JP2011226866A

JP2011226866A - Ｇｐｓ計時装置およびその方法

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Publication number: JP2011226866A
Application number: JP2010095520A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Matsushima; 健一松島; Shinichi Nogawa; 真一野川
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2010-04-16
Filing date: 2010-04-16
Publication date: 2011-11-10

Abstract

【課題】２４個以上の全衛星を対象にして衛星をサーチすると、ＧＰＳ信号の受信処理時間が長くなり多くの電力を消費する。また、衛星の健康情報を受信しない場合は保守点検中の衛星信号で得たＧＰＳ時刻が大きくシフトしている可能性があるので、そのままＲＴＣ時刻に反映させると次のＧＰＳ信号受信まで間違った時刻表示を続けてしまう。
【解決手段】ＧＰＳ衛星の信号強度の強さに応じて、ＧＰＳ衛星の受信候補を順位付けることによって最適な受信衛星を早く選択し、ＧＰＳ時刻が大きくシフトしていた場合は２つ以上のＧＰＳ衛星で確認をとることで、より信頼性の高い高精度な時刻補正が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、位置情報衛星などの衛星からの電波に含まれる時刻情報を基に、内部時計の時刻を修正して表示する時計に関する。

位置情報衛星の主たる目的は、複数の位置情報衛星の位置とそれらの位置情報衛星からの電波の遅延時間により受信点の位置を求めることである。しかし、位置情報衛星には原子時計などの極めて精度の高い時計が搭載されており、位置情報衛星からの時刻情報を基に内部時計の時刻を修正して精度の高い時刻を表示する時計が多数開示されている。（例えば特許文献１参照）

しかし、時計は建物などの電波の比較的弱い場所に設置されることも多く、１回の受信では必ずしも充分ではなく、間欠的に複数回受信して得られたデータを基に内部時計の時刻を修正して表示する時計も開示されている。（例えば特許文献２参照）

このような従来のＧＰＳ計時装置について、図３を基に説明する。

図３における従来のＧＰＳ計時装置では、位置情報衛星からの電波をアンテナにより電気信号に変換する。

ＲＦ手段では、局部発振とのミキシングにより周波数をダウンコンバージョンする。

組合せ復調手段では、サーチする周波数毎に位置情報衛星からの繰り返される電波を相関器で捕捉するとともに、トラッキングしてＣＡコードの１ｍｓの各サイクルに重畳している航法メッセージデータを抽出する。

さらに、ＣＡコードの１サイクル１ｍｓ毎の航法メッセージデータのビットの境界を抽出して、各ビットを構成する２０ｍｓ分の航法メッセージデータを集約するとともに、繰り返されるサブフレームから受信して抽出した航法メッセージデータに不整合がないことを確認することにより受信データの信頼度を確保しつつ、航法メッセージデータから時刻情報を抽出する。

現在時刻算出手段は、航法メッセージデータから抽出した時刻情報から協定世界時刻(ＵＴＣ)を算出し、さらに現在位置で決まる時差を加味したローカル時刻を算出する。

ＲＴＣ手段は、一般的な水晶時計で使われる水晶発振回路を有し、その発振クロックをカウントして内部時刻(ＲＴＣ時刻)を計時する。ＧＰＳ受信で得られた正確な現在時刻を現在時刻算出手段から受け取り、ＲＴＣ時刻を修正する事ができる。ＲＴＣ手段で計時されるＲＴＣ時刻は、図１３に示すような時刻表示手段で表示される。

これら一連の手段は、制御手段によって制御される。

時刻表示手段は、現在位置で決まる時差を加味したローカル時刻を表示する必要があるので、一般的には現在時刻算出手段では時差を加算したローカル時刻を算出する。その場合、ＲＴＣ時刻も時差を加算したローカル時刻を計時し、そのまま時刻表示手段でローカル時刻を表示する。

一方、ＲＴＣ時刻を協定世界時刻(ＵＴＣ)で計時する事も可能であり、その場合、現在時刻算出手段は現在の協定世界時刻(ＵＴＣ)を算出してＲＴＣ時刻を補正する。時刻表示手段でローカル時刻を表示するときは、ＲＴＣ時刻に現在位置で決まる時差を加算して表示する。

従来のＧＰＳ計時装置による、現在時刻の修正を工程で説明すると図４のようになる。

ＧＰＳ計時装置は、ＲＴＣの時刻精度を正確に保つために一定の周期(例えば1日に一回)でＧＰＳ信号を受信し、時刻を修正するのが一般的である。そのために、受信時刻判定工程でＧＰＳ信号を受信する時刻になるのを確認し、ＧＰＳ信号受信工程でＧＰＳ信号を受信して時刻情報を抽出し、現在時刻算出工程で現在時刻を算出する。

現在時刻が算出されたら、ＲＴＣ時刻修正工程でＲＴＣ時刻を修正し、時刻表示工程で修正した時刻を表示する。

このような手段、あるいは工程で、位置情報衛星から時刻情報を抽出するためには、複数の位置情報衛星をサーチして捕捉し、位置情報衛星からの電波をトラッキングしながらＧＰＳ航法メッセージデータを受信し、ＴＬＭ，ＴＯＷなどの時刻情報データとサブフレームＩＤを抽出する必要がある。ＴＬＭ、ＴＯＷなどの時刻情報データを、連続するサブフレーム(例えば、第１サブフレームと第２サブフレーム)において整合が取れていた場合に、抽出した時刻情報データが正しいと判断してＲＴＣ時刻を修正し、時刻を表示し、ＧＰＳ信号の受信を終了する。もし整合がとれない場合は、整合がとれるまでサブフレームの受信を繰り返す。

しかし位置情報衛星からの電波が弱い場合には、連続するサブフレームの受信データの整合がとれるまでに長い時間を要したり、また受信感度を高くするために相関手段を長くしたりすると、１つの周波数で相関を得るための時間が長くなるばかりでなく、捕捉できる周波数の範囲が狭くなり、サーチする周波数の数が多くなることによる相乗効果で、サーチに要する時間が著しく長くなる。ＧＰＳ計時装置を、乾電池やボタン型電池などで駆動する場合、ＧＰＳ信号の受信処理時間が長くなる事で電池の消耗が激しくなり電池寿命が極端に短くなる。

位置情報衛星は２４個以上が地球を周回しており、地上の特定位置で衛星信号を受信する場合、受信する時刻によってどの衛星信号が受信可能であるかが変わる。そのために衛星信号の航法メッセージデータにアルマナック情報が重畳してあり、アルマナック情報を入手すれば全衛星の軌道計算ができ、地球上の現在位置で受信に最適な衛星を選ぶ事ができる。しかしアルマナック情報は時刻情報よりも圧倒的に情報量が多いので、電波の受信状態が悪い時にアルマナック情報を正確に入手するのは時刻情報の入手よりも困難である。

衛星信号からアルマナック情報を受信しない場合は２４個以上の全衛星が信号受信の対象になり、また受信する場所と周囲の建物構造によって衛星の信号強度も変わるので、受信可能な衛星をサーチし時刻情報を抽出するまでの受信処理時間は長くなり多くの電力を消費する。

また、保守点検中の衛星の信号を受信した場合は、信号から抽出する時刻情報が保守点検の為に大きくシフトしている事があり得る。

特開平１０−８２８７５号公報

アルマナック情報を受信しない場合は、２４個以上の全衛星を対象にして受信可能な衛星をサーチする事になるので、ＧＰＳ信号の受信処理時間が長くなり多くの電力を消費する。また、衛星の健康情報を受信しない場合は保守点検中の衛星信号を受信する可能性もあるので、受信によって得られるＧＰＳ時刻は大きくシフトしている可能性がある。そのＧＰＳ時刻をそのままＲＴＣ時刻に反映させると次のＧＰＳ信号受信まで間違った時刻表示を続けてしまう。

複数の位置情報衛星から電波を受信するＲＦ手段、特定の衛星をサーチして航法メッセージデータを復調する組み合わせ復調手段、航法メッセージデータから時刻情報を抽出しローカル時刻を算出するローカル時刻算出手段、内部時計の時刻を計時するＲＴＣ手段、ＲＴＣ手段による内部時刻を表示する時刻表示手段、前記すべての手段を制御する制御手段を有する時計であり、組み合わせ復調手段から受信する信号の強度を検出する信号強度検出手段を有し、信号強度に従って衛星受信の候補を順位付けると共に、現在時刻算出手段により得られたＧＰＳ時刻からＲＴＣ手段によるＲＴＣ時刻の補正量を算出し、特定の補正量許容範囲と比較する補正量比較手段を有し、時刻の補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きい時に２種類以上の衛星の航法メッセージデータを受信してＲＴＣ時刻を補正する。

例えば、第１候補に順位付けられた衛星で得たＧＰＳ時刻による時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きい時は、引き続き第２候補の衛星を受信してＲＴＣ時刻の補正量を算出し、第２候補の衛星による時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも小さいなら第２候補によるＧＰＳ時刻でＲＴＣ時刻を補正すると共に、時刻補正量が大きかった第１候補の衛星を衛星受信の候補から外し、第２候補の衛星を第１候補にする。

第１候補に順位付けられた衛星で得たＧＰＳ時刻による時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きい時に、引き続き第２候補の衛星を受信してＲＴＣ時刻の補正量を算出し、第２候補の衛星による時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きくて、第１候補の衛星による時刻補正量と同じなら、第１候補あるいは第２候補によるＧＰＳ時刻でＲＴＣ時刻を補正する。

補正方法としては、定期的にＧＰＳ信号を受信する事により内部時刻を補正する補正方法であり、内部時計がＧＰＳ信号を受信する予定の時刻になった事を判定する工程と、ＧＰＳ信号の受信工程と、ＧＰＳ信号の時刻情報から現在時刻を算出する工程と、正確なＧＰＳ時刻とＲＴＣによる内部時計の時刻との差から時刻補正量を算出する工程があり、さらにＧＰＳ信号の信号強度を判定する工程により信号強度に従って衛星受信の候補を順位付ける工程と、時刻補正量と特定の補正量許容範囲を比較する補正量比較工程を有し、時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きい時に２種類以上の衛星の航法メッセージデータを受信してＲＴＣ時刻を補正する。

例えば、第１候補に順位付けられた衛星で得たＧＰＳ時刻による時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きい時に、引き続き第２候補の衛星を受信してＲＴＣ時刻の補正量を算出し、第２候補の衛星による時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも小さいなら第２候補によるＧＰＳ時刻でＲＴＣ時刻を補正すると共に、時刻補正量が大きかった第１候補の衛星を衛星受信の候補から外し、第２候補の衛星を第１候補にする。

本発明によれば、信号強度が強い衛星番号から優先的に受信することで、受信処理に要する時間が短くなる事により電力の消費が少なくなる。更に、ＧＰＳ時刻による時刻の補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きい時に２種類以上のＧＰＳ衛星の航法メッセージデータを受信する事で、ＧＰＳ衛星が保守点検に入ってＧＰＳ時刻がシフトしたのか、あるいはＲＴＣ時刻が何らかの原因でシフトしたのかが判断できる。

また、衛星信号から航法メッセージデータのアルマナック情報を入手しなくても、受信に適した衛星の候補を順位付けられるので、ＧＰＳ信号を繰り返し受信する時の受信処理時間を短くでき、電池の消耗を最小限にし電池寿命を長くできる。

また、衛星の健康情報を受信しなくても、たとえ保守点検中の衛星信号を受信した場合でも、受信して得たＧＰＳ時刻をＲＴＣ時刻に反映させる前にＧＰＳ時刻の信頼度を事前確認できるので、より信頼性の高い高精度な時刻補正のできるＧＰＳ計時装置を実現することができる。

本発明に係るＧＰＳ計時装置の好適な一実施例を示すブロック図本発明に係るＧＰＳ計時装置の好適な一実施例を示す工程フロー図従来のＧＰＳ計時装置のブロック構成図従来のＧＰＳ計時装置の工程フロー図本発明に係るＧＰＳ信号強度とＧＰＳ受信間隔を示すグラフ本発明に係る時刻補正の方法を示すフロー図本発明に係る受信衛星の候補順位の例本発明に係る受信衛星の候補順位の例本発明に係る時刻補正量と特定の補正量許容範囲を比較する説明図本発明に係る時刻補正量と特定の補正量許容範囲を比較する説明図本発明に係る航法メッセージデータのタイミングを示すタイミング図本発明に係る航法メッセージデータのタイミングを示す図本発明に係る時刻表示手段の実施例を示す外観図

本発明によるＧＰＳ計時装置の構成や動作を詳細に説明する前に、本発明によるＧＰＳ計時装置が位置情報衛星から受信する航法メッセージデータについて予め説明する。なお、本実施例の以降の説明では、＜＞を大見出し、［］を中見出し、（）を小見出しとして用いている。

＜航法メッセージデータ＞
［航法メッセージデータのタイミング］
図１１に示す位置情報衛星からの航法メッセージデータのタイミングについて説明する。

航法メッセージデータの全体は、ページ番号Ｐ１〜２５を含む２５フレームにより構成される。各フレームは、サブフレーム番号ＳＦ１〜５の５つのサブフレームにより構成される。サブフレーム番号ＳＦ４，５の２つのサブフレームには、ページ番号Ｐ１〜２５の２５ページがあり、フレーム毎にページが切り換わる。各サブフレームは、ワード番号Ｗ１〜１０の１０ワードにより構成される。また、各ワードはビット番号ｂ１〜３０の３０ビットにより構成される。各ワードの初めの２４ビットはデータでＭＳＢから順に送られる。各ワードの最後の６ビットはパリティである。（ここで、各ビットはＣＡ１〜２０の１０２３チップのＣ／Ａコードの２０サイクル分繰り返される。）

ここでＣ／Ａコードの１サイクルは１ｍ秒であるため、各ビットの時間は２０ｍ秒で、各ワードの時間は０．６秒で、各サブフレームの時間は６秒で、各フレームの時間は３０秒で、航法メッセージデータ全体の時間は１２．５分である。これらが全て時系列的に位置情報衛星から送信され、航法メッセージデータの全体が、その値が随時更新されながら、繰り返される。

［時刻の取得に必要な航法メッセージデータ］
図１２に、時刻の取得に必要な航法メッセージデータの時系列的な位置を示す。図１２では、各項目について、サブフレーム番号，ページ番号，ワード番号とビット番号が時系列的な位置を示している。

ここで、ＴＬＭは、予め定められたプリアンブルを含み各サブフレームの最初のワードの位置であることを示すものである。ＴＯＷは、週の初めからの経過時間を示すものである。サブフレームＩＤは、サブフレームの番号を示すものである。ＷＮは、週番号を示すものである。健康状態は、位置情報衛星から送られる航法メッセージデータの信頼性を示すものである。ＵＴＣは、ＧＰＳ時刻からグリニッジ標準時を求めるために必要なパラメータである。なお、各ワードの２５〜３０番目のビットは、パリティデータである。

＜ＧＰＳ計時装置の構成＞
図１は、本発明によるＧＰＳ計時装置全体のブロック構成の好適な一例を示したものである。これより、図１を基にＧＰＳ計時装置を構成する各手段について、詳細に説明する。

［アンテナ］
図１において、アンテナ１０２は、位置情報衛星からのギガヘルツ帯の電波を高周波信号１１１に変換し、ＲＦ手段１０３に出力する。

［ＲＦ手段］
ＲＦ手段１０３は、アンテナ１０２からの高周波信号１１１を組み合わせ復調手段１０４で処理しやすい低い周波数にダウンコンバージョンする。このため、ＲＦ手段では、局部発振との積により生じる和と差の周波数成分からフィルタにより差の成分を抽出することにより周波数のダウンコンバージョンを行う。局部発振には、周波数精度が高い温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）を基にＰＬＬを用いる。なお、ＲＦ手段では、必要に応じてローノイズなアンプを挿入して増幅しても良い。

［組合せ復調手段］
組合せ復調手段１０４では、サーチする周波数毎に位置情報衛星からの繰り返される電波を相関器で捕捉するとともに、トラッキングしてＣＡコードの１ｍｓの各サイクルに重畳している航法メッセージデータを抽出する。

［現在時刻算出手段］
現在時刻算出手段１０５は、航法メッセージデータから抽出した時刻情報から現在の協定世界時刻(ＵＴＣ)を算出し、さらに現在位置で決まる時差を加味したローカル時刻を算出する。

［ＲＴＣ手段］
ＲＴＣ手段１０６は、一般的な水晶時計で使われる水晶発振回路を有し、その発振クロックをカウントして内部時刻（＝ＲＴＣ時刻)を計時する。ＧＰＳ受信で得られた正確な時刻を現在時刻算出手段から受け取り、計時時刻を修正する事ができる。

［補正量比較手段］
補正量比較手段１１０は、ＧＰＳ受信で得られたＧＰＳ時刻とＲＴＣ手段によるＲＴＣ時刻の差を時刻補正量とし、時刻補正量と特定の補正量許容範囲を比較し、制御手段１１０に比較した結果を出力する。制御手段１１０は補正量比較手段１１０に特定の補正量許容範囲を設定する。

［時刻表示手段］
時刻表示手段１０７の例を示したものが図１３である。時刻表示手段１０７は、ＲＴＣ手段による内部時刻を表示する。表示時刻の更新は、例えば毎正秒ごとに行う。時刻表示手段１０７の表示方法は、例えば、図１３ａ．に示すようなデジタル式の時刻表示器でも良いし、図１３ｂ.に示すようなアナログ式の時刻表示でも良い。また、本発明によるＧＰＳ計時装置は、置き時計でも掛け時計でも腕時計でも良い。

なお、ＲＴＣ時刻は協定世界時刻(ＵＴＣ)で計時する事も可能であり、その場合、現在時刻算出手段は現在の協定世界時刻(ＵＴＣ)を算出してＲＴＣ手段を補正する。時刻表示手段でローカル時刻を表示するときは、現在位置で決まる時差をＲＴＣ時刻に加算して表示すればよい。

［信号強度検出手段］
信号強度検出手段１０９は、組合せ復調手段１０４でサーチして受信したＧＰＳ信号の信号強度を検出するものである。信号強度(強／中／弱)を制御手段１０８に出力する。

［制御手段］
制御手段１０８は全体のステータス及びシーケンスを管理する。電波強度検出手段１０９からＧＰＳ信号の信号強度(強／中／弱)を入力し、信号強度によってＧＰＳ信号の受信間隔を変え、時刻補正量と比較する特定の補正量許容範囲を決める。時刻補正量が特定の補正量許容範囲を超えているか否かで、ＲＴＣ時刻の補正方法を決め、また衛星受信の候補の順位を入れ替える。さらに表示時刻の補正方法を変えるための制御を行う。

＜ＧＰＳ計時装置の動作＞
本発明によるＧＰＳ計時装置の、表示時刻の修正工程を図２を基に説明する。

［受信時刻判定工程］
ＧＰＳ計時装置は、ＲＴＣの時刻精度を正確に保つために一定の時間間隔でＧＰＳ信号を受信し時刻を修正する。その時間間隔は、1時間／12時間／1日／5日など、求める精度によって変わり得る。１時間毎なら毎正時、１日単位なら毎日夜中の２時、という形で予めＧＰＳ信号の受信時刻を設定しておく。受信時刻判定工程２０１は、ＲＴＣ時刻が予め設定されたＧＰＳ受信時刻になったか否かを判定する工程である。

［ＧＰＳ信号受信工程］
ＧＰＳ信号受信工程２０２は、受信時刻判定工程２０１によってＧＰＳ信号を受信する時刻になったと判定された場合に、ＧＰＳ信号を受信する工程である。具体的には、位置情報衛星から時刻情報を抽出するために複数の位置情報衛星をサーチして特定の衛星を捕捉し、衛星からの電波をトラッキングしながらＧＰＳ航法メッセージデータを受信し、ＴＬＭ，ＴＯＷなどの時刻情報データとサブフレームＩＤを抽出する。ＴＬＭ、ＴＯＷなどの時刻情報データを、連続するサブフレーム(例えば、第１サブフレームと第２サブフレーム)において整合が取れていた場合に、抽出した時刻情報データが正しいと判断して、ＧＰＳ信号の受信を終了する。もし整合がとれない場合は、整合がとれるまでサブフレームの受信を繰り返す。

［信号強度検出工程］
信号強度検出工程２０３は、ＧＰＳ信号受信工程２０２によって捕捉された特定衛星のＧＰＳ信号強度を検出する工程である。

［現在時刻算出工程］
現在時刻算出工程２０４は、ＧＰＳ航法メッセージデータから抽出した時刻情報から協定世界時刻(ＵＴＣ)を算出し、さらに現在位置で決まる時差を加味したローカル時刻を算出する工程である。

［時刻補正量算出工程］
時刻補正量算出工程２０５は、現在時刻算出工程２０４で得られるＧＰＳ時刻と、内部時刻（＝ＲＴＣ時刻）の差を時刻補正量として算出する工程である。

［補正量比較工程］
補正量比較工程２０６は、時刻補正量算出工程２０５で得られる時刻補正量と特定の補正量許容範囲を比較する工程であり、BlackList判定工程２０７や衛星候補判定工程２０８に比較結果を伝える。特定の補正量許容範囲とは、自己時計ＲＴＣが水晶発振で刻む時刻の精度で決まる時刻誤差の許容値である。一般的に水晶時計の時刻精度は１ヶ月で３０秒以内であり、１日で１秒以上ずれる事は珍しい。従って、前回ＧＰＳ信号を受信して設定したＧＰＳ時刻から1日以内なら特定の補正量許容範囲を例えば１秒とし、５日以内なら特定の補正量許容範囲を例えば５秒として時刻補正量と比較する。

［BlackList判定工程］
BlackList判定工程２０７は、補正量比較工程２０６において時刻補正量と特定の補正量許容範囲を比較し、時刻補正量が特定の補正量許容範囲を超えていた時に、ＧＰＳ受信して得たＧＰＳ時刻が保守点検衛星による誤った時刻である可能性が高いと判断し、受信したＧＰＳ衛星の衛星番号をBlackListに登録し次回の衛星受信の候補から除外する。但し、別のＧＰＳ衛星で得たＧＰＳ時刻でも同様に、時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きい場合は、BlackListに登録したＧＰＳ衛星の衛星番号をBlackListの登録から解除し、再び衛星受信の候補に戻す。

［衛星候補判定工程］
衛星候補判定工程２０８は、信号強度検出工程２０３で得られた特定衛星のＧＰＳ信号強度によって、受信するＧＰＳ衛星の候補を優先順序をつけるための工程である。信号強度が強いＧＰＳ衛星は、次回の受信でも安定受信できる可能性が高いと判断して次回の衛星受信の候補に入れると共に優先順序を高くする。逆に信号強度が弱いＧＰＳ衛星は、次回の受信でも安定受信が困難と見なして次回の衛星受信の候補から外す、あるいは優先順序を低くする。

［ＲＴＣ時刻修正工程］
ＲＴＣ時刻修正工程２０９は、ＧＰＳ受信して得たＧＰＳ時刻でＲＴＣ時刻を修正し、ＲＴＣ時刻を表示時刻とする。

［時刻表示工程］
時刻表示工程２１０は、ＲＴＣ時刻修正工程２０９で修正された表示時刻を表示する工程である。時刻の表示は、例えば毎正秒ごとに更新するようにすれば良い。

＜より具体的な説明＞
ＧＰＳ信号から時刻情報を抽出するためには、複数の位置情報衛星をサーチして特定の衛星信号を捕捉し、その信号をトラッキングしながらＧＰＳ航法メッセージデータを受信し、ＴＬＭ，ＴＯＷなどの時刻情報データとサブフレームＩＤを抽出する必要がある。位置情報衛星の信号はギガヘルツ帯の高周波信号なので、受信用ＲＦ回路の消費電流は一般的に大きく、受信処理時間が長いと消費する電力も大きい。電波が弱い場合は、特定の衛星信号を補足するまでに長い時間を要し、またノイズに埋もれた必要情報を抽出するための繰り返し回数が増えて、一連の受信処理時間は長くなり電力の消費は大きくなる。ＧＰＳ計時装置を乾電池やボタン型電池などで駆動するには、一連の受信処理時間を短くする必要があり、特にＧＰＳ信号強度が弱いときは受信処理時間が長くなるので、時刻修正のためのＧＰＳ受信間隔を長くすると電力の消費を抑える事ができる。例えば図５のグラフで示すように、ＧＰＳ信号強度が強いＡの場合は１日間隔で受信し、ＧＰＳ信号強度が弱いＢの場合は５日間隔で受信する。

２４個以上あるＧＰＳ衛星のうちどの衛星を選んで受信しても時刻情報を得られるが、現実に捕捉できる衛星は、特定の時刻において５個前後である。しかも各衛星の位置によってはＧＰＳ受信の信号強度が異なり、またギガヘルツ帯の搬送波周波数が微妙にずれたりするので、定期的に受信する場合は、計画的に受信する衛星の候補を選ぶのが望ましい。衛星信号からアルマナック情報を入手すれば全衛星の軌道計算ができ、現在位置で受信に最適な衛星を選べるが、アルマナック情報は時刻情報よりも圧倒的に情報量が多いので、電波の受信状態が悪い時にアルマナック情報を正確に入手するのは時刻情報を入手するよりも困難である。衛星信号からアルマナック情報を受信しない場合は２４個以上の全衛星が信号受信の対象になり、また受信する場所と周囲の建物構造によって衛星の信号強度も変わるので、全衛星を対象にサーチする必要がある。

アルマナック情報無しで受信するＧＰＳ衛星の候補を選ぶために、まず受信する時刻を決めておいて、その時刻にＧＰＳ受信できるＧＰＳ衛星番号と信号強度を記憶する。そこで例えば信号強度の強い衛星番号から順に受信する候補を順序付ける。候補順位の高い衛星番号のＧＰＳ衛星から捕捉し、その信号をトラッキングしながらＧＰＳ航法メッセージデータを受信して時刻情報を得る。時刻情報を得るのに成功したなら、次回の受信もその受信時刻と衛星番号を生かす事により、ＧＰＳ信号の受信処理時間を短くできる。

ＧＰＳ衛星は時間と共に位置を変えるので、受信時の信号強度も時間と共に変化する。初回の信号強度を測定した時刻がＡＭ９：００だとすると、次回以降の受信もＡＭ９：００頃が望ましい。正確に言うと、ＧＰＳ衛星の周回周期が１１時間５８分なので、２３時間５６分後には同じ衛星がほぼ同じ位置に現れる。従って、前回受信できた特定のＧＰＳ衛星を、１日あたり４分ずつ受信時刻を早くしながら繰り返し受信すると、衛星を捕捉する条件が同じにできるので短時間でＧＰＳ信号を捕捉して受信する事ができる。

ＧＰＳ信号から時刻情報を抽出してＧＰＳ時刻を得た時、衛星の健康情報を受信しない場合は保守点検中の衛星信号を受信する可能性もあるので、受信によって得られるＧＰＳ時刻は大きくシフトしている可能性がある。そのＧＰＳ時刻をそのままＲＴＣ時刻に反映させると次のＧＰＳ信号受信まで間違った時刻表示を続けてしまう。その間違った時刻表示を避けるために、ＧＰＳ受信で得たＧＰＳ時刻とＲＴＣ時刻の差を時刻補正量として算出し、その時刻補正量と特定の補正量許容範囲（ＬＩＭＩＴ値）を比較する。時刻補正量が特定の補正量許容範囲を超えている場合は、直前に受信した衛星番号のＧＰＳ時刻が間違っている可能性があるとして、引き続き別の衛星番号のＧＰＳ衛星を受信してＧＰＳ時刻をＲＴＣ時刻と比較する。２種類のＧＰＳ衛星から得た２種類のＧＰＳ時刻が、どちらも同じ時刻ならＲＴＣ時刻をＧＰＳ時刻に修正し、どちらか一方がＲＴＣ時刻から大きくシフトしていたら、そのＧＰＳ衛星番号は保守点検中で時刻情報が間違っていると判断する。

図６のフローチャートは、本発明の工程をより詳細に説明するものである。

初めてＧＰＳ衛星の信号を受信するときは、フロー６０１において全ＧＰＳ衛星を対象にして信号を受信し信号強度を検出する。フロー６０２においてその信号強度によって今後受信するＧＰＳ衛星の候補を順位付けする。例えば図７に示すようにＧＰＳ＿４，２，１３，８，のそれぞれの受信信号の信号強度が、７，６，４，２，であったならば、候補１はＧＰＳ＿４、候補２はＧＰＳ＿２、候補３はＧＰＳ＿１３、候補４はＧＰＳ＿８、となる。

フロー６０４において初回の受信を行う。候補１であるＧＰＳ＿４を受信し、航法メッセージデータからＧＰＳ時刻を算出する。初回受信なのでＲＴＣ時刻は未定であり、時刻補正量はゼロと見なしてＧＰＳ時刻をＲＴＣ時刻に設定する。初回受信で設定されたＲＴＣ時刻がＡＭ９：００だとすると、２回目以降の受信は１日あたり４分早めて受信するのが望ましい。

２回目の受信を翌日のＡＭ８：５６とすると、フロー６０３においてその時刻になるのを待ってからフロー６０４において候補１であるＧＰＳ＿４を受信し、航法メッセージデータからＧＰＳ時刻を算出してＲＴＣ時刻との差(＝時刻補正量)を算出する。続いて、フロー６０５において時刻補正量と特定の補正量許容範囲(＝Ｌｉｍｉｔ範囲)を比較し、時刻補正量がＬｉｍｉｔ範囲を超えてなければフロー６１０においてＲＴＣ時刻をＧＰＳ＿４の受信で得られたＧＰＳ時刻に置き換える。

時刻補正量がＬｉｍｉｔ範囲を超えている場合は、ＲＴＣ時刻はそのまま変更せず、フロー６０６において候補１のＧＰＳ＿４を異常な候補として一旦ＢｌａｃｋＬｉｓｔに入れ、フロー６０７において候補２であるＧＰＳ＿２を受信する。

候補２のＧＰＳ＿２の受信でＧＰＳ時刻を得たら時刻補正量を算出し、フロー６０８において時刻補正量とＬｉｍｉｔ値を比較し、時刻補正量がＬｉｍｉｔ範囲を超えてなければフロー６１０においてＲＴＣ時刻を候補２によるＧＰＳ時刻に置き換える。フロー６１１に示す衛星候補判定においては、ＢｌａｃｋＬｉｓｔに入ったＧＰＳ＿４を除くＧＰＳ受信候補の中で再度順位をつける。図８は、当初候補１であったＧＰＳ＿４が候補から除かれた後の候補順位を示す。

一方、フロー６０８において、候補２のＧＰＳ＿２の受信でも時刻補正量がＬｉｍｉｔ値を超えた場合は、ＲＴＣ時刻がＧＰＳ＿４とＧＰＳ＿２の２種類のＧＰＳ時刻と大きく異なった事になり、ＲＴＣ時刻が何らかの原因で大きくずれたと判断し、フロー６１０においてＲＴＣ時刻を候補１あるいは候補２の受信によるＧＰＳ時刻に置き換える。その場合、ＧＰＳ＿４は異常な候補ではないと判断し、フロー６０９においてＧＰＳ＿４をＢｌａｃｋＬｉｓｔから元の候補１に戻す。フロー６１１に示す衛星候補判定においては、ＢｌａｃｋＬｉｓｔから候補に戻ったＧＰＳ＿４を含めたＧＰＳ受信候補の中で再度順位をつけるので、候補順位は図７のごとくなる。フロー６１１に示す衛星候補判定では、ＢｌａｃｋＬｉｓｔに入った衛星を除いて受信候補の候補順位を決定するが、その後繰り返されるＧＰＳ信号受信で信号強度が変化した場合、候補順位を入れ替えるという事もありうる。

図９は、時刻補正量と特定の補正量許容範囲の比較とＲＴＣ時刻の修正判断を示したものである。ＧＰＳ信号をＡＭ８：５６に受信する時、時刻補正量の許容範囲が±２秒で、候補１のＧＰＳ＿４によるＧＰＳ時刻が７秒進んでいたなら、時刻補正量が補正量許容範囲を超えているので候補１によるＧＰＳ時刻は採用せず、続けて候補２のＧＰＳ＿２を受信する。候補２のＧＰＳ＿２によるＧＰＳ時刻が１秒の遅れなら、時刻補正量が補正量許容範囲内に納まっているのでＧＰＳ＿２によるＧＰＳ時刻でＲＴＣ時刻を補正する。この場合、ＧＰＳ＿４の時刻だけが他のＧＰＳ衛星の時刻とずれているので、ＧＰＳ＿４はメンテナンス中と見なしてＢｌａｃｋＬｉｓｔに入れ、ＧＰＳ受信の候補から外す。そして、図８に示すように候補２と候補３だったＧＰＳ＿２とＧＰＳ＿１３をそれぞれ候補１と候補２へと、候補の順位を上げる。

図１０は、ＲＴＣ時刻と比べて２つ以上のＧＰＳ衛星の時刻が許容範囲を超えた場合を説明するものである。ＧＰＳ信号をＡＭ８：５６に受信する時、時刻補正量の許容範囲が±２秒で、候補１のＧＰＳ＿４によるＧＰＳ時刻が５秒進んでいたなら、時刻補正量が補正量許容範囲を超えているので候補１によるＧＰＳ時刻は採用せず、続けて候補２のＧＰＳ＿２を受信する。候補２のＧＰＳ＿２によるＧＰＳ時刻も５秒進んでおり、候補１と候補２の２つ以上のＧＰＳ衛星の時刻が許容範囲を超えている。この場合は、ＲＴＣ時刻が何らかの影響で間違った時刻を計時していると見なして、候補２のＧＰＳ時刻でＲＴＣ時刻を補正する。候補１のＧＰＳ＿４と候補２のＧＰＳ＿２は、共に次回の受信候補にも有効であると判断し、BlackListの対象は無しとし、図７に示す受信候補の順位となる。

図９で説明したケースは、候補１のＧＰＳ＿４をメンテナンス中と判断してＢｌａｃｋＬｉｓｔに入れ、ＧＰＳ受信の候補から外したものである。しかし、大きくシフトしたＧＰＳ時刻は、もしかするとＧＰＳ受信処理の途中でノイズが入り込んで誤ったＧＰＳ時刻を算出した可能性も考えられる。そのため、候補１の衛星を受信して算出した時刻補正量が補正量許容範囲を超えていたときは、再度候補１の衛星から時刻情報を抽出してＧＰＳ時刻を再確認するのが望ましい。それでも時刻補正量が補正量許容範囲を超えていたときは、候補１のＧＰＳ＿４をメンテナンス中と判断してＢｌａｃｋＬｉｓｔに入れ、次の候補２の衛星を受信する事により、間違いのない確実な時刻補正が可能となる。

＜まとめ＞
以上に示したように、本発明によれば、信号強度が強い衛星番号から優先的に受信することで、受信処理に要する時間が短くなる事により電力の消費を少なくできる。更に、ＧＰＳ時刻による時刻の補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きい時に２種類以上のＧＰＳ衛星の航法メッセージデータを受信する事で、ＧＰＳ衛星が保守点検に入ってＧＰＳ時刻がシフトしたのか、あるいはＲＴＣ時刻が何らかの原因でシフトしたのかが判断できる。

また、衛星の健康情報を受信しなくても、たとえ保守点検中の衛星信号を受信した場合でも、受信して得たＧＰＳ時刻をＲＴＣ時刻に反映させる前に２つ以上のＧＰＳ衛星によるＧＰＳ時刻を事前確認することで、より信頼性の高い高精度な時刻補正のできるＧＰＳ計時装置を実現することができる。

１０１本発明によるＧＰＳ計時装置全体
１０２アンテナ
１０３ＲＦ手段
１０４組合わせ復調手段
１０５現在時刻算出手段
１０６ＲＴＣ手段
１０７時刻表示手段
１０８制御手段
１０９信号強度検出手段
１１０補正量比較手段
２０１受信時刻判定工程
２０２ＧＰＳ信号受信工程
２０３信号強度検出工程
２０４現在時刻算出工程
２０５時刻補正量算出工程
２０６補正量比較工程
２０７ BlackList判定工程
２０８衛星候補判定工程
２０９ＲＴＣ時刻修正工程
２１０時刻表示工程
３０１従来のＧＰＳ計時装置全体
３０２アンテナ
３０３ＲＦ手段
３０４組合わせ復調手段
３０５現在時刻算出手段
３０６ＲＴＣ手段
３０７時刻表示手段
３０８制御手段
４０１受信時刻判定工程
４０２ＧＰＳ信号受信工程
４０３現在時刻算出工程
４０４ＲＴＣ時刻修正工程
４０５時刻表示工程

Claims

複数の位置情報衛星から電波を受信するＲＦ手段、特定の衛星をサーチして航法メッセージデータを復調する組み合わせ復調手段、航法メッセージデータから時刻情報を抽出しローカル時刻を算出するローカル時刻算出手段、内部時計の時刻を計時するＲＴＣ手段、ＲＴＣ手段による内部時刻を表示する時刻表示手段、前記すべての手段を制御する制御手段を有する時計であり、組み合わせ復調手段から受信する信号の強度を検出する信号強度検出手段を有し、信号強度に従って衛星受信の候補を順位付けると共に、現在時刻算出手段により得られたＧＰＳ時刻からＲＴＣ手段によるＲＴＣ時刻の補正量を算出し、特定の補正量許容範囲と比較する補正量比較手段を有し、時刻の補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きい時に２種類以上の衛星の航法メッセージデータを受信してＲＴＣ時刻を補正する事を特徴とするＧＰＳ計時装置。
第１候補に順位付けられた衛星で得たＧＰＳ時刻による時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きい時に、引き続き第２候補の衛星を受信してＲＴＣ時刻の補正量を算出し、第２候補の衛星による時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも小さいなら第２候補によるＧＰＳ時刻でＲＴＣ時刻を補正すると共に、時刻補正量が大きかった第１候補の衛星を衛星受信の候補から外し、第２候補の衛星を第１候補にする事を特徴とする、請求項１に記載のＧＰＳ計時装置。
第１候補に順位付けられた衛星で得たＧＰＳ時刻による時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きい時に、引き続き第２候補の衛星を受信してＲＴＣ時刻の補正量を算出し、第２候補の衛星による時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きくて、第１候補の衛星による時刻補正量と同じなら、第１候補あるいは第２候補によるＧＰＳ時刻でＲＴＣ時刻を補正する事を特徴とする、請求項１に記載のＧＰＳ計時装置。
定期的にＧＰＳ信号を受信する事により内部時刻を補正する補正方法であり、内部時計がＧＰＳ信号を受信する予定の時刻になった事を判定する工程と、ＧＰＳ信号の受信工程と、ＧＰＳ信号の時刻情報から現在時刻を算出する工程と、正確なＧＰＳ時刻とＲＴＣによる内部時計の時刻との差から時刻補正量を算出する工程があり、さらにＧＰＳ信号の信号強度を判定する工程により信号強度に従って衛星受信の候補を順位付ける工程と、時刻補正量と特定の補正量許容範囲を比較する補正量比較工程を有し、時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きい時に２種類以上の衛星の航法メッセージデータを受信してＲＴＣ時刻を補正する工程を有するＧＰＳ計時方法。
第１候補に順位付けられた衛星で得たＧＰＳ時刻による時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きい時に、引き続き第２候補の衛星を受信してＲＴＣ時刻の補正量を算出し、第２候補の衛星による時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも小さいなら第２候補によるＧＰＳ時刻でＲＴＣ時刻を補正すると共に、時刻補正量が大きかった第１候補の衛星を衛星受信の候補から外し、第２候補の衛星を第１候補にする事を特徴とする、請求項４に記載のＧＰＳ計時方法。
第１候補に順位付けられた衛星で得たＧＰＳ時刻による時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きい時に、引き続き第２候補の衛星を受信してＲＴＣ時刻の補正量を算出し、第２候補の衛星による時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きくて、第１候補の衛星による時刻補正量と同じなら、第１候補あるいは第２候補によるＧＰＳ時刻でＲＴＣ時刻を補正する事を特徴とする、請求項４に記載のＧＰＳ計時方法。