基准信号产生装置、电子设备、移动体和数据通信装置 |
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| 申请号 | CN201610329484.3 | 申请日 | 2016-05-18 | 公开(公告)号 | CN106199658A | 公开(公告)日 | 2016-12-07 |
| 申请人 | 精工爱普生株式会社; | 发明人 | 牧义之; | ||||
| 摘要 | 基准 信号 产生装置、 电子 设备、移动体和数据通信装置。可在 原子 振荡器 完全故障之前检出故障前兆。基准信号产生装置具有：接收参考信号的接收部；包含原子振荡器的第1振荡器；第1 相位 比较器，对从第1振荡器输出的信号和参考信号的相位进行比较；第2振荡器，生成向外部输出的信号；以及第2相位比较器，对从第1振荡器输出的信号和从第2振荡器输出的信号的相位进行比较，第1振荡器具有输出与在第1振荡器中进行 频率 扫描得到的共振信号对应的扫描结果信号的扫描结果输出部，基准信号产生装置具有根据第1相位比较器的相位比较信号和第2相位比较器的相位比较信号中的至少一个以及扫描结果信号来判断故障状态的判断部。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基准信号产生装置，其特征在于，该基准信号产生装置具有： |
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| 说明书全文 | 基准信号产生装置、电子设备、移动体和数据通信装置技术领域[0001] 本发明涉及基准信号产生装置、电子设备、移动体、数据通信装置和地面数字通信网。 背景技术[0002] 作为利用了人造卫星的全球导航卫星系统(GNSS：Global Navigation Satellite System)之一的GPS(Global Positioning System，全球定位系统)已被广泛公知。GPS所使用的GPS卫星装载有精度极高的原子时钟，向地面发送叠加了GPS卫星的轨道信息和/或准确的时刻信息等的卫星信号。从GPS卫星发送的卫星信号被GPS接收器接收。并且，GPS接收器根据叠加于卫星信号的轨道信息和/或时刻信息，进行计算GPS接收器的当前位置和/或时刻信息的处理、和/或生成与世界标准时间(UTC：Coordinated Universal Time)同步的准确的定时信号(1PPS)的处理等。 [0003] 一般而言，这样的GPS接收器设有根据定位计算提供位置/时刻的通常定位(位置估计)模式、和基于已知位置下的固定位置定位来提供时刻的位置固定模式。 [0004] 在通常定位模式中，需要来自规定数量(如果是二维定位则最低3个，如果是三维定位则为4个)以上的GPS卫星的卫星信号。并且，能够接收卫星信号的GPS卫星的数量越多，定位计算的精度越高。 [0005] 并且，在位置固定模式中，如果设定了GPS接收器的位置信息，则只要能够接收来自至少一个GPS卫星的卫星信号就能够生成1PPS。 [0006] 在此，在地面数字广播中，使用具有所述GPS接收器和原子振荡器的基准信号产生装置。地面数字广播是公共广播，因此不允许原子振荡器的故障导致的中断。因此，通常准备两台基准信号产生装置，使用其中的一方，在其发生故障的情况下，切换为另一方。 [0007] 另外，在专利文献1中公开了具有GPS接收器、原子振荡器、石英振荡器和PLL(Phase Locked Loop，锁相环)并输出1PPS的基准频率产生装置。在该基准频率产生装置中构成为，首先使用原子振荡器，在原子振荡器发生了故障的情况下，切换为石英振荡器。 [0008] 专利文献1：日本特开2011－155367号公报 发明内容[0009] 但是，在专利文献1记载的装置中，是在原子振荡器发生故障后切换为石英振荡器，因此难以在地面数字广播这样的要求严格的用途下使用。 [0010] 本发明的目的在于提供一种能够在原子振荡器完全故障之前检出故障前兆的基准信号产生装置、电子设备、移动体、数据通信装置和地面数字通信网。 [0011] 本发明是为了解决上述课题的至少一部分而提出的，能够作为以下的形式或应用例而实现。 [0012] [应用例1] [0013] 本发明的基准信号产生装置的特征在于，该基准信号产生装置具有：接收部，其接收参考信号；包含原子振荡器的第1振荡器；第1相位比较器，其对从所述第1振荡器输出的信号和所述参考信号的相位进行比较；第2振荡器，其生成向外部输出的信号；以及第2相位比较器，其对从所述第1振荡器输出的信号和从所述第2振荡器输出的信号的相位进行比较，所述第1振荡器具有扫描结果输出部，该扫描结果输出部输出与在所述第1振荡器中进行频率扫描得到的共振信号对应的扫描结果信号，该基准信号产生装置具有判断部，该判断部根据所述第1相位比较器的相位比较信号和所述第2相位比较器的相位比较信号中的至少一个、以及所述扫描结果信号，判断故障状态。 [0014] 由此，能够在原子振荡器完全故障之前检出故障的前兆而能够进行应对。 [0015] [应用例2] [0016] 在本发明的基准信号产生装置中，优选所述接收部是接收从位置信息卫星发送的卫星信号的接收器。 [0017] 由此，能够向外部输出频率精度高的基准信号。 [0018] [应用例3] [0019] 在本发明的基准信号产生装置中，优选所述判断部具有故障存储部，该故障存储部存储与所述相位比较信号和所述扫描结果信号对应的所述故障状态。 [0020] 由此，能够在原子振荡器完全故障之前知晓故障的可能性。由此，能够在原子振荡器完全故障之前检出故障的前兆而能够进行应对。 [0021] [应用例4] [0022] 在本发明的基准信号产生装置中，优选所述判断部具有存储多个所述扫描结果的扫描结果存储部，在所述故障状态的判断中利用所述扫描结果的变化量。 [0023] 由此，能够恰当地判断原子振荡器的故障状态。 [0024] [应用例5] [0025] 在本发明的基准信号产生装置中，优选所述判断部根据所述第1相位比较器的相位比较信号、所述第2相位比较器的相位比较信号和所述扫描结果信号，判断所述故障状态。 [0026] 由此，能够恰当地判断基准信号产生装置的故障状态。 [0027] [应用例6] [0028] 在本发明的基准信号产生装置中，优选该基准信号产生装置具有信息输出部，该信息输出部根据所述判断部的判断结果，输出包含规定的信息的信号。 [0029] 由此，能够在原子振荡器完全故障之前知晓故障的可能性。由此，能够在原子振荡器完全故障之前检出故障的前兆而能够进行应对。 [0030] [应用例7] [0031] 本发明的电子设备的特征在于具有本发明的基准信号产生装置。 [0032] 由此，能够在原子振荡器完全故障之前检出故障的前兆而能够进行应对。 [0033] [应用例8] [0034] 本发明的移动体的特征在于具有本发明的基准信号产生装置。 [0035] 由此，能够在原子振荡器完全故障之前检出故障的前兆而能够进行应对。 [0036] [应用例9] [0037] 本发明的数据通信装置的特征在于具有本发明的基准信号产生装置。 [0038] 由此，能够在原子振荡器完全故障之前检出故障的前兆而能够进行应对。 [0039] [应用例10] [0040] 本发明的地面数字通信网的特征在于具有本发明的基准信号产生装置。 [0042] 图1是示出本发明的基准信号产生装置的实施方式的概略结构的图。 [0043] 图2是示出从GPS卫星发送的导航消息的结构的图。 [0044] 图3是示出图1所示的基准信号产生装置所具有的GPS接收器的结构例的框图。 [0045] 图4是示出图1所示的基准信号产生装置所具有的原子振荡器的结构例的框图。 [0046] 图5是示出用于说明图1所示的基准信号产生装置的动作的表的图。 [0047] 图6是示出用于说明图1所示的基准信号产生装置的动作的表的图。 [0048] 图7是示出本发明的电子设备的实施方式的框图。 [0049] 图8是示出本发明的移动体的实施方式的图。 [0050] 图9是示出本发明的数据通信装置的实施方式的框图。 [0051] 图10是示出本发明的地面数字通信网的实施方式的图。 [0052] 标号说明 [0053] 1：基准信号产生装置；2：GPS卫星；10：GPS接收器；11：SAW滤波器；12：RF处理部；13：基带处理部；14：TCXO；20：处理部；21：相位比较器；22：环路滤波器；23：DSP；24：分频器； 25：GPS控制部；26：相位比较器；27：环路滤波器；28：分频器；30：原子振荡器；31：光源；32： 气室；33：光电二极管；34：检波电路；35：石英振荡器；36：相位电路；37：PLL；38：振荡器；40： 温度传感器；50：GPS天线；60：石英振荡器；71：二次谐波电平检测部；72：判断部；73：故障存储部；74：扫描结果存储部；75：信息输出部；121：PLL；122：LNA；123：混频器；124：IF放大器； 125：IF滤波器；126：ADC；131：DSP；132：CPU；133：SRAM；134：RTC；300：电子设备；310：基准信号产生装置；320：CPU；330：操作部；340：ROM；350：RAM；360：通信部；370：显示部；400：移动体；410：基准信号产生装置；420：车载导航装置；430：控制器；440：控制器；450：控制器； 460：电池；470：备用电池；500：数据通信装置；510：基准信号产生装置；520：控制装置；530： 操作部；540：存储部；550：通信部；560：显示部；600：地面数字通信网；610：基准信号产生装置；620：控制装置；630：通信装置；640：站；650：传输路径。 具体实施方式[0054] 下面，根据附图所示的实施方式，对本发明的基准信号产生装置、电子设备、移动体、数据通信装置和地面数字通信网具体地进行说明。 [0055] 1.基准信号产生装置 [0056] 图1是示出本发明的基准信号产生装置的实施方式的概略结构的图。图2是示出从GPS卫星发送的导航消息的结构的图。图3是示出图1所示的基准信号产生装置所具有的GPS接收器的结构例的框图。图4是示出图1所示的基准信号产生装置所具有的原子振荡器的结构例的框图。图5和图6分别是示出用于说明图1所示的基准信号产生装置的动作的表的图。 [0057] 图1所示的基准信号产生装置1具有：作为卫星信号接收部(接收部)的GPS接收器(接收器)10、作为卫星信号接收控制装置的处理部(CPU)20、原子振荡器(第1振荡器)30、温度传感器40、石英振荡器(第2振荡器)60、二次谐波电平检测部71、判断部72、信息输出部75和GPS天线50。 [0058] 此外，关于基准信号产生装置1，结构要素的一部分或全部可以是物理意义上分离的，也可以是一体的。例如，GPS接收器10和处理部20可以分别由独立的IC来实现，GPS接收器10和处理部20也可以作为单芯片的IC来实现。其它部分也同样。 [0059] 该基准信号产生装置1接收从作为位置信息卫星的GPS卫星(导航卫星)2发送的信号，生成高精度的1PPS。 [0060] GPS卫星2在地球上空的规定轨道上环绕，向地面发送在作为载波的1.57542GHz的电波(L1波)上叠加了导航消息和C/A码(Coarse/Acquisition Code，粗/捕获码)(对载波进行调制得到)的卫星信号(GPS信号)。此外，上述卫星信号是从外部输入基准信号产生装置1的参考信号的一例。 [0061] C/A码用于识别当前约存在30个GPS卫星2的卫星信号，是由各码片(chip)为+1或－1中的任意一方的1023个码片(1ms周期)构成的固有的样式(pattern)。因此，通过取卫星信号与各C/A码的样式之间的相关，能够检测叠加在卫星信号上的C/A码。 [0062] 各GPS卫星2发送的卫星信号(具体而言为导航消息)中包含有表示各GPS卫星2在轨道上的位置的轨道信息。并且，各GPS卫星2搭载有原子时钟，在卫星信号中包含由原子时钟计时的极其准确的时刻信息。因此，通过接收来自4个以上的GPS卫星2的卫星信号，利用各卫星信号中包含的轨道信息和时刻信息进行定位计算，由此能够得到接收点(GPS天线50的设置场所)的位置和时刻的准确信息。具体而言，通过建立以接收点的三维位置(x，y，z)和时刻t为4个变量的4元方程式，求出其的解即可。 [0063] 此外，在接收点的位置已知的情况下，能够通过接收来自一个以上的GPS卫星2的卫星信号，利用包含在各卫星信号中的时刻信息得到接收点的时刻信息。 [0064] 并且，使用各卫星信号中包含的轨道信息，能够得到各GPS卫星2的时刻与接收点的时刻之差的信息。此外，通过地面的控制部分，测定各GPS卫星2所搭载的原子时钟的稍许的时刻误差，卫星信号中还包含用于校正该时刻误差的时刻校正参数，通过利用该时刻校正参数来校正接收点的时刻，能够得到极其准确的时刻信息。 [0065] 如图2的(A)所示，导航消息构成为以全部比特数为1500比特的主帧作为1个单位的数据。主帧被分割为各300比特的5个子帧1～5。从各GPS卫星2以6秒发送1个子帧的数据。因此，从各GPS卫星2以30秒发送一个主帧的数据。 [0066] 子帧1中包含有周编号数据(WN：week number)等卫星校正数据。周编号数据是表示包含有GPS卫星2的时刻的周的信息。GPS卫星2的时刻的起点是UTC(世界标准时间)的1980年1月6日00：00：00，从该日开始的周的周编号为0。周编号数据按每一周为单位进行更新。 [0067] 子帧2、3中包含有星历参数(各GPS卫星2的详细轨道信息)。并且，子帧4、5中包含有年历参数(全部GPS卫星2的概略轨道信息)。 [0068] 并且，在子帧1～5的各开头中，包含有TLM(Telemetry(遥测))字和HOW字，其中，该TLM字存储了30比特的TLM(Telemetry word，遥测字)数据，该HOW字存储了30比特的HOW(hand over word(转换字))数据。 [0069] 因此，从GPS卫星2按照6秒间隔发送TLM字和HOW字，与此相对，按照30秒间隔发送周编号数据等卫星校正数据、星历参数和年历参数。 [0070] 如图2的(B)所示，TLM字中包含有前导码数据、TLM消息、Reserved(保留)比特、奇偶校验数据。 [0071] 如图2的(C)所示，在HOW字中包含有被称为TOW(Time of Week(星期的时间)、以下也称为“Z计数”)的时刻信息。Z计数数据用秒来表示从每周星期日的0点起的经过时间，在下周星期日的0点时返回到0。即，Z计数数据是从周的起点起按照每周表示的以秒为单位的信息，成为以1.5秒为单位表示经过时间的数字。在此，Z计数数据表示发送下一个子帧数据的开头比特的时刻信息。例如，子帧1的Z计数数据表示发送子帧2的开头比特的时刻信息。并且，HOW字中也包含有表示子帧的ID的3比特的数据(ID码)。即，如图2的(A)所示，在子帧1～5的HOW字中分别包含“001”、“010”、“011”、“100”、“101”的ID码。 [0072] 通过取得子帧1中包含的周编号数据和子帧1～5中包含的HOW字(Z计数数据)，能够计算GPS卫星2的时刻。此外，如果在之前取得周编号数据并在内部对从取得周编号数据的时期起的经过时间进行了计数，则无需每次取得周编号数据也能够得到GPS卫星2的当前的周编号数据。因此，只要仅取得Z计数数据，就能够通过概算而知晓GPS卫星2的当前时刻。 [0073] 如以上说明的那样的卫星信号经由图1所示的GPS天线50被GPS接收器10接收。 [0074] GPS天线50是接收包含卫星信号在内的各种电波的天线，与GPS接收器10连接。 [0075] GPS接收器10根据经由GPS天线50接收到的卫星信号进行各种处理。 [0076] 具体而言，GPS接收器10具有通常定位模式(第1模式)和位置固定模式(第2模式)，按照来自处理部(CPU)20的控制指令(模式设定用控制指令)而被设定为通常定位模式和位置固定模式中的任意一个。 [0077] GPS接收器10在通常定位模式下作为“定位计算部”发挥作用，接收从多个(优选为4个以上)的GPS卫星2发送的卫星信号，根据接收到的卫星信号中包含的轨道信息(具体而言，上述的星历参数和/或年历参数等)和时刻信息(具体而言，上述的周编号数据和/或Z计数数据等)进行定位计算。并且，GPS接收器10生成下述的1PPS。 [0078] 并且，GPS接收器10在位置固定模式下作为“定时信号生成部”发挥作用，接收从至少一个GPS卫星2发送的卫星信号，根据接收到的卫星信号中包含的轨道信息、时刻信息以及所设定的接收点的位置信息，生成1PPS(1Pulse Per Second，每1秒1个脉冲)。1PPS(与基准时刻同步的定时信号的一例)是与UTC(世界标准时间)完全同步的脉冲信号，每1秒包含1个脉冲。如此，GPS接收器10在定时信号的生成中使用的卫星信号包含轨道信息和时刻信息，由此能够生成与基准时刻准确地同步的定时信号。此外，上述1PPS是参考信号的一例。 [0079] 下面，对GPS接收器10的结构进行详细说明。 [0080] 图3所示的GPS接收器10具有：SAW(Surface Acoustic Wave：表面声波)滤波器11、RF处理部12、基带处理部13和温度补偿型石英振荡器(TCXO：Temperature Compensated Crystal Oscillator)14。 [0081] SAW滤波器11进行从GPS天线50接收到的电波中提取卫星信号的处理。该SAW滤波器11构成为使1.5GHz波段的信号通过的带通滤波器。 [0082] RF处理部12具有PLL(Phase Locked Loop，锁相环)121、LNA(Low Noise Amplifier，低噪声放大器)122、混频器123、IF放大器124、IF(Intermediate Frequency：中间频率)滤波器125和ADC(A/D转换器)126。 [0083] PLL 121生成将以几十MHz程度振荡的TCXO 14的振荡信号倍频到1.5GHz频带的频率的时钟信号。 [0084] 利用LNA 122对SAW滤波器11提取出的卫星信号进行放大。由LNA 122放大后的卫星信号利用混频器123与PLL 121输出的时钟信号进行混频，降频变换为中间频带(例如，几MHz)的信号(IF信号)。由混频器123混频后的信号被IF放大器124放大。 [0085] 通过混频器123中的混频，与IF信号一同还生成GHz级高频信号，因此IF放大器124与IF信号一同也对该高频信号进行放大。IF滤波器125使IF信号通过，并去除该高频信号(准确地说是使其衰减到规定电平以下)。通过IF滤波器125后的IF信号被ADC(A/D转换器)126转换为数字信号。 [0086] 基带处理部13具有DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)131、CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)132、SRAM(Static Random Access Memory，静态随机存取存储器)133和RTC(实时时钟)134，将TCXO 14的振荡信号作为时钟信号进行各种处理。 [0087] DSP 131和CPU 132在协作的同时，由IF信号解调出基带信号，取得导航消息中包含的轨道信息和/或时刻信息，进行通常定位模式的处理或位置固定模式的处理。 [0088] SRAM 133用于存储所取得的时刻信息和/或轨道信息、按照规定的控制指令(位置设定用控制指令)设定的接收点的位置信息、位置固定模式等中使用的截止高度角(elevation angle mask)等。RTC 134生成用于进行基带处理的定时。该RTC 134通过来自TCXO 14的时钟信号进行向上计数。 [0089] 具体而言，基带处理部13产生与各C/A码相同形式的本地码，进行取基带信号中包含的各C/A码与本地码的相关的处理(卫星搜索)。并且，基带处理部13调整本地码的产生定时，使得关于各本地码的相关值成为峰值，在相关值成为阈值以上的情况下，判断为是已与将该本地码作为C/A码的GPS卫星2同步(捕捉到GPS卫星2)的码。此外，GPS采用CDMA(Code Division Multiple Access，码分多址)方式，在该方式下，全部GPS卫星2利用不同的C/A码发送同一频率的卫星信号。因此，通过判别接收到的卫星信号中包含的C/A码，能够检索可捕捉的GPS卫星2。 [0090] 另外，为了取得捕捉到的GPS卫星2的轨道信息和/或时刻信息，基带处理部13进行对与该GPS卫星2的C/A码同一形式的本地码和基带信号进行混频的处理。在混频后的信号中，包含捕捉到的GPS卫星2的轨道信息和/或时刻信息在内的导航消息被解调。于是，基带处理部13进行取得导航消息中包含的轨道信息和/或时刻信息，并将其存储于SRAM 133中的处理。 [0091] 并且，基带处理部13接收规定的控制指令(具体而言为模式设定用控制指令)，设定为通常定位模式和位置固定模式中的任意一个。基带处理部13在通常定位模式下，利用存储在SRAM 133中的4个以上的GPS卫星2的轨道信息和时刻信息进行定位计算。 [0092] 并且，基带处理部13在位置固定模式下，利用存储在SRAM 133中的1个以上的GPS卫星2的轨道信息、和存储在SRAM 133中的接收点的位置信息，输出高精度的1PPS。具体而言，基带处理部13在RTC 134的一部分中具有对1PPS的各脉冲的产生定时进行计数的1PPS计数器，利用GPS卫星2的轨道信息和接收点的位置信息，计算从GPS卫星2发送的卫星信号到达接收点所需的传播延迟时间，根据该传播延迟时间，将1PPS计数器的设定值变更为最佳值。 [0093] 并且，基带处理部13在通常定位模式下，根据定位计算得到的接收点的时刻信息输出1PPS。 [0094] 此外也可以是，在位置固定模式下，如果能够捕捉多个GPS卫星2则进行定位计算。 [0095] 并且，基带处理部13输出包含作为定位计算结果的位置信息和/或时刻信息、以及接收状况(GPS卫星2的捕捉数、卫星信号的强度等)等各种信息的NMEA数据。 [0096] 如以上说明那样构成的GPS接收器10的动作由图1所示的处理部(CPU)20进行控制。 [0097] 处理部20对GPS接收器10发送各种控制指令来控制GPS接收器10的动作，并接收GPS接收器10输出的1PPS和/或NMEA数据来进行各种处理。此外，处理部20例如也可以依照存储在任意的存储器中的程序进行各种处理。 [0098] 该处理部20具有：相位比较器(第1相位比较器)21、环路滤波器22、DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)23、分频器24、GPS控制部(接收控制部)25、相位比较器(第2相位比较器)26、环路滤波器27和分频器28。此外，DSP 23和GPS控制部25也可以由一个部件构成。 [0099] DSP 23进行如下处理：定期(例如，每1秒)从GPS接收器10取得NMEA数据，收集NMEA数据中包含的位置信息(GPS接收器10在通常定位模式下的定位计算结果)，生成规定时间中的统计信息，根据该统计信息生成接收点的位置信息。尤其是，根据GPS接收器10在通常定位模式下的多个定位计算结果的代表值(例如，平均值、最频值或中值)，生成接收点的位置信息。 [0100] GPS控制部25对GPS接收器10发送各种控制指令，控制GPS接收器10的动作。具体而言，GPS控制部25对GPS接收器10发送模式设定用控制指令，进行将GPS接收器10从通常定位模式切换为位置固定模式的处理。并且，GPS控制部25在将GPS接收器10从通常定位模式切换到位置固定模式之前，对GPS接收器10发送位置设定用控制指令，进行对GPS接收器10设定DSP 23生成的接收点的位置信息的处理。 [0101] 分频器24对原子振荡器30输出的时钟信号(频率：f)进行f分频，输出1Hz的分频时钟信号。 [0102] 相位比较器21对GPS接收器10输出的1PPS与分频器24输出的1Hz的分频时钟信号进行相位比较。作为相位比较器21的比较结果的相位差信号即相位比较信号被输入环路滤波器22，在环路滤波器22中，根据相位比较信号，生成原子振荡器30所具有的作为后述的压控振荡器(VCO)的石英振荡器35(参照图4)的控制电压信号(控制电压)，并向石英振荡器35输出该控制电压信号。环路滤波器22的参数由DSP 23设定。 [0103] 分频器24所输出的1Hz的分频时钟信号与GPS接收器10输出的1PPS同步，该分频时钟信号作为与UTC同步的频率精度极高的1PPS而向相位比较器26输出。 [0104] 即，石英振荡器35构成为能够根据环路滤波器22的输出电压即控制电压信号来调整频率，如前面所述那样，通过相位比较器21、环路滤波器22、DSP 23和分频器24，石英振荡器35所输出的时钟信号与GPS接收器10所输出的1PPS完全同步。此外，基于相位比较器21、环路滤波器22、DSP 23和分频器24的结构，作为使石英振荡器35(原子振荡器30)所输出的时钟信号与1PPS同步的“同步控制部”发挥作用。 [0105] 并且，相位比较器21的相位比较信号被输入判断部72，在判断部72中，用于后述的故障状态的判断。 [0106] 原子振荡器30是利用了原子的能量跃迁，能够输出频率精度高的时钟信号的振荡器，例如，广为公知利用了铷原子和/或铯原子的原子振荡器。作为原子振荡器30，例如，能够采用利用了EIT(Electromagnetically Induced Transparency，电磁感应透明)现象(也称为CPT(Coherent Population Trapping，相干布居囚禁)现象)的原子振荡器、或者利用了光学微波双共振现象的原子振荡器等。关于原子振荡器30，将在后文进行说明。 [0107] 分频器28对石英振荡器60输出的时钟信号(频率：f)进行f分频，输出1Hz的分频时钟信号。 [0108] 相位比较器26对分频器24所输出的1Hz的分频时钟信号与分频器28所输出的1Hz的分频时钟信号进行相位比较。作为相位比较器26的比较结果的相位差信号即相位比较信号被输入环路滤波器27，在环路滤波器27中，根据相位比较信号，生成作为压控振荡器(VCO)的石英振荡器60的控制电压信号(控制电压)，向石英振荡器60输出该控制电压信号。环路滤波器27的参数由DSP 23设定。 [0109] 分频器28所输出的1Hz的分频时钟信号与分频器24所输出的1Hz的分频时钟信号、即GPS接收器10所输出的1PPS同步，基准信号产生装置1将该分频时钟信号作为与UTC同步的频率精度极高的1PPS(基准信号)向外部输出。 [0110] 即，石英振荡器60构成为能够根据环路滤波器27的输出电压即控制电压信号来调整频率，如前面所述那样，通过相位比较器26、环路滤波器27、DSP 23和分频器28，石英振荡器60所输出的时钟信号与GPS接收器10所输出的1PPS完全同步。此外，由相位比较器26、环路滤波器27、DSP 23和分频器28构成的结构作为使石英振荡器60所输出的时钟信号与1PPS同步的“同步控制部”发挥作用。 [0111] 并且，相位比较器26的相位比较信号被输入判断部72，在判断部72中，用于后述的故障状态的判断。 [0112] 作为石英振荡器60，并不特别限定，例如，可以列举出恒温槽型石英振荡器(OCXO)、温度补偿型石英振荡器(TCXO)等。另外，在本实施方式中，使用石英振荡器60作为第2振荡器，但并不限定于此，例如也可以是，使用原子振荡器等作为第2振荡器。 [0113] 并且，在原子振荡器30和石英振荡器60的附近配置有温度传感器40，DSP 23按照温度传感器40的检测值(检测温度)对原子振荡器30所具有的石英振荡器35和石英振荡器60的控制电压信号进行调整，由此还进行对石英振荡器35和60的频率温度特性进行温度补偿(温度校正)的处理。 [0114] 此外，在发生GPS接收器10无法接收卫星信号等情形(故障保持(hold-over))时，GPS接收器10所输出的1PPS的精度劣化或者GPS接收器10停止输出1PPS。在这样的情况下，处理部20也可以停止使原子振荡器30所输出的时钟信号与GPS接收器10所输出的1PPS同步的处理，而使原子振荡器30自行振荡。如此，即使在GPS接收器10所输出的1PPS的精度劣化的情况下，基准信号产生装置1也能够输出基于原子振荡器30的自行振荡的频率精度高的1PPS。 [0115] 另外，基准信号产生装置1与1PPS同步地每1秒向外部输出最新的NMEA数据，并且还向外部输出石英振荡器60所输出的频率为f的时钟信号。 [0116] 判断部72具有判断基准信号产生装置1的故障状态的功能。该判断部72具有故障存储部73和扫描结果存储部74。在故障存储部73中存储有后述的基准信号产生装置1的故障信息等，并且在扫描结果存储部74中存储有后述的多个扫描结果等。 [0117] 信息输出部75具有根据判断部72的判断结果，输出包含规定信息的信号(警报等)的功能。上述信号例如被发送给与信息输出部75连接的未图示的终端设备等。 [0118] 二次谐波电平检测部71被输入原子振荡器30的后述的扫描结果信号。二次谐波电平检测部71具有检测上述扫描结果信号的振幅(电平)的功能。包含该扫描结果信号的振幅信息的信号被输入判断部72，在判断部72中用于后述的故障状态的判断。 [0119] 接着，对原子振荡器30进行说明。 [0120] 如图4所示，原子振荡器30具有光源(光出射部)31、气室(gas cell)32、光电二极管(受光部)33、检波电路(扫描结果输出部)34、作为压控振荡器(VCO)的石英振荡器(压控石英振荡器：VCXO)35、相位电路36、PLL 37和振荡器38。 [0122] 并且，在气室32内封入有例如气体状的铷、铯、钠等碱金属。 [0123] 并且，光电二极管33接收从光源31射出并透过气室32后的光，进行光电转换，输出电信号。 [0124] 并且，作为石英振荡器35并不特别限定，例如，可以列举出恒温槽型石英振荡器(OCXO)、温度补偿型石英振荡器(TCXO)等。 [0125] 并且，检波电路34具有输出与在原子振荡器30中进行频率扫描得到的共振信号(EIT信号)对应(相当)的扫描结果信号的功能。 [0126] 下面对由原子振荡器30生成的扫描结果信号进行说明，为了易于理解，作为一例，使用具体的数值对各信号的频率等进行说明。 [0127] 首先，在气室32内封入气体状的铷(产生原子共振的频率ω0为9.2GHz)，设为振荡器38输出111Hz的信号。 [0128] 从石英振荡器35输出的信号(频率：f)由相位电路36在频率111Hz处调制，并由PLL 37倍频到4.6×105倍(频率：4.6GHz)，而向光源31输出。 [0129] 这样，在利用频率为111Hz的信号进行频率扫描时，在气室32内按照规定定时产生原子共振、即电磁感应透明(EIT：Electromagnetically Induced Transparency)现象，而产生伴随该EIT现象产生的较陡的信号即原子共振信号(EIT信号)。 [0130] 在未产生上述原子共振的情况下，从光电二极管33向检波电路34输入频率为111Hz的信号。 [0131] 但是，当产生上述原子共振时，从光电二极管33向检波电路34不输入频率为111Hz的信号，而输入频率为222Hz(即111Hz的二次谐波)的信号。该产生了原子共振的情况下的频率为222Hz的信号是扫描结果信号，扫描结果信号从检波电路34向二次谐波电平检测部71输出。 [0132] 此外，检波电路34进行控制，使得从光电二极管33输入检波电路34的频率为111Hz的信号的振幅为0，即、使得不再从光电二极管33向检波电路34输入频率为111Hz的信号。 [0133] 在该基准信号产生装置1中，构成为能够在基准信号产生装置1的原子振荡器30完全故障(磨损故障)之前检出故障的前兆。下面对该结构进行说明。 [0134] 首先，作为原子振荡器30的磨损故障的原因主要有两条。它们是光源31的老化和气室32内的碱金属的减少、变暗。该磨损故障不是瞬时产生的，而是故障随时间经过而发展，在经过规定期间后最终完全故障。 [0135] 另一方面，当原子振荡器30的磨损故障开始时，后述的扫描结果信号(在本实施方式中为222Hz的信号)的振幅减小。该扫描结果信号与原子振荡器30的共振信号(EIT信号)对应。即，扫描结果信号的振幅与原子振荡器30的共振信号振幅的增减对应地增减。 [0136] 在基准信号产生装置1中，判断部72根据扫描结果信号、相位比较器21的相位比较信号和相位比较器26的相位比较信号，判断基准信号产生装置1的故障状态。 [0137] 即，判断部72首先计算由下面的式(1)表示的磨损故障电平变动率A。 [0138] A＝[{(初始扫描结果信号的振幅)－(当前扫描结果信号的振幅)}/(初始扫描结果信号的振幅)]×100···(1) [0139] 并且，在该磨损故障电平变动率A在阈值B以上的情况下，设为“异常”，在小于阈值B的情况下，设为“正常”。 [0140] 上述阈值B并不特别限定，可根据各种条件适当设定，在本实施方式中，例如设定为1％。因此，磨损故障电平变动率A在为1％以上的情况下为“异常”，在小于1％的情况下为“正常”。 [0141] 此外，上述初始扫描结果信号的振幅和上述当前扫描结果信号的振幅作为扫描结果存储在扫描结果存储部74中，上述磨损故障电平变动率A作为扫描结果的变动率存储在扫描结果存储部74中。 [0142] 并且，判断部72根据相位比较器21的相位比较信号，判断正常/异常。在上述相位比较信号所示的相位差较大的情况下，判断为GPS接收器10侧和原子振荡器30侧中的至少一方存在异常。 [0143] 在本实施方式中，在相位比较器21的相位比较信号所示的相位差为阈值a以上的情况下设为“异常”，在小于阈值a的情况下设为“正常”。 [0144] 并且，判断部72根据相位比较器26的相位比较信号判断正常/异常。在上述相位比较信号所示的相位差较大的情况下，判断为石英振荡器60侧和原子振荡器30侧中的至少一方存在异常。 [0145] 在本实施方式中，相位比较器26的相位比较信号所示的相位差为阈值b以上的情况下设为“异常”，在小于阈值b的情况下设为“正常”。 [0146] 上述阈值a和b均不做特别限定，可按照各种条件适当设定，优选设定为0.1μ秒以上且在10μ秒以下的范围内的值，更优选设定为0.2μ秒以上且在5μ秒以下的范围内的值。此外，阈值a和阈值b可以相同，也可以不同。 [0147] 如图5所示那样，判断部72根据基于上述磨损故障电平变动率A的正常/异常的判断结果、基于上述相位比较器21的相位比较信号的正常/异常的判断结果、和基于上述相位比较器26的相位比较信号的正常/异常的判断结果，判断基准信号产生装置1的故障状态，设定状况。并且，上述故障状态信息存储在故障存储部73中，并且包含上述故障状态信息的信号被从信息输出部75输出到外部。 [0148] 在基于磨损故障电平变动率A的判断结果为“异常”、基于相位比较器21得到的相位差的判断结果为“正常”、且基于相位比较器26得到的相位差的判断结果为“正常”的情况下，将状况设定为“磨损故障模式”。该“磨损故障模式”的状况示出原子振荡器30的磨损故障已开始的情况。 [0149] 并且，在基于磨损故障电平变动率A的判断结果为“异常”、基于相位比较器21得到的相位差的判断结果为“异常”、且基于相位比较器26得到的相位差的判断结果为“正常”的情况下，将状况设定为“卫星信号的接收不佳”。该“卫星信号的接收不佳”的状况示出关于卫星信号的接收产生了不良的情况。 [0150] 并且，在基于磨损故障电平变动率A的判断结果为“异常”、基于相位比较器21得到的相位差的判断结果为“正常”、且基于相位比较器26得到的相位差的判断结果为“异常”的情况下，将状况设定为“故障”。该“故障”的状况示出任意方产生了故障的情况。 [0151] 并且，在基于磨损故障电平变动率A的判断结果为“异常”、基于相位比较器21得到的相位差的判断结果为“异常”、且基于相位比较器26得到的相位差的判断结果为“异常”的情况下，将状况设定为“故障”。该“故障”的状况示出任意方产生了故障的情况。 [0152] 并且，在基于磨损故障电平变动率A的判断结果为“正常”、基于相位比较器21得到的相位差的判断结果为“异常”、且基于相位比较器26得到的相位差的判断结果为“异常”的情况下，将状况设定为“原子振荡器以外发生故障”。该“原子振荡器以外发生故障”的状况示出在原子振荡器30以外产生了故障的情况。 [0153] 并且，在磨损故障电平变动率A为“正常”、相位比较器21为“正常”、且相位比较器26为“正常”的情况下，将状况设定为“正常”。该“正常”的状况示出基准信号产生装置1正常的情况。 [0154] 并且，在基准信号产生装置1中，判断部72根据磨损故障电平变动率A，估计原子振荡器30的寿命，预测到何时为止原子振荡器30完全故障(磨损故障)。在本实施方式中，如图6所示，根据磨损故障电平变动率A来设定状况。并且，关于上述原子振荡器30的寿命的信息存储在故障存储部73中，并且包含关于上述原子振荡器30的寿命信息的信号从信息输出部 75输出到外部。 [0155] 在磨损故障电平变动率A为1％的情况下，估计为原子振荡器30在3个月以内完全故障，而将状况设定为“约在3个月以内完全故障”。 [0156] 并且，在磨损故障电平变动率A为5％的情况下，估计为原子振荡器30在1个月以内完全故障，而将状况设定为“约在1个月以内完全故障”。 [0157] 并且，在磨损故障电平变动率A为10％的情况下，估计为原子振荡器30在1星期以内完全故障，而将状况设定为“约在1星期以内完全故障”。 [0158] 并且，在磨损故障电平变动率A为20％的情况下，估计为原子振荡器30在1天以内完全故障，而将状况设定为“约在1天以内完全故障”。 [0159] 并且，在本实施方式中，将磨损故障电平变动率A的阈值例如设定为10％。在该情况下，当磨损故障电平变动率A成为10％以下时，包含上述“约在1星期以内完全故障”的信息的信号被从信息输出部75输出到外部。 [0160] 一星期这一期间是足够更换基准信号产生装置1的期间，由此，作业人员能够在时间上足够充裕地进行基准信号产生装置1的更换作业等。 [0161] 如以上说明的那样，在该基准信号产生装置1中，能够在原子振荡器30完全故障之前检出故障的前兆。由此，能够在原子振荡器30完全故障之前进行应对。 [0162] 在本实施方式中，从信息输出部75输出包含各信息的信号，因此能够根据该信息实施规定的应对策略。 [0163] 作为应对策略，例如可以列举出，将基准信号产生装置1更换为另外的正常的基准信号产生装置1、或者将原子振荡器30更换为另外的正常的原子振荡器30等。 [0164] 并且，作为其它结构可以列举出下面记载的结构1和结构2。 [0165] (结构1) [0166] 构成为，预先准备两台基准信号产生装置1，在检测出故障的前兆时，自动切换为正常的基准信号产生装置1。 [0167] (结构2) [0168] 构成为，在检测出故障的前兆时，自动从原子振荡器30切换为未图示的石英振荡器。 [0169] 2.电子设备 [0170] 接着，对本发明的电子设备的实施方式进行说明。 [0171] 图7是示出本发明的电子设备的实施方式的框图。 [0172] 图7所示的电子设备300具有基准信号产生装置310、CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)320、操作部330、ROM(Read Only Memory，只读存储器)340、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)350、通信部360和显示部370。 [0173] 作为基准信号产生装置310，应用上述的基准信号产生装置1。如之前说明的那样，基准信号产生装置310接收卫星信号，生成高精度的定时信号(1PPS)并向外部输出。由此，能够以更低的成本实现高可靠性的电子设备300。 [0174] CPU 320依照存储在ROM 340等中的程序，进行各种计算处理和控制处理。具体而言，CPU 320与基准信号产生装置310所输出的定时信号(1PPS)或时钟信号同步地进行计时处理、与来自操作部330的操作信号对应的各种处理、为了与外部进行数据通信而控制通信部360的处理、发送用于使显示部370显示各种信息的显示信号的处理等。 [0176] ROM 340存储CPU 320用来执行各种计算处理和/或控制处理的程序和/或数据等。 [0177] RAM 350被用作CPU 320的工作区域，临时存储从ROM 340读出的程序和/或数据、从操作部330输入的数据、CPU 320依照各种程序执行后的运算结果等。 [0178] 通信部360进行用于建立CPU 320与外部装置之间的数据通信的各种控制。 [0179] 显示部370是由LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)等构成的显示装置，根据从CPU 320输入的显示信号显示各种信息。也可以在显示部370设置作为操作部330发挥作用的触摸板。 [0180] 作为这种电子设备300可以考虑各种电子设备，没有特别限定，可以列举出例如实现与标准时间的同步的时刻管理用服务器(时间服务器)、进行时间戳的发行等的时间管理装置(时间戳服务器)、基站等频率基准装置等。 [0181] 3.移动体 [0182] 接着，对本发明的移动体的实施方式进行说明。 [0183] 图8是示出本发明的移动体的实施方式的图。 [0184] 图8所示的移动体400构成为包含基准信号产生装置410、车载导航装置420、控制器430、440、450、电池460和备用电池470。 [0185] 作为基准信号产生装置410，应用上述的基准信号产生装置1。基准信号产生装置410例如在移动体400的移动中，在通常定位模式下实时进行定位计算，输出1PPS、时钟信号和NMEA数据。并且，基准信号产生装置410例如在移动体400的停止过程中，在通常定位模式下进行多次定位计算后，将多次定位计算结果的最频值或中值设定为当前的位置信息，在位置固定模式下输出1PPS、时钟信号和NMEA数据。 [0186] 车载导航装置420与基准信号产生装置410输出的1PPS或时钟信号同步地，利用基准信号产生装置410输出的NMEA数据，在显示器显示位置和/或时刻或其他各种信息。 [0187] 控制器430、440、450进行引擎系统、制动系统、智能无钥匙进入(Keyless Entry)系统等的各种控制。控制器430、440、450可以与基准信号产生装置410输出的时钟信号同步地进行各种控制。 [0188] 本实施方式的移动体400具有基准信号产生装置410，由此在移动中和停止中均能确保较高的可靠性。 [0190] 4.数据通信装置 [0191] 接着，对本发明的数据通信装置的实施方式进行说明。 [0192] 图9是示出本发明的数据通信装置的实施方式的框图。 [0193] 图9所示的数据通信装置500具有：基准信号产生装置510、设有CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)等的控制装置520、操作部530、设有ROM(Read Only Memory，只读存储器)和RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)等的存储部540、通信部550以及显示部560。 [0194] 作为基准信号产生装置510，应用上述的基准信号产生装置1。如之前说明的那样，基准信号产生装置510接收卫星信号，生成高精度的定时信号(1PPS)，向外部输出。由此，能够以更低的成本实现高可靠性的数据通信装置500。 [0195] 该数据通信装置500的用途不做特别限定，数据通信装置500例如在与通信网络连接并进行地面数字广播等的站等中被使用。 [0196] 5.地面数字通信网 [0197] 接着，对本发明的地面数字通信网的实施方式进行说明。 [0198] 图10是示出本发明的地面数字通信网的实施方式的图。 [0199] 图10所示的地面数字通信网600是连接多个站640的通信网，该站640设置有基准信号产生装置610、设有CPU(Central Processing Unit，中央处理器)等的控制装置620和通信装置630等，多个站640经由传输路径650被依次连接。各站640分别是例如进行地面数字广播等的站。并且，各站640之间的通信方式不做特别限定，例如，可以采用使用光纤作为各站640间的传输路径650并采用光信号的方式，也可以采用利用电信号的方式，还可以采用无线通信方式。 [0200] 作为基准信号产生装置610，应用上述的基准信号产生装置1。如之前说明的那样，基准信号产生装置610接收卫星信号，生成高精度的定时信号(1PPS)，向外部输出。由此，能够以更低的成本实现高可靠性的地面数字通信网600。 [0201] 以上，根据图示的实施方式，对本发明的基准信号产生装置、电子设备、移动体、数据通信装置和地面数字通信网进行了说明，但本发明并不限定于此，各部分的结构能够置换为具有同样功能的任意结构。另外，也可以附加其它任意的构造物。 [0202] 另外，在上述实施方式中，判断部72构成为根据扫描结果信号、相位比较器21的相位比较信号以及相位比较器26的相位比较信号，判断基准信号产生装置1的故障状态，但本发明不限于此，例如，也可以构成为根据相位比较器21的相位比较信号和相位比较器26的相位比较信号中的任意一方、以及扫描结果信号来判断基准信号产生装置1的故障状态。 [0203] 另外，基准信号产生装置也可以具有对从信息输出部输出的信息进行显示(通知)的显示部(通知部)。 [0204] 另外，在上述实施方式中，以利用GPS的基准信号产生装置为例进行了列举，在本发明中，不限于GPS，也可以利用GPS以外的全球导航卫星系统(GNSS)，例如伽利略、GLONASS等。 |
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