JP2009216530A

JP2009216530A - 時刻算出装置及び測位装置

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Publication number: JP2009216530A
Application number: JP2008060422A
Authority: JP
Inventors: Harumi Mizuno; 晴美水野
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2008-03-11
Filing date: 2008-03-11
Publication date: 2009-09-24
Anticipated expiration: 2028-03-11
Also published as: JP5007254B2

Abstract

【課題】外乱などの影響を受けることなく、ウィークナンバーが対応している期間を過ぎても正確な現在時刻を求めることができるようにする。
【解決手段】ガリレオ衛星からウィークナンバーの値を、ＧＰＳ衛星のウィークナンバーとガリレオ衛星のウィークナンバーのオフセットとＧＰＳ衛星のウィークナンバーとガリレオ衛星のウィークナンバーの取得タイミングの違いを考慮し、ＧＰＳ衛星のウィークナンバーのとりうる値の最大値で除算し、商と余りを求める（ステップＳ１）。求めた商の値によりＧＰＳ衛星のウィークナンバーの現在の周回数（０回、１回、２回、・・・など）を特定する（ステップ２）。ステップＳ１で求めた余りの数によりＧＰＳ衛星ｓ１のウィークナンバーの新たな起点を特定する（ステップＳ３）。ＧＰＳからの受信信号に含まれている当該週の初めから現在までに何秒経過しているかの情報から現在の年月日時分秒を判断する（ステップ４）。
【選択図】図２

Description

本発明は、時刻算出装置及び測位装置に関する。

衛星からの電波信号を用い、地球上の現在位置を調べるための衛星測位システムとしては、アメリカの国防総省が運営するＧＰＳ（Global Positioning System）や、ＥＵにより計画が進行中であるガリレオ（Galileo）が知られている。

このような衛星測位システムを用いた測位装置においては、衛星からウィークナンバー（Week Number（以下、単に「ＷＮ」と図示する場合がある））と呼ばれる信号を受信して当該ウィークナンバーに基づいて正確な現在時刻を求め、測位装置に付随する時計の時刻を正確なものに校正している。

すなわち、ウィークナンバーは、ある時点（起点）から現在何週間経過しているかをその数値により示すデータである。ウィークナンバーはＧＰＳ衛星の信号にも、ガリレオ衛星の信号にも含まれている。そして、衛星の信号にはウィークナンバーとともにウィークナンバーが示す現在の週の初め（日曜日の０時０分０秒）から何秒経過しているかという情報も含まれており、ウィークナンバーにより、ある起点から現在何週目かを判断し、現在の週の初めから何秒経過しているかという情報から当該週のどの時点に現在あるかがわかるので、測位装置は現在時刻を正確に把握することができる。よって、測位装置はウィークナンバーから得られる現在時刻の値により、付随している時計の時刻を校正することができる。

ＧＰＳ衛星のウィークナンバーは１０ビットの値であり、０〜１０２３の値をとりうるので、ある起点から１０２４週まで表示することができる。例えば、ウィークナンバーの値が“５０”であれば、ある起点から５０週経過していることを示している。これに対してガリレオ衛星のウィークナンバーは１２ビットであり、４０９６週まで表示することができる。

ＧＰＳ衛星の信号により地球上の現在位置を調べることのできる測位装置によれば、前述のとおりウィークナンバーを受信して現在時刻を正確なものに校正することができる。しかし、ＧＰＳ衛星のウィークナンバーは１０２４週（１９．６年）までしか対応しておらず、１０２５週目以降はウィークナンバーの値が最初の値に戻ってしまい、正確な現在時刻を求めることができず、よって、測位装置の有効期間が終了してしまうということになる。例えば、ＧＰＳ衛星で、起点が１９９９年８月２２日であれば、そこから１０２４週経過した２０１９年４月７日以降はウィークナンバーの値が周回して最初に戻ってしまうこととなる。

すなわち、例えば、対象となる測位装置の起点となる時点（測位装置の製造日などの初期値）が２００６年１月８日であれば、そこから１０２４週の２０２５年８月２４日まではウィークナンバーの値と２００６年１月８日から１０２４週の間の各週とを１対１に対応させることができるので、当該期間中は、測位装置は正確な時刻をＧＰＳ衛星の信号により得ることができるが、それ以降は、正確な時刻を得ることができなくなってしまう。

この場合に、ウィークナンバーの値が１度周回して以降の新たな起点が２０１９年４月７日であるというデータを測位装置が予めバックアップしていれば、当該新たな起点を基準とすることで２０１９年４月７日以降も正確な現在時刻がわかる。

しかしながら、この場合に、測位装置がバックアップしている２０１９年４月７日が新たな起点であるというデータが外乱などの影響により消失してしまうおそれもあり、そのような場合にはウィークナンバーが１度周回して以降は正確な現在時刻がわからなくなってしまうという不具合がある。

本発明の目的は、相対的に値の小さなウィークナンバーを送信する衛星の信号を受信して測位する測位装置について、外乱などの影響を受けることなく、ウィークナンバーが対応している期間を過ぎても正確な現在時刻を求めることができるようにすることである。

（１）本発明は、衛星の信号を受信するアンテナと、前記アンテナで受信した第１の衛星測位システムの衛星の信号に含まれる第１のウィークナンバーの値を当該第１のウィークナンバーの最大値より値が小さい第２の衛星測位システムの衛星の信号に含まれる第２のウィークナンバーの最大値で除算する処理を、前記第１のウィークナンバーと前記第２のウィークナンバーとのオフセットと、前期第１のウィークナンバーと前記第２のウィークナンバーとの取得タイミングとを考慮して行い、商と余りを求める除算手段と、前記除算手段で求めた商の値に基づいて前記第２のウィークナンバーの現在の周回数を特定する周回数特定手段と、前記除算手段で求めた余りの数に基づいて前記第２のウィークナンバーの新たな起点を特定する起点特定手段と、前記第２のウィークナンバーの値から前記起点特定手段で特定した新たな起点からの経過週数を判断し、前記アンテナで受信した第２の衛星測位システムの衛星の信号に含まれる前記第２のウィークナンバーが示す現在の週の初めからの経過時間の情報に基づいて現在時刻を判定する現在時刻判定手段と、を備えている時刻算出装置である。

（２）別の本発明は、衛星の信号を受信するアンテナと、前記アンテナで受信した第１の衛星測位システムの衛星の信号に含まれる第１のウィークナンバーの値を当該第１のウィークナンバーの最大値より値が小さい第２の衛星測位システムの衛星の信号に含まれる第２のウィークナンバーの最大値で除算して商と余りを求める除算手段と、前記除算手段で求めた商の値に前記第１のウィークナンバーと前記第２のウィークナンバーのオフセットを考慮して前記第２のウィークナンバーの現在の周回数を特定する周回数特定手段と、前記除算手段で求めた余りの数に、前記第１のウィークナンバーと前記第２のウィークナンバーとのオフセットと、前期第１のウィークナンバーと前記第２のウィークナンバーとの取得タイミングとを考慮して、前記第２のウィークナンバーの新たな起点を特定する起点特定手段と、前記第２のウィークナンバーの値から前記起点特定手段で特定した新たな起点からの経過週数を判断し、前記アンテナで受信した第２の衛星測位システムの衛星の信号に含まれる前記第２のウィークナンバーが示す現在の週の初めからの経過時間の情報に基づいて現在時刻を判定する現在時刻判定手段と、前記アンテナで受信した前記第２の衛星測位システムの衛星の信号及び前記現在時刻判定手段により判定した現在時刻に基づいて測位を行なう測位手段と、を備えている測位装置である。

本発明によれば、第２の衛星測位システムの衛星の信号に含まれる第２のウィークナンバーの値が最大値に達してしまっても、第２のウィークナンバーの値より最大値が大きい第１の衛星測位システムの衛星の信号に含まれる第１のウィークナンバーの値を用いて正確な現在時刻を求めることができる。すなわち、衛星から受信した第１のウィークナンバーの値を、第１のウィークナンバーと第２のウィークナンバーとのオフセットと、第１のウィークナンバーと第２のウィークナンバーの取得タイミングとを考慮して、第２のウィークナンバーの最大値で除算すれば、その商の値により、当該第１のウィークナンバーの現在の値となるまでの期間は第２のウィークナンバーが最初の値に何回戻るだけの期間であるか（何回周回するだけの期間であるか）がわかるので、ここから第２のウィークナンバーの周回数を求め、除算により得られた余りから当該起点から何週経過しているかがわかるので、ここから第２のウィークナンバーの新たな起点を決めることができる。

この場合に、第２のウィークナンバーの周回数と新たな起点は受信側の装置が最初から保持している値ではなく、逐一演算を行なうことにより求められるものであるため、当該装置が外乱等の影響を受けても正確な現在時刻を求めることができる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の一実施の形態である測位装置の電気的な接続を示すブロック図である。この測位装置１は、本発明の時刻算出装置及び測位装置を実施するものである。

測位装置１は、ＧＰＳ衛星ｓ１、ガリレオ衛星ｓ２の信号をそれぞれ受信するためのアンテナ２と、アンテナ２を介してＧＰＳ衛星ｓ１、ガリレオ衛星ｓ２の信号をそれぞれ受信する受信部３と、時計４と、ガリレオ衛星ｓ２の信号に基づいて正確な時刻を求める時刻算出部５と、時刻算出部５で求めた時刻により時計４の時刻を校正する校正部６と、ＧＰＳ衛星ｓ１の信号及び時計４の示す時刻に基づいてアンテナ２の現在位置の測位を行なう測位部７と、測位部７による測位の結果を表示する表示装置８とを備えている。

次に、時刻算出部５が実行する処理について図２のフローチャートを参照して説明する。まず、ガリレオ衛星ｓ２からの受信信号に含まれているウィークナンバーの値を、ＧＰＳ衛星ｓ１の受信信号に含まれているウィークナンバーのとりうる値の最大値で除算して、商と余りを求める（ステップＳ１）。しかし、ＧＰＳ衛星ｓ１のウィークナンバーとガリレオ衛星ｓ２のウィークナンバーとの間にはオフセットがあるので、そのオフセットをガリレオ衛星ｓ２のウィークナンバーに考慮する必要がある。また、ＧＰＳ衛星ｓ１とガリレオ衛星ｓ２は衛星システムが異なるので、ＧＰＳ衛星ｓ１のウィークナンバーとガリレオ衛星ｓ２のウィークナンバーの取得タイミングの違いがある場合を考慮して、除算する必要がある。

ここで、ＧＰＳ衛星ｓ１のウィークナンバーとガリレオ衛星ｓ２のウィークナンバーとの取得タイミングの違いは、ＧＰＳ衛星ｓ１のウィークナンバーが１０２３から０に変わるタイミングと、ガリレオ衛星ｓ２のウィークナンバーに、ガリレオ衛星ｓ２のウィークナンバーとＧＰＳ衛星ｓ１のウィークナンバーとのオフセットを考慮した値をＧＰＳ衛星ｓ１の受信信号に含まれているウィークナンバーのとりうる値の最大値で除算したときの余りの数が１０２３から０に変わるタイミングが異なった場合のみ問題となる。この場合、ＧＰＳ衛星ｓ１のウィークナンバーの周回数を誤って算出してしまうので、本来の時刻より１０２４週分戻ってしまうか進んでしまうように現在時刻を求めてしまう恐れがある。（例えば、２０１９年４月７日を１９９９年８月２２日と判定してしまう）。この取得タイミングの違いが生じるのは、ＧＰＳ衛星ｓ１のウィークナンバーとガリレオ衛星ｓ２のウィークナンバーの差が±１週のときであるので、その差が生じないようにＧＰＳ衛星ｓ１のウィークナンバーの周回数、及び、ＧＰＳ衛星ｓ１のウィークナンバーの新たな起点は２週間前の時点の値を求めるようにする。

前述のとおり、ＧＰＳ衛星ｓ１のウィークナンバーのとりうる値の最大値は１０２３であり、ガリレオ衛星ｓ２のウィークナンバーのとりうる値の最大値は４０９５であり、後者が前者より大きく、後者は前者の４倍になる。よって、ガリレオ衛星ｓ２のウィークナンバーの値が０から４０９５になるまでの期間（７８．４年）中にＧＰＳ衛星ｓ１のウィークナンバーの値は０から１０２３になり（この間で１９．６年）、再度０に戻るという値の周回を複数回繰返すことになる。すなわち、ガリレオ衛星ｓ２のウィークナンバーの値が０から４０９５になるまでの期間にＧＰＳ衛星ｓ１のウィークナンバーは同じ値を４度とることになる。

そこで、ステップＳ１の除算により求めた商の値からガリレオ衛星ｓ２が信号の送信を開始してから（ガリレオ衛星ｓ２の起点）現在のウィークナンバーの値が示す時点の間にＧＰＳ衛星ｓ１のウィークナンバーが何度周回するだけの期間が経過したのかがわかる。そして、ＧＰＳ衛星ｓ１のウィークナンバーの値が０回、１回、２回、…と周回するときの各周回の起点と終点は周知であり、同様にガリレオ衛星ｓ２のウィークナンバーが０から４０９５までの値をとるときの起点と終点は周知である。よって、ＧＰＳ衛星ｓ１の現在のウィークナンバーは何度目の周回における値であるのかがステップＳ１で求めた商の値から判断することができ、当該起点から何週経過しているかがステップＳ１で求めた余りの数から判断することができるので、現在の周回におけるＧＰＳ衛星ｓ１のウィークナンバーの新たな起点がわかる。そして、測位装置１の新たな起点（測位装置１の製造日など）から１０２４週まではウィークナンバーの値と各週とを１対１に対応させることができる。

そこで、ステップ１で求めた商の値によりＧＰＳ衛星ｓ１のウィークナンバーの現在の周回数（０回、１回、２回、…など）を特定する（ステップＳ２）。

次に、ステップＳ１で求めた余りの数によりＧＰＳ衛星ｓ１のウィークナンバーの新たな起点を特定する（ステップＳ３）。このようにして、ステップＳ２、ステップＳ３で特定した新たな起点から現在何週目であるかが判断できる。そして、ＧＰＳ衛星ｓ１からの受信信号には、当該週の初めから現在までに何秒経過しているかの情報が含まれているので、当該情報から現在の年月日時分秒を判断する（ステップＳ４）。

これに対して、従来の時刻算出部５が行う処理は図４のステップＳ１１のようになる。すなわち、前述のステップＳ１〜Ｓ３に相当する処理は行わず、ＧＰＳ衛星ｓ１からの受信信号に基づいて現在の年月日時分秒を判断する。

図１に戻り、以上のようにして正確な現在時刻を衛星信号により求めると、校正部６は、この時刻で時計４の示す時刻を校正する。

そして、このような校正により常に正確な時を刻む時計４の時刻情報を使用して、測位部７は、ＧＰＳ衛星ｓ１の信号によりアンテナ２の現在位置を周知の手段により測位する。このとき、測位を行なうに際しては、現在時刻により現在上空に見えているはずのＧＰＳ衛星ｓ１を予測してサーチする。よって、現在時刻が正しくないと選ぶべきでないＧＰＳ衛星ｓ１を選んでしまい、衛星信号の受信率が低下してしまう。そこで、受信率を向上させるために校正部６により校正された時計４の正確な時刻情報が使用される。

図３は、時刻算出部５による現在時刻の算出を具体例で示すタイミングチャートである。図３には、「ＧＰＳのＷＮの範囲」として、ＧＰＳ衛星ｓ１のウィークナンバーの各周回数の範囲を示している。すなわち、周回数０の期間は１９８０年１月６日を起点とし、１９９９年８月２２日を終点とする。周回数１の期間は１９９９年８月２２日を起点とし、２０１９年４月７日を終点とする。以下同様にして、周回数５の期間は２０７８年２月２０日を起点とし、２０９７年１０月６日を終点とする。周回数６以上においても同様である。

次に、「ＧＰＳによる時刻校正（従来）」とあるのは、ガリレオ衛星ｓ２のウィークナンバーを用いず、ＧＰＳ衛星ｓ１の信号により現在時刻を求める場合を示しており、ＧＰＳ衛星ｓ１のウィークナンバーの測位装置１の起点（初期値）となる製造日が２００６年１月８日であり、そこから１０２４週後の２０１９年４月７日まではＧＰＳ衛星ｓ１の信号により正確な現在時刻を求めることができる。この場合、ＧＰＳ衛星ｓ１のウィークナンバーの周回数２の起点である２０１９年４月７日以降は、ウィークナンバーの値が周回して０に戻るが、２０１９年４月７日までの各週とウィークナンバーの値とは１対１に対応しているので、正確な現在時刻を求めることができる。

また、ガリレオ衛星ｓ２のウィークナンバーのみを用いて現在時刻を求めるときは、測位装置１の起点（初期値）となる製造日の２００６年１月８日から４０９６週間後の２０８４年７月９日まで正確な現在時刻を求めることができる。これを、「Galileoによる時刻校正」として示している。

図２を参照して説明した現在時刻を求める手法については、「ＧＰＳによる時刻校正（時刻校正補助時）」として示している。「Galileoによる受信機起点更新（例１）」とあるには、図２の処理により測位装置１の新たな起点となる時点であり、ここから１０２４週間は正確な時刻を求めることができる。この期間を、「受信機の有効期間（例１）」として示している。ガリレオ衛星ｓ２のウィークナンバーでＧＰＳ衛星ｓ１のウィークナンバーの周回数とＧＰＳ衛星ｓ１のウィークナンバーの新たな起点とを更新することで、「受信機の有効期間（例１）」を未来にずらすことができる。また、測位装置１の新たな起点となる時点が前述の「Galileoによる時刻校正」が有効な２０７８年２月２０日の直前であった場合（これを「Galileoによる受信機起点更新（例２）」として示している）、そこから１０２４週間はガリレオ衛星ｓ２のウィークナンバーの有効期間（４０９６週）を超えているにも関わらず、正確な時刻を求めることができる。これを「受信機の有効期間（例２）」として示している。

以上説明した測位装置１によれば、ＧＰＳ衛星ｓ１の信号に含まれるウィークナンバーの値が最大値の１０２３に達して周回した後でも、よりウィークナンバーの値の最大値が大きいガリレオ衛星ｓ２の信号に含まれるウィークナンバーの値を用いて正確な現在時刻を求めることができる。

この場合に、ＧＰＳ衛星ｓ１の信号のウィークナンバーの周回後の新たな起点は測位装置１が記憶装置に記憶して保持している値ではなく、前述のとおり測定した衛星信号に基づいて演算を行なうことにより測位装置１で求めものであるため、測位装置１が外乱等の影響を受けても正確な現在時刻を求めることができる。

本発明の一実施の形態である測位装置の電気的な接続のブロック図である。測位装置の時刻算出部が実行する処理のフローチャートである。時刻算出部による現在時刻の算出を具体例で示すタイミングチャートである。従来の現在時刻の算出を説明するフローチャートである。

符号の説明

１測位装置
２アンテナ
３時計
４時刻算出部
５校正部
６測位部

Claims

衛星の信号を受信するアンテナと、
前記アンテナで受信した第１の衛星測位システムの衛星の信号に含まれる第１のウィークナンバーの値を当該第１のウィークナンバーの最大値より値が小さい第２の衛星測位システムの衛星の信号に含まれる第２のウィークナンバーの最大値で除算する処理を、前記第１のウィークナンバーと前記第２のウィークナンバーとのオフセットと、前期第１のウィークナンバーと前記第２のウィークナンバーとの取得タイミングとを考慮して行い、商と余りを求める除算手段と、
前記除算手段で求めた商の値に基づいて前記第２のウィークナンバーの現在の周回数を特定する周回数特定手段と、
前記除算手段で求めた余りの数に基づいて前記第２のウィークナンバーの新たな起点を特定する起点特定手段と、
前記第２のウィークナンバーの値から前記起点特定手段で特定した新たな起点からの経過週数を判断し、前記アンテナで受信した第２の衛星測位システムの衛星の信号に含まれる前記第２のウィークナンバーが示す現在の週の初めからの経過時間の情報に基づいて現在時刻を判定する現在時刻判定手段と、
を備えている時刻算出装置。
衛星の信号を受信するアンテナと、
前記アンテナで受信した第１の衛星測位システムの衛星の信号に含まれる第１のウィークナンバーの値を当該第１のウィークナンバーの最大値より値が小さい第２の衛星測位システムの衛星の信号に含まれる第２のウィークナンバーの最大値で除算して商と余りを求める除算手段と、
前記除算手段で求めた商の値に前記第１のウィークナンバーと前記第２のウィークナンバーのオフセットを考慮して前記第２のウィークナンバーの現在の周回数を特定する周回数特定手段と、
前記除算手段で求めた余りの数に、前記第１のウィークナンバーと前記第２のウィークナンバーとのオフセットと、前期第１のウィークナンバーと前記第２のウィークナンバーとの取得タイミングとを考慮して、前記第２のウィークナンバーの新たな起点を特定する起点特定手段と、
前記第２のウィークナンバーの値から前記起点特定手段で特定した新たな起点からの経過週数を判断し、前記アンテナで受信した第２の衛星測位システムの衛星の信号に含まれる前記第２のウィークナンバーが示す現在の週の初めからの経過時間の情報に基づいて現在時刻を判定する現在時刻判定手段と、
前記アンテナで受信した前記第２の衛星測位システムの衛星の信号及び前記現在時刻判定手段により判定した現在時刻に基づいて測位を行なう測位手段と、
を備えている測位装置。