JP6131562B2 - 電波修正時計および電波修正時計の信号検出方法 - Google Patents
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Description
そのため、特許文献1は秒同期検出手段を備え、この秒同期検手段は、受信信号が第2レベル(例えばローレベル)から第1レベル(例えばハイレベル)に変化したタイミングを確認し、この変化タイミングの間隔が、5回連続して1秒±62.5msecであれば秒同期が確立したと判定する。
このため、正常な信号の後に、ノイズの信号が入り、その後、次の正常な信号が入力されるため、各信号の変化タイミングの間隔は1秒間隔から大きく外れてしまい、秒同期の確立を判定できない。このため、秒同期の確立までに時間がかかり、受信時間が長く、消費電力も増加するという問題があった。
さらに、秒同期が確立できずに標準電波の受信に失敗する場合もあるという問題があった。
ここで、標準電波は、1Hzのタイムコードを所定周波数の搬送波で振幅変調を掛けて送信するものである。このため、受信部が出力する受信信号は、受信した標準電波の振幅に応じて、第1レベルまたは第2レベルに信号レベルが変化する。この際、受信部の回路によって、第1レベルが第2レベルよりも高いハイレベルとなる場合と、第2レベルよりも低いローレベルとなる場合がある。
また、受信信号は、1秒間隔で第2レベルから第1レベル(ハイレベルからローレベル、または、ローレベルからハイレベル)に変化し、ビット値(0,1,M)に応じたパルス幅で前記第1レベルから第2レベル(ローレベルからハイレベル、または、ハイレベルからローレベル)に変化する。
例えば、日本の標準電波であるJJYでは、1周期(1サイクル)が60秒(60ビット)のタイムコードが繰り返し送信されている。受信信号における各ビットの第1レベルのパルス幅は、通常、2進数の「1」、2進数の「0」、マーカー「M(P0〜P5)」の3種類のデータ(ビット値)に合わせて設定されている。例えば、JJYであれば、第1レベルのパルス幅が0.5秒であれば、2進数の「1」を表し、第1レベルのパルス幅が0.8秒であれば、2進数の「0」を表す。また、第1レベルのパルス幅が0.2秒であれば、マーカー(M)およびポジションマーカー(P0〜P5)を表す。
また、判定タイミング設定部は、判定タイミングを、信号幅が最も大きい信号の開始タイミングの所定時間前から1秒間隔で設定する。ここで、開始タイミングの所定時間前を基準に判定タイミングを設定しているので、信号検出判定部は、二値化信号の第2レベルから第1レベルへの変化を確実に検出できる。このため、前記所定時間は、50〜100ms等、第2レベルから第1レベルへの変化タイミングの直前であり、そのタイミングから二値化信号を検出することで、前記変化タイミングを確実に検出できる時間に設定すればよい。
さらに、信号検出判定部は、前記判定タイミングから1秒間の信号を順次取得し、1秒間の信号の中で前記第1レベルの信号幅が最も大きい信号の開始タイミングを検出しているので、判定タイミング設定部と同様に、ノイズなどが混入していても、ビット値を表す正常な信号を確実に検出できる。そして、信号検出判定部は、前記信号の開始タイミングの間隔を検出して、毎秒の信号を検出できているか否かを判定する。例えば、信号検出判定部は、(1)前記信号の開始タイミングの間隔が所定回数(例えば5回)連続して、1秒を基準とする所定範囲内(例えば1秒±62.5ms)であれば、毎秒の信号を検出できていると判定してもよいし、(2)前記信号の開始タイミングの間隔が、1秒を基準とする所定範囲内(例えば1秒±62.5ms)である場合が、測定回数(例えば20回)のうち所定回数(例えば18回)以上であれば、毎秒の信号を検出できていると判定してもよい。
これにより、1秒間隔で出力される正常な信号を検出できていることになり、毎秒の信号を確実に検出できる。従って、標準電波を受信する際の秒同期を確実に行うことができる。
このような構成によれば、判定タイミング設定部および信号検出判定部において、同じ信号処理方法で、正常な信号の開始タイミングを検出できる。このため、判定タイミング設定部および信号検出判定部で処理プログラムなどを兼用できる。
また、サンプリング時に連続して第1レベルであった場合に連続カウントをカウントアップし、第2レベルに変化した際に最大連続カウントと比較して連続カウントが大きい場合に更新し、最大連続カウントの終了時刻もその時点の時刻で更新するだけでよいので、連続カウントおよび最大連続カウントの2種類のカウント値と、最大連続カウントの終了時刻の3つのデータのみを記憶部に記憶すればよい。このため、例えば、第1判定期間における第1レベルのすべての信号の信号幅や時刻を記憶する場合に比べて、記憶部の記憶容量を小さくできる。
これに対し、第1判定期間が少なくとも2秒以上であれば、仮に正常な信号の途中から第1判定期間が開始しても、その次の正常な信号は確実に検出できる。このため、判定タイミング設定部は、判定タイミングを正しく設定できる。また、第1判定期間は、標準電波の種類に応じて設定することで、1秒より大きく、かつ、2秒未満に設定することもできるが、本発明のように、2秒以上であれば、標準電波の種類に関係なく設定できる。
これに対し、本発明では、前記二値化信号が第1レベルの状態の場合には、第2レベルに変化してから、1秒間の二値化信号を取得して判定するため、正常な信号の途中から判定することがなく、正常な信号を確実に検出できる。
以下、本発明の第1実施形態に係る電波修正時計1を図面に基づいて説明する。
〔電波修正時計の構成〕
電波修正時計1は、図1に示すように、アンテナ2と、受信回路部3と、制御回路部4と、表示部5と、外部操作部材6と、水晶振動子48とを備えている。
受信回路部3は、図1に示すように、同調回路31と、第1増幅回路32と、バンドパスフィルター(BPF:Band-pass filter)33と、第2増幅回路34と、包絡線検波回路35と、自動利得制御回路としてのAGC(Auto Gain Control)回路36と、二値化回路37と、デコード回路38とを備えて構成されている。
なお、本実施形態の受信回路部3では、「JJY」、「WWVB」、「DCF77」、「BPC」などの標準電波を受信可能に構成されている。従って、アンテナ2および同調回路31により、複数種類の標準電波を受信可能な受信部が構成されている。
AGC回路36は、包絡線検波回路35から入力した包絡線信号に基づいて、第1増幅回路32にて受信信号を増幅する際のゲインを決定する信号を出力する。
制御回路部4は、受信回路部3の動作を制御するものであり、受信回路部3に対して制御信号を出力する。具体的には、制御回路部4の制御部47は、受信する標準電波に応じた同調コンデンサーの切り替えやバンドパスフィルター33の切り替えを指示する制御信号を、受信回路部3を起動するパワーオン信号の受信開始時に送信する。
また制御回路部4は、二値化回路37から入力するTCO信号をデコードして生成したTCに基づいて、時刻カウンター43の時刻を設定する。さらには、制御回路部4は、時刻カウンター43の時刻を表示部5に表示させる制御をする。
TCOデコード部41は、受信回路部3の二値化回路37から入力するTCO信号をデコードして、当該TCO信号に含まれる日付情報および時刻情報等を有するTCを抽出する。そして、TCOデコード部41は、抽出したTCを制御部47に出力する。
具体的には、TCOデコード部41は、図2に示すように、判定タイミング設定部411と、信号検出判定部412と、記憶部413と、デコード部415とを有している。
信号検出判定部412は、前記判定タイミング設定部411で設定された判定タイミングを基準に1秒間の前記TCO信号を順次取得し、1秒間の信号の中で前記第1レベルの信号幅が最も大きい信号の開始タイミングを検出し、前記信号の開始タイミングの間隔を検出して、毎秒の信号を検出できたか否かを判定する。この信号の検出判定方法の詳細も後述する。
デコード部415は、信号検出判定部412で毎秒の信号を検出できて秒同期を確立した後に、その秒同期タイミングを利用してTCO信号の秒毎の信号が二進数の「0」を示す0信号、二進数の「1」を示す1信号、マーカーを示すM信号のいずれであるかを判定する。
さらに、デコード部415は、認識した0信号、1信号、M信号を、1分間すなわち60ビット分記憶し、記憶した信号および受信局のタイムコードフォーマットに基づいてTCを抽出する。そして、デコード部415は、抽出したTCを制御部47へ出力する。
時刻カウンター43は、水晶振動子48から出力される基準信号に基づいて、時間(内部時刻)をカウントする。従って、時刻カウンター43により計時部が構成されている。
また、制御部47は、時刻カウンター43にてカウントされる時刻を表示部5に表示させる時刻表示制御信号を駆動回路部46に出力する。
次に、上記のような電波修正時計1における、標準電波の信号検出動作について説明する。
図3は、電波修正時計1の毎秒の信号検出処理を示すフローチャートである。
なお、受信する標準電波の種類は、前回、受信した標準電波が初期値として設定されるが、利用者が外部操作部材6を操作して選択することもできる。例えば、「JJY」が選択されている場合は、40kHz(東日本)と60kHz(西日本)のいずれかに設定される。具体的には、「JJY」(東日本)と「JJY」(西日本)とを利用者が選択している場合には、制御部47は、選択された周波数に設定し、選択されていない場合は、前回の受信周波数に設定する。また、制御部47は、「DCF77」では77.5kHz、「WWVB」では60kHz、「BPC」では68.5kHzに設定する。
すると、制御部47は、図3に示す毎秒の信号検出処理を開始する。
判定タイミング設定部411は、具体的には、図4に示す処理で、判定タイミング設定処理(S1)を実施する。
すなわち、判定タイミング設定部411は、最大連続カウントの値を「0」に初期化し(S11)、さらに、連続カウントの値を「0」に初期化する(S12)。
処理開始から2秒間経過していない場合など、S13でNOと判定された場合は、判定タイミング設定部411は、TCO信号(二値化信号)の波形をサンプリングする(S14)。判定タイミング設定部411は、例えば、128Hzのサンプリング周波数で、前記TCO信号をサンプリングし、各サンプリング時のTCO信号のレベル(電圧値)が第1レベルであるか第2レベルであるかを検出する。
本実施形態では、日本の標準電波であるJJYの場合、第1レベルは第2レベルよりも高い値とされている。すなわち、第1レベルがハイレベル、第2レベルがローレベルに設定される。
他の標準電波(WWVB、DCF77,BCP)は、JJYとは逆に、第1レベルがローレベル、第2レベルがハイレベルに設定される。
すなわち、判定タイミング設定部411は、今回と1つ前のサンプリング時のレベルが共に第1レベルであれば、S15でYESと判定する。
一方、判定タイミング設定部411は、1つ前のサンプリング時のレベルが第1レベルであり、かつ、今回のサンプリング時のレベルが第2レベルの場合は、S15でNOと判定する。なお、1つ前のサンプリング時のレベルが第2レベルであり、かつ、今回のサンプリング時のレベルが第1レベルの場合、つまり第1レベルに切り替わった直後の場合、まだ第1レベル信号が連続していないので、判定タイミング設定部411はS15でNOと判定する。
そして、S13の処理に戻る。このため、第1レベルの信号が入力されている間は、S13,S14,S15,S16の処理を繰り返し、連続カウントの値も+1ずつカウントアップする。
判定タイミング設定部411は、S17でYESと判定された場合、最大連続カウントを連続カウントの値で更新して記憶部413に記憶し、信号終了時刻つまり最後に第1レベルであったサンプリングタイミングの時刻を記憶部413に記録する(S18)。
一方、第1レベルの信号幅(連続カウントの値)が、それまでの信号の中で最大の長さ(最大連続カウントの値)よりも小さい場合には、判定タイミング設定部411はS17でNOと判定し、最大連続カウントの値および信号終了時刻を更新せずにS13に戻る。
すなわち、図5(A)に示すように、受信信号にノイズによる信号なども含まれており、複数の第1レベル(ハイレベル)の信号51〜58が存在する場合、信号53の信号幅が最も大きい。従って、S19では、判定タイミング設定部411は、図5(B)に示すように、信号53を正常な信号と判定する。
信号幅が最も大きい信号53が、図5に理想波形として示される送信信号に対応する受信信号である。このように、1秒の信号の中で、ノイズによる信号の信号幅が、正常な信号よりも大きくなる可能性は殆どないため、最も信号幅の大きな信号を正常な信号と判定できる。
以上の処理を行って、判定タイミング設定部411は、図2に示す判定タイミング設定処理を終了する。
例えば、図6(C)の状態、つまりT1からT3で2秒間のサンプリングが終了した時点において、信号62を正常な信号と判定した場合、信号62の開始時刻の所定時間前であるT10を基準とした1秒間隔のタイミング(T11、T12、T13、T14…)のうち、現時点以降で最も早いタイミングはT12の時刻となる。このため、判定タイミング設定部411は、T3からT12の間は、データ取得を停止する。
そこで、判定タイミングを、信号62の開始時刻の所定時間、例えば50ms前を基準に、1秒間隔のタイミングとすることで、TCO信号の第2レベルから第1レベルへの変化タイミングを確実に検出できるように設定している。
信号検出判定処理S3は、図7に示すように、S33で1秒間のサンプリングを行ったかを判定する点を除き、判定タイミング設定部411による判定タイミング設定処理(S1)と同じ処理を行う。
すなわち、信号検出判定部412は、処理開始時に、最大連続カウントを0に初期化し(S31)、連続カウントを0に初期化する(S32)。そして、TCO信号を1秒間取得してサンプリングを行ったかを判定する(S33)。
また、信号検出判定部412は、S35でNOと判定した場合、連続カウントが最大連続カウントよりも大きいかを判定し(S37)、大きい場合は、最大連続カウントを連続カウントの値に更新して記憶部413に記憶し、信号終了時刻つまり最後に第1レベルであったサンプリングタイミングの時刻を記憶部413に記録する(S38)。そして、S33に戻る。
一方、信号検出判定部412はS37でNOと判定した場合は、そのままS33に戻る。
以上により、1秒の信号における正常な信号が検出できる。例えば、図6(D)では、判定タイミングT12からT13の1秒間における信号65が正常な信号と判定される。
ここで、図6(D)の信号65は、信号検出判定部412で判定した最初の信号であるため、信号検出判定部412は、秒同期タイミングが1秒±62.5msの周期であるとは確認できず、S5でNOと判定する。
そこで、信号検出判定部412は、S3の処理が終了すると、正常と判定した信号66の信号開始タイミングT21を記憶部413に記憶し、前回の信号65からの経過時間(T21−T20)を算出して、1秒±62.5msの周期であるかを確認する(S4)。そして、信号検出判定部412は、その確認が5回連続してOKであるかを判定する(S5)。
これにより、毎秒の信号検出ができ、秒同期が確立したことを判定でき、図3の処理が終了する。
(1)本実施形態では、受信処理を開始すると、最初に判定タイミング設定部411による判定タイミング設定処理S1が行われる。この判定タイミング設定処理S1では、予め設定された第1判定期間である2秒間内で、第1レベルの信号幅が最も大きい信号の開始タイミングの所定時間前から1秒間隔で発生するタイミングを前記判定タイミングとする。このため、前記二値化信号に、ノイズの影響で第1レベルのパルスが混入していても、その信号幅は小さいため、最も信号幅が大きい信号を検出することで、正常な信号を検出できる。
そして、判定タイミング設定部411は、判定タイミングを、信号幅が最も大きい信号の開始タイミングの所定時間前から1秒間隔で設定するため、信号検出判定部412は、二値化信号の第2レベルから第1レベルへの変化を確実に検出できる。
さらに、信号検出判定部412は、前記判定タイミングから1秒間の信号を順次取得し、1秒間の信号の中で前記第1レベルの信号幅が最も大きい信号の信号開始タイミングを検出しているので、判定タイミング設定部411と同様に、ノイズなどが混入していても、ビット値を表す正常な信号を確実に検出できる。従って、前記信号開始タイミングの間隔が、所定回数(5回)連続して、1秒を基準とする所定範囲内(1秒±62.5ms)であれば、毎秒の信号を確実に検出できる。従って、標準電波を受信する際の秒同期を確実に行うことができる。
その上、判定タイミング設定部411および信号検出判定部412は、同様の信号処理方法で、正常な信号の開始タイミングを検出できる。このため、判定タイミング設定部411および信号検出判定部412で処理プログラムなどを兼用でき、記憶部42の記憶容量も低減できる。
次に、本発明の第2実施形態の電波修正時計について、図面に基づいて説明する。
第1実施形態の判定タイミング設定処理S1では、第1判定期間を2秒間としていたが、第2実施形態では第1判定期間を1秒間とし、かつ、処理開始時に第1レベル信号が出ていないことを確認している。
図8は、第2実施形態の判定タイミング設定処理S1Aを示すフローチャートである。このフローチャートは、図4で示されるフローチャートに対して、S11の前にS40を追加し、S13をS41に置き換えたものに相当する。その他のステップはすべて図4と同じである。
判定タイミング設定部411は、S40でYESと判定されている間は、S40の判定処理を繰り返す。一方、S40でNOと判定された場合、すなわち、処理開始時に第2レベルの信号が出力されている場合や、第1レベルから第2レベルに変化した場合には、S11、S12の初期化処理を行う。
その後は、第1実施形態と同じく、判定タイミング設定部411および信号検出判定部412が図3のS2,S3,S4,S5の処理を実施する。
図9(A)に示すように、判定タイミング設定処理S1Aの処理開始時であるT31のタイミングでは、TCO信号は第2レベル(ハイレベル)であるため、S40でNOと判定される。
そして、図9(A)に示すように、T31からT32の1秒間で2つの第1レベル(ローレベル)の信号91,92が存在する場合、判定タイミング設定部411は最も信号幅の大きな信号92を正常な信号と判定する。
以上の処理を行って、判定タイミング設定部411は、図8に示す判定タイミング設定処理を終了する。
判定タイミング設定処理S1Aの開始時に、S40の判定処理を行って、第1レベル信号でない時点で、1秒間のサンプリングを開始しているので、正常な信号の途中から第1判定期間が開始されることを確実に防止できる。このため、1秒間のサンプリングで、判定タイミングを設定でき、第1実施形態に比べて判定タイミング設定処理S1Aの処理を短縮できる。
なお、本発明は前述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
また、第1実施形態における第1判定期間は、少なくとも2秒以上に限定されず、1秒より大きく、かつ2秒未満に設定することもできる。例えば、標準電波としてJJYを受信する場合、第1レベルのパルス幅としては0.8秒が最も長い。このため、第1判定期間として1.8秒の期間を確保すれば、第1判定期間の開始タイミングが1秒の途中であっても、次の1秒間の信号開始タイミングから0.8秒は少なくとも第1判定期間内に含めることができる。従って、理論上、前記次の1秒間の信号の第1レベルのパルス幅が、0.2秒、0.5秒、0.8秒のいずれであっても検出できる。同様に、標準電波としてDCF77を受信する場合、第1レベルのパルス幅が最も大きいのは、パルス幅0.2秒であるため、1.2秒の期間を確保すれば、理論上、正常な信号を検出できる。
従って、各パルス幅に関して±5ms程度の誤差を考慮し、JJYの場合は第1判定期間として1.9秒、DCF77の場合は第1判定期間として1.3秒に設定すれば確実に正常な信号を検出できる。従って、第1判定期間を、受信する標準電波の種類に応じて、1秒より大きくかつ2秒未満の範囲で設定してもよい。すなわち、受信する標準電波の種類毎に、その標準電波で最も大きな第1レベルのパルス幅に、1秒および誤差分を考慮した時間を第1判定期間としてもよい。
また、信号検出判定部412において、毎秒の信号を検出できたか否かを判定する条件は、連続して所定回数(5回等)に限定されず、前記信号の開始タイミングの間隔のばらつきが1秒を基準とする所定範囲内(例えば1秒±62.5ms)である回数が、測定回数(例えば20回)のうち所定回数(例えば18回)以上であるかを条件としてもよい。要するに、信号検出判定部412において、前記信号の開始タイミングの間隔がほぼ1秒間隔であることを確認できる条件であればよい。
Claims (4)
- 時刻情報を含む標準電波を受信して受信信号を出力する受信部と、
前記受信部が出力した受信信号を検波して包絡線信号を出力する検波部と、
前記検波部が出力した包絡線信号を二値化した二値化信号を出力する二値化部と、
前記二値化信号に基づいて信号検出判定用の判定タイミングを設定する判定タイミング設定部と、
前記判定タイミング設定部で設定された判定タイミングを基準に1秒毎の前記二値化信号を取得して、毎秒の信号を検出できたかを判定する信号検出判定部とを備え、
前記二値化信号は、第1レベルおよび第1レベルと異なる第2レベルに変化するとともに、1秒間隔で第2レベルから第1レベルに変化するものであり、
前記判定タイミング設定部は、予め設定された第1判定期間内で、前記第1レベルの信号幅が最も大きい信号の開始タイミングの所定時間前から1秒間隔で発生するタイミングを前記判定タイミングとし、
前記信号検出判定部は、前記判定タイミングから1秒間の信号を順次取得し、1秒間の信号の中で前記第1レベルの信号幅が最も大きい信号の開始タイミングを検出し、前記信号の開始タイミングの間隔を検出して、毎秒の信号を検出できたか否かを判定する
ことを特徴とする電波修正時計。 - 請求項1に記載の電波修正時計において、
前記判定タイミング設定部は、前記第1判定期間を少なくとも2秒以上とし、判定開始後、前記第1判定期間における前記二値化信号のなかで、第1レベルの信号幅が最も大きい信号の開始タイミングの所定時間前から1秒間隔で発生するタイミングを前記判定タイミングとする
ことを特徴とする電波修正時計。 - 請求項1に記載の電波修正時計において、
前記判定タイミング設定部は、判定開始後、前記二値化信号が第2レベルの状態であることを確認できたら、その確認時点から1秒間の前記二値化信号のなかで、第1レベルの信号幅が最も大きい信号の開始タイミングの所定時間前から1秒間隔で発生するタイミングを前記判定タイミングとする
ことを特徴とする電波修正時計。 - 時刻情報を含む標準電波を受信して受信信号を出力する受信部と、
前記受信部が出力した受信信号を検波して包絡線信号を出力する検波部と、
前記検波部が出力した包絡線信号を二値化した二値化信号を出力する二値化部と、を有する電波修正時計の信号検出方法であって、
前記二値化信号に基づいて信号検出判定用の判定タイミングを設定する判定タイミング設定ステップと、
前記判定タイミング設定ステップで設定された判定タイミングを基準に1秒毎の前記二値化信号を取得して、毎秒の信号を検出できたかを判定する信号検出判定ステップとを備え、
前記二値化信号は、第1レベルおよび第1レベルと異なる第2レベルに変化するとともに、1秒間隔で第2レベルから第1レベルに変化するものであり、
前記判定タイミング設定ステップは、予め設定された第1判定期間内で、前記第1レベルの信号幅が最も大きい信号の開始タイミングの所定時間前から1秒間隔で発生するタイミングを前記判定タイミングとし、
前記信号検出判定ステップは、前記判定タイミングから1秒間の信号を順次取得し、1秒間の信号の中で前記第1レベルの信号幅が最も大きい信号の開始タイミングを検出し、前記信号の開始タイミングの間隔を検出して、毎秒の信号を検出できたか否かを判定する
ことを特徴とする電波修正時計の信号検出方法。
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JP2014081245A (ja) | 2014-05-08 |
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