JP2011220877A - Time indicating method and time indicating device - Google Patents
Time indicating method and time indicating device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011220877A JP2011220877A JP2010091122A JP2010091122A JP2011220877A JP 2011220877 A JP2011220877 A JP 2011220877A JP 2010091122 A JP2010091122 A JP 2010091122A JP 2010091122 A JP2010091122 A JP 2010091122A JP 2011220877 A JP2011220877 A JP 2011220877A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- data
- time
- correlation
- bit
- code
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Electric Clocks (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Description
本発明は、位置情報衛星などの衛星からの電波に含まれる時刻情報を基に、内部時計の時刻を修正して表示する時計に関する。 The present invention relates to a clock that corrects and displays the time of an internal clock based on time information included in radio waves from a satellite such as a position information satellite.
位置情報衛星の主たる目的は、複数の位置情報衛星の位置とそれらの位置情報衛星からの電波の遅延時間により受信点の位置を求めることである。しかし、位置情報衛星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、位置情報衛星からの時刻情報を基に内部時計の時刻を修正して精度の高い時刻を表示する時計が多数開示されている(例えば特許文献1参照。)。 The main purpose of the position information satellite is to obtain the position of the reception point from the position of a plurality of position information satellites and the delay time of radio waves from those position information satellites. However, position information satellites are equipped with extremely accurate clocks such as atomic clocks, and there are many clocks that display accurate time by correcting the time of the internal clock based on the time information from the position information satellite. (For example, refer to Patent Document 1).
しかし、時計は建物などの電波の比較的弱い場所に設置されることも多く、1回の受信では必ずしも充分ではなく、間欠的に複数回受信して得られたデータを基に内部時計の時刻を修正して表示する時計も開示されている(例えば特許文献2参照。)。 However, the clock is often installed in a place with relatively weak radio waves, such as a building, and one reception is not always sufficient, and the time of the internal clock is based on data obtained by intermittent reception multiple times. There is also disclosed a timepiece that corrects and displays (see, for example, Patent Document 2).
このような従来のGPS時計について、図25を基に説明する。
図25における従来のGPS時計では、位置情報衛星からの電波をアンテナ2502により高周波信号に変換する。RF手段2503では、局部発振とのミキシングにより周波数をダウンコンバージョンする。組合せ復調手段2504では、サーチする周波数毎に位置情報衛星からの繰り返される電波をサーチする相関器の段数を増やして位置情報衛星毎に捕捉するとともに、トラッキングしてC/Aコードの1msの各サイクルに重畳している相関データを抽出する。つまり、周波数と衛星の組合せ毎にサーチしていた。整合演算手段2505では、C/Aコードの1サイクル1ms毎の相関データのビットの境界を抽出して、航法メッセージデータの各ビットを構成する20ms分の相関データを集約するとともに、繰り返されるサブフレームから受信して抽出した航法メッセージデータに不整合がないことを確認することにより受信データの信頼度を確保しつつ、航法メッセージデータから時刻情報に演算する。具体的には、航法メッセージデータの第1サブフレームが来たらTLM、TOWなどの時刻情報データとサブフレームIDを受信する。その後第2サブフレームについても同様に受信し、第1サブフレームの受信データと第2サブフレームの受信データの整合が取れていた場合のみ内部時計の時刻を修正して表示し、GPS信号の受信を終了する。もし、整合がとれない場合は第1サブフレームの受信に戻るようにしていた。また、TOWとサブフレームIDは受信する毎にインクリメントされている場合に整合しているものとしていた。RTC手段2506では、内部基準クロックを分周して内部時刻を生成するとともに、整合演算手段2505からの時刻情報により内部時刻を修正する。時刻表示手段2507では、修正された内部時刻により時刻を表示するようにしていた。
Such a conventional GPS timepiece will be described with reference to FIG.
In the conventional GPS timepiece shown in FIG. 25, radio waves from the position information satellite are converted into high-frequency signals by the
しかし、このような従来のGPS時計では、位置情報衛星からの電波が弱い場合には、サーチの感度を高くするために相関手段の段数を長くしていて、回路規模が大きくなると言う課題があった。さらに、サーチの感度を高くするために相関手段を長くすることにより、1つの周波数で相関を得るための時間が長くなるばかりでなく、捕捉できる周波数の範囲が狭くなってしまうためにサーチする周波数の数が多くなることによる相乗効果で、サーチ時間が著しく長くなり、消費電力も著しく大きくなるという課題があった。また、位置情報衛星をサーチする時間を短くするために複数の位置情報衛星を同時にサーチする場合には、サーチのための相関手段を同時にサーチする衛星の数だけ設けていたために、回路規模が大きいと言う課題があった。 However, in such a conventional GPS timepiece, when the radio wave from the position information satellite is weak, there is a problem that the circuit scale becomes large by increasing the number of steps of the correlation means in order to increase the sensitivity of the search. It was. Furthermore, by increasing the correlation means in order to increase the sensitivity of the search, not only the time for obtaining the correlation at one frequency is lengthened, but also the frequency range to be searched for becomes narrower because the range of frequencies that can be captured becomes narrower. Due to the synergistic effect due to the increase in the number of search, the search time is remarkably increased and the power consumption is significantly increased. In addition, when simultaneously searching a plurality of position information satellites in order to shorten the time for searching for position information satellites, the circuit scale is large because there are as many correlation means for searching as the number of satellites to be searched simultaneously. There was a problem to say.
また、このような従来のGPS時計では、位置情報衛星からの電波が極めて弱い場合には、連続するサブフレームの受信データが整合しないことが多かったり、整合した場合でも稀に正しい値でないことがあるという課題があった。 In addition, in such a conventional GPS watch, when the radio waves from the position information satellite are extremely weak, the received data of consecutive subframes often do not match, or even if they match, it is rarely a correct value. There was a problem that there was.
そこで本発明では、以上に示したGPS時計のこれらの課題を解決し、建物の奥など極めて電波が弱い場所でも、比較的簡単な構成かつ高速かつ低消費電力で、安定して時刻情報を取得して正しい時刻を表示することのできるGPS時計を実現することである。 Therefore, the present invention solves these problems of the GPS watch described above, and stably acquires time information with a relatively simple configuration, high speed and low power consumption even in a place where the radio wave is extremely weak such as the back of a building. It is to realize a GPS clock capable of displaying the correct time.
このためには、位置情報衛星をサーチする時の感度、トラッキングの感度、データ受信の感度のすべての感度を向上させる必要がある。 For this purpose, it is necessary to improve all of the sensitivity when searching for a position information satellite, the sensitivity of tracking, and the sensitivity of data reception.
上記課題を解決するための発明の様態を以下に示す。
第1の様態として、衛星から来る電波の時刻情報により時刻を修正する時刻表示方法において、衛星からの電波に含まれる擬似ランダム符号の複数サイクル分の相関強度を合成することにより衛星をサーチして捕捉する合成サーチ工程と、合成サーチ工程で捕捉した衛星からの電波を効率的に受信できるように制御するトラッキング工程と、随時更新しながら繰り返される衛星からの電波に含まれる時刻に関する航法メッセージデータを合成するデータ合成受信工程と、データ合成受信工程で受信した時刻に関する航法メッセージデータから標準時を演算により求める標準時演算工程と、内部時刻をカウントする元となる基準クロックを発生する基準クロック発生工程と、基準クロックをカウントして内部時刻を生成するとともに標準時により内部時刻を修正するRTC工程と、内部時刻により時刻を表示する時刻表示工程とを有する。
An aspect of the invention for solving the above-described problems will be described below.
As a first aspect, in a time display method for correcting time based on time information of radio waves coming from satellites, a satellite is searched by synthesizing correlation strengths for a plurality of cycles of pseudorandom codes included in radio waves from satellites. Navigation message data related to the time included in the radio wave from the satellite that is repeatedly updated as needed, and the tracking process that controls the radio wave from the satellite acquired in the synthetic search process to be received efficiently. A data composition receiving step for combining, a standard time calculating step for calculating standard time from navigation message data relating to the time received in the data combining receiving step, a reference clock generating step for generating a reference clock from which internal time is counted, and The internal clock is generated by counting the reference clock and It has a RTC step of modifying the internal time, and a time display step that displays the time by the internal time.
第2の様態として、第1の様態において、合成サーチ工程は、衛星からの電波を受信して周波数をダウンコンバージョンした後に、搬送波と擬似ランダム符号を除去して得られた相関強度を擬似ランダム符号の1サイクル分以上累積することにより衛星をサーチして捕捉する。 As a second mode, in the first mode, the combined search step receives the radio wave from the satellite, down-converts the frequency, and then removes the carrier wave and the pseudo-random code to obtain the correlation strength obtained from the pseudo-random code. The satellite is searched and acquired by accumulating more than one cycle.
第3の様態として、第1の様態において、合成サーチ工程は、衛星からの電波を受信して周波数をダウンコンバージョンした後に、低周波信号から搬送波を除去するとともに、1つ以上の衛星に対応する擬似ランダム符合のレプリカを擬似ランダム符合の1チップの時間の範囲内に切換えながら擬似ランダム符号を除去して相関強度を抽出し、得られた相関強度を擬似ランダム符号の1サイクル分以上1つ以上の衛星に対応して累積することにより1つ以上の位置情報衛星から略同時にサーチして捕捉する。 As a third aspect, in the first aspect, the synthesis search step receives radio waves from the satellite and down-converts the frequency, and then removes the carrier wave from the low-frequency signal and supports one or more satellites. While switching the pseudo-random code replica within the time range of one chip of the pseudo-random code, the pseudo-random code is removed and the correlation strength is extracted, and the obtained correlation strength is equal to or more than one cycle of the pseudo-random code. By accumulating corresponding satellites, one or more position information satellites are searched and acquired substantially simultaneously.
第4の様態として、第1の様態において、合成サーチ工程は、衛星からの電波を受信して周波数をダウンコンバージョンした後に、搬送波と擬似ランダム符号を除去して得られた相関強度を1サイクル分以上記憶した後に、記憶されている値から信号強度と擬似ランダム符号の位相と周波数のズレを演算することにより衛星をサーチして捕捉する。 As a fourth aspect, in the first aspect, the synthesis search step receives the radio wave from the satellite, down-converts the frequency, and then calculates the correlation strength obtained by removing the carrier wave and the pseudo-random code for one cycle. After the above storage, the satellite is searched and captured by calculating the signal intensity, the phase of the pseudo random code, and the frequency deviation from the stored values.
第5の様態として、第1の様態において、データ合成受信工程は、衛星からの電波を受信して周波数をダウンコンバージョンした後に、搬送波と擬似ランダム符号を除去して得られた相関データからビットの境界を検出するビット境界検出工程と、ビット境界検出工程で検出したビットの境界内の相関データを集約してビットデータを生成するビットデータ集約工程と、ビットデータから航法メッセージデータを合成するビットデータ合成工程を有し、ビット境界検出工程は、相関データの変化を抽出する変化抽出工程と、変化抽出工程で求めた相関データの変化を累積する変化累積工程と、変化累積工程で累積した変化から相関データにより構成されるビットデータの境界を求める変化点位置演算工程を有する。 As a fifth aspect, in the first aspect, the data synthesis receiving step receives the radio wave from the satellite, down-converts the frequency, and then removes the carrier wave and the pseudo-random code from the correlation data obtained by removing the bit from the correlation data. Bit boundary detection step for detecting a boundary, bit data aggregation step for generating bit data by aggregating correlation data within the bit boundary detected in the bit boundary detection step, and bit data for synthesizing navigation message data from the bit data The bit boundary detection step includes a change extraction step for extracting changes in correlation data, a change accumulation step for accumulating changes in correlation data obtained in the change extraction step, and a change accumulated in the change accumulation step. A change point position calculating step for obtaining a boundary of bit data constituted by the correlation data;
第6の様態として、衛星から来る電波の時刻情報により時刻を修正する時刻表示装置において、位置情報衛星からの電波を高周波信号として受信するアンテナと、アンテナからの高周波信号をダウンコンバージョンして低周波信号に変換するRF手段と、RF手段からの低周波信号に含まれるC/Aコード複数サイクル分の相関強度を合成することにより位置情報衛星をサーチして捕捉するとともに相関データを抽出する合成復調手段と、合成復調手段からの相関データに含まれる時刻に関する航法メッセージデータを繰り返し受信して合成するするとともに標準時を演算する合成演算手段と、内部の基準クロックをカウントして内部時刻を生成するとともに標準時により内部時刻を修正するRTC手段と、RTC手段からの内部時刻により時刻を表示する時刻表示手段と、全体とステータス及びシーケンスを管理する制御手段とを有する。 As a sixth aspect, in a time display device that corrects time based on time information of radio waves coming from a satellite, an antenna that receives radio waves from a position information satellite as a high frequency signal, and a low frequency by down-converting the high frequency signal from the antenna Synthetic demodulation that searches and captures position information satellites and extracts correlation data by synthesizing the correlation strength for multiple cycles of C / A code included in the low-frequency signal from the RF means for converting to a signal And means for repeatedly receiving and synthesizing the navigation message data relating to the time included in the correlation data from the synthesizing / demodulating means, and calculating the standard time, and generating the internal time by counting the internal reference clock RTC means for correcting the internal time according to the standard time, and the internal time from the RTC means It has a time display means for displaying the time, and control means for managing the entire and status and sequence.
第7の様態として、第6の様態において、合成復調手段は、低周波信号から搬送波と擬似ランダム符号を除去して相関データと相関強度を抽出するとともに、得られた相関強度を擬似ランダム符号の1サイクル分以上累積することにより位置情報衛星をサーチして捕捉する。 As a seventh aspect, in the sixth aspect, the synthesizing / demodulating means removes the carrier wave and the pseudo-random code from the low frequency signal to extract the correlation data and the correlation strength, and the obtained correlation strength is converted into the pseudo-random code. The position information satellite is searched and acquired by accumulating one cycle or more.
第8の様態として、第6の様態において、合成復調手段は、低周波信号から搬送波を除去するとともに、1つ以上の衛星に対応する擬似ランダム符合のレプリカを擬似ランダム符合の1チップの時間の範囲内に切換えながら擬似ランダム符号を除去して相関データと相関強度を抽出するとともに、得られた相関強度を擬似ランダム符号の1サイクル分以上1つ以上の衛星に対応して累積することにより1つ以上の位置情報衛星から略同時にサーチして捕捉する。 As an eighth aspect, in the sixth aspect, the synthesizing / demodulating means removes the carrier wave from the low-frequency signal and, at the same time, replaces the pseudo-random code replica corresponding to one or more satellites with the time of one chip of the pseudo-random code. The pseudo-random code is removed while switching within the range to extract the correlation data and the correlation strength, and the obtained correlation strength is accumulated for one or more cycles of the pseudo-random code corresponding to one or more satellites. Search and capture almost simultaneously from two or more location information satellites.
第9の様態として、第6の様態において、合成復調手段は、低周波信号から搬送波と擬似ランダム符号を除去して相関データと相関強度を抽出するとともに、得られた相関強度を擬似ランダム符号の1サイクル分以上記憶する相関強度記憶手段と、相関強度記憶手段に記憶されている値から信号強度と擬似ランダム符号の位相と周波数のズレを演算することにより位置情報衛星をサーチして捕捉する。 As a ninth aspect, in the sixth aspect, the synthesizing / demodulating means removes the carrier wave and the pseudo-random code from the low-frequency signal to extract the correlation data and the correlation strength, and the obtained correlation strength is converted into the pseudo-random code. Correlation strength storage means for storing at least one cycle, and a position information satellite is searched and captured by calculating a deviation between the signal strength, the phase of the pseudo random code and the frequency from the value stored in the correlation strength storage means.
第10の様態として、第6の様態において、合成演算手段は、相関データを集約してビットデータを生成するビットデータ生成手段と、ビットデータから時刻に関する航法メッセージデータを抽出するデータ合成手段と、データ合成手段からの航法メッセージデータから標準時を演算する標準時演算手段を有し、ビットデータ生成手段は、相関データの変化を抽出する変化抽出手段と、変化抽出手段で求めた相関データの変化を累積する変化累積手段と、変化累積手段で累積した変化から相関データにより構成されるビットデータの境界を求める変化点位置演算手段と、変化点位置演算手段からの変化点を基に相関データを集約してビットデータを出力するビットデータ集約手段を有する。 As a tenth aspect, in the sixth aspect, the composition calculation means includes bit data generation means for collecting correlation data and generating bit data, data composition means for extracting navigation message data relating to time from the bit data, It has a standard time calculation means for calculating the standard time from the navigation message data from the data synthesis means, and the bit data generation means accumulates the change of the correlation data obtained by the change extraction means for extracting the change of the correlation data and the change extraction means. Change accumulating means, change point position calculating means for obtaining a boundary of bit data composed of correlation data from changes accumulated by the change accumulating means, and correlation data based on the change points from the change point position calculating means. Bit data aggregating means for outputting bit data.
第11の様態として、第6の様態において、合成演算手段は、相関データを集約してビットデータを生成するビットデータ生成手段と、ビットデータから時刻に関する航法メッセージデータを抽出するデータ合成手段と、データ合成手段からの航法メッセージデータから標準時を演算する標準時演算手段を有し、データ合成手段は、ビットデータから累積あるいは/及びレプリカとの相関により航法メッセージデータを得る。 As an eleventh aspect, in the sixth aspect, the composition calculation means comprises a bit data generation means for collecting correlation data to generate bit data, a data composition means for extracting navigation message data relating to time from the bit data, Standard time calculation means for calculating the standard time from the navigation message data from the data synthesis means is provided, and the data synthesis means obtains the navigation message data from the bit data by accumulation or / and correlation with the replica.
本発明によるGPS時計では、位置情報衛星からの電波が微弱な場合でも、高感度でサーチ及びトラッキング及びデータ受信ができるため、例えば屋内の窓から離れた場所でも安定して航法メッセージデータに含まれる時刻情報を受信して、常に正確な時刻を表示することができる。 In the GPS timepiece according to the present invention, even when the radio wave from the position information satellite is weak, search, tracking and data reception can be performed with high sensitivity. For example, the navigation message data is stably included even in a place away from an indoor window. By receiving the time information, the accurate time can always be displayed.
本発明によるGPS時計では、位置情報衛星からの電波に含まれる擬似ランダム符号であるC/Aコード複数サイクル分の相関強度を合成することにより位置情報衛星をサーチして捕捉する合成サーチ工程と、合成サーチ工程で捕捉した位置情報衛星からの電波を効率的に受信できるように制御するトラッキング工程と、随時更新しながら繰り返される位置情報衛星からの電波に含まれる時刻に関する航法メッセージデータを合成するデータ合成受信工程と、データ合成受信工程で受信した時刻に関する航法メッセージデータから標準時を演算により求める標準時演算工程と、内部時刻をカウントする元となる基準クロックを発生する基準クロック発生工程と、基準クロックをカウントして内部時刻を生成するとともに標準時により内部時刻を修正するRTC工程と、内部時刻により時刻を表示する時刻表示工程とを有することを特徴とする時刻表示方法。 In the GPS timepiece according to the present invention, a combined search step of searching for and capturing a position information satellite by combining correlation strengths for a plurality of C / A code cycles that are pseudo-random codes included in radio waves from the position information satellite; Data that synthesizes navigation message data related to the time contained in the radio waves from the position information satellites that are repeatedly updated as needed, and the tracking process that controls the radio waves from the position information satellites captured in the synthesis search process. A combined reception step, a standard time calculation step for calculating standard time from navigation message data relating to the time received in the data combination reception step, a reference clock generation step for generating a reference clock from which internal time is counted, and a reference clock Generates internal time by counting and internal time by standard time Time display method characterized by comprising the RTC step of modifying, a time display step that displays the time by the internal time.
また、上記の方法を実現するためのGPS時計は、位置情報衛星からの電波を高周波信号として受信するアンテナと、アンテナからの高周波信号をダウンコンバージョンして低周波信号に変換するRF手段と、RF手段からの低周波信号に含まれるC/Aコード複数サイクル分の相関強度を合成することにより位置情報衛星をサーチして捕捉するとともに相関データを抽出する合成復調手段と、合成復調手段からの相関データに含まれる時刻に関する航法メッセージデータを繰り返し受信して合成するするとともに標準時を演算する合成演算手段と、内部の基準クロックをカウントして内部時刻を生成するとともに標準時により内部時刻を修正するRTC手段と、RTC手段からの内部時刻により時刻を表示する時刻表示手段と、全体とステータス及びシーケンスを管理する制御手段とにより構成した。 Further, a GPS timepiece for realizing the above method includes an antenna that receives radio waves from a position information satellite as a high-frequency signal, RF means for down-converting the high-frequency signal from the antenna into a low-frequency signal, and RF A synthesizing / demodulating means for searching for and acquiring a position information satellite and extracting correlation data by synthesizing correlation strengths for a plurality of C / A code cycles included in the low-frequency signal from the means, and a correlation from the synthesizing / demodulating means Combining operation means for repeatedly receiving and synthesizing navigation message data relating to the time included in the data and calculating the standard time, and RTC means for generating an internal time by counting an internal reference clock and correcting the internal time by the standard time Time display means for displaying the time according to the internal time from the RTC means, It was constructed by the control means for managing the tasks and sequence.
本発明によるGPS時計の構成や動作を詳細に説明する前に、本発明によるGPS時計が位置情報衛星から受信する航法メッセージデータについて予め説明する。なお、本実施例の以降の説明では、<>を大見出し、[]を中見出し、小見出しとして用いている。 Before describing in detail the configuration and operation of the GPS timepiece according to the present invention, the navigation message data received by the GPS timepiece according to the present invention from the position information satellite will be described in advance. In the following description of the present embodiment, <> is used as a large heading, [] is used as a medium heading, and a small heading.
<航法メッセージデータ>
[航法メッセージデータのタイミング]
図23に示す位置情報衛星からの航法メッセージデータのタイミングについて説明する。
<Navigation message data>
[Timing of navigation message data]
The timing of the navigation message data from the position information satellite shown in FIG. 23 will be described.
航法メッセージデータの全体は、ページ番号P1〜25を含む25フレームにより構成される。各フレームは、サブフレーム番号SF1〜5の5つのサブフレームにより構成される。サブフレーム番号SF4、5の2つのサブフレームには、ページ番号P1〜25の25ページがあり、フレーム毎にページが切り換わる。各サブフレームは、ワード番号W1〜10の10ワードにより構成される。また、各ワードはビット番号b1〜30の30ビットにより構成される。各ワードの初めの24ビットはデータでMSBから順に送られる。各ワードの最後の6ビットはパリティである。ここで、各ビットはCA1〜20の1023チップのC/Aコードの20サイクル分繰り返される。 The entire navigation message data is composed of 25 frames including page numbers P1-25. Each frame is composed of five subframes having subframe numbers SF1 to SF5. The two subframes with subframe numbers SF4 and 5 have 25 pages with page numbers P1 to P25, and the page is switched for each frame. Each subframe is composed of 10 words having word numbers W1 to W10. Each word is composed of 30 bits of bit numbers b1-30. The first 24 bits of each word are sent in order from the MSB as data. The last 6 bits of each word are parity. Here, each bit is repeated for 20 cycles of the C / A code of 1023 chips of CA1-20.
ここでC/Aコードの1サクイルは1m秒であるため、各ビットの時間は20m秒で、各ワードの時間は0.6秒で、各サブフレームの時間は6秒で、各フレームの時間は30秒で、航法メッセージデータ全体の時間は12.5分である。これらが全て時系列的に位置情報衛星から送信され、航法メッセージデータの全体が、その値が随時更新されながら、繰り返される。 Since one C / A code is 1 ms, the time of each bit is 20 ms, the time of each word is 0.6 seconds, the time of each subframe is 6 seconds, and the time of each frame Is 30 seconds, and the total time of the navigation message data is 12.5 minutes. All of these are transmitted from the position information satellite in time series, and the entire navigation message data is repeated while its value is updated as needed.
[時刻の取得に必要な航法メッセージデータ]
図24に、時刻の取得に必要な航法メッセージデータの時系列的な位置を示す。図23では、各項目について、サブフレーム番号、ページ番号、ワード番号とビット番号が時系列的な位置を示している。
[Navigation message data required for time acquisition]
FIG. 24 shows the time-series position of the navigation message data necessary for obtaining the time. In FIG. 23, for each item, the subframe number, page number, word number, and bit number indicate the time-series positions.
ここで、TLMは、予め定められたプリアンブルを含み各サブフレームの最初のワードの位置であることを示すものである。TOWは、週の初めからの経過時間を示すものである。サブフレームIDは、サブフレームの番号を示すものである。WNは、週番号を示すものである。健康状態は、位置情報衛星から送られる航法メッセージデータの信頼性を示すものである。UTCは、GPS時刻からグリニッジ標準時を求めるために必要なパラメータである。なお、各ワードの25〜30番目のビットは、パリティデータである。 Here, TLM indicates a position of the first word of each subframe including a predetermined preamble. TOW indicates the elapsed time from the beginning of the week. The subframe ID indicates a subframe number. WN indicates a week number. The health status indicates the reliability of the navigation message data sent from the position information satellite. UTC is a parameter necessary for obtaining Greenwich Mean Time from GPS time. Note that the 25th to 30th bits of each word are parity data.
<GPS時計の方法>
図1は、本発明によるGPS時計の工程の一例を示したものである。これより、本発明によるGPS時計の各工程について、図1を基に説明する。全体の工程は、制御手段によを用いて行う。
<GPS watch method>
FIG. 1 shows an example of the process of the GPS timepiece according to the present invention. Hereafter, each process of the GPS timepiece according to the present invention will be described with reference to FIG. The entire process is performed using the control means.
本発明によるGPS時計は、位置情報衛星からの時刻情報により内部時刻を修正して内部時刻により時刻を表示する。位置情報衛星からの時刻情報の取得および内部時刻の修正は、初期やユーザーからの時刻調整操作時や所定のタイミングなどで行う。 The GPS timepiece according to the present invention corrects the internal time based on time information from the position information satellite and displays the time based on the internal time. Acquisition of time information from the position information satellite and correction of the internal time are performed at the initial time, time adjustment operation from the user, or at a predetermined timing.
[合成サーチ工程]
位置情報衛星から時刻に関する情報を得るために、まず合成サーチ工程101で、C/Aコード及び周波数毎にC/Aコードの位相を変えながら、C/Aコード複数サイクル分の相関強度を合成することにより、位置情報衛星をサーチして捕捉する。ある位置情報衛星について複数の周波数や複数のC/Aコードの位相について閾値を越えた場合には、信号強度が最大のものを捕捉結果として、周波数とC/Aコードの位相を検出する。また、複数の位置情報衛星を捕捉した場合には、信号強度などにより受信する衛星を決定するようにした。合成サーチ工程101は、RF手段及び合成復調手段を用いて行う。
[Synthetic search process]
In order to obtain time-related information from the position information satellite, first, in the
[トラッキング工程]
位置情報衛星が捕捉されると、トラッキング工程102でトラッキングを行う。トラッキング工程102により、搬送波の位相及びC/Aコードの位相を、それぞれのPLLにより最適な状態に制御する。トラッキング工程102では、合成サーチ工程101で捕捉した位置情報衛星からの電波の周波数やC/Aコードの位相からトラッキングを開始する。このトラッキング工程102はデータ受信が完了するまで続いている。トラッキング工程102は、RF手段及び合成復調手段を用いて行う。
[Tracking process]
When the position information satellite is acquired, tracking is performed in the
[データ合成受信工程]
データ合成受信工程103では、随時更新しながら繰り返される位置情報衛星からの電波に含まれる時刻に関する航法メッセージデータを繰り返し受信して合成することにより感度を向上させる。データ合成受信工程103は、RF手段と合成復調手段と合成演算手段を用いて行う。
[Data composition reception process]
In the data
[標準時演算工程]
標準時演算工程104では、データ合成受信工程103で受信した時刻に関する航法メッセージデータから、グリニッジ標準時を求める。
[Standard time calculation process]
In the standard
[基準クロック発生工程]
基準クロック発生工程105では、GPS時計の時を刻むための基になる一定周期のクロック信号を発生する。
[Reference clock generation process]
In the reference
[RTC工程]
RTC工程106では、基準クロックをカウントして内部時刻を生成する。また、標準時演算工程104で得られたグリニッジ標準時により、内部時刻を修正する。この際、内部時刻はローカル時刻として、グリニッジ標準時914と内部時刻915との時差が保持されるように時刻を修正するようにした。但し、内部時刻はローカル時刻でもグリニッジ標準時でも良く、予め設定されている時差により変換すれば良い。
[RTC process]
In the
[時刻表示工程]
時刻表示工程107では、RTC工程106で得られた内部時刻により時刻表示手段に表示する。内部時刻による時刻の表示は、例えば毎正秒ごとに更新するようにすれば良い。
[Time display process]
In the
<合成サーチ工程の第1の例>
図2は、本発明の特徴のひとつである合成サーチ工程の第1の例について示したものであり、合成サーチ工程の第1の例について図2を基に詳細に説明する。
<First Example of Synthetic Search Process>
FIG. 2 shows a first example of the synthesis search process which is one of the features of the present invention. The first example of the synthesis search process will be described in detail with reference to FIG.
合成サーチ工程の第1の例は、衛星からの電波を受信して周波数をダウンコンバージョンした後に、搬送波とC/Aコードを除去して得られた相関強度をC/Aコードの1サイクル分以上累積することにより衛星をサーチして捕捉する。 The first example of the combined search step is that the correlation strength obtained by removing the carrier wave and the C / A code after receiving the radio wave from the satellite and down-converting the frequency is equal to or more than one cycle of the C / A code. Search and capture satellites by accumulating.
[周波数設定工程]
周波数設定工程201では、復調する周波数を狙い値から−5kHzから+5kHzの範囲でサーチするようにGPS時計内部に設定する。これは、位置情報衛星の移動に伴うドップラー効果の影響で受信する電波の周波数が−5kHz〜+5kHzの範囲内でずれている可能性があることによる。サーチする周波数の数は、C/Aコードの何サイクル分の相関強度を求めるかにより異なる。1サイクルの場合は、500Hzごとの21の周波数としたが、サイクル数を増やす場合には相応に小刻みにする必要がある。
[Frequency setting process]
In the
[CAコード設定工程]
CAコード設定工程202では、次にサーチする対象となる位置情報衛星に対応したC/AコードのレプリカをGPS時計内部に設定する。
[CA code setting process]
In the CA
[ダウンコンバージョン工程]
ダウンコンバージョン工程203では、位置情報衛星からの電波をアンテナで受信して、受信した高周波信号の周波数を処理しやすい低周波信号にヘテロダイン方式でダウンコンバージョンする。
[Down conversion process]
In the down-
[ADC工程]
ADC工程204では、ダウンコンバージョン工程203で得た低周波信号をAD変換してデシタル信号に変換する。
[ADC process]
In the
[搬送波除去工程]
搬送波除去工程205では、ADC工程204で得られたデジタル信号から、搬送波レプリカを用いて畳み込むことにより、搬送波を除去して、チップデータの同相成分Iと直交成分Qを得る。
[Carrier elimination process]
In the carrier
[サーチ相関工程]
サーチ相関工程206では、搬送波除去工程205で得られたチップデータとCAコード設定手段で設定したC/Aコードのレプリカとの相関により、相関強度を得る。このため、同相成分Iの相関値と直交成分Qの相関値の各々の二乗の和を相関強度とする。この時点では、チップデータとC/Aコードとの位相関係が不明なため、チップデータをシフトレジスタでシフトさせながら、相関強度を演算する。
[Search correlation process]
In the
[サーチ結果累積工程]
サーチ結果累積工程207は、本発明の特徴のひとつで、サーチ相関工程で得られた相関強度をC/Aコードのさらに1サイクル分累積加算により合成する。C/Aコードの位相が同じ相関強度毎に累積加算するため、1023チップ分の記憶手段を用いる。このため、相関演算を行うC/Aコードのサイクル数を増やしても回路規模がほとんど大きくならないようにすることができる。
[Search result accumulation process]
The search
[累積回数判定工程]
累積回数判定工程208では、サーチ結果累積工程で累積加算したC/Aコードのサイクル数が電波強度等により決定した回数に到達したかを判定し、到達していない場合は、ダウンコンバージョン工程にもどるようにした。
[Cumulative number determination process]
In the accumulated
[捕捉判定工程]
捕捉判定工程209では、サーチ結果累積工程に累積加算された値が閾値を越えたかにより位置情報衛星を捕捉したかどうかを判定する。この際サーチ結果累積工程に記憶されている1023チップ分の累積加算値の最も大きな値を閾値と比較するようにした。捕捉したと判定した場合には、合成サーチ工程を終了する。
[Capture judgment process]
In the
なお、捕捉判定は、サーチ結果累積工程で、累積する都度1チップ分づつ閾値とリアルタイムで比較するようにしても良い。 Note that the capture determination may be performed in real time with a threshold value for one chip each time it is accumulated in the search result accumulation step.
[全CAコード判定工程]
全CAコード判定工程210では、サーチ対象の全ての位置情報衛星に対応したC/Aコードについて捕捉判定までの工程を完了したか判定し、未完了の場合にはCAコード設定工程に戻る。
[All CA code determination process]
In the all CA
[全周波数判定]
全周波数判定工程では、周波数判定工程での一通りの周波数についてのサーチが完了したか判定し、未完了の場合には周波数設定工程に戻る。
[All frequency judgment]
In the all frequency determination process, it is determined whether or not the search for one frequency in the frequency determination process is completed, and if not completed, the process returns to the frequency setting process.
<合成サーチ工程の第2の例>
図3は、合成サーチ工程の第2の例について示したものである。
合成サーチ工程の第2の例では、衛星からの電波を受信して周波数をダウンコンバージョンした後に、低周波信号から搬送波を除去するとともに、1つ以上の衛星に対応するC/AコードのレプリカをC/Aコードの1チップの時間の範囲内に切換えながらC/Aコードを除去して相関強度を抽出し、得られた相関強度をC/Aコードの1サイクル分以上1つ以上の衛星に対応して累積することにより1つ以上の位置情報衛星から略同時にサーチして捕捉する。
<Second Example of Synthetic Search Process>
FIG. 3 shows a second example of the synthesis search process.
In the second example of the combined search step, after receiving radio waves from the satellite and down-converting the frequency, the carrier wave is removed from the low-frequency signal and a C / A code replica corresponding to one or more satellites is created. While switching within the time range of one chip of C / A code, the C / A code is removed and the correlation strength is extracted, and the obtained correlation strength is transferred to one or more satellites for one or more cycles of C / A code. By accumulating correspondingly, search and capture from one or more position information satellites substantially simultaneously.
合成サーチ工程の第2の例では、C/Aコードのループを累積回数のループの内側に入れることにより、異なるC/Aコードに対するサーチを、同一の回路を1チップの時間内に時分割して共用することにより、全体のサーチを高速化したものである。 In the second example of the combined search process, by inserting a C / A code loop inside the accumulated number of loops, a search for different C / A codes is time-divided within the time of one chip of the same circuit. And speeding up the overall search.
合成サーチ工程の第2の例の各工程は、第1の例の場合と同様である。
但し、累積回数のループは、第1の例の場合には累積するC/Aコードのサイクル数分回したが、第2の例では累積するC/Aコードのサイクル数にC/Aコード1サイクルのチップ数1023チップを掛けた回数まわすようにした。
Each step of the second example of the synthesis search step is the same as that of the first example.
However, in the case of the first example, the accumulated number of loops is the same as the number of accumulated C / A code cycles. In the second example, the C / A
<合成サーチ工程の第3の例>
図4は、合成サーチ工程の第3の例について示したものである。
合成サーチ工程の第3の例は、衛星からの電波を受信して周波数をダウンコンバージョンした後に、搬送波とC/Aコードを除去して得られた相関強度を1サイクル分以上記憶した後に、記憶されている値から信号強度とC/Aコードの位相と周波数のズレを演算することにより衛星をサーチして捕捉する。
<Third Example of Synthetic Search Process>
FIG. 4 shows a third example of the synthesis search process.
The third example of the combined search process is to store the correlation strength obtained by removing the carrier wave and the C / A code for one cycle or more after receiving the radio wave from the satellite and down-converting the frequency. The satellite is searched and captured by calculating the signal intensity, the phase of the C / A code, and the frequency deviation from the values obtained.
合成サーチ工程の第3の例では、第1、2の例のサーチ結果累積工程206で累積加算する代わりに、相関強度記憶工程401でそのまま記憶し、記憶した値から演算により信号強度と周波数を演算する。
In the third example of the combined search step, instead of accumulating in the search
合成サーチ工程の第3の例では、周波数設定工程201、CAコード設定工程202、ダウンコンバージョン工程203、ADC工程204、搬送波除去205、サーチ相関工程206、累積回数判定工程208、捕捉判定工程209、全CAコード判定工程210および全周波数判定工程211は、第1、2の例とほぼ同様である。
In the third example of the combined search process, the
但し、累積回数判定工程では、累積する回数でなく、相関強度記憶工程401で記憶したC/Aコードのサイクル数により判定する。
However, in the cumulative number determination step, the determination is made not by the cumulative number but by the number of C / A code cycles stored in the correlation
また、全周波数設定工程では、相関強度を相関強度記憶工程401で記憶するC/Aコードのサイクル数によらずに、狙い値−5000Hzから500Hz刻みで狙い値+5000Hzまでの21の周波数について設定するようにした。
In the all frequency setting step, the correlation strength is set for 21 frequencies from the target value −5000 Hz to the target value +5000 Hz in steps of 500 Hz, regardless of the number of C / A code cycles stored in the correlation
[相関強度記憶工程]
相関強度記憶工程401では、C/Aコードのサイクル毎かつ位相毎の相関強度を一旦そのまま記憶する。
[Correlation strength storage process]
In the correlation
[サーチ演算工程]
サーチ演算工程402では、相関強度記憶工程401で記憶した値から、信号強度と周波数を演算により求める。サーチ演算工程402について、図5の概念図及び図6の工程フロー図に示す例を基に説明する。
[Search calculation process]
In the
図5の概念図において、横軸はC/Aコードの位相で単位は1チップ、縦軸は時間で単位はC/Aコードの1サイクルである。長方形は相関強度を記憶した領域を示しており横幅は1023チップ分である。記憶された値は通常多値でノイズを含んでいる。長方形領域内の点線は、位置情報衛星からの弱い信号があることを表している。 In the conceptual diagram of FIG. 5, the horizontal axis is the phase of the C / A code, the unit is one chip, the vertical axis is the time, and the unit is one cycle of the C / A code. The rectangle indicates the area where the correlation strength is stored, and the width is 1023 chips. The stored values are usually multivalued and contain noise. A dotted line in the rectangular area indicates that there is a weak signal from the position information satellite.
この点線を抽出するために、上端と下端の組合せによる線分512上の記憶された値を加算するようにした。
In order to extract this dotted line, the stored value on the
上端は、C/Aコードの最後の1サイクルに対応し、横方向の位置はC/Aコードの位相が1〜1023の1023通りである。下端は、C/Aコードの最初の1サイクルに対応し、横方向の位置は「上端のC/Aコードの位相からC/Aコードのサイクル数分差し引いたC/Aコードの位相」から「上端のC/Aコードの位相からC/Aコードのサイクル数分加えたC/Aコードの位相」までを1チップ間隔で移動させる。下端の範囲の理由は、周波数のズレがC/Aコードの1サイクルにつき1チップ以上になると、サーチ用相関手段が出力する信号強度が弱くなるからである。したがって、線分の組み合わせの数は、1023にCAコードのサイクル数の2倍に1を加えた値を掛けた値になる。これらの全組合せにおける加算値は信号強度を示し、閾値以上の場合に位置情報衛星を捕捉したと判定する。閾値は、ノイズにより誤捕捉することのないように、例えばC/Aコードのサイクル数に応じた予め定められた値を用いても良いし、加算値を統計処理して予め求めておくようにしても良い。 The upper end corresponds to the last one cycle of the C / A code, and the positions in the horizontal direction are 1023 with the phase of the C / A code being 1 to 1023. The lower end corresponds to the first cycle of the C / A code, and the horizontal position is derived from “the phase of the C / A code obtained by subtracting the number of C / A code cycles from the phase of the upper end C / A code”. From the phase of the C / A code at the upper end to the phase of the C / A code added by the number of C / A code cycles is moved at intervals of one chip. The reason for the lower end range is that the signal intensity output by the correlation means for search becomes weaker when the frequency shift is 1 chip or more per cycle of the C / A code. Therefore, the number of combinations of line segments is a value obtained by multiplying 1023 by 1 to twice the number of CA code cycles. The added value in all of these combinations indicates the signal strength, and if it is equal to or greater than the threshold value, it is determined that the position information satellite has been captured. As the threshold value, for example, a predetermined value corresponding to the number of C / A code cycles may be used so as not to be erroneously captured due to noise, or an addition value is statistically processed and obtained in advance. May be.
直線抽出のための工程フローの一例を図6に示す。図6では、上端を1〜1023に移動させながら、下端を「上端−C/Aコードのサイクル数」から「上端+C/Aコードのサイクル数」まで移動させて直線抽出するようにした。なお、上端と下端を入換えて演算しても良いことは言うまでもない。 An example of a process flow for line extraction is shown in FIG. In FIG. 6, while the upper end is moved from 1 to 1023, the lower end is moved from “upper end−the number of C / A code cycles” to “upper end + the number of C / A code cycles” to perform straight line extraction. Needless to say, the calculation may be performed with the upper and lower ends interchanged.
なお、線分上のデータの値の加算は、C/Aコードのサイクル毎に、対応するC/Aコードの位相を計算して、記憶された値を加算する。この際、C/Aコードの位相が整数にならない場合は、四捨五入しても良いし、補間処理を行っても良い。また、線分が2次元の相関強度を記憶した領域の範囲外になる場合には、C/Aコードの位相に1023を加えるか差し引いて、領域内に変換する。 In addition, the addition of the value of the data on a line segment calculates the phase of a corresponding C / A code for every cycle of a C / A code, and adds the memorize | stored value. At this time, if the phase of the C / A code does not become an integer, it may be rounded off or an interpolation process may be performed. If the line segment is out of the range of the area where the two-dimensional correlation strength is stored, 1023 is added to or subtracted from the phase of the C / A code to convert it into the area.
さらに、サーチ演算工程では、サーチした周波数の誤差を、抽出した線分の傾きにより求める。上端のC/Aコードの位相から下端のC/Aコードの位相を差し引いてC/Aコードのサイクル数で割ることにより、C/Aコード1サイクル当たりのズレのチップ数を得る。C/Aコードの1サイクルが1023チップにより構成されているため、この値を更に1023で割ることにより、周波数のズレの比率を得る。この値が正の場合は、時間とともにC/Aコードの位相が遅れるため、内部で生成する搬送波レプリカの周波数を求めた比率により下げればよい。同様に負の場合は、周波数を上げれば良い。 Further, in the search calculation step, an error of the searched frequency is obtained from the slope of the extracted line segment. By subtracting the phase of the C / A code at the lower end from the phase of the C / A code at the upper end and dividing the result by the number of cycles of the C / A code, the number of chips per C / A code cycle is obtained. Since one cycle of the C / A code is composed of 1023 chips, the frequency deviation ratio is obtained by further dividing this value by 1023. When this value is positive, the phase of the C / A code is delayed with time, so the frequency of the carrier replica generated internally may be lowered by the obtained ratio. Similarly, if it is negative, the frequency may be increased.
通常、直線抽出の演算などで時間が経過しているため、新しい周波数で再度サーチを行っても良いが、その間のC/Aコードの位相の変化を、図5に示すように検出した直線の延長線511を用いて求めるようにしても良い。
Usually, since time has passed in a straight line extraction calculation or the like, the search may be performed again with a new frequency. However, the change in the phase of the C / A code during that time is detected as shown in FIG. You may make it obtain | require using the
なお、ここで示した上端と下端の位置の細かさと範囲は一例であり、この限りでないことは言うまでもない。また、C/Aコードの1サイクルの間にも時間が進んでいることを考慮して、2次元の記憶領域を長方形でなく平行四辺形としてより厳密に計算しても良い。また、以上に示したのは演算の一例であり、複数サイクルのC/Aコードに対応した相関強度から信号強度と周波数を求める演算であればどのような演算を用いても良い。 It should be noted that the fineness and range of the positions of the upper end and the lower end shown here are examples, and it goes without saying that this is not the case. Further, considering that the time has advanced even during one cycle of the C / A code, the two-dimensional storage area may be calculated more strictly as a parallelogram instead of a rectangle. The above is an example of the calculation, and any calculation may be used as long as it is a calculation for obtaining the signal strength and the frequency from the correlation strength corresponding to the C / A code of a plurality of cycles.
<データ合成受信工程>
図7は、データ合成受信工程103のフローの一例を示したものである。これより、本発明のもう1つの特徴であるデータ合成受信工程について、図7を基に説明する。
<Data composition reception process>
FIG. 7 shows an example of the flow of the data
データ合成受信工程は、衛星からの電波を受信して周波数をダウンコンバージョンした後に、搬送波と擬似ランダム符号を除去して得られた相関データからビットの境界を検出し、検出したビットの境界内の相関データを集約してビットデータを生成すし、ビットデータから航法メッセージデータを合成する。 In the data synthesis reception process, after receiving radio waves from the satellite and down-converting the frequency, the bit boundary is detected from the correlation data obtained by removing the carrier wave and the pseudo-random code, and within the detected bit boundary. The correlation data is aggregated to generate bit data, and the navigation message data is synthesized from the bit data.
データ合成受信工程103では、時刻に関する航法メッセージデータを抽出する。ここでは、位置情報衛星からの電波がノイズに比して弱い場合に、信頼度の高い正しい航法メッセージデータを安定して得るための方法を中心に説明する。
In the data
ダウンコンバージョン工程203、ADC工程204、搬送波除去工程205は、合成サーチ工程とほぼ同様である。
The down
[データ相関工程]
データ相関工程701では、搬送波除去工程205で得られたチップデータとC/Aコードのレプリカとの相関により、相関データを得る。
[Data correlation process]
In the
[ビット境界検出工程]
ビット境界検出工程702では、CAコードの各サイクルに重畳している1ms毎の相関データの並びから、20ms毎のビットの境界を検出する。
[Bit boundary detection process]
In a bit
ビット境界検出工程は、相関データの変化を抽出する変化抽出工程と、変化抽出工程で求めた相関データの変化を累積する変化累積工程と、変化累積工程で累積した変化から相関データにより構成されるビットデータの境界を求める変化点位置演算工程により行う。 The bit boundary detection step is composed of a change extraction step for extracting a change in correlation data, a change accumulation step for accumulating changes in correlation data obtained in the change extraction step, and correlation data from changes accumulated in the change accumulation step. This is performed by a change point position calculation step for obtaining a boundary of bit data.
ビット境界検出工程702は、変化抽出工程721と変化累積工程722と変化点位置演算工程723により行われる。
The bit
[ビットデータ集約工程]
ビットの境界が検出されると、従来のGPS時計と同様に、ビットデータ集約工程703で境界内のC/Aコード20サイクル分の相関データを加算等により集約してビットデータを生成する。
[Bit data aggregation process]
When the bit boundary is detected, the bit data is aggregated by adding the C /
[ビットデータ合成工程]
ビットデータが集約されると、ビットデータ合成工程704でTLM、TOW、サブフレームID、WN、UTCなどの時刻に関する航法メッセージデータについて、異なるサブフレームの受信値を合成することにより、ノイズに対する信号の比率であるSN比を改善する。
[Bit data composition process]
When the bit data is aggregated, the bit
[信頼度判定工程]
信頼度判定工程705で、充分なSN比が確保できるまで、ビットデータの生成とビットデータの合成を繰り返す。なお、信頼度判定工程705は必ずしも必要ではなく、必要に応じて行うようにすればよい。
これより本発明で特徴的なビット境界検出工程702とビットデータ合成工程704について、詳細に説明する。
[Reliability judgment process]
In the
The bit
<ビット境界検出工程>
図8は、各ビットの境界を探すための方法について、信号が微弱な場合の例を示したものである。
<Bit boundary detection process>
FIG. 8 shows an example of a method for searching for the boundary of each bit when the signal is weak.
[ノイズに埋もれた信号]
図8aは、ランダムなノイズである。図8bは、ノイズに比して弱い信号で、ビットの境界で変化している。図8cは、図8aのノイズと図8bの信号を加算したものであり、合成復調手段から出力される相関データのレベルを表している。図8a、b、cの縦軸は各々のレベルを表しており、横軸は時間軸で、フルレンジで時系列的なC/Aコード240サイクル分、つまり240m秒に対応する。
[Signal buried in noise]
FIG. 8a is random noise. FIG. 8b is a signal that is weaker than noise and changes at bit boundaries. FIG. 8c is a sum of the noise of FIG. 8a and the signal of FIG. 8b, and represents the level of correlation data output from the synthesizing demodulation means. 8A, 8B, and 8C, the vertical axis represents each level, the horizontal axis is the time axis, and corresponds to 240 cycles of the full-range time-series C / A code, that is, 240 milliseconds.
図8bに示す信号は、図8aに示すノイズに比して弱いため、図8cに示すノイズと信号が加算された合成復調手段から出力される相関データからでは、ビットの境界は判然としない。そこで、ビットの境界を明確にするために、ビットの時間が20msであることを考慮した変化の抽出を行い、その結果を累積するようにした。 Since the signal shown in FIG. 8b is weaker than the noise shown in FIG. 8a, the bit boundary is not obvious from the correlation data output from the combined demodulating means obtained by adding the noise and the signal shown in FIG. 8c. Therefore, in order to clarify the bit boundaries, changes are extracted in consideration of the bit time being 20 ms, and the results are accumulated.
[変化抽出工程]
具体的な変化抽出は、ビットの時間が20msであることを考慮して、11〜20ms前の相関データの合計値と1〜10ms前の相関データの合計値の差の二乗を計算するようにした。二乗の代わりに絶対値など、極性の影響を取り除く方法であればこの限りでない。また、相関データの合計範囲も、好適な一例であり、この限りではない。但し、図8dの変化抽出結果は、分かりやすくするために、便宜上図8bの信号の変化点に対応するように左に10m秒分ずらして並べてある。この結果、図8bの信号の変化点では、図8dの変化抽出結果の値が大きくなることが多くなっている。
[Change extraction process]
Specifically, the change extraction is performed by calculating the square of the difference between the total value of the correlation data before 11 to 20 ms and the total value of the correlation data before 1 to 10 ms in consideration that the bit time is 20 ms. did. This is not a limitation as long as it is a method of removing the influence of polarity such as an absolute value instead of square. The total range of correlation data is also a preferred example, and is not limited to this. However, the change extraction results in FIG. 8d are shifted to the left by 10 milliseconds so as to correspond to the signal change points in FIG. 8b for convenience. As a result, the value of the change extraction result in FIG. 8d is often increased at the signal change point in FIG. 8b.
[変化累積工程]
変化累積の具体的な方法は、ビットの時間が20msであることを考慮して図8dの変化抽出結果を20msごとに分割し、分割したものを合計する。別の言い方をすると、横軸を20で割った場合の剰余が同じ値になる変化抽出結果を合計するようにした。その結果を図8eに示す。但し、図8eの横軸は、剰余に1を加算した値になっている。このように累積した結果、変化点の位置が明確になってくる。
[Change accumulation process]
A specific method for accumulating changes is to divide the change extraction result of FIG. 8d every 20 ms in consideration of the bit time being 20 ms, and total the divided results. In other words, the change extraction results in which the remainder when the horizontal axis is divided by 20 are the same value are summed. The result is shown in FIG. 8e. However, the horizontal axis of FIG. 8e is a value obtained by adding 1 to the remainder. As a result of such accumulation, the position of the change point becomes clear.
[変化点位置演算工程]
変化点の位置を演算するには、最大値を検出したり加重平均を計算したりするなど、図8eの変化累積結果の山の位置を求めれば良い。但し、加重平均を計算する場合には、領域の端に近い場合にはサイクリックに繰り返されるように想定する必要がある。図8eの例では10番目と11番目の間が変化点となる。図8dの横軸が10m秒分ずれていることを考慮すると、図8cのRF手段の出力では20番目と21番目の間がビットの境界であることになり、それは図8bの信号の変化に一致している。以降20msごとにビットの境界が存在することになる。
[Change point position calculation process]
In order to calculate the position of the change point, the position of the peak of the change accumulation result in FIG. 8e may be obtained by detecting the maximum value or calculating the weighted average. However, when calculating the weighted average, it is necessary to assume that it is repeated cyclically when it is close to the end of the region. In the example of FIG. 8e, the change point is between the tenth and eleventh. Considering that the horizontal axis in FIG. 8d is shifted by 10 milliseconds, the output of the RF means in FIG. 8c is a bit boundary between the 20th and 21st, which is due to the change in the signal in FIG. 8b. Match. Thereafter, a bit boundary exists every 20 ms.
[ビットの境界検出の性能]
このように変化を抽出して累積する処理を行えば、理論的にはどんなに信号が弱くても、各ビットの境界を探す期間、つまり図8a〜dの横軸を充分長くすれば、ビットの境界を検出することは可能である。
[Performance of bit boundary detection]
If the process of extracting and accumulating changes is performed in this way, no matter how weak the signal is theoretically, if the period for searching for the boundary of each bit, that is, the horizontal axis in FIGS. It is possible to detect the boundary.
<GPS時計の構成>
図9は、本発明によるGPS時計全体901のブロック構成の好適な一例を示したものである。これより、図9を基にGPS時計を構成する各手段について、詳細に説明する。
<Configuration of GPS watch>
FIG. 9 shows a preferred example of the block configuration of the
[アンテナ]
図9において、アンテナ902は、位置情報衛星からのギガヘルツ帯の電波を高周波信号911に変換し、RF手段903に出力する。
[antenna]
In FIG. 9, an
[RF手段]
RF手段903は、アンテナ902からの高周波信号911を合成復調手段904で処理しやすい低周波信号912にダウンコンバージョンする。このため、RF手段では、局部発振との積により生じる和と差の周波数成分からフィルタにより差の成分を抽出することにより周波数のダウンコンバージョンを行うようにした。局部発振の周波数は精度が高いほど位置情報衛星を捕捉しやすいため、温度補償型水晶発振器(TCXO)の発振する周波数を基にPLLを用いて発生するようにした。なお、RF手段では、必要に応じてローノイズなアンプを挿入して増幅するようにしても良い。
[RF means]
The
[合成復調手段]
合成復調手段904では、RF手段903からの低周波信号912を復調する。このため、合成復調手段904では、搬送波レプリカを用いて搬送波を除去し、相関器によりCA符号を除去して、信号の強さを示す相関強度及びGPS航法メッセージデータを含む相関データを得る。
[Synthetic demodulation means]
The synthesizing
位置情報衛星からの電波が微弱な場合でも、繰り返されるC/Aコードの相関結果を合成することにより比較的簡単な構成かつ短時間で捕捉する。また、複数の位置情報衛星を同時に1つの相関手段で兼用することにより、回路規模を小さく抑えるようにした。 Even when the radio wave from the position information satellite is weak, it is captured in a relatively simple configuration and in a short time by synthesizing the correlation results of repeated C / A codes. In addition, the circuit scale can be kept small by simultaneously using a plurality of position information satellites as one correlation means.
[合成演算手段]
合成復調手段904が出力する相関データ904は、1023チップの相関により得られる多値の値のため、信号の他にノイズが混ざったものである。ノイズに比して信号が弱い場合には、単に相関が正か負かで受信ビットの値を決定すると、データの信頼性が低くなってしまう。この課題を解決するために、合成演算手段905では、間欠的に繰り返し受信する合成復調手段904からの相関データを合成して、信頼性の高いデータを得ることにより高感度を実現する。
[Composite operation means]
Since the
また、合成演算手段905では、相関データに含まれる航法メッセージデータによるGPS時刻とUTCデータとからグリニッジ標準時に相当する時刻に変換する。 In addition, the composite calculation means 905 converts the GPS time and UTC data based on the navigation message data included in the correlation data into a time corresponding to Greenwich Mean Time.
[RTC手段]
RTC手段906では、内部の基準クロックをカウントして内部時刻915を生成する。また、合成演算手段905からのグリニッジ標準時914により内部時刻915を修正する。この際、内部時刻はローカル時刻として、グリニッジ標準時914と内部時刻915との時差が保持されるように時刻を修正するようにした。但し、内部時刻はローカル時刻でもグリニッジ標準時でも良く、予め設定されている時差により変換すれば良い。
[RTC means]
The
[時刻表示手段]
図10は、時刻表示手段907の例を示したものである。時刻表示手段907は、内部時刻915により時刻を表示する。表示時刻の更新は、例えば毎正秒ごとに行う。時刻表示手段907の表示方法は、例えば、図10(a)に示すようなデジタル式の時刻表示器でも良いし、図10(b)に示すようなアナログ式の時刻表示でも良い。また、本発明によるGPS時計901は、置き時計でも掛け時計でも腕時計でも良い。
[Time display means]
FIG. 10 shows an example of the time display means 907. The
[制御手段]
制御手段908は、全体のステータス及びシーケンスを管理する。
これより本発明の1つの特徴である合成復調手段904について、図面を基に詳細に説明する。
[Control means]
The
The synthesizing / demodulating means 904 which is one feature of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<合成復調手段の第1の例>
図11は、回路規模を大きくせずに高感度なサーチを行うための合成復調手段904の好適な第1の例を示したものである。合成復調手段の第1の例は、低周波信号から搬送波とC/Aコードを除去して相関データと相関強度を抽出するとともに、得られた相関強度をC/Aコードの1サイクル分以上累積することにより位置情報衛星をサーチして捕捉する。
<First Example of Synthetic Demodulation Unit>
FIG. 11 shows a first preferred example of the synthesizing / demodulating means 904 for performing a highly sensitive search without increasing the circuit scale. The first example of the synthesizing / demodulating means removes the carrier wave and the C / A code from the low frequency signal to extract the correlation data and the correlation strength, and accumulates the obtained correlation strength for one cycle or more of the C / A code. By doing so, the position information satellite is searched and captured.
[ADC手段]
ADC手段1101は、アナログなRF手段の出力する低周波信号を、デジタル値に変換する。
[ADC means]
The
[搬送波除去手段]
搬送波除去手段1102は、ADC手段1101からの信号にNCO手段1105からの搬送波のレプリカを1チップの期間(約1μs)畳み込みすることにより、チップデータ1111の同相成分Iと直交成分Qを得る。
[Carrier elimination means]
The carrier
[CA相関手段]
CA相関手段1104は、搬送波除去手段1102の出力とC/Aコードの相関を得るために、内積を演算する。CA相関手段1104は、サーチ用相関手段1106とCAコードPLL用相関手段1107と搬送波PLL用相関手段1108の3つの相関手段の総称である。
[CA correlation means]
The
[サーチ]
サーチ用相関手段1106は、C/Aコードの位相が全く分かっていない時点で短時間に捕捉するために、搬送波除去手段1102からのチップデータ1111の同相成分I用と直交成分Q用の1対の相関器を有し、チップデータ1111の同相成分Iと直交成分QをシフトレジスタでシフトさせながらC/Aコードとの相関を演算する。サーチする時点では、搬送波の位相もロックしていないため、位置情報衛星からの信号の強度を得るために、チップデータ1111の同相成分Iと直交成分Qの各々とC/Aコードの相関結果を二乗してそれらの和を演算して、相関強度1112として出力する。
[search]
The correlation means for
[トラッキング]
位置情報衛星を捕捉したら、搬送波の周波数とC/Aコードの位相は凡そ合わせることができるが、これらを最適な状態に合わせてロックさせるために、トラッキングを行う。トラッキングは、CAコードPLLによりCAコードの位相を合わせて、搬送波PLLにより搬送波の位相を合わせる。
[tracking]
Once the position information satellite is acquired, the frequency of the carrier wave and the phase of the C / A code can be roughly matched, but tracking is performed in order to lock them in an optimum state. In tracking, the phase of the CA code is matched with the CA code PLL, and the phase of the carrier is matched with the carrier PLL.
[CAコードPLL]
CAコードPLLは、搬送波除去手段1102とCAコードPLL用相関手段1107と図示しないCAコードPLL用ループフィルタにより構成される。搬送波除去手段1102でサーチ用相関手段1106および搬送波PLL用相関手段1108のために畳み込む1チップの期間に対して、1/4チップ分進んだ期間畳み込んだ進み成分Eと1/4チップ分遅れた期間畳み込んだ遅れ成分Lを用いる。これらのEとLは、それぞれEarlyとLateの頭文字である。CAコードPLL用相関手段1107は、これらの進み成分Eと遅れ成分LについてC/Aコードと相関を演算し、各々の結果がバランスするように搬送波除去手段1102の畳み込みのチップ期間を前後にシフトさせる。なお、CAコードPLL用ループフィルタの時定数は、位置情報衛星からの電波の強さにより調整する。CAコードPLL用ループフィルタの時定数を長くすることにより、ロックするまでの時間は長くなるが、位置情報衛星からの電波が弱い場合でも、感度を高くして位相を正確に合わせることができるようになる。
[CA code PLL]
The CA code PLL includes a carrier
[搬送波PLL]
搬送波PLLは、搬送波除去手段1102と搬送波PLL用相関手段1108と図示しない搬送波PLL用ループフィルタにより構成される。搬送波PLL用相関手段1108によりチップデータ1111の同相成分Iと直交成分QについてC/Aコードとの相関を演算し、各々の演算結果の積が0になるように、NCO手段が発生する搬送波レプリカの周波数を制御することにより、受信データを同相成分Iに同期させて抽出できるようにする。ここで、NCO手段1105は、数値制御発振器により、周波数や位相をデジタル値により制御できるようにしたものである。なお、搬送波用PLL1108の図示していない搬送波PLL用ループフィルタの時定数は、位置情報衛星からの電波の強さにより調整する。搬送波PLL用ループフィルタの時定数を長くすることにより、ロックするまでの時間は長くなるが、位置情報衛星からの電波が弱い場合でも、感度を高くして位相を正確にあわせることができるようになる。
[Carrier PLL]
The carrier PLL includes a carrier removal means 1102, a carrier PLL correlation means 1108, and a carrier PLL loop filter (not shown). A carrier wave replica generated by the NCO means so that the correlation means 1108 of the
[信号強度累積手段]
ここで、サーチ用相関手段1106の出力する相関強度1112は、信号強度累積手段1109により累積することにより、複数サイクルのC/Aコードとの相関強度1112を累積した信号強度1113を得る。信号強度1113が閾値を超えた場合に、位置情報衛星を捕捉したと判定する。この場合、ピーク値がサーチした信号の強度を示し、ピーク値のタイミングがC/Aコードの位相を示している。閾値は、ノイズにより誤捕捉することのないように、例えば累積回数に応じた予め定められた値を用いても良いし、信号強度1113を統計処理して求めても良い。
[Signal strength accumulation means]
Here, the
このための信号強度累積手段1109について、図12に示す例を基に説明する。
信号強度累積手段1109は、C/Aコード1サイクル分のチップ数と同じ1023段のシフトレジスタを設けて、最終段の出力1213と相関強度1112の和を初段の入力にすることにより、C/Aコードとの位相関係毎の相関強度1112を累積加算するようにした。なお、シフトレジスタのシフトのタイミングは、搬送波除去手段1102での搬送波除去のタイミングと同期している。このように構成することにより、C/Aコードを何サイクル分累積しても、シフトレジスタが飽和しない程度にビット数を増やすだけで対応することができる。相関を演算するC/Aコードのサイクル数を多くした場合に、相関手段そのものの段数を長くするよりはるかり回路規模を小さくすることができる。したがって、位置情報衛星からの電波が弱い場合でも、回路規模を抑えてサーチすることが可能になる。
The signal
The signal
なお、シフトレジスタの値は、サーチする前に初期化されていることは言うまでもない。 Needless to say, the value of the shift register is initialized before searching.
<合成復調手段の第2の例>
図13は、合成復調手段の第2の例を示したものである。合成復調手段904の第1の例では、位置情報衛星からの電波が弱い場合に、複数サイクルのC/Aコードについて、比較的簡単な構成で信号強度を求めることができるようにした。しかし、C/Aコードのサイクル数を多くすると、サーチするための時間が長くなるとともに、消費電力が大きくなると言う課題があった。そこで、合成復調手段904の第2の例では、サーチ用相関手段1106を複数の位置情報衛星のサーチに同時に用いることにより、トータルとしてのサーチ時間を短縮し、消費電力の増加を抑制する。
<Second Example of Synthetic Demodulation Unit>
FIG. 13 shows a second example of the synthesizing / demodulating means. In the first example of the synthesizing / demodulating means 904, when the radio wave from the position information satellite is weak, the signal strength can be obtained with a relatively simple configuration for the C / A code of a plurality of cycles. However, when the number of C / A code cycles is increased, there is a problem that the time for searching becomes longer and the power consumption increases. Therefore, in the second example of the synthesizing / demodulating means 904, the search correlation means 1106 is simultaneously used for searching a plurality of position information satellites, thereby shortening the total search time and suppressing an increase in power consumption.
このため、合成復調手段の第2の例は、低周波信号から搬送波を除去するとともに、1つ以上の衛星に対応するC/AコードのレプリカをC/Aコードの1チップの時間の範囲内に切換えながらC/Aコードを除去して相関データと相関強度を抽出するとともに、得られた相関強度を擬似ランダム符号の1サイクル分以上1つ以上の衛星に対応して累積することにより1つ以上の位置情報衛星から略同時にサーチして捕捉する。合成復調手段904について、図13を基に説明する。 For this reason, the second example of the synthesizing / demodulating means removes the carrier wave from the low-frequency signal, and also makes a C / A code replica corresponding to one or more satellites within the time range of one chip of the C / A code. The correlation data and the correlation strength are extracted by removing the C / A code while switching to, and the obtained correlation strength is accumulated for one or more cycles of the pseudo-random code corresponding to one or more satellites. Search and capture from the above position information satellites substantially simultaneously. The synthesizing / demodulating means 904 will be described with reference to FIG.
図13において、ADC手段1101、搬送波除去手段1102、CA相関手段1104、NCO手段1105は、合成復調手段904の第1の例の場合と同様である。
In FIG. 13, the
[CAコード選択手段]
図13において、CAコード選択手段1303は、タイミング手段1302からの選択信号により、同時にサーチする複数の位置情報衛星に対応するC/Aコードを選択する。
[CA code selection means]
In FIG. 13, CA
[第1〜n累積手段]
第1〜n累積手段1301も、同時にサーチする位置情報衛星の相関強度1112をそれぞれ累積する。第1〜n累積手段1301は、合成復調手段904の第1の例における信号強度累積手段1109と同様のものが、同時にサーチする位置情報衛星ごとに設けられたものである。第1〜n累積手段1301は、それぞれ第1〜nC/Aコードに対応する。
[First to n accumulating means]
The first to n accumulation means 1301 also accumulate the
[タイミング手段]
タイミング手段1302は、CAコード選択手段1303で選択するための選択1〜n、および第1〜n累積手段1301で信号強度を取り込むための累積Ck1〜nを、サーチ用相関器1106のシフトレジスタのシフトクロックに同期して内部の充分早いクロックをカウントすることにより生成するようにした。
[Timing means]
The
タイミング手段1302の動作について、図14に示すタイミング図を基に説明する。図14のタイミング図では、サーチ用相関器1106のシフトレジスタのシフトクロックである相関器Ckとタイミング手段1302が発生する選択信号1〜nと第1〜n累積手段のシフトレジスタのシフトクロックである累積Ck1〜nのタイミング関係を示したものである。横軸は共通の時間軸である。縦軸は、各々の信号の論理値を示しており、上側が真で下側が偽である。図中矢印で示す期間は、サーチ用相関器1106のシフトレジスタがシフトしている期間とサーチ用相関器1106が相関演算を行っている期間を示している。
The operation of the timing means 1302 will be described based on the timing chart shown in FIG. In the timing chart of FIG. 14, the correlator Ck which is a shift clock of the shift register of the
サーチ用相関器1106の相関器Ckの後淵により相関器のシフトレジスタがシフトする。シフトが完了すると、選択1信号を真にして、第1C/Aコードを選択し、サーチ用相関器のシフトレジスタの値と第1C/Aコードの相関演算を行う。相関演算が完了すると、累積Ck1の後淵で第1累積手段が相関強度を累積する。第1累積手段の累積が完了すると、選択1を偽にする。
The shift register of the correlator is shifted by the back of the correlator Ck of the
第1C/Aコードに対応した相関出力の累積が完了すると、第2〜nC/Aコードに対応した相関出力の累積を順次同様に行うようにした。 When the accumulation of correlation outputs corresponding to the first C / A code is completed, the correlation outputs corresponding to the second to nC / A codes are sequentially accumulated in the same manner.
相関Ckの周期は978nsで、10ns以下のサーチ用相関手段のシフトレジスタのシフト時間を差し引いた時間に、一通りのC/Aコードに対応した相関出力のC/Aコードの位相1チップ分の累積を完了する必要がある。一つのC/Aコードの位相1チップに対応した相関と累積に要する時間は約100nsであり、8つの位置情報衛星を同時にサーチするようにした。
The period of the correlation Ck is 978 ns, and the time corresponding to one C / A code phase of the correlation output corresponding to one C / A code is obtained by subtracting the shift time of the shift register of the correlation means for search of 10 ns or less. The accumulation needs to be completed. The time required for correlation and accumulation corresponding to one C / A
<合成復調手段の第3の例>
図15は、合成復調手段の第3の例を示したものである。合成復調手段904の第1、2の例では、位置情報衛星からの電波が弱い場合に、複数サイクルのC/Aコードについて、比較的簡単な構成で信号強度を求めることができるようにした。しかし、C/Aコードのサイクル数を多くすると、サーチする周波数をその分小刻みにする必要があるために、サーチ時間が長くなり消費電力が大きくなると言う課題は残ったままであった。そこで、合成復調手段904の第3の例では、信号強度累積手段1109の代わりにC/Aコードの複数サイクル分の相関強度をそのまま記憶する相関強度記憶手段1501を設けて、サーチ演算手段1502で演算することにより、信号強度に加えて周波数も同時に検出することができるようになり、サーチするC/Aコードのサイクル数を長くしてもサーチする周波数を小刻みにしなくても良いようにする。
<Third Example of Synthetic Demodulation Unit>
FIG. 15 shows a third example of the synthesizing / demodulating means. In the first and second examples of the synthesizing / demodulating means 904, when the radio wave from the position information satellite is weak, the signal intensity can be obtained with a relatively simple configuration for the C / A code of a plurality of cycles. However, if the number of C / A code cycles is increased, the frequency to be searched for must be made smaller, so that the problem of longer search time and higher power consumption remains. Therefore, in the third example of the synthesizing
合成復調手段の第3の例は、低周波信号から搬送波とC/Aコードを除去して相関データと相関強度を抽出するとともに、得られた相関強度をC/Aコードの1サイクル分以上記憶する相関強度記憶手段と、相関強度記憶手段に記憶されている値から信号強度とC/Aコードの位相と周波数のズレを演算することにより位置情報衛星をサーチして捕捉する。このための合成復調手段904の第3の例について、図15に示す例を基に説明する。 The third example of the synthesizing / demodulating means removes the carrier wave and the C / A code from the low frequency signal to extract the correlation data and the correlation strength, and stores the obtained correlation strength for one or more cycles of the C / A code. The position information satellite is searched and captured by calculating the signal intensity, the phase of the C / A code and the frequency deviation from the value stored in the correlation intensity storage means. A third example of the synthesizing / demodulating means 904 for this purpose will be described based on the example shown in FIG.
図15において、ADC手段1101、搬送波除去手段1102、CA相関手段1104、NCO手段1105は、第1、2の例の場合と同様である。
In FIG. 15, the
[相関強度記憶手段]
相関強度記憶手段1501は、サーチ用相関手段1106からの相関強度1112を累積せずにそのまま記憶する。相関強度記憶手段1501の一方の次元はC/Aコードの位相で単位は1チップで、もう一方の次元はC/Aコードの繰り返しサイクルに対応する。ここで言う2次元とは物理的な位置を表しているのではなく、2つの変数により区別される記憶領域のことである。
[Correlation strength storage means]
The correlation
[サーチ演算手段]
サーチ演算手段1502では、相関強度記憶手段1501に記憶された値を画像データとみなして、直線抽出処理を行うようにした。
[Search calculation means]
The search calculation means 1502 considers the value stored in the correlation strength storage means 1501 as image data and performs line extraction processing.
<合成演算手段>
図16は、本発明の特徴のひとつである合成演算手段の一例を示したものである。合成演算手段は、相関データを集約してビットデータを生成するビットデータ生成手段と、ビットデータから時刻に関する航法メッセージデータを抽出するデータ合成手段と、データ合成手段からの航法メッセージデータから標準時を演算する標準時演算手段とにより構成した。
<Combining operation means>
FIG. 16 shows an example of the composition calculation means that is one of the features of the present invention. Combining calculation means is a bit data generating means for collecting correlation data to generate bit data, a data combining means for extracting navigation message data related to time from the bit data, and calculating a standard time from navigation message data from the data combining means. And a standard time calculation means.
[ビットデータ生成手段]
図16において、ビットデータ生成手段1601では、合成復調手段からの相関データ913から航法メッセージデータを構成するビットデータ1611を生成する。データ合成受信工程において、CAサイクルの1サイクル分の時間である1ms毎に得られる相関データから20msごとのビットの境界を検出して、境界内の20の相関データを集約してビットデータ1611を得る。したがって、ビットデータ1611は20ms毎に生成される。
[Bit data generation means]
In FIG. 16, the bit data generating means 1601 generates
[データ合成手段]
データ合成手段1602は、ビットデータ生成手段1601で20msごとに生成される1つ以上のビットデータ1611を合成することにより感度を向上させて、時刻に関する航法メッセージデータ1612を得る。
[Data composition means]
The
[標準時演算手段]
標準時演算手段1603は、時刻に関する航法メッセージデータ1612からグリニッジ標準時914を演算により求める。
[Standard time calculation means]
The standard time calculation means 1603 calculates
<ビットデータ生成手段>
図17は、本発明の特徴のひとつであるビットデータ生成手段の構成例を示したものである。ビットデータ生成手段では、ビット境界検出工程で説明した方法を用いてビットの境界を検出し、境界内の相関データを集約してビットデータを出力する。ビットデータ生成手段は、相関データの変化を抽出する変化抽出手段と、変化抽出手段で求めた相関データの変化を累積する変化累積手段と、変化累積手段で累積した変化から相関データにより構成されるビットデータの境界を求める変化点位置演算手段と、変化点位置演算手段からの変化点を基に相関データを集約してビットデータを出力するビットデータ集約手段とにより構成した。
<Bit data generation means>
FIG. 17 shows an example of the configuration of the bit data generation means that is one of the features of the present invention. The bit data generation means detects the bit boundary using the method described in the bit boundary detection step, aggregates the correlation data within the boundary, and outputs the bit data. The bit data generating means is composed of correlation data from a change extracting means for extracting changes in correlation data, a change accumulating means for accumulating changes in correlation data obtained by the change extracting means, and a change accumulated by the change accumulating means. The change point position calculating means for obtaining the boundary of the bit data and the bit data collecting means for collecting the correlation data based on the change point from the change point position calculating means and outputting the bit data.
[変化抽出手段]
変化抽出手段1701では、C/Aコードの各サイクルに対応して1ms毎に合成復調手段より出力される相関データ913からビットデータの境界を検出するために、ビットデータの境界の抽出を行う。ビットデータは連続する相関データ20個により構成されるため、中央でステップ状に変化する20個の数列により構成されるレプリカと相関データを畳み込むことにより変化を抽出する。この畳み込みの演算は、相関データが1つ出力される毎に行うようにした。変化抽出手段は、変化抽出工程で用いられる。
[Change Extraction Means]
The
[変化累積手段]
変化累積手段では、変化抽出手段で抽出結果を20で割った時の剰余が同じもの通しを加算して累積する。変化累積手段は、変化累積工程で用いられる。
[Change accumulation means]
The change accumulating means adds and accumulates the same surplus when the extraction result is divided by 20 by the change extracting means. The change accumulation means is used in the change accumulation process.
[変化点位置演算手段]
変化点位置演算手段では、変化累積手段で累積した結果から、加重平均やピーク値抽出などにより変化点の代表値を求める。この変化点の代表点により相関データのビットデータの境界を求める。変化点位置演算手段は、変化点位置演算工程で用いられる。
[Change point position calculation means]
The change point position calculation means obtains a representative value of the change point from the result accumulated by the change accumulation means by weighted average or peak value extraction. The boundary of the bit data of the correlation data is obtained from the representative point of the change point. The change point position calculation means is used in the change point position calculation step.
[ビットデータ集約手段]
ビットデータ集約手段では、変化点位置演算手段が出力するビットデータの境界内の相関データを加算するなどして集約して、ビットデータを出力する。
[Bit data aggregation means]
The bit data aggregating unit aggregates the correlation data within the boundary of the bit data output from the change point position calculating unit, and outputs the bit data.
<ビットデータ合成>
図18は、ビットデータ合成手段1602の構成の例を示したものである。位置情報衛星からの電波が弱い場合には、受信したビットデータ1611の各々だけでは信頼性が乏しいため、複数回受信したビットデータ1611や複数ビットのビットデータ1611から信頼できる航法メッセージデータ1612を累積や相関や信頼度判定により合成して生成する。ノイズは累積回数の平方根に比例し信号は累積回数に比例するため、累積することによりSN比を向上させて受信感度を高くすることができる。
<Bit data composition>
FIG. 18 shows an example of the configuration of the bit
また、複数のビットデータ1611を想定されるレプリカとの相関により時刻に関する航法メッセージデータを抽出する。ここでレプリカとは、期待される受信値のことである。航法メッセージデータの中で、TLMに含まれるプリアンブルなど定められた受信値が期待されるものや、サブフレームIDのように受信値があるパターンで繰り返されるものや、TOWなどのように受信値が受信するごとにインクリメントされるデータについては、レプリカを用意することができる。このレプリカにより複数回受信のビットデータ1811あるいは複数ビットのビットデータ1811から相関判定するため、信頼度の高い判定が可能になり、ひいては受信感度を高くすることができる。
Also, navigation message data relating to time is extracted by correlation with a plurality of assumed
このため、従来は複数回の受信データが矛盾していないことの整合を確認するとこにより信頼度を確保していたが、本発明ではさらに弱い電波の場合でも安定して受信できるようにするために、累積や相関や信頼度判定を用いる。 For this reason, in the past, reliability was ensured by confirming that the received data of a plurality of times is consistent, but in the present invention, it is possible to stably receive even weaker radio waves. In addition, accumulation, correlation, and reliability determination are used.
[ザフレームの位置/プリアンブルの検出]
航法メッセージデータ1612を得るためには、まず、サブフレームの位置を知る必要がある。サブフレームの位置を知るために、TLMに含まれるプリアンブルを探す。プリアンブルは、予め定められた値で、図24に示すTLMの先頭の8ビットである。サブフレームの位置は、累積P手段1801及び相関P手段1802及び信頼度判定手段1803によりサブフレーム先頭1821求める。図19は、プリアンブルを合成して受信するための構成及び方法についての例として示したものである。
[Detection of the frame position / preamble]
In order to obtain the
(累積P手段)
累積P手段では、サブフレームの全データを累積加算して、位置情報衛星からの電波がノイズに比して弱い場合でも確実に検出できるようにした。つまり、サブフレームは300ビットにより構成されるため、300段のシフトレジスタを設けた。シフトレジスタはビットデータが1ビット生成されるごとに1段ずつ右にシフトし、最終段の出力とビットデータの和をシフトレジスタの初段に入力する構成とした。TLMの値は変化しないため、サブフレームデータの累積により、TLMは繰り返しの受信毎に加算される。なお、シフトレジスタの値は、累積加算する前に初期化されていることは言うまでもない。
(Cumulative P means)
The cumulative P means cumulatively adds all the data of the subframes so that it can be reliably detected even when the radio wave from the position information satellite is weaker than the noise. That is, since the subframe is composed of 300 bits, a 300-stage shift register is provided. The shift register is shifted to the right by one stage every
(相関P手段)
相関P手段では、TLMが全てのサブフレームの先頭にあるため、シフトレジスタの先頭の8ビットの値の正負の符号を1と0に対応させて、プリアンブル及びプリアンブルを反転させた反転プリアンブルと比較する。逆にレプリカの0を−1に置き換えても良い。比較はシフトレジスタがシフトする毎に行うことにより、プリアンブルを検出する。比較手段はプリアンブルとの比較に限らず、例えばプリアンブルとの相関やベクトルとして捉えた場合のなす角度を計算するなど、プリアンブルを検出できる構成や方法であればどのようなものを用いても良い。
(Correlation P means)
In the correlation P means, since the TLM is at the head of all subframes, the positive and negative signs of the 8-bit value at the head of the shift register are associated with 1 and 0, and compared with the inverted preamble in which the preamble and the preamble are inverted. To do. Conversely, 0 in the replica may be replaced with -1. The comparison is performed every time the shift register shifts to detect the preamble. The comparison means is not limited to the comparison with the preamble, and any configuration or method that can detect the preamble, such as calculating the correlation with the preamble or calculating the angle when viewed as a vector, may be used.
ここで、反転プリアンブルも用いるのは、入力ビットの極性が不明なためである。以降の説明においては、プリアンブルを検出した場合についての例について説明するが、反転プリアンブルを検出した場合には、受信データを単に反転させておくようにした。 Here, the inversion preamble is also used because the polarity of the input bit is unknown. In the following description, an example in which a preamble is detected will be described. However, when an inverted preamble is detected, received data is simply inverted.
(信頼度判定手段)
図18の信頼度判定手段1803では、ビットデータからの累積や相関の結果がどの程度の信頼度なのかを判定する。このため、ビットデータから信頼度を判定しつつ、時刻に関する航法メッセージデータを抽出できるようにする。
(Reliability judgment means)
The
ここで得られた信頼度が充分になるまでの受信回数は、以降の航法メッセージデータの受信においても用いることができる。 The number of receptions until the reliability obtained here becomes sufficient can be used in the subsequent reception of navigation message data.
信頼度判定手段1803では、プリアンブルを検出した場合には、TLMの信頼度を判定する。このため、信頼度判定手段ではTLMを構成する各ビットの値の絶対値の平均及び標準偏差を計算し、平均値が標準偏差より充分大きい場合に比較手段で検出したプリアンブルは信頼できるものと判定する。なお、信頼度判定手段は必ずしもTLM全体で判定する必要はなく、信頼度を得るために充分なビット数で全サブフレームで変化しないビットを選べば良い。また、信頼度の判定は、必ずしも絶対値の平均と標準偏差の比率である必要はなく、適度に2極分化していることを確認できる構成や方法であればどのようなものを用いても良い。
The
また、プリアンブルを含むワード番号1のパリティビットを併用することにより信頼度を向上させることができることは言うまでもない。
信頼度判定手段1803は必要に応じて設ければ良い。
Needless to say, the reliability can be improved by using together the parity bit of the
The
(電波が強い場合)
位置情報衛星からの電波が充分強い場合には、少ない回数のサブフレームでもビットデータは2極分化して、信頼できるプリアンブルを検出することができる。但し、プリアンブル以外にプリアンブルあるいは反転プリアンブルと同じ値が含まれてないかを確認するために、最低でもサブフレーム全体を一通りは比較する必要がある。
(When the radio wave is strong)
When the radio wave from the position information satellite is sufficiently strong, the bit data can be divided into two even in a small number of subframes, and a reliable preamble can be detected. However, in order to confirm whether or not the same value as the preamble or the inverted preamble is included other than the preamble, it is necessary to compare the entire subframes at a minimum.
このように構成することにより、位置情報衛星からの電波の強さに応じた望ましい回数のビットデータの合成でプリアンブルを検出することができる。 With this configuration, it is possible to detect the preamble by synthesizing a desired number of bit data according to the strength of the radio wave from the position information satellite.
[サブフレームIDの検出]
サブフレームIDは、累積S手段と相関S手段により検出する。
図20及び図21は、繰り返しパターンデータを合成して受信する方法について、サブフレームIDの場合について示したものである。サブフレームの先頭位置が分かったら、現在のサブフレームが何番目のものであるかを示すサブフレームIDを検出する。前述したように、1フレームは5つのサブフレームにより構成され、サブフレーム番号1〜5の順になっている。サブフレームIDは、サブフレーム番号を2進の値にしたものである。
[Detection of subframe ID]
The subframe ID is detected by the cumulative S means and the correlation S means.
20 and 21 show a method of combining and receiving repetitive pattern data in the case of a subframe ID. When the head position of the subframe is known, the subframe ID indicating the current subframe is detected. As described above, one frame is composed of five subframes and is in the order of
(累積S手段)
電波か弱い場合には、1回の受信でサブフレームIDを特定するとこは困難である。このため、累積S手段では、複数回のサブフレームIDの受信値を累積加算することにより、サブフレームIDを検出するようにした。このための構成の一例を図20に示す。
(Cumulative S means)
If the radio wave is weak, it is difficult to specify the subframe ID by one reception. For this reason, the cumulative S means detects the subframe ID by cumulatively adding the received values of the subframe IDs a plurality of times. An example of the configuration for this is shown in FIG.
図20では、サブフレームIDが5サブフレーム毎に繰り返されるため、サブフレームIDを構成する3ビットについて、シフトレジスタを用いてサブフレーム5回毎のサブフレームIDの受信値が累積加算されるような構成にした。なお、シフトレジスタの値は、累積加算する前に初期化されていることは言うまでもない。 In FIG. 20, since the subframe ID is repeated every 5 subframes, the received value of the subframe ID every 5 subframes is cumulatively added using the shift register for the 3 bits constituting the subframe ID. It was made the structure. Needless to say, the value of the shift register is initialized before the cumulative addition.
ここで、サブフレームIDは、図24に示すように、各サブフレームのワード番号2のビット番号20〜22の3ビットである。累積S手段で累積加算するタイミングは、相関P手段で得られたサブフレーム先頭18〜21からビットデータをカウントして得る。
Here, as shown in FIG. 24, the subframe ID is 3 bits of
(相関S手段)
相関S手段では、受信して累積されたサブフレームIDとサブフレームIDの5つのレプリカとの相関を演算し、最も相関の強いレプリカにより、サブフレームIDを検出する。
(Correlation S means)
The correlation S means calculates the correlation between the received and accumulated subframe ID and the five replicas of the subframe ID, and detects the subframe ID from the replica having the strongest correlation.
このための5つのレプリカについて、図21を基に説明する。これらのレプリカのデータの配列は、図21の累積回路の累積受信データの配列に対応したものである。レプリカの各縦1列の値は、−1を0に置き換えた場合にサブフレームIDと一致する値である。 Five replicas for this purpose will be described with reference to FIG. The data arrangement of these replicas corresponds to the arrangement of the accumulated reception data of the accumulation circuit of FIG. The value in each vertical column of the replica is a value that matches the subframe ID when −1 is replaced with 0.
図21(a)のレプリカ1は、最新のサブフレームIDが1である場合に最も相関が大きくなる。何故ならば、1番左の縦一列の−1を1に置き換えた2進値が1だからである。サブフレームIDが1になるサブフレームの1つ前のサブフレームのサブフレームIDは5であるため、レプリカ1の左から2列目は同様に−1を1に置き換えると2進値が5になるようになっている。同様に全ての縦の列は、−1を1に置き換えると2進値がサブフレームIDに一致するように構成されている。
The
図21(b)のレプリカは、同様に最新のサブフレームIDが2であることを検出するためのものであり、図21(c)〜(e)のレプリカ3〜5についても同様である。
Similarly, the replica of FIG. 21B is for detecting that the latest subframe ID is 2, and the same applies to the
サブフレーム番号1〜5の5つのサブフレームのサブフレームIDの受信値からサブフレームIDを検出する構成の例を示したが、例えば充分電波が強い場合などでは最初のサブフレームのサブフレームIDの受信値のみにより判定することも可能であり、必要に応じて検出するための受信ビットを増やせば良い。
Although an example of the configuration in which the subframe ID is detected from the received values of the subframe IDs of the five subframes having the
以上に、同時に複数のレプリカを用いて、サブフレームIDを検出する方法について説明したが、サブフレームIDの3ビットが更新される毎に1つのレプリカと比較するようにしても良い。例えば、最新のサブフレームIDが1であることを検出するためには、レプリカ1で相関を計算し、相関が高い場合をに最新のサブフレームIDが1であることを検出する。
The method for detecting the subframe ID using a plurality of replicas at the same time has been described above. However, each time the 3 bits of the subframe ID are updated, it may be compared with one replica. For example, in order to detect that the latest subframe ID is 1, the correlation is calculated in the
(サブフレームIDの信頼度)
サブフレームIDの累積回数については、プリアンブルを検出した場合の累積回数と同じ回数にすれば通常充分で、サブフレームIDの信頼度判定手段は省略することもできる。つまり、プリアンブルの検出に10サイクルのサブフレームを要したのであれば、サブフレームIDについても10回のサブフレームで検出すれば良い。むしろ、上述のレプリカを用いる方法では、3ビットのビット間の関係を利用したものなので、累積回数は1/3でも良い。
(Reliability of subframe ID)
As for the cumulative number of subframe IDs, it is usually sufficient to set the same number of times as when the preamble is detected, and the reliability determination means for the subframe ID can be omitted. That is, if 10 cycles of subframes are required to detect the preamble, the subframe ID may be detected in 10 subframes. Rather, in the method using the above-described replica, since the relationship between 3 bits is used, the cumulative number may be 1/3.
しかし、ノイズ環境の急激な変化をも想定して、プリアンブルの信頼度判定手段と同様に受信データの信頼度を判定するようにしても良い。 However, it is also possible to determine the reliability of received data in the same manner as the preamble reliability determination means, assuming a sudden change in the noise environment.
さらに、以上に最も相関の強いレプリカによりサブフレームIDを検出する方法について説明したが、5つのレプリカとの相関の値は、理想的には、最大の値を15とした場合に、前後のレプリカとの相関が−1であり、その他のレプリカとの相関は−5である。これらの値は、例えば、受信データがレプリカ3と同じだったと仮定した場合のレプリカ1〜5との内積が、各々−5、−1、15、−1、−5となることにより得られるものである。そこで、各レプリカとの相関がこれらの比率関係に近いことを持って、サブフレームIDの検出の信頼度を判定するようにしても良い。
Further, the method of detecting the subframe ID by the replica having the strongest correlation has been described above. However, ideally, the value of the correlation with the five replicas is the front and rear replicas when the maximum value is 15. Is -1 and the correlation with other replicas is -5. These values are obtained, for example, when the inner products of the
[TOWの検出]
TOWは、各サブフレームの各ペーシのワード番号W2のビット番号b1〜17である。TOWの検出は、累積T手段、記憶T手段、レプリカT手段により求める。
[Detection of TOW]
TOW is bit numbers b1 to 17 of word number W2 of each page of each subframe. The TOW is detected by the cumulative T means, the storage T means, and the replica T means.
図22は、インクリメントデータを合成して受信する方法について、TOWの場合を例として示したものである。1週間の中の現在時刻は、サブフレーム毎にインクリメントされる17ビットのTOWより計算する。このTOWを受信するための構成及び方法について、図22を基に説明する。 FIG. 22 shows a case of TOW as an example of a method of combining and receiving increment data. The current time in one week is calculated from a 17-bit TOW that is incremented for each subframe. A configuration and method for receiving the TOW will be described with reference to FIG.
(記憶T手段)
インクリメントデータは、パターンデータの周期が長くなったものと考えることもできる。従って、インクリメントデータでは、原則として受信回数分のメモリに受信データを記憶させる。
(Memory T means)
The increment data can be considered as a pattern data having a longer cycle. Therefore, with the increment data, the reception data is stored in the memory for the number of receptions in principle.
図22に示す例の場合には、サブフレームの受信回数が5回の場合である。TOWの17ビットを同時に受信するようにしたため、17×5=85ビット分のメモリを用意して生成したビットデータを記憶するようにした。なお、この図22ではメモリに記憶されているデータは説明の便宜上、ノイズがなく正規化された1と−1のみに仮定したが、通常はノイズが重畳した多値データである。図22において、1回目から5回目の受信データの値は、−1を0に置き換えると、2進値でインクリメントしている。なお、ビット番号b7より上位は、より下位と同様の考え方のため、図中に値を記載していない。 In the case of the example shown in FIG. 22, the number of subframe receptions is five. Since 17 bits of TOW are received at the same time, 17 × 5 = 85 bits of memory are prepared to store the generated bit data. In FIG. 22, the data stored in the memory is assumed to be only 1 and −1 normalized without noise for convenience of explanation, but is usually multi-value data with superimposed noise. In FIG. 22, the value of the first to fifth received data is incremented by a binary value when -1 is replaced with 0. Note that values higher than the bit number b7 are not shown in the figure because of the same concept as the lower order.
(レプリカT手段と相関T手段)
図22において、レプリカT手段は、受信データの縦1列の各ビットごとに受信データと相関T手段で相関を演算するために用いる。レプリカT手段のサイズは、ビット毎に動的に値を変化させるため、1ビットの受信回数分で充分である。
(Replica T means and correlation T means)
In FIG. 22, the replica T means is used for calculating the correlation between the received data and the correlation T means for each bit of the vertical column of the received data. As the size of the replica T means, the value is dynamically changed for each bit, so that the number of receptions of 1 bit is sufficient.
インクリメントデータでは、相関は下位ビットから順に演算する。最下位ビットのレプリカと最下位ビットの受信データとの相関を計算をする前に、レプリカT手段に最下位ビットのレプリカを用意する。最下位ビットのレプリカは、インクリメントデータに対応して、交互に1と−1を繰り返す。最新の受信データに対応するインクリメントデータを1にすると、相関値を最新の受信値として用いることができるため分かりやすい。 In the increment data, the correlation is calculated in order from the lower bit. Before calculating the correlation between the least significant bit replica and the least significant bit received data, the least significant bit replica is prepared in the replica T means. The replica of the least significant bit repeats 1 and −1 alternately corresponding to the increment data. If the increment data corresponding to the latest received data is set to 1, it is easy to understand because the correlation value can be used as the latest received value.
つまり、図22の例では、記憶T手段のビット番号b1とレプリカT手段との相関は、内積を演算して−5である。内積が負であると言うとこは、記憶T手段のビット番号b1がレプリカと逆相であることを示している。従って、最新のビット番号b1の受信値は負の値である。 That is, in the example of FIG. 22, the correlation between the bit number b1 of the storage T means and the replica T means is -5 by calculating the inner product. Saying that the inner product is negative indicates that the bit number b1 of the storage T means is in reverse phase with the replica. Therefore, the received value of the latest bit number b1 is a negative value.
次に1つ上位のレプリカT手段のレプリカの値を決定する。1つ上位のレプリカの周期は最下位ビットのレプリカの周期の2倍である。従って、2つずつ1と−1が連続して交互に配列される。1つ上位のレプリカも最新のデータに対応するものを1とし、その変化のタイミングは、1つ下位の相関結果の極性から決定する。つまり、下位の相関が正の値の場合には、下位のレプリカの値が1から−1になる時にキャリーが出るものとして上位のレプリカを変化させる。逆に下位の相関が負の値の場合には、下位のレプリカが−1から1になる時に上位のレプリカを変化させる。図22のビット番号b2のレプリカの場合には、ビット番号b1の相関結果が負なので、ビット番号b1のレプリカが−1から1に変化するタイミング、つまり上から2番目と3番目の間及び上から4番目と5番目の間で変化するようにする。 Next, the replica value of the next higher replica T means is determined. The period of the uppermost replica is twice the period of the least significant bit replica. Therefore, 1 and -1 are arranged alternately two by two in succession. The one-higher replica corresponding to the latest data is set to 1, and the timing of the change is determined from the polarity of the next-lower correlation result. That is, when the lower correlation is a positive value, the upper replica is changed as a carry is generated when the value of the lower replica changes from 1 to -1. Conversely, when the lower correlation is a negative value, the upper replica is changed when the lower replica is changed from −1 to 1. In the case of the replica of the bit number b2 in FIG. 22, since the correlation result of the bit number b1 is negative, the timing at which the replica of the bit number b1 changes from −1 to 1, that is, between the second and third from the top and the top To change between 4th and 5th.
以降についても、同様に相関の演算とレプリカの決定を繰り返し、最上位ビットの相関の演算までを実行する。そこで得られたTOWの17ビット毎の相関から複数回のインクリメントデータを合成した、最新のTOWの値を得ることができる。 Thereafter, the correlation calculation and the replica determination are repeated in the same manner until the correlation calculation of the most significant bit is executed. Thus, the latest TOW value can be obtained by synthesizing the increment data a plurality of times from the correlation of every 17 bits of the TOW obtained.
(パリティデータの活用)
なお、詳細には説明しないが、TOWとサブフレームIDを含むワード番号W2のパリティビットについては、ワード単位の受信データと同時にメモリに記憶しておき、最新のTOWの値やサブフレームIDの値からデクリメントすることにより各受信タイミングの受信データを逆算し、得られた逆算データを基にパリティデータを計算し、得られたパリティデータをパリティレプリカとして、受信データとパリティレプリカとの相関により、受信データの信頼度を向上させることができる。
(Utilization of parity data)
Although not described in detail, the parity bit of the word number W2 including the TOW and the subframe ID is stored in the memory at the same time as the received data in units of words, and the latest TOW value or subframe ID value is stored. The received data at each receiving timing is decremented by calculating the parity data based on the obtained back-calculated data, and the received parity data is used as a parity replica to receive the received data based on the correlation between the received data and the parity replica. Data reliability can be improved.
[BD位置演算手段]
TOWとサブフレームIDが合成されると、時刻に関するWN、健康情報、UTCなどの他の航法メッセージの受信タイミングが分かる。BD位置演算手段では、相関P手段からのサブフレーム先頭1821と相関S手段からのサブフレームID1822と相関T手段からのTOW1823から時刻に関する航法メッセージデータの受信タイミング1803を生成する。
[BD position calculation means]
When the TOW and the subframe ID are combined, the reception timing of other navigation messages such as WN related to time, health information, and UTC can be known. In the BD position calculation means, the
[累積F手段]
累積F手段では、時刻に関するWN、健康情報、UTCなどの他の航法メッセージを繰り返しビットデータデータ1611を、BD位置演算手段1809からの受信タイミング1803により累積加算することにより、電波が弱い場合でも安定した受信データを得ることができる。これらの航法メッセージは、変化の頻度が低いため、固定値として繰り返し受信した値をビット毎に累積すれば良い。これらのパリティビットについても同様である。
[Cumulative F means]
The cumulative F means repeats other navigation messages such as WN related to time, health information, UTC, etc., and repeatedly adds
<他の実施方法>
なお、合成サーチ工程について図2〜4に異なるフローを示したが、これらは単独で用いてもよいし組み合わせて用いても良い。同様に、合成復調手段について図11、図13及び図15に異なる構成を示したが、これらは単独で用いてもよいし組み合わせて用いても良い。
<Other implementation methods>
Although different flows are shown in FIGS. 2 to 4 for the synthesis search process, these may be used alone or in combination. Similarly, FIGS. 11, 13 and 15 show different configurations for the synthesizing / demodulating means, but these may be used alone or in combination.
また、データ合成受信工程では、ADC工程、搬送波除去工程、サーチ相関工程またはデータ相関工程の順に処理するフローを説明したが、順番は入換えても良く、この限りではない。同様に合成復調手段においても、ADC手段、搬送波除去手段、CA相関手段の順に構成した例を示したが、これらは入換えてもよく、この限りではない。 In the data synthesis reception process, the flow of processing in the order of the ADC process, the carrier wave removal process, the search correlation process, or the data correlation process has been described, but the order may be changed, and is not limited thereto. Similarly, in the synthesizing / demodulating means, an example in which the ADC means, the carrier wave removing means, and the CA correlation means are configured in this order is shown, but these may be interchanged, and this is not restrictive.
さらに、合成演算手段およびRTC手段および制御手段は、専用の論理回路により実現しても良いが、汎用的なCPUなどのプログラマブルデバイスを用いて実現するようにしても良い。 Furthermore, the synthesis operation means, the RTC means, and the control means may be realized by a dedicated logic circuit, but may be realized by using a programmable device such as a general-purpose CPU.
また、図12に示した信号強度累積手段、図19に示したTLMの累積手段、及び図20に示したサプフレームIDの累積手段について、シフトレジスタを構成して実現したが、メモリの構成形態について制約するものではなく、ランダムアクセスメモリなどの記憶手段を用いるなど同様の働きをするものであればどのようなものを用いて実現しても良い。 Further, the signal strength accumulating means shown in FIG. 12, the TLM accumulating means shown in FIG. 19, and the subframe ID accumulating means shown in FIG. 20 are realized by configuring a shift register. There is no limitation on the above, and any device may be used as long as it has a similar function such as using a storage means such as a random access memory.
さらに、これらの累積回数については、各々について信頼度を判定して決めても良いが、他の累積手段での累積回数により決めることもできる。 Further, the cumulative number may be determined by determining the reliability for each, but may be determined by the cumulative number in other accumulating means.
以上に、ヘテロダイン方式の場合の例について説明したが、ダイレクトコンバージョン方式などにより復調するようにしても良い。 In the above, an example in the case of the heterodyne system has been described, but demodulation may be performed by a direct conversion system or the like.
<まとめ>
以上に示したように、本発明によるGPS時計では、位置情報衛星からの電波が微弱な場合でも、高感度でサーチ及びトラッキング及びデータ受信ができるため、例えば屋内の窓から離れた場所でも安定して航法メッセージデータに含まれる時刻情報を受信して、常に正確な時刻を表示することができる。
<Summary>
As described above, the GPS watch according to the present invention can perform search, tracking, and data reception with high sensitivity even when the radio wave from the position information satellite is weak. For example, it is stable even in a place away from an indoor window. By receiving the time information included in the navigation message data, it is possible to always display the accurate time.
101 合成サーチ工程
102 トラッキング工程
103 データ合成受信工程
104 標準時演算工程
105 基準クロック発生工程
106 RTC工程
107 時刻表示工程
902 アンテナ
903 RF手段
904 合成復調手段
905 合成演算手段
906 RTC手段
907 時刻表示手段
908 制御手段
101
Claims (11)
前記ビット境界検出工程は、前記相関データの変化を抽出する変化抽出工程と、前記変化抽出工程で求めた相関データの変化を累積する変化累積工程と、前記変化累積工程で累積した変化から前記相関データにより構成されるビットデータの境界を求める変化点位置演算工程を有する請求項1に記載の時刻表示方法。 The data synthesis reception step includes a bit boundary detection step of detecting a bit boundary from correlation data obtained by removing a carrier wave and a pseudo random code after receiving radio waves from a satellite and down-converting the frequency; A bit data aggregation step of generating bit data by aggregating the correlation data within the bit boundary detected in the bit boundary detection step, and a bit data synthesis step of synthesizing navigation message data from the bit data,
The bit boundary detection step includes a change extraction step for extracting a change in the correlation data, a change accumulation step for accumulating changes in the correlation data obtained in the change extraction step, and the correlation from the change accumulated in the change accumulation step. The time display method according to claim 1, further comprising a change point position calculation step for obtaining a boundary of bit data constituted by data.
前記ビットデータ生成手段は、前記相関データの変化を抽出する変化抽出手段と、前記変化抽出手段で求めた相関データの変化を累積する変化累積手段と、前記変化累積手段で累積した変化から前記相関データにより構成されるビットデータの境界を求める変化点位置演算手段と、前記変化点位置演算手段からの変化点を基に前記相関データを集約してビットデータを出力するビットデータ集約手段を有する請求項6に記載の時刻表示装置。 The synthesis calculation means includes bit data generation means for collecting the correlation data to generate bit data, data synthesis means for extracting navigation message data relating to time from the bit data, and navigation message data from the data synthesis means. Has standard time calculation means to calculate standard time,
The bit data generating means includes a change extracting means for extracting a change in the correlation data, a change accumulating means for accumulating changes in the correlation data obtained by the change extracting means, and the correlation from the changes accumulated by the change accumulating means. A change point position calculating means for obtaining a boundary of bit data constituted by data, and a bit data aggregating means for collecting the correlation data based on the change point from the change point position calculating means and outputting bit data. Item 7. A time display device according to Item 6.
前記データ合成手段は、前記ビットデータから累積あるいは/及びレプリカとの相関により前記航法メッセージデータを得る請求項6に記載の時刻表示装置。 The synthesis calculation means includes bit data generation means for collecting the correlation data to generate bit data, data synthesis means for extracting navigation message data relating to time from the bit data, and navigation message data from the data synthesis means. Has standard time calculation means to calculate standard time,
The time display device according to claim 6, wherein the data synthesizing means obtains the navigation message data from the bit data by accumulation or / and correlation with a replica.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010091122A JP2011220877A (en) | 2010-04-12 | 2010-04-12 | Time indicating method and time indicating device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010091122A JP2011220877A (en) | 2010-04-12 | 2010-04-12 | Time indicating method and time indicating device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011220877A true JP2011220877A (en) | 2011-11-04 |
Family
ID=45038043
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010091122A Pending JP2011220877A (en) | 2010-04-12 | 2010-04-12 | Time indicating method and time indicating device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011220877A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015001526A (en) * | 2013-06-14 | 2015-01-05 | オーツー マイクロ, インコーポレーテッド | Method for performing and validating navigation bit synchronization |
JP2017116367A (en) * | 2015-12-24 | 2017-06-29 | カシオ計算機株式会社 | Satellite radio wave receiving device, radio controlled clock, information acquisition method, and program |
JP2017116366A (en) * | 2015-12-24 | 2017-06-29 | カシオ計算機株式会社 | Satellite radio wave receiving device, radio controlled clock, code signal acquisition method, and program |
JP2017138270A (en) * | 2016-02-05 | 2017-08-10 | 株式会社日立産機システム | Signal processor, reception device, and code following method |
CN108427128A (en) * | 2017-02-13 | 2018-08-21 | 卡西欧计算机株式会社 | Satellite radio receiver, electronic watch, location control method and recording medium |
-
2010
- 2010-04-12 JP JP2010091122A patent/JP2011220877A/en active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015001526A (en) * | 2013-06-14 | 2015-01-05 | オーツー マイクロ, インコーポレーテッド | Method for performing and validating navigation bit synchronization |
JP2017116367A (en) * | 2015-12-24 | 2017-06-29 | カシオ計算機株式会社 | Satellite radio wave receiving device, radio controlled clock, information acquisition method, and program |
JP2017116366A (en) * | 2015-12-24 | 2017-06-29 | カシオ計算機株式会社 | Satellite radio wave receiving device, radio controlled clock, code signal acquisition method, and program |
JP2017138270A (en) * | 2016-02-05 | 2017-08-10 | 株式会社日立産機システム | Signal processor, reception device, and code following method |
CN108427128A (en) * | 2017-02-13 | 2018-08-21 | 卡西欧计算机株式会社 | Satellite radio receiver, electronic watch, location control method and recording medium |
JP2018132303A (en) * | 2017-02-13 | 2018-08-23 | カシオ計算機株式会社 | Satellite radio wave receiver, electronic clock, positioning control method and program |
CN108427128B (en) * | 2017-02-13 | 2022-04-01 | 卡西欧计算机株式会社 | Satellite radio wave receiving device, electronic timepiece, positioning control method, and recording medium |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4120237B2 (en) | Demodulator and receiver | |
JP5262932B2 (en) | COMMUNICATION DEVICE, PHASE-LOCKED LOOP, MOBILE BODY, AND COMMUNICATION METHOD | |
JP5716373B2 (en) | Correlation calculation method, satellite signal acquisition method, correlation calculation circuit, and electronic device | |
JP2011220877A (en) | Time indicating method and time indicating device | |
KR20010040059A (en) | GPS positioning method and GPS reception apparatus | |
JP2007510891A (en) | Method and apparatus for performing signal correlation using historical correlation data | |
JP2006349587A (en) | Gps receiver | |
JP2003037526A (en) | Device and method of spread code synchronizing detection of spread spectrum signals | |
JP2005031073A (en) | Search method of gps correlated peak signal and system therefor | |
US8937573B2 (en) | Satellite radiowave receiving device | |
CN211577433U (en) | Global navigation satellite system receiver device | |
JP2009002659A (en) | Coherent integration enhancement circuit, positioning circuit, electronic equipment, coherent integration enhancement method, positioning method, program, and storage medium | |
JP2006254500A (en) | Correlation detecting apparatus and method and receiver | |
US20120154217A1 (en) | Method and program of acquiring navigation message, gnss receiving apparatus, and mobile terminal | |
JP5626013B2 (en) | Satellite radio wave receiver | |
JP2005201737A (en) | Communication device | |
JP2011226866A (en) | Gps timepiece and its method | |
JP2011226813A (en) | Gps time piece and its method | |
US7499485B2 (en) | Method and apparatus for detecting GPS data-bit boundaries and detecting GPS satellite-signal reception | |
JP5434301B2 (en) | Signal receiving apparatus, signal receiving apparatus control method, and computer program | |
JP2011047947A (en) | High speed and high sensitivity gps receiver | |
JP5587121B2 (en) | Matched filter circuit and method for performing matched filtering | |
JPH0640126B2 (en) | Positioning device | |
JP2011247637A (en) | Receiver, demodulation method and program | |
JP6750401B2 (en) | Satellite radio receiver, electronic clock, satellite radio capture control method, and program |