JP6205188B2

JP6205188B2 - 電波時計

Info

Publication number: JP6205188B2
Application number: JP2013134228A
Authority: JP
Inventors: 今村　美由紀; 美由紀今村; 元浩多湖; 貴之金泉
Original assignee: Seiko Clock Inc
Current assignee: Seiko Time Creation Inc
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2017-09-27
Anticipated expiration: 2033-06-26
Also published as: US20150003211A1; JP2015010846A; CN104252129B; US9280142B2; DE102014108653A1; DE102014108653B4; CN104252129A

Description

本発明は、電波時計に関する。

ＧＰＳ（Global Positioning System）に使用される衛星（以下、ＧＰＳ衛星という）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、ＧＰＳ衛星から送信される信号には、この時計によって計時された時刻情報が含まれている。電波時計は、ＧＰＳ衛星からの信号を受信して、受信した信号の中に含まれる時刻情報を基に内部時計の時刻を修正し、精度の高い時刻を表示する（例えば特許文献１参照）。

特開２００８−３２６３６号公報

ＧＰＳ衛星から送信される信号には、時刻情報の他に日付情報が含まれる。時刻情報はＧＰＳ衛星から６秒間隔で送信され、日付情報はＧＰＳ衛星から３０秒間隔で送信される。例えば、ユーザが電波時計を窓際等の受信環境がよい場所に持って行き、電波時計が時刻情報を受信して表示時刻の修正を開始すると、ユーザは、受信に成功したと思い込み、窓から離れた受信環境の悪い場所に移動してしまう場合がある。指針位置の検出及び表示時刻の調整には数分を要する場合があるが、これらの処理の後に電波時計がＧＰＳ衛星から送信される日付情報の取得動作を開始すると、受信環境の悪い場所では受信感度の低下により日付情報の取得に長時間を要する場合がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ＧＰＳ衛星から送信される情報の取得にかかる時間が長時間化するのを抑制した電波時計を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために本発明の電波時計は、複数のＧＰＳ衛星から送信される衛星信号を受信するアンテナと、前記アンテナにより受信した衛星信号から、前記衛星信号に含まれる情報を取得する受信処理を行う受信手段と、前記受信手段で取得した前記情報に日付を補正する日付情報が含まれていない場合に、前記受信手段を、前記衛星信号を送信したＧＰＳ衛星との同期状態を維持させて、前記日付情報を含む衛星信号を前記受信手段に受信させる制御手段とを備える。

上記電波時計において、時刻を表示する表示手段と、前記受信手段が前記衛星信号から取得した時刻情報により前記表示手段の表示する時刻を修正する時刻修正手段と、を備え、前記制御手段は、前記日付情報の取得後に、前記表示手段の表示を前記時刻修正手段に修正させる。

上記電波時計において、前記制御手段は、サマータイムの設定が有効である場合に、前記受信手段を、前記衛星信号を送信した前記ＧＰＳ衛星との同期状態を維持させて、前記日付情報を含む衛星信号を前記受信手段に受信させる。

本発明によれば、ＧＰＳ衛星から送信される情報の取得にかかる時間が長時間化するのを抑制することができる。

電波時計の備えるハードウェアの一例を示す図である。受信部の備えるハードウェアの一例を示す図であるサマータイム設定情報の一例を示す図である。衛星信号に重畳される航法メッセージの構成の一例を示す図である。制御部の処理手順を示すフローチャートである。

まず、図１を参照しながら本実施形態の構成について説明する。本実施形態の電波時計１は、ＧＰＳアンテナ１１０と、受信部１２０と、受信部駆動部１５０と、表示装置１６１と、表示装置駆動部１６２と、メモリ１７０と、制御部１８０と、指針駆動部１９１と、輪列１９２と、時刻表示部２００と、指針位置検出部２１０と、計時部２２０と、操作部２３０とを備える。

ＧＰＳアンテナ１１０は、複数のＧＰＳ衛星１０から送信される衛星信号を受信するアンテナである。ＧＰＳアンテナ１１０は、受信した衛星信号を受信部１２０に出力する。なお、図１には、簡略化してＧＰＳ衛星１０を１つだけ示す。

受信部１２０は、ＲＦ（Radio Frequency：無線周波数）部１３０とベースバンド部１４０とを備える。ＲＦ部１３０とベースバンド部１４０とは、ＧＰＳ衛星１０から送信される１．５ＧＨｚ帯の衛星信号に重畳された航法メッセージから軌道情報や時刻情報等の情報を取得する処理を行う。

図２に、ＲＦ部１３０とベースバンド部１４０との構成の一例を示す。ＲＦ部１３０は、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）フィルタ１３１と、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）１３２と、ダウンコンバータ１３３と、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路１３４と、ＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換器）１３５とを備える。

ＳＡＷフィルタ１３１は、ＧＰＳアンテナ１１０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１３１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。

ＬＮＡ１３２は、ＳＡＷフィルタ１３１で抽出された衛星信号を増幅する。ＬＮＡ１３２で増幅された衛星信号は、ダウンコンバータ１３３に出力される。

ダウンコンバータ１３３は、衛星信号を中間周波数の信号に変換する回路であり、例えば、ミキサや挟帯域フィルタを備えている。ダウンコンバータ１３３は、ＬＮＡ１３２から出力された衛星信号に、ＰＬＬ回路１３４が出力するクロック信号をミキシングして、中間周波数帯の信号にダウンコンバートする。ダウンコンバータ１３３の出力信号は、ＡＤＣ１３５に出力される。

ＰＬＬ回路１３４は、不図示の発振回路の出力信号に同期してダウンコンバータ１３３のミキサに所定のローカル周波数のクロック信号を出力する回路であり、例えば、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）、プリスケーラ、および、位相比較器などを備えている。

ＡＤＣ１３５は、ダウンコンバータ１３３から出力された衛星信号を所定のサンプリング周波数でデジタル値に変換してデジタルデータとしてベースバンド部１４０へ出力する。

ベースバンド部１４０は、同期捕捉部１４１と、同期追従部１４２と、演算処理部１４３とを備える。ベースバンド部１４０は、ＲＦ部１３０のＡＤＣ１３５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。

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。同期捕捉部１４１は、ＧＰＳ衛星１０で用いられているＣ／Ａコードと同じＰＮ系列の符号（以下、同期捕捉部１４１が発生させる符号をローカルコードと呼ぶ）を用いてＣ／Ａコードの位相同期を取ることにより衛星信号を捕捉する。すなわち、同期捕捉部１４１は、ベースバンド信号に含まれるＣ／Ａコードと同一パターンのローカルコードを発生し、Ｃ／Ａコードとローカルコードとの相関を取る処理を行う。そして、同期捕捉部１４１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に同期したものと判断する。

同期追従部１４２は、受信信号より早いタイミング、受信信号と同じタイミングおよび受信信号より遅いタイミング、の３通りのタイミングでベースバンド信号とローカルコードとの相関を取る。これら３つのタイミングとの相関を測定し、早いタイミングの相関が強くなれば受信タイミングを早め、遅いタイミングの相関が強くなれば受信タイミングを遅くするようにして、同期追跡（tracking）を行う。

演算処理部１４３は、同期捕捉部１４１で捕捉したＧＰＳ衛星１０のＣ／Ａコードと同一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時刻情報や日付情報等の情報を取得する。

受信部駆動部１５０は、制御部１８０の制御に従って受信部１２０を動作させ、又は、受信部１２０の動作を停止させる。

表示装置１６１は、ＬＣＤ（liquid crystal monitor）等の装置であって、例えば、日付、曜日等の情報を表示部に表示する。表示装置駆動部１６２は、表示装置１６１を駆動して、表示装置１６１の表示部に情報を表示させる。

メモリ１７０には、制御部１８０が制御に使用するプログラム、ＧＰＳ衛星１０から受信した情報や、サマータイムの設定情報等が保存されている。サマータイムの設定情報の一例を図３に示す。サマータイムの設定情報には、サマータイムの開始月及び開始週の情報と、終了月及び終了週の情報と、サマータイムの設定を有効にするのか、無効にするのかを設定する情報とが含まれる。

制御部１８０は、メモリ１７０に記録されたプログラムに従って各部を制御する。

指針駆動部１９１は、不図示のステップモータ等を備え、輪列１９２を駆動して、時刻表示部２００の指針（時針、分針、秒針）が指す表示時刻を修正する時刻修正動作を行う。

指針位置検出部２１０は、輪列１９２の位置を検出して、各指針の位置を検出する。指針位置検出部２１０の指針位置の検出方法については、例えば特開２０１１−１２２８９１号公報に開示がある。

時計部２２０は、電波時計１内で現在時刻を計時する時計部であり、例えば、年カウンタ、月カウンタ、日カウンタ、時カウンタ、分カウンタ、秒カウンタ等を有している。

操作部２３０は、例えば、アラームの設定等の操作情報の入力を受け付ける。

次に、図４を参照しながら、ＧＰＳ衛星１０から送信される衛星信号に重畳された航法メッセージについて説明する。
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、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（すなわち、日付情報）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、すなわち時刻情報は、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、すなわち日付情報等の衛星補正データは３０秒間隔で送信される。

本実施形態の制御部１８０は、受信部１２０で受信した衛星信号に日付を補正する日付データが含まれていない場合、すなわち、受信部１２０が時刻情報を受信し、日付情報をまだ受信していない場合、受信部１２０に、時刻情報を受信したＧＰＳ衛星１０との同期状態を維持させる。すなわち、同期追従部１４２に同一のローカルコードを使用させて、入力したベースバンド信号とローカルコードとの相関を取らせる。時刻情報は、ＧＰＳ衛星１０から６秒間隔で送信されるのに対し、日付情報は送信間隔が３０秒であるため、時刻情報を受信した後直ぐに日付情報を受信できない場合もある。このような場合に、本実施形態では、受信部１２０に、時刻情報を受信したＧＰＳ衛星１０との同期状態を維持させることで、日付情報の受信の際の受信部１２０の受信感度の低下を抑制する。ＧＰＳ衛星１０との同期が維持された状態では、同期がとれていない場合（すなわち同期捕捉時）に比べて２０ｄＢｍ程度、受信感度がよい。従って、ユーザが、受信に成功したと思い込み、窓から離れた受信環境の悪い場所で移動してしまっても、同期を維持して受信感度の低下を抑制しているので、日付情報の取得が長時間化するのを抑制することができる。また、情報の取得が長時間化するのを抑制することができるので、電波時計の電力消費量を低減することができる。
また、制御部１８０は、特に、サマータイムの設定が有効に設定されている場合に、受信部１２０を、ＧＰＳ衛星１０との同期状態を維持させて、日付情報を含む衛星信号を受信部１２０に受信させる。サマータイムの設定が有効な場合であって、かつ夏時間である場合、日付情報を受信するまで正確な時刻を表示することができない場合がある。このため、サマータイムの設定が有効である場合に、受信部１２０を、ＧＰＳ衛星１０との同期状態を維持させることで、日付情報の取得が長時間化するのを抑制し、衛星信号の受信を開始してから正確な時刻を表示するまでの時間を短縮することができる。
また、サマータイムの設定が有効である場合には、日付情報を取得した後に、指針駆動部１９０が時刻表示部２００の指針位置を調整する。従って、サマータイムの設定が有効な場合であって、かつ夏時間である場合に、正確な時刻を表示することができる。

図５に示すフローチャートを参照しながら制御部１８０の処理フローを説明する。
制御部１８０は、衛星信号の受信開始タイミングとなると（ステップＳ１／ＹＥＳ）、まず、メモリ１７０に保存されたサマータイム設定情報を取得する（ステップＳ２）。次に、制御部１８０は、受信部駆動部１５０を制御して受信部１２０を起動させ、衛星信号の受信動作を開始させる（ステップＳ３）。

次に、制御部１８０は、衛星信号の受信を開始してから３０分が経過したか否かを判定する（ステップＳ４）。ステップＳ４の判定が肯定判定である場合、制御部１８０は衛星信号の受信失敗と判定し（ステップＳ１８）、処理を終了する。また、ステップＳ４の判定が否定判定である場合、制御部１８０は、時刻情報を取得できたか否かを判定する（ステップＳ５）。否定判定の場合、制御部１８０は、ステップＳ４の判定から再度繰り返し行う。また、肯定判定の場合、制御部１８０は、ステップＳ２で取得したサマータイム設定情報を参照し、サマータイム設定が有効であるか否かを判定する（ステップＳ６）。ステップＳ６の判定が肯定判定の場合、制御部１８０は、衛星信号の受信を開始してから３０分が経過したか否かを判定する（ステップＳ７）。ステップＳ７の判定が肯定判定である場合、制御部１８０は衛星信号の受信失敗と判定し（ステップＳ１８）、処理を終了する。ステップＳ７の判定が否定判定である場合、制御部１８０は日付情報を取得したか否かを判定する（ステップＳ８）。なお、サマータイム設定が有効である場合、ステップＳ３において受信部１２０の受信を開始してから、ステップＳ８で日付情報を受信し、ステップＳ９で受信部１２０を停止させるまで、同期追従部１４２は同じローカルコードを使用して衛星信号を受信する。すなわち、同じＧＰＳ衛星１０からの衛星信号の受信を継続させる。このため、時刻情報の受信から日付情報の受信までの間の受信部１２０の受信感度の低下を抑制することができる。

ステップＳ８の判定が肯定判定である場合、制御部１８０は受信部１２０を停止させる（ステップＳ９）。その後、制御部１８０は、指針位置検出部２１０で指針位置の検出を行って（ステップＳ１０）、受信した時刻情報及び日付情報に基づいて、指針駆動部１９１に指針の表示位置を修正させる（ステップＳ１１）。

また、ステップＳ６の判定が否定判定である場合、制御部１８０は、指針位置検出部２１０で指針位置の検出を行って（ステップＳ１２）、受信した時刻情報に基づいて、指針駆動部１９１に指針の表示位置を修正させる（ステップＳ１３）。

次に、制御部１８０は、衛星信号の受信を開始してから３０分が経過したか否かを判定する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４の判定が肯定判定である場合、制御部１８０は受信部１２０を停止させ（ステップＳ１６）、通常運針を行う（ステップＳ１７）。また、ステップＳ１４の判定が否定判定である場合、制御部１８０は、指針表示の修正を継続しながら、引き続き日付情報の取得を行う（ステップＳ１５）。制御部１８０は、日付情報を取得することができたか否かを判定し（ステップＳ１５）、この判定が肯定判定である場合、受信部１２０を停止させ（ステップＳ１６）、通常運針を行う（ステップＳ１７）。また、ステップＳ１５の判定が否定判定の場合、制御部１８０は、ステップＳ１４からの処理を繰り返す。

上述した実施形態は本発明の好適な実施の形態である。ただし、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。

１１０ＧＰＳアンテナ（アンテナ）
１２０受信部（受信手段）
１３０ＲＦ部
１４０ベースバンド部
１５０受信部駆動部
１６１表示装置
１６２表示装置駆動部
１７０メモリ
１８０制御部（制御手段）
１９０指針駆動部（時刻修正手段）
２００時刻表示部（表示手段）
２１０指針位置検出部
２２０計時部

Claims

複数のＧＰＳ衛星から送信される衛星信号を受信するアンテナと、
前記アンテナにより受信した衛星信号から、前記衛星信号に含まれる情報を取得する受信処理を行う受信手段と、
前記受信手段で取得した前記情報に日付を補正する日付情報が含まれていない場合に、前記受信手段を、前記衛星信号を送信したＧＰＳ衛星との同期状態を維持させて、前記日付情報を含む衛星信号を前記受信手段に受信させる制御手段と、
時刻を表示する表示手段と、
前記受信手段が前記衛星信号から取得した時刻情報により前記表示手段の表示する時刻を修正する時刻修正手段と、を備え、
前記制御手段は、サマータイムの設定が有効である場合には、前記日付情報の取得後に、前記表示手段の表示を前記時刻修正手段に修正させることを特徴とする電波時計。
前記制御手段は、サマータイムの設定が有効である場合に、前記受信手段を、前記衛星信号を送信した前記ＧＰＳ衛星との同期状態を維持させて、前記日付情報を含む衛星信号を前記受信手段に受信させることを特徴とする請求項１記載の電波時計。