JP2011226866A - Gps timepiece and its method - Google Patents
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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. It is disclosed. (For example, see 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. A watch that corrects and displays the above is also disclosed. (For example, see Patent Document 2)
このような従来のGPS計時装置について、図3を基に説明する。 Such a conventional GPS timing device will be described with reference to FIG.
図3における従来のGPS計時装置では、位置情報衛星からの電波をアンテナにより電気信号に変換する。 In the conventional GPS timing device in FIG. 3, the radio wave from the position information satellite is converted into an electric signal by the antenna.
RF手段では、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。 The RF means down-converts the frequency by mixing with local oscillation.
組合せ復調手段では、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相関器で捕捉するとともに、トラッキングしてCAコードの1msの各サイクルに重畳している航法メッセージデータを抽出する。 The combination demodulator captures the repeated radio waves from the position information satellite for each frequency to be searched by the correlator, and extracts the navigation message data that is tracked and superimposed on each 1 ms cycle of the CA code.
さらに、CAコードの1サイクル1ms毎の航法メッセージデータのビットの境界を抽出して、各ビットを構成する20ms分の航法メッセージ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を抽出する。 Furthermore, the navigation message data bit boundaries for each 1 ms cycle of the CA code are extracted, the navigation message data for 20 ms constituting each bit is aggregated, and the navigation message received and extracted from repeated subframes. Time information is extracted from the navigation message data while ensuring the reliability of the received data by confirming that there is no inconsistency in the data.
現在時刻算出手段は、航法メッセージデータから抽出した時刻情報から協定世界時刻(UTC)を算出し、さらに現在位置で決まる時差を加味したローカル時刻を算出する。 The current time calculation means calculates a coordinated universal time (UTC) from the time information extracted from the navigation message data, and further calculates a local time taking into account the time difference determined by the current position.
RTC手段は、一般的な水晶時計で使われる水晶発振回路を有し、その発振クロックをカウントして内部時刻(RTC時刻)を計時する。GPS受信で得られた正確な現在時刻を現在時刻算出手段から受け取り、RTC時刻を修正する事ができる。RTC手段で計時されるRTC時刻は、図13に示すような時刻表示手段で表示される。 The RTC means has a crystal oscillation circuit used in a general crystal clock, and counts the oscillation clock to measure the internal time (RTC time). The exact current time obtained by GPS reception can be received from the current time calculation means, and the RTC time can be corrected. The RTC time counted by the RTC means is displayed by time display means as shown in FIG.
これら一連の手段は、制御手段によって制御される。 These series of means are controlled by the control means.
時刻表示手段は、現在位置で決まる時差を加味したローカル時刻を表示する必要があるので、一般的には現在時刻算出手段では時差を加算したローカル時刻を算出する。その場合、RTC時刻も時差を加算したローカル時刻を計時し、そのまま時刻表示手段でローカル時刻を表示する。 Since the time display means needs to display the local time taking into account the time difference determined by the current position, the current time calculation means generally calculates the local time by adding the time difference. In that case, the RTC time is also measured by adding the time difference, and the local time is displayed as it is by the time display means.
一方、RTC時刻を協定世界時刻(UTC)で計時する事も可能であり、その場合、現在時刻算出手段は現在の協定世界時刻(UTC)を算出してRTC時刻を補正する。時刻表示手段でローカル時刻を表示するときは、RTC時刻に現在位置で決まる時差を加算して表示する。 On the other hand, it is also possible to measure the RTC time in the Coordinated Universal Time (UTC), in which case the current time calculating means calculates the current Coordinated Universal Time (UTC) and corrects the RTC time. When the local time is displayed by the time display means, the time difference determined by the current position is added to the RTC time and displayed.
従来のGPS計時装置による、現在時刻の修正を工程で説明すると図4のようになる。 The correction of the current time by the conventional GPS timing device will be described in the process as shown in FIG.
GPS計時装置は、RTCの時刻精度を正確に保つために一定の周期(例えば1日に一回)でGPS信号を受信し、時刻を修正するのが一般的である。そのために、受信時刻判定工程でGPS信号を受信する時刻になるのを確認し、GPS信号受信工程でGPS信号を受信して時刻情報を抽出し、現在時刻算出工程で現在時刻を算出する。 In general, the GPS timing device receives a GPS signal at a constant period (for example, once a day) and corrects the time in order to accurately maintain the time accuracy of the RTC. For this purpose, it is confirmed that the time for receiving the GPS signal is reached in the reception time determining step, the GPS signal is received in the GPS signal receiving step, time information is extracted, and the current time is calculated in the current time calculating step.
現在時刻が算出されたら、RTC時刻修正工程でRTC時刻を修正し、時刻表示工程で修正した時刻を表示する。 When the current time is calculated, the RTC time is corrected in the RTC time correction process, and the corrected time is displayed in the time display process.
このような手段、あるいは工程で、位置情報衛星から時刻情報を抽出するためには、複数の位置情報衛星をサーチして捕捉し、位置情報衛星からの電波をトラッキングしながらGPS航法メッセージデータを受信し、TLM,TOWなどの時刻情報データとサブフレームIDを抽出する必要がある。TLM、TOWなどの時刻情報データを、連続するサブフレーム(例えば、第1サブフレームと第2サブフレーム)において整合が取れていた場合に、抽出した時刻情報データが正しいと判断してRTC時刻を修正し、時刻を表示し、GPS信号の受信を終了する。もし整合がとれない場合は、整合がとれるまでサブフレームの受信を繰り返す。 In order to extract time information from position information satellites by such means or processes, a plurality of position information satellites are searched and captured, and GPS navigation message data is received while tracking radio waves from the position information satellites. It is necessary to extract time information data such as TLM and TOW and subframe ID. When the time information data such as TLM, TOW, etc. are matched in successive subframes (for example, the first subframe and the second subframe), it is determined that the extracted time information data is correct and the RTC time is calculated. Correct, display the time, and finish receiving GPS signals. If the match cannot be obtained, the reception of the subframe is repeated until the match is obtained.
しかし位置情報衛星からの電波が弱い場合には、連続するサブフレームの受信データの整合がとれるまでに長い時間を要したり、また受信感度を高くするために相関手段を長くしたりすると、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り、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、サーチに要する時間が著しく長くなる。GPS計時装置を、乾電池やボタン型電池などで駆動する場合、GPS信号の受信処理時間が長くなる事で電池の消耗が激しくなり電池寿命が極端に短くなる。 However, if the radio waves from the position information satellite are weak, it takes a long time to match the received data of consecutive subframes, or if the correlation means is lengthened to increase the reception sensitivity, 1 Not only does it take longer to obtain a correlation at one frequency, but the range of frequencies that can be captured is narrowed, and the synergistic effect of increasing the number of frequencies to be searched increases the time required for searching significantly. When the GPS timing device is driven by a dry battery, a button-type battery, or the like, the GPS signal reception processing time becomes long, so that the battery is consumed rapidly and the battery life is extremely shortened.
位置情報衛星は24個以上が地球を周回しており、地上の特定位置で衛星信号を受信する場合、受信する時刻によってどの衛星信号が受信可能であるかが変わる。そのために衛星信号の航法メッセージデータにアルマナック情報が重畳してあり、アルマナック情報を入手すれば全衛星の軌道計算ができ、地球上の現在位置で受信に最適な衛星を選ぶ事ができる。しかしアルマナック情報は時刻情報よりも圧倒的に情報量が多いので、電波の受信状態が悪い時にアルマナック情報を正確に入手するのは時刻情報の入手よりも困難である。 24 or more position information satellites orbit the earth, and when satellite signals are received at a specific position on the ground, which satellite signals can be received depends on the reception time. For this purpose, almanac information is superimposed on the navigation message data of the satellite signal. If the almanac information is obtained, the orbits of all satellites can be calculated, and the most suitable satellite for reception can be selected at the current position on the earth. However, since the almanac information is overwhelmingly larger than the time information, it is more difficult to obtain the almanac information accurately than the time information when the radio wave reception state is poor.
衛星信号からアルマナック情報を受信しない場合は24個以上の全衛星が信号受信の対象になり、また受信する場所と周囲の建物構造によって衛星の信号強度も変わるので、受信可能な衛星をサーチし時刻情報を抽出するまでの受信処理時間は長くなり多くの電力を消費する。 If almanac information is not received from the satellite signal, all 24 or more satellites will be subject to signal reception, and the signal strength of the satellite will also change depending on the receiving location and the surrounding building structure. The reception processing time until information is extracted becomes long and consumes a lot of power.
また、保守点検中の衛星の信号を受信した場合は、信号から抽出する時刻情報が保守点検の為に大きくシフトしている事があり得る。 In addition, when the signal of the satellite under maintenance inspection is received, the time information extracted from the signal may be greatly shifted due to the maintenance inspection.
アルマナック情報を受信しない場合は、24個以上の全衛星を対象にして受信可能な衛星をサーチする事になるので、GPS信号の受信処理時間が長くなり多くの電力を消費する。また、衛星の健康情報を受信しない場合は保守点検中の衛星信号を受信する可能性もあるので、受信によって得られるGPS時刻は大きくシフトしている可能性がある。そのGPS時刻をそのままRTC時刻に反映させると次のGPS信号受信まで間違った時刻表示を続けてしまう。 When the almanac information is not received, the receivable satellites are searched for all 24 or more satellites, so that the GPS signal reception processing time is increased and a large amount of power is consumed. In addition, when satellite health information is not received, there is a possibility that a satellite signal during maintenance inspection may be received, and therefore the GPS time obtained by reception may be greatly shifted. If the GPS time is reflected on the RTC time as it is, an incorrect time display is continued until the next GPS signal reception.
複数の位置情報衛星から電波を受信するRF手段、特定の衛星をサーチして航法メッセージデータを復調する組み合わせ復調手段、航法メッセージデータから時刻情報を抽出しローカル時刻を算出するローカル時刻算出手段、内部時計の時刻を計時するRTC手段、RTC手段による内部時刻を表示する時刻表示手段、前記すべての手段を制御する制御手段を有する時計であり、組み合わせ復調手段から受信する信号の強度を検出する信号強度検出手段を有し、信号強度に従って衛星受信の候補を順位付けると共に、現在時刻算出手段により得られたGPS時刻からRTC手段によるRTC時刻の補正量を算出し、特定の補正量許容範囲と比較する補正量比較手段を有し、時刻の補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きい時に2種類以上の衛星の航法メッセージデータを受信してRTC時刻を補正する。 RF means for receiving radio waves from a plurality of position information satellites, combination demodulation means for searching for specific satellites and demodulating navigation message data, local time calculation means for extracting time information from navigation message data and calculating local time, internal RTC means for measuring the time of the clock, time display means for displaying the internal time by the RTC means, and a control means for controlling all the means, and a signal strength for detecting the strength of the signal received from the combination demodulating means It has detection means, ranks satellite reception candidates according to the signal strength, calculates the RTC time correction amount by the RTC means from the GPS time obtained by the current time calculation means, and compares it with a specific correction amount allowable range There are correction amount comparison means, and when the correction amount of time is larger than a specific correction amount allowable range, two or more types To receive a star of the navigation message data to correct the RTC time.
例えば、第1候補に順位付けられた衛星で得たGPS時刻による時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きい時は、引き続き第2候補の衛星を受信してRTC時刻の補正量を算出し、第2候補の衛星による時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも小さいなら第2候補によるGPS時刻でRTC時刻を補正すると共に、時刻補正量が大きかった第1候補の衛星を衛星受信の候補から外し、第2候補の衛星を第1候補にする。 For example, when the time correction amount based on the GPS time obtained from the satellites ranked as the first candidate is larger than the specific correction amount allowable range, the second candidate satellite is continuously received to calculate the correction amount of the RTC time. If the time correction amount by the second candidate satellite is smaller than the specific correction amount allowable range, the RTC time is corrected by the GPS time by the second candidate, and the first candidate satellite having a large time correction amount is received by satellite. And the second candidate satellite is made the first candidate.
第1候補に順位付けられた衛星で得たGPS時刻による時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きい時に、引き続き第2候補の衛星を受信してRTC時刻の補正量を算出し、第2候補の衛星による時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きくて、第1候補の衛星による時刻補正量と同じなら、第1候補あるいは第2候補によるGPS時刻でRTC時刻を補正する。 When the time correction amount based on the GPS time obtained from the satellites ranked as the first candidate is larger than the specific correction amount allowable range, the second candidate satellite is continuously received to calculate the correction amount of the RTC time. If the time correction amount by the two candidate satellites is larger than the specific correction amount allowable range and is the same as the time correction amount by the first candidate satellite, the RTC time is corrected by the GPS time by the first candidate or the second candidate.
補正方法としては、定期的にGPS信号を受信する事により内部時刻を補正する補正方法であり、内部時計がGPS信号を受信する予定の時刻になった事を判定する工程と、GPS信号の受信工程と、GPS信号の時刻情報から現在時刻を算出する工程と、正確なGPS時刻とRTCによる内部時計の時刻との差から時刻補正量を算出する工程があり、さらにGPS信号の信号強度を判定する工程により信号強度に従って衛星受信の候補を順位付ける工程と、時刻補正量と特定の補正量許容範囲を比較する補正量比較工程を有し、時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きい時に2種類以上の衛星の航法メッセージデータを受信してRTC時刻を補正する。 The correction method is a correction method for correcting the internal time by periodically receiving a GPS signal, the step of determining that the internal clock is scheduled to receive the GPS signal, and the reception of the GPS signal. A step, a step of calculating the current time from the time information of the GPS signal, and a step of calculating a time correction amount from the difference between the accurate GPS time and the time of the internal clock by the RTC, and further determining the signal strength of the GPS signal A step of ranking satellite reception candidates according to signal strength and a correction amount comparison step of comparing a time correction amount with a specific correction amount allowable range, and the time correction amount is larger than the specific correction amount allowable range. Sometimes the navigation message data of two or more kinds of satellites is received to correct the RTC time.
例えば、第1候補に順位付けられた衛星で得たGPS時刻による時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きい時に、引き続き第2候補の衛星を受信してRTC時刻の補正量を算出し、第2候補の衛星による時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも小さいなら第2候補によるGPS時刻でRTC時刻を補正すると共に、時刻補正量が大きかった第1候補の衛星を衛星受信の候補から外し、第2候補の衛星を第1候補にする。 For example, when the time correction amount based on the GPS time obtained from the satellites ranked as the first candidate is larger than the specific correction amount allowable range, the second candidate satellite is continuously received to calculate the RTC time correction amount. If the time correction amount by the second candidate satellite is smaller than the specific correction amount allowable range, the RTC time is corrected by the GPS time by the second candidate, and the first candidate satellite having a large time correction amount is received by satellite reception. Remove from the candidate and make the second candidate satellite the first candidate.
第1候補に順位付けられた衛星で得たGPS時刻による時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きい時に、引き続き第2候補の衛星を受信してRTC時刻の補正量を算出し、第2候補の衛星による時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きくて、第1候補の衛星による時刻補正量と同じなら、第1候補あるいは第2候補によるGPS時刻でRTC時刻を補正する。 When the time correction amount based on the GPS time obtained from the satellites ranked as the first candidate is larger than the specific correction amount allowable range, the second candidate satellite is continuously received to calculate the correction amount of the RTC time. If the time correction amount by the two candidate satellites is larger than the specific correction amount allowable range and is the same as the time correction amount by the first candidate satellite, the RTC time is corrected by the GPS time by the first candidate or the second candidate.
本発明によれば、信号強度が強い衛星番号から優先的に受信することで、受信処理に要する時間が短くなる事により電力の消費が少なくなる。更に、GPS時刻による時刻の補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きい時に2種類以上のGPS衛星の航法メッセージデータを受信する事で、GPS衛星が保守点検に入ってGPS時刻がシフトしたのか、あるいはRTC時刻が何らかの原因でシフトしたのかが判断できる。 According to the present invention, by preferentially receiving from a satellite number having a strong signal strength, power consumption is reduced by shortening the time required for reception processing. Furthermore, whether the GPS time was shifted to the GPS check time when the GPS satellites entered maintenance and inspection by receiving navigation message data of two or more types of GPS satellites when the time correction amount based on the GPS time was larger than the specific correction amount allowable range. Alternatively, it can be determined whether the RTC time has shifted for some reason.
また、衛星信号から航法メッセージデータのアルマナック情報を入手しなくても、受信に適した衛星の候補を順位付けられるので、GPS信号を繰り返し受信する時の受信処理時間を短くでき、電池の消耗を最小限にし電池寿命を長くできる。 In addition, satellite candidates suitable for reception can be ranked without obtaining almanac information of navigation message data from satellite signals, so that the reception processing time when receiving GPS signals repeatedly can be shortened, and battery consumption is reduced. Minimizes battery life.
また、衛星の健康情報を受信しなくても、たとえ保守点検中の衛星信号を受信した場合でも、受信して得たGPS時刻をRTC時刻に反映させる前にGPS時刻の信頼度を事前確認できるので、より信頼性の高い高精度な時刻補正のできるGPS計時装置を実現することができる。 Even if satellite health information is not received, the reliability of the GPS time can be confirmed in advance before the GPS time obtained by the reception is reflected in the RTC time even if a satellite signal during maintenance inspection is received. Therefore, it is possible to realize a GPS timing device capable of highly reliable time correction with higher reliability.
複数の位置情報衛星から電波を受信するRF手段、特定の衛星をサーチして航法メッセージデータを復調する組み合わせ復調手段、航法メッセージデータから時刻情報を抽出しローカル時刻を算出するローカル時刻算出手段、内部時計の時刻を計時するRTC手段、RTC手段による内部時刻を表示する時刻表示手段、前記すべての手段を制御する制御手段を有する時計であり、組み合わせ復調手段から受信する信号の強度を検出する信号強度検出手段を有し、信号強度に従って衛星受信の候補を順位付けると共に、現在時刻算出手段により得られたGPS時刻からRTC手段によるRTC時刻の補正量を算出し、特定の補正量許容範囲と比較する補正量比較手段を有し、時刻の補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きい時に2種類以上の衛星の航法メッセージデータを受信してRTC時刻を補正する。 RF means for receiving radio waves from a plurality of position information satellites, combination demodulation means for searching for specific satellites and demodulating navigation message data, local time calculation means for extracting time information from navigation message data and calculating local time, internal RTC means for measuring the time of the clock, time display means for displaying the internal time by the RTC means, and a control means for controlling all the means, and a signal strength for detecting the strength of the signal received from the combination demodulating means It has detection means, ranks satellite reception candidates according to the signal strength, calculates the RTC time correction amount by the RTC means from the GPS time obtained by the current time calculation means, and compares it with a specific correction amount allowable range There are correction amount comparison means, and when the correction amount of time is larger than a specific correction amount allowable range, two or more types To receive a star of the navigation message data to correct the RTC time.
例えば、第1候補に順位付けられた衛星で得たGPS時刻による時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きい時は、引き続き第2候補の衛星を受信してRTC時刻の補正量を算出し、第2候補の衛星による時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも小さいなら第2候補によるGPS時刻でRTC時刻を補正すると共に、時刻補正量が大きかった第1候補の衛星を衛星受信の候補から外し、第2候補の衛星を第1候補にする。 For example, when the time correction amount based on the GPS time obtained from the satellites ranked as the first candidate is larger than the specific correction amount allowable range, the second candidate satellite is continuously received to calculate the correction amount of the RTC time. If the time correction amount by the second candidate satellite is smaller than the specific correction amount allowable range, the RTC time is corrected by the GPS time by the second candidate, and the first candidate satellite having a large time correction amount is received by satellite. And the second candidate satellite is made the first candidate.
第1候補に順位付けられた衛星で得たGPS時刻による時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きい時に、引き続き第2候補の衛星を受信してRTC時刻の補正量を算出し、第2候補の衛星による時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きくて、第1候補の衛星による時刻補正量と同じなら、第1候補あるいは第2候補によるGPS時刻でRTC時刻を補正する。 When the time correction amount based on the GPS time obtained from the satellites ranked as the first candidate is larger than the specific correction amount allowable range, the second candidate satellite is continuously received to calculate the correction amount of the RTC time. If the time correction amount by the two candidate satellites is larger than the specific correction amount allowable range and is the same as the time correction amount by the first candidate satellite, the RTC time is corrected by the GPS time by the first candidate or the second candidate.
補正方法としては、定期的にGPS信号を受信する事により内部時刻を補正する補正方法であり、内部時計がGPS信号を受信する予定の時刻になった事を判定する工程と、GPS信号の受信工程と、GPS信号の時刻情報から現在時刻を算出する工程と、正確なGPS時刻とRTCによる内部時計の時刻との差から時刻補正量を算出する工程があり、さらにGPS信号の信号強度を判定する工程により信号強度に従って衛星受信の候補を順位付ける工程と、時刻補正量と特定の補正量許容範囲を比較する補正量比較工程を有し、時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きい時に2種類以上の衛星の航法メッセージデータを受信してRTC時刻を補正する。 The correction method is a correction method for correcting the internal time by periodically receiving a GPS signal, the step of determining that the internal clock is scheduled to receive the GPS signal, and the reception of the GPS signal. A step, a step of calculating the current time from the time information of the GPS signal, and a step of calculating a time correction amount from the difference between the accurate GPS time and the time of the internal clock by the RTC, and further determining the signal strength of the GPS signal A step of ranking satellite reception candidates according to signal strength and a correction amount comparison step of comparing a time correction amount with a specific correction amount allowable range, and the time correction amount is larger than the specific correction amount allowable range. Sometimes the navigation message data of two or more kinds of satellites is received to correct the RTC time.
例えば、第1候補に順位付けられた衛星で得たGPS時刻による時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きい時に、引き続き第2候補の衛星を受信してRTC時刻の補正量を算出し、第2候補の衛星による時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも小さいなら第2候補によるGPS時刻でRTC時刻を補正すると共に、時刻補正量が大きかった第1候補の衛星を衛星受信の候補から外し、第2候補の衛星を第1候補にする。 For example, when the time correction amount based on the GPS time obtained from the satellites ranked as the first candidate is larger than the specific correction amount allowable range, the second candidate satellite is continuously received to calculate the RTC time correction amount. If the time correction amount by the second candidate satellite is smaller than the specific correction amount allowable range, the RTC time is corrected by the GPS time by the second candidate, and the first candidate satellite having a large time correction amount is received by satellite reception. Remove from the candidate and make the second candidate satellite the first candidate.
第1候補に順位付けられた衛星で得たGPS時刻による時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きい時に、引き続き第2候補の衛星を受信してRTC時刻の補正量を算出し、第2候補の衛星による時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きくて、第1候補の衛星による時刻補正量と同じなら、第1候補あるいは第2候補によるGPS時刻でRTC時刻を補正する。 When the time correction amount based on the GPS time obtained from the satellites ranked as the first candidate is larger than the specific correction amount allowable range, the second candidate satellite is continuously received to calculate the correction amount of the RTC time. If the time correction amount by the two candidate satellites is larger than the specific correction amount allowable range and is the same as the time correction amount by the first candidate satellite, the RTC time is corrected by the GPS time by the first candidate or the second candidate.
本発明によるGPS計時装置の構成や動作を詳細に説明する前に、本発明によるGPS計時装置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、()を小見出しとして用いている。 Before describing in detail the configuration and operation of the GPS timing device according to the present invention, the navigation message data received from the position information satellite by the GPS timing device according to the present invention will be described in advance. In the following description of the present embodiment, <> is used as a major heading, [] is used as a middle heading, and () is used as a minor 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11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. 11 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サイクルは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。 Here, since one cycle of the 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12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12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. 12 shows the time-series position of the navigation message data necessary for obtaining the time. In FIG. 12, 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計時装置の構成>
図1は、本発明によるGPS計時装置全体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1を基にGPS計時装置を構成する各手段について、詳細に説明する。
<Configuration of GPS timing device>
FIG. 1 shows a preferred example of a block configuration of the entire GPS timing device according to the present invention. Hereafter, each means which comprises a GPS time measuring apparatus is demonstrated in detail based on FIG.
[アンテナ]
図1において、アンテナ102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111に変換し、RF手段103に出力する。
[antenna]
In FIG. 1, an
[RF手段]
RF手段103は、アンテナ102からの高周波信号111を組み合わせ復調手段104で処理しやすい低い周波数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。局部発振には、周波数精度が高い温度補償型水晶発振器(TCXO)を基にPLLを用いる。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しても良い。
[RF means]
The
[組合せ復調手段]
組合せ復調手段104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相関器で捕捉するとともに、トラッキングしてCAコードの1msの各サイクルに重畳している航法メッセージデータを抽出する。
[Combined demodulation means]
The combinational demodulating means 104 captures the repeated radio waves from the position information satellite for each frequency to be searched by the correlator, and extracts the navigation message data superposed on each 1 ms cycle of the CA code by tracking.
さらに、CAコードの1サイクル1ms毎の航法メッセージデータのビットの境界を抽出して、各ビットを構成する20ms分の航法メッセージ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を抽出する。 Furthermore, the navigation message data bit boundaries for each 1 ms cycle of the CA code are extracted, the navigation message data for 20 ms constituting each bit is aggregated, and the navigation message received and extracted from repeated subframes. Time information is extracted from the navigation message data while ensuring the reliability of the received data by confirming that there is no inconsistency in the data.
[現在時刻算出手段]
現在時刻算出手段105は、航法メッセージデータから抽出した時刻情報から現在の協定世界時刻(UTC)を算出し、さらに現在位置で決まる時差を加味したローカル時刻を算出する。
[Current time calculation means]
The current time calculation means 105 calculates the current coordinated universal time (UTC) from the time information extracted from the navigation message data, and further calculates the local time taking into account the time difference determined by the current position.
[RTC手段]
RTC手段106は、一般的な水晶時計で使われる水晶発振回路を有し、その発振クロックをカウントして内部時刻(=RTC時刻)を計時する。GPS受信で得られた正確な時刻を現在時刻算出手段から受け取り、計時時刻を修正する事ができる。
[RTC means]
The RTC means 106 has a crystal oscillation circuit used in a general crystal clock, and counts the oscillation clock to measure the internal time (= RTC time). Accurate time obtained by GPS reception can be received from the current time calculation means, and the time measured can be corrected.
[補正量比較手段]
補正量比較手段110は、GPS受信で得られたGPS時刻とRTC手段によるRTC時刻の差を時刻補正量とし、時刻補正量と特定の補正量許容範囲を比較し、制御手段110に比較した結果を出力する。制御手段110は補正量比較手段110に特定の補正量許容範囲を設定する。
[Correction amount comparison means]
The correction
[時刻表示手段]
時刻表示手段107の例を示したものが図13である。時刻表示手段107は、RTC手段による内部時刻を表示する。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107の表示方法は、例えば、図13a.に示すようなデジタル式の時刻表示器でも良いし、図13b.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計時装置は、置き時計でも掛け時計でも腕時計でも良い。
[Time display means]
FIG. 13 shows an example of the time display means 107. The time display means 107 displays the internal time by the RTC means. The display time is updated, for example, every regular second. The display method of the time display means 107 is, for example, FIG. It may be a digital time display as shown in Fig. 13 or an analog time display as shown in Fig. 13b. The GPS timing device according to the present invention may be a table clock, a wall clock, or a wristwatch.
なお、RTC時刻は協定世界時刻(UTC)で計時する事も可能であり、その場合、現在時刻算出手段は現在の協定世界時刻(UTC)を算出してRTC手段を補正する。時刻表示手段でローカル時刻を表示するときは、現在位置で決まる時差をRTC時刻に加算して表示すればよい。 Note that the RTC time can also be measured in Coordinated Universal Time (UTC), in which case the current time calculating means calculates the current Coordinated Universal Time (UTC) and corrects the RTC means. When the local time is displayed by the time display means, the time difference determined by the current position may be added to the RTC time and displayed.
[信号強度検出手段]
信号強度検出手段109は、組合せ復調手段104でサーチして受信したGPS信号の信号強度を検出するものである。信号強度(強/中/弱)を制御手段108に出力する。
[Signal strength detection means]
The signal
[制御手段]
制御手段108は全体のステータス及びシーケンスを管理する。電波強度検出手段109からGPS信号の信号強度(強/中/弱)を入力し、信号強度によってGPS信号の受信間隔を変え、時刻補正量と比較する特定の補正量許容範囲を決める。時刻補正量が特定の補正量許容範囲を超えているか否かで、RTC時刻の補正方法を決め、また衛星受信の候補の順位を入れ替える。さらに表示時刻の補正方法を変えるための制御を行う。
[Control means]
The control means 108 manages the overall status and sequence. The signal strength (strong / medium / weak) of the GPS signal is input from the radio wave strength detection means 109, the reception interval of the GPS signal is changed according to the signal strength, and a specific correction amount allowable range to be compared with the time correction amount is determined. The RTC time correction method is determined depending on whether or not the time correction amount exceeds a specific correction amount allowable range, and the ranks of candidates for satellite reception are switched. Further, control for changing the display time correction method is performed.
<GPS計時装置の動作>
本発明によるGPS計時装置の、表示時刻の修正工程を図2を基に説明する。
<Operation of GPS timing device>
The display time correction process of the GPS timing device according to the present invention will be described with reference to FIG.
[受信時刻判定工程]
GPS計時装置は、RTCの時刻精度を正確に保つために一定の時間間隔でGPS信号を受信し時刻を修正する。その時間間隔は、1時間/12時間/1日/5日など、求める精度によって変わり得る。1時間毎なら毎正時、1日単位なら毎日夜中の2時、という形で予めGPS信号の受信時刻を設定しておく。受信時刻判定工程201は、RTC時刻が予め設定されたGPS受信時刻になったか否かを判定する工程である。
[Reception time judgment process]
The GPS timing device receives GPS signals at regular time intervals and corrects the time in order to accurately maintain the RTC time accuracy. The time interval may vary depending on the accuracy required, such as 1 hour / 12 hours / 1 day / 5 days. The reception time of the GPS signal is set in advance in the form of every hour at every hour, every day at 2:00 every day at night. The reception
[GPS信号受信工程]
GPS信号受信工程202は、受信時刻判定工程201によってGPS信号を受信する時刻になったと判定された場合に、GPS信号を受信する工程である。具体的には、位置情報衛星から時刻情報を抽出するために複数の位置情報衛星をサーチして特定の衛星を捕捉し、衛星からの電波をトラッキングしながらGPS航法メッセージデータを受信し、TLM,TOWなどの時刻情報データとサブフレームIDを抽出する。TLM、TOWなどの時刻情報データを、連続するサブフレーム(例えば、第1サブフレームと第2サブフレーム)において整合が取れていた場合に、抽出した時刻情報データが正しいと判断して、GPS信号の受信を終了する。もし整合がとれない場合は、整合がとれるまでサブフレームの受信を繰り返す。
[GPS signal receiving process]
The GPS
[信号強度検出工程]
信号強度検出工程203は、GPS信号受信工程202によって捕捉された特定衛星のGPS信号強度を検出する工程である。
[Signal strength detection process]
The signal
[現在時刻算出工程]
現在時刻算出工程204は、GPS航法メッセージデータから抽出した時刻情報から協定世界時刻(UTC)を算出し、さらに現在位置で決まる時差を加味したローカル時刻を算出する工程である。
[Current time calculation process]
The current
[時刻補正量算出工程]
時刻補正量算出工程205は、現在時刻算出工程204で得られるGPS時刻と、内部時刻(=RTC時刻)の差を時刻補正量として算出する工程である。
[Time correction calculation process]
The time correction
[補正量比較工程]
補正量比較工程206は、時刻補正量算出工程205で得られる時刻補正量と特定の補正量許容範囲を比較する工程であり、BlackList判定工程207や衛星候補判定工程208に比較結果を伝える。特定の補正量許容範囲とは、自己時計RTCが水晶発振で刻む時刻の精度で決まる時刻誤差の許容値である。一般的に水晶時計の時刻精度は1ヶ月で30秒以内であり、1日で1秒以上ずれる事は珍しい。従って、前回GPS信号を受信して設定したGPS時刻から1日以内なら特定の補正量許容範囲を例えば1秒とし、5日以内なら特定の補正量許容範囲を例えば5秒として時刻補正量と比較する。
[Correction amount comparison process]
The correction
[BlackList判定工程]
BlackList判定工程207は、補正量比較工程206において時刻補正量と特定の補正量許容範囲を比較し、時刻補正量が特定の補正量許容範囲を超えていた時に、GPS受信して得たGPS時刻が保守点検衛星による誤った時刻である可能性が高いと判断し、受信したGPS衛星の衛星番号をBlackListに登録し次回の衛星受信の候補から除外する。但し、別のGPS衛星で得たGPS時刻でも同様に、時刻補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きい場合は、BlackListに登録したGPS衛星の衛星番号をBlackListの登録から解除し、再び衛星受信の候補に戻す。
[BlackList judgment process]
The
[衛星候補判定工程]
衛星候補判定工程208は、信号強度検出工程203で得られた特定衛星のGPS信号強度によって、受信するGPS衛星の候補を優先順序をつけるための工程である。信号強度が強いGPS衛星は、次回の受信でも安定受信できる可能性が高いと判断して次回の衛星受信の候補に入れると共に優先順序を高くする。逆に信号強度が弱いGPS衛星は、次回の受信でも安定受信が困難と見なして次回の衛星受信の候補から外す、あるいは優先順序を低くする。
[Satellite candidate judgment process]
The satellite
[RTC時刻修正工程]
RTC時刻修正工程209は、GPS受信して得たGPS時刻でRTC時刻を修正し、RTC時刻を表示時刻とする。
[RTC time correction process]
The RTC
[時刻表示工程]
時刻表示工程210は、RTC時刻修正工程209で修正された表示時刻を表示する工程である。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]
The
<より具体的な説明>
GPS信号から時刻情報を抽出するためには、複数の位置情報衛星をサーチして特定の衛星信号を捕捉し、その信号をトラッキングしながらGPS航法メッセージデータを受信し、TLM,TOWなどの時刻情報データとサブフレームIDを抽出する必要がある。位置情報衛星の信号はギガヘルツ帯の高周波信号なので、受信用RF回路の消費電流は一般的に大きく、受信処理時間が長いと消費する電力も大きい。電波が弱い場合は、特定の衛星信号を補足するまでに長い時間を要し、またノイズに埋もれた必要情報を抽出するための繰り返し回数が増えて、一連の受信処理時間は長くなり電力の消費は大きくなる。GPS計時装置を乾電池やボタン型電池などで駆動するには、一連の受信処理時間を短くする必要があり、特にGPS信号強度が弱いときは受信処理時間が長くなるので、時刻修正のためのGPS受信間隔を長くすると電力の消費を抑える事ができる。例えば図5のグラフで示すように、GPS信号強度が強いAの場合は1日間隔で受信し、GPS信号強度が弱いBの場合は5日間隔で受信する。
<More specific explanation>
In order to extract time information from a GPS signal, a plurality of position information satellites are searched to acquire a specific satellite signal, GPS navigation message data is received while tracking the signal, and time information such as TLM and TOW is received. It is necessary to extract data and subframe ID. Since the signal of the position information satellite is a high frequency signal in the gigahertz band, the current consumption of the receiving RF circuit is generally large, and the power consumed when the reception processing time is long is large. When the radio wave is weak, it takes a long time to capture a specific satellite signal, and the number of repetitions for extracting necessary information buried in noise increases, so that a series of reception processing time becomes longer and power consumption is increased. Will grow. In order to drive a GPS timing device with a dry battery or a button-type battery, it is necessary to shorten a series of reception processing times. In particular, when the GPS signal strength is weak, the reception processing time becomes long. Increasing the reception interval can reduce power consumption. For example, as shown in the graph of FIG. 5, when the GPS signal strength is A, the signal is received at intervals of one day, and when B is weak, the signal is received at intervals of five days.
24個以上あるGPS衛星のうちどの衛星を選んで受信しても時刻情報を得られるが、現実に捕捉できる衛星は、特定の時刻において5個前後である。しかも各衛星の位置によってはGPS受信の信号強度が異なり、またギガヘルツ帯の搬送波周波数が微妙にずれたりするので、定期的に受信する場合は、計画的に受信する衛星の候補を選ぶのが望ましい。衛星信号からアルマナック情報を入手すれば全衛星の軌道計算ができ、現在位置で受信に最適な衛星を選べるが、アルマナック情報は時刻情報よりも圧倒的に情報量が多いので、電波の受信状態が悪い時にアルマナック情報を正確に入手するのは時刻情報を入手するよりも困難である。衛星信号からアルマナック情報を受信しない場合は24個以上の全衛星が信号受信の対象になり、また受信する場所と周囲の建物構造によって衛星の信号強度も変わるので、全衛星を対象にサーチする必要がある。 The time information can be obtained by selecting any of the 24 or more GPS satellites to receive, but the number of satellites that can be actually captured is around 5 at a specific time. Moreover, depending on the position of each satellite, the signal strength of GPS reception varies, and the carrier frequency in the gigahertz band slightly shifts. Therefore, when receiving periodically, it is desirable to select satellite candidates to receive systematically. . Obtaining almanac information from satellite signals can calculate the orbit of all satellites, and you can select the optimal satellite for reception at the current position, but almanac information is overwhelmingly more information than time information, so the reception status of radio waves is Obtaining almanac information accurately at a worse time is more difficult than obtaining time information. If almanac information is not received from the satellite signal, all 24 or more satellites will be subject to signal reception, and the signal strength of the satellite will also change depending on the receiving location and surrounding building structure, so it is necessary to search for all satellites There is.
アルマナック情報無しで受信するGPS衛星の候補を選ぶために、まず受信する時刻を決めておいて、その時刻にGPS受信できるGPS衛星番号と信号強度を記憶する。そこで例えば信号強度の強い衛星番号から順に受信する候補を順序付ける。候補順位の高い衛星番号のGPS衛星から捕捉し、その信号をトラッキングしながらGPS航法メッセージデータを受信して時刻情報を得る。時刻情報を得るのに成功したなら、次回の受信もその受信時刻と衛星番号を生かす事により、GPS信号の受信処理時間を短くできる。 In order to select a candidate for a GPS satellite to be received without almanac information, a reception time is first determined, and a GPS satellite number and signal strength at which GPS can be received at that time are stored. Therefore, for example, candidates to be received are ordered in order from the satellite number with the strong signal strength. A GPS satellite with a higher candidate rank is captured and GPS navigation message data is received while tracking the signal to obtain time information. If the time information is obtained successfully, the reception processing time of the GPS signal can be shortened by utilizing the reception time and the satellite number for the next reception.
GPS衛星は時間と共に位置を変えるので、受信時の信号強度も時間と共に変化する。初回の信号強度を測定した時刻がAM9:00だとすると、次回以降の受信もAM9:00頃が望ましい。正確に言うと、GPS衛星の周回周期が11時間58分なので、23時間56分後には同じ衛星がほぼ同じ位置に現れる。従って、前回受信できた特定のGPS衛星を、1日あたり4分ずつ受信時刻を早くしながら繰り返し受信すると、衛星を捕捉する条件が同じにできるので短時間でGPS信号を捕捉して受信する事ができる。 Since the GPS satellite changes its position with time, the signal strength at the time of reception also changes with time. Assuming that the time when the first signal strength is measured is AM 9:00, it is desirable that the reception after the next time is AM 9:00. To be precise, since the orbital period of the GPS satellite is 11 hours and 58 minutes, the same satellite appears at substantially the same position after 23 hours and 56 minutes. Therefore, if a specific GPS satellite that could be received last time is received repeatedly with an earlier reception time of 4 minutes per day, the conditions for capturing the satellite can be made the same, so the GPS signal can be captured and received in a short time. Can do.
GPS信号から時刻情報を抽出してGPS時刻を得た時、衛星の健康情報を受信しない場合は保守点検中の衛星信号を受信する可能性もあるので、受信によって得られるGPS時刻は大きくシフトしている可能性がある。そのGPS時刻をそのままRTC時刻に反映させると次のGPS信号受信まで間違った時刻表示を続けてしまう。その間違った時刻表示を避けるために、GPS受信で得たGPS時刻とRTC時刻の差を時刻補正量として算出し、その時刻補正量と特定の補正量許容範囲(LIMIT値)を比較する。時刻補正量が特定の補正量許容範囲を超えている場合は、直前に受信した衛星番号のGPS時刻が間違っている可能性があるとして、引き続き別の衛星番号のGPS衛星を受信してGPS時刻をRTC時刻と比較する。2種類のGPS衛星から得た2種類のGPS時刻が、どちらも同じ時刻ならRTC時刻をGPS時刻に修正し、どちらか一方がRTC時刻から大きくシフトしていたら、そのGPS衛星番号は保守点検中で時刻情報が間違っていると判断する。 When the time information is extracted from the GPS signal and the GPS time is obtained, if the satellite health information is not received, there is a possibility that the satellite signal under maintenance inspection may be received. There is a possibility. If the GPS time is reflected on the RTC time as it is, an incorrect time display is continued until the next GPS signal reception. In order to avoid the erroneous time display, the difference between the GPS time obtained by GPS reception and the RTC time is calculated as a time correction amount, and the time correction amount is compared with a specific correction amount allowable range (LIMIT value). If the time correction amount exceeds a specific correction amount allowable range, it is possible that the GPS time of the satellite number received immediately before is likely to be incorrect. Is compared with the RTC time. If the two types of GPS time obtained from two types of GPS satellites are both the same time, the RTC time is corrected to the GPS time, and if either one is significantly shifted from the RTC time, the GPS satellite number is under maintenance It is determined that the time information is incorrect.
図6のフローチャートは、本発明の工程をより詳細に説明するものである。 The flowchart of FIG. 6 explains the process of the present invention in more detail.
初めてGPS衛星の信号を受信するときは、フロー601において全GPS衛星を対象にして信号を受信し信号強度を検出する。フロー602においてその信号強度によって今後受信するGPS衛星の候補を順位付けする。例えば図7に示すようにGPS_4,2,13,8,のそれぞれの受信信号の信号強度が、7,6,4,2,であったならば、候補1はGPS_4、候補2はGPS_2、候補3はGPS_13、候補4はGPS_8、となる。
When receiving a GPS satellite signal for the first time, in
フロー604において初回の受信を行う。候補1であるGPS_4を受信し、航法メッセージデータからGPS時刻を算出する。初回受信なのでRTC時刻は未定であり、時刻補正量はゼロと見なしてGPS時刻をRTC時刻に設定する。初回受信で設定されたRTC時刻がAM9:00だとすると、2回目以降の受信は1日あたり4分早めて受信するのが望ましい。
In the
2回目の受信を翌日のAM8:56とすると、フロー603においてその時刻になるのを待ってからフロー604において候補1であるGPS_4を受信し、航法メッセージデータからGPS時刻を算出してRTC時刻との差(=時刻補正量)を算出する。続いて、フロー605において時刻補正量と特定の補正量許容範囲(=Limit範囲)を比較し、時刻補正量がLimit範囲を超えてなければフロー610においてRTC時刻をGPS_4の受信で得られたGPS時刻に置き換える。
If the second reception is AM8: 56 on the next day, after waiting for that time in
時刻補正量がLimit範囲を超えている場合は、RTC時刻はそのまま変更せず、フロー606において候補1のGPS_4を異常な候補として一旦BlackListに入れ、フロー607において候補2であるGPS_2を受信する。
When the amount of time correction exceeds the Limit range, the RTC time is not changed as it is, and GPS_4 of
候補2のGPS_2の受信でGPS時刻を得たら時刻補正量を算出し、フロー608において時刻補正量とLimit値を比較し、時刻補正量がLimit範囲を超えてなければフロー610においてRTC時刻を候補2によるGPS時刻に置き換える。フロー611に示す衛星候補判定においては、BlackListに入ったGPS_4を除くGPS受信候補の中で再度順位をつける。図8は、当初候補1であったGPS_4が候補から除かれた後の候補順位を示す。
When the GPS time is obtained by receiving GPS_2 of
一方、フロー608において、候補2のGPS_2の受信でも時刻補正量がLimit値を超えた場合は、RTC時刻がGPS_4とGPS_2の2種類のGPS時刻と大きく異なった事になり、RTC時刻が何らかの原因で大きくずれたと判断し、フロー610においてRTC時刻を候補1あるいは候補2の受信によるGPS時刻に置き換える。その場合、GPS_4は異常な候補ではないと判断し、フロー609においてGPS_4をBlackListから元の候補1に戻す。フロー611に示す衛星候補判定においては、BlackListから候補に戻ったGPS_4を含めたGPS受信候補の中で再度順位をつけるので、候補順位は図7のごとくなる。フロー611に示す衛星候補判定では、BlackListに入った衛星を除いて受信候補の候補順位を決定するが、その後繰り返されるGPS信号受信で信号強度が変化した場合、候補順位を入れ替えるという事もありうる。
On the other hand, in the
図9は、時刻補正量と特定の補正量許容範囲の比較とRTC時刻の修正判断を示したものである。GPS信号をAM8:56に受信する時、時刻補正量の許容範囲が±2秒で、候補1のGPS_4によるGPS時刻が7秒進んでいたなら、時刻補正量が補正量許容範囲を超えているので候補1によるGPS時刻は採用せず、続けて候補2のGPS_2を受信する。候補2のGPS_2によるGPS時刻が1秒の遅れなら、時刻補正量が補正量許容範囲内に納まっているのでGPS_2によるGPS時刻でRTC時刻を補正する。この場合、GPS_4の時刻だけが他のGPS衛星の時刻とずれているので、GPS_4はメンテナンス中と見なしてBlackListに入れ、GPS受信の候補から外す。そして、図8に示すように候補2と候補3だったGPS_2とGPS_13をそれぞれ候補1と候補2へと、候補の順位を上げる。
FIG. 9 shows a comparison between a time correction amount and a specific correction amount allowable range, and a correction determination of the RTC time. When the GPS signal is received at AM8: 56, if the allowable range of the time correction amount is ± 2 seconds and the GPS time by the candidate GPS_4 has advanced by 7 seconds, the time correction amount exceeds the correction amount allowable range. Therefore, the GPS time by
図10は、RTC時刻と比べて2つ以上のGPS衛星の時刻が許容範囲を超えた場合を説明するものである。GPS信号をAM8:56に受信する時、時刻補正量の許容範囲が±2秒で、候補1のGPS_4によるGPS時刻が5秒進んでいたなら、時刻補正量が補正量許容範囲を超えているので候補1によるGPS時刻は採用せず、続けて候補2のGPS_2を受信する。候補2のGPS_2によるGPS時刻も5秒進んでおり、候補1と候補2の2つ以上のGPS衛星の時刻が許容範囲を超えている。この場合は、RTC時刻が何らかの影響で間違った時刻を計時していると見なして、候補2のGPS時刻でRTC時刻を補正する。候補1のGPS_4と候補2のGPS_2は、共に次回の受信候補にも有効であると判断し、BlackListの対象は無しとし、図7に示す受信候補の順位となる。
FIG. 10 illustrates a case where the time of two or more GPS satellites exceeds the allowable range compared to the RTC time. When the GPS signal is received at AM8: 56, if the allowable range of the time correction amount is ± 2 seconds and the GPS time by the candidate GPS_4 has advanced by 5 seconds, the time correction amount exceeds the correction amount allowable range. Therefore, the GPS time by
図9で説明したケースは、候補1のGPS_4をメンテナンス中と判断してBlackListに入れ、GPS受信の候補から外したものである。しかし、大きくシフトしたGPS時刻は、もしかするとGPS受信処理の途中でノイズが入り込んで誤ったGPS時刻を算出した可能性も考えられる。そのため、候補1の衛星を受信して算出した時刻補正量が補正量許容範囲を超えていたときは、再度候補1の衛星から時刻情報を抽出してGPS時刻を再確認するのが望ましい。それでも時刻補正量が補正量許容範囲を超えていたときは、候補1のGPS_4をメンテナンス中と判断してBlackListに入れ、次の候補2の衛星を受信する事により、間違いのない確実な時刻補正が可能となる。
In the case described with reference to FIG. 9, GPS_4 of
<まとめ>
以上に示したように、本発明によれば、信号強度が強い衛星番号から優先的に受信することで、受信処理に要する時間が短くなる事により電力の消費を少なくできる。更に、GPS時刻による時刻の補正量が特定の補正量許容範囲よりも大きい時に2種類以上のGPS衛星の航法メッセージデータを受信する事で、GPS衛星が保守点検に入ってGPS時刻がシフトしたのか、あるいはRTC時刻が何らかの原因でシフトしたのかが判断できる。
<Summary>
As described above, according to the present invention, by preferentially receiving from a satellite number having a strong signal strength, power consumption can be reduced by shortening the time required for reception processing. Furthermore, whether the GPS time was shifted to the GPS check time when the GPS satellites entered maintenance and inspection by receiving navigation message data of two or more types of GPS satellites when the time correction amount based on the GPS time was larger than the specific correction amount allowable range. Alternatively, it can be determined whether the RTC time has shifted for some reason.
また、衛星信号から航法メッセージデータのアルマナック情報を入手しなくても、受信に適した衛星の候補を順位付けられるので、GPS信号を繰り返し受信する時の受信処理時間を短くでき、電池の消耗を最小限にし電池寿命を長くできる。 In addition, satellite candidates suitable for reception can be ranked without obtaining almanac information of navigation message data from satellite signals, so that the reception processing time when receiving GPS signals repeatedly can be shortened, and battery consumption is reduced. Minimizes battery life.
また、衛星の健康情報を受信しなくても、たとえ保守点検中の衛星信号を受信した場合でも、受信して得たGPS時刻をRTC時刻に反映させる前に2つ以上のGPS衛星によるGPS時刻を事前確認することで、より信頼性の高い高精度な時刻補正のできるGPS計時装置を実現することができる。 Even if satellite health information is not received, even if a satellite signal during maintenance inspection is received, the GPS time obtained by two or more GPS satellites before reflecting the received GPS time in the RTC time. By confirming in advance, it is possible to realize a GPS timing device that can perform highly accurate time correction with higher reliability.
101 本発明によるGPS計時装置全体
102 アンテナ
103 RF手段
104 組合わせ復調手段
105 現在時刻算出手段
106 RTC手段
107 時刻表示手段
108 制御手段
109 信号強度検出手段
110 補正量比較手段
201 受信時刻判定工程
202 GPS信号受信工程
203 信号強度検出工程
204 現在時刻算出工程
205 時刻補正量算出工程
206 補正量比較工程
207 BlackList判定工程
208 衛星候補判定工程
209 RTC時刻修正工程
210 時刻表示工程
301 従来のGPS計時装置全体
302 アンテナ
303 RF手段
304 組合わせ復調手段
305 現在時刻算出手段
306 RTC手段
307 時刻表示手段
308 制御手段
401 受信時刻判定工程
402 GPS信号受信工程
403 現在時刻算出工程
404 RTC時刻修正工程
405 時刻表示工程
101 Overall GPS timing device according to the
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