JP5045695B2 - Ｇｐｓ受信装置、及びその位置計算方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＧＰＳ信号から取得した複数衛星の衛星情報に基づき現在位置を計算するＧＰＳ受信装置、及びその位置計算方法に関するものである。

従来、ＧＰＳ（Global Positioning System）を利用し、複数の衛星から送られてくる電波を受信することにより現在位置を計測するＧＰＳ受信装置にあっては、使用目的に応じた種々のものが一般に使用されている。ＧＰＳ受信装置は、ＧＰＳ衛星等から事前に取得したアルマナック情報により示される衛星毎の概略位置に基づいて４機以上のＧＰＳ衛星を捕捉して、各ＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳ信号、すなわち航法データ（衛星情報）に含まれるエフェメリス情報を利用して利用者の位置情報を高精度に計算している（例えば下記特許文献１参照）。

一方、前記航法データには、各衛星が有する高精度の時計の時刻情報、すなわち毎週日曜日の００：００：００を起点とした６秒単位の数値であるＴＯＷ（Time Of Week：週経過時間）が含まれており、係る時刻情報から正確な現在時刻を得ることができる（例えば下記特許文献２参照）。

特開２００４−６１３３６号公報 特開２００７−２６３５９８号公報

上記の航法データに含まれる時刻情報から正確な現在時刻を得る場合、ＧＰＳの時刻基準（ＧＰＳ時）は協定世界時（ＵＴＣ：Coordinated UT）であるため、正しい現在時刻を得るには現在位置（使用者の居場所）における地域（国等）で採用されている標準時のＵＴＣとの時差に応じて時刻情報から得られた時刻を補正する必要がある。

しかしながら、ＧＰＳ受信装置が、例えば腕時計のような携帯型の電子機に組み込まれている場合、ビルに囲まれた路地・木々の多い場所や家の中、及び利用者がＧＰＳ受信装置を携帯し動いているときなどでは、現在位置の計算に必要な定数の衛星が捕捉できない、あるいは捕捉できたとしても受信感度が低く、ＧＰＳ信号からエフェメリス情報を取得するには到らない場合も多く、その場合には、時刻情報が取得できたにもかかわらず、現在位置を計算することができず、結果的に正しい現在時刻を得ることができない。

また、上記の事態を回避するためには、エフェメリス情報の取得に向けてＧＰＳ信号の受信動作を繰り返し行う必要があるが、それでは時刻合わせに要する消費電力が大きく、装置の連続稼働時間を低下させることとなり、特にバッテリーとしてコイン型等の小型の電池を使用する場合には、それが著しいという問題があった。

本発明は、かかる従来の課題に鑑みてなされたものであり、消費電力化を図りながら、時刻合わせに必要な使用場所を高い確率で特定することができるＧＰＳ受信装置、及びその情報取得方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、請求項１記載の発明に係るＧＰＳ受信装置にあっては、複数の衛星から送られているＧＰＳ信号を受信して現在位置を計算するＧＰＳ受信装置において、前記ＧＰＳ信号を受信し衛星情報を取得する受信手段と、この受信手段によるＧＰＳ信号の受信状態が所定の受信状態であるか否かを判断する判断手段と、この判断手段によりＧＰＳ信号の受信状態が所定の受信状態であると判断されたことを条件として、前記受信手段により取得された３つの衛星の衛星情報であって２つの衛星からそれぞれ取得した少なくとも軌道６要素を含むエフェメリス情報、及び残り１つの衛星の概略軌道に関する部分の少なくとも軌道６要素を含むアルマナック情報に基づいて概略の現在位置を計算する概略位置計算手段とを備えたことを特徴とする。

また、請求項２記載の発明に係るＧＰＳ受信装置にあっては、前記受信手段に３つ以上の衛星のエフェメリス情報を取得するための受信動作を行わせるとともに、３つの衛星のエフェメリス情報が取得できるまで前記受信動作を、所定回数を上限として繰り返し行わせる受信制御手段を備え、前記判断手段は、前記受信手段による前記所定回数の受信動作において取得できたエフェメリス情報が２つの衛星分のみであった場合にＧＰＳ信号の受信状態が所定の受信状態であると判断し、前記概略位置計算手段は、前記判断手段によりＧＰＳ信号の受信状態が所定の受信状態であると判断されたことを条件として、前記２つの衛星のエフェメリス情報、及び前記残り１つの衛星の概略軌道に関する部分のアルマナック情報に基づいて概略の現在位置を計算することを特徴とする。

また、請求項３記載の発明に係るＧＰＳ受信装置にあっては、前記判断手段によりＧＰＳ信号の受信状態が所定の受信状態であると判断されたことを条件として、前記受信手段に、前記残り１つの衛星であって前記受信動作において捕捉した特定の衛星の概略軌道に関する部分のアルマナック情報を、前記２つの衛星のいずれか一方から取得するための第２の受信動作を行わせる第２の受信制御手段とをさらに備え、前記概略位置計算手段は、前記２つの衛星のエフェメリス情報、及び前記受信手段による前記第２の受信動作において取得された前記特定の衛星の概略軌道に関する部分のアルマナック情報に基づいて概略の現在位置を計算することを特徴とする。

また、請求項４記載の発明に係るＧＰＳ受信装置にあっては、第２の受信制御手段は、前記他の衛星における前記アルマナック情報の送信タイミングが前記受信手段により直前に行われた前記受信動作の終了後の所定時間内であることを条件として、前記受信手段に前記第２の受信動作を行わせることを特徴とする。

また、請求項５記載の発明に係るＧＰＳ受信装置にあっては、前記受信手段により受信されたＧＰＳ信号に含まれる時刻情報により示される時刻を、前記概略位置計算手段によって計算された概略の現在位置に基づき補正することによって使用場所に応じた現在時刻を取得する時刻取得手段を備えたことを特徴とする。

また、請求項６記載の発明に係る位置計算方法にあっては、複数の衛星から送られているＧＰＳ信号を受信して現在位置を計算するＧＰＳ受信装置において、前記ＧＰＳ信号の受信状態が所定の受信状態であるか否かを判断する工程と、前記受信状態が所定の受信状態であると判断されたことを条件として、前記受信手段により取得された３つの衛星の衛星情報であって、２つの衛星からそれぞれ取得した少なくとも軌道６要素を含むエフェメリス情報、及び残り１つの衛星の概略軌道に関する部分の少なくとも軌道６要素を含むアルマナック情報に基づいて概略の現在位置を計算する工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、消費電力化を図りながら、時刻合わせに必要な使用場所を高い確率で特定することが可能となる。

本発明に係るＧＰＳ受信装置を示すブロック図である。 受信部の詳細を示したブロック図である。 時刻合わせ動作の内容を示すフローチャートである。 図３に続くフローチャートである。 図４に続くフローチャートである。 複数の衛星における航法データの送信タイミングの違いを示すタイミングチャートである。 航法データの要部を示したデータ構成図である。 時刻合わせ動作時のＧＰＳ受信部における動作の一例を示すタイミングチャートである。 ２衛星のタイミング情報と各衛星のエフェメリス情報に基づき計算される地球表面の軌跡線を示す模式図である。

以下、本発明の一実施の形態を図にしたがって説明する。図１は、本発明に係るＧＰＳ受信装置の構成を示すブロック図であり、図示したようにＧＰＳ受信装置は、アンテナ１と、ＲＦ部２、ＧＰＳ受信部３、時計部４、電源部５を有している。

ＲＦ部２は、アンテナ１から入力した受信信号すなわちＧＰＳ信号を増幅する高周波増幅回路と、増幅後の高周波信号を中間周波信号に変換する周波数変換回路、変換後の中間周波信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路を含み、入力したＧＰＳ信号をデジタルの中間周波信号（ＩＦ信号）に変換してＧＰＳ受信部３に出力する。

ＧＰＳ受信部３は、ＧＰＳ衛星（以下、単に衛星という）から送られてくる電波であって、正確な位置計測に必要な４機の衛星の電波を同時に受信するための４チャンネル分の受信部３１（図では受信部（１）〜（４））と、計算処理部３２、制御部３３、クロック発生部３４から構成されている。

図２は、各々の受信部３１の詳細を示したブロック図である。各々の受信部３１は本発明の受信手段であって、それぞれが逆拡散処理部３１ａとデータ復調部３１ｂとから構成されている。ＲＦ部２から入力した中間周波信号は、逆拡散処理部３１ａで衛星毎に異なる拡散コードで逆拡散処理が施され逆拡散信号としてデータ復調部３１ｂに送られ、データ復調部３１ｂでＢＰＳＫ復調され復調データとして計算処理部３２へ出力される。なお、上記逆拡散信号は、アナログ的でもデジタル的でもソフト的でも良いが、ここではそれは入力されたＧＰＳ信号の強さに従った振幅を持っており、一定のレベル以下ではエラーが増大し復調できないものとする。

計算処理部３２は本発明の概略位置計算手段であり、各々の受信部３１から入力した復調データ、すなわちＧＰＳ信号に重畳されている航法データから、クロック発生部３４で生成された基準パルスに基づいて各衛星における航法データの送信タイミングをタイミング情報として取得し、各復調データから衛星の軌道位置を算出し、上記タイミング情報と上記軌道位置から受信位置（現在位置）を計算し、位置情報としてタイミング情報と共に制御部３３へ送出する。また、復調データから収得した衛星の時刻情報を制御部３３へ送出する。さらに、受信位置の算出必要とする情報が取得できたかどうかを示す取得情報も制御部３３へ送出する。

制御部３３は、時計部４からの要求に応じてＧＰＳ受信部３の全体を制御するものであって、ＧＰＳ受信部３の各部における動作、及び計算処理部３２の動作を制御し、その際には本発明の判断手段、受信制御手段、第２の受信制御手段として機能する。また、制御部３３は本発明の時刻取得手段としても機能し、計算処理部３２から送られた衛星の時刻情報により示される時刻を現在位置に応じ補正し、補正後の現在時刻を現在時刻情報として時計部４へ送出するとともに、上記位置情報により示される受信位置を含む都市の名称を概略位置エリア情報として時計部４へ送出する。

また、制御部３３には、ＧＰＳ受信部３や計算処理部３２の動作を制御するためのプログラムデータや、協定世界時（ＵＴＣ）との時差が同一である複数の地域（タイムゾーン）を示すタイムゾーン情報（時差が同一である地域を特定するための緯度、経度等）と、特定の地域エリアを示す概略位置エリア情報、及びその特定の地域エリアに関する地図上での領域を示す領域情報と、各エリアに対応するタイムゾーンとから構成される地域情報が記憶されたメモリ３３ａが設けられている。

ここで、上記の概略位置エリア情報は、例えば世界各地の都市の名称（日本ならば市町村単位の都市名）や、駅名、ランドマーク等である。なお、後述する時刻合わせ動作においては、メモリ３３ａに記憶されているとともに受信位置が該当する特定の地域エリアを示す概略位置エリア情報（都市名等）が時計部４へ送出される。

また、メモリ３３ａは記憶データの書き替えが可能であるとともに、ＧＰＳ受信装置の使用開始当初や任意の時点で取得した最新のアルマナック情報や、後述する時刻合わせ動作で特定した使用場所の都市名や、ユーザによって使用場所として予め設定（選択）された都市名も記憶される。

前記時計部４は、図示しないが現在時刻を計時する時計回路部と、年月日を記憶するレジスタ、現在設定されているタイムゾーンに関する情報等の必要に応じて変更される種々の設定情報が記憶される設定メモリ、現在時刻や年月日、タイムゾーン確認などのための都市名等を表示する小型のＬＣＤからなる表示部、それらの各部、及びＧＰＳ受信部３の動作の制御（ＯＮ／ＯＦＦ）をつかさどる制御部、複数の操作ボタンから構成されている。

前記電源部５は、コイン型電池やソーラー電池、充電池等の小型の電池、およびＤＣ／ＤＣコンバータなどで構成され、ＲＦ部２、ＧＰＳ受信部３、時計部４の各部へ動作に必要な電力を供給する。

そして、上記構成からなるＧＰＳ受信装置においては、ユーザが任意の時点で所定の操作ボタンを押すと、ＧＰＳ受信部３が衛星の時刻情報に基づいた正確な現在時刻や、前述した概略位置エリア情報を時計部４へ送るとともに、それに伴い時計部４が時刻や、使用場所の地域エリアを示す都市名等を更新する時刻合わせ動作が行われる。

以下、時刻合わせ動作におけるＧＰＳ受信装置の具体的な動作内容を図３〜図５のフローチャートにしたがって説明する。なお、以下の説明では前記メモリ３３ａには、取得してから所定期間内（数ヶ月以内）の有効なアルマナック情報が記憶されているものとする。

図３〜図５は、上記時刻合わせ動作時における主としてＧＰＳ受信部３における制御部３３の処理手順を示したフローチャートであって、図３に示したように制御部３３は、ユーザのボタン操作に応じて時計部４がＧＰＳ受信部３への電力供給を開始することにより動作を開始し、直ちに所定のタイミングで４チャンネル全ての受信部３１の電源をＯＮにして、ＧＰＳ信号の受信動作を開始する（ステップＳ１）。なお、受信部３１の電源をＯＮにするタイミングは、時計部４から送られた現在時刻情報とメモリ３３ａに記憶されているアルマナック情報とに基づき判断する。以後、制御部３３は、後述するように衛星から送られている電波の受信環境、すなわち捕捉できた衛星の数や、受信信号から実際に取得できた衛星情報の内容に応じた処理を行う。

ここで、衛星の捕捉とは、衛星から送られている航法データの送信タイミングとの同期を確立して衛星毎のタイミング情報を取得する動作である。図６は、各衛星から送られているＧＰＳ信号間での航法データの送信タイミングの違いを示すタイミングチャートであり、特に航法データにおいて６秒周期の５個のサブフレームのうちの第１サブフレームに相当する部分を示したものである。なお、上記タイミング情報とは、前記クロック発生部３４で生成した基準パルスに対する各受信チャンネルにおける航法データの受信タイミングの遅延時間、すなわち図６に示した第１サブフレームのプリアンブルデータ（先頭８ビットの同期用のデータ）の受信タイミングの遅延時間ΔＴａ〜ΔＴｄである。係る遅延時間には誤差が存在しており、一般的にはこの遅延時間に光速を掛け合わせたものが擬似距離と呼ばれている。

そして、受信動作の開始後において制御部３３は、４衛星のタイミング情報と、各衛星のエフェメリス情報の全てが取得できたか否かを確認し、それらが取得できた場合には（ステップＳ１でＹＥＳ）、その時点で全ての受信部３１の電源をＯＦＦにして、計算処理部３２に４衛星のタイミング情報と、全エフェメリス情報を使用して正確な位置計算を行わせる（ステップＳ３）。

しかる後、計算処理部３２において計算された正確な位置に基づくタイムゾーンより現在時刻を計算し、その現在時刻情報と使用場所を示す概略位置エリア情報（都市名等）とを時計部４へ通知する（ステップＳ４）。すなわち、計算された位置に基づいて、まず使用場所の地域が含まれるタイムゾーンを特定し、特定したタイムゾーンの時差に応じて、航法データに含まれる時刻情報（具体的にはＴＯＷ）によって示されるＧＰＳ時刻を補正し、補正後の時刻を現在時刻情報として時計部４へ通知する。また、計算された位置を含む地域エリアの都市名等をメモリ３３ａから検索し時計部４へ通知する。

これに伴い時計部４が、使用者に知らせる（表示する）現在時刻と概略位置エリア情報（都市名等）を更新する（図４のステップＳ１３）。なお、時計部４は、この時点でＧＰＳ受信部３への電力供給を停止し、これにより１回の時刻合わせ動作を終了する。

一方、上述した場合とは異なりＧＰＳ信号の受信環境が悪く、４衛星のタイミング情報、及び各衛星のエフェメリス情報の全てに基づいた正確な位置計算が行えない場合、制御部３３は、その時々の受信環境に応じた以下の手順に従い計算処理部３２に概略の位置計算を行わせる。

すなわち４衛星のタイミング情報は取得できたが、各衛星のエフェメリス情報の全てを取得できないときには（ステップＳ２でＮＯ）、各衛星のエフェメリス情報のうちで少なくとも一般に軌道６要素と呼ばれている基本情報が取得できているかを確認する（ステップＳ５）。図７は、航法データの要部を示したデータ構成図である。周知のように航法データのうち第１のサブフレームには衛星時刻が記述され、第２及び第３のサブフレームにはエフェメリスが、さらに第４及び第５のサブフレームにはアルマナックがそれぞれ記述されており、各々のサブフレームには、ワード番号で示される位置に決められたデータが記述されている。同図に丸付き数字（１〜６）で示したデータが、エフェメリス及びアルマナックにそれぞれ含まれる軌道６要素である。

そして、軌道６要素が取得できている場合には（ステップＳ５でＹＥＳ）、その時点で全ての受信部３１の電源をＯＦＦにして、計算処理部３２に４衛星のタイミング情報と、各衛星の軌道６要素のみを使用した概略の位置計算を計算処理部３２に行わせる（ステップＳ６）。なお、この場合の測位精度は±３００ｍ程度である。しかる後、計算された概略位置に基づいて使用場所のタイムゾーンを特定するとともに、特定したタイムゾーンより現在時刻を計算し、その現在時刻情報と使用場所を示す概略位置エリア情報とを時計部

これに伴い時計部４が、使用者に知らせる（表示する）現在時刻と都市名等を更新する（図４のステップＳ１３）。なお、時計部４は、この時点でＧＰＳ受信部３への電力供給を停止し、これにより１回の時刻合わせ動作を終了する。

また、上記の場合に比べＧＰＳ信号の受信環境は良くないものの、３衛星のタイミング情報と、各衛星のエフェメリス情報の全てが取得できた場合には（ステップＳ５がＮＯ、ステップＳ８でＹＥＳ）、その時点で全ての受信部３１の電源をＯＦＦにして、計算処理部３２に３衛星のタイミング情報、及びエフェメリス情報を使用した概略の位置計算を計算処理部３２に行わせる（ステップＳ９）。すなわちＧＰＳ受信装置が地球表面上に存在すること前提として概略の位置計算を行わせる。

係る場合においても、計算された概略位置に基づいて使用場所のタイムゾーンを特定するとともに、特定したタイムゾーンより現在時刻を計算し、その現在時刻情報と使用場所を示す概略位置エリア情報とを時計部４へ通知する（ステップＳ７）。

さらに、３衛星のタイミング情報は取得できたが、各衛星についてエフェメリス情報の全てを取得できないときには（ステップＳ８でＮＯ）、各衛星のエフェメリス情報のうちで少なくとも軌道６要素が取得できていれば（ステップＳ１０でＹＥＳ）、その時点で全ての受信部３１の電源をＯＦＦにして、計算処理部３２に３衛星のタイミング情報と、各衛星の軌道６要素のみを使用した概略の位置計算を計算処理部３２に行わせる（ステップＳ１１）。すなわち、前述したステップＳ９と同様に、ＧＰＳ受信装置が地球表面上に存在すること前提として概略の位置計算を行わせる。なお、この場合の測位精度は±５００ｍ程度である。

係る場合においても、計算された概略位置に基づいて使用場所のタイムゾーンを特定するとともに、特定したタイムゾーンより現在時刻を計算し、その現在時刻情報と使用場所を示す概略位置エリア情報とを時計部４へ通知する（ステップＳ７）。

一方、電波の受信環境がさらに良くない等の理由により３衛星のタイミング情報、及びそれらの衛星の軌道６要素が取得できていない場合、すなわち上述したいずれの受信条件にも該当していない場合には（ステップＳ１０でＮＯ）、その時点で全ての受信部３１の電源をＯＦＦにした後（ステップＳ１２）、図４のステップＳ１４へ進み以下の処理を行う。

すなわち３衛星以上のタイミング情報が取得できており（ステップＳ１４でＹＥＳ）、かつＧＰＳ信号の再受信動作を未だ行っていないときには（ステップＳ１５でＮＯ）、図５に示したように、まず、タイミング情報が取得できている３衛星以上の衛星のうちで、いずれか２衛星について各々の衛星のエフェメリス情報のうちで少なくとも軌道６要素が取得できているか否かを確認し、それらが取得できていなければ（ステップＳ１６でＮＯ）、直ちに図４のステップＳ３３の処理へ進み、位置計算不可と判断してタイムゾーンの変化の有無が不明である旨の測位結果情報を時計部４へ通知する。これに伴い時計部４が、利用者に対し別の場所へ移動した上での時刻合わせの再実行を促すメッセージ等の表示を行う（ステップＳ３５）。これにより１回の時刻合わせ動作を終了する。

一方、上記とは異なり、前述したステップＳ１６の判別結果がＹＥＳであって、いずれか２衛星について軌道６要素が取得できていた場合には、タイミング情報が取得できているがエフェメリス情報が不足している衛星（１又は２衛星）の情報不足箇所に応じたタイミングで、当該衛星に対応する受信チャンネルの受信部３１のみをＯＮとして２回目の受信動作を開始させ、不足分のエフェメリス情報の取得に要する所定期間の受信待ちを行う（ステップＳ１７）。

そして、上記の所定期間内に４衛星のタイミング情報と、各衛星のエフェメリス情報の全てが取得できた場合、すなわちエフェメリス情報が不足していた全て衛星のエフェメリス情報が取得できた場合には（ステップＳ１８でＹＥＳ）、前述した図３のステップＳ３の処理へ戻る。そして、計算処理部３２に正確な位置計算を行わせた後、計算された正確な位置に基づくタイムゾーンより現在時刻を計算し、その現在時刻情報と使用場所を示す概略位置エリア情報とを時計部４へ通知する（ステップＳ４）。

また、上記の受信条件は満たさないが４衛星のタイミング情報と、各衛星のエフェメリス情報のうちで少なくとも軌道６要素が取得できた場合には（ステップＳ１８がＮＯ、ステップＳ１９でＹＥＳ）、前述した図３のステップＳ６の処理へ戻る。そして、計算処理部３２に概略の位置計算を行わせた後、計算された概略位置に基づくタイムゾーンより現在時刻を計算し、その現在時刻情報と使用場所を示す概略位置エリア情報とを時計部４へ通知する（ステップＳ７）。

さらに、上記の受信条件は満たさないが３衛星のタイミング情報と、各衛星のエフェメリス情報の全てが取得できた場合（ステップＳ１９がＮＯ、ステップＳ２０でＹＥＳ）には、前述した図３のステップＳ９の処理へ戻る。そして、概略の位置計算を行い、計算した概略位置に基づくタイムゾーンより現在時刻を計算し、その現在時刻情報と概略位置に応じた使用場所を示す概略位置エリア情報とを時計部４へ通知する（ステップＳ７）。

また、上記の受信条件は満たさないが３衛星のタイミング情報と、各衛星のエフェメリス情報のうちで少なくとも軌道６要素が取得できた場合には（ステップＳ２０がＮＯ、ステップＳ２１でＹＥＳ）、前述した図３のステップＳ１１の処理へ戻る。そして、計算処理部３２に概略の位置計算を行わせた後、計算された概略位置に基づくタイムゾーンより現在時刻を計算し、その現在時刻情報と概略位置に応じた使用場所を示す概略位置エリア情報とを時計部４へ通知する（ステップＳ７）。

一方、ステップＳ１８〜Ｓ２１の判別結果の全てがＮＯであって上述したいずれの条件をも満たさない場合、つまりステップＳ１７で試行した２回目の受信動作を行っても、３衛星のタイミング情報と、その３衛星中の２衛星についての全エフェメリス情報（又は軌道６要素）しか取得できなかった場合には、引き続き、その時点でタイミング情報は取得できたが、エフェメリス情報（軌道６要素）が取得できなかった残りの１つ衛星に関する部分のアルマナック情報が所定時間内（例えば３分以内）に存在する、つまり残りの１つ衛星に関するアルマナック情報の特定部分の送信タイミングが所定時間内である否かを、残りの１つ衛星の衛星識別情報に基づき判断する。そして上記送信タイミングが所定時間内に到来しなければ（ステップＳ２２でＮＯ）、直ちに後述する図４のステップＳ２８の処理へ移行する。

これに対し、上記送信タイミングが所定時間内である場合には（ステップＳ２２でＹＥＳ）、前述した再受信を行う以前の段階でエフェメリス情報が取得できていた衛星の捕捉に使用された受信チャンネルのうちで受信感度が良好であった受信チャンネルのみをＯＮとして、受信部３１に前記残り１衛星に関する部分のアルマナック情報の取得に向けた受信動作（第２の受信動作）を開始させる（ステップＳ２３）。その後、必要とするアルマナック情報の取得期間の経過後に上記受信部３１をＯＦＦにする（ステップＳ２４）。

図８は、上記処理におけるＧＰＳ受信部３の動作の一例を示すタイミングチャートである。同図は、時刻合わせ動作の開始当初の受信動作で３衛星（衛星Ａ、衛星Ｂ、衛星Ｃ）のタイミング情報が取得でき、かつ２衛星については（衛星Ａ、衛星Ｂ）が全エフェメリス情報を取得できたが、残りの１衛星（衛星Ｃ）についてはエフェメリス情報の軌道６要素ができなかったため、その衛星（衛星Ｃ）の不足情報の取得のみを目的とした受信動作（再受信）を行ったが、上記不足情報の取得にも失敗した場合であって、所定時間内にその衛星（衛星Ｃ）のアルマナック情報が存在していたため、それを当初全エフェメリス情報の取得に成功していた衛星（衛星Ａ）から取得する場合を示したものである。

そして、ステップＳ２３で開始した受信動作によってアルマナック情報が受信できた場合には（ステップＳ２５でＹＥＳ）、計算処理部３２に３衛星のタイミング情報と、それらの２衛星のエフェメリス情報（又は軌道６要素）と、残り１衛星のアルマナック情報を使用した概略の位置計算を行わせる（ステップＳ２６）。なお、このときの位置計算も既説したステップＳ９，Ｓ１１と同様、ＧＰＳ受信装置が地球表面上に存在すること前提とした位置計算である。また、この場合の測位精度は±３ｋｍ程度である。

しかる後、計算された概略位置に基づいて使用場所のタイムゾーンを特定するとともに、特定したタイムゾーンより現在時刻を計算し、その現在時刻情報と使用場所を示す概略位置エリア情報とを時計部４へ通知する（ステップＳ２７）。これに伴い時計部４が、使用者に知らせる（表示する）現在時刻と都市名等を更新する（図４のステップＳ１３）。これにより１回の時刻合わせ動作を終了する。

なお、ステップＳ２３で開始した受信動作によってアルマナック情報が受信できなかった場合には（ステップＳ２５でＮＯ）、直ちに後述する図４のステップＳ２８の処理へ移行する。

さらに、以上の処理とは異なり前述した図４のステップＳ１４の判別結果がＮＯであって、時刻合わせ動作の開始当初の受信動作で３衛星以上のタイミング情報が取得できなかった場合、またはステップＳ１５がＹＥＳであって、前述したステップＳ１７の受信動作を行っても３衛星のタイミング情報と、それらの衛星の軌道６要素が取得できていなかった場合、さらに図５のステップＳ２２、又はステップＳ２５の判別結果がＮＯであって、必要とするアルマナック情報が所定時間内に存在しないか、必要とするアルマナック情報が取得できなかった場合には、ステップＳ２８以降の処理を行う。

この場合には、その時点でいずれか２衛星のタイミング情報と、少なくとも各々の衛星の軌道６要素とが取得できているか否かをまず確認し、それらが取得できていない場合には（ステップＳ２８でＮＯ）、先に述べたように位置計算不可と判断し、タイムゾーンの変化の有無が不明である旨の測位結果情報を時計部４へ通知する（ステップＳ３３）。これに伴い時計部４が、利用者に対し別の場所へ移動した上での時刻合わせの再実行を促すメッセージ等の表示を行う（ステップＳ３５）。これにより１回の時刻合わせ動作を終了する。

さらに、上記の場合とは異なり、いずれか２衛星のタイミング情報と、少なくとも各々の衛星の軌道６要素とが取得できている場合には（ステップＳ２８でＹＥＳ）、計算処理部３２に、それら２衛星分の情報のみに基づいて、現在位置（受信位置）が含まれると考えられる領域であって地球表面上における所定の幅を有する軌跡線を算出させる（ステップＳ２９）。すなわち計算処理部３２に、２衛星までの距離の差を計算させるとともに、その距離差が一定である無数の点により構成される２衛星を焦点とした回転双曲面と地球表面とが交わる線を中心とし、かつ２衛星までの距離の計算誤差に応じた一定幅（±１０ｋｍ程度）を有する帯状のエリアを算出させる。

図９は、計算処理部３２によって算出される軌跡線１００を便宜的に示した図であり、図示したように軌跡線１００は、同一地点において、仮に任意の３衛星（Ａ，Ｂ，Ｃ）のタイミング情報と各々の衛星の軌道６要素とが取得できたとき、それらに基づいて計算される地球表面上の概略位置エリア（±数Ｋｍの概略位置）２００を横切るものとなる。

これを前提として、続くステップＳ３０においては、先に計算処理部３２で算出された軌跡線が、制御部３３のメモリ３３ａに概略位置エリア情報として記憶されている特定の地域エリアであって、前回の時刻合わせ動作に際して現在位置として計算された受信位置が該当する地域エリア（地図上の特定の領域）、又はユーザによる使用場所の設定に際して選択された都市名等に対応する地域エリア、すなわち既に設定されている概略位置エリアを横切るか否かを判断する（ステップＳ３１）。

そして、上記の軌跡線が設定済の概略位置エリアを横切る場合には（ステップＳ３１でＹＥＳ）、タイムゾーンに変化無しとして、設定済の概略位置エリアに対応するタイムゾーンより現在時刻を計算し、その現在時刻情報を時計部４へ通知する（ステップＳ３１）。これに伴い時計部４が、使用者に知らせる（表示する）現在時刻を更新する（ステップＳ３２）。これにより１回の時刻合わせ動作を終了する。

また、上記の軌跡線が設定済の概略位置エリアを横切らない場合には（ステップＳ３１でＮＯ）、位置計算不可と判断し、概略位置エリアに変化があった旨の測位結果情報を時計部４へ通知する（ステップＳ３４）。これに伴い時計部４が、利用者に対し別の場所へ移動した上での時刻合わせの再実行を促すメッセージ等の表示を行う（ステップＳ３５）。これにより１回の時刻合わせ動作を終了する。

以上のように本実施形態のＧＰＳ受信装置においては、ＧＰＳ信号の受信環境が悪く、４衛星のタイミング情報、及び各衛星のエフェメリス情報の全てに基づいた正確な位置計算が行えない場合であっても、その時々の受信環境に応じて概略の位置計算を行う。その際、ＧＰＳ信号の連続した２回の受信動作（ステップＳ１、ステップＳ１７の受信動作）を行っても３衛星のタイミング情報と各衛星の全てに関するエフェメリス情報（少なくとも軌道６要素）とを取得することができない状況下においては、３衛星以上のタイミング情報と、いずれか２衛星のエフェメリス情報（少なくとも軌道６要素）とが取得できていることを条件として、残り１衛星、つまりタイミング情報が取得できている特定の衛星のエフェメリス情報に代え、当該衛星の概略軌道に関する部分のアルマナック情報を、エフェメリス情報（少なくとも軌道６要素）が取得できた他の衛星から取得する受信動作（ステップＳ２３の受信動作）を行い、取得したアルマナック情報と３衛星以上のタイミング情報と２衛星のエフェメリス情報（少なくとも軌道６要素）とに基づいた概略の位置計算を行う。

したがって、ＧＰＳ信号の受信環境が悪い場合であっても概略の現在位置を取得することができ、ＧＰＳ信号の受信動作回数を徒に増すことなく省電力化を図りながら、時刻合わせに必要な使用場所を高い確率で特定することができる。

ここで、本実施形態においては、２回目の受信動作においてもエフェメリス情報が取得できなかった特定の衛星の概略軌道に関する部分のアルマナック情報を取得するための受信動作を、そのアルマナック情報の送信タイミングが所定時間内であることを条件として行うようにした。これにより、アルマナック情報の取得に向けた長時間の受信動作を回避することにより、更なる省電力化を図ることができる。

また、本実施形態においては、１回目の受信動作で３衛星以上のタイミング情報が取得できたが、エフェメリス情報が２衛星分しか取得できなかったときには、いったん不足するエフェメリス情報の取得に向けた受信動作を行い、それでもエフェメリス情報が取得できなかった場合に、そのエフェメリス情報に代わりに使用するアルマナック情報を取得するための受信動作を行うものとしたが、以下のようにしてもよい。

例えば、１回目の受信動作で３衛星以上のタイミング情報が取得できたが、エフェメリス情報が２衛星分しか取得できなかったとき、不足するエフェメリス情報の取得に向けた受信動作を行う以前であっても、所定時間内にエフェメリス情報に代えて使用するアルマナック情報の送信タイミングが到来する場合には、そのタイミングでアルマナック情報の取得に向けた受信動作を行う。そして、アルマナック情報の取得後にエフェメリス情報が取得できなかった場合にのみ、先に取得しておいたアルマナック情報を用いた位置計算を行うようにしてもよい。

また、本実施形態においては、少なくとも３衛星のエフェメリス情報を取得するために、それに向けたＧＰＳ信号の受信動作は２回を上限として行うようにしたが、省電力化よりも正確な位置計算を優先するのであれば、その上限を３回以上としても構わない。その場合であっても、最終的にエフェメリス情報が２衛星分しか取得できなかったときには、それに代えてアルマナック情報を使用した位置計算を行うことにより、時刻合わせに必要な使用場所を高い確率で特定することは可能である。

また、本実施形態においては、エフェメリス情報が２衛星分しか取得できなかったとき、不足するエフェメリス情報に代えて使用するアルマナック情報を、常に新たな受信動作（第２の受信動作）によって取得する構成としたが、例えばメモリ３３ａに記憶されているアルマナック情報が比較的新しいものである場合には、アルマナック情報を新たに受信することなく、記憶されているアルマナック情報に含まれる情報を使用する構成としてもよい。

１ アンテナ
２ ＲＦ部
３ ＧＰＳ受信部
４ 時計部
５ 電源部
３１ 受信部
３１ａ 逆拡散処理部
３１ｂ データ復調部
３２ 計算処理部
３３ 制御部
３４ クロック発生部

Claims (6)

1. 複数の衛星から送られているＧＰＳ信号を受信して現在位置を計算するＧＰＳ受信装置において、
   前記ＧＰＳ信号を受信し衛星情報を取得する受信手段と、
   この受信手段によるＧＰＳ信号の受信状態が所定の受信状態であるか否かを判断する判断手段と、
   この判断手段によりＧＰＳ信号の受信状態が所定の受信状態であると判断されたことを条件として、前記受信手段により取得された３つの衛星の衛星情報であって２つの衛星からそれぞれ取得した少なくとも軌道６要素を含むエフェメリス情報、及び残り１つの衛星の概略軌道に関する部分の少なくとも軌道６要素を含むアルマナック情報に基づいて概略の現在位置を計算する概略位置計算手段と
   を備えたことを特徴とするＧＰＳ受信装置。
2. 前記受信手段に３つ以上の衛星のエフェメリス情報を取得するための受信動作を行わせるとともに、３つの衛星のエフェメリス情報が取得できるまで前記受信動作を、所定回数を上限として繰り返し行わせる受信制御手段を備え、
   前記判断手段は、前記受信手段による前記所定回数の受信動作において取得できたエフェメリス情報が２つの衛星分のみであった場合にＧＰＳ信号の受信状態が所定の受信状態であると判断し、
   前記概略位置計算手段は、前記判断手段によりＧＰＳ信号の受信状態が所定の受信状態であると判断されたことを条件として、前記２つの衛星のエフェメリス情報、及び前記残り１つの衛星の概略軌道に関する部分のアルマナック情報に基づいて概略の現在位置を計算する
   ことを特徴とする請求項１記載のＧＰＳ受信装置。
3. 前記判断手段によりＧＰＳ信号の受信状態が所定の受信状態であると判断されたことを条件として、前記受信手段に、前記残り１つの衛星であって前記受信動作において捕捉した特定の衛星の概略軌道に関する部分のアルマナック情報を、前記２つの衛星のいずれか一方から取得するための第２の受信動作を行わせる第２の受信制御手段とをさらに備え、
   前記概略位置計算手段は、前記２つの衛星のエフェメリス情報、及び前記受信手段による前記第２の受信動作において取得された前記特定の衛星の概略軌道に関する部分のアルマナック情報に基づいて概略の現在位置を計算する
   ことを特徴とする請求項２記載のＧＰＳ受信装置。
4. 第２の受信制御手段は、前記他の衛星における前記アルマナック情報の送信タイミングが前記受信手段により直前に行われた前記受信動作の終了後の所定時間内であることを条件として、前記受信手段に前記第２の受信動作を行わせることを特徴とする請求項３記載のＧＰＳ受信装置。
5. 前記受信手段により受信されたＧＰＳ信号に含まれる時刻情報により示される時刻を、前記概略位置計算手段によって計算された概略の現在位置に基づき補正することによって使用場所に応じた現在時刻を取得する時刻取得手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載のＧＰＳ受信装置。
6. 複数の衛星から送られているＧＰＳ信号を受信して現在位置を計算するＧＰＳ受信装置において、
   前記ＧＰＳ信号の受信状態が所定の受信状態であるか否かを判断する工程と、
   前記受信状態が所定の受信状態であると判断されたことを条件として、前記受信手段により取得された３つの衛星の衛星情報であって、２つの衛星からそれぞれ取得した少なくとも軌道６要素を含むエフェメリス情報、及び残り１つの衛星の概略軌道に関する部分の少なくとも軌道６要素を含むアルマナック情報に基づいて概略の現在位置を計算する工程と
   を含むことを特徴とする位置計算方法。

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