JP2017009333A - 衛星電波受信装置、電子時計、日時情報取得方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
衛星からの電波を受信して復調した信号の各受信符号を同定する受信手段と、
前記受信符号の受信タイミングとして取得された現在日時に対して設定される最大ずれ幅内での受信が想定される想定符号と、前記同定された受信符号とを照合し、照合結果に係る情報を前記現在日時からのずれ量と対応付けて取得する照合手段と、
複数の前記受信符号に対する前記照合結果が所定の合致条件を満たす前記ずれ量を検出するずれ量検出手段と、
検出された前記所定の合致条件を満たすずれ量に基づいて日時情報を取得する日時取得手段と、
を備えることを特徴とする衛星電波受信装置である。
図1は、本発明の衛星電波受信装置及び電子時計の実施形態である電子時計1の機能構成を示すブロック図である。
電子時計1は、ホストCPU41(Central Processing Unit)(日時修正手段)と、ROM42(Read Only Memory)と、RAM43(Random Access Memory)と、発振回路44と、分周回路45と、計時手段としての計時回路46と、表示手段としての表示部47と、表示ドライバ48と、操作部49と、電源部50と、衛星電波受信装置としての衛星電波受信処理部60と、アンテナANなどを備える。
表示ドライバ48は、表示画面の種別に応じた駆動信号をホストCPU41からの制御信号に基づいて表示部47に出力して、表示画面上に表示を行わせる。
或いは、表示部47の表示画面に重ねてタッチセンサが設けられ、当該タッチセンサによるユーザの接触動作に係る接触位置や接触態様の検出に応じた操作信号を出力するタッチパネルとして表示画面を機能させることで、表示部47と操作部49とが一体的に設けられても良い。
記憶部63は、GPS測位に係る各種設定データや測位及び日時情報取得の履歴を記憶する。記憶部63には、フラッシュメモリやEEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)などの各種不揮発性メモリが用いられる。記憶部63に記憶されるデータには、各測位衛星の精密軌道情報(エフェメリス)、予測軌道情報(アルマナック)や前回の測位日時及び位置が含まれる。また、記憶部63には、世界各地のタイムゾーンや夏時間の実施情報に係るデータが時差テーブルとして記憶されている。測位が行われると、この時差テーブルが参照されて、得られた現在位置における標準時間での協定世界時(UTC)からの時差や夏時間実施情報などの地方時情報が特定される。
また、記憶部63には、測位を行ってこの地方時情報を特定するためのプログラムや、日時情報を受信して取得するためのプログラム631が記憶されており、モジュールCPU61により読み出されて実行される。
捕捉追尾部66は、RF部64で得られた中間周波数信号に対して各測位衛星の各位相でのC/Aコードとの間で各々相関値を算出してそのピークを特定することで、受信されている測位衛星からの信号とその位相を同定する。また、捕捉追尾部66は、同定された測位衛星のC/Aコードとその位相により当該測位衛星からの航法メッセージに係る符号列を継続的に取得するために、ベースバンド変換部65に対して位相情報のフィードバックなどを行い、受信電波を復調して各符号(受信符号)を同定する。
これらRF部64、ベースバンド変換部65及び捕捉追尾部66により受信手段が構成される。
GNSSでは、複数の測位衛星を複数の軌道上に分散配置させ、地上の各地点から同時に複数の異なる測位衛星の送信電波を受信可能とすることで、当該受信可能な測位衛星から送信されている当該測位衛星の現在位置に係る情報や日時情報を4機以上の測位衛星(地表面であるとの仮定の上では3機)から取得することで、これらの取得データと、取得タイミングのずれ、即ち、各測位衛星からの伝播時間(距離)の差と、に基づいて三次元空間における位置座標及び日時を決定することが出来る。また、1機の測位衛星からの日時情報が取得されることで、当該測位衛星からの伝播時間の誤差範囲(100msec未満程度)で現在日時を取得することが出来る。
GPSでは、各GPS衛星からそれぞれ30秒単位のフレームデータが合計25ページ送信されることで、12.5分周期で全てのデータが出力されている。GPSでは、GPS衛星ごとに固有のC/Aコードが用いられており、このC/Aコードは、1.023MHzで1023個の符号(チップ)が配列されて1msec周期で繰り返されている。このチップの先頭は、GPS衛星の内部時計と同期しているので、GPS衛星ごとにこの位相のずれを検出することで、伝播時間、即ち、GPS衛星から現在位置までの距離に応じた位相ずれ(疑似距離、距離指標値)が検出される。
上述したように、電子時計1で計数されている日時(現在日時)のずれ量がサブフレームの長さ(6秒)と比較して短ければ、当該サブフレームやその前後のサブフレームにおいて送信されるTOW−Count、サブフレームIDや、サブフレーム1におけるWNは、当該日時に基づいて想定され得る。本実施形態の電子時計1では、このような想定可能な符号を用いて予め想定符号列を生成しておき、受信された符号(受信符号)と、各想定符号とを順次比較照合することで、受信符号と想定符号とが一致し続けるずれ量に基づいて当該想定符号列に応じた正確な日時に係る情報(日時情報)を取得する。また、このようにサブフレームごとに変化する符号が想定符号列に含まれることで、万が一計時回路46の計数する日時が後述のように見積もられた範囲よりも大きくずれていた場合に、誤って一致判定されることを防ぐことが出来る。
同様に、アルマナックデータなどの測位衛星の軌道に係るデータが取得されていて、次の更新までの時間が経過していない場合には、当該軌道に係るデータも想定符号列に含めることが出来る。
図3(a)に示すように、前回の計時回路46の日時修正から4日(96時間)が経過した後に、UTC時刻におけるある時分の02秒に受信を開始する場合、正確な日時tcは、00秒から04秒の間と推測される。この時刻は、UTC日時とGPS日時との差が17秒の場合、GPS日時で17秒から21秒の間となる。更に、受信開始からGPS衛星からの電波が捕捉されて符号の取得が開始されるまでに2秒を要する場合、符号の取得開始は、GPS日時で19秒から23秒の間となる。この場合、生成される想定符号列は、GPS日時で19秒から23秒を含み、更に、最も遅い23秒から1サブフレーム分にあたる6秒間(送信周期)経過した29秒まで含ませることが出来る。また、想定符号列の生成後、19秒より前の符号は不要であるので、19秒の符号を先頭とする想定符号列のみ記憶保持させることが出来る。
この出現確率の基準値は、予め設定されていても良いし、操作部49へのユーザの設定入力操作に基づいて直接又は間接的に(例えば、「厳しく」、「普通」、「緩く」などの表現に対応付けられて各々異なる基準値が設定されても良い)設定可能であっても良い。
この日時取得処理は、ユーザによる操作部49への実行命令の入力操作が検出されるか、又は予め定められた受信時刻や受信タイミングなどの条件が満たされた場合に起動される。
この日時情報受信処理は、ホストCPU41により衛星電波受信処理部60が起動され、ホストCPU41からステップS102の処理で出力された取得対象情報が日時情報である場合に起動される。
これにより、電波の受信中に復号して日時情報を取得する動作が不要になるので、受信中の処理が簡素化されて負荷を分散させ、ピークを抑えることが出来る。また、受信開始から速やかに正確な日時情報を取得することが出来る。
このように、想定符号列に含まれる照合不能な符号に対しては、単に照合をスキップするだけで良いので、単純なループ処理で正確な日時に対応するずれ量を検出することが出来る。また、最大ずれ幅内のずれ量に対して並列に照合が行われるので、受信開始タイミングの影響を受けづらくなる。
この基準値が電子時計に要求される精度や製品寿命と、誤同定の発生頻度との対応関係に応じて定められることで、電子時計1を要求精度の範囲で容易且つ適切に正確な日時表示に保つことが出来る。
従って、電力消費に係る制限の厳しい電子時計1、特に、腕時計などの軽量で携帯される電子時計において、負荷を抑えつつ適切な消費電力と所要時間で正確な日時を取得することが出来る。
次に、電子時計1で実行される日時情報受信処理の変形例について説明する。
本変形例の日時情報受信処理では、想定符号列と受信符号列との照合の際に、完全一致だけではなく、少数のエラーを含む不完全一致であっても、誤同定の確率が十分に抑えられる範囲で信頼性OKとすることで、測位衛星からの電波の受信強度が低く、S/N比(SNR)が低い場合であっても日時情報を取得可能とする。
なお、不一致数の最小値と合致数の最大値とは、確率上等価である。従って、後述のように、最大の合致数に係る出現確率と二番目に大きい合致数に係る出現確率とに基づいて行われる処理は、上述の処理と違いがなく、同じ結果が得られる。
このパターン照合処理は、図6に示した上記実施形態のパターン照合処理に対してステップS805、S806aの処理が追加され、ステップS807の処理がステップS807aの処理に置き換えられた点を除き同一であり、同一の処理内容については詳しい説明を省略する。
なお、本変形例では、ステップS905の処理に係る信頼性NGの加算値Eb(i)及び対応する照合数N(i)がリセットされないので、次回以降の信頼性判定処理におけるステップS901の処理で再度同一の加算値Eb(i)が最大値Ebmaxとして抽出され得る。即ち、正確な位相に対応する加算値Eb(i)は、この最大値Ebmaxの値を超える必要があるので、事実上、基準合致数Ethが初期値(ここでは27)より大きく変更されたのと同等になる。
従って、受信状況が良い場合には、完全一致の検出で速やかに日時情報を取得することが出来、受信状況があまり良くない場合には、不完全の一致であっても確率的に誤同定の可能性が十分低ければ日時の取得を可能とすることで、適切な判定基準に応じた受信時間や電力消費量での正確な日時情報の取得が可能となる。
即ち、当初は受信状況が良かったが、途中でビルの陰などで急激に状況が悪くなった又は一時的に状況が悪くなった場合などで、完全一致での検出が適切ではない場合などに、不必要に受信時間を延長して同じ判定条件で判定しようとせずに柔軟に判定条件を変更することで、効率良く正確な日時を取得することが出来る。
従って、誤同定を生じやすい受信符号列が実際に存在する場合でも、当該誤同定を生じやすい受信符号列と正しい受信符号列との混同を確実に避けて、正確な日時情報を取得することが出来る。
例えば、上記実施の形態では、何れかのタイミングで信頼性OKが出るまで現在日時から最大ずれ幅の範囲内で全て照合を行わせることとしたが、不一致数と一致数がほぼ等しい場合など、明らかに異なるずれ量のものについては、中途で照合を中止させても良い。
その他、上記実施の形態で示した具体的な構成、動作の内容や手順などは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
<請求項1>
衛星からの電波を受信して復調した信号の各受信符号を同定する受信手段と、
前記受信符号の受信タイミングとして取得された現在日時に対して設定される最大ずれ幅内での受信が想定される想定符号と、前記同定された受信符号とを照合し、照合結果に係る情報を前記現在日時からのずれ量と対応付けて取得する照合手段と、
複数の前記受信符号に対する前記照合結果が所定の合致条件を満たす前記ずれ量を検出するずれ量検出手段と、
検出された前記所定の合致条件を満たすずれ量に基づいて日時情報を取得する日時取得手段と、
を備えることを特徴とする衛星電波受信装置。
<請求項2>
前記最大ずれ幅内の想定符号を含む想定符号列と、当該想定符号列内において前記想定符号と想定されなかった符号とを識別する識別情報とを生成する想定符号列生成手段を備え、
前記照合手段は、前記識別情報に基づいて前記想定符号と受信符号とを照合する
ことを特徴とする請求項1記載の衛星電波受信装置。
<請求項3>
前記照合手段は、前記受信手段により一の受信符号が新たに同定されるごとに、前記一の受信符号の受信日時に対する前記最大ずれ幅内の前記想定符号と、当該一の受信符号とを照合することを特徴とする請求項1又は2記載の衛星電波受信装置。
<請求項4>
前記現在日時を計数する計時手段の当該現在日時が直近に修正されてからの経過時間に基づいて前記最大ずれ幅を設定する最大ずれ幅設定手段を備えることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の衛星電波受信装置。
<請求項5>
前記所定の合致条件は、同一のずれ量に係る想定符号と前記受信符号との間での照合回数に対する不一致符号数が所定の不一致許容条件を満たすこととされることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の衛星電波受信装置。
<請求項6>
前記所定の合致条件は、同一のずれ量に係る想定符号と前記受信符号との間での照合において、所定の基準照合回数以上連続して合致することであることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の衛星電波受信装置。
<請求項7>
前記所定の基準照合回数は、当該基準照合回数連続して前記想定符号と合致する符号が出現する合致確率が、予め定められた基準値未満となるように定められることを特徴とする請求項6記載の衛星電波受信装置。
<請求項8>
前記合致確率は、一回の照合当たり1/2であるとして求められることを特徴とする請求項7記載の衛星電波受信装置。
<請求項9>
前記受信手段は、所定のタイミングで前記衛星からの電波の受信強度に係る信号指標値を取得し、
前記ずれ量検出手段は、当該信号指標値に応じて前記所定の合致条件を変更することを特徴とする請求項1〜8の何れか一項に記載の衛星電波受信装置。
<請求項10>
前記ずれ量検出手段は、前記信号指標値が所定の強度基準値以上に良好な値の場合には、同一のずれ量に係る想定符号と前記受信符号との間での照合において、所定の基準照合回数以上連続して合致することを前記所定の合致条件とし、
前記信号指標値が前記所定の強度基準値よりも良好ではない値の場合には、同一のずれ量に係る想定符号と前記受信符号との間での照合回数に対する不一致符号数が所定の不一致許容条件を満たすことを前記所定の条件とする
ことを特徴とする請求項9記載の衛星電波受信装置。
<請求項11>
前記信号指標値は、S/N比であることを特徴とする請求項9又は10記載の衛星電波受信装置。
<請求項12>
前記照合手段は、所定の上限照合時間以内に前記所定の合致条件を満たすずれ量が検出されなかった場合には、当該所定の合致条件を変更することを特徴とする請求項1〜11の何れか一項に記載の衛星電波受信装置。
<請求項13>
前記所定の不一致許容条件は、前記最大ずれ幅内の前記ずれ量ごとに所定回数ずつ実施された照合において、最も小さい不一致符号数の出現確率が、二番目に小さい不一致符号数の出現確率に比して所定の割合以下となることであることを特徴とする請求項5又は10記載の衛星電波受信装置。
<請求項14>
前記出現確率は、全ての符号において二値がそれぞれ1/2の確率で出現するものとして求められることを特徴とする請求項13記載の衛星電波受信装置。
<請求項15>
前記所定の不一致許容条件を満たすか否かの判別は、前記衛星に応じた信号送信フォーマットに従って送信される符号列に係る所定の送信周期ごとに行われることを特徴とする請求項5、10、13、14の何れか一項に記載の衛星電波受信装置。
<請求項16>
請求項1〜15の何れか一項に記載の衛星電波受信装置と、
現在日時を計数する計時手段と、
前記日時取得手段により取得された日時により前記計時手段の計数する日時を修正する日時修正手段と、
前記計時手段により計数された日時を表示する表示手段と、
を備えることを特徴とする電子時計。
<請求項17>
衛星からの電波を受信して復調した信号の各受信符号を同定する受信手段を備える衛星電波受信装置の日時情報取得方法であって、
前記受信符号の受信タイミングとして取得された現在日時に対して見積もられる最大ずれ幅内での受信が想定される想定符号と、前記同定された受信符号とを照合し、照合結果に係る情報を前記現在日時からのずれ量と対応付けて取得する照合ステップ、
複数の前記受信符号に対する前記照合結果が所定の合致条件を満たす前記ずれ量を検出するずれ量検出ステップ、
検出された前記ずれ量に基づいて日時情報を取得する日時取得ステップ、
を含むことを特徴とする日時情報取得方法。
<請求項18>
衛星からの電波を受信して復調した信号の各受信符号を同定する受信手段を備える衛星電波受信装置のコンピュータを、
前記受信符号の受信タイミングとして取得された現在日時に対して見積もられる最大ずれ幅内での受信が想定される想定符号と、前記同定された受信符号とを照合し、照合結果に係る情報を前記現在日時からのずれ量と対応付けて取得する照合手段、
複数の前記受信符号に対する前記照合結果が所定の合致条件を満たす前記ずれ量を検出するずれ量検出手段、
検出された前記ずれ量に基づいて日時情報を取得する日時取得手段、
として機能させることを特徴とするプログラム。
41 ホストCPU
42 ROM
43 RAM
44 発振回路
45 分周回路
46 計時回路
47 表示部
48 表示ドライバ
49 操作部
50 電源部
60 衛星電波受信処理部
61 モジュールCPU
62 メモリ
63 記憶部
64 RF部
65 ベースバンド変換部
66 捕捉追尾部
421 プログラム
631 プログラム
AN アンテナ
Claims (18)
- 衛星からの電波を受信して復調した信号の各受信符号を同定する受信手段と、
前記受信符号の受信タイミングとして取得された現在日時に対して設定される最大ずれ幅内での受信が想定される想定符号と、前記同定された受信符号とを照合し、照合結果に係る情報を前記現在日時からのずれ量と対応付けて取得する照合手段と、
複数の前記受信符号に対する前記照合結果が所定の合致条件を満たす前記ずれ量を検出するずれ量検出手段と、
検出された前記所定の合致条件を満たすずれ量に基づいて日時情報を取得する日時取得手段と、
を備えることを特徴とする衛星電波受信装置。 - 前記最大ずれ幅内の想定符号を含む想定符号列と、当該想定符号列内において前記想定符号と想定されなかった符号とを識別する識別情報とを生成する想定符号列生成手段を備え、
前記照合手段は、前記識別情報に基づいて前記想定符号と受信符号とを照合する
ことを特徴とする請求項1記載の衛星電波受信装置。 - 前記照合手段は、前記受信手段により一の受信符号が新たに同定されるごとに、前記一の受信符号の受信日時に対する前記最大ずれ幅内の前記想定符号と、当該一の受信符号とを照合することを特徴とする請求項1又は2記載の衛星電波受信装置。
- 前記現在日時を計数する計時手段の当該現在日時が直近に修正されてからの経過時間に基づいて前記最大ずれ幅を設定する最大ずれ幅設定手段を備えることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の衛星電波受信装置。
- 前記所定の合致条件は、同一のずれ量に係る想定符号と前記受信符号との間での照合回数に対する不一致符号数が所定の不一致許容条件を満たすこととされることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の衛星電波受信装置。
- 前記所定の合致条件は、同一のずれ量に係る想定符号と前記受信符号との間での照合において、所定の基準照合回数以上連続して合致することであることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の衛星電波受信装置。
- 前記所定の基準照合回数は、当該基準照合回数連続して前記想定符号と合致する符号が出現する合致確率が、予め定められた基準値未満となるように定められることを特徴とする請求項6記載の衛星電波受信装置。
- 前記合致確率は、一回の照合当たり1/2であるとして求められることを特徴とする請求項7記載の衛星電波受信装置。
- 前記受信手段は、所定のタイミングで前記衛星からの電波の受信強度に係る信号指標値を取得し、
前記ずれ量検出手段は、当該信号指標値に応じて前記所定の合致条件を変更することを特徴とする請求項1〜8の何れか一項に記載の衛星電波受信装置。 - 前記ずれ量検出手段は、前記信号指標値が所定の強度基準値以上に良好な値の場合には、同一のずれ量に係る想定符号と前記受信符号との間での照合において、所定の基準照合回数以上連続して合致することを前記所定の合致条件とし、
前記信号指標値が前記所定の強度基準値よりも良好ではない値の場合には、同一のずれ量に係る想定符号と前記受信符号との間での照合回数に対する不一致符号数が所定の不一致許容条件を満たすことを前記所定の条件とする
ことを特徴とする請求項9記載の衛星電波受信装置。 - 前記信号指標値は、S/N比であることを特徴とする請求項9又は10記載の衛星電波受信装置。
- 前記照合手段は、所定の上限照合時間以内に前記所定の合致条件を満たすずれ量が検出されなかった場合には、当該所定の合致条件を変更することを特徴とする請求項1〜11の何れか一項に記載の衛星電波受信装置。
- 前記所定の不一致許容条件は、前記最大ずれ幅内の前記ずれ量ごとに所定回数ずつ実施された照合において、最も小さい不一致符号数の出現確率が、二番目に小さい不一致符号数の出現確率に比して所定の割合以下となることであることを特徴とする請求項5又は10記載の衛星電波受信装置。
- 前記出現確率は、全ての符号において二値がそれぞれ1/2の確率で出現するものとして求められることを特徴とする請求項13記載の衛星電波受信装置。
- 前記所定の不一致許容条件を満たすか否かの判別は、前記衛星に応じた信号送信フォーマットに従って送信される符号列に係る所定の送信周期ごとに行われることを特徴とする請求項5、10、13、14の何れか一項に記載の衛星電波受信装置。
- 請求項1〜15の何れか一項に記載の衛星電波受信装置と、
現在日時を計数する計時手段と、
前記日時取得手段により取得された日時により前記計時手段の計数する日時を修正する日時修正手段と、
前記計時手段により計数された日時を表示する表示手段と、
を備えることを特徴とする電子時計。 - 衛星からの電波を受信して復調した信号の各受信符号を同定する受信手段を備える衛星電波受信装置の日時情報取得方法であって、
前記受信符号の受信タイミングとして取得された現在日時に対して見積もられる最大ずれ幅内での受信が想定される想定符号と、前記同定された受信符号とを照合し、照合結果に係る情報を前記現在日時からのずれ量と対応付けて取得する照合ステップ、
複数の前記受信符号に対する前記照合結果が所定の合致条件を満たす前記ずれ量を検出するずれ量検出ステップ、
検出された前記ずれ量に基づいて日時情報を取得する日時取得ステップ、
を含むことを特徴とする日時情報取得方法。 - 衛星からの電波を受信して復調した信号の各受信符号を同定する受信手段を備える衛星電波受信装置のコンピュータを、
前記受信符号の受信タイミングとして取得された現在日時に対して見積もられる最大ずれ幅内での受信が想定される想定符号と、前記同定された受信符号とを照合し、照合結果に係る情報を前記現在日時からのずれ量と対応付けて取得する照合手段、
複数の前記受信符号に対する前記照合結果が所定の合致条件を満たす前記ずれ量を検出するずれ量検出手段、
検出された前記ずれ量に基づいて日時情報を取得する日時取得手段、
として機能させることを特徴とするプログラム。
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