JP5041037B2 - 秒同期検出装置および電波時計 - Google Patents

Description

この発明は、タイムコード信号の１秒毎の同期点を検出する秒同期検出装置、および、この秒同期検出装置を備えた電波時計に関する。

従来の電波時計においては、標準電波の復調信号に対して、先ず、１秒毎に現れる同期点を検出し、この同期点を基準として復調信号に含まれるパルス信号を判定して時刻情報を生成するのが一般的である。

特許文献１には、標準電波の復調信号から立ち下がりエッジを１０秒間以上にわたって検出し、検出された複数の立ち下がりエッジの各時間間隔が１秒に近いと判別された場合に、この立ち下がりエッジを秒同期点と判定する構成が示されている。

国際公開第２００５／０６２１３７号

標準電波にノイズが混入した場合、標準電波を復調して得られるタイムコード信号には、立ち上がりや立ち下がりのエッジが時間方向にずれる波形のブレが発生する。

ここで、波形ブレの生じたタイムコード信号を、２つの異なるサンプリング周波数でサンプリング（標本化）して同期点の検出を行う場合を、それぞれ考察する。

先ず、サンプリング間隔を大きくして（例えばサンプリング周波数２０Ｈｚ＝サンプリング間隔５０ｍｓなど）、１個又は連続する２個のサンプリング間隔の中に波形のブレが収まるようにした場合を考える。この場合、例えば１０秒間にわたって１秒周期で１０回の同期点の検出を行うと、波形ブレが生じたとしても、１０回の検出のうち何れの回においても１秒周期中の同一位相にある１個又は２個のサンプリング期間で同期点の波形変化が検出されることになる。従って、同期点を容易に確定することができる。ただし、この構成では、サンプリング間隔が大きいため、同期点が１個のサンプリング期間中のどの時点にあるのか特定することができず、同期点の精度は低くなる。

次に、サンプリング間隔を小さくして（例えばサンプリング周波数６４Ｈｚ＝サンプリング間隔１５．６ｍｓ）、波形のブレが多数のサンプリング期間をまたがって広がるようにした場合を考える。この場合、例えば１０秒間にわたって１秒周期で１０回の同期点の検出を行うと、波形のブレにより、検出回が異なるごとに同期点を表わす波形変化がとびとびに異なるサンプリング期間で検出されるなど、同期点の検出箇所が大きくばらつく。従って、そのままでは、何れのサンプリング期間を同期点のある期間として特定すれば良いのか、同期点を容易に確定することができないという課題が生じる。ただし、この構成では、サンプリング間隔が小さいため、同期点の確定を適切に行うことができれば、同期点の精度は高くなる。

この発明の目的は、タイムコード信号を小さなサンプリング間隔でサンプリングしても比較的に簡単な判定処理で同期点を確定できる秒同期検出装置、ならびに、このような秒同期検出装置を備えた電波時計を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、
１秒毎の同期点で信号波形に所定の変化が生じるタイムコード信号を受けて前記同期点の検出を行う秒同期検出装置において、
前記タイムコード信号のレベルを所定のサンプリング周期で検出するサンプリング手段と、
このサンプリング手段により検出されたレベルの変化を数値化する数値化手段と、
この数値化手段により数値化された一連の値の各々について、当該値と当該値の前後に連続する複数個の値とを合算する合算処理、ならびに、１秒周期で複数秒間分の値を重ね合わせる積算処理を行う演算手段と、
を備え、
前記演算手段の前記合算処理および前記積算処理を経て得られた一連の値に基づいて前記同期点が決定されることを特徴としている。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の秒同期検出装置において、
前記演算手段は、
前記合算処理により得られた一連の値に対して再び前記合算処理を行うというように当該合算処理を複数回行うことを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の秒同期検出装置において、
前記数値化手段は、
前記レベルの変化が、前記同期点の変化に近い変化であれば大きな値に、前記同期点の変化から遠い変化であれば小さな値になるように、且つ、何れの場合もゼロ以上の値になるように、当該レベルの変化を数値化する構成であり、
前記演算手段の前記合算処理および前記積算処理を経て得られた一連の値のピークがあるタイミングに基づいて前記同期点が決定されること特徴としている。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の秒同期検出装置において、
運針タイミングと重なる期間に入力したタイムコード信号についての値を、前記演算手段の前記積算処理から除外する演算除外手段を備えたことを特徴としている。

請求項５記載の発明は、請求項１記載の秒同期検出装置において、
理想的な信号波形で前記同期点以外に前記所定の変化が存在しない標準電波を受信する場合で、且つ、
前記演算手段の処理により得られた一連の値のうち１個の値にピークがあった場合には、この値に対応するタイミングを前記同期点として決定し、
前記演算手段の処理により得られた一連の値のうち連続する２個の値が共にピークであった場合には、何れか一方の値に対応するタイミングを前記同期点として決定し、
前記演算手段の処理により得られた一連の値のうち不連続の２個の値が共にピークであった場合には、前記同期点を決定不可とし、
前記演算手段の処理により得られた一連の値のうち３個以上の値が共にピークであった場合には、前記同期点を決定不可とする同期点決定手段を備えていることを特徴としている。

請求項６記載の発明は、請求項１記載の秒同期検出装置において、
理想的な信号波形で前記同期点から第１期間離れた時点にも前記所定の変化が生じることのある標準電波を受信する場合で、且つ、
前記演算手段の処理により得られた一連の値のうち１個の値にピークがあった場合には、この値に対応するタイミングを前記同期点として決定し、
前記演算手段の処理により得られた一連の値のうち連続する２個の値が共にピークであった場合には、何れか一方の値に対応するタイミングを前記同期点として決定し、
前記演算手段の処理により得られた一連の値のうち前記第１期間±所定の許容誤差だけ離れた範囲で２個の値が共にピークであった場合には、前側の値に対応するタイミングを前記同期点として決定し、
前記演算手段の処理により得られた一連の値のうち不連続で且つ前記第１期間±所定の許容誤差だけ離れた範囲以外に２個の値が共にピークであった場合には、前記同期点を決定不可とし、
前記運算手段の処理により得られた一連の値のうち３個以上の値が共にピークであった場合には、前記同期点を決定不可とする同期点決定手段を備えていることを特徴としている。

請求項７記載の発明は、
時刻を計時する計時手段と、
標準電波を受信して前記タイムコード信号を復調する電波受信手段と、
この電波受信手段により復調された前記タイムコード信号を受けて前記同期点の検出を行う請求項１〜６の何れか一項に記載の秒同期点検出装置と、
前記秒同期点検出装置の前記同期点の検出結果を用いて前記タイムコード信号を復号し時刻情報を生成する復号手段と、
前記復号手段により生成された時刻情報に基づいて前記計時手段の計時時刻を修正する時刻修正手段と、
を備えたことを特徴とする電波時計である。

本発明に従うと、タイムコード信号のブレ量に対してサンプリング間隔が短く設定され、それにより同期点を表わす波形変化の検出位置が１秒周期中で大きくばらつく場合でも、演算手段による合算処理によって同期点の検出位置が時間軸方向に平均化されたように一点に絞りやすくなる。それゆえ、サンプリング間隔を短くしても同期点を適切に且つ簡単に確定することが可能となり、さらに、サンプリング間隔を短くすることで同期点の精度を高くすることができる。

本発明の実施形態である電波時計の全体構成を示すブロック図である。 ＲＯＭに格納された波形変化値データの内容を示すデータチャートである。 ＣＰＵにより実行される時刻修正処理の処理手順を示すフローチャートである。 図３のステップＳ４で実行される秒同期検出処理の詳細な処理手順を示すフローチャートの第１部である。 同、秒同期検出処理のフローチャートの第２部である。 サンプリング処理および演算処理の一例を表わした説明図の第１部である。 同、説明図の第２部である。 サンプリング処理と演算処理によって得られた一連の値の一部を時系列に表わしたグラフである。 比較のために２種類のサンプリング周波数を適用し且つ合算処理を無くした２パターンのサンプリング処理および演算処理の一例を表わした説明図の第１部である。 同、説明図の第２部である。 図８Ａと図８Ｂのサンプリング処理と演算処理によって得られた一連の値を時系列に表わしたグラフで、（ａ）は２０Ｈｚサンプリングで合算処理なしのもの、（ｂ）は６４Ｈｚサンプリングで合算処理なしのものである。 図５のＯＫ判定範囲の一例を表わした説明図である。 各国の標準電波の波形を示す図で、（ａ）は日本、（ｂ）はアメリカ、（ｃ）はイギリスのものである。

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、本発明の実施形態である電波時計１の全体構成を示すブロック図である。

この実施形態の電波時計１は、タイムコードの含まれる標準電波を受信して自動的に時刻修正する機能を有した電子時計であり、文字板上で回転する指針（秒針２、分針３、時針４）と、文字板上に露出されて各種の表示を行う液晶表示器７とによって、それぞれ時刻を表示するようになっている。

この電波時計１は、図１に示すように、標準電波を受信するアンテナ１１と、標準電波を復調してタイムコード信号を生成する電波受信回路（電波受信手段）１２と、種々のタイミング信号を発生させる発振回路１３および分周回路１４と、現在時刻を計数する計時回路（計時手段）１５と、秒針２を回転駆動する第１モータ１６と、分針３および時針４を回転駆動する第２モータ１７と、第１モータ１６および第２モータ１７の回転駆動を各指針に伝達する輪列機構１８と、複数の操作ボタンを有し外部から操作指令を入力する操作部１９と、機器の全体的な制御を行うＣＰＵ（中央演算処理装置）２０と、ＣＰＵ２０に作業用のメモリ空間を提供するＲＡＭ（Random Access Memory）２１と、各種の制御データおよび制御プログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）２２等をさらに備えている。

電波受信回路１２は、アンテナ１１により受信された信号を増幅する増幅部、受信信号の中から標準電波に対応する周波数成分のみを抽出するフィルタ部、振幅変調されている受信信号を復調してタイムコード信号を抽出する復調部、復調されたタイムコード信号をハイレベルとローレベルの信号に波形整形して外部へ出力するコンパレータ等を備えている。この電波受信回路１２は、特に制限されるものではないが、標準電波が振幅大のときに出力がローレベルとなり、標準電波が振幅小のときに出力がハイレベルとなるローアクティブの出力構成となっている。

分周回路１４は、ＣＰＵ２０からの指令を受けてその分周比を様々な値に変更することが可能なものであり、さらに、複数種類のタイミング信号をＣＰＵ２０へ並列的に出力可能な構成になっている。例えば、計時回路１５の計時データを１秒周期で更新するために、１秒周期のタイミング信号を生成してＣＰＵ２０へ供給するとともに、電波受信回路１２から出力されるタイムコード信号を取り込む際には、サンプリング周波数のタイミング信号を生成してＣＰＵ２０に供給するようになっている。

第１モータ１６および第２モータ１７は、ステッピングモータであり、第１モータ１６は秒針２を、第２モータ１７は分針３および時針４を、それぞれ独立にステップ駆動するものである。通常の時刻表示状態において、第１モータ１６は１秒毎に１ステップ駆動されて１分間で秒針２を１回転させる。第２モータ１７は１０秒毎に１ステップ駆動されて６０分で分針３を１回転させ、１２時間で時針４を１回転させる。

ＲＡＭ２１には、後述する秒同期検出処理において使用される波形値メモリ領域２１ａが設けられている。この波形値メモリ領域２１ａは、タイムコード信号を所定のサンプリング周波数（例えば６４Ｈｚ）でサンプリングした際に、タイムコード信号の波形変化を表わす値が順次加算されていくデータ領域であり、１秒間をサンプリング間隔で分割した複数コマ（例えば６４コマ）の値をそれぞれ格納可能な複数個の波形値メモリＡ_０〜Ａ_６３が設けられている。

また、ＲＡＭ２１には、都市データの記憶領域２１ｂが設けられている。都市データは、ユーザが操作部１９を介して設定入力するもので、この都市データに基づいて受信する標準電波の種類（例えば日本の標準電波ＪＪＹ、米国の標準電波ＷＷＶＢ、英国の標準電波ＭＳＦなど）が判別可能になっている。なお、この標準電波の種類の判別方法は、上記の都市データに基づくものに限られず、種々の方法を適用可能である。例えば、複数種類の標準電波を受信してみて、実際に受信可能な標準電波を探し出すことによって判別するように構成することもできる。

ＲＯＭ２２には、制御プログラムの一つとして、標準電波を受信して時刻を自動的に修正する時刻修正処理のプログラム２２ｂが格納されている。また、制御データの一つとして、秒同期検出処理で使用される波形変化値データ２２ａが格納されている。

図２には、波形変化値データ２２ａの内容を表わしたデータチャートを示す。図１１には、各国の標準電波を説明する図を示す。図１１（ａ）は日本、（ｂ）はアメリカ、（ｃ）はイギリス、それぞれの標準電波の波形を表わしている。

波形変化値データ２２ａは、後述する秒同期検出処理においてタイムコード信号の波形変化を数値化するためのデータであり、１秒毎の同期点（０．００秒、１．００秒・・・５９．００秒を表わす同期点、以下、秒同期点とも呼ぶ）の波形変化に近い変化であれば大きな値に、秒同期点の波形変化から遠い変化であれば小さな値に、且つ、何れの場合でもゼロ以上の値となるように設定されている。

具体的には、日本の標準電波ＪＪＹでは、ローアクティブのタイムコード信号において秒同期点はハイレベル（Ｈ）からローレベル（Ｌ）へ変化する。従って、この「Ｈ→Ｌ」の波形変化に対しては「＋２」が、逆の「Ｌ→Ｈ」の波形変化に対しては「±０」が、「Ｈ→Ｈ」および「Ｌ→Ｌ」の波形変化に対しては「＋１」が、それぞれ対応付けられている。

また、日本以外の標準電波（例えばＷＷＶＢやＭＳＦ）では、ローアクティブのタイムコード信号において秒同期点はローレベル（Ｌ）からハイレベル（Ｈ）へ変化する。従って、この「Ｌ→Ｈ」の波形変化に対しては「＋２」が、逆の「Ｈ→Ｌ」の波形変化に対しては「±０」が、「Ｈ→Ｈ」および「Ｌ→Ｌ」の波形変化に対しては「＋１」が、それぞれ対応付けられている。

次に、上記構成の電波時計１において実行される時刻修正処理について説明する。

図３には、ＣＰＵにより実行される時刻修正処理のフローチャートを示す。

時刻修正処理は、予め設定された時刻になった場合、或いは、操作部１９を介して所定の操作指令の入力が行われた場合に開始される。

時刻修正処理の実行中には、秒針２の１秒毎の運針が停止される一方、分針３と時針４の１０秒毎の運針は継続されるように制御される。そのため、時刻修正処理が開始されると、先ず、ＣＰＵ２０は、秒針２を文字板上の電波受信中を表わす位置へ早送りさせて、ＲＡＭ２１中の秒針２の運針フラグをオフに設定する（ステップＳ１）。これにより、秒針２の１秒毎の運針処理が停止される。また、この時刻修正処理と並列的に時刻表示処理が実行されることで分針３と時針４の１０秒毎の運針が継続される。

次に、ＣＰＵ２０は、現在受信可能な標準電波の種類を特定するためにＲＡＭ２１から都市データを読み込む（ステップＳ２）。そして、現在受信可能な標準電波に対応するように電波受信回路１２を作動させて受信処理を開始させる（ステップＳ３）。これにより、標準電波が受信されてハイレベルとローレベルで表わされるタイムコード信号が電波受信回路１２からＣＰＵ２０へ供給される。

タイムコード信号が供給されたら、先ず、ＣＰＵ２０は、このタイムコード信号から秒同期点を検出する秒同期検出処理を実行する（ステップＳ４）。この秒同期検出処理のプログラムとこれを実行するＣＰＵ２０によって秒同期検出装置が構成される。この秒同期検出処理の詳細は後述する。

秒同期点が検出されると、続いて、ＣＰＵ２０は、検出された秒同期点を基準にしてタイムコード信号に含まれる複数のパルス信号の判別を行って時刻情報を生成する（ステップＳ５：復号手段）。そして、計時回路１５の計時データを時刻情報および検出された秒同期点に基づいて修正する（ステップＳ６：時刻修正手段）。さらに、必要があれば時針４および分針３を早送りして指針の位置を修正する（ステップＳ７）。また、停止していた秒針２が計時データに同期して駆動されるように、秒針２の運針フラグをオンにして（ステップＳ８）、この時刻修正処理を終了する。

続いて、上記ステップＳ４で実行される秒同期検出処理について詳細に説明する。

図４と図５には、秒同期検出処理のフローチャートを、図６Ａと図６Ｂには、秒同期検出処理中で実行されるサンプリング処理および演算処理の説明図を示す。

［サンプリング・数値化・積算処理］
先ず、秒同期検出処理で実行されるサンプリング処理、波形変化の数値化処理、積算処理について説明する。

秒同期検出処理では、ＣＰＵ２０は、タイムコード信号のレベル（この実施形態ではハイレベルかローレベル）を所定の周波数（例えば６４Ｈｚ）でサンプリングしていき、その波形変化を数値化していく。そして、このサンプリングおよび数値化の処理を１秒周期で複数回（例えば１０回、１０秒間分）行う。図６Ａ，図６Ｂの「１本目波形データ処理」〜「１０本目波形データ処理」の欄には、１秒間６４コマのうち１２コマのサンプリング期間について１０本分のサンプリング波形と数値化の結果をそれぞれ示している。

波形変化の数値化は、ＲＯＭ２２中の波形変化値データ２２ａに従って行う。図６Ａと図６Ｂは、日本の標準電波ＪＪＹを受信している場合を示しており、ここでは、日本の標準電波ＪＪＹ用の波形変化値データが適用されている。すなわち、タイムコード信号のレベルが「Ｈ（ハイレベル）→Ｌ（ローレベル）」で変化したときは「２」に、「Ｌ→Ｈ」で変化したときは「０」に、「Ｈ→Ｈ」または「Ｌ→Ｌ」で変化したときは「１」に、それぞれ数値化が行われている。

波形変化の値は、波形値メモリＡ_０〜Ａ_６３に１秒周期でそれぞれ積算されていく。すなわち、１秒間６４コマの波形変化の値を波形値メモリＡ_０〜Ａ_６３にそれぞれ加算していくとともに、この加算を１秒周期で複数秒間分繰り返し行う。図６Ｂの最下段の欄の「１０本分の積算」の行に積算処理後の値が示されている。

なお、上記の複数秒間の処理中、分針３および時針４の運針タイミングと重なる１秒間が含まれている場合、この１秒間分のサンプリングデータについては、大きな運針ノイズが混入することが考えられるので、上記の積算処理から除外される。図６Ａと図６Ｂの例では「７本目波形データ処理」の１秒間が運針タイミングと重なっているため、この欄の値が積算処理から除外されている。

上記のサンプリング、数値化、積算の処理は、図４のフローチャートのステップＳ１１〜Ｓ２５の処理により実現される。すなわち、秒同期検出処理に移行すると、ＣＰＵ２０は、先ず、受信中の標準電波がＪＪＹか否かを判別する（ステップＳ１１）。そして、標準電波ＪＪＹであればＲＯＭ２２の波形変化値データ２２ａのうちＪＪＹ用の波形変化値が使用されるように設定し（ステップＳ１２）、標準電波ＪＪＹ以外であればＲＯＭ２２の波形変化値データ２２ａのうちＪＪＹ以外用の波形変化値が使用されるように設定する（ステップＳ１３）。

次いで、ＣＰＵ２０は、波形値メモリＡ_０〜Ａ_６３のクリア等の初期化処理を行い（ステップＳ１４）、分周回路１４の分周比をサンプリング周波数（６４Ｈｚ）に対応する値に切り替える（ステップＳ１５）。さらに、電波受信回路１２から出力されるタイムコード信号の１回目のレベル検出を行う（ステップＳ１６）。そして、１秒周期で１０秒間分のサンプリングを行う処理ループ（ステップＳ１７〜Ｓ２４）に移行する。

この処理ループに移行すると、先ず、ＣＰＵ２０は、１秒間６４コマのサンプリングのコマ数を表わす変数ｉをゼロに初期化し（ステップＳ１７）、分周回路１４からのタイミング信号の入力を待機し（ステップＳ１８）、タイミンク信号の入力があればタイムコード信号のレベル検出を行う（ステップＳ１９：サンプリング手段）。そして、分針３と時針４の運針タイミングが重なる１秒間か否かを判別し（ステップＳ２０：演算除外手段）、重なる期間でなければｉ番目の波形値メモリＡ_ｉに対応する波形変化値を加算する（ステップＳ２１：数値化手段）。波形変化値は前回のサンプリングレベルから今回のサンプリングレベルへの波形変化を表わす値であり、ステップＳ１２又はＳ１３で設定された値が適用される。一方、運針タイミングと重なる１秒間であればステップＳ２１の加算処理は省略する。

その後、変数ｉに「１」加算して（ステップＳ２２）、変数iが「６４」以上になったか否かを判別する（ステップＳ２３）。そして、「６４」以上でなければステップＳ１８に戻る。一方、「６４」以上であれば６４コマのサンプリングを１０回行ったか判別し（ステップＳ２４）、未だであればステップＳ１７に戻る。

このようなループ処理により、上述したサンプリング、数値化および積算処理がそれぞれ遂行される。そして、６４コマのサンプリングを１０回行ったら、ステップＳ２４の判別処理で“Ｙｅｓ”側へ移行してループ処理を抜ける。そして、ステップＳ１５で切り替えた分周回路１４の分周比をリセットする（ステップＳ２５）。

［合算処理］
次に、合算処理について説明する。１０秒間分のサンプリングおよび波形変化の数値化および積算処理が完了したら、次に、ＣＰＵ２０は、積算処理後の６４コマの波形値メモリＡ_０〜Ａ_６３の値に対して、各々の値と、これに連続する複数コマの値とを合算する合算処理を２回行う（ステップＳ２６）。上記ステップＳ２１とこのステップＳ２６の処理により演算手段が構成される。

具体的には、図６Ａの上から２番目の欄に示すように、１回目の合算処理では６４コマの各々の値に対して後方に連なる３コマの値をそれぞれ合算する処理を行い、２回目の合算処理では１回目の合算処理で得られた一連の値の各々に対して前方に連なる３コマの値をそれぞれ合算する処理を行う。図６Ｂの「１０本分の演算値」の欄の「３コマずつ合算（１回目）」の行および「３コマずつ合算（２回目）」の行に、上記の１回目と２回目の合算処理後の値がそれぞれ示されている。合算処理された一連の値は、例えば６４コマの波形値メモリＡ_０〜Ａ_６３に格納される。

図７には、上記合算処理後の一連の値の一部を時系列に表わしたグラフを示す。

上記のような演算処理により、図７に示すような一連の値が得られる。図７は、１秒間６４コマの一連の値のうち秒同期点が含まれる１２コマの部分を示したものである。このグラフに示されるように、タイムコード信号にノイズの混入や波形ブレが含まれる場合でも、上記の積算処理および合算処理を経た一連の値によって、秒同期点が存在する確率の高い部分が明確なピークとなって表わされることになる。

すなわち、ランダムなノイズは１秒周期で複数回分の波形変化の値を積算することで、その影響が低減され、波形ブレについては波形変化の値を時系列方向に合算する処理によって秒同期点の検出位置が時間軸方向に平均化されたように１点に絞られ、それにより、秒同期点が存在する確率の高い部分がヒークとなって現れる。

図８Ａと図８Ｂには、比較のために２種類のサンプリング周波数を適用し且つ合算処理を無くした２パターンの処理の一例を表わした説明図を、図９（ａ）には、この２パターンの処理のうち２０Ｈｚのサンプリング処理と合算処理なしの演算処理によって得られた一連の値の一部を時系列に表わしたグラフを、図９（ｂ）には、６４Ｈｚのサンプリング処理と合算処理なしの演算処理によって得られた一連の値の一部を時系列に表わしたグラフを、それぞれ示す。

図８Ａと図８Ｂの各欄内の１行目にそれぞれ示されるように、サンプリング周波数を２０Ｈｚにするなどサンプリング間隔を長く設定すると、波形ブレがあっても秒同期点の波形変化は１つ或いは連続する２つのサンプリング間隔の中で検出されることになる。従って、図９（ａ）に示すように、秒同期点が含まれる箇所に大きなピークが現れて秒同期点の確定は容易なものとなる。ただし、サンプリング間隔が大きいため、１つのサンプリング期間中のどの時点に秒同期点があるのか不明となり秒同期点の精度は低くなる。

一方、図８Ａと図８Ｂの各欄の２行目にそれぞれ示されるように、サンプリング周波数を６４Ｈｚにするなどサンプリング間隔を短く設定した場合には、波形ブレやノイズの混入の影響で、秒同期点の波形変化がとびとびに異なるサンプリング期間で検出されることになる。従って、図９（ｂ）に示すように、単に１０本分の波形変化値の積算処理を行っただけでは、一連の積算値においてピークが散在し、そのままでは秒同期点がどのサンプリング期間に含まれるのか確定するのが困難となる。なお、図９（ｂ）の例では、本実施形態の一例（図７）と同一箇所に最大値のピークが現れているが、波形ブレやノイズが大きくなってくると秒同期点から前後にずれた複数の個所にピークが現れたりする。

本実施形態の秒同期検出処理では、図７に示したように、上述した積算処理および合算処理によって得られる波形値メモリＡ_０〜Ａ_６３の値によって、ノイズや波形ブレが多少含まれているタイムコード信号であっても秒同期点が存在する確率の高い部分が明確なピークとなって現れるようになっている。

［秒同期点の確定処理］
続いて、上記波形値メモリＡ_０〜Ａ_６３の値に基づいて秒同期点を確定させる処理について説明する。ＣＰＵ２０は、ステップＳ２６で合算処理を行ったら、この演算後の一連の値のピークの存在するサンプリング期間に基づいて秒同期点を確定させる処理（ステップＳ２７〜Ｓ３５；図５）に移行する。この処理により同期点決定手段が構成される。

秒同期点を確定させる処理は、標準電波の種類によって異なる条件で行われる。すなわち、英国の標準電波ＭＳＦでは、理想的な信号波形において、秒同期点の波形変化と同一の波形変化が秒同期点以外の時点にも多く現れる可能性がある。具体的には、図１１（ｃ）に示されるように、標準電波ＭＳＦは、秒同期点で振幅大から振幅小へ波形変化する。そして、標準電波ＭＳＦの「０１」符号のパルス信号において、これと同一の波形変化が秒同期点から２００ｍｓ後にも現れる。

一方、日本の標準電波ＪＪＹや米国の標準電波ＷＷＶＢでは、理想的な信号波形において、秒同期点の波形変化と同一の波形変化が他の時点で生じることがない。

従って、秒同期点を確定させる処理に移行したら、先ず、ＣＰＵ２０は、現在受信中の標準電波の種類がＭＳＦか否かを判別する（ステップＳ２７）。そして、ＭＳＦでなければ、波形値メモリＡ_０〜Ａ_６３の値からピークのある部分を探し出して、そのピークの数や配置関係の判定処理を行う（ステップＳ２８）。

この判定処理の結果、ピークが１つのみであった場合、そのピークに対応するサンプリング期間内の１つの時点を秒同期点として確定する（ステップＳ２９）。また、ピークが連続する２個の波形値メモリにあった場合、前側のピークに対応するサンプリング期間内の１つの時点を秒同期点として確定する（ステップＳ３０）。また、非連続の２個の波形値メモリにピークがあるか、或いは、３箇所以上にピークがある場合には、受信環境が悪くて不正確なタイムコード信号が入力されていると判断して、秒同期点の確定を不可とする（ステップＳ３１）。

図７の例では、標準電波ＪＪＹを受信した場合で波形値メモリＡ_０〜Ａ_６３のうち１点にピークが明確に現れているので、このピークがあるサンプリング期間中の１つの時点が秒同期点として確定される。

なお、電波受信回路１２のタイムコード信号に所定の遅延が生じる等の特性がある場合には、上記のピークがある時点からこの遅延量を減算した時点を秒同期点とするなど適宜な調整が行われる。

一方、標準電波がＭＳＦであれば、ステップＳ２７の判別処理で“Ｙｅｓ”側へ移行して、波形値メモリＡ_０〜Ａ_６３のピーク数やピークの配置関係についてＭＳＦ用の判定処理を行う（ステップＳ３２）。

この判定処理の結果、ピークが１つのみであった場合、そのピークに対応するサンプリング期間内の１つの時点を秒同期点として確定する（ステップＳ３３）。また、ピークが連続する２個の波形値メモリにあった場合、前側のピークに対応するサンプリング期間内の１つの時点を秒同期点として確定する（ステップＳ３４）。また、ピークが非連続に２個ありその２個の間隔が後述のＯＫ判定範囲内にあれば、前側のピークに対応するサンプリング期間内の１つの時点を秒同期点として確定する（ステップＳ３４）。

さらに、ピークが非連続に２個ありその間隔が後述のＯＫ判定範囲内になければ、不正確なタイムコード信号が入力されていると判断して、秒同期点の確定を不可とする（ステップＳ３５）。また、３箇所以上にピークがあった場合にも、同様の判断で秒同期点の確定を不可とする（ステップＳ３５）。

図１０には、標準電波ＭＳＦの秒同期点を確定する判断で使用されるＯＫ判定範囲を説明する図を示す。

上記のＯＫ判定範囲とは、例えば、図１０（ａ）の矢印の範囲（秒同期点を基準に１５０ｍｓ〜２５０ｍｓの範囲）のことである。すなわち、標準電波ＭＳＦの「０１」符号のパルス信号（ａ）において、秒同期点の「Ｌ→Ｈ」の変化から次の「Ｌ→Ｈ」の変化までの時間間隔（２００ｍｓ）の前後に許容誤差（例えば±５０ｍｓ）を付加した範囲である。

「０１」符号はタイムコード中に連続して複数個並んで送信される場合があり、そのため、この複数個並んだ区間で秒同期検出用の電波受信を行った場合、正確なタイムコード信号が入力されても、秒同期点と次の「Ｌ→Ｈ」の波形変化の箇所とで２つのピークが現れることになる。従って、この場合には、秒同期点の確定を不可とせずに、前側のピークに対応する期間内に秒同期点を確定するようにしている。

なお、秒同期点の確定条件は、上記ステップＳ２８〜Ｓ３１，Ｓ３２〜Ｓ３５の例に限られるものではない。例えば、２個連続でピークがあった場合に、後側のピークに対応する期間に秒同期点を確定するようにしても良い。また、３個連続でピークとなった場合に、何れか１つのピークに対応する期間に秒同期点を確定するようにしたり、ピーク値が所定の閾値より低い場合に秒同期点の確定を不可とするようにしても良い。また、ピークの値に幅を持たせて最大値から僅かに小さい値もピークと見なしてピークの数や配置関係の判定処理を行うようにするなど、サンプリング周波数、トータルのサンプリング期間、合算処理の方式に応じて様々な条件に変更することが可能である。

ステップＳ２８〜Ｓ３１，Ｓ３２〜Ｓ３５の処理により、秒同期点が確定あるいは確定不可となったら、この秒同期検出処理を終了して、図３の時刻修正処理に戻る。秒同期点が確定した場合には、上述したように、この秒同期点を用いてタイムコードのデコード処理や時刻修正処理が遂行される。

以上のように、この実施形態の電波時計１およびその秒同期検出処理によれば、タイムコード信号をサンプリングし、その波形変化を数値化し、この数値化によって得られる一連の値について１秒周期で１０秒間分の値をそれぞれ積算する積算処理と、時間軸方向に複数個ずつ合算する合算処理とを行い、これらの演算処理により得られた一連の値から秒同期点を検出するようになっている。このとき、上記の演算処理によって、ランダムなノイズの影響が低減され、また、波形のブレが複数のサンプリング期間にまたがって広がるような場合でも、秒同期点の検出位置が時間軸方向に平均化されたように一点に絞りやすくなる。

従って、秒同期点の精度が高くなるようにサンプリング間隔を小さく設定しても、秒同期点を容易に確定することができるという効果が得られる。

また、上記実施形態の電波時計１および秒同期検出処理によれば、サンプリングにより得られた一連の値を時系列方向に複数個ずつ合算する合算処理を２回繰り返し行っているので、秒同期点の検出位置が時間軸方向に平均化されたように一点に絞りやすくなるという作用がより確実に得られる。

また、上記実施形態の電波時計１および秒同期検出処理によれば、サンプリング波形の変化を数値化する際、秒同期点の波形変化に近ければ大きな値に、遠ければ小さな値になるように数値化している。従って、上記の演算処理を行うことで秒同期点の検出位置が存在する確率の高い箇所を数値のピークとして判定しやすくできる。また、波形変化を数値化する際に、負の値を用いていないので、一連の値の大小を比較してピークを判定する際、値の正負を判別したり負の値であった場合に大小比較のアルゴリズムをそれ用のものに切り替えたりする演算処理が不要となる。つまり、一連の値からピークを判定する処理の負荷を軽くすることができる。

また、上記実施形態によれば、分針３と時針４の運針タイミングが重なる１秒間のサンプリングにより得られる一連の値は、積算処理や合算処理から除外されるようになっているので、秒同期点を検出するのに運針に伴う大きなノイズの混入の影響を排除することができる。

また、上記実施形態では、６４コマ分の値が格納できる波形値メモリＡ_０〜Ａ_６３を用意し、この波形値メモリＡ_０〜Ａ_６３に波形変化値を１秒サイクルで加算していくことで積算処理を行い、さらに、合算処理においても計算後の値を波形値メモリＡ_０〜Ａ_６３に格納して複数回の合算処理を行っているので、秒同期点の検出処理に必要なメモリ容量を小さくすることができる。

また、上記実施形態によれば、図５のステップＳ２８〜Ｓ３１の条件で秒同期点を確定することで、秒同期点の波形変化が他の箇所に現われない標準電波に対して正確な秒同期点の確定処理を行うことができる。また、図５のステップＳ３２〜Ｓ３５の条件で秒同期点を確定することで、秒同期点の波形変化が他の箇所にも現れることのある標準電波ＭＳＦに対して正確な秒同期点の確定処理を行うことができる。

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、上記実施形態では、秒同期点の検出のために１０秒間のサンプリングを行う例を示したが、例えば、５秒間、１５秒間或いは２０秒間にするなど適宜変更可能である。また、サンプリング対象のタイムコード信号を２値の信号としているが、例えば、サンプリング対象のタイムコード信号を波形整形前の信号とし、サンプリングした信号のレベルを多値のデータで取り込んで波形の変化を検出するようにしても良い。

また、上記実施形態では、サンプリングと波形変化の数値化により得られた一連の値を１秒周期で積算し、その後に時系列方向の合算処理を行う例を示したが、１秒毎に合算処理を行い、合算処理後の一連の値を１秒周期で積算しても良いなど、合算処理と積算処理の順番は特に制限されるものではない。

また、上記実施形態では、一連の値に対して時系列方向の合算を行う処理として、前方３コマの値を加算する１回目の合算処理と、後方３コマの値を加算する２回目の合算処理とを行う構成を示したが、合算するコマ数や回数、および合算の計算方法は種々に変更可能である。例えば、サンプリング間隔をより短く設定した場合には、５コマや１０コマの値を合算するようにしたり、合算処理の回数を増やしたりしても良い。また、合算の計算方法も、単純に複数コマの値を加算するだけとするほか、コマ数で除算して単純移動平均の計算方法を適用したり、各コマに適宜な重み付けを行って加算や移動平均の計算を行う方法を適用しても良い。

また、上記実施形態では、波形変化を数値化するのに、全てゼロか正の値とし、秒同期点の波形変化に近い変化が大きな値に、遠い変化が小さな値になるように設定された例を示したが、これと全く逆に負の値のみを用いたり、正負の値を混在させたりしても良い。その他、実施形態に示した細部は発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ 電波時計
２ 秒針
３ 分針
４ 時針
７ 液晶表示器
１１ アンテナ
１２ 電波受信回路
１３ 発振回路
１４ 分周回路
１５ 計時回路
１６ 第１モータ
１７ 第２モータ
１９ 操作部
２０ ＣＰＵ
２１ ＲＡＭ
２１ａ 波形値メモリ領域
２１ｂ 都市データ記憶領域
２２ ＲＯＭ
２２ａ 波形変化値データ
２２ｂ 時刻修正処理プログラム

Claims (7)

1. １秒毎の同期点で信号波形に所定の変化が生じるタイムコード信号を受けて前記同期点の検出を行う秒同期検出装置において、
   前記タイムコード信号のレベルを所定のサンプリング周期で検出するサンプリング手段と、
   このサンプリング手段により検出されたレベルの変化を数値化する数値化手段と、
   この数値化手段により数値化された一連の値の各々について、当該値と当該値の前後に連続する複数個の値とを合算する合算処理、ならびに、１秒周期で複数秒間分の値を重ね合わせる積算処理を行う演算手段と、
   を備え、
   前記演算手段の前記合算処理および前記積算処理を経て得られた一連の値に基づいて前記同期点が決定されることを特徴とする秒同期検出装置。
2. 前記演算手段は、
   前記合算処理により得られた一連の値に対して再び前記合算処理を行うというように当該合算処理を複数回行うことを特徴とする請求項１記載の秒同期検出装置。
3. 前記数値化手段は、
   前記レベルの変化が、前記同期点の変化に近い変化であれば大きな値に、前記同期点の変化から遠い変化であれば小さな値になるように、且つ、何れの場合もゼロ以上の値になるように、当該レベルの変化を数値化する構成であり、
   前記演算手段の前記合算処理および前記積算処理を経て得られた一連の値のピークがあるタイミングに基づいて前記同期点が決定されること特徴とする請求項１記載の秒同期検出装置。
4. 運針タイミングと重なる期間に入力したタイムコード信号についての値を、前記演算手段の前記積算処理から除外する演算除外手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の秒同期検出装置。
5. 理想的な信号波形で前記同期点以外に前記所定の変化が存在しない標準電波を受信する場合で、且つ、
   前記演算手段の処理により得られた一連の値のうち１個の値にピークがあった場合には、この値に対応するタイミングを前記同期点として決定し、
   前記演算手段の処理により得られた一連の値のうち連続する２個の値が共にピークであった場合には、何れか一方の値に対応するタイミングを前記同期点として決定し、
   前記演算手段の処理により得られた一連の値のうち不連続の２個の値が共にピークであった場合には、前記同期点を決定不可とし、
   前記演算手段の処理により得られた一連の値のうち３個以上の値が共にピークであった場合には、前記同期点を決定不可とする同期点決定手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の秒同期検出装置。
6. 理想的な信号波形で前記同期点から第１期間離れた時点にも前記所定の変化が生じることのある標準電波を受信する場合で、且つ、
   前記演算手段の処理により得られた一連の値のうち１個の値にピークがあった場合には、この値に対応するタイミングを前記同期点として決定し、
   前記演算手段の処理により得られた一連の値のうち連続する２個の値が共にピークであった場合には、何れか一方の値に対応するタイミングを前記同期点として決定し、
   前記演算手段の処理により得られた一連の値のうち前記第１期間±所定の許容誤差だけ離れた範囲で２個の値が共にピークであった場合には、前側の値に対応するタイミングを前記同期点として決定し、
   前記演算手段の処理により得られた一連の値のうち不連続で且つ前記第１期間±所定の許容誤差だけ離れた範囲以外に２個の値が共にピークであった場合には、前記同期点を決定不可とし、
   前記運算手段の処理により得られた一連の値のうち３個以上の値が共にピークであった場合には、前記同期点を決定不可とする同期点決定手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の秒同期検出装置。
7. 時刻を計時する計時手段と、
   標準電波を受信して前記タイムコード信号を復調する電波受信手段と、
   この電波受信手段により復調された前記タイムコード信号を受けて前記同期点の検出を行う請求項１〜６の何れか一項に記載の秒同期点検出装置と、
   前記秒同期点検出装置の前記同期点の検出結果を用いて前記タイムコード信号を復号し時刻情報を生成する復号手段と、
   前記復号手段により生成された時刻情報に基づいて前記計時手段の計時時刻を修正する時刻修正手段と、
   を備えたことを特徴とする電波時計。

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