(57)【要約】【課題】  受信機クロックの１クロック未満の分解能で受信機時刻をＧＮＳＳ時刻に合致させるとともに、ＧＮＳＳ時刻に合致したこの受信機時刻から、１ＰＰＳのタイミング信号を生成するためのリファレンスとなる周期信号を生成して出力する信号生成装置を得る。【解決手段】  受信機時刻とＧＮＳＳ時刻とのオフセット時間を補正する際に、オフセット時間を受信機クロックの１周期単位の時間に丸めて補正するのではなく、ＧＮＳＳ時刻が更新される１秒毎の更新タイミングを挟んで両側の受信機クロック位置に該当する時間値を補正量の２つの候補とし、これら２つの補正量の候補を、オフセット時間の有する受信機クロック１周期未満の時間成分に基づいた発生比率で発生させながら、連続する補正機会において適用することにより、擬似的に受信機クロック１周期未満の補正量を発生させ、受信機時刻を受信機クロック１周期未満の分解能でＧＮＳＳ時刻に合致させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定周期の受信機クロックに基づき受信機時刻を出力する受信機時計と、
ＧＮＳＳ衛星からの信号を受信処理して出力するＧＮＳＳ受信部と、
前記ＧＮＳＳ受信部からの出力に基づいて自位置を算出するとともに、前記ＧＮＳＳ衛星の１秒毎に更新されるＧＮＳＳ時刻と前記受信機時刻とのオフセット時間を出力する測位演算部と、
前記オフセット時間に基づいて、前記受信機クロックに同期させてこのクロックの１周期未満の分解能で前記受信機時刻を前記ＧＮＳＳ時刻に合致するように、前記ＧＮＳＳ時刻の更新タイミングを補正機会として補正するとともに、この補正後の受信機時刻に基づいて、１ＰＰＳ周期の信号を生成するためのリファレンスとなる周期信号を生成して出力する信号生成部とを備え、
前記信号生成部が前記受信機クロックの１周期未満の分解能で前記受信機時刻を補正する際は、
前記ＧＮＳＳ時刻の更新タイミングを挟んでその前後の前記受信機クロックの整数倍に位置するクロックに該当する補正用の２つの時間値を補正量の候補として、前記オフセット時間における前記受信機クロックの１周期の整数倍未満の時間成分値に基づいた比率で前記２つの補正量の候補のいずれかを発生させ、連続する前記補正機会に補正量として適用する
ことを特徴とする信号生成装置。
【請求項２】
前記測位演算部は、前記オフセット時間に代え、このオフセット時間を前記受信機クロックの１周期で除した実数値をクロックオフセットとして出力し、
前記信号生成部が前記受信機時刻を補正する際は、
前記クロックオフセットの整数部の値に基づいた前記受信機クロックの第１の計数値と、この計数値に１を加算した第２の計数値とを補正用の計数値の候補として、前記クロックオフセットの小数部の値に基づいた比率で前記計数値の候補のいずれかを発生させ、これを前記オフセット時間の補正量として連続する前記補正機会に適用する
ことを特徴とする請求項１に記載の信号生成装置。
【請求項３】
前記クロックオフセットの小数部を分数化し、前記第１の計数値と前記第２の計数値とを発生させる比率は、その分母を全補正機会の回数とする中で、その分子は前記第１の計数値を発生させる回数、分母と分子との差は前記第２の計数値を発生させる回数として連続する前記補正機会に適用する
ことを特徴とする請求項２に記載の信号生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ＧＮＳＳ時刻に基づいて、リファレンス用の同期信号を生成する信号生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）は、複数の航法衛星を用いて全地球レベルで測位を可能にした航法衛星システムとその補強システムの総称である。ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）も、ＧＮＳＳのひとつである。このＧＮＳＳを構成する複数の航法衛星からの信号を受信処理することによって、自身の位置や速度、姿勢といった測位情報等を取得することができるとともに、ＧＮＳＳのシステムで用いられている正確な時刻等を取得することができる。このため、例えば異なる場所に設置された複数の機器間で時刻同期が必要とされるシステム等においては、それぞれの機器に、ＧＮＳＳ衛星からの信号を受信処理してＧＮＳＳ時刻を取得する時刻同期用受信機が備えられ、各機器は、取得したＧＮＳＳ時刻に同期して動作するように構築されることも多い。
【０００３】
この種の時刻同期用受信機では、例えば、自機内に受信機時計を備えるとともに、この受信機時計の時刻を、常にＧＮＳＳ時刻に合致させるように調整して出力する。図４は、その構成の一例を示すブロック図である。この図に例示した時刻同期受信機は、ＧＮＳＳ時刻に合致するように自機内の受信機時計を補正するとともに、補正した時刻に基づいて、１ＰＰＳ（Ｐｕｌｓｅ  Ｐｅｒ  Ｓｅｃｏｎｄ）の信号を出力するように構成されたものであり、所定周波数の受信機クロック４１で動作する受信機時計４２と、ＧＮＳＳ空中線４３で受信されたＧＮＳＳ衛星信号を受信処理するＧＮＳＳ受信部４４と、処理後の信号を用いて測位演算等を実行するとともに、ＧＮＳＳ時刻と受信機時刻とのオフセット時間を算出する測位演算部４５と、オフセット時間に基づき受信機時刻をＧＮＳＳ時刻に合致させるように補正するとともに、補正後の受信機時刻の毎正秒に同期したパルス信号である、１ＰＰＳの信号を出力する同期信号生成部４６を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１５４８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記した時刻同期用受信機では、オフセット時間に基づき受信機時刻をＧＮＳＳ時刻に合致させる際に、受信機クロックに同期させてオフセット時間を補正する。このため、受信機クロックの１周期に対応した時間単位でオフセット補正が行われ、１周期未満のオフセット時間成分は丸められてしまう。すなわち、例えば、受信機クロックが１０ＭＨｚの場合、クロックの１周期は１００ｎｓであり、このクロックに同期させて補正を行うと、１００ｎｓ未満の時間成分は丸められてしまい、１００ｎｓ単位で補正されることになる。このように、補正時の分解能は、補正に用いる受信機クロックの１周期となり、１クロック未満の分解能で補正することは困難であった。また、例えば異なる場所に設置された複数の機器間で時刻同期やタイミング同期が必要とされる場合等においては、それぞれの機器の設置場所においてＧＮＳＳ時刻に合致した１ＰＰＳの信号を発生させるのに必要なリファレンスとなる信号を生成することが望まれていた。
【０００６】
本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、受信機クロックの１クロック未満の分解能で受信機時刻をＧＮＳＳ時刻に合致させるとともに、ＧＮＳＳ時刻に合致したこの受信機時刻から、１ＰＰＳのタイミング信号を生成するためのリファレンスとなる周期信号を生成して出力する信号生成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本実施形態の信号生成装置は、所定周期の受信機クロックに基づき受信機時刻を出力する受信機時計と、ＧＮＳＳ衛星からの信号を受信処理して出力するＧＮＳＳ受信部と、前記ＧＮＳＳ受信部からの出力に基づいて自位置を算出するとともに、前記ＧＮＳＳ衛星の１秒毎に更新されるＧＮＳＳ時刻と前記受信機時刻とのオフセット時間を出力する測位演算部と、前記オフセット時間に基づいて、前記受信機クロックに同期させてこのクロックの１周期未満の分解能で前記受信機時刻を前記ＧＮＳＳ時刻に合致するように、前記ＧＮＳＳ時刻の更新タイミングを補正機会として補正するとともに、この補正後の受信機時刻に基づいて、１ＰＰＳ周期の信号を生成するためのリファレンスとなる周期信号を生成して出力する信号生成部とを備え、前記信号生成部が前記受信機クロックの１周期未満の分解能で前記受信機時刻を補正する際は、前記ＧＮＳＳ時刻の更新タイミングを挟んでその前後の前記受信機クロックの整数倍に位置するクロックに該当する補正用の２つの時間値を補正量の候補として、前記オフセット時間における前記受信機クロックの１周期の整数倍未満の時間成分値に基づいた比率で前記２つの補正量の候補のいずれかを発生させ、連続する前記補正機会に補正量として適用することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る信号生成装置の構成の一例を示すブロック図。
【図２】オフセット時間の補正を説明するための説明図。
【図３】図１に例示した信号生成装置の動作を説明するためのフローチャート
【図４】従来の時刻同期用受信機の構成の一例を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の実施形態に係る信号生成装置を実施するための最良の形態について、図１〜図３を参照して説明する。
【実施例】
【００１０】
図１は、本実施形態に係る信号生成装置の構成の一例を示すブロック図である。図１に例示したように、この信号生成装置１は、受信機クロック１１、受信機時計１２、ＧＮＳＳ空中線１３、ＧＮＳＳ受信部１４、測位演算部１５、及び同期信号生成部１６から構成されている。
【００１１】
受信機クロック１１は、所定周波数のクロックを出力する発振器である。クロックの周波数としては、例えば、安定した１０ＭＨｚ等が採用される。受信機時計１２は、この受信機クロック１１に基づいて受信機時刻を発生し、装置内の各部に供給する。ＧＮＳＳ空中線１３は、ＧＮＳＳ衛星からの信号を受信し、ＧＮＳＳ受信部１４に送出する。ＧＮＳＳ受信部１４は、ＧＮＳＳ空中線１３で受信したＧＮＳＳ衛星からの信号を受信処理し、ＧＮＳＳ衛星から送出された各種の航法メッセージや観測データを抽出する。
【００１２】
測位演算部１５は、ＧＮＳＳ受信部１４での抽出データに基づいて測位演算を実行するとともに、演算結果のひとつとして、ＧＮＳＳ時刻と受信機時計１２が出力する受信機時刻との差であるオフセット時間を算出し、同期信号生成部１６に送出する。なお、測位演算部１５は、このオフセット時間を受信機クロックの１周期で除して、受信機クロックのカウント値（実数値）であるクロックオフセットとして出力することもできる。
【００１３】
同期信号生成部１６は、オフセット時間に基づいて、受信機クロックの１周期未満の分解能で受信機時刻をＧＮＳＳ時刻に合致させるように、ＧＮＳＳ時刻の更新タイミングで補正するとともに、補正後の受信機時刻に基づいて、本装置の外部で１ＰＰＳ周期の信号を生成するためのリファレンスとなる１ＰＰＳの信号を生成して出力する。ここに、同期信号生成部１６は、ＰＰＳ出力タイミング算出部１６１、フラクショナル変調部１６２、及び時刻比較部１６３を備えている。
【００１４】
オフセット時間は、受信機クロックの１周期の時間に関連づけてみると、受信機クロック１周期の整数倍の時間成分と、１周期未満の時間成分との和として表現することができる。ＰＰＳ出力タイミング算出部１６１は、測位演算部１５からオフセット時間を受けとり、これを、上記したように受信機クロックの１周期の整数倍の時間成分と１周期未満の時間成分とに分解するとともに、整数倍の時間成分から、補正機会に発生させる補正量の候補として、衛星の更新時刻を挟んでその前後となる、受信機クロックに同期した２つのクロック位置を算出する。このクロック位置が、補正機会に発生させる補正量に対応する。
【００１５】
また、フラクショナル変調部１６２は、ＰＰＳ出力タイミング算出部１６１にて分解された、受信機クロックの１周期未満の時間成分を受けとり、この成分値に基づいて、ＰＰＳ出力タイミング算出部１６１にて算出された、２つの補正量の候補の発生比率を制御する。すなわち、連続する複数回の補正機会において、前後２つのクロック位置に対応した補正量のどちらか一方を発生させ、その平均が上述の１周期未満の時間成分となるように、発生比率を決める。なお、この発生比率は、例えば、時間成分に対応させてあらかじめテーブル化しておくこともできる。
【００１６】
時刻比較部１６３は、ＰＰＳ出力タイミング算出部１６１にて算出された２つのクロック位置に対応した補正量の候補を、フラクショナル変調部１６２で設定した発生比率に基づいて、連続する補正機会にそのどちらか一方を順次発生させ、受信機時刻を補正する。また、補正後の受信機時刻に基づいて、リファレンス用の１ＰＰＳの信号を生成して出力する。
【００１７】
上述した、同期信号生成部１６におけるオフセット時間の補正について、図２を参照して詳述する。図２は、オフセット時間の補正の様子をモデル化して説明するための説明図である。この事例では、受信機クロックの周波数は、例えば１０ＭＨｚ、オフセット時間（Δｔ）は１５０ｎｓとし、連続する２回の補正機会（ｎ回目、及びｎ＋１回目）における補正の様子を示している。
【００１８】
図２（ｄ）は、受信機クロック１１のクロックのタイミングを例示しており、１クロック周期は、１００ｎｓである。受信機時計１２は、この受信機クロック１１に同期して動作しており、図２（ｂ）に例示したように、オフセット補正前は、受信機クロック１１のＣ０のタイミングで、秒単位の時刻が更新されるものとしている。また、図２（ａ）は、１秒毎に更新されるＧＮＳＳ時刻を例示している。
【００１９】
補正機会ｎにおいて、測位演算部１５にて算出されたオフセット時間（Δｔ）が１５０ｎｓの場合、ＰＰＳタイミング算出部１６１は、オフセット時間の１５０ｎｓを、クロック周期の整数倍の成分である１００ｎｓと、クロック１周期未満の成分である５０ｎｓに分解する。そして、整数倍の成分である１００ｎｓからは、このオフセットの実際の補正量の候補に対応した受信機クロックのタイミングであるＣ１とＣ２とを導出し、さらに、これらから実際の補正量の候補となるＣ０〜Ｃ１間に該当する１００ｎｓ、及びＣ０〜Ｃ２間に該当する２００ｎｓを算出する。
【００２０】
また、フラクショナル変調部１６２では、クロック１周期未満である５０ｎｓを、連続する複数回の補正機会を平均することによって得ることができるように、２つの補正量の候補である１００ｎｓと２００ｎｓとの発生比率を決める。５０ｎｓの場合には、Ｃ１とＣ２の発生比率を、それぞれ５０％とすることによって実現している。図２の事例では、発生比率が５０％となるように、補正機会毎にＣ１とＣ２とを交互に発生させ、オフセット時間に該当する１５０ｎｓを得ている。
【００２１】
すなわち、図２（ｃ）に示したように、ｎ回目の補正機会では、実際の補正量はＣ１のタイミングに該当する１００ｎｓとし、続くｎ＋１回目の補正機会では、Ｃ２のタイミングに該当する２００ｎｓを補正量としている。このようにして、時刻比較部１６３は、受信機クロックの１周期未満の分解能を擬似的に発生させてオフセットの補正を行い、補正後の受信機時刻、及びこの時刻に基づいたリファレンス用の１ＰＰＳの信号を出力する。
【００２２】
なお、測位演算部１５から出力されるオフセット値が、オフセット時間（Δｔ）ではなく、クロックオフセット（Δｃｋ）の場合、図２の事例では、クロックオフセット（Δｃｋ）は１．５となり、ＰＰＳ出力タイミング算出部１６１は、この１．５の整数部である１に基づいてＣ１とＣ２とを導出し、フラクショナル変調部１６２は、小数部の０．５に基づいてＣ１とＣ２の発生比率を５０％ずつと設定する。そして、時刻比較部１６３において、上述したオフセットの補正がなされる。
【００２３】
さらに、測位演算部１５からのクロックオフセットの小数部を分数化することによって、補正機会に対する２つの補正量の発生比率を、補正機会の回数に対する２つの補正量それぞれの発生回数として明確に設定することができる。すなわち、図２の事例では、フラクショナル変調部１６２において、クロックオフセットの小数部である０．５を分数化して１／２と表すことによって、時刻比較部１６３にて実際に行われる補正では、ｎ回目、及びｎ＋１回目の連続する２回の補正機会に対して、Ｃ１とＣ２とに対応した補正量が、それぞれ１回ずつ適用されて、１クロック周期未満の分解能での補正が実現されることが明確化される。
【００２４】
次に、前出の図１及び図２、ならびに図３のフローチャートを参照して、上述のように構成された本実施形態の信号生成装置の動作について説明する。
【００２５】
まず、受信機クロック１１に基づき受信機時計１２が動作し、受信機時刻が各部に供給されている環境下において、ＧＮＳＳ空中線１３でＧＮＳＳ信号が受信される。受信されたＧＮＳＳ信号は、ＧＮＳＳ受信部１４にて受信処理された後、測位演算部１５に送られる（ＳＴ３０１）。
【００２６】
次いで、測位演算部１５において、測位演算が実行される。すなわち、受信処理されたＧＮＳＳ信号中の各種データに基づいて測位演算を行う。そして、自己位置等の測位情報の算出と併せ、ＧＮＳＳ衛星システム内の時刻であるＧＮＳＳ時刻と、受信機時計１２の受信機時刻との差であるオフセット時間を算出する。算出されたオフセット時間は、同期信号生成部１６に送られる（ＳＴ３０２）。
【００２７】
次いで、同期信号生成部１６において、測位演算部１５からのオフセット時間に基づいて、受信機時計１２の時刻がＧＮＳＳ時刻と受信機クロックの１周期未満の分解能で合致するように補正される。補正にあたっては、受信機クロックに同期し、かつ１秒毎に更新されるＧＮＳＳ時刻を挟む両側のクロック位置に該当する時間値を補正量の２つの候補とし、これら２つの候補の発生比率を制御しながら補正を行うことによって、受信機クロックの１周期未満の分解能が実現している。
【００２８】
すなわち、ＰＰＳ出力タイミング算出部１６１は、まずオフセット時間を、受信機クロックの１周期の整数倍の時間成分と、１周期未満の時間成分とに分解する（ＳＴ３０３）。そして、整数倍の時間成分から、ＧＮＳＳ時刻の更新タイミングの両側となる２つクロック位置を算出し、これらの位置に該当するそれぞれの時間値から、２つの補正量の候補を得ている（ＳＴ３０４）。
【００２９】
次いで、フラクショナル変調部１６２において、ＳＴ３０３の動作ステップにて取得された、受信機クロック１周期未満のオフセット時間成分に基づいて、直前の動作ステップで求めた２つの補正量の候補に対する、連続する補正機会における発生比率が設定される。設定にあたっては、例えばテーブル参照等の手法を採用することもでき、また分数化して表現することによって、補正機会の回数に対するそれぞれの補正量の発生機会の回数として、明確に定量化される。この発生比率を連続する補正機会において維持することによって、受信機クロック１周期未満のオフセット時間が擬似的に生成され、受信機クロックの１周期未満の分解能によるオフセット時間の補正を可能にしている（ＳＴ３０５）。
【００３０】
次いで、時刻比較部１６３において、受信機時刻が実際に補正される。すなわち、時刻比較部１６３は、上記したＳＴ３０５の動作ステップで設定した発生比率で、ＳＴ３０４の動作ステップで得た２つの補正量の候補を発生させながら、その時に発生した補正量を連続する各補正機会に適用し、受信機時刻を補正する（ＳＴ３０６）。
【００３１】
なお、上記したＳＴ３０４以降の動作ステップを、図２に示した事例に対応させると、以下の通りとなる。すなわち、ＳＴ３０４の動作ステップは、Ｃ１及びＣ２のクロック位置を算出し、これら２つのクロック位置とＣ０との時間差である１００ｎｓ、または２００ｎｓを補正量とする動作に該当する。ＳＴ３０５の動作ステップは、連続する各補正機会に対する補正量として、１００ｎｓまたは２００ｎｓのどちらを発生させるかの比率を設定する動作に該当する。そして、ＳＴ３０６の動作ステップは、これらの動作に基づいて、補正機会ｎでは補正量を１００ｎｓとして補正し、続く補正機会ｎ＋１では補正量を２００ｎｓとして補正することによって、擬似的に補正量を１５０ｎｓとする動作に該当する。
【００３２】
そして、このようにして１秒毎に更新されるＧＮＳＳ時刻に合致するように補正された受信機時刻に基づいて、時刻比較部１６３ではリファレンス用の１ＰＰＳの信号が生成され、継続的に出力される。この１ＰＰＳの信号は、例えば、外部においてさらに１ＰＰＳに同期した信号を生成する際のリファレンス信号として用いることができる（ＳＴ３０７）。この後は、動作の終了が指示されるまで、上述した動作ステップを繰り返す（ＳＴ３０８）。
【００３３】
以上説明したように、本実施例においては、受信機クロックに基づいた受信機時刻とＧＮＳＳ時刻との時刻差であるオフセット時間を取得し、受信機時刻に対してこのオフセット時間分の補正を行うことによって、受信機時刻をＧＮＳＳ時刻に合致させている。ここで、オフセット時間を補正する際には、ＧＮＳＳ時刻が更新される１秒毎の更新タイミングを挟んで両側の受信機クロック位置に該当する時間値を、補正量の２つの候補とし、これら２つの補正量の候補を、オフセット時間の有する受信機クロック１周期未満の時間成分に基づいた発生比率で発生させながら、連続する補正機会において補正量として適用している。
【００３４】
これによって、オフセット時間の有する受信機クロックの１周期未満の時間成分については、受信機クロックの１周期単位に丸めてしまうのではなく、擬似的に受信機クロック１周期未満の補正量を発生させてオフセット時間の補正を行っているので、受信機時刻を受信機クロック１周期未満の分解能でＧＮＳＳ時刻に合致させることができる。また、このようにして補正した受信機時刻に基づいて毎正秒のタイミングで１ＰＰＳ周期の信号を生成して出力しており、外部においてさらに１ＰＰＳの同期信号を生成する際のリファレンスとなる周期信号を提供することができる。
【００３５】
従って、受信機クロックの１クロック未満の分解能で受信機時刻をＧＮＳＳ時刻に合致させるとともに、ＧＮＳＳ時刻に合致したこの受信機時刻から、１ＰＰＳのタイミング信号を生成するためのリファレンスとなる周期信号を生成して出力する信号生成装置を得ることができる。
【００３６】
なお、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３７】
１  信号生成装置
１１  受信機クロック
１２  受信機時計
１３  ＧＮＳＳ空中線
１４  ＧＮＳＳ受信部
１５  測位演算部
１６  同期信号生成部
１６１  ＰＰＳ出力タイミング算出部
１６２  フラクショナル変調部
１６３  時刻比較部
【図１】
2016156780.tif 000003
【図２】
2016156780.tif 000004
【図３】
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【図４】
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