JP6040670B2 - 電子時計および電子時計の衛星信号受信方法 - Google Patents
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Description
前記電子時計は、腕時計であるため、組み込める記憶素子のサイズも小さくなり、メモリー容量に制約がある。このため、前記電子時計は、衛星の軌道情報を保持していないコールドスタート状態から衛星サーチを行わなければならない。
そこで、特許文献1の電子時計は、時刻情報を取得する際に、1つの位置情報衛星を捕捉する一衛星モードと、複数の位置情報衛星を捕捉する多チャンネルモードとを設定し、受信信号の強度によってこれらのモードを切り替えていた。
また、特許文献1の制御方法は、時刻情報を受信する測時処理時に利用できるものであり、位置情報を生成するための測位計算用情報を取得する測位処理の場合には、捕捉する位置情報衛星数に制約を設けずに衛星捕捉処理を行っていた。このため、測位処理を行う場合は、常時、衛星捕捉処理を継続しなければならず、消費電力が高くなるという問題もあった。
従って、測時処理だけでなく、測位処理を含む受信制御処理時の消費電力を低減できる電子時計および電子時計の衛星信号受信方法が求められていた。
本発明によれば、取得情報設定部は衛星信号から取得する取得情報の種類と、この種類に応じた最低捕捉衛星数を設定する。この際、取得情報は、利用者が電子時計のボタンなどを操作することで設定してもよいし、取得情報設定部が自動的に設定してもよい。
そして、衛星捕捉制御部は、捕捉した位置情報衛星の数が前記最低捕捉衛星数になれば、それ以上の捕捉動作を行わないため、消費電流の増大を防止できる。ここで、前記最低捕捉衛星数は、取得情報の種類毎に設定されるので、情報の取得に必要な最小限の捕捉衛星数に設定でき、不要な位置情報衛星の捕捉動作が行われないため、様々な情報を取得する場合の消費電力を低減できる。
その上、衛星捕捉制御部での捕捉動作の制御は、捕捉中の位置情報衛星の数を最低捕捉衛星数と比較するだけでよく、この最低捕捉衛星数も取得情報に応じた固定値であるため、受信信号の強度によって捕捉する衛星数を変更する制御に比べて受信制御を簡易にでき、制御プログラムのコード数も少なくできる。従って、本発明は、腕時計のように、時計内に組み込めるメモリー容量に制約がある電子時計においても容易に実現できる。
これに対し、本発明では、信号レベルが閾値以上の位置情報衛星を、捕捉した位置情報衛星としてカウントするため、信号レベルが閾値未満の位置情報衛星を捕捉しても捕捉数にカウントされず、捕捉動作を継続する。従って、信号レベルが閾値以上の位置情報衛星を、最低捕捉衛星数以上の数だけ捕捉でき、信号レベルの高い衛星信号から情報を取得できるため、正しい情報を取得できる確率も向上できる。
なお、予め設定する閾値は、例えば、SNR(signal to noise ratio)で「35」や「30」等、正しい取得情報を取得できる信号レベルに設定すればよい。
本発明によれば、衛星信号の受信中に、捕捉していた位置情報衛星の1つを捕捉できなくなっても、残りの捕捉衛星によって情報を取得できる。従って、取得情報の受信を継続でき、短時間で情報を取得できる。
衛星捕捉処理(衛星サーチ処理)は、衛星の軌道情報を保持していないコールドスタートで行うために消費電流も増大するが、衛星捕捉状態ではサーチ処理を停止しているので消費電流も低下する。従って、最低捕捉衛星数以上の衛星を捕捉していても消費電流は抑制できる。また、最低捕捉衛星数以上の衛星を捕捉していれば、一部の衛星が捕捉できなくなったとしても、捕捉衛星数が最低捕捉衛星数未満に低下する可能性が低くなり、衛星捕捉動作の再開を不要にできて消費電流を抑制できる。
[電子時計の構造]
図1に示すように、電子時計1は、地球の上空を所定の軌道で周回している複数のGPS衛星100(本発明の位置情報衛星)から衛星信号を受信する。この際、電子時計1は、時刻情報を取得する場合には、少なくとも1つのGPS衛星100から衛星信号を受信し、測位計算用情報(エフェメリス等の軌道情報等)を取得する場合には、少なくとも3つ(好ましくは4つ)のGPS衛星100から衛星信号を受信するように構成される。なお、GPS衛星100は、地球の上空に複数存在している。現在は約30個のGPS衛星100が周回している。
文字板11の大部分は、光および1.5GHz帯のマイクロ波が透過し易い非金属の材料(例えば、プラスチックまたはガラス)で形成される。
指針12は、秒針121、分針122および時針123を備えており、文字板11の表面側に設けられている。
ボタン15が長時間(例えば3秒以上の時間)にわたって押されると、衛星信号を受信するための受信処理が実行される(手動受信モード)。
ボタン16が押されると、受信モード(測時モード、測位モードまたは自動受信無効モード)を切り替える処理が実行される。ボタン16の操作に応じた受信モードの切り替え処理の結果、測位モードに設定された場合には、秒針121が「Fix」の位置(5秒位置)に移動し、測時モードに設定された場合には、秒針121が「Time」の位置(10秒位置)に移動し、自動受信無効モード(受信OFFモード)に設定された場合には、秒針121が「Off」の位置(50秒位置)に移動する。このため、ユーザーは設定された受信モードを容易に確認できる。
なお、これらの秒針121による指示は受信中も行われる。測位モードで受信中は秒針121が「Fix」の位置(5秒位置)に移動し、測時モードで受信中は秒針121が「Time」の位置(10秒位置)に移動する。また、GPS衛星が捕捉できない場合は秒針121が「N」の位置(20秒位置)に移動する。
設定された受信時刻とは、例えば、午前2時や午前3時、あるいは午前7時や午前8時等のあらかじめ設定された時刻である。午前2時や3時に設定するのは、電子時計1がユーザーから取り外されて非装着状態で窓際の机などに静止して置かれている可能性が高く、かつ、電気製品などの使用が少なくてノイズの影響も軽減できるため、電波受信環境が良好な可能性が高いためである。また、午前7時や8時に設定するのは、通勤時間帯であり、電子時計1を装着したユーザーが屋外にいて衛星信号を受信しやすいためである。ただし、これらの時刻に限定されるものではなく、ユーザーが自動受信時刻を設定してもよい。
図2は、電子時計1の回路構成を示すブロック図である。この図に示すように、電子時計1は、GPSアンテナ20、GPS受信回路30、制御回路40、記憶部50、時計部60、発電装置70、二次電池80を備えている。
GPSアンテナ20は、1.5GHz帯のマイクロ波を受信するアンテナであり、文字板11の裏面側に配置されている。文字板11に直交する方向において、GPSアンテナ20と重なる文字板11の部分は、1.5GHz帯のマイクロ波が透過し易い材料(例えば、導電率および透磁性の低い非金属の材料)で形成されている。
また、GPSアンテナ20と文字板11との間には電極を備えたソーラーパネルが介在しない。よって、GPSアンテナ20は、文字板11を透過した衛星信号を受信することができる。
従って、本実施形態では、GPSアンテナ20およびGPS受信回路30によって、GPS衛星から送信される衛星信号を受信する受信部が構成されている。
なお、本実施形態のGPS受信回路30は、12個の衛星信号を同時に捕捉、受信できるように12チャンネルの受信回路を備えている。
制御回路40は、電子時計1を制御するためのCPUで構成され、生成部41と、受信制御部42と、表示制御部43とを備える。
生成部41は、GPSアンテナ20およびGPS受信回路30で受信した衛星信号から時刻情報や測位計算用情報を取得し、これらの取得情報から時刻情報や現在地の位置情報等の生成情報を生成し、記憶部50に記憶する。
そのため、受信制御部42は、取得情報設定部421、衛星捕捉制御部422を備える。
取得情報設定部421は、後述するように、衛星信号から取得する取得情報Aの種類を設定する。衛星捕捉制御部422は、前記GPS受信回路30を制御して全GPS衛星100の捕捉処理を実行する。
また、表示制御部43は、測位計算用情報を取得した場合、その測位計算用情報から生成される測位結果である現在地の位置情報に対応するタイムゾーンを秒針121等で指示する。すなわち、文字板11の外周には、図示略のタイムゾーンを指示する都市名の略語が表示される。そして、測位計算用情報を取得し、現在地の位置情報を生成した場合には、表示制御部43は、その位置情報が含まれるタイムゾーンの都市名を秒針121で一定時間指示する。
従って、時計部60および表示制御部43により、時刻情報等の生成部41で生成された生成情報を表示する表示部が構成されている。
また、表示制御部43は、通常は、基準信号による内部時刻データの更新に連動して指針12を駆動する。そして、衛星信号を受信し、受信した時刻データに基づいて内部時刻データを修正する場合には、その修正に連動して指針12を駆動し、正しい時刻が表示されるようにする。
記憶部50には、前記GPS受信回路30で取得された取得情報や、生成部41で生成された生成情報が記憶される。例えば、記憶部50には、受信時刻データ(衛星時刻情報)、測位計算用情報(軌道情報等)や測位結果の位置情報、UTCオフセット、時差情報、内部時刻データが記憶される。
取得情報種類は衛星信号から取得する情報の種類を示し、具体的には、「時刻情報、測位計算用情報、日付情報、うるう秒情報」の4種類の情報である。
ところで、日付情報、日付情報、うるう秒情報は、1つのGPS衛星100から受信した衛星信号から取得できる。また、測位計算用情報は、4つのGPS衛星100から受信した衛星信号から取得できる。
従って、本実施形態では、最低捕捉衛星数は、取得情報を取得するために必要な衛星数に、「1」を加算した数に設定している。
ここで、前記各取得情報が含まれるGPS衛星100から送信される衛星信号である航法メッセージについて、説明する。なお、航法メッセージは、50bpsのデータとして衛星の電波に変調されている。
図3(A)〜図3(C)は、航法メッセージの構成について説明するための図である。
図3(A)に示すように、航法メッセージは、全ビット数1500ビットのメインフレームを1単位とするデータとして構成される。メインフレームは、それぞれ300ビットの5つのサブフレーム1〜5に分割されている。1つのサブフレームのデータは、各GPS衛星100から6秒で送信される。従って、1つのメインフレームのデータは、各GPS衛星100から30秒で送信される。
週番号データは、現在のGPS時刻情報が含まれる週を表す情報であり、1週間単位で更新される。
サブフレーム2、3には、エフェメリスパラメーター(各GPS衛星100の詳細な軌道報)が含まれる。また、サブフレーム4、5には、アルマナックパラメーター(全GPS衛星100の概略軌道情報)が含まれている。
従って、電子時計1は、リセット後や電源投入時のように、内部に週番号データ(日付情報)を記憶していない場合のみ、サブフレーム1の週番号データを取得すれば良い。そして、週番号データを記憶している場合は、電子時計1は、6秒毎に送信されるTOWを取得すれば、現在時刻が分かるようになっている。このため、電子時計1は、通常、時刻情報としてTOWのみを取得する。
電子時計1の位置情報を生成するには、位置情報を生成するための測位計算用情報として、3つ以上(好ましくは4つ)のGPS衛星100から送信されるエフェメリスパラメーターを受信する必要がある。この際、複数のGPS衛星100を同時に捕捉して受信する場合、エフェメリスパラメーターの受信および測位計算を行って測位結果の位置情報を取得するには、アルマナックデータを保持しないコールドスタート状態では約30秒〜1分の時間が必要である。
次に、電子時計1の受信処理について、図4のフローチャートも参照して説明する。
図4に示す受信処理は、前述の通り、利用者の受信操作が行われた場合と、予め設定された受信時刻になった場合に実行される。
例えば、測位モードで手動受信操作が行われた場合には、受信制御部42は、取得情報Aとして測位計算用情報を設定する。
また、測時モードで手動受信操作が行われた場合や、自動受信処理が行われた場合には、取得情報設定部421は、まず日付情報(週番号データ)が記憶部50に記憶されているかを確認する。そして、取得情報設定部421は、日付情報が記憶されていない場合は取得情報Aとして日付情報を設定し、記憶されている場合は取得情報Aとして時刻情報を設定する。
さらに、うるう秒が更新される可能性がある12月末や6月末から所定期間前、例えば12月1日や6月1日から1ヶ月の期間であり、かつ、うるう秒情報が未取得の場合に、測時モードでの受信処理が行われた際には、取得情報Aとしてうるう秒を設定する。
例えば、衛星捕捉制御部422は、取得情報Aが時刻情報の場合、最低捕捉衛星数Nは「2」、タイムアウト時間Tは「60秒」に設定する。また、衛星捕捉制御部422は、取得情報Aが測位計算用情報の場合、最低捕捉衛星数Nは「5」、タイムアウト時間Tは「120秒」に設定する。
さらに、衛星捕捉制御部422は、取得情報Aが日付情報やうるう秒情報の場合、最低捕捉衛星数Nは「2」、タイムアウト時間Tは「120秒」に設定する。
なお、うるう秒情報は12.5分毎に送信される。ただし、12.5分間、受信を継続すると消費電流が大きくなる。このため、衛星捕捉制御部422は、受信開始時に受信したサブフレーム4,5のページを確認し、次にうるう秒情報を含むサブフレーム4、ページ18が送信されるタイミングを算出し、そのタイミングに合わせて受信を再開するように制御する。前記タイムアウト時間Tは、この受信再開時を基点にカウントされる。
S4において、N個の衛星を捕捉できた場合、衛星捕捉制御部422はそれ以上のGPS衛星100を捕捉する動作を停止する(S5)。
S6でYesと判定した場合、生成部41は、捕捉しているGPS衛星100から衛星信号を受信して、情報Aを取得したかを判定する(S7)。例えば、生成部41は、取得情報Aが時刻情報である場合、2つのGPS衛星100から受信した衛星信号から生成したGPS時刻情報が互いに同じ時刻であれば時刻情報を取得できたと判定する。あるいは、生成部41は、GPS衛星100から受信した衛星信号から得られるGPS時刻情報を、UTCオフセットで修正し、さらに時差情報で修正して現地時刻を生成し、この現地時刻が内部時刻データと一致すれば時刻情報を取得できたと判定してもよい。
また、測位計算用情報を取得する場合は、生成部41は、4つ以上のGPS衛星100から受信した衛星信号から取得した測位計算用情報(エフェメリスパラメーター等)で生成した位置情報(緯度、経度、高度)が予め設定した範囲内であるかを確認することで、正しい位置情報(測位結果)を取得できたかを判定できる。
また、表示制御部43は、秒針121を移動して受信成功表示を行う。受信成功表示は、前述したように、秒針121を「FIX」(測位計算用情報取得の場合)、「Time」(時刻情報、日付情報、うるう秒情報のいずれかを取得の場合)に移動する(S8)。
さらに、表示制御部43は、取得情報から生成した生成情報によって内部時刻(現在時刻、日付、うるう秒など)や位置情報を修正する(S8)。
そして、衛星捕捉制御部422は受信制御処理を終了する。これにより、一定時間、受信成功表示を行っていた秒針121も、修正された現在時刻等を指示するために移動して、通常の時刻表示に戻る。
すなわち、N個以上のGPS衛星100を捕捉できずにタイムアウトとなった場合(S4でNO、S10でYes)は、衛星信号の受信に適さない状態にある可能性が高い。また、N個以上のGPS衛星100を捕捉できても、取得情報Aを取得できずにタイムアウトになった場合(S7でNo、S10でYes)は、衛星信号の信号レベルが低いために情報Aを取得できない状態にある可能性が高い。
従って、S10でYesと判定された場合、衛星捕捉制御部422は受信動作を終了し、表示制御部43は秒針121によって受信失敗の表示を行う(S11)。そして、衛星捕捉制御部422は受信制御処理を終了する。これにより、一定期間、受信失敗表示を行っていた秒針121も、元の時刻表示に戻る。この際、情報Aの取得に失敗しているので、計時していた内部時刻を表示して通常の時刻表示に戻る。
このS4の判定処理は、受信処理の開始後、情報Aを取得できて受信動作を終了する場合や、タイムアウト時間Tを経過して受信動作を終了する場合を除き、1秒毎に繰り返される。すなわち、GPS衛星100の捕捉状態は1秒毎にチェックされ、捕捉衛星数に応じた処理もリアルタイムに実行される。
(1)本実施形態によれば、衛星捕捉制御部422は、捕捉したGPS衛星100の数が、取得情報設定部421で設定された取得情報Aの種類に応じた最低捕捉衛星数N以上であれば、それ以上の捕捉動作を行わないため、消費電流を低減できる。
すなわち、図5に示すように、GPS受信回路30における消費電流は、衛星捕捉動作時に最も高くなり、捕捉したGPS衛星100の衛星信号からデータを読み込んでいる間は消費電流を低く抑えることができる。その後、読み込んだデータから測位演算等を行う場合に消費電流は多少増加するが、捕捉動作時に比べると消費電流は低い。
従って、最低捕捉衛星数N個のGPS衛星100を捕捉した場合に、それ以上の衛星捕捉動作を停止すれば、受信処理時の消費電流を大幅に低減できる。このため、腕時計のような電池駆動の電子時計1においても持続時間を長くすることができる。
その上、捕捉衛星数を最小限に抑えることで、衛星捕捉時間を短くできる。このため、図5のTTFF(Time To First Fix)で示す受信処理の開始時から測位演算が終わって位置情報が得られるまでの時間も短縮できる。
このように、衛星捕捉制御部422は、捕捉衛星の数が最低捕捉衛星数N以上であるか否かのみで、捕捉動作の停止、再開を処理する。また、最低捕捉衛星数Nも取得情報Aに対応する固定値である。従って、受信信号の強度によって捕捉する衛星数を変更する制御に比べて受信制御を簡易にできる。このため、制御プログラムのコード数も少なくでき、腕時計のように、時計内に組み込めるメモリー容量に制約がある電子時計にも組み込むことができる。
この場合も、図5に示すように、捕捉しているGPS衛星100からデータを読み込む場合の消費電流は低いため、電子時計1の持続時間を長くすることができる。
また、最低捕捉衛星数N以上の衛星を捕捉していれば、一部の衛星が捕捉できなくなったとしても、捕捉衛星数が最低捕捉衛星数N未満に低下する可能性が低くなり、衛星捕捉動作の再開を不要にできて消費電流を抑制できる。
なお、本発明は、前記各実施形態に限らない。
例えば、衛星捕捉制御部422は、S4,S6でGPS衛星100を捕捉しているか否かを判定する際に、捕捉したGPS衛星100から受信した衛星信号の信号レベルが、予め設定した閾値以上のGPS衛星100を捕捉した衛星としてカウントしてもよい。例えば、閾値をSNRで35や30等に設定し、この閾値以上の信号レベルのGPS衛星100のみをカウントすればよい。なお、SNR:30は、一般的には−140dBm相当である。
捕捉したGPS衛星100から受信した衛星信号の信号レベルが閾値未満の場合、衛星信号はノイズの影響を受けやすく、正しい情報を取得できる確率も低下する。
これに対し、本変形例では、信号レベルが閾値以上のGPS衛星100を、捕捉したGPS衛星100としてカウントするため、信号レベルが閾値未満のGPS衛星100を捕捉しても捕捉数にカウントされず、捕捉動作を継続する。従って、信号レベルが閾値以上のGPS衛星100を、最低捕捉衛星数以上の数だけ捕捉でき、信号レベルの高い衛星信号から情報を取得できるため、正しい情報Aを取得できる確率も向上できる。
これに対し、図6に示すように、S5の捕捉動作停止直後にはS6の判定処理を行わず、S4でNoと判定された場合や、S7でNoと判定された場合、すなわち、現在捕捉中のGPS衛星100では情報Aの取得が困難な場合に、捕捉動作が停止しているかを判定し(S20)、捕捉動作停止中であれば捕捉動作を再開(S9)するように制御してもよい。なお、図6の他の処理S1〜S11は図4と同じである。
なお、前記図4においても、S4でNoと判定された場合や、S7でNoと判定された場合に、捕捉動作が停止しているかの判定処理(S20)と、捕捉動作停止中であれば捕捉動作の再開処理(S9)とを実施するようにしてもよい。
ただし、日付情報、うるう秒情報は、受信する機会が少ない点を考慮し、受信時に2つの衛星からデータを取得して整合性を確認できるようにするため、最低捕捉衛星数Nを「2」とすることが好ましい。
Claims (7)
- 位置情報衛星を捕捉し、捕捉した前記位置情報衛星から送信される衛星信号を受信する受信部と、
前記受信部が受信した衛星信号から取得した取得情報に基づいて生成情報を生成する生成部と、
前記生成情報を表示する表示部と、
前記受信部を制御する受信制御部と、を備える電子時計であって、
前記受信制御部は、
前記衛星信号から取得する取得情報の種類および最低捕捉衛星数を設定する取得情報設定部と、
前記受信部を制御して位置情報衛星の捕捉処理を実行する衛星捕捉制御部と、を備え、
前記衛星捕捉制御部は、前記取得情報設定部で設定された取得情報の種類に応じた前記最低捕捉衛星数の位置情報衛星を捕捉した場合は、それ以上の位置情報衛星を捕捉することを停止し、前記衛星信号の受信中に捕捉している位置情報衛星の数が前記最低捕捉衛星数未満となった場合には再度位置情報衛星の捕捉動作を行う
ことを特徴とする電子時計。 - 請求項1に記載の電子時計において、
前記衛星捕捉制御部は、捕捉した位置情報衛星から受信した衛星信号の信号レベルが、予め設定した閾値以上の位置情報衛星の数を、捕捉した位置情報衛星としてカウントする
ことを特徴とする電子時計。 - 請求項1または請求項2に記載の電子時計において、
前記衛星捕捉制御部は、前記取得情報を取得するために必要な衛星数に、少なくとも1を加算した数を前記最低捕捉衛星数に設定する
ことを特徴とする電子時計。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載の電子時計において、
前記衛星捕捉制御部は、位置情報衛星の捕捉動作時に、複数の位置情報衛星をまとめて捕捉できて捕捉中の位置情報衛星の数が前記最低捕捉衛星数以上となった場合は、そのまま位置情報衛星の捕捉を継続する
ことを特徴とする電子時計。 - 請求項1から請求項4のいずれかに記載の電子時計において、
前記取得情報は、時刻情報、測位計算用情報、日付情報、うるう秒情報のうち少なくともいずれか一つを含む
ことを特徴とする電子時計。 - 請求項1から請求項5のいずれかに記載の電子時計において、
前記生成情報は、測位計算用情報に基づいて生成される位置情報、前記位置情報に対応する時差情報、時刻情報に基づいて更新される内部時刻データのうち少なくともいずれか一つを含む
ことを特徴とする電子時計。 - 位置情報衛星を捕捉し、捕捉した前記位置情報衛星から送信される衛星信号を受信する受信部と、
前記受信部が受信した衛星信号から取得した取得情報に基づいて生成情報を生成する生成部と、
前記生成情報を表示する表示部と、
前記受信部を制御する受信制御部と、を備える電子時計の衛星信号受信方法であって、
前記衛星信号から取得する取得情報の種類および最低捕捉衛星数を設定する取得情報設定工程と、
前記受信部を制御して位置情報衛星の捕捉処理を実行する衛星捕捉制御工程とを備え、
前記衛星捕捉制御工程は、前記取得情報設定工程で設定された取得情報の種類に応じた前記最低捕捉衛星数の位置情報衛星を捕捉した場合は、それ以上の位置情報衛星を捕捉することを停止し、前記衛星信号の受信中に捕捉している位置情報衛星の数が前記最低捕捉衛星数未満となった場合には再度位置情報衛星の捕捉動作を行う
ことを特徴とする電子時計の衛星信号受信方法。
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