(57)【要約】【課題】基準タイミング信号との同期を再開する際に、出力するタイミング信号の周波数変動を低減しつつ、当該タイミング信号と基準タイミング信号とを速やかに同期させることができるタイミング信号生成装置、電子機器および移動体を提供すること。【解決手段】本発明のタイミング信号生成装置は、原子発振器３０ａの第１クロック信号をＧＰＳ受信機１０の基準タイミング信号と同期させるＰＬＬ回路６０ａと、恒温槽型水晶発振器３０ｂの第２クロック信号を第１クロック信号と同期させるＰＬＬ回路６０ｂと、ＰＬＬ回路６０ａの動作再開時にＰＬＬ回路６０ａの分周器２４ａのカウント値をリセット可能な第１カウントリセット部２３２と、ＰＬＬ回路６０ａの動作再開時にＰＬＬ回路６０ｂの分周器２４ｂのカウント値をリセット可能な第２カウントリセット部２３３と、を備える。【選択図】図３
2017118371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準タイミング信号を出力する基準タイミング信号出力部と、
第１クロック信号を出力する第１発振器と、
前記第１クロック信号をカウントして分周した第１分周クロック信号を出力する第１分周器、前記基準タイミング信号と前記第１分周クロック信号との位相差に応じた信号を出力する第１位相比較器、および、前記第１位相比較器と前記第１発振器との間に設けられている第１ループフィルターを有する第１同期部と、
第２クロック信号を出力する第２発振器と、
前記第２クロック信号をカウントして分周した第２分周クロック信号を出力する第２分周器、前記第１分周クロック信号と前記第２分周クロック信号との位相差に応じた信号を出力する第２位相比較器、および、前記第２位相比較器と前記第２発振器との間に設けられている第２ループフィルターを有する第２同期部と、
前記第１同期部を停止させた状態から動作させる状態に切り換えた際に前記第１分周器のカウント値をリセット可能な第１カウントリセット部と、
前記第１同期部を停止させた状態から動作させる状態に切り換えた際に前記第２分周器のカウント値をリセット可能な第２カウントリセット部と、を備えることを特徴とするタイミング信号生成装置。
【請求項２】
前記第１カウントリセット部が前記第１分周器のカウント値をリセットした後に前記第１ループフィルターの時定数を小さくする第１時定数調整部を備える請求項１に記載のタイミング信号生成装置。
【請求項３】
前記第１時定数調整部は、前記第１ループフィルターの時定数を小さくした後に、前記第１分周クロック信号と前記基準タイミング信号との位相差が設定値以下となったときに、前記第１ループフィルターの時定数を大きくする請求項２に記載のタイミング信号生成装置。
【請求項４】
前記第１カウントリセット部および前記第２カウントリセット部は、それぞれ、前記第１同期部を停止させた状態から動作させる状態に切り換えた際の前記第１分周クロック信号と前記基準タイミング信号との位相差が設定値以上であるときにリセットを行う請求項１ないし３のいずれか１項に記載のタイミング信号生成装置。
【請求項５】
前記第２カウントリセット部は、前記第１カウントリセット部が前記第１分周器のカウント値をリセットした後に、前記第２分周器のカウント値をリセットする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のタイミング信号生成装置。
【請求項６】
前記第２カウントリセット部は、前記第１分周クロック信号と前記基準タイミング信号との位相差が設定値以下となったときに、前記第２分周器のカウント値をリセットする請求項５に記載のタイミング信号生成装置。
【請求項７】
前記第１ループフィルターの時定数が前記第２ループフィルターの時定数よりも大きい請求項１ないし６のいずれか１項に記載のタイミング信号生成装置。
【請求項８】
前記第１発振器の長期安定度が前記第２発振器の長期安定度よりも高い請求項１ないし７のいずれか１項に記載のタイミング信号生成装置。
【請求項９】
前記第１発振器は、原子発振器である請求項８に記載のタイミング信号生成装置。
【請求項１０】
前記第２発振器は、恒温槽型水晶発振器である請求項８または９に記載のタイミング信号生成装置。
【請求項１１】
前記基準タイミング信号出力部は、衛星信号に基づいて前記基準タイミング信号を出力する請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のタイミング信号生成装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のタイミング信号生成装置を備えていることを特徴とする電子機器。
【請求項１３】
請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のタイミング信号生成装置を備えていることを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイミング信号生成装置、電子機器および移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からの衛星信号等に含まれる正確なタイミング信号に同期させて水晶発振器や原子発振器等の発振器を発振させることにより高精度なタイミング信号を生成するタイミング信号生成装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このようなタイミング信号生成装置では、例えば衛星信号を受信できない状況下になったとき、衛星信号に含まれるタイミング信号に発振器のクロック信号を同期させる同期処理を停止させて、発振器を自走させることによりタイミング信号を生成することが一般的に行われる。発振器を自走させている間、その時間長さに応じて、衛星信号に含まれるタイミング信号と発振器のクロック信号との位相ずれが生じる。したがって、衛星信号が再度受信できる状況下になったとき、同期処理を再開するが、その際、衛星信号に含まれるタイミング信号と発振器のクロック信号との位相を速やかに同期させる必要がある。
【０００４】
例えば、特許文献１に記載の同期信号生成装置は、ＧＰＳ衛星から受信した信号からＧＰＳ基準パルスを生成するＧＰＳ受信器と、内部周波数信号を生成する発振器と、内部周波数信号を分周して内部パルスを生成する分周器と、ＧＰＳ基準パルスと内部パルスとを比較して内部パルスをＧＰＳ基準パルスに同期させる同期部と、基地局の状態に応じて、ホールドオーバー状態からＧＰＳロック状態に復帰するときの同期部のループタイムを決定する制御部と、を備える。この同期信号生成装置では、ホールドオーバー状態からＧＰＳロック状態に復帰するとき、制御部が同期部のループタイムを小さい値に設定することで、位相ずれを速く解消することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１２９８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の同期信号生成装置では、ＧＰＳ基準パルスと内部パルスとの位相差が大きい場合、同期部のループタイムを小さい値に設定したとき、出力周波数の変動が大きくなるという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、基準タイミング信号との同期を再開する際に、出力するタイミング信号の周波数変動を低減しつつ、当該タイミング信号と基準タイミング信号とを速やかに同期させることができるタイミング信号生成装置を提供すること、また、かかるタイミング信号生成装置を備える電子機器および移動体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のタイミング信号生成装置は、基準タイミング信号を出力する基準タイミング信号出力部と、
第１クロック信号を出力する第１発振器と、
前記第１クロック信号をカウントして分周した第１分周クロック信号を出力する第１分周器、前記基準タイミング信号と前記第１分周クロック信号との位相差に応じた信号を出力する第１位相比較器、および、前記第１位相比較器と前記第１発振器との間に設けられている第１ループフィルターを有する第１同期部と、
第２クロック信号を出力する第２発振器と、
前記第２クロック信号をカウントして分周した第２分周クロック信号を出力する第２分周器、前記第１分周クロック信号と前記第２分周クロック信号との位相差に応じた信号を出力する第２位相比較器、および、前記第２位相比較器と前記第２発振器との間に設けられている第２ループフィルターを有する第２同期部と、
前記第１同期部を停止させた状態から動作させる状態に切り換えた際に前記第１分周器のカウント値をリセット可能な第１カウントリセット部と、
前記第１同期部を停止させた状態から動作させる状態に切り換えた際に前記第２分周器のカウント値をリセット可能な第２カウントリセット部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
このようなタイミング信号生成装置によれば、第１同期部を停止させた状態から動作させる状態に切り換えた際（例えばホールドオーバー時の状態からＧＰＳ復帰時の状態に切り換えた際）に、第１カウントリセット部が第１分周器のカウント値をリセットすることで、基準タイミング信号と第１分周クロック信号との位相差およびその変動を低減することができる。また、第１分周器のカウント値のリセットと同時またはその後、第２カウントリセット部が第２分周器のカウント値をリセットすることで、基準タイミング信号および第１分周クロック信号と第２分周クロック信号との位相差も低減することができる。したがって、本発明のタイミング信号生成装置では、第２分周クロック信号をタイミング信号として出力することで、基準タイミング信号との同期を再開する際に、出力するタイミング信号の周波数変動を低減しつつ、当該タイミング信号と基準タイミング信号とを速やかに同期させることができる。
【００１０】
本発明のタイミング信号生成装置では、前記第１カウントリセット部が前記第１分周器のカウント値をリセットした後に前記第１ループフィルターの時定数を小さくする第１時定数調整部を備えることが好ましい。
【００１１】
これにより、第１同期部を停止させた状態から動作させる状態に切り換えた際に、第１分周クロック信号と基準タイミング信号とを速やかに同期させることができる。この際、第１カウントリセット部が第１分周器のカウント値をリセットすることで、基準タイミング信号と第１分周クロック信号との位相差を低減しているため、第１分周器の時定数を小さくしても、第１分周クロック信号の変動を小さくすることができる。
【００１２】
本発明のタイミング信号生成装置では、前記第１時定数調整部は、前記第１ループフィルターの時定数を小さくした後に、前記第１分周クロック信号と前記基準タイミング信号との位相差が設定値以下となったときに、前記第１ループフィルターの時定数を大きくすることが好ましい。
これにより、第１分周クロック信号の変動を低減することができる。
【００１３】
本発明のタイミング信号生成装置では、前記第１カウントリセット部および前記第２カウントリセット部は、それぞれ、前記第１同期部を停止させた状態から動作させる状態に切り換えた際の前記第１分周クロック信号と前記基準タイミング信号との位相差が設定値以上であるときにリセットを行うことが好ましい。
【００１４】
これにより、第１分周器および第２分周器のカウント値をリセットすることによる効果（すなわち、第１同期部を停止させた状態から動作させる状態に切り換えた際のタイミング信号の変動を低減する効果）が顕著となる。
【００１５】
本発明のタイミング信号生成装置では、前記第２カウントリセット部は、前記第１カウントリセット部が前記第１分周器のカウント値をリセットした後に、前記第２分周器のカウント値をリセットすることが好ましい。
【００１６】
これにより、第１分周クロック信号の変動の影響を低減しつつ、第１分周クロック信号と第２分周クロック信号との同期を行うことができる。また、第１分周器および第２分周器の双方のカウント値のリセットを行うまでの間、第２発振器を自走発振させておくことで、比較的高精度な第２分周クロック信号をタイミング信号として出力することができる。
【００１７】
本発明のタイミング信号生成装置では、前記第２カウントリセット部は、前記第１分周クロック信号と前記基準タイミング信号との位相差が設定値以下となったときに、前記第２分周器のカウント値をリセットすることが好ましい。
【００１８】
これにより、第１分周クロック信号の変動の影響を的確に低減しつつ、第１分周クロック信号と第２分周クロック信号との同期を行うことができる。
【００１９】
本発明のタイミング信号生成装置では、前記第１ループフィルターの時定数が前記第２ループフィルターの時定数よりも大きいことが好ましい。
【００２０】
これにより、第２同期部の応答性を優れたものとしつつ、第１分周クロック信号が基準タイミング信号の揺らぎの影響を受けるのを低減することができる。
【００２１】
本発明のタイミング信号生成装置では、前記第１発振器の長期安定度が前記第２発振器の長期安定度よりも高いことが好ましい。
【００２２】
これにより、第１発振器を自走発振させたときのタイミング信号生成装置の長期周波数安定度を優れたものとすることができる。
【００２３】
本発明のタイミング信号生成装置では、前記第１発振器は、原子発振器であることが好ましい。
【００２４】
これにより、第１発振器を自走発振させたときのタイミング信号生成装置の長期周波数安定度を極めて優れたものとすることができる。
【００２５】
本発明のタイミング信号生成装置では、前記第２発振器は、恒温槽型水晶発振器であることが好ましい。
【００２６】
これにより、第１発振器を自走発振させたときのタイミング信号生成装置の短期周波数安定度を極めて優れたものとすることができる。
【００２７】
本発明のタイミング信号生成装置では、前記基準タイミング信号出力部は、衛星信号に基づいて前記基準タイミング信号を出力することが好ましい。
【００２８】
これにより、協定世界時（ＵＴＣ：Coordinated Universal Time）に同期した正確な基準タイミング信号（１ＰＰＳ）を用いることができる。
【００２９】
本発明の電子機器は、本発明のタイミング信号生成装置を備えていることを特徴とする。
【００３０】
これにより、基準タイミング信号との同期を再開する際に、出力するタイミング信号の周波数変動を低減しつつ、当該タイミング信号と基準タイミング信号とを速やかに同期させることができるタイミング信号生成装置を備える電子機器を提供することができる。
【００３１】
本発明の移動体は、本発明のタイミング信号生成装置を備えていることを特徴とする。
これにより、基準タイミング信号との同期を再開する際に、出力するタイミング信号の周波数変動を低減しつつ、当該タイミング信号と基準タイミング信号とを速やかに同期させることができるタイミング信号生成装置を備える移動体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るタイミング信号生成装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示すタイミング信号生成装置が備えるＧＰＳ受信機の構成例を示すブロック図である。
【図３】図１に示すタイミング信号生成装置が備える第１同期部および第２同期部の制御系を説明するためのブロック図である。
【図４】図１に示すタイミング信号生成装置における第１同期部の同期・停止の切り換えを説明するためのフローチャートである。
【図５】図１に示すタイミング信号生成装置における第１同期部および第２同期部の同期開始時の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】図１に示すタイミング信号生成装置における第１同期部の初期動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】図１に示すタイミング信号生成装置における第１同期部の同期時（ＧＰＳ同期時）の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図８】図１に示すタイミング信号生成装置における第１同期部の同期再開時（ＧＰＳ復帰時）の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図９】リセットを行わない場合における第１同期部の同期再開後の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１０】図１に示すタイミング信号生成装置における第１同期部の同期再開後の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１１】本発明の第２実施形態に係るタイミング信号生成装置における第１同期部の同期開始時の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１２】本発明の第３実施形態に係るタイミング信号生成装置が備える第１同期部および第２同期部の制御系を説明するためのブロック図である。
【図１３】本発明の電子機器の実施形態を示すブロック図である。
【図１４】本発明の移動体の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明のタイミング信号生成装置、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００３４】
１．タイミング信号生成装置
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るタイミング信号生成装置の概略構成を示す図である。
【００３５】
図１に示すタイミング信号生成装置１は、ＧＰＳ受信機１０（基準タイミング信号出力部）、処理部（ＣＰＵ）２０、原子発振器３０ａ（第１発振器）、恒温槽型水晶発振器（ＯＣＸＯ：Oven Controlled Crystal Oscillator）３０ｂ（第２発振器）、温度センサー４０およびＧＰＳアンテナ５０を含んで構成されている。
【００３６】
なお、タイミング信号生成装置１は、構成要素の一部または全部が物理的に分離されていてもよいし、一体化されていてもよい。例えば、ＧＰＳ受信機１０と処理部（ＣＰＵ）２０はそれぞれ別個のＩＣで実現されていてもよいし、ＧＰＳ受信機１０と処理部（ＣＰＵ）２０は１チップのＩＣとして実現されていてもよい。
【００３７】
このタイミング信号生成装置１は、ＧＰＳ衛星２（位置情報衛星の一例）から送信された衛星信号を受信し、高精度の１ＰＰＳを生成するものである。
【００３８】
ＧＰＳ衛星２は、地球の上空の所定の軌道上を周回しており、搬送波である１．５７５４２ＧＨｚの電波（Ｌ１波）に航法メッセージおよびＣ／Ａコード（Coarse/Acquisition Code）を重畳（搬送波を変調）させた衛星信号を地上に送信している。
【００３９】
Ｃ／Ａコードは、現在約３０個存在するＧＰＳ衛星２の衛星信号を識別するためのものであり、各ｃｈｉｐが＋１または−１のいずれかである１０２３ｃｈｉｐ（１ｍｓ周期）からなる固有のパターンである。したがって、衛星信号と各Ｃ／Ａコードのパターンの相関をとることにより、衛星信号に重畳されているＣ／Ａコードを検出することができる。
【００４０】
各ＧＰＳ衛星２が送信する衛星信号（具体的には航法メッセージ）には、各ＧＰＳ衛星２の軌道上の位置を示す軌道情報が含まれている。また、各ＧＰＳ衛星２は原子時計を搭載しており、衛星信号には、原子時計で計時された極めて正確な時刻情報が含まれている。したがって、４つ以上のＧＰＳ衛星２からの衛星信号を受信し、各衛星信号に含まれている軌道情報および時刻情報を用いて測位計算を行うことで、受信点（ＧＰＳアンテナ５０の設置場所）の位置と時刻の正確な情報を得ることができる。具体的には、受信点の３次元位置（ｘ，ｙ，ｚ）および時刻ｔを４つの変数とする４次元方程式を立ててその解を求めればよい。
【００４１】
なお、受信点の位置が既知である場合、１つ以上のＧＰＳ衛星２からの衛星信号を受信し、各衛星信号に含まれている時刻情報を用いて受信点の時刻情報を得ることができる。
【００４２】
また、各衛星信号に含まれている軌道情報を用いて、各ＧＰＳ衛星２の時刻と受信点の時刻との差の情報を得ることができる。なお、地上のコントロールセグメントにより各ＧＰＳ衛星２に搭載されている原子時計のわずかな時刻誤差が測定されており、衛星信号にはその時刻誤差を補正するための時刻補正パラメーターも含まれており、この時刻補正パラメーターを用いて受信点の時刻を補正することで極めて正確な時刻情報を得ることができる。
【００４３】
［ＧＰＳ受信機（基準タイミング信号出力部）］
ＧＰＳ受信機１０（衛星信号受信部の一例）は、ＧＰＳアンテナ５０を介して受信した衛星信号に基づいて、各種の処理を行う。ここで、ＧＰＳアンテナ５０は、衛星信号を含む各種の電波を受信するアンテナであり、ＧＰＳ受信機１０に接続されている。
【００４４】
具体的に説明すると、ＧＰＳ受信機１０は、通常測位モード（第１のモードの一例）および位置固定モード（第２のモードの一例）を有し、処理部（ＣＰＵ）２０からの制御コマンド（モード設定用の制御コマンド）に応じて通常測位モードと位置固定モードのいずれかに設定される。
【００４５】
ＧＰＳ受信機１０は、通常測位モードでは、「測位計算部」として機能し、複数（好ましくは４個以上）のＧＰＳ衛星２から送信された衛星信号を受信し、受信した衛星信号に含まれる軌道情報（具体的には、前述したエフェメリスデータやアルマナックデータ等）および時刻情報（具体的には、前述した週番号データやＺカウントデータ等）に基づいて測位計算を行う。通常測位モードは、継続的に測位計算を行うモードである。
【００４６】
また、ＧＰＳ受信機１０は、位置固定モードでは、基準タイミング信号を出力する「基準タイミング信号出力部」として機能し、少なくとも１つのＧＰＳ衛星２から送信された衛星信号を受信し、受信した衛星信号に含まれる軌道情報および時刻情報と設定された受信点の位置情報とに基づいて、基準タイミング信号として１ＰＰＳ（1 Pulse Per Second）を生成する。１ＰＰＳ（基準時刻に同期した基準タイミング信号の一例）は、ＵＴＣ（世界標準時）と完全同期したパルス信号であり、１秒毎に１パルスを含む。このように、ＧＰＳ受信機１０が基準タイミング信号の生成に用いる衛星信号が軌道情報および時刻情報を含んでいることにより、基準時刻に正確に同期したタイミング信号を生成することができる。位置固定モードは、あらかじめ設定された位置情報に基づいて１ＰＰＳを出力するモードである。
【００４７】
以下、ＧＰＳ受信機１０の構成について詳述する。
図２は、図１に示すタイミング信号生成装置が備えるＧＰＳ受信機の構成例を示すブロック図である。
【００４８】
図２に示すＧＰＳ受信機１０は、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave：表面弾性波）フィルター１１、ＲＦ処理部１２、ベースバンド処理部１３および温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ：Temperature Compensated Crystal Oscillator）１４を含んで構成されている。
【００４９】
ＳＡＷフィルター１１は、ＧＰＳアンテナ５０が受信した電波から衛星信号を抽出する処理を行う。このＳＡＷフィルター１１は、１．５ＧＨｚ帯の信号を通過させるバンドパスフィルターとして構成される。
【００５０】
ＲＦ処理部１２は、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）１２１、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）１２２、ミキサー１２３、ＩＦアンプ１２４、ＩＦ（Intermediate Frequency：中間周波数）フィルター１２５およびＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換器）１２６を含んで構成されている。
【００５１】
ＰＬＬ１２１は、数十ＭＨｚ程度で発振するＴＣＸＯ１４の発振信号を１．５ＧＨｚ帯の周波数に逓倍したクロック信号を生成する。
【００５２】
ＳＡＷフィルター１１が抽出した衛星信号は、ＬＮＡ１２２で増幅される。ＬＮＡ１２２で増幅された衛星信号は、ミキサー１２３でＰＬＬ１２１が出力するクロック信号とミキシングされて中間周波数帯（例えば、数ＭＨｚ）の信号（ＩＦ信号）にダウンコンバートされる。ミキサー１２３でミキシングされた信号は、ＩＦアンプ１２４で増幅される。
【００５３】
ミキサー１２３でのミキシングにより、ＩＦ信号とともにＧＨｚオーダーの高周波信号も生成されるため、ＩＦアンプ１２４はＩＦ信号とともにこの高周波信号も増幅する。ＩＦフィルター１２５は、ＩＦ信号を通過させるとともに、この高周波信号を除去する（正確には、所定のレベル以下に減衰させる）。ＩＦフィルター１２５を通過したＩＦ信号はＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換器）１２６でデジタル信号に変換される。
【００５４】
ベースバンド処理部１３は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）１３１、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１３２、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）１３３およびＲＴＣ（リアルタイムクロック）１３４を含んで構成されており、ＴＣＸＯ１４の発振信号をクロック信号として各種処理を行う。
【００５５】
ＤＳＰ１３１とＣＰＵ１３２は、協働しながら、ＩＦ信号からベースバンド信号を復調し、航法メッセージに含まれる軌道情報や時刻情報を取得し、通常測位モードの処理あるいは位置固定モードの処理を行う。
【００５６】
ＳＲＡＭ１３３は、取得された時刻情報や軌道情報、所定の制御コマンド（位置設定用の制御コマンド）に応じて設定された受信点の位置情報、位置固定モード等で用いる仰角マスク等を記憶するためのものである。ＲＴＣ１３４は、ベースバンド処理を行うためのタイミングを生成するものである。このＲＴＣ１３４は、ＴＣＸＯ１４からのクロック信号でカウントアップされる。
【００５７】
具体的には、ベースバンド処理部１３は、各Ｃ／Ａコードと同一のパターンのローカルコードを発生し、ベースバンド信号に含まれる各Ｃ／Ａコードとローカルコードの相関をとる処理（衛星サーチ）を行う。そして、ベースバンド処理部１３は、各ローカルコードに対する相関値がピークになるようにローカルコードの発生タイミングを調整し、相関値が閾値以上となる場合にはそのローカルコードをＣ／ＡコードとするＧＰＳ衛星２に同期（ＧＰＳ衛星２を捕捉）したものと判断する。なお、ＧＰＳでは、すべてのＧＰＳ衛星２が異なるＣ／Ａコードを用いて同一周波数の衛星信号を送信するＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式を採用している。したがって、受信した衛星信号に含まれるＣ／Ａコードを判別することで、捕捉可能なＧＰＳ衛星２を検索することができる。
【００５８】
また、ベースバンド処理部１３は、捕捉したＧＰＳ衛星２の軌道情報や時刻情報を取得するために、当該ＧＰＳ衛星２のＣ／Ａコードと同一のパターンのローカルコードとベースバンド信号をミキシングする処理を行う。ミキシングされた信号には、捕捉したＧＰＳ衛星２の軌道情報や時刻情報を含む航法メッセージが復調される。そして、ベースバンド処理部１３は、航法メッセージに含まれる軌道情報や時刻情報を取得し、ＳＲＡＭ１３３に記憶する処理を行う。
【００５９】
また、ベースバンド処理部１３は、所定の制御コマンド（具体的にはモード設定用の制御コマンド）を受信し、通常測位モードと位置固定モードのいずれかに設定される。ベースバンド処理部１３は、通常測位モードでは、ＳＲＡＭ１３３に記憶されている４つ以上のＧＰＳ衛星２の軌道情報および時刻情報を用いて測位計算を行う。
【００６０】
また、ベースバンド処理部１３は、位置固定モードでは、ＳＲＡＭ１３３に記憶されている１つ以上のＧＰＳ衛星２の軌道情報と、ＳＲＡＭ１３３に記憶されている受信点の位置情報とを用いて高精度の１ＰＰＳを出力する。具体的には、ベースバンド処理部１３は、ＲＴＣ１３４の一部に１ＰＰＳの各パルスの発生タイミングをカウントする１ＰＰＳカウンターを備えており、ＧＰＳ衛星２の軌道情報と受信点の位置情報とを用いて、ＧＰＳ衛星２から送信された衛星信号が受信点まで到達するのに要する伝搬遅延時間を計算し、この伝搬遅延時間に基づき１ＰＰＳカウンターの設定値を最適値に変更する。
【００６１】
なお、ベースバンド処理部１３は、通常測位モードにおいて、測位計算で得られた受信点の時刻情報に基づき１ＰＰＳを出力してもよく、位置固定モードにおいて、複数のＧＰＳ衛星２が捕捉できれば測位計算を行ってもよい。
【００６２】
また、ベースバンド処理部１３は、測位計算の結果の位置情報や時刻情報、受信状況（ＧＰＳ衛星２の捕捉数、衛星信号の強度等）等の各種情報を含むＮＭＥＡデータを出力する。
【００６３】
以上説明したように構成されたＧＰＳ受信機１０の動作は、図１に示す処理部（ＣＰＵ）２０により制御される。
【００６４】
［処理部］
処理部２０（衛星信号受信制御装置の一例）は、ＧＰＳ受信機１０に対して各種の制御コマンドを送信してＧＰＳ受信機１０の動作を制御し、ＧＰＳ受信機１０が出力する１ＰＰＳやＮＭＥＡデータを受け取って各種の処理を行う。なお、処理部２０は、例えば、任意のメモリーに記憶されているプログラムにしたがって、各種処理を行ってもよい。
【００６５】
この処理部２０は、位相比較器２１ａ、２１ｂ（第１、第２位相比較器）、ループフィルター２２ａ、２２ｂ（第１、第２ループフィルター）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）２３（制御部）、分周器２４ａ、２４ｂ（第１、第２分周器）、デジタルアナログ変換回路（ＤＡＣ）２６ａ、２６ｂおよびＧＰＳ制御部２５を含んで構成されている。なお、ＤＳＰ２３およびＧＰＳ制御部２５が１つの部品で構成されていてもよい。
【００６６】
ＤＳＰ２３（「位置情報生成部」の一例）は、ＧＰＳ受信機１０から定期的に（例えば、１秒毎に）ＮＭＥＡデータを取得し、ＮＭＥＡデータに含まれる位置情報（ＧＰＳ受信機１０による通常測位モードでの測位計算の結果）を集めて所定時間における統計情報を作成し、その統計情報に基づいて、受信点の位置情報を生成する処理を行う。
【００６７】
また、ＤＳＰ２３は、後述するＰＬＬ回路６０ａ、６０ｂを制御する機能を有する。なお、ＤＳＰ２３によるＰＬＬ回路６０ａ、６０ｂの制御については、後に詳述する。
【００６８】
ＧＰＳ制御部２５は、ＧＰＳ受信機１０に各種の制御コマンドを送信し、ＧＰＳ受信機１０の動作を制御する。具体的には、ＧＰＳ制御部２５は、ＧＰＳ受信機１０にモード設定用の制御コマンドを送信し、ＧＰＳ受信機１０を通常測位モードから位置固定モードに切り替える処理を行う。また、ＧＰＳ制御部２５は、ＧＰＳ受信機１０を通常測位モードから位置固定モードに切り替える前に、ＧＰＳ受信機１０に位置設定用の制御コマンドを送信し、ＤＳＰ２３が生成した受信点の位置情報をＧＰＳ受信機１０に設定する処理を行う。
【００６９】
分周器２４ａ（第１分周器）は、原子発振器３０ａ（第１発振器）が出力するクロック信号（周波数：ｆ）をカウントしてｆ分周し、１Ｈｚの分周クロック信号（第１分周クロック信号）を出力する。また、分周器２４ｂ（第２分周器）は、恒温槽型水晶発振器３０ｂ（第２発振器）が出力するクロック信号（周波数：ｆ）をカウントしてｆ分周し、１Ｈｚの分周クロック信号（第２分周クロック信号）を出力する。
【００７０】
位相比較器２１ａ（第１位相比較器）は、ＧＰＳ受信機１０（基準タイミング信号出力部）が出力する１ＰＰＳ（基準タイミング信号）と分周器２４ａが出力する１Ｈｚの分周クロック信号とを位相比較し、その位相差に応じた位相差信号を出力する。位相比較器２１ａの位相差信号は、ループフィルター２２ａ（第１ループフィルター）およびデジタルアナログ変換回路２６ａを介して原子発振器３０ａに入力される。このように位相比較器２１ａと原子発振器３０ａとの間に設けられているループフィルター２２ａのパラメーターは、ＤＳＰ２３により設定される。分周器２４ａが出力する１Ｈｚの分周クロック信号は、ＧＰＳ受信機１０が出力する１ＰＰＳと同期している。このように、位相比較器２１ａ、ループフィルター２２ａ、分周器２４ａおよびデジタルアナログ変換回路２６ａは、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路６０ａを構成し、原子発振器３０ａが出力するクロック信号を１ＰＰＳに同期させる「第１同期部」として機能する。なお、デジタルアナログ変換回路２６ａは、ループフィルター２２ａと一体で構成されていてもよい。
【００７１】
位相比較器２１ｂ（第１位相比較器）は、分周器２４ａが出力する１Ｈｚの分周クロック信号と分周器２４ｂが出力する１Ｈｚの分周クロック信号とを位相比較し、その位相差に応じた位相差信号を出力する。位相比較器２１ｂの位相差信号は、ループフィルター２２ｂ（第２ループフィルター）およびデジタルアナログ変換回路２６ｂを介して恒温槽型水晶発振器３０ｂに入力される。このように位相比較器２１ｂと恒温槽型水晶発振器３０ｂとの間に設けられているループフィルター２２ｂのパラメーターは、ＤＳＰ２３により設定される。また、ループフィルター２２ｂの時定数はループフィルター２２ａの時定数よりも小さい。分周器２４ｂが出力する１Ｈｚの分周クロック信号は、分周器２４ａが出力する１Ｈｚの分周クロック信号に同期している。すなわち、分周器２４ｂが出力する１Ｈｚの分周クロック信号は、ＧＰＳ受信機１０が出力する１ＰＰＳと同期している。このように、位相比較器２１ｂ、ループフィルター２２ｂ、分周器２４ｂおよびデジタルアナログ変換回路２６ｂは、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路６０ｂを構成し、恒温槽型水晶発振器３０ｂが出力するクロック信号を１ＰＰＳに同期させる「第２同期部」として機能する。なお、デジタルアナログ変換回路２６ｂは、ループフィルター２２ｂと一体で構成されていてもよい。
【００７２】
タイミング信号生成装置１は、分周器２４ｂが出力する１Ｈｚの分周クロック信号をＵＴＣと同期した極めて周波数精度の高い１ＰＰＳとして外部に出力する。また、タイミング信号生成装置１は、１ＰＰＳと同期して１秒毎に最新のＮＭＥＡデータを外部に出力する。
【００７３】
［原子発振器（第１発振器）］
原子発振器３０ａは、例えばルビジウム原子やセシウム原子等の原子のエネルギー遷移を利用した周波数精度の高いクロック信号を出力可能な発振器である。原子発振器３０ａとして、例えば、ＥＩＴ（Electromagnetically Induced Transparency）現象（ＣＰＴ（Coherent Population Trapping）現象とも呼ばれる）を利用した方式の原子発振器や、光マイクロ２重共鳴現象を利用した方式の原子発振器等を利用することができる。
【００７４】
原子発振器３０ａは、デジタルアナログ変換回路２６ａの出力電圧（制御電圧）に応じて発振周波数を微調整可能に構成されている。前述のように、位相比較器２１ａ、ループフィルター２２ａ、分周器２４ａおよびデジタルアナログ変換回路２６ａにより、原子発振器３０ａが出力するクロック信号はＧＰＳ受信機１０が出力する１ＰＰＳに完全に同期する。なお、原子発振器３０ａは、単体では周波数温度特性が平坦ではないため、原子発振器３０ａの近傍に、原子発振器３０ａの温度を検出する温度センサー４０が配置されており、ＤＳＰ２３は、温度センサー４０の検出値（検出温度）に応じて位相比較器２１ａの位相差信号に補正値を加算することで、原子発振器３０ａの周波数温度特性を温度補償する処理も行う。
【００７５】
また、ＧＰＳ受信機１０が衛星信号を受信できなかったり受信環境が悪かったりする等の状況（以下、「ホールドオーバー」ともいう）が発生すると、ＧＰＳ受信機１０が出力する１ＰＰＳの精度が劣化し、あるいは、ＧＰＳ受信機１０が１ＰＰＳの出力を停止する。そのような場合、処理部２０は、原子発振器３０ａが出力するクロック信号をＧＰＳ受信機１０が出力する１ＰＰＳに同期させる処理（ＰＬＬ回路６０ａの同期処理）を停止して原子発振器３０ａを自走発振させる。このようにすれば、タイミング信号生成装置１は、ＧＰＳ受信機１０が出力する１ＰＰＳの精度が劣化した場合でも、原子発振器３０ａの自走発振による周波数精度の高い１ＰＰＳに、後述するＰＬＬ回路６０ｂにより恒温槽型水晶発振器３０ｂが出力するクロック信号を同期させて、１ＰＰＳを出力することができる。なお、恒温槽型水晶発振器３０ｂ（第２発振器）よりも長期周波数安定度が高ければ、原子発振器３０ａに代えて、ダブルオーブンもしくはシングルオーブンの恒温槽型水晶発振器（ＯＣＸＯ）、電圧制御型水晶発振器（ＶＣＸＯ）、温度補償回路付き水晶発振回路（ＴＣＸＯ）等の水晶発振器を用いても、自走発振による周波数精度の高い１ＰＰＳを出力することができる。この場合、第１発振器として用いる水晶発振器は、長期周波数安定度を高める観点から、エージング処理を行うことが好ましい。
【００７６】
［温度センサー］
温度センサー４０は、原子発振器３０ａの温度を検出する機能を有する。この温度センサー４０は、例えば、熱電対またはサーミスタ等を含んで構成されている。
【００７７】
［ＯＣＸＯ（第２発振器）］
恒温槽型水晶発振器３０ｂは、図示しないが、水晶振動子と、この水晶発振器を収納している恒温槽と、を有し、恒温槽内を温度調節することで水晶振動子の温度を一定に保つように構成されている。このような恒温槽型水晶発振器３０ｂは、優れた短期周波数安定度および周波数温度特性を有する。なお、恒温槽の構成は、特に限定されず、例えば、１つの壁によって構成されたものであってもよいし、２つ（二重）の壁によって構成されたもの（ダブルオーブン）であってもよい。また、水晶振動子としては、特に限定されず、各種水晶振動子を用いることができるが、例えば、ＡＴカット振動子、ＳＴカット振動子等を用いることができる。タイミング信号生成装置１は、恒温槽型水晶発振器３０ｂが出力する周波数がｆのクロック信号も外部に出力する。
【００７８】
また、恒温槽型水晶発振器３０ｂは、例えば電圧制御型水晶発振器（Voltage Controlled Oscillator）であり、デジタルアナログ変換回路２６ｂの出力電圧（制御電圧）に応じて発振周波数を微調整可能に構成されている。前述のように、位相比較器２１ｂ、ループフィルター２２ｂ、分周器２４ｂおよびデジタルアナログ変換回路２６ｂにより、恒温槽型水晶発振器３０ｂが出力するクロック信号はＰＬＬ回路６０ａの分周器２４ａが出力する分周クロック信号（１ＰＰＳ）に完全に同期する。
【００７９】
また、後述するように、ホールドオーバーからＧＰＳ受信機１０が衛星信号を受信可能（以下、「ＧＰＳ復帰」ともいう）な状況となり、ＰＬＬ回路６０ａの同期処理を再開させる際、一時的に、処理部２０は、恒温槽型水晶発振器３０ｂが出力するクロック信号を位相比較器２１ａが出力する分周クロック信号（１ＰＰＳ）に同期させる処理（ＰＬＬ回路６０ｂの同期処理）を停止して恒温槽型水晶発振器３０ｂを自走発振させることができる。なお、前述した原子発振器３０ａ（第１発振器）よりも短期周波数安定度が高ければ、恒温槽型水晶発振器３０ｂに代えて電圧制御型水晶発振器（ＶＣＸＯ）、温度補償回路付き水晶発振回路（ＴＣＸＯ）等の水晶発振器を用いてもよい。
【００８０】
以上、タイミング信号生成装置１の全体構成を説明した。以下、ＰＬＬ回路６０ａ、６０ｂの制御について詳述する。
【００８１】
［第１同期部および第２同期部の制御系］
図３は、図１に示すタイミング信号生成装置が備える第１同期部および第２同期部の制御系を説明するためのブロック図である。
【００８２】
ＤＳＰ２３は、ＰＬＬ回路６０ａ（第１同期部）およびＰＬＬ回路６０ｂ（第２同期部）を制御する機能を有する。特に、このＤＳＰ２３は、ＧＰＳ受信機１０（基準タイミング信号出力部）の受信状態に応じて、ＰＬＬ回路６０ａを動作させる状態と停止させる状態と、を切り換える機能を有する。これにより、ホールドオーバーが発生したときに、ＰＬＬ回路６０ａを停止させて原子発振器３０ａ（第１発振器）を自走発振させることができる。また、ホールドオーバーからＧＰＳ受信機１０が衛星信号を受信可能な状況となったとき（ＧＰＳ復帰時）に、ＰＬＬ回路６０ａの動作を再開させて、原子発振器３０ａが出力するクロック信号を、ＧＰＳ受信機１０が出力する１ＰＰＳに同期させることができる。
【００８３】
また、ＤＳＰ２３は、必要に応じて、ＰＬＬ回路６０ｂを動作させる状態と停止させる状態と、を切り換える機能をも有する。
【００８４】
ここで、ＰＬＬ回路６０ａの分周器２４ａおよびＰＬＬ回路６０ｂの分周器２４ｂは、それぞれ、カウント値を強制的に（本来のカウントに伴うリセット動作とは別に）リセット可能に構成されている。そして、ＤＳＰ２３は、ＧＰＳ受信機１０の受信状態および位相比較器２１ａの比較結果に基づいて、ＰＬＬ回路６０ａ、６０ｂをそれぞれリセットする機能を有する。
【００８５】
また、ＰＬＬ回路６０ａのループフィルター２２ａは、時定数が可変となっている。そして、ＤＳＰ２３は、ＧＰＳ受信機１０の受信状態および位相比較器２１ａの比較結果に基づいて、ＰＬＬ回路６０ａの時定数を調整する機能を有する。
【００８６】
このようなＤＳＰ２３は、ＧＰＳ受信機１０の受信状態および位相比較器２１ａの比較結果に基づいて判断を行う判断部２３１と、分周器２４ａのカウント値をリセットする第１カウントリセット部２３２と、分周器２４ｂのカウント値をリセットする第２カウントリセット部２３３と、ループフィルター２２ａの時定数を調整する時定数調整部２３４と、を有する。
【００８７】
判断部２３１は、ＧＰＳ受信機１０の受信状態に基づいて、ＧＰＳ受信機１０がホールドオーバー状態であるか否かの判断を行う機能を有する。また、判断部２３１は、位相比較器２１ａの比較結果に基づいて、第１分周クロック信号と基準タイミング信号との位相差が設定値（第１設定値）以下か否かを判断する機能をも有する。さらに、判断部２３１は、ＧＰＳ受信機１０の受信状態および位相比較器２１ａの比較結果に基づいて、ＰＬＬ回路６０ａを停止させた状態から動作させる状態に切り換えた際の第１分周クロック信号と基準タイミング信号との位相差が設定値（第２設定値）以上か否かを判断する機能をも有する。
【００８８】
第１カウントリセット部２３２は、判断部２３１の判断結果に基づいて、分周器２４ａのカウント値をリセットする機能を有する。この第１カウントリセット部２３２は、ＰＬＬ回路６０ａを停止させた状態から動作させる状態に切り換えた際（ＧＰＳ復帰時）に分周器２４ａのカウント値をリセット可能に構成されている。本実施形態では、第１カウントリセット部２３２は、ＰＬＬ回路６０ａを停止させた状態から動作させる状態に切り換えた際の第１分周クロック信号と基準タイミング信号との位相差が設定値以上であるときにリセットを行うように構成されている。
【００８９】
第２カウントリセット部２３３は、判断部２３１の判断結果に基づいて、分周器２４ｂのカウント値をリセットする機能を有する。この第２カウントリセット部２３３は、ＰＬＬ回路６０ａを停止させた状態から動作させる状態に切り換えた際（ＧＰＳ復帰時）に分周器２４ｂのカウント値をリセット可能に構成されている。本実施形態では、第２カウントリセット部２３３は、ＰＬＬ回路６０ａを停止させた状態から動作させる状態に切り換えた際の第１分周クロック信号と基準タイミング信号との位相差が設定値以上であるときにリセットを行うように構成されている。特に、第２カウントリセット部２３３は、第１カウントリセット部２３２が分周器２４ａのカウント値をリセットした後に、分周器２４ｂのカウント値をリセットするように構成されている。
【００９０】
時定数調整部２３４（第１時定数調整部）は、判断部２３１の判断結果に基づいて、ループフィルター２２ａの時定数を調整する機能を有する。この時定数調整部２３４は、第１カウントリセット部２３２が分周器２４ａのカウント値をリセットした後にループフィルター２２ａの時定数を小さくし、その後、第１分周クロック信号と基準タイミング信号との位相差が設定値以下となったときに、ループフィルター２２ａの時定数を大きくするように構成されている。
【００９１】
以下、ＤＳＰ２３によるＰＬＬ回路６０ａの動作・停止の切り換えについて説明する。
図４は、図１に示すタイミング信号生成装置における第１同期部の同期・停止の切り換えを説明するためのフローチャートである。
【００９２】
まず、判断部２３１がＧＰＳ受信機１０の受信状態に基づいて受信異常（ホールドオーバー）か否かを判断する（ステップＳ１）。このステップＳ１は、受信異常と判断するまで繰り返し（ステップＳ１のＮＯ）、受信異常と判断した場合（ステップＳ１のＹＥＳ）、ＰＬＬ回路６０ａの動作を停止させる（ステップＳ２）。このとき、原子発振器３０ａを自走発振させる。これにより、ＰＬＬ回路６０ａは、第２分周クロック信号を原子発振器３０ａの自走発振による第１分周クロックと同期させてタイミング信号として外部に出力することとなる。
【００９３】
次に、判断部２３１がＧＰＳ受信機１０の受信状態に基づいてＧＰＳ復帰か否かを判断する（ステップＳ３）。このステップＳ３は、ＧＰＳ復帰と判断するまで繰り返し（ステップＳ３のＮＯ）、ＧＰＳ復帰と判断した場合（ステップＳ３のＹＥＳ）、ＰＬＬ回路６０ａの動作を開始（再開）させる（ステップＳ４）。
【００９４】
そして、終了か否かを判断し（ステップＳ５）、終了指示がない場合（ステップＳ５のＮＯ）、前述したステップＳ１に移行し、終了指示があった場合（ステップＳ５のＹＥＳ）、終了する。
【００９５】
以上のようにして、ＤＳＰ２３によるＰＬＬ回路６０ａの動作・停止の切り換えを行う。ここで、上述したステップＳ４では、以下のようにしてＰＬＬ回路６０ａ、６０ｂの制御を行う。
【００９６】
図５は、図１に示すタイミング信号生成装置における第１同期部および第２同期部の同期開始時の動作を説明するためのフローチャートである。
【００９７】
まず、判断部２３１が、ＧＰＳ受信機１０の受信状態および位相比較器２１ａの比較結果に基づいて、ＰＬＬ回路６０ａを停止させた状態から動作させる状態に切り換えた際の第１分周クロック信号と基準タイミング信号との位相差が設定値（第２設定値）以上か否かを判断する（ステップＳ４１）。ここで、後述するように、分周器２４ａのカウント値がリセットした後の第１分周クロック信号と基準タイミング信号との位相差は、１００ｎｓ以下となることから、第１クロック信号の周波数が１０ＭＨｚである場合、ステップＳ４１における設定値（第２設定値）は、１００ｎｓ以上であることが好ましい。
【００９８】
かかる位相差が設定値未満である場合（ステップＳ４１のＮＯ）、分周器２４ａ、２４ｂのカウント値のリセットおよびループフィルター２２ａの時定数の変更を行わずに、初期値のままＰＬＬ回路６０ａの動作を開始（再開）する。ループフィルター２２ａの時定数の初期値は、１０００秒以上であることが好ましい。これにより、第１分周タイミング信号が基準タイミング信号との同期時に基準タイミング信号の揺らぎの影響を受けることを低減することができる。
【００９９】
一方、かかる位相差が設定値以上である場合（ステップＳ４１のＹＥＳ）、最初に、第１カウントリセット部２３２が分周器２４ａのカウント値をリセットする（ステップＳ４２）。このとき、ＰＬＬ回路６０ｂの同期を停止させて恒温槽型水晶発振器３０ｂを自走発振させる。
【０１００】
その後、時定数調整部２３４がループフィルター２２ａの時定数を小さくする（ステップＳ４３）。ステップＳ４３での調整後のループフィルター２２ａの時定数は、初期値よりも小さければよいが、ループフィルター２２ｂの時定数よりも大きいことが好ましく、より具体的には、１０秒以上１０００秒以下であることが好ましい。これにより、第１分周クロック信号の周波数変動を低減しつつ、第１分周クロック信号と基準タイミング信号とを速やかに同期させることができる。また、ループフィルター２２ｂの時定数は、ループフィルター２２ａの時定数よりも小さいことが好ましく、より具体的には、５秒以上１００秒以下であることが好ましい。これにより、第２分周クロック信号の周波数変動を低減しつつ、第１分周クロック信号と第２分周クロック信号とを速やかに同期させることができる。
【０１０１】
次に、第２カウントリセット部２３３が分周器２４ｂのカウント値をリセットする（ステップＳ４４）。このとき、ＰＬＬ回路６０ｂの同期を再開させる。したがって、分周器２４ａのカウント値のリセットから分周器２４ｂのカウント値のリセットまでの間、ＰＬＬ回路６０ｂの同期を停止させて恒温槽型水晶発振器３０ｂを自走発振させることとなる。
【０１０２】
次に、判断部２３１が、位相比較器２１ａの比較結果に基づいて、第１分周クロック信号と基準タイミング信号との位相差が設定値（第１設定値）以下か否かを判断する（ステップＳ４５）。このステップＳ４５における設定値（第１設定値）は、１００ｎｓ以下であることが好ましく、５０ｎｓ以下であることがより好ましい。
【０１０３】
このステップＳ４５は、かかる位相差が設定値以下となるまで繰り返し（ステップＳ４５のＮＯ）、かかる位相差が設定値以下となった場合、時定数調整部２３４がループフィルター２２ａの時定数を例えば初期値となるように大きくする（ステップＳ４６）。以上のように、ＰＬＬ回路６０ａ、６０ｂの動作を開始し、その動作状態を維持したまま、前述したステップＳ５に移行する。
【０１０４】
以上のようにしてＰＬＬ回路６０ａ、６０ｂがＧＰＳ復帰時の動作を行う。以下、基準タイミング信号、第１クロック信号、第１分周クロック信号、第１カウントリセット部のリセットタイミングおよび第１分周器のカウント値のタイミングについて説明する。
【０１０５】
図６は、図１に示すタイミング信号生成装置における第１同期部の初期動作を説明するためのタイミングチャートである。
【０１０６】
タイミング信号生成装置１の通常の初期動作では、図６に示すように、タイミング信号生成装置１の電源を投入し、ＧＰＳ受信機１０が衛星信号を受信可能な状況となり基準タイミング信号を出力する。すると、この基準タイミング信号の立ち上がりタイミングをトリガーとし、この基準タイミング信号の直後の第１クロック信号のパルスの立ち上がりまたは立ち下りに同期して、第１カウントリセット部２３２がリセット信号を出力し、このリセット信号により分周器２４ａのカウント値がリセットされる。分周器２４ａは、第１クロック信号のパルスを１秒分カウントしてリセットする動作を繰り返して、１ＰＰＳの分周クロック信号を出力する。図示では、分周器２４ａは、第１クロック信号のパルスを０．５秒分カウントダウンした後に０．５秒分カウントアップする動作を繰り返す例を示している。
【０１０７】
ここで、基準タイミング信号の直後の第１クロック信号のパルスの立ち上がりまたは立ち下りに同期して、第１カウントリセット部２３２がリセット信号を出力するため、第１クロック信号の周波数が１０ＭＨｚである場合、すなわち、第１クロック信号のパルス間隔が１００ｎｓである場合、分周器２４ａのカウント値がリセットした後の第１分周クロック信号と基準タイミング信号との位相差は、１００ｎｓ以下となる。
【０１０８】
図７は、図１に示すタイミング信号生成装置における第１同期部の同期時（ＧＰＳ同期時）の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【０１０９】
前述したようにＰＬＬ回路６０ａの動作を開始した後、ＰＬＬ回路６０ａの作用により、図７に示すように、基準タイミング信号と第１分周クロック信号とが同期する（このときを「ＧＰＳ同期時」ともいう）。
【０１１０】
図８は、図１に示すタイミング信号生成装置における第１同期部の同期再開時（ＧＰＳ復帰時）の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【０１１１】
ホールドオーバーからＧＰＳ復帰したとき、図８に示すように、基準タイミング信号と第１分取クロック信号との位相差が生じる。
【０１１２】
図９は、リセットを行わない場合における第１同期部の同期再開後の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【０１１３】
ホールドオーバーからＧＰＳ復帰したときの基準タイミング信号と第１分取クロック信号との位相差が大きいとき、分周器２４ａ、２４ｂのリセットを行わないと、図９に示すように、大きな位相差Δθ分、第１分周クロック信号のタイミングを調整しなければならない。したがって、基準タイミング信号と第１分周クロック信号との同期の完了までに長時間を要する。一方、基準タイミング信号と第１分周クロック信号との同期を早期に完了させようと、単にループフィルター２２ａの時定数を小さくした場合、第１分周クロック信号の周波数が大きく変動してしまう。そこで、前述したように、ホールドオーバーからＧＰＳ復帰したときの基準タイミング信号と第１分取クロック信号との位相差が大きいとき、分周器２４ａ、２４ｂのリセットを行う。
【０１１４】
図１０は、図１に示すタイミング信号生成装置における第１同期部の同期再開後の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【０１１５】
図１０に示すように、ホールドオーバーからＧＰＳ復帰したときの基準タイミング信号と第１分取クロック信号との位相差が大きいとき、分周器２４ａ、２４ｂのリセットを行うと、小さな位相差Δθ分だけ、第１分周クロック信号のタイミングを調整すればよい。したがって、基準タイミング信号と第１分周クロック信号との同期の完了までに要する時間を短縮化することができる。また、調整する位相差Δθが小さいため、ループフィルター２２ａの時定数を小さくしても、第１分周クロック信号の周波数の変動を低減しつつ、基準タイミング信号と第１分周クロック信号との同期を早期に完了させることができる。
【０１１６】
ここで、原子発振器３０ａのホールドオーバー中の周波数変動量は、１日当たり１０−１１〜１０−１２程度であることから、分周器２４ａのカウント値をリセットしても、第１分周クロック信号は、基準タイミング信号に対して、周波数はほぼ同じで位相だけがずれることとなる。そのため、分周器２４ａのカウント値をリセットしても、タイミング信号生成装置１のシステムに与える影響を小さくすることができる。
【０１１７】
以上説明したようなタイミング信号生成装置１によれば、ＰＬＬ回路６０ａを停止させた状態から動作させる状態に切り換えた際（例えばホールドオーバー時の状態からＧＰＳ復帰時の状態に切り換えた際）に、第１カウントリセット部２３２が分周器２４ａのカウント値をリセットすることで、基準タイミング信号と第１分周クロック信号との位相差およびその変動を低減することができる。また、分周器２４ａのカウント値のリセットと同時またはその後、第２カウントリセット部２３３が分周器２４ｂのカウント値をリセットすることで、基準タイミング信号および第１分周クロック信号と第２分周クロック信号との位相差も低減することができる。したがって、タイミング信号生成装置１では、第２分周クロック信号をタイミング信号として出力することで、基準タイミング信号との同期を再開する際に、出力するタイミング信号の周波数変動を低減しつつ、当該タイミング信号と基準タイミング信号とを速やかに同期させることができる。
【０１１８】
本実施形態では、第１カウントリセット部２３２および第２カウントリセット部２３３が、それぞれ、ＰＬＬ回路６０ａを停止させた状態から動作させる状態に切り換えた際の第１分周クロック信号と基準タイミング信号との位相差が設定値以上であるときにリセットを行うため、分周器２４ａ、２４ｂのカウント値をリセットすることによる効果（すなわち、ＰＬＬ回路６０ａを停止させた状態から動作させる状態に切り換えた際のタイミング信号の変動を低減する効果）が顕著となる。
【０１１９】
また、第１カウントリセット部２３２が分周器２４ａのカウント値をリセットした後に、第２カウントリセット部２３３が分周器２４ｂのカウント値をリセットするため、第１分周クロック信号の変動の影響を低減しつつ、第１分周クロック信号と第２分周クロック信号との同期を行うことができる。また、分周器２４ａ、２４ｂの双方のカウント値のリセットを行うまでの間、恒温槽型水晶発振器３０ｂを自走発振させておくことで、比較的高精度な第２分周クロック信号をタイミング信号として出力することができる。
【０１２０】
また、第１カウントリセット部２３２が分周器２４ａのカウント値をリセットした後に時定数調整部２３４がループフィルター２２ａの時定数を小さくすることにより、ＰＬＬ回路６０ａを停止させた状態から動作させる状態に切り換えた際に、第１分周クロック信号と基準タイミング信号とを速やかに同期させることができる。この際、第１カウントリセット部２３２が分周器２４ａのカウント値をリセットすることで、基準タイミング信号と第１分周クロック信号との位相差を低減しているため、分周器２４ａの時定数を小さくしても、第１分周クロック信号の変動を小さくすることができる。
【０１２１】
本実施形態では、第１時定数調整部２３４が、ループフィルター２２ａの時定数を小さくした後に、第１分周クロック信号と基準タイミング信号との位相差が設定値以下となったときに、ループフィルター２２ａの時定数を大きくすることで、第１分周クロック信号の変動を低減することができる。
【０１２２】
また、ループフィルター２２ａの時定数がループフィルター２２ｂの時定数よりも大きいため、ＰＬＬ回路６０ｂの応答性を優れたものとしつつ、第１分周クロック信号が基準タイミング信号の揺らぎの影響を受けるのを低減することができる。
【０１２３】
さらに、原子発振器３０ａの長期安定度が恒温槽型水晶発振器３０ｂの長期安定度よりも高いため、原子発振器３０ａを自走発振させたときのタイミング信号生成装置１の長期周波数安定度および短期周波数安定度を優れたものとすることができる。特に、原子発振器３０ａを自走発振させたときのタイミング信号生成装置１の長期周波数安定度を極めて優れたものとすることができる。また、恒温槽型水晶発振器３０ｂを原子発振器３０ａと組み合わせて用いることで、原子発振器３０ａを自走発振させたときのタイミング信号生成装置１の短期周波数安定度を極めて優れたものとすることができる。
【０１２４】
＜第２実施形態＞
図１１は、本発明の第２実施形態に係るタイミング信号生成装置における第１同期部の同期開始時の動作を説明するためのフローチャートである。
【０１２５】
本実施形態は、ＧＰＳ復帰時の第２同期部の制御が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。
【０１２６】
なお、以下の説明では、第２実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１１において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【０１２７】
本実施形態では、まず、前述した第１実施形態と同様、ステップＳ４１、Ｓ４２を行う。その後、時定数調整部２３４がループフィルター２２ａの時定数を小さくする（ステップＳ４７）。
【０１２８】
次に、判断部２３１が、位相比較器２１ａの比較結果に基づいて、第１分周クロック信号と基準タイミング信号との位相差が設定値（第１設定値）以下か否かを判断する（ステップＳ４８）。このステップＳ４８は、かかる位相差が設定値以下となるまで繰り返し（ステップＳ４８のＮＯ）、かかる位相差が設定値以下となった場合、時定数調整部２３４がループフィルター２２ａの時定数を例えば初期値となるように大きくする（ステップＳ４９）。
【０１２９】
その後、第２カウントリセット部２３３が分周器２４ｂのカウント値をリセットする（ステップＳ５０）。このとき、ＰＬＬ回路６０ｂの同期を再開させる。
【０１３０】
以上のように、第２カウントリセット部２３３が、第１分周クロック信号と基準タイミング信号との位相差が設定値以下となったときに、分周器２４ｂのカウント値をリセットすることにより、第１分周クロック信号の変動の影響を的確に低減しつつ、第１分周クロック信号と第２分周クロック信号との同期を行うことができる。
【０１３１】
＜第３実施形態＞
図１２は、本発明の第３実施形態に係るタイミング信号生成装置が備える第１同期部および第２同期部の制御系を説明するためのブロック図である。
【０１３２】
本実施形態は、第２ループフィルターの時定数が調整可能である以外は、前述した第１実施形態と同様である。
【０１３３】
なお、以下の説明では、第３実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１２において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【０１３４】
本実施形態に係るＤＳＰ２３Ａは、ＧＰＳ受信機１０の受信状態および位相比較器２１ａの比較結果に基づいて判断を行う判断部２３１Ａと、分周器２４ａのカウント値をリセットする第１カウントリセット部２３２と、分周器２４ｂのカウント値をリセットする第２カウントリセット部２３３と、ループフィルター２２ａの時定数を調整する時定数調整部２３４と、ループフィルター２２ｂの時定数を調整する時定数調整部２３５（第２時定数調整部）と、を有する。
【０１３５】
時定数調整部２３５は、判断部２３１Ａの判断結果に基づいて、第２カウントリセット部２３３が分周器２４ｂのカウント値をリセットしたときにループフィルター２２ｂの時定数を小さくする。これにより、ＰＬＬ回路６０ａを停止させた状態から動作させる状態に切り換えた際に、第１分周クロック信号と第２分周クロック信号とを速やかに同期させることができる。この際、第２カウントリセット部２３３が分周器２４ｂのカウント値をリセットすることで、第１分周クロック信号と第２分周クロック信号との位相差を低減しているため、分周器２４ｂの時定数を小さくしても、第２分周クロック信号の変動を小さくすることができる。
【０１３６】
このようにループフィルター２２ｂの時定数を小さくした後、所定時間経過後、時定数調整部２３４がループフィルター２２ａの時定数を例えば初期値となるように大きくする。例えば、判断部２３１Ａが、位相比較器２１ｂの比較結果に基づいて、第１分周クロック信号と第２分周クロック信号との位相差が設定値（第３設定値）以下か否かを判断し、かかる位相差が設定値以下となった場合、時定数調整部２３５がループフィルター２２ｂの時定数を例えば初期値となるように大きくする。
【０１３７】
２．電子機器
次に、本発明の電子機器の実施形態を説明する。
【０１３８】
図１３は、本発明の電子機器の実施形態を示すブロック図である。
図１３に示す電子機器３００は、タイミング信号生成装置３１０、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３２０、操作部３３０、ＲＯＭ（Read Only Memory）３４０、ＲＡＭ（Random Access Memory）３５０、通信部３６０および表示部３７０を含んで構成されている。
【０１３９】
タイミング信号生成装置３１０は、例えば、前述したタイミング信号生成装置１であり、先に説明したように、衛星信号を受信して高精度のタイミング信号（１ＰＰＳ）を生成し、外部に出力する。これにより、より低コストで信頼性の高い電子機器３００を実現することができる。
【０１４０】
ＣＰＵ３２０は、ＲＯＭ３４０等に記憶されているプログラムに従い、各種の計算処理や制御処理を行う。具体的には、ＣＰＵ３２０は、タイミング信号生成装置３１０が出力するタイミング信号（１ＰＰＳ）やクロック信号に同期して、計時処理、操作部３３０からの操作信号に応じた各種の処理、外部とデータ通信を行うために通信部３６０を制御する処理、表示部３７０に各種の情報を表示させるための表示信号を送信する処理等を行う。
【０１４１】
操作部３３０は、操作キーやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、ユーザーによる操作に応じた操作信号をＣＰＵ３２０に出力する。
【０１４２】
ＲＯＭ３４０は、ＣＰＵ３２０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。
【０１４３】
ＲＡＭ３５０は、ＣＰＵ３２０の作業領域として用いられ、ＲＯＭ３４０から読み出されたプログラムやデータ、操作部３３０から入力されたデータ、ＣＰＵ３２０が各種プログラムにしたがって実行した演算結果等を一時的に記憶する。
【０１４４】
通信部３６０は、ＣＰＵ３２０と外部装置との間のデータ通信を成立させるための各種制御を行う。
【０１４５】
表示部３７０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成される表示装置であり、ＣＰＵ３２０から入力される表示信号に基づいて各種の情報を表示する。表示部３７０には操作部３３０として機能するタッチパネルが設けられていてもよい。
【０１４６】
このような電子機器３００としては種々の電子機器が考えられ、特に限定されないが、例えば、標準時刻との同期を実現する時刻管理用のサーバー（タイムサーバー）、タイムスタンプの発行等を行う時刻管理装置（タイムスタンプサーバー）、基地局等の周波数基準装置等が挙げられる。
【０１４７】
３．移動体
図１４は、本発明の移動体の実施形態を示す図である。
【０１４８】
図１４に示す移動体４００は、タイミング信号生成装置４１０、カーナビゲーション装置４２０、コントローラー４３０、４４０、４５０、バッテリー４６０、バックアップ用バッテリー４７０を含んで構成されている。
【０１４９】
タイミング信号生成装置４１０としては、前述したタイミング信号生成装置１を適用することができる。タイミング信号生成装置４１０は、例えば、移動体４００が移動中は、通常測位モードでリアルタイムに測位計算を行って１ＰＰＳ、クロック信号およびＮＭＥＡデータを出力する。また、タイミング信号生成装置４１０は、例えば、移動体４００が停止中は、通常測位モードで複数回の測位計算を行った後、複数回の測位計算結果の最頻値または中央値を現在の位置情報として設定し、位置固定モードで１ＰＰＳ、クロック信号およびＮＭＥＡデータを出力する。
【０１５０】
カーナビゲーション装置４２０は、タイミング信号生成装置４１０が出力する１ＰＰＳやクロック信号に同期して、タイミング信号生成装置４１０が出力するＮＭＥＡデータを用いて、位置や時刻その他の各種の情報をディスプレイに表示する。
【０１５１】
コントローラー４３０、４４０、４５０は、エンジンシステム、ブレーキシステム、キーレスエントリーシステム等の各種の制御を行う。コントローラー４３０、４４０、４５０は、タイミング信号生成装置４１０が出力するクロック信号に同期して各種の制御を行うようにしてもよい。
【０１５２】
本実施形態の移動体４００は、タイミング信号生成装置４１０を備えていることで、移動中も停止中も高い信頼性を確保することができる。
【０１５３】
このような移動体４００としては種々の移動体が考えられ、例えば、自動車（電気自動車も含む）、ジェット機やヘリコプター等の航空機、船舶、ロケット、人工衛星等が挙げられる。
【０１５４】
以上、本発明のタイミング信号生成装置、電子機器および移動体について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
【０１５５】
また、本発明は、前述した実施形態の同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
【０１５６】
また、前述した実施形態では、ＧＰＳを利用したタイミング信号生成装置を例に挙げたが、ＧＰＳ以外の全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）、例えば、ガリレオ、ＧＬＯＮＡＳＳ等を利用してもよい。
【０１５７】
また、前述した実施形態では、センサー部が、温度センサー、マイクロ波受信機、電源ノイズセンサーおよび振動センサーを備える場合を例に説明したが、これらのセンサーのうちの少なくとも１つをセンサー部が有していれば、他のセンサーを省略してもよい。また、センサー部が備えるセンサーとしては、位相比較器の出力結果に影響を与える環境（外乱）を検出し得るものであれば、前述したものに限らず、例えば、気圧センサー、光センサー等を用いてもよい。
【符号の説明】
【０１５８】
１…タイミング信号生成装置、２…ＧＰＳ衛星、１０…ＧＰＳ受信機、１１‥‥ＳＡＷフィルター、１２‥‥ＲＦ処理部、１３…ベースバンド処理部、１４‥‥ＴＣＸＯ、２０…処理部、２１ａ…位相比較器（第１位相比較器）、２１ｂ…位相比較器（第２位相比較器）、２２ａ…ループフィルター（第１ループフィルター）、２２ｂ…ループフィルター（第２ループフィルター）、２３、２３Ａ‥‥ＤＳＰ、２４ａ…分周器（第１分周器）、２４ｂ…分周器（第２分周器）、２５‥‥ＧＰＳ制御部、２６ａ…デジタルアナログ変換回路、２６ｂ…デジタルアナログ変換回路、３０ａ…原子発振器、３０ｂ…恒温槽型水晶発振器、４０…温度センサー、５０…ＧＰＳアンテナ、６０ａ…ＰＬＬ回路（第１同期部）、６０ｂ…ＰＬＬ回路（第２同期部）、１２１‥‥ＰＬＬ、１２２‥‥ＬＮＡ、１２３…ミキサー、１２４‥‥ＩＦアンプ、１２５‥‥ＩＦフィルター、１２６‥‥ＡＤＣ、１３１‥‥ＤＳＰ、１３２‥‥ＣＰＵ、１３３‥‥ＳＲＡＭ、１３４‥‥ＲＴＣ、２３１…判断部、２３１Ａ…判断部、２３２…第１カウントリセット部、２３３…第２カウントリセット部、２３４…時定数調整部（第１時定数調整部）、２３５…時定数調整部（第２時定数調整部）、３００…電子機器、３１０…タイミング信号生成装置、３２０‥‥ＣＰＵ、３３０…操作部、３４０‥‥ＲＯＭ、３５０‥‥ＲＡＭ、３６０…通信部、３７０…表示部、４００…移動体、４１０…タイミング信号生成装置、４２０…カーナビゲーション装置、４３０、４４０、４５０…コントローラー、４６０…バッテリー、４７０…バックアップ用バッテリー、Ｓ１…ステップ、Ｓ２…ステップ、Ｓ３…ステップ、Ｓ４…ステップ、Ｓ５…ステップ、Ｓ４１…ステップ、Ｓ４２…ステップ、Ｓ４３…ステップ、Ｓ４４…ステップ、Ｓ４５…ステップ、Ｓ４６…ステップ、Ｓ４７…ステップ、Ｓ４８…ステップ、Ｓ４９…ステップ、Ｓ５０…ステップ、Δθ…位相差
【図１】
2017118371.tif 000003
【図２】
2017118371.tif 000004
【図３】
2017118371.tif 000005
【図４】
2017118371.tif 000006
【図５】
2017118371.tif 000007
【図６】
2017118371.tif 000008
【図７】
2017118371.tif 000009
【図８】
2017118371.tif 000010
【図９】
2017118371.tif 000011
【図１０】
2017118371.tif 000012
【図１１】
2017118371.tif 000013
【図１２】
2017118371.tif 000014
【図１３】
2017118371.tif 000015
【図１４】
2017118371.tif 000016