JP2023011006A - 衛星電波受信装置、電子時計、測位情報取得制御方法及びプログラム - Google Patents

衛星電波受信装置、電子時計、測位情報取得制御方法及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】より確実に正確な初期位置確定までの時間を短縮することのできる衛星電波受信装置、電子時計、測位情報取得制御方法及びプログラムを提供する。【解決手段】衛星電波受信処理部５０が測位衛星の送信電波の受信動作を行う受信部５１と、測位に係る動作の制御を行うモジュール制御部５２と、を備え、モジュール制御部は、予め取得されている日時情報及び測位衛星の有効な位置情報を用いて直近の測位から少なくとも上限測位間隔以内に測位を行って自機の現在位置及び日時情報を取得し、測位衛星の送信電波により直近に日時情報が取得されてから、少なくとも上限測位間隔よりも短い日時更新間隔以内に受信部に受信動作を行わせ、測位を行わずに日時情報を取得する。【選択図】図１

Description

この発明は、衛星電波受信装置、電子時計、測位情報取得制御方法及びプログラムに関する。
測位衛星からの電波を受信して測位演算処理を行い、自機の現在位置を同定する衛星電波受信装置（測位装置）がある。測位衛星からの電波では、各測位衛星の位置情報や電波の送信日時の情報が送信されている。これらが複数の測位衛星から取得されて、当該複数の測位衛星の位置及び電波の受信タイミングの差に基づいて現在位置が算出される。
測位動作の開始時には、必要な機数の測位衛星からの電波を捕捉し、これら測位衛星の位置情報や送信日時の情報を取得するための時間が必要となる。これに対し、初期位置確定までの時間（ＴＴＦＦ；Time to First Fix）を短縮するために、地上通信を用いて他の衛星電波受信装置などから予め捕捉可能な測位衛星の情報や当該測位衛星の軌道情報（エフェメリス）などの位置情報を取得、保持しておく技術が知られている（特許文献１）。
特開２０１６－４８２４６号公報
しかしながら、測位衛星の位置情報が保持されていても、衛星電波受信装置が保持する日時が正確ではないと、当該日時に該当する測位衛星の正確な位置も取得できず、結局測位演算において正確な位置が確定するまでの時間を十分に短縮できなくなるという課題がある。
この発明の目的は、より確実に正確な初期位置確定までの時間を短縮することのできる衛星電波受信装置、電子時計、測位情報取得制御方法及びプログラムを提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明は、
測位衛星の送信電波の受信動作を行う受信部と、
測位に係る動作の制御を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、
予め取得されている日時情報及び測位衛星の有効な位置情報を用いて直近の測位から少なくとも所定の上限測位間隔以内に測位を行って自機の現在位置を算出し、また、受信した前記送信電波から日時情報を取得し、
測位衛星の送信電波により直近に日時情報が取得されてから、少なくとも前記上限測位間隔よりも短い所定の日時更新間隔以内に前記受信部に受信動作を行わせ、測位を行わずに日時情報を取得し、該日時情報から所定の時間を差し引くことで暫定日時情報を算出する、
ことを特徴とする衛星電波受信装置である。
本発明に従うと、より確実に正確な初期位置確定までの時間を短縮することができるという効果がある。
本発明の実施形態の電子時計の機能構成を示すブロック図である。 予測軌道データの取得に係るシステム構成を示す図である。 定期日時取得処理の制御手順を示すフローチャートである。 測位制御処理の制御手順を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態の電子時計１の機能構成を示すブロック図である。
電子時計１は、特には限られないが、腕時計といった携帯可能なものである。電子時計１は、マイコン４０と、衛星電波受信処理部５０（衛星電波受信装置）及びアンテナＡ１と、操作受付部６１と、表示部６２と、ＲＯＭ６３（Read Only Memory）（本実施形態の衛星電波受信装置に含まれ得る記憶部）と、通信部６４と、電力供給部７０などを備える。
マイコン４０は、電子時計１の制御動作、記憶動作及び日時の計数動作などに係る各種処理を行う。マイコン４０は、ホスト制御部４１と、発振回路４５と、分周回路４６と、計時回路４７（計時部）などを備える。
ホスト制御部４１は、電子時計１の全体動作を統括制御する。ホスト制御部４１は、ＣＰＵ４１１（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ４１２（Random Access Memory）などを備える。
ＣＰＵ４１１は、各種演算処理を行って制御動作を行う。制御動作としては、通常の日時表示動作に加え、電子時計１が有する各種機能に応じた動作、例えば、アラーム報知機能、タイマ機能、ストップウォッチ機能が含まれ得る。また、ＣＰＵ４１１は、衛星電波受信処理部５０による測位動作や日時取得動作などの結果に応じた表示動作や報知動作などに係る制御処理を行う。
ＲＡＭ４１２は、ＣＰＵ４１１に作業用のメモリ空間を提供し、一時データを記憶する。一時データには、現在位置などの設定された世界の地域における現在日時（地方時）を表示、利用する際のタイムゾーン設定や夏時間設定を含む地方時設定に係る情報などが含まれる。これらの地方時設定は、取得された現在位置の情報に従って更新され得る。ＲＡＭ４１２は、マイコン４０に対して外付けされてもよい。このＲＡＭ４１２には、ＤＲＡＭに加えて書き換え可能な不揮発性メモリが含まれていてもよい。
また、ＲＡＭ４１２には、通信部６４による通信相手となる外部機器の設定（ペアリング設定）が記憶されている。
発振回路４５は、所定周波数、ここでは、例えば、３２．７６８ｋＨｚの信号（クロック信号）を生成して出力する。クロック信号の生成には、例えば、水晶発振子などが用いられる。この水晶発振子は、マイコン４０に対して外付けされてよい。この発振回路４５から出力されるクロック信号の周波数には、電子時計１で定められた許容範囲内のオフセット誤差が含まれ得る。また、このクロック信号の周波数は、周辺環境、主に温度によって変化する。
分周回路４６は、発振回路４５から入力されたクロック信号を設定された分周比で分周した分周信号を出力する。分周比の設定は、ＣＰＵ４１１により変更されてよい。
計時回路４７は、分周回路４６から入力された所定の周波数の信号（クロック信号と同一周波数であってもよい）を計数することで現在の日時（時刻及び日付）を計数、保持する。計時回路４７による日時の計数精度は、発振回路４５からのクロック信号の精度、すなわち、上述のオフセット誤差や変化の度合に依存し、正確な日時からの誤差を含み得る。ＣＰＵ４１１は、衛星電波受信処理部５０が取得した現在日時に基づいて、計数されている日時を修正することが可能である。
衛星電波受信処理部５０は、米国のＧＰＳ（Global Positioning System）といった各種衛星測位システム（ＧＮＳＳ；Global Navigation Satellite System）に係る測位衛星からの送信電波を受信可能であり、受信したこれらの電波を処理する受信動作を行って現在日時や現在位置の情報を取得し、ホスト制御部４１（ＣＰＵ４１１）から要求された情報を所定のフォーマットでホスト制御部４１に出力する。衛星電波受信処理部５０は、受信部５１と、モジュール制御部５２（制御部、受信部５１を備えるコンピュータ）と、記憶部５３と、タイマ５４と、ＲＴＣ５５（Real Time Clock）（計時部）などを備える。
受信部５１は、受信対象の測位衛星の送信電波の受信動作を行う。受信動作では、受信部５１は、受信動作において、測位衛星の送信電波を捕捉（検出）してその測位衛星の識別及び送信電波に含まれる信号（航法メッセージ）の位相を同定する捕捉処理を行い、また、捕捉した測位衛星の識別情報及び位相に基づいて当該測位衛星からの送信電波を追尾して継続的に信号を復調、取得する。
モジュール制御部５２は、ＣＰＵとＲＡＭなどを備え、測位に係る動作を含む衛星電波受信処理部５０の動作に係る各種制御を行う。モジュール制御部５２は、ホスト制御部４１からの指示に従って適切なタイミングで測位衛星からの電波受信を受信部５１により行わせ、受信した電波から必要な情報を取得、演算する各種処理により測位を行って、現在日時（日時情報）や電子時計１（自機）の現在位置を取得する。モジュール制御部５２は、各種演算処理を行う構成として専用のハードウェア回路を有していてもよい。測位結果の出力は、例えば、ＮＭＥＡ－０１８３などの共通フォーマットに従ってなされてもよいし、電子時計１に独自のフォーマットであってもよい。また、ハードウェア回路が出力した所定のフォーマットのデータをＣＰＵが適宜加工して処理し、また、出力してもよい。ＲＡＭは、モジュール制御部５２の制御チップ（基板）上に設けられるが、制御チップに対して外付けされてもよい。
記憶部５３には、各種設定データや受信情報などの受信制御情報５３１と、衛星電波受信処理部５０においてモジュール制御部５２が実行する制御に係るプログラムなどが記憶される。設定データとしては、例えば、各測位衛星の航法メッセージのフォーマットデータなどが含まれる。また、受信情報としては、例えば、取得されている各測位衛星の軌道情報であるアルマナックやエフェメリスなどが含まれる。記憶部５３は、不揮発性メモリなどであり、モジュール制御部５２の制御チップ（基板）に対して外付けされてもよい。
タイマ５４は、設定された時間を計数して、当該計数が完了したタイミングで制御信号をモジュール制御部５２に出力する。タイマ５４は、モジュール制御部５２など衛星電波受信処理部５０の他の構成の動作が停止されている場合（スリープ状態）でも継続的に動作可能であり、モジュール制御部５２の動作が停止されている間に計数が完了した場合には、モジュール制御部５２を再起動させて制御信号を出力する。
ＲＴＣ５５は、日時の計数を行う。ＲＴＣ５５は、衛星電波受信処理部５０の他の構成の動作状態と関係なく、すなわち、モジュール制御部５２などの他の構成の動作が停止状態であっても継続的に動作し、再起動された際に現在日時を示す。ＲＴＣ５５が計数する日時には、電子時計１（衛星電波受信処理部５０）の周辺温度といった環境に応じた若干のずれが生じ得る。ＲＴＣ５５の計数する日時は、モジュール制御部５２の制御により修正（補正）可能である。
操作受付部６１は、ユーザ操作などの外部からの入力操作を受け付ける。操作受付部６１は、押しボタンスイッチやりゅうずなどを備え、押しボタンスイッチの押下動作や、りゅうずの引き出し、回転及び押し戻しの各動作に応じた操作信号をホスト制御部４１（ＣＰＵ４１１）に出力する。あるいは、操作受付部６１は、タッチセンサなどを有していてもよい。
表示部６２は、ホスト制御部４１の制御に基づいて各種情報の表示を行う。表示部６２は、表示ドライバ６２２と、表示画面６２１などを備える。表示画面６２１は、例えば、セグメント方式若しくはドットマトリクス方式又はこれらの組み合わせによる液晶表示画面（ＬＣＤ）などによりデジタル表示を行う。あるいは、表示部６２として、表示画面６２１によるデジタル表示に代えて、指針及びこれを回転動作させるステッピングモータなどによる表示が可能な構成を有していても良い。表示ドライバ６２２は、ＣＰＵ４１１からの制御信号に基づいて、表示画面６２１に表示を行わせるための駆動信号を表示画面６２１に出力する。表示部６２により表示可能な内容には、少なくとも計時回路４７により計数される日時に応じた日時情報（特に、現在日時）が含まれ、また、アラーム報知機能、タイマ機能やストップウォッチ機能に係る設定日時、設定時間や計測時間などが含まれる。また、測位動作に応じて得られた現在位置に係る情報や地方時設定などが表示可能とされ得る。
ＲＯＭ６３は、ホスト制御部４１やモジュール制御部５２が制御動作を実行するためのプログラム６３１や初期設定データなどを格納する。プログラム６３１には、現在日時の取得や測位動作に係る制御プログラムが含まれる。また、ＲＯＭ６３は、マスクＲＯＭに加えて又は代えてデータの書き換え更新が可能なフラッシュメモリなどの不揮発性メモリを有している。ＲＯＭ６３には、書き換え更新可能なデータとして、通信部６４により外部から取得された予測軌道データ６３２が記憶される。ＲＯＭ６３は、ホスト制御部４１及びモジュール制御部５２のいずれからも読み書きアクセスが可能に設けられており、スロットなどの取り付け部に対して着脱可能であってもよい。
この予測軌道データ６３２は、エフェメリスの代用として利用可能な精度のデータであるがエフェメリスと同一のデータには限られない。予測軌道データ６３２は、他の衛星電波受信装置により取得されたエフェメリスであってもよいし、測位システムとは関係のない第三者により作成されたものであってもよい。
通信部６４は、外部機器と双方向で無線通信を行い、所望の情報の送受信を行う。無線通信としては、特には限られないが、ここでは、ブルートゥース（登録商標：Bluetooth）が用いられる。通信部６４は、ホスト制御部４１の制御に従い、ＲＡＭ４１２に記憶されたペアリング設定に基づいて外部機器との通信接続を行う。通信部６４は、ここでは、ホスト制御部４１の制御に基づいて少なくとも予測軌道データ６３２を外部から取得し（取得可能であり）、取得したデータをＲＯＭ６３に更新記憶させる。
電力供給部７０は、電子時計１のマイコン４０や衛星電波受信処理部５０などの各部に所定の駆動電圧でバッテリ７１から電力供給を行う。ここでは、衛星電波受信処理部５０への電力供給有無は、ホスト制御部４１の制御によりマイコン４０への電力供給とは別に制御され得る。バッテリ７１としては、ここでは、着脱可能な乾電池や充電池などが用いられるが、ソーラパネルと充電部（蓄電部）などを備えていてもよい。
次に、本実施形態の電子時計１における測位動作について説明する。
測位演算は、周知のように、未知の値である電子時計１（自機）の現在位置の空間座標３成分及び正確な日時と電子時計１で計数されている日時とのずれ量を、４機以上の測位衛星からの電波の受信タイミングの差（擬似距離）、当該４機以上の測位衛星の現在位置及び電子時計１（ここでは、ＲＴＣ５５）で計数されている現在日時（現在位置及びＲＴＣ５５の現在日時をまとめて測位情報と記す）を用いて求める。この演算は、未知の値を所定の初期値から数値的に収束させていく反復計算（逐次近似）、例えば、ニュートン・ラフソン法（ニュートン法）により行われる。
本実施形態の電子時計１では、衛星電波受信処理部５０が定期的に及びホスト制御部４１から衛星電波受信処理部５０に入力される命令に基づいて測位動作を実施する。測位動作は、ここでは、直近の測位から少なくとも所定の時間（上限測位間隔）以内（例えば、１時間など）に一度は行われる。このような最低限の頻度での測位動作は、タイマ５４を用いて衛星電波受信処理部５０において制御される。
測位衛星の現在位置は、捕捉された測位衛星の送信電波に含まれるエフェメリスから取得され得るが、この場合には、エフェメリスが取得されるまでに最長１８－４８秒程度の時間が必要になる。したがって、現在日時を含む期間（有効期間）内の有効なエフェメリスが予め保持されている状態で測位動作が開始される場合（ホットスタート）には、起動から最初の測位結果が得られるまでの時間が当該受信時間分だけ短縮される。なお、電子時計１（自機）の現在位置が速やかに取得された場合でも、衛星電波受信処理部５０は、適宜な間隔で（測位の実行時のうち少なくとも一部の受信動作時で）は、新たなエフェメリスを取得するまで電波の受信を続ける。
本実施形態の電子時計１では、受信制御情報５３１に有効なエフェメリスがなく、現在日時を含む期間の有効な予測軌道データ６３２が保持されている場合には、当該予測軌道データ６３２を読み出して利用することができる。予測軌道データ６３２は、定期的に又は操作受付部６１により受け付けられた所定の入力操作に基づいて通信部６４を介して外部機器から（測位衛星の送信電波以外により）取得される。予測軌道データ６３２が定期的に取得される場合には、受信部５１は、必ずしも定期的なエフェメリスの取得がなされるまで受信動作を続けなくてもよい。すなわち、電子時計１では、測位衛星の有効な位置情報（受信制御情報５３１内の有効なエフェメリス及び／又は有効な予測軌道データ６３２）が予め取得され、継続的に保持された状態に保たれる。
図２は、予測軌道データの取得に係るシステム構成を示す図である。
システム１００において、電子時計１では、操作受付部６１への所定の入力操作によって予測軌道データ６３２の取得が可能である。予測軌道データ６３２が保持されるサーバ１２０へのアクセスは、電子時計１と通信部６４による通信接続先の外部機器１１０が行う。外部機器１１０としては、例えば、スマートフォンやタブレット機器などが挙げられる。
外部機器１１０では、エフェメリスに相当するデータが必要な期間を指定することが可能であってもよく、この場合、サーバ１２０から当該指定された期間の予測軌道データが取得される。あるいは、サーバ１２０では、定期的にデータが更新され、外部機器１１０は、単純に最新のデータを取得するだけであってもよい。電子時計１は、ホスト制御部４１の制御により通信部６４を介して外部機器１１０が取得保持している予測軌道データを取得する。あるいは、エフェメリスが必要な期間を電子時計１で指定して外部機器１１０に送信し、外部機器１１０が当該指定された期間の予測軌道データをサーバ１２０に要求することが可能であってもよい。
また、本実施形態の電子時計１では、さらに、測位衛星の送信電波により直近に日時情報が取得されてから、上限測位間隔よりも短い時間（日時更新間隔）以内に受信部５１を動作させて、測位を行わずにいずれかの測位衛星から日時情報を取得する動作を行う。電子時計１（衛星電波受信処理部５０）では、測位時にＲＴＣ５５の計数日時が初期値として用いられるが、上述のように、このＲＴＣ５５の計数日時にはずれが含まれ得る。ＲＴＣ５５により計数されている現在日時と正確な日時との差は未知の値であり、さらに、当該ずれに応じて想定される測位衛星の現在位置の見積もりにもずれが生じる。収束演算の初期値が正確な値に対してずれていたり、既知の値として用いられる測位衛星の現在位置の誤差が大きくなったりすると、収束までの時間が長くなりやすく、さらには、収束した値が正確な値から外れたり、そもそも正確な値に収束しなくなったりする場合が生じる。この場合、測位衛星の軌道情報が保持されていても、ホットスタートによる現在位置取得までの所要時間が効果的に短縮されない。電子時計１では、上限測位間隔より更に狭い日時更新間隔で日時情報を取得し、現在日時の精度を高く維持しておくことで、測位開始時に、当該日時情報（最新の測位情報）を用いた現在日時の初期値や測位衛星の位置のずれを最小限に抑え、短時間で正確な現在位置へ収束しやすくする。
測位を行わずに日時情報のみを取得する場合には、単一（１機）の測位衛星の送信電波から日時情報が取得される。この場合、測位衛星からの電波の伝搬時間が未知であり、この大きさが約６５～８５ｍｓｅｃである。したがって、例えば、平均的な値（７５ｍｓｅｃ程度）を差し引くことで、計数日時は、正確な日時に対して±１０ｍｓｅｃ程度の誤差範囲内に抑えられる。また、上限測位間隔があまり大きくない場合（例えば、１時間の間に６００ｋｍ／ｈで移動しても伝搬時間への影響は高々２ｍｓｅｃ程度である）には、直近の測位結果に係る位置から電子時計１（自機）の位置が極端に大きく移動することは想定されないので、前回同定された位置と現在の測位衛星の位置から距離（すなわち、伝搬時間）を概算してもよい。この場合、捕捉対象とする測位衛星を予め受信条件がよいと想定される数機に限ることができる。例えば、電波を捕捉する対象の測位衛星を仰角が４５度以上など条件がよいものに限ることで、伝搬時間のばらつきを更に抑え、また、マルチパスなどの影響を抑えやすくすることができる。あるいは、単一の測位衛星からの受信電波に基づいて得られた日時を補正するためのその他種々の周知の技術を用いて補正が可能である。
このように、±１０ｍｓｅｃ程度以下の誤差は、測位衛星からの送信電波に含まれる航法メッセージの各符号（２０ｍｓｅｃ長）と比べて短くなるので、ビット同期のタイミングを定めるだけで日時のずれ量が特定される。したがって、日時の同定に要する時間は、航法メッセージの符号列を読み取る場合と比較して十分に短くすることができる。
なお、上述のように、取得される現在日時に微小な誤差が含まれ得ることから、結果として計数日時よりも正確な日時からのずれが大きくなることもあり得る。しかしながら、ここでは、実際の誤差範囲を限定することで、測位演算において現在日時が収束し得ない範囲を除外することができる。したがって、想定され得る最大の誤差が測位演算の収束精度や収束時間に悪影響を与えない範囲に確実に収められればよい。
図３は、電子時計１で実行される定期日時取得処理のモジュール制御部５２による制御手順を示すフローチャートである。
この定期日時取得処理は、日時更新間隔がセットされたタイマ５４により当該日時更新間隔が計数された場合（すなわち、直近の日時情報が取得されてから日時更新間隔が経過した場合）にタイマ５４からの制御信号に応じて開始される。
定期日時取得処理が開始されると、モジュール制御部５２は、ＲＴＣ５５が計数する日時を取得する（ステップＳ１０１）。モジュール制御部５２は、現在の日時を含む有効なエフェメリスを保持しておらず、かつ予測軌道データ６３２が保持されているか否かを判別する（ステップＳ１０２）。
有効なエフェメリスを保持しているか、予測軌道データ６３２が保持されていないと判別された場合には（ステップＳ１０２で“ＮＯ”）、モジュール制御部５２の処理は、ステップＳ１０４に移行する。有効なエフェメリスを保持しておらず、かつ予測軌道データ６３２を保持していると判別された場合には（ステップＳ１０２で“ＹＥＳ”）、モジュール制御部５２は、予測軌道データ６３２を取得し（ステップＳ１０３）、それから、処理をステップＳ１０４に移行させる。
ステップＳ１０４の処理に移行すると、モジュール制御部５２は、受信部５１を起動させて、測位衛星の送信電波の捕捉を開始する（ステップＳ１０４）。モジュール制御部５２は、軌道情報と前回の測位結果とに基づいて、捕捉対象として電波の探索を行う測位衛星を限定することができる。モジュール制御部５２は、捕捉された測位衛星の送信電波を追尾し、情報を取得する（ステップＳ１０５）。追尾する測位衛星は１機でよいが、短時間で複数の測位衛星の送信電波が捕捉された場合には、複数の送信電波を追尾してもよい。
モジュール制御部５２は、現在日時が同定されたか否かを判別する（ステップＳ１０６）。同定されていないと判別された場合には（ステップＳ１０６で“ＮＯ”）、モジュール制御部５２は、受信部５１の起動からタイムアウト時間が経過したか否かを判別する（ステップＳ１０７）。タイムアウト時間が経過していないと判別された場合には（ステップＳ１０７で“ＮＯ”）、モジュール制御部５２の処理は、ステップＳ１０６に戻る。タイムアウト時間が経過したと判別された場合には（ステップＳ１０７で“ＹＥＳ”）、モジュール制御部５２の処理は、ステップＳ１１２に移行する。
ステップＳ１０６の判別処理で現在日時が同定されたと判別された場合には（ステップＳ１０６で“ＹＥＳ”）、モジュール制御部５２は、現在日時を取得してＲＴＣ５５を補正し、また、適宜なタイミングでホスト制御部４１に出力する（ステップＳ１０８）。それから、モジュール制御部５２の処理は、ステップＳ１１２に移行する。なお、モジュール制御部５２は、定期日時取得処理が実行されるごとに、必ずしも毎回ホスト制御部４１に日時データを出力しなくてもよい。ホスト制御部４１は、日時データを取得すると、計時回路４７が計数する日時を修正することができる。
ステップＳ１１２の処理に移行すると、モジュール制御部５２は、測位動作の終了動作を行う（ステップＳ１１２）。モジュール制御部５２は、受信部５１による受信動作を停止させ、また、追尾や受信データの処理に係る各種処理を終了する。
モジュール制御部５２は、タイマ５４による日時更新間隔の計数、すなわち、定期日時取得処理を次回起動させるまでの時間のカウントをリセットして開始させる（ステップＳ１１３）。なお、タイムアウト時間の経過により終了動作がなされた場合には、モジュール制御部５２は、タイマ５４の計数時間を日時更新間隔よりも短く設定することができる。
そして、モジュール制御部５２は、定期日時取得処理を終了する。モジュール制御部５２は、この処理の終了後、他の処理を実行していない場合には、自身の動作を停止させる（スリープ状態とする）ことができる。
図４は、測位制御処理のモジュール制御部５２による制御手順を示すフローチャートである。
この測位制御処理は、上限測位間隔がセットされたタイマ５４により当該上限測位間隔が計数された場合（すなわち、直近の測位がなされてから上限測位間隔が経過した場合）にタイマ５４からの制御信号に応じて、及びホスト制御部４１から入力される測位命令に応じて開始される。ホスト制御部４１は、操作受付部６１が所定の入力操作を受け付けた場合や、実行されている他の制御プログラムから測位要求があった場合に測位命令をモジュール制御部５２に出力する。衛星電波受信処理部５０の動作が停止している場合には、ホスト制御部４１は、衛星電波受信処理部５０を起動してから測位命令を出力する。
測位制御処理は、上述の定期日時取得処理に対し、測位に係る処理などが追加されたものであり、ステップＳ１０９～Ｓ１１１の処理が追加され、ステップＳ１０６、Ｓ１０８、Ｓ１１３の処理がそれぞれステップＳ１２６、Ｓ１２８、Ｓ１３３の処理に置き換えられた点を除き定期日時取得処理と同一である。同一の処理内容には同一の符号を付して説明を省略する。
ステップＳ１０５の処理で、捕捉された送信電波の追尾及び情報取得動作が開始されると、モジュール制御部５２は、現在位置が同定されたか否かを判別する（ステップＳ１２６）。現在位置が取得されていないと判別された場合には（ステップＳ１２６で“ＮＯ”）、モジュール制御部５２の処理は、ステップＳ１０７に移行する。
現在位置が取得されたと判別された場合には（ステップＳ１２６で“ＹＥＳ”）、モジュール制御部５２は、現在位置と、当該現在位置に併せて取得されている現在日時とを取得して、適宜なタイミングでホスト制御部４１に出力する（ステップＳ１２８）。モジュール制御部５２は、今回の測位動作が１回のみの測位要求であり、かつ、現在、新たなエフェメリスの取得が必要であるか否かを判別する（ステップＳ１０９）。１回のみの測位要求であってエフェメリスの取得が必要と判別された場合には（ステップＳ１０９で“ＹＥＳ”）、モジュール制御部５２は、エフェメリスの取得を行う（ステップＳ１１０）。この間に現在位置が更新された場合には、モジュール制御部５２は、ホスト制御部４１に対して更新位置を再度出力してもよい。それから、モジュール制御部５２の処理は、ステップＳ１１２に移行する。
１回測位ではない（連続測位である）又はエフェメリスの取得が不要であると判別された場合には（ステップＳ１０９で“ＮＯ”）、モジュール制御部５２は、今回の測位要求が連続測位であってかつホスト制御部４１から測位動作の終了命令を取得していないか否かを判別する（ステップＳ１１１）。連続測位であってかつ測位動作の終了命令を取得していないと判別された場合には（ステップＳ１１１で“ＹＥＳ”）、モジュール制御部５２の処理は、ステップＳ１２６に戻る。
連続測位ではない（１回測位）又は連続測位の終了命令が取得されたと判別された場合には（ステップＳ１１１で“ＮＯ”）、モジュール制御部５２の処理は、ステップＳ１１２に移行する。
ステップＳ１１２の処理が終了してステップＳ１３３の処理に移行すると、モジュール制御部５２は、タイマ５４による日時更新間隔の計数と上限測位間隔の計数をいずれもリセットする（ステップＳ１３３）。そして、モジュール制御部５２は、測位制御処理を終了する。
なお、測位制御処理の実行中にタイマ５４による日時更新間隔の計数が完了した場合、タイマ５４からモジュール制御部５２に出力された制御信号に基づく定期日時取得処理の起動は取り消される。
ステップＳ１１３、Ｓ１３３の処理及びタイマ５４の動作に基づく定期日時取得処理の起動動作が本実施形態の測位情報取得制御方法（プログラム）における日時取得タイミング制御ステップ（日時取得タイミング制御手段）を構成する。
また、ステップＳ１３３の処理及びタイマ５４の動作に基づく測位制御処理の起動動作が本実施形態の測位情報取得制御方法（プログラム）における測位タイミング制御ステップ（測位タイミング制御手段）を構成する。
以上のように、本実施形態の衛星電波受信処理部５０は、測位衛星の送信電波の受信動作を行う受信部５１と、測位に係る動作の制御を行うモジュール制御部５２と、を備える。モジュール制御部５２は、予め取得されてＲＴＣ５５で計数されている現在日時及び記憶部５３及び／又はＲＯＭ６３に記憶されている測位衛星の有効な位置情報を用いて直近の測位から少なくとも所定の上限測位間隔以内に測位を行って衛星電波受信処理部５０（自機）の現在位置及び日時情報を取得し、測位衛星の送信電波により直近に日時情報が取得されてから、少なくとも上限測位間隔よりも短い所定の日時更新間隔以内に受信部５１に受信動作を行わせ、測位を行わずに日時情報を取得する。
このように、衛星電波受信処理部５０は、予め測位衛星の位置情報を保持していてホットスタートでの測位開始が可能であり、更に、日時情報を測位の最低頻度よりも高い頻度で取得して計数する現在日時の精度を高く維持する。これにより、測位開始時に、測位演算に係る初期パラメータをより正確に定めることができるので、測位演算の収束精度の向上や収束時間の短縮を効果的に図ることができる。すなわち、初回の測位演算において、収束に失敗したり、収束した位置や日時が必ずしも正確でなかったりするという状況（そのまま正しい位置に収束しなかったり、正しい位置に収束するまでに２回以上の測位演算を必要としたりする状況を含む）の発生をより確実に防ぐことができる。よって、衛星電波受信処理部５０によれば、より確実に正確な初期位置確定までの時間を短縮することができる。また、特に、間欠的に現在位置を取得する場合に測位精度を安定して維持することができる。
また、モジュール制御部５２は、測位を行わずに日時情報を取得する場合には、受信部５１により受信された単一の測位衛星の送信電波から日時情報を取得する。これにより、通常の受信環境ではもちろん、多少受信条件が悪い環境で複数の測位衛星からの電波を受信し難い場合でも短時間で適切に日時情報の取得が可能となる。
また、モジュール制御部５２は、直近に日時情報が取得されてから日時更新間隔が経過した場合には、受信部５１に受信動作を行わせて測位を行わずに日時情報を取得する。すなわち、測位動作が行われずに日時情報の取得間隔が開いた場合には、自動的にモジュール制御部５２が日時情報の取得動作を開始させるので、最低限の頻度及び日時情報のみの取得に係る受信動作で衛星電波受信処理部５０（電子時計１）に不要な負荷をかけずに適切な測位精度を維持することができる。
また、モジュール制御部５２は、測位の実行時のうち少なくとも一部の受信部５１による受信動作時に、受信部５１により位置情報の取得を行わせる。すなわち、エフェメリスの有効期間が終了する前に適切な頻度で測位とともにエフェメリスを取得するので、必要以上に電波受信時間を延ばしてエフェメリスを更新することなく適切に短時間の演算処理で測位精度を維持することができる。
また、モジュール制御部５２は、位置情報を測位衛星の送信電波以外により外部から取得可能である。このように外部から取得可能とすることで、エフェメリスの取得に必要な受信時間を大きく削減し、毎回短時間の電波受信と、短時間の測位演算による高精度な現在位置の取得を継続することができる。
また、衛星電波受信装置としての電子時計１は、外部機器との通信をブルートゥースにより行う通信部６４を備え、モジュール制御部５２は、ホスト制御部４１の制御に基づいて通信部６４を介して外部機器から位置情報を取得可能である。このように、単に電波を受信するだけでなく双方向通信が可能な通信部６４を利用して効率良く必要な情報を短時間で確実に取得することができる。特に、近距離無線通信を用いることで、通信部６４の構成を小型化し、消費電力も小さく抑えることができるので、装置をコンパクトに保ちつつ確実で効率的な現在位置の取得が可能になり、装置の利便性をより向上させることができる。
また、本実施形態の電子時計１は、上述の衛星電波受信処理部５０（ＲＯＭ６３や通信部６４を含み得る）を備える。これにより、電子時計において、常により短時間で確実に最初の測位結果を取得することが可能になる。したがって、受信中に電子時計１のユーザに待機や行動の制限を強いる時間を短縮し、迅速に現在位置を示すことができる。また、ユーザの移動中などに周辺環境の変化などによって測位に失敗する可能性を低減することができる。
また、本実施形態の測位情報取得制御方法は、予め取得されてＲＴＣ５５で計数されている現在日時及び測位衛星の有効な位置情報（エフェメリス又は予測軌道データ６３２）を用いて直近の測位から少なくとも所定の上限測位間隔以内に測位を行って電子時計１（衛星電波受信処理部５０）の現在位置及び日時情報を取得する測位タイミング制御ステップ、測位衛星の送信電波により直近に日時情報が取得されてから、少なくとも上限測位間隔よりも短い所定の日時更新間隔以内に受信部５１に受信動作を行わせ、測位を行わずに日時情報を取得する日時取得タイミング制御ステップ、を含む。
このように、この測位情報取得制御方法では、予め測位衛星の位置情報を保持していてホットスタートでの測位開始が可能であり、更に、測位の最低頻度よりも高い頻度で日時情報を取得して計数する現在日時の精度を高く維持する。これにより、測位開始時に、測位演算に係る初期パラメータをより正確に定めることができるので、測位演算の収束精度の向上（誤った日時、位置への収束の防止）や収束時間の短縮を効果的に図ることができる。したがって、より確実に正確な初期位置確定までの時間を短縮することができる。
また、受信部５１を有し、測位動作が可能な電子機器に対し、上記の測位情報取得制御方法に係るプログラム６３１をインストールして実行させることで、容易により確実かつ正確な現在位置を短時間で取得開始させることができる。これにより、種々の電子機器でより確実にユーザの待ち時間を長引かせずに最初の現在位置データを取得可能とすることができる。
なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。
例えば、上記実施の形態では、直近の日時情報の取得から日時更新間隔が経過した場合に測位を行わない日時情報の取得動作を行わせることとしたが、必ずしも直近の日時情報の取得から日時更新間隔が経過した場合にのみ、測位を行わない日時情報の取得を行わせるのでなくてもよい。例えば、測位動作とは別個に日時更新間隔が経過するごとに周期的に日時情報の取得を行わせてもよい。測位動作が行われる前から日時更新間隔の計数がなされていた場合には、直近の日時情報の取得タイミングである測位動作から日時更新間隔が経過しないうちに日時情報の取得がおこなわれることになる。また、日時更新間隔を日時更新が必要な最低限度の時間間隔より短く設定してもよい。ただし、この場合でも日時更新間隔の経過と測位動作とが重複した場合には、日時情報の取得を省略させてもよい。
また、単純に、３０分に一度、測位動作を行って現在位置と日時情報とを取得し、１０分に一度、測位動作と重複しないタイミングで測位を行わずに日時情報を取得することとしてもよい。
また、日時情報の取得は、必ずしも単一の測位衛星の送信電波から取得されなければならないわけではない。複数の測位衛星の送信電波が略同時に捕捉された場合などには、当該複数の測位衛星の送信電波に基づいて日時情報の取得がなされてもよいし、常に２衛星の送信電波から日時情報の取得がなされるようにすることもできる。あるいは、複数の測位衛星から取得された日時情報のうち、受信条件に応じてより正確と判断されるほうを選択することとしてもよい。
また、上記実施の形態では、測位時にエフェメリスの更新頻度に応じた適切なタイミングで測位衛星の送信電波からエフェメリスを取得することとしたが、連続測位によりエフェメリスが取得可能な場合以外にはあえてエフェメリスを取得せず、原則として外部から取得された予測軌道データを用いることとしてもよい。
また、上記実施の形態では、ホスト制御部４１が通信部６４を制御して予測軌道データ６３２を取得し、モジュール制御部５２は、ＲＯＭ６３から予測軌道データ６３２を読み込むこととしたが、モジュール制御部５２が直接通信部６４を制御して予測軌道データ６３２を取得可能であってもよい。また、この場合には取得された予測軌道データを衛星電波受信処理部５０内の記憶部５３に記憶させることとしてもよい。
また、上記実施の形態では、ブルートゥースを用いて近距離無線通信が可能な電子機器であるスマートフォンなどを介して２段階で外部の予測軌道データを取得することとしたが、衛星電波受信処理部５０が無線ＬＡＮなどを用いて直接サーバにアクセスして予測軌道データを取得可能であってもよい。
また、上記実施の形態では、電子時計１が備える衛星電波受信処理部５０を例に挙げて説明したが、これに限られない。測位動作を行う機能を有する電子機器に搭載される測位用のモジュールや当該電子機器全般について本発明を適用可能である。また、受信対象の測位衛星は特に限定されるものではなく、複数の全地球測位システムに係る測位衛星やこれらを補完する地域測位衛星などからの受信電波が混在していてもよい。
また、以上の説明では、本発明の測位情報の取得制御に係るプログラム６３１を記憶するコンピュータ読み取り可能な媒体としてフラッシュメモリなどの不揮発性メモリやマスクＲＯＭなどからなるＲＯＭ６３を例に挙げて説明したが、これらに限定されない。その他のコンピュータ読み取り可能な媒体として、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＣＤ－ＲＯＭやＤＶＤディスクなどの可搬型記録媒体を適用することが可能である。また、本発明に係るプログラムのデータを通信回線を介して提供する媒体として、キャリアウェーブ（搬送波）も本発明に適用される。
その他、上記実施の形態で示した構成、制御手順や表示例などの具体的な細部は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
［付記］
＜請求項１＞
測位衛星の送信電波の受信動作を行う受信部と、
測位に係る動作の制御を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、
予め取得されている日時情報及び測位衛星の有効な位置情報を用いて直近の測位から少なくとも所定の上限測位間隔以内に測位を行って自機の現在位置及び日時情報を取得し、
測位衛星の送信電波により直近に日時情報が取得されてから、少なくとも前記上限測位間隔よりも短い所定の日時更新間隔以内に前記受信部に受信動作を行わせ、測位を行わずに日時情報を取得する
ことを特徴とする衛星電波受信装置。
＜請求項２＞
前記制御部は、測位を行わずに日時情報を取得する場合には、前記受信部により受信された単一の測位衛星の送信電波から日時情報を取得することを特徴とする請求項１記載の衛星電波受信装置。
＜請求項３＞
前記制御部は、直近に日時情報が取得されてから前記日時更新間隔が経過した場合には、前記受信部に受信動作を行わせて測位を行わずに日時情報を取得することを特徴とする請求項１又は２記載の衛星電波受信装置。
＜請求項４＞
前記制御部は、前記測位の実行時のうち少なくとも一部の前記受信部による受信動作時に、前記受信部により前記位置情報の取得を行わせることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の衛星電波受信装置。
＜請求項５＞
前記制御部は、前記位置情報を測位衛星の送信電波以外により外部から取得可能であることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の衛星電波受信装置。
＜請求項６＞
外部機器との通信を行う通信部を備え、
前記制御部は、前記通信部を介して前記外部機器から前記位置情報を取得可能である
ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の衛星電波受信装置。
＜請求項７＞
請求項１～６のいずれか一項に記載の衛星電波受信装置を備えることを特徴とする電子時計。
＜請求項８＞
測位衛星の送信電波の受信動作を行う受信部を用いた測位情報取得制御方法であって、
予め取得されている日時情報及び測位衛星の有効な位置情報を用いて直近の測位から少なくとも所定の上限測位間隔以内に測位を行って自機の現在位置及び日時情報を取得する測位タイミング制御ステップ、
測位衛星の送信電波により直近に日時情報が取得されてから、少なくとも前記上限測位間隔よりも短い所定の日時更新間隔以内に前記受信部に受信動作を行わせ、測位を行わずに日時情報を取得する日時取得タイミング制御ステップ
を含むことを特徴とする測位情報取得制御方法。
＜請求項９＞
測位衛星の送信電波の受信動作を行う受信部を備えるコンピュータを
予め取得されている日時情報及び測位衛星の有効な位置情報を用いて直近の測位から少なくとも所定の上限測位間隔以内に測位を行って自機の現在位置及び日時情報を取得する測位タイミング制御手段、
測位衛星の送信電波により直近に日時情報が取得されてから、少なくとも前記上限測位間隔よりも短い所定の日時更新間隔以内に前記受信部に受信動作を行わせ、測位を行わずに日時情報を取得する日時取得タイミング制御手段
として機能させることを特徴とするプログラム。
１ 電子時計
４０ マイコン
４１ ホスト制御部
４１１ ＣＰＵ
４１２ ＲＡＭ
４５ 発振回路
４６ 分周回路
４７ 計時回路
５０ 衛星電波受信処理部
５１ 受信部
５２ モジュール制御部
５３ 記憶部
５３１ 受信制御情報
５４ タイマ
６１ 操作受付部
６２ 表示部
６２１ 表示画面
６２２ 表示ドライバ
６３ ＲＯＭ
６３１ プログラム
６３２ 予測軌道データ
６４ 通信部
７０ 電力供給部
７１ バッテリ
１００ システム
１１０ 外部機器
１２０ サーバ
Ａ１ アンテナ
上記目的を達成するため、本発明は、
複数の測位衛星からの送信電波の受信動作を行うことが可能な受信部と、
測位に係る動作の制御を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、
予め取得されている日時情報及び測位衛星の有効な位置情報を用いて直近の測位から少なくとも所定の上限測位間隔以内に測位を行って自機の現在位置を算出し、さらに、受信した前記送信電波から日時情報を取得することが可能で、
直近に前記日時情報が取得されてから、少なくとも前記上限測位間隔よりも短い所定の日時更新間隔以内に前記受信部に受信動作を行わせる場合に、測位を行わずに前記複数の測位衛星のうち仰角が４５度以上にある単一の測位衛星の送信電波から前記日時情報を取得し、予め定められた前記測位衛星から前記自機までの前記送信電波の伝搬時間の誤差範囲の平均値を、前記日時情報から差し引くことで補正された日時情報を算出する、
ことを特徴とする衛星電波受信装置である。

Claims (9)

  1. 測位衛星の送信電波の受信動作を行う受信部と、
    測位に係る動作の制御を行う制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    予め取得されている日時情報及び測位衛星の有効な位置情報を用いて直近の測位から少なくとも所定の上限測位間隔以内に測位を行って自機の現在位置を算出し、また、受信した前記送信電波から日時情報を取得し、
    測位衛星の送信電波により直近に日時情報が取得されてから、少なくとも前記上限測位間隔よりも短い所定の日時更新間隔以内に前記受信部に受信動作を行わせ、測位を行わずに日時情報を取得し、該日時情報から所定の時間を差し引くことで暫定日時情報を算出する、
    ことを特徴とする衛星電波受信装置。
  2. 前記制御部は、測位を行わずに日時情報を取得する場合には、前記受信部により受信された単一の測位衛星の送信電波から日時情報を取得することを特徴とする請求項１記載の衛星電波受信装置。
  3. 前記制御部は、直近に日時情報が取得されてから前記日時更新間隔が経過した場合には、前記受信部に受信動作を行わせて測位を行わずに日時情報を取得することを特徴とする請求項１又は２記載の衛星電波受信装置。
  4. 前記制御部は、前記測位の実行時における前記受信部による受信動作のうち少なくとも一部の時間に、前記受信部により前記位置情報の取得を行わせることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の衛星電波受信装置。
  5. 前記制御部は、前記位置情報を測位衛星の送信電波以外により外部から取得可能であることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の衛星電波受信装置。
  6. 外部機器との通信を行う通信部を備え、
    前記制御部は、前記通信部を介して前記外部機器から前記位置情報を取得可能である
    ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の衛星電波受信装置。
  7. 請求項１～６のいずれか一項に記載の衛星電波受信装置を備えることを特徴とする電子時計。
  8. 測位衛星の送信電波の受信動作を行う受信部を用いた測位情報取得制御方法であって、
    予め取得されている日時情報及び測位衛星の有効な位置情報を用いて直近の測位から少なくとも所定の上限測位間隔以内に測位を行って自機の現在位置を算出し、また、受信した前記送信電波から日時情報を取得する測位タイミング制御ステップ、
    測位衛星の送信電波により直近に日時情報が取得されてから、少なくとも前記上限測位間隔よりも短い所定の日時更新間隔以内に前記受信部に受信動作を行わせ、測位を行わずに日時情報を取得し、該日時情報から所定の時間を差し引くことで暫定日時情報を算出する、日時取得タイミング制御ステップ
    を含むことを特徴とする測位情報取得制御方法。
  9. 測位衛星の送信電波の受信動作を行う受信部を備えるコンピュータを
    予め取得されている日時情報及び測位衛星の有効な位置情報を用いて直近の測位から少なくとも所定の上限測位間隔以内に測位を行って自機の現在位置を算出し、また、受信した前記送信電波から日時情報を取得する測位タイミング制御手段、
    測位衛星の送信電波により直近に日時情報が取得されてから、少なくとも前記上限測位間隔よりも短い所定の日時更新間隔以内に前記受信部に受信動作を行わせ、測位を行わずに日時情報を取得し、該日時情報から所定の時間を差し引くことで暫定日時情報を算出する、日時取得タイミング制御手段
    として機能させることを特徴とするプログラム。
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