JP2012202814A - Gps timepiece with time correction function - Google Patents

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力 木村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a GPS timepiece with a time correction function capable of securely acquiring time information from a GPS signal while suppressing power consumption.SOLUTION: When a reception environment of a GPS signal is bad and a reception level does not reach a predetermined threshold, reception operation is performed at intervals of one hour (first predetermined time), only acquisition operation is performed at this time, and a reception system concerned with the reception operation is in a halt state. In an environment in which a reception state is not so bad, but not good enough to obtain correct GPS time information, reception operation is performed at intervals of four hours (second predetermined time), and up to GPS time acquisition and comparison processing with an internal timer are performed in addition to the acquisition operation. Consequently, while the reception environment is bad, only a check on a correlation value by the acquisition operation is made and the reception operation is frequently repeated to keep a watch without missing a chance for recovery, and when the reception environment becomes better, up to the GPS time information is acquired to increase chances for time correction.

Description

本発明は、受信されたGPS信号に含まれる時刻情報に基づいて時刻を修正するGPS時計に関する。   The present invention relates to a GPS timepiece that corrects time based on time information included in a received GPS signal.

全地球測定システムであるGlobal Positioning System(GPS)は地球上にある受信機の位置を調べるための衛星測位システムであり、測位は捕捉した各衛星からの送信信号の到達時間から距離を求め、各衛星からの距離により受信機の地球上の3次元的な位置を受信機側で演算することにより行われる。測位の精度は到達時間の精度に大きく依存するため、衛星は原子時計に基づく正確な時刻を持っている。   Global Positioning System (GPS), a global measurement system, is a satellite positioning system for examining the position of receivers on the earth. Positioning is based on the arrival time of transmission signals from each captured satellite, This is done by calculating on the receiver side the three-dimensional position of the receiver on the earth according to the distance from the satellite. Since the accuracy of positioning largely depends on the accuracy of arrival time, the satellite has an accurate time based on an atomic clock.

GPS衛星から送られてくるデータの中には測位に利用されるさまざまな情報が含まれており、衛星に搭載された原子時計に基づく時刻のデータ、衛星の軌道情報などが含まれる。そして、GPS衛星からの信号を受信する受信機側が、GPS衛星の時刻情報を得るには、GPS衛星からの信号のうち、TOW(Time of Week、GPS時刻、週はじめから一週間間毎に示される秒単位の情報)信号を受信する必要がある。   The data sent from the GPS satellite includes various information used for positioning, and includes time data based on an atomic clock mounted on the satellite, satellite orbit information, and the like. In order to obtain the GPS satellite time information, the receiver side that receives the signal from the GPS satellite shows the TOW (Time of Week, GPS time, weekly from the beginning of the week among the signals from the GPS satellite. Need to receive a signal).

そして、この時刻情報を得るには、GPS衛星からの電波を受信し、受信した信号の相関を取り、その後演算して時刻データを取得する必要がある。つまり、受信機のアンテナでGPS信号を受信し、その信号をRF手段(Radio Frequency)で中間周波数に変換し、その後、ベースバンド手段で相関を取りGPS信号を抽出し、さらに、抽出されたGPS信号を演算手段が演算して時刻情報を取り出す。   In order to obtain this time information, it is necessary to receive radio waves from GPS satellites, correlate the received signals, and then calculate to obtain time data. That is, a GPS signal is received by an antenna of a receiver, the signal is converted into an intermediate frequency by RF means (Radio Frequency), and then a correlation is extracted by a baseband means to extract a GPS signal. The calculation means calculates the signal to extract time information.

標準電波受信機、長波電波時計では、決まった時刻に受信を行なう定時受信が一般的になってきているが、GPS受信機の場合、室内などの衛星を見通せないような建物内での受信感度が落ちるため、室内に置かれている可能性が高い夜中などでは、GPS信号の定時受信がうまくいかず、時刻を修正できない可能性がある。また、GPS信号から時刻情報を得る動作を受信が成功するまで何回も行うことになり電力消費が増大する。
一方で、GPS信号を受信してから実際に時刻情報を取得するには、RF手段、ベースバンド手段、演算手段などの各部を動作させる必要があり、消費電力も大きなものとなる。そのため、必要な電力をまかなうには、通常よりも電池サイズを大きくする必要が生じるが、時計等の計時装置は、小型化・省電力化が求められていることから、電池サイズを大きくできず、電池交換を頻繁に行う必要がでてくるなど、問題となっていた。
Standard radio receivers and long wave radio timepieces use regular reception, which is received at a fixed time, but in the case of GPS receivers, reception sensitivity in buildings where the satellite cannot be seen, such as indoors. Therefore, there is a possibility that the GPS signal cannot be received on a regular basis and the time cannot be corrected in the middle of the night when there is a high possibility of being placed indoors. In addition, the operation of obtaining time information from the GPS signal is performed many times until the reception is successful, which increases power consumption.
On the other hand, in order to actually acquire time information after receiving a GPS signal, it is necessary to operate each unit such as an RF unit, a baseband unit, and a calculation unit, and power consumption becomes large. Therefore, in order to cover the required power, it is necessary to increase the battery size than usual.However, timepieces such as watches are required to be smaller and save power, so the battery size cannot be increased. However, it was necessary to change the battery frequently.

なお、一般的な時計の問題であるが、通常、腕時計の蓋を開閉するには特殊な工具を必要とする場合が多く、ユーザーは簡単には電池交換をすることができない。仮に、ユーザーが電池交換をしやすくするために容易に蓋を開閉できるようにしたとすると、気密性、防水性を確保するための構造設計が難しくなる。また、充電式として電池交換を無くした場合でも、充電用の接点まわりの気密性、防水性を確保しなければならない。このように、消費電力の増大に備えなるためには、大幅な設計変更を行うなどして対応しなければならなかった。   Although it is a general watch problem, a special tool is usually required to open and close the wristwatch cover, and the user cannot easily change the battery. If the user can easily open and close the lid so that the user can easily replace the battery, it becomes difficult to design the structure to ensure airtightness and waterproofness. In addition, even when the battery is not replaced as a rechargeable type, it is necessary to ensure airtightness and waterproofing around the charging contact. As described above, in order to prepare for an increase in power consumption, it has been necessary to cope with such a large design change.

特許文献1には、所定の間隔で時刻コードを含む標準電波の受信タイミングに、受信不可能な環境にあり、時刻計数回路の現在時刻データの修正ができない場合、可能な限り早期に時刻データを取得すべく前記所定の間隔を短くして、現在時刻データの修正を行う技術が開示されている。   In Patent Document 1, when the standard time signal reception timing including the time code is received at an unacceptable environment and the current time data of the time counting circuit cannot be corrected, the time data is as early as possible. A technique for correcting the current time data by shortening the predetermined interval for acquisition is disclosed.

特許文献2には、符号分割多元接続通信システム(CDMA)において通信を行う受信側の端末において、複数の部分相関部を駆動させる場合に、部分相関途中でその相関値からシステム同期可能でないことを判断し、該当する部分相関部の動作を停止させることによって、低消費電力を実現する同期捕捉回路の技術が開示されている。   In Patent Document 2, when a plurality of partial correlation units are driven in a receiving terminal that performs communication in a code division multiple access communication system (CDMA), system synchronization cannot be performed from the correlation values during partial correlation. A technique of a synchronization acquisition circuit that realizes low power consumption by determining and stopping the operation of a corresponding partial correlation unit is disclosed.

特開平7−198877号公報JP-A-7-198877 特開2003−188767号公報JP 2003-188767 A

背景技術で説明した特許文献1に開示される技術のように、一定間隔をおいた定時受信(例えば1時間)においては、受信環境が悪かったり偶然的な要因によって、単に受信間隔を短くしても受信が連続して失敗する可能性がある。この場合、内部時計の時刻が徐々にずれてくことになる。このように、環境が悪いにも関わらず通常の受信動作を行い、環境が悪ければ悪いほど受信回数が増加していくため、単に受信間隔を短くして通常の受信動作の回数を増やすのみでは消費電力が増大するだけであり、早期に時刻データを取得するための有効な解決手段とはいえない。つまり、環境が悪く、受信できない状況でも通常の受信動作を最後まで行なって受信情報を判別するため、無駄に電力を消費してしまう処理工程や回路がある。GPS信号を受信するような大きな電力を消費する時刻修正装置では、受信動作の回数が増えた場合、通常の受信動作と同じ受信時間で動作すると消費電力の増大が顕著となる。 As in the technique disclosed in Patent Document 1 described in the background art, in the regular reception (for example, 1 hour) with a constant interval, the reception interval is simply shortened due to a bad reception environment or an accidental factor. There is also a possibility that the reception fails continuously. In this case, the time of the internal clock gradually shifts. In this way, the normal reception operation is performed despite the poor environment, and the worse the environment, the higher the number of receptions. Therefore, simply shortening the reception interval and increasing the number of normal reception operations Only power consumption increases, and it cannot be said that it is an effective solution for acquiring time data at an early stage. That is, even in a situation where the environment is bad and reception is not possible, there is a processing process or circuit that consumes power wastefully because normal reception operation is performed to the end to determine reception information. In a time adjustment device that consumes a large amount of power such as receiving a GPS signal, when the number of reception operations increases, an increase in power consumption becomes noticeable when the time adjustment device operates at the same reception time as a normal reception operation.

また、特許文献2に開示される技術では、受信側の端末において複数の部分相関部を駆動させる場合に、部分相関の計算途中で、その相関値からシステム同期可能でないことを判断し、該当する部分相関部の動作を停止させることが記載されているが、低消費電力を実現する同期捕捉回路を開示するのみであるため、上述の時刻修正装置のように、建物内などの室内での受信感度が落ちるような状況では、一部の相関部の動作を停止させることで低消費電力化が図れはするものの、室内に置かれている可能性が高い夜中のGPS信号の定時受信での時刻修正できない問題は解決されない。   Further, in the technique disclosed in Patent Document 2, when a plurality of partial correlation units are driven in a terminal on the reception side, it is determined that system synchronization is not possible from the correlation value during calculation of partial correlation, and is applicable. Although it is described that the operation of the partial correlator is stopped, only the synchronization acquisition circuit that realizes low power consumption is disclosed, so that reception in a room such as a building is performed like the above-described time adjustment device. In situations where the sensitivity is low, power consumption can be reduced by stopping the operation of some of the correlation units, but the time when the GPS signal is scheduled to be received at night is likely to be placed indoors. Problems that cannot be fixed are not resolved.

そこで本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、GPS受信機を備えた時刻修正装置において、受信環境が悪かったり偶然的な要因によって定時受信が連続的に失敗するような状況下であっては、無駄に受信動作回数が増大することや、通常の受信動作と同じ受信時間で動作すると消費電力が増大してしまうことを回避し、消費電力を抑えつつGPS信号から時刻情報を確実に取得することができる時刻修正機能付きGPS時計を提供することである。   Therefore, in view of the above-described problems of the prior art, the object of the present invention is that in a time adjustment device equipped with a GPS receiver, the reception environment is bad or the scheduled reception fails continuously due to accidental factors. In this case, it is possible to avoid the unnecessary increase in the number of reception operations and the increase in power consumption when operating with the same reception time as the normal reception operation, and to ensure time information from GPS signals while suppressing power consumption. It is to provide a GPS clock with a time correction function that can be acquired.

本発明のGPS時計は、基本的に以下に示す構成を採用するものである。   The GPS timepiece of the present invention basically employs the following configuration.

時刻を計時する内部時計と、GPS衛星から送信されるGPS信号を受信し、該GPS信号に基づきGPS時刻情報を取得するGPS受信ユニットと、該GPS受信ユニットで取得された前記GPS時刻情報に対応して、前記内部時計の計数する時刻を修正する演算装置と、を備えたGPS時計において、受信条件を満たすか否かを判断する受信条件判断手段と、GPS信号の受信レベルを、捕捉動作において算出される相関値に基づいて監視する受信レベル監視手段と、前記GPS時刻情報と前記内部時計の計数する時刻との時間差を算出して判断を下す時間差判定手段とを有し、前記受信レベル監視手段により受信レベルが予め設定されたレベルに達しないと判断された場合には、前記GPS受信ユニット
によるGPS信号の受信動作を休止し、第1所定時間経過した後に前記受信条件判断手段により受信条件を満たすか否かを判断し、前記受信レベル監視手段により受信レベルが予め設定されたレベルに達したと判断された場合であって、前記時間差判定手段により時間差が指定時間以上と判断された場合には、受信システムを休止し、第2所定時間経過した後に前記受信条件判断手段により受信条件を満たすか否かを判断することを特徴とする。前記受信レベルが予め設定された値を超えた場合に、GPS電波のドップラシフトを検出し、該ドップラシフトに基づいて前記GPS受信ユニットによるGPS受信動作を休止することが好ましい。
Corresponds to an internal clock that measures time, a GPS receiving unit that receives a GPS signal transmitted from a GPS satellite, acquires GPS time information based on the GPS signal, and the GPS time information acquired by the GPS receiving unit Then, in a GPS watch equipped with an arithmetic device that corrects the time counted by the internal watch, a receiving condition judging means for judging whether or not a receiving condition is satisfied, and a reception level of the GPS signal in the capturing operation Receiving level monitoring means for monitoring based on the calculated correlation value; and time difference determining means for calculating and determining a time difference between the GPS time information and the time counted by the internal clock, the reception level monitoring If it is determined by the means that the reception level does not reach a preset level, the GPS signal reception operation by the GPS reception unit is performed. And after the first predetermined time elapses, the reception condition determination unit determines whether the reception condition is satisfied, and the reception level monitoring unit determines that the reception level has reached a preset level. If the time difference is determined to be equal to or greater than the specified time by the time difference determination means, the reception system is paused, and after the second predetermined time has elapsed, the reception condition determination means determines whether or not the reception condition is satisfied. It is characterized by that. It is preferable that when the reception level exceeds a preset value, a Doppler shift of GPS radio waves is detected, and the GPS reception operation by the GPS receiving unit is suspended based on the Doppler shift.

前記受信レベル監視手段により受信レベルが予め設定されたレベルに達したと判断された場合に、前記GPS衛星の衛星番号を記憶し、次回のGPS衛星のサーチに該記憶された衛星番号、前記ドップラシフトの検出結果、および前記相関値の算出結果を用いることが好ましい。   When the reception level monitoring means determines that the reception level has reached a preset level, the satellite number of the GPS satellite is stored, and the stored satellite number and the Doppler are stored in the next GPS satellite search. It is preferable to use the shift detection result and the correlation value calculation result.

本発明によれば、正常に受信できないような状況下にあって、無駄な受信動作回数が増大することや、通常の受信動作と同じ受信時間で動作して消費電力が増大してしまうことを回避し、消費電力を抑えつつGPS信号から時刻情報を確実に取得することができる時刻修正機能付きGPS時計を提供できる。
また、受信条件判断手段は、種々の物理量を選択して用いて判断することで、時刻修正機能付きGPS時計を、使用者の使用環境に応じた構成とすることができる。
また、相関値の積算時間を可変し、より消費電力を低減できる。
According to the present invention, in a situation where normal reception is not possible, the number of useless reception operations increases, or the power consumption increases due to operation with the same reception time as the normal reception operation. It is possible to provide a GPS clock with a time correction function that can avoid time and reliably acquire time information from a GPS signal while suppressing power consumption.
In addition, the reception condition determining means can select and use various physical quantities to make the GPS clock with a time correction function configured according to the use environment of the user.
Further, the integration time of the correlation value can be varied to further reduce power consumption.

本発明の実施形態である時刻修正機能付きのGPS時計を説明する機能ブロック図である。It is a functional block diagram explaining the GPS timepiece with a time correction function which is an embodiment of the present invention. 制御部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a control part. 第1の実施形態のフローチャートである。It is a flowchart of a 1st embodiment. 第2の実施形態のフローチャートである。It is a flowchart of a 2nd embodiment.

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、現在運用されているGPS衛星からの、送信される時刻情報を含む電波の概略について説明する。測位情報および時刻情報を送信している複数のGPS衛星が、地球の高度約2万キロメートル上空を周回している。1つ1つのGPS衛星は、約12時間で地球を一周している。一般的なGPSアンテナの指向性や建物などの影響から、受信されるGPS信号が強い仰角域は45°〜90°で、天頂を通過する衛星の場合、その範囲内に存在するのは約6時間である。   First, an outline of a radio wave including time information to be transmitted from a currently operated GPS satellite will be described. A plurality of GPS satellites transmitting positioning information and time information orbit about 20,000 kilometers above the earth's altitude. Each GPS satellite goes around the earth in about 12 hours. Due to the effects of general GPS antenna directivity and buildings, the elevation angle range where the received GPS signal is strong is 45 ° to 90 °. In the case of a satellite passing through the zenith, there are about 6 within the range. It's time.

GPS衛星から送信されている電波の周波数は基本的には1575.42MHz(名称:L1波)であり、この周波数にC/Aと呼ばれる信号が重畳されている。この信号によって、航法メッセージと呼ばれるデータが送信される。航法メッセージには時刻情報が含まれる。   The frequency of the radio wave transmitted from the GPS satellite is basically 1575.42 MHz (name: L1 wave), and a signal called C / A is superimposed on this frequency. With this signal, data called a navigation message is transmitted. The navigation message includes time information.

航法メッセージの1サイクルはフレームと呼ばれる。1フレームは1500ビットであり、これを送信するのに30秒の時間がかかる。1フレームは5つのサブフレーム(各300ビット)から構成されている。サブフレーム1から順番に送信を始め、サブフレーム5を送信し終わると再びサブフレーム1の送信に戻る。
1つのサブフレームは10のワードに分割され、1ワードは30ビットである。各サブ
フレームの先頭にはTLM(telemetry)ワード、続けてHOW(handover)ワードが記述されている。TLMワードには同期用のパターン(プリンブル)、HOWワードには毎週日曜日の0時からの経過時間を表すGPS信号の時刻情報が含まれている。
One cycle of the navigation message is called a frame. One frame is 1500 bits, and it takes 30 seconds to transmit it. One frame is composed of five subframes (300 bits each). Transmission starts in order from subframe 1 and when transmission of subframe 5 is completed, transmission returns to transmission of subframe 1 again.
One subframe is divided into 10 words, and one word is 30 bits. At the head of each subframe, a TLM (telemetry) word is described, followed by a HOW (handover) word. The TLM word includes a synchronization pattern (printable), and the HOW word includes time information of a GPS signal indicating an elapsed time from 0 o'clock every Sunday.

図1は、本発明の実施形態である時刻修正機能付きのGPS時計を説明する機能ブロック図である。GPS衛星からの送信される電波を受信するGPS時計500は、次の構成を備えている。
すなわち、アンテナ501は図示しないGPS衛星からの信号を受信する。アナログ信号処理回路502は、アンテナ501から入力されたGHz帯の高周波信号を数百MHzの中間周波に周波数変換する。水晶発振器513は中間周波に変換するのに用いられる。A/Dコンバータ503は、アナログ信号処理回路502から入力された中間周波信号をデジタルデータに変換する。
FIG. 1 is a functional block diagram for explaining a GPS timepiece with a time correction function according to an embodiment of the present invention. A GPS clock 500 that receives radio waves transmitted from GPS satellites has the following configuration.
That is, the antenna 501 receives a signal from a GPS satellite (not shown). The analog signal processing circuit 502 converts the high frequency signal in the GHz band input from the antenna 501 to an intermediate frequency of several hundred MHz. A crystal oscillator 513 is used to convert to an intermediate frequency. The A / D converter 503 converts the intermediate frequency signal input from the analog signal processing circuit 502 into digital data.

受信したGPS信号から情報を取り出すには、各GPS衛星から送信されるGPS信号のC/Aコードと位相同期させなければならない。つまり、GPS衛星から送信されるフレームのデータを取得するために、ベースバンド部511でGPS衛星の信号と同期をとる。
信号処理回路504は、A/Dコンバータ503からデジタルデータを入力するとともに、CPU507の制御下で、捕捉対象とするGPS衛星のC/Aコードパターンデータ、およびC/A位相データを、ROM505の所定の格納領域から読み出す。そして、位相データに基づく位相でC/Aコードパターンデータを出力して比較用のC/Aコードを発生し、入力した前記デジタルデータと論理積(排他的論理和)をとることによって相関値を算出する。C/Aコードのコード長は1msである。この計算された相関値のデータはCPU507に読み取られ、相関値の大きさによりGPS衛星を捕捉できたか否かを判定する。
In order to extract information from the received GPS signal, the phase must be synchronized with the C / A code of the GPS signal transmitted from each GPS satellite. That is, in order to acquire frame data transmitted from the GPS satellite, the baseband unit 511 synchronizes with the GPS satellite signal.
The signal processing circuit 504 inputs the digital data from the A / D converter 503 and, under the control of the CPU 507, the C / A code pattern data and C / A phase data of the GPS satellite to be captured are stored in the ROM 505. Read from the storage area. Then, C / A code pattern data is output at a phase based on the phase data to generate a C / A code for comparison, and a correlation value is obtained by taking a logical product (exclusive OR) with the input digital data. calculate. The code length of the C / A code is 1 ms. The calculated correlation value data is read by the CPU 507, and it is determined whether or not the GPS satellite has been captured based on the magnitude of the correlation value.

ROM505には、前記比較用のC/Aコードを発生させるための基データのほか、このGPS時計500の動作プログラムなどが記憶されている。SRAM506には、一時記憶するメモリである。なお、信号処理回路504,ROM505,SRAM506,およびCPU507によりベースバンド部511を構成しており、ワンチップIC化することも可能である。   The ROM 505 stores basic data for generating the C / A code for comparison, and an operation program for the GPS clock 500. The SRAM 506 is a memory for temporarily storing. Note that the signal processing circuit 504, the ROM 505, the SRAM 506, and the CPU 507 constitute the baseband unit 511, which can be formed into a one-chip IC.

GPS衛星を捕捉していない場合には、アナログ信号処理回路502、A/D変換器503、およびベースバンド部511におけるGPS受信処理に必要な動作を停止して、無駄な動作電力の消費を防止する。
あるいは、アナログ信号処理回路502およびA/D変換器503を例えば5ms程度だけ動かし、その間にA/D変換器503から出力されるデジタルデータをSRAM506に保存した後、アナログ信号処理回路502およびA/D変換器503を停止させてから、ベースバンド部511がSRAM506に保存されたデジタルデータの相関値を計算するようにしてもよい。
When the GPS satellite is not captured, the operations necessary for the GPS reception processing in the analog signal processing circuit 502, the A / D converter 503, and the baseband unit 511 are stopped to prevent unnecessary consumption of operating power. To do.
Alternatively, after the analog signal processing circuit 502 and the A / D converter 503 are moved by, for example, about 5 ms and the digital data output from the A / D converter 503 is stored in the SRAM 506 during that time, the analog signal processing circuit 502 and the A / D converter 503 are moved. The baseband unit 511 may calculate the correlation value of the digital data stored in the SRAM 506 after the D converter 503 is stopped.

このように、必要なときのみ各々の回路を動作させることで、無駄な電力消費を無くし、アナログ信号処理回路502およびA/D変換器503の動作と、ベースバンド部511における相関演算を同時に行わないようにして、電力消費のピークの増大を避けることができる。   In this way, by operating each circuit only when necessary, unnecessary power consumption is eliminated, and the operation of the analog signal processing circuit 502 and the A / D converter 503 and the correlation calculation in the baseband unit 511 are performed simultaneously. In this way, an increase in peak power consumption can be avoided.

なお、相関値を算出する演算方法は、相関値の積算時間を可変に構成してもよいし、相関値の上昇のしかたによって積算時間を変更してもよい。また、GPS信号から時刻情報を得るために相関値を演算し、相関値に応じてGPS信号の受信間隔を変えてもよい。   The calculation method for calculating the correlation value may be configured such that the integration time of the correlation value is variable, or the integration time may be changed depending on how the correlation value increases. Further, a correlation value may be calculated in order to obtain time information from the GPS signal, and the GPS signal reception interval may be changed according to the correlation value.

GPS衛星が捕捉できると、受信されたGPS信号をデコードすることによって航法メッセージデータを抽出する。航法メッセージデータには、GPS時刻情報を求めるためのデータ(Zカウント,GPS週番号など)が含まれており、CPU507によりGPS時刻情報が得られることになる。   If the GPS satellite can be acquired, the navigation message data is extracted by decoding the received GPS signal. The navigation message data includes data for obtaining GPS time information (Z count, GPS week number, etc.), and the CPU 507 can obtain GPS time information.

内部時計508は、図示しない水晶発信器などの基準発振器を内蔵しており、その基準発振信号を分周して時刻を計時する。この内部時計508はCPU507から入力されるGPS時刻情報によってリセットされ、上記基準発振器の発振周波数周波数誤差による時刻のずれが補償される。この内部時計508は、図示しないバッテリでバックアップされており、常時、計時している。表示器509は、内部時計で計時された時刻情報を表示する手段である。制御装置512はGPS時計500を全体的に制御する制御手段であり、内部時計508が活動時間帯にある場合など、受信動作が可能な条件下にある場合には、GPS受信処理に必要な回路を起動し、内部時計508の時刻修正を行う。活動時間帯としては、午前7時〜午前9時の通勤時間帯、または、人によっては外にいる可能性が高い時間帯、例えば日中の午前8時〜午後8時などに設定すれば、GPS時計を装着した使用者が屋外にいると想定できるため、GPS信号を受信し易くなる。
カウンタ530は、次の受信動作が行なわれるまでの待機時間を計測するものであり、第1所定時間および第2所定時間の設定値に応じて計数して、カウントアップしたら知らせるものである。
The internal clock 508 has a built-in reference oscillator such as a crystal oscillator (not shown), and measures the time by dividing the reference oscillation signal. The internal clock 508 is reset by GPS time information input from the CPU 507, and the time shift due to the oscillation frequency frequency error of the reference oscillator is compensated. The internal clock 508 is backed up by a battery (not shown) and always keeps time. A display 509 is means for displaying time information measured by an internal clock. The control device 512 is a control unit that controls the GPS clock 500 as a whole. When the internal clock 508 is in an active time zone or the like and is in a condition in which a reception operation is possible, a circuit necessary for GPS reception processing is used. And the time of the internal clock 508 is corrected. As an activity time zone, if you set a commuting time zone from 7 am to 9 am, or a time zone where you are likely to be outside depending on the person, for example, 8 am to 8 pm during the day, Since it can be assumed that the user wearing the GPS clock is outdoors, it becomes easier to receive GPS signals.
The counter 530 measures the waiting time until the next reception operation is performed, counts according to the set values of the first predetermined time and the second predetermined time, and notifies when the count is increased.

GPS時計は、電波時計に較べて移動中の受信に強く、ユーザーが活動中でも受信ができるという特性を持つ一方、室内などの衛星が見通しにくい建物内では、逆に受信に弱くなるという弱点があり、本発明はこれらの特質を利用したものである。
一般的にユーザーが屋外にいる可能性が高い日中、例えば、内部時計で午前7時〜午後9時において受信状態を判定するための動作を定期的に行い、十分な相関値が得られないなど、受信に適さないと判断されれば動作を終了する。その他、いくつかの条件、動作パターンが考えられ後述する。
GPS watches are more resistant to reception while moving than radio timepieces, and have the characteristics that users can receive while they are active. On the other hand, in buildings where it is difficult to see satellites, the GPS watch has a weakness that reception is weak. The present invention utilizes these characteristics.
In general, during the daytime when the user is likely to be outdoors, for example, an internal clock is periodically used to determine the reception status from 7 am to 9 pm, and sufficient correlation values cannot be obtained. If it is determined that it is not suitable for reception, the operation is terminated. In addition, some conditions and operation patterns are considered and will be described later.

次に、本発明のGPS時計の制御について説明する。図2は、主に制御装置512において実行されるプログラムで実現される機能ブロックである。制御装置512は、受信条件判断手段521、受信レベル監視手段522、時刻情報修正手段523、時間差判定手段524を備える。
受信条件判断手段521は、前述の活動時間帯で受信するように制御するもので、内部時計508で計時内容が予め設定された時刻になった場合に、自動受信処理を行うようにしているもので、GPS装置を用いた受信処理の開始を制御する。受信レベル監視手段522は、受信レベルを判別し受信状態が適切かどうかを監視する処理を行う。時刻情報修正手段523は、受信した衛星信号から時刻情報を取得しGPS付き腕時計の時刻を修正する処理を行う。時間差判定手段524は、取得したGPS時刻情報と内部時計との差を求めて妥当かどうか判定する処理を行なう。
Next, control of the GPS timepiece of the present invention will be described. FIG. 2 is a functional block realized mainly by a program executed in the control device 512. The control device 512 includes a reception condition determination unit 521, a reception level monitoring unit 522, a time information correction unit 523, and a time difference determination unit 524.
The reception condition judgment means 521 controls to receive in the above-mentioned activity time zone, and performs automatic reception processing when the timekeeping content reaches a preset time with the internal clock 508. Thus, the start of reception processing using the GPS device is controlled. The reception level monitoring unit 522 performs processing for determining the reception level and monitoring whether the reception state is appropriate. The time information correcting means 523 performs processing for acquiring time information from the received satellite signal and correcting the time of the GPS wristwatch. The time difference determination means 524 performs a process of determining whether the difference between the acquired GPS time information and the internal clock is appropriate.

図3は、本発明の第1の実施形態である時刻修正機能付きのGPS時計が行う処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。
まず、ステップSA01において、内部時計の計時内容から活動時間帯にあるかどうか判定することで受信条件を満たしたか否か判断する。受信条件を満たしていなければ、再びステップSA01に戻り、受信条件を満たすまでこれを繰り返す。これは、図2で示した制御装置512の中の受信条件判断手段521の機能に相当する処理である。
FIG. 3 is a flowchart showing an algorithm of processing performed by the GPS timepiece with a time correction function according to the first embodiment of the present invention. Hereinafter, it demonstrates according to each step.
First, in step SA01, it is determined whether or not the reception condition is satisfied by determining whether or not it is in the active time period from the timekeeping content of the internal clock. If the reception condition is not satisfied, the process returns to step SA01 again, and this is repeated until the reception condition is satisfied. This is a process corresponding to the function of the reception condition determination means 521 in the control device 512 shown in FIG.

受信条件を満たすと、ステップSA02でGPS電波の受信を開始するため受信システムを起動し、その後ステップSA03に進んで相関演算のみを実行する捕捉動作を行う。
ここで、受信条件判断手段521での受信条件を満たしたか否かの判断は、前述のような活動時間帯にあるかどうかにより判定する以外に、例えば、GPS信号受信起動ボタンが押されたか否かを検出する方法がある。これは、適した受信環境になったら使用者に操作してもらうことにより、最適な受信の機会を得るものである。他にも、光センサを用いて測定した物理量、振動センサを用いて測定した物理量を用いることで、屋外の受信に適した環境にあるかどうか判断することができる。
If the reception condition is satisfied, the reception system is activated to start reception of GPS radio waves in step SA02, and then the process proceeds to step SA03 to perform a capturing operation for executing only the correlation calculation.
Here, the determination as to whether or not the reception condition is satisfied by the reception condition determination means 521 is made based on whether or not the GPS signal reception activation button is pressed, for example, in addition to determining whether or not the reception condition is in the activity time zone as described above. There is a way to detect. This is to obtain an optimum reception opportunity by having the user operate when a suitable reception environment is obtained. In addition, by using a physical quantity measured using an optical sensor and a physical quantity measured using a vibration sensor, it can be determined whether the environment is suitable for outdoor reception.

ステップSA02で受信システムを起動したあと、ステップSA03で捕捉動作を行なうが、この時の相関演算について説明する。大まかには、衛星番号を1番から順次変更し、各衛星番号のGPS衛星をサーチし、その信号レベルを検出して相関値が最大となるものを特定する。つまり、GPS衛星のC/Aコードの発生タイミングを調整して、同期できるGPS衛星を判別するわけである。GPS衛星からは同一周波数で信号が送信されているが、GPS衛星毎に異なるC/Aコードを用いることで判別している。従って、受信したGPS衛星の衛星信号に含まれるC/Aコードを判別することで、現在、捕捉可能(同期可能)なGPS衛星を特定することができる。C/Aコードの判別は、受信した衛星信号と内部で生成したC/Aコードとの相関を取り、同じC/Aコードであればその出力は所定のタイミングでピーク値が出力されるが、異なるC/Aコードである場合は、出力はピークを持たず、常に零となることから、当該GPS衛星のC/Aコードを特定することが出来る。   After starting the receiving system in step SA02, the capturing operation is performed in step SA03. The correlation calculation at this time will be described. Roughly, the satellite number is sequentially changed from the first, the GPS satellite of each satellite number is searched, the signal level is detected, and the one having the maximum correlation value is specified. That is, the GPS satellite C / A code generation timing is adjusted to determine which GPS satellites can be synchronized. A signal is transmitted from the GPS satellite at the same frequency, but is determined by using a different C / A code for each GPS satellite. Therefore, by determining the C / A code included in the satellite signal of the received GPS satellite, it is possible to identify a GPS satellite that can be currently captured (synchronizable). The determination of the C / A code is based on the correlation between the received satellite signal and the C / A code generated internally. If the C / A code is the same, the peak value is output at a predetermined timing. In the case of different C / A codes, the output does not have a peak and is always zero, so that the C / A code of the GPS satellite can be specified.

捕捉動作によって特定されたGPS衛星の衛星番号はSRAM506等の記憶部に記憶され、次回の時刻情報を取得する処理に用いることができる。前述したように、C/Aコードのコード長は1msであるので、C/Aコードの発生タイミングを調整しながらGPS衛星の捕捉動作を行っても、標準電波受信機と比較して短時間で受信処理を行える。   The satellite number of the GPS satellite specified by the capturing operation is stored in a storage unit such as the SRAM 506, and can be used for processing for acquiring next time information. As described above, since the C / A code length is 1 ms, the GPS satellite capture operation can be performed in a shorter time than the standard radio wave receiver even when the C / A code generation timing is adjusted. Receive processing can be performed.

ステップSA03の捕捉動作によって得られた相関値は、受信レベル監視手段522により相関値の大きさに基づく受信レベルの監視が行なわれ、ステップSA04において、予め設定された閾値以上か否かを判断し、特定された相関値が閾値以上である場合には、ステップSA05に進んでGPS時刻情報の取得動作を行なうが、相関値が閾値より下の場合には、GPS時刻情報の取得は行なわないまま、ステップSA10で受信システムを休止する。
ステップSA10で受信システムを休止状態とした後、ステップSA11でカウンタ1のカウントを開始する。カウンタ1が第1所定時間経過したことをステップSA12で確認すると、ステップSA01に戻り受信条件が満たされるのを待つ。
The correlation value obtained by the capturing operation in step SA03 is monitored by the reception level monitoring means 522 based on the magnitude of the correlation value. In step SA04, it is determined whether or not the correlation value is equal to or greater than a preset threshold value. If the specified correlation value is greater than or equal to the threshold value, the process proceeds to step SA05 to perform the GPS time information acquisition operation. However, if the correlation value is lower than the threshold value, the GPS time information is not acquired. In step SA10, the receiving system is paused.
After setting the receiving system to a dormant state in step SA10, the counter 1 starts counting in step SA11. When the counter 1 confirms that the first predetermined time has elapsed in step SA12, the process returns to step SA01 and waits until the reception condition is satisfied.

GPS時刻情報は、HOWワードには毎週日曜日の0時からの経過時間を表すGPS信号の時刻情報などを取得することにより得られ、ステップSA05で実施される。ステップSA06で、内部時計の時刻情報を取得し、先に取得したGPS時刻情報との時刻情報の差が指定時間以上の時間差であるか否か判断し(ステップSA07)、指定時間以上の時間差がある場合には、ステップSA13で受信システムを休止した後、ステップSA14でカウンタ2のカウントを開始する。カウンタ2が第2所定時間経過したことをステップSA15で確認すると、ステップSA01に戻り受信条件が満たされるのを待つ。   The GPS time information is obtained by acquiring the time information of the GPS signal indicating the elapsed time from 0 o'clock every Sunday in the HOW word, and is implemented in step SA05. In step SA06, the time information of the internal clock is acquired, and it is determined whether or not the difference in time information from the previously acquired GPS time information is a time difference greater than or equal to the specified time (step SA07). In some cases, after stopping the receiving system in step SA13, the counter 2 starts counting in step SA14. When the counter 2 confirms that the second predetermined time has elapsed in step SA15, the process returns to step SA01 and waits until the reception condition is satisfied.

ここで指定時間以上の時間差が生じるのはどんな場合があるかを考えてみる。例えば、ステップSA05で、取得したGPS時刻情報を正常に取得できない環境にあると、パリティチェックで受信誤りが確認されることがあり、このままGPS時刻情報を取得した場合には、非存時刻や大幅に外れた時刻となって、正しい時刻情報と異なった時刻を表すことになる。このような誤ったGPS時刻情報は、内部時計の時刻情報と比較すると指定時間以上の時間差が生じる場合が多い。   Here, consider the case in which a time difference that exceeds the specified time occurs. For example, in an environment where the acquired GPS time information cannot be normally acquired in step SA05, a reception error may be confirmed by a parity check. Therefore, the time is different from the correct time information. Such erroneous GPS time information often has a time difference that is greater than or equal to the specified time when compared to the time information of the internal clock.

ステップSA07でのGPS時刻情報と内部時計の時刻情報と時間差が指定時間未満の場合、内蔵する水晶発振器の精度誤差により生じた時間差として、GPS時刻情報は正常に取得したものと判断できるため、ステップSA08では、先のステップSA05で取得されたGPS時刻情報と、ステップSA06で取得した内部時計の時刻情報に基づいて、内部時計の時刻情報を修正し、修正が完了するとステップSA09で受信システムを休止し、ステップSA01に戻って次回の受信動作を待つ。   If the time difference between the GPS time information and the time information of the internal clock in step SA07 is less than the specified time, it can be determined that the GPS time information has been normally acquired as the time difference caused by the accuracy error of the built-in crystal oscillator. In SA08, the time information of the internal clock is corrected based on the GPS time information acquired in the previous step SA05 and the time information of the internal clock acquired in step SA06. When the correction is completed, the receiving system is suspended in step SA09. Then, the process returns to step SA01 to wait for the next reception operation.

このように、時間差判定手段524は、ステップSA07で時間差の判定を行ない、その結果に応じて、一旦受信システムを休止状態とするか、あるいは直ちにステップSA08に進んで時刻情報修正手段523により内部時計の時刻を修正する。   In this way, the time difference determining means 524 determines the time difference in step SA07 and, depending on the result, temporarily sets the receiving system to a dormant state, or immediately proceeds to step SA08 and the time information correcting means 523 uses the internal clock. Correct the time.

ここで、具体例として、第1所定時間として1時間、第2所定時間として4時間に設定した場合を考えてみる。まず、受信および時刻修正が正常に行なえた場合として、GPS信号を受信時の相関値が所定の閾値以上あり、取得したGPS時刻情報と内部時計の時間差が所定時間以内の場合である。内部時計が活動時間帯に入り受信環境が整ったと判断し(SA01)、受信システムの起動(SA02)および捕捉動作(SA03)によりGPS信号の受信を行ない、内部で発生した比較用のC/Aコードを用いて受信信号の相関値を判定する(SA04)。得られた相関値は所定の閾値以上あり、GPS衛星が特定されてGPS時刻情報を取得し(SA05)、内部時計の時刻情報を読み出して(SA06)、両時刻情報の時間差をとって判定し(SA07)、時間差が所定時間より小さく正常に受信できていることから、取得したGPS時刻情報を基に内部時計の時刻修正を行ない(SA08)、時刻修正完了後に受信システムの休止状態となって(SA09)、次回受信予定時刻まで待機状態となる(SA16)。なお、次回受信予定時刻として、前回と同じ受信時刻とするような定時受信や、24時間カウント後とする場合など色々あるが、概ね1日後となるような設定を行なえばよい。このように、正常な受信が行なえれば、時刻修正まで一気に処理して次回受信待機状態となる。   Here, as a specific example, consider a case where the first predetermined time is set to 1 hour and the second predetermined time is set to 4 hours. First, as a case where reception and time correction can be performed normally, a correlation value at the time of receiving a GPS signal is equal to or greater than a predetermined threshold, and a time difference between the acquired GPS time information and the internal clock is within a predetermined time. It is determined that the internal clock has entered the active time zone (SA01) and the reception environment has been prepared (SA01), and the GPS signal is received by the activation of the reception system (SA02) and the capture operation (SA03). The correlation value of the received signal is determined using the code (SA04). The obtained correlation value is equal to or greater than a predetermined threshold value, the GPS satellite is identified and GPS time information is acquired (SA05), the time information of the internal clock is read (SA06), and the time difference between both time information is determined. (SA07) Since the time difference is smaller than the predetermined time and the signal can be normally received, the time of the internal clock is corrected based on the acquired GPS time information (SA08), and the receiving system is in a sleep state after the time correction is completed. (SA09), it is in a standby state until the next scheduled reception time (SA16). In addition, there are various cases such as scheduled reception time that is the same reception time as the previous reception time, or after 24-hour counting, but it may be set to be approximately one day later. In this way, if normal reception can be performed, processing is performed at a stretch until the time is corrected, and the next reception standby state is entered.

次に、受信は正常だが時刻修正が出来ない場合、つまり受信は正常に行なえたものの、取得したGPS時刻情報に異常がありGPS時刻情報と内部時計の時間差が所定時間以上となる場合である。ステップSA01からSA04で受信を開始し捕捉動作を行なって相関値が所定の閾値以上であることを確認した後、ステップSA05およびSA06でGPS時刻情報と内部時計の時刻情報を取得して、両者の時間差をとった結果(SA07)、所定時間以上となっているため、受信システムを休止し(SA13)、カウンタ2として4時間のカウントが開始する(SA14)。4時間経過したら(SA15)再び受信条件が整うのを待って(SA01)受信動作から繰り返す。これが繰り返されている状態では、4時間ごとに受信動作を行なって、GPS時刻情報を正常に取得するチャンスを待つ。   Next, there is a case where the reception is normal but the time cannot be corrected, that is, although the reception can be performed normally, the acquired GPS time information is abnormal, and the time difference between the GPS time information and the internal clock becomes a predetermined time or more. In steps SA01 to SA04, reception is started and a capturing operation is performed to confirm that the correlation value is equal to or greater than a predetermined threshold. Then, in steps SA05 and SA06, the GPS time information and the time information of the internal clock are acquired. As a result of taking the time difference (SA07), since it is equal to or longer than the predetermined time, the reception system is suspended (SA13), and the counter 2 starts counting for 4 hours (SA14). When 4 hours have passed (SA15), it waits until the reception condition is satisfied again (SA01) and repeats from the reception operation. In a state where this is repeated, a reception operation is performed every 4 hours to wait for a chance to acquire GPS time information normally.

この間、さらに受信環境が悪化して、正常に受信することが難しくなってくると、ステップSA03の捕捉動作で得られたGPS信号の相関は低くなり、相関値の判定結果(SA04)では所定の閾値より小さくなって、直ちに受信システムを休止し(SA10)、カウンタ1として1時間のカウントが開始する(SA11)。1時間経過して(SA12)再び受信条件が整うのを待って(SA01)受信動作から繰り返す。この状態では、1時間ごとに受信動作を行なって、受信環境が回復するのを待つ。   During this time, if the reception environment further deteriorates and it becomes difficult to receive normally, the correlation of the GPS signal obtained by the capturing operation in step SA03 becomes low, and the correlation value determination result (SA04) shows a predetermined value. When the value becomes smaller than the threshold, the receiving system is immediately stopped (SA10), and the counter 1 starts counting for one hour (SA11). After one hour has passed (SA12), it waits for the reception condition to be satisfied again (SA01) and repeats from the reception operation. In this state, a reception operation is performed every hour to wait for the reception environment to recover.

このように、受信環境がかなり悪く、捕捉したGPS信号の相関値が、所定の閾値以上ない場合には、1時間ごとに受信動作を行ない、その際、捕捉動作のみを行なってそれ以外の受信システムは休止状態とする。
また、受信状況がそれほど悪くはないが、正しいGPS時刻情報が得られるほど良くはない環境下では、4時間ごとに受信動作を行ない、捕捉動作に加えGPS時刻取得と内部時計との比較処理まで実施する。そのため、捕捉動作のみを行なう場合に比べて消費電力
が余計にかかるものの、正常に受信できれば直ちに時刻を修正することができる。
As described above, when the reception environment is considerably poor and the correlation value of the captured GPS signal is not equal to or greater than the predetermined threshold value, the reception operation is performed every hour. At that time, only the acquisition operation is performed and the other reception is performed. The system is in a dormant state.
In addition, the reception situation is not so bad, but in an environment where the correct GPS time information is not obtained, the reception operation is performed every 4 hours, and in addition to the capture operation, the GPS time acquisition and the comparison processing with the internal clock are performed. carry out. Therefore, although the power consumption is excessive compared with the case where only the capturing operation is performed, the time can be corrected immediately if reception is successful.

受信環境が悪化しているときには、GPS時刻情報を正確に取得するのは難しいため、捕捉動作による相関値のチェックのみを行ない、かつ受信動作を頻繁に繰り返すことで、回復の機会を逃さないように監視し、受信環境が良くなってきたら、捕捉動作後にGPS時刻情報まで取得するようにして、時刻修正の機会を増やすことが可能となり、受信環境が良くない状態が長期にわたり継続したとしても、GPS時刻情報の取得が行なえないまま時刻修正が出来ずに内部時計がずれていってしまうのを防止するとともに、この間の受信動作にかかる消費電力を低減することが出来る。   When the reception environment is deteriorating, it is difficult to acquire GPS time information accurately, so only the correlation value is checked by the capture operation, and the reception operation is repeated frequently so as not to miss the opportunity for recovery. If the reception environment is improved, the GPS time information can be acquired after the capture operation to increase the time adjustment opportunity. Even if the reception environment is not good for a long time, While preventing the GPS time information from being acquired, the time cannot be corrected and the internal clock is prevented from shifting, and the power consumption for the reception operation during this time can be reduced.

次に、第2の実施形態として、GPS信号のドップラ効果を利用した場合を説明する。
ドップラ効果によるGPS信号の受信周波数ずれ(ドップラシフト)については以下の通りである。
GPS衛星から送信されるGPS信号の周波数(送信周波数)は、すべての衛星で同じ周波数であることは説明した。但し、受信機における受信周波数は、受信機に対するGPS衛星の仰角によって変動する。これは、受信周波数にドップラ効果などが影響するためである。具体的には、受信機に対して天頂に位置するGPS衛星から信号を受信する場合、ドップラシフト(周波数ずれ)は0となり、送信周波数に対する受信周波数のずれ量も0となる。
Next, a case where the Doppler effect of the GPS signal is used will be described as a second embodiment.
The GPS signal reception frequency shift (Doppler shift) due to the Doppler effect is as follows.
It has been described that the frequency (transmission frequency) of a GPS signal transmitted from a GPS satellite is the same for all satellites. However, the reception frequency at the receiver varies depending on the elevation angle of the GPS satellite with respect to the receiver. This is because the Doppler effect affects the reception frequency. Specifically, when a signal is received from a GPS satellite located at the zenith with respect to the receiver, the Doppler shift (frequency shift) is 0, and the shift amount of the reception frequency with respect to the transmission frequency is also 0.

一方、ドップラシフトは、仰角が低いほど大きくなり、送信周波数からのずれ量が大きくなる。また、ドップラシフトは、GPS衛星が受信機に近づく方向に移動して向かってくる場合にはプラス方向(+)、つまり、周波数が高くなる方向に変化し、GPS衛星が受信機から遠ざかり地平線に向かって沈んでいく場合にマイナス方向(−)、つまり、周波数が低くなる方向に変化する。
GPS衛星が仰角0°〜仰角90°、天頂を通過してまた仰角が0°になるまで、ドップラシフトが(+)→(0)→(−)と連続的に変化していくため、これを検知すれば、おおよその衛星位置を把握して、次のGPS信号の受信時間を予め予測して行うことができる。
On the other hand, the Doppler shift increases as the elevation angle decreases, and the amount of deviation from the transmission frequency increases. In addition, the Doppler shift changes in the plus direction (+), that is, in the direction in which the frequency increases, when the GPS satellite moves toward the receiver, and the GPS satellite moves away from the receiver to the horizon. As it sinks, it changes in the negative direction (-), that is, in the direction in which the frequency decreases.
This is because the Doppler shift continuously changes from (+) → (0) → (−) until the GPS satellite passes through the zenith and the elevation angle reaches 0 °. , It is possible to grasp the approximate satellite position and predict the reception time of the next GPS signal in advance.

図4は、本実施の形態を説明するフローチャートであり、GPS衛星が天頂方向へ移動しているか否かに基づいてGPS時刻情報の取得を継続するか否か判断する処理を含むアルゴリズムを示している。GPS衛星から送信された電波を受信した際の受信電波のドップラ周波数の偏差を計測し、その値が“0”に近いほど、GPS衛星は天頂に位置しているため受信しやすい。また、ドップラ周波数の周波数の偏移が増加か減少かによってGPS衛星が天頂に向かう方向か、天頂からずれる方向かを判別することができる。このように、GPS衛星の位置によって異なる周波数のGPS信号が得られることを利用して、GPS時計情報を取得する時期を予測し、最適な受信動作を行なうものである。   FIG. 4 is a flowchart for explaining the present embodiment, showing an algorithm including a process for determining whether or not to continue acquisition of GPS time information based on whether or not the GPS satellite is moving in the zenith direction. Yes. The deviation of the Doppler frequency of the received radio wave when receiving the radio wave transmitted from the GPS satellite is measured, and the closer the value is to “0”, the easier the GPS satellite is to receive because it is located at the zenith. Further, it can be determined whether the GPS satellite is directed toward the zenith or deviated from the zenith depending on whether the frequency shift of the Doppler frequency is increased or decreased. In this way, by utilizing the fact that GPS signals of different frequencies are obtained depending on the position of the GPS satellite, the timing for acquiring GPS clock information is predicted, and an optimal reception operation is performed.

以下、図4の各ステップに従って説明する。
ステップSA01において、内部時計の計時内容から活動時間帯にあるかどうか判定することで受信条件を満たしたか否か判断する。受信条件を満たしていなければ、再びステップSA01に戻り、受信条件を満たすまでこれを繰り返す。受信条件を満たすと、ステップSA02でGPS電波の受信を開始するため受信システムを起動し、その後ステップSA03に進んで相関演算のみを実行する捕捉動作を行う。ここまでの流れは、図3のフローチャートと同じであり、同一番号のステップは同じ処理を行なう。
Hereinafter, description will be given according to each step of FIG.
In step SA01, it is determined whether or not the reception condition is satisfied by determining whether or not it is in the active time period from the timekeeping content of the internal clock. If the reception condition is not satisfied, the process returns to step SA01 again, and this is repeated until the reception condition is satisfied. If the reception condition is satisfied, the reception system is activated to start reception of GPS radio waves in step SA02, and then the process proceeds to step SA03 to perform a capturing operation for executing only the correlation calculation. The flow up to this point is the same as that in the flowchart of FIG. 3, and steps with the same number perform the same processing.

ステップSA04では、捕捉動作によって得られる相関値が予め設定された閾値以上か否か判断し、所定の閾値以上である場合にはドップラシフト量に応じた処理に進み、相関値が予め設定された閾値以上でない場合には、ステップSA10へ移行して、受信システ
ムの休止(SA10)、カウンタ1のカウント開始(SA11)、第1所定時間経過の判断(SA12)の後に、ステップSA01に戻る。
In step SA04, it is determined whether or not the correlation value obtained by the capturing operation is greater than or equal to a preset threshold value. If the correlation value is greater than or equal to a predetermined threshold value, the process proceeds to processing according to the Doppler shift amount, and the correlation value is preset. If it is not equal to or greater than the threshold value, the process proceeds to step SA10, and after the suspension of the receiving system (SA10), the start of counting by the counter 1 (SA11), and the determination of the elapse of the first predetermined time (SA12), the process returns to step SA01.

ステップSA04.1では、受信したGPS信号の周波数ずれからドップラシフト量を算出して、(−)、(0)、(+)の周波数偏移に応じたGPS衛星の挙動を察知し、最適な処理を行なうものである。
ステップSA04.1において、ドップラシフト量が、マイナス(−)偏移の場合には、衛星が遠方に離れていくために受信状態が悪くなるものとして、当該衛星からのGPS時刻情報の取得は見送ってステップSA10に進み、受信システムの休止(SA10)、カウンタ1のカウント開始(SA11)、第1所定時間経過の判断(SA12)を経て、ステップSA01に戻る。
In step SA04.1, the Doppler shift amount is calculated from the frequency shift of the received GPS signal, and the behavior of the GPS satellite according to the frequency shift of (−), (0), (+) is detected, and the optimum Processing is performed.
In step SA04.1, if the Doppler shift amount is a minus (−) shift, it is assumed that the reception state deteriorates because the satellite moves far away, and the acquisition of GPS time information from the satellite is postponed. Then, the process proceeds to step SA10. After the suspension of the receiving system (SA10), the start of counting by the counter 1 (SA11), and the determination of the passage of the first predetermined time (SA12), the process returns to step SA01.

また、ドップラシフトが無く(0)偏移の場合には、GPS衛星が天頂付近の最も受信に適した軌道上にあると判断できるため、ステップSA05に進み、GPS時刻情報を取得して内部時計の時刻修正を行なう。なお、ステップSA05以降の処理内容は、図3のステップSA05〜SA09、およびSA13〜SA16と同じであるので図4では略記したが、処理が完了するとステップSA01に戻り、受信条件が整うのを待って受信動作から繰り返す。   If there is no Doppler shift and the shift is (0), it can be determined that the GPS satellite is in an orbit near the zenith that is most suitable for reception. Therefore, the process proceeds to step SA05, where GPS time information is acquired and an internal clock is acquired. Correct the time. Since the processing contents after step SA05 are the same as those in steps SA05 to SA09 and SA13 to SA16 in FIG. 3, they are omitted in FIG. 4. However, when the processing is completed, the processing returns to step SA01 and waits for the reception conditions to be satisfied. Repeat from the receiving operation.

一方、ドップラシフト量が(+)の場合には、GPS衛星が遠方より近づいてきていると考えられるため、ステップSA04.2で一旦受信システムを休止した後、ステップSA04.3でドップラシフト量から最適な受信時間までの時間を計算し、ステップSA04.4でカウンタ3のカウントを開始して、最適な受信時間になるまで待つ。ステップSA04.5において設定時間の経過を確認したら、一旦ステップSA01に戻って受信動作から行なう。このとき、GPS衛星は受信に最適な軌道上、つまり天頂上に到達しているはずであり、ステップSA04.1でのドップラシフト量の算出結果は(0)となってステップSA05へ進み、GPS時刻情報の取得および内部時計の時刻修正を行なった後にステップSA01に戻る。   On the other hand, when the Doppler shift amount is (+), it is considered that the GPS satellite is approaching from a distance. Therefore, after temporarily suspending the reception system in Step SA04.2, the Doppler shift amount is determined in Step SA04.3. The time to the optimum reception time is calculated, and the counter 3 starts counting at step SA04.4 and waits until the optimum reception time is reached. When it is confirmed in step SA04.5 that the set time has elapsed, the process returns to step SA01 to perform the reception operation. At this time, the GPS satellite should have reached the optimum orbit for reception, that is, the top of the zenith, and the calculation result of the Doppler shift amount in step SA04.1 becomes (0) and proceeds to step SA05. After obtaining the time information and correcting the time of the internal clock, the process returns to step SA01.

このように、ドップラシフト量に基づいてGPS衛星の軌道情報を得て、受信可否の判定条件に加えることで、さらに効率的かつ低消費電力で受信を行なうことが可能となる。   As described above, by obtaining the orbit information of the GPS satellite based on the Doppler shift amount and adding it to the determination condition of whether or not reception is possible, reception can be performed more efficiently and with low power consumption.

次に、第3の実施形態として、次回のGPS衛星のサーチを行なう際に、GPS衛星の衛星番号、ドップラシフト量および相関値の算出結果を用いる場合について説明する。
衛星の捕捉動作により、SRAM506には衛星番号が記憶されており、時刻情報の取得は当該番号の衛星によって行なわれたものである。そのため、次回の受信動作における衛星のサーチでこの衛星番号を用いれば、短時間かつ低消費電力で確度の高い受信を行なうことが可能となる。
また、受信レベル監視手段で算出した相関値から、閾値の目安がわかるため、次回の受信動作で閾値設定の最適値が設定できるようになり、受信確度の向上に寄与することができる。
これら2つの記憶情報に加え、第2の実施形態で説明したドップラシフトの検出結果を利用することで、次回の受信動作を衛星からの信号を受信しやすい最適なタイミングで行なうことが可能となる。
Next, as a third embodiment, a case will be described in which the GPS satellite number, the Doppler shift amount, and the correlation value calculation result are used when searching for the next GPS satellite.
The satellite number is stored in the SRAM 506 by the capturing operation of the satellite, and the acquisition of the time information is performed by the satellite of the number. For this reason, if this satellite number is used in the satellite search in the next reception operation, it is possible to perform highly accurate reception in a short time with low power consumption.
In addition, since the threshold value can be determined from the correlation value calculated by the reception level monitoring unit, the optimum threshold setting value can be set in the next reception operation, which can contribute to the improvement of reception accuracy.
By using the Doppler shift detection result described in the second embodiment in addition to these two pieces of stored information, the next reception operation can be performed at an optimal timing at which it is easy to receive a signal from the satellite. .

このことを、第2の実施形態の説明で用いた図4のフローチャートにて説明する。
ステップSA01で受信条件を満たしたと判断すると、ステップSA02で受信システムを起動し、SA03に進んで相関演算による捕捉動作を行なうが、捕捉動作が完了した時点で受信対象となる衛星が特定されるため、この衛星番号をSRAM506の記憶領域に保持する。
続くステップSA04で、この捕捉動作で得られた相関値が予め設定された閾値以上か否か判断し、所定の閾値以上である場合にはドップラシフト量に応じた処理に進むとともに、ステップSA03で得られた相関値、およびステップSA04で用いた閾値は、一時的にSRAM506の記憶領域に保持される。
ここで、相関値が予め設定された閾値以上でない場合には、ステップSA10へ移行して、受信システムの休止(SA10)、カウンタ1のカウント開始(SA11)、第1所定時間経過の判断(SA12)の後に、ステップSA01に戻る。
This will be described with reference to the flowchart of FIG. 4 used in the description of the second embodiment.
If it is determined in step SA01 that the reception condition is satisfied, the reception system is activated in step SA02, and the process proceeds to SA03 to perform a capture operation by correlation calculation. However, the satellite to be received is specified when the capture operation is completed. The satellite number is stored in the storage area of the SRAM 506.
In subsequent step SA04, it is determined whether or not the correlation value obtained by this capturing operation is greater than or equal to a preset threshold value. If the correlation value is greater than or equal to a predetermined threshold value, the process proceeds to a process corresponding to the Doppler shift amount, and in step SA03. The obtained correlation value and the threshold value used in step SA04 are temporarily held in the storage area of the SRAM 506.
If the correlation value is not greater than or equal to the preset threshold value, the process proceeds to step SA10, the reception system is suspended (SA10), the counter 1 starts counting (SA11), and the first predetermined time has elapsed (SA12). ), The process returns to step SA01.

ステップSA04.1でドップラシフト量を算出してから、その周波数偏移に応じたGPS衛星の挙動を察知し、続く処理を行なうまでの流れは、第2の実施形態で説明したとおりである。
この中で、ドップラシフトがプラス方向(+)、つまりGPS衛星が近づいてくる場合は、ステップSA04.2で受信システムを休止した後、ステップSA04.3およびステップSA04.4を経て、ステップSA04.5で最適な受信時間になるまで待ってからステップSA01に戻る。
The flow from calculating the Doppler shift amount in step SA04.1 to detecting the behavior of the GPS satellite according to the frequency shift and performing the subsequent processing is as described in the second embodiment.
In this case, when the Doppler shift is in the positive direction (+), that is, when the GPS satellite is approaching, the reception system is paused in Step SA04.2, and then after Step SA04.3 and Step SA04.4, Step SA04. After waiting until the optimum reception time is reached in step 5, the process returns to step SA01.

受信動作が完了し、ステップSA01に戻ったときには、衛星番号、相関値とその時に設定されていた閾値、ドップラシフトの検出結果といった、前回の受信動作で得られた各値を記憶した状態である。ステップSA01に戻り受信条件が満たされてステップSA02で受信システムを起動した後、ステップSA03で捕捉動作を行なう際に、前回取得して記憶してある衛星番号を用いる。
第1の実施形態で説明した捕捉動作は、衛星番号を1番から順次変更し、各衛星番号のGPS衛星をサーチし、その信号レベルを検出して相関値が最大となるものを特定するものであったが、現時点では、衛星番号を記憶したGPS衛星が受信に最適な軌道上、つまり天頂上に到達するはずであるので、当該衛星を用いて捕捉動作を行なう。
When the reception operation is completed and the process returns to step SA01, the values obtained in the previous reception operation such as the satellite number, the correlation value, the threshold value set at that time, and the Doppler shift detection result are stored. . After returning to step SA01 and satisfying the reception conditions and starting the receiving system in step SA02, the satellite number acquired and stored last time is used when performing the capturing operation in step SA03.
In the capturing operation described in the first embodiment, the satellite number is sequentially changed from the first, the GPS satellite of each satellite number is searched, the signal level is detected, and the one having the maximum correlation value is specified. However, since the GPS satellite storing the satellite number should reach the optimum orbit for reception, that is, the top of the zenith at the present time, the capturing operation is performed using the satellite.

これにより、捕捉動作に必要な相関値の算出の仕方を工夫できる。例えば、動作させる相関器の数を減らして、当該衛星番号に対応した最少1つのみ動作することで消費電力を低減でき、一方、全ての相関器を当該衛星の相関値算出にあてがうことにより、演算時間を短縮することができる。また、両者を併用することで、効率よく動作させることも可能となる。
あるいは、捕捉動作時の衛星番号の変更順序として、1番の衛星からではなく、当該衛星番号からサーチを開始するようにすれば、万が一、当該衛星を検出できなかったとしても、他の衛星をサーチするので問題の発生を抑えることができる。
Thereby, the method of calculating the correlation value necessary for the capturing operation can be devised. For example, by reducing the number of correlators to be operated and operating at least one corresponding to the satellite number, power consumption can be reduced, while by assigning all correlators to the correlation value calculation of the satellite, Calculation time can be shortened. Moreover, it becomes possible to operate efficiently by using both together.
Alternatively, if the search is started from the satellite number instead of the first satellite as the change order of the satellite numbers during the capturing operation, even if the satellite cannot be detected, Searching can reduce the occurrence of problems.

ステップSA03の捕捉動作によって相関値を得た後、ステップSA04で予め設定された閾値以上か否かを判断するが、前回算出した相関値およびその時に設定されていた閾値、およびドップラシフトの検出結果が記憶領域に保持されており、これらを関連付けたテーブルを作成しておくことで、相互の関係から最適な閾値の選択設定が可能となる。例えば、記憶保持した時点でのドップラシフト量と相関値との関係から、GPS衛星が受信に最適な軌道上に位置したときの相関値が、前回の相関値からどの程度大きくなるかテーブルを参照して予測値を拾い出し、これに合わせて閾値の設定をするようにすれば、受信レベルの監視において確度の高い判断を行なうことが可能となる。   After obtaining the correlation value by the capturing operation in step SA03, it is determined whether or not the threshold value is preset in step SA04. The previously calculated correlation value, the threshold value set at that time, and the Doppler shift detection result Are stored in the storage area, and by creating a table associating them, it is possible to select and set the optimum threshold value from the mutual relationship. For example, from the relationship between the Doppler shift amount and the correlation value at the time of storing and holding, refer to the table to see how much the correlation value when the GPS satellite is positioned in the orbit optimal for reception is larger than the previous correlation value Then, if a predicted value is picked up and a threshold value is set in accordance with the predicted value, it is possible to make a highly accurate determination in monitoring the reception level.

このように、受信動作の際に得られた各種値を記憶しておき、次回の受信動作で用いることにより、さらなる効率化および低消費電力化が図られる。   As described above, by storing various values obtained in the reception operation and using them in the next reception operation, further efficiency and low power consumption can be achieved.

500 GPS時計
501 アンテナ
502 アナログ信号処理回路
503 A/D変換器
504 ベースバンド回路
505 ROM
506 SRAM
507 CPU
508 内部時計
509 表示器
510 バス
511 ベースバンド部
512 制御装置
513 水晶発振器
521 受信条件判断手段
522 受信レベル監視手段
523 時刻情報修正手段
524 時間差判定手段
530 カウンタ
500 GPS watch 501 Antenna 502 Analog signal processing circuit 503 A / D converter 504 Baseband circuit 505 ROM
506 SRAM
507 CPU
508 Internal clock 509 Display 510 Bus 511 Baseband unit 512 Controller 513 Crystal oscillator 521 Reception condition judgment means 522 Reception level monitoring means 523 Time information correction means 524 Time difference judgment means 530 Counter

Claims (3)

時刻を計時する内部時計と、
GPS衛星から送信されるGPS信号を受信し、該GPS信号に基づきGPS時刻情報を取得するGPS受信ユニットと、
該GPS受信ユニットで取得された前記GPS時刻情報に対応して、前記内部時計の計数する時刻を修正する演算装置と、
を備えたGPS時計において、
受信条件を満たすか否かを判断する受信条件判断手段と、
GPS信号の受信レベルを、捕捉動作において算出される相関値に基づいて監視する受信レベル監視手段と、
前記GPS時刻情報と前記内部時計の計数する時刻との時間差を算出して判断を下す時間差判定手段とを有し、
前記受信レベル監視手段により受信レベルが予め設定されたレベルに達しないと判断された場合には、前記GPS受信ユニットによるGPS信号の受信動作を休止し、第1所定時間経過した後に前記受信条件判断手段により受信条件を満たすか否かを判断し、
前記受信レベル監視手段により受信レベルが予め設定されたレベルに達したと判断された場合であって、前記時間差判定手段により時間差が指定時間以上と判断された場合には、受信システムを休止し、第2所定時間経過した後に前記受信条件判断手段により受信条件を満たすか否かを判断することを特徴とする時刻修正機能付きGPS時計。
An internal clock that keeps time,
A GPS receiving unit that receives a GPS signal transmitted from a GPS satellite and acquires GPS time information based on the GPS signal;
An arithmetic unit that corrects the time counted by the internal clock in response to the GPS time information acquired by the GPS receiving unit;
GPS watch with
A reception condition judging means for judging whether or not the reception condition is satisfied;
Reception level monitoring means for monitoring the reception level of the GPS signal based on the correlation value calculated in the capturing operation;
Time difference determination means for calculating a time difference between the GPS time information and the time counted by the internal clock and making a determination;
When the reception level monitoring means determines that the reception level does not reach a preset level, the reception operation of the GPS signal by the GPS reception unit is suspended, and the reception condition determination is performed after a first predetermined time has elapsed. Determine whether or not the reception condition is satisfied by means,
If the reception level monitoring means determines that the reception level has reached a preset level, and the time difference determination means determines that the time difference is greater than or equal to the specified time, the reception system is suspended, A GPS timepiece with a time correction function, wherein the reception condition determination means determines whether or not a reception condition is satisfied after a second predetermined time has elapsed.
前記受信レベルが予め設定された値を超えた場合に、GPS電波のドップラシフトを検出し、該ドップラシフトに基づいて前記GPS受信ユニットによるGPS受信動作を休止することを特徴とする請求項1に記載の時刻修正機能付きGPS時計。   The GPS reception unit according to claim 1, wherein when the reception level exceeds a preset value, a Doppler shift of GPS radio waves is detected, and a GPS reception operation by the GPS reception unit is suspended based on the Doppler shift. GPS clock with time correction function described. 前記受信レベル監視手段により受信レベルが予め設定されたレベルに達したと判断された場合に、前記GPS衛星の衛星番号を記憶し、次回のGPS衛星のサーチに該記憶された衛星番号、前記ドップラシフトの検出結果、および前記相関値の算出結果を用いることを特徴とする請求項2に記載の時刻修正機能付きGPS時計。
When the reception level monitoring means determines that the reception level has reached a preset level, the satellite number of the GPS satellite is stored, and the stored satellite number and the Doppler are stored in the next GPS satellite search. The GPS timepiece with time correction function according to claim 2, wherein a shift detection result and a correlation value calculation result are used.
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