(57)【要約】【課題】比較器が出力する追従誤差に応じて適切な制御を行い、外乱の影響によっても基準周波数信号の精度が低下しない構成の基準周波数発生装置を提供する。【解決手段】基準周波数発生装置は、電圧制御発振器と、位相比較器と、制御器と、ファジィ補償器と、を備える。電圧制御発振器は、基準周波数信号を出力する。位相比較器は、基準周波数信号を分周した信号と、リファレンス信号と、を比較して位相差を算出する。制御器は、位相差を考慮して制御電圧信号を電圧制御発振器に出力する。ファジィ補償器は、位相差が急激な変動をしているか否かを、ファジィ理論を用いて判定する。そして、ファジィ補償器は、位相差が急激な変動をしていると判定した場合は、当該位相差が基準周波数信号に影響を及ぼさないように補償値を決定する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準周波数信号を出力する発振器と、
基準周波数信号に基づいて得られる比較用信号と、リファレンス信号と、を比較して信号同士のズレを示す追従誤差を算出し、追従誤差信号として出力する比較器と、
追従誤差を考慮して、前記発振器に基準周波数信号を発生させるための制御信号を当該発振器に出力する制御器と、
追従誤差の示す挙動に基づいて補償値を決定して、制御信号を補うための補償信号を出力する補償器と、
を備え、
前記補償器は、追従誤差が急激な変動をしているか否かをファジィ理論を用いて判定し、
追従誤差が急激な変動をしていると判定した場合は、当該追従誤差が基準周波数信号に影響を及ぼさないように補償値を決定することを特徴とする基準周波数発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基準周波数発生装置であって、
前記補償器は、追従誤差が急激な変動をしているか否かを、追従誤差の時間変化率である追従誤差勾配に対してパターンマッチングを行うことで判定することを特徴とする基準周波数発生装置。
【請求項３】
請求項２に記載の基準周波数発生装置であって、
前記補償器は、追従誤差勾配が０に近づくにつれてグレードが小さくなるメンバシップ関数で定義されたファジィ集合を設定しており、
前記ファジィ集合のグレードが第１範囲にあって、かつ直近の状態において前記ファジィ集合のグレードが第１範囲又は第１範囲より小さいグレードで構成された第２範囲にあるときに、追従誤差が急激な変動をしていると判定することを特徴とする基準周波数発生装置。
【請求項４】
請求項３に記載の基準周波数発生装置であって、
追従誤差が急激な変動をしていると判定された状態から、追従誤差が急激な変動をしていないと判定された状態に遷移した場合において、
前記補償器は、状態が遷移してから所定の時間は、追従誤差が基準周波数信号に影響を及ぼさないように補償値を決定することを特徴とする基準周波数発生装置。
【請求項５】
請求項１から４までの何れか一項に記載の基準周波数発生装置であって、
前記補償器は、追従誤差が急激な変動をしていないと判定した場合は、当該追従誤差が小さくなるように補償値を決定することを特徴とする基準周波数発生装置。
【請求項６】
請求項５に記載の基準周波数発生装置であって、
前記補償器は、追従誤差及び追従誤差勾配をファジィ化して所定のファジィルールを適用することで補償値を決定することを特徴とする基準周波数発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基準周波数信号がリファレンス信号に同期するように発振器を制御する基準周波数発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば携帯電話の基地局やデジタル放送の送信局等では、信号を送信するタイミングや周波数の同期を行うために必要とされる高精度な基準周波数信号を、基準周波数発生装置を用いて供給することが行われている。
【０００３】
この種の基準周波数発生装置では、基準周波数信号を高精度に保つために、位相同期回路（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ、ＰＬＬ回路）等の同期回路が用いられている。この位相同期回路では、基準周波数信号を分周した比較用信号と、ＧＰＳ受信機等から得られる高確度なリファレンス信号との位相差を算出しており、その位相差に基づいて発振器を制御することで高精度な基準周波数信号を発生させている。この種の基準周波数発生装置を開示したものとして例えば特許文献１がある。
【０００４】
特許文献１の基準周波数発生装置は、ループフィルタ（制御器）を用いて電圧制御発振器の出力する基準周波数信号を設定する構成になっている。ループフィルタは、リファレンス信号と、基準周波数信号を分周した信号（比較用信号）と、の追従誤差（位相差）に基づいて操作量を決定している。この操作量で電圧制御発振器を制御することにより、電圧制御発振器の基準周波数信号を調整することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１７４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＧＰＳ衛星が送信した信号が建物及び地形等の障害物によって反射し、ＧＰＳ受信機が複数の経路から同じ信号を受信してしまう現象（マルチパス）が生じることがある。また、各種の妨害電波等により、ＧＰＳ受信機から得られる高精度なリファレンス信号に加え、想定外の信号がリファレンス信号として入力されてしまうことがある。また、水晶振動子を共振器として用いた電圧制御発振器は、周波数ジャンプを起こすことがある。
【０００７】
想定外のリファレンス信号が入力されたり、周波数ジャンプが発生したりすると、比較器が算出する追従誤差は大きな値をとる。そして、この追従誤差を小さくするような制御が電圧制御発振器に対して行われると、オーバーシュート及びハンチングが発生し、基準周波数信号の周波数が一定値を維持せずに変動を起こすことがある。このような想定外の追従誤差が発生した場合は、当該追従誤差を可能な限り考慮せずに電圧制御発振器を制御することが望ましい。このような制御は、ループフィルタのバンド幅を狭めることで達成される。
【０００８】
一方、電圧制御発振器は、入力される電圧に応じて異なる周波数を発生するように構成されている。そして、電圧制御発振器に入力される電圧と電圧制御発振器が出力する周波数との対応関係を示す周波数特性は、時間の経過や温度の変化に従って変化する。なお、以下の説明では、温度の変化に従って変化した周波数特性を温度特性と称することがある。
【０００９】
従って、温度変化等が生じると、同じ電圧を電圧制御発振器に入力している場合であっても、基準周波数信号の周波数が目標値からズレた値になってしまう。しかし、比較器が算出する追従誤差が小さくなるように電圧制御発振器を制御することで、基準周波数信号の周波数を目標値に固定することができる。つまり、温度特性によって追従誤差が発生した場合は、当該追従誤差を素早く小さくするように電圧制御発振器を制御することが望ましい。このような制御は、ループフィルタのバンド幅を広げることで達成される。
【００１０】
以上から、ループフィルタのバンド幅を狭めると、想定外の追従誤差の影響を軽減できるが、温度特性に対する追従性が低下する。一方、ループフィルタのバンド幅を広げると、温度特性に素早く追従できるが、想定外の追従誤差の影響が増大してしまう。従って、追従誤差に対して適切な制御を行うことは難しく、この点において改善の余地が残されていた。
【００１１】
本発明は以上の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、比較器が出力する追従誤差に応じて適切な制御を行い、外乱の影響によっても基準周波数信号の精度が低下しない構成の基準周波数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】
【００１２】
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。
【００１３】
本発明の観点によれば、以下の構成の基準周波数発生装置が提供される。即ち、この基準周波数発生装置は、発振器と、比較器と、制御器と、補償器と、を備える。前記発振器は、基準周波数信号を出力する。前記比較器は、基準周波数信号に基づいて得られる比較用信号と、リファレンス信号と、を比較して信号同士のズレを示す追従誤差を算出し、追従誤差信号として出力する。前記制御器は、追従誤差を考慮して、前記発振器に基準周波数信号を発生させるための制御信号を当該発振器に出力する。前記補償器は、追従誤差の示す挙動に基づいて補償値を決定して、制御信号を補うための補償信号を出力する。前記補償器は、追従誤差が急激な変動をしているか否かをファジィ理論を用いて判定する。そして、前記補償器は、追従誤差が急激な変動をしていると判定した場合は、当該追従誤差が基準周波数信号に影響を及ぼさないように補償値を決定する。
【００１４】
即ち、追従誤差には、発振器の温度特性の影響により発生した追従すべきものと、妨害波の受信、マルチパス、及び周波数ジャンプ等により発生した追従すべきでないものと、が存在する。この点、上記の構成によれば、追従すべきでない追従誤差が示す特有の挙動（急激な変動）に着目し、ファジィ理論を用いて判定しているため、発生した追従誤差に追従させるべきか否かについて妥当な判定結果を得ることができる。そのため、例えばバンド幅を狭めた制御器に本発明の補償器を備えることで、発振器の温度特性に追従させつつ、妨害波の受信及びマルチパス等の影響を軽減させることができる。
【００１５】
前記の基準周波数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、前記補償器は、追従誤差が急激な変動をしているか否かを、追従誤差の時間変化率である追従誤差勾配に対してパターンマッチングを行うことで判定する。
【００１６】
これにより、追従すべきでない追従誤差が示す特有の挙動をパターンマッチングによって、より的確に捉えることができるので、発生した追従誤差に追従させるべきか否かについて精度の良い判定を行うことができる。従って、妨害波の受信、マルチパス、及び周波数ジャンプ等の影響を一層軽減させることができる。
【００１７】
前記の基準周波数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、前記補償器は、追従誤差勾配が０に近づくにつれてグレードが小さくなるメンバシップ関数で定義されたファジィ集合を設定している。そして、前記ファジィ集合のグレードが第１範囲にあって、かつ直近の状態において前記ファジィ集合のグレードが第１範囲又は第２範囲にあるときに、補償器は、追従誤差が急激な変動をしていると判定する。ただし、第２範囲は、第１範囲より小さいグレードで構成された範囲である。
【００１８】
即ち、急激な変動をしている追従誤差を小さくするように発振器が制御されるとオーバーシュートが発生し、追従誤差及び追従誤差勾配が０の前後を振動することがある（ハンチング）。この点、上記の構成においては、ハンチングが起こったときに追従誤差勾配が示す挙動の特徴を捕捉するように制御をおこなっているため、発生した追従誤差に追従させるべきか否かについて精度の良い判定を行うことができる。
【００１９】
前記の基準周波数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、追従誤差が急激な変動をしていると判定された状態から、追従誤差が急激な変動をしていないと判定された状態に遷移した場合において、前記補償器は、状態が遷移してから所定の時間は、追従誤差が基準周波数信号に影響を及ぼさないように補償値を決定する。
【００２０】
即ち、追従誤差勾配が示す挙動のみから判定を行った場合は、追従誤差がハンチングの山部分と谷部分にあるとき等に、追従誤差勾配が小さい値を連続してとることがあり、判定を誤ってしまうことがある。この点、上記の構成においては、判定の誤りが予想される時間においても、追従誤差が基準周波数信号に影響を及ぼさないように補償値を決定しているため、判定の誤りによって基準周波数信号の精度が低下することを効果的に防止することができる。
【００２１】
前記の基準周波数発生装置において、前記補償器は、追従誤差が急激な変動をしていないと判定した場合は、当該追従誤差が小さくなるように補償値を決定することが好ましい。
【００２２】
これにより、追従すべき追従誤差（例えば、発振器の温度特性によって生じる追従誤差）については、適切に追従を行うように補償値を決定することができる。そのため、温度変化による周波数ドリフトによって基準周波数信号の周波数が変化することを防止できる。
【００２３】
前記の基準周波数発生装置において、前記補償器は、追従誤差及び追従誤差勾配をファジィ化して所定のファジィルールを適用することで補償値を決定することが好ましい。
【００２４】
これにより、追従すべき追従誤差の大きさ等に応じて妥当な補償値を設定することにより、当該追従誤差に効果的に対応することができる。そのため、基準周波数信号の精度が低下した場合においても、良好な精度に戻すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る基準周波数発生装置を概略的に示すブロック図。
【図２】ファジィ補償器が行う処理を示すフローチャート。
【図３】位相差及び位相差勾配のデータの例を示すグラフ。
【図４】位相差勾配のファジィ化について説明するグラフ。
【図５】追従すべきでない位相差の発生により、位相差勾配に対するファジィ集合のグレードが変動する例を示すグラフ。
【図６】位相差のファジィ化について説明するグラフ。
【図７】補償値の候補を決定するためのファジィルールを説明する表。
【図８】補償値の候補のグレードを決定するためのｍｉｎ−ｍａｘ演算を説明する表。
【図９】ｍｉｎ−ｍａｘ演算の結果から補償値を決定する方法を説明する説明図。
【図１０】温度変動に起因する電圧制御発振器の周波数ドリフトによって生じる１ＰＰＳ出力タイミングの定常誤差が抑制されることを示すグラフ。
【図１１】ファジィ補償器によってリファレンス信号の受信不良発生時における１０ＭＨｚ信号の変動が抑えられていることを示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
次に発明の実施の形態について説明する。初めに、図１を参照して、基準周波数発生装置１０の全体構成について説明する。図１は、本実施形態の基準周波数発生装置１０を概略的に示したブロック図である。
【００２７】
本実施形態の基準周波数発生装置１０は、携帯電話の基地局、地上デジタル放送の送信局及びＷｉＭＡＸ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ  Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ  ｆｏｒ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ａｃｃｅｓｓ）通信設備等に用いられるものであり、接続されるユーザ側の機器に基準周波数信号及びそれにコヒーレントなタイミングパルス（１ＰＰＳ）信号を提供するものである。以下に、基準周波数発生装置１０の各部の構成について説明していく。
【００２８】
図１に示すように、本実施形態の基準周波数発生装置１０は、電圧制御発振器（発振器）１５と、分周器１６と、位相比較器（比較器）１２と、制御器１３と、ファジィ補償器（補償器）１４と、を備える。
【００２９】
基準周波数発生装置１０には、ＧＰＳ受信機２０とＧＰＳアンテナ２１からなるＧＰＳ受信部が接続されており、このＧＰＳ受信部は基準周波数発生装置１０にリファレンス信号を供給する。より具体的には、ＧＰＳ受信機２０は、ＧＰＳアンテナ２１がＧＰＳ衛星から受信した電波に含まれる測位用信号に基づいて、前記リファレンス信号としての１ＰＰＳ信号（１秒周期信号）を生成し、基準周波数発生装置１０に出力するよう構成されている。図１に示すように、ＧＰＳ受信機２０で生成されて基準周波数発生装置１０に供給されたリファレンス信号は、位相比較器１２に入力される。
【００３０】
電圧制御発振器１５は、外部から印加される電圧のレベルによって出力する周波数を変更可能に構成されている。この電圧制御発振器１５としては、例えば水晶振動子を共振器として使用したＴＣＸＯ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ、温度補償型水晶発振器）を用いることができる。この電圧制御発振器１５によって出力された基準周波数信号は、外部のユーザ側のシステムへ出力されるとともに、分周器１６に入力される。
【００３１】
分周器１６は、電圧制御発振器１５から入力される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、得られた比較用信号を位相比較器１２へ出力するように構成されている。なお、この位相比較用信号は、タイミングパルス信号として外部に対しても出力されている。例えば、電圧制御発振器１５が出力する基準周波数が１０ＭＨｚである場合、分周器１６は、電圧制御発振器１５が出力する１０ＭＨｚの信号を分周比１／１０００００００で分周して、リファレンス信号の周波数と等しい１Ｈｚの位相比較用信号を生成する。
【００３２】
位相比較器１２は、リファレンス信号と、分周器１６で分周された前記比較用信号と、の位相差を追従誤差として算出し、その位相差に基づく位相差信号（追従誤差信号）を出力する。位相比較器１２が出力した位相差信号は、制御器１３及びファジィ補償器１４に入力される。
【００３３】
制御器１３はＩ−Ｐ制御器等によって構成されており、前記位相差信号の電圧レベルに基づいて制御電圧信号を生成する。この制御電圧信号は、電圧制御発振器１５へ出力される。また、この制御器１３はバンド幅が比較的狭い構成となっており、発生した位相差に緩やかに追従させるように電圧制御発振器１５を制御している。
【００３４】
ファジィ補償器１４は、制御器１３と並列に配置されている。このファジィ補償器１４には、制御器１３と同様に位相差信号が入力されており、この位相差の挙動に応じて適切な補償値を決定している。そして、この補償値に基づいた補償信号を電圧制御発振器１５へ出力することで、制御器１３の出力する制御電圧信号を補っている。
【００３５】
電圧制御発振器１５は、制御器１３から出力された制御電圧信号とファジィ補償器１４から出力された補償信号とに基づいて基準周波数信号を出力する。
【００３６】
なお、本実施形態において補償値とは、電圧制御発振器１５の出力する周波数をどれだけ変化させるかを示す値である。具体的には、補償値を０にすると、制御器１３のバンド幅をそのまま（比較的狭いまま）用いることができる。そして、補償値を変化させることで、制御器１３のバンド幅を広げたのと同等の効果が得られるようになっている。なお、このファジィ補償器１４がどのように補償値を決定するかの詳細については後述する。
【００３７】
以上のようにして、位相同期回路（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ、ＰＬＬ回路）３０のループが形成される。そして、ＧＰＳ受信機２０が高確度なリファレンス信号を生成して基準周波数発生装置１０に供給し、当該リファレンス信号に対してＰＬＬがロックしていると、経時変化や周囲の温度変化等に起因して修正すべき位相差が生じたとしても、素早く追従し、良好な精度の基準周波数信号を出力し続けることができる。
【００３８】
以下、図２を参照して、ファジィ補償器１４が行う処理について説明する。図２は、ファジィ補償器１４が行う処理を示すフローチャートである。
【００３９】
ファジィ補償器１４は、位相差が急激な変動をしているか否かを、ファジィ理論を用いて判定して、その判定結果に応じて補償値の算出方法を切り替えている。
【００４０】
まず、位相差が生じる原因、位相差が示す挙動、及び当該位相差に対して行うことが好ましい制御について説明する。マルチパス及び妨害電波等が発生したり、電圧制御発振器１５に周波数ジャンプが生じたりして発生した位相差は、急激な変動を示す。この位相差は想定外の位相差であるため、このような位相差に対しては、位相差を０に近づけるような制御を行わないことが好ましい。
【００４１】
一方、温度特性の影響によって生じた位相差は、緩やかな変動を示す。このような位相差に対しては、位相差を０に近づけるような制御を行うことが好ましい。位相差を０に近づけることで、温度特性の影響によって生じた基準周波数信号の周波数のズレを修正することができるからである。つまり、追従すべきでない位相差は急激な変動を示し、追従すべき位相差は緩やかな変動を示す。
【００４２】
次に、位相差が急激な変動をしているか否かを判定する方法を詳細に説明する。本実施形態では、位相差の時間変化率（以下では位相差勾配と称する）をファジィ化してパターンマッチングを行う方法を用いている。
【００４３】
初めに、図３及び図４を参照して、位相差勾配のファジィ化について説明する。図３は、位相差及び位相差勾配のデータの例を示すグラフである。図４は、位相差勾配のファジィ化について説明するグラフである。
【００４４】
前述のように、ファジィ補償器１４には位相比較器１２から位相差信号が入力されている。ファジィ補償器１４は、この位相差信号に基づいて位相差を取得し、当該位相差を時間で微分することで位相差勾配を取得している（Ｓ１０１）。なお、このようにして取得される位相差及び位相差勾配のデータの例を図３に示している。
【００４５】
そして、ファジィ補償器１４は、取得した位相差勾配をファジィ化している（Ｓ１０２）。具体的には、ファジィ補償器１４は位相差勾配に対してＮ，ＺＥ，Ｐの３つのファジィ集合を設定してファジィ化を行っている。ここで、Ｎはｎｅｇａｔｉｖｅ（負），Ｐはｐｏｓｉｔｉｖｅ（正），ＺＥはｚｅｒｏ（０）を示している。つまり、本実施形態におけるファジィ化では位相差勾配を、当該位相差勾配の大きさを基準として、ＮからＰの３段階に分けている。
【００４６】
そして、この３つのファジィ集合は、図４に示すようなメンバシップ関数によって定義されている。ここで、図４において、縦軸は各ファジィ集合に属する度合い（グレード）を示しており、横軸は位相差勾配を示している。つまり、図４は、ある位相差勾配が、どのファジィ集合にどの程度属しているのかを示している。
【００４７】
このメンバシップ関数に基づいて各ファジィ集合のグレードを求める方法を具体的に説明する。以下では、経過時間がｔ１及びｔ２であるときの各ファジィ集合のグレードを求める方法を説明する。ｔ１における位相差勾配は、図３に示すように、−βより少し小さい値である。このとき、図４で示すＮのメンバシップ関数（左側の点線のグラフ）からＮのグレードは１である。同様に、他の２つのファジィ集合のグレードは０である。また、ｔ２における位相差勾配は、０と−βとの間であってやや０に近い値である。このときは、Ｎのグレードは０．４であり、ＺＥのグレードは０．６である。なお、Ｐのグレードは０である。
【００４８】
次に、ファジィ補償器１４は、ファジィ化した位相差勾配が示す挙動に基づいて、生じた位相差が急激な変動をしているか否かを、パターンマッチングを行うことで判定している（Ｓ１０３）。
【００４９】
このパターンマッチングについて、図５を参照して説明する。図５は、追従すべきでない位相差の発生により位相差勾配に対するファジィ集合のグレードが変動する例を示すグラフである。
【００５０】
追従すべきでない位相差は、追従すべき位相差よりも変動が大きいため、位相差を０に近づけるように電圧制御発振器１５を制御すると、図５に示すように、オーバーシュート及びハンチングが発生する。なお、図５（ａ）は、追従すべきでない位相差及び位相差勾配の例を示しており、図５（ｂ）は、図５（ａ）のように位相差勾配が推移したときのファジィ集合のグレードを示している。
【００５１】
本実施形態では、上記で示した特有の挙動（振動）に対してパターンマッチングを行う構成になっている。本実施形態のファジィ補償器１４は、以下の３つの条件のうち何れか１つを満たしたときに、位相差が急激な変動をしていると判定するようになっている。３つの条件を順に説明すると、条件（１）は、Ｐのグレードが１であって、直近のＰのグレードが１又は０であることである。条件（２）は、Ｎのグレードが１であって、直近のＮのグレードが１又は０であることである。条件（３）は、上記の何れかの条件が満たされなくなった後の所定時間内であることである。なお、ファジィ補償器１４は、上記の３つの条件のうち何れも満たさないときは、位相差が急激な変動をしていないと判定するようになっている。
【００５２】
条件（１）及び条件（２）によって、位相差勾配の絶対値が高い値を推移しているとき（直近のグレードが１のとき）と、位相差勾配が大幅に上昇したとき（直近のグレードが０のとき）を検出している。なお、このような位相差勾配の挙動は、温度特性に起因した位相差勾配には見られないものである。
【００５３】
そして、条件（１）及び条件（２）のみでは、図５において経過時間が２７秒〜３０秒のとき等のように、位相差勾配が示す挙動を全て検出できる訳ではない。これは、位相差勾配が正から負に推移するときに０近傍の値を連続してとってしまうからである。ファジィ補償器１４は、この箇所を条件（３）によって検出している。なお、図５（ｂ）において、ＺＥはパターンマッチングに用いていないため、グラフの表示を省略している。
【００５４】
ファジィ補償器１４はこのパターンマッチングの結果、位相差が急激な変動をしていると判定したときに補償値を０と決定している（Ｓ１０４）。前述のように、補償値を０にすると、バンド幅が比較的狭い構成で電圧制御発振器１５を制御できるため、基準周波数信号が想定外のリファレンス信号等に極力影響されないようにできる。なお、図５に示す例において、位相差が急激な変動をしていると判定されている経過時間（補償値が０と決定されている経過時間）を太線で示している。
【００５５】
次に、図６から図９までを参照して、位相差が急激な変動をしていないと判定した場合の補正値の決定方法について説明する。図６は、位相差のファジィ化について説明するグラフである。図７は、補償値の候補を決定するためのファジィルールを説明する表である。図８は、補償値を決定するためのｍｉｎ−ｍａｘ演算を説明する表である。図９は、ｍｉｎ−ｍａｘ演算の結果に基づいて補償値を決定する方法について説明する説明図である。
【００５６】
位相差が急激な変動をしていないと判定したときは、ファジィ補償器１４は、位相差に対してファジィ化を行っている（Ｓ１０５）。
【００５７】
初めに、位相差のファジィ化について、図６を参照して説明する。本実施形態では、位相差に対してＮＢ，ＮＳ，ＺＥ，ＰＳ，ＰＢの５つのファジィ集合を設定してファジィ化を行っている。ここで、Ｎ，ＺＥ，Ｐが示す意味は位相差勾配をファジィ化したときに用いた意味と同じである。そして、Ｂはｂｉｇ（大）、Ｓはｓｍａｌｌ（小）を示している。つまり、位相差勾配と同様に位相差に関しても、当該位相差の大きさを基準としてファジィ化を行っている。
【００５８】
この５つのファジィ集合は、図６で示すメンバシップ関数によって定義されている。以下では、経過時間がｔ１及びｔ２であるときの各ファジィ集合のグレードを求める方法を説明する。ｔ１における位相差は０である。このとき、図６で示すＺＥのメンバシップ関数（中央の太線のグラフ）から、ＺＥのグレードは１であり、他の４つのファジィ集合のグレードは０である。同様に、ｔ２における位相差は、−α２と−α３との間であって−α３に近い値である。このとき、ＮＢのグレードは０．８であり、ＮＳのグレードは０．２である。他の３つのファジィ集合のグレードは０である。なお、図６において、経過時間がｔ１及びｔ２であるときの各ファジィ集合のグレードを記載しているが、グレードが０のファジィ集合（例えば、ｔ１におけるＺＥ以外のファジィ集合）についてはファジィ集合の記載を省略している。
【００５９】
ファジィ補償器１４は、次に、位相差及び位相差勾配が属するファジィ集合に基づいて補償値の候補を選定している（Ｓ１０６）。図７に示すように、ファジィ補償器１４には、位相差が属するファジィ集合と、位相差勾配が属するファジィ集合と、から補償値の候補を定めるための表が予め設定されている。具体的には、位相差が属するファジィ集合がＮＢであって位相差勾配が属するファジィ集合がＮであるときに、補償値の候補はＮＢであるといったファジィルールが全ての組み合わせに対して設定されている。なお、図７において、Ｍはｍｅｄｉｕｍ（中）を示している。その他の文字が示す意味は、位相差及び位相差勾配をファジィ化したときに用いた意味と同じである。この補償値の候補は、位相差及び位相差勾配が大きいほど、大きな値を示すようになっている。
【００６０】
そして、グレードが０より大きいファジィ集合の組み合わせが示す値を、補償値の候補とするように構成されている。例えば、経過時間がｔ２のときは、位相差に対するファジィ集合のうち、ＮＢ，ＮＳのグレードが０より大きく（図６を参照）、位相差勾配に対するファジィ集合のうち、Ｎ，ＺＥのグレードが０より大きい（図４を参照）。そのため、補償値の候補としては、ＮＢ，ＮＭ，ＮＳが選定される。
【００６１】
ファジィ補償器１４は、次に、補償値の候補のグレードを算出している（Ｓ１０７）。本実施形態では、このグレードを算出する方法としてｍｉｎ−ｍａｘ演算が用いられている。つまり、以下の手順で補償値の候補のグレードを求めている。即ち、位相差と位相差勾配から補償値の候補のグレードを求める際には、位相差及び位相差勾配のグレードのうち最小値を用いる。そして、補償値の候補のグレードが複数存在する場合には、該当する複数のグレードのうち最大値を用いる。
【００６２】
ｔ２における補償値の候補のグレードを具体的に求める方法について説明する。図８に示す各ファジィ集合の横のカッコ内は、ｔ２における当該ファジィ集合のグレードを示している。そして、ＮＢ（位相差が属するファジィ集合）のグレードが０．８であって、Ｎ（位相差勾配が属するファジィ集合）のグレードが０．４であるときは、小さい方の値である０．４が補償値の候補のグレードとなる。同様の手法によって得られる補償値の候補のグレードは、図８におけるカッコ内に示している。
【００６３】
そして、補償値の候補のファジィ集合について２つ以上のグレードが得られた場合は、大きい方のグレードを当該ファジィ集合のグレードとする（ｍａｘ演算）。例えば、図８に示すように、ＮＭには０．２と０．６の２つのグレードが算出されるが、この場合、補償値の候補のグレードとしては、大きいほうの０．６を採用する。
【００６４】
ファジィ補償器１４は、次に、このようにして求められた補償値の候補のグレードの重心を求めることで、補償値を決定している（Ｓ１０８）。ｔ２における補償値の候補のグレードから具体的に重心を求めると、以下の式（１）となる。
【数１】
2011146919.tif 000003
【００６５】
式（１）を計算して得られた値が補償値として出力される。図９に示すように、本実施形態における補償値は、−γ３と−γ２との間であって−γ２寄りの値となる。
【００６６】
このように、位相差が急激な変動をしていないと判定したときは、位相差及び位相差勾配の値に応じた適切な補償値が出力されるようになっている。これにより、追従すべき位相差に対して素早く追従させることができる。
【００６７】
以上のようにして補償値が決定されると、補償値に基づいて補償信号が生成され、電圧制御発振器１５に出力される（Ｓ１０９）。
【００６８】
次に、図１０及び図１１を参照して、上記で説明したファジィ補償器１４を用いたときの効果について説明する。図１０は、ファジィ補償器１４によって、温度変動に起因する電圧制御発振器１５の周波数ドリフトによって生じる１ＰＰＳ出力タイミングの定常誤差が抑制されることを示すグラフである。図１１は、ファジィ補償器１４によってリファレンス信号の受信不良発生時における１０ＭＨｚ信号の変動が抑えられていることを示すグラフである。
【００６９】
本実施形態の構成においては、位相差の挙動に基づいて、修正すべき位相差と修正すべきでない位相差とを推定可能であるが、従来の構成ではこのような推定ができないため、バンド幅を固定値として制御器に設定していた。そのため、バンド幅を広くすると修正すべき位相差を素早く修正できるが、修正すべきでない位相差に対しても素早く修正を行ってしまう。バンド幅を狭くすると、修正すべきでない位相差にはそれほど影響されないが、修正すべき位相差を修正するために時間が掛かっていた。
【００７０】
以下では、バンド幅を狭めた設定の制御器を備えた形態（従来例１）及びバンド幅を広げた設定の制御器を備えた形態（従来例２）を本実施形態と比較した例を示す。
【００７１】
初めに、修正すべき位相差が入力された場合において、従来例１と本実施形態との比較を行った。具体的には、周囲温度の変化等によって生じる周波数ドリフト（図１０（ａ）に示している）を発生させたときの、１ＰＰＳタイミング信号の定常偏差（目標値に対して遅れているか進んでいるか）を計測した。この結果を図１０（ｂ）に示している。図１０（ｂ）において縦軸は偏差であり、中央の０の値が目標値を表している。そして、目標値から遅れた値を上側に、目標値から進んだ値を下側に示している。図１０（ｂ）から明らかなように、従来例１に比べて本実施形態は、偏差が小さくなっている。なお、従来例２が示す結果は、本実施形態とほぼ同じ値を取っていた。
【００７２】
次に、修正すべきでない位相差が入力された場合において、従来例２と本実施形態との比較を行った。具体的には、リファレンス信号の受信不良等に起因したパルス状の信号（図１１（ａ）に示している）を入力し、１０ＭＨｚの周波数の変動（１０ＭＨｚより周波数がどれだけ高いか又は低いか）を計測した。この結果を図１１（ｂ）に示している。図１１（ｂ）において縦軸は周波数の変動を示しており、中央の０の値が１０ＭＨｚを表している。そして、１０ＭＨｚよりも高い周波数を上側に、１０ＭＨｚよりも低い周波数を下側に示している。図１１（ｂ）から明らかなように、従来例２に比べて本実施形態は、周波数の変動が小さくなっている。特に、オーバーシュートが素早く減衰している。なお、従来例１が示す結果は、本実施形態とほぼ同じ値を取っていた。
【００７３】
このように、本実施形態のファジィ補償器１４によって、修正すべき位相差に対しては、バンド幅を広くした制御器と同等に、素早く位相差を０に近づけるように電圧制御発振器１５を制御することができる。一方、修正すべきでない位相差に対しては、バンド幅を狭めた制御器と同等に、位相差をあまり考慮しないように電圧制御発振器１５を制御することができる。
【００７４】
以上に説明したように、基準周波数発生装置１０は、電圧制御発振器１５と、位相比較器１２と、制御器１３と、ファジィ補償器１４と、を備える。電圧制御発振器１５は、基準周波数信号を出力する。位相比較器１２は、基準周波数信号に基づいて得られる比較用信号と、リファレンス信号と、を比較して信号同士のズレを示す位相差を算出し、位相差信号として出力する。制御器１３は、位相差を考慮して、電圧制御発振器１５に基準周波数信号を発生させるための制御電圧信号を当該電圧制御発振器１５に出力する。ファジィ補償器１４は、位相差の示す挙動に基づいて補償値を決定して、制御電圧信号を補うための補償信号を出力する。そして、ファジィ補償器１４は、位相差が急激な変動をしているか否かをファジィ理論を用いて判定する。そして、ファジィ補償器１４は、位相差が急激な変動をしていると判定した場合は、当該位相差が基準周波数信号に影響を及ぼさないように補償値を０と決定する。
【００７５】
即ち、位相差には、発振器の温度特性により発生した追従すべきものと、妨害波の受信、マルチパス、及び電圧制御発振器１５の周波数ジャンプ等により発生した追従すべきでないものと、が存在する。この点、上記の構成によれば、追従すべきでない追従誤差が示す特有の挙動（急激な変動）に着目し、ファジィ理論を用いて判定しているため、発生した位相差に追従すべきか否かについて妥当な判定結果を得ることができる。そのため、追従すべき位相差には、適切な補償値を設定して、制御器１３のバンド幅を広げるのと同等の構成ができる。一方、追従すべきでない位相差には、補償値を０にして、制御器１３のバンド幅を狭いまま用いることができる。
【００７６】
また、本実施形態の基準周波数発生装置１０において、ファジィ補償器１４は、位相差が急激な変動をしているか否かを、位相差の時間変化率である位相差勾配に対してパターンマッチングを行うことで判定している。
【００７７】
これにより、追従すべきでない位相差が示す特有の挙動をパターンマッチングによって、より的確に捉えることができるので、位相差が急激な変動をしているか否かについて精度の良い判定を行うことができる。従って、妨害波の受信及びマルチパス等の影響を一層軽減させることができる。
【００７８】
また、本実施形態の基準周波数発生装置１０において、ファジィ補償器１４は、位相差勾配が０に近づくにつれてグレードが小さくなるメンバシップ関数で定義されたファジィ集合（Ｎ及びＰ）を設定している。そして、ファジィ集合のグレードが１であって、かつ直近の状態においてファジィ集合のグレードが１又は０であるときに、ファジィ補償器１４は、位相差が急激な変動をしていると判定している。
【００７９】
即ち、急激な変動をしている位相差を少なくするように電圧制御発振器１５に対して制御が行われるとオーバーシュートが発生し、位相差及び位相差勾配が０の前後を振動することがある（ハンチング）。この点、上記の構成においては、ハンチングが起こったときに位相差勾配が示す挙動の特徴を、条件（１）及び条件（２）によって捉えることにより判定を行っているため、位相差が急激な変動をしているか否かについて精度の良い判定を行うことができる。
【００８０】
また、本実施形態の基準周波数発生装置１０においては、条件（１）及び条件（２）に基づいて、位相差が急激な変動をしていると判定された状態から、位相差が急激な変動をしていないと判定された状態に遷移した場合において、ファジィ補償器１４は、状態が遷移してから所定の時間は、位相差が急激な変動をしていると判定する（条件（３））。
【００８１】
即ち、位相差勾配が示す挙動のみから判定を行った場合は、位相差がハンチングの山部分と谷部分にあるとき等に、位相差勾配が０を連続してとることがあり、判定を誤ってしまうことがある。この点、上記の構成においては、判定の誤りが予想される時間においても、条件（３）を設定することで、位相差が基準周波数信号に影響を及ぼさないように補償値を決定しているため、判定の誤りによって基準周波数信号の精度が低下することを効果的に防止することができる。
【００８２】
また、本実施形態の基準周波数発生装置１０において、ファジィ補償器１４は、位相差が急激な変動をしていないと判定した場合は、当該位相差が小さくなるように補償値を決定している。
【００８３】
これにより、修正することが好ましい位相差（例えば、電圧制御発振器１５の温度特性によって生じる位相差）については、適切に修正を行うように補償値を決定することができる。そのため、温度変化による周波数ドリフトによって基準周波数信号の周波数が変化することを防止できる。
【００８４】
また、本実施形態の基準周波数発生装置１０において、位相差及び位相差勾配をファジィ化してファジィルールを適用することで補償値を決定している。
【００８５】
これにより、修正すべき位相差の大きさに応じて妥当な補償値を設定することにより、外乱が出力信号に及ぼす影響を抑制することができる。そのため、電圧制御発振器１５の温度特性により基準周波数信号の精度が低下した場合においても、良好な精度に素早く戻すことができる。
【００８６】
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。
【００８７】
上記実施形態では、ＧＰＳ衛星からの信号に基づいてリファレンス信号を生成する構成であるが、ＧＰＳ以外のＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）を利用する場合においても、上記実施形態の構成を適用することができる。ＧＰＳ以外のＧＮＳＳとしては、例えばＧＬＯＮＡＳＳやＧＡＬＩＬＥＯ等を挙げることができる。また、外部装置が生成したリファレンス信号を取得する構成としても良い。
【００８８】
基準周波数発生装置１０の内部にＧＰＳ受信機２０を配置し、自機の内部で１ＰＰＳ信号（リファレンス信号）を生成する構成に変更することができる。
【００８９】
本実施形態のファジィ補償器１４は、位相差及び位相差勾配を上記のようにファジィ化しているが、これらのファジィ集合を定義するメンバシップ関数は任意の関数を用いることができる。また、例えば位相差については４つのファジィ集合を用いるといったように、任意の個数のファジィ集合を設定することができる。
【００９０】
パターンマッチングを行うときに用いた条件は、本実施形態で示した例に限定されず、様々な条件を設定することができる。
【００９１】
上記実施形態では、追従誤差として位相比較器１２が算出した位相差を用いているが、挙動に基づいて追従すべき追従誤差と追従すべきでない追従誤差とを判定可能であれば、他の値を追従誤差として用いることができる。
【００９２】
上記実施形態では、電圧制御発振器１５として、温度補償型の水晶発振器であるＴＣＸＯを用いる例を示したが、ＴＣＸＯの他にも、電圧制御発振器１５としてＯＣＸＯ（Ｏｖｅｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ、恒温槽付水晶発振器）等の水晶発振器を用いることができる。また、電圧制御発振器１５は、水晶発振器に限られず、例えばルビジウム発振器等を用いることができる。
【００９３】
電圧制御発振器１５の周波数は１０ＭＨｚとすることに限らず、ユーザが要求する信号周波数に応じて別の周波数のものを使用しても良い。
【００９４】
制御器１３は、電圧制御発振器１５に出力する制御電圧信号を適切に制御できる限り、Ｐ制御、Ｉ制御及びＤ制御のうち少なくとも１つを実行可能な制御器に代えることができる。
【００９５】
ＰＬＬ回路３０は、供給されるリファレンス信号に同期して電圧制御発振器１５を制御する構成である限り、他の同期回路（ＤＬＬ回路等）を使用することもできる。
【００９６】
電圧制御発振器１５の部分に別の同期回路を配置し、異なる周波数を生成して出力する構成に変更することができる。
【符号の説明】
【００９７】
１０  基準周波数発生装置
１２  位相比較器（比較器）
１３  制御器
１４  ファジィ補償器（補償器）
１５  電圧制御発振器（発振器）
３０  ＰＬＬ回路
【図１】
2011146919.tif 000004
【図２】
2011146919.tif 000005
【図３】
2011146919.tif 000006
【図４】
2011146919.tif 000007
【図５】
2011146919.tif 000008
【図６】
2011146919.tif 000009
【図７】
2011146919.tif 000010
【図８】
2011146919.tif 000011
【図９】
2011146919.tif 000012
【図１０】
2011146919.tif 000013
【図１１】
2011146919.tif 000014