JP2010243193A - 衛星信号受信装置付き電子時計およびその受信制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】位置情報を受信して現在地を算出する測位時の受信処理を短時間で実行できる衛星信号受信装置付き電子時計を提供する。
【解決手段】ＧＰＳ付き腕時計は、衛星信号を受信する受信手段、受信制御手段、計時手段、外部操作部材を備える。受信制御手段は、ＧＰＳ衛星から送信される衛星信号を受信して時刻を修正する時刻情報修正手段と、３個以上の位置情報衛星から送信される衛星信号を受信して測位処理を行う測位処理手段と、時刻情報修正手段で衛星信号を受信した際に、その受信時刻および受信した位置情報衛星の情報が記憶された衛星配置テーブルを作成する衛星配置テーブル作成手段６０６と、外部操作で測位処理手段が作動された際に、位置情報衛星をサーチする順序を衛星配置テーブルにおいて測位処理手段の作動時刻に受信時刻が近い位置情報衛星順に設定する測位サーチ順序設定手段６０７とを備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、例えばＧＰＳ衛星等の位置情報衛星からの衛星信号を受信して時刻を取得する衛星信号受信装置付き電子時計およびその受信制御方法に関するものである。

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

前記特許文献１の電子時計は、過去のＧＰＳ衛星の受信履歴を記憶したアラートテーブルを用意し、時刻情報を受信する際には、前記アラートテーブルを参照して現在受信に最も適した衛星を選択して受信を行うことで迅速に受信処理が行えるようにしている。
そして、前記アラートテーブルは、装置の設置当初に、８分間の繰り返し受信動作を、数時間（理想的には１日程度）行うことで作成している。すなわち、各受信動作で捕捉できたＧＰＳ衛星の衛星信号を受信してドップラー周波数や航法データを収集し、受信時刻に対応させてアラートテーブルに記憶している。

特開平１０−１０２５１号公報

しかしながら、特許文献１の電子時計は、アラートテーブルの作成のために、８分間隔で受信を行っているため、電力消費が非常に大きくなる。このため、腕時計のように、電池駆動の電子時計では利用できず、建物のコンセントや自動車のバッテリーなどの外部電源から電力を供給できる電子時計でなければ利用が難しいという問題がある。

また、特許文献１の電子時計は、時刻情報を受信する際に前記アラートテーブルを参照して受信対象のＧＰＳ衛星を選択しているが、時刻情報を取得するには、１つのＧＰＳ衛星からの信号を受信するだけでよいため、過去の受信履歴データが無くても、３０秒以内には処理が完了する。従って、アラートテーブルを参照するメリットが少ない一方で、アラートテーブルを作成するために多くの電力消費が必要であり、この点からも特に電池駆動の電子時計では適用できないという問題があった。

さらに、特許文献１は、時刻情報を受信する測時処理のみに対応したものであり、現在地を求める測位処理に関しては何ら開示されていない。
しかしながら、例えば、システムリセット直後のように、各衛星の軌道情報データであるアルマナックデータを保持していない状態から測位のための受信を開始するコールドスタート時には、すべての衛星をサーチして受信できる衛星を検索して捕捉するため、ＴＴＦＦ（Time To First Fix）が長くなる。このため、測位時のＴＴＦＦを短縮することが求められている。

本発明の目的は、位置情報を受信して現在地を算出する測位時の受信処理を短時間で実行できる衛星信号受信装置付き電子時計およびその受信制御方法を提供することにある。

本発明の衛星信号受信装置付き電子時計は、位置情報衛星から送信される衛星信号を受信する受信手段と、前記受信手段を制御して受信処理を行う受信制御手段と、時刻を計時する計時手段と、外部操作部材とを備え、前記受信制御手段は、少なくとも１つの位置情報衛星を捕捉し、その位置情報衛星から送信される衛星信号を受信し、その衛星信号に含まれる時刻情報を取得して前記計時手段で計時される時刻を修正する時刻情報修正手段と、３個以上の位置情報衛星を捕捉し、それらの位置情報衛星から送信される衛星信号を受信し、その衛星信号に含まれる位置情報を取得して測位処理を行う測位処理手段と、前記時刻情報修正手段で衛星信号を受信した際に、その受信時刻、および、受信した位置情報衛星の情報が記憶された衛星配置テーブルを作成する衛星配置テーブル作成手段と、前記外部操作部材の操作によって前記測位処理手段が作動された際に、位置情報衛星をサーチする順序を、前記衛星配置テーブルにおいて、測位処理手段の作動時刻に受信時刻が近い位置情報衛星の順序に設定する測位サーチ順序設定手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、過去の時刻情報の受信処理時に、衛星信号の受信時刻、および、受信した位置情報衛星の情報が記憶された衛星配置テーブルを作成している。そして、外部操作部材の操作によって測位処理手段が作動された場合には、測位サーチ順序設定手段は、前記衛星配置テーブルに記憶された情報を参照し、測位処理手段が作動された時刻に、テーブルに記憶された受信時刻が近い位置情報衛星の順序でサーチ順序を設定している。すなわち、測位サーチ順序設定手段は、衛星配置テーブルにおいて、測位処理手段の作動時刻に、最も近い受信時刻に受信できた位置情報衛星からサーチ順を設定する。なお、同じ時刻に複数の位置情報衛星からの信号を受信できた場合には、その中で信号強度が高い順などにサーチ順を設定すればよい。

ここで、位置情報衛星、例えばＧＰＳ衛星は、ほぼ２４時間毎に同じ起動を通るため、以前に衛星信号を受信した位置情報衛星は、受信時刻が近い場合には、その位置情報衛星を再度、受信できる可能性が高い。特に、測位処理手段では、３個以上の位置情報衛星を取得しなければならず、できるだけ受信できる可能性が高い位置情報衛星からサーチすることで、測位に必要な衛星信号を効率的に受信することができる。また、サーチ処理時間を短縮でき、かつ、確実に位置情報衛星を捕捉できて測位情報を取得することができる。
従って、アルマナックデータを保持していないコールドスタートでの測位受信時であっても、受信できる可能性の高い衛星からサーチできるので、衛星を捕捉するまでの時間も短くでき、ＴＴＦＦ（Time To First Fix）を短縮することができる。
また、衛星配置テーブルを参照してサーチ順を設定するのは、測位受信時のみであり、時刻情報を受信する際にはサーチ順を設定していない。このため、衛星配置テーブルが十分に作成されていない状態でも時刻情報の受信処理は問題無く実行できる。

本発明の衛星信号受信装置付き電子時計において、前記測位サーチ順序設定手段は、前記衛星配置テーブルに記憶されている受信時刻およびその受信時刻で受信した位置情報衛星のデータの中で、前記測位処理手段の作動時刻に対する受信時刻の時間差が設定時間以上の位置情報衛星はサーチ対象としないことが好ましい。

ＧＰＳ衛星のように位置情報衛星がほぼ２４時間周期で回転している場合、測位処理手段の作動時刻に対する受信時刻の差が大きい位置情報衛星は、サーチしても捕捉できない可能性が高い。例えば、位置情報衛星がＧＰＳ衛星の場合、２４時間周期で移動しているため、測位処理手段の作動時刻に対する受信時刻の差は最大１２時間であり、その差が６時間以上の位置情報衛星は捕捉することが難しい。
従って、衛星配置テーブルのデータが十分に揃っていない場合に、測位処理手段の作動時刻に近い受信時刻（例えば時間差が６時間以内となる受信時刻）の位置情報衛星のデータが蓄積されておらず、最も近い受信時刻が６時間以上の場合には、それらの位置情報衛星はサーチ対象とせず、他の位置情報衛星をサーチ対象とすることで、位置情報衛星を捕捉できる可能性を向上でき、サーチ処理時間も短縮できる。

本発明の衛星信号受信装置付き電子時計において、前記衛星配置テーブル作成手段は、１日を一定間隔で区切った所定時刻毎に受信時刻を設定し、前記時刻情報修正手段を作動させて衛星信号を受信する処理は、１日に１回以上かつ前記設定された受信時刻の数未満とし、複数の日数で前記すべての受信時刻における衛星信号の受信処理を行って前記衛星配置テーブルを作成することが好ましい。

前記衛星配置テーブル作成手段は、１日を所定間隔で区切った所定時刻毎に受信時刻を設定する。例えば、「０時０分（０：００）」から「２３時３０分（２３：３０）」まで３０分間隔で受信時刻を設定する。この場合、すべての受信時刻で受信を行うには、２４時間／０．５時間＝４８回の受信を行う必要がある。
この受信回数を１日で行うことも可能ではあるが、電力消費が大きく、かつ、受信結果が受信環境、例えば、時計が受信し難い室内に配置されているか否かなどに大きく左右されてしまう。

一方、本発明によれば、複数の日数ですべての受信時刻における受信処理を行うため、１日の受信回数を少なくできて電力消費も抑えることができる。特に充電式の二次電池を用いている場合には、充電によって電圧を元に戻して受信処理を継続することができる。
また、複数の日に分散して受信処理を行えば、様々な受信環境の状態で受信処理を行うことができ、受信できる確率も向上できる。

この際、前記衛星配置テーブル作成手段は、前記設定されたすべての受信時刻で受信できた位置情報衛星の情報が記憶されて衛星配置テーブルが完成した後は、前記時刻情報修正手段による衛星信号の受信サイクルを、衛星配置テーブルの作成処理時の受信サイクルに比べて長い期間に変更することが好ましい。

例えば、前記４８回の受信処理を行って衛星配置テーブルを作成する場合、例えば、１日に７回受信した場合、すべての受信に成功すれば７日間（一週間）で衛星配置テーブルを作成することができる。
そして、一旦、衛星配置テーブルを作成した後は、利用場所が数百キロ以上大きく変化しなければ、各位置情報衛星はほぼ同じ時刻に受信可能となるため、衛星配置テーブルも頻繁に更新する必要はない。従って、作成時には１日７回の受信を７日間行った場合でも、その後の衛星信号の受信は、１日１回程度で十分である。その場合、例えば、毎日、３０分ずつずらして受信することで、４８日間ですべての設定時刻で受信処理を行って、衛星配置テーブルのデータも更新できる。
また、１日１回でも受信を行って衛星配置テーブルを更新すれば、仮に機器の保守や軌道修正等で衛星が利用できない状態になるなど、衛星状態が変化してもその状況も含めて最新の状態に更新できる。

本発明の衛星信号受信装置付き電子時計において、前記外部操作部材の操作によって、前記計時手段で計時している時刻の時差を設定する時差設定手段を備え、前記衛星配置テーブル作成手段は、前記時差設定手段によって時差が修正された場合には、衛星配置テーブルのデータをリセットし、前記時刻情報修正手段を作動させて衛星信号を受信し、その受信時刻、および、受信した位置情報衛星の情報が記憶された衛星配置テーブルを再度作成することが好ましい。

各位置情報衛星の受信できる時刻は、地球上の各場所で異なる。すなわち、前記衛星配置テーブルを作成した地点から数百キロ以上と大きく移動していなければ、同じ衛星配置テーブルを利用することができる。しかし、大きく移動した場合には、同じ位置情報衛星を受信できる時刻も変化するため、衛星配置テーブルをそのまま利用すると、却って位置情報衛星を捕捉するのに時間がかかってしまう。
本発明では、時差設定手段が操作されて時差が修正された場合には、前回、衛星配置テーブルを作成した地域から大きく移動していることが予測されるため、衛星配置テーブルのデータをリセットし、再度、その移動先において衛星信号を受信して衛星配置テーブルを再度作成している。このため、移動先において、その場所には適さない衛星配置テーブルを利用することがなく、その移動先に適した衛星配置テーブルを再度作成することで、移動先においても位置情報衛星の捕捉処理を効率的に行うことができる。

本発明の衛星信号受信装置付き電子時計において、前記時刻情報修正手段は、位置情報衛星の概略の軌道情報は受信しないことが好ましい。
本発明によれば、時刻情報修正手段による衛星信号の受信処理時には、概略の軌道情報（アルマナック）を取得しないため、時刻情報のみを受信すればよく、受信時間を短縮できて、消費電力も低減できる。このため、仮に１日に複数回、時刻情報の受信処理を行っても、消費電力の低下を抑えることができる。

本発明の衛星信号受信装置付き電子時計において、前記衛星配置テーブル作成手段は、衛星配置テーブルに、受信時刻、衛星番号、ドップラー周波数に対応した周波数オフセットデータ、信号強度に対応したＳＮＲデータ、Ｃ／Ａコード相関のためのコードフェーズに対応した疑似距離データを記憶することが好ましい。

衛星配置テーブルにこれらの情報が記憶されていれば、ある受信時刻において複数の位置情報衛星を捕捉できた場合に、最も受信状態が良い位置情報衛星を把握できる。したがって、測位サーチ順序設定手段は、各受信時刻において、最も受信状態が良好な位置情報衛星からサーチするように設定でき、測位処理時の衛星のサーチ処理を短時間で効率的に行うことができ、測位情報の取得も短時間で行うことができる。

本発明の衛星信号受信装置付き電子時計において、前記衛星配置テーブル作成手段は、時刻情報修正手段を作動させて衛星信号を受信した際に、複数の位置情報衛星からの衛星信号を受信した場合には、受信信号の条件が良い所定数の位置情報衛星の情報を前記衛星配置テーブルに記憶することが好ましい。

時刻情報修正手段による衛星信号受信時に、６〜７個の位置情報衛星からの衛星信号を受信できる場合がある。このような場合、衛星配置テーブル作成手段は、その受信時刻に受信したすべての位置情報衛星の情報を記憶することもできる。但し、その場合には、時刻情報修正手段における受信処理時間が長くなり、電力消費量も増大する。
これに対し、本発明では、所定数、例えば、４個の位置情報衛星の情報のみを衛星配置テーブルに記憶している。したがって、時刻情報修正手段での受信時の処理時間を短縮でき、電力消費量も抑えることができる。
なお、測位処理手段で測位処理を行う場合、３個以上、通常は４個の位置情報衛星からの衛星信号を受信する必要があるため、衛星配置テーブルに１〜２個の位置情報衛星の情報しか記憶されていない場合に比べて、３個あるいは４個の情報が記憶されていれば、測位処理時の衛星サーチ処理を効率的に行うことができる。

本発明の衛星信号受信装置付き電子時計において、前記測位処理手段は、前記測位サーチ順序設定手段によって設定された順序で位置情報衛星をサーチして位置情報衛星を捕捉できた場合には、捕捉した位置情報衛星の衛星信号から衛星軌道データを取得する処理と、測位計算を行う処理とを、利用者が外部操作部材によって受信完了操作を行うまで、または、電源電圧が設定電圧以下に低下するまで繰り返し実行し、前記位置情報衛星を捕捉できない場合、軌道情報データを取得できない場合、測位計算を行うことができなかった場合のいずれかの場合は、予め設定されたタイムアウト時間になるまで、前記測位サーチ順序設定手段によって設定された順序で位置情報衛星をサーチして衛星を捕捉することが好ましい。

本発明によれば、測位処理手段は、捕捉した位置情報衛星の衛星信号から衛星軌道データ（アルマナックデータ）を取得し、測位計算を行う処理を、電源電圧が設定電圧以下に低下するまでは、利用者が受信完了操作を行うまで継続して行うことができる。
このため、例えば、利用者がその電子時計を腕時計などとして装着してランニングした場合に測位操作を行えば、ランニング時の移動距離と時間とを測定できるため、ランニング中に、走行距離、速度、ペースなどを測定して表示することができる。このため、利用者は、自分のランニング状態等を常に把握でき、適切なトレーニングを行うことができる。
また、電源電圧が設定値以下に低下すれば測位処理を中止するため、電源電圧の低下によるシステムダウンを未然に防止できる。
さらに、位置情報衛星を捕捉できない場合や、軌道情報データを取得できない場合、あるいは、測位計算を行うことができなかった場合は、予め設定されたタイムアウト時間になるまで、前記測位サーチ順序設定手段によって設定された順序で位置情報衛星をサーチしている。したがって、利用者が測位操作を行った場合に、できる限り測位処理を行って移動距離などを測定することができる。また、衛星捕捉、軌道情報データの取得、測位計算のいずれかが行えない場合に、タイムアウト時間（例えば２〜３分）になれば、衛星のサーチ処理も中止するため、位置情報衛星からの衛星信号を受信できない環境で、誤って測位操作を行った場合でも、無駄な受信処理を継続することを防止できる。

本発明は、位置情報衛星から送信される衛星信号を受信する受信手段と、前記受信手段を制御して受信処理を行う受信制御手段と、時刻を計時する計時手段と、外部操作部材とを備えた衛星信号受信装置付き電子時計の受信制御方法であって、少なくとも１つの位置情報衛星を捕捉し、その位置情報衛星から送信される衛星信号を受信し、その衛星信号に含まれる時刻情報を取得して前記計時手段で計時される時刻を修正する時刻修正工程と、３個以上の位置情報衛星を捕捉し、それらの位置情報衛星から送信される衛星信号を受信し、その衛星信号に含まれる位置情報を取得して測位処理を行う測位処理工程と、前記時刻修正工程により衛星信号を受信した際に、その受信時刻、および、受信した位置情報衛星の情報が記憶された衛星配置テーブルを作成する衛星配置テーブル作成工程と、前記外部操作部材の操作によって前記測位処理工程が実行された際に、位置情報衛星をサーチする順序を、前記衛星配置テーブルにおいて、測位処理手段の作動時刻に最も受信時刻が近い位置情報衛星の順序に設定する測位サーチ順序設定工程とを備えることを特徴とする。

本発明においても、前記衛星信号受信装置付き電子時計と同じ作用効果を奏することができる。

本実施形態のＧＰＳ付き腕時計を示す概略図である。 図１のＧＰＳ付き腕時計の概略断面図である。 図１のＧＰＳ付き腕時計の内部の主なハードウェア構成等を示すブロック図である。 航法メッセージの構成について説明するための図である。。 ＧＰＳ付き腕時計の制御部の構成を示す図である。 ＧＰＳ付き腕時計のベースバンド部の構成を示す図である。 ＧＰＳ衛星が上空に現れる時間帯の一例を示す図である。 ＧＰＳ衛星の仰角の変化の一例を表した図である。 初期受信時刻テーブルを示す図である。 更新受信時刻テーブルを示す図である。 衛星配置テーブルを示す図である。 測時処理時の手順を示すフローチャートである。 測位処理時の手順を示すフローチャートである。

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

〔第１実施形態〕
図１は、本発明に係る衛星信号受信装置付き電子時計であるＧＰＳ付き腕時計１を示す概略図であり、図２は、図１の概略断面図である。また、図３は、ＧＰＳ付き腕時計１の主なハードウェア構成等を示す概略図である。
図１に示すように、ＧＰＳ付き腕時計１は、文字板２および指針３からなる時刻表示部を備える。文字板２の一部には開口が形成され、ＬＣＤ表示パネル等からなるディスプレイ４が組み込まれている。

指針３は、秒針、分針、時針等を備えて構成され、ステップモーターで歯車を介して駆動される。
ディスプレイ４はＬＣＤ表示パネル等で構成されている。
そして、ＧＰＳ付き腕時計１は、地球の上空を所定の軌道で周回している複数のＧＰＳ衛星５からの衛星信号を受信して衛星時刻情報を取得し、内部時刻情報を修正したり、測位情報や、ランニング時などの走行距離、速度、ペースなどの各種情報をディスプレイ４に表示できるように構成されている。
なお、ＧＰＳ衛星５は、本発明における位置情報衛星の一例であり、地球の上空に複数存在している。現在は約３０個のＧＰＳ衛星５が周回している。

また、ＧＰＳ付き腕時計１には、外部操作部材であるリュウズ６や、ボタン７，８が設けられている。そして、ＧＰＳ付き腕時計１は、リュウズ６やボタン７、８を手動操作することにより、受信処理および受信結果表示処理を行うことができるように構成されている。

例えば、ボタン７が数秒（例えば３秒）以上押されると、ＧＰＳ付き腕時計１は測位受信処理（測位モードでの受信処理）を行う。なお、時刻情報を受信する測時受信処理（測時モードでの受信処理）は、予め設定された受信時刻に自動的に行われるが、例えばボタン８を数秒以上押すことで実行してもよい。
一方、ボタン７が短い時間押されると、ＧＰＳ付き腕時計１は文字板２及び指針３により直前の受信モードにおける受信結果を表示する。例えば、測時モードで受信成功の場合には、秒針が５秒位置に移動し、測位モードで受信成功の場合には、秒針が１０秒位置に移動する。また、受信失敗の場合には秒針が２０秒位置に移動する。
なお、これらの秒針による指示は受信中も行われる。すなわち、測時モードで受信中は秒針が５秒位置に移動し、測位モードで受信中は秒針が１０秒位置に移動する。また、ＧＰＳ衛星５が捕捉できない場合は秒針が２０秒位置に移動する。

［ＧＰＳ付き腕時計の構造］
次に、ＧＰＳ付き腕時計１の内部構造について説明する。
図２に示すように、ＧＰＳ付き腕時計１は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、チタン等の金属で構成された外装ケース１７を備えている。
外装ケース１７は、略円筒状に形成され、表面側の開口にはベゼル１６を介して表面ガラス１６０が取り付けられている。ベゼル１６は、衛星信号の受信性能を向上させるためにセラミック等の非金属材料で構成される。外装ケース１７の裏面側の開口には裏蓋２６が取り付けられている。

外装ケース１７の内部には、指針３を駆動するステップモーター、ＧＰＳアンテナ１１、電池２４などが配置されている。
ステップモーターは、モーターコイル１９、図示略のステーター、ローターなどからなる時計用に用いられる一般的なものである。このステップモーターは歯車を介して指針３を駆動する。

ＧＰＳアンテナ１１は、地球の上空を所定の軌道で周回している複数のＧＰＳ衛星５からの衛星信号を受信するパッチアンテナとなっている。このＧＰＳアンテナ１１は文字板２の時刻表示面の反対側の面（裏面側）に配置され、表面ガラス１６０および文字板２を通過した電波を受信するように構成されている。
このため、文字板２および表面ガラス１６０は、ＧＰＳ衛星５から送信される衛星信号である電波を通す材料で構成されている。例えば、文字板２はプラスチックで構成されている。また、ベゼル１６は、前記衛星信号の受信性能を向上させるために、セラミックス製とされている。

ＧＰＳアンテナ１１の裏蓋側には、回路基板２５が配置され、回路基板２５の裏蓋側には電池２４が配置されている。
回路基板２５には、後述するようにＧＰＳアンテナ１１で受信した信号を処理する受信回路（ＧＰＳ受信部）３０や、前記指針３を駆動するステップモーター等の制御を行う制御部４１などの各種回路素子（ＩＣなど）が取り付けられている。ＧＰＳ受信部３０や制御部４１は、電池２４から供給される電力で駆動される。

電池２４は、リチウムイオン電池などの二次電池となっている。そして、電池２４の下側（裏蓋側）には、磁性シート２１が配置されており、その磁性シート２１を介して充電用コイル２２が配置されている。従って、電池２４は、この充電用コイル２２により、外部充電器から電磁誘導で電力を充電できるようになっている。また、磁性シート２１は、磁界を迂回させることができるようになっている。このため、磁性シート２１は、電池２４の影響を低減して、効率的にエネルギー伝送を行うことができるようになっている。そして、電力転送のために裏蓋２６の中央部には、裏面ガラス２３が配置されている。

［航法メッセージ］
ここで、このＧＰＳ付き腕時計１の回路構成の詳細を説明する前に、ＧＰＳ衛星５から送信される衛星信号である航法メッセージについて、説明する。なお、航法メッセージは、５０ｂｐｓのデータとして衛星の電波に変調されている。
図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、航法メッセージの構成について説明するための図である。
図４（Ａ）に示すように、航法メッセージは、全ビット数１５００ビットのメインフレームを１単位とするデータとして構成される。メインフレームは、それぞれ３００ビットの５つのサブフレーム１〜５に分割されている。１つのサブフレームのデータは、各ＧＰＳ衛星５から６秒で送信される。従って、１つのメインフレームのデータは、各ＧＰＳ衛星５から３０秒で送信される。

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

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

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

従って、ＴＬＭワードやＨＯＷワードは、ＧＰＳ衛星５から６秒間隔で送信されるのに対し、週番号データ等の衛星補正データ、エフェメリスパラメータ、アルマナックパラメータは３０秒間隔で送信される。

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

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

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

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

本発明において、測時モードの受信とは、時刻情報であるＺカウントデータを受信することを意味する。Ｚカウントデータは、１つのＧＰＳ衛星５からでも取得できる。また、Ｚカウントデータは、各サブフレームに含まれているので、６秒間隔で送信される。
このため、測時モードの受信とは、捕捉衛星数は少なくとも１つであり、１個のＺカウントデータを取得する受信所要時間は長くても６秒であり、取得できる情報はＺカウントデータ（時刻情報）であり、前記エフェメリスパラメータやアルマナックパラメータは受信しない処理を意味する。
受信所要時間は、６秒で１個のＺカウントデータを取得でき、受信データの検証のために、２〜３個のＺカウントデータを取得する場合でも１２〜１８秒という短時間で受信を完了できる。

一方、本発明において、測位モードの受信とは、各ＧＰＳ衛星５の軌道情報であるエフェメリスパラメータを３衛星分以上、受信することを意味する。測位のためには少なくとも３個以上のＧＰＳ衛星５からエフェメリスパラメータを取得する必要があるためである。なお、エフェメリスパラメータはサブフレーム２，３に含まれるため、最短で１８秒間の受信（サブフレーム１〜３までの受信）を行えば取得できる。従って、複数のＧＰＳ衛星５を同時に捕捉して受信する場合、エフェメリスパラメータの受信および測位計算を行って測位データを取得するには、アルマナックデータを保持しないコールドスタート状態では約３０秒〜１分の時間が必要である。
このため、測位モードの受信とは、捕捉衛星数は少なくとも３個であり、受信所要時間は約３０秒〜１分であり、取得できる情報はＺカウントデータ（時刻情報）およびエフェメリスパラメータであり、アルマナックパラメータは受信しない処理を意味する。

そして、ＧＰＳ付き腕時計１において、測時モードの受信処理は原則として所定の時刻に自動的に受信する自動受信処理であり、測位モードの受信処理はユーザーの操作による手動受信処理である。従って、本発明では、これらの測時モードと測位モードを切り替えて動作させることができる。
なお、測時モードにおいて、ＧＰＳの週番号データはサブフレーム１に含まれているので、日付情報まで取得したい場合はサブフレーム１が送信される毎分０秒か３０秒に自動受信処理を開始できるように受信開始時刻を設定すると、最短所要時間で時刻情報と日付情報を受信できる。
また、測時モードでは、所定時刻の自動受信処理に加えて、所定の条件を検出した場合にも自動的に受信する処理を設けてもよい。ここで、所定の条件とは、例えば、時刻情報を受信しやすい屋外に移動したことを検出できた場合に、測時モードでの自動受信を行うものなどである。屋外に移動したことは、例えば、ソーラーパネルを備えていれば、ソーラーパネルの発電量によって検出することができる。なお、測時モードの受信は、通常は１日に１回行えば良いため、所定の条件の自動受信処理は、所定時刻での自動受信処理で受信に失敗した場合のみ、１日１回の受信を確保するために行えばよい。

［ＧＰＳ付き腕時計の回路構成］
次に、ＧＰＳ付き腕時計１の回路構成に関して説明する。図３に示すように、ＧＰＳ付き腕時計１は、ＧＰＳアンテナ１１と、ＧＰＳ受信部３０と、表示制御部４０と、電源供給装置９０を含んで構成されている。
なお、ＧＰＳ付き腕時計１は、少なくとも１つのＧＰＳ衛星５からの衛星信号を受信してＧＰＳ時刻情報に基づいて内部時刻情報の修正を行う測時モードと、複数のＧＰＳ衛星５からの衛星信号を受信して測位計算を行う測位モードを実行可能に構成されている。

以下、図３に示す各構成について説明する。
［ＧＰＳ受信部の構成］
ＧＰＳ受信部３０は、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave：表面弾性波）フィルター３１と、ＲＦ（Radio Frequency：無線周波数）部５０と、ベースバンド部６０を含んで構成されている。ＳＡＷフィルター３１は、ＧＰＳアンテナ１１が受信した信号から衛星信号を抽出する処理を行う。すなわち、ＳＡＷフィルター３１は、１．５ＧＨｚ帯の信号を通過させるバンドパスフィルターとして構成される。

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

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

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

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

ベースバンド部６０は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）６１、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６２、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）６３を含んで構成されている。また、ベースバンド部６０には、温度補償回路付き水晶発振回路（ＴＣＸＯ：Temperature Compensated Crystal Oscillator）６５やフラッシュメモリー６６等が接続されている。
温度補償回路付き水晶発振回路（ＴＣＸＯ）６５は、温度に関係なくほぼ一定の周波数の基準クロック信号を生成する。

フラッシュメモリー６６には時差情報や衛星配置テーブルが記憶されている。時差情報は、地理情報が分割された複数の領域の各々の時差が定義された情報である。衛星配置テーブルの詳細は後述する。
ベースバンド部６０は、測時モード又は測位モードに設定されると、ＲＦ部５０のＡＤＣ５７が変換したデジタル信号（中間周波数帯の信号）からベースバンド信号を復調する処理を行う。

また、ベースバンド部６０は、測時モード又は測位モードに設定されると、後述する衛星サーチ工程において、各Ｃ／Ａコードと同一のパターンのローカルコードを発生し、ベースバンド信号に含まれる各Ｃ／Ａコードとローカルコードの相関をとる処理を行う。そして、ベースバンド部６０は、各ローカルコードに対する相関値がピークになるようにローカルコードの発生タイミングを調整し、相関値が閾値以上となる場合にはそのローカルコードのＧＰＳ衛星５に同期（すなわち、ＧＰＳ衛星５を捕捉）したものと判断する。
ここで、ＧＰＳシステムでは、すべてのＧＰＳ衛星５が異なるＣ／Ａコードを用いて同一周波数の衛星信号を送信するＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式を採用している。従って、ローカルコードの発生順序を制御することで、衛星のサーチ順序を制御してＧＰＳ衛星５を検索することができる。

さらに、ベースバンド部６０は、捕捉したＧＰＳ衛星５のＣ／Ａコードと同一のパターンのローカルコードとベースバンド信号をミキシングして航法メッセージを復調し、航法メッセージに含まれる軌道情報やＧＰＳ時刻情報等の衛星情報を取得してＳＲＡＭ６３に記憶する。

［表示制御部の構成］
表示制御部４０は、制御部（ＣＰＵ）４１、指針３の駆動回路４２、ディスプレイ４のＬＣＤ駆動回路４３を含んで構成されている。
制御部４１は、ハードウェアとしては、ＲＴＣ（リアルタイムクロック）４５、記憶部４６を含んで構成されている。
ＲＴＣ４５は、水晶振動子から出力される基準信号を用いて、内部時刻情報を計時している。
記憶部４６は、後述するように、ＧＰＳ受信部３０から出力される時刻データや測位データを記憶する。また、記憶部４６には、測位情報に対応する時差データも記憶され、ＲＴＣ４５で計時されている内部時刻情報および時差データにより、現在地のローカルタイムを算出できるようにされている。

制御部４１は、機能的には、図５に示すように、時刻情報修正手段４１１、測位処理手段４１２、表示制御手段４１３、電圧検出制御手段４１４として機能する。
時刻情報修正手段４１１は、時刻情報（時刻データ）の受信処理を行って内部時刻を修正する処理を行う。
測位処理手段４１２は、測位操作が行われた際に、測位データの受信処理を行う。
表示制御手段４１３は、駆動回路４２やＬＣＤ駆動回路４３を介して指針３やディスプレイ４の表示を制御する処理を行う。
電圧検出制御手段４１４は、後述する電圧検出回路９３の動作を制御して二次電池２４の電圧検出処理を行う。

一方、ベースバンド部６０にもＣＰＵ６２が設けられており、このＣＰＵ６２は制御部４１から時刻情報の受信処理や測位処理が指示された際に機能する。
すなわち、ベースバンド部６０は、図６に示すように、衛星検索手段６０１、受信レベル取得手段６０２、衛星情報取得手段６０３、測位計算手段６０４、時刻計算手段６０５、衛星配置テーブル作成手段６０６、測位サーチ順序設定手段６０７として機能する。
従って、本発明の受信制御手段は、ＧＰＳ受信部３０のベースバンド部６０および表示制御部４０の制御部４１によって構成されている。

具体的には、衛星検索手段６０１は、ＧＰＳ衛星５をサーチする処理を実行する。この際、後述するように、測位受信時には、測位サーチ順序設定手段６０７で設定されたサーチ順で衛星をサーチする。
受信レベル取得手段６０２は、受信した衛星信号の受信レベルを取得する。具体的には、信号強度に対応したＳＮＲデータを取得する。
衛星情報取得手段６０３は、受信した衛星信号の情報を取得する。具体的には、受信した衛星信号の衛星番号、ドップラー周波数に対応した周波数オフセットデータ、Ｃ／Ａコード相関のためのコードフェーズに対応した疑似距離データを取得する。

測位計算手段６０４は、受信した３個以上の衛星信号の衛星軌道情報（エフェメリス）を用いて現在地の測位計算を行う。この測位計算手段６０４で計算された測位データは、制御部４１に出力される。
時刻計算手段６０５は、受信した衛星信号から取得したＺカウントにより現在時刻を算出する処理を行う。この時刻計算手段６０５で算出された時刻データも、制御部４１に出力される。

衛星配置テーブル作成手段６０６は、時刻情報の受信処理時に、衛星情報取得手段６０３で取得した各情報を、受信時刻とともに、後述するように、フラッシュメモリー６６に記憶される衛星配置テーブル６６０に記憶する。
測位サーチ順序設定手段６０７は、測位処理時に、フラッシュメモリー６６に記憶される衛星配置テーブル６６０を参照し、ＧＰＳ衛星５をサーチする順番を設定する。

［電源供給装置の構成］
電源供給装置９０は、充電用コイル２２、充電制御回路２８、二次電池２４、第１レギュレーター９１、第２レギュレーター９２、電圧検出回路９３を含んで構成されている。

二次電池２４は、第１レギュレーター９１を介して表示制御部４０に駆動電力を供給し、第２レギュレーター９２を介してＧＰＳ受信部３０に駆動電力を供給する。
充電用コイル２２は、充電制御回路２８を通じて二次電池２４に電力を供給して二次電池２４を充電する。
電圧検出回路９３は、二次電池２４の電圧をモニターし、制御部４１に出力する。従って、制御部４１は、二次電池２４の電圧を把握して受信処理を制御できる。

なお、本実施形態では、電池２４として、リチウムイオン電池などの充電可能な二次電池を用いていたが、リチウム電池などの一次電池を用いてもよい。また、二次電池を設けた場合の充電方法は、本実施形態のような、充電用コイル２２を設けて外部の充電器から電磁誘導方式で充電するものに限らず、例えばＧＰＳ付き腕時計１にソーラーセル等の発電機構を設けて充電してもよい。

［ＧＰＳ衛星の軌道］
次に、本実施形態において位置情報衛星の具体例であるＧＰＳ衛星の軌道に関し、説明する。図７は、全３１個のＧＰＳ衛星（Ｇ０１〜Ｇ３１）が上空に現れる時間帯を示している（ある都市の2009年1月1日の例）。なお、図７において、太い実線部分は、仰角が１０度以上のＧＰＳ衛星を捕捉対象とした場合、つまり仰角マスクを１０度に設定した場合に、各ＧＰＳ衛星を受信可能な時間帯を示している。
この図から分かるように、仰角マスク１０度の設定では、常時４〜８個程度のＧＰＳ衛星は捕捉可能である。そして、ＧＰＳ衛星はほぼ２４時間毎に同じ軌道を通るため、１時間毎もしくは３０分毎に測時の受信を行えば衛星配置テーブル６６０を作成できる。

一方、図８は、時間毎のＧＰＳ衛星の仰角の変化を表した図である。例示として、図７における０時〜９時の各ＧＰＳ衛星の仰角の変化を示している。
ここで、仰角が高い場合は、ＧＰＳ衛星とＧＰＳ付き腕時計１の距離が近いので擬似距離データは小さくなる。また、信号が強いのでＳＮＲは大きくなり、相対的な速度は小さくなるので周波数シフトは小さくなる。また、仰角が低く衛星がこれから昇ってくる場合は、ＧＰＳ衛星との距離が大きいので擬似距離データは大きくなり、ＳＮＲは小さくなって、ドップラー周波数は高くなる。一方、ＧＰＳ衛星がこれから沈んでいく場合は、擬似距離データは大きく、ＳＮＲも小さくなって、ドップラー周波数は低くなる。
従って、これらのＳＮＲ、ドップラー周波数、擬似距離データを、衛星配置テーブル６６０に衛星情報として記憶しておき、測時処理時にこれらのデータを読み取れば、アルマナックを取得しなくとも簡易的に衛星軌道を予測することができる。

［時刻テーブルの構成］
次に、本実施形態において、記憶部４６に記憶されて時刻情報修正手段４１１による自動受信が行われる時刻が記憶された初期受信時刻テーブル４６１と，更新受信時刻テーブル４６２について説明する。
なお、後述するように、初期受信時刻テーブル４６１は、衛星配置テーブル６６０を作成する際に用いられるものであり、更新受信時刻テーブル４６２は、衛星配置テーブル６６０の作成後に用いられるものである。

初期受信時刻テーブル４６１は、図９に示すように、月曜日から日曜日までの７日間で４８回の受信を行うように設定されている。すなわち、月曜日は、０：００、３：３０、７：００、１０：３０、１４：００、１７：３０、２１：００まで、３時間半間隔で７回の受信を行うように設定されている。同様に、火曜日から土曜日までは、１回目が３０分毎ずれており、その１回目から３時間半間隔で７回の受信を行うように設定されている。
日曜日は、土曜日に対して１回目が３０分ずれており、その１回目から３時間半間隔で６回の受信を行うように設定されている。従って、１週間で７回×６日＋６回×１日＝４８回の受信を行うように設定されている。

一方、更新受信時刻テーブル４６２は、図１０に示すように、１日に１回の受信とされ、その受信時刻が毎日３０分ずれるように設定されている。従って、４８日経過すると、受信時刻が３０分ずれた受信処理が４８回行われるように設定されている。

［衛星配置テーブルの構成］
次に、本実施形態において、ＧＰＳ受信部３０のフラッシュメモリー６６に記憶される衛星配置テーブル６６０について説明する。
衛星配置テーブル６６０は、衛星情報取得手段６０３で取得された衛星情報が受信時刻毎に記憶されるものである。ここで、受信時刻は、前記初期受信時刻テーブル４６１に記載したように、０：００から３０分間隔であるため、衛星配置テーブル６６０の完成時には４８個の受信時刻が存在することになる。

衛星配置テーブル６６０には、図１１に示すように、受信時刻と、受信衛星１〜４までの衛星情報が記憶される。衛星情報は、具体的には、衛星番号ＳＶ、信号強度に対応したＳＮＲデータ、ドップラー周波数に対応した周波数オフセットデータ、Ｃ／Ａコード相関のためのコードフェーズに対応した疑似距離データが記憶されている。
また、受信衛星１〜４は、その受信時刻に複数の位置情報衛星からの衛星信号を受信した場合に、信号レベル（ＳＮＲ）が高い位置情報衛星の順で受信衛星１から４まで記憶している。従って、受信した衛星信号が３個の場合には、受信衛星１〜３のみに記憶され、２個の場合には受信衛星１〜２のみに記憶され、１個の場合には受信衛星１のみに記憶される。

［受信処理］
以下、本実施形態のＧＰＳ付き腕時計１における受信処理の手順について説明する。
まず、時刻情報修正手段４１１による自動測時処理について、図１２のフローチャートも参照して説明する。

［自動測時処理］
ＧＰＳ付き腕時計１の時刻情報修正手段４１１は、まず、衛星配置テーブル６６０が未完成であるか否かを確認する（ステップ１、以下ステップを「Ｓ」と略す）。
ここで、時刻情報修正手段４１１は、衛星配置テーブル６６０が未完成の場合は初期受信時刻テーブル４６１を参照し（Ｓ２）、完成済みの場合は更新受信時刻テーブル４６２を参照する（Ｓ３）。

次に、時刻情報修正手段４１１は、ＲＴＣ４５で計時している内部時計が各受信時刻テーブル４６１，４６２で設定された受信時刻（受信タイミング）になったかを判断する（Ｓ４）。
例えば、時刻情報修正手段４１１は、システムリセット後や、時差変更操作で衛星配置テーブル６６０がリセットされた場合には、初期受信時刻テーブル４６１を参照し、内部時刻から現在の曜日を把握し、その曜日に設定された各受信時刻になったか否かを判断する。
Ｓ４で受信時刻になっていなければ、時刻情報修正手段４１１は、Ｓ４の判断処理を繰り返し実行する。
一方、Ｓ４で受信時刻になった場合は、時刻情報修正手段４１１は、ベースバンド部６０に受信開始を指示する制御信号を出力して測時モードでの受信処理を開始する（Ｓ５）。
ここで、初期受信時刻テーブル４６１を参照してＳ５の受信処理を行う場合は、１日に数回の定時受信を行い、衛星情報およびＺカウントの取得を試みることになる。
一方、衛星配置テーブル６６０が完成した場合は、更新受信時刻テーブル４６２を参照してＳ５の受信処理を行うため、１日に１度、受信処理が行われる。これは、１日に１度、受信に成功してＺカウントを取得できれば、その日は、それ以上、受信を行う必要は無いからである。すなわち、ＲＴＣ４５の精度から、１日に１度の時刻修正を行えば、１日に１秒以上ずれることはないからである。

受信処理が開始されると、衛星検索手段６０１は、衛星サーチ処理を行う（Ｓ６）。
そして、衛星検索手段６０１は、衛星を捕捉できたかを判断する（Ｓ７）。衛星検索手段６０１は、Ｓ７で捕捉できていないと判断した場合、Ｓ５の受信開始からの経過時間が所定のタイムアウト時間（例えば、１〜２分）になったか否かを判断する（Ｓ８）。

衛星検索手段６０１はＳ８でタイムアウト時間を経過してタイムアウトになった場合には受信を終了する（Ｓ９）。
一方、衛星検索手段６０１はＳ８でタイムアウトになっていない場合には、Ｓ６の衛星サーチ処理から再度実行する。

衛星検索手段６０１は、Ｓ７で衛星を捕捉できたと判断した場合は、所定の受信時間が経過したか否かを判断する（Ｓ１０）。ここで、所定の受信時間とは、３０秒〜１分間程度に設定される。Ｓ１０で「Ｎｏ」と判断された場合、Ｓ７，Ｓ１０の処理を繰り返す。
この所定の受信時間（３０秒から１分間程度）の間、受信処理を継続することで、複数の衛星信号（衛星データ）が受信される。

次に、受信レベル取得手段６０２は、受信した各衛星データの信号レベル（ＳＮＲ）を取得し、衛星情報取得手段６０３は、受信信号から衛星情報を取得する。そして、衛星配置テーブル作成手段６０６は、受信レベル取得手段６０２で取得されたＳＮＲを参照して、最良条件（ＳＮＲが大きく、疑似距離データが小さい）の衛星を選択し、衛星情報取得手段６０３で取得された衛星データのうち、ＳＮＲが大きい順に４個の衛星までのデータを衛星配置テーブル６６０に記憶する（Ｓ１１）。この際、受信レベル取得手段６０２は、Ｚカウントが取得できたか否かに関係なく、捕捉した衛星情報を衛星配置テーブル６６０に記憶する。

衛星情報取得手段６０３は、前記最良条件の衛星信号の受信を継続し、Ｚカウントが取得できたかを判断する（Ｓ１２）。
Ｓ１２で取得できていた場合、時刻計算手段６０５は、取得したＺカウントの整合を確認する（Ｓ１３）。具体的には、時刻計算手段６０５は、最初のＺカウントを取得した時点では、そのＺカウントを制御部４１のＲＴＣ４５の時刻データと比較し、その差が所定値以内であるか否かで整合がとれているかを確認する（Ｓ１３）。Ｓ１３では、比較した時刻の差があまりにも大きい場合（例えば、５秒以上の差がある場合）には、整合が取れていないと判定する。
そして、Ｓ１２，１３でそれぞれ「Ｎｏ」と判断された場合、衛星情報取得手段６０３はＳ１０で所定時間が経過した後、最良条件の衛星が選択された後の経過時間が所定のタイムアウト時間（例えば３０秒）を経過したか否かを判断する（Ｓ１４）。

Ｓ１４で「Ｎｏ」と判断された場合、Ｓ１２，Ｓ１３の処理を繰り返す。ＧＰＳ衛星信号では、Ｚカウントは６秒間隔で受信できるため、Ｓ１４のタイムアウト時間が３０秒であれば、タイムアウトになるまでにＺカウントを５回受信して整合しているかを判断できる。従って、取得したＺカウントが内部時刻と整合していない場合には、次の６秒後のサブフレームのＺカウントを取得することになる。
そして、時刻計算手段６０５は、複数のＺカウントを取得した場合には、複数のＺカウント同士で整合が取れている場合、つまり６秒間隔のデータとなっている場合には、取得したＺカウント（時刻データ）の整合が取れていると判断する（Ｓ１３）。

Ｓ１４でタイムアウトになった場合、衛星情報取得手段６０３は受信を終了する（Ｓ９）。
一方、Ｓ１３で整合が取れていることが確認できれば、衛星情報取得手段６０３は受信を終了し（Ｓ１５）、時刻計算手段６０５は時刻データを制御部４１に出力し、制御部４１の時刻情報修正手段４１１は取得した時刻データに基づいて時刻情報を修正する（Ｓ１６）。時刻が修正されると、表示制御手段４１３は駆動回路４２を介して指針３の表示を修正する。

以上により、各受信時刻における時刻情報の受信処理および衛星配置テーブル６６０のデータ蓄積処理が終了する。従って、Ｓ１で「Ｙｅｓ」と判定されている間は、初期受信時刻テーブル４６１に記憶された受信時刻に上記Ｓ１からＳ１６の処理が行われて、衛星配置テーブル６６０の各受信時刻のデータが蓄積される。
一方、衛星配置テーブル６６０のすべての受信時刻のデータが蓄積された後は、Ｓ１で「Ｎｏ」と判定されるため、Ｓ３で更新受信時刻テーブル４６２を参照し、その受信時刻にＳ４〜Ｓ１６の処理を行う。すなわち、１日に１回の受信が行われる。

［測位処理］
次に、利用者がボタン７等を操作して測位操作が行われた場合の処理に関し、図１３に示すフローチャートに基づいて説明する。
まず、測位処理手段４１２は、測位操作があるか否かを判断し（Ｓ２１）、測位操作があれば、ベースバンド部６０に対して制御信号を出力して測位モードでの受信処理を開始する（Ｓ２２）。このように本実施形態の測位処理手段４１２は、ユーザーによる測位操作が行われた場合のみ動作し、自動的に測位処理を実行することはない。すなわち、測位処理は、複数の衛星を捕捉して測位データを受信する必要があり、周囲に障害物が無く受信環境が良好な場所でないと実行できない。そして、自動的に測位処理を実行すると、受信環境が良好ではない場所で処理を行い、無駄な受信処理を実行してしまう可能性がある。このため、本実施形態では、ユーザーが良好な受信環境と判断した場合に受信処理を行うことができるように、ユーザーが手動操作で測位処理を実行した場合のみ受信処理を行い、無駄な受信処理を防止している。

受信開始が指示されると、ベースバンド部６０の測位サーチ順序設定手段６０７は、フラッシュメモリー６６に記憶されている衛星配置テーブル６６０から、現在時刻つまり測位操作が行われた時刻に最も近い受信時刻の受信衛星１〜４のデータを読み出し、衛星サーチ順を設定する（Ｓ２３）。
そして、衛星検索手段６０１は、設定された衛星サーチ順に基づき、衛星サーチ処理を行う（Ｓ２４）。具体的には、例えば３１個のＧＰＳ衛星５が存在する場合、まず、衛星検索手段６０１は、サーチ順が１番目の衛星番号ＳＶのＣ／Ａコードと同一のパターンのローカルコードを発生させる。次に、衛星検索手段６０１は、ベースバンド信号に含まれるＣ／Ａコードとローカルコードの相関値を計算する。ベースバンド信号に含まれるＣ／Ａコードとローカルコードが同じコードであれば相関値は所定のタイミングでピークを持つが、異なるコードであれば相関値はピークをもたず常にほぼゼロとなる。

従って、衛星検索手段６０１は、ベースバンド信号に含まれるＣ／Ａコードとローカルコードの相関値が最大になるようにローカルコードの発生タイミングを調整し、相関値が所定の閥値以上の場合には衛星番号ＳＶのＧＰＳ衛星５を捕捉したものと判断する。この際、受信レベル取得手段６０２は衛星信号の信号レベルを取得し、衛星検索手段６０１はこの信号レベルが所定レベル以上の場合、そのＧＰＳ衛星５を捕捉できたものと判断する。
衛星検索手段６０１は、このような衛星サーチ処理を、前記測位サーチ順序設定手段６０７で設定された順序で行い、サーチ順の各衛星を捕捉する。

衛星検索手段６０１は、測位を行うために必要な所定数（３個）以上の衛星信号を捕捉できたかを判断する（Ｓ２５）。
Ｓ２５で「Ｙｅｓ」と判断された場合は、衛星情報取得手段６０３は、捕捉した衛星信号から衛星軌道データ（エフェメリス）を取得できたかを判断する（Ｓ２６）。
Ｓ２６で「Ｙｅｓ」と判断された場合は、測位計算手段６０４は、取得した衛星軌道データに基づいて測位計算を行い、測位計算を完了したかを判断する（Ｓ２７）。

そして、Ｓ２５，Ｓ２６，Ｓ２７で「Ｎｏ」と判断された場合、衛星検索手段６０１は、タイムアウト時間を経過したかを判断する（Ｓ２８）。すなわち、衛星検索手段６０１は、受信開始からの経過時間が、予め設定されたタイムアウト時間を経過したか否かを判断する。ここで、タイムアウト時間は、衛星信号を受信できる状態であれば、通常、測位処理を完了できる時間であり、例えば、３〜５分程度に設定される。

衛星検索手段６０１は、Ｓ２８でタイムアウトであると判定された場合は受信処理を終了する（Ｓ２９）。
一方、衛星検索手段６０１は、Ｓ２８でタイムアウトではないと判定された場合は、衛星サーチ処理Ｓ２４に戻り、サーチ済みの衛星以外の他の衛星のサーチを行う。すなわち、測位サーチ順序設定手段６０７は、測位操作時刻に最も近い受信時刻の衛星の次のサーチ順として、受信時刻が２番目に近い衛星の中で１番目の衛星番号以外の衛星を設定し、その次には受信時刻が３番目に近い衛星の中で未サーチの衛星を設定する。このため、衛星検索手段６０１は受信時刻が近い衛星から順次サーチを行うことになる。
なお、受信時刻が１番目の４つの衛星のなかで、例えば２つの衛星信号の衛星軌道データを取得できている場合には、受信時刻が２番目の衛星の中で残り２つの衛星軌道データを取得すればよい。すなわち、衛星サーチ処理は、測位計算に必要な数の衛星軌道データを取得できるまで順次行えばよい。

Ｓ２７で「Ｙｅｓ」と判定された場合、測位計算手段６０４は測位データを制御部４１に出力し、制御部４１の測位処理手段４１２は、測位データを記憶部４６に記憶すると共に、表示制御手段４１３によりＬＣＤ駆動回路４３を介してディスプレイ４に測位結果を表示する（Ｓ３０）。
制御部４１は、利用者によって受信終了の操作が行われたかを確認する（Ｓ３１）。ここで、終了操作が行われていれば、受信を終了する（Ｓ２９）。

一方、終了操作が行われていなければ、制御部４１は電圧検出制御手段４１４を介して電圧検出回路９３により二次電池２４の電圧を検出し、電源電圧が所定電圧未満に低下したかを判定する（Ｓ３２）。
ここで、所定電圧未満に低下した場合には、そのまま受信処理を継続するとシステムダウンを生じさせるため、制御部４１は受信を終了する（Ｓ２９）。
一方、電源電圧が所定電圧以上であれば、受信終了操作が行われるまで、Ｓ２５〜Ｓ３２の処理を繰り返す。
従って、制御部４１は逐次測位データが入力されるため、ＧＰＳ付き腕時計１を装着している利用者の移動距離が分かり、その移動にかかった時間もＲＴＣ４５の内部時刻を計時することで把握できる。このため、例えば、ランニング中の移動距離や時間が測定でき、それらのデータを元に、走行距離、速度、ペースなどを測定してディスプレイ４に表示することができる。このため、利用者は、自分のランニング状態等を常に把握でき、適切なトレーニングを行うことができる。

［第１実施形態の作用効果］
本実施形態によれば、時刻情報を取得する測時処理時に、受信できた衛星番号やＳＮＲ等の衛星情報を衛星配置テーブル６６０に記憶し、測位処理時には、衛星配置テーブル６６０を参照し、測位処理時に近い受信時刻に受信できた衛星番号を元にサーチ順を設定しているので、アルマナックデータを備えていないコールドスタート時であっても、その時点で受信できる可能性が高いＧＰＳ衛星５をサーチすることができる。このため、測位に必要な衛星信号を捕捉するまでの時間ＴＴＦＦを短縮でき、測位情報を短時間で取得することができる。このため、測位処理時の電力消費も低減でき、腕時計のような電池駆動の時計においても持続時間を長くすることができる。

また、衛星配置テーブル６６０を参照してサーチ順を設定するのは、測位受信時のみであり、時刻情報を受信する際にはサーチ順を設定していない。このため、衛星配置テーブル６６０が十分に作成されていない状態でも時刻情報の受信処理は問題無く実行でき、利用者の利便性低下を防止できる。
さらに、測時処理時には測位サーチ順序設定手段６０７でサーチ順を設定していなくても時刻情報を短時間で受信することができる。すなわち、測時処理は１個のＧＰＳ衛星５を捕捉すれば良いため、サーチ時間も短くでき、かつ、Ｚカウントは６秒毎に送信されるため、１個でも衛星を捕捉できれば、時刻情報は最長でも３０秒程度の短時間で受信できる。

さらに、衛星配置テーブル６６０は、３０分間隔の受信時刻で記憶されているので、利用者の操作で行われるために受信時刻を設定できない測位処理の場合でも、衛星配置テーブル６６０においては測位処理時刻に対して３０分以内のデータが記憶されているので、その測位処理時刻でも十分に受信可能な衛星によってサーチ順を設定することができ、衛星信号を捕捉できる可能性も向上できる。

また、衛星配置テーブル６６０を作成する場合に、初期受信時刻テーブル４６１に基づき、１日に７回受信して１週間で作成している。このため、１日での受信回数をより多くした場合に比べて、１日での電力消費を抑えることができ、かつ、受信結果が受信環境、例えば、時計が受信し難い室内に配置されているか否かなどに大きく左右される可能性を低減できる。
また、７日以上の日数で衛星配置テーブル６６０を作成する場合に比べて、短期間で作成できる。すなわち、本実施形態では、１日での電力消費と、衛星配置テーブル６６０の作成期間とのバランスを考慮しているので、衛星配置テーブル６６０を効率的に作成できる。

さらに、一旦、衛星配置テーブル６６０を作成した後は、更新受信時刻テーブル４６２により１日に１回の受信処理で更新しているので、電力消費をより一層低減できる。
また、時計としての精度は、通常のクオーツ時計では、日差±０．５秒程度であるため、時刻情報の受信は１日１回で十分であり、この場合、時刻精度も十分に維持できる。

また、衛星配置テーブル６６０では、各受信時刻に４個の衛星情報を記憶しているので、測位受信のために必要な衛星数でサーチ順を設定できる。なお、５個以上の衛星情報を記憶していれば、測位時の衛星捕捉は早くなるが、測時処理時の受信時間が長くなって電力消費量が増大する。従って、本実施形態のように４個の衛星情報を記憶すれば、測位処理を短時間で行え、かつ、測時処理時の電力消費を抑えることができる。

［変形例］
なお、本発明は前記各実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
例えば、前記測位サーチ順序設定手段６０７は、前記衛星配置テーブル６６０に記憶されている受信時刻およびその受信時刻で受信した位置情報衛星のデータの中で、前記測位処理手段４１２の作動時刻に対する時間差が設定時間以上の受信時刻の位置情報衛星はサーチ対象としないようにしてもよい。
このようにすれば、特に、衛星配置テーブル６６０のデータが十分に揃っていない場合に、測位処理手段４１２の作動時刻に近い受信時刻（例えば時間差が６時間以内となる受信時刻）の位置情報衛星のデータが蓄積されておらず、最も近い受信時刻が６時間以上の場合に、それらの位置情報衛星はサーチ対象とせず、他の位置情報衛星をサーチ対象とすることで、位置情報衛星を捕捉できる可能性を向上でき、サーチ処理時間も短縮できる。

また、ボタン７，８等の外部操作部材の操作によって、計時手段で計時している時刻の時差を設定する時差設定手段を備え、衛星配置テーブル作成手段６０６は、時差設定手段によって時差が修正された場合には、衛星配置テーブル６６０のデータをリセットしてもよい。この場合、衛星配置テーブル６６０が初期化されているので、前記時刻情報修正手段４１１を作動させて衛星信号を受信し、その受信時刻、および、受信した位置情報衛星の情報が記憶された衛星配置テーブル６６０を再度作成すればよい。

このようにすれば、前回、衛星配置テーブル６６０を作成した地域から大きく移動している場合に、衛星配置テーブル６６０のデータをリセットし、再度、その移動先において衛星信号を受信して衛星配置テーブル６６０を再度作成することができる。このため、移動先において、その場所には適さない衛星配置テーブル６６０を利用することがなく、その移動先に適した衛星配置テーブル６６０を再度作成することで、移動先においても位置情報衛星の捕捉処理を効率的に行うことができる。

衛星配置テーブル６６０は、３０分間隔で受信時刻を設定していたが、１時間間隔で設定してもよい。この場合、初期受信時刻テーブル４６１や更新受信時刻テーブル４６２の受信時刻の設定も適宜変更すればよい。
また、初期受信時刻テーブル４６１は、１日に７回受信するようにしていたが、８回以上受信するようにしてもよいし、６回以下の受信回数としてもよい。
さらに、更新受信時刻テーブル４６２は、１日に１回の受信としていたが、２回以上の受信に設定してもよい。
また、初期受信時刻テーブル４６１や更新受信時刻テーブル４６２で設定された時刻での測時処理に失敗した場合に、１日に１回の受信を確保するため、屋外に移動したことを検出して測時処理を自動的に行うようにしてもよい。屋外に移動したことを検出する方法としては、例えば、ＧＰＳ付き腕時計１にソーラーパネルを設置し、その発電量の変化によって屋外であるかを判断する方法などが利用できる。

衛星配置テーブル６６０に記憶する衛星情報は、少なくとも衛星のサーチ順を設定するための衛星番号ＳＶは記憶する必要があるが、それ以外のデータは必ずしも記憶する必要は無い。
また、衛星配置テーブル６６０には４個の衛星情報を記憶していたが、５個以上の衛星情報を記憶しても良い。

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

本発明の衛星信号受信装置付き電子時計は、指針３およびディスプレイ４を有するコンビネーション時計に限らず、ディスプレイのみを有するデジタル時計に適用してもよい。さらに、本発明は、腕時計に限らず、懐中時計などの各種時計や、携帯電話機、デジタルカメラや各種携帯情報端末等の電子時計機能を有する機器に適用してもよい。

１…ＧＰＳ付き腕時計、５…ＧＰＳ衛星、１１…ＧＰＳアンテナ、３０…ＧＰＳ受信部、４０…表示制御部、４１…制御部、４２…駆動回路、４３…ＬＣＤ駆動回路、４６…記憶部、５０…ＲＦ部、６０…ベースバンド部、６６…フラッシュメモリー、４１１…時刻情報修正手段、４１２…測位処理手段、４１３…表示制御手段、４１４…電圧検出制御手段、４６１…初期受信時刻テーブル、４６２…更新受信時刻テーブル、６０１…衛星検索手段、６０２…受信レベル取得手段、６０３…衛星情報取得手段、６０４…測位計算手段、６０５…時刻計算手段、６０６…衛星配置テーブル作成手段、６０７…測位サーチ順序設定手段、６６０…衛星配置テーブル。

Claims (10)

1. 位置情報衛星から送信される衛星信号を受信する受信手段と、
   前記受信手段を制御して受信処理を行う受信制御手段と、
   時刻を計時する計時手段と、
   外部操作部材とを備え、
   前記受信制御手段は、
   少なくとも１つの位置情報衛星を捕捉し、その位置情報衛星から送信される衛星信号を受信し、その衛星信号に含まれる時刻情報を取得して前記計時手段で計時される時刻を修正する時刻情報修正手段と、
   ３個以上の位置情報衛星を捕捉し、それらの位置情報衛星から送信される衛星信号を受信し、その衛星信号に含まれる位置情報を取得して測位処理を行う測位処理手段と、
   前記時刻情報修正手段で衛星信号を受信した際に、その受信時刻、および、受信した位置情報衛星の情報が記憶された衛星配置テーブルを作成する衛星配置テーブル作成手段と、
   前記外部操作部材の操作によって前記測位処理手段が作動された際に、位置情報衛星をサーチする順序を、前記衛星配置テーブルにおいて、測位処理手段の作動時刻に受信時刻が近い位置情報衛星の順序に設定する測位サーチ順序設定手段と
   を備える
   ことを特徴とする衛星信号受信装置付き電子時計。
2. 請求項１に記載の衛星信号受信装置付き電子時計において、
   前記測位サーチ順序設定手段は、前記衛星配置テーブルに記憶されている受信時刻およびその受信時刻で受信した位置情報衛星のデータの中で、前記測位処理手段の作動時刻に対する受信時刻の時間差が設定時間以上の位置情報衛星はサーチ対象としない
   ことを特徴とする衛星信号受信装置付き電子時計。
3. 請求項１または請求項２に記載の衛星信号受信装置付き電子時計において、
   前記衛星配置テーブル作成手段は、
   １日を一定間隔で区切った所定時刻毎に受信時刻を設定し、
   前記時刻情報修正手段を作動させて衛星信号を受信する処理は、１日に１回以上かつ前記設定された受信時刻の数未満とし、複数の日数で前記すべての受信時刻における衛星信号の受信処理を行って前記衛星配置テーブルを作成する
   ことを特徴とする衛星信号受信装置付き電子時計。
4. 請求項３に記載の衛星信号受信装置付き電子時計において、
   前記衛星配置テーブル作成手段は、
   前記設定されたすべての受信時刻で受信できた位置情報衛星の情報が記憶されて衛星配置テーブルが完成した後は、前記時刻情報修正手段による衛星信号の受信サイクルを、衛星配置テーブルの作成処理時の受信サイクルに比べて長い期間に変更する
   ことを特徴とする衛星信号受信装置付き電子時計。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の衛星信号受信装置付き電子時計において、
   前記外部操作部材の操作によって、前記計時手段で計時している時刻の時差を設定する時差設定手段を備え、
   前記衛星配置テーブル作成手段は、
   前記時差設定手段によって時差が修正された場合には、衛星配置テーブルのデータをリセットし、前記時刻情報修正手段を作動させて衛星信号を受信し、その受信時刻、および、受信した位置情報衛星の情報が記憶された衛星配置テーブルを再度作成する
   ことを特徴とする衛星信号受信装置付き電子時計。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の衛星信号受信装置付き電子時計において、
   前記時刻情報修正手段は、位置情報衛星の概略の軌道情報は受信しないことを特徴とする衛星信号受信装置付き電子時計。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の衛星信号受信装置付き電子時計において、
   前記衛星配置テーブル作成手段は、
   衛星配置テーブルに、受信時刻、衛星番号、ドップラー周波数に対応した周波数オフセットデータ、信号強度に対応したＳＮＲデータ、Ｃ／Ａコード相関のためのコードフェーズに対応した疑似距離データを記憶する
   ことを特徴とする衛星信号受信装置付き電子時計。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の衛星信号受信装置付き電子時計において、
   前記衛星配置テーブル作成手段は、
   時刻情報修正手段を作動させて衛星信号を受信した際に、複数の位置情報衛星からの衛星信号を受信した場合には、受信信号の条件が良い所定数の位置情報衛星の情報を前記衛星配置テーブルに記憶する
   ことを特徴とする衛星信号受信装置付き電子時計。
9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載の衛星信号受信装置付き電子時計において、
   前記測位処理手段は、
   前記測位サーチ順序設定手段によって設定された順序で位置情報衛星をサーチして位置情報衛星を捕捉できた場合には、捕捉した位置情報衛星の衛星信号から衛星軌道データを取得する処理と、測位計算を行う処理とを、利用者が外部操作部材によって受信完了操作を行うまで、または、電源電圧が設定電圧以下に低下するまで繰り返し実行し、
   前記位置情報衛星を捕捉できない場合、軌道情報データを取得できない場合、測位計算を行うことができなかった場合のいずれかの場合は、予め設定されたタイムアウト時間になるまで、前記測位サーチ順序設定手段によって設定された順序で位置情報衛星をサーチして衛星を捕捉する
   ことを特徴とする衛星信号受信装置付き電子時計。
10. 位置情報衛星から送信される衛星信号を受信する受信手段と、
    前記受信手段を制御して受信処理を行う受信制御手段と、
    時刻を計時する計時手段と、
    外部操作部材とを備えた衛星信号受信装置付き電子時計の受信制御方法であって、
    少なくとも１つの位置情報衛星を捕捉し、その位置情報衛星から送信される衛星信号を受信し、その衛星信号に含まれる時刻情報を取得して前記計時手段で計時される時刻を修正する時刻修正工程と、
    ３個以上の位置情報衛星を捕捉し、それらの位置情報衛星から送信される衛星信号を受信し、その衛星信号に含まれる位置情報を取得して測位処理を行う測位処理工程と、
    前記時刻修正工程により衛星信号を受信した際に、その受信時刻、および、受信した位置情報衛星の情報が記憶された衛星配置テーブルを作成する衛星配置テーブル作成工程と、
    前記外部操作部材の操作によって前記測位処理工程が実行された際に、位置情報衛星をサーチする順序を、前記衛星配置テーブルにおいて、測位処理手段の作動時刻に最も受信時刻が近い位置情報衛星の順序に設定する測位サーチ順序設定工程と、
    を備えることを特徴とする衛星信号受信装置付き電子時計の受信制御方法。

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