JP5338708B2 - Satellite signal receiver - Google Patents
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Description
この発明は、GPS衛星などの測位用衛星から信号を受信する衛星信号受信装置に関する。 The present invention relates to a satellite signal receiving apparatus that receives a signal from a positioning satellite such as a GPS satellite.
GPS(全地球測位システム)の衛星から送信されている衛星信号は、所定の拡散符号によりスペクトラム拡散され、その信号レベルはノイズレベルより低くなっている。さらに、この衛星信号は、GPS衛星が高速に運行しているため受信地点における信号の周波数がシフトし、また、GPS衛星からの距離により衛星信号が受信地点まで到達するのに遅延が生じる。従って、衛星信号を復調するには、先ず、衛星信号の周波数やスペクトル拡散の同期点を捜す捕捉処理を行う必要がある。 A satellite signal transmitted from a GPS (Global Positioning System) satellite is spectrum-spread by a predetermined spreading code, and its signal level is lower than the noise level. Further, since the satellite signal operates at a high speed, the frequency of the signal at the reception point is shifted, and a delay occurs in the satellite signal reaching the reception point due to the distance from the GPS satellite. Therefore, in order to demodulate the satellite signal, it is first necessary to perform acquisition processing for searching for the frequency of the satellite signal and the synchronization point of the spread spectrum.
また、本願に関連する先行技術として、特許文献1には、GPS受信部から出力される信号を一旦メモリに取り込んでそれを何回か繰り返して利用する方式のGPS受信端末の技術が開示されている。
In addition, as a prior art related to the present application,
衛星信号は、例えばビル内や地下など電波の届かない場所では受信できない。そのため、このような場所で受信装置に受信処理を実行させると、電波が届いていないのか、衛星信号を捕捉するに至っていないのか区別が付かないため、捕捉処理が比較的に長い時間(例えば数秒間)続けられてしまう。さらに、従来の衛星信号受信装置では、この捕捉処理の間に衛星信号を受信する受信部が連続動作することになるため、無駄な消費電力が発生するという課題があった。 Satellite signals cannot be received in places where radio waves do not reach, such as in buildings or underground. For this reason, if the receiving device executes the receiving process in such a place, it cannot be distinguished whether the radio wave has not arrived or the satellite signal has not been captured. For a second). Furthermore, the conventional satellite signal receiving apparatus has a problem that wasteful power consumption occurs because the receiving unit that receives the satellite signal continuously operates during the acquisition process.
この発明の目的は、衛星信号の電波が届いていないときに、衛星信号の捕捉処理により大きな電力が無駄に消費されてしまうのを防ぐことのできる衛生信号受信装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a sanitary signal receiving apparatus that can prevent a large amount of power from being consumed unnecessarily due to a satellite signal capturing process when radio waves of a satellite signal do not reach.
上記目的を達成するため、本発明は、
測位用衛星から送られてくる衛星信号の受信を行う衛星信号受信装置において、
前記衛星信号の周波数帯の信号を受信する受信部と、
前記受信部により受信された信号を時系列データとして一部記憶可能な記憶部と、
前記受信部により受信された信号の中から前記衛星信号を捕捉する捕捉部と、
前記捕捉部により捕捉された前記衛星信号を追尾して復調する追尾部と、
前記受信部を一時的に動作状態として受信された信号を前記記憶部へ記憶させ、その後、前記受信部を非動作状態にするとともに、前記記憶部に記憶された前記時系列データを読み出して前記捕捉部へ繰り返し出力させる第1制御手段と、
前記測位用衛星から衛星信号を受信する際に、前記第1制御手段による制御動作を実行させて前記捕捉部により前記衛星信号が捕捉されたか否かを判別する第2制御手段と、
前記第2制御手段により前記衛星信号が捕捉されたと判別された場合に、前記受信部を動作させて前記衛星信号の追尾および復調を行わせる一方、前記第2制御手段により前記衛星信号が捕捉されないと判別された場合に、前記受信部を非動作の状態としたまま前記衛星信号の受信を実行しない第3制御手段と、
を備えたことを特徴としている。
In order to achieve the above object, the present invention provides:
In the satellite signal receiving device that receives the satellite signal sent from the positioning satellite,
A receiver for receiving signals in the frequency band of the satellite signal;
A storage unit capable of partially storing the signal received by the receiving unit as time-series data;
A capturing unit that captures the satellite signal from signals received by the receiving unit;
A tracking unit that tracks and demodulates the satellite signal captured by the capturing unit;
The received signal is temporarily stored in the storage unit, and the received signal is stored in the storage unit.Then, the reception unit is set in a non-operating state, and the time-series data stored in the storage unit is read and the First control means for repeatedly outputting to the capturing unit;
Second control means for determining whether or not the satellite signal is captured by the capturing unit by executing a control operation by the first control means when receiving a satellite signal from the positioning satellite;
When it is determined that the satellite signal has been captured by the second control means, the reception unit is operated to track and demodulate the satellite signal, while the satellite signal is not captured by the second control means. A third control unit that does not execute reception of the satellite signal while the reception unit is in a non-operating state,
It is characterized by having.
本発明に従うと、衛星信号を受信する際に、受信部により受信された信号を時系列データとして記憶部に記憶させて、この記憶部の時系列データを繰り返し捕捉部へ送って衛星信号が含まれているか否かの判別が行われる。そして、衛星信号が含まれていなければ受信処理が中断され、含まれていれば受信処理が実行される。従って、衛星信号の電波が届いていない場所で、受信部の受信動作が無駄に長く継続されてしまうことが回避され、消費電力の削減を図ることができる。 According to the present invention, when receiving a satellite signal, the signal received by the receiving unit is stored in the storage unit as time series data, and the time series data in the storage unit is repeatedly sent to the capturing unit to include the satellite signal. It is determined whether or not If the satellite signal is not included, the reception process is interrupted, and if it is included, the reception process is executed. Therefore, it is possible to avoid the reception operation of the receiving unit from being continued unnecessarily for a long time in a place where the radio wave of the satellite signal does not reach, and to reduce power consumption.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態の衛星信号受信装置を搭載した電子時計1の全体構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of an
この実施形態の電子時計1は、GPS衛星から送信される衛星信号を受信して時刻情報を取得するとともに、この時刻情報に基づいて計時時刻を修正することのできる、例えば腕時計である。この電子時計1には、衛星信号の周波数帯の電波を受信するアンテナ11と、アンテナ11により受信された信号を例えば4MHz等の中間周波数の信号に変換してアナログ・デジタル変換して出力する受信部としてのRF(電波)受信部12と、RF受信部12から出力されるデジタル信号を時系列データとして記憶したり読み出したりすることが可能なメモリ部(記憶部)13と、メモリ部13の出力とRF受信部12の出力との何れか一方を選択的に信号処理回路15に送るセレクタ(切換部)14と、RF受信部12の出力から衛星信号の捕捉、追尾および復調を行う信号処理回路15と、復調された衛星信号から各種情報を復号するデコーダ18と、メモリ部13と信号処理回路15に動作クロックを供給したり停止したりするクロック供給回路19と、各部の動作制御を行う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、CPU20が実行する制御プログラムや制御データが格納されるROM(Read Only Memory)22と、時刻表示を行う液晶表示器などの表示部23と、計時を行う計時部(計時手段)24等を備えている。
The
本実施形態においては、上記構成のうちアンテナ11、RF受信部12、メモリ部13、セレクタ14、信号処理回路15、デコーダ18、クロック供給回路19、および、CPU20により衛星信号受信装置が構成される。また、CPU20により第1制御手段、第2制御手段、第3制御手段、間欠受信制御手段、時刻修正手段が構成される。
In the present embodiment, a satellite signal receiving device is configured by the
RF受信部12は、例えば1個の集積回路からなり、アンテナ11により受信された信号を増幅する増幅回路と、衛星信号の周波数帯(1.5GHz帯)以外の信号成分を除去するフィルタ回路と、局部発振信号を混合させて受信信号を中間周波数帯の信号に変換するミキサ回路と、中間周波数の信号をアナログ・デジタル変換するAD(アナログ・デジタル)コンバータ等を備えている。このRF受信部12は、アナログ回路を含むため、後段にある一連のデジタル処理回路と比較して電流を多く消費する。
The
RF受信部12は、CPU20からの電源制御信号によって、電源オンにされることで受信動作を実行したり、電源オフにされることで受信動作を停止したり制御可能になっている。電源制御信号により電源オフにされている間は電流消費が非常に小さく抑えられる。
The
メモリ部13は、データを記憶するRAM13aと、RAM13aへのデータ書込み制御やデータ読出し制御を行うメモリコントローラ13b等から構成される。メモリコントローラ13bは、CPU20からの動作制御信号(コマンド)を受けて、RF受信部12から出力されるデジタル信号を取り込んで時系列順にRAM13aに書き込んだり、このデータを時系列順に読み出してセレクタ14側へ出力したりする。
The
このRAM13aは、予備的な捕捉処理を行って受信信号に衛星信号が含まれているか否かを判別する際に、捕捉処理の対象となる信号を表わす時系列データを一時的に蓄積するものであり、RF受信部12から出力されるデジタル信号を、例えば10m秒分記憶可能な容量を有している。
The
なお、GPSの衛星信号はスペクトル拡散の拡散符号が1m秒周期で繰り返される構成なので、1m秒分の信号が記憶できれば、衛星信号の捕捉処理に使用することができる。但し、捕捉処理を安定的に行うためには少なくとも3m秒分の信号を記憶させると良く、且つ、RF受信部12の動作時間の短縮により消費電流を低減させるという目的のためには長くても50m秒分の信号の記憶に留めるようにするのが良い。
In addition, since the GPS satellite signal is configured such that the spread code of the spread spectrum is repeated at a cycle of 1 msec, if the signal for 1 msec can be stored, it can be used for the acquisition process of the satellite signal. However, in order to stably perform the capturing process, it is preferable to store at least signals for 3 milliseconds, and for the purpose of reducing the current consumption by shortening the operation time of the
メモリ部13は、クロック供給回路19から動作クロックを受けて動作し、この動作クロックが停止されることで動作を停止させる。
The
セレクタ14は、CPU20からの選択制御信号に基づいて、捕捉回路16への入力をRF受信部12側としたり、メモリ部13側としたり切り換える。
Based on the selection control signal from the
信号処理回路15は、衛星信号を捕捉する捕捉回路(捕捉部)16と、捕捉された衛星信号を追尾しながら復調する追尾回路(追尾部)17を備えている。捕捉回路16は、衛星信号の周波数のシフト量と、衛星信号の同期点のシフト量とを適宜変更しながら、所定の拡散符号を用いて生成した信号波形と入力信号との相互相関値を求めて、一定値以上の相関値が得られる設定を求める。追尾回路17は、捕捉回路16にて捕捉された衛星信号に対して、周波数や同期点のシフト量を適宜調整しながら逆拡散処理を行って衛星信号を復調する。
The
これら捕捉回路16と追尾回路17とは、クロック供給回路19から動作クロックをそれぞれ独立的に受けて動作し、これらの動作クロックが停止されることで動作を停止させる。
The
クロック供給回路19は、メモリ部13や信号処理回路15へ動作クロックを供給するとともに、CPU20からの切換制御信号に応じて、これらの動作クロックを個別に停止させたり再度供給させたり切り換えることが可能になっている。
The
ROM22には、CPU20が実行する制御プログラムとして、計時部24の計時データと同期させて表示部23の表示内容を更新することで表示部23に計時データに対応した時刻表示を行わせる時刻表示処理のプログラムと、所定のタイミングでGPS衛星から衛星信号を受信して時刻情報を取得するとともにこの時刻情報に基づいて計時部24の計時時刻を修正する受信制御&時刻修正処理のプログラム等が格納されている。
In the
次に、上記構成の電子時計1における衛星信号の受信動作について説明する。
Next, a satellite signal reception operation in the
この実施形態の電子時計1においては、GPS衛星から時刻情報を取得するために間欠的なタイミングに衛星信号の受信を行う。衛星信号を受信する際には、ビル内などで衛星信号の電波が届いていない可能性があるため、先ず、受信信号に衛星信号が含まれているか否かを判別するために予備捕捉処理を実行する。
In the
予備捕捉処理は、RF受信部12からの受信信号を一旦メモリ部13に蓄積させ、このメモリ部13の受信信号を繰り返し捕捉回路16へ送って捕捉処理を行わせ、それにより受信信号に衛星信号が含まれるか否かを判別するものである。
In the preliminary acquisition process, the reception signal from the
予備捕捉処理の直前には、RF受信部12を短い時間だけ動作させて、RF受信部12の受信信号を一旦メモリ部13へ蓄積する。受信信号を蓄積する時間長は10m秒程度である。受信信号を蓄積した後、予備捕捉処理の実行中には、RF受信部12の電源をオフにする。従って、予備捕捉処理において、捕捉回路16が衛星信号を捕捉するのに数秒程度の時間が掛かったとしても、電流消費の大きなRF受信部12の動作時間はその1/100以下となって消費電力の低減が図れる。
Immediately before the preliminary acquisition process, the
そして、上記の予備捕捉処理で衛星信号が確認できれば、時刻情報を取得するためにRF受信部12を再度動作させて衛星信号の実際の受信処理を行う。一方、予備捕捉処理で衛星信号の受信が確認できなければ、衛星信号の電波が届いていないと判断して衛星信号の受信を行わない。このような予備捕捉処理を伴った衛星信号の受信処理により、衛星信号の電波が届いていないときにRF受信部12が無駄に長く動作して大きな電流消費がなされてしまうことが回避される。
If the satellite signal can be confirmed by the preliminary acquisition process, the
次に、上記の受信動作を実行させるタイミング制御について説明する。 Next, timing control for executing the above reception operation will be described.
図2には、衛星信号の受信動作の一例を説明するタイミングチャートを示す。同図(a)はRF受信部12の動作状態を、(b)はベースバンド部(メモリ部13、信号処理回路15、デコーダ18)の動作状態を、それぞれ示す。
FIG. 2 shows a timing chart for explaining an example of the satellite signal reception operation. FIG. 4A shows the operating state of the
図2において、M1〜M3は、予備捕捉処理から衛星信号を受信して時刻情報を取得するまでの全体の動作期間を、F1〜F4は、予備捕捉処理を行って衛星信号が確認できずに終了したときの動作期間を、それぞれ表わしている。 In FIG. 2, M1 to M3 indicate the entire operation period from the time when the satellite signal is received until the time information is acquired from the preliminary acquisition process, and F1 to F4 indicate that the satellite signal cannot be confirmed by performing the preliminary acquisition process. Each operation period is shown when it ends.
この実施形態の電子時計1では、図2の動作期間M1〜M3に示すように、1日に1回、衛星信号を受信して時刻情報を取得する。
In the
一方、受信処理の際に行われる予備捕捉処理において衛星信号が確認されなければ、動作期間F1〜F4に示すように、例えば1時間など短い時間をおいて、再度の受信処理が実行されるようになっている。図2の例では、1日目は3回の受信動作(動作期間F1〜F3)で衛星信号の捕捉がなされず、4回目の受信動作(動作期間M1)で衛星信号の受信に成功している。2日目は2回目の受信動作(動作期間M2)で、3日目は1回目の受信動作(動作期間M3)で、それぞれ衛星信号の受信に成功している。 On the other hand, if the satellite signal is not confirmed in the preliminary acquisition process performed at the time of the reception process, the reception process is performed again after a short time such as one hour as shown in the operation periods F1 to F4. It has become. In the example of FIG. 2, the satellite signal is not captured in the third reception operation (operation period F1 to F3) on the first day, and the satellite signal is successfully received in the fourth reception operation (operation period M1). Yes. The satellite signal has been successfully received on the second day by the second reception operation (operation period M2) and on the third day by the first reception operation (operation period M3).
図3には、受信時点における詳細な受信動作の一例を説明するタイミングチャートを示す。同図(a)〜(c)は、RF受信部12、捕捉回路16、追尾回路17それぞれの動作のオン・オフを表わしている。この図中、F1〜F3,m1は予備捕捉処理に関わる期間である。
FIG. 3 shows a timing chart for explaining an example of a detailed reception operation at the time of reception. FIGS. 7A to 7C show on / off operations of the
詳細には、図3の期間F1〜F3,m1に示すように、予備捕捉処理の前段の非常に短い時間(例えば10m秒)だけRF受信部12が動作して、この間の受信信号がメモリ部13に蓄積される。続いて、RF受信部12の電源がオフにされるとともに、捕捉回路16に動作クロックが供給されて捕捉回路16が動作する。そして、捕捉回路16へメモリ部13に蓄積された受信信号が供給されて短い時間(例えば数秒)捕捉処理が実行されて、受信信号に衛星信号が含まれているか否かが判別される。
Specifically, as shown in the periods F1 to F3 and m1 in FIG. 3, the
そして、衛星信号が確認されなければ、図3の期間F1〜F3に示すように、その後、捕捉回路16への動作クロックの供給も中断されて、衛星信号の受信に関わる構成はさほど長くない所定時間(例えば1時間)だけ待機状態となる。
If the satellite signal is not confirmed, as shown in the periods F1 to F3 in FIG. 3, the supply of the operation clock to the capturing
予備捕捉処理では、図3にも示したように、その直前の非常に短い時間しかRF受信部12が動作していないため、電子時計1が、長い期間、衛星信号の電波の届かない場所に置かれて、予備捕捉処理が多数実行されたとしても、消費電力はさほど大きくならない。
In the preliminary acquisition process, as shown in FIG. 3, the
一方、衛星信号が確認されれば、図3の期間M1に示すように、期間m1の予備捕捉処理の後、RF受信部12の電源がオンにされ、その受信信号がセレクタ14を介して信号処理回路15に供給される。受信信号が供給されると、信号処理回路15では、先ず、捕捉回路16に動作クロックが供給されて短時間のうちに衛星信号の捕捉が完了する(図3の期間H1)。
On the other hand, if the satellite signal is confirmed, as shown in the period M1 in FIG. 3, after the preliminary acquisition process in the period m1, the power of the
この捕捉処理では、直前の予備捕捉処理において一旦衛星信号を捕捉したばかりなので、この捕捉された衛星信号の拡散符号(衛星番号)、周波数および同期点のシフト量に基づいて、短時間のうちに衛星信号の捕捉を完了させることができる。 In this acquisition process, since the satellite signal has just been acquired in the immediately preceding preliminary acquisition process, in a short time based on the spread code (satellite number), the frequency and the shift amount of the synchronization point of the acquired satellite signal. Satellite signal acquisition can be completed.
衛星信号の捕捉が行われたら、続いて、捕捉回路16の動作クロックが停止され追尾回路17に動作クロックが供給されて受信信号の復調が行われる(図3の期間H2)。そして、この復調された信号がデコーダ18で復号されてCPU20に時刻情報など必要な情報が送られる。
When the satellite signal is acquired, the operation clock of the
次に、上記のような衛星信号の受信動作および受信処理のスケジュール制御を実現する受信制御&時刻修正処理についてフローチャートに基づき詳細に説明する。 Next, the reception control & time adjustment process for realizing the satellite signal reception operation and the reception process schedule control as described above will be described in detail with reference to a flowchart.
図4には、CPU20により実行される受信制御&時刻修正処理のフローチャートを示す。
FIG. 4 shows a flowchart of the reception control & time adjustment process executed by the
この受信制御&時刻修正処理は、電子時計1のリセット時に開始されて、その後、継続的に実行されるものである。受信制御&時刻修正処理が開始されると、先ず、CPU20は、予備捕捉処理の準備として、RF受信部12に受信動作を行わせて、受信信号の波形データをメモリ部13のRAM13aに時系列順に蓄積させていく(ステップS1)。具体的には、電源制御信号によりRF受信部12の電源をオンさせ、クロック供給回路19によりメモリ部13に動作クロックを供給し、メモリコントローラ13bへデータ蓄積のコマンドを発行して、受信信号を時系列順に蓄積させていく。このとき、信号処理回路15の動作は不要なので捕捉回路16と追尾回路17への動作クロックは停止させておく。
This reception control & time adjustment process is started when the
続いて、CPU20は、メモリ部13のRAM13aに所定時間分(例えば10m秒分)の受信信号のデータが蓄積されたか判別し(ステップS2)、蓄積されるまでステップS1の信号受信とデータ蓄積の処理を継続させる。
Subsequently, the
そして、データ蓄積が完了したら、CPU20は、蓄積した受信信号のデータを用いて捕捉回路16に衛星信号の捕捉を行わせる予備捕捉処理を実行させる(ステップS3)。具体的には、先ず、電源制御信号によりRF受信部12の電源をオフし、クロック供給回路19によりメモリ部13と捕捉回路16へ動作クロックを供給させ、メモリコントローラ13bへコマンドを発行してデータを繰り返し時系列順に読み出させる。また、セレクタ14に選択制御信号を出力してメモリ部13側の出力を捕捉回路16へ送る。また、このとき、追尾回路17の動作は不要なので追尾回路17への動作クロックは停止させておく。この予備捕捉処理の詳細な説明は後述する。
Then, when the data accumulation is completed, the
予備捕捉処理が完了したら、CPU20は、捕捉回路16の状態を確認して予備捕捉処理により衛星信号が捕捉されたか否か、すなわち受信信号によりGPS衛星を発見できたか否かを判別する(ステップS4)。その結果、衛星信号が捕捉されていなければ、衛星信号の電波が届いていないと見なせるので、先ず、GPS衛星の信号を受信する回路の動作を停止させる(ステップS11)。すなわち、RF受信部12は電源オフのままとし、メモリ部13と信号処理回路15への動作クロックを停止させる。
When the preliminary acquisition process is completed, the
さらに、電子時計1が次に衛星信号の電波の届く場所まで移動したら衛星信号の受信ができるように、次回の受信処理のタイミングを例えば1時間後など短い時間に設定して、この設定時刻まで、CPU20によるこの受信制御&時刻修正処理のプロセスを待機状態とする(ステップS12)。そして、次回の受信処理のタイミングになったらステップS1からの処理を再度実行する。
Further, the next reception processing timing is set to a short time such as one hour later so that the satellite signal can be received when the
一方、ステップS4の判別処理で、衛星信号が捕捉されたと判別された場合には、衛星信号を受信するために、先ず、CPU20は、RF受信部12に受信動作を行わせるとともに捕捉回路16に衛星信号を捕捉させて、GPS衛星側との間で同期をとらせる(ステップS5)。具体的には、電源制御信号によりRF受信部12の電源をオンさせ、セレクタ14の入力をRF受信部12側へ切り換え、クロック供給回路19により捕捉回路16へ動作クロックを供給させる。追尾回路17への動作クロックは停止させておく。
On the other hand, if it is determined in step S4 that the satellite signal has been captured, the
このステップS5の捕捉処理では、ステップS3の予備捕捉処理により少し前の衛星信号に対して捕捉処理を完了させているので、衛星信号の拡散符号(衛星番号)や信号周波数については予備捕捉処理で捕捉した設定をそのまま使用し、衛星信号の同期点のシフト量のみを調整しながら信号の相互相関値を演算することで、短時間のうちに衛星信号を捕捉してGPS衛星との同期をとることができる。 In the acquisition process of step S5, since the acquisition process for the satellite signal a little earlier is completed by the preliminary acquisition process of step S3, the spreading code (satellite number) and the signal frequency of the satellite signal are determined by the preliminary acquisition process. By using the captured settings as they are and calculating the cross-correlation value of the signal while adjusting only the shift amount of the synchronization point of the satellite signal, the satellite signal is captured in a short time and synchronized with the GPS satellite. be able to.
GPS衛星との同期がとれたら、CPU20は、追尾回路17とデコーダ18を動作させて、追尾回路17により衛星信号の追尾と復調とを行わせ、さらに、デコーダ18により復調された信号を復号させて、復号された受信データを入力する(ステップS6)。具体的には、RF受信部12は電源オン、セレクタ14はRF受信部12側に切り換えたまま、捕捉回路16への動作クロックの供給は停止、追尾回路17への動作クロックの供給を開始させる。そして、デコーダ18の出力データを取り込んでいく。メモリ部13への動作クロックは停止のままとする。
When synchronization with the GPS satellite is established, the
続いて、CPU20は、GPS衛星からの送信データのうち必要なデータが取得できたか判別し(ステップS7)、必要なデータが取得されるまでデコーダ18の出力データの取り込みを続ける。
Subsequently, the
その結果、必要なデータが取得されたら、次に進んで、GPS衛星からの受信データに基づいて現在時刻を求め、計時部24の計時時刻を修正する(ステップS8:時刻修正手段)。そして、電源制御信号によりRF受信部12の電源をオフさせ、信号処理回路15およびメモリ部13への動作クロックを停止させて、衛星信号を受信する回路全体の動作を停止させる(ステップS9)。
As a result, when necessary data is acquired, the process proceeds to the next step, where the current time is obtained based on the received data from the GPS satellite, and the time measured by the
続いて、計時部24の計時時刻を修正することができたので、次回の受信処理のタイミングを例えば24時間後(或いは翌日の所定時刻など)に設定して、設定時刻までCPU20のこの受信制御&時刻修正処理のプロセスを待機状態とする(ステップS10)。そして、次回の受信処理のタイミングになったらステップS1からの処理を再開する。
Subsequently, since the timing time of the
上記の各ステップのうち、ステップS1〜S3の処理により第1制御手段が、ステップS3〜S4の処理により第2制御手段が、ステップS4〜S7の処理により第3制御手段が、ステップS9〜S12の処理により間欠受信制御手段がそれぞれ構成される。 Of the above steps, the first control means is performed by the processes of steps S1 to S3, the second control means is performed by the processes of steps S3 to S4, the third control means is performed by the processes of steps S4 to S7, and steps S9 to S12 are performed. The intermittent reception control means is configured by the above processing.
図5には、図4のステップS3で実行される予備捕捉処理の詳細なフローチャートを示す。 FIG. 5 shows a detailed flowchart of the preliminary capture process executed in step S3 of FIG.
予備捕捉処理へ移行すると、先ず、捕捉回路16は、捕捉対象として想定される衛星信号のキャリア周波数の値が格納される変数を初期化し(ステップS21)、このキャリア周波数の設定値として上記変数の値を適用する(ステップS22)。
When the process proceeds to the preliminary acquisition process, first, the
続いて、捕捉回路16は、複数のGPS衛星から送信されている衛星信号の何れかを捕捉するために、捕捉対象として想定される衛星信号の衛星番号(拡散符号:例えばC/Aコード)が格納される変数を初期化し(ステップS23)、この変数の値で捕捉対象の衛星番号を設定する(ステップS24)。
Subsequently, in order to capture any of the satellite signals transmitted from a plurality of GPS satellites, the
上記のステップS21〜S24の処理は、CPU20が捕捉回路16にコマンドを逐次発行して実行させるようにすることもできるし、捕捉回路16が動作の開始時に自動的にこのような処理を実行するように構成することもできる。
The processing in steps S21 to S24 may be performed by the
次に、CPU20は、メモリ部13から受信信号のデータを時系列順に読み出すために、読出しアドレスをリセットし(ステップS25)、メモリコントローラ13bへ読出しアドレスと読出しコマンドとを出力することで、メモリ部13から受信信号のデータを順次読み出させて捕捉回路16に供給させる。と同時に、捕捉回路16により、ステップS22,S24の設定に基づいて生成された信号波形と受信信号との間に一定以上の相関値が得られるか信号波形の位相点(同期点)をシフトさせながら計算させる(ステップS26)。
Next, the
そして、RAM13aからの受信信号のデータの読み出しが終了したか判別し(ステップS27)、終了するまで、ステップS26のデータ読み出しと相関値の演算を継続させる。
Then, it is determined whether or not the reading of the received signal data from the
上記のステップS26,S27のループ処理により、RAM13aに蓄積された例えば10m秒分の受信信号のデータが捕捉回路16へ送られて、1つのキャリア周波数設定および1つの衛星番号設定で生成された信号波形と受信信号との間に一定以上の相関が得られるか演算がなされるようになっている。
By the loop processing of steps S26 and S27 described above, for example, 10 msec of received signal data accumulated in the
そして、RAM13aからの一回分の受信信号のデータ読み出しが終了したら、ステップS26で演算された相関値を保存する(ステップS28)。例えば、信号処理回路15のレジスタに保存したり、或いは、これをCPU20が読み出してRAM21へ保存したりする。
When the data reading of one reception signal from the
続いて、捕捉回路16は、捕捉対象の衛星番号の変数値を順に変更し(ステップS29)、全てのGPS衛星に対応する全ての衛星番号の設定で相関値の計算を完了させたか判別する(ステップS30)。そして、未だであれば、ステップS24に戻って、捕捉対象の衛星番号の設定処理から繰り返す。
Subsequently, the
つまり、ステップS24〜S30の処理が繰り返されることで、RAM13aに蓄積された受信信号に衛星信号が含まれているか否か全ての衛星番号について確認されて、各々の衛星番号に対応した相関値が保存されるようになっている。
That is, by repeating the processing of steps S24 to S30, it is confirmed for all satellite numbers whether or not the satellite signal is included in the received signal stored in the
そして、ステップS30の判別処理で、全ての衛星番号の設定で相関値の計算が完了したと判別されれば、次に進んで、捕捉対象の衛星信号のキャリア周波数の変数値を所定量シフトする変更を行う(ステップS31)。続いて、キャリア周波数の設定を所定の設定範囲の全域にわたって変更したか判別する(ステップS32)。その結果、未だであれば、ステップS22に戻って、捕捉対象となる衛星信号のキャリア周波数の設定処理から繰り返す。 If it is determined in the determination process in step S30 that the calculation of correlation values has been completed for all the satellite numbers, the process proceeds to the next step and the variable value of the carrier frequency of the acquisition target satellite signal is shifted by a predetermined amount. Change is made (step S31). Subsequently, it is determined whether or not the carrier frequency setting has been changed over the entire predetermined setting range (step S32). As a result, if not yet, the process returns to step S22 to repeat the process of setting the carrier frequency of the satellite signal to be captured.
つまり、ステップS22〜S32の処理が繰り返されることで、RAM13aに蓄積された受信信号に衛星信号が含まれているか否か、所定の設定範囲内で所定量ずつシフトさせた全てのキャリア周波数について確認されて、各々のキャリア周波数に対応した相関値が保存されるようになっている。
That is, by repeating the processes of steps S22 to S32, it is confirmed whether or not the satellite signal is included in the received signal stored in the
そして、ステップS32の判別処理で、全てのキャリア周波数の設定変更が完了していると判別されれば、この予備捕捉処理を終了する。 If it is determined in the determination process in step S32 that all carrier frequency settings have been changed, the preliminary acquisition process ends.
従って、上記の予備捕捉処理の終了後に、レジスタ或いはRAM21に保存された相関値をCPU20が確認することで、RAM13aに蓄積された受信信号から衛星信号が捕捉されたのか否かを判別することが可能となる。また、何れのキャリア周波数と何れの衛星番号で衛星信号が捕捉されたかを識別することが可能となる。
Therefore, after completion of the preliminary acquisition process, the
以上のように、この実施形態の電子時計1によれば、メモリ部13に蓄積させた受信信号を繰り返し捕捉回路16へ送って予備の捕捉処理を行い、この予備の捕捉処理により衛星信号が含まれていると判別されれば受信処理を実行し、衛星信号が含まれていないと判別されれば受信処理を実行しないようになっているので、衛星信号の電波が届いていないときには受信信号をメモリ部13に蓄積させる非常に短い時間だけRF受信部12を動作させるだけで済む。従って、RF受信部12の無駄な動作が省かれて消費電力を低減させることができる。
As described above, according to the
また、メモリ部13には10m秒分の受信信号の波形データを記憶させて予備捕捉処理に使用する構成なので、受信信号に衛星信号が含まれているか安定した判別を行うことができ、また、RF受信部12の動作時間の短縮化により消費電力の削減も十分に図れる。
In addition, since the
また、RF受信部12は受信信号を周波数変換およびアナログ・デジタル変換した信号を出力し、捕捉回路16と追尾回路17はこのアナログ・デジタル変換された信号に対して捕捉処理と追尾処理とを行う構成なので、メモリ部13はRF受信部12の出力を時系列に記憶し、この記憶データを時系列に読み出して捕捉回路16へ送るだけで、予備捕捉処理を実行させることができる。
The
また、捕捉回路16の入力をRF受信部12側とメモリ部13側とに切り換えるセレクタ14を有しているので、このセレクタ14を切り換えることで、容易に、通常の受信処理と予備捕捉処理との信号経路の切り換えを行うことができる。
In addition, since the
また、衛星信号の受信スケジュールを、衛星信号の受信ができれば次の受信までの待機時間を長く設定し、予備捕捉処理で衛星信号を捕捉できなければ次の受信までの待機時間を短く設定するので、電波の届くところに余り出ることがない状況でも、電波の届く場所に移動したときに高い確率で衛星信号の受信を行わせることが可能となる。また、電波の届かないところで予備捕捉処理が多数回行われた場合でも、上記のように1回の予備捕捉処理の電力消費が非常に小さいので、トータルでもさほどの電力消費にはならない。 In addition, if the satellite signal reception schedule can receive the satellite signal, the standby time until the next reception is set longer, and if the satellite signal cannot be captured by the preliminary acquisition process, the standby time until the next reception is set shorter. Even in situations where radio waves do not reach much, satellite signals can be received with high probability when moving to a location where radio waves reach. Further, even when the preliminary acquisition process is performed many times in a place where radio waves do not reach, the power consumption of one preliminary acquisition process is very small as described above, so that the total power consumption is not so much.
また、上記のような受信処理のスケジュール制御、ならびに、予備捕捉処理を含んだ衛星信号の受信処理は、衛星信号により時刻情報を取得して時刻修正を行う電子時計1において、特に効果的なものとなる。すなわち、電池で駆動される電子時計1においては、RF受信部12の数秒間の駆動にかかる電力も大きな消費となるため、予備捕捉処理によりこの電力消費を削減できることは顕著な効果となる。また、腕時計などの電子時計1は、生活パターンにより衛星信号の電波が届くところへ持ち出される頻度が低くなる状況が生じることがあるが、上記の受信処理のスケジュール制御によって、長い期間にわたって衛星信号の受信および時刻修正が行われないという事態を回避することが可能となる。
In addition, the above-described schedule control of the reception process and the satellite signal reception process including the preliminary acquisition process are particularly effective in the
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、衛星信号を捕捉する方式は、上記実施形態に示したものに限られず、周知の種々の方式を適用可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, the method for capturing satellite signals is not limited to the one shown in the above embodiment, and various known methods can be applied.
また、上記実施形態では、電子時計において時刻情報を取得するために本発明に係る衛星信号受信装置を搭載した構成を例示したが、測位装置において位置の測定のために衛星信号を受信する際に本発明に係る予備捕捉処理を含んだ受信処理の方式を適用するようにしても良い。 In the above embodiment, the configuration in which the satellite signal receiving device according to the present invention is mounted to acquire time information in the electronic timepiece is illustrated. However, when the positioning device receives a satellite signal for position measurement. The reception processing method including the preliminary acquisition processing according to the present invention may be applied.
その他、実施形態で示した細部構成および細部方法は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 In addition, the detailed configuration and the detailed method shown in the embodiments can be appropriately changed without departing from the spirit of the invention.
1 電子時計
11 アンテナ
12 RF受信部
13 メモリ部
13a RAM
13b メモリコントローラ
14 セレクタ
15 信号処理回路
16 捕捉回路
17 追尾回路
18 デコーダ
19 クロック供給回路
20 CPU
24 計時部
DESCRIPTION OF
24 Timekeeping Department
Claims (6)
前記衛星信号の周波数帯の信号を受信する受信部と、
前記受信部により受信された信号を時系列データとして一部記憶可能な記憶部と、
前記受信部により受信された信号の中から前記衛星信号を捕捉する捕捉部と、
前記捕捉部により捕捉された前記衛星信号を追尾して復調する追尾部と、
前記受信部を一時的に動作状態として受信された信号を前記記憶部へ記憶させ、その後、前記受信部を非動作状態にするとともに、前記記憶部に記憶された前記時系列データを読み出して前記捕捉部へ繰り返し出力させる第1制御手段と、
前記測位用衛星から衛星信号を受信する際に、前記第1制御手段による制御動作を実行させて前記捕捉部により前記衛星信号が捕捉されたか否かを判別する第2制御手段と、
前記第2制御手段により前記衛星信号が捕捉されたと判別された場合に、前記受信部を動作させて前記衛星信号の追尾および復調を行わせる一方、前記第2制御手段により前記衛星信号が捕捉されないと判別された場合に、前記受信部を非動作の状態としたまま前記衛星信号の受信を実行しない第3制御手段と、
を備えたことを特徴とする衛星信号受信装置。 In the satellite signal receiving device that receives the satellite signal sent from the positioning satellite,
A receiver for receiving signals in the frequency band of the satellite signal;
A storage unit capable of partially storing the signal received by the receiving unit as time-series data;
A capturing unit that captures the satellite signal from signals received by the receiving unit;
A tracking unit that tracks and demodulates the satellite signal captured by the capturing unit;
The received signal is temporarily stored in the storage unit, and the received signal is stored in the storage unit.Then, the reception unit is set in a non-operating state, and the time-series data stored in the storage unit is read and the First control means for repeatedly outputting to the capturing unit;
Second control means for determining whether or not the satellite signal is captured by the capturing unit by executing a control operation by the first control means when receiving a satellite signal from the positioning satellite;
When it is determined that the satellite signal has been captured by the second control means, the reception unit is operated to track and demodulate the satellite signal, while the satellite signal is not captured by the second control means. A third control unit that does not execute reception of the satellite signal while the reception unit is in a non-operating state,
A satellite signal receiving apparatus comprising:
前記衛星信号の周波数帯の信号を受信して周波数変換およびデジタル変換を行って出力する構成であり、
前記捕捉部と前記追尾部とは、
前記受信部により周波数変換とデジタル変換された信号に対して捕捉と追尾および復調の処理をそれぞれ行う構成であることを特徴とする請求項1記載の衛星信号受信装置。 The receiver is
It is a configuration that receives a signal in the frequency band of the satellite signal, performs frequency conversion and digital conversion, and outputs it,
The capturing unit and the tracking unit are
2. The satellite signal receiving apparatus according to claim 1, wherein each of the signals subjected to frequency conversion and digital conversion by the reception unit is configured to perform acquisition, tracking, and demodulation processing.
前記第1制御手段は、
前記切換部を前記記憶部側へ切り換えて前記記憶部に記憶された前記時系列データを読み出させることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の衛星信号受信装置。 A switching unit capable of switching the input of the capturing unit to either the receiving unit side or the storage unit side;
The first control means includes
4. The satellite signal receiving apparatus according to claim 1, wherein the switching unit is switched to the storage unit side to read out the time series data stored in the storage unit.
前記間欠受信制御手段は、
間欠的に実行される受信処理で前記衛星信号が捕捉されて当該衛星信号の受信が遂行された場合には、第1期間を開けて次の受信処理を行うように設定する一方、
間欠的に実行される受信処理で前記第2制御手段により前記衛星信号が捕捉されないと判別されて前記衛星信号の受信が遂行されない場合には、前記第1期間より短い第2期間を開けて次の受信処理を行うように設定する
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の衛星信号受信装置。 Comprising intermittent reception control means for intermittently receiving the satellite signal;
The intermittent reception control means includes
When the satellite signal is captured and reception of the satellite signal is performed in the intermittently executed reception process, the first reception period is set to open the first period,
If it is determined that the satellite signal is not captured by the second control means in the reception process that is executed intermittently, and the satellite signal is not received, a second period shorter than the first period is opened and the next The satellite signal receiving apparatus according to claim 1, wherein the satellite signal receiving apparatus is set to perform the following reception process.
前記追尾部により復調された前記衛星信号から時刻情報を取り出し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請求項1〜5のいずれかに記載の衛星信号受信装置。 A time measuring means for measuring time;
Time correction means for taking out time information from the satellite signal demodulated by the tracking unit and correcting the time measured by the time measuring means;
The satellite signal receiver according to claim 1, comprising:
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