通信総合研究所の時間・周波数標準と標準電波

通信総合研究所の時間・周波数標準と標準電波
独立行政法人 通信総合研究所
電磁波計測部門 森川容雄
時の歴史 科学技術・産業の基盤としての時間・周波数標準
自然界の周期現象を利用して時計と人類の歴史
・紀元前 古代エジプトの天文観測＆暦
基幹産業としての農業への応用
・16世紀 ガリレオの振り子の等時性の発見
・18世紀 J. Harissonによるマリンクロノメ−タの開発
安全な航海に正確な時計が不可欠
英国の経度法の制定−国王の身代金に相当する賞金
・20世紀 水晶時計・原子時計の発明
GPS、IT等に応用
科学技術の基盤としての時間・周波数標準
天文観測と暦
振り子時計
マリンクロノメータ
水晶時計
原子時計
時間・周波数標準業務の三要素
標準の発生・維持
つくる
電波時計
一次周波数標準器
標準の供給
標準の国際比較
くらべる
くばる
較正
日本標準時
衛星比較
長波標準電波
Cs原 子 時 計
Cs原 子 時 計
Cs原 子 時 計
Cs原 子 時 計
商用Cs時計群
Cs原 子 時 計
通信総合研究所の時間周波数標準業務の位置付け
※法的根拠
● 総務省設置法 （
所掌事務 ）
第四条 七十三 周波数標準値の設定、標準電波の発射及び標準時の通報に関する
こと。
● 独立行政法人通信総合研究所法 （業務の範囲）
第十条 三 周波数標準値を設定し、標準電波を発射し、及び標準時を通報する
こと。
※独立行政法人通信総合研究所のミッション
(1)国民生活の安全や福祉の向上に貢献
(2)経済社会の発展に貢献
(3)国際社会への貢献
(4)自然と調和した人類社会の持続的な発展に貢献
知的基盤（計量標準）の整備
標準電波の歴史 −６０年のあゆみ− •
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昭15. 1.30 標準電波運用開始
昭23. 8. 1 標準電波による秒報時開始
昭23.12.15 設置法「標準電波を発射し並びに標準秒報時を通報する」
昭27. 8. 1 電波研究所発足
昭52.12. 1 名崎無線送信所へ移転
昭63.12. 1 長波(JG2AS)に時刻コ−ド重畳実験開始
平 6. 1.28 標準供給将来方針検討委員会報告書
平 9
おおたかどや山標準電波送信所整備開始
平 9.11.27 電気通信技術審議会諮問第96号
「標準電波の高度利用のための技術的諸方策」
平11. 6.10 おおたかどや山標準電波送信所運用開始
平11 はがね山標準電波送信所整備開始
平13. 3.31 短波標準電波の運用停止
平13.10. 1 はがね山標準電波送信所運用開始
長波帯標準電波二局運用体制
はがね山
はがね山
標準電波送信所
標準電波送信所
＞ 40∼ 50dB
1500 km
(60kHz)
(60kHz)
＞ 50∼ 60dB
1000 km
＞ 40∼ 50dB
1500 km
＞60dB
500 km
＞ 50∼ 60dB
1000 km
おおたかどや山
おおたかどや山
標準電波送信所
標準電波送信所
＞60dB
500 km
通信総合研究所
通信総合研究所
◆ 高精度な日本標準時の送信
◇ 放送・電話等の報時サ−ビス 時刻基準
◇ 電波時計の時刻基準
◇ 家電製品等内蔵時計の時刻基準．．．
(40kHz)
(40kHz)
◆ 高精度な周波数基準の供給
◇ 計測器の基準周波数
◇ 無線機器の周波数合わせ
◇ 電波伝搬研究．．．
長波標準電波送信所運用体制の特徴
●おおたかどや山／はがね山二局運用による
相互バックアップ体制＆カバーエリアの充実
●システムの冗長化
●２４時間常駐体制
●自家発電装置
●日常＆定期点検によるシステムメンテナンス体制
●雷対策：雷情報の利用、送信機切り離し
長波標準電波送信所諸元
おおたかどや山送信所
平成11年6月10日
はがね山送信所
平成13年10月１日
福島県
佐賀県／福岡県
北緯 37度22分
東経 140度51分
北緯 33度28分
東経 130度10分
790m
900m
アンテナ型式
支線式基部絶縁型頂部傘型
同左
アンテナ高さ
250m
200m
空中線電力
50kW
50kW
アンテナ効率
約25%以上
約45%以上
搬送波周波数
40kHz
60kHz
A1B
A1B
±1×10-12
±1×10-12
運用開始日
所在地
緯度・経度
標高
電波型式
周波数確度
おおたかどや山／はがね山長波標準電波送信所
はがね山送信所
はがね山送信所
佐賀県／福岡県
佐賀県／福岡県
アンテナ高200m
アンテナ高200m
60kHz
60kHz
おおたかどや山送信所
おおたかどや山送信所
福島県
福島県
アンテナ高250m
アンテナ高250m
40kHz
40kHz
長波標準電波で送信する時刻符号（タイムコード）
タイムコードは
60秒間 かけて基準マーカーMの位置の時刻を知らせます。 下の図では、例とし
て1999年6月10日（通算161日目）木曜日の14時26分を表しています。
0秒
10
M
40
20
10
“0”
8
4
2
1
20
“0”
P1
“0”
20
10
“0”
8
分
4
2
1
2
1
“0”
通算日
：1 0.5秒
：0 0.8秒
“0”
200
100
“0”
80
“0”
PA1
パリティ
PA2
SU1
P4
SU2
80
40
20
10
8
4
2
1
P5
10
P3
0
4
2
1
曜日
40
LS1
LS2
“0”
“0”
“0”
“0”
P0
うるう秒
50
0
呼出符号送出時のタイムコード
（毎時15分、45分）
0秒から40秒までは上と同じ
呼び出し符号
P5
ST1
ST2
ST3
ST4
ST5
ST6
モールス符号
：マーカ 0.2秒
20
50
年 (西暦下2桁)
予備ビット
40
1月1日からの
40
4
“0”
P2
時
30
8
30
停波開始
予告
停波期間
予告
“0”
“0”
“0”
P0
長波標準電波送信所系統図
通信総合研究所（東京都小金井市）
日本標準時
計算機
地上高 250/200m
傘型アンテナ
監視制御装置
時刻比較
遠隔監視
おおたかどや山／はがね山標準電波送信所
ステータス・制御
計測装置
計測
結果
計算機
1PPS
ｽﾃｰﾀｽ 監視制御
装置
送信装置
出力切替器
制御命令
セシウム
原子時計
時計
ダミーロード
整合器
時刻信号
5MHz
5MHz
周波数
調整装置
5MHz
送信信号
発生装置
送信装置
1PPS
送信信号
送信機室
原器室
時刻信号管理室
整合器室
避雷器
長波帯 標準電波の停波要因・時間率
おおたかどや山標準電波送信所
2000.1.1 ∼ 2000.12.31
不明
機器故障
年間運用時間率
自 然 災 害（その他）
98.4 ％
落雷対策
20 ％
機器・装置保守
77 ％
年間停波時間
h
m
140 43 40
s
長波帯標準電波を利用した『電波時計』売上数の推移
2001年
200,000
売上数︵個︶
2000年
1999年
150,000
100,000
50,000
0
1月
3月
5月
7月
9月
11月
長波標準電波による時間・周波数供給精度
16.5
長波標準電波受信周波数安定度
16
1.E-09
周波数安定度
受信位相(μs)
15.5
15
14.5
14
1.E-10
1.E-11
UTC=2:00:00のデータ
13.5
13
9/13
1.E-12
9/15
9/17
9/19
9/21
受信日時(UTC)
9/23
9/25
10
100
1000
10000
100000 1000000
平均化時間（秒）
http://jjy.crl.go.jp/Pub/public.html
受信地 CRL＠小金井
長波標準電波による精密周波数比較
長波標準電波
fJJY
fJJY
受信機
受信機
M1=fCRL−fJJY
周波数標準器
fCRL
M2=fUser−fJJY
M1− M2=fCRL−fUser
周波数標準器
(M1：http://jjy.crl.go.jp/Pub/public.html)
fUser
「長波標準電波の利用分野」
電波時計
電波時計
高精度周波数供給
高精度周波数供給
震央
観測地点
震源の深さ
●腕時計
●計測器の基準周波数
●置き時計
●無線機の基準周波数
●掛け時計
震源距離
震源
観測機器
観測機器
●地震計、気象測器の時刻管理
民生機器
民生機器
長
長波
波標
標準
準電
電波
波
電力関係
電力関係
●パソコン内部時計合わせ
●街灯の点灯 消灯の自動管理
●家庭用電化機器内蔵時計合わせ
●発電所の周波数／位相管理
交通関係
交通関係
●タ ク シ − 車 内 時 計
●道路交通（信号機管理）
●鉄道の時刻一括管理
2000年電機製品国内出荷台数
品名
台数
（千台）
品名
台数
（千台）
品名
台数
（千台）
カラ−テレビ
9,873 カーステレオ 本体
3,172 ルームエアコン
6,367
ＶＴＲ
6,412 カーCDプレーヤ
6,131 電 気 洗 濯 機
4,179
ビデオ一体カメラ
1,451 カーラジオ
1,011 携 帯 電 話
55,303
ラジオ受信機
2,690 デジタルスチルカメラ
2,949 有 線 電 話 機
13,043
ラジカセＣＤ付き
3,788 スチルカメラ
3,580 ＰＨＳ端末
4,918
ヘッドホンステレオ
2,176 電子レンジ
2,868 FAX
3,255
ＣＤプレーヤ
2,351 電 気 釜
5,277 パソコン
ＭＤ
3,136 ジャーポット
4,969
ステレオセット
3,033 扇 風 機
1,745 総 計
12,102
165,779
まとめ
●長波標準電波二局運用体制が確立
信頼性の高い運用とサービスエリアの充実
関係省庁、地元自治体、整備協力機関の皆様に深謝
●長波標準電波の供給精度
時間：±1.5μ秒
周波数：1×10-11∼2×10-12（１日平均）
●多様な利用分野が今後期待される
信頼性の高い運用が不可欠