JP6398623B2 - 測位装置、電波時計、現在位置算出方法、及びプログラム - Google Patents
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Description
測位衛星からの電波を受信する受信手段と、
前記電波が受信された複数の測位衛星の位置及び当該複数の測位衛星からの電波の伝播時間差に基づいて、現在位置を求めるための設定位置を修正しながら前記現在位置に収束させていくことで、前記現在位置を数値的に算出する現在位置算出手段と、
を備え、
前記現在位置算出手段は、
前記電波が受信された複数の測位衛星の位置に基づいて前記設定位置の初期位置を設定する初期位置設定手段と、
前記複数の測位衛星が地球表面に対して垂直な平面から所定の範囲内に偏在している場合に、前回算出された現在位置と、当該前回の算出からの経過時間とに基づいて前記初期位置を前記平面から離れる方向に移動させて設定する初期位置修正手段と、
を備えることを特徴とする測位装置である。
[第1実施形態]
図1は、本発明の測位装置及び電波時計の第1実施形態である電子時計1の機能構成を示すブロック図である。
電子時計1は、ホストCPU41(Central Processing Unit)(機内モード設定手段、表示制御手段)と、ROM42(Read Only Memory)と、RAM43(Random Access Memory)と、発振回路44と、分周回路45と、計時手段としての計時回路46と、表示手段としての表示部47と、表示ドライバ48と、操作手段としての操作部49と、電源部50と、衛星電波受信処理部60(受信手段)と、アンテナANなどを備える。
表示ドライバ48は、表示画面の種別に応じた駆動信号をホストCPU41からの制御信号に基づいて表示部47に出力して、表示画面上に表示を行わせる。
或いは、表示部47の表示画面にタッチセンサが設けられ、当該タッチセンサへのユーザの接触動作に係る接触位置や接触態様に応じた操作信号を出力するタッチパネルとして機能させることで、表示部47と操作部49とが一体的に設けられても良い。
記憶部63は、GPS測位に係る各種設定データや測位の履歴を記憶する。記憶部63には、フラッシュメモリやEEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)などの各種不揮発性メモリが用いられる。記憶部63に記憶されるデータには、各測位衛星の予測軌道情報(アルマナック)や、前回の測位日時及び位置が含まれる。また、記憶部63には、時差テーブル631が記憶されている。この時差テーブル631は、RAM43に記憶された時差テーブル422と同一のものであり、衛星電波受信処理部60において測位が行われた際にこの時差テーブル631が参照されて、標準時間での時差や夏時間実施情報などの地方時情報が特定される。
また、記憶部63には、測位を行ってこの地方時情報を特定するためのプログラム632が記憶されており、モジュールCPU61により読み出されて実行される。
捕捉追尾部66は、受信された信号に対して各測位衛星の各位相でのC/Aコード(疑似ランダムノイズ)との間で各々相関値を算出してそのピークを特定することで、受信されている測位衛星からの信号とその位相を同定する。また、捕捉追尾部66は、同定された測位衛星のC/Aコードとその位相により当該測位衛星からの航法メッセージを継続的に復調、復号する。
本実施形態の電子時計1では、4機以上の測位衛星から航法メッセージを取得し、当該取得された航法メッセージの取得タイミングのずれ(伝播時間差)に基づいて疑似距離を算出する。そして、取得された航法メッセージに含まれるエフェメリスデータを用いて又は記憶部63から当該測位衛星の予測軌道情報を読み出して現在の測位衛星の位置を取得(算出)し、これら疑似距離と測位衛星の位置とに基づいて現在位置を未知数とした連立方程式の解を求める。
この図では、上空から地表を見下ろした場合の平面図が示されている。GPS衛星は、略球面状の地球表面の上空を略円軌道を描いて移動しており、位置S1〜S4は平面内への投影位置、距離t1〜t4は、平面内に投影された距離であり、破線で示された円は、位置S1〜S4から距離t1〜t4の点をそれぞれ含む地表面上の円を便宜上示したものである。
図2(a)に示すように、測位に用いられる4機の測位衛星の現在の位置S1〜S4と距離t1〜t4に応じた疑似距離がそれぞれ得られた場合に、位置S1〜S4に基づいて、例えば、ここでは、位置S1〜S4を平均した位置の緯度経度における地表面上の位置を初期位置c0として定めることが出来る。このとき、これらの位置S1〜S4には、各測位衛星の疑似距離などに応じて重み付け(例えば、疑似距離が小さいほど重みを大きくする)が行われても良いし、単純に、均等な重みであっても良い。また、このとき、初期位置の高さ方向の値としては、地球表面上(平均地球半径約6370km)の位置に設定することが出来る。測位衛星の配位(位置の分布)が適切に分散されている場合には、この初期位置c0から速やかに唯一の収束点c1に収束させて現在位置を求めることが出来る。
ここで、地球表面上とは、実際の地形における凹凸を考慮した高さである必要はなく、ジオイド面(平均海水面)、即ち、標高0mの位置やこれに準ずる位置(例えば、標高100mなど)で良く、更には、単一の半径(例えば、6370km)で定まる球面の表面位置であっても良い。ジオイド面などを利用する場合には、予め緯度経度ごとに地心距離をテーブルデータとして記憶部63などに記憶させておくことが出来る。
図2(b)に示した例と同様に、一の平面(平面視で直線)上付近に4衛星が偏在する場合、この電子時計1では、前回の測位で同定された位置と、前回の測位からの経過時間に基づいて初期位置を変更する。ここでは、前回の測位から経過時間dt後において、当該経過時間dtに所定の移動速度vpを乗じることで最大推定移動距離tmを算出する。そして、前回の測位で同定された前回位置cから初期位置c0までの距離tsよりも最大推定移動距離tmが小さい場合には、前回位置cから初期位置c0に向かって当該最大推定移動距離tm移動させた補正位置c0mに初期位置を変更することで、初期位置を4衛星が偏在する平面上から遠ざかる方向へと外し、当該最大推定移動距離tmの範囲内にある収束点c2に収束しやすい初期位置設定とすることが出来る。
タイムゾーン算出処理が開始されると、モジュールCPU61は、初期設定と動作チェックを行う(ステップS101)。モジュールCPU61は、このときにバッテリ状態の確認を行い、電源部50のバッテリ容量が十分に無い場合には、後述するタイムアウト時間を短縮設定したり、タイムゾーン算出処理自体を中止して処理を終了させたりする。
モジュールCPU61は、電波が受信された複数の測位衛星の位置に基づいて設定位置の初期位置を設定し(初期位置設定手段)、現在位置の算出に係る複数の測位衛星が地球表面に垂直な平面から所定の範囲内に複数の測位衛星が偏在している場合に、前回算出された現在位置と、当該前回の算出からの経過時間とに基づいて初期位置を一の領域から離れる方向に移動させて設定する(初期位置修正手段)。
従って、現在位置を求めるための収束演算の初期位置情報が不足している場合であっても、前回の測位位置と今回の測位に係る衛星位置とに基づいて、ニュートン・ラフソン法などで解に収束し難い位置から初期位置をより確度の高い収束点の側にずらすことで、速やかに測位演算を収束させることが可能に初期位置を設定することが出来る。また、例え誤った収束点の側に収束した場合でも、収束までに要する時間が短縮されるので、他の条件により、得られた結果が正しくないと判別可能な場合に、速やかに初期位置を再設定して再度測位を行っても合計の受信時間が短縮可能となる。
次に、第2実施形態の電波時計について説明する。
図5は、第2実施形態の電子時計1aの機能構成を示すブロック図である。
この電子時計1aは、第1実施形態の電子時計1に対して計測手段としてのセンサ部51とそのドライバ52が設けられている点を除き同一であり、同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
この電子時計1aでは、センサ部51の計測データに基づいて、移動速度設定手段としてのホストCPU41が運動状態の判別を行ってその履歴を取得する。モジュールCPU61は、タイムゾーン算出処理において、この履歴に基づいて最大推定移動距離tmを算出して、初期位置c0の補正を行う。
状態1:通常移動状態(移動速度vp=80km/h)。
状態2:高速飛行移動状態(移動速度vp=1000km/h)、航空機による移動に対応。
状態3:高速走行移動状態(移動速度vp=400km/h)、新幹線やTGVといった高速鉄道による移動に対応。
状態4:静止状態(移動速度vp=0km/h)。
運動状態取得処理が開始されると、ホストCPU41は、RAM43に記憶されている運動履歴を初期化する(ステップS201)。ホストCPU41は、初期設定として、状態1(移動速度vp=80km/h)に設定する(ステップS202)。また、ホストCPU41は、この初期設定状態と開始日時とを履歴データとして記憶させる(ステップS203)。それから、ホストCPU41の処理は、ステップS204〜S216のループ処理に入る。
このタイムゾーン算出処理は、第1実施形態の電子時計1におけるタイムゾーン算出処理におけるステップS108がステップS108aに置き換えられた点を除き同一であり、同一の処理については説明を省略する。
モジュールCPU61は、これら異なる移動速度vpと対応する経過時間に応じて最大推定移動距離tmを算出することで、より正確に実際の推定移動距離に近い最大推定移動距離を用いて適切な初期位置の変更を行うことが出来る。
例えば、上記実施の形態では、4機以上の測位衛星からの受信データを用いて現在位置の三次元座標(未知数4)を求めることとしたが、高度を固定(例えば、標高0mや、前回の標高)することで、3機の測位衛星からの受信データを用いて二次元座標(未知数3)を算出することが可能であっても良い。また、直近に測位が行われていて計時回路46の計数する日時に十分な精度がある場合や、更に、計時回路に温度補償回路が設けられているなどで、水晶発振器のみの発振回路44による日時の計数よりも精度が良い場合には、位置座標のみを未知数として、二次元座標(未知数2)又は三次元座標(未知数3)を算出しても良い。
その他、上記実施の形態で示した具体的な構成、処理内容やその手順は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
<請求項1>
測位衛星からの電波を受信する受信手段と、
前記電波が受信された複数の測位衛星の位置及び当該複数の測位衛星からの電波の伝播時間差に基づいて、現在位置を求めるための設定位置を修正しながら前記現在位置に収束させていくことで、前記現在位置を数値的に算出する現在位置算出手段と、
を備え、
前記現在位置算出手段は、
前記電波が受信された複数の測位衛星の位置に基づいて前記設定位置の初期位置を設定する初期位置設定手段と、
前記複数の測位衛星が地球表面に対して垂直な平面から所定の範囲内に偏在している場合に、前回算出された現在位置と、当該前回の算出からの経過時間とに基づいて前記初期位置を前記平面から離れる方向に移動させて設定する初期位置修正手段と、
を備えることを特徴とする測位装置。
<請求項2>
前記初期位置設定手段は、前記複数の測位衛星の位置をそれぞれ所定の重みで平均した位置の緯度経度に応じた地球表面上の位置に前記初期位置を設定することを特徴とする請求項1記載の測位装置。
<請求項3>
前記初期位置修正手段は、前記経過時間に所定の移動速度を乗じた最大推定移動距離が、前記前回の現在位置から前記初期位置までの距離よりも小さい場合に、前記前回の現在位置から前記初期位置への方向に当該最大推定移動距離移動させた位置に前記初期位置を設定することを特徴とする請求項1又は2記載の測位装置。
<請求項4>
前記初期位置修正手段は、前記経過時間に所定の移動速度を乗じた最大推定移動距離が、前記前回の現在位置から前記初期位置までの距離よりも小さい場合に、前記初期位置を通り、前記平面と地球表面との交線に対して垂直な線上であって、且つ、前記前回の現在位置から前記最大推定移動距離となる地球表面上の点に前記初期位置を移動させて設定することを特徴とする請求項1又は2記載の測位装置。
<請求項5>
前記初期位置修正手段は、前記経過時間に所定の移動速度を乗じた最大推定移動距離が、前記前回の現在位置から前記初期位置までの距離よりも小さい場合に、前記初期位置から前記前回の現在位置への方向と、前記平面と地球表面との交線に垂直な方向と、を二等分する方向であって、且つ、前記前回の現在位置から前記最大推定移動距離となる地球表面上の点に前記初期位置を移動させて設定することを特徴とする請求項1又は2記載の測位装置。
<請求項6>
前記受信手段の動作を禁止する機内モード設定手段と、
ユーザの入力操作を受け付けて、前記機内モード設定手段のオンオフを切り替える操作手段と、
を備え、
前記所定の移動速度は、前記機内モード設定手段により前記受信手段の動作が禁止されている期間には、航空機の飛行速度に応じた所定の速度に設定され、前記受信手段の動作が禁止されていない期間には、所定の地上走行移動速度に応じた速度に設定され、前記経過時間は、異なる前記所定の移動速度の各々について計数される
ことを特徴とする請求項3〜5の何れか一項に記載の測位装置。
<請求項7>
当該測位装置の運動状態を計測する計測手段と、
前記計測された運動状態に応じて前記所定の移動速度を変更する移動速度設定手段と、
を備えることを特徴とする請求項3〜6の何れか一項に記載の測位装置。
<請求項8>
請求項1〜7の何れか一項に記載の測位装置と、
現在の日時を計数する計時手段と、
前記算出された現在位置に応じた地方時情報を取得する地方時取得手段と、
前記現在の日時に前記取得された地方時情報に基づく時差を反映させて表示手段に表示させる表示制御手段と、
を備えることを特徴とする電波時計。
<請求項9>
測位衛星からの電波を受信する受信手段を備える測位装置において、前記電波が受信された複数の測位衛星の位置及び当該複数の測位衛星からの電波の伝播時間差に基づいて、現在位置を求めるための設定位置を修正しながら前記現在位置に収束させていくことで、前記現在位置を数値的に算出する現在位置算出方法であって、
前記電波が受信された複数の測位衛星の位置に基づいて前記設定位置の初期位置を設定する初期位置設定ステップ、
前記複数の測位衛星が地球表面に対して垂直な平面から所定の範囲内に偏在している場合に、前回算出された現在位置と、当該前回の算出からの経過時間とに基づいて前記初期位置を前記平面から離れる方向に移動させて設定する初期位置修正ステップ、
を含むことを特徴とする現在位置算出方法。
<請求項10>
測位衛星からの電波を受信する受信手段を備えるコンピュータを、
前記電波が受信された複数の測位衛星の位置及び当該複数の測位衛星からの電波の伝播時間差に基づいて、現在位置を求めるための設定位置を修正しながら前記現在位置に収束させていくことで、前記現在位置を数値的に算出する現在位置算出手段として機能させるプログラムであって、
前記現在位置算出手段は、
前記電波が受信された複数の測位衛星の位置に基づいて前記設定位置の初期位置を設定する初期位置設定手段と、
前記複数の測位衛星が地球表面に対して垂直な平面から所定の範囲内に偏在している場合に、前回算出された現在位置と、当該前回の算出からの経過時間とに基づいて前記初期位置を前記平面から離れる方向に移動させて設定する初期位置修正手段と、
を備えることを特徴とするプログラム。
1a 電子時計
41 ホストCPU
42 ROM
421 プログラム
422 時差テーブル
43 RAM
44 発振回路
45 分周回路
46 計時回路
47 表示部
48 表示ドライバ
49 操作部
50 電源部
51 センサ部
52 ドライバ
60 衛星電波受信処理部
61 モジュールCPU
62 メモリ
63 記憶部
631 時差テーブル
632 プログラム
64 RF部
65 ベースバンド変換部
66 捕捉追尾部
AN アンテナ
Claims (10)
- 測位衛星からの電波を受信する受信手段と、
前記電波が受信された複数の測位衛星の位置及び当該複数の測位衛星からの電波の伝播時間差に基づいて、現在位置を求めるための設定位置を修正しながら前記現在位置に収束させていくことで、前記現在位置を数値的に算出する現在位置算出手段と、
を備え、
前記現在位置算出手段は、
前記電波が受信された複数の測位衛星の位置に基づいて前記設定位置の初期位置を設定する初期位置設定手段と、
前記複数の測位衛星が地球表面に対して垂直な平面から所定の範囲内に偏在している場合に、前回算出された現在位置と、当該前回の算出からの経過時間とに基づいて前記初期位置を前記平面から離れる方向に移動させて設定する初期位置修正手段と、
を備えることを特徴とする測位装置。 - 前記初期位置設定手段は、前記複数の測位衛星の位置をそれぞれ所定の重みで平均した位置の緯度経度に応じた地球表面上の位置に前記初期位置を設定することを特徴とする請求項1記載の測位装置。
- 前記初期位置修正手段は、前記経過時間に所定の移動速度を乗じた最大推定移動距離が、前記前回の現在位置から前記初期位置までの距離よりも小さい場合に、前記前回の現在位置から前記初期位置への方向に当該最大推定移動距離移動させた位置に前記初期位置を設定することを特徴とする請求項1又は2記載の測位装置。
- 前記初期位置修正手段は、前記経過時間に所定の移動速度を乗じた最大推定移動距離が、前記前回の現在位置から前記初期位置までの距離よりも小さい場合に、前記初期位置を通り、前記平面と地球表面との交線に対して垂直な線上であって、且つ、前記前回の現在位置から前記最大推定移動距離となる地球表面上の点に前記初期位置を移動させて設定することを特徴とする請求項1又は2記載の測位装置。
- 前記初期位置修正手段は、前記経過時間に所定の移動速度を乗じた最大推定移動距離が、前記前回の現在位置から前記初期位置までの距離よりも小さい場合に、前記初期位置から前記前回の現在位置への方向と、前記平面と地球表面との交線に垂直な方向と、を二等分する方向であって、且つ、前記前回の現在位置から前記最大推定移動距離となる地球表面上の点に前記初期位置を移動させて設定することを特徴とする請求項1又は2記載の測位装置。
- 前記受信手段の動作を禁止する機内モード設定手段と、
ユーザの入力操作を受け付けて、前記機内モード設定手段のオンオフを切り替える操作手段と、
を備え、
前記所定の移動速度は、前記機内モード設定手段により前記受信手段の動作が禁止されている期間には、航空機の飛行速度に応じた所定の速度に設定され、前記受信手段の動作が禁止されていない期間には、所定の地上走行移動速度に応じた速度に設定され、前記経過時間は、異なる前記所定の移動速度の各々について計数される
ことを特徴とする請求項3〜5の何れか一項に記載の測位装置。 - 当該測位装置の運動状態を計測する計測手段と、
前記計測された運動状態に応じて前記所定の移動速度を変更する移動速度設定手段と、
を備えることを特徴とする請求項3〜6の何れか一項に記載の測位装置。 - 請求項1〜7の何れか一項に記載の測位装置と、
現在の日時を計数する計時手段と、
前記算出された現在位置に応じた地方時情報を取得する地方時取得手段と、
前記現在の日時に前記取得された地方時情報に基づく時差を反映させて表示手段に表示させる表示制御手段と、
を備えることを特徴とする電波時計。 - 測位衛星からの電波を受信する受信手段を備える測位装置において、前記電波が受信された複数の測位衛星の位置及び当該複数の測位衛星からの電波の伝播時間差に基づいて、現在位置を求めるための設定位置を修正しながら前記現在位置に収束させていくことで、前記現在位置を数値的に算出する現在位置算出方法であって、
前記電波が受信された複数の測位衛星の位置に基づいて前記設定位置の初期位置を設定する初期位置設定ステップ、
前記複数の測位衛星が地球表面に対して垂直な平面から所定の範囲内に偏在している場合に、前回算出された現在位置と、当該前回の算出からの経過時間とに基づいて前記初期位置を前記平面から離れる方向に移動させて設定する初期位置修正ステップ、
を含むことを特徴とする現在位置算出方法。 - 測位衛星からの電波を受信する受信手段を備えるコンピュータを、
前記電波が受信された複数の測位衛星の位置及び当該複数の測位衛星からの電波の伝播時間差に基づいて、現在位置を求めるための設定位置を修正しながら前記現在位置に収束させていくことで、前記現在位置を数値的に算出する現在位置算出手段として機能させるプログラムであって、
前記現在位置算出手段は、
前記電波が受信された複数の測位衛星の位置に基づいて前記設定位置の初期位置を設定する初期位置設定手段と、
前記複数の測位衛星が地球表面に対して垂直な平面から所定の範囲内に偏在している場合に、前回算出された現在位置と、当該前回の算出からの経過時間とに基づいて前記初期位置を前記平面から離れる方向に移動させて設定する初期位置修正手段と、
を備えることを特徴とするプログラム。
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