(57)【要約】【課題】ＧＰＳ受信機を利用して、絶対時刻に正確に同期した現在時刻を発生する時刻発生装置を具え、内部カウンタのリセットの時点でも、１秒間の間隔期間が保証され、非常に、１秒間の間隔精度が良く、かつ、絶対時刻と同期させた、高精度時刻発生装置を提供する。【解決手段】時刻発生装置が、ＧＰＳ受信機と、パルス発生手段と、記憶手段と、カウンタと、演算手段と、ＧＰＳ受信機で得られるクロックパルスが、１ｍｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃの所定の期間内に入っていることを確認して前記カウンタのリセット信号を生成するカウンタリセット信号生成手段とを具え、絶対時刻精度が、カウンタのリセットの時点でも、１０ｍｓｅｃ以内の期間内で同期し、かつ、現在時刻が、リセットの時点でも、所定の精度範囲内に収まるように時刻補正をする絶対時刻と同期した時刻を発生させる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　時刻発生装置であって、ＧＰＳ受信信号から時刻データ及び絶対時刻に同期したクロックパルスを抽出するＧＰＳ受信機と、所定の周波数でパルス信号を発生する発振器と、前記ＧＰＳ受信機で得られる最新の時刻データを基準時間として格納する記憶手段と、前記発振器で得られるパルス信号をカウントするカウンタと、このカウンタのカウント値を前記発振器の設定周波数で割り、その結果に前記記憶手段に格納された基準時間を加算して現在時刻を求める演算手段と、この演算手段及び前記ＧＰＳ受信機に結合され、前記ＧＰＳ受信機で得られるクロックパルスが、１ｍｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ単位の所定の期間内に入っていることを確認して前記カウンタのリセット信号を生成するカウンタリセット信号生成手段とを具え、
　前記時刻発生装置の現在時刻を、前記カウンタのリセットの時点でも、１０ｍｓｅｃ以内の期間内で、前記絶対時刻に同期させると共に、
　前記カウンタで計測されるカウンタ値の精度が、前記カウンタのリセットの時点でも、所定の精度の範囲内に収まるように、前記発振器の周波数安定精度に応じて時刻補正を行うようにしたことを特徴とする時刻発生装置。
【請求項２】
　少なくとも１つのセンサからのセンサ信号を獲得し、記録するための時刻発生装置であって、ＧＰＳ受信信号から時刻データ及び絶対時刻に同期したクロックパルスを抽出するＧＰＳ受信機と、所定の周波数でパルス信号を発生する発振器と、前記ＧＰＳ受信機で得られる最新の時刻データを基準時間として格納する記憶手段と、前記発振器で得られるパルス信号をカウントするカウンタと、このカウンタのカウント値を前記発振器の設定周波数で割り、その結果に前記記憶手段に格納された基準時間を加算して現在時刻を求める演算手段と、この演算手段及び前記ＧＰＳ受信機に結合され、前記ＧＰＳ受信機で得られるクロックパルスが、１ｍｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ単位の所定の期間内に入っていることを確認して前記カウンタのリセット信号を生成するカウンタリセット信号生成手段とを具え、
　前記時刻発生装置の現在時刻を、前記カウンタのリセットの時点でも、１０ｍｓｅｃ以内の期間内で、前記絶対時刻に同期させると共に、
　前記カウンタで計測されるカウンタ値の精度が、前記カウンタのリセットの時点でも、所定の精度の範囲内に収まるように、前記発振器の周波数安定精度に応じて時刻補正を行い、更に、
　前記センサ信号を、前記絶対時刻と同期した現在時刻と共に獲得し、前記記憶手段に記録するようにしたことを特徴とする時刻発生装置。
【請求項３】
　前記演算手段に結合され、前記ＧＰＳ受信機の電源をオンオフ制御する電源制御手段を更に具え、前記カウンタで計測されるカウンタ値の精度が、所定の精度範囲内となるように、前記ＧＰＳ受信機及びカウンタリセット信号生成手段に、前記電源制御手段により間欠的に電源を供給するようにした請求項１又は２に記載の時刻発生装置。
【請求項４】
　前記電源制御手段により、前記ＧＰＳ受信機及びカウンタリセット信号生成手段の電源をオフ制御した場合、次にこの電源をオン制御する迄の時間を前記カウンタに設定した後、当該設定時間経過中、更に前記演算手段を省電力モードで待機させるようにした請求項３に記載の時刻発生装置。
【請求項５】
　前記ＧＰＳ受信機の前記電源オフ制御期間が、１００秒乃至６時間である請求項３又は４に記載の時刻発生装置。
【請求項６】
　前記発振器が、周波数安定精度で、０．１ｐｐｍ乃至１０ｐｐｍの精度である請求項１乃至５のいずれか１項に記載の時刻発生装置。
【請求項７】
　前記発振器が、温度補償付発振器である請求項１乃至６のいずれか１項に記載の時刻発生装置。
【請求項８】
　前記時刻発生装置の電源が充電可能な電池で構成された請求項１乃至７のいずれか１項に記載の時刻発生装置。
【請求項９】
　太陽電池で前記電池に充電するようにした請求項８に記載の時刻発生装置。
【請求項１０】
　前記ＧＰＳ受信機に接続されるＧＰＳアンテナが太陽電池を兼備した請求項１乃至９のいずれか１項に記載の時刻発生装置。
【請求項１１】
　前記記憶手段が、フラッシュメモリ、又は、バッテリーバックアップされた半導体ＲＡＭメモリで構成されている請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の時刻発生装置。
【請求項１２】
　前記時刻発生装置が携帯型時刻発生装置である請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の時刻発生装置。
【請求項１３】
　前記カウンタが、１、２、５、１０、２０、５０、１００、２００、５００、１０００、２０００、又は５０００ミリ秒のクロックを出力できる請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の時刻発生装置。
【請求項１４】
　前記ＧＰＳ受信機から、当該時刻発生装置の空間位置も記録するようにした請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の時刻発生装置。
【請求項１５】
　前記センサが、加速度センサ、磁気センサ、地震計、又は、受振器である請求項２乃至１４のいずれか１項に記載の時刻発生装置。
【請求項１６】
　前記センサの記録データに、測定位置、測定時刻、プリアンプゲイン、フィルタ条件、ＡＤ変換条件、プリトリガ期間、ウインドウ期間、外部増幅器ゲイン、温度／湿度データ、又は、各センサのＡＤ変換値を含む請求項２乃至１５のいずれか１項に記載の時刻発生装置。
【請求項１７】
　時刻発生装置を利用した時刻発生方法であって、
　前記時刻発生装置が、ＧＰＳ受信信号から時刻データ及び絶対時刻に同期したクロックパルスを抽出するＧＰＳ受信機と、所定の周波数でパルス信号を発生する発振器と、前記ＧＰＳ受信機で得られる最新の時刻データを基準時間として格納する記憶手段と、前記発振器で得られるパルス信号をカウントするカウンタと、このカウンタのカウント値を前記発振器の設定周波数で割り、その結果に前記記憶手段に格納された基準時間を加算して現在時刻を求める演算手段と、この演算手段及び前記ＧＰＳ受信機に結合され、前記ＧＰＳ受信機で得られるクロックパルスが、１ｍｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ単位の所定の期間内に入っていることを確認して前記カウンタのリセット信号を生成するカウンタリセット信号生成手段とを具え、
　イ）前記ＧＰＳ受信機により、ＧＰＳ受信信号から、時刻データ及び絶対時刻に同期した同期クロックパルスを抽出すると共に、前記絶対時刻を記憶するＧＰＳ受信工程と、
　ロ）前記発振器からのパルス信号を前記カウンタで計測するパルス計測工程と、
　ハ）前記ＧＰＳ受信工程の同期クロックパルスと、前記パルス計測工程のパルス信号とを、前記カウンタのリセットの時点でも、１０ｍｓｅｃ以内の期間内で、前記絶対時刻に同期させると共に、
　　　前記カウンタで計測されるカウンタ値の精度が、前記カウンタのリセットの時点でも、所定の精度の範囲内に収まるように、前記発振器の周波数安定精度に応じて時刻補正を行う時刻補正工程とを含むことを特徴とする時刻発生方法。
【請求項１８】
　少なくとも１つのセンサからのセンサ信号を獲得し、記録するための時刻発生装置を利用した時刻発生方法であって、
　前記時刻発生装置が、ＧＰＳ受信信号から時刻データ及び絶対時刻に同期したクロックパルスを抽出するＧＰＳ受信機と、所定の周波数でパルス信号を発生する発振器と、前記ＧＰＳ受信機で得られる最新の時刻データを基準時間として格納する記憶手段と、前記発振器で得られるパルス信号をカウントするカウンタと、このカウンタのカウント値を前記発振器の設定周波数で割り、その結果に前記記憶手段に格納された基準時間を加算して現在時刻を求める演算手段と、この演算手段及び前記ＧＰＳ受信機に結合され、前記ＧＰＳ受信機で得られるクロックパルスが、１ｍｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ単位の所定の期間内に入っていることを確認して前記カウンタのリセット信号を生成するカウンタリセット信号生成手段とを具え、
　イ）前記ＧＰＳ受信機により、ＧＰＳ受信信号から、時刻データ及び絶対時刻に同期した同期クロックパルスを抽出すると共に、前記絶対時刻を記憶するＧＰＳ受信工程と、
　ロ）前記発振器からのパルス信号を前記カウンタで計測するパルス計測工程と、
　ハ）前記ＧＰＳ受信工程の同期クロックパルスと、前記パルス計測工程のパルス信号とを、前記カウンタのリセットの時点でも、１０ｍｓｅｃ以内の期間内で、前記絶対時刻に同期させると共に、
　　　前記カウンタで計測されるカウンタ値の精度が、前記カウンタのリセットの時点でも、所定の精度の範囲内に収まるように、前記発振器の周波数安定精度に応じて時刻補正を行う時刻補正工程と、
　ニ）前記センサ信号を、前記絶対時刻と同期した現在時刻と共に獲得し、前記記憶手段に記録するセンサ信号記録工程とを含むことを特徴とする時刻発生方法。
【請求項１９】
　前記演算手段に結合され、前記ＧＰＳ受信機の電源をオンオフ制御する電源制御手段を更に具え、前記カウンタで計測されるカウンタ値の精度が、所定の精度範囲内となるように、前記ＧＰＳ受信機及びカウンタリセット信号生成手段に、前記電源制御手段により間欠的に電源を供給するＧＰＳ電源制御工程を更に含む請求項１７又は１８に記載の時刻発生方法。
【請求項２０】
　前記電源制御手段により、前記ＧＰＳ受信機及びカウンタリセット信号生成手段の電源をオフ制御した場合、次にこの電源をオン制御する迄の時間を前記カウンタに設定した後、当該設定時間経過中、更に前記演算手段を省電力モードで待機させる工程を含む請求項１９に記載の時刻発生方法。
【請求項２１】
　前記ＧＰＳ受信機の前記電源オフ制御期間が、１００秒乃至６時間である請求項１９又は２０に記載の時刻発生方法。
【請求項２２】
　前記発振器が、周波数安定精度で、０．１ｐｐｍ乃至１０ｐｐｍの精度である請求項１７乃至２１のいずれか１項に記載の時刻発生方法。
【請求項２３】
　前記発振器が、温度補償付発振器である請求項１７乃至２２のいずれか１項に記載の時刻発生方法。
【請求項２４】
　前記時刻発生装置の電源が充電可能な電池で構成された請求項１７乃至２３のいずれか１項に記載の時刻発生方法。
【請求項２５】
　前記記憶手段が、フラッシュメモリ、又は、バッテリーバックアップされた半導体ＲＡＭメモリで構成されている請求項１７乃至２４のいずれか１項に記載の時刻発生方法。
【請求項２６】
　前記時刻発生装置が携帯型時刻発生装置である請求項１７乃至２５のいずれか１項に記載の時刻発生方法。
【請求項２７】
　前記ＧＰＳ受信機から、当該時刻発生装置の空間位置を記録する工程を更に含む請求項１７乃至２６のいずれか１項に記載の時刻発生方法。
【請求項２８】
　前記センサが、加速度センサ、磁気センサ、地震計、又は、受振器である請求項１８乃至２７のいずれか１項に記載の時刻発生方法。
【請求項２９】
　前記センサの記録データに、測定位置、測定時刻、プリアンプゲイン、フィルタ条件、ＡＤ変換条件、プリトリガ期間、ウインドウ期間、外部増幅器ゲイン、温度／湿度データ、又は、各センサのＡＤ変換値を含む請求項１８乃至２８のいずれか１項に記載の時刻発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　この発明は、ＧＰＳ（グローバル　ポジショニング　システム）受信機を用いて、絶対時刻に正確に同期した現在時刻を発生する低消費電力の時刻発生装置、及び、時刻発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
　地震探査、火山探査等の地球物理探査では人工的地震源により地表に地震波を加え、この地震波が地球の下方に進行し、種々の地下層の界面における弾性インピーダンスの差により反射又は屈折させられる。地表に沿ってかつ／又は地中穴に配置された地震計又は受振器と呼ばれる検出器は、検出する地震波の反射及び／又は屈折に応答してアナログの電気地震信号を発生し、このアナログ電気地震信号をサンプリングしてデジタル化し記録する。次に記録された地震データは、地下層の性質及び構造を決定するために引き続いて処理及び分析される。
【０００３】
　種々の携帯型の地震探査システムが知られている。第１のタイプの携帯型地震探査システムは、ケーブル無し地震記録システムを使用しており、この記録システムは地震計又は受振器が発生した地震信号をデジタル的に記録し、これを行うのに多導体ケーブル、若しくは地震データを中央の記録地点に送信するための無線又は有線の遠隔測定法の如き別の手段を必要としない。第２のタイプの携帯型地震探査システムは、各種の遠隔測定システムを用いており、これら遠隔測定法システムは獲得した地震データを無線通信リンク若しくはファイバ光学ケーブルによって中央の記録地点に中継するようになっている。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−１６２９８７号公報
【特許文献２】特開平５−６０８８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
　しかして地震火山探査システムにおいて、火山体の地中でマグマがどこにありどの様に移動しているのかが観測できると、的確に噴火等を予知することができるが、山岳地形の火山体等をケーブルで面的に中継する作業には膨大な作業及び危険ないし費用が伴ない、上述の第２のタイプの携帯型地震探査システムは現実的でない。また、無線通信リンクを用いて観測するシステムもあるが、無線通信リンク装置は装置全体が大きく重量が重く消費電力も大きいので、一般には車両等により運搬、設置されるようになっている。しかしながら観測地域は谷、川等の地形的障害により必ずしも車両等で３６０°の全方向からアクセスできず、人手により観測機材を運搬設置する第１のタイプの携帯型地震／火山探査システムが適応性、費用等の面で一般に優れている。
【０００６】
　かかる第１のタイプの携帯型地震探査システムの１つとして適応型地震グループ記録装置の一例が特許文献１に記載されている。この適応型地震計グループ記録装置では、ＲＦ送受信機によりオペレーティングプログラムをダウンロードしたり、地震信号の獲得、処理等を遠隔制御するようにしているが、複数の適応型地震計グループ記録装置を同時に作動させようとすると、各適応型地震計グループ記録装置は物理的距離がそれぞれ独立して設置されているため、簡単に精度良く時刻合わせをすることができないという問題点があった。この時刻合わせの精度は、マグマや断層等の距離計測精度に直接影響し、例えば、放送局の時報電波等を利用して時刻合わせを行うと、従来１０ｍｓｅｃ以内に精度を高めることは極めて難しく、地震波の伝播速度を４〜６Ｋｍ／秒とすると２００〜４００ｍの計測誤差は避けられなかった。
【０００７】
　かかる地球上の離れた各地点間において、各観測位置を精度良く求めると共に世界共通の絶対時刻を精度良く補正するシステムとしてＧＰＳが知られている。そして測位用ＧＰＳ受信機を用いて、絶対時刻に同期した現在時刻を発生する時刻発生装置が特許文献２に記載されている。しかしながら、上述の特許文献２に記載の時刻発生装置では測位用ＧＰＳ受信機を２４時間作動させ、１秒毎にＧＰＳ受信機から出力される同期用クロックパルスにより内部カウンタをリセットしているので、車や事務所等電源供給に何の不自由もしない環境では利用できるが、山岳地帯や砂漠等の電源供給の限られた環境ではＧＰＳ受信機の消費電力が約１．５Ｗ前後と比較的大きいので、手軽に利用できないという問題点があった。
【０００８】
　この発明は上述のような問題点を解決するためになされたもので、この発明の目的はＧＰＳ受信機を低消費電力モードで作動させ、低消費電力で絶対時刻に正確に同期した現在時刻を発生する時刻発生装置、及び、時刻発生方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
　この発明は、時刻発生装置に関し、この発明の上記目的は、ＧＰＳ受信信号から時刻データ及び絶対時刻に同期したクロックパルスを抽出するＧＰＳ受信機と、所定の周波数でパルス信号を発生する発振器と、前記ＧＰＳ受信機で得られる最新の時刻データを基準時間として格納する記憶手段と、前記発振器で得られるパルス信号をカウントするカウンタと、このカウンタのカウント値を前記発振器の設定周波数で割り、その結果に前記記憶手段に格納された基準時間を加算して現在時刻を求める演算手段と、この演算手段及び前記ＧＰＳ受信機に結合され、前記ＧＰＳ受信機で得られるクロックパルスが、１ｍｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ単位の所定の期間内に入っていることを確認して前記カウンタのリセット信号を生成するカウンタリセット信号生成手段とを具え、前記時刻発生装置の現在時刻を、前記カウンタのリセットの時点でも、１０ｍｓｅｃ以内の期間内で、前記絶対時刻に同期させると共に、前記カウンタで計測されるカウンタ値の精度が、前記カウンタのリセットの時点でも、所定の精度の範囲内に収まるように、前記発振器の周波数安定精度に応じて時刻補正を行うことによって達成される。
【００１０】
　また、この発明の上記目的は、前記ＧＰＳ受信機の前記電源オフ制御期間中、更に、前記演算手段を省電力モードで待機させたり、前記ＧＰＳ受信機の前記電源オフ制御期間が、１５０分乃至６時間であるように設定することによっても達成される。
【００１１】
　この発明は、時刻発生装置を利用した時刻発生方法にも関し、この発明の上記目的は、前記時刻発生装置が、ＧＰＳ受信信号から時刻データ及び絶対時刻に同期したクロックパルスを抽出するＧＰＳ受信機と、所定の周波数でパルス信号を発生する発振器と、前記ＧＰＳ受信機で得られる最新の時刻データを基準時間として格納する記憶手段と、前記発振器で得られるパルス信号をカウントするカウンタと、このカウンタのカウント値を前記発振器の設定周波数で割り、その結果に前記記憶手段に格納された基準時間を加算して現在時刻を求める演算手段と、この演算手段及び前記ＧＰＳ受信機に結合され、前記ＧＰＳ受信機で得られるクロックパルスが、１ｍｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ以内の所定の期間内に入っていることを確認して前記カウンタのリセット信号を生成するカウンタリセット信号生成手段とを具え、
　イ）前記ＧＰＳ受信機により、ＧＰＳ受信信号から、時刻データ及び絶対時刻に同期した同期クロックパルスを抽出すると共に、前記絶対時刻を記憶するＧＰＳ受信工程と、
　ロ）前記発振器からのパルス信号を前記カウンタで計測するパルス計測工程と、
　ハ）前記ＧＰＳ受信工程の同期クロックパルスと、前記パルス計測工程のパルス信号とを、前記カウンタのリセットの時点でも、１０ｍｓｅｃ以内の期間内で、前記絶対時刻に同期させると共に、前記カウンタで計測されるカウンタ値の精度が、前記カウンタのリセットの時点でも、所定の精度の範囲内に収まるように、前記発振器の周波数安定精度に応じて時刻補正を行う時刻補正工程とを含むことによって達成される。
【００１２】
　また、この発明の上記目的は、前記ＧＰＳ受信工程で得られる連続した同期クロックパルスが、所定の期間内に入っていることを確認して、前記パルス計測工程の前記カウンタを、前記ＧＰＳ受信工程の前記所定の期間内確認済みの同期クロックパルスによりリセットし、前記ＧＰＳ受信工程の同期クロックパルスと、前記パルス計測工程のパルス信号とを同期せしめることによっても達成される。
【００１３】
　更にまた、この発明はセンサからのセンサ出力信号を獲得し、処理し、記憶するための自律型データ記録装置（Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ　Ｄａｔａ　Ｒｅｃｏｒｄｅｒ　：ＡＤＲと略す）にも関し、この発明の上記目的は、イ）時刻発生装置、ロ）第１固体メモリハ）前記ＡＤＲに設けられており、記録パラメータのメニューを提供する複数のオペレーティングプログラムを前記ＡＤＲの前記第１固体メモリに電子的にダウンロードするための入力手段、ニ）前記ＡＤＲに設けられており、前記時刻発生装置の絶対時間に応答して、前記オペレーティングプログラムが提供する記録パラメータの前記メニューから記録パラメータの組を選択して前記センサ信号を獲得し処理するようにするための処理手段、及びホ）前記処理手段からの獲得され処理されたセンサデータを記憶するための第２固体メモリとを具えた自律型データ記録装置によって達成される。
【００１４】
　また、この発明は空間的に異なる地点に配備された自律型データ記録装置によってセンサ信号を獲得し、処理し、記憶し、統合処理するための物理探査方法にも関し、この発明の上記目的は、イ）ＧＰＳ受信信号から絶対時刻を受信して絶対時刻精度を管理すると共に、常駐したオペレーティングプログラムが提供する記録パラメータのメニューから１組の記録パラメータを選択して待機する工程、ロ）前記選択された１組の記録パラメータに従って各自律型データ記録装置に電子的に結合された少なくとも１つのセンサにより発生されるセンサ信号を絶対時刻と共に獲得し処理する工程、ハ）前記各自律型データ記録装置に記録されたセンサ信号を統合処理装置に転送して、センサ信号の空間的特性を解析する工程を設けることによっても達成される。
【００１５】
　更にまた、この発明の上記目的はイ）ＧＰＳ受信信号から空間位置及び絶対時刻を受信して絶対時刻精度を管理すると共に、常駐したオペレーティングプログラムが提供する記録パラメータのメニューから１組の記録パラメータを選択して待機する工程、ロ）前記選択された１組の記録パラメータに従って各自律型データ記録装置に電子的に結合された少なくとも１つのセンサにより発生されるセンサ信号を空間位置及び絶対時刻と共に獲得し処理する工程、ハ）前記各自律型データ記録装置に記録されたセンサ信号を統合処理装置に転送して、センサ信号の空間・時間特性を解析する工程から成る物理探査方法によっても達成される。
【００１６】
　また、この発明は空間的に異なる地点に配備された自律型データ記録装置によってセンセ信号を獲得し、処理し、記憶し、統合処理するための物理探査システムにも関し、この発明の上記目的は、イ）前記各自律型データ記録装置にオペレーティングプログラムが提供する記録パラメータのメニューから１組の記録パラメータを選択して設定するためのパラメータ選択設定手段と、ロ）前記選択された１組の記録パラメータに従って電子的に結合された少なくとも１つのセンサにより発生されるセンサ信号をＧＰＳ受信信号から獲得される絶対時刻と共に獲得し処理し記憶する自律型データ記録装置と、ハ）前記各自律型データ記録装置に記録されたセンサ信号を入力して、センサ信号の空間／時間的特性を解析する統合処理手段とを設けることによって達成される。
【００１７】
　更にまた、この発明の上記目的は物理探査に関心のある地域に配備された自律型データ記録装置によってセンサ信号を獲得し、処理し、記憶し、統合処理するための物理探査システムにおいて、イ）前記各自律型データ記録装置にオペレーティングプログラムが提供する記録パラメータのメニューから１組の記録パラメータを選択して設定するためのパラメータ選択設定手段と、ロ）前記選択された１組の記録パラメータに従って電子的に結合された少なくとも１つのセンサにより発生されるセンサ信号をＧＰＳ受信信号から獲得される空間位置及び絶対時刻と共に獲得し処理し記憶する自律型データ記録装置と、ハ）前記各自律型データ記録装置に記録されたセンサ信号を入力して、センサ信号の空間／時間的特性を解析する統合処理手段とを設けることによっても達成される。
［作用］
　この発明のデータ記録装置によれば、長大橋や超大型タンカー或いは大きな建物に、本発明のデータ記録装置を、複数個分散設置して、絶対時刻に同期したセンサ出力を記録すると、データ収集のためのケーブル敷設作業が不要となり、構造設計等の振動解析確認作業を容易に実施することができる。又、時刻補正時以外はＧＰＳ受信機の電源供給を停止できるので、低消費電力で絶対時刻補正が行える。従って、同一容量の電池であればより長時間の地震データが記録できると共に、携帯型データ記録装置の重量を著しく軽量化できる。更に、ＧＰＳ時刻較正システムを利用して時刻補正するので、１０μｓｅｃ〜１ｍｓｅｃ単位の時刻補正が可能となり、物理探査の計測精度を飛躍的に高めることができる。
【発明の効果】
【００１８】
　この発明の時刻発生装置及び時刻発生方法によれば、低消費電力で正確な絶対時刻の補正が実現できる。また、従来の方法と比較して、１桁精度の高い時刻補正が実現できるので、物理探査精度を一段と向上させることができる。又、本発明のデータ記録装置を、長大橋や超大型タンカー或いは大きな建物に、複数個分散設置して、絶対時刻に同期した加速度センサ出力を記録すると、データ収集のためのケーブル敷設作業が不要となり、構造設計等の振動解析確認作業を容易に実施することができる。
【００１９】
　更に、移動体と地上とそれぞれ独立して絶対時刻に基づいた振動計測ができるので、従来計測不能であった移動体と地面との間の伝達関数等も容易に演算することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
　以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
【００２１】
　図１はこの発明の時刻発生装置のハードウェア構成の一例を示すもので、ＧＰＳアンテナ２で受信されたＧＰＳ信号はＧＰＳ受信機４に送られる。このＧＰＳ受信機４は入力ＧＰＳ信号から測位データを検出出力すると共にその測位データ中に含まれている絶対時刻に基づく時刻データＴＤだけを抽出することができ、更に絶対時刻に同期したクロックパルス（以下、ＧＰＳパルス）ＣＰを再生出力する。これらの測位データ、時刻データＴＤ及びＧＰＳパルスＣＰは、演算手段であるマイクロプロセッサ（以下、ＭＰＵ）１０等で構成された時刻補正部に送られる。
【００２２】
　この時刻補正部は、ＭＰＵ１０、発振器６、カウンタ及びタイマモジュール８（カウンタ又はタイマが論理回路と共に一個又は複数個内蔵されている。）、カウンタリセット手段１２、記憶手段１４及び入出力制御部１６で構成される。ＧＰＳパルスＣＰはＭＰＵ１０に送られると共に、リセット手段１２を構成するアンドゲートの一方の端子にも入力され、他方の入力端子はＭＰＵ１０から出力される制御信号ＸＧが接続されるようになっている。またリセット手段１２の出力ＲＳＴは計時用カウンタ８のリセット端子に接続され、ハードウェアで直接計時用カウンタ８をリセットするようになっている。
【００２３】
　一方、発振器６は一定の周波数信号を発生し、計時用タイマ８の発振源となるもので、その周波数精度により後述の時刻校正処理精度が決定されるので、できる限り精度の高いものが望ましく、例えば、温度補償付水晶発振器が好適である。タイマ／カウンタモジュール８は発振器６の出力信号をカウントするカウンタとして動作すると共に、ＭＰＵ１０からの設定条件によりタイマとしても動作可能となっており、例えば、ＭＰＵ１０の設定条件で１、２、５、１０、２０、５０、１００、２００、５００、１０００、２０００、５０００ミリ秒の割込クロックを適当に選択して出力できるような構成のものが好ましい。そして、計時用カウンタ８は発振器６の出力信号をもとに設定された周波数のクロックを計数してＭＰＵ１０にパラレル出力すると共に、ＭＰＵ１０が省電力モードで機能停止中は機能停止期間を計測するタイマとして単独で作動するようになっている。
【００２４】
　ＭＰＵ１０は、カウンタ８からのパルスカウント値をパラレル入力し、ＧＰＳパルスＣＰを割込み入力として図３に示す時刻校正処理ルーチンを起動して基準時間を更新すると共に現在時刻を求める。この現在時刻データは記憶手段１４に格納されると共に、入出力制御部１６を介して外部に出力される。
【００２５】
　このような構成において、図２のタイムチャート及び図３のフローチャートを参照してその動作を説明する。
【００２６】
　ＧＰＳシステムでは、図２（Ａ）に示すように、ＧＰＳ受信機４で得られるクロックパルスＣＰは絶対時刻に同期させて再生されており、通常は１秒間隔で再生出力されている。また、時刻データＴＤも正常な状態では１秒毎に更新されるようになっている。しかしながら、ＧＰＳアンテナ２の上空に高い樹木があったり、太陽の黒点活動により電離層の状態が急変したりすると、必ずしも毎回、確実にクロックパルスＣＰを１秒間隔で再生できるとは限らない。
【００２７】
　そこで、時刻補正部では、ＭＰＵ１０により図３に示す処理を実行して時刻データＴＤを校正し、基準時間及び現在時刻を求める。先ず、図２（Ａ）の時刻ｔ１にＧＰＳ受信機４から出力されたクロックパルスＣＰがＭＰＵ１０に入力される（ステップＳ２）。すると、ＭＰＵ１０では次に出力されるクロックパルスＣＰをチェックするため、図２（Ｂ）に示すような期間ｔ２だけ経過後、期間ｔ３だけ低レベルとなるようなソフトウェアモノマルチルーチンを起動させる（ステップＳ８）と共に、図２（Ｄ）に示すタイミングでＧＰＳ受信機４から出力される最新の時刻データＴＤを読込む（ステップＳ６）。
【００２８】
　しかして、図２（Ａ）の例では、所定の期間ｔ３内に次のＣＰパルスが到達しなかったので（ステップＳ８）、ステップＳ２に戻り、ＧＰＳ受信機４から出力されるＣＰパルスの入力待ちとなる。そして、図２（Ａ）の時刻ｔ４において再びＣＰパルスが出力されると、時期間ｔ２だけ経過後、期間ｔ３だけ低レベルとなるようなソフトウェアモノマルチルーチンを再び起動させる（ステップＳ８）と共に、図２（Ｄ）に示すタイミングでＧＰＳ受信機４から出力される最新の時刻データＴＤをＭＰＵ１０に読込む（ステップＳ６）。
【００２９】
　次に、今回はチェック期間ｔ３の期間内に次のＣＰパルスがＧＰＳ受信機４から出力された（ステップＳ８）ので、リセット手段１２を介して計時用カウンタ８だけがＣＰパルスの立下がりのタイミングでハード的にリセットされると共に、ステップＳ６で読込んだ時刻データを秒以下の時刻を切り捨てた時間に調整した後、１秒を加えて基準時間として格納する（ステップＳ１０）。例えばステップＳ６で入力した時刻が０：０１：０２．０３秒であった場合、基準時間は０：０１：０３．００秒となる。
【００３０】
　かくして、基準時間の更新が終了すると、センサ入力等他の処理があるか否かチェックし（ステップＳ１２）、無ければステップＳ２へ戻る。一方、他の処理がある場合は、更新した基準時間（秒）及びカウンタ８のカウント値（Ｎ）から次式を演算し、現在時刻（秒）を求めた後、他の処理を実行する（ステップＳ１４）。
（数１）現在時刻（秒）＝基準時間（秒）＋カウント値（Ｎ）／タイマ周波数（Ｈｚ）
　尚、タイマ周波数（Ｈｚ）はタイマ８の設定周波数であり、タイマ周波数を１０００Ｈｚとすると、分解能は１ミリ秒となる。
【００３１】
　従って、上記構成による時刻発生装置は、ＧＰＳ受信機４から出力されるＣＰパルス間隔をチェックして計時用カウンタ／タイマをリセットすると共に、チェック用ＣＰパルスの到達時点でハードウェアカウンタ及びソフトウェア絶対時刻を同時に更新するようにしているのでタイマサービス・ルーチンにより任意の時点で現在時刻の読出しがあっても、絶対時刻に同期した現在時刻を正確に回答できる。また、ＣＰパルスから生成されるリセットパルスＲＳＴの間隔を、一定の周波数で分解して基準時間に加算することにより現在時刻を求めるようにしているので、絶対時刻に同期した精度の高い現在時刻を得ることもできる。
【００３２】
　図１に対応させて示す図４はこの発明の時刻発生装置の別の一実施例を示すものであり、それぞれ同一の番号を付した装置は同一の機能を果たすと共に、ＧＰＳ受信機４及びデジタル回路２０に電源供給手段４２ａ及び４２ｂを設け、不使用時にはＭＰＵ１０に結合された電源制御手段４０を介して電池３０の電源をＯＮ−ＯＦＦ制御して、電池３０の消費電力低減を計ったものである。これは通常デジタル回路２０及びＭＰＵ１０が４０ｍＡ、発信器６及びカウンタモジュール８が２ｍＡ程度の消費電力に対し、ＧＰＳ受信機４が３００ｍＡと非常に消費電力が大きいので（各装置の電源電圧は５Ｖを想定しているが、電源電圧が３Ｖ前後に設定できれば、一段と消費電力を節約できることは明らかである。）、絶対時刻の同期調整が終了したら直ちにＧＰＳ受信機４の電源をオフすると、電池の消耗を大幅に低減でき、特に携帯型装置用時刻発生装置として有用である。
【００３３】
　図４の時刻発生装置の動作を図５のフローチャートを参照して説明すると、先ず、ＭＰＵ１０からＧＰＳ受信機４に対し、別の手段で入手した大まかな現在位置及び絶対時刻を入力し、図３と同様な処理を実行して、正確な現在位置の測位データを入手すると共に、ＧＰＳ絶対時刻との同期をとる（ステップＳ２０）。
【００３４】
　そして、図２（Ｂ）に示す次のＣＰパルス受信チェック期間ｔ３内に、ＧＰＳ受信機４からＣＰパルスを入力したら、ＧＰＳ時刻データ＋１を基準時間として記憶手段１４に更新・格納すると共に、直ちに電源制御手段４０にＧＰＳ受信機４の電源断指令ＰＧ１を出力する（ステップＳ２２）。更に、発振器６の周波数安定精度（例えば、０．１ｐｐｍ乃至１０ｐｐｍ）に応じて、次の電源投入時刻を計算し（例えば、０．１ｐｐｍ精度であれば１５０分後、また１０ｐｐｍ精度であれば１００秒であるが、通常は、１ｐｐｍ精度で３〜６時間間隔で電源投入すると十分である。）、タイマのＭＰＵ起動用タイマ８へ次の電源投入割込発生時刻を設定し、電源制御手段４０を介して、デジタル回路２０の電源もオフする（ステップＳ２２）。その後、ＭＰＵ１０は省電力モードへ移る（ステップＳ２４）。この状態では発振器６及びカウンタモジュール８のみが作動しているので、消費電源は約２ｍＡと１／１５０以下に節約できる。
【００３５】
　かくして、上述の電源再投入時刻に至ると、タイマ８からタイマ割込が発生し、ＭＰＵ１０に再起動がかかる（ステップＳ２６）。ＭＰＵ１０は再起動されると、先ずデジタル回路２０及びＧＰＳ受信機４の電源を電源制御手段４０を介して再投入する（ステップＳ２８）。続いて、ＭＰＵ１０はＧＰＳ受信機４からのＣＰパルス入力待ちとなり（ステップＳ３０）、ＣＰパルスが到達すると、次のＣＰパルス到達迄の時間間隔をチェックするためのソフトウェアモノマルチルーチンを起動させると共に、ＧＰＳ受信機４から時刻データＴＤが出力された場合には（ステップＳ３２）、このＧＰＳ時刻データをＭＰＵ１０へ読込む（ステップＳ３４）。
【００３６】
　かくして、所定のチェック期間ｔ３内に次のＣＰパルスが到達すると（ステップＳ３６）、リセット手段１２を介してハード的にカウンタモジュール８の計時用カウンタがリセットされ、再びカウントが開始されると共に、ＭＰＵ１０から電源制御手段４０を介して直ちにＧＰＳ受信機４の電源供給がカットされ、ステップＳ３４で読込んだＧＰＳ時刻データ＋１が基準時間として記憶手段１４に更新格納される（ステップＳ３８）。
【００３７】
　続いて、他の処理があるか否かチェックし（ステップＳ４０）、有る場合には、基準時間及びカウンタ値から現在時刻を演算すると共にセンサ入力等他の処理を実行する（ステップＳ４２）。その後、ステップＳ２２と同様に、次の電源投入時刻を演算してタイマ８の再起動用タイマへ設定した後、デジタル回路２０の電源供給をカットし（ステップＳ４４）、ステップＳ２４へ移り、ＭＰＵ１０の省電力モードへ移る。
【００３８】
　以下、ステップＳ２４乃至Ｓ４４の処理を繰り返す。かかる電源制御手段により、ＧＰＳ絶対時間に同期した絶対時刻を高精度で長時間、最小の消費電力で維持することが可能となり、特に、電池容量に制限のある携帯型装置において有効な時刻発生方法である。尚、上述のフローチャートにおいてステップＳ２８のＧＰＳ受信機への電源投入からステップＳ３８のＧＰＳ受信機電源断迄の期間は通常３０秒乃至２分程度である。
【００３９】
　次に、この時刻発生装置を地球物理探査へ応用した例を述べる。図６は火山体の構造探査の一例であり、ダイナマイト１００ａ，１００ｂ等により人工地震を発生させ、この地震波を予め空間的に分散設置した多数の観測点（２００ａ〜２００ｍ）で記録し、後でこの記録データを収集解析してマグマや火山体の地下構造を演算するものである。しかして、複雑な火山地帯の中にできるだけ均一に観測点を設定するためには、機械の運搬は人手に頼るしかなく、小型・軽量・低消費電力の携帯型高精度記録装置を提供する必要がある。
【００４０】
　図４に対応させて示す図７はかかる携帯用自律型データ記録装置２００ａの一例であり、それぞれ同一の番号を付した装置は同一の機能を果たすと共に、プリアンプ５２ａ〜５２ｍ、低減フィルタ５４ａ〜５４ｍ、マルチプレクサ５６及びＡＤ変換手段５８で構成されたアナログ回路５０がＭＰＵ１０に結合され、その電源は電源制御手段４０から出力される制御信号ＰＧｋによりオンオフ制御されると共に、操作メニュー等が液晶等で構成された表示手段２０ｂに表示され入力手段７０を介して各種記録パラメータを選択／設定するようになっている。又プリアンプ５２ａ〜５２ｍの先には地震センサ６０ａ〜６０ｃや温度センサ等が接続されるようになっている。
【００４１】
　このような構成においてその動作を図８乃至図１０を参照して説明すると、先ず、データ記録装置２００ａにセンサ等の測定条件をダウンロードし又は表示手段２０ｂと入力手段７０を操作して初期設定する（図８のステップＳ６０）。又、各観測地点に到着したならば、大まかな空間位置及び絶対時刻をダウンロードデータ又は入力手段７０を介してＭＰＵ１０に入力し、これらデータをＧＰＳ受信機４に転送して、図３のフローチャートと同一の処理を実行し、正確な現在位置の測位データをＧＰＳ受信機４から読出すと共に、ＧＰＳクロックパルスＣＰによりＧＰＳ絶対時刻との同期をとる（ステップＳ６０）。
【００４２】
　かくして、初期設定が終了すると、ＭＰＵ１０から電源制御手段４０へＧＰＳ受信機４及びアナログ回路５０の電源断指令を出力し、その後タイマ８の再起動用タイマへ時刻補正のための次の電源投入時刻を設定して、デジタル回路２０ａ及び２０ｂの電源をカットする（ステップＳ６２）。
【００４３】
　その後、ＭＰＵ１０は省電力モードへ移り（ステップＳ６４）、この状態では、発振器６及びカウンタモジュール８のみが作動しているので、消費電流は大幅に節約できる。
【００４４】
　しかして上述の電源再投入時刻に至ると、タイマモジュール８からタイマ割込が発生し、ＭＰＵ１０に再起動がかかる（ステップＳ６６）。ＭＰＵ１０は再起動されると、先ず、再起動の要因が時刻補正のためのものか、指定時刻でのセンサ計測のためのものか、他の処理のためのものか判定する。そして、ＧＰＳ時刻補正のための再起動の場合には（ステップＳ６８）、デジタル回路２０ａ及びＧＰＳ受信機４の電源を投入して図５のステップＳ２８乃至Ｓ３８と同様のＧＰＳ時刻補正処理を行ない（ステップＳ７０）、ステップＳ８４へ移る。
【００４５】
　また、指定時刻でのセンサ計測の場合には（ステップＳ７２）、先ずデジタル回路２０ａ及びアナログ回路５０の電源を投入した後、プリアンプ、フィルタ及びＡＤ変換パラメータ等を記憶手段１４から読出し、所定のレジスタ等にそれぞれ設定する（ステップＳ７４）。その後、指定時刻迄カウンタ８を監視し（ステップＳ７６）、指定時刻となったなら、基準時間及びカウンタ値から現在時刻を演算して記憶手段１４に記憶すると共に、センサ６０ａ〜６０ｍの出力を順次切換えて、ＡＤ変換手段５８によりデジタル化し、記憶手段１４に所定の回数だけを書込む。
【００４６】
　この様子を図９（Ａ）乃至（Ｆ）及び図１０を参照して更に詳しく説明すると、ＭＰＵＩ０は図９（Ａ）のように待機モードと記録モードとをそれぞれ切替えて実行するようになっており、その間に発振器６の精度が所定の精度より悪化する少し手前の時刻でＧＰＳ受信機４に電源を再供給して絶対時刻精度が所定の精度範囲内に必ず収まるように制御している（図９（Ｂ））。しかして、待機モードでは、消費電力を低減させるため、アナログ回路５０、デジタル回路２０ａ及びＭＰＵ１０の電源をカットすると共に、記録に必要な時のみ各装置に電源を供給するように、電源制御手段４０により各装置の電源をきめ細かくオンオフ制御するようにしている。そして、記録ｉのサンプリングモードでは、図９（Ｃ）の時点ｔ３０でＭＰＵ１０を再起動させ、デジタル回路２０ａ及びアナログ回路５０に電源を供給すると共に、マルチプレクサ５６をパラメータで指定された順番で順次切換え、ＡＤ変換してセンサ出力６０ａ〜６０ｍを順次デジタル化するようになっている（図９（Ｄ））。更に、測定開始指定時刻ｔ３２の手前のプリトリガ開始時点ｔ３１から上述したＡＤ変換データを図１０に示すようなフォーマットで記憶手段１４に書込むようになっている（図９（Ｅ）及び（Ｆ））。
【００４７】
　すなわち、記録ｉ番目のデータとしては、測定位置、測定時刻、プリアンプゲイン、フィルタ条件、ＡＤ変換条件、プリトリガ期間（ウインドウ期間）、外部増幅器ゲイン、温度／湿度及び各センサのＡＤ変換値等があり、記憶手段１４としては、フラッシュメモリ又はバッテリ内蔵ＲＡＭ等の電源のオンオフにより記憶内容が消えないメモリが望ましい。
【００４８】
　かくして、指定時刻でのセンサ計測が終了すると、アナログ回路５０の電源をカットした後（ステップＳ７８）、ステップＳ８４へ移る。
【００４９】
　また、システムのダウンロード、記録データの外部への転送、テストプログラムの実行、パラメータ設定等の他の処理を実行する場合には（ステップＳ８０）、それぞれ必要な装置にのみ電源を供給し、各処理を実行するようになっている（ステップＳ８２）。
【００５０】
　更に、ステップＳ８４では、次のＧＰＳ時刻補正開始時刻と記録ｉの開始時刻とを比較し、どちらか早い方の時刻をタイマ８の再起動用タイマに設定して、デジタル回路２０ａの電源をカットする（ステップＳ８４）。
【００５１】
　尚、図１１に示すようにＧＰＳアンテナ２の周囲に太陽電池パネル１を貼付けたアンテナを用意し、ＧＰＳアンテナ２に太陽が当たる間は、太陽電池パネル１によりバッテリ３０を充電するようにすると、電池寿命を更に延長することが可能である。
【００５２】
　一方、データ記録装置２００ａのプログラミング構造を図１２に基づいて説明すると、図示しないパーソナルコンピュータ等で作成された操作オペレーティングプログラム５００やダウンロード可能アルゴリズム５１０等は入出力制御手段１６を介してＲＯＭ等に書込まれたＭＰＵオペレーティングプログラム４１０の制御の基にバファメモリ４２０に一度読込まれ、フラッシュメモリ等の所定のアドレスへ書込まれるようになっている。又各記録モードでサンプリングしたセンサ出力はセンサデータメモリ６００へ順次書込まれるようになっている。このようなプログラミング構造を採用すると、操作メニューへのデータ設定やフィルタアルゴリズムをハードウェア構成を何も変更せずに容易に変更できて大変便利である。
【００５３】
　又、上述のデータ記録装置を長大橋や超大型タンカー或いは大きな建物に複数個分散設置して、絶対時刻に同期した加速度センサ出力を記録すると、データ収集のためのケーブル敷設作業が不要となり、構造設計等の振動解析確認作業を容易に実施することができる。更に、南極／北極等で地磁気センサ出力を絶対時刻と共に記録することにより、オーロラ現象の解析にも役立てることができる。更に又、上述のデータ記録装置の一方を地面に固定して振動計測し、他方のデータ記録装置を車等の移動体に固定して、地面の振動及び車の振動を絶対時刻に基づいて同時計測することにより、移動体と地面との間の伝達関数等を求めることも可能となり、従来不可能であった各種振動計測が容易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】この発明の時刻発生装置の一実施例を示すハードウェアブロック図である。
【図２】その動作を説明するためのタイムチャートである。
【図３】その動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】この発明の別の時刻発生装置の一実施例を示すハードウェアブロック図である。
【図５】その動作を示すためのフローチャートである。
【図６】火山探査の原理を説明するための図である。
【図７】この発明のデータ記録装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図８】その動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】その動作を説明するためのタイムチャートである。
【図１０】読取装置の記録フォーマットの一例である。
【図１１】この発明の充電兼用のＧＰＳアンテナの一例である。
【図１２】この発明のデータ記録装置のプログラム構造を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５５】
　２　ＧＰＳアンテナ
　４　ＧＰＳ受信機
　６　発振器
　８　タイマ・カウンタ・モジュール
　１０　ＭＰＵ
　１２　リセット手段
　１４　記憶手段
　１６　入出力制御手段
　２０，２０ａ　デジタル回路
　２０ｂ　表示手段
　３０　電池
　４０　電源制御手段
　５０　アナログ回路
　６０ａ〜６０ｍ　センサ
　７０　入力手段
　１００，１００ａ　時刻発生装置
　２００ａ，２００ｎ　データ記録装置
【図１】
2004029037.tif 000003
【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】
2004029037.tif 000010
【図９】
2004029037.tif 000011
【図１０】
2004029037.tif 000012
【図１１】
2004029037.tif 000013
【図１２】
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