JP2015010946A - 電波修正時計および電波修正時計のコード判定方法 - Google Patents

電波修正時計および電波修正時計のコード判定方法 Download PDF

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【課題】コードの誤判定を低減できる電波修正時計および電波修正時計のコード判定方法を提供すること。【解決手段】電波修正時計1は、時刻情報を含む標準電波を受信して、受信信号を出力する受信手段5と、秒同期タイミングを基準にサンプリング開始タイミングを設定する開始タイミング設定手段13と、サンプリング開始タイミングから所定期間の受信信号の中で、第1レベルの信号幅が最も大きい最大幅信号を検出する最大幅信号検出手段14Aと、最大幅信号が送信される期間内に判定タイミングを設定する判定タイミング設定手段14Bと、サンプリング開始タイミングから判定タイミングまでの経過時間を検出する経過時間検出手段14Cと、経過時間検出手段14Cが検出した経過時間に基づいて、秒同期タイミングから1秒間の信号のコードを判定するコード判定手段15と、を備える。【選択図】図1

Description

本発明は、標準電波に基づいて時刻を修正する電波修正時計および電波修正時計のコード判定方法に関する。
標準電波を受信し、受信した標準電波に基づいて内部時刻を修正する電波修正時計が知られている。標準電波は、1Hzのタイムコードを所定周波数の搬送波で振幅変調を掛けて送信する。電波修正時計は、受信した標準電波に基づいて、第1レベルおよび第1レベルとは異なる第2レベルに変化する受信信号を生成し、この受信信号を1秒毎に判定することで、時刻情報を取得する。受信信号の判定は、第1レベルの信号幅に基づいて行われる(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1の電波修正時計は、受信信号が1秒間隔で繰り返される秒同期タイミングで第2レベルから第1レベルに変化した後、受信信号が第1レベルから第2レベルに変化し、第2レベルのまま所定時間経過した場合に、この第1レベルから第2レベルに変化したタイミングを変化タイミングと判定する。そして、この電波修正時計は、秒同期タイミングから上記変化タイミングまでの経過時間を計測し、この経過時間に基づいてコード判定を行っている。これにより、受信信号の信号レベルがノイズの影響で一時的に第1レベルから第2レベルに変化しても、前記所定時間経過する前に第1レベルに戻れば、前記ノイズの影響を排除でき、コードを正しく判定できる。
特開2011−214871号公報
しかしながら、特許文献1の電波修正時計では、正常な信号の変化タイミングの前に、ノイズの影響等により、受信信号が第1レベルから第2レベルに変化したまま前記所定時間を経過すると、秒同期タイミングから変化タイミングまでの経過時間が本来の正常な信号に比べて短くなり、誤ってコード判定を行ってしまう可能性がある。この場合、コードを正しく判定できず、時刻情報を正しく取得できない。
本発明の目的は、コードの誤判定を低減できる電波修正時計および電波修正時計のコード判定方法を提供することにある。
本発明の電波修正時計は、時刻情報を含む標準電波を受信して、第1レベルおよび前記第1レベルとは異なる第2レベルに変化するとともに、1秒間隔で前記第2レベルから前記第1レベルに変化する受信信号を出力する受信手段と、前記受信信号が前記第2レベルから前記第1レベルに変化する1秒間隔のタイミングである秒同期タイミングを基準に、サンプリング開始タイミングを設定する開始タイミング設定手段と、前記サンプリング開始タイミングから所定期間の前記受信信号の中で、前記第1レベルの信号幅が最も大きい最大幅信号を検出する最大幅信号検出手段と、前記最大幅信号が送信される期間内に判定タイミングを設定する判定タイミング設定手段と、前記サンプリング開始タイミングから前記判定タイミングまでの経過時間を検出する経過時間検出手段と、前記経過時間検出手段が検出した経過時間に基づいて、前記秒同期タイミングから1秒間の信号のコードを判定するコード判定手段と、を備えることを特徴とする。
ここで、標準電波は、1Hzのタイムコードを所定周波数の搬送波で振幅変調を掛けて送信するものである。このため、受信手段が出力する受信信号は、受信した標準電波の振幅に応じて、第1レベルまたは第2レベルに信号レベルが変化する。この際、受信手段の回路によって、第1レベルが第2レベルよりも高いハイレベルとなる場合と、第1レベルが第2レベルよりも低いローレベルとなる場合とがある。
また、受信信号は、1秒間隔で第2レベルから第1レベル(ローレベルからハイレベル、または、ハイレベルからローレベル)に変化し、ビット値(「0」、「1」、マーカー)に応じた信号幅で第1レベルから第2レベル(ハイレベルからローレベル、または、ローレベルからハイレベル)に変化する。
例えば、ドイツの標準電波であるDCF77では、1周期(1サイクル)が60秒(60ビット)のタイムコードが繰り返し送信されている。受信信号における各ビットの第1レベルの信号幅は、通常、2進数の「1」、2進数の「0」、マーカー「M」の3種類のデータ(ビット値)に合わせて設定されている。例えば、DCF77であれば、第1レベルの信号幅が0.1秒(100msec)であれば、2進数の「0」を表し、第1レベルの信号幅が0.2秒(200msec)であれば、2進数の「1」を表す。また、第1レベルの信号幅が0.0秒であれば、すなわち、第2レベルが1秒間続けば、マーカー「M」を表す。
本発明によれば、最大幅信号検出手段は、サンプリング開始タイミングから所定期間の受信信号の中で第1レベルの信号幅が最も大きい最大幅信号を検出する。ここで、前記所定期間は、次のサンプリング開始タイミングまでの1秒間としてもよいし、標準電波の種類に応じて設定してもよい。例えば、前記所定期間は、DCF77では400msecに設定され、JJYでは900msecに設定される。
そして、判定タイミング設定手段は、最大幅信号が送信される期間内に判定タイミングを設定する。例えば、最大幅信号の信号幅の中心(信号幅の1/2)のタイミングを判定タイミングとして設定する。経過時間検出手段は、サンプリング開始タイミングから判定タイミングまでの経過時間を検出する。そして、コード判定手段は、経過時間検出手段が検出した経過時間に基づいて、1秒間の信号のコードを判定する。
ここで、サンプリング開始タイミングから所定期間の受信信号の中に、第1レベル信号が複数存在する場合、ノイズの影響による第1レベル信号の信号幅は、通常、正常な信号の信号幅に比べて小さい。このため、最大幅信号を検出することで、正常な信号が送信されているタイミングを検出できる。従って、判定タイミング設定手段によって、最大幅信号が送信される期間内に判定タイミングを設定すれば、各ビット値(コード)つまり第1レベルの信号幅の相違によって、通常、前記判定タイミングも異なるタイミングに設定される。従って、サンプリング開始タイミングから前記判定タイミングまでの経過時間を検出すれば、その経過時間に基づいてコードを正しく判定でき、時刻情報を正しく取得できる。
また、本発明では、最大幅信号の信号幅ではなく、サンプリング開始タイミングから判定タイミングまでの経過時間に基づいてコードを判定するため、例えば、受信環境が悪く、電波強度が弱いために受信信号の信号幅が変化した場合でも、コードを正しく判定できる。
例えば、DCF77では、受信信号において2進数の「1」を表す1信号の信号幅が本来の200msecから減少して100msec以下となった場合、信号幅に基づいてコード判定を行う方法では、コードを2進数の「0」と間違って判定してしまう。
しかしながら、本発明では、信号幅で判定するのではなく、サンプリング開始タイミングから判定タイミングまでの経過時間で判定する。そして、信号幅が減少して100msecとなった1信号の判定タイミングと、信号幅が増減していない100msecの0信号の判定タイミングとは通常異なるタイミングとなることが多いため、前記経過時間も異なり、この経過時間に基づいてコード判定を行うことで、信号幅が減少した1信号のコードを0信号と区別して正しく判定できる可能性が高まり、コードの誤判定を低減できる。
本発明の電波修正時計において、前記判定タイミング設定手段は、前記最大幅信号の信号幅の中心のタイミングを前記判定タイミングに設定することが好ましい。
受信環境が悪く、電波強度が弱い場合に、受信手段の回路の特性上、受信信号の信号幅は、両側(前後)つまり第2レベルから第1レベルに変化する第1レベルの開始部分と、第1レベルから第2レベルに変化する第1レベルの終了部分で増減することがある。この場合、信号幅の中心のタイミングは、信号幅が増減しても変動しにくい。このため、最大幅信号の信号幅の中心のタイミングを判定タイミングに設定することで、サンプリング開始タイミングから判定タイミングまでの経過時間は、信号幅の両側の増減により変動しにくくなる。これにより、信号幅が増減する場合であっても、コードをより正しく判定できる。
本発明の電波修正時計において、前記判定タイミング設定手段は、前記最大幅信号の終了タイミングを前記判定タイミングに設定することが好ましい。
受信環境が悪く、電波強度が弱い場合に、受信手段の回路の特性上、受信信号の信号幅は、前側つまり第2レベルから第1レベルに変化する第1レベルの開始部分で主に減少することがある。この場合、信号の終了のタイミングは、信号幅の前側が増減しても変動しにくい。このため、最大幅信号の終了タイミングを判定タイミングに設定することで、サンプリング開始タイミングから判定タイミングまでの経過時間は、信号幅の前側の増減により変動しにくくなる。これにより、信号幅が増減する場合であっても、コードをより正しく判定できる。
本発明の電波修正時計において、前記受信信号を所定のサンプリング周期でサンプリングして各サンプリング時の信号レベルを取得するサンプリング手段を備え、前記最大幅信号検出手段は、前記サンプリング手段で検出された信号レベルが前記第2レベルから前記第1レベルに変化した時点から、前記サンプリング手段で連続して前記第1レベルが検出された回数が最も大きな信号を、前記最大幅信号として検出することが好ましい。
本発明によれば、サンプリング手段で第1レベルが検出された回数をカウントすることで最大幅信号を検出できるため、容易な処理で最大幅信号を検出できる。
本発明の電波修正時計において、前記開始タイミング設定手段は、前記秒同期タイミングの所定時間前のタイミングを前記サンプリング開始タイミングに設定し、前記所定時間は、前記秒同期タイミングで前記受信信号が前記第2レベルから前記第1レベルに変化した場合にその信号レベルの変化を検出できる時間に設定されることが好ましい。
ここで、前記所定時間は、1秒間隔の信号レベル変化タイミングのバラツキを考慮して設定すればよい。例えば、秒同期タイミングを検出する秒同期処理において設定される判定条件と同程度の時間に設定すればよい。具体的には、前記所定時間は、30〜60msec程度に設定すればよい。
本発明によれば、1秒間隔の秒同期タイミングに対して、受信信号が第2レベルから第1レベルに変化するタイミングがずれた場合でも、前記所定時間以上ずれる可能性は低いため、秒同期タイミングにおける受信信号の第2レベルから第1レベルへの変化を、確実に検出できるため、最大幅信号を正しく検出できる。
本発明の電波修正時計において、前記コード判定手段は、前記最大幅信号の信号幅が信号幅閾値未満の場合は、コードをマーカーと判定し、前記最大幅信号の信号幅が前記信号幅閾値以上の場合は、前記経過時間検出手段が検出した経過時間を、経過時間閾値と比較して、コードを2進数の「0」または「1」と判定することが好ましい。
受信環境が悪く、電波強度が弱いために信号幅が減少したとしても、それには下限がある。DCF77では、0信号および1信号の信号幅が例えば40msec未満となる場合は少なく、40msec未満の信号はノイズ信号であると判定できる。このため、DCF77では、信号幅閾値を例えば40msecとし、最大幅信号の信号幅が信号幅閾値未満の場合は、コードをマーカー「M」と判定する。すなわち、最大幅信号の信号幅が0msecより大きく、40msec未満の場合は、その信号はノイズ信号と判定する。また、最大幅信号の信号幅が0msecであれば、第1レベル信号の入力が無いと判定する。これらの場合、コードを「M」と判定できる。一方、最大幅信号の信号幅が信号幅閾値以上の場合は、経過時間検出手段が検出した経過時間を経過時間閾値(例えば125msec)と比較して、コードを「0」または「1」と判定する。これらにより、DCF77の標準電波を受信した場合に、「0,1,M」のコードを正しく判定できる。
本発明の電波修正時計において、前記コード判定手段は、前記経過時間検出手段が検出した経過時間が、第1経過時間閾値未満であるか、前記第1経過時間閾値以上かつ前記第1経過時間閾値よりも大きい値である第2経過時間閾値未満であるか、または、前記第2経過時間閾値以上であるかを判定することで、コードを2進数の「0」、「1」またはマーカーと判定することが好ましい。
例えば、JJYでは、「0」を表す信号の信号幅は800msecであり、「1」を表す信号の信号幅は500msecであり、マーカーを表す信号の信号幅は200msecであり、通常、判定タイミングは各信号で互いに異なる。つまり、経過時間検出手段が検出する経過時間も各信号で互いに異なるため、前記経過時間に基づいてコードを判定できる。
本発明によれば、コード判定手段は、前記経過時間が、第1経過時間閾値未満であるか、第1経過時間閾値以上かつ第2経過時間閾値未満であるか、または、第2経過時間閾値以上であるかを判定することでコードを判定するため、前記経過時間に基づいた「0」、「1」、マーカーのコードの判定を正しく行うことができる。
本発明は、時刻情報を含む標準電波を受信して、第1レベルおよび前記第1レベルとは異なる第2レベルに変化するとともに、1秒間隔で前記第2レベルから前記第1レベルに変化する受信信号を出力する受信手段を有する電波修正時計のコード判定方法であって、前記受信信号が前記第2レベルから前記第1レベルに変化する1秒間隔のタイミングである秒同期タイミングを基準に、サンプリング開始タイミングを設定する開始タイミング設定ステップと、前記サンプリング開始タイミングから所定期間の前記受信信号の中で、前記第1レベルの信号幅が最も大きい最大幅信号を検出する最大幅信号検出ステップと、前記最大幅信号が送信される期間内に判定タイミングを設定する判定タイミング設定ステップと、前記サンプリング開始タイミングから前記判定タイミングまでの経過時間を検出する経過時間検出ステップと、前記経過時間検出ステップで検出した経過時間に基づいて、前記秒同期タイミングから1秒間の信号のコードを判定するコード判定ステップと、を備えることを特徴とする。
本発明においても、前記電波修正時計と同じ作用効果を奏することができる。
第1実施形態に係る電波修正時計を示すブロック図である。 ドイツにおける標準電波「DCF77」の各信号に対する受信パルスデューティーおよび振幅変化を示す図である。 第1実施形態の受信処理を示すフローチャートである。 第1実施形態の経過時間検出処理を示すフローチャートである。 第1実施形態の受信信号の一例を示す波形図である。 第1実施形態のコード判定処理を示すフローチャートである。 第1実施形態における受信信号が1信号である場合の各状態の波形を示す図である。 第1実施形態における受信信号が0信号である場合の各状態の波形を示す図である。 第2実施形態における受信信号が1信号である場合の各状態の波形を示す図である。 第2実施形態における受信信号が0信号である場合の各状態の波形を示す図である。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。
〔電波修正時計の構成〕
図1は、電波修正時計1の内部構成を示すブロック図である。
電波修正時計1は、時刻を表示する時刻表示手段2と、時刻情報を含む電波を受信する受信手段5と、基準信号を出力する基準信号源となる発振回路6および分周回路7と、装置全体の動作を制御する制御手段10とを備えている。
時刻表示手段2は、アナログ式時計で用いられる一般的な指針や、日や曜日を印刷した表示車(日車、曜車)等と、これらを駆動するモーターや輪列等で構成されている。具体的には、図示を略すが、文字板と、指針である時針、分針、秒針と、日付や曜日を表示する日車、曜車等のカレンダー車を備えて構成されている。
なお、日車、曜車は、両方設けてもよいし、いずれか一方のみを設けてもよいし、両方とも設けなくてもよい。これらは各時計のデザインなどを考慮して設定される。
さらに、モーターとしては、ステップモーターが一般的であるが、圧電アクチュエーターなどの指針を運針可能な各種の駆動機構を用いてもよい。
なお、時刻表示手段2としては、指針やカレンダー車を備えるものに限らず、液晶パネルなどの表示装置を組み込み、時刻情報をデジタル表示するものでもよい。
受信手段5は、一般的な標準電波の受信回路と同じ構成であり、アンテナ4と、同調コンデンサなどにて構成された図示しない同調回路とを備えている。この受信手段5は、制御手段10で制御され、同調回路で設定された周波数の長波標準電波をアンテナ4で受信させるように構成されている。
なお、標準電波の周波数は、受信する標準電波の種類に応じて設定される。例えば、日本の標準電波「JJY」であれば、40Hzまたは60Hzに設定され、アメリカ合衆国の標準電波「WWVB」は、60Hzに設定され、ドイツの標準電波「DCF77」は77.5Hzに設定され、中国の標準電波「BPC」は、68.5kHzに設定されている。
この標準電波の選択は、ユーザーが手動操作で行っても良いし、電波修正時計1が周波数を自動的に切り替えて、電波を受信できるか否かを判定して設定してもよい。
各標準電波では、ハイレベル信号の振幅とローレベル信号の振幅の割合が所定の比率のAM変調で信号が出力されている。そして、ハイレベル信号またはローレベル信号の信号幅(もしくはディーティー)に基づいて2進数の「0」、2進数の「1」、マーカー「M」が認識される。
例えば、DCF77では、図2に示すように、ハイレベル信号の振幅とローレベル信号の振幅の割合が100:25のAM変調で信号が出力されている。
DCF77では、図2(A)〜(C)に示すように、ローレベル信号の信号幅が0.1秒つまりローレベル信号のデューティーが10%である場合に「0」、ローレベル信号の信号幅が0.2秒つまりローレベル信号のデューティーが20%である場合に「1」と認識される。さらに、「M」は、AM変調がされておらず、ハイレベル信号が1秒間続くと、Mと認識される。
そして、各標準電波では、標準電波毎のタイムコードフォーマットにおいて、上記「0,1,M」の各信号を用いることで時刻情報が送信されている。各標準電波のタイムコードフォーマットには、分、時などの時刻情報やパリティなどが含まれている。
また、受信手段5は、図示しない、増幅回路、バンドパスフィルタ、復調回路、デコード回路などを備え、受信した長波標準電波からデジタルデータであるタイムコード(時刻情報)を取り出す。この取り出したタイムコードは、制御手段10に出力される。
この際、長波標準電波は、上述の通り振幅変調で変調した信号を送信するため、振幅が大きい期間と小さい期間とがある。受信手段5は、この振幅の変化に応じて、受信信号の信号レベルを、ハイレベル、ローレベルとして出力する。この際、受信手段5の回路構成によって、振幅が大きい場合に、受信信号をハイレベルとして出力する場合と、ローレベルとして出力する場合とがある。このため、受信信号は、1秒間に第2レベルから第1レベルに変化するが、第1レベルがハイレベルの場合と、第1レベルがローレベルの場合とがあり、第2レベルは第1レベルとは異なるレベルとなる。
発振回路6は、例えば水晶振動子などの図示しない基準信号源を備え、この基準信号源を高周波発振させ、この高周波発振により発生する発振信号を分周回路7に出力する。
分周回路7は、発振回路6から出力される発振信号を受信して分周する。この分周回路7は、所定の基準信号、例えば1Hzのパルス信号を、制御手段10に出力する。
〔制御手段の構成〕
制御手段10は、例えばIC(Integrated Circuit)や各種電気部品などが搭載された回路によって構成され、電波修正時計1の計時および時刻修正を実施するものである。
制御手段10は、図1に示すように、サンプリング手段11と、秒同期検出手段12と、開始タイミング設定手段13と、最大幅信号検出手段14Aと、判定タイミング設定手段14Bと、経過時間検出手段14Cと、コード判定手段15と、時刻修正手段16と、計時手段17と、記憶手段18とを備えている。
サンプリング手段11は、受信手段5で受信した受信信号を、所定のサンプリング周期でサンプリングする。本実施形態では、サンプリング周波数を128Hzとしているので、サンプリング周期は、1000msec/128=約7.8msecである。
秒同期検出手段12は、受信信号の間隔が1秒間隔となっているかを確認し、秒同期が確立したこと検出するものである。
具体的には、秒同期検出手段12は、前記サンプリング手段11で、受信信号が第2レベルから第1レベルに変化したタイミングを確認し、この変化タイミングの間隔が、5回連続して1秒±62.5msecであれば秒同期が確立したと判定する。なお、62.5msecは128Hzのサンプリングにおいて8パルス分である。従って、前回の信号変化タイミングから、サンプリング回数で120〜136回のサンプリング時に、前記第2レベルから第1レベルへの信号変化を検出した場合には、1秒±62.5msecの間隔であると判定できる。なお、±62.5msec(±8パルス)としたのは、1秒間隔を検出する際に、約6%程度の誤差範囲であれば、約1秒間隔であると判定できるためである。なお、この±62.5msecの数値は、実施にあたって増加あるいは減少して変更してもよい。
開始タイミング設定手段13は、サンプリング手段11による受信信号のサンプリング開始タイミングT0(図5)を設定するものである。
具体的には、開始タイミング設定手段13は、受信信号に対して、秒同期検出手段12による秒同期が行われた後、秒同期タイミングを基準にサンプリング開始タイミングT0を設定する。ここでは、秒同期タイミングから所定時間前、具体的には50msec前のタイミングをサンプリング開始タイミングT0に設定する。
例えば、秒同期タイミングとは別にサンプリング開始タイミングT0を設定せずに、秒同期タイミングから信号サンプリングを開始したとする。この場合、実際の信号レベル変化が秒同期タイミングよりも前にずれると、受信信号が第2レベルから第1レベルに変化した後に信号サンプリングを開始することになり、信号レベルの変化タイミングを検出できないおそれがある。
そこで、秒同期タイミングとは別にサンプリング開始タイミングT0を設定することで、秒同期タイミングから所定時間前のタイミングからサンプリングを開始することができる。このため、秒同期タイミングにおける受信信号の第2レベルから第1レベルへの変化を確実に検出できる。
なお、本実施形態では前記所定時間は50msecとされているが、これに限定されず、秒同期タイミングで受信信号が第2レベルから第1レベルに変化した場合に、その信号レベルの変化を検出できる時間に設定されていればよく、通常は30〜60msec程度に設定すればよい。
最大幅信号検出手段14Aは、サンプリング開始タイミングT0から1秒間の受信信号の中で第1レベルの信号幅が最も大きい最大幅信号を検出する。
具体的には、最大幅信号検出手段14Aは、サンプリング手段11で検出された信号レベルが第2レベルから第1レベルに変化した時点から、サンプリング手段11で連続して第1レベルが検出された回数が最も大きな第1レベル信号を、最大幅信号として検出する。
判定タイミング設定手段14Bは、最大幅信号検出手段14Aで検出された最大幅信号が送信される期間内に判定タイミングTA(図5)を設定する。
具体的には、判定タイミング設定手段14Bは、最大幅信号の信号幅の中心のタイミングを判定タイミングTAに設定する。
経過時間検出手段14Cは、サンプリング開始タイミングT0から判定タイミング設定手段14Bが設定した判定タイミングTAまでの経過時間を検出する。
コード判定手段15は、経過時間検出手段14Cが検出した経過時間に基づいて、秒同期タイミングから1秒間の信号のコードを判定する。すなわち、コード判定手段15は、本発明のコード判定手段を構成する。
なお、各コードは、標準電波の種類に応じて受信信号の信号幅が異なるため、選択された標準電波の種類に応じて判定条件を設定すればよい。
例えば、DCF77では、受信信号において、第1レベルの信号幅が100msecであれば2進数の「0」を表し、200msecであれば2進数の「1」を表し、それ以外であればマーカー「M」を表す。つまり、本実施形態では、サンプリング開始タイミングT0は秒同期タイミングより50msec前に設定されているため、サンプリング開始タイミングT0から信号の中心のタイミングまでの時間が、100msec(50msec+100msec/2)であれば「0」を表し、150msec(50msec+200/2)であれば「1」を表し、それ以外であれば「M」を表す。
このため、コード判定手段15は、例えば、経過時間検出手段14Cが検出した経過時間が、125msec以下であればコードを「0」と判定し、125msecより大きければコードを「1」と判定できる。なお、受信環境が悪く、電波強度が弱いために信号幅が減少したとしても、0信号および1信号のうち信号幅が短い方の0信号であっても、信号幅が40msec未満となる場合は少ない。このため、コード判定手段15は、最大幅信号の信号幅が、例えば40msec未満であれば、この信号はノイズの影響によるものと推定できるため、コードを「M」と判定する。
また、コード判定手段15は、判定したコードからタイムコード(時刻情報)を取得する。すなわち、標準電波では、1周期、60秒(60ビット)のタイムコードによって時刻情報を表しているので、コード判定手段15は60ビット分のコードを判定することで時刻情報を得ている。このコード判定手段15で取得された時刻情報は、時刻修正手段16に出力される。
時刻修正手段16は、コード判定手段15で取得した時刻情報が正しい時刻であるかを、次の2つの条件の一方に該当するかで判定している。
第1の条件は、受信した時刻情報が、計時手段17で計時されている計時時刻と一致するかを判定する。
第2の条件は、受信した時刻情報同士を対比し、各時刻情報がそれらの受信間隔分だけ異なり、その受信間隔分を調整すれば、時刻データが一致するものが、受信した7個の時刻情報の内で、3個以上あるかを判定する。例えば、時刻情報は60秒間隔で送信されるため、連続して7分間時刻情報を受信したとすれば、各時刻情報は、受信した順に1分ずつ異なる時刻になるはずである。従って、各受信時刻情報に、このような受信タイミングの相違分を調整して一致するか否かを判定する。
時刻修正手段16は、上記2つの条件のいずれか一方に該当すれば、正しい時刻情報を取得できたと判断して、計時手段17にその時刻情報を出力する。
計時手段17は、発振回路6および分周回路7を介して入力される基準クロック(1Hz)に基づいて計時するとともに、前記時刻修正手段16から受信時刻情報が入力されると、計時時刻(内部時刻データ)を受信時刻情報に修正して時刻合わせを行うように構成されている。
記憶手段18は、制御手段10における処理データを記憶する。
時刻表示手段2は、計時手段17で計時された時刻を表示する。例えば、指針を有するアナログ表示式時計であれば、モーターを制御して各指針の運針を制御して、受信時刻を指示させる。また、液晶パネル等を用いたデジタル表示式時計であれば、その表示装置を用いて時刻を表示させる。
〔電波修正時計の受信動作〕
次に、上記のような電波修正時計1における、標準電波の受信処理動作について、図3,4,6のフローチャートおよび図5の波形図に基づいて説明する。
電波修正時計1の制御手段10は、定期的な受信時刻になった場合や、ボタン等の外部操作部材の操作によって強制受信操作が行われた場合に、受信手段5を作動し、アンテナ4を介して標準電波の受信を開始する。なお、本実施形態ではDCF77を受信するように設定されているが、ボタン等の操作によって受信局が選択された場合には、同調回路などを用いて受信局を切り替える。
図3に示すように、サンプリング手段11は、受信手段5から出力される受信信号を、128Hzの周波数でサンプリングする(S1)。
本実施形態では、受信手段5は、秒信号に同期して第2レベル(ローレベル)から第1レベル(ハイレベル)に変化する信号を出力する。
この場合、サンプリング手段11は、1秒間の受信信号を128Hzでサンプリングしている。このため、第1レベル信号のパルス幅が0.1秒の場合、12パルス分の幅となる。
次に、秒同期検出手段12は、秒同期処理を実行する(S2)。ここで、秒同期処理とは、前述したように、受信信号間隔が、1秒±62.5msecである回数をカウントする。
そして、秒同期検出手段12は、前記1秒±62.5msecであること(秒同期条件)が5回連続して検出された場合に、秒同期が完了したと判定する(S3のYES)。
例えば、受信手段5の出力信号(受信信号)が1秒毎にパルスが立ち上がる場合、そのパルスの立ち上がりを、サンプリング時の信号レベルの変化で検出し、その変化の間隔が1秒±62.5msecの場合に秒同期条件に該当すると判断する。具体的には、サンプリング時に第2レベルから第1レベルに信号レベルが変化した時点から、次に第2レベルから第1レベルに信号レベルが変化した時点までのサンプリング数をカウントし、そのカウント数が、120〜136個の範囲であれば、秒同期条件に該当すると判断する。
秒同期検出手段12は、秒同期が完了していないと判断した場合(S3のNO)、受信開始から所定時間(具体的には4分)経過したかを判断する(S4)。
そして、S4でNo、つまり4分経過していない場合には、秒同期検出手段12は、S2の処理に戻り、秒同期処理を実行する。
一方、S4でYES、つまり秒同期が完了せずに、4分経過した場合には、標準電波を受信できていない場合や、受信していても電波強度が弱い場合等が考えられるため、制御手段10は受信手段5をオフして、受信処理を終了する。なお、この所定時間は4分に限らないが、短すぎると秒同期に失敗する確率が高まり、反対に長すぎると無駄に電力を消費してしまうため、4〜6分程度が好ましい。
秒同期が完了してS3でYesと判断された場合、開始タイミング設定手段13は、秒同期タイミングから50msec前(所定時間前)のタイミングをサンプリング開始タイミングT0に設定する。なお、サンプリング開始タイミングT0は、前述したように、秒同期タイミングから50msec前に限定されるものではない。
次に、最大幅信号検出手段14A、判定タイミング設定手段14B、および、経過時間検出手段14Cによって、経過時間検出処理S6が実行される。
経過時間検出処理S6の詳細を、図4のフローチャート、および、図5の受信信号の波形図に基づいて説明する。図5の波形図は、受信信号に、「0」を表す0信号である第1レベル信号P2と、ノイズパルスである第1レベル信号P1,P3〜P5が含まれている状態を示している。
最大幅信号検出手段14Aは、記憶手段18に記憶されている最大連続カウントを「0」に初期化し(S21)、次に、記憶手段18に記憶されている連続カウントを「0」に初期化する(S22)。
さらに、最大幅信号検出手段14Aは、サンプリング手段11による受信信号のサンプリングが、S5で確定したサンプリング開始タイミングT0から1秒間行われたかを判断する(S23)。
すなわち、経過時間検出処理S6の開始時はS23でNOと判断される。S23でNOと判断された場合、サンプリング手段11は、受信信号を1回分サンプリングする(S24)。
さらに、最大幅信号検出手段14Aは、S24で検出された信号レベルが、第1レベルかを判断する(S25)。
図5に示すように、サンプリング開始タイミングT0から第1レベル信号P1の信号開始時間T1の前までは、受信信号の信号レベルは第2レベルのため、S25でNOと判断される。S25でNOと判断された場合、最大幅信号検出手段14Aは、1回前のサンプリングで検出された信号レベルが第1レベルであるか、すなわち、今回、S24で検出された第2レベルの信号は、第1レベルから第2レベルに変化した時点のものであるかを判断する(S29)。
図5において、サンプリング開始タイミングT0から信号開始時間T1の前までは、第2レベルの信号が連続しているので、S29でNOと判断される。S29でNOと判断された場合、最大幅信号検出手段14Aは、処理をS22に戻す。このため、信号開始時間T1までは、S22〜S25,S29の処理が繰り返し実行される。
そして、信号開始時間T1で受信信号の信号レベルが第2レベルから第1レベルに変化すると、S25でYESと判断される。S25でYESと判断された場合、最大幅信号検出手段14Aは、記憶手段18に記憶されている連続カウントに1を加算する(S26)。すなわち、第1レベル信号P1の信号幅の測定が開始される。
さらに、最大幅信号検出手段14Aは、1回前のサンプリングで検出された信号レベルが第2レベルであるか、すなわち、今回、S24で検出された第1レベルの信号は、第2レベルから第1レベルに変化した時点のものであるかを判断する(S27)。
図5において、信号開始時間T1の直前は第2レベルの信号であり、信号開始時間T1の時点で第1レベルに変化しているので、第1レベルに変化した直後のサンプリングではS27でYESと判断される。
信号開始時間T1で受信信号の信号レベルが第2レベルから第1レベルに変化した直後は、S27でYESと判断される。S27でYESと判断された場合、最大幅信号検出手段14Aは、サンプリング開始タイミングT0からS24で受信信号がサンプリングされたタイミングまでの時間を検出する。そして、最大幅信号検出手段14Aは、検出した時間で記憶手段18に記載された信号開始時間を更新して(S28)、処理をS23に戻す。
そして、その後、第1レベル信号P1の信号終了時間T11の前までは、S24で検出された信号レベルは第1レベルとなるので、S25でYESと判断される。また、直前に検出された信号レベルが第1レベルとなるので、S27でNOと判断される。S27でNOと判断された場合、最大幅信号検出手段14Aは、処理をS23に戻す。
従って、信号開始時間T1から信号終了時間T11までの期間は、S23〜S27の処理が繰り返し実行される。これにより、記憶手段18に記憶された連続カウントが、第1レベル信号P1の信号幅分のカウントとなる。
次に、信号終了時間T11で受信信号の信号レベルが第1レベルから第2レベルに変化すると、S25でNOと判断され、さらに、S29でYESと判断される。S29でYESと判断された場合、最大幅信号検出手段14Aは、記憶手段18に記憶された連続カウントが、記憶手段18に記憶された最大連続カウントよりも大きいかを判断する(S30)。
初回は最大連続カウントが「0」のため、S30でYESと判断される。S30でYESと判断された場合、最大幅信号検出手段14Aは、記憶手段18に記憶された連続カウントで、記憶手段18に記憶された最大連続カウントを更新する(S31)。
さらに、最大幅信号検出手段14Aは、記憶手段18に記憶された信号開始時間で、記憶手段18に記憶された最大幅信号開始時間を更新し(S32)、処理をS22に戻す。
そして、信号終了時間T11から信号開始時間T2までは、第2レベルの信号が連続するため、S25およびS29でそれぞれNOと判定される。このため、最大幅信号検出手段14Aは、S22〜S25,S29の処理を繰り返し実行する。
そして、次に送信される第1レベル信号の信号開始時間T2で受信信号の信号レベルが第2レベルから第1レベルに変化すると、その直後は、S25およびS27でYESと判断され、S23〜S28の処理が実行される。その後は、第1レベル信号が連続する間は、S25でYES、S27でNOと判断されるため、S23〜S27の処理が繰り返し実行される。そして、受信信号の信号レベルが第1レベルから第2レベルに変化すると、S25でNOと判断され、S29,S30の処理が実行される。
ここで、記憶手段18に記憶された連続カウントが、記憶手段18に記憶された最大連続カウントよりも大きい場合(S30のYES)は、S31,S32を実行した後、処理をS22に戻す。
一方、記憶手段18に記憶された連続カウントが、記憶手段18に記憶された最大連続カウント以下の場合(S30のNO)は、処理をS22に戻す。
これらの処理は、サンプリング開始タイミングT0から1秒間経過するまで(S23でYESと判断されるまで)、受信信号の信号レベルが第2レベルから第1レベルに変化する毎(第1レベル信号の信号開始時間毎)に繰り返し実行される。
これにより、記憶手段18に記憶された最大連続カウントは、サンプリング開始タイミングT0から1秒間の受信信号の中で第1レベルの信号幅が最も大きい最大幅信号の連続カウントとなる。さらに、記憶手段18に記憶された最大幅信号開始時間は、最大幅信号の信号開始時間となる。図5の例では、最大連続カウントは、最も信号幅の大きい第1レベル信号P2の連続カウントとなり、最大幅信号開始時間は、第1レベル信号P2の信号開始時間T2となる。
これにより、記憶手段18に記憶された最大幅信号開始時間および最大連続カウントに基づいて、最大幅信号の送信期間を特定できる。
そして、サンプリング開始タイミングT0から1秒間経過すると、S23でYESと判断される。S23でYESと判断された場合、判定タイミング設定手段14Bは、最大幅信号の信号幅の中心のタイミングを判定タイミングTAに設定する(S33)。
さらに、経過時間検出手段14Cは、サンプリング開始タイミングT0から判定タイミングTAまでの経過時間を検出し(S34)、処理を終了する。
具体的には、経過時間検出手段14Cは、記憶手段18に記憶された最大連続カウントにサンプリング周期を掛けて得られる時間を2で割る。そして、経過時間検出手段14Cは、この時間を記憶手段18に記憶された最大幅信号開始時間に加算することで、前記経過時間を検出する。
なお、受信信号がM信号であり、ノイズパルスも存在しない場合には、受信信号に第1レベル信号が全く含まれない状態となる。この場合、S22〜S25,S29の処理が1秒間繰り返し実行された後、S23でYESと判定されると、判定タイミングTAは設定されずに処理は終了する。
図3に戻り、経過時間検出処理S6が終了すると、次に、コード判定手段15によって、コード判定処理S7が実行される。
コード判定処理S7の詳細を、図6のフローチャートに基づいて説明する。
コード判定手段15は、1秒間の受信信号のうち最も長い第1レベルの信号幅(最大信号幅)が、40msec(信号幅閾値)未満かを判断する(S41)。具体的には、コード判定手段15は、記憶手段18に記憶された最大連続カウントにサンプリング周期を掛けて得られる時間が、40msec(信号幅閾値)未満かを判断する。
ここで、DCF77の場合、2進数の「0」および「1」を表す受信信号の第1レベルの信号幅は、通常、標準電波の電波強度が弱い場合であっても、40msec未満となる可能性は低い。
このため、最大信号幅が40msec未満の場合(S41のYES)は、受信信号は、「0」および「1」ではなく、マーカー「M」を表す信号であると判断できる。つまり、コード判定手段15は、コードを「M」と判定する(S45)。
一方、S41でNOと判断された場合、コード判定手段15は、S34で検出された経過時間が、125msec(経過時間閾値)以下であるかを判断する(S42)。S42でYESの場合、コード判定手段15は、コードを「0」と判定する(S43)。S42でNOの場合、コード判定手段15は、コードを「1」と判定する(S44)。
図3に戻り、コード判定処理S7が終了すると、コード判定手段15は、コード判定処理S7で判定したコード値(「0,1,M」のいずれか)を、記憶手段18に格納する(S8)。
次に、コード判定手段15は、60ビット分つまり1つのタイムコード分のコードを格納したかを確認する(S9)。S9でNOと判断された場合、コード判定手段15は、処理をS6に戻して、次の1秒間の受信信号に対して、S6〜S8の処理を実行する。
S9でYESと判断された場合、コード判定手段15は、取得した60ビットのタイムコードをデコードして時刻情報を取得し、その時刻情報を時刻修正手段16に出力する。また、時刻修正手段16は時刻データが一致するかを判定する(S10)。
ここで、時刻データが一致したかの判定は、前述の2つの条件の一方に該当するかで判定している。
S10でYESと判断された場合は、正しい時刻情報を取得できたことになるため、時刻修正手段16は取得した時刻情報を計時手段17に出力し、計時手段17はその時刻情報で内部時刻を修正する(S11)。このため、時刻表示手段2で表示される時刻も受信時刻に更新される。その後、制御手段10は、受信処理を終了する。
一方、S10でNOと判断された場合、制御手段10は、受信開始から8分経過しているかを確認する(S12)。
そして、8分経過していない場合、制御手段10は、S6の処理から繰り返す。一方、8分経過している場合、制御手段10は、受信処理を終了する。
これは、受信開始から8分経過しても、正しい時刻情報を受信できない場合には、電波強度が弱かったり、電波を受信できない場合であると予測され、それ以上、受信処理を継続しても無駄に電力を消費するだけであるため、処理を終了するものである。
従って、S12でYESと判断されて受信を終了した場合は、時刻修正手段16は受信時刻を計時手段17に出力することはなく、計時手段17も計時時刻の修正は行わない。
ここで、各受信信号における本実施形態によるコード判定の様子を、図7,8を用いて説明する。
図7は、受信信号が1信号である場合の各状態の波形を示している。
理想波形の場合、図7の(状態A)に示すように、1信号の信号幅は200msec(図ではmsと記載)となり、サンプリング開始タイミングT0から最大幅信号の判定タイミングTA(信号幅の中心のタイミング)までの経過時間は、150msecとなる。これは、経過時間閾値である125msecより長いため、コードは「1」と正しく判定される。
次に、1信号の信号幅が、例えば半分に減少して100msecとなった場合について説明する。この場合、単に信号幅を閾値と比較する方法では、0信号の信号幅と区別できないため、コードは「0」と間違って判定される。
これに対して、本実施形態では、受信手段5の回路の特性上、信号幅が両側(前後)でほぼ均等に減少する場合は、図7の(状態B)に示すように、上記経過時間は150msecとなり、125msecより長いため、コードは「1」と正しく判定される。また、受信手段5の回路の特性上、信号幅が前側のみ減少する場合は、図7の(状態C)に示すように、上記経過時間は200msecとなり、125msecより長いため、コードは「1」と正しく判定される。
図8は、受信信号が0信号である場合の各状態の波形を示している。
理想波形の場合、図8の(状態D)に示すように、0信号の信号幅は100msecとなり、サンプリング開始タイミングT0から最大幅信号の判定タイミングTA(信号幅の中心のタイミング)までの経過時間は100msecとなる。これは、経過時間閾値である125msec以下となるため、コードは「0」と正しく判定される。
次に、0信号の信号幅が、例えば半分に減少して50msecとなった場合について説明する。受信手段5の回路の特性上、信号幅が両側でほぼ均等に減少する場合は、図8の(状態E)に示すように、上記経過時間は100msecとなり、125msec以下となるため、コードは「0」と正しく判定される。また、受信手段5の回路の特性上、信号幅が前側のみ減少する場合は、図8の(状態F)に示すように、上記経過時間は125msecとなり、125msec以下となるため、コードは「0」と正しく判定される。
次に、ノイズの影響により、例えば、図8の(状態G)に示すように、受信信号に、0信号である第1レベル信号P2と、ノイズパルスである第1レベル信号P1,P3〜P5が含まれる場合であっても、上記経過時間は100msecとなり、125msec以下となるため、コードは「0」と正しく判定される。
このような本実施形態によれば、次のような効果がある。
本実施形態では、経過時間検出処理S6により、サンプリング開始タイミングT0から1秒間の受信信号の中で第1レベルの信号幅が最も大きい最大幅信号を検出する。さらに、最大幅信号の信号幅の中心のタイミングを判定タイミングTAとして設定し、サンプリング開始タイミングT0から判定タイミングTAまでの経過時間を検出する。そして、コード判定処理S7により、検出した経過時間に基づいて、1秒間の信号のコードを判定する。
ここで、サンプリング開始タイミングT0から1秒間の受信信号の中に、第1レベル信号が複数存在する場合、ノイズの影響による第1レベル信号の信号幅は、通常、正常な信号の信号幅に比べて小さい(例えば図8の状態Gを参照)。このため、最大幅信号を検出することで、正常な信号が送信されているタイミングを検出できる。従って、最大幅信号の信号幅の中心のタイミングを判定タイミングTAに設定すれば、各ビット値(コード)つまり第1レベルの信号幅の相違によって、通常、判定タイミングTAも異なるタイミングに設定される。従って、サンプリング開始タイミングT0から判定タイミングTAまでの経過時間を検出すれば、その経過時間に基づいてコードを正しく判定でき、時刻情報を正しく取得できる。
また、本実施形態では、最大幅信号の信号幅ではなく、サンプリング開始タイミングT0から判定タイミングTAまでの経過時間に基づいてコードを判定するため、例えば、受信環境が悪く、電波強度が弱いために受信信号の信号幅が変化した場合でも、コードを正しく判定できる。
例えば、DCF77では、受信信号において2進数の「1」を表す1信号の信号幅が本来の200msecから減少して100msec以下となった場合、信号幅に基づいてコード判定を行う方法では、コードを2進数の「0」と間違って判定してしまう。
しかしながら、本実施形態では、信号幅で判定するのではなく、サンプリング開始タイミングT0から判定タイミングTAまでの経過時間で判定する。そして、信号幅が減少して100msecとなった1信号の判定タイミングTA(例えば図7の状態B,CのTA)と、信号幅が増減していない100msecの0信号の判定タイミングTA(例えば図8の状態DのTA)とは通常異なるタイミングとなることが多いため、前記経過時間も異なり、この経過時間に基づいてコード判定を行うことで、信号幅が減少した1信号のコードを0信号と区別して正しく判定できる可能性が高まり、コードの誤判定を低減できる。
受信環境が悪く、電波強度が弱い場合等に、受信手段5の回路の特性上、受信信号の信号幅は、両側(前後)で増減することがある。この場合、信号幅の中心のタイミングは、信号幅が増減しても変動しにくい。
本実施形態では、最大幅信号の信号幅の中心のタイミングを判定タイミングTAに設定しているため、受信手段5が上記特性を有する場合、サンプリング開始タイミングT0から判定タイミングTAまでの経過時間は、信号幅の両側の増減により変動しにくくなる。これにより、信号幅が増減する場合であっても、コードをより正しく判定できる。
経過時間検出処理S6により、最大幅信号検出手段14Aは、サンプリング手段11で検出された信号レベルが第2レベルから第1レベルに変化した時点から、サンプリング手段11で連続して第1レベルが検出された回数が最も大きな信号を、最大幅信号として検出する。
これによれば、サンプリング手段11で第1レベルが検出された回数をカウントすることで最大幅信号を検出できるため、容易な処理で最大幅信号を検出できる。
S5により、開始タイミング設定手段13は、秒同期タイミングの所定時間前のタイミングを開始タイミングに設定し、所定時間は、秒同期タイミングで受信信号が第2レベルから第1レベルに変化した場合にその信号レベルの変化を検出できる時間に設定される。
ここで、前記所定時間は、1秒間隔の信号レベル変化タイミングのバラツキを考慮して設定すればよい。例えば、秒同期タイミングを検出する秒同期処理S2において設定される判定条件と同程度の時間に設定すればよい。具体的には、前記所定時間は、30〜60msec程度に設定すればよい。
本発明によれば、秒同期タイミングに対して、受信信号が第2レベルから第1レベルに変化するタイミングがずれた場合でも、前記所定時間以上ずれる可能性は低いため、秒同期タイミングにおける受信信号の第2レベルから第1レベルへの変化を、確実に検出できる。すなわち、経過時間検出処理S6により、最大幅信号を正しく検出できる。
コード判定処理S7により、コード判定手段15は、最大幅信号の信号幅が信号幅閾値未満の場合は、コードをマーカー「M」と判定し、最大幅信号の信号幅が信号幅閾値以上の場合は、経過時間検出手段14Cが検出した経過時間を、経過時間閾値と比較して、コードを2進数の「0」また「1」と判定する。
受信環境が悪く、電波強度が弱いために信号幅が減少したとしても、それには下限がある。DCF77では、0信号および1信号の信号幅が例えば40msec未満となる場合は少なく、40msec未満の信号はノイズ信号であると判定できる。このため、DCF77では、信号幅閾値を例えば40msecとし、最大幅信号の信号幅が信号幅閾値未満の場合は、コードを「M」と判定する。すなわち、最大幅信号の信号幅が0msecより大きく、40msec未満の場合は、その信号はノイズ信号と判定する。また、最大幅信号の信号幅が0msecであれば、第1レベル信号の入力が無いと判定する。これらの場合、コードを「M」と判定できる。一方、最大幅信号の信号幅が信号幅閾値以上の場合は、経過時間検出手段14Cが検出した経過時間を経過時間閾値(例えば125msec)と比較して、コードを「0」または「1」と判定する。これらにより、DCF77の標準電波を受信した場合に、「0,1,M」のコードを正しく判定できる。
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について、図面に基づいて説明する。
第1実施形態では、判定タイミング設定手段14Bは、最大幅信号の信号幅の中心のタイミングを判定タイミングTAに設定していたが、第2実施形態では、判定タイミング設定手段14Bは、最大幅信号の終了タイミング(信号レベルが第1レベルから第2レベルに変化したタイミング)を判定タイミングTBに設定する。
つまり、第2実施形態では、図4のフローチャートにおけるS33において、判定タイミング設定手段14Bは、最大幅信号の終了タイミングを判定タイミングTBに設定する。
また、第1実施形態では、コード判定手段15において、「0」または「1」を判定するために、経過時間検出手段14Cで検出された経過時間と比較される経過時間閾値は、125msecに設定されていたが、第2実施形態では、経過時間閾値は、180msecに設定される。
なお、第2実施形態におけるその他の処理は、第1実施形態と同様である。
ここで、各受信信号における本実施形態によるコード判定の様子を、図9,10を用いて説明する。
図9は、受信信号が1信号である場合の各状態の波形を示している。
理想波形の場合、図9の(状態H)に示すように、1信号の信号幅は200msecとなり、サンプリング開始タイミングT0から最大幅信号の判定タイミングTB(信号の終了タイミング)までの経過時間は、250msecとなる。これは、経過時間閾値である180msecより長いため、コードは「1」と正しく判定される。
次に、1信号の信号幅が、例えば半分に減少して100msecとなった場合について説明する。この場合、単に信号幅を閾値と比較する方法では、0信号の信号幅と区別できないため、コードは「0」と間違って判定される。
これに対して、本実施形態では、受信手段5の回路の特性上、信号幅が両側(前後)でほぼ均等に減少する場合は、図9の(状態I)に示すように、上記経過時間は200msecとなり、180msecより長いため、コードは「1」と正しく判定される。また、受信手段5の回路の特性上、信号幅が前側のみ減少する場合は、図9の(状態J)に示すように、上記経過時間は250msecとなり、180msecより長いため、コードは「1」と正しく判定される。
図10は、受信信号が0信号である場合の各状態の波形を示している。
理想波形の場合、図10の(状態K)に示すように、0信号の信号幅は100msecとなり、サンプリング開始タイミングT0から最大幅信号の判定タイミングTB(信号の終了タイミング)までの経過時間は150msecとなる。これは、経過時間閾値である180msec以下となるため、コードは「0」と正しく判定される。
次に、0信号の信号幅が、例えば半分に減少して50msecとなった場合について説明する。受信手段5の回路の特性上、信号幅が両側でほぼ均等に減少する場合は、図10の(状態L)に示すように、上記経過時間は125msecとなり、180msec以下となるため、コードは「0」と正しく判定される。また、受信手段5の回路の特性上、信号幅が前側のみ減少する場合は、図10の(状態M)に示すように、上記経過時間は150msecとなり、180msec以下となるため、コードは「0」と正しく判定される。
次に、ノイズの影響により、例えば、図10の(状態N)に示すように、受信信号に、0信号である第1レベル信号P2と、ノイズパルスである第1レベル信号P1,P3〜P5が含まれる場合であっても、上記経過時間は150msecとなり、180msec以下となるため、コードは「0」と正しく判定される。
このような第2実施形態によれば、第1実施形態の効果に加えて、次の効果も得ることができる。
受信環境が悪く、電波強度が弱い場合、受信手段5の回路の特性上、受信信号の信号幅は、前側で主に減少することがある。この場合、信号の終了のタイミングは、信号幅の前側が増減しても変動しにくい。
本実施形態では、最大幅信号の終了タイミングを判定タイミングTBに設定しているため、受信手段5が上記特性を有する場合、サンプリング開始タイミングT0から判定タイミングTBまでの経過時間は、信号幅の前側の増減により変動しにくくなる。これにより、信号幅が増減する場合であっても、コードをより正しく判定できる。
[変形例]
なお、本発明は前述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは、本発明に含まれるものである。
例えば、前記第1実施形態では、判定タイミング設定手段14Bは、最大幅信号の信号幅の中心のタイミングを判定タイミングTAに設定し、前記第2実施形態では、判定タイミング設定手段14Bは、最大幅信号の終了タイミングを判定タイミングTBに設定している。しかしながら、設定した判定タイミングに基づいて、コード判定手段15において「0」と「1」のコードを正しく判定できれば、最大幅信号が送信される期間内において前述の2つのタイミングとは異なるタイミングを判定タイミングに設定してもよい。
すなわち、受信手段5の回路の特性による受信信号の信号幅の増減パターンを受信試験等で検出し、その増減パターンに応じて判定タイミングを仮定すればよい。
また、前記実施形態の経過時間検出処理S6のS23では、最大幅信号検出手段14Aは、サンプリング手段11による受信信号のサンプリングが、サンプリング開始タイミングT0から1秒間行われたかを判断している。しかしながら、各ビット値を表す信号の送信期間が全て含まれるならば、前記1秒間をより短い所定期間としてもよい。例えば、DCF77では、「0」を表す信号の信号幅は100msecであり、「1」を表す信号の信号幅は200msecであるため、前記所定期間を、最も信号幅の長い「1」を表す信号の終了タイミングが含まれるように、例えば、400msecに設定してもよい。また、JJYでは、「0」を表す信号の信号幅は800msecであり、「1」を表す信号の信号幅は500msecであり、「M」を表す信号の信号幅は200msecであるため、前記所定期間を、最も信号幅の長い「0」を表す信号の終了タイミングが含まれるように、例えば、900msecに設定してもよい。
また、前記実施形態のコード判定処理S7の判定手順は、DCF77における一例を示すものであり、標準電波の種類や受信手段5の回路の特性に応じた判定条件により、適宜設定できる。
例えば、日本の標準電波JJYでは、「0」を表す信号幅は800msecとされ、「1」を表す信号幅は500msecとされ、マーカー(「M」および「P0」〜「P5」)を表す信号幅は200msecとされている。
従って、次の方法により各コードを判定できる。すなわち、マーカーを表す信号幅と、「1」を表す信号幅との中間の幅(350msec)に基づいて第1経過時間閾値を設定し、「1」を表すパルス幅と「0」を表すパルス幅との中間の幅(650msec)に基づいて第2経過時間閾値を設定する。例えば、サンプリング開始タイミングT0が秒同期タイミングの50msec前に設定されている場合、第1経過時間閾値は400msecとなり、第2経過時間閾値は700msecとなる。
そして、経過時間検出手段14Cが検出した経過時間が、第1経過時間閾値未満の場合は、コードをマーカーと判定する。前記経過時間が、第1経過時間閾値以上かつ第2経過時間閾値未満の場合は、コードを「1」と判定する。前記経過時間が、第2経過時間閾値以上の場合は、コードを「0」と判定する。これにより、各コードを正しく判定できる。
1…電波修正時計、5…受信手段、11…サンプリング手段、13…開始タイミング設定手段、14A…最大幅信号検出手段、14B…判定タイミング設定手段、14C…経過時間検出手段、15…コード判定手段。

Claims (8)

  1. 時刻情報を含む標準電波を受信して、第1レベルおよび前記第1レベルとは異なる第2レベルに変化するとともに、1秒間隔で前記第2レベルから前記第1レベルに変化する受信信号を出力する受信手段と、
    前記受信信号が前記第2レベルから前記第1レベルに変化する1秒間隔のタイミングである秒同期タイミングを基準に、サンプリング開始タイミングを設定する開始タイミング設定手段と、
    前記サンプリング開始タイミングから所定期間の前記受信信号の中で、前記第1レベルの信号幅が最も大きい最大幅信号を検出する最大幅信号検出手段と、
    前記最大幅信号が送信される期間内に判定タイミングを設定する判定タイミング設定手段と、
    前記サンプリング開始タイミングから前記判定タイミングまでの経過時間を検出する経過時間検出手段と、
    前記経過時間検出手段が検出した経過時間に基づいて、前記秒同期タイミングから1秒間の信号のコードを判定するコード判定手段と、を備える
    ことを特徴とする電波修正時計。
  2. 請求項1に記載の電波修正時計において、
    前記判定タイミング設定手段は、前記最大幅信号の信号幅の中心のタイミングを前記判定タイミングに設定する
    ことを特徴とする電波修正時計。
  3. 請求項1に記載の電波修正時計において、
    前記判定タイミング設定手段は、前記最大幅信号の終了タイミングを前記判定タイミングに設定する
    ことを特徴とする電波修正時計。
  4. 請求項1から請求項3のいずれかに記載の電波修正時計において、
    前記受信信号を所定のサンプリング周期でサンプリングして各サンプリング時の信号レベルを取得するサンプリング手段を備え、
    前記最大幅信号検出手段は、
    前記サンプリング手段で検出された信号レベルが前記第2レベルから前記第1レベルに変化した時点から、前記サンプリング手段で連続して前記第1レベルが検出された回数が最も大きな信号を、前記最大幅信号として検出する
    ことを特徴とする電波修正時計。
  5. 請求項1から請求項4のいずれかに記載の電波修正時計において、
    前記開始タイミング設定手段は、前記秒同期タイミングの所定時間前のタイミングを前記サンプリング開始タイミングに設定し、
    前記所定時間は、前記秒同期タイミングで前記受信信号が前記第2レベルから前記第1レベルに変化した場合にその信号レベルの変化を検出できる時間に設定される
    ことを特徴とする電波修正時計。
  6. 請求項1から請求項5のいずれかに記載の電波修正時計において、
    前記コード判定手段は、
    前記最大幅信号の信号幅が信号幅閾値未満の場合は、コードをマーカーと判定し、
    前記最大幅信号の信号幅が前記信号幅閾値以上の場合は、前記経過時間検出手段が検出した経過時間を、経過時間閾値と比較して、コードを2進数の「0」または「1」と判定する
    ことを特徴とする電波修正時計。
  7. 請求項1から請求項5のいずれかに記載の電波修正時計において、
    前記コード判定手段は、前記経過時間検出手段が検出した経過時間が、第1経過時間閾値未満であるか、前記第1経過時間閾値以上かつ前記第1経過時間閾値よりも大きい値である第2経過時間閾値未満であるか、または、前記第2経過時間閾値以上であるかを判定することで、コードを2進数の「0」、「1」またはマーカーと判定する
    ことを特徴とする電波修正時計。
  8. 時刻情報を含む標準電波を受信して、第1レベルおよび前記第1レベルとは異なる第2レベルに変化するとともに、1秒間隔で前記第2レベルから前記第1レベルに変化する受信信号を出力する受信手段を有する電波修正時計のコード判定方法であって、
    前記受信信号が前記第2レベルから前記第1レベルに変化する1秒間隔のタイミングである秒同期タイミングを基準に、サンプリング開始タイミングを設定する開始タイミング設定ステップと、
    前記サンプリング開始タイミングから所定期間の前記受信信号の中で、前記第1レベルの信号幅が最も大きい最大幅信号を検出する最大幅信号検出ステップと、
    前記最大幅信号が送信される期間内に判定タイミングを設定する判定タイミング設定ステップと、
    前記サンプリング開始タイミングから前記判定タイミングまでの経過時間を検出する経過時間検出ステップと、
    前記経過時間検出ステップで検出した経過時間に基づいて、前記秒同期タイミングから1秒間の信号のコードを判定するコード判定ステップと、を備える
    ことを特徴とする電波修正時計のコード判定方法。
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