JP2007309651A - 位置検出装置および位置検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 コイン型電池やその他の小型の電池を電源として使用した場合でも、電池の著しい電圧降下が発生して装置が機能停止になるような事態を招くことなく、衛星からのＧＰＳ信号を確実に受信して現在位置を検出する。
【解決手段】 電池の電力を消費しない非動作モードから、短い期間だけ電池の電力を消費する動作モードにＲＦ部２を間欠的に切り替えて、動作モードの期間に受信されたＧＰＳ信号の中から、衛星によって時系列的に送信される第１番目から第５番目までの５個のサブフレームのデータの一部を取得するとともに、他のタイミングで動作モードになったときに、残りのサブフレームのデータを取得し、この取得された５個のサブフレームのデータによって位置情報を判定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、位置検出装置および位置検出方法に関し、特に、衛星からの電波を受信して現在位置を検出する位置検出装置および位置検出方法に関するものである。

ＧＰＳ（Global Positioning System：全地球測位システム）は、複数の衛星からの電波を受信して、現在位置を検出するシステムである。この場合の衛星は静止衛星ではなく、高度２万ｋｍを周回し、地球に対して刻々と位置が変化する３２個の衛星である。現在位置を検出するためには、３２個の衛星の中の最低３個の衛星からＧＰＳ信号を受信する必要がある。実際は、４個の衛星からＧＰＳ信号を受信して現在位置を検出している。各衛星からは３０秒のメインフレームが送信される。このメインフレームは、各フレームが６秒の５個のサブフレームで構成され、各サブフレームは３００ビットのデータで構成されている。第１乃至第５の５個のサブフレームのうち、第１乃至第３の３個のサブフレームには、各衛星に固有のクロック補正情報および軌道情報である「エフェメリス」が格納され、第４および第５の２個のサブフレームには、３２個のすべての衛星に共通の概略軌道情報である「アルマナック」が格納されている。図１０は、腕時計を利用した従来の位置検出装置の構成を示すブロック図である。この位置検出装置は、図１０に示すように、アンテナ１１、ＲＦ部１２、ベースバンド処理部１３、システム１４、および電源１５で構成されている。

アンテナ１１は、衛星からのＧＰＳ信号を受信してＲＦ部１２に入力する。ＲＦ部１２は、入力されたＧＰＳ信号を復調してベースバンド処理部１３にベースバンド信号を入力する。ベースバンド処理部１３は、ＣＰＵ１３１、ｎ個のサーチ・エンジン１３２、同期検出部１３３で構成されている。同期検出部１３３は、各サブフレームの先頭にある８ビットの同期信号（これを「プリアンブル」という）を検出して、サブフレームの開始タイミングをＣＰＵ１３１に入力する。ＣＰＵ１３１は、同期検出部１３３からのプリアンブルに基づいて、ｎ個のサーチ・エンジン１３２を起動する。各サーチ・エンジンは、１個のサブフレームを取り込んで、そのデータをストアする。したがって、４個の衛星からＧＰＳ信号を受信して現在位置を検出する場合には、各衛星から同時に送信される連続した５個のサブフレームのデータを５個のサーチ・エンジンに順にストアし、合計２０個のサーチ・エンジンにストアしたデータによって現在位置を検出する。システム１４は、例えば、時計装置であり、ベースバンド処理部１３で検出された現在位置を表示する。電源１５は、小型のコイン型電池（例えば、２０１６タイプ）およびＤＣ／DCコンバータなどで構成され、ＲＦ部１２、ベースバンド処理部１３、およびシステム１４に電力を供給する。

ＧＰＳを利用した位置検出の技術に関しては、多くの提案がなされている。
例えば、ある提案のＧＰＳ航法装置においては、エフェメリスのデータをサブフレーム単位に分割収集し、メモリに保存することによって、データ収集に要する時間を短くするようになっている。具体的には、サブフレーム収集フラグを設けて、サブフレームの収集に応じてこのフラグを１（有効）にセットする。したがって、一度収集したサブフレームであるか否かをフラグで判定するので、そのサブフレームを再度収集する必要がなくなり、収集する時間を短縮できる。（特許文献１参照）
また、ある提案のＧＰＳ受信機においては、複数のチャンネルを持つ検波部と、検波部で復調した衛星から送信される航法メッセージを収集するメッセージ収集部と、収集したメッセージを解析するメッセージ解析部と、伝搬時間と衛星の位置から受信機の位置を算出する測位部と、各チャンネルのメッセージ収集部に対して航法メッセージを走査するタイミングを指定するタイミング指定部とを備え、１チャンネル以上で航法メッセージを収集した場合に、他のチャンネルに対してメッセージの収集タイミングを指定する。したがって、ＧＰＳ衛星から送信される航法メッセージの先頭を示すビットパターンであるプリアンブルパターンを早く検出し、すべてのチャンネルでプリアンブルパターンを検出するまでの時間を短縮し、航法メッセージをすばやく収集することにより、測位不能時間を短縮する。（特許文献２参照）
また、ある提案のＧＰＳ受信装置においては、複数のチャンネルにおいてそれぞれＧＰＳ衛星を捕捉することができ、その捕捉したＧＰＳ衛星からの衛星データから取り出した時刻情報と、ＧＰＳ受信装置側にて計時した現在時刻とに基づいて、ＧＰＳ衛星と現在位置（ＧＰＳ受信装置の位置）との間の距離を測定する。また衛星データに含まれる詳細軌道情報（エフェメリス）を取り出して衛星位置を計算し、さらに測定した距離を加味して、ＧＰＳ受信装置の位置を算出する。これにより、衛星データとの同期確立を早期に行えるようにし、測位を開始するまでの時間を短縮する。（特許文献３参照）
また、ある提案の位置検出装置においては、ＧＰＳ受信機で受信したＧＰＳ衛星からのデータは、メインフレーム、サブフレーム、ワードという階層構造となっており、各ワードチェックにチェック用のパリティビットが組み込まれているので、ＧＰＳ受信機では、各ワード毎にパリティビットを行い、受信したサブフレームで何ワードがパリティチェックでＮＧとなったか出力する。受信判定部では、パリティチェックＮＧの数により、データ受信可能状態か判定する。データ受信不可能と判定した場合においては、制御部においてデータ収集のための連続通電をオフとし、一定時間経過してから再度データ収集のためにスイッチをオンとして、メイン電源を通電させる。これにより、衛星軌道情報を取得するために連続通電する場合に、受信環境が悪いとデータ収集に長い時間が必要となり、無駄な電力を消費することを回避する。（特許文献４参照）
特開平３−４２７９３号公報 特開平１１−３０４８９９号公報 特開２０００−２９２５２１号公報 特開２００３−１９４９１０号公報

上記特許文献１乃至特許文献４を含め、ＧＰＳを利用した従来の位置検出では、第１乃至第５の５個のサブフレームを連続して取得する構成になっている。５個のサブフレームは３０秒であるので、前後のマージンを含めると連続通電する時間は４０秒以上も必要である。しかしながら、コイン型電池を使用した図１０の腕時計の位置検出装置やその他の携帯型の位置検出装置の場合には、のように、各部に電力を供給する電源にコイン型電池を使用した場合には、４０秒以上も連続通電すると電池の放電特性が劣化し、電池の著しい電圧降下のために装置自体が機能停止になるおそれがある。
本発明は、このような従来の課題を解決するためのものであり、コイン型電池やその他の小型の電池を電源として使用した場合でも、電池の著しい電圧降下が発生して装置が機能停止になるような事態を招くことなく、衛星からのＧＰＳ信号を確実に受信して現在位置を検出できるようにすることを目的とする。

請求項１に記載の位置検出装置は、電池によって電力を供給する電源手段と、電源手段から電力を供給される動作モードにおいては衛星から送信されるＧＰＳ信号を受信し、電源手段から電力を供給されない非動作モードにおいては受信を停止する受信手段と、受信手段を非動作モードから動作モードに間欠的に切り替える動作制御手段と、この動作制御手段により受信手段が動作モードになったとき受信されたＧＰＳ信号の中から、衛星によって時系列的に送信される第１番目から第ｎ番目までのｎ個の特定データの一部を取得するとともに他のタイミングで動作モードになったときに残りの特定データを取得し、この取得されたｎ個の特定データによって位置情報を判定する情報判定手段と、を備えた構成になっている。

請求項１の位置検出装置において、請求項２に記載したように、装置は、衛星によって時系列的に送信される第１番目から第ｎ番目までのｎ個の特定データのそれぞれに対応するｎ個の記憶手段をさらに備え、情報判定手段は、受信手段によって受信されたＧＰＳ信号の中から取得した特定データの順に対応する記憶手段に記憶し、ｎ個の記憶手段のすべてに対応する特定データを記憶したときに、位置情報を判定するような構成にしてもよい。

請求項１の位置検出装置において、請求項３に記載したように、動作制御手段は、任意のｍ（１≦ｍ≦ｎ）番目の特定データが動作モードの最後に受信手段によって受信された場合には、次に非動作モードから動作モードに切り替える時間を演算するような構成にしてもよい。
請求項１の位置検出装置において、請求項４に記載したように、動作制御手段は、ＧＰＳ信号の中の少なくとも１つのｍ（１≦ｍ≦ｎ）番目の特定データを受信手段が受信できる期間の動作モードを制御するような構成にしてもよい。
請求項１の位置検出装置において、請求項５に記載したように、衛星によって時系列的に送信される第１番目から第ｎ番目までのｎ個の特定データは、第１番目から第５番目までのサブフレームデータであるような構成にしてもよい。

請求項６に記載の位置検出方法は、電池によって電力を供給する電源手段から電力を供給される動作モードにおいては衛星から送信されるＧＰＳ信号を受信し、前記電源手段から電力を供給されない非動作モードにおいては受信を停止するステップＡと、非動作モードから動作モードに間欠的に切り替えるステップＢと、このステップＢにより動作モードに切り替えられたとき受信されたＧＰＳ信号の中から、衛星によって時系列的に送信される第１番目から第ｎ番目までのｎ個の特定データの一部を取得するとともに他のタイミングで動作モードになったときに残りの特定データを取得し、この取得されたｎ個の特定データによって位置情報を判定するステップＣと、を実行する構成になっている。

請求項６の位置検出方法において、請求項７に記載したように、衛星によって時系列的に送信される第１番目から第ｎ番目までのｎ個の特定データをそれぞれに対応するｎ個の記憶手段に記憶するステップＤをさらに有し、このステップＤは、ステップＡによって受信されたＧＰＳ信号の中から取得した特定データの順に対応する記憶手段に記憶し、ステップＣは、ｎ個の記憶手段のすべてに対応する特定データを記憶したときに、位置情報を判定するような構成にしてもよい。
請求項６の位置検出方法において、請求項８に記載したように、ステップＣは、任意のｍ（１≦ｍ≦ｎ）番目の特定データが動作モードの最後にステップＡによって受信された場合には、次に非動作モードから動作モードに切り替える時間を演算するような構成にしてもよい。
請求項６の位置検出方法において、請求項９に記載したように、ステップＣは、ＧＰＳ信号の中の少なくとも１つのｍ（１≦ｍ≦ｎ）番目の特定データをステップＡによって受信できる期間の動作モードを制御するような構成にしてもよい。
請求項６の位置検出方法において、請求項１０に記載したように、衛星によって時系列的に送信される第１番目から第ｎ番目までのｎ個の特定データは、第１番目から第５番目までのサブフレームデータであるような構成にしてもよい。

本発明によれば、コイン型電池やその他の小型の電池を電源として使用した場合でも、電池の著しい電圧降下が発生して装置が機能停止になるような事態を招くことなく、衛星からのＧＰＳ信号を確実に受信して現在位置を検出できるという効果が得られる。

以下、本発明による位置検出装置および位置検出方法の第１実施形態および第２実施形態について、図１乃至図９を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本発明を実現するための一例であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。すなわち、本発明は、その技術的範囲の属する限り、当業者によって容易に考えられる様々な変形例が可能であることは言うまでもない。

図１は、本発明の各実施形態における位置検出装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、アンテナ１、ＲＦ部２、ベースバンド処理部３、システム４、および電源５で構成されている。
アンテナ１は、衛星からの電波を受信してＲＦ部２に入力する。ＲＦ部２は、入力された電波の中からＧＰＳ信号のみを抽出して復調し、必要なレベルに増幅した後にアナログ信号からデジタル信号のベースバンド信号に変換してベースバンド処理部３に入力する。ベースバンド処理部３は、ＣＰＵ３１、ｎ個のサーチ・エンジン３２、同期検出部３３、ＲＦ制御部３４、ＲＡＭ３５などで構成されている。同期検出部３３は、各サブフレームの先頭にある８ビットの同期信号であるプリアンブルを検出して、サブフレームの開始タイミングをＣＰＵ１３１に入力する。ＣＰＵ３１は、同期検出部３３からのプリアンブルに基づいて、ｎ個のサーチ・エンジン３２を起動する。各サーチ・エンジンは、１個のサブフレームを取り込んで、そのデータによって識別される衛星および何番目のサブフレームであるかを内部のメモリ（図示せず）にストアする。ＣＰＵ３１は、ｎ個のサーチ・エンジン３２のそれぞれにストアされている衛星およびサブフレームの番号をＲＡＭ３５にストアして管理する。すなわち、所定数（例えば、４個）の衛星から送信された第１乃至第５の５個のサブフレームのすべてを受信したか否かを管理する。ＲＦ制御部３４は、ＣＰＵ３１のコマンドに応じてＲＦ部２を動作モード又は非動作モードに制御する。動作モードにおいては、ＲＦ部２のクロックなどをイネーブル状態にして、上記したＲＦ部２の信号処理を可能にする。一方、非動作モードにおいては、ＲＦ部２のクロックなどをイネーブル状態にして、上記したＲＦ部２の信号処理を停止させる。なお、ＲＦ制御部３４については、必ずしもこのような専用のハードウェアシステム４で構成しなくてもよい。ＣＰＵ３１からの制御信号によってＲＦ部２を動作モード又は非動作モードに制御する構成でもよい。システム４は、例えば、時計装置であり、ベースバンド処理部３で検出された現在時刻および現在位置を表示する。電源５は、小型のコイン型電池（例えば、２０１６タイプ）およびＤＣ／DCコンバータなどで構成され、ＲＦ部２、ベースバンド処理部３、およびシステム４に電力を供給する。ただし、非動作モードではＲＦ部２は信号処理を停止しているので電力を消費しない。

図２は、ＧＰＳ信号におけるフレーム構成を示す図である。図２（Ａ）は、３２個の衛星から３０秒ごとに送信されるメインフレームを示している。各メインフレームは、サブフレーム１乃至サブフレーム５の５個のサブフレームで構成されている。サブフレーム１乃至サブフレーム３は、各衛星における固有のデータ（「エフェメリス」と称する）で構成され、サブフレーム４およびサブフレーム５は、同期してＧＰＳ信号を送信する３２個の衛星に共通するデータ（「アルマナック」と称する）で構成されている。これら５個のサブフレームのデータをすべて取得したときに、その衛星に対応する位置情報が得られる。この装置の現在位置を検出するためには、４個（最低は３個）の衛星のそれぞれに対応する位置情報を取得する必要があるので、合計で２０個のサブフレームを取得することになるが、本発明では、後述するように、各衛星から同時に送信される連続した５個のサブフレームを分割して取得する。

図２（Ｂ）は、６秒の時間長からなる３００ビットの各サブフレームを示している。通常、各サブフレームの先頭には、３０ビットのＴＬＭ（Telemetry）のデータがあり、次に、同じく３０ビットのＨＯＷ（Handover Word）のデータが続き、その後に、２４０ビットのクロックなどのエフェメリスのデータ（サブフレーム１）、各衛星に固有の詳細軌道情報などのエフェメリスのデータ（サブフレーム２、３）、３２個の衛星に共通する概略軌道情報や電離層補正情報などのアルマナックのデータ（サブフレーム４、５）がある。図には示していないが、ＴＬＭの最初の８ビット（１０００１０１１）がプリアンブルパターンであり、サブフレームの開始を示す同期信号を構成している。

このように、３２個の衛星からのＧＰＳ信号は、各サブフレームの送信タイミングが同期しており、任意の衛星の任意のサブフレームのＴＬＭを取得すれば、そのサブフレームの衛星を特定し、５個のサブフレームの中の何番目のサブフレームであるかを認識することができる。さらに、取得したサブフレームのＴＬＭのデータに基づいて、他の任意のサブフレームの送信タイミングを予測することが可能である。本発明は、このようなサブフレームの特徴的な構成を活用することによって現在位置を検出するものである。

図３および図４は、ＣＰＵ３１によって実行される第１実施形態の位置検出方法を示すフローチャートである。
図３において、ＣＰＵ３１は、所定のイニシャライズ処理（ステップＳＡ１）の後、ＲＡＭ３５にストアされているデータを参照して、ＧＰＳ信号の取得指示をするか否かを判別する（ステップＳＡ２）。取得指示をする場合には、ＲＦ制御部３４にＲＦオンを指示する（ステップＳＡ３）。ＲＦ制御部３４は、この指示に応じてＲＦ部２を非動作モードから動作モードに切り替える。ＣＰＵ３１は、内部のオンタイマをスタートして（ステップＳＡ４）、サーチ・エンジン３２のデコーダ部からのデータ取り込みを行う（ステップＳＡ５）。

次に、ＣＰＵ３１は、同期検出部３３より同期確立を検出したか否かを判別する（ステップＳＡ６）。すなわち、同期検出部３３を介してＴＬＭのプリアンブルパターンの８ビット（１０００１０１１）を検出したか否かを判別する。同期確立を検出しないときは、オンタイマが所定時間経過したか否かを判別する（ステップＳＡ７）。この実施形態においては、所定時間は２０秒に設定されている。ＣＰＵ３１は、オンタイマが所定時間経過しないときは、ステップＳＡ６において同期確立を検出したか否かを判別し、同期確立を検出したときは、その同期検出のタイミング（ＴＬＭの開始時刻）をＲＡＭ３５にストアする（ステップＳＡ８）。次に、ＣＰＵ３１は、サブフレームデータを取得し（ステップＳＡ９）、それが正しいデータであるか否かを判別する（ステップＳＡ１０）。例えば、受信環境が悪く、Ｃ（キャリア）／Ｎ（ノイズ）が低い場合には、正しいデータが得られないので、取得したサブフレームのデータの正否を判別する必要がある。

取得したサブフレームのデータが正しいと判別したときは、ＣＰＵ３１はそのサブフレームにおけるフレーム番号およびサブフレームデータ（衛星識別情報、位置情報等）をＲＡＭ３５にストアする（ステップＳＡ１１）。ＣＰＵ３１は、ステップＳＡ１１のデータストアの後、又は、取得したサブフレームのデータをステップＳＡ１０において正しくないと判別したとき、若しくは、ステップＳＡ６においてサブフレームの同期確立を検出できなかったときは、ステップＳＡ７において、オンタイマが所定時間を経過した否かを判別する。オンタイマが所定時間経過しないときは、ステップＳＡ６において引き続き次のサブフレームの同期確立を検出したか否かを判別するが、オンタイマが所定時間経過したときは、ＲＦ制御部３４に対してＲＦオフ指示を行う（ステップＳＡ１２）。なお、ＲＡＭ３５にストアされているサブフレームが全くない初期の段階では、１つのサブフレームを取得した後は、オンタイマが２０秒の所定時間経過する前に、約６秒間の動作モードの後、ＲＦ制御部３４に対してＲＦオフ指示を行う。

この後、ＣＰＵ３１は、ＲＡＭ３５にストアされているサブフレーム番号を取り出し（ステップＳＡ１３）、４個の衛星からそれぞれ送信された５個のサブフレームの全てが揃っているか否かを判別する（ステップＳＡ１４）。全て揃っている場合には、ＣＰＵ３１は、システム４に対してＲＡＭ３５のサブフレームデータを送付する（ステップＳＡ１５）。すなわち、４個の衛星から得られた現在位置の情報および現在時刻の情報等をシステム４に送付して表示させる。

一方、ステップＳＡ１４において、各衛星の５個のサブフレームの全てが揃っていない場合には、ＣＰＵ３１は、欠けているサブフレーム番号を検出し（図４のステップＳＡ１６）、検出されたサブフレーム番号と同期検出タイミングとにより、次期のＲＦオンのタイミングを演算する（ステップＳＡ１７）。次にＣＰＵ３１は、オフタイマに演算で求めたタイミング時間をセットし（ステップＳＡ１８）、オフタイマをスタートして（ステップＳＡ１９）、オフタイマがカウントアップしたか否かを判別する（ステップＳＡ２０）。オフタイマがカウントアップしたときは、ＣＰＵ３１は、図３のステップＳＡ３に移行して、ＲＦ制御部３４に対してＲＦオンを指示する。
この後は、図４のステップＳＡ１４において５個のサブフレームが全て揃うまで、ＣＰＵ３１は、ステップＳＡ４乃至ステップＳＡ１２および図４のステップＳＡ１６乃至ステップ２０のループ処理を繰り返す。

図８（Ａ）は、第１実施形態におけるサブフレーム取得の一例を示すタイミング図である。この図において、ＴはＴＬＭ、ＨはＨＯＷ、Ｄはエフェメリス又はアルマナック（パリティビットなどを含む）を簡略化して表したものである。この例では、最初に取得した任意のサブフレームがサブフレーム４になっている。メインフレームは３０秒ごとに送信されるので、サブフレーム４のＴＬＭのプリアンブルの開始時間を同期検出タイミングとしてＲＡＭ３５にストアすると、そのタイミングから１２秒後、４２秒後、７２秒後、すなわち、Ｔ＝（１２＋３０×ｍ；ｍ＝０，１，２，…）秒後にサブフレーム１のＴＬＭのプリアンブルが送信される。したがって、安定した受信のためのマージンの時間αを考慮すると、（Ｔ−α）のタイミング時間をオフタイマにセットすれば、オフタイマがカウントアップしてＲＦオンに切り替えたときに、サブフレーム１を確実に受信することができる。図８（Ａ）の例では、動作モードの時間すなわちオンタイマにセットされた時間が（１８＋α）秒の場合である。この場合には、サブフレーム１乃至サブフレーム３の３個のサブフレームを取得できる。この後は、残りのサブフレーム５を取得すればよいので、例えば、サブフレーム３のプリアンブルの開始時間から（６−α）秒後、又は、（３６−α）秒後にＲＦオンに切り替えたときに、残りのサブフレーム５を取得できる。

以上のように、この第１実施形態によれば、電池の電力を消費しない非動作モードから、短い期間だけ電池の電力を消費する動作モードにＲＦ部２を間欠的に切り替えて、動作モードの期間に受信されたＧＰＳ信号の中から、衛星によって時系列的に送信される第１番目から第５番目までの５個のサブフレームのデータの一部を取得するとともに、他のタイミングで動作モードになったときに、残りのサブフレームのデータを取得し、この取得された５個のサブフレームのデータによって位置情報を判定する。
したがって、コイン型電池やその他の小型の電池を電源として使用した場合でも、電池の著しい電圧降下が発生して装置が機能停止になるような事態を招くことなく、衛星からのＧＰＳ信号を確実に受信して現在位置を検出できる。

図５乃至図７は、ＣＰＵ３１によって実行される第２実施形態の位置検出方法を示すフローチャートである。
図５において、ＣＰＵ３１は、所定のイニシャライズ処理（ステップＳＢ１）の後、ＲＡＭ３５にストアされているデータを参照して、ＧＰＳ信号の取得指示をするか否かを判別する（ステップＳＢ２）。取得指示をする場合には、ＲＦ制御部３４にＲＦオンを指示する（ステップＳＢ３）。ＲＦ制御部３４は、この指示に応じてＲＦ部２を非動作モードから動作モードに切り替える。ＣＰＵ３１は、内部のオンタイマをスタートして（ステップＳＢ４）、サーチ・エンジン３２のデコーダ部からのデータ取り込みを行う（ステップＳＢ５）。

次に、ＣＰＵ３１は、同期検出部３３より同期確立を検出したか否かを判別する（ステップＳＢ６）。すなわち、同期検出部３３を介してＴＬＭのプリアンブルパターンの８ビット（１０００１０１１）を検出したか否かを判別する。同期確立を検出しないときは、オンタイマが所定時間経過したか否かを判別する（ステップＳＢ７）。この場合も所定時間は２０秒に設定されている。ＣＰＵ３１は、オンタイマが所定時間経過しないときは、ステップＳＢ６において同期確立を検出したか否かを判別し、同期確立を検出したときは、その同期検出のタイミング（ＴＬＭの開始時刻）をＲＡＭ３５にストアする（ステップＳＢ８）。次に、ＣＰＵ３１は、サブフレーム番号を取得し（ステップＳＢ９）、それが正しいデータであるか否かを判別する（ステップＳＢ１０）。例えば、受信環境が悪く、Ｃ（キャリア）／Ｎ（ノイズ）が低い場合には、正しいデータが得られないので、取得したサブフレーム番号のデータの正否を判別する必要がある。第１実施形態の場合は、ＲＡＭ３５にストアされているサブフレームが全くない初期の段階では、１つのサブフレームだけを取得する構成にしたが、この第２実施形態においては、サブフレームのＨＯＷに含まれているサブフレーム番号だけを取得し、エフェメリスやアルマナックのデータは取得しない。したがって、初期の段階では、ＴＬＭおよびＨＯＷの期間である１．２秒のデータを取得できる期間だけ動作モードに切り替える。例えば、ＴＬＭのプリアンブルが開始する約０．８秒前に、非動作モードから動作モードに切り替える場合には、動作モードの時間は約２秒間となる。

ＣＰＵ３１は、取得したサブフレームのデータが正しいと判別したときは、ＲＦ制御部３４に対してＲＦオフ指示を行う（ステップＳＢ１１）。ＣＰＵ３１は、取得したサブフレーム番号のデータをステップＳＢ１０において正しくないと判別したとき、又は、ステップＳＢ６においてサブフレームの同期確立を検出できなかったときは、ステップＳＢ７において、オンタイマが所定時間を経過した否かを判別する。オンタイマが所定時間経過しないときは、ステップＳＢ６において引き続き次のサブフレームの同期確立を検出したか否かを判別するが、オンタイマが所定時間経過したときは、ＲＦ制御部３４に対してＲＦオフ指示を行う（ステップＳＢ１２）。

この後、ＣＰＵ３１は、検出されたサブフレーム番号と同期検出タイミングとにより、次期のＲＦオンのタイミングを演算する（ステップＳＢ１３）。次にＣＰＵ３１は、オフタイマに演算で求めたタイミング時間をセットし（ステップＳＢ１４）、オフタイマをスタートして（ステップＳＢ１５）、オフタイマがカウントアップしたか否かを判別する（ステップＳＢ１６）。オフタイマがカウントアップしたときは、ＣＰＵ３１は、ＲＦ制御部３４に対してＲＦオンを指示し（ステップＳＢ１７）、オンタイマをスタートして（ステップＳＢ１８）、サーチ・エンジン３２のデコーダ部からのデータ取り込みを行う（ステップＳＢ１９）。

次に、ＣＰＵ３１は、同期検出部３３より同期確立を検出したか否かを判別する（ステップＳＢ２０）。すなわち、ＴＬＭのプリアンブルパターンを検出したか否かを判別する。同期確立を検出しないときは、オンタイマがカウントアップしたか否かを判別する（ステップＳＢ２１）。ＣＰＵ３１は、オンタイマがカウントアップしないときは、ステップＳＢ２０において同期確立を検出したか否かを判別し、同期確立を検出したときは、その同期検出のタイミング（ＴＬＭの開始時刻）をＲＡＭ３５にストアして（ステップＳＢ２２）、サブフレームのデータを取得する（ステップＳＢ２３）。ステップＳＢ２１において、オンタイマがカウントアップしたときは、ＣＰＵ３１は、ＲＦ制御部３４に対してＲＦオフを指示する（ステップＳＢ２４）。

ＣＰＵ３１は、ステップＳＢ２３においてサブフレームのデータを取得した後は、それが正しいデータであるか否かを判別して（ステップＳＢ２５）、正しいデータである場合には、サブフレーム番号およびサブフレームの位置情報などのデータをＲＡＭ３５にストアする（ステップＳＢ２６）。ＣＰＵ３１は、ステップＳＢ２６においてデータをＲＡＭ３５にストアした後、又は、ステップＳＢ２５においてデータが正しくないと判別したときは、図６のステップＳＢ２１において、オンタイマがカウントアップしたか否かを判別する。

ＣＰＵ３１は、図６のステップＳＢ２４において、ＲＦ制御部３４に対してＲＦオフを指示した後は、ＲＡＭ３５にストアされているサブフレーム番号を取り出し（ステップＳＢ２７）、４個の衛星からそれぞれ送信された５個のサブフレームの全てが揃っているか否かを判別する（ステップＳＢ２８）。各衛星の５個のサブフレームの全てが揃っていない場合には、ＣＰＵ３１は、ＲＡＭ３５内で欠けているサブフレーム番号を検出し（ステップＳＢ２９）、図６のステップＳＢ１３において、検出されたサブフレーム番号と同期検出タイミングとにより、次期のＲＦオンのタイミングを演算する。この後、ＣＰＵ３１は、欠けている番号のサブフレームが全て揃うまで、間欠的に非動作モードから動作モードに切り替えて、欠けているサブフレームを取得する。図７のステップＳＢ２８において、各衛星の５個のサブフレームの全てが揃ったときは、ＣＰＵ３１は、システム４に対してＲＡＭ３５のサブフレームデータを送付する（ステップＳＢ３０）。すなわち、４個の衛星から得られた現在位置の情報および現在時刻の情報等をシステム４に送付して表示させる。

図８（Ｂ）は、第２実施形態におけるサブフレーム取得の一例を示すタイミング図である。この例では、最初に取得した任意のサブフレームはサブフレーム４であるが、サブフレーム４の一部であるＴＬＭおよびＨＯＷだけを取得し、サブフレーム４のアルマナックのデータは取得しない。すなわち、受信環境がよくない場合には、約２秒のわずかな時間だけＲＦオンに切り替える。そして、ＴＬＭのプリアンブルの開始時間である同期検出タイミングおよびＨＯＷに含まれているサブフレーム４のサブフレーム番号だけをＲＡＭ３５にストアする。次に、安定した受信のためのマージンの時間αを考慮して、例えば、（１２−α）秒をタイミング時間としてオフタイマにセットすると、オフタイマがカウントアップしたときは、図８（Ｂ）に示すように、ＲＦオンの後にサブフレーム１を取得できる。このとき、（１２＋α）秒をタイミング時間としてオンタイマにセットすると、サブフレーム２を取得できる。その後、図８（Ｂ）に示すように、次の動作モードの期間にサブフレーム５を取得し、さらのその後、次の動作モードの期間にサブフレーム３およびサブフレーム４を取得する。
なお、ＴＬＭおよびＨＯＷだけを取得するサブフレームは、図８（Ｂ）に示すように最初に取得するサブフレームとは限らない。受信環境がよくない場合には、既に取得しているサブフレームが１個乃至４個ある場合でも、約２秒のわずかな時間だけＲＦオンに切り替えて、ＴＬＭおよびＨＯＷだけを取得する。

以上のように、この第２実施形態においては、電池の電力を消費しない非動作モードから、短い期間だけ電池の電力を消費する動作モードにＲＦ部２を間欠的に切り替えて、動作モードの期間に受信されたＧＰＳ信号の中から、衛星によって時系列的に送信される第１番目から第５番目までの５個のサブフレームのデータの一部を取得するとともに、他のタイミングで動作モードになったときに、残りのサブフレームのデータを取得し、この取得された５個のサブフレームのデータによって位置情報を判定する。
したがって、コイン型電池やその他の小型の電池を電源として使用した場合でも、電池の著しい電圧降下が発生して装置が機能停止になるような事態を招くことなく、受信環境に応じたタイミングで非動作モードから動作モードに間欠的に切り替えて、衛星からのＧＰＳ信号を確実に受信して現在位置を検出できる。

上記第２実施形態においては、最初に任意のサブフレームのＴＬＭおよびＨＯＷだけを取得する構成にしたが、第２実施形態の変形例として、最初に任意のサブフレームのプリアンブルの開始時間だけを取得して同期検出タイミングとしてＲＡＭ３５にストアする構成にしてもよい。すなわち、受信環境が悪い状態において、任意のサブフレームのＴＬＭおよびＨＯＷさえも取得できず、任意のサブフレームのプリアンブルだけが取得できる場合には、そのサブフレームの番号は分からないが、ストアした同期検出タイミングから３０秒後には、同じサブフレームが送信されるので、受信環境に応じて動作モードの時間を設定し、衛星からのサブフレーム１乃至５を取得して現在位置を検出する。

以上のように、この変形例においても、コイン型電池やその他の小型の電池を電源として使用した場合でも、受信環境が悪い場合でも無駄な電力消費を回避することにより、電池の著しい電圧降下が発生して装置が機能停止になるような事態を招くことなく、衛星からのＧＰＳ信号を確実に受信して現在位置を検出できる。

図９は、コイン型電池を位置検出装置の電源として使用した場合に、測位開始から測位終了までの電池の電圧降下の推移（放電特性）を示す図である。図１のＲＦ制御部３４によって時刻ｔ１に測位を開始した後はＲＦ部２の電力消費によって、図９に示すように、測位の継続時間に応じて電池の電圧が降下する。時刻ｔ２に測位を終了すると、電池の電圧は元に回復する。しかしながら、従来のように、５個のサブフレームを連続して取得するまで測位時間を長くした場合に、電池の電圧が限界値以下まで降下したときは、個々の電池のばらつきを考慮しても、もはや元の電圧には回復せず装置の機能は停止してしまうか、あるいは、元の電圧に回復するまでに長い時間を要し、それまでは装置の機能は停止状態になってしてしまう。

未使用の２０１６のコイン型電池をマイナス１０度の周囲温度において使用した実験結果によれば、ＲＦオンからＲＦオフまでの動作モードの時間を６０秒に設定すると４回の測位が可能であった。一方、同じ条件で動作モードの時間を２０秒に設定すると６６回の測位動作が可能であった。したがって、動作モードの時間を２０秒として３回の繰り返し動作を行うとすると２２回の動作が可能となり、６０秒で４回の場合と比較すると、５．５倍の電池の使用改善が可能になる。

本発明の第１および第２実施形態における位置検出装置の構成を示すブロック図。 ＧＰＳ信号におけるフレーム構成を示す図。 第１実施形態における位置検出方法を示すＣＰＵのフローチャート。 図３に続くＣＰＵのフローチャート。 第２実施形態における位置検出方法を示すＣＰＵのフローチャート。 図５に続くＣＰＵのフローチャート。 図６に続くＣＰＵのフローチャート。 第１および第２実施形態におけるサブフレーム取得の一例を示すタイミング図。 測位開始から測位終了までのコイン型電池の電圧降下の推移を示す図。 従来例における位置検出装置の構成を示すブロック図。

符号の説明

１ アンテナ
２ ＲＦ部
３ ベースバンド部
４ システム
５ 電源
３１ ＣＰＵ
３２ サーチ・エンジン
３３ 同期検出部
３４ ＲＦ制御部
３５ ＲＡＭ

Claims (10)

1. 電池によって電力を供給する電源手段と、
   前記電源手段から電力を供給される動作モードにおいては衛星から送信されるＧＰＳ信号を受信し、前記電源手段から電力を供給されない非動作モードにおいては受信を停止する受信手段と、
   前記受信手段を非動作モードから動作モードに間欠的に切り替える動作制御手段と、
   この動作制御手段により前記受信手段が動作モードになったとき受信されたＧＰＳ信号の中から、前記衛星によって時系列的に送信される第１番目から第ｎ番目までのｎ個の特定データの一部を取得するとともに他のタイミングで動作モードになったときに残りの特定データを取得し、この取得されたｎ個の特定データによって位置情報を判定する情報判定手段と、
   を備えた位置検出装置。
2. 前記装置は、衛星によって時系列的に送信される第１番目から第ｎ番目までのｎ個の特定データのそれぞれに対応するｎ個の記憶手段をさらに備え、
   前記情報判定手段は、前記受信手段によって受信されたＧＰＳ信号の中から取得した特定データの順に対応する記憶手段に記憶し、ｎ個の記憶手段のすべてに対応する特定データを記憶したときに、位置情報を判定することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記動作制御手段は、任意のｍ（１≦ｍ≦ｎ）番目の特定データが動作モードの最後に前記受信手段によって受信された場合には、次に非動作モードから動作モードに切り替える時間を演算することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
4. 前記動作制御手段は、ＧＰＳ信号の中の少なくとも１つのｍ（１≦ｍ≦ｎ）番目の特定データを前記受信手段が受信できる期間の動作モードを制御することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
5. 衛星によって時系列的に送信される第１番目から第ｎ番目までのｎ個の特定データは、第１番目から第５番目までのサブフレームデータであることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
6. 電池によって電力を供給する電源手段から電力を供給される動作モードにおいては衛星から送信されるＧＰＳ信号を受信し、前記電源手段から電力を供給されない非動作モードにおいては受信を停止するステップＡと、
   非動作モードから動作モードに間欠的に切り替えるステップＢと、
   このステップＢにより動作モードに切り替えられたとき受信されたＧＰＳ信号の中から、前記衛星によって時系列的に送信される第１番目から第ｎ番目までのｎ個の特定データの一部を取得するとともに他のタイミングで動作モードになったときに残りの特定データを取得し、この取得されたｎ個の特定データによって位置情報を判定するステップＣと、
   を実行する位置検出方法。
7. 前記衛星によって時系列的に送信される第１番目から第ｎ番目までのｎ個の特定データをそれぞれに対応するｎ個の記憶手段に記憶するステップＤをさらに有し、
   このステップＤは、前記ステップＡによって受信されたＧＰＳ信号の中から取得した特定データの順に対応する記憶手段に記憶し、前記ステップＣは、ｎ個の記憶手段のすべてに対応する特定データを記憶したときに、位置情報を判定することを特徴とする請求項６に記載の位置検出方法。
8. 前記ステップＣは、任意のｍ（１≦ｍ≦ｎ）番目の特定データが動作モードの最後に前記ステップＡによって受信された場合には、次に非動作モードから動作モードに切り替える時間を演算することを特徴とする請求項６に記載の位置検出方法。
9. 前記ステップＣは、ＧＰＳ信号の中の少なくとも１つのｍ（１≦ｍ≦ｎ）番目の特定データを前記ステップＡによって受信できる期間の動作モードを制御することを特徴とする請求項６に記載の位置検出方法。
10. 衛星によって時系列的に送信される第１番目から第ｎ番目までのｎ個の特定データは、第１番目から第５番目までのサブフレームデータであることを特徴とする請求項６に記載の位置検出方法。

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