GPS制御発振器

GPS 制御発振器 (GPSDO) は、現在市場で入手可能な最も正確で信頼性の高い時間追跡デバイスの 1 つです。

これらは非常に強力かつ効果的で、世界中のいくつかの重要な産業にとってまさになくてはならないものであり、エンジニアや一般市民の手に日常的なテクノロジーを提供しています。

これらの装置は、日常生活のさまざまな重要な用途から、信じられないような宇宙ミッションにおけるなくてはならない資産に至るまで、幅広く使用されています。

しかし、GPS 制御発振器 (GPSDO) とは一体何であり、どのように機能するのでしょうか?

Safranのチームが集結し、この魅力的なテクノロジーに関する詳細なガイドを作成しました。まずは、このテクノロジーの説明に使われる専門用語の用語集から始め、その仕組みや用途、その他知っておくべき情報を詳しく解説します。

GPS規律発振器（GPSDO）はGPSクロックです。GPS受信機と安定した高効率の高品質発振器を使用することで、数ナノ秒以内のリアルタイムレポートで正確な位置情報を提供します。この速度は、ナビゲーションやトラッキングにおいて非常に大きな強みとなります。

この非常に正確な技術は、宇宙探査、軍事、政府の活動に関連する重要なアプリケーションの成功に絶対に不可欠です。

制御発振器とは、出力周波数を特定の外部基準（例えば原子時計）に常に合わせて調整する発振器のことです。

これらのデバイスは、その性質上、故障することなく期待通りに機能するためには最先端の技術を必要とします。Safranは、水晶発振器、メーザー発振器、ルビジウム発振器といった最高の素材を専門に扱っています。

材質に関係なく、これらの発振器は、高性能でありながら薄型のルビジウム発振器ソースである LPFRS ルビジウム発振器などの GPS/GNSS クロック内の GPS 受信機に正確なタイミングと制御を提供します。

GPSDOは、高品質の発振器を用いてGPSまたはGNSS衛星から送信される信号に同期することで動作します。基本的に、発振器の出力はトラッキングループまたはマイクロコントローラを使用して、GNSS衛星信号またはGPSデバイスとの同期を維持します。 (2)

GPSDOは、発振器の出力を特定のGNSS衛星信号に集束させたり、必要に応じて発振器をその信号に向けさせたりします。その結果、GPSDOのタイミング信号はナノ秒単位の精度を維持し、まさに必要な精度を維持します。また、これらは、安定性や周波数精度を最大で兆分の一単位まで達成することも可能です。

GPS信号が利用できなくなると、GPSDOはホールドオーバーモードと呼ばれる状態になります。ホールドオーバーモードでは、GPSDOは制御発振器のみを使用して正確なタイミングを維持しようとします。

だからこそ、最高級の水晶、ルビジウム、メーザー、統合型 GPS/GNSS クロックで知られる当社のような企業と協力することが極めて重要なのです。

場合によっては、制御できない特定の問題により、衛星信号を途切れることなく受信できなくなることがあります。妨害信号、落雷、その他予期せぬ障害によりGNSSアンテナが故障したり、GPS受信機が信号へのロックを失ったり、その他さまざまな問題が発生する可能性があります。

GPS/GNS受信機がロックを失うと、前述の通り、ホールドオーバーモード（またはホールドオーバー機能）が作動します。しかし、これは非常に繊細なバランスを取る必要があります。これは制御発振器の目的の一つですが、デバイスのホールドオーバー機能が強力になるほど、オシレーターの容量も大きくなり、価格も高くなります。

Safranの製品は、まさにその極めて微妙なバランスを保って設計されています。低コスト、低ノイズ、さらにはEMIシールドを備えた豊富なオプションを取り揃え、お客様の最も重要なアプリケーションに最適なソリューションのみをご提供することを信条としています。また、幅広い試験用機器、周波数シンセサイザ、安定度解析装置も取り揃えています。

マルチGNSS制御発振器（GNSSDO）は、GNSSからの信号を受信し、非常に高精度な原子時計から極めて安定した正確な1PPS信号を出力します。

これらのデバイスは、受信している GNSS 信号を使用して常に補正を行うため、定期的なキャリブレーションは必要ありません。

ほとんどの場合、GNSS 信号が中断されても、これらのデバイスは高度なホールドオーバー機能により高い精度を維持します。

基本的に、GPSDO はブロックを使用して基準発振器から 1PPS 信号を作成し、発振器を GPS 信号に合わせて調整します。

次に、この信号をGPS信号と比較し、発振器を微調整することで一致させます。ここに数値制御発振器（NCO）とGPS制御発振器（GPSDO）の決定的な違いがあります。

NCOは、このような微調整で発振器を制御したり、規律付けたりすることはありません。代わりに、NCOは低コストで自走可能な水晶発振器を使用する傾向があります。NCOは、大きなステップ幅で出力位相をデジタル的に短縮または延長します。最終的には、GPS受信機の基準信号源との位相合わせが行われます。

ただし、明確に言えば、GPSDO は、高いジッタや位相ノイズに関係なく、周波数精度が絶対に保証されています。

ルビジウム周波数標準は、非常に多用途で柔軟性の高い原子時計であり、軽量・小型で、短期的な周波数安定性に優れています。

mR0-50は、携帯可能で高性能・高精度の原子周波数源です。サイズ、重量、消費電力、コスト（SWaP-C）が低く、航空宇宙、軍事、民間産業の最新ニーズに合わせてカスタム設計されています。低SWaP-C技術における完全なブレークスルーであり、1日のホールドオーバーでも1µs未満の精度を実現します。

基本的に、これらの装置にはルビジウムガスが充填された部分があり、そのルビジウムガスを通して光を照射することで測定します。

マイクロ波エネルギーを用いてルビジウムガスを励起し、エネルギー準位を変化させます。この変化は光レベルの変化も引き起こし、これを検出することで、最終的にエネルギー準位を介した振動の測定が可能になります。

ルビジウムを使用すると、オーブン制御水晶発振器 (OCXO) よりもドリフトが大幅に少なくなります。

ルビジウム時計は原子時計のゴールドスタンダードです。他の発振器はセシウムを基準として使いますが、ルビジウム時計は（ご想像の通り）ルビジウムを使っています。

ルビジウム クロックは、前述のように、ホールドオーバー モードを使用することで、GPS 受信機からの入力がなくても数日間にわたって正確に時刻を保持できます。

今日では、腕時計や家庭用時計の一部も、コロラド州フォートコリンズにあるNIST（国立標準技術研究所）ステーションのルビジウム時計によって自動的に調整されています。これらの時計の精度はUTCの1マイクロ秒未満です。ルビジウム時計は、人類が設計した時計の中で最も精度の高い時計の一つです。

例えば、LNRClok-1500ルビジウムクロックは、高性能で低ノイズ、低コストのGNSS制御Rb発振器（GPSDO）です。オプションのGPS/GNSS受信機に加え、測位エンジンと妨害電波対策技術も搭載しています。

GPS 制御発振器は、人類の幸福にとって非常に重要な多くの産業においてタイミングを計るための極めて重要な方法です。

既に説明したように、UTC時間はGPS制御発振器によって正確に維持されています。UTC時間は周波数と時間の世界標準です。GPSDOは無線基地局の同期を維持するだけでなく、セシウム電源発振器の代替を探している研究室にも利用されています。

GPSDOは、耐障害性に優れたPNTアプリケーション、LEO衛星通信、キューブ衛星通信、そして重要インフラアプリケーションの提供に重要な役割を果たします。また、パッシブレーダー、イオンゾンデ、そして複数のRF受信機の同期にも使用できます。

一般的に、GPS信号はMEO衛星から発信されます。そのため、GPSDOは原子時計よりも高精度なタイミングを実現するソリューションとして非常に人気があり、その低いSWaP-Cは多くの場合非常に魅力的で必要な機能です。

Safranは、すべての人に最適なキットやモジュールは存在しないことを理解しています。企業ごとに、そしてプロジェクトごとに、ニーズや状況は大きく異なります。

特定のアプリケーションによっては、より高いSWaP-Cが正当化される場合もあります。また、例えばLEO衛星を搭載しており、GPSDOが唯一の適切な選択肢となる場合もあります。

弊社は、新製品やセール品、その他倫理に反する理由でソリューションを売りつけることは決してありません。お客様にとって最適なカスタムソリューションを常に提供することに全力を尽くし、あらゆるアプリケーションにおいてその実現に尽力し続けます。

データの安定性、可用性、または正確性に関する微々たる矛盾であっても、大きな経済的損失、戦場での不利、完全な任務の失敗、さらには人命の損失につながる可能性があります。

Safranでは、製品を販売するのではなく、ツールキットに含まれる製品を使ってお客様の問題に対するソリューションを提供することにこだわっています。「万能のソリューション」など存在しないことを理解しているからです。

現在、当社は原子時計とGPSDO技術の世界No.1プロバイダーです。今この瞬間にも、350台以上のSafran原子時計が地球を周回しています。また、当社のルビジウム発振器と時計は、宇宙探査において日々新たな成果を生み出しています。

当社はこの事業を決して軽視していません。社員全員が、お客様とのやり取りを含め、あらゆる業務において最大限の倫理観を保てるよう尽力して​​います。当社のソリューションの適用範囲は極めて重要であり、誠実に事業を運営する上で大きな責任を負っていることを深く認識しています。

航空宇宙、防衛、政府、軍事といった分野のお客様は、お客様と同様に真剣な目標を掲げています。信頼性、精度、堅牢性を兼ね備えたソリューションがなければ、目標達成は不可能です。情熱と革新性を兼ね備えた当社のスタッフは、お客様のあらゆるニーズに応えるカスタムソリューションをお届けすることをお約束します。

今すぐお問い合わせください。あらゆる重要なアプリケーションにおいて、耐久性の高いPNTの世界的リーダーと連携することで得られるメリットを実感いただけます。