JP6819308B2 - 電子時計 - Google Patents
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Description
本発明では、予測部が内部時刻の誤差を予測し、モード設定部が、予測された誤差に応じて、第1時刻修正モードおよび第2時刻修正モードのいずれかを設定する。
これによれば、内部時刻の誤差が±0.5秒未満で、時刻同期情報を取得すれば内部時刻を正しく修正できると判断できる場合に、時刻同期情報を取得する第1時刻修正モードを設定できる。また、内部時刻の誤差が±0.5秒以上であり、時刻同期情報および衛星時刻情報を取得して内部時刻を修正する必要があると判断できる場合に、時刻同期情報および衛星時刻情報を取得する第2時刻修正モードを設定できる。
ここで、時刻同期情報の取得に要する平均時間、および、衛星時刻情報の取得に要する平均時間は、位置情報衛星の種類によって異なる場合がある。
このため、本発明では、選択部は、設定された時刻修正モードに応じて、衛星信号を受信する位置情報衛星の種類を選択する。例えば、第1時刻修正モードが設定された場合は、時刻同期情報の取得に要する平均時間が最も短い種類の位置情報衛星を選択する。また、第2時刻修正モードが設定された場合は、時刻同期情報および衛星時刻情報を両方取得するのに要する平均時間が最も短い種類の位置情報衛星を選択する。
そして、第1時刻修正モードが設定されている場合、受信部は、選択部で選択された種類の位置情報衛星から衛星信号を受信して時刻同期情報を取得し、同期信号を出力する。そして、時刻修正部は、当該同期信号に基づいて内部時刻を修正する。
また、第2時刻修正モードが設定されている場合、受信部は、選択部で選択された種類の位置情報衛星から衛星信号を受信して時刻同期情報および衛星時刻情報を取得し、同期信号および時刻情報を出力する。そして、時刻修正部は、当該同期信号および時刻情報に基づいて内部時刻を修正する。
例えば、GPS衛星は、時刻同期情報および衛星時刻情報を、いずれも6秒間隔で送信する。このため、GPS衛星から衛星信号を受信する場合、時刻同期情報および衛星時刻情報は、受信環境が良ければ6秒以内で取得できる。これに対して、GLONASS衛星は、時刻同期情報を2秒間隔で送信し、衛星時刻情報を30秒間隔で送信する。このため、GLONASS衛星から衛星信号を受信する場合、時刻同期情報は、受信環境が良ければ2秒以内で取得できるが、衛星時刻情報は、受信環境が良くても取得に最大で30秒かかる。
本発明によれば、例えば、受信部がGPS衛星およびGLONASS衛星から衛星信号を受信可能に構成されている場合、時刻同期情報を取得して内部時刻を修正する場合は、GLONASS衛星から衛星信号を受信して時刻同期情報を取得するため、GPS衛星から時刻同期情報を取得する場合と比べて、内部時刻を修正するまでに要する時間を短縮できる。
また、時刻同期情報および衛星時刻情報を取得して内部時刻を修正する場合は、GPS衛星から衛星信号を受信して時刻同期情報および衛星時刻情報を取得するため、GLONASS衛星から時刻同期情報および衛星時刻情報を取得する場合と比べて、内部時刻を修正するまでに要する時間を短縮できる。
そして、受信処理が開始されてから時刻同期情報を取得するまでの平均時間は、時刻同期情報の送信間隔に比例する。また、受信処理が開始されてから衛星時刻情報を取得するまでの平均時間は、衛星時刻情報の送信期間に比例する。
このため、第1時刻修正モードが設定された場合は、時刻同期情報の送信間隔が最も短い種類の位置情報衛星を選択することで、受信処理の平均時間を最短にできる。また、第2時刻修正モードが設定された場合は、時刻同期情報の送信間隔および衛星時刻情報の送信間隔のうち、長い方の送信間隔が最も短い種類の位置情報衛星を選択することで、受信処理の平均時間を最短にできる。
本発明によれば、第1時刻修正モードが設定され、時刻同期情報を取得する場合は、GLONASS衛星から送信された衛星信号を受信するため、例えば、GPS衛星から送信された衛星信号を受信する場合と比べて、時刻同期情報の取得に要する時間を短縮できる。
本発明によれば、測位受信処理を実行する場合、例えば、受信処理に要する消費電力が最も小さい種類の位置情報衛星から衛星信号を受信できるため、消費電力を低減できる。
図1は、本発明の第1実施形態に係る電子時計1の正面図である。
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衛星やGLONASS衛星等の位置情報衛星100のうち、少なくとも1つの位置情報衛星100からの衛星信号を受信して時刻情報を生成し、少なくとも3つの位置情報衛星100からの衛星信号を受信して位置情報を生成するように構成されている。
電子時計1は、ユーザーの手首に装着される腕時計であり、時刻等を表示する表示装置10と、入力装置70とを備える。
[電子時計の構造]
電子時計1は、外装ケース2と、カバーガラスと、裏蓋とを備えている。外装ケース2は、金属で形成された円筒状のケース5に、セラミックや金属で形成されたベゼル6が嵌合されて構成されている。
外装ケース2の二つの開口のうち、表面側の開口は、ベゼル6を介してカバーガラスで塞がれており、裏面側の開口は金属で形成された裏蓋で塞がれている。
外装ケース2の側面には、リューズ71と、3つのボタン72,73,74とを備える入力装置70が設けられている。
表示装置10は、文字板11、指針21,22,23、インジケーター針24、指針25,26、日車を備える。
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)で形成されている。
文字板11は、インジケーター針24に対応する目盛12と、指針25,26に対応するサブダイヤル13と、日車の日付を表示するカレンダー小窓16とを備える。
指針21,22,23は、文字板11の表面側に設けられている。指針21は秒針であり、指針22は分針であり、指針23は時針である。ダイヤルリング15には、指針21,22,23によって時刻を指示する目盛(インデックス)が設けられている。
このため、指針21,22,23および文字板11、ダイヤルリング15は、時刻を表示する基本時計を構成する。基本時計は、主に現在地の時刻を表示する。例えば、電子時計1がホノルルで利用されている場合には、ホノルルの現地時刻(ローカルタイム)を表示する。
インジケーター針24は、文字板11の表面側の10時方向に設けられ、目盛12の各位置を指し示すことで各種情報を指示する。
目盛12に記載された「DST(daylight saving time)」は夏時間を意味する。リューズ71やボタン72等の入力装置70を操作して、インジケーター針24を「DST」の「ON」または「OFF」に合わせることで、電子時計1に夏時間のON/OFFを設定することができる。
目盛12に記載された飛行機形状の記号は、機内モードを表す。入力装置70を操作して、インジケーター針24を飛行機形状の記号に合わせて機内モードを選択することで、電子時計1の衛星信号の受信機能が働かないようにできる。
目盛12に記載された「1」と「4+」は受信モードを示す。時刻情報を取得する測時モード(測時受信処理)の際は、インジケーター針24は、「1」を指し示し、位置情報を取得する測位モード(測位受信処理)の際は、インジケーター針24は、目盛12の「4+」を指し示す。これにより、ユーザーは、電子時計1が測位モードにあるのか測時モードにあるのかを目盛12を見ることで認識できる。
指針25,26は、文字板11の表面側の6時方向に設けられている。指針25は分針であり、指針26は時針である。サブダイヤル13には、指針25,26によって時刻を指示する24時間表示の目盛が設けられている。
このため、指針25,26およびサブダイヤル13は、時刻を表示する小時計を構成する。小時計は、主に予め設定したホームタイム(例えば日本の時刻)を表示する。
文字板11の周囲には、ダイヤルリング15が配置されている。ダイヤルリング15は、プラスチックなどで形成され、カバーガラスに平行に設けられた平板部分と、平板部分の内周から文字板11側に傾斜した傾斜部分とを備える。ダイヤルリング15は、平面視においてはリング形状となっており、断面視においてはすり鉢形状となっている。ダイヤルリング15の平板部分と、傾斜部分と、ベゼル6の内周面とによりドーナツ形状の収納空間が形成されており、この収納空間内には、リング状のアンテナ110(図2参照)が収納されている。
ダイヤルリング15には、指針21,22,23によって時刻を指示する目盛(インデックス)と、タイムゾーンの時差を示す数字およびタイムゾーンの都市名を示す略語が表示されている。
入力装置70を操作すると、その手動操作に応じた処理が実行される。
具体的には、リューズ71を1段引くと、現在設定されているタイムゾーンが指針21(秒針)で表示される。現在設定されているタイムゾーンを変更したい場合は、この状態で、リューズ71を右回転させると、指針21が時計回りに移動し、「+1」加算されたタイムゾーンが順次選択される。一方、この状態でリューズ71を左回転させると、「−1」減算されたタイムゾーンが選択される。そして、リューズ71を押し込むことで、選択されたタイムゾーンが確定する。
すなわち、リューズ71を回転させることで、指針21(秒針)も連動して移動し、指針21をダイヤルリング15に表示されたタイムゾーンの時差や都市名に合わせることで、タイムゾーンを手動で選択できる。
また、リューズ71を2段引いた状態で回転させると、指針21,22,23を移動させることができ、表示時刻を手動修正可能な状態となる。
ボタン73を第1設定時間(例えば3秒以上、6秒未満)押して離すと、測時モードでの手動受信処理(強制受信処理)が実行される。受信処理中、インジケーター針24は、測時モードを示す「1」を指示する。
また、ボタン73を第1設定時間よりも長い第2設定時間(例えば6秒以上)押して離すと、測位モードでの手動受信処理(強制受信処理)が実行される。受信処理中、インジケーター針24は、測位モードを示す「4+」を指示する。
なお、各ボタン72,73,74を押した際に実行される処理は、上記のものに限定されず、電子時計1の機能に応じて適宜設定すればよい。
文字板11と、駆動機構20が取り付けられている地板との間には、光発電を行うソーラー発電装置であるソーラーパネル135(図2参照)が備えられている。ソーラーパネル135は、光エネルギーを電気エネルギー(電力)に変換する複数のソーラーセル(光発電素子)を直列接続した円形の平板である。また、ソーラーパネル135は、太陽光の検出機能も有している。
駆動機構20は、文字板11の裏面側に設けられ、指針21(秒針)を駆動するステップモーターと、指針22(分針)および指針23(時針)を駆動するステップモーターと、インジケーター針24を駆動するステップモーターと、指針25,26を駆動するステップモーターとを備える。さらに、電子時計1は、カレンダー小窓16で日付を表示する日車を備えているので、日車を駆動するためのステップモーターも備える。
文字板11の裏面側には、さらに図示しない回路基板およびリチウムイオン電池などの二次電池130(図2参照)が設けられている。回路基板は、衛星信号を受信する受信部としての受信装置(受信モジュール)30(図2参照)、および制御装置40(図2参照)を備えている。二次電池130は、ソーラーパネル135が発電した電力が充電回路90(図2参照)を介して充電される蓄電装置である。
アンテナ110は、リング形状の誘電体を基材として、これに金属のアンテナパターンをメッキや銀ペースト印刷などにより形成したものである。誘電体としては、酸化チタンなどの高周波で使える誘電材料を樹脂に混ぜて成形することができ、これにより誘電体の波長短縮と相俟ってアンテナをより小型化できる。なお、アンテナとしては、本実施形態のようなリングアンテナに限らず、例えばパッチアンテナでもよい。
アンテナ110は、接続部材を介して回路基板と接続されている。
図2は、電子時計1の回路構成を示すブロック図である。電子時計1は、受信装置30、制御装置40、記憶装置60、入力装置70を備えている。制御装置40は、受信制御部41、時刻修正部42、予測部43、モード設定部44、選択部45、誤差計測部46、計時部47を備えている。
受信装置30は、二次電池130に蓄積された電力で駆動される負荷であり、制御装置40によって駆動されると、アンテナ110を通じて位置情報衛星100から送信される衛星信号を受信する。そして、受信装置30は、衛星信号の受信に成功した場合には、秒の更新タイミングを示す同期信号や、時刻情報、現在地の位置情報を制御装置40へ出力する。一方、衛星信号の受信に失敗した場合には、受信装置30は、その旨の情報を制御装置40へ出力する。
受信装置30は、図3に示すように、位置情報衛星100(図1参照)から送信される衛星信号を受信してデジタル信号に変換するRF(Radio Frequency:無線周波数)部31と、受信信号の相関判定を実行して航法メッセージを復調するベースバンド部(BB部)35とを備えて構成されている。なお、本実施形態の受信装置30は、GPS衛星およびGLONASS衛星の2種類の位置情報衛星100から送信される衛星信号を受信できるように構成されている。
RF部31は、アンテナ110で受信された衛星信号を増幅するLNA(Low Noise Amplifier)32と、LNA32で増幅された衛星信号がそれぞれ入力されるGPS処理部31AおよびGLONASS処理部31Bとを備える。
GPS処理部31Aは、GPS衛星から受信したGPS衛星信号(アナログ信号)を処理するGPSアナログ処理部33Aと、GPSアナログ処理部33Aで処理されたアナログ信号をデジタル信号に変換するADC(A/D変換器)であるGPSデジタル変換部34Aとを備える。
GLONASS処理部31Bは、GLONASS衛星から受信したGLONASS衛星信号(アナログ信号)を処理するGLONASSアナログ処理部33Bと、GLONASSアナログ処理部33Bで処理されたアナログ信号をデジタル信号に変換するADC(A/D変換器)であるGLONASSデジタル変換部34Bとを備える。
ベースバンド部35は、衛星信号検索部36と、衛星トラッキング部37と、演算部38とを備える。
衛星信号検索部36は、GPS衛星信号検索部36Aと、GLONASS衛星信号検索部36Bとを備える。
衛星トラッキング部37は、GPS衛星トラッキング部37Aと、GLONASS衛星トラッキング部37Bとを備える。
次に、GPSアナログ処理部33AおよびGLONASSアナログ処理部33Bの回路構成について図4を参照して説明する。なお、LNA32、GPSアナログ処理部33A、GLONASSアナログ処理部33Bによって、RF部31のアナログ処理部33が構成されている。アナログ処理部33の入力端子INは、アンテナ110に接続されて衛星信号が入力され、クロック入力端子CLKには図示略の温度補償回路付き水晶発振回路(TCXO:Temperature Compensated Crystal Oscillator)が接続され、温度に関係なくほぼ一定の周波数の基準クロック信号が入力される。
GLONASSアナログ処理部33Bも同じく、ミキサー331Bと、PLL回路332Bと、IFアンプ333Bと、IFフィルター334Bと、IFアンプ335Bとを備える。
各PLL回路332A,332Bは、VCO(Voltage Controlled Oscillator)等を備え、クロック入力端子CLKから入力される基準クロック信号を用いてローカル周波数信号を生成して出力する。
これらのGPSアナログ処理部33A、GLONASSアナログ処理部33Bは、後述するように排他的に機能する。すなわち、GPSアナログ処理部33Aが機能(動作)している間は、GLONASSアナログ処理部33Bは非機能状態に維持される。また、GLONASSアナログ処理部33Bが機能(動作)している間は、GPSアナログ処理部33Aは非機能状態に維持される。したがって、GPSアナログ処理部33AおよびGLONASSアナログ処理部33Bが排他的に機能するとは、GPSアナログ処理部33AおよびGLONASSアナログ処理部33Bが同時には機能しないことを意味する。また、GPSアナログ処理部33AおよびGLONASSアナログ処理部33Bが交互に連続して機能する場合だけでなく、GPSアナログ処理部33AおよびGLONASSアナログ処理部33Bの一方が機能した後、それらの両方が非機能状態である期間を経て他方が機能する場合も含む。
なお、非機能時のGPSアナログ処理部33A、GLONASSアナログ処理部33Bは、電流を流さずに停止状態としてもよいが、機能状態になった場合にすぐに高速処理が行えるように、IFアンプ333A、335A、IFアンプ333B、335Bに電流を流しておきアイドル状態にしておくことが好ましい。非機能時つまりアイドル状態のGPSアナログ処理部33A、GLONASSアナログ処理部33Bは、機能時に比べて低い電流値でほぼ一定しているので、GPSアナログ処理部33A、GLONASSアナログ処理部33Bの一方が機能状態であり、他方が非機能状態となっている場合も、消費電流が増大して大きな電池容量が必要となることもない。
GPSアナログ処理部33Aが機能中は、LNA32で増幅された衛星信号は、ミキサー331AでPLL回路332Aが発生するローカル周波数信号とミキシングされ、IF(Intermediate Frequency:中間周波数)にダウンコンバートされる。ミキサー331AでミキシングされたIFは、IFアンプ333A、IFフィルター334A、IFアンプ335Aを通り、GPSアナログ処理部33Aの出力端子OUT1からGPSデジタル変換部34Aに出力される。
GPSデジタル変換部34Aは、GPSアナログ処理部33Aから出力されたIFをデジタル信号に変換する。
GLONASSデジタル変換部34Bは、GLONASSアナログ処理部33Bから出力されたIFをデジタル信号に変換する。
このように本実施形態では、GPS処理部31AおよびGLONASS処理部31Bは独立して設けられる。すなわち、GPS衛星信号の搬送周波数は、1575.42MHzであるのに対して、GLONASS衛星信号は1602.0MHzを中心とする周波数であり、周波数が異なる。このため、GPS衛星信号用とGLONASS衛星信号用に、それぞれ独立したアナログ処理部を設ければ、効率的な処理が可能となる。
ベースバンド部35は、ハードウェアとして図示を略すがDSP(Digital Signal Processor)、CPU(Central Processing Unit)、SRAM(Static Random Access Memory)、RTC(リアルタイムクロック)等を含んで構成されている。そして、これらのハードウェアおよびソフトウェアの協働によって、前述した衛星信号検索部36、衛星トラッキング部37、演算部38の各機能部を実現している。
衛星信号検索部36は、図3に示すように、GPS衛星信号検索部36Aと、GLONASS衛星信号検索部36Bとを備える。
GPS衛星信号検索部36Aは、各C/Aコードと同一のパターンのローカルコードを発生し、ベースバンド信号に含まれる各C/Aコードとローカルコードの相関をとる処理を行う。そして、GPS衛星信号検索部36Aは、各ローカルコードに対する相関値がピークになるようにローカルコードの発生タイミングを調整し、相関値が閾値以上となる場合にはそのローカルコードのGPS衛星を捕捉したものと判断する。
ここで、GPSでは、すべてのGPS衛星が異なるC/Aコードを用いて同一周波数の衛星信号を送信するCDMA(Code Division Multiple Access)方式を採用している。
したがって、受信した衛星信号に含まれるC/Aコードを判別することで、捕捉可能なGPS衛星を検索(サーチ)することができる。すなわち、GPS衛星毎に設定されているPRNコードを用いて相関処理を行うことで、GPS衛星をサーチできる。
また、本実施形態では、相関方式としてスライディング相関方式を採用しており、主にDSPにおいて実行されている。
電子時計1を装着したユーザーが歩行している場合など、受信装置30を備える電子時計1自体も移動する場合があり、また、位置情報衛星100は高速で移動しているので、衛星信号の入力位相は常に変化している。この変化に追従するために、衛星トラッキング部37は、捕捉した位置情報衛星100をローカルコードを用いて相関値のピークを見つけ続ける相関処理を行うことで、衛星信号を受信する。
この際、GPS衛星信号とGLONASS衛星信号とは、C/Aコードのチップ数が異なるので、トラッキング処理も相違する。このため、それぞれのトラッキング処理を行うように、GPS衛星トラッキング部37AおよびGLONASS衛星トラッキング部37Bを設けている。
このように、GPS衛星信号の変調方式とGLONASS衛星信号の変調方式とは異なるため、衛星信号検索部36と衛星トラッキング部37とは、それぞれGPS用のGPS衛星信号検索部36AおよびGPS衛星トラッキング部37Aと、GLONASS用のGLONASS衛星信号検索部36BおよびGLONASS衛星トラッキング部37Bとを独立して設けて処理している。
演算部38は、信号をデコードするため、捕捉してトラッキングしている位置情報衛星100の航法メッセージを復調し、時刻同期情報、衛星時刻情報、衛星の軌道情報を取得する。なお、時刻同期情報および衛星時刻情報の詳細については後述する。そして、演算部38は、時刻同期情報に基づいて秒の更新タイミングを示す同期信号(PPS:Pulse Per Second)を生成し、衛星時刻情報に基づいて少なくとも時分秒の時刻情報を取得する。そして、生成した同期信号および取得した時刻情報を制御装置40に出力する。また、演算部38は、取得した軌道情報に基づいて現在地の位置情報を算出して取得し、制御装置40に出力する。
また、ベースバンド部35のCPUは、GPS衛星信号をトラッキングするときには、RF部31のGPS処理部31Aと、ベースバンド部35のGPS衛星トラッキング部37Aとを機能(動作)させる。また、GLONASS衛星信号をトラッキングするときには、RF部31のGLONASS処理部31Bと、ベースバンド部35のGLONASS衛星トラッキング部37Bとを機能(動作)させる。したがって、これらも排他的に機能し、同時には動作させない。
したがって、本実施形態の受信装置30では、主にGPS処理部31A、GPS衛星信号検索部36A、GPS衛星トラッキング部37Aによって、GPS衛星からの衛星信号を受信するGPS受信部30Aが構成されている。また、主にGLONASS処理部31B、GLONASS衛星信号検索部36B、GLONASS衛星トラッキング部37Bによって、GLONASS衛星からの衛星信号を受信するGLONASS受信部30Bが構成されている。そして、これらのGPS受信部30AおよびGLONASS受信部30Bは排他的に機能する。
記憶装置60は、図5に示すように、時刻データ記憶部600と、タイムゾーンデータ記憶部680と、定時受信時刻記憶部690とを備えている。
時刻データ記憶部600には、GPS衛星信号から取得したGPS時刻データ610と、GLONASS衛星信号から取得したGLONASS時刻データ620と、内部時刻データ630と、時計表示用時刻データ640と、タイムゾーンデータ650とが記憶される。
GPS時刻データ610には、受信時刻データ611と、閏秒更新データ612とが記憶される。
受信時刻データ611には、GPS衛星信号から取得した時刻情報(GPS時刻)が記憶される。閏秒更新データ612には、少なくとも現在の閏秒のデータが記憶される。すなわち、GPS衛星信号のサブフレーム4、ページ18には、閏秒に関するデータとして、「現在の閏秒」、「閏秒の更新週」、「閏秒の更新日」、「更新後の閏秒」の各データが含まれる。このうち、本実施形態では、少なくとも「現在の閏秒」のデータを、閏秒更新データ612に記憶している。
このため、GPSのように別途の閏秒データは記憶する必要が無い。
内部時刻データ630は、通常は計時部47によって1秒ごとに更新され、衛星信号を受信して時刻情報を取得した場合には、取得した時刻情報によって修正される。したがって、内部時刻データ630には現在のUTCが記憶されている。
制御装置40の予測部43は、正確な時刻(位置情報衛星100が送信する時刻)に対する内部時刻の誤差を予測する。
モード設定部44は、衛星信号を受信して時刻同期情報を取得する第1時刻修正モード、時刻同期情報および衛星時刻情報を取得する第2時刻修正モード、時刻同期情報、衛星時刻情報、および軌道情報を取得する第3時刻修正モードのいずれかを設定する。モード設定部44は、測時モードの場合、予測部43で予測された誤差に応じて第1時刻修正モードまたは第2時刻修正モードを設定し、測位モードの場合、第3時刻修正モードを設定する。
選択部45は、設定された時刻修正モードに応じて、衛星信号を受信する位置情報衛星100の種類を選択する。
受信装置30は、第1時刻修正モードまたは第2時刻修正モードでの処理を開始すると、少なくとも1つの位置情報衛星100を捕捉し、その位置情報衛星100から送信される衛星信号を受信して時刻同期情報および衛星時刻情報を取得する。そして、同期信号および時刻情報を制御装置40に出力する。
また、受信装置30は、第3時刻修正モードでの処理を開始すると、少なくとも3つ、好ましくは4つの位置情報衛星100を捕捉し、その位置情報衛星100から送信される衛星信号を受信して時刻同期情報、衛星時刻情報、軌道情報を取得する。そして、同期信号、時刻情報、および位置情報を制御装置40に出力する。
つまり、電子時計1の内部時刻の年月日時分秒は、内部時刻データ630の内部時刻情報で決定され、当該内部時刻の秒未満の時刻は、秒計測タイマーが計測する計測値によって決定される。
また、時刻修正部42は、受信装置30から出力された時刻情報に基づいて、内部時刻データ630の内部時刻情報を更新する。
また、時刻修正部42は、受信装置30から出力された位置情報(緯度、経度)に基づいてタイムゾーンデータ記憶部680からタイムゾーンデータ(時差情報)を取得し、タイムゾーンデータ650に記憶する。
例えば、日本標準時(JST)は、UTCに対して9時間進めた時刻(UTC+9)であるため、測位モードで取得した位置情報が日本である場合には、時刻修正部42は、タイムゾーンデータ記憶部680から日本標準時の時差情報(+9時間)を読み出してタイムゾーンデータ650に記憶する。このため、時計表示用時刻データ640は、UTCである内部時刻データ630にタイムゾーンデータを加算した時刻となる。これにより、指針21,22,23による表示時刻が修正される。
なお、制御装置40の各機能部の詳細については後述する。
ここで、位置情報衛星100であるGPS衛星から送信される衛星信号の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6〜図8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6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衛星から6秒で送信される。したがって、1つのメインフレームのデータは、各GPS衛星から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衛星の詳細な軌道情報)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衛星の概略軌道情報)が含まれている。
したがって、受信装置30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、受信装置30は、6秒間隔で送信されるTOWを取得すれば、現在時刻が分かる。このため、受信装置30は、通常、TOWのみを取得して時分秒の時刻情報を取得する。
GLONASS(global navigation satellite system)は、ロシアによって運営されている衛星システムで24個の衛星で運用されており、21個の衛星によって衛星信号が送信され、残り3つの衛星はスペアとして使用されている。これらの衛星は3つの軌道に配置され、各軌道は8つの衛星を有する。すなわち、各衛星は3つの軌道平面上に並べられ、3つの軌道平面の昇交点は120度ずつずれていて、それぞれに8つの衛星が等間隔で配置される。この構成では、地球上からいつでも最低4つの衛星を見ることが可能である。
GLONASSの航法メッセージの1サイクルはスーパーフレームと呼ばれる。スーパーフレームは2.5分間隔で送られてくる。スーパーフレームは5つのフレームから構成される。図9に示すように、各フレームは15ストリングスから構成される。各ストリングスの長さは2秒であり、各フレームの長さは30秒である。
各フレームには、Immediate dataと、Non-immediate dataが存在する。Immediate dataはGPS衛星信号のエフェメリス、Non-immediate dataはアルマナックに相当する。したがて、Immediate dataを受信することで、現在位置を計算して測位することが可能となる。
各ストリングの「m」は4ビットのデータであり、フレーム内のストリング番号である1〜15を示す。
ストリング1の「tk」(衛星時刻情報)は12ビットのデータであり、5ビットで0〜23時、6ビットで0〜59分、1ビットで0秒または30秒を示す。この「tk」は、スーパーフレームの先頭が開始されるUTC時刻を示す。
ストリング5の「N4」は5ビットのデータであり、1996年からの4年のインターバル数である1〜31が示される。「NA」は11ビットのデータであり、うるう年の1月1日から数えた日数(1〜1461日のいずれか)が示される。すなわち、前述した「NT」と同じ内容である。
具体的には、現在の年月日を取得するには、ストリング5のNAとストリング4のNTあるいはストリング5のNAを受信すればよい。たとえば、N4が5、NAが10であった場合、2016年1月10になる。算出の方法は、年は1996+4×N4で計算できるので、1996+4×5=2016年となる。月日は、NAは1月1日から数えた日数なので、1月10日と算出できる。
現在の時分秒を取得するには、まずtkを受信して、その次にmを受信すればよい。tkが10時48分30秒であった場合、スーパーフレームの先頭が10時48分30秒と判る。その次に受信したmが、3であった場合は、3番目のストリングである。1つのストリングは2秒で送信されるので、スーパーフレームの先頭から6秒である事が判る。つまり、10時48分30秒+6秒で、10時48分36秒である事が判る。したがって、受信装置30は、30秒間隔で送信されるtkと、次のmを取得すれば、時分秒の時刻情報を取得できる。
なお、GLONASSの時刻は、UTC時刻なので、うるう秒が反映されている。GPSでは、12.5分間隔で送信される、うるう秒情報を受信する必要があるが、短時間の受信でうるう秒が反映されたUTC時刻を受信することができる。
次に、電子時計1が実行する時刻修正処理について、図11〜図14のフローチャートを用いて説明する。
制御装置40は、自動受信条件に該当した場合、または、ボタン73が押され、強制受信操作が行われた場合、時刻修正処理を開始する。制御装置40は、定時受信時刻記憶部690に設定された定時受信時刻になった場合と、ソーラーパネル135の発電電圧または発電電流が設定値以上となり、屋外においてソーラーパネル135に日光が照射していると判断できる場合に、自動受信条件に該当したと判定する。
時刻修正処理が開始されると、モード設定部44は、測時モードか否かを判定する(S11)。モード設定部44は、自動受信条件に該当した場合、または、ボタン73が3秒以上6秒未満押されて強制受信操作が行われた場合は、測時モードであると判定する。また、ボタン73が6秒以上押されて強制受信操作が行われた場合は、測位モードであると判定する。
内部時刻の誤差は、内部時刻が修正された後、時間の経過に比例して大きくなる。図15は、クロック精度が5.8ppm(parts per million)であり、月差が±15秒の場合の、経過時間と内部時刻の誤差との関係を示す表である。図15に示すように、月差が±15秒の場合、内部時刻の誤差の最大値は、1時間経過する毎に約20msずつ大きくなる。例えば、経過時間が12時間である場合の誤差の最大値は、約±250msであり、経過時間が24時間である場合の誤差の最大値は、約±500msである。したがって、経過時間と月差とに基づいて、内部時刻の誤差を予測できる。
ここで、正確な時刻(位置情報衛星100が送信する時刻)に対する内部時刻の誤差が1秒未満の場合、内部時刻が正確な時刻よりも進んでいる場合は、時刻修正部42は、同期信号を取得したタイミングで秒計測タイマーをリセットすることで、内部時刻を正しく修正できる。一方、内部時刻が正確な時刻よりも遅れている場合は、時刻修正部42は、同期信号を取得したタイミングで秒計測タイマーをリセットし、かつ、内部時刻情報の秒の値を1つ進めることで、内部時刻を正しく修正できる。
このように、内部時刻の誤差が1秒未満の場合は、内部時刻が正確な時刻よりも進んでいるか遅れているかが判定できれば、同期信号に基づいて内部時刻を正しく修正できる。
なお、同期信号のみに基づいて内部時刻を正しく修正できるか否かを判定するための、内部時刻の誤差の閾値は、±300msに限定されず、クロック精度などに応じて、±500ms未満の範囲で適宜設定できる。
そして、選択部45は、衛星信号を受信する位置情報衛星100として、時刻同期情報の送信間隔がGPS衛星よりも短いGLONASS衛星を選択する。そして、受信制御部41は、受信装置30に、GLONASS衛星を選択して、第1時刻修正モードでの受信処理を実行する旨、命令する。
これにより、受信装置30は、GLONASS受信部30B(GLONASS処理部31B、GLONASS衛星信号検索部36B、GLONASS衛星トラッキング部37B)を起動し(S15)、時刻情報取得処理S40を開始する(S16)。
時刻情報取得処理S40が開始されると、図12に示すように、受信装置30は、GLONASS処理部31BおよびGLONASS衛星信号検索部36Bによって、GLONASS衛星を検索する(S41)。そして、GLONASS衛星トラッキング部37Bによって捕捉された少なくとも1つのGLONASS衛星を追跡して航法メッセージを取得する(S42)。そして、受信装置30は、演算部38によって、航法メッセージを復調し、航法メッセージに含まれる時刻同期情報および衛星時刻情報を取得するデコード処理を実行する(S43)。
S44でYESと判定された場合、演算部38は、時刻同期情報に基づいて、秒の更新タイミングを示す同期信号(PPS)を生成し、制御装置40に出力する(S45)。
S46でYESと判定された場合、演算部38は、衛星時刻情報に基づいて時分秒の時刻情報を取得し、制御装置40に出力する(S47)。
S48でNOと判定された場合、受信装置30は、処理をS41に戻す。これにより、受信処理を終了する旨の命令があるまで、S41〜S48の処理が繰り返し実行される。
そして、受信処理を終了する旨の命令があると、S48でYESと判定され、受信装置30は、GLONASS受信部30Bを停止させ、時刻情報取得処理S40を終了する。
ここでは、内部時刻の誤差の予測値は、±300ms以下であるため、内部時刻が進んでいる場合は、前回の内部時刻の秒の更新タイミングの後、300ms以内に同期信号が取得される。また、内部時刻が遅れている場合は、同期信号が取得された後、300ms以内に内部時刻の秒が更新される。換言すると、内部時刻の秒が更新されてから700ms経過したタイミング以降に、同期信号が取得される。
このため、誤差計測部46は、内部時刻の秒が更新されてから同期信号が取得されるまでの経過時間T1を計測し、経過時間T1が300ms以内の場合は、内部時刻が進んでいると判定する。すなわち、内部時刻の誤差が、+T1msであると判定する。一方、経過時間T1が700ms以上の場合は、内部時刻が遅れていると判定する。この場合、内部時刻の誤差が、−(1000ms−T1ms)であると判定する。例えば、T1が800msの場合、内部時刻の誤差は、−200msであると判定する。
S19でYESと判定された場合は、実際の誤差が予測値よりも大きく、同期信号のみで内部時刻を修正できるか分からない。このため、受信制御部41は、受信装置30に、第1時刻修正モードでの受信処理を停止する旨、命令する。これにより、受信装置30は、GLONASS受信部30Bを停止する(S20)。そして、モード設定部44は、後述するS23で、時刻同期情報および衛星時刻情報を取得する第2時刻修正モードを設定する。
図16は、予測値が±250msであり、内部時刻が正確な時刻に対して200ms進んでいる場合の内部時刻の修正例を示す図である。
この例では、時刻修正前、内部時刻の秒が更新されてから同期信号が取得されるまでの経過時間T1は200ms(0.2秒)であり、300ms以内であるため、内部時刻が進んでいると判定できる。また、誤差は+200msであり、予測値以下であるため、同期信号によって内部時刻が修正される。
具体的には、時刻修正前は、位置情報衛星100が送信する時刻が00時00分12.0秒のとき、内部時刻が00時00分12.2秒となっているが、同期信号が取得されることで秒計測タイマーがリセットされ、内部時刻が00時00分12.0秒に正しく修正される。
この例では、時刻修正前、経過時間T1は800ms(0.8秒)であり、700ms以上であるため、内部時刻が遅れていると判定できる。また、誤差は−200msであり、予測値以下であるため、同期信号によって内部時刻が修正される。
具体的には、時刻修正前は、位置情報衛星100が送信する時刻が00時00分12.0秒のとき、内部時刻が00時00分11.8秒となっているが、同期信号が取得されることで秒計測タイマーがリセットされ、かつ、内部時刻情報の秒の値が1つ進む。これにより、内部時刻が00時00分12.0秒に正しく修正される。
この例では、誤差は+400msであり、予測値より大きいため、同期信号によって内部時刻を修正せず、時刻同期情報だけではなく衛星時刻情報も取得する第2時刻修正モードが設定される。
第2時刻修正モードが設定されると、選択部45は、衛星信号を受信する位置情報衛星100として、衛星時刻情報の送信間隔がGLONASS衛星よりも短いGPS衛星を選択する。そして、受信制御部41は、受信装置30に、GPS衛星を選択して、第2時刻修正モードでの受信処理を実行する旨、命令する。
この時刻情報取得処理は、前述の時刻情報取得処理S40と同様の処理のため、説明は省略する。なお、GPS衛星は、時刻同期情報および衛星時刻情報を6秒間隔で送信するため、受信環境が良ければ、演算部38は6秒以内に時刻同期情報および衛星時刻情報を取得できる。
図13は、時刻同期処理S60を示すフローチャートである。
時刻同期処理S60が実行されると、図13に示すように、時刻修正部42は、受信装置30から出力された同期信号を取得したか否かを判定する(S61)。
S61でYESと判定された場合、時刻修正部42は、同期信号を取得したタイミングで秒計測タイマーをリセットする(秒同期)。これにより、内部時刻の秒の更新タイミングが修正される(S62)。
S63でYESと判定された場合、時刻修正部42は、取得した時刻情報で内部時刻データ630を更新する。これにより、内部時刻の時分秒の値が更新される(S64)。なお、時刻情報とともに日付情報が取得された場合は、日付情報で内部時刻データ630を更新する。これにより、内部時刻の年月日の値も更新される。
S64の処理の後、または、S63でNOと判定された場合、時刻修正部42は、時刻同期処理S60を終了する。
S26でNOと判定された場合、時刻修正部42は、処理を時刻同期処理S60に戻す。これにより、S26でYESと判定されるか、タイムアウトになるまで、時刻同期処理S60およびS26の処理が繰り返し実行される。
S26でYESと判定された場合は、内部時刻が正しく修正されたと判断できるため、S22で、受信制御部41は、受信装置30に、受信処理を終了する旨、命令する。これにより、受信装置30は、GPS受信部30Aを停止させ、時刻情報取得処理を終了する。そして、制御装置40は、時刻修正処理を終了する。
測位モードでの受信処理は、測時モードでの受信処理と比べて、位置情報衛星100を多く捕捉する必要があるため、受信処理に要する消費電力が大きい。このため、選択部45は、衛星信号を受信する位置情報衛星100として、受信処理に要する消費電力がGLONASS衛星よりも小さいGPS衛星を選択する。そして、受信制御部41は、受信装置30に、GPS衛星を選択して、第3時刻修正モードでの受信処理を実行する旨、命令する。
これにより、受信装置30は、GPS受信部30Aを起動し(S28)、GPS受信部30Aによって位置情報取得処理S40Bを開始する(S29)。
位置情報取得処理S40Bでは、S41〜S51の処理が実行される。このうち、S41〜S48の処理は、時刻情報取得処理S40のS41〜S48の処理と同じため、詳細な説明は省略する。
なお、位置情報取得処理S40Bでは、S42で、受信装置30は、捕捉された少なくとも3つ、好ましくは4つのGPS衛星を追跡して航法メッセージを取得する。そして、S43で、演算部38は、航法メッセージを復調し、航法メッセージに含まれる時刻同期情報、衛星時刻情報、軌道情報を取得するデコード処理を実行する。
S49でYESと判定された場合、演算部38は、軌道情報に基づいて、現在地の位置情報を算出して取得し(S50)、制御装置40に出力する(S51)。
S51の処理の後、または、S49でNOと判定された場合、受信装置30は、S48で制御装置40から受信処理を終了する旨の命令があったか否かを判定する。
時刻同期処理S60の後、時刻修正部42は、受信装置30から出力された位置情報を取得したか否かを判定する(S30)。
S30でNOと判定された場合、時刻修正部42は、処理を時刻同期処理S60に戻す。これにより、S30でYESと判定されるか、タイムアウトになるまで、時刻同期処理S60およびS30の処理が繰り返し実行される。
S30でYESと判定された場合、時刻修正部42は、取得された位置情報に基づいてタイムゾーンデータ記憶部680からタイムゾーンデータを取得し、取得したタイムゾーンデータでタイムゾーンデータ650を更新(修正)する(S31)。これにより、時計表示用時刻データ640が更新され、表示時刻が修正される。
そして、S22で、受信制御部41は、受信装置30に、受信処理を終了する旨、命令する。これにより、受信装置30は、GPS受信部30Aを停止させ、位置情報取得処理S40Bを終了する。そして、制御装置40は、時刻修正処理を終了する。
電子時計1によれば、時刻同期情報を取得して内部時刻を修正する場合、および、時刻同期情報および衛星時刻情報を取得して内部時刻を修正する場合のそれぞれにおいて、受信処理を開始してから内部時刻を修正するまでに要する時間を短縮できる。
すなわち、電子時計1は、時刻同期情報を取得して内部時刻を修正する場合は、時刻同期情報が2秒間隔で送信されるGLONASS衛星から衛星信号を受信して時刻同期情報を取得する。このため、時刻同期情報が6秒間隔で送信されるGPS衛星から時刻同期情報を取得する場合と比べて、内部時刻を修正するまでに要する時間を短縮できる。
また、時刻同期情報および衛星時刻情報を取得して内部時刻を修正する場合は、時刻同期情報および衛星時刻情報が6秒間隔で送信されるGPS衛星から衛星信号を受信して時刻同期情報および衛星時刻情報を取得する。このため、時刻同期情報が2秒間隔で送信され、衛星時刻情報が30秒間隔で送信されるGLONASS衛星から時刻同期情報および衛星時刻情報を取得する場合と比べて、内部時刻を修正するまでに要する時間を短縮できる。
また、内部時刻の修正に要する時間を短縮できるため、受信処理の時間を短縮でき、消費電力を低減することもできる。
なお、本発明は前述の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。
この場合、選択部45は、例えば、衛星信号を受信する位置情報衛星100として、第1時刻修正モードが設定された場合は、時刻同期情報の取得に要する平均時間(時刻同期情報の送信間隔)が最も短い種類の衛星を選択する。また、第2時刻修正モードが設定された場合は、時刻同期情報および衛星時刻情報の取得に要する平均時間(時刻同期情報の送信間隔および衛星時刻情報の送信間隔のうち、長い方の送信間隔)が最も短い種類の衛星を選択する。また、第3時刻修正モードが設定された場合は、受信処理に要する消費電力が最も小さい種類の衛星を選択する。
また、選択部45は、第1時刻修正モードおよび第2時刻修正モードが設定された場合は、情報の取得に要する平均時間だけではなく、受信処理に要する消費電力や、その地域での衛星信号の受信のし易さなどを考慮して、衛星の種類を選択してもよい。
Claims (7)
- 複数の種類の位置情報衛星から送信される衛星信号を受信可能な受信部と、
内部時刻の誤差を予測する予測部と、
予測された誤差に応じて、第1時刻修正モードおよび第2時刻修正モードを設定するモード設定部と、
設定された時刻修正モードに応じて、前記衛星信号を受信する前記位置情報衛星の種類を選択する選択部と、
前記受信部を制御して、設定された時刻修正モードに応じた処理を実行させる受信制御部と、
前記内部時刻を修正する時刻修正部と、を備え、
前記第1時刻修正モードが設定された場合、
前記受信部は、前記選択部で選択された種類の前記位置情報衛星から送信される前記衛星信号を受信して少なくとも時刻同期情報を取得し、前記時刻同期情報に基づいて秒の更新タイミングを示す同期信号を出力し、
前記時刻修正部は、前記同期信号に基づいて、前記内部時刻を修正し、
前記第2時刻修正モードが設定された場合、
前記受信部は、前記選択部で選択された種類の前記位置情報衛星から送信される前記衛星信号を受信して前記時刻同期情報および衛星時刻情報を取得し、前記同期信号および時刻情報を出力し、
前記時刻修正部は、前記同期信号および前記時刻情報に基づいて、前記内部時刻を修正する
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、
前記予測部は、
前記内部時刻が修正されてからの経過時間を計測し、
計測した前記経過時間と、時計の精度とに基づいて、前記内部時刻の誤差を予測する
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、
前記選択部は、
前記第1時刻修正モードが設定された場合、前記時刻同期情報の送信間隔が最も短い種類の前記位置情報衛星を選択し、
前記第2時刻修正モードが設定された場合、前記時刻同期情報の送信間隔および前記衛星時刻情報の送信間隔のうち、長い方の送信間隔が最も短い種類の前記位置情報衛星を選択する
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1項に記載の電子時計において、
前記受信部は、GLONASS衛星から送信される前記衛星信号を受信可能に構成され、
前記選択部は、前記第1時刻修正モードが設定された場合、前記GLONASS衛星を選択する
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1項に記載の電子時計において、
前記受信部は、GPS衛星から送信される前記衛星信号を受信可能に構成され、
前記選択部は、前記第2時刻修正モードが設定された場合、前記GPS衛星を選択する
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1項に記載の電子時計において、
前記第1時刻修正モードが設定された場合、前記同期信号に対する前記内部時刻の秒の更新タイミングの誤差を計測する誤差計測部を備え、
前記モード設定部は、前記第1時刻修正モードを設定し、かつ、前記誤差計測部で計測された誤差が、前記予測部で予測された誤差よりも大きい場合、前記第2時刻修正モードを設定する
ことを特徴とする電子時計。 - 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の電子時計において、
前記受信部は、測時受信処理および測位受信処理を実行可能であり、
前記モード設定部は、
前記受信部に前記測時受信処理を実行させる場合、予測された誤差に応じて前記第1時刻修正モードまたは前記第2時刻修正モードを設定し、
前記受信部に前記測位受信処理を実行させる場合、第3時刻修正モードを設定し、
前記第3時刻修正モードが設定された場合、
前記受信部は、前記選択部で選択された種類の前記位置情報衛星から送信される前記衛星信号に基づいて位置情報を計算して取得し、
前記時刻修正部は、取得された前記位置情報に基づいて表示時刻を修正する
ことを特徴とする電子時計。
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