JP5402073B2 - 衛星信号受信装置および衛星信号受信装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばＧＰＳ衛星等の位置情報衛星からの衛星信号を受信する衛星信号受信装置および衛星信号受信装置の制御方法に関するものである。

自己位置を測位するためのシステムであるＧＰＳ（Global Positioning System）システムでは、地球を周回する軌道を有するＧＰＳ衛星が用いられており、この衛星から信号を受信して受信機の現在位置を測位する測位装置が実用化されている。
また、ＧＰＳ衛星には、原子時計が備えられている。このため、ＧＰＳ衛星は、極めて正確な時刻情報（ＧＰＳ時刻、衛星時刻情報）を有している。
このため、ＧＰＳ衛星からの信号（航法メッセージ）を受信して位置情報および時刻情報を取得して表示するＧＰＳ受信装置が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００３−２７９６３７号公報

前記特許文献１のＧＰＳ受信装置では、受信可能なＧＰＳ衛星が、測位に必要な衛星数（３個以上）無い場合は、タイムアウト時間（２〜３分）が経過するまで衛星サーチを継続している。
このため、特に、ＧＰＳ受信装置側でＧＰＳ衛星の軌道情報（アルマナック情報）が存在しない状態で受信を開始するコールドスタートでは、受信開始から終了までのタイムアウト時間が２〜３分程度に設定されるが、測位に必要な衛星数に満たない状態で受信し続けると、電池の消耗が進んでしまうことになる。

例えば、受信可能なＧＰＳ衛星が一つしか無い状態で、測位処理を行った場合、測位に必要な数の衛星をサーチ（捕捉）できないため、タイムアウト時間である２〜３分間サーチし続けることになる。ＧＰＳ受信装置において、衛星のサーチ処理は電力消費が大きく、２〜３分間サーチを継続して電力を消費し続けると、電池の消耗も進んでしまい、持続時間が短くなり、また、システムダウンが生じるおそれがある。

本発明の目的は、衛星信号の受信処理時に、無駄な衛星検索処理を続行することを防止して効率的な受信処理を行うことができ、電力消費も抑制できる衛星信号受信装置および衛星信号受信装置の制御方法を提供することにある。

本発明の衛星信号受信装置は、位置情報衛星から送信される衛星信号を受信する受信手段と、前記受信手段を制御して受信処理を行う受信制御手段と、時刻情報を計時する計時手段と、前記衛星信号を受信して取得された時刻情報により前記計時手段の内部時刻情報を修正する時刻修正手段と、を備え、前記受信制御手段は、前記受信手段により前記衛星信号を検索する衛星信号検索手段と、前記衛星信号検索手段で衛星信号を捕捉した衛星数に応じて、測位モードまたは測時モードの一方を選択する受信モード選択手段と、前記受信モード選択手段で測位モードが選択された場合に、前記受信手段により前記衛星信号を受信して位置情報を取得する測位処理を行う測位処理手段と、前記受信モード選択手段で測時モードが選択された場合に、前記受信手段により前記衛星信号を受信して時刻情報を取得する測時処理を行う測時処理手段と、を備え、前記時刻修正手段は、前記衛星信号検索手段で捕捉された衛星数が１個の場合は、前記衛星信号から取得された取得時刻情報と、前記計時手段で計時されている内部時刻情報とを比較し、その差が予め設定された範囲内にある場合に、前記取得時刻情報で前記内部時刻情報を修正し、前記衛星信号検索手段で捕捉された衛星数が２個の場合は、各衛星信号から取得された２つの取得時刻情報を比較して一致した場合に、前記取得時刻情報で前記内部時刻情報を修正することを特徴とする。

本発明によれば、衛星信号検索手段によって位置情報衛星の検索（サーチ）処理を行い、捕捉できた衛星数に応じて、測位モードまたは測時モードを選択している。このため、捕捉できた衛星数が例えば３個以上の場合のみ測位モードを選択することで、測位処理に必要な数の位置情報衛星を捕捉できないために、衛星のサーチ処理をタイムアウト時間（例えば２〜３分）が経過するまで継続することを防止できる。
従って、衛星信号検索手段で捕捉できた衛星数に応じて、受信モードを選択することで、衛星信号の受信処理を効率的に行うことができ、消費電力も低減できる。
さらに、捕捉した衛星数が１個の場合に、その衛星からの衛星信号を受信して取得した時刻情報と、計時手段で計時されている内部時刻情報とを比較しているので、正しい取得時刻情報を受信できているのかを検証することができる。すなわち、内部時刻情報は、例えば時計の指針やディスプレイに表示されて、利用者が確認できるため、通常は、実際の時刻に対して所定の誤差量（例えば１分）程度の誤差に納まっている。従って、受信で取得した時刻情報が、内部時刻情報に比べて、例えば、１分以上ずれている場合には、衛星信号が弱いためなどで正しくデコードできなかった可能性が高い。従って、１個の衛星信号のみから時刻情報を取得した場合に、内部時刻情報と比較することで、取得時刻情報が正しいデータであるのかを検証することができる。
また、捕捉した衛星数が２個の場合には、各衛星信号から取得した２つの取得時刻情報を比較し、それらが一致すれば正しいデータであると推測できる一方、一致しない場合にはいずれか一方あるいは両方が誤ったデータであると推測できる。従って、２個の衛星信号から時刻情報を取得した場合に、各取得時刻情報同士を比較することで、取得時刻情報が正しいデータであるのかを検証することができる。
従って、取得時刻情報が正しいものであるのかを検証でき、この検証した取得時刻情報で内部時刻情報を修正できるため、内部時刻情報を正しい時刻に修正できる。

本発明の衛星信号受信装置において、前記受信モード選択手段は、前記衛星信号検索手段で捕捉された衛星数が１または２個の場合には測時モードを選択し、捕捉された衛星数が３個以上の場合には測位モードを選択することが好ましい。

位置情報衛星から送信された衛星信号から時刻情報を取得して衛星信号受信装置内部の内部時刻情報を修正する測時モードは、最低１個の衛星からの信号を受信できれば処理できる。従って、捕捉衛星数が１、２個の場合に測時モードを選択して受信処理を行えば、それ以上の衛星をサーチして捕捉する必要がないため、衛星のサーチ処理をタイムアウト時間経過まで継続することを防止できる。
一方、衛星捕捉数が３個以上の場合は、測位モードを選択して受信処理を行うことができるので、この場合もそれ以上の衛星をサーチして捕捉する必要が無く、衛星のサーチ処理をタイムアウト時間経過まで継続することを防止できる。
従って、衛星信号検索手段で捕捉できた衛星数に応じて、受信モードを選択することで、衛星信号の受信処理を効率的に行うことができ、消費電力も低減できる。

本発明の衛星信号受信装置において、前記測位処理手段は、前記衛星信号検索手段で捕捉された衛星数が３個の場合は、３個の衛星信号から測位計算を行い、前記衛星信号検索手段で捕捉された衛星数が４個以上の場合は、４個の衛星信号から測位計算を行うことが好ましい。

３個の衛星信号を受信した場合には、測位処理手段は、３個の衛星軌道情報に基づく二次元測位処理によって位置情報を算出できる。
また、４個以上の衛星信号を受信した場合には、測位処理手段は、４個の衛星軌道情報に基づく三次元測位処理によって位置情報を算出できる。
従って、それぞれ捕捉した衛星からの信号で測位処理を実行できるため、衛星サーチ処理を継続する必要が無く、衛星信号の受信処理を効率的に行うことができ、消費電力も低減できる。
なお、三次元測位とは、衛星信号受信装置の現在位置を、緯度・経度・標高の三次元のデータで算出するものである。一方、二次元測位とは、標高は所定値に設定し、衛星信号受信装置の現在位置を、緯度・経度の二次元のデータで算出するものである。

本発明の衛星信号受信装置において、前記衛星信号検索手段は、受信した衛星信号の信号レベルが所定値以上の衛星を捕捉する対象とすることが好ましい。

信号レベルが所定値以上の衛星のみを捕捉対象とすれば、捕捉した衛星から送信される衛星信号の信号レベルも高いものとなるため、ノイズの影響を軽減できて、正しいデータを受信してデコードすることができる。

本発明の衛星信号受信装置において、前記衛星信号検索手段は、１つの衛星も捕捉できなかった場合には、前記受信手段による受信処理を中止することが好ましい。

衛星サーチ処理で衛星を捕捉できない場合には、衛星信号受信装置が、例えば窓のない室内に配置されているなど、位置情報衛星からの電波を受信できない状態にあると考えられる。このため、１つの衛星も捕捉できない場合に、受信処理を中止すれば、無駄な受信処理を行う必要がなくなり、消費電力を削減できる。

本発明の衛星信号受信装置において、前記衛星信号検索手段は、各衛星を順次検索する衛星サーチ処理を、所定回数繰り返して衛星を捕捉することが好ましい。

ここで、所定回数とは例えば３回等である。利用者が、衛星信号受信装置を装着して歩行している場合に、あるタイミングでは、ビルの陰などに入って衛星を捕捉できない場合もある。従って、各衛星を順次検索する衛星サーチ処理を１回のみ行った場合には、タイミングによっては衛星を捕捉できない可能性もあるが、複数回衛星サーチ処理を行えば、衛星を捕捉できる可能性を高くできる。
さらに、所定回数以上は衛星サーチ処理を繰り返さないので、衛星を捕捉できない環境にあるときに、無駄にサーチ処理を繰り返すこともなく、消費電力を削減できる。

本発明の衛星信号受信装置において、前記衛星信号検索手段は、各衛星を順次検索する衛星サーチ処理を、所定時間行って衛星を捕捉することが好ましい。

ここで、所定時間とは、例えば、１０秒などである。衛星サーチ処理時間が非常に短い場合には、衛星信号受信装置がビルの陰などに入って衛星を捕捉できない場合もある。これに対し、衛星サーチ処理を複数回実施可能な所定時間（例えば１０秒間）、サーチ処理を行えば、衛星を捕捉できる可能性を高くできる。
さらに、所定時間以上は衛星サーチ処理を繰り返さないので、衛星を捕捉できない環境にあるときに、無駄にサーチ処理を繰り返すこともなく、消費電力を削減できる。

本発明の衛星信号受信装置において、現在選択されている受信モードを表示する表示手段を備えることが好ましい。
表示手段で受信モードを表示することができれば、利用者が現在、どの受信モードで表示しているのかを把握でき、利便性を向上できる。

本発明は、位置情報衛星から送信される衛星信号を受信する受信手段と、時刻情報を計時する計時手段と、前記衛星信号を受信して取得された時刻情報により前記計時手段の内部時刻情報を修正する時刻修正手段とを備えた衛星信号受信装置の制御方法であって、前記受信手段により前記衛星信号を検索する衛星信号検索工程と、前記衛星信号検索工程で衛星信号を捕捉した衛星数に応じて、測位モードまたは測時モードの一方を選択する受信モード選択工程と、前記受信モード選択工程で測位モードが選択された場合に、前記受信手段により前記衛星信号を受信して位置情報を取得する測位処理を行う測位処理工程と、前記受信モード選択工程で測時モードが選択された場合に、前記受信手段により前記衛星信号を受信して時刻情報を取得する測時処理を行う測時処理工程と、前記衛星信号検索工程で捕捉された衛星数が１個の場合は、前記衛星信号から取得された取得時刻情報と、前記計時手段で計時されている内部時刻情報とを比較し、その差が予め設定された範囲内にある場合に、前記取得時刻情報で前記内部時刻情報を修正する工程と、前記衛星信号検索工程で捕捉された衛星数が２個の場合は、各衛星信号から取得された２つの取得時刻情報を比較して一致した場合に、前記取得時刻情報で前記内部時刻情報を修正する工程と、を備えることを特徴とする。

本発明の衛星信号受信装置の制御方法においても、前記衛星信号受信装置と同じ作用効果を奏することができる。

ＧＰＳシステムの概要について説明するための図。 ＧＰＳ衛星の配置の一例を示す図。 全天に存在する衛星数および受信可能な衛星数の推移を示す図。 航法メッセージの構成について説明するための図。 第１実施形態のＧＰＳ付き腕時計の回路構成について説明するための図。 第１実施形態のＧＰＳ付き腕時計の概略平面図。 第１実施形態のＧＰＳ付き腕時計の概略断面図。 第１実施形態の制御部の構成を示す図。 第１実施形態の受信処理手順を示すフローチャート。 タイムアウト時間を説明するための図。 第２実施形態の受信処理手順を示すフローチャート。 第２実施形態の測時モードにおける手順を示すフローチャート。 第２実施形態の測位モードにおける手順を示すフローチャート。

以下、この発明の好適な実施の形態を、添付図面等を参照しながら詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

〔ＧＰＳシステム〕
［概要］
図１は、マイクロ波による通信システムであるＧＰＳシステムの概要について説明するための図である。
ＧＰＳ衛星１０は、地球の上空の所定の軌道上を周回しており、１．５７５４２ＧＨｚのマイクロ波（Ｌｌ波）に航法メッセージを重畳させて地上に送信している。ここで、ＧＰＳ衛星１０は本発明における位置情報衛星の一例であり、航法メッセージが重畳された１．５７５４２ＧＨｚのマイクロ波（以下、「衛星信号」という）は本発明における衛星信号の一例である。

現在、約３０個のＧＰＳ衛星１０が存在しており、衛星信号がどのＧＰＳ衛星１０から送信されたかを識別するために、各ＧＰＳ衛星１０はＣ／Ａコード（Coarse/Acquisition Code）と呼ばれる１０２３ｃｈｉｐ（１ｍｓ周期）の固有のパターンを衛星信号に重畳する。Ｃ／Ａコードは、各ｃｈｉｐが＋１又は−１のいずれかでありランダムパターンのように見える。従って、衛星信号と各Ｃ／Ａコードのパターンの相関をとることにより、衛星信号に重畳されているＣ／Ａコードを検出することができる。

ＧＰＳ衛星１０は原子時計を搭載しており、衛星信号には原子時計で計時された極めて正確な時刻情報（以下、「ＧＰＳ時刻情報」という）が含まれている。また、地上のコントロールセグメントにより各ＧＰＳ衛星１０に搭載されている原子時計のわずかな時刻誤差が測定されており、衛星信号にはその時刻誤差を補正するための時刻補正パラメータも含まれている。そのため、ＧＰＳ付き腕時計３に内蔵された衛星信号受信装置（以下、「ＧＰＳ受信機」という）は、１つのＧＰＳ衛星１０から送信された衛星信号を受信し、その中に含まれるＧＰＳ時刻情報と時刻補正パラメータを使用して内部時刻を正確な時刻に修正することができる。

衛星信号にはＧＰＳ衛星１０の軌道上の位置を示す軌道情報も含まれている。ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ時刻情報と軌道情報を使用して測位計算を行うことができる。測位計算は、ＧＰＳ受信機の内部時刻にある程度の誤差が含まれていることを前提として行われる。すなわち、ＧＰＳ受信機の３次元の位置を特定するためのｘ，ｙ，ｚパラメータに加えて時刻誤差も未知数になる。そのため、ＧＰＳ受信機は、一般的には４つ以上のＧＰＳ衛星からそれぞれ送信された衛星信号を受信し、その中に含まれるＧＰＳ時刻情報と軌道情報を使用して測位計算を行う。

このようなＧＰＳ衛星１０は周回衛星であり、かつ衛星信号は直進性の強いマイクロ波であって地平線の下に隠れているＧＰＳ衛星１０からの衛星信号は受信できないため、地球上のある地点で受信可能なＧＰＳ衛星１０は刻々と変化する。
図２は、ある地点のある時刻におけるＧＰＳ衛星１０の配置を示すスカイプロット図である。図２の上下左右のＮＳＥＷは、それぞれ北、南、東、西の方角を示す。また、図２の外側の円は地平線（仰角０°）を示し、その内側の円は外側から順に仰角３０°、６０°を示す。従って、円の中心は仰角９０°つまり天頂を示す。

図１，２において、「Ｇ＋数字」は、各ＧＰＳ衛星１０の衛星番号を示す。また、ＧＰＳ付き腕時計３は、図１に示すように、建物５の室内に配置されている。建物５には東向きの窓６が設けられている。このため、ＧＰＳ付き腕時計３は、窓６を介してのみＧＰＳ衛星１０の衛星信号を受信できるようにされている。このため、図１，２の状態では、ＧＰＳ付き腕時計３は、Ｇ２９、Ｇ１０、Ｇ２８の３つのＧＰＳ衛星１０からの衛星信号のみを受信可能であり、他のＧＰＳ衛星１０からの信号は建物５の屋根や壁で遮られて受信することができない。図２の一点鎖線７で囲まれた範囲は、室内に置かれたＧＰＳ付き腕時計３が受信可能なＧＰＳ衛星１０の位置（方位および仰角）を示すものであり、この範囲内に配置されたＧＰＳ衛星１０を捕捉して信号を受信できる。

図３は、全天に存在するＧＰＳ衛星１０の数と、前記建物５内のＧＰＳ付き腕時計３で受信可能なＧＰＳ衛星１０の数つまり図２の一点鎖線７で囲まれた範囲内に存在するＧＰＳ衛星１０の数とを、１時間毎にプロットしたものである。
この図３から分かるように、ＧＰＳ付き腕時計３で受信可能なＧＰＳ衛星１０の数は、時間経過に伴って変化し、最大で４個、最小で１個となる。

［航法メッセージ］
図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、航法メッセージの構成について説明するための図である。
図４（Ａ）に示すように、航法メッセージは、全ビット数１５００ビットのメインフレームを１単位とするデータとして構成される。メインフレームは、それぞれ３００ビットの５つのサブフレーム１〜５に分割されている。１つのサブフレームのデータは、各ＧＰＳ衛星１０から６秒で送信される。従って、１つのメインフレームのデータは、各ＧＰＳ衛星１０から３０秒で送信される。

サブフレーム１には、週番号データ等の衛星補正データが含まれている。週番号データは、現在のＧＰＳ時刻情報が含まれる週を表す情報である。ＧＰＳ時刻情報の起点は、ＵＴＣ（協定世界時）における１９８０年１月６日００：００：００であり、この日に始まる週は週番号０となっている。週番号データは、１週間単位で更新される。

サブフレーム２、３には、エフェメリスパラメータ（各ＧＰＳ衛星１０の詳細な軌道情報）が含まれる。また、サブフレーム４、５には、アルマナックパラメータ（全ＧＰＳ衛星１０の概略軌道情報）が含まれている。

さらに、サブフレーム１〜５には、先頭から、３０ビットのＴＬＭ（Telemetry word）データが格納されたＴＬＭ（Telemetry）ワードと３０ビットのＨＯＷ（hand over word）データが格納されたＨＯＷワードが含まれている。

従って、ＴＬＭワードやＨＯＷワードは、ＧＰＳ衛星１０から６秒間隔で送信されるのに対し、週番号データ等の衛星補正データ、エフェメリスパラメータ、アルマナックパラメータは３０秒間隔で送信される。

図４（Ｂ）に示すように、ＴＬＭワードには、プリアンブルデータ、ＴＬＭメッセージ、Reservedビット、パリティデータが含まれている。

図４（Ｃ）に示すように、ＨＯＷワードには、ＴＯＷ（Time of Week、「Ｚカウント」ともいう）というＧＰＳ時刻情報が含まれている。Ｚカウントデータは毎週日曜日の０時からの経過時間が秒で表示され、翌週の日曜日の０時に０に戻るようになっている。つまり、Ｚカウントデータは、週の初めから一週間毎に示される秒単位の情報である。このＺカウントデータは、次のサブフレームデータの先頭ビットが送信されるＧＰＳ時刻情報を示す。例えば、サブフレーム１のＺカウントデータは、サブフレーム２の先頭ビットが送信されるＧＰＳ時刻情報を示す。また、ＨＯＷワードには、サブフレームのＩＤを示す３ビットのデータ（ＩＤコード）も含まれている。すなわち、図４（Ａ）に示すサブフレーム１〜５のＨＯＷワードには、それぞれ「００１」、「０１０」、「０１１」、「１００」「１０１」のＩＤコードが含まれている。

ＧＰＳ受信機は、サブフレーム１に含まれる週番号データとサブフレーム１〜５に含まれるＨＯＷワード（Ｚカウントデータ）を取得することで、ＧＰＳ時刻情報を取得することができる。ただし、ＧＰＳ受信機は、以前に週番号データを取得し、週番号データを取得した時期からの経過時間を内部でカウントしている場合は、週番号データを取得しなくてもＧＰＳ衛星の現在の過番号データを得ることができる。従って、ＧＰＳ受信機は、Ｚカウントデータを取得すれば、日付以外の現在時刻が分かるようになっている。このため、ＧＰＳ受信機は、通常、現在時刻としてＺカウントデータのみを取得する。

なお、ＴＬＭワード、ＨＯＷワード（Ｚカウントデータ）、衛星補正データ、エフェメリスパラメータ、アルマナックパラメータ等は、本発明における衛星情報の一例である。

次に、このようなＧＰＳ受信機を内蔵するＧＰＳ装置付き腕時計３（以下、「ＧＰＳ付き腕時計３」という）について説明する。

〔ＧＰＳ付き腕時計〕
［ＧＰＳ付き腕時計の回路構成］
図５は、第１実施形態のＧＰＳ付き腕時計３の回路構成について説明するための図である。
ＧＰＳ付き腕時計３は、少なくとも１つのＧＰＳ衛星１０からの衛星信号を受信してＧＰＳ時刻情報に基づいて内部時刻情報の修正を行うモード（測時モード）と、複数のＧＰＳ衛星１０からの衛星信号を受信して測位計算を行い現在地を求めて、現在地から特定される時差及びＧＰＳ時刻情報に基づいて内部時刻情報の修正を行うモード（測位モード）のいずれかに設定される。すなわち、ＧＰＳ付き腕時計３は、測時モードによる時刻修正処理と測位モードによる時刻修正処理（時差修正処理）のいずれかの処理を行う。

ＧＰＳ付き腕時計３は、受信手段である受信モジュール３０、ＧＰＳアンテナ２７、時刻表示装置８０及び電源供給装置９０を含んで構成されている。

［受信モジュールの構成］
受信モジュール３０は、ＧＰＳアンテナ２７が接続される。ＧＰＳアンテナ２７は、複数のＧＰＳ衛星１０からの衛星信号を受信するアンテナである。

また、受信モジュール３０は、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave：表面弾性波）フィルタ３１と、ＲＦ（Radio Frequency：無線周波数）部５０と、ベースバンド部６０を含んで構成されている。ＳＡＷフィルタ３１は、ＧＰＳアンテナ２７が受信した信号から衛星信号を抽出する処理を行う。すなわち、ＳＡＷフィルタ３１は、１．５ＧＨｚ帯の信号を通過させるバンドパスフィルタとして構成される。

以下に説明するように、ＲＦ部５０とベースバンド部６０は、ＳＡＷフィルタ３１が抽出した１．５ＧＨｚ帯の衛星信号から航法メッセージに含まれる軌道情報やＧＰＳ時刻情報等の衛星情報を取得する処理を行う。

ＲＦ部５０は、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）５１、ミキサ５２、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）５３、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路５４、ＩＦアンプ５５、ＩＦ（Intermediate Frequency：中間周波数）フィルタ５６、ＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換器）５７等を含んで構成されている。

ＳＡＷフィルタ３１が抽出した衛星信号は、ＬＮＡ５１で増幅される。ＬＮＡ５１で増幅された衛星信号は、ミキサ５２でＶＣＯ５３が出力するクロック信号とミキシングされて中間周波数帯の信号にダウンコンバートされる。ＰＬＬ回路５４は、ＶＣＯ５３の出力クロック信号を分周したクロック信号と基準クロック信号を位相比較してＶＣＯ５３の出力クロック信号を基準クロック信号に同期させる。その結果、ＶＣＯ５３は基準クロック信号の周波数精度の安定したクロック信号を出力することができる。なお、中間周波数として、例えば、数ＭＨｚを選択することができる。

ミキサ５２でミキシングされた信号は、ＩＦアンプ５５で増幅される。ここで、ミキサ５２でのミキシングにより、中間周波数帯の信号とともに数ＧＨｚの高周波信号も生成される。そのため、ＩＦアンプ５５は、中間周波数帯の信号とともに数ＧＨｚの高周波信号も増幅する。ＩＦフィルタ５６は、中間周波数帯の信号を通過させるとともに、この数ＧＨｚの高周波信号を除去する（正確には、所定のレベル以下に減衰させる）。ＩＦフィルタ５６を通過した中間周波数帯の信号はＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換器）５７でデジタル信号に変換される。

ベースバンド部６０は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）６１、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６２、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）６３、ＲＴＣ（リアルタイムクロック）６４を含んで構成されている。また、ベースバンド部６０には、温度補償回路付き水晶発振回路（ＴＣＸＯ：Temperature Compensated Crystal Oscillator）６５やフラッシュメモリ６６等が接続されている。

温度補償回路付き水晶発振回路（ＴＣＸＯ）６５は、温度に関係なくほぼ一定の周波数の基準クロック信号を生成する。

フラッシュメモリ６６には時差情報が記憶されている。時差情報は、地理情報が分割された複数の領域の各々の時差が定義された情報である。

ベースバンド部６０は、測時モード又は測位モードに設定されると、ＲＦ部５０のＡＤＣ５７が変換したデジタル信号（中間周波数帯の信号）からベースバンド信号を復調する処理を行う。

また、ベースバンド部６０は、測時モード又は測位モードに設定されると、後述する衛星信号検索工程において、各Ｃ／Ａコードと同一のパターンのローカルコードを発生し、ベースバンド信号に含まれる各Ｃ／Ａコードとローカルコードの相関をとる処理を行う。そして、ベースバンド部６０は、各ローカルコードに対する相関値がピークになるようにローカルコードの発生タイミングを調整し、相関値が閾値以上となる場合にはそのローカルコードのＧＰＳ衛星１０に同期（すなわち、ＧＰＳ衛星１０を捕捉）したものと判断する。
ここで、ＧＰＳシステムでは、すべてのＧＰＳ衛星１０が異なるＣ／Ａコードを用いて同一周波数の衛星信号を送信するＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式を採用している。従って、受信した衛星信号に含まれるＣ／Ａコードを判別することで、捕捉可能なＧＰＳ衛星１０を検索することができる。

さらに、ベースバンド部６０は、捕捉したＧＰＳ衛星１０のＣ／Ａコードと同一のパターンのローカルコードとベースバンド信号をミキシングして航法メッセージを復調し、航法メッセージに含まれる軌道情報やＧＰＳ時刻情報等の衛星情報を取得してＳＲＡＭ６３に記憶する。

航法メッセージに含まれる軌道情報やＧＰＳ時刻情報は、本発明における位置情報、時刻情報の一例であり、受信モジュール３０は、本発明における受信手段として機能する。

なお、ベースバンド部６０の動作は、温度補償回路付き水晶発振回路（ＴＣＸＯ）６５が出力する基準クロック信号に同期する。ＲＴＣ６４は、衛星信号を処理するためのタイミングを生成するものである。このＲＴＣ６４は、温度補償回路付き水晶発振回路（ＴＣＸＯ）６５から出力される基準クロック信号でカウントアップされる。

［時刻表示装置の構成］
時刻表示装置８０は、制御部（ＣＰＵ）４０及び水晶振動子４３を含んで構成されている。

制御部４０は、記憶部４１、発振回路４２、駆動回路４４を備え、各種制御を行う。
制御部４０は、受信モジュール３０を制御する。すなわち、制御部４０は、制御信号を受信モジュール３０に送り、受信モジュール３０の受信動作を制御する。
また、制御部４０内の駆動回路４４を介して指針１２の駆動を制御する。

記憶部４１には内部時刻情報が記憶されている。内部時刻情報は、ＧＰＳ付き腕時計３の内部で計時される時刻の情報である。内部時刻情報は、水晶振動子４３および発振回路４２によって生成される基準クロック信号によって更新される。従って、受信モジュール３０への電力供給が停止されていても、内部時刻情報を更新して指針１２の運針を継続することができるようになっている。

制御部４０は、測時モードに設定されると、受信モジュール３０の動作を制御し、ＧＰＳ時刻情報に基づいて内部時刻情報を修正して記憶部４１に記憶する。より具体的には、内部時刻情報は、取得したＧＰＳ時刻情報にＵＴＣパラメータ（ＧＰＳ時刻とＵＴＣとの差である累積うるう秒で現在は−１４秒）を加算することで求められるＵＴＣ（協定世界時）に修正される。また、制御部４０は、測位モードに設定されると、受信モジュール３０の動作を制御し、ＧＰＳ時刻情報とＵＴＣパラメータ及び現在地から求められる時差データに基づいて、内部時刻情報を修正して記憶部４１に記憶する。

［電源供給装置の構成］
電源供給装置９０は、充電制御回路２８、二次電池２４、レギュレ一夕２９及び時刻表示装置８０に組み込まれているソーラーセル２２を含んで構成されている。

二次電池２４は、レギュレ一夕２９を介して、受信モジュール３０及び時刻表示装置８０等に駆動電力を供給する。ソーラーセル２２の光発電により発生した電流が、充電制御回路２８を通じて二次電池２４に供給され、二次電池２４が充電される。

充電制御回路２８は、ソーラーセル２２の電極と二次電池２４の電極の間に接続され、制御信号４０Ａに基づいて、ソーラーセル２２の電極と二次電池２４の電極の間を電気的に接続又は切断する。

［ＧＰＳ付き腕時計の構造］
図６及び図７は、第１実施形態のＧＰＳ付き腕時計３の構造について説明するための図である。図６はＧＰＳ付き腕時計３の概略平面図であり、図７は図６のＧＰＳ付き腕時計３の概略断面図である。

図６に示すように、ＧＰＳ付き腕時計３は、文字板１１及び指針１２を備えている。指針１２は、秒針、分針、時針等により構成されており、歯車を介してステップモータで駆動される。

ＧＰＳ付き腕時計３は、リューズ１４やボタン１５（Ａボタン）、ボタン１６（Ｂボタン）を手動操作することにより、受信処理および受信結果表示処理を行うことができるように構成されている。

例えば、ボタン１５（Ａボタン）が数秒（例えば３秒）以上押されると、ＧＰＳ付き腕時計３は受信処理を行う。この際、測時モードまたは測位モードは、衛星サーチの結果、捕捉できた衛星数に応じて、制御部４０で自動的に選択される。

一方、ボタン１５（Ａボタン）が短い時間押されると、ＧＰＳ付き腕時計３は文字板１１及び指針１２により直前の受信モードにおける受信結果を表示する。例えば、測時モードで受信成功の場合には、秒針が「Ｔｉｍｅ」の位置（５秒位置）に移動し、測位モードで受信成功の場合には、秒針が「Ｆｉｘ」の位置（１０秒位置）に移動する。また、受信失敗の場合には秒針が「Ｎ」の位置（２０秒位置）に移動する。
なお、これらの秒針による指示は受信中も行われる。すなわち、測時モードで受信中は秒針が「Ｔｉｍｅ」の位置（５秒位置）に移動し、測位モードで受信中は秒針が「Ｆｉｘ」の位置（１０秒位置）に移動する。また、ＧＰＳ衛星１０が捕捉できない場合は秒針が「Ｎ」の位置（２０秒位置）に移動する。

図７に示すように、ＧＰＳ付き腕時計３は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、チタン等の金属で構成された外装ケース１７を備えている。
外装ケース１７は、略円筒状に形成され、表面側の開口にはベゼル１８を介して表面ガラス１９が取り付けられている。ベゼル１８は、衛星信号の受信性能を向上させるためにセラミック等の非金属材料で構成される。外装ケース１７の裏面側の開口には裏蓋２６が取り付けられている。

外装ケース１７の内部には、ムーブメント１３、ソーラーセル２２、ＧＰＳアンテナ２７、二次電池２４等が配置されている。

ムーブメント１３は、ステップモータや輪列２１を含んで構成されている。ステップモータは、モータコイル２０、ステータ、ロータ等で構成されており、輪列２１を介して指針１２を駆動する。
ムーブメント１３の裏蓋側には回路基板２５が配置され、回路基板２５は、コネクタ３２を介してアンテナ基板２３及び二次電池２４と接続されている。

回路基板２５には、ＧＰＳアンテナ２７で受信した衛星信号を処理する受信回路を含む受信モジュール３０、ステップモータの駆動制御等を行う制御部（ＣＰＵ）４０等が取り付けられている。受信モジュール３０や制御部（ＣＰＵ）４０は、シールド板３３に覆われており、二次電池２４から供給される電力で駆動される。

二次電池２４はリチウムイオン電池等の充電可能な二次電池であり、ソーラーセル２２が発電した電力を蓄えられるようになっている。すなわち、ソーラーセル２２の電極と二次電池２４の電極の間を電気的に接続することにより、ソーラーセル２２が光発電を行い、二次電池２４が充電される。なお、本実施形態では、二次電池２４としてリチウムイオン電池等の二次電池を用いているが、二次電池２４は蓄電体であればよく、例えば、コンデンサ等であってもよい。

ソーラーセル２２は、受光面２２Ａ（図７では上面）が文字板１１の裏面１１Ｂ（表面（時刻表示面）１１Ａの反対側の面）の一部と対向するように配置され、表面ガラス１９及び文字板１１を通過した光を受光して光発電を行う。

文字板１１は、外部から視認できるため、透過率の低い材料を用いて出来るだけ光を透過させつつ見栄えをよくすることが望ましい。そのため、文字板１１は、光を透過させるプラスチックやガラス等の非金属の材料で構成されている。

アンテナ基板２３に実装されたＧＰＳアンテナ２７は、複数のＧＰＳ衛星１０からの衛星信号を受信するアンテナであり、パッチアンテナ、ヘリカルアンテナ、チップアンテナ、逆Ｆアンテナ等により実現される。なお、ＧＰＳ衛星１０から送信される１．５７５４２ＧＨｚのマイクロ波は円偏波であるので、ＧＰＳアンテナ２７は円偏波を受信可能なパッチアンテナにより実現することは、好ましい。

本実施形態では、ＧＰＳ付き腕時計３の装飾性や装着性を向上させるために、ＧＰＳアンテナ２７は文字板１１の裏面１１Ｂの側に配置される。そのため、文字板１１は、１．５ＧＨｚ帯のマイクロ波を通す材料、例えば導電率及び透磁率の低い材料であるプラスチックやガラス等の非金属で構成されているのが好ましい。

ＧＰＳアンテナ２７は、上面や側面を含む表面全体からマイクロ波（衛星信号）を受信する。そのため、ソーラーセル２２内の金属性部材がマイクロ波をシールドしないように、本実施形態では、文字板１１の裏面１１ＢとＧＰＳアンテナ２７の受信面２７Ａ（図７では上面）の間には、ソーラーセル２２が配置されていない。しかし、ＧＰＳアンテナ２７とソーラーセル２２の距離が近いほどＧＰＳアンテナ２７とソーラーセル２２内の金属性部材が電気的に結合してロスが発生する。また、ＧＰＳアンテナ２７とソーラーセル２２の距離が近いほどＧＰＳアンテナ２７の放射パターンがソーラーセル２２に遮られてＧＰＳアンテナ２７の放射パターンが小さくなってしまう。そして、ソーラーセル２２の構成要素である透明電極及び金属電極が金属性の部材で構成されているので、導電率が大きい、ソーラーセル２２内の透明電極及び金属電極が受信性能を劣化させる大きな要因になっている。そのため、受信性能が劣化しないように、本実施形態では、ＧＰＳアンテナ２７とソーラーセル２２の透明電極及び金属電極との距離が所定値以上になるように配置されている。

また、ＧＰＳアンテナ２７は、ソーラーセル２２以外の金属部材により電気的に結合してロスが発生しないようにすることと、ＧＰＳアンテナ２７の放射パターンが金属部材に遮られてＧＰＳアンテナ２７の放射パターンが小さくなり、ＧＰＳアンテナ２７の受信性能が劣化しないように、金属部材との距離が所定倍以上になるように配置されている。例えば、外装ケース１７やムーブメント１３が金属部材で構成されている場合、ＧＰＳアンテナ２７は、外装ケース１７との距離及びムーブメント１３との距離がともに所定値以上になるように配置される。

［受信処理］
以下、第１実施形態のＧＰＳ付き腕時計３における受信処理の手順について説明する。制御部（ＣＰＵ）４０は、専用回路により実現してこれらの処理の各種制御を行うようにすることもできるが、記憶部４１に記憶された制御プログラムを実行することによりこれらの処理の各種制御を行うようにすることもできる。すなわち、図８に示すように、制御プログラムにより、制御部（ＣＰＵ）４０は、受信制御手段４００として機能し、受信制御手段４００は、衛星信号検索手段４０１、受信モード選択手段４０２、測時処理手段４０３、測位処理手段４０４を備えている。

次に、受信制御手段４００による受信処理について、図９を参照して説明する。
ＧＰＳ付き腕時計３の制御部４０は、定時の受信時刻になった場合、あるいは、Ａボタン１５が一定時間押されて手動で受信操作が行われた場合には、受信制御手段４００によって受信モジュール３０を制御し、受信処理を行う。すなわち、受信制御手段４００が受信モジュール３０を起動し、受信モジュール３０はＧＰＳ衛星１０から送信される衛星信号の受信を開始する（ステップ１、以下ステップを「Ｓ」と略す）。

次に、受信制御手段４００は、衛星信号検索手段４０１によって衛星信号検索工程（衛星サーチ工程）を開始する（Ｓ２）。衛星サーチ工程において、受信モジュール３０は、捕捉可能なＧＰＳ衛星１０を検索する処理を行う。
具体的には、例えば３０個のＧＰＳ衛星１０が存在する場合、まず、ベースバンド部６０において、衛星番号ＳＶを１から３０まで順次変更しながら衛星番号ＳＶのＣ／Ａコードと同一のパターンのローカルコードを発生させる。次に、ベースバンド部６０は、ベースバンド信号に含まれるＣ／Ａコードとローカルコードの相関値を計算する。ベースバンド信号に含まれるＣ／Ａコードとローカルコードが同じコードであれば相関値は所定のタイミングでピークを持つが、異なるコードであれば相関値はピークをもたず常にほぼゼロとなる。

ベースバンド部６０は、ベースバンド信号に含まれるＣ／Ａコードとローカルコードの相関値が最大になるようにローカルコードの発生タイミングを調整し、相関値が所定の閥値以上の場合には衛星番号ＳＶのＧＰＳ衛星１０を捕捉したものと判断する。この際、衛星信号が所定レベル以上のＧＰＳ衛星１０のみを捕捉対象としている。
そして、ベースバンド部６０は、捕捉した各ＧＰＳ衛星１０の情報（例えば衛星番号）をＳＲＡＭ６３に記憶する。

なお、ローカルコードのコード長は１ｍｓであり、ローカルコードの発生タイミングを調整しながら約３０個のＧＰＳ衛星１０のサーチ処理を行った場合でも、約２秒ですべてのＧＰＳ衛星１０のサーチを完了することができる。
そして、本実施形態では、衛星サーチ工程Ｓ２において、約３０個のＧＰＳ衛星１０のサーチ処理を所定回数、例えば３回、繰り返して実行している。

次に、衛星信号検索手段４０１は、衛星サーチ工程で捕捉できた衛星数（衛星捕捉数）が、０個、１〜２個、３個以上のいずれであるかを判定する（Ｓ３）。
ここで、衛星捕捉数が０個の場合、受信制御手段４００は、受信モジュール３０の受信動作を強制的に終了させる（Ｓ４）。ＧＰＳ付き腕時計３が、受信できない環境に配置されている場合、例えば、窓のない室内に配置されているような場合には、衛星サーチ工程を継続しても、ＧＰＳ衛星１０を捕捉できない。この場合、受信制御手段４００は、衛星サーチ工程を強制的に終了することにより無駄に電力が消費されることを防止することができる。

一方、衛星捕捉数が１〜２個の場合、受信モード選択手段４０２によって測時モードが選択され、受信制御手段４００の測時処理手段４０３は測時モードでの受信処理を行う（Ｓ１１）。

［測時モード（時刻修正処理）］
測時モードが選択されると、測時処理手段４０３は、捕捉したＧＰＳ衛星１０の衛星情報（特にＧＰＳ時刻情報）の取得を開始する（Ｓ１２）。具体的には、ベースバンド部６０は、捕捉した各ＧＰＳ衛星１０からの航法メッセージをそれぞれ復調して３サブフレーム分のＺカウントデータを取得する処理を行う。そして、ベースバンド部６０は、取得したＧＰＳ時刻情報をＳＲＡＭ６３に記憶する。測時処理手段４０３は、取得した３サブフレーム分のＺカウントデータがすべて正しい場合は、衛星情報の取得を終了する。

次に、測時処理手段４０３は、所定の時間（タイムアウト時間）内に、１つ以上のＧＰＳ衛星１０の衛星情報を取得できたか否かを判定する（Ｓ１３）。そして、測時処理手段４０３は、タイムアウト時間内に時刻情報を取得できなかった場合（Ｓ１３でＮｏの場合）、受信を終了する（Ｓ４）。例えば、ＧＰＳ衛星１０からの衛星信号の受信レベルが低いために、１つ以上のＧＰＳ衛星１０の衛星情報を正しく復調することができないままタイムアウトすることが考えられる。

一方、タイムアウト時間内に１つ以上のＧＰＳ衛星１０の衛星情報の取得を終了することができた場合（Ｓ１３でＹｅｓの場合）、測時処理手段４０３は、少なくとも１つのＧＰＳ衛星１０の衛星情報（ＧＰＳ時刻情報）をＳＲＡＭ６３から読み出して受信モジュール３０の受信動作を終了させる（Ｓ１４）。

ここで、前記タイムアウト時間とは、図１０に示すように、受信を開始してから受信終了までの時間として設定されている。本実施形態では、測時モードのタイムアウト時間は３０秒に設定され、測位モードのタイムアウト時間は１８０秒に設定されている。
従って、測時モードの場合には、衛星サーチ時間と、衛星信号をデコードして衛星情報を取得する時間とを加算した時間（情報取得時間）が、タイムアウト時間（３０秒）内であれば、Ｓ１３でＹｅｓと判定され、前記情報取得時間が、タイムアウト時間（３０秒）を超えた場合には、Ｓ１３でＮｏと判定される。

そして、時刻修正手段４１０は、受信モジュール３０から取得したＧＰＳ時刻情報と、記憶部４１に記憶されている内部時刻情報とを比較し、その差が予め設定された比較誤差（許容範囲）内であるかを判定する（Ｓ１５）。ここで、前記比較誤差は、例えば１分などと設定され、要求される精度や受信間隔などに応じて設定すればよい。
時刻修正手段４１０は、Ｓ１５でＮｏの場合、つまりＧＰＳ時刻情報と内部時刻情報の差が前記比較誤差よりも大きい場合には、正しいＧＰＳ時刻情報を受信できなかった可能性があるため、時刻修正を行わずに処理を終了する。

一方、時刻修正手段４１０は、Ｓ１５でＹｅｓの場合、正しいＧＰＳ時刻情報を受信できたと考えられるため、受信モジュール３０から取得したＧＰＳ時刻情報に基づいて記憶部４１に記憶されている内部時刻情報を修正し、この修正した内部時刻情報に基づいて駆動回路４４を制御し、時刻表示を修正する（Ｓ１６）。

［測位モード（時差修正処理）］
一方、Ｓ３で衛星捕捉数が３個以上の場合、受信モード選択手段４０２によって測位モードが選択され、受信制御手段４００の測位処理手段４０４は測位モードでの受信処理を行う（Ｓ２１）。
測位モードが選択されると、測位処理手段４０４は、捕捉したＧＰＳ衛星１０の衛星情報（特にＧＰＳ時刻情報および軌道情報）の取得を開始する（Ｓ２２）。具体的には、ベースバンド部６０は、捕捉した各ＧＰＳ衛星１０からの航法メッセージをそれぞれ復調してＺカウントデータとエフェメリスパラメータ（軌道情報）を取得する処理を行う。そして、ベースバンド部６０は、取得したＧＰＳ時刻情報及び軌道情報をＳＲＡＭ６３に記憶する。

次に、ベースバンド部６０は、捕捉したＧＰＳ衛星１０からＮ個（例えば４個）のＧＰＳ衛星１０の組を選択して測位計算を開始する（Ｓ２３）。
具体的には、ベースバンド部６０は、選択したＮ個（例えば４個）のＧＰＳ衛星１０の衛星情報（ＧＰＳ時刻情報及び軌道情報）をＳＲＡＭ６３から読み出して測位計算を行い、位置情報（ＧＰＳ付き腕時計３が位置する場所の緯度及び経度）を生成する。

なお、ＧＰＳ付き腕時計３の３次元の位置（ｘ，ｙ，ｚ）を特定するためには、前述したように、ｘ，ｙ，ｚパラメータに加えて時刻誤差も未知数であるため、４個以上のＧＰＳ衛星１０のＧＰＳ時刻情報及び軌道情報が必要である。但し、標高ｚを予め決められた所定値（例えば平均海水面）に設定して二次元の位置（ｘ，ｙ）のみを特定する場合には、３個のＧＰＳ衛星１０のＧＰＳ時刻情報及び軌道情報でも可能である。従って、ベースバンド部６０は、捕捉したＧＰＳ衛星１０が３個の場合には二次元の測位計算を行い、４個以上の場合には三次元の測位計算を行う。

測位処理手段４０４は、タイムアウト時間（１８０秒）内に、受信開始Ｓ１から測位計算Ｓ２３までの処理が完了したか否かを判断する。すなわち、測位処理手段４０４は、図１０に示す、衛星サーチ時間と、衛星信号をデコードし、測位計算を行って衛星情報を取得する時間とを加算した時間（情報取得時間）が、タイムアウト時間（１８０秒）以内であればＳ２４で「Ｙｅｓ」と判定し、タイムアウト時間になっても測位計算が終了していない場合にはＳ２４で「Ｎｏ」と判定する。
そして、測位処理手段４０４は、Ｓ２４で「Ｎｏ」と判定した場合、受信を終了する（Ｓ４）。例えば、ＧＰＳ衛星１０からの衛星信号の受信レベルが低いために、３個以上のＧＰＳ衛星１０の衛星情報を正しく復調することができないままタイムアウトした場合には、受信を終了する（Ｓ４）。

一方、測位処理手段４０４は、Ｓ２４で「Ｙｅｓ」と判定した場合、受信モジュール３０の受信動作を終了させる（Ｓ２５）。
この際、ベースバンド部６０は、フラッシュメモリ６６に記憶されている時差情報を参照し、受信した位置情報に基づいてＧＰＳ付き腕時計３が位置する場所の時差データを取得する。

そして、時刻修正手段４１０は、受信モジュール３０からＧＰＳ時刻情報と時差データ取得し、これらに基づいて記憶部４１に記憶されている内部時刻情報を修正し、この修正した内部時刻情報に基づいて駆動回路４４を制御し、時刻表示を修正する（Ｓ２６）。

［第１実施形態の作用効果］
本実施形態によれば、衛星信号検索手段４０１によって衛星サーチ処理を行い、受信モード選択手段４０２は、捕捉できた衛星数に応じて測位モードまたは測時モードを選択している。このため、捕捉できた衛星数が３個以上の場合のみ測位モードを選択することで、測位処理に必要な数の位置情報衛星を捕捉できないために、衛星サーチ処理をタイムアウト時間が経過するまで継続することを防止できる。従って、捕捉衛星数に応じて受信モードを選択することで、衛星信号の受信処理を効率的に行うことができ、消費電力も低減できる。
このため、ＧＰＳ付き腕時計３のように、限られた電力（電池容量）の電源で駆動される衛星信号受信装置において、電力を有効に使うことができ、電池寿命も延ばすことができる。
例えば、図１の建物５内でＧＰＳ付き腕時計３を使用した場合、受信可能なＧＰＳ衛星１０は、図３に示すように、受信する時間によって１〜４個に変化する。このような場合でも、本実施形態では、捕捉できたＧＰＳ衛星１０の数に応じて最適な受信モードを選択できるため、無駄な電力を消費することなく、衛星信号を受信することができる。また、屋外でＧＰＳ付き腕時計３を使用した場合も捕捉したＧＰＳ衛星１０の数で受信モードを自動的に選択することで、衛星信号を効率よく受信することができる。例えば、広く空が開けている場所で受信したために、３個以上のＧＰＳ衛星１０を捕捉できた場合には、測位モードで受信し、ビルの谷間のようにあまり空が開いていない場所で受信したために、１〜２個のＧＰＳ衛星１０のみを捕捉した場合には、測時モードで受信して、受信モードを自動的に選択することで効率の良い受信処理を行うことができる。

また、捕捉衛星数が０個の場合には、直ちに受信を終了しているので、無駄な受信処理を継続することがなく、この点でも、消費電力を低減でき、電池寿命を延ばすことができる。

測時処理手段４０３は、受信により取得した取得時刻情報を内部時刻情報と比較し、その差が予め設定された比較誤差内であるか否かを判断しているので、取得時刻情報が正しいデータであるか検証することができる。このため、時刻修正手段４１０で時刻修正を行う際に、内部時刻情報を正しい時刻に修正できる。

衛星サーチ工程では、予め設定された所定回数サーチを繰り返しているので、ＧＰＳ付き腕時計３と各ＧＰＳ衛星１０との間にビルなどがあって、タイミングによっては衛星１０を捕捉できない場合でも、衛星サーチ処理を複数回繰り返しているので、ＧＰＳ衛星１０を捕捉できる可能性を高くできる。
さらに、所定回数以上は衛星サーチ処理を繰り返さないので、ＧＰＳ衛星１０を捕捉できない環境にあるときに、無駄にサーチ処理を繰り返すこともなく、消費電力を削減できる。

さらに、秒針によって受信モードを表示しているので、利用者が現在、どの受信モードで表示しているのかを把握でき、利便性を向上できる。

[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態のＧＰＳ付き腕時計３の構成は、前記第１実施形態と同一であるため、説明を省略する。

［第２実施形態の受信モード］
第２実施形態のＧＰＳ付き腕時計３は、捕捉衛星数に応じて、表１に示すような、受信モードで制御される。

すなわち、表１に示すように、捕捉衛星数が０個の場合は、衛星サーチ処理のみで終了する。
また、捕捉衛星数が１個の場合は、測時モードが選択され、前記第１実施形態と同様に、取得時刻情報は内部時刻情報（内部時計）と比較して検証する。
一方、捕捉衛星数が２個の場合は、測時モードが選択され、２つの衛星の取得時刻情報同士を比較して取得時刻情報を検証する。
また、捕捉衛星数が３個の場合は、測位モードが選択され、２次元測位処理が行われる。
一方、捕捉衛星数が４個以上の場合は、測位モードが選択され、３次元測位処理が行われる。
また、測時モードにおけるタイムアウト時間は３０秒、測位モードにおけるタイムアウト時間は１８０秒に設定されている。

この表１に示す第２実施形態の受信処理について、図１１〜１３のフローチャートに基づいて説明する。
ＧＰＳ付き腕時計３の制御部４０は、図１１に示すように、前記第１実施形態と同様に、受信制御手段４００で受信を開始すると（Ｓ１）、衛星信号検索手段４０１で衛星サーチ処理を行う（Ｓ２）。
そして、捕捉衛星数が０個の場合は、受信を終了し（Ｓ４）、１，２個の場合は、受信モード選択手段４０２は測時モードを選択して測時モード受信処理Ｓ３０を実施し、３個以上の場合は、測位モードを選択して測位モード受信処理Ｓ５０を実施する。

［測時モード］
測時モードが選択されると、測時処理手段４０３は、図１２に示すように、捕捉衛星数が１個であるか２個であるかを判定する（Ｓ３１）。

［測時モード：１衛星受信］
Ｓ３１で捕捉衛星数が１個と判定された場合、前記第１実施形態と同様の処理が行われる。すなわち、測時処理手段４０３は、１衛星受信の測時モードを選択する（Ｓ３２）。そして、測時処理手段４０３は、捕捉した１個のＧＰＳ衛星１０の衛星情報（特にＧＰＳ時刻情報）の取得を開始し（Ｓ３３）、所定の時間（タイムアウト時間）内に衛星情報を取得できたか否かを判定する（Ｓ３４）。そして、Ｓ３４でＮｏの場合、受信を終了する（Ｓ３８）。

一方、Ｓ３４でＹｅｓの場合、測時処理手段４０３は、受信モジュール３０から取得したＧＰＳ時刻情報と、記憶部４１に記憶されている内部時刻情報とを比較し、その差が予め設定された比較誤差（許容範囲）内であるかを判定する（Ｓ３５）。そして、Ｓ３５でＮｏの場合、受信を終了する（Ｓ３８）。
また、Ｓ３５でＹｅｓの場合、測時処理手段４０３は受信を終了し（Ｓ３６）、時刻修正手段４１０は取得したＧＰＳ時刻情報で内部時刻を修正する（Ｓ３７）。

［測時モード：２衛星受信］
Ｓ３１で捕捉衛星数が２個と判定された場合、測時処理手段４０３は、２衛星受信の測時モードを選択する（Ｓ４２）。そして、測時処理手段４０３は、捕捉した２個のＧＰＳ衛星１０の衛星情報（特にＧＰＳ時刻情報）の取得を開始し（Ｓ４３）、所定の時間（タイムアウト時間）内に衛星情報を取得できたか否かを判定する（Ｓ４４）。そして、Ｓ４４でＮｏの場合、受信を終了する（Ｓ３８）。

一方、Ｓ４４でＹｅｓの場合、測時処理手段４０３は、受信モジュール３０から取得した各衛星のＧＰＳ時刻情報同士を比較して一致するかを判定する（Ｓ４５）。そして、Ｓ４５でＮｏの場合、受信を終了する（Ｓ３８）。
また、Ｓ４５でＹｅｓの場合、測時処理手段４０３は受信を終了し（Ｓ４６）、時刻修正手段４１０は取得したＧＰＳ時刻情報で内部時刻を修正する（Ｓ４７）。
なお、Ｓ４５の判定時に、２つの衛星のＧＰＳ時刻情報同士が一致し、かつ、そのＧＰＳ時刻情報と内部時刻情報との差が比較誤差内であるかを判定してもよい。この場合、取得時刻情報が正しい時刻であるかをより各確実に判定できる。

［測位モード］
一方、Ｓ３で衛星捕捉数が３個以上の場合、受信モード選択手段４０２によって測位モードが選択され、測位処理手段４０４は、図１３に示すように、捕捉衛星数が３個であるか４個以上であるかを判定する（Ｓ５１）。

［測位モード：２次元測位］
Ｓ５１で捕捉衛星数が３個と判定された場合、測位処理手段４０４は、２次元測位受信の測位モードを選択する（Ｓ５２）。
そして、測位処理手段４０４は、捕捉したＧＰＳ衛星１０の衛星情報（特にＧＰＳ時刻情報および軌道情報）の取得を開始する（Ｓ５３）。
また、ベースバンド部６０は、捕捉した３個のＧＰＳ衛星１０の組を選択して２次元測位計算を開始する（Ｓ５４）。

次に、測位処理手段４０４は、タイムアウト時間（１８０秒）内に測位計算処理まで完了して測位できたか否かを判断する（Ｓ５５）。そして、タイムアウト時間内に測位処理が完了しなかった場合（Ｓ５５でＮｏの場合）、受信を終了する（Ｓ５８）。

一方、測位処理手段４０４は、タイムアウト時間内に測位処理が完了した場合（Ｓ５５でＹｅｓの場合）、受信モジュール３０の受信動作を終了させる（Ｓ５６）。
この際、ベースバンド部６０は、フラッシュメモリ６６に記憶されている時差情報を参照し、位置情報に基づいてＧＰＳ付き腕時計３が位置する場所の時差データを取得する。

時刻修正手段４１０は、受信モジュール３０からＧＰＳ時刻情報と時差データを取得し、これらに基づいて記憶部４１に記憶されている内部時刻情報を修正し、この修正した内部時刻情報に基づいて駆動回路４４を制御し、時刻表示を修正する（Ｓ５７）。

［測位モード：３次元測位］
Ｓ５１で捕捉衛星数が４個以上と判定された場合、測位処理手段４０４は、３次元測位受信の測位モードを選択する（Ｓ６２）。
そして、測位処理手段４０４は、捕捉したＧＰＳ衛星１０の衛星情報（特にＧＰＳ時刻情報および軌道情報）の取得を開始する（Ｓ６３）。
また、ベースバンド部６０は、捕捉した中から４個のＧＰＳ衛星１０の組を選択して３次元測位計算を開始する（Ｓ６４）。

次に、測位処理手段４０４は、タイムアウト時間（１８０秒）内に測位計算処理まで完了して測位できたか否かを判断する（Ｓ６５）。そして、タイムアウト時間内に測位処理が完了しなかった場合（Ｓ６５でＮｏの場合）、受信を終了する（Ｓ５８）。

一方、測位処理手段４０４は、タイムアウト時間内に測位処理が完了した場合（Ｓ６５でＹｅｓの場合）、受信モジュール３０の受信動作を終了させる（Ｓ６６）。
この際、ベースバンド部６０は、フラッシュメモリ６６に記憶されている時差情報を参照し、位置情報に基づいてＧＰＳ付き腕時計３が位置する場所の時差データを取得する。

時刻修正手段４１０は、受信モジュール３０からＧＰＳ時刻情報と時差データを取得し、これらに基づいて記憶部４１に記憶されている内部時刻情報を修正し、この修正した内部時刻情報に基づいて駆動回路４４を制御し、時刻表示を修正する（Ｓ６７）。

以上の第２実施形態においても、受信モードは秒針で示される。
すなわち、１衛星の測時モードで受信中および受信成功結果の表示は秒針を１秒位置に移動する。２衛星の測時モードで受信中および受信成功結果の表示は秒針を２秒位置に移動する。
また、３衛星の測位モード（２次元測位）で受信中および受信成功結果の表示は秒針を３秒位置に移動する。４衛星以上の測時モード（３次元測位）で受信中および受信成功結果の表示は秒針を４秒位置に移動する。
そして、衛星が存在しない場合や受信失敗の場合は、秒針を２０秒位置に移動する。

このような第２実施形態においても、前記第１実施形態と同じ作用効果を奏することができる。
さらに、測時モードを処理する測時処理手段４０３は、捕捉衛星数が１個の場合と、２個の場合とで処理を変えているので、捕捉した衛星数に応じた最適な受信制御を行うことができる。すなわち、捕捉衛星数が２個の場合には、２つのＧＰＳ時刻情報同士を比較して一致した場合に時刻修正を行うようにしたので、取得したＧＰＳ時刻情報が正しいデータであるかをより確実に検証でき、正しい時刻で内部時刻情報を修正できる。

同様に、測位モードを処理する測位処理手段４０４は、捕捉衛星数が３個の場合には２次元測位計算を行い、４個以上の場合には３次元測位計算を行っているので、捕捉した衛星数に応じて最適な測位モード処理を行うことができる。

なお、本発明は前記各実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
例えば、前記各実施形態において、衛星サーチ工程では、衛星サーチ処理を所定回数繰り返す処理を行っていたが、衛星サーチ処理を所定時間行うようにしてもよい。さらには、衛星サーチ処理を１回のみ行うようにしてもよい。

また、前記各実施形態では、Ａボタン１５を所定時間押した際に受信処理を行っていたが、例えば、Ａボタン１５を所定時間押すと測時モードが選択され、Ｂボタン１６を所定時間押すと測位モードが選択されるようにしてもよい。そして、この手動操作で測位モードが選択された場合に、前記各実施形態の衛星捕捉数に基づく受信モードの自動選択処理を実行するようにすればよい。

また、上述の実施形態は、位置情報衛星の例としてＧＰＳ衛星について説明したが、本発明の位置情報衛星としては、ＧＰＳ衛星だけではなく、ガリレオ（ＥＵ）、ＧＬＯＮＡＳＳ（ロシア）、北斗（中国）などの他の全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）や、ＳＢＡＳなどの静止衛星や準天頂衛星などの時刻情報を含む衛星信号を発信する位置情報衛星でも良い。

本発明の衛星信号受信装置は、指針を有するアナログ時計に限らず、指針およびディスプレイを有するコンビネーション時計や、ディスプレイのみを有するデジタル時計に適用してもよい。さらに、本発明は、腕時計に限らず、懐中時計などの各種時計や、携帯電話機、デジタルカメラや各種携帯情報端末等に適用してもよい。

３…衛星信号受信装置を備えるＧＰＳ付き腕時計、１０…ＧＰＳ衛星、１２…指針、２７…ＧＰＳアンテナ、３０…受信手段である受信モジュール、４０…制御部、４００…受信制御手段、４０１…衛星信号検索手段、４０２…受信モード選択手段、４０３…測時処理手段、４０４…測位処理手段、４１０…時刻修正手段。

Claims (9)

1. 位置情報衛星から送信される衛星信号を受信する受信手段と、
   前記受信手段を制御して受信処理を行う受信制御手段と、
   時刻情報を計時する計時手段と、
   前記衛星信号を受信して取得された時刻情報により前記計時手段の内部時刻情報を修正する時刻修正手段と、を備え、
   前記受信制御手段は、
   前記受信手段により前記衛星信号を検索する衛星信号検索手段と、
   前記衛星信号検索手段で衛星信号を捕捉した衛星数に応じて、測位モードまたは測時モードの一方を選択する受信モード選択手段と、
   前記受信モード選択手段で測位モードが選択された場合に、前記受信手段により前記衛星信号を受信して位置情報を取得する測位処理を行う測位処理手段と、
   前記受信モード選択手段で測時モードが選択された場合に、前記受信手段により前記衛星信号を受信して時刻情報を取得する測時処理を行う測時処理手段と、を備え、
   前記時刻修正手段は、
   前記衛星信号検索手段で捕捉された衛星数が１個の場合は、前記衛星信号から取得された取得時刻情報と、前記計時手段で計時されている内部時刻情報とを比較し、その差が予め設定された範囲内にある場合に、前記取得時刻情報で前記内部時刻情報を修正し、
   前記衛星信号検索手段で捕捉された衛星数が２個の場合は、各衛星信号から取得された２つの取得時刻情報を比較して一致した場合に、前記取得時刻情報で前記内部時刻情報を修正する
   ことを特徴とする衛星信号受信装置。
2. 請求項１に記載の衛星信号受信装置において、
   前記受信モード選択手段は、
   前記衛星信号検索手段で捕捉された衛星数が１または２個の場合には測時モードを選択し、捕捉された衛星数が３個以上の場合には測位モードを選択する
   ことを特徴とする衛星信号受信装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の衛星信号受信装置において、
   前記測位処理手段は、
   前記衛星信号検索手段で捕捉された衛星数が３個の場合は、３個の衛星信号から測位計算を行い、
   前記衛星信号検索手段で捕捉された衛星数が４個以上の場合は、４個の衛星信号から測位計算を行う
   ことを特徴とする衛星信号受信装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の衛星信号受信装置において、
   前記衛星信号検索手段は、受信した衛星信号の信号レベルが所定値以上の衛星を捕捉する対象とすることを特徴とする衛星信号受信装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の衛星信号受信装置において、
   前記衛星信号検索手段は、１つの衛星も捕捉できなかった場合には、前記受信手段による受信処理を中止することを特徴とする衛星信号受信装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の衛星信号受信装置において、
   前記衛星信号検索手段は、各衛星を順次検索する衛星サーチ処理を、所定回数繰り返して衛星を捕捉することを特徴とする衛星信号受信装置。
7. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の衛星信号受信装置において、
   前記衛星信号検索手段は、各衛星を順次検索する衛星サーチ処理を、所定時間行って衛星を捕捉することを特徴とする衛星信号受信装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の衛星信号受信装置において、
   現在選択されている受信モードを表示する表示手段を備えることを特徴とする衛星信号受信装置。
9. 位置情報衛星から送信される衛星信号を受信する受信手段と、時刻情報を計時する計時手段と、前記衛星信号を受信して取得された時刻情報により前記計時手段の内部時刻情報を修正する時刻修正手段とを備えた衛星信号受信装置の制御方法であって、
   前記受信手段により前記衛星信号を検索する衛星信号検索工程と、
   前記衛星信号検索工程で衛星信号を捕捉した衛星数に応じて、測位モードまたは測時モードの一方を選択する受信モード選択工程と、
   前記受信モード選択工程で測位モードが選択された場合に、前記受信手段により前記衛星信号を受信して位置情報を取得する測位処理を行う測位処理工程と、
   前記受信モード選択工程で測時モードが選択された場合に、前記受信手段により前記衛星信号を受信して時刻情報を取得する測時処理を行う測時処理工程と、
   前記衛星信号検索工程で捕捉された衛星数が１個の場合は、前記衛星信号から取得された取得時刻情報と、前記計時手段で計時されている内部時刻情報とを比較し、その差が予め設定された範囲内にある場合に、前記取得時刻情報で前記内部時刻情報を修正する工程と、
   前記衛星信号検索工程で捕捉された衛星数が２個の場合は、各衛星信号から取得された２つの取得時刻情報を比較して一致した場合に、前記取得時刻情報で前記内部時刻情報を修正する工程と、
   を備えることを特徴とする衛星信号受信装置の制御方法。

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