星食観測ハンドブック2016とaitendoのGPS受信モジュールNEO6M-ANT-4P

星食観測ハンドブックの2015年版はリリースされませんでした。

　　掩蔽の時刻は Occult Ver.4 で調べれば（正確に）わかるから。

　　アマチュアによる掩蔽観測の意義が薄れたから。

などといろいろと考えていたのですが

　　編集者の都合

だったそうです。2016年版は先月リリースされたようです。ときどきチェックしていたつもりですが、気づくのに一ヶ月もかかってしまいました。

　　「[PDF版] 星食観測ハンドブック2016 発行のお知らせ」

今回はこれまでの星食観測ハンドブックへのリンクもちゃんとあります。

関連

　　「「掩蔽(星食)の予測と観測」記事目次とリンク集」

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以前

　　「GPS受信モジュールNEO6M-ANT-4Pはまじおすすめ、でももう在庫切れ (^^;;」

を書きました。ちょっと信じられないような値付け、在庫数の少なさから在庫処分的扱いと思っていたのですが、また販売されています。

だからタイトルを

　　「GPS受信モジュールNEO6M-ANT-4Pはまじおすすめ、現在在庫数 76」

に変えました（1時間経って見たら今は、参考在庫数 75、になっていますが）

ただお値段は＠1,980._から@2,780._に改定されています。でもこのお値段でもお値打ちだと思います。

関連

　　「GPS受信モジュールあれこれ」

毎日送信してほしいJJY(標準電波/電波時計)の試験電波

（一つ一つの衛星は止まったりするんでしょうが、いくつも衛星は飛んでいるわけで_）電波が止まったというのは経験したことがないGPSですが、一方のJJY（おおたかどや山送信所 40kH）はしょっちゅう停波しています。施設の更新時期らしくしかたないんでしょうが、こんなんで標準電波と言えるんだろうかと心配(?)になります。

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停波予告にこんなのがありました。

アンダーラインを引いたところ、“試験電波”というのはどういうものかが気になります。

実際に受信してみたらただの連続波でした。でもこの“連続波”というのには値打ちがあります。

※　試験電波というのは必ず連続波かというとそうでもないようです。他に0.5秒秒信号送信の繰り返し（0.5秒送信、0.5秒停波の繰り返しかも）というのもありました。

GPS受信モジュールu-blox6/NEO6M-ANT-4Pと温度補償型水晶発振器VM39S5Gの周波数（位相）を比較してみた

このテーマの最終的な目標はVM39S5Gの周波数やその変動を測ることではなくGPS受信モジュールのTIMEPULSE出力周波数の時間変動を検出することです。今回は測定方法に問題がないか調べ改善点を明らかにするための実験です。

この記事に書いた方法は間違っているわけではないのですが、実際に作るには難しいところがあります。こちらの方をお勧めします。納得できる結果が得られています。

　　「GPS受信モジュールNEO-6MとVCTCXO・VM39S5Gの周波数比較・改良版」

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これまで“超高精度VCTCXO”VM39S5Gの周波数をGPS受信モジュールの1PPSを利用して測るというのは何度も記事に書きました。

これはタイムゲートの時間を長くすると分解能が上がるだけではなく測定の確度（不確かさ）も向上していくというとてもありがたい方法なのですが、タイムゲートを長くしていくと短期的な周期変動がわからなくなるという欠点があります。つまり1秒周期で±0.1ppmの規則的な変動があったとしても見かけ上±0.001ppmの不確かさというような結果が出てしまいます。

そこで今回は位相差を調べるという方法をとります。これは短時間でのわずかな周波数変動をとらえることができます。

使用した回路は次のようなものです。GPS受信モジュールの出力を基準にしてベクトル電圧計でVM39S5Gの出力電圧を測るという方法になります。


これは本来JJYの電界強度の測定を目的としたもので、今回の目的だったらXORを使う方法の方が簡単で正確だったのではないかと反省しています。そういえば上の図で片側にだけインバータが入っているのが気になる場合は両方にXORを入れればいいと思います。

GPS受信モジュールNEO-6M（使っているのは「GPS受信モジュールNEO6M-ANT-4Pはまじおすすめ、でももう在庫切れ (^^;;」に書いたものです）に80kHzを出力させこれから90度位相の違った40kHzを作ります。これでVM39S5Gの出力を分周した40kHzの位相の変化を測ります。位相の変化からVM39S5GのNEO-6Mに対する周波数の偏差を求めることができます。

GPS受信モジュールNEO6M-ANT-4Pはまじおすすめ、現在在庫数 76

この記事のもとのタイトルは

　　「GPS受信モジュールNEO6M-ANT-4Pはまじおすすめ、でももう在庫切れ (^^;;」

だったんですが、

attendのGPS　U-blox NEO-6M 大幅値上げ。。。 https://t.co/uEI0GWecun　10MHzが出せることが分かったので、一部のコアな人には人気なんでしょうね。

— もあ (@morecat_lab) 2016年3月14日

ということらしいので、タイトルを変更しました。在庫数はaitendo さんの製品ページにあった2016年3月15日19時現在の参考在庫数です。

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これまでGPS受信モジュールをいくつか使ってきました。それぞれに個性がありいろいろと悩まされました（「GPS受信モジュールあれこれ」）
実用（私の場合は掩蔽観測）になるまでずいぶんと時間がかかったものです。

aitendo さんの扱っている NEO6M-ANT-4P はそういう悩みから解放してくれる製品です。他の製品に対してどんなところがすぐれているかまとめてみました。

NEO6M-ANT-4PのGPS受信モジュール（他にアンテナがついています）


黄色い配線はTIMEPULSEを引き出すために追加したものです。またピンヘッダは製品には添付されていません。

（非公式）JJY（標準電波/電波時計）の呼び出し符号（コールサイン）送出方法

JJYでは毎時15分と45分にコールサインが送出されます。（私みたいにモールスを聞くと血が騒ぐというような古い人間を除けば）たいていの方にはどうでもいいことでしょうし、電波時計を作る方も毎15分/45分40秒から9秒間は無視するというようなプログラムを書いているような気がします。

でもJJYを周波数標準として使う場合ここにクリティカルな問題が存在します。

（あと余談ですが受信報告を送る場合はコールサインを確認するのが条件になっています）

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JJYの秒信号の送出方法（タイムコード）については

　　「情報通信研究機構
　　　　 - 電磁波計測研究所
　　　　　　 - 時空標準研究室
　　　　　　　　 - 日本標準時グループ
　　　　　　　　　　- 標準電波（電波時計）の運用状況
　　　　　　　　　　　　- 標準電波の出し方について」

に説明があります。呼び出し符号についてもそこからリンクされた

　　「呼び出し符号送出時（毎時１５分、４５分）のタイムコード 」

に説明があります。そこからわかるのは

　　１．15分/45分40秒から10秒弱の間に送出される。
　　2. 呼び出し符号はモールスで2回以内
　　3. 呼び出し符号部分の変調度は0-100%

の三つです。もっと詳しいことを知りたいと思ってNICTに問い合わせたのですが「JJYの秒信号の送出方法についてNICTに聞いてみた」のときとは違ってこれ以上のことは教えてもらえませんでした (^^;;

だから以下に記すことは“非公式”です。

GoldWaveとawk(gawk)でボイスレコーダーの記録・音声をExcelのグラフにする

測定器らしい測定器をもっていない私なので測定には創意工夫が必要です。

JJYの秒信号やGPSの1PPSからは次のような信号が出力されます。
JJYがコールサインを送出しているときの前半部分です。

これを記録して上のような（Excelの）グラフにするにはどうしたらいいかというのがこの記事のテーマです。

まずデータを記録しなければいけないのですがこれがけっこうたいへんです。
電圧を測定するのはADコンバータでできます。数百サンプル/毎秒くらいはすぐに実現できます。分解能をたいして要求しない場合はPICでもあと二桁はいけるはずです。問題はこれを媒体に保存する方です。今SDカードを記録使っておりこれは大量にデータを保存できるのですが、速度に制限があります。

この問題を解決する方法として

　　「平衡変調器で直流をボイスレコーダーに記録する - JJY・GPSの秒信号」

を書きました。今回はこれを前提に始めます。

ところでボイスレコーダーだって音声をSDカードに保存しているわけですから、ADCの測定データだってSDカードに保存できるはずです。そもそもボイスレコーダーだってADCの出力を保存しているだけですから。

だから“SDカードには大量のデータを高速で保存することはできない”ではなく“大量のデータを高速でSDカードに保存する技術が私にない”というのが正しいです。

PLLでJJYに超高精度VCTCXO・VM39S5Gを同期させてみた

“超高精度”というのは秋月さんの製品紹介にそう書いてあるというだけですが、確かにそここそ正確でそれに安定しています。GPSのとき（「高精度発振器をGPS受信モジュールとPLLで作る - はじめに」）と同様にこれをPLLを使ってJJYおおたかどや山40kHzに同期させてみました。

回路的にはGPSのときとほとんど同じなのですがループフィルターの時定数はけっこう大きくしてあります（150kΩ+4.7μF）もっと大きくした方がいいのでしょうが、まだVM39S5Gの断熱処理もやっていないのでこのあたりから始めることにします。

JJYの40kHzはクリスタルフィルター2個（水晶振動子の個数で言えば3個）通してコンパレータを通し4分周したものを使います。したがってVM39S5Gの出力も1280分周してあります。

余談ですがクリスタルフィルターは可能であれば特性のいいもの（直列共振周波数が40kHzに近いもの）を選ぶのがいちばん大切みたいです。単に振動子2個を使ったフィルターよりいいのを1個使ったものの方がシャープなような気がします。周波数があってないと調整もたいへんです。

実験結果（１）

周波数と制御電圧を測っています。
周波数を測るためのゲートタイムはGPSの１PPSです。電圧は分解能が高く電源ノイズに強いMCP3551で測ります。

周波数が落ち着くにつれてゲートタイムを長くとり周波数分解能をあげています。とうぜんその分時間分解能は悪くなります。

2MHzが(10MHzも！)出力できたGPS受信モジュールGE-612T(u-blox6/LEA-6)

GE-6１２Tでこの記事に書いたことをやってみようという方は

　　「GPS受信モジュールGE-612Tの8MHz、2MHz出力の周波数精度」

をご覧になってからの方がいいでしょう (^^;;

こっちの方をお勧めします。

　　「VCTCXO/VM39S5G+GPS/TIMEPULSE+PLLで0.01Hzの周波数偏差をめざす」

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「（改訂版）高精度10MHzの出力ができそうなGPS受信モジュール」の記事にJetzt さんかから次のようなコメントをいただきました。

........u-blox の　NEO-6M を搭載したカード　 [NEO6M-ANT-4P] ........を試用しています．

カタログ上の周波数上限は 1 kHz ですが，u-center から　TP5(Timepulse 5)で，それ以上の周波数を設定したところ，設定通りに動いているように思えます．..........

私の使っている GE-612Tも仕様の上では上限は1kHzです。

え～！、と思い試しにMHzオーダーの周波数を指定してみました。残念ながら10MHz出力はできなかったのですが2MHz出力ができました ＼(^o^)／

　　<==　その後10MHz出力も確認できました！
　　　　　　（設定方法については今再確認しています）
　　　　　　もっともこの10MHzはあんまり安定していないような気がします。
　　　　　　前記事の Jetzt さんのコメントを参考に現在8MHz出力で周波数安定度を確認中です。
　　　　　　　　　　　　　　今日は衛星のめぐりあわせが悪くてポジションフィックスしにくいのかも....
　　　　　　　　　　　　　　8MHzもときどき周波数が飛びます。

（改訂版）高精度10MHzの出力ができそうなGPS受信モジュール

入手がそんなに難しくなくてお値段もリーズナブルなものということで探したのですが手ごろなものが見つかりませんでした。それでちょっと自信がないものを紹介してしまったのですが、確実に10MHz出力ができるものがあるとのコメントをいただきましたので紹介します。aitendoで入手できるとのことです。記事を書く前にaitendoの製品ページをチェックすべきでした。

なお表にある製品も含めu-bloxは1PPS出力（TIMEPULSE出力）を設定で高周波出力に変えます。設定の仕方や（基板にTIMEPULSE端子がないときの）取り出し方はどの製品でもそれほど違いはないと思います。

初めての方は「GPS受信モジュールGE-612Tからの1kHz出力 - u-blox/u-centerを使う」をご覧になれば設定のやり方はわかると思います。端子出力がなくて基板からTIMEPULSEを取り出すのであればこの記事の下の方にある図を参考にしてください。どのピンがTIMEPULSE出力かはデータシートにありますが、たいてい3番ピンあたりではないかと思います。なおu-bloxにはTIMEPULSE出力ピンが複数あるものも存在します。

u-bloxのモジュール自体を使う場合ははんだ付けがちょっと難しそうですが、「中日電工 - １１７でいきましょう（５） - ＧＰＳで１ＰＰＳを（３） 」 が参考になります。
u-bloxは10MHz出力ができなくても1kHz出力はたいていできるようです。

今回は高周波出力についての記事です。全般的な話は「GPS受信モジュールあれこれ」 にいくつかあります。

なおこの件についてあんまり過大な期待は持たない方がいいと思います。

　　「意外と不安定かも？GPS受信モジュールのTIMEPULSE出力周波数」

製品名	モジュール名	出力周波数	備考
aitendo  - GM-8013T \3,980._	u-blox8 詳細未確認	0.25Hz-10MHz	この記事のコメント参照 GM-5157Aのときは苦労して自分でコネクタを作ったのですが、これば別売ですがコネクタがあります。
aitendo  - NEO6M-ANT-4P \1,980._	u-blox6 NEO-6M	仕様では 0.25Hz-1kHz ですが 8MHz 10MHz 12MHz が出力できたとのことです。周波数によってジッタの大きさが違うそうです。 あんまり過大な期待はしない方がいいです。用途によって判断してください。 「意外と不安定かも？GPS受信モジュールのTIMEPULSE出力周波数」	この記事のJetzt さんのコメント参照（必読） TIMEPULSE5で設定 アンテナもセットになっており端子部分は2.54㎜ピッチなので扱いは楽そうですが、TIMEPULSEはこの記事の下の絵みたいに基板から取り出すのだと思います。 ===> TIMEPULSEの取り出し方は 「GPS受信モジュールNEO6M-ANT-4Pはまじおすすめ、でももう在庫切れ (^^;;」 「GPS受信モジュールNEO6M-ANT-4Pはまじおすすめ、現時在庫数 76」 にあります。 トランジスタ技術2016年2月の119ページにも写真入りの説明がありました。 動作保証されていない使い方なので消費電力の増加がどの程度のものか確認をしてから使った方がいいと思います。
Apps! - Ublox NEO-7M フライト コントローラー GPS モジュール 内蔵 データ メモリー \4,943._	u-blox7 NEO-7M	モジュールの仕様は 0.25Hz-10MHz	この記事 TIMEPULSE設定で10MHz出力ができて、基板上からそれが取り出せると思われます。 （ほんとうに取り出せるかは確かめていません）
aitendo  - GE-612T	u-blox6 LEA-6	仕様では 0.25Hz-1kHz ですが 1、2、8、10MHz が出力できました。	TIMEPULSE5で設定 4MHz以上の周波数は出力できなかった Jetzt さんによれば12MHz出力も可能とのことです。 動作保証されていない使い方なので使う前に検証をお願いします。動作電流が若干増加しているように見えます。 短時間しかテストしていないので何とも言えないのですが10MHz出力はどうも周波数が不安定なように見えます。 一方8MHz出力は安定しているようです。ただ結論を出すのは早いです。じっくり検証してあらためて記事にしたいと思います。 ==> 高周波出力は可能だが、高い周波数での高精度は期待できない（できてもけっこう面倒くさそう）という結論になりました。 「2MHz（10MHzも！）出力ができたGPS受信モジュールGE-612T(u-blox6/LEA-6)」 「GPS受信モジュールGE-612Tの8MHz、2MHz出力の周波数精度」

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なぜ「高精度発振器をGPS受信モジュールとPLLで作る - はじめに」 のように七面倒なことをやっているかというと私が持っているGE-612Tのタイムパルス出力は1kHzが上限だからです。と書いたのですが、10MHz出力ができるできないにかかわらずこの方法を使った方が周波数が安定した信号を取り出せると思えます。

ググっていたら

　　「Apps! - UBLOX NEO-M8N HMC5983 GPS モジュール GYGPSV5-NEO Pixhawk APM対応 」
　　Ublox NEO-7M フライト コントローラー GPS モジュール 内蔵 データ メモリー

というのを見つけました。

画像の著作権がどうなっているかわからないのでポンチ絵にしました (^^;;

標準電波JJYの電界強度の時間変化 - 電波時計をいつ合わせたらいいか

JJYは長波なので受信状況は比較的安定しているように思っていたのですが、そうでもないようです。電波時計をあわせるんだったらそれに適した時間帯というのがあるようです。

JJY受信機なり電波時計なりを作ろうとするとまず最初に考えるのは電界強度がどのくらいでどの程度のアンテナ・増幅器が必要かということでそれについては

　　「JJYの電界強度と受信機/電波時計の必要利得（増幅率）」

に書きましたが、電波ですから電界強度は時間によってまた日によって変化します。上の記事でもリンクした

　　「情報通信研究機構 - 日本標準時グループ - 長波標準電波の電界強度予測値」

を見ると時間変化＋月変化（季節変化）を考えればだいたいの様子はつかめそうです。

試しに東京での12月の時間変化をグラフにするとこんなものになりました。



このグラフを見ると（少なくとも東京の冬では）電波時計を合わせるのは夜の方がよさそうです。電界強度は早朝とは倍くらいも違います。

ところでグラフの動きから昼間は変動が激しく夜間は電波が安定してくる、と解釈したくなりますが、じつはそういう風に読み取るのは必ずしも正しいとはいえないようです。