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JP2019060624A - 衛星電波受信装置、電子時計、測位制御方法及びプログラム - Google Patents

衛星電波受信装置、電子時計、測位制御方法及びプログラム Download PDF

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Tsuyoshi Matsue
剛志 松江
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達也 関塚
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Abstract

【課題】より確実に現在位置を正確に確定するまでの時間を短縮することのできる衛星電波受信装置、電子時計、測位制御方法及びプログラムを提供する。【解決手段】衛星電波受信装置は、測位衛星からの電波を受信する受信部と、受信部が受信した電波を用いて測位を行う制御部と、を備え、制御部は、受信部により測位の実施に係る電波の受信を開始させる場合に、受信の開始後に単一の測位衛星から受信した電波に基づいて日時情報を取得し、取得された日時情報と予め保持されている測位衛星の位置情報とを用いて測位演算を行う。【選択図】図３

Description

この発明は、衛星電波受信装置、電子時計、測位制御方法及びプログラムに関する。
測位衛星からの電波を受信して測位演算処理を行い、自機の現在位置を同定する衛星電波受信装置（測位装置）がある。測位衛星からの電波では、各測位衛星の位置情報や電波の送信日時の情報が送信されている。これらが複数の測位衛星から取得されて、当該複数の測位衛星の位置及び電波の受信タイミングの差に基づいて現在位置が算出される。
測位動作の開始時には、これら測位衛星の位置情報や送信日時の情報を取得するための時間が必要となる。これに対し、初期位置確定までの時間（ＴＴＦＦ；Time to First Fix）を短縮するために、地上通信を用いて外部のサーバなどから予め衛星の予測軌道情報などの位置情報を取得、保持しておく技術が知られている（特許文献１）。
特開２０１４−１０９４４２号公報
しかしながら、測位衛星の位置情報が保持されていても、衛星電波受信装置が保持する日時が正確ではないと、当該日時に該当する測位衛星の正確な位置も取得できず、結局測位演算において現在位置、特に初期位置を正確に確定するまでの時間を十分に短縮できなくなるという課題がある。
この発明の目的は、より確実に現在位置を正確に確定するまでの時間を短縮することのできる衛星電波受信装置、電子時計、測位制御方法及びプログラムを提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明は、
測位衛星からの電波を受信する受信部と、
前記受信部が受信した電波を用いて測位を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記受信部により測位の実施に係る電波の受信を開始させる場合に、当該開始後に単一の測位衛星から受信した電波に基づいて日時情報を取得し、
当該取得された日時情報と予め保持されている前記測位衛星の位置情報とを用いて測位演算を行う
ことを特徴とする衛星電波受信装置である。
本発明に従うと、より確実に現在位置を正確に確定するまでの時間を短縮することができるという効果がある。
本発明の実施形態の電子時計の機能構成を示すブロック図である。 予測軌道データの取得に係るシステム構成を示す図である。 測位制御処理の制御手順を示すフローチャートである。 測位制御処理の変形例１を示すフローチャートである。 測位制御処理の変形例２を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態の電子時計１の機能構成を示すブロック図である。
電子時計１は、特に限られるものではないが、ここでは腕時計といった携帯可能なものである。電子時計１は、マイコン４０と、衛星電波受信処理部５０（衛星電波受信装置、コンピュータ）及びアンテナＡ１と、操作受付部６１と、表示部６２と、ＲＯＭ６３（Read Only Memory）と、通信部６４と、電力供給部７０などを備える。
マイコン４０は、電子時計１の制御動作、記憶動作及び日時の計数動作などに係る各種処理を行う。マイコン４０は、ホスト制御部４１と、発振回路４５と、分周回路４６と、ホスト計時回路４７などを備える。
ホスト制御部４１は、電子時計１の全体動作を統括制御する。ホスト制御部４１は、ＣＰＵ４１１（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ４１２（Random Access Memory）などを備える。
ＣＰＵ４１１は、各種演算処理を行って制御動作を行う。制御動作としては、通常の日時表示動作に加え、電子時計１が有する各種機能に応じた動作、例えば、アラーム報知機能、タイマ機能、ストップウォッチ機能が含まれ得る。また、ＣＰＵ４１１は、衛星電波受信処理部５０による測位動作や日時取得動作などの結果に応じた表示動作や報知動作などに係る制御処理を行う。
ＲＡＭ４１２は、ＣＰＵ４１１に作業用のメモリ空間を提供し、一時データを記憶する。一時データには、現在位置などの設定された世界の地域における現在日時（地方時）を表示、利用する際のタイムゾーン設定や夏時間設定を含む地方時設定に係る情報などが含まれる。これらの地方時設定は、取得された現在位置の情報に従って更新され得る。ＲＡＭ４１２は、マイコン４０に対して外付けされてもよい。このＲＡＭ４１２には、ＤＲＡＭに加えて書き換え可能な不揮発性メモリが含まれていてもよい。
また、ＲＡＭ４１２には、通信部６４による通信相手となる外部機器の設定（ペアリング設定）が記憶されている。
発振回路４５は、所定周波数、ここでは、例えば、３２．７６８ｋＨｚの信号（クロック信号）を生成して出力する。クロック信号の生成には、例えば、水晶発振子などが用いられる。この水晶発振子は、マイコン４０に対して外付けされてよい。この発振回路４５から出力されるクロック信号の周波数には、電子時計１で定められた許容範囲内のオフセット誤差が含まれ得る。また、このクロック信号の周波数は、外部環境、主に温度によって変化する。
分周回路４６は、発振回路４５から入力されたクロック信号を設定された分周比で分周した分周信号を出力する。分周比の設定は、ＣＰＵ４１１により変更されてよい。
ホスト計時回路４７は、分周回路４６から入力された所定の周波数の信号（クロック信号と同一周波数であってもよい）を計数することで現在の日時（時刻及び日付）を計数、保持する。ホスト計時回路４７による日時の計数精度は、発振回路４５からのクロック信号の精度、すなわち、上述のオフセット誤差や変化の度合に依存し、正確な日時からの誤差を含み得る。ＣＰＵ４１１は、衛星電波受信処理部５０が取得した現在日時に基づいて、計数されている日時を修正することが可能である。
衛星電波受信処理部５０は、米国のＧＰＳ（Global Positioning System）といった各種衛星測位システム（ＧＮＳＳ；Global Navigation Satellite System）に係る測位衛星からの送信電波を受信可能であり、受信したこれらの電波を処理する受信動作を行って現在日時や現在位置の情報を取得し、ホスト制御部４１（ＣＰＵ４１１）から要求された情報を所定のフォーマットでホスト制御部４１に出力する。衛星電波受信処理部５０は、受信部５１と、モジュール制御部５２（制御部）と、記憶部５３と、モジュール計時部５４（計時部）などを備える。
受信部５１は、受信対象の測位衛星からの送信電波を受信、捕捉（検出）してその測位衛星の識別及び送信電波に含まれる信号（航法メッセージ）の位相を同定する捕捉処理を行い、また、捕捉した測位衛星の識別情報及び位相に基づいて当該測位衛星からの送信電波を追尾して継続的に信号を復調、取得する。
モジュール制御部５２は、ＣＰＵとＲＡＭなどを備え、衛星電波受信処理部５０の動作に係る各種制御を行う。モジュール制御部５２は、ホスト制御部４１からの指示に従って適切なタイミングで測位衛星からの電波受信を受信部５１により行わせ、受信した電波を用いて所定の演算を行うことで測位を行って、現在日時や電子時計１（自機）の現在位置を取得する。モジュール制御部５２は、各種演算処理を行う構成として専用のハードウェア回路を有していてもよい。測位結果の出力は、例えば、ＮＭＥＡ−０１８３などの共通フォーマットに従ってなされてもよいし、電子時計１に独自のフォーマットであってもよい。また、ハードウェア回路が出力した所定のフォーマットのデータをＣＰＵが適宜加工して処理し、また、出力してもよい。ＲＡＭは、モジュール制御部５２の制御チップ（基板）上に設けられるが、制御チップに対して外付けされてもよい。
記憶部５３には、各種設定データや受信情報などの受信制御情報５３１と、衛星電波受信処理部５０においてモジュール制御部５２が実行する制御に係るプログラムなどが記憶される。設定データとしては、例えば、各測位衛星の航法メッセージのフォーマットデータなどが含まれる。また、受信情報としては、例えば、取得されている各測位衛星の軌道情報であるアルマナックやエフェメリスなどが含まれる。記憶部５３は、不揮発性メモリなどであり、モジュール制御部５２の制御チップ（基板）に対して外付けされてもよい。
モジュール計時部５４は、衛星電波受信処理部５０内で図示略の発振部から入力されたクロック信号に基づいて日時を計数する。モジュール計時部５４による日時の計数は、衛星電波受信処理部５０への電力供給がオフされると中断される。衛星電波受信処理部５０の起動時には、図示略のＲＴＣ（Real Time Clock）から取得されて計数が再開される。また、モジュール計時部５４が計数する日時は、ホスト計時回路４７の日時がホスト制御部４１から取得されて、修正され得る。さらに、受信部５１が受信した測位衛星からの電波に基づいて日時が取得された場合には、当該日時に基づいてモジュール計時部５４が計数する日時が修正される。
操作受付部６１は、ユーザ操作などの外部からの入力操作を受け付ける。操作受付部６１は、押しボタンスイッチやりゅうずなどを備え、押しボタンスイッチの押下動作や、りゅうずの引き出し、回転及び押し戻しの各動作に応じた操作信号をホスト制御部４１（ＣＰＵ４１１）に出力する。あるいは、操作受付部６１は、タッチセンサなどを有していても良い。
表示部６２は、ホスト制御部４１の制御に基づいて各種情報の表示を行う。表示部６２は、表示ドライバ６２２と、表示画面６２１などを備える。表示画面６２１は、例えば、セグメント方式若しくはドットマトリクス方式又はこれらの組み合わせによる液晶表示画面（ＬＣＤ）などによりデジタル表示を行う。あるいは、表示部６２として、表示画面６２１によるデジタル表示に代えて、指針及びこれを回転動作させるステッピングモータなどによる表示が可能な構成を有していても良い。表示ドライバ６２２は、ＣＰＵ４１１からの制御信号に基づいて、表示画面６２１に表示を行わせるための駆動信号を表示画面６２１に出力する。表示部６２により表示可能な内容には、少なくともホスト計時回路４７により計数される日時に応じた日時情報（特に、現在日時）が含まれ、また、アラーム報知機能、タイマ機能やストップウォッチ機能に係る設定日時、設定時間や計測時間などが含まれる。また、測位動作に応じて得られた現在位置に係る情報や地方時設定などが表示可能とされ得る。
ＲＯＭ６３は、ホスト制御部４１やモジュール制御部５２が制御動作を実行するためのプログラム６３１や初期設定データなどを格納する。プログラム６３１には、現在日時の取得や測位動作に係る制御プログラムが含まれる。また、ＲＯＭ６３は、マスクＲＯＭに加えて又は代えてデータの書き換え更新が可能なフラッシュメモリなどの不揮発性メモリを有している。ＲＯＭ６３には、書き換え更新可能なデータとして、通信部６４により外部から取得された予測軌道データ６３２が記憶される。ＲＯＭ６３は、ホスト制御部４１及びモジュール制御部５２のいずれからも読み書きアクセスが可能に設けられており、スロットなどの取り付け部に対して着脱可能であってもよい。
この予測軌道データ６３２は、エフェメリスの代用として利用可能な精度のデータであるがエフェメリスと同一のデータには限られない。予測軌道データ６３２は、測位システムとは関係のない第三者により作成されたものであってもよい。エフェメリスの有効期間は４時間であり、２時間ごとに更新されるが、予測軌道データ６３２は、これより長い期間、例えば、１週間分のデータでもよい。したがって、予測軌道データ６３２は、例えば、測位実施予定（外出予定など）の前日などに予め取得されることが可能である。
通信部６４は、外部機器と双方向で無線通信を行い、所望の情報の送受信を行う。無線通信としては、特には限られないが、ここでは、ブルートゥース（登録商標：Bluetooth）が用いられる。通信部６４は、ホスト制御部４１の制御に従い、ＲＡＭ４１２に記憶されたペアリング設定に基づいて外部機器との通信接続を行う。ホスト制御部４１は、通信部６４を介して、ここでは、少なくとも予測軌道データ６３２を外部から取得し、取得したデータをＲＯＭ６３に更新記憶させる。
電力供給部７０は、電子時計１のマイコン４０や衛星電波受信処理部５０などの各部に所定の駆動電圧でバッテリ７１から電力供給を行う。ここでは、衛星電波受信処理部５０への電力供給有無は、ホスト制御部４１の制御によりマイコン４０への電力供給とは別に制御され得る。バッテリ７１としては、ここでは、着脱可能な乾電池や充電池などが用いられるが、ソーラパネルと充電部（蓄電部）などを備えていてもよい。
次に、本実施形態の電子時計１における測位動作について説明する。
測位演算は、周知のように、未知数である電子時計１（自機）の現在位置の空間座標３成分及び正確な日時と電子時計１で計数されている日時とのずれ量を、４機以上の測位衛星からの電波の受信タイミングの差（擬似距離）、当該４機以上の測位衛星の現在位置及び電子時計１で計数されている日時を用いて求める。この演算は、各未知数を所定の初期値から数値的に収束させていく反復計算（逐次近似）、例えば、ニュートン・ラフソン法（ニュートン法）により行われる。
本実施形態の電子時計１では、ホスト制御部４１からの命令に基づいて衛星電波受信処理部５０が測位動作を実施する。測位衛星の現在位置は、捕捉された測位衛星からの電波に含まれるエフェメリスから取得され得るが、この場合には、エフェメリスが取得されるまでに最長１８−４８秒程度の時間が必要になる。したがって、有効期間内の有効なエフェメリスが予め保持されている場合には、起動から最初の測位結果が得られるまでの時間が当該受信時間分だけ短縮される（ホットスタート）。また、本実施形態の電子時計１では、受信制御情報５３１に有効なエフェメリスがなく、かつ現在日時を期間に含む有効な予測軌道データ６３２が予め保持されている場合には、当該予測軌道データ６３２を取得して利用する。これにより、電子時計１では、前回の測位からの受信間隔が開き、エフェメリスの有効期間が過ぎているような場合でも速やかに現在位置を取得可能とする。
また、本実施形態の電子時計１では、さらに、測位の実施に係る電波受信の開始後にいずれかの測位衛星から日時情報を取得する。上述のように計数されている現在日時と正確な日時との差は未知であり、さらに、当該ずれに応じて想定される測位衛星の現在位置の見積もりにもずれが生じる。したがって、収束演算の初期値が正確な値に対して大きくずれていたり、既知の値として用いられる測位衛星の現在位置の誤差が大きかったりすると、収束までに時間を要し、さらには、正確な値に収束しなくなる場合が生じる。そこで、電子時計１では、電波受信開始後に最初に捕捉、追尾開始された単一の測位衛星から受信された電波中の日時データ（例えば、米国のＧＰＳではＴＯＷ）が取得された時点で予め日時情報を取得して修正し、初期値や測位衛星の位置のずれを最小限に抑える。なお、最初に捕捉された測位衛星の電波よりも２番目以降に捕捉された測位衛星の電波のほうが明らかにＳＮＲなどが高く、適正な現在日時が取得され得る場合には、当該２番目以降に捕捉された単一の測位衛星から受信された電波に基づいて現在日時を取得することとしてもよい。
単一の測位衛星から日時情報を取得する場合、測位衛星から電子時計１までの電波の伝搬時間が未知であり、この大きさは、通常では、約６０〜９０ｍｓｅｃである。したがって、例えば、受信した電波により得られた現在日時に対して平均的な値（７５ｍｓｅｃ程度）を進めることで、この受信した電波に基づいて得られる日時情報により修正された計数日時は、正確な日時に対して±１５ｍｓｅｃ程度の誤差範囲内に抑えられる。あるいは、単一の測位衛星からの受信電波から得られた日時を補正するための種々の周知の技術を用いて補正が可能である。
電子時計１では、このようにして得られた日時情報に基づく計数日時と、予め保持された測位衛星の位置情報（有効なエフェメリス又は予測軌道データ６３２）とを用いて、測位演算が行われる。
図２は、予測軌道データの取得に係るシステム構成を示す図である。
システム１００において、電子時計１では、操作受付部６１への所定の入力操作によって予測軌道データ６３２の取得が可能である。予測軌道データ６３２が保持されるサーバ１２０へのアクセスは、電子時計１と通信部６４による通信接続先の外部機器１１０が行う。外部機器１１０としては、例えば、スマートフォンやタブレット機器などが挙げられる。
外部機器１１０では、エフェメリスに相当するデータが必要な期間を指定することが可能であってもよく、この場合、サーバ１２０から当該指定された期間の予測軌道データが取得される。あるいは、サーバ１２０では、定期的にデータが更新され、外部機器１１０は、単純に最新のデータを取得するだけであってもよい。電子時計１は、ホスト制御部４１の制御により通信部６４を介して外部機器１１０が取得保持している予測軌道データを取得する。あるいは、エフェメリスが必要な期間を電子時計１で指定して外部機器１１０に送信し、外部機器１１０が当該指定された期間の予測軌道データをサーバ１２０に要求することが可能であってもよい。
図３は、電子時計１で実行される測位制御処理のモジュール制御部５２による制御手順を示すフローチャートである。
この測位制御処理は、ホスト制御部４１から衛星電波受信処理部５０に対して入力された測位開始命令がモジュール制御部５２によって検出されることで開始される。開始時に衛星電波受信処理部５０が動作していない場合には、ホスト制御部４１は、衛星電波受信処理部５０の起動命令とともに又は起動命令に続いて衛星電波受信処理部５０に測位開始命令を出力する。
測位制御処理が開始されると、モジュール制御部５２は、ホスト制御部４１からホスト計時回路４７が計数する現在日時を取得する（ステップＳ１０１）。この現在日時には、直近で日時が修正された際の日時情報取得先、当該修正からの経過時間及び経過時間内における周辺環境などに応じてずれが含まれ得る。また、ユーザの操作によりホスト計時回路４７の計数日時の修正がなされている場合には、当該修正に係る任意のずれが含まれ得る。ただし、取得される現在日時は、ここでは、測位衛星からの電波受信により日付（ＧＰＳ衛星の場合には週番号）に誤りがない程度の誤差範囲内である必要がある。
モジュール制御部５２は、ＲＯＭ６３を参照して予測軌道データ６３２を取得する（ステップＳ１０２）。モジュール制御部５２は、現在日時を含む又は現在日時以降の予測軌道データ６３２を取得する。なお、モジュール制御部５２は、現在有効期間内のエフェメリスを保持している場合には、予測軌道データ６３２を取得しないこととしてもよいし、当該有効期間後の予測軌道データ６３２を取得することとしてもよい。
モジュール制御部５２は、受信部５１を起動して受信動作を開始する（ステップＳ１０３）。モジュール制御部５２は、測位衛星からの電波の捕捉動作を開始し、電波が捕捉され次第その電波の追尾を開始させる（ステップＳ１０４）。また、モジュール制御部５２は、必要な数（４機）以上の測位衛星からの電波が捕捉されると、測位演算を開始する。
モジュール制御部５２は、測位演算において現在位置及び日時の値が得られたか（収束演算において値が収束したか）否かを判別する（ステップＳ１０５）。得られたと判別された場合には（ステップＳ１０５で“ＹＥＳ”）、モジュール制御部５２の処理は、ステップＳ１１１に移行する。
現在位置及び日時の値が得られていない（値が収束していない又はまだ測位に必要な数の測位衛星からの電波が捕捉されていない）と判別された場合には（ステップＳ１０５で“ＮＯ”）、モジュール制御部５２は、ステップＳ１０８の処理での日時補正が既になされているか否かを判別する（ステップＳ１０６）。なされていると判別された場合には（ステップＳ１０６で“ＹＥＳ”）、モジュール制御部５２の処理は、ステップＳ１１４に移行する。
日時補正がなされていないと判別された場合には（ステップＳ１０６で“ＮＯ”）、モジュール制御部５２は、捕捉された測位衛星のいずれかから日時情報が取得されたか否かを判別する（ステップＳ１０７）。ここでは、ステップＳ１１１で先に日時が取得された場合を含む。取得されていないと判別された場合には（ステップＳ１０７で“ＮＯ”）、モジュール制御部５２の処理は、ステップＳ１１４に移行する。取得されたと判別された場合には（ステップＳ１０７で“ＹＥＳ”）、モジュール制御部５２は、取得された日時情報によりモジュール計時部５４が計数している現在日時を補正する（ステップＳ１０８）。現在日時が補正された場合に測位演算が既に開始されている場合には、モジュール制御部５２は、補正された現在日時に基づいて再度測位演算（再演算）を行わせることができる。ステップＳ１０７、Ｓ１０８の処理が本実施形態の測位制御方法（プログラム）における日時情報取得ステップ（日時情報取得手段）を構成する。それから、モジュール制御部５２の処理は、ステップＳ１１４に移行する。
ステップＳ１０５の判別処理からステップＳ１１１の処理に移行すると、モジュール制御部５２は、得られた現在位置及び日時を取得してホスト制御部４１に出力する（ステップＳ１１１）。ステップＳ１０５、Ｓ１１１の処理が本実施形態の測位制御方法（プログラム）における測位演算ステップ（測位演算手段）を構成する。モジュール制御部５２は、取得された日時によってモジュール計時部５４が計数している現在日時を補正する。これにより、ステップＳ１０８の補正では完全に取り除けなかった電波の伝搬時間に係る±１５ｍｓｅｃ程度のずれも取り除かれる。
モジュール制御部５２は、エフェメリスが取得されたか否かを判別する（ステップＳ１１２）。取得されていないと判別された場合には（ステップＳ１１２で“ＮＯ”）、モジュール制御部５２の処理は、ステップＳ１１４に移行する。取得されたと判別された場合には（ステップＳ１１２で“ＹＥＳ”）、モジュール制御部５２は、取得されたエフェメリスにより保持されている予測軌道データの当該期間内のデータ部分を更新する（ステップＳ１１３）。これにより、測位衛星の現在日時における位置が更新される。それから、モジュール制御部５２の処理は、ステップＳ１１４に移行する。
ステップＳ１０６〜Ｓ１０８、Ｓ１１２、Ｓ１１３の処理からステップＳ１１４の処理に移行すると、モジュール制御部５２は、ホスト制御部４１から測位終了命令が取得されたか否かを判別する（ステップＳ１１４）。取得されていないと判別された場合には（ステップＳ１１４で“ＮＯ”）、モジュール制御部５２の処理は、ステップＳ１０５に戻る。取得されたと判別された場合には（ステップＳ１１４で“ＹＥＳ”）、モジュール制御部５２は、受信部５１の動作を停止させ、演算処理を終了する各種処理動作を行って（ステップＳ１１５）、測位制御処理を終了する。
［変形例１］
図４は、測位制御処理の変形例１を示すフローチャートである。
この変形例１の測位制御処理は、上記実施形態で示した測位制御処理に対してステップＳ１２１の処理が追加されている。その他の処理は同一であり、同一の処理内容には同一の符号を付して説明を省略する。
ステップＳ１０５で測位結果が得られていないと判別された場合には（ステップＳ１０５で“ＮＯ”）、モジュール制御部５２は、モジュール計時部５４が計数する日時（ホスト計時回路４７が計数している日時）に対して想定される日時誤差（最大誤差）が基準値以下であるか否かを判別する（ステップＳ１２１）。基準値以下であると判別された場合には（ステップＳ１２１で“ＹＥＳ”）、モジュール制御部５２の処理は、ステップＳ１１４に移行する。基準値以下ではないと判別された場合には（ステップＳ１２１で“ＮＯ”）、モジュール制御部５２の処理は、ステップＳ１０６に移行する。
想定される日時誤差は、例えば、前回日時が更新されてからの経過時間に対してホスト計時回路４７に想定される時間当たりのずれ量（歩度、例えば、１日当たり０．５秒）を乗じて求められる。この算出は、ホスト制御部４１が行ってモジュール制御部５２に対して出力してもよいし、モジュール制御部５２が算出してもよい。また、前回の日時の更新が外部機器を介してタイムサーバなどから取得されたものである場合には、当該タイムサーバに応じて又は一律に、例えば、０．５秒程度を、想定される日時誤差に対して加算してもよい。さらに、電子時計１が温度センサを備える場合には、当該温度センサで計測された温度履歴に基づいてホスト計時回路４７が計数する日時のずれの度合を適宜な時間間隔で積算していくことで累積の日時誤差を見積もることとしてもよい。
すなわち、電子時計１では、モジュール計時部５４が計数する現在日時のずれが収束演算に問題を与えない程度に小さいと想定される場合や、さらに、単一の測位衛星から現在日時を取得することでかえって確実に又は必要以上に精度を落とすと見込まれるような場合には、あえて現在日時の補正を行わないように、現在日時に対して想定される最大誤差に基づく判別（選択）制御を追加することができる。
［変形例２］
図５は、測位制御処理の変形例２を示すフローチャートである。
この変形例２の測位制御処理は、ＧＰＳからの電波を受信する場合の日時取得について、上記実施形態の測位制御処理に対してステップＳ１２１ａ、Ｓ１２２、Ｓ１２３の各処理内容を追加し、その他の処理については同一である。同一の処理内容については、同一の符号を付して説明を省略する。
ステップＳ１０６の処理で、ステップＳ１０８の処理における日時の補正がなされていないと判別されると（ステップＳ１０６で“ＮＯ”）、モジュール制御部５２は、モジュール計時部５４で計数されている現在日時の想定日時誤差（最大誤差）が所定の境界値以上であるか否かを判別する（ステップＳ１２１ａ）。境界値以上であると判別された場合には（ステップＳ１２１ａで“ＹＥＳ”）、モジュール制御部５２は、いずれかのサブフレーム（６秒）のデータを特定して全て受信し、当該サブフレーム内のＴＯＷを取得して日時を同定するように選択する（ステップＳ１２３）。それから、モジュール制御部５２の処理は、ステップＳ１０７に移行する。
境界値未満であると判別された場合には（ステップＳ１２１ａで“ＮＯ”）、モジュール制御部５２は、計数されている現在日時に基づいていずれかのサブフレーム内のＷＯＲＤ１における固定符号列であるプリアンブルを同定し、ＴＯＷを含むＷＯＲＤ２を受信して当該ＴＯＷが取得された段階で現在日時を特定する設定を行う（ステップＳ１２３）。それから、モジュール制御部５２の処理は、ステップＳ１０７に移行する。このように、ＷＯＲＤ１、ＷＯＲＤ２のみの受信（電波受信長は６０ビット長、１．２秒程度）で現在日時を特定することで、サブフレーム受信（電波受信長は３００ビット、６秒程度）と比較して日時の特定に要する時間を短くすることができるが、特定するビット数が少なくなるので現在日時を誤同定する可能性がサブフレーム全体を受信する場合よりも高くなる。
以上のように、本発明の衛星電波受信装置の実施形態である衛星電波受信処理部５０は、測位衛星からの電波を受信する受信部５１と、受信部５１が受信した電波を用いて測位を行うモジュール制御部５２と、を備える。モジュール制御部５２は、受信部５１により測位の実施に係る電波の受信を開始させる場合に、当該開始後に単一の測位衛星から受信した電波に基づいて日時情報を取得し、取得された日時情報と予め保持されている測位衛星の位置情報とを用いて測位演算を行う。
このように、予めエフェメリスやこの代替データといった測位衛星の位置情報が保持されている状態で測位を開始する場合、受信開始時にまず日時情報が取れ次第当該日時で計数日時を修正し、修正された日時と保持されている測位衛星の位置情報を用いて現在位置の算出を開始する。これにより、測位演算の開始時における初期パラメータや測位衛星の現在位置をより正確に定めることができる。したがって、測位演算において、誤った位置や日時に収束するのを防ぐことができ、より短時間で確実に正確な現在位置へ収束させて取得することが可能となる。よって、衛星電波受信処理部５０では、より確実に正確な初期位置が確定するまでの時間（ＴＴＦＦ）を短縮することができる。
また、衛星電波受信処理部５０では、測位衛星の位置情報を測位衛星からの電波の受信以外により外部から取得することができる。すなわち、モジュール制御部５２は、電子時計１においてホスト制御部４１が通信部６４を介してＲＯＭ６３に記憶させた予測軌道データ６３２を読み出して利用可能である。これにより、前回の測位から間隔が開いて有効なエフェメリスが保持されていなくても、確実に短時間で最初の測位結果を取得することができる。また、エフェメリスを取得しない単発の測位などでも短時間で測位結果を得ることができる。また、このような場合に、上記の日時修正を行ってから測位演算を開始させることで、より一層効果的に短時間で正確な日時情報を取得する確実性を向上させることができる。同様に、連続的に測位が行われている間に捕捉されている測位衛星が変化した場合などに、速やかに測位演算に用いる測位衛星からの電波の組み合わせを変更して確実に正確な位置を確定させることができる。
また、電子時計１は、外部機器と通信を行う通信部６４を備え、モジュール制御部５２は、通信部６４を介して測位衛星の予測軌道データ６３２を取得する。
このように、単に電波を受信するだけでなく通信、ここでは、ブルートゥースによる通信を行うことで所望のデータをユーザが処理可能なタイミングなどで短時間で取得可能とすることで、ユーザに大きな手間をかけさせずに、測位動作が可能な環境下ではいつで短い待機時間で現在位置（初期位置）をユーザが知得可能とすることができる。これにより、測位に係るユーザの利便性をより向上させることができる。また、通信部６４により外部機器から取得される日時の精度は必ずしも高いとは限らない。したがって、このような日時が取得可能な場合であっても、測位の開始時に測位衛星からの電波受信に基づいてより確実に精度の高い日時を取得することで、初期位置の確定精度向上及び所要時間の短縮を図ることができる。
また、衛星電波受信処理部５０は、日時を計数するモジュール計時部５４を備える。モジュール制御部５２は、モジュール計時部５４が計数する日時、すなわち、測位動作開始前に当該日時を取得するホスト計時回路４７の計数日時に対して想定される最大誤差に応じて、測位を行う前に日時情報を取得するか否かを選択する。すなわち、新たに日時情報を取得するまでもなく、十分な日時精度が保持されている場合には、あえて改めて日時情報の取得を行う必要はない。この場合、日時の取得の有無によらず、測位結果が得られるまでの所要時間には、ほぼ変化がなく、精度にも差は出ない。衛星電波受信処理部５０では、日時の取得、更新に係る処理の省略により、測位処理に係る負荷が僅かに低減される。
また、モジュール制御部５２は、モジュール計時部５４が計数する日時に対して想定される最大誤差に応じて、測位を行う前に取得する日時情報に係る電波受信長を定める。すなわち、衛星電波受信処理部５０では、現在日時の想定誤差に応じてＷＯＲＤ１、ＷＯＲＤ２の受信のみで現在日時を特定するか、あるいはサブフレーム受信を行ってから現在日時を特定するかを定める。
日時のずれが十分に小さければＷＯＲＤ１、ＷＯＲＤ２程度の受信でほぼ確実に正確な日時に短時間で収束させることができるが、日時のずれが大きい場合には、誤った日時に収束したりする場合もある。したがって、日時の取得精度を向上させることとして、測位衛星の位置情報を予め保持している利点を維持しつつ、拙速な処理による誤同定などを避けることができる。
また、本実施形態の電子時計１は、上述の衛星電波受信処理部５０を備える。また、通信部６４を備えて衛星電波受信処理部５０に対して予測軌道データ６３２を供給することができる。これにより、電子時計１において測位間隔が開いた場合でも確実かつより正確に短時間での現在位置の同定を可能とすることができる。したがって、ユーザに現在位置を知得させるまでの待ち時間を十分に短縮し、ユーザの移動や他の動作の妨げとならない。
また、本実施形態の電子時計１における測位制御方法は、測位衛星からの電波を受信する受信部５１を用いた測位制御方法であって、受信部５１により測位の実施に係る電波の受信を開始させる場合に、当該開始後に単一の測位衛星から受信した電波に基づいて日時情報を取得する日時情報取得ステップ、取得された日時情報と予め保持されている測位衛星の位置情報であるエフェメリス又は予測軌道データ６３２とを用いて測位演算を行う測位演算ステップ、を含む。
このように、予めエフェメリスやこの代替データといった測位衛星の位置情報が保持されている状態で測位を開始する場合、受信開始時に先ず日時情報が取れ次第当該日時で計数日時を修正し、修正された日時と保持されている測位衛星の位置情報を用いて現在位置の算出を開始する。このような測位制御を行うことで、測位演算において、誤った位置や日時に収束するのを防ぐことができ、また、より短時間で確実に正確な現在位置へ収束させて結果を取得することが可能となる。よって、この測位制御方法では、より確実に正確な初期位置が確定するまでの時間（ＴＴＦＦ）を短縮することができる。
また、受信部５１を有し、測位動作が可能な電子機器に対し、上記の測位制御方法に係るプログラム６３１をインストールして実行させることで、容易により確実かつ正確な現在位置を短時間で取得開始させることができる。これにより、種々の電子機器でより確実にユーザの待ち時間を長引かせずに最初の現在位置データを取得可能とすることができる。
なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。
例えば、上記実施の形態では、結果的に日時精度が十分かつ測位衛星の電波受信環境が良好であるなどで、単一測位衛星からの日時取得がなされる前に速やかに複数の測位衛星からの電波受信がなされて測位演算が完了した場合には、そのまま測位演算で同定された日時を用いることが可能である。すなわち、衛星電波受信処理部５０では、日時情報が取得される（同定方法に応じて現在日時が確定する）前に測位演算を開始すること自体は可能である。しかしながら、必ず日時取得を行ってから測位演算を開始することとしてもよい。
また、上記実施の形態では、ブルートゥースを用いて近距離無線通信が可能な電子機器であるスマートフォンなどを介して２段階で外部の予測軌道データを取得することとしたが、衛星電波受信処理部５０が無線ＬＡＮなどを用いて直接サーバにアクセスして予測軌道データを取得可能であってもよい。
また、上記変形例２では、日時の想定誤差に基づいてサブフレーム受信を行う場合を想定したが、これに限られない。予測軌道データ６３２に基づいてサブフレーム受信が不要な程度の日時が確実に取得可能であれば、上記実施の形態における日時取得をＷＯＲＤ１、ＷＯＲＤ２の受信などの短時間の受信で日時受信を行う形態に限ってもよい。あるいは、日時の想定誤差ではなく、符号列上の問題、例えば、プリアンブルとＴＯＷやＷＮなどの他の部分とで符号列が重複して、プリアンブルではない符号列部分をプリアンブルとして誤同定する可能性が高い日時の場合に、サブフレーム受信による日時取得に変更することとしてもよい。また、このような場合には、サブフレーム受信にまで延ばさずに、受信するワード数を３以上に増やすこととしてもよい。
また、上記実施の形態では、衛星電波受信処理部５０のローカルなモジュール制御部５２及びモジュール計時部５４と、電子時計１のホスト制御部４１及び計時部（ホスト計時回路４７）とが別個に設けられることとしたが、単一の制御部や計時回路が設けられて各処理について共通に用いられてもよい。
また、上記実施の形態では、測位開始後には、連続的に測位動作が繰り返されることとして説明したが、単発で一度現在位置が取得されるごとに測位動作が終了されるものであってもよい。この場合でも、予め予測軌道データを取得保持し、測位動作時に現在日時を取得して当該現在日時を用いて測位演算を行うことで、正確な測位の結果を得て測位動作を終了するまでの時間を確実に短く保つことができる。
また、上記実施の形態では、ホスト計時回路４７の計数する日時を取得して当該日時の精度に基づく処理を行ったが、衛星電波受信処理部５０が備えるＲＴＣから取得する日時の精度に基づく処理がなされてもよい。また、衛星電波受信処理部５０が常時起動されている場合には、ホスト計時回路４７の計数精度に基づいて処理がなされてもよい。
また、上記実施の形態では、ホスト制御部４１が通信部６４の動作を制御し、ホスト制御部４１が通信部６４を介して取得した予測軌道データ６３２にモジュール制御部５２が内部信号経路を介してアクセスして取得することとしたが、モジュール制御部５２が直接通信部６４を制御して外部から予測軌道データ６３２を取得することが可能であってもよい。また、その場合には、ＲＯＭ６３ではなく、衛星電波受信処理部５０内の記憶部５３に予測軌道データが記憶保持されてもよい。
また、上記実施の形態では、電子時計１が備える衛星電波受信処理部５０を例に挙げて説明したが、これに限られない。また、受信対象の測位衛星は特に限定されるものではなく、複数の全地球測位システムに係る測位衛星やこれらを補完する地域測位衛星などからの受信電波が混在していてもよい。
また、以上の説明では、現在日時情報の取得時における本発明の衛星電波受信処理の制御に係るプログラム６３１を記憶するコンピュータ読み取り可能な媒体としてフラッシュメモリなどの不揮発性メモリやマスクＲＯＭなどからなるＲＯＭ６３を例に挙げて説明したが、これらに限定されない。その他のコンピュータ読み取り可能な媒体として、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤディスクなどの可搬型記録媒体を適用することが可能である。また、本発明に係るプログラムのデータを通信回線を介して提供する媒体として、キャリアウェーブ（搬送波）も本発明に適用される。
その他、上記実施の形態で示した構成、制御手順や表示例などの具体的な細部は、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。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。
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。
［付記］
＜請求項１＞
測位衛星からの電波を受信する受信部と、
前記受信部が受信した電波を用いて測位を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記受信部により測位の実施に係る電波の受信を開始させる場合に、当該開始後に単一の測位衛星から受信した電波に基づいて日時情報を取得し、
当該取得された日時情報と予め保持されている前記測位衛星の位置情報とを用いて測位演算を行う
ことを特徴とする衛星電波受信装置。
＜請求項２＞
前記制御部は、前記位置情報を測位衛星からの電波の受信以外により外部から取得可能であ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＞
外部機器と通信を行う通信部を備え、
前記制御部は、前記通信部を介して前記位置情報を取得する
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４＞
日時を計数する計時部を備え、
前記制御部は、当該計時部が計数する日時に対して想定される最大誤差に応じて、測位を行う前に日時情報を取得するか否かを選択する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の衛星電波受信装置。
＜請求項５＞
日時を計数する計時部を備え、
前記制御部は、前記計時部が計数する日時に対して想定される最大誤差に応じて、測位を行う前に取得する日時情報に係る電波受信長を定めることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の衛星電波受信装置。
＜請求項６＞
請求項１〜５のいずれか一項に記載の衛星電波受信装置を備えることを特徴とする電子時計。
＜請求項７＞
測位衛星からの電波を受信する受信部を用いた測位制御方法であって、
前記受信部により測位の実施に係る電波の受信を開始させる場合に、当該開始後に単一の測位衛星から受信した電波に基づいて日時情報を取得する日時情報取得ステップ、
当該取得された日時情報と予め保持されている前記測位衛星の位置情報とを用いて測位演算を行う測位演算ステップ、
を含むことを特徴とする測位制御方法。
＜請求項８＞
測位衛星からの電波を受信する受信部を備えるコンピュータを、
前記受信部により測位の実施に係る電波の受信を開始させる場合に、当該開始後に単一の測位衛星から受信した電波に基づいて日時情報を取得する日時情報取得手段、
当該取得された日時情報と予め保持されている前記測位衛星の位置情報とを用いて測位演算を行う測位演算手段、
として機能させることを特徴とするプログラム。
１ 電子時計
４０ マイコン
４１ ホスト制御部
４１１ ＣＰＵ
４１２ ＲＡＭ
４５ 発振回路
４６ 分周回路
４７ ホスト計時回路
５０ 衛星電波受信処理部
５１ 受信部
５２ モジュール制御部
５３ 記憶部
５３１ 受信制御情報
５４ モジュール計時部
６１ 操作受付部
６２ 表示部
６２１ 表示画面
６２２ 表示ドライバ
６３ ＲＯＭ
６３１ プログラム
６３２ 予測軌道データ
６４ 通信部
７０ 電力供給部
７１ バッテリ
１００ システム
１１０ 外部機器
１２０ サーバ
Ａ１ アンテナ

Claims (8)

  1. 測位衛星からの電波を受信する受信部と、
    前記受信部が受信した電波を用いて測位を行う制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記受信部により測位の実施に係る電波の受信を開始させる場合に、当該開始後に単一の測位衛星から受信した電波に基づいて日時情報を取得し、
    当該取得された日時情報と予め保持されている前記測位衛星の位置情報とを用いて測位演算を行う
    ことを特徴とする衛星電波受信装置。
  2. 前記制御部は、前記位置情報を測位衛星からの電波の受信以外により外部から取得可能であることを特徴とする請求項１記載の衛星電波受信装置。
  3. 外部機器と通信を行う通信部を備え、
    前記制御部は、前記通信部を介して前記位置情報を取得する
    ことを特徴とする請求項１記載の衛星電波受信装置。
  4. 日時を計数する計時部を備え、
    前記制御部は、当該計時部が計数する日時に対して想定される最大誤差に応じて、測位を行う前に日時情報を取得するか否かを選択する
    ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の衛星電波受信装置。
  5. 日時を計数する計時部を備え、
    前記制御部は、前記計時部が計数する日時に対して想定される最大誤差に応じて、測位を行う前に取得する日時情報に係る電波受信長を定めることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の衛星電波受信装置。
  6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の衛星電波受信装置を備えることを特徴とする電子時計。
  7. 測位衛星からの電波を受信する受信部を用いた測位制御方法であって、
    前記受信部により測位の実施に係る電波の受信を開始させる場合に、当該開始後に単一の測位衛星から受信した電波に基づいて日時情報を取得する日時情報取得ステップ、
    当該取得された日時情報と予め保持されている前記測位衛星の位置情報とを用いて測位演算を行う測位演算ステップ、
    を含むことを特徴とする測位制御方法。
  8. 測位衛星からの電波を受信する受信部を備えるコンピュータを、
    前記受信部により測位の実施に係る電波の受信を開始させる場合に、当該開始後に単一の測位衛星から受信した電波に基づいて日時情報を取得する日時情報取得手段、
    当該取得された日時情報と予め保持されている前記測位衛星の位置情報とを用いて測位演算を行う測位演算手段、
    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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