２】特開２０００−２９２５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１や例示した時刻付与観測システムでは、長時間にわたる事象に対する正確な時刻を供与できなかった。
【００１１】
具体的には、特許文献１に記載された水中観測システムは、ブイ数で内部時計を校正する回数が定まり、長時間に亘る観測に不向きである。また、校正から次回の校正までの間は、時計誤差が順次蓄積する。加えて、バッテリ電圧等による時計の速度変化にも対応できない。即ち、内部時計の校正直後から、既に観測データに付する時刻情報に狂いが生じており、正確且つ緻密な時刻情報を観測データに付することができない。また、特許文献１では、地上局との接続ケーブルを不要とできることをメリットとして記載しているが、深海では、水中観測システムと海面までの距離が長く、通信ケーブルを接続したブイを海面まで延長すること自体に、設備的負担が生じ、加えて、通信開始までに多大な時間を要する。
【００１２】
また、図１０に示した時刻付与観測システムでは、時刻情報生成部で生成された時刻情報が海底に設置される観測装置に到達するまでに遅延が生ずる。遅延は、主に時刻情報の生成後、陸上局装置から出力されるまでに発生する遅延、海底ケーブルによって発生する遅延、海底局内で発生する遅延に分けられる。また、片方向通信のため、解析時に記憶装置（海底局）を引き上げて観測データを収集する必要がある。
【００１３】
また、海底の事象の収集に、時刻情報を送出する海岸中継局と海底事象観測装置とを延々たる通信ケーブル（光海底ケーブルなど）を用いた場合、ケーブル長から遅延が生じ、計測した事象の時刻が不正確となる。これは、例えば地震観測の様に、複数個所の観測データの僅かな差を用いて、地殻の状態を識別する場合に、不鮮明さ又は大きな誤差を生ずる。
【００１４】
本発明の目的は、時刻情報を遠隔地である事象を観測する場所に送信すると共に、観測データに関連付ける時刻を正確な時刻に補正する時刻付与観測システムを提供することである。
【００１５】
本発明の別の目的は、システム全体を高精度な時刻同期状態に維持可能な観測システムを提供することにある。
【００１６】
本発明の更に別の目的は、観測地点の記憶装置を回収することなく観測データを取得できる観測システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の時刻付与観測システムは、クロック同期フレームに時刻情報を格納すると共に、前記時刻情報の示す時刻と前記クロック同期フレームに格納される前記時刻情報の示す時刻との時間的ズレと、前記時刻情報を格納する前記クロック同期フレームと有線通信ケーブルを介して折り返されてきた前記クロック同期フレームとの時間的ズレとを、それぞれ遅延として検出して、前記クロック同期フレームを前記有線通信ケーブルから送出する上位局と、前記有線通信ケーブルを介して前記クロック同期フレームを受信すると共に、送られてきた前記時刻情報と事象を観測して得たデータとを関連付けて前記上位局に前記有線通信ケーブルを介して前記クロック同期フレームを折り返す下位局と、事象を観測して得たデータに関連付ける前記時刻情報を、前記それぞれ検出した遅延に基づき、前記クロック同期フレームに前記時刻情報を格納する際に生じる遅延と前記有線通信ケーブルを介してデータを折り返すことで生じている遅延とを補正する補正手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、時刻情報を遠隔地である事象を観測する場所に送信すると共に、観測データに関連付ける時刻を正確な時刻に補正する時刻付与観測システムを提供できる。
【００１９】
また、本発明によれば、システム全体を高精度な時刻同期状態に維持し、高精度な観測システムを提供可能とできる。
【００２０】
また、本発明によれば、観測地点の記憶装置を回収することなく観測データを取得可能な観測システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施の一形態の観測システムを示すブロック図である。
【図２】観測システムの検出処理を示すチャートである。
【図３】適応例の観測システムを示すブロック図である。
【図４】時刻情報の示す時刻とフレームに格納される時刻情報の示す時刻との時間的ズレを説明するタイミングチャートである。
【図５】時刻情報を格納するフレームと通信路を介して折り返されてきたフレームとの時間的ズレを説明するタイミングチャートである。
【図６】別の適応例の観測システムを示すブロック図である。
【図７】更に別の適応例の観測システムを示すブロック図である。
【図８】第２の実施の一形態の観測システムを示すブロック図である。
【図９】第２の実施の一形態の適応例の観測システムを示すブロック図である。
【図１０】関連する観測システムを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下本発明について、実施の一形態を示して説明する。実施の一形態では、本発明を適用した大規模観測システムを示し説明する。尚、本発明と関係の少ない細部については、説明を明瞭にするため、省略又は簡略化して記載する。
【００２３】
図１は、実施の一形態の観測システムを示すブロック図である。  
実施の一形態の観測システムは、大きく分けると、システム内で使用される時刻情報を送信する上位局となる時刻情報送信局１０、時刻情報を受信して観測時刻とする下位局である時刻情報受信局２０、上位局から下位局に送信される時刻情報の経路となる通信ケーブル３０に分けられる。
【００２４】
時刻情報送信局１０は、フレームを生成送出するフレーム送出部１１と、時刻情報をフレームに挿入する時刻情報挿入部１２と、時刻情報の示す時刻とフレームに時刻情報を挿入するタイミングのズレを検出して遅延情報としてフレームに挿入する遅延情報挿入部１３と、通信先から折り返し送信されてきたフレームと送信するフレームとの時間的ズレを検出して遅延情報とし、フレームに挿入する遅延情報挿入部１４を備える。
【００２５】
フレーム送出部１１は、クロック周波数に基づきフレーム周期を有するフレーム（クロック同期フレーム）を生成又は受信し、必要に応じて各種データをフレーム内に記録して送出する。
【００２６】
時刻情報挿入部１２は、高精度時計やＧＰＳ等の精度の良い時刻情報を生成又は取得する。また、時刻情報挿入部１２は、生成又は取得した時刻情報を、フレームの所定位置に、前記フレームに同期させて所定間隔で挿入する。尚、後述するように、フレームに所定間隔で時刻情報を挿入する為、前記所定間隔とフレーム周期のタイミングとが異なるタイミングの場合に待ち時間が発生し、遅延が生じる。
【００２７】
遅延情報挿入部１３は、時刻情報の生成又は取得タイミング（真正な時刻）からフレームに時刻情報を挿入するタイミングの遅延を検出して遅延情報を生成する。また、遅延情報挿入部１３は、遅延情報をフレームに挿入する。当該遅延情報は、後述する遅延状態となっている時刻情報を真正な時刻情報に補正する為に用いられる。
【００２８】
遅延情報挿入部１４は、送信されたフレームが時刻情報受信局２０にて折り返し送信されて受信したフレームと、送信するフレームとの時間差を検出して、通信ケーブル３０等によって発生する遅延を検出して遅延情報を生成する。また、遅延情報挿入部１４は、遅延情報をフレームに挿入する。尚、フレームには、遅延情報挿入部１３と遅延情報挿入部１４で挿入されるそれぞれの遅延情報を、別々に挿入しても良いし、まとめて挿入しても良い。
【００２９】
時刻情報受信局２０は、通信ケーブル３０を介して、時刻情報と２つの遅延情報とを格納したフレームを受信して、時刻情報送信局１０に送出する折り反しフレーム送出部２１と、受信したフレームに格納されている時刻情報（遅延状態となっている時刻情報）を２つの遅延情報に基づき、正確な時刻情報に補正する時刻情報補正部２２と、観測対象の事象を計測すると共に、補正した時刻情報を付与する観測部２３を備える。観測機器でデータ化される事象を例示すれば、音響、電磁波、振動、加速度、重力方向、温度、圧力などである。
【００３０】
折り反しフレーム送出部２１は、受信したフレームを、フレーム番号を変更せずに、時刻情報送信局１０に折り返し送出する。尚、折り返し送出するフレームには、各種データを格納することが可能であり、図示しない書き込み部によって、必要に応じてデータが書き込まれる。
【００３１】
時刻情報補正部２２は、フレームに格納されている時刻情報と２つの遅延情報とを取得し、フレームに格納されていた遅延状態となっている時刻情報を、遅延情報挿入部１３の生成した遅延情報で示される時間分を早めると共に、遅延情報挿入部１４の生成した遅延情報で示される時間分の半分の時間を早めた時刻情報に置換する。ここで置換された時刻情報は、時刻情報送信局での時刻情報と同一の時間を示すこととなる。即ち、時刻情報送信局１０と時刻情報受信局２０とが、真正の時間に対して同一の時刻を識別可能となる。尚、遅延情報挿入部１４にて、先に遅延時間の半分を遅延情報として格納するようにしてもよい。
【００３２】
観測部２３は、観測を所望する事象に合わせた観測器（観測機）を有し、当該観測機器によって収集されたデータに、時刻情報補正部２２によって補正された時刻情報を関連付けて記録する。収集されたデータは、当該地点で記録せずに、折り返しフレームに乗せて時刻情報送信局１０に送信することも可能である。
【００３３】
尚、時刻情報受信局２０は、図示するように一段階層でも良いし、観測部内に時刻情報補正部を設けて２段階層にしても良い。また、更なる多段階層構造を有しても、各段階で時刻情報補正部によって補正された時刻情報を関連付けて精確な時刻と事象の関連付けをおこなえる。
【００３４】
通信ケーブル３０は、どのような通信ケーブルでも用いることが可能である。尚、本発明は、通信ケーブル３０や外乱による遅延が大きいほど有効に働く。
【００３５】
次に、図２を用いて、観測システムの全体動作を説明する。  
図２は、観測システムの検出処理を示すチャートである。観測システムでは、観測データに付する時刻を示す時刻情報を、時刻情報挿入部１２が取得又は生成する。図２では、時分割（値の変化時間：１秒毎や1/20秒毎など）をｎ秒毎とする。尚、時刻情報は、基準にする時刻を、真正な時刻を用いても良いし、観測システムと接続する関連するシステムで用いられている時刻情報と同値を持つものとしてもよい。また、真正な時刻も、観測点（補正地点）の標準時刻を用いても良いし、送出地点の標準時刻を用いても良い。
【００３６】
次に、図２に示す第１の遅延時間を説明する。第１の遅延時間は、時刻情報挿入部１２によって、送出するフレームの所定位置に時刻情報をフレームに同期させて挿入するときに発生する遅延時間である。具体的には、フレームの基準クロックと時刻情報の変化タイミングとの差が第１の遅延時間となる。遅延情報挿入部１３によって生成される遅延情報は、当該第１の遅延時間に基づく情報である。
【００３７】
次に、図２に示す第２の遅延時間を説明する。第２の遅延時間は、下位局から折り返し送信されてきたフレームと送出するフレームとの時間的ヅレである。第２の遅延時間は、通信ケーブル３０等を介してフレームが移動することによって実際に発生した遅延を示す。具体的に説明すれば、図２のフレームＢは、フレームＡを基準とすると、過去に送出されたフレームであり、下位局において送り返されたフレームである。即ち、フレームＢは、フレームＡに対し、通信ケーブル３０の行きの遅延と、帰りの遅延の両遅延時間で遅れたフレームである。
【００３８】
第２の遅延時間は、遅延情報挿入部１４によって検出され、フレームＢとフレームＡとの偏差を示す値となる。偏差は、フレームＡとフレームＢの何れを基準としても良く、図２に示された第２の遅延時間は、フレームＡとフレームＢ＋１との偏差を示している。遅延情報挿入部１４によって生成される遅延情報は、当該第２の遅延時間に基づく情報である。尚、後述するように時刻情報補正部を設ける位置によって、当該第２の遅延時間に含まれている行きと帰りの遅延時間の両方を利用する場合と、行きの遅延時間のみを利用する場合がある。
【００３９】
また、行きの遅延時間と帰りの遅延時間とは同等の値となる為、第２の遅延時間の１／２時間の値を、行きまたは帰りの遅延時間値とみなすことが可能である。時刻情報受信局２０では、上記の性質を用いて、フレームで受信した時刻情報を２つの遅延情報を用いて正確な時刻情報に補正し、観測したデータに補正した時刻情報を関連付ける。
【００４０】
以上説明したように、本発明によれば、上位局たる時刻情報送信局で、基準時間と、基準時間の送信タイミングとフレームとの時間偏差と、受信フレームと送信フレームとの時間偏差とを、フレームに乗せて、下位局たる時刻情報受信局に送出し、時刻情報受信局で、基準時間に、２つの時間偏差を考慮した補正を行なうことで、時刻情報を遠隔地である事象を観測する場所に送信すると共に、観測データに関連付ける時刻を正確な時刻に補正する時刻付与観測システムを提供できる。また、観測システム全体を高精度な時刻同期状態に維持し、高精度な観測システムを提供可能になる。加えて、フレームを折り返すため、フレームに正しい時刻情報の観測データを格納でき、観測地点の記憶装置を回収することなく観測データを取得できる。
【００４１】
次に、複数の適応例を示し、本発明を説明する。  
以下、適応例として海洋観測システムにおいて、説明を明瞭にする為、フレームとして既存のSDH（Synchronous Digital Hierarchy）フレームフォーマットを用いて説明する。尚、SONET (Synchronous Optical Network)でも同様である。
【００４２】
図３において、陸上局装置１００は、海岸や場合によっては船上に設けられて、光海底ケーブルを用いて海底局装置２００に対して時刻情報を提供する。
【００４３】
陸上局装置１００には、時刻情報を取得する時刻情報生成装置１１０が設けられ、GPS装置を用いてGPS電波から時刻情報を生成する。また、陸上局装置１００には、陸上ＳＤＨ多重化装置１２０が設けられ、時刻情報生成装置１１０から出力される時刻情報tを受信し、受信した時刻情報tをSDHのOH(Over Head)に格納して海底局装置２００に送出する。
【００４４】
陸上ＳＤＨ多重化装置１２０には、ＳＤＨ多重化装置としての一般的機能に加え、位相差検出回路１２１と位相差検出回路１２２が設けられる。
【００４５】
位相差検出回路１２１は、高次SDHフレームに時刻情報を挿入時のするタイミングの時刻情報の変化点と高次SDHフレーム周期の位相差を検出して、検出した値を位相差情報ｎとして高次SDHフレームに挿入する。
【００４６】
位相差検出回路１２２は、海底SDH多重装置２１０に送信した高次SDHフレームと、海底SDH多重化装置２１０から折り返ってきた高次SDHフレームの差分により、ケーブル遅延情報Tnを検出して、高次SDHフレームに挿入する。
【００４７】
延々なる光海底ケーブルを介して陸上局装置１００と接続される海底局装置２００には、陸上ＳＤＨ多重化装置１２０の対向装置となる海底SDH多重化装置２１０と、複数の観測装置２２０が設けられる。
【００４８】
海底SDH多重化装置２１０には、ＳＤＨ多重化装置としての一般的機能に加え、光海底ケーブルを介して到達したSDH信号に含まれる時刻情報tと、位相差情報ｎと、ケーブル遅延情報Tnに基づき、時刻情報tを補正するTIMER２１１が設けられている。海底SDH多重化装置２１０は、TIMER２１１によって補正されて生成された時刻情報t1を、観測装置２２０に送出する。時刻情報t1は、時刻情報tと時刻同期した値となり、観測装置２２０に送出する低次SDHフレームに格納されて、観測装置２２０に送出される。
【００４９】
ここで、低次SDHフレームに時刻情報t1を格納するときに、高次SDHフレームに時刻情報tを格納する場合と同様の理由により位相差が発生するため、位相差検出回路２１２を設ける。位相差検出回路２１２では、時刻情報t1と低次SDHフレームとの位相差情報n1を低次SDHフレームのOHに付与して観測装置２２０に送出する。
【００５０】
位相差検出回路２１２の動作は、位相差検出回路１２１と同様であり、時刻情報tと低次SDHフレームとの位相差を検出し、格納時の遅延時間を示す位相差情報ｎ１を低次SDHフレームに格納する。
【００５１】
観測装置２２０では、送られてきた時刻情報t1を基準に、TIMER２１１と同様に動作するTIMER２２１を用いて、海底SDH多重化装置２１０と時刻同期した時刻情報t2を生成する。
【００５２】
観測装置２２０は、生成した時刻情報t2を、デジタイズ２２２に送出し、観測した海洋事象に関連付ける。デジタイズ２２２では、様々な観測地点で得られる事象を収集し、海中や海底、地底の海洋事象をデータ化し、過酷な環境でも記録保持可能な記憶装置２２３に記録する。
【００５３】
尚、位相差検出回路２１２とTIMER２２１で実現される補正機能は、時刻情報を更に多段階に転送する場合には、同様の装置を多段階に設ければ良く、２段に限定するものではない。また、低次ＳＤＨフレームを用いなければ、位相差検出回路２１２とTIMER２２１を削除して１段階の補正としても良い。
【００５４】
次に、図３ないし図５のタイムチャートを用いて、ＳＤＨを用いた適応例の時間同期方法（時刻付与観測方法）について説明する。
【００５５】
はじめに海底光ケーブルによる遅延時間を測定する。海底SDH多重化装置２１０は、陸上SDH多重化装置１２０から受信した信号を折り返す機能を有しており、海底SDH多重装置２１０に送出した時刻情報tと海底SDH多重化装置２１０から折り返ってきた時刻情報t’の差分により、光海底ケーブルの往復遅延時間t1’を測定し、往復遅延時間t1’の値を１／２の値にすることにより、陸上SDH多重化装置１２０と、海底SDH多重化装置２１０間の光ケーブル遅延時間Tnを算出する。算出は、次式Tn=T1’/2=(t-t’)/2をもちいれば良い。ただし、往路長と復路超は等しいものとする。
【００５６】
次に、陸上SDH多重化装置１２０内の信号処理について説明する。  
GPS電波から取得する時刻を基準とした、時刻情報生成装置１１０からの時刻情報tは、年月日秒の１秒周期の時刻情報である。尚、他の周期でも出力するようにしても良い。
【００５７】
それに対して、SDHフレームは、高次SDHフレーム、低次SDHフレーム共に125μsの周期である。そのため、１秒周期の時刻情報tを125μs周期のSDHフレームで転送した場合、最大で1フレーム分の125μsの誤差が生じる。上位局の位相差検出回路１２１と位相差検出回路１２２、下位局の位相検出装置２１２は、時刻情報tとSDHフレームを高速CLKでサンプリングすることにより、位相差情報（遅延情報）を検出する。
【００５８】
陸上SDH多重化装置１２０は、各部を用いて、時刻情報tと光海底ケーブルの遅延時間Tnと位相差情報nをSDHフレームのOHに挿入し、海底SDH多重化装置２１０に送出する。海底SDH多重化装置２１０は、陸上SDH多重化装置１２０から送られてきた時刻情報tと光ケーブル遅延時間Tnと位相差情報nからTIMER２１１で補正し時刻情報t1を再生する。この時点で、時刻情報t1≒時刻情報tの値となる。
【００５９】
海底SDH多重化装置２１０は、各部を用いて、時刻情報t1と位相差情報n1を低次SDHフレームのOHに挿入し、複数の観測装置２２０にそれぞれ転送する。
【００６０】
観測装置２２０では、海底SDH多重化装置２１０から転送されてきた時刻情報t1と位相差情報n1からそれぞれTIMER２２１を用いて、時刻情報t2を再生する。この時点で、時刻情報t2≒時刻情報t1≒時刻情報tの値となる。
【００６１】
観測装置２２０では、海洋事象をデジタイズ化し、時刻情報t2と共に記憶装置２２３に記録する。
【００６２】
上述のように、SDH伝送方式を適応し、時刻情報と光ケーブルによる遅延情報、SDHフレーム位相差情報を転送することにより、システム全体を高精度で同期化することが可能となる。また、観測地点で発生した事象に高精度である時間を付与できる。
【００６３】
尚、時刻情報の同期精度は、位相差検出のサンプリングCLK周波数±1CLKの精度となる。本例として、19.44MHzのCLKでサンプリングしており、±51.44nsの精度での時刻合わせが可能となる。
【００６４】
ここで、位相差検出回路１２２の値の処理例を示す。図５は、送出するフレームをFrame_Aとし、折り返しフレームをFrame_Bとして示した図である。
【００６５】
光海底ケーブルに起因する遅延は、次式であり、往復のケーブル遅延＝Frame_A  -  Frame_B  +  X CLK（差分クロック）となる。各値に、例えば、以下に示す値をとすると、片方向のケーブル遅延情報Tnの生成値は、往復のケーブル遅延の１／２であり、以下の様になる。また、遅延時間も算出しておく。
【００６６】
Frame_A ＝ 2009年5月18日10時00分0秒  7000Frame  1000CLK  ，  
Frame_B ＝ 2009年5月18日10時00分0秒  6999Frame  1000CLK  ，  
X CLK   ＝  500  
片方向ケーブル遅延情報Tn  ＝  ((Frame_A - Frame_B) + X CLK)/2  
＝  （1 Frame  +  500CLK）/2  
＝  （2430CLK+500CLK）/2  
＝  0Frame  +  1465  CLK  
片方向ケーブル分の遅延時間＝  1465 CLK × 51.44nｓ ＝ 75.3596uｓ  
尚、当該情報からケーブル長を算定することも可能であり、1465CLK遅延の場合のケーブル長を考えると、約5ns/mの光ファイバーケーブルを用いている場合、遅延時間が75.3596uSであるので、ケーブル長＝75.3596uS / 5ns ＝15071.92mとなる。
【００６７】
以上説明したように、本適応例の海洋観測システムでは、SDHフレームにて時刻情報を転送すると共に適時補正することで、サンプリング周波数速度±51.44nsの精度で遠隔地と時刻同期できる。また、GPS電波の届かない場所でも、時刻同期が可能となる。
【００６８】
即ち、システム全体を精確に時刻同期させ、かつ海底光ケーブルによる遅延時間を測定できる機能を持たせたことにより、海底事象の発生した時間を高精度に観測できる。
【００６９】
即ち、高精度の観測機器と組み合わせることで、高精度な海洋観測システムを実現できる。
【００７０】
次に、別の適用例を示し、本発明を説明する。尚、本適用例では、観測データの収集を観測装置（記憶装置）の引き上げを必要としない形態について説明する。
【００７１】
本適用例の海洋観測システムは、図６に示すように、陸上SDH多重化装置１２０に、観測信号受信装置１３０を組み合わせ、観測装置２２０の記憶装置２２３内のデータをダウンロードする機能を配備する。これにより、観測装置２２０を海底から引き上げることなく、データの解析が可能になる。
【００７２】
この場合、観測信号受信装置１３０から、高次SDHフレームを用いて観測データのダウンロード指示（送信指示）を、海底SDH多重化装置２１０に設けられる情報読み出し格納部２１３が識別し、記憶装置２２３から観測データを読み出すと共に、読み出した観測データを高次SDHフレームのペイロード領域に格納する。観測信号受信装置１３０は、高次SDHフレームに格納されている観測データを取得し、必要に応じた解析等の処理に用いる。
【００７３】
また、同様に、図７に示す様に、観測装置２２０の観測データを記憶装置２２３を経由することなく、低次SDHフレームのペイロードにマッピングして観測信号受信装置１３０に送信するようにしても良い。
【００７４】
これにより、観測装置２２０を海底から引き上げることなく、リアルタイムでの海洋事象をモニタが可能となる。
【００７５】
次に、別の実施の一形態を示す。本実施の一形態では、前記の実施の一形態で下位装置に設けられていた、時刻情報補正部を上位局に設けたところが異なる。
【００７６】
図８は、第２の実施の一形態の観測システムを示すブロック図である。  
第２の実施の一形態の観測システムは、大きく分けると、システム内で使用される時刻情報を送信する上位局となる時刻情報送信局１０、時刻情報を受信して観測時刻とする下位局である時刻情報受信局２０、上位局から下位局に送信される時刻情報の経路となる通信ケーブル３０に分けられる。
【００７７】
上位局は、フレーム送出部１１と、時刻情報をフレームに挿入する時刻情報挿入部１２と、フレームに時刻情報を挿入するタイミングの遅延を検出して遅延情報を生成して、通信路を介して通信先から折り返し送信されてきたフレームに遅延情報を挿入する遅延情報挿入部１３と、通信先から折り返されたフレームと送信するフレームとを用いて、フレーム間の遅延を検出して、折り返し送信されてきたフレームに遅延情報を挿入する遅延情報挿入部１４と、折り返し送信されてきたフレームに格納されている２つの遅延情報に基づき、折り返し送信されてきたフレームに格納されている時刻情報を、観測の正確な計測時刻の時刻情報に補正する時刻情報補正部１５を備える。
【００７８】
下位局は、通信路を介して受信したフレームのタイミングで、上位局に折り反し送出するフレームを送信する折り返しフレーム送出部２４と、観測対象の事象を計測すると共に、時刻情報を関連付け、計測して得たデータをフレームに格納する観測部２５とを備える。
【００７９】
フレーム送出部２４は、上位局に、観測部２５で時刻情報と関連付けられた観測のデータを格納して送出する。観測部２５は、観測対象の事象を計測すると共に、計測されて得たデータに時刻情報（この時点で遅延が生じている）を対応（関連）付けて記録する。尚、計測されたデータは、当該地点で記録せずに、折り返しフレームに乗せて上位局に送信することも可能である。また、下位局に、階層を設けても、各段階でフレームと時刻情報と観測したデータを関連付けて上位局におくれば、精確な時刻情報の補正が可能となる。
【００８０】
次に、第２の実施の一形態の適用例を示し、本発明を説明する。本適用例の海洋観測システムは、図９に示すように、海底SDH多重化装置２１０のTIMERと観測装置のTIMERを省略して時刻同期機能を削除し構成を簡略化する。また、記憶装置を観測装置に設けずに、観測信号受信装置で記録して、構成を簡略化する。
【００８１】
本適用例の海洋観測システムは、システム全体の時刻同期を図らず、位相差情報n１のみを転送し、陸上局装置１００で集中的に補正を行い、事象の時間を再生するものである。海洋観測システムの海底SDH多重化装置２１０では、陸上SDH多重化装置１２０から転送されてきた遅延が生じている時刻情報t’'と低次ＳＤＨフレームとの位相差情報n1を、低次ＳＤＨフレームのＯＨに格納して観測装置２２０に転送する。観測装置２２０では、海洋事象と海底SDH多重化装置２２０から転送されてきた時刻情報t’'と、位相差情報n1をデジタライズ化し、ＳＤＨフレームのペイロードにマッピングし、陸上SDH多重化装置１２０に観測したデータと共に転送する。陸上SDH多重化装置１２０では、観測装置２２０から送られてきた高次SDHフレームに、位相差検出回路１２１および位相差検出回路１２２で生成された位相差情報nとケーブル遅延情報Tnを付加し、TIMER１４０を介して観測信号装置１３０に転送する。観測信号装置１３０では、TIMER１４０によって時刻情報t’’’を、位相差情報n、位相差情報n1、ケーブル遅延情報Tnに基づく補正された時刻情報を取得し、観測したデータに対応した正確な海底事象の発生時刻を再生する。
【００８２】
この方式は、装置中継途中で正確な時刻をしる必要がなく、事象の発生時間のみを正確に知りたい場合などに使用でき、海底SDH多重化装置及び観測装置を簡略化できるため、過酷な環境での観測に対する有効な手段となる。
【００８３】
以上説明したように、本発明においては、以下に示す多くの効果を奏する。  
第１に、フレームにて時刻情報を転送する機能有しているので、GPS等で時刻情報の生成又は取得が出来ない場所でも、時刻同期ができる。
【００８４】
第２に、時刻情報とフレームとの位相差を補正する機能を有しているので、必要に応じた高精度時刻同期が可能となる。
【００８５】
第３の効果は、下位局にて、信号を折り返し、ケーブル遅延時間の補正を行う機能を有しているので、必要に応じた高精度時刻同期が可能となる。
【００８６】
以上の効果を組み合わせることで、高精度に時刻情報を付与可能な観測システムを実現することが可能となる。
【００８７】
また、ダウンロード機能や双方向通信機能を追加することにより、記憶装置を引き上げることなく、リアルタイムで観測データをモニタできる。
【００８８】
また、広範囲の複数地点に対して、基準地点に対する決まった時刻情報を付与可能である。これは、複数の観測装置の位置と合わせて用いることで、事象の発生位置などの高速且つ高精細な検出および解析を可能とする。
【００８９】
また、補正用に用いるサンプリングCLK周波数を更に高速にすれば、更に精度の良い時刻合わせが可能となる。この場合、観測対象の事象に求める分解能を考慮して、SDH等のサンプリングCLK周波数を上位局で逓倍し、逓倍サンプリングCLK周波数で遅延を検出し、下位局での補正時に、SDH等のサンプリングCLK周波数を同様に逓倍して、逓倍サンプリングCLK周波数を生成して当該周波数を用いて補正すれば、逓倍分の分解能を更に得られる。この場合は、上位局と下位局にそれぞれサンプリングCLK周波数を同一ｎ倍数する逓倍回路を設ければ、達成できる。また、補正用に用いるサンプリングCLK周波数を低速にすれば、精度が悪くなるものの処理量を低減できる。この場合、観測対象の事象に求める分解能を考慮して、SDH等のサンプリングCLK周波数を上位局で分周し、分周サンプリングCLK周波数で遅延を検出し、下位局での補正時に、SDH等のサンプリングCLK周波数を同様に分周して、分周サンプリングCLK周波数を生成して当該周波数を用いて補正すれば、処理量を低減できる。この場合は、上位局と下位局にそれぞれサンプリングCLK周波数を同一１／ｎ倍する分周回路を設ければ、達成できる。尚、逓倍回路と分周回路を同一の回路として、必要に時刻補正用のサンプリングCLK周波数を可変する手段と設けても良い。このような手段を設けることのよって、所望する時期の時刻付与をより精度良くおこなったり、観測機器の性能を最大限に引き出したりすることが可能となる。
【００９０】
また、上記説明では、送信するフレームと下位局からの折り返えされるフレームとの差を計測してその値を半分として行きの遅延を算定しているが、他の方法で算定しても良い。例えば、下位局側に時刻情報の生成間隔と同程度の遅延判定基準情報を生成する装置を設け、当該遅延判定基準情報を上位局で生成される遅延情報と共にフレームに載せて上位局に送信して再送信して下位局で再取得することで、行きの遅延と帰りの遅延の切り分けが可能となる。
【００９１】
また、同様に、下位局に、前回の時刻補正値の情報を上位局に通知する手段を設け、当該情報に基づいて、送信するフレームと下位局からの折り返えされるフレームとの差の値を、行きの遅延と帰りの遅延の切り分けに用いてもてもよい。
【００９２】
また、時刻情報の補正手段によって補正した値を、観測したデータに付すようにしてもよい。
【００９３】
尚、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や動作は、本発明の請求の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更を行なうことができる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明は、観測地点間の時刻偏差の低減に使用できる。また、本発明は、GPS電波の届かない屋内、地下等にて高精度な事象の観測を必要とする観測システムに使用できる。
【符号の説明】
【００９５】
１０  時刻情報送信局
１１  フレーム送出部
１２  時刻情報挿入部
１３  遅延情報挿入部
１４  遅延情報挿入部
２０  時刻情報受信局
２１  折り反しフレーム送出部
２２  時刻情報補正部
２３  観測部
３０  通信ケーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005397764.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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