JP2000298184A - 電波修正時計装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度且つ低コストの電波修正時計装置を提
供する。 【解決手段】 バーアンテナ１、２毎に設けられた第
１、第２受信手段３、４によりそれぞれで復調されたデ
ジタル信号を切換手段５を介して選択的に出力し、判定
手段６によりそれらのパルスの立ち上がりの周期特性に
応じて良否を判定し、最良の受信状態にある側を選択
し、選択されたデジタル信号を時刻データに復号し、こ
の時刻データに応じて時刻データを修正する。これによ
り、ノイズに強く、小さな回路規模の電波修正時計装置
を提供することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、電波修正時計装置に関す
るものであり、特に一定周期（例えば、１秒）で立ち上
がるあるいは立ち下がるパルスを変調した電波を受信、
復調してその内容を復号化する事により、正確な時刻情
報を取得する電波修正時計装置に関する物である。

【０００２】

【従来の技術】現在、郵政省通信総合研究所にておい
て、短波、長波の２方式の標準電波を用いて日本標準時
を示す周波数標準と標準時の信号を送信する実験が行わ
れている。同所によれば、周波数標準及び標準時の信号
はセシウムビーム型原子周波数標準器、実用セシウムビ
ーム型原子時計群を用いて１×１０^−１３の桁の精度に
維持されている。特に電離層変動の影響を受けない長波
方式の標準電波信号ＪＧ２ＡＳは受信時において、２４
時間の比較平均値にして１×１０^−１１の精度が得られ
る。このことから、単に報時電波として利用されるのみ
ならず、各種装置の内部時計を高精度に同期させるもの
として期待されている。標準電波信号ＪＧ２ＡＳの基本
は、図２のＡに示すように電波の断続であり、電波の立
ち上がりが正秒と一致する。また、これに基づいて標準
時を示すタイムコードが図２のＢに示すように構成さ
れ、試験的に送信されている。図２のＢには分を示す部
分を示してある。ここで、パルス幅０．２秒でポジショ
ンマーカを示してあり、分の２桁目を４０分、２０分、
１０分の順に並んだ個々のパルスで示し、１パルス空
け、１桁目を８分、４分、２分、１分の順に同様に示し
てあり、各パルスの幅０．８秒で２進数０を示し、０．
５秒で１を示してあり、これらの合計で分を示す。図２
のＢでは３５分を示してある。図示しないが、これに続
いて時を示すコードが同様に１秒周期で立ち上がるパル
スにて構成される。

【０００３】このような標準電波は、例えば図８、９及
び１０のような構成で利用される。図８の構成は一番単
純な構成で、１０１がバーアンテナ、１０２が受信手
段、１０３が復号手段、１０４が時計である。１０２の
受信手段は、同調回路、増幅器、フィルタ、検波器から
なる。バーアンテナ１０１で電波を受信し、受信手段１
０２で、２値のデジタル信号に変換される。このデジタ
ル信号から復号手段１０３によって時刻データを解読
し、時計回路１０４に時刻情報を伝達することにより、
電波修正時計装置が構成されている。

【０００４】図９の構成は、図８の構成の問題点を解決
するための構成である。バーアンテナは水平に配置した
場合、水平面上において８の字型の指向特性をもつ。従
って、アンテナの方向によっては、受信不能あるいは、
不安定になる可能性がある。このため、バーアンテナを
複数個設置し、バーアンテナの指向特性の弱点を補完し
ようとするものである。バーアンテナ２０１、２０２は
水平面内において互いに直角の方向に配置する。切り換
え手段２０３は、判定手段２０４の結果に従い、バーア
ンテナ２０１、２０２のどちらのアンテナからの信号を
受信手段２０５に送るかを決める。この切り換えは、バ
ーアンテナ２０１、２０２の双方からの信号の強度によ
り切り換えられ、受信手段２０５より後段の受信手段、
復号手段の動作プロセスとは無関係に、リアルタイムに
行われる。

【０００５】図１０の構成は、図８の構成の受信機を単
純に複数台設け、復号化した後にその結果が出てから、
信号（復号情報）を切り換える構成である。

【発明が解決しようとする課題】図８の構成では、バー
アンテナの指向性により、標準電波が受信できない場合
があり、アンテナまたはアンテナを内蔵した受信機を設
置する際に送信アンテナ方向を考慮する必要があり、誤
った設置方向にアンテナを設置すると、受信に時間がか
かったり、受信不能になったりする。また、アンテナの
設置方向が一定でない移動体に使用すると、不確実な動
作となる。図９の構成では、バーアンテナの指向性の問
題はある程度解決されるが、次のような問題がある。

【０００６】第１に、切り換え手段２０３は判定手段２
０４の結果でのみ動作するので、受信手段２０５、復号
手段２０６のプロセスに最適な選択がされるとは限らな
い。第２に、切り換え手段２０３はリアルタイムに切り
換えを行うので、切り換え時に不要ノイズを発生する可
能性がある。第３に、切り換え手段２０３はバーアンテ
ナ２０１、２０２の双方のからの信号強度により判断を
するので、受信しようとする電波より強いノイズがある
と、信号を受信している側のバーアンテナではなく、ノ
イズを受信している側を選択してしまう。

【０００７】図１０の構成では、複数の受信系統が独立
しており、復号手段３０５、３０６が複数必要となり、
同時に動作する必要があるため、個別の手段が必要とな
る。実際の復号手段は、ソフトウェア処理することが多
いので、複数のＣＰＵが必要になると、消費電流等も多
くなる。

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、一
定周期で立ち上がるまたは立ち下がるパルスからなる時
刻データを変調した電波を受信するための複数のアンテ
ナを指向性を異にして設け、各アンテナ毎に受信電波を
２値のデジタル信号のパルスに復調する受信手段を設け
てある。複数の受信手段からのデジタル信号を受けてこ
れらを選択的に出力する切換手段と、切換手段よって順
次選択されたデジタル信号をそのパルスの上記時刻デー
タのパルスの立ち上がりエッジ、立ち下がりエッジの内
一定周期となる側に対応する側のエッジの周期特性に応
じて良否を判定し、最良の受信手段を選択する判定手段
とを設け、判定手段の判定に応じて選択された受信手段
からのデジタル信号を切換手段を介して受け、これを時
刻データに復号する復号手段と、この復号信号手段から
の時刻データに応じて時刻データを修正する時計回路と
を設けてある。このため、受信電波をデジタル信号化し
た後に判定手段により、上記時刻データのパルスの上記
エッジの周期特性に応じて良否を判定するため、ノイズ
の影響少なく最良の受信状態の受信手段が特定でき、高
精度の空間ダイバーシチが実現できる。これにより、確
実かつ電波状況が悪い場合でも短時間での時刻情報の取
得を可能にする。具体的には受信アンテナまたはそれを
内蔵した受信機の設置段階において、アンテナの指向特
性に無関係に設置することができる。また、受信機の設
置後に、受信の機会ごとに相対的な送信アンテナの方向
が変化するような、移動体への使用が可能になる。ま
た、復号手段は一つで済み、装置全体の規模を縮小し、
消費電流の小さい電波修正時計を実現することが可能と
なる。ひいてはコスト低減が可能となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】互いに指向性を補うように配置さ
れ、立ち上がりエッジ、立ち下がりエッジの内何れか一
方のエッジを一定周期としたパルスから構成される時刻
データを変調した電波を受信する複数のアンテナと、そ
れぞれ受信電波を２値のデジタル信号のパルスに復調す
るように上記各アンテナ毎に設けられた複数の受信手段
と、複数の上記受信手段からのデジタル信号を受けてこ
れらを選択的に出力する切換手段と、切換手段に上記受
信手段を選択せしめ、各受信手段からのデジタル信号に
ついてそのパルスの上記一方エッジに対応するエッジの
周期特性に応じて良否を判定し、最良の受信状態にある
受信手段を選択する判定手段と、上記判定手段によって
選択された上記受信手段のデジタル信号を切換手段を介
して受け、これを時刻データに復号する復号手段と、上
記復号信号手段からの時刻データに応じて時刻データを
修正する時計回路とから電波修正時計装置を構成するこ
とが好ましい。

【０００９】上記複数のアンテナは、２本のバーアンテ
ナをＬ字型または十字型に配置することも好ましい。

【００１０】上記判定手段は、上記受信手段の選択毎に
上記時刻データの上記一方エッジ周期の特定数倍にあた
る特定期間、上記一方エッジの周期よりも短い特定サン
プリング周期で、上記デジタル信号をサンプリングして
上記デジタル信号の対応エッジのタイミングを特定し、
当該対応エッジタイミング毎に上記時計回路の計時時刻
の上記時刻データの上記一方エッジの周期の桁より小さ
く、上記サンプリング周期以上の桁を配列データとして
取り込むものであり、上記特定期間内に得られる配列デ
ータの値を横軸に、各配列データの出現頻度を縦軸にし
て得られる頻度グラフを上記デジタル信号の上記対応エ
ッジの周期特性とし、当該頻度グラフにおける最頻値
と、当該最頻値となる上記配列データの値から特定範囲
内にある値の配列データの総数および上記特定数と実際
に上記定期間内に得られた配列データ数との差分の絶対
値の内何れかまたは全てに基づいて上記受信手段の受信
状態の良否を判定するものであることも好ましい。

【００１１】上記時刻データの上記一方エッジの周期が
１秒のとき、上記特定期間を１０秒、上記特定サンプリ
ング周期を０．０１秒、特定範囲を＋−０．１秒とする
ことも好ましい。

【００１２】上記判定手段は、上記最頻値、上記総数及
び上記差分の絶対値を変数とする特定式により得られた
値に基づいて上記良否判定を行うことも好ましい。

【００１３】上記特定式は上記最頻値に所定の係数を乗
じ、上記総数を加え、上記差分の絶対値を減じるもので
あることも好ましい。

【００１４】

【実施例】本発明に係わる電波修正時計装置の詳細を図
１に示す一実施例に沿って説明する。図１において１、
２はバーアンテナであり、互いの指向特性を補完するた
めに、水平面内で互いに直角に配置する。図１のように
Ｌ字型に配置するのに限らず十字型に配置しても良い。
バーアンテナ１、２はそれぞれ第１受信手段３、第２受
信手段４に接続される。第１、第２受信手段３、４は、
同調回路、増幅器、フィルタ、検波器からなる。これら
は、図２のＡ、Ｂに示した標準電波を受信し、図２のＣ
に示すようなデジタル信号に復調するものである。な
お、本例では標準電波は立ち上がりエッジが一定周期で
あるパルスを変調したものとして述べるが、これに限ら
ず、立ち下がりエッジが一定周期であるパルスを変調し
た電波にも応用でき、そのような応用例について特に述
べないが以下に述べる立ち上がりを立ち下がりに置き換
えて考えると容易に理解できる。５は切り換え手段であ
り、６は判定手段である。切換手段５は第１、第２受信
手段３、４からのデジタル信号を受けており、判定手段
６の制御により、これらデジタル信号を選択的に出力す
る。判定手段６は、切換手段５に順次上記受信手段を選
択せしめ、各受信手段からのデジタル信号についてその
パルスの立ち上がりの周期特性に応じて良否を判定し、
最良の受信状態にある受信手段を選択するものである。
本例では、第１、第２受信手段３、４毎に時刻データの
パルスの立ち上がり周期の１０倍にあたる特定期間であ
る１０秒間に、サンプリング周期０．０１秒で、上記デ
ジタル信号をサンプリングして上記デジタル信号が
“Ｌ”から“Ｈ”に立ち上がるタイミングを特定し、当
該立ち上がりタイミング毎に後述する時計回路の計時時
刻の０．１秒以下、０．０１秒以上の桁の値を配列デー
タＤ１、Ｄ２、Ｄ３・・Ｄ１０（問題ない受信状態であ
れは、１０個のデータ取得が期待される。）として取り
込む。また、特定期間内に得られる配列データの値を横
軸に、各配列データの出現頻度を縦軸にして得られる頻
度グラフをデジタル信号のパルスの立ち上がりの周期特
性として扱う。例えば、図３のようなグラフが得られ
る。この頻度グラフにおける最頻値ＤＭ、最頻値となる
配列データの値から特定範囲内（ここでは＋−１００ｍ
ｓ）にある配列データ値の総数ＤＭＳおよび上記特定数
（ここでは、１０）と実際に上記定期間内に得られた配
列データ数との差分Ａを変数とした特定式によって得ら
れる値によって第１、第２受信手段３、４の受信状態の
良否を判定する。ここで特定式をＸ＝３×ＤＭ＋ＤＭＳ
−Ａとする。以上の動作を第１、第２受信手段３、４毎
に行い、上記特定式で得られた値をそれぞれＸ１、Ｘ２
としてこれらを比較し、値が大きい方の受信手段を受信
状態が良好であるとし、切換手段５の出力を切り換える
のである。

【００１５】また、７は復号手段であり、切換手段５の
出力するデジタル信号を時刻データに復号する。８は時
計回路であり、復号手段７によって復号された時刻デー
タに基づき現在の計時時刻を修正する。

【００１６】次に本発明の動作について、上記図１乃至
図３に加えて図４乃至図７に示すフローチャートを参照
しながら説明する。

【００１７】まず、図４のフローチャートに示すよう
に、装置の起動時または時刻データが送信される所定の
修正時刻等になると、判定手段６は第１受信手段３から
のデジタル信号を出力するように選択回路５を切り換え
せしめる（ステップｆ１）。時計回路の現在時刻ｔをＴ
として記憶する（ステップｆ２）。次に現在時刻ｔがＴ
にサンプリング周期０．０１の整数倍を加えた値になっ
たか否か判定し、すなわち、サンプリングタイミングか
否かを判定する（ステップｆ３）。ここで、サンプリン
グタイミングであれば、デジタル信号が“Ｌ”か否か判
定する（ステップｆ４）。ここで“Ｌ”と判定されれ
ば、次にデジタル信号が“Ｈ”となるか判定する（ステ
ップｆ５）。ここで、“Ｈ”と判定されれば、時計回路
の計時する現在時刻の０．１秒以下、０．０１秒以上の
桁を配列データとして記憶する（ステップｆ６）。ここ
で、例えば現在時刻が１０時４５分１５．５０４秒であ
れば５０が配列データＤ１としてとり込まれる。次にス
テップｆ３に戻る。ステップｆ４でデジタル信号の状態
が“Ｌ”でなければ、先に記憶した時刻Ｔから１０秒経
過したか否か判定する（ステップｆ７）。ここで、１０
秒経過していない場合はステップｆ３へ戻る。ステップ
ｆ５においてデジタル信号の状態が“Ｈ”でなければ、
先に記憶した時刻Ｔから１０秒経過したか否か判定する
（ステップｆ８）。ここで、１０秒経過していない場合
はステップｆ３へ戻る。以上の動作を繰り返し、ステッ
プｆ７、ｆ８において時刻Ｔより１０秒が経過したと判
定されると、第１受信手段３について１回目の特定期間
内のサンプリングが終了する。これによって配列データ
Ｄ１、Ｄ２〜ＤＮ（Ｎは正常な受信状態なら１０であ
り、受信状態によって増減する。）が得られる。

【００１８】次に実際に得られた配列データ数と期待さ
れる特定数である１０との差分を取りその絶対値をＡと
する（ステップｆ９）。次にＡの値を所定値、例えば５
と比較する（ステップｆ１０）。ここで、これより以上
の場合は、得られた配列データ数が期待される特定数と
かけ離れているとして受信状態が不良と判定してステッ
プｆ２以下の動作を繰り返す。なお、この繰り返しは例
えば、２回を限度とする。ステップ１０においてＡの値
が５より小さいと判定された場合は、配列データの再頻
値をＤＭとする（ステップｆ１１、以降図５参照）。図
３のグラフでは値が５０となる配列データの数をＤＭと
する。次に値ＤＭを所定値、例えば３と比較する（ステ
ップｆ１２）。ここで値ＤＭが３以下の場合は受信状態
が不良と判定してステップｆ２以下の動作を繰り返す。
ここでＤＭの値が３より大きい場合は、値ＤＭとなる配
列データ値（図３のグラフでは５０）を中心に＋−０．
１秒の特定範囲内にある配列データの数を値ＤＭＳとす
る（ステップｆ１３）。次に値ＤＭＳを所定値、例えば
５と比較する（ステップｆ１４）。ここで値ＤＭＳが５
以下の場合は受信状態が不良と判定してステップｆ２以
下の動作を繰り返す。ここで値ＤＭＳが５より大きい場
合は、暫定的に最頻値を示す配列データの値を第１受信
手段３から得られた１秒タイミングとする（ステップｆ
１５）。すなわち、この値が時刻修正時の秒同期タイミ
ングとして用いられる。次に値ＤＭ、値ＤＭＳ及び値Ａ
を用いた特定式、Ｘ１＝３×ＤＭ＋ＤＭＳ−Ａ、によ
り、値Ｘ１を得る（ステップｆ１６）。次に第２受信手
段４についても同様の処理を行う。まず、第２受信手段
４からのデジタル信号を出力するように選択回路５を切
り換えせしめ（ステップｆ１７、以降図６、７参照）、
以降、ステップｆ２〜ｆ１６にそれぞれ対応するステッ
プｆ１８〜ｆ３２の動作を行い、特定式Ｘ２＝３×ＤＭ
＋ＤＭＳ−Ａによって値Ｘ２を得る。次に値Ｘ１、Ｘ２
を比較し、値Ｘ１が大きければ、第１受信手段３の受信
状態が良好であるとして第１受信手段３からのデジタル
信号を出力するように選択回路５を切り換えせしめ、値
Ｘ２が大きければ、第２受信手段４の受信状態が良好で
あるとして第２受信手段４からのデジタル信号を出力す
るように選択回路５を切り換えせしめる（ステップｆ３
３）。

【００１９】以上のように選択された受信手段からのデ
ジタル信号は復号手段７によって時刻データに復号さ
れ、時計回路８は、復号手段７によって復号された時刻
データに基づき現在の計時時刻を修正する。本例によれ
ば、受信電波は受信手段によってデジタル信号に復調さ
れた後、判定手段６において最適な受信状態の元で得ら
れたデジタル信号選択が行われる。

【００２０】本例は、復号手段７を単一にして実際の復
号処理プロセスを実施する前に、短時間での判断処理を
行っている。この判定処理プロセスは、標準電波のコー
ド（復調波、すなわち、デジタル信号）のパルスの立ち
上がりが常に１秒間隔であることを利用して、短時間で
行える。また、この処理プロセスは、時計回路を基準に
してデジタル信号の立ち上がりの回数と分散をもとに標
準電波としての確からしさを判定材料としているので、
ノイズ等に極めて強く常に最良の受信状態にある受信手
段の選択が行える。すなわち、受信電波よりも強いノイ
ズ電波があっても、標準電波でないことを短時間で認識
して確実な受信を可能にすることが可能となる。短時間
かつ高精度の空間ダイバーシチが可能となる。また、単
一の復号手段７を用いるため、従来の空間ダイバーシチ
方式のものより、装置全体の規模を縮小し、消費電流の
小さい電波修正時計を実現することが可能となる。ひい
てはコスト低減が可能となる。

【００２１】また、本例ではアンテナとしてバーアンテ
ナを用いるものであるが、本発明はこれに限るものでは
なく各種の指向性をもつアンテナにも有効である。

【００２２】また、本例では、判定手段６を復号手段７
と別構成として述べたが、同一チップにおいて復号処理
のプロセスの一部としても良い。

【００２３】また、判定手段７の動作はソフトウェア処
理に限らず、ハードウェアによって実行されるものとし
ても良い。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、受信電波をデジタル信
号化した後に、判定手段によって元のパルスの立ち上が
りエッジまたは立ち下がりエッジの内何れか一定周期で
ある側のエッジに対応する上記デジタル信号のエッジの
周期特性に応じて上記デジタル信号の良否を判定するた
め、ノイズの影響少なく最良の受信状態の受信手段が特
定でき、高精度の空間ダイバーシチが実現できる。これ
により、確実かつ電波状況が悪い場合でも短時間での時
刻情報の取得を可能にする。また、復号手段は一つで済
み、装置全体の規模を縮小し、消費電流の小さい電波修
正時計を実現することが可能となる。ひいてはコスト低
減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の電波修正時計装置の構成を
示す説明図。

【図２】標準電波及びその復調信号であるデジタル信号
を示す説明図。

【図３】デジタル信号のパルスの立ち上がりの周期特性
を表すグラフを示す説明図

【図４】図１の電波修正時計装置の動作説明のためのフ
ローチャート。

【図５】図１の電波修正時計装置の動作説明のためのフ
ローチャート。

【図６】図１の電波修正時計装置の動作説明のためのフ
ローチャート。

【図７】図１の電波修正時計装置の動作説明のためのフ
ローチャート。

【図８】従来の電波修正時計装置の構成を示す説明図。

【図９】従来の電波修正時計装置の構成を示す説明図。

【図１０】従来の電波修正時計装置の構成を示す説明
図。

【符号の説明】 １、２ アンテナ ３、４ 第１、第２受信手段（受信手段） ５ 切換手段 ６ 判定手段 ７ 復号手段 ８ 時計回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに指向性を補うように配置され、立
   ち上がりエッジ、立ち下がりエッジの内何れか一方のエ
   ッジを一定周期としたパルスから構成される時刻データ
   を変調した電波を受信する複数のアンテナと、 それぞれ受信電波を２値のデジタル信号のパルスに復調
   するように上記各アンテナ毎に設けられた複数の受信手
   段と、 複数の上記受信手段からのデジタル信号を受けてこれら
   を選択的に出力する切換手段と、 切換手段に上記受信手段を選択せしめ、各受信手段から
   のデジタル信号についてそのパルスの上記一方エッジに
   対応するエッジの周期特性に応じて良否を判定し、最良
   の受信状態にある受信手段を選択する判定手段と、 上記判定手段によって選択された上記受信手段のデジタ
   ル信号を切換手段を介して受け、これを時刻データに復
   号する復号手段と、 上記復号信号手段からの時刻データに応じて時刻データ
   を修正する時計回路とを備えることを特徴とする電波修
   正時計装置。
2. 【請求項２】 上記複数のアンテナは、２本のバーアン
   テナをＬ字型または十字型に配置してあることを特徴と
   する請求項１記載の電波修正時計装置。
3. 【請求項３】 上記判定手段は、上記受信手段の選択毎
   に上記時刻データの上記一方エッジ周期の特定数倍にあ
   たる特定期間、上記一方エッジの周期よりも短い特定サ
   ンプリング周期で、上記デジタル信号をサンプリングし
   て上記デジタル信号の対応エッジのタイミングを特定
   し、当該対応エッジタイミング毎に上記時計回路の計時
   時刻の上記時刻データの上記一方エッジの周期の桁より
   小さく、上記サンプリング周期以上の桁を配列データと
   して取り込むものであり、上記特定期間内に得られる配
   列データの値を横軸に、各配列データの出現頻度を縦軸
   にして得られる頻度グラフを上記デジタル信号の上記対
   応エッジの周期特性とし、当該頻度グラフにおける最頻
   値と、当該最頻値となる上記配列データの値から特定範
   囲内にある値の配列データの総数および上記特定数と実
   際に上記定期間内に得られた配列データ数との差分の絶
   対値の内何れかまたは全てに基づいて上記受信手段の受
   信状態の良否を判定するものであることを特徴とする請
   求項１記載の電波修正時計装置。
4. 【請求項４】 上記時刻データの上記一方エッジの周期
   が１秒のとき、上記特定期間を１０秒、上記特定サンプ
   リング周期を０．０１秒、特定範囲を＋−０．１秒とし
   たことを特徴とする請求項３記載の電波修正時計装置。
5. 【請求項５】 上記判定手段は、上記最頻値、上記総数
   及び上記差分の絶対値を変数とする特定式により得られ
   た値に基づいて上記良否判定を行うことを特徴とする請
   求項３記載の電波修正時計装置。
6. 【請求項６】 上記特定式は上記最頻値に所定の係数を
   乗じ、上記総数を加え、上記差分の絶対値を減じるもの
   であることを特徴とする請求項５記載の電波修正時計装
   置。