JP4276113B2 - 標準電波受信時刻装置及びタイムコード信号の復号化方法 - Google Patents

Description

本発明は、標準電波を受信して時刻の校正を行う標準電波受信時刻装置（以下、単に“電波時計”と称する）、及び標準電波に重畳されたタイムコード信号の復号化方法に関する。

日本標準時を示すタイムコード信号は、独立法人通信総合研究所が運営管理を行っている九州長波局と福島長波局の国内２箇所の送信所から長波電波によって常時送信されている。以下、かかる長波電波のことを“標準電波”と称する。現在運用されている標準電波は、その搬送波の周波数が４０ｋＨｚと６０ｋＨｚの２波があり、上記２箇所の送信所の各々から異なる搬送波周波数の標準電波が送信されている。

標準電波の搬送波は、所定フォーマットのデジタルコードに変換された日本標準時のタイムコード信号のパルス列によって振幅変調が施されている。因みに、日本標準時を示すタイムコード信号のパルス列は、６０ビット／分の１フレームによって構成されており、かかる１フレーム内に、年月日及び時分などの暦及び時刻情報が含まれる。なお、同タイムコード信号のパルス列のビットレートは、１ビット／秒と定められている。

タイムコード信号には上記の時刻情報がＢＣＤコードによって符号化されており、かかるＢＣＤコードの各桁は、“０”と“１”によるバイナリ符号の組合せによって表現される。また、タイムコード信号には各時刻情報の仕切を示すための同期信号として“マーカー符号”が含まれる。それ故、これらのバイナリ符号やマーカー符号等の各符号を識別すべく、タイムコード信号を構成するパルス列において各符号に相当するパルス波形の形状を次のように定めている。なお、以下の記載において、“Ｈ”はパルス波形のハイレベルを表すものであり、“Ｌ”はそのロウレベルを表すものとする。

マーカー符号パルス ： ０．２秒の“Ｈ”と０．８秒の“Ｌ”
バイナリ“１”符号パルス： ０．５秒の“Ｈ”と０．５秒の“Ｌ”
バイナリ“０”符号パルス： ０．８秒の“Ｈ”と０．２秒の“Ｌ”
なお、タイムコード信号に含まれるパルスのビットレートは、前述の如く、１ビット／秒であるので、上記各符号の時間幅は、全て“Ｈ区間＋Ｌ区間＝１秒”であることに変わりはない。

電波時計は、かかる標準電波を受信してこれに重畳されたタイムコード信号を復号再生し、日本標準時に同期した正確な時刻情報を表示することを目的とする。それ故、上記のタイムコード信号に含まれる各符号パルスを忠実に復号する必要がある。電波時計ではかかる必要から、例えば、水晶振動子を用いた発振回路を内蔵してタイムコード信号の復号を高精度で行っている。

しかしながら、実際の標準電波の受信においては、空電ノイズ或いは車や家電製品等の機器からの発生ノイズによって受信電波にノイズ信号が重畳され、タイムコード信号に含まれる符号パルスの立ち上がり起点を検出するビット同期が不正確になるおそれがある。また、電波時計やその受信アンテナの設置環境によって電波の受信状態が悪化して受信再生されたタイムコード信号のパルス波形に歪みが生じる場合もある。

従来、このような受信障害対策として特許文献１に記載されるような技術が開示されている。しかし、従来技術では、例えば、標準電波に基づいて生成されたタイムコード信号パルスの積分値を所定時間毎にサンプリングして符号の識別を行う等の追加処理によって、その演算が複雑となり計算量が増大する傾向があった。このため、障害対策を施した電波時計では処理能力の大きなマイコンが必要となり、さらに、増大した演算処理を高速クロックで動作させる必要から、製品コストの上昇並びに消費電力の増大を招いていた。
特開２００３−２１５２７７号公報

本発明は、このような問題を解決するために為されたものであって、ノイズの混入や電波受信状況の劣化にも関わらずタイムコード信号を正確に復号可能であり、かつ演算処理の簡易な電波時計及びタイムコード信号の復号化方法を提供する。

請求項１に記載の発明は、標準電波から得られ、かつ各々がそのパルス幅によってコードを表すパルス列からなるパルス信号であるタイムコード信号を復号する標準電波受信時刻装置であって、前記タイムコード信号をサンプリング区間毎にサンプリングして複数のサンプリングデータを生成するサンプリング手段と、前記サンプリングデータによって前記パルス信号中の各パルスを抽出して得られる抽出パルスのパルス幅と各々が前記コードを示す複数のパルス幅との間のそれぞれの相関値を算出する相関演算手段と、前記相関値のうちの最も高い相関を示す相関値に対応するコードを前記抽出パルスに対する１つのコードと判定する判定手段と、を含むことを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、標準電波から、各々がそのパルス幅によってコードを表すパルス列からなるパルス信号であるタイムコード信号を復号するタイムコード信号の復号化方法であって、前記タイムコード信号をサンプリング区間毎にサンプリングして複数のサンプリングデータを生成するサンプリングステップと、前記サンプリングデータによって前記パルス信号中の各パルスを抽出して得られる抽出パルスのパルス幅と各々が前記コードを示す複数のパルス幅との間のそれぞれの相関値を算出する相関演算ステップと、前記相関値のうちの最も高い相関を示す相関値に対応するコードを前記抽出パルスに対する１つのコードと判定する判定ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明による電波時計及びタイムコード復号化方法の第１の実施例について、図１に示すブロック図に基づいて説明を行う。なお、本実施例は、タイムコード信号に含まれる符号パルスの正確なビット同期を実現することを目的とする。

本実施例に基づく電波時計１０は、図１に示される如く、主に、アンテナ２０、高周波回路３０、及び主処理回路４０から構成されている。また、主処理回路４０には、ビットデコード回路４１、フレームデコード回路４２、表示回路４３、マイクロプロセッサ４４、及びメモリ回路４５等の諸回路が含まれている。なお、電波時計１０にはこの他にも、例えば、電源回路や操作入力回路などの諸回路が含まれるが、これらの回路は本発明の実施に直接の関係がないのでその記載並びに説明は省略する。

次に、電波時計１０の各構成要素及びその動作について説明する。アンテナ２０は、例えば、ループアンテナなどの長波電波受信アンテナであって、標準電波を受信してこれを高周波回路３０に供給する。高周波回路３０は、かかる受信電波を増幅・検波して標準電波に重畳されたタイムコード信号（ＴＣ−ｓｉｇ）を抽出して同信号を主処理回路４０に供給する。ここで、タイムコード信号（ＴＣ−ｓｉｇ）を構成する時系列パルスの一例を図２に示す。同図において、（ａ）区間は、０．８秒の“Ｈ”と０．２秒の“Ｌ”から構成されているので、前述の如く、バイナリ“０”の符号を表すパルスである。同様に、（ｂ）区間は、０．５秒の“Ｈ”と０．５秒の“Ｌ”から成りバイナリ“１”符号のパルスを表し、（ｃ）区間は、０．２秒の“Ｈ”と０．８秒の“Ｌ”から成るマーカー符号のパルスを表している。

ビットデコード回路４１は、タイムコード信号のパルス列に含まれるパルスを判定してそれぞれをバイナリ“０”、バイナリ“１”、或いはマーカーの各符号に復号する。次段のフレームデコード回路４２は、これらの復号された各符号を基にして、タイムコード信号に含まれる年月日及び時分等の時刻情報を復元する。そして、表示回路４３は、かかる復元された時刻情報を、例えば、ＬＥＤや液晶ディスプレイ等の表示素子を用いて表示するものである。

マイクロプロセッサ４４は、例えば、１６ビットや３２ビット等のマイクロプロセッサ及びその周辺回路から構成され、主処理回路４０に含まれる各構成要素を統括制御する回路であり、上記の各回路とバスラインによって接続されている。また、メモリ回路４５は、例えば、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶素子（図示せず）から構成されている。なお、ＲＯＭにはマイクロプロセッサ４４が実行する各種ソフトウェア処理を規定したプログラムが記憶されており、ＲＡＭにはこれらのソフトウェア処理において演算に供される各種のデータが記憶保持される。なお、本実施例に基づくタイムコード信号の復号化処理は、マイクロプロセッサ４４の制御の下で、主に、ビットデコード回路４１においてなされるものである。

次に、本実施例によるタイムコード信号の復号化処理について説明する。先ず、ビットデコード回路４１は、所定の起点位置を基準として高周波回路３０から供給されるタイムコード信号のサンプリングを開始する。かかる起点位置は、例えば、最初に受信した標準電波の立ち上がりから算出しても良いし、或いは、標準電波に含まれる特殊呼出符号等を同期信号に利用して算出するようにしても良い。なお、起点位置算出に利用した受信電波は放棄するものとする。

本実施例ではタイムコード信号のサンプリング周期を５０ミリ秒とし、２０ビット／秒の割合でサンプリングを行っている。そして、サンプリングデータをメモリ回路４５に逐次記憶すると共に、サンプリングデータを１秒毎に区切って２０サンプルから成るサンプリングデータ群を１つのデータブロックとして纏める。なお、本実施例では、かかるデータブロックの生成処理を“リスト化”と称する。

ここで、ノイズ混入や波形歪みの影響を受けていないタイムコード信号（以下、“理想ＴＣ信号”と称する）をサンプリングしてリスト化した場合の事例を図３に示す。同図に示されるタイムコード信号に含まれるパルス符号の時系列は、『…→“バイナリ０”→“バイナリ１”→“マーカー”→“バイナリ０”→“バイナリ１”→…』を表しており、５つのサンプリングデータ群についてリスト化を行った場合を示している。なお、サンプリングレートの値、及びリスト化するサンプリングデータ群の数は、本事例に示される数値に限定されるものでない。

理想ＴＣ信号の場合は、ノイズ混入や波形歪みの影響が無いため、バイナリ“０”、バイナリ“１”、及びマーカーの何れの符号においても各パルス波形の立ち上がり位置（以下“ビット同期点”と言う）が一致している。それ故、何れの符号のパルス波形も、かかるビット同期点において、そのレベルが全て“Ｌ”から“Ｈ”に同時に変化する。このビット同期点を明確化すべく、本実施例ではリスト化されたサンプリングデータ群において、各サンプリングポイント毎のデータをその縦方向について加算する。図３において、加算されたサンプリングデータを“理想ＴＣ信号波形加算グラフ”の欄に示す。

因みに、図３に示される加算データは、ビット同期点から０．２秒間（４サンプル分）は、全ての符号の加算値（レベル５）となり、その後０．３秒間（６サンプル分）は、バイナリ“０”とバイナリ“１”の加算値（レベル４）となり、更にその後０．３秒間（６サンプル分）は、バイナリ“０”符号のみを加算値（レベル２）とする階段状のグラフとなる。

理想ＴＣ信号においては、そのパルス列に含まれる符号の構成が異なった場合でも、即ち、タイムコード信号中におけるバイナリ“０”、バイナリ“１”、及びマーカーの符号の分布が異なった場合でも、ビット同期点における階段状グラフの振幅変化に変わりはない。つまり、ビット同期点において、その振幅は最小値０から最大値５に一挙に変化する。それ故、かかる最大変化点を検出することによって、逆にタイムコード信号に含まれる各符号パルスのビット同期点を画定することができ、さらに画定されたビット同期点を基準としてサンプリング起点の修正も可能となる。

次に、本実施例において、ノイズ混入や波形歪みの生じたタイムコード信号（以下、“実ＴＣ信号”と称する）を取り扱った場合の処理を図４に基づいて説明する。図４のタイムコード信号に含まれるパルス符号の時系列は、前述の理想ＴＣ信号の場合と同じく『…→“バイナリ０”→“バイナリ１”→“マーカー”→“バイナリ０”→“バイナリ１”→…』を表している。しかしながら、ノイズの混入や受信状態劣化に伴う波形歪みによって、そのパルス時系列にスパイクやパルス立ち上がり位置のばらつきが生じている。それ故、実ＴＣ信号をリスト化すると理想ＴＣ信号の場合に較べてリスト化波形にばらつきが認められ、かかるリスト化波形から生成された加算グラフも理想ＴＣ信号の場合に較べて歪んだ階段形状になる。

しかし、実ＴＣ信号に含まれる各符号パルスの立ち上がり位置は、本来的に理想ＴＣ信号に含まれる符号と同一であって、かかる立ち上がり位置がノイズ混入や波形歪みによって変動したものである。したがって、ノイズ等の外乱による立ち上がり位置の変動がランダムに生ずるものであると仮定すれば、統計的な解析を待つまでもなく、実ＴＣ信号をリスト化して加算した加算グラフの最大変化点は理想ＴＣ信号の場合と同様になる。

図４において、その加算グラフの形状を解析すれば、階段状グラフは起点から３サンプリング目でレベル０から１となり、４サンプリング目で１から３となって、更に次の５サンプリング目と６サンプリング目でそれぞれ４、５に変化している。つまり、起点から４サンプリング目で加算グラフの最大変化が表れている。したがって、理想ＴＣ信号の場合と同様に加算グラフの最大変化点を検出すれば、それが実ＴＣ信号の場合のビット同期点になる。

以上のように、本実施例は、タイムコード信号のサンプリングデータを１秒周期でリスト化し、リスト化した複数のデータ群をサンプリングポイント毎に加算する。そして、加算結果レベルが最大に変化する上昇エッジを検出してこれをビット同期点として、タイムコード信号に含まれるパルス信号のビット同期を画定させる。

なお、本実施例では、５回のリスト化データ群の加算によってビット同期点の検出を行ったが、加算の回数はかかる事例に限定されるものではなく、加算回数を増加させるほどビット同期点の検出精度を向上させることが可能となる。

次に、本発明による第２の実施例について説明を行う。なお、第２実施例に関する電波時計の構成は第１実施例と同様であるためその構成の記載及び説明は省略する。

本実施例は、ノイズの混入や波形歪みにより各符号の正常なデコードが妨げられる事態を防止することを目的とする。つまり、本実施例の目的は、タイムコード信号に含まれる１ビットの各符号を、バイナリ“０”、バイナリ“１”、若しくはマーカーの各符号に確実にデコードすることである。なお、本実施例を実現する前提として、第１実施例において説明したビット同期方法が実施され、ビット同期の確立されたタイムコード信号のサンプリングデータがリスト化されていることを条件とする。

先ず、本実施例の基本的な概念を図５において説明する。因みに、図５の（ａ）は、タイムコード信号からサンプリングされリスト化が為されたバイナリ“０”のデータを表し、同図（ｂ）は、バイナリ“０”のテンプレートパターン（詳細は後述）を表している。そして、同図（ｃ）は、前記（ａ）、（ｂ）に示される波形を演算処理して導出されたマッチングデータを示している。なお、本実施例ではタイムコード信号のサンプリングデータは、第１実施例によるビット同期が完了されており、ビット同期の起点からデータのサンプリングが開始されているものとする。

図５（ａ）に示されるバイナリ“０”符号のサンプリングデータは、ノイズ混入や波形歪みの影響によって７番目のサンプリング値が“Ｈ”レベルから“Ｌ”レベルに変化してしまった場合を想定している。また、同図（ｂ）に示されるテンプレートパターンは、バイナリ“０”の符号を表すパルス波形（０．８秒間の“Ｈ”レベルと０．２秒間の“Ｌ”レベル）を２０ビット／秒でサンプリングしたビットパターンを示すものである。さらに、図５（ｃ）のマッチングデータは、同図（ａ）のサンプリングデータと、同図（ｂ）のテンプレートパターンが一致したポイントを“１”、一致しなかったポイントを“０”としたものである。つまり、同図（ｃ）のマッチングデータは、サンプリングデータとテンプレートパターンとの排他的論理和の反転値を表すものである。

本実施例では、かかるマッチングデータにおいて“１”となるポイント数の合計をマッチング度と定義して、サンプリングデータとテンプレートパターンとの相関性の強さを示す指標とする。即ち、サンプリングデータがテンプレートパターンに完全に一致した場合にマッチング度は最大の２０を示し、全く一致点がない場合にマッチング度は最小の０となる。因みに、図５に示される事例のマッチング度は１９となり、全てのポイントが一致した場合のマッチング度２０に対して９５％の一致と判定し得る。

本実施例は、バイナリ“１”やマーカーの各符号のテンプレートパターンについても同様にしてそのマッチング度を判定し、最も大きなマッチング度を示すテンプレートパターンがそのサンプリングデータに最も近い符号であると判定するのである。

次に、本実施例に基づく符号判定処理の応用を図６から図８に示す。図６乃至８の各図は、それぞれサンプリングデータがバイナリ“０”、バイナリ“１”、マーカーに相当する場合を表している。なお、それぞれの場合のサンプリングデータを、サンプリングデータＡ、サンプリングデータＢ、サンプリングデータＣとする。これらの各図は、各々８つのサンプリングデータについて符号判定処理行ったものであり、１個のサンプリングデータに対してバイナリ“０”、バイナリ“１”、マーカーの３種類のテンプレートパターンについてのマッチング度を算出している。また、８つのサンプリングデータについて算出したマッチング度に対してその平均値等の諸値を併せて求めている。

図９並びに図１０に、その計算結果と各符号に対する最大のマッチング度を示す。両図に示される表からも明らかなように、マッチング度の平均値或いは最小値から各符号の判別が可能となる。

以上に説明した如く、本実施例によればタイムコード信号に含まれる符号の判定において、所定のテンプレートパターンと実ＴＣ信号のサンプリングデータとのマッチング度を利用するため、ノイズの混入や波形歪みの影響による誤判定の度合いを低減させることができる。

次に、本発明による第３の実施例について説明を行う。なお、第３実施例に関する電波時計の構成は第１実施例と同様であるため、その構成の記載並びに説明は省略する。また、本実施例を実現する前提として第１実施例で説明したビット同期方法が実施され、ビット同期の確立されたタイムコード信号のサンプリングデータがリスト化されており、第２実施例のテンプレートによる符号判定方法（以下、“単純ビットパターン判定”と称する）がおこなわれているものと想定する。

なお、本実施例の目的は、ノイズの混入や波形歪みにより各符号の正常なデコードが妨げられる事態を防止することであり、第２実施例において説明した符号判定能力をさらに向上させることである。

第２実施例の単純ビットパターン判定による復号方法では、単純にサンプリングデータとテンプレートパターンとのマッチング度の評価によって符号判定を行っていた。しかしながら実際の電波時計においては、高周波回路３０から供給されるタイムコード信号は、同回路内の低域通過フィルタによるフィルタリング処理等を経ているため、例えば、タイムコード信号に含まれるパルス波形の“Ｌ”から“Ｈ”、或いは“Ｈ”から“Ｌ”への変化タイミングにジッタが生じる等の特定の傾向を持つ場合が多い。

それ故、タイムコード信号に生じているこのような特定の傾向を除去すれば、前述したマッチング度による符号判定結果がさらに良好となることは言うまでもない。本実施例では、タイムコード信号のサンプリングデータに対して所定のマスク処理を施すことによりかかる特定傾向を排除するものである。

本実施例の基本的な概念を図１１に基づいて説明する。なお、同図におけるタイムコード信号のサンプリングデータは、第２実施例の場合と同じく１ポイント（第７サンプリング点）の波形歪みの生じたバイナリ“０”符号とする。また、サンプリングデータは、第１実施例の処理によってビット同期が画定されており、ビット同期の起点からサンプリングが開始されているものとする。

本実施例においては、図１１（ａ）に示すタイムコード信号のサンプリングデータに対して、先ず、図１１（ｂ）のマスクパターンによるマスキングを行い、同図（ｃ）に示すマスク後のサンプリングデータを求める。即ち、図１１（ａ）のサンプリングデータと同図（ｂ）のマスクパターンの一致した部分のみを抽出すべく、両者の論理積データを生成してこれを同図（ｃ）のマスク後のサンプリングデータとする。そして、かかるマスク後のサンプリングデータに対して同図（ｄ）のテンプレートパターンを用いてマッチング度を検出して、サンプリングデータがいずれの符号であるかを判定するものである。なお、テンプレートパターンによるマッチング度の検出、及び符号判定に関しては、第２実施例の場合と同様であるためその説明は省略する。

図１１（ｂ）に示すマスクパターンは、例えば、電波時計１０の高周波回路内の伝達特性に基づいてコンピュータによるシミュレーションにより作成しても良いし、或いは、実際のサンプリングデータに生ずる波形歪みを収集・解析して統計的手法によって作成しても良い。

例えば、第２実施例の単純ビットパターン判定による復号方法を示す第６図において、実ＴＣ信号がバイナリ“０”に相当する場合の８つのサンプリングデータを観察すると以下に示すような一定の傾向が見出される。
(1) ビット同期点から信号レベルが“Ｌ”→“Ｈ”と変化するタイミングがデータによってばらつく傾向がある。
(2) 信号が“Ｈ”レベルの期間の中央付近で“Ｌ”レベルが発生する傾向がある。
(3) 信号レベルが “Ｈ” →“Ｌ”と変化するタイミングがデータによってばらつく傾向がある。

したがって、以上の傾向が見られるサンプリング区間は、テンプレートパターンとのマッチングを行うのに不適切であると考えられるため、これらの区間を排除するようにマスクパターンを設定すれば良い。そして、かかる方針の下に生成されたマスクパターンの一例が図１１（ｂ）に示されるものである。それ故、本実施例におけるマスクパターンは、各符号毎、或いは電波時計の仕様やその使用状態に応じて種々のマスクパターンが考えられる。

以上に説明したバイナリ“０”のサンプリングデータの場合と同様にして各符号に対するマスクパターンを規定した応用例を図１２から図１４に示す。因みに、図１２がバイナリ“０”のサンプリングデータを想定した場合、図１３がバイナリ“１”のサンプリングデータを想定した場合、図１４がマーカーのサンプリングデータを想定した場合をそれぞれ示している。なお、これらのサンプリングデータは、第２実施例の図６乃至８で使用したものと同じである。

これらの応用例では、１つのサンプリングデータに対して、バイナリ０／バイナリ１／マーカーの各マスクパターンとの論理積を求めた上で、各テンプレートに対するマッチングデータを３データ計算している。また、８つのサンプリングデータについて算出したマッチング度に対してその平均値等の諸値を併せて求めている。

以上の計算結果に対して、最大のマッチング度と当該マッチング度に対応する符号を図１５並びに図１６の各表に示す。

本実施例における結果と比較するため、本実施例及び第２実施例のマッチング度の最大値と最小値との差分を示すと、図１７及び図１８の各表のようになる。

かかる比較結果からも明らかな如く、本実施例によるマスク処理を施すことによりサンプリングデータのマッチング度のばらつきが減少するので、ノイズ混入や波形歪みの影響によるパルス符号の誤判定の度合いをさらに低減させることができる。

次に、本発明による第４の実施例について説明を行う。なお、第４実施例に関する電波時計の構成は、第１実施例と同様であるためその構成の記載及び説明は省略する。また、本実施例の実現に際しては、前述した各実施例の処理が行われていることを前提とする。

第２及び第３の実施例においては、マッチング度の算出に使用するテンプレートパターン、及びマスク処理に使用するマスクパターンを各符号毎に予め設定していたが、本実施例は、これらのパターンをサンプリングデータから生成するようにしたものである。

ところで、第３実施例では、信号レベルのばらつきが大きいと想定されるサンプリングポイントを符号判定の対象から排除すべく所定のマスクパターンを使用した。即ち、マスクパターンは、サンプリングデータにおいてばらつきの大きなポイントを除いたパターンとなる。本実施例では、かかるサンプリングポイントにおけるデータのばらつきを評価するため、各サンプリングポイントにおける信号レベルの標準偏差をばらつきの評価基準値として用いる。

サンプリングデータとして実ＴＣ信号がバイナリ０に相当する場合を例に採った図１９を用いて本実施例の説明を行う。なお、同図（ａ）に示した８つのサンプリングデータは、第２実施例の図６、及び第３実施例の図１２に示されるサンプリングデータと同一である。

本実施例では、先ず、８つのサンプリングデータについて０から１９までの各サンプリングポイントにおける信号レベルの標準偏差を算出する。例えば、図１９（ａ）におけるサンプリングポイント０に着目すると、８つのサンプリングデータの各信号レベルは、最上段からそれぞれ
０， １， １， ０， ０， １， ０， １
となっている。従って、同ポイントにおける信号レベルの加算値Ｓ、及び平均値ａは、それぞれ
Ｓ＝１＋１＋１＋１＝４
ａ＝Ｓ／８＝４／８＝０．５
として求められる。

以上の諸値を用いて同ポイントにおける標準偏差σを計算すると、σ＝０．５として求めることができる。このようにして算出した各サンプリングポイントにおける標準偏差の値を同図（ｄ）に示す。

次に、標準偏差の評価基準値となる閾値を決定し、同閾値以上の標準偏差値を示すポイントをマスクパターンとして設定する。図１９（ｄ）は、かかる閾値として標準偏差０．４と定めた場合を示しており、これによって生成されるマスクパターンを同図（ｅ）に示す。なお、本実施例において標準偏差の閾値がかかる値に限定されるものでないことは言うまでもない。

一方、テンプレートパターンの生成は、同図（ｂ）に示すサンプリングデータの加算値と、同図（ｅ）で生成されたマスクパターンとの論理積によって行う。図１９の場合に生成されるテンプレートパターンを同図（ｃ）に示す。本実施例において、サンプリングデータが実ＴＣ信号のバイナリ１符号に相当する場合の応用例を図２０に、また、マーカー符号に相当する場合の応用例を図２１に示す。

以上に説明した如く、本実施例によれば、標準電波の受信状態が変動した場合でも、受信したタイムコード信号から受信状態に追従したマスク／テンプレートパターンを生成し得るので、受信状態に常に適応したタイムコード信号の復号化が可能となる。

次に、本発明による第５の実施例について説明を行う。なお、第５実施例に関する電波時計の構成は、第１実施例と同様であるためその構成の記載及び説明は省略する。また、本実施例の実現に際しては、前述した各実施例の処理が行われていることを前提とする。

前記第４の実施例では、マスクパターンを生成するための基準値として各サンプリングポイントにおける信号レベルの標準偏差を使用した。しかしなが、標準偏差を求めるには、信号レベルの平均値算出、各データと平均値の差分算出、差分の２乗演算、総和計算、及びデータ数による除算を行った後、さらにその平方を算出する必要がある。このため、マイクロプロセッサにおける演算処理負担が大きくなって、その他の処理の実行に影響を及ぼすおそれがある。本実施例は、マイクロプロセッサに負担の掛からない簡易な演算処理によって、マスクパターン及びテンプレートパターンを生成することを目的とする。

すなわち、第４実施例においては、サンプリングデータの標準偏差をマスクパターン生成の基準としたが、各々のデータの各サンプリングポイント値は、０又は１の２値のいずれかである。そして、ばらつきが少ない場合は、サンプリングポイントの平均値が０又は１に近づくことは明らかである。本実施例は、かかる特性に着目して各データのサンプリングポイントの平均値を、マスクパターン生成の際の判定基準に利用したものである。

サンプリングデータとして、実ＴＣ信号がバイナリ０に相当する場合を例に採り図２２を用いて本実施例の説明を行う。なお、同図（ａ）に示した８つのサンプリングデータは、第４実施例の場合と同様である。

本実施例では、先ず、０から１９までの各サンプリングポイントにおける各サンプリングデータ信号レベルの平均値を算出する。同図（ｂ）にかかる平均値の算出結果を示す。次に、同図（ｂ）の平均値上に、平均値レベル１に近い上限閾値［α］と、平均値レベル０に近い下限閾値［β］の２つの閾値を設定する。図２２の事例では、上限閾値として０．７５＝６／８、下限閾値として０．２５＝２／８を設定している。但し、各閾値はかかる値に限定されるものではない。

そして、平均値の信号レベルが両閾値の範囲内にあるポイントを０とし、その範囲外にあるポイントを１として同図（ｄ）に示すマスクパターンを生成する。また、上限閾値を超える平均値レベルを示すポイントを１とし、それ以外のポイントを０として同図（ｃ）に示すマスクパターンを生成する。本実施例において、サンプリングデータが実ＴＣ信号のバイナリ１符号に相当する場合の応用例を図２３に、また、マーカー符号に相当する場合の応用例を図２４に示す。

本実施例によるマスク／テンプレートパターンの簡易生成法によれば、サンプリングデータの標準偏差算出という負担の大きな演算をすることなく、第４実施例と同様のマスク／テンプレートパターンを生成することができる。なお、以上の説明では判断基準値としてサンプリングデータの平均値を用いたが、データ数が固定の場合は、判断基準値としてサンプリングデータの加算値を用いても良い。この場合、平均値算出のための除算が不要となるため演算量をさらに削減することができる。

以上に説明したように、本実施例によれば少ない演算量で前記各実施例と同等の効果を得ることができ、かつ演算量が少ないため処理能力の大きなマイクロプロセッサを必要とせず消費電力の低減も可能となる。

図１は、本発明による標準電波受信時刻装置の構成を示すブロック図である。 図２は、タイムコード信号を構成する各符号のパルス波形を示すタイムチャートである。 図３は、本発明の第１実施例において理想的なタイムコード信号の処理を行った場合を示す説明図である。 図４は、本発明の第１実施例において実際のタイムコード信号の処理を行った場合を示す説明図である。 図５は、本発明による第２実施例の概要を示す説明図である。 図６は、本発明の第２実施例においてサンプリングデータがバイナリ０符号の場合の応用例を示す説明図である。 図７は、本発明の第２実施例においてサンプリングデータがバイナリ１符号の場合の応用例を示す説明図である。 図８は、本発明の第２実施例においてサンプリングデータがマーカー符号の場合の応用例を示す説明図である。 図９は、第２実施例のマッチング度の平均値についてパルス符号判定の様子を示す表である。 図１０は、第２実施例のマッチング度の最小値についてパルス符号判定の様子を示す表である。 図１１は、本発明による第３実施例の概要を示す説明図である。 図１２は、本発明の第３実施例においてサンプリングデータがバイナリ０符号の場合の応用例を示す説明図である。 図１３は、本発明の第３実施例においてサンプリングデータがバイナリ１符号の場合の応用例を示す説明図である。 図１４は、本発明の第３実施例においてサンプリングデータがマーカー符号の場合の応用例を示す説明図である。 図１５は、第３実施例のマッチング度の平均値についてパルス符号判定の様子を示す表である。 図１６は、第３実施例のマッチング度の最小値についてパルス符号判定の様子を示す表である。 図１７は、第２実施例におけるマッチング度の最大値〜最小値について、その差分を示す表である。 図１８は、第３実施例におけるマッチング度の最大値〜最小値について、その差分を示す表である。 図１９は、本発明の第４実施例においてサンプリングデータがバイナリ０符号の場合の応用例を示す説明図である。 図２０は、本発明の第４実施例においてサンプリングデータがバイナリ１符号の場合の応用例を示す説明図である。 図２１は、本発明の第４実施例においてサンプリングデータがマーカー符号の場合の応用例を示す説明図である。 図２２は、本発明の第５実施例においてサンプリングデータがバイナリ０符号の場合の応用例を示す説明図である。 図２３は、本発明の第５実施例においてサンプリングデータがバイナリ１符号の場合の応用例を示す説明図である。 図２４は、本発明の第５実施例においてサンプリングデータがマーカー符号の場合の応用例を示す説明図である。

符号の説明

１０ 標準電波受信時刻装置
２０ 長波アンテナ
３０ 高周波回路
４０ 主処理回路
４１ ビットデコード回路
４２ フレームデコード回路
４３ 表示回路
４４ マイクロプロセッサ
４５ メモリ回路

Claims (10)

1. 標準電波から、各々がそのパルス幅によってコードを表すパルス列からなるパルス信号であるタイムコード信号を復号する標準電波受信時刻装置であって、
   前記タイムコード信号をサンプリング区間毎にサンプリングして複数のサンプリングデータを生成するサンプリング手段と、
   前記サンプリングデータによって前記パルス信号中の各パルスを抽出して得られる抽出パルスのパルス幅と各々が前記コードを示す複数のパルス幅との間のそれぞれの相関値を算出する相関演算手段と、
   前記相関値のうちの最も高い相関を示す相関値に対応するコードを前記抽出パルスに対する１つのコードと判定する判定手段と、を含むことを特徴とする標準電波受信時刻装置。
2. 前記相関演算手段は、前記相関値を算出する際に前記抽出パルスに対して所定のマスクパターンによるマスキングを施して得られたパルスを前記抽出パルスとすることを特徴とする請求項１に記載の標準電波受信時刻装置。
3. 前記抽出パルスからマスクパターン及びそのパルス幅によって前記コードを示すパルスを表すパターンであるテンプレートパターンを生成するパターン生成手段と、
   前記抽出パルスに対して前記マスクパターンによるマスキングを施して得られたパルスを前記抽出パルスとするマスキング手段と、をさらに含み、
   前記相関演算手段は、前記テンプレートパターンによって表されるパルスのパルス幅を前記コードを示すパルス幅として前記相関値を算出することを特徴とする請求項１に記載の標準電波受信時刻装置。
4. 前記パターン生成手段は、前記抽出パルス信号レベルの標準偏差を基準として前記マスクパターンを生成するマスクパターン生成手段と、前記抽出パルスにおける前記サンプリング区間毎の信号レベルの加算値を算出する加算値算出手段と、前記サンプリング区間毎に前記加算値と前記マスクパターンを表す論理値とを乗積して前記サンプリング区間毎の乗積値を算出する乗積値算手段と、前記サンプリング区間毎の乗積値に応じたパターンを前記テンプレートパターンとして生成するテンプレートパターン生成手段とを含むことを特徴とする請求項３に記載の標準電波受信時刻装置。
5. 前記パターン生成手段は、前記抽出パルスにおける前記サンプリング区間毎の信号レベルの平均値を算出する平均値算出手段と、前記サンプリング区間毎の前記平均値と上限及び下限閾値との比較結果に応じて前記マスクパターンを生成するマスクパターン生成手段と、前記サンプリング区間毎の前記平均値と前記上限及び下限閾値との比較結果に応じたパターンを前記テンプレートパターンとして生成するテンプレートパターン生成手段と、を含むことを特徴とする請求項３に記載の標準電波受信時刻装置。
6. 標準電波から、各々がそのパルス幅によってコードを表すパルス列からなるパルス信号であるタイムコード信号を復号するタイムコード信号の復号化方法であって、
   前記タイムコード信号をサンプリング区間毎にサンプリングして複数のサンプリングデータを生成するサンプリングステップと、
   前記サンプリングデータによって前記パルス信号中の各パルスを抽出して得られる抽出パルスのパルス幅と各々が前記コードを示す複数のパルス幅との間のそれぞれの相関値を算出する相関演算ステップと、
   前記相関値のうちの最も高い相関を示す相関値に対応するコードを前記抽出パルスに対する１つのコードと判定する判定ステップと、を含むことを特徴とするタイムコード信号の復号化方法。
7. 前記相関演算ステップは、前記相関値を算出する際に前記抽出パルスに対して所定のマスクパターンによるマスキングを施して得られたパルスを前記抽出パルスとすることを特徴とする請求項６に記載のタイムコード信号の復号化方法。
8. 前記抽出パルスからマスクパターン及びそのパルス幅によって前記コードを示すパルスを表すパターンであるテンプレートパターンを生成するパターン生成ステップと、
   前記抽出パルスに対して前記マスクパターンによるマスキングを施して得られたパルスを前記抽出パルスとするマスキングステップと、をさらに含み、
   前記相関演算ステップは、前記テンプレートパターンによって表されるパルスのパルス幅を前記コードを示すパルス幅として前記相関値を算出することを特徴とする請求項６に記載のタイムコード信号の復号化方法。
9. 前記パターン生成ステップは、前記抽出パルスの信号レベルの標準偏差を基準として前記マスクパターンを生成するマスクパターン生成ステップと、前記抽出パルスにおける前記サンプリング区間毎の信号レベルの加算値を算出する加算値算出ステップと、前記サンプリング区間毎に前記加算値と前記マスクパターンを表す論理値とを乗積して前記サンプリング区間毎の乗積値を算出する乗積値算ステップと、前記サンプリング区間毎の乗積値に応じたパターンを前記テンプレートパターンとして生成するテンプレートパターン生成ステップとを含むことを特徴とする請求項８に記載のタイムコード信号の復号化方法。
10. 前記パターン生成ステップは、前記抽出パルスにおける前記サンプリング区間毎の信号レベルの平均値を算出する平均値算出手段と、前記サンプリング区間毎の前記平均値と上限及び下限閾値との比較結果に応じて前記マスクパターンを生成するマスクパターン生成手段と、前記サンプリング区間毎の前記平均値と前記上限及び下限閾値との比較結果に応じたパターンを前記テンプレートパターンとして生成するテンプレートパターン生成手段と、を含むことを特徴とする請求項８に記載のタイムコード信号の復号化方法。

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