位置・時刻算出装置および時計
【課題】 無駄な電力の消費を抑えて、適切な測位を実現する。
【解決手段】 ＧＰＳ制御部３７は、電波を取得可能なＧＰＳ衛星数に基づいて、測位モードを決定する。ＧＰＳ制御部３７は、Ｍ個のＧＰＳ衛星にて測位する２次元測位モード、或いは、Ｍ＋１個以上のＧＰＳ衛星にて測位する３次元測位モードの何れかの測位モードとするかを決定するために、Ｍ＋１個以上のＧＰＳ衛星による３次元測位による、ＧＰＳ衛星の配置状態の良好度を示す第１のＰＤＯＰ値と、Ｍ個のＧＰＳ衛星による２次元測位による、ＧＰＳ衛星の配置状態の良好度を示す第２のＰＤＯＰ値を算出し、第１のＰＤＯＰ値と第２のＰＤＯＰ値との間の差異が一定範囲であれば、測位モードを２次元測位モードと決定する。
【解決手段】 ＧＰＳ制御部３７は、電波を取得可能なＧＰＳ衛星数に基づいて、測位モードを決定する。ＧＰＳ制御部３７は、Ｍ個のＧＰＳ衛星にて測位する２次元測位モード、或いは、Ｍ＋１個以上のＧＰＳ衛星にて測位する３次元測位モードの何れかの測位モードとするかを決定するために、Ｍ＋１個以上のＧＰＳ衛星による３次元測位による、ＧＰＳ衛星の配置状態の良好度を示す第１のＰＤＯＰ値と、Ｍ個のＧＰＳ衛星による２次元測位による、ＧＰＳ衛星の配置状態の良好度を示す第２のＰＤＯＰ値を算出し、第１のＰＤＯＰ値と第２のＰＤＯＰ値との間の差異が一定範囲であれば、測位モードを２次元測位モードと決定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＰＳを用いた位置・時刻算出装置およびこの位置・時刻算出装置を備えた時計に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を適用して、現在位置や正確な時刻を測定することが、多くの分野、たとえば、カーナビゲーションなどに適用されている。ＧＰＳを利用した位置測定のことを、以下、ＧＰＳ測位とも称する。
【０００３】
腕時計でも、ＧＰＳ衛星からの電波（以下、「ＧＰＳ電波」と称する。）を受信し、ＧＰＳ測位が可能なＧＰＳ時計装置が提案されている。従来のＧＰＳ時計装置は、従来の時計装置は、時刻を計時する計時回路１１と、ＧＰＳ電波を受信するＧＰＳ受信回路と、種々の情報を記憶するメモリ１３と、入力キーなどを含む入力部と、液晶表示装置を含む表示部と、ＣＰＵなどを備える。
【０００４】
メモリには、ＧＰＳ受信回路により受信されたＧＰＳフレームデータを格納するほか、たとえば、各都市の緯度、経度および標準時刻との時差が含まれる。また、メモリにはＧＰＳ時計装置の種々の機能を実現するプログラム、ＣＰＵなどにおける処理により生成されたデータなどが格納される。
【０００５】
ＣＰＵは、メモリに格納されたプログラムにしたがって、時計回路により計時された時刻を表示部に表示する。
【０００６】
ＣＰＵは、入力部への入力に応答して、或いは、所定の時間間隔でＧＰＳ受信回路を動作させて、ＧＰＳ電波を受信させ、ＧＰＳ電波に含まれるフレームのデータを取得する。また、ＣＰＵは、ＧＰＳ受信回路により取得されたフレームのデータに基づいて、ＧＰＳ時計装置の現在位置および現在時刻を算出する。ＣＰＵは、算出された現在時刻に基づいて、計時回路の時刻を修正し、また、表示部に算出された現在時刻を表示する。
【０００７】
ＧＰＳ受信回路によるＧＰＳ測位は、通常、４つ以上のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信する３次元モード（３ＤＦｉｘ）、３つのＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信する２次元モードの下で行われる。３次元モードにおいては、ＧＰＳ時計装置の現在位置の３次元の座標（ｘ、ｙ、ｚ）およびＧＰＳ時計装置の計時している時刻の誤差δを算出することができる。また、２次元モードにおいては、現在位置の高さを除く２次元の座標（ｘ，ｙ）およびＧＰＳＧＰＳ時計装置の計時している時刻の誤差δを算出することができる。
【０００８】
また、ＧＰＳ電波が受信できたＧＰＳ衛星が３つより少ない場合には、現在位置の測定はせずに時刻情報のみを取得するのが一般的である。
【特許文献１】特開２００７−２５６０４１号公報
【特許文献２】特公平６−７５１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
４つのＧＰＳ衛星のそれぞれの軌道情報および時刻情報を取得することが困難である状況もしばしば生じる。特許文献１には、ＧＰＳ受信機を搭載した装置（特許文献１ではナビゲーション装置）において、ＧＰＳ測位環境の変化や装置が位置する高さ（標高）の変化を検出して、３次元測位と２次元測位を切り替える技術が提案されている。ＧＰＳ測定環境の劣化に伴って、２次元測位とすることにより、ＧＰＳ電波を取得すべきＧＰＳ衛星の数（受信数）は３つに減じることができる。
【００１０】
また、測位誤差の評価のために種々の指標が知られている。たとえば、３次元位置の放射状方向の誤差を求めるためのＰＤＯＰ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｄｉｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ）、水平方向の誤差を求めるためのＨＤＯＰ（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ Ｄｉｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ）、高度方向の誤差を求めるためのＶＤＯＰ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｄｉｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ）などである。
【００１１】
特許文献２には、３次元測位のために選択した衛星のＨＤＯＰと、２次元測位のために選択した衛星のＨＤＯＰを比較して、前者が大きければ３次元測位を実行し、後者が大きければ２次元測位を実行するような技術が開示されている。
【００１２】
特に、腕時計型のＧＰＳ時計装置のような電池を電力源とする小型の装置では、消費電力を小さくすることが求められる。定期的に正確な現在時刻および現在位置を得るためには、定期的にＧＰＳ受信部を動作させる必要がある。ＧＰＳ受信部の消費電力は現状で数十ミリワットと大きいため、ＧＰＳ電波の受信信号強度が小さいところで受信動作をさせた場合には、軌道情報や時刻情報の取得に長時間を要し、場合によっては、受信が失敗する可能性がある。このように、電池を電力源とする小型の装置においては、多量の電力を消費し電池を消耗させたにもかかわらず満足な測位ができなかった状態を回避することが非常に重要である。
【００１３】
本発明は、無駄な電力の消費を抑えて、適切な測位が可能な位置・時刻算出装置および当該位置・時刻算出装置を備えた時計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の目的は、ＧＰＳ衛星からの電波を受信し、当該電波に基づく信号を出力するＧＰＳ受信手段と、
前記ＧＰＳ受信手段から出力された信号をそれぞれ受け入れて、ＧＰＳ衛星ごとのＧＰＳフレームデータを取得するデコーダを複数有する多チャンネルデコーダ群と、
前記多チャンネルデコーダ群を構成するデコーダからそれぞれ出力されたＧＰＳフレームデータを記憶するフレームデータメモリと、
前記フレームデータメモリに含まれるフレームデータに基づいて、現在位置および現在時刻を算出する位置・時刻算出制御手段と、を備えた位置・時刻算出装置であって、
前記位置・時刻算出制御手段が、
前記デコーダから出力されたフレームデータおよび／または前記フレームデータに格納されたフレームデータに基づいて、フレームデータが取得可能なＧＰＳ衛星数を算出する衛星数算出手段と、
前記ＧＰＳ衛星数に基づいて、測位モードを決定する測位モード決定手段であって、Ｍ個のＧＰＳ衛星にて測位する２次元測位モード、或いは、Ｍ＋１個以上のＧＰＳ衛星にて測位する３次元測位モードの何れかの測位モードとするかを決定するために、前記Ｍ＋１個以上のＧＰＳ衛星による３次元測位による、ＧＰＳ衛星の配置状態の良好度を示す第１の指標値と、前記Ｍ個のＧＰＳ衛星による２次元測位による、ＧＰＳ衛星の配置状態の良好度を示す第２の指標値を算出し、前記第１の指標値と第２の指標値との間の差異が一定範囲であれば、測位モードを２次元測位モードと決定する測位モード決定手段と、を有し、
前記位置・時刻算出制御手段が、前記決定された測位モードおよび当該測位モードの算出に用いたＧＰＳ衛星の情報に基づいて、前記多チャンネルデコーダ中、所定のデコーダのみを動作させることを特徴とする位置・時刻算出装置により達成される。
【００１５】
好ましい実施態様においては、前記測位モード決定手段が、前記Ｍ＋１個以上のＧＰＳ衛星に関する第１の指標値を算出するために、指標値の差異が一定範囲であれば、より少ないＧＰＳ衛星数に基づいて算出された指標値を選択する。
【００１６】
また、別の好ましい実施態様においては、前記測位モード決定手段が、前記ＧＰＳ衛星数がＭ個より少ない場合に、現在時刻のみを算出する時刻計測モードと決定し、
前記時刻計測モードの下においては、前記位置・時刻算出制御手段が前記多チャンネルデコーダ中、単一のデコーダのみを動作させる。
【００１７】
また、好ましい実施態様においては、前記位置・時刻算出制御手段が、
前記フレームデータメモリ中に格納された各ＧＰＳ衛星の軌道情報を参照して、当該軌道情報が有効か否かを判断する有効判断手段を有し、
前記有効判断手段により前記軌道情報が有効であると判断された場合に、前記衛星数算出手段は、前記フレームデータに格納されたフレームデータに基づいて、フレームデータが取得可能なＧＰＳ衛星数を算出し、前記有効判断手段により前記軌道情報が有効でないと判断された場合に、前記位置・時刻算出制御手段は、前記多チャンネルデコーダ群中の前記デコーダを動作させて、前記ＧＰＳフレームデータを取得させ、前記衛星数算出手段が、前記デコーダから出力されたフレームデータに基づいて、フレームデータが取得可能なＧＰＳ衛星数を算出する。
【００１８】
より好ましい実施態様においては、前記衛星数算出手段は、前記デコーダから出力されたフレームデータのうち、最初のサブフレームが取得できたか否かに基づいて、ＧＰＳ衛星数を算出する。
【００１９】
また、より好ましい実施態様においては、前記位置・時刻算出制御手段は、前記多チャンネルデコーダ群中の前記デコーダを動作させて、前記ＧＰＳフレームデータを取得させている場合に、前記決定された測位モードおよび当該測位モードの算出に用いたＧＰＳ衛星の情報に基づいて、前記ＧＰＳ衛星の情報により特定されるＧＰＳ衛星のフレームデータを取得しているデコーダのみの動作を継続させる。
【００２０】
また、本発明の目的は、上記位置・時刻算出装置と、
内部クロックにしたがって現在時刻を計時する計時手段と、
前記位置・時刻算出装置により取得された現在時刻にしたがって、前記計時手段の現在時刻を補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする時計により達成される。
【００２１】
好ましい実施態様においては、前記位置・時刻算出装置により取得された現在位置を表示する表示手段を備える。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、無駄な電力の消費を抑えて、適切な測位が可能な位置・時刻算出装置および当該位置・時刻算出装置を備えた時計を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して、本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかるＧＰＳ時計装置の構成を示すブロックダイヤグラムである。図１に示すように、本実施の形態にかかるＧＰＳ時計装置は、アンテナ１２、前置増幅回路１４、高周波受信回路１６、ＧＰＳ信号処理部１８、ＣＰＵ２０，ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２４、計時回路２６、発振回路２８、入力部３０および表示部３２を有する。
【００２４】
本実施の形態においては、アンテナ１２、前置増幅回路１４、高周波受信回路１６によりＧＰＳ受信回路が構成される。また、ＧＰＳ信号処理部１８は、図１では、ＣＰＵ２０と別体として記載しているが、ＣＰＵとは異なる回路として存在しても良いし、ＣＰＵ内に組み込まれていても良い。後述するＧＰＳ制御部３７も同様に、ＣＰＵとは異なる回路として存在しても良いし、ＣＰＵ内に組み込まれていても良い。
【００２５】
ＲＯＭ２２には、時計装置の種々の機能を実現するためのプログラム、たとえば、ＧＰＳ電波から取得したＧＰＳフレームデータに基づいて時刻を修正するプログラム、ＧＰＳフレームデータに基づいて種々の指標を算出するプログラムなどが格納されている。また、ＲＯＭ２２には、各都市の緯度、経度および標準時刻との時差なども格納されている。ＲＡＭ１４は、ＲＯＭ２２に格納されたプログラムを一時的に記憶し、また、ＣＰＵ２０などがプログラムを実行する過程で生じたデータを記憶することができる。
【００２６】
計時回路２６は、発振回路２８において生成された内部クロック信号にしたがって計時を行い現在時刻を算出する。また、ＧＰＳ信号処理部１８により取得された正確な時刻情報にしたがって、計時した時刻を修正できるようになっている。入力部３０は入力キーを有し、使用者が所望の指示を時計装置に与えることができる。表示部３２は液晶表示装置を有し、現在時刻や現在位置などを表示することが可能である。
【００２７】
図２は、本実施の形態にかかるＧＰＳ信号処理部１８の構成を示すブロックダイヤグラムである。図２に示すように、多チャンネルデコーダ群３５、メモリ３６およびＧＰＳ制御部３７を有する。多チャンネルデコーダ群３５は、複数個のデコーダ４１〜４ｎを有する。デコーダ４１〜４ｎのそれぞれは、１つのＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号をデコードすることができる。したがって、本実施の形態においては、同時にｎ個のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信し、それぞれをデコードしてデータ（ＧＰＳフレームデータ）を得ることができる。メモリ３６は、デコーダ４１〜４ｎのそれぞれにおいてデコードされたＧＰＳフレームデータを記憶する。なお、図２においてメモリ４６は、ＲＡＭ２４と別のものとして記載されているが、実際には、ＲＡＭ２４の一部をメモリ４６として利用しても良い。
【００２８】
ＧＰＳ制御部３７は、ＲＯＭ２２に格納され、ＲＡＭ２４に展開されたプログラムにしたがって、測位モードを決定し、決定された測位モードにしたがって、現在位置や現在時刻を算出する。後に詳述するが、本実施の形態においては、測位モードには、３次元測位（３ＤＦｉｘ）を行う３ＤＦｉｘモード、２次元測位（２ＤＦｉｘ）を行う２ＤＦｉｘモード、および、現在時刻を取得する時刻計測モードが含まれる。本実施の形態においては、３ＤＦｉｘモードの下での測位（３次元測位）と、２ＤＦｉｘモードの下での測位（２次元測位）とを考えたときに、双方の誤差が一定の範囲内、つまり、３次元測位としても、２次元測位と比較してそれほど精度が向上しないと予測される場合には、２ＤＦｉｘモードの下で２次元測位を行うことで、消費電力の低減を実現する。より具体的には、後に詳述するように、ＧＰＳ衛星の配置状態の良好度を示す指標であるＰＤＯＰ値を用いて、即位モードが決定される。
【００２９】
図３は、ＧＰＳ電波に基づくフレームデータを説明する図である。図３（ａ）に示すように、ＧＰＳフレームデータは、１５００ビット、３０秒のメインフレームを１ページとして合計２５ページのデータから構成される。メインフレームは５つのサブフレームから構成され、各サブフレームの先頭の同期用ワード（２ワード）には、３０ビットのＴＬＭ（Ｔｅｌｅｍｅｔｒｙ）のデータ、および、３０ビットのＨＯＷ（Ｈａｎｄｏｖｅｒ Ｗｏｒｄ）のデータが含まれている。サブフレーム１〜サブフレーム３は、２５ページのメインフレームを通して同一のデータ構成であるが、サブフレーム４およびサブフレーム５は、データ量が多いため、２５ページに分割されて送信されるようになっている。
【００３０】
図３（ｂ）は、それぞれのサブフレームに含まれる情報を示す図である。図３（ｂ）に示すように、サブフレーム１には、ＧＰＳ電波を送信するＧＰＳ衛星自身の衛星時計補正係数、データ更新時期、および、各種のフラグが含まれる。サブフレーム２およびサブフレーム３には、ＧＰＳ電波を送信するＧＰＳ衛星自身の軌道情報（エフェメリス）が含まれる。サブフレーム１〜サブフレーム３は、ＧＰＳ電波を送信するＧＰＳ衛星固有のデータである。これに対して、サブフレーム４およびサブフレーム５には、最大で３２個存在する軌道上のＧＰＳ衛星に共通の概略軌道情報であるアルマナック、電離層補正係数、衛星の状態（衛星が動作中か休止状態かを示す）を示す情報などが含まれる。
【００３１】
アルマナックは、概略的な軌道情報であり、たとえば、本実施の形態にかかる時計装置によりＧＰＳ電波を受信可能なＧＰＳ衛星を特定するために利用することができる。また、エフェメリスはＧＰＳ衛星の詳細な軌道情報であり、ＧＰＳ衛星の位置を特定するためにはエフェメリスを参照する必要がある。
【００３２】
ＧＰＳ衛星から送信されるエフェメリスは数時間（たとえば、４時間）で更新される。その一方、アルマナックは、たとえば１日で更新されるが、実際にはその情報は数週間（たとえば２週間）程度有効である。
【００３３】
上記ＧＰＳフレームデータにおいてエフェメリスを取得するためには３０秒程度を要する。アルマナックの取得にはそれ以上の時間を要することはいうまでもない。そこで、通常、アルマナック、エフェメリスをメモリに保持しておき、これらが利用可能（つまり有効）であれば、これらを利用することで、ＧＰＳフレームデータの取得に要する時間を短くする手法が採用されている。
【００３４】
メモリ中にアルマナックおよびエフェメリスが存在しない場合は、コールドスタートと称され、ＧＰＳフレームデータの捕捉およびデータの取得に数分を要する。また、メモリ中にアルマナックが存在する場合は、ウォームスタートと称され、ＧＰＳフレームデータの捕捉後、データの取得に３０秒〜６０秒を要する。その一方、アルマナックおよび有効なエフェメリスが存在する場合は、ホットスタートと称され、ＧＰＳフレームデータの捕捉後、データの取得に要する時間は数秒である。
【００３５】
また、本実施の形態において、ＧＰＳ測位は、通常、４つ以上のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信する３次元測位モード（３ＤＦｉｘモード）、３つのＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信する２次元測位モード（２ＤＦｉｘモード）、および、３つより少ないＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信する時刻計測モードの何れかの下で行われる。３ＤＦｉｘモードの下では、ＧＰＳ時計装置の現在位置の３次元の座標（ｘ、ｙ、ｚ）およびＧＰＳ時計装置の計時している時刻の誤差δを算出することができる。２ＤＦｉｘモードの下では、現在位置の高さを除く２次元の座標（ｘ，ｙ）およびＧＰＳ時計装置の計時している時刻の誤差δを算出することができる。また、時刻計測モードでは、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳフレームデータに基づいて時刻情報のみを取得する。
【００３６】
図４は、本実施の形態にかかるＧＰＳ測位処理の例を示すフローチャートである。この処理はＧＰＳ制御部３７を含むＧＰＳ信号処理部１８にて実行される。ＧＰＳ測位処理は、使用者が入力部３０を操作してＧＰＳ測位の指示をＣＰＵ２０に与えた場合や、定期的（たとえば、決められた時刻）に実行される。
【００３７】
図４に示すように、ＧＰＳ制御部３７は、メモリ３６中に前回の測位結果が存在するか否かを判断する（ステップ４０１）。本実施の形態においては、後述するようにＧＰＳ測位処理が実行されると、取得されたＧＰＳフレームデータがメモリ３６中に格納される。したがって、ステップ４０１においては、ＧＰＳ制御部３７は、ＧＰＳフレームデータがメモリ中に格納されているか否かを判断する。ステップ４０１でＹｅｓと判断された場合には、ＧＰＳ制御部３７は、ＧＰＳフレームデータ中のアルマナックおよびエフェメリスの何れか一方が有効であるか否かを判断する（ステップ４０２）。アルマナックおよびエフェメリスの有効性は、たとえば、当該アルマナックやエフェメリスを取得した日時を参照して、処理の日時と取得日時との差が所定の範囲（たとえば、アルマナックであれば、１週間、エフェメリスであれば２時間など）であるか否かに基づいて判断されれば良い。
【００３８】
ステップ４０２でＹｅｓと判断された場合には、ステップ４０４の測位モード決定処理に進む。つまり、ステップ４０２でＹｅｓと判断された場合には、ホットスタートに相当する処理となる。
【００３９】
その一方、ステップ４０２でＮｏと判断された場合には、アルマナックおよびエフェメリスの双方の取得を目的として測位が開始される（ステップ４０３）。たとえば、アルマナックおよびエフェメリスの双方がメモリ中に存在しなければ（或いは存在していても有効ではない場合には）、ＧＰＳ信号処理部１８は、ＧＳＰ衛星からのＧＰＳ電波を受信して、これら双方を取得する。つまり、この場合には、コールドスタートに相当する。なお、エフェメリスのみが存在しない場合（或いは有効でない場合）には、有効なアルマナックを利用することで、ＧＰＳ衛星の現在位置を推定することができる。また、アルマナックのみが存在しない場合（或いは有効でない場合）にも、有効なエフェメリスを使用することでＧＰＳ衛星の現在位置を知ることが出来る。したがって、本実施の形態においては、アルマナックおよびアルマナックの少なくとも一方が有効であれば、この時点で測位することなく、測位モード決定処理（ステップ４０４）に移行する。
【００４０】
ステップ４０２においてＹｅｓと判断され、或いは、ステップ４０３において測位が開始されると、ＧＰＳ制御部３７は、測位モード決定処理を実行する（ステップ４０４）。図５は、本実施の形態にかかる測位モード決定処理の例を示すフローチャートである。図５に示すように、ＧＰＳ制御部３７は、ＧＰＳ時計装置の上空に位置するＧＰＳ衛星の数を取得する（ステップ５０１）。より具体的には、ステップ５０１においてＧＰＳ制御部３７は、ホットスタートに相当する場合、つまり、ＧＰＳ衛星のアルマナックおよびエフェメリスの少なくとも一方が有効である場合には、メモリ３６に格納された各ＧＰＳ衛星のアルマナックおよび／またはエフェメリスを参照して、各ＧＰＳ衛星の現在位置を推定し、ＧＰＳ時計装置において電波を取得可能なＧＰＳ衛星の数を取得する。その一方、コールドスタートに相当する場合には、ステップ４０３において測位が開始され、多チャンネルデコーダ群３５のデコーダ４１、４２、・・・において、ＧＰＳ衛星からのフレームデータが順次取得されている。そこで、ＧＰＳ制御部３７は、各デコーダ４１、４２、・・・において取得されるフレームデータを参照してサブフレーム１が取得できているようなＧＰＳ衛星の数を取得する。つまり、コールドスタートに相当する場合であっても、サブフレーム５までのデータの取得を待たず、サブフレーム１が取得された段階で、ＧＰＳ衛星数を取得することは可能である。
【００４１】
ＧＰＳ制御部３７は、衛星数が「３」より少ないか否かを判断する（ステップ５０２）。衛星数が３より少ない場合には（ステップ５０２でＹｅｓ）、ＧＰＳ制御部３７は、測位モードを時刻計測モードと決定する（ステップ５０３）。その一方、衛星数が３以上である場合（ステップ５０２でＮｏ）には、まず、ＧＰＳ制御部３７は、４つ以上のＧＰＳ衛星を選択して、選択されたＧＰＳ衛星についてのＰＤＯＰ値を算出し、さらに、得られたＰＤＯＰ値から第１のＰＤＯＰ値を選択する（ステップ５０４）。なお、図５においては示していないが、衛星数が「３」である場合には、２ＤＦｉｘモードの下でＧＰＳ測位すべきであるため、ステップ５０３移行の処理を経ることなく、ＧＳＰ制御部３７は、測位モードを２ＤＦｉｘモードと決定する。
【００４２】
第１のＰＤＯＰ値の算出は、以下のようなロジックで実現される。Ｎ個の衛星数からのＧＰＳ電波が取得可能である場合には、Ｎ個のＧＰＳ衛星を使用する場合、Ｎ個のうち（Ｎ−１）個のＧＰＳ衛星を使用する場合（ＮＰ（Ｎ−１）通り）、Ｎ個のうち（Ｎ−２）個のＧＰＳ衛星を使用する場合（ＮＰ（Ｎ−２）通り）、・・・というＧＰＳ衛星の組み合わせが考えられる。たとえば、衛星数が「５」であれば、５個全てのＧＰＳ衛星を使用する場合（１通り）、５個のうち４個のＧＰＳ衛星を使用する場合（（５×４×３×２）／（４×３×２×１）＝５通り）が考えられる。
【００４３】
本実施の形態においては、衛星数が同じ場合には最も良好なＰＤＯＰ値が選択される。また、衛星数が異なる場合には、ＰＤＯＰ値の差が一定範囲内であれば、より少ない衛星数のＰＤＯＰ値が選択される。上述したように衛星数が「５」であれば、下記のようなＰＤＯＰ値が算出され得る。
【００４４】
衛星数が５のときのＰＤＯＰ値
ＰＤＯＰＰ５
衛星数が４のときのＰＤＯＰ値
ＰＤＯＰＰ１１
ＰＤＯＰＰ１２
ＰＤＯＰＰ１３
ＰＤＯＰＰ１４
ＰＤＯＰＰ１５
衛星数が４のときのＰＤＯＰ値は複数得られるため、ＧＰＳ制御部３７は、その中で最大値を示すものＭａｘ（ＰＤＯＰＰ１１，ＰＤＯＰＰ１２，ＰＤＯＰＰ１３，ＰＤＯＰＰ１４，ＰＤＯＰＰ１５）＝ＰＤＯＰＰ４ＭＡＸを取得する。また、衛星数５の場合と衛星数４の場合とがあるため、ＧＰＳ制御部３７は、衛星数が５のときのＰＤＯＰ値ＰＤＯＰＰ５と、衛星数が４のときのＰＤＯＰ値（の最大値）ＰＤＯＰＰ４ＭＡＸとを比較し、その差が一定範囲内であれば、衛星数が少ない方、つまり、ＰＤＯＰＰ４ＭＡＸを第１のＰＤＯＰ値として採用する。その一方、上記差が一定範囲以上であれば、衛星数が多い方、つまり、ＰＤＯＰＰ５を第１のＰＤＯＰ値として採用する。ＧＰＳ制御部３７は、第１のＰＤＯＰ値および当該第１のＰＤＯＰ値を算出するのに参照されたＧＰＳ衛星を特定する情報を、メモリ３６に記憶する。なお、ＧＰＳ衛星を特定する情報としては、フレームデータに含まれる衛星番号を利用することができる。
【００４５】
次いで、ＧＰＳ制御部３７は、３つの衛星を選択して、選択されたＧＰＳ衛星についてのＰＤＯＰ値を算出し、さらに、得られたＰＤＯＰ値から第２のＰＤＯＰ値を算出する。ここでも、ＧＰＳ制御部３７は、Ｎ個のＧＰＳ衛星のうち３個を選択した組み合わせ（ＮＰ３通り）のそれぞれについて、ＰＤＯＰ値を算出し、その中の最大値ＰＤＯＰＰ３ＭＡＸを、第２のＰＤＯＰ値とする。第２のＰＤＯＰ値および第２のＰＤＯＰ値を算出するのに参照されたＧＰＳ衛星を特定する情報は、メモリ３６に記憶される。
【００４６】
ＧＰＳ制御部３７は、第１のＰＤＯＰ値から第２のＰＤＯＰ値を減算し（ステップ５０６）、減算により得られた差分値が一定範囲内であるか否かを判断する（ステップ５０７）。ステップ５０７でＹｅｓと判断された場合には、ＧＰＳ制御部３７は、測位モードを２ＤＦｉｘモードと決定する（ステップ５０８）。その一方、ステップ５０７でＮｏと判断された場合には、ＧＰＳ制御部３７は、測位モードを３ＤＦｉｘモードと決定する（ステップ５０９）。
【００４７】
本実施の形態においては、４つ以上のＧＰＳ衛星についての第１のＰＤＯＰ値と、３つのＧＰＳ衛星についての第２のＰＤＯＰ値とを比較して、それらの間の差がそれほど大きくない（一定範囲内）であれば、より衛星数が小さい方、つまり、３つのＧＰＳ衛星による測位を行う。このように、ＧＰＳ衛星の配置状態の良好度を示す指標の差異が一定範囲であり、そのため、が同程度と考えられる場合に、より少ない衛星数での測位を行うことで省電力化を図る。
【００４８】
図４において測位モード決定処理（ステップ４０４）が終了すると、決定された測位モードによる測位が行われる。測位モードが時刻計測モードである場合には、ＧＰＳ制御部３７は、多チャンネルデコーダ群３５のうち１つのデコーダのみをオン状態として（ステップ４０５）、他のデコーダをオフ状態として、ＧＰＳ電波の取得可能な１つのＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波のみを受信して、そのフレームデータを取得する測位処理を実行する（ステップ４０８）。なお、ステップ４０３で測位開始されている場合には、オン状態となっているデコーダのうち、ＧＰＳ電波の受信を継続すべきＧＰＳ衛星の電波を受信しているデコーダのみ、オン状態を継続させ、他のデコーダはオフ状態とする。
【００４９】
測位モードが２ＤＦｉｘモードである場合には、ＧＰＳ制御部３７は、メモリ３６から第２のＰＤＯＰ値を算出するのに参照されたＧＰＳ衛星の情報を取得する。次いで、ＧＰＳ制御部３７は、取得した情報に基づいて３つのＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信するように、多チャンネルデコーダ群３５のうち３つのデコーダのみをオン状態とする（ステップ４０６）。したがって、３つのデコーダのそれぞれがＧＰＳ電波を受信して、そのフレームデータを取得する測位処理を実行する（ステップ４０８）。なお、ステップ４０３で測位開始されている場合には、オン状態となっているデコーダのうち、ＧＰＳ電波の受信を継続すべき３つのＧＰＳ衛星の電波を受信しているデコーダのみ、オン状態を継続させ、他のデコーダはオフ状態とする。
【００５０】
また、測位モードが３ＤＦｉｘモードである場合には、ＧＰＳ制御部３７は、メモリ３６から第１のＰＤＯＰ値を算出するのに参照されたＧＰＳ衛星の情報を取得する。次いで、ＧＰＳ制御部３７は、取得した情報に基づいて４つ以上のＮ個のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信するように、多チャンネルデコーダ群３５のうちＮ個のデコーダのみをオン状態とする（ステップ４０７）。したがって、Ｎ個のデコーダのそれぞれがＧＰＳ電波を受信して、そのフレームデータを取得する測位処理を実行する（ステップ４０８）。なお、ステップ４０３で測位開始されている場合には、オン状態となっているデコーダのうち、ＧＰＳ電波の受信を継続すべきＮ個のＧＰＳ衛星の電波を受信しているデコーダのみ、オン状態を継続させ、他のデコーダはオフ状態とする。
【００５１】
このようにして、時刻測位モードでは、１つのＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信すべく、１つのデコーダのみがオン状態となり、受信されたＧＰＳ電波から取得されたフレームデータがメモリ３６に記憶される。ＧＰＳ制御部３７は、メモリ３６に記憶されたフレームデータから時刻情報を取得してメモリ３６に格納するとともに、時刻情報をＣＰＵ２０に出力する。ＣＰＵ２０は、時刻情報に基づいて、計時回路２６の現在時刻を修正するとともに、表示部３２に、修正された現在時刻を出力して、その画面上に修正された現在時刻を表示させる。
【００５２】
２ＤＦｉｘモードでは、３つのＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信すべく、３つのデコーダのみがオン状態となり、受信されたＧＰＳ電波から取得されたフレームデータがメモリ３６に記憶される。ＧＰＳ制御部３７は、メモリ３６に記憶されたフレームデータから２次元の現在位置情報および時刻情報を取得してメモリ３６に格納するとともに、現在位置情報および時刻情報をＣＰＵ２０に出力する。また、３ＤＦｉｘモードでは、４つ以上のＮ個のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信すべく、Ｎ個のデコーダのみがオン状態となり、受信されたＧＰＳ電波から取得されたフレームデータがメモリ３６に記憶される。ＧＰＳ制御部３７は、メモリ３６に記憶されたフレームデータから３次元の現在位置情報および時刻情報を取得してメモリ３６に格納するとともに、現在位置情報および時刻情報をＣＰＵ２０に出力する。ＣＰＵ２０は、時刻情報２０に基づいて、計時回路２６の現在時刻を修正するとともに、表示部３２に、修正された現在時刻を出力して、その画面上に修正された現在時刻を表示させる。また、ＣＰＵ２０は、２次元或いは３次元の現在位置情報に基づいて、現在位置を示す表示（たとえば地図画像）を生成して、表示部３２の画面上に表示させる。
【００５３】
図６は、ステップ４０３によって各デコーダにより測位が開始された場合の、各デコーダのオン・オフ状態の例を示す図である。メモリ３６にフレームデータが格納されていない場合や、各フレームデータのエフェメリス、アルマナックが有効ではない場合には（符号６０１参照）、ＧＰＳ制御部３７が、各デコーダに対して測位開始指示を与える。各デコーダは、測位開始指示に応答して測位を開始する。ＧＰＳ制御部３７は、デコーダがフレームデータを取得している過程で、測位モード決定処理を実行して、ＧＰＳ衛星数をカウントし、ＧＰＳ衛星の組み合わせのＰＤＯＰ値を算出して、測位モードを決定する（符号６０２参照）。測位モードが決定した段階で、ＧＰＳ制御部３７は、すべてのフレームデータを取得すべきＧＰＳ衛星について、そのフレームデータを取得中のデコーダのみオン状態を継続させ、他のデコーダをオフ状態とする。このような制御により必要最低限のデコーダのみを作動させることで、省電力化を実現する。
【００５４】
図７は、メモリ３６に記憶されたフレームデータの内容が有効な場合の、各デコーダのオン・オフ状態の例を示す図である。図７の例では、メモリ３６に格納されている各ＧＰＳ衛星についてのフレームデータが有効であるため（符号７０１参照）、測位モードが決定されるまで、いずれのデコーダもオフ状態である。ＧＰＳ制御部３７が測位モードを決定すると（符号７０２参照）、測位モードにしたがって、ＧＰＳ電波を受信すべきＧＰＳ衛星の数だけ（図７の例では３つ）、デコーダがオン状態となり、オン状態となったデコーダが、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波からフレームデータを取得する。この場合には、測位に必要なＧＰＳ衛星の数のみデコーダが起動されるため、より省電力を実現することができる。
【００５５】
本実施の形態によれば、２次元測位モードおよび３次元測位モードの何れかを選択するために、Ｍ＋１個（たとえば、Ｍ＝３）以上のＧＰＳ衛星による３次元測位による、ＧＰＳ衛星の配置状態の良好度を示す第１の指標値と、Ｍ個のＧＰＳ衛星による２次元測位による、ＧＰＳ衛星の配置状態の良好度を示す第２の指標値を算出し、前記第１の指標値と第２の指標値との間の差異が一定範囲であれば、測位モードが２次元測位モードと決定される。つまり、ＧＰＳの配置状態の良好状態にそれほどの相違がなく、したがって測位精度もそれほど相違しないと判断される場合には、より少数のＭ個のＧＰＳ衛星を用いた測位が実現される。これにより、測位精度を加味した省電力を実現することが可能となる。
【００５６】
また、本実施の形態においては、上記第１の指標値を算出する際にも、指標値の差異が一定範囲であれば、より少ないＧＰＳ衛星数に基づいて算出された指標値を選択する。したがって、３次元測位モードの場合についても、測位精度を加味した省電力を実現することが可能となる。
【００５７】
本実施の形態においては、ＧＰＳ衛星数がＭ個より少ない場合に、現在時刻のみを算出する時刻計測モードと決定される。この場合には、単一のデコーダのみを動作させることでよりいっそうの省電力化を図る。
【００５８】
また、本実施の形態においては、フレームデータメモリ中に格納された各ＧＰＳ衛星の軌道情報を参照して、当該軌道情報が有効か否かを判断され、軌道情報が有効であると判断された場合に、前記衛星数算出手段は、前記フレームデータに格納されたフレームデータに基づいて、フレームデータが取得可能なＧＰＳ衛星数を算出し、その後、測位モードが決定される。したがって、この場合には測位モードの決定まで、ＧＰＳ衛星からの電波の受信やフレームデータのデコードを行う必要が無い。これにより、必要な場合のみ電波の受信やデコーダの動作をさせることで省電力を図ることができる。
【００５９】
さらに、本実施の形態においては、ＧＰＳ衛星数を算出するためにデコーダによりフレームデータを取得すべき場合であっても、最初のサブフレームが取得できたか否かに基づいて、ＧＰＳ衛星数を算出する。したがって、この時点で、測位モードの決定処理を開始することができ、デコーダの無駄な作動を防止することが可能となる。さらに、この場合に、測位モードが決定されると、測位に必要なＧＰＳ衛星からのフレームデータの取得をしているデコーダのみの動作を継続させ、他のデコーダの動作を中止させる。これによりさらに、デコーダの作動を適正化させることができ、よりいっそうの省電力化を実現できる。
【００６０】
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかるＧＰＳ時計装置の構成を示すブロックダイヤグラムである。
【図２】図２は、本実施の形態にかかるＧＰＳ信号処理部の構成を示すブロックダイヤグラムである。
【図３】図３は、ＧＰＳ電波に含まれるデータを説明する図である。
【図４】図４は、本実施の形態にかかるＧＰＳ測位処理の例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本実施の形態にかかる測位モード決定処理の例を示すフローチャートである。
【図６】図６は、ステップ４０３によって各デコーダにより測位が開始された場合の、各デコーダのオン・オフ状態の例を示す図である。
【図７】図７は、メモリに記憶されたフレームデータの内容が有効な場合の、各デコーダのオン・オフ状態の例を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１２ アンテナ
１４ 前置増幅回路
１６ 高周波受信回路
１８ ＧＰＳ信号処理部
２０ ＣＰＵ
２２ ＲＯＭ
２４ ＲＡＭ
２６ 時計回路
２８ 発振回路
３０ 入力部
３２ 表示部
３５ 多チャンネルデコーダ群
３６ メモリ
３７ ＧＰＳ制御部
４１、４２、・・・ デコーダ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＰＳを用いた位置・時刻算出装置およびこの位置・時刻算出装置を備えた時計に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を適用して、現在位置や正確な時刻を測定することが、多くの分野、たとえば、カーナビゲーションなどに適用されている。ＧＰＳを利用した位置測定のことを、以下、ＧＰＳ測位とも称する。
【０００３】
腕時計でも、ＧＰＳ衛星からの電波（以下、「ＧＰＳ電波」と称する。）を受信し、ＧＰＳ測位が可能なＧＰＳ時計装置が提案されている。従来のＧＰＳ時計装置は、従来の時計装置は、時刻を計時する計時回路１１と、ＧＰＳ電波を受信するＧＰＳ受信回路と、種々の情報を記憶するメモリ１３と、入力キーなどを含む入力部と、液晶表示装置を含む表示部と、ＣＰＵなどを備える。
【０００４】
メモリには、ＧＰＳ受信回路により受信されたＧＰＳフレームデータを格納するほか、たとえば、各都市の緯度、経度および標準時刻との時差が含まれる。また、メモリにはＧＰＳ時計装置の種々の機能を実現するプログラム、ＣＰＵなどにおける処理により生成されたデータなどが格納される。
【０００５】
ＣＰＵは、メモリに格納されたプログラムにしたがって、時計回路により計時された時刻を表示部に表示する。
【０００６】
ＣＰＵは、入力部への入力に応答して、或いは、所定の時間間隔でＧＰＳ受信回路を動作させて、ＧＰＳ電波を受信させ、ＧＰＳ電波に含まれるフレームのデータを取得する。また、ＣＰＵは、ＧＰＳ受信回路により取得されたフレームのデータに基づいて、ＧＰＳ時計装置の現在位置および現在時刻を算出する。ＣＰＵは、算出された現在時刻に基づいて、計時回路の時刻を修正し、また、表示部に算出された現在時刻を表示する。
【０００７】
ＧＰＳ受信回路によるＧＰＳ測位は、通常、４つ以上のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信する３次元モード（３ＤＦｉｘ）、３つのＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信する２次元モードの下で行われる。３次元モードにおいては、ＧＰＳ時計装置の現在位置の３次元の座標（ｘ、ｙ、ｚ）およびＧＰＳ時計装置の計時している時刻の誤差δを算出することができる。また、２次元モードにおいては、現在位置の高さを除く２次元の座標（ｘ，ｙ）およびＧＰＳＧＰＳ時計装置の計時している時刻の誤差δを算出することができる。
【０００８】
また、ＧＰＳ電波が受信できたＧＰＳ衛星が３つより少ない場合には、現在位置の測定はせずに時刻情報のみを取得するのが一般的である。
【特許文献１】特開２００７−２５６０４１号公報
【特許文献２】特公平６−７５１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
４つのＧＰＳ衛星のそれぞれの軌道情報および時刻情報を取得することが困難である状況もしばしば生じる。特許文献１には、ＧＰＳ受信機を搭載した装置（特許文献１ではナビゲーション装置）において、ＧＰＳ測位環境の変化や装置が位置する高さ（標高）の変化を検出して、３次元測位と２次元測位を切り替える技術が提案されている。ＧＰＳ測定環境の劣化に伴って、２次元測位とすることにより、ＧＰＳ電波を取得すべきＧＰＳ衛星の数（受信数）は３つに減じることができる。
【００１０】
また、測位誤差の評価のために種々の指標が知られている。たとえば、３次元位置の放射状方向の誤差を求めるためのＰＤＯＰ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｄｉｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ）、水平方向の誤差を求めるためのＨＤＯＰ（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ Ｄｉｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ）、高度方向の誤差を求めるためのＶＤＯＰ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｄｉｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ）などである。
【００１１】
特許文献２には、３次元測位のために選択した衛星のＨＤＯＰと、２次元測位のために選択した衛星のＨＤＯＰを比較して、前者が大きければ３次元測位を実行し、後者が大きければ２次元測位を実行するような技術が開示されている。
【００１２】
特に、腕時計型のＧＰＳ時計装置のような電池を電力源とする小型の装置では、消費電力を小さくすることが求められる。定期的に正確な現在時刻および現在位置を得るためには、定期的にＧＰＳ受信部を動作させる必要がある。ＧＰＳ受信部の消費電力は現状で数十ミリワットと大きいため、ＧＰＳ電波の受信信号強度が小さいところで受信動作をさせた場合には、軌道情報や時刻情報の取得に長時間を要し、場合によっては、受信が失敗する可能性がある。このように、電池を電力源とする小型の装置においては、多量の電力を消費し電池を消耗させたにもかかわらず満足な測位ができなかった状態を回避することが非常に重要である。
【００１３】
本発明は、無駄な電力の消費を抑えて、適切な測位が可能な位置・時刻算出装置および当該位置・時刻算出装置を備えた時計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の目的は、ＧＰＳ衛星からの電波を受信し、当該電波に基づく信号を出力するＧＰＳ受信手段と、
前記ＧＰＳ受信手段から出力された信号をそれぞれ受け入れて、ＧＰＳ衛星ごとのＧＰＳフレームデータを取得するデコーダを複数有する多チャンネルデコーダ群と、
前記多チャンネルデコーダ群を構成するデコーダからそれぞれ出力されたＧＰＳフレームデータを記憶するフレームデータメモリと、
前記フレームデータメモリに含まれるフレームデータに基づいて、現在位置および現在時刻を算出する位置・時刻算出制御手段と、を備えた位置・時刻算出装置であって、
前記位置・時刻算出制御手段が、
前記デコーダから出力されたフレームデータおよび／または前記フレームデータに格納されたフレームデータに基づいて、フレームデータが取得可能なＧＰＳ衛星数を算出する衛星数算出手段と、
前記ＧＰＳ衛星数に基づいて、測位モードを決定する測位モード決定手段であって、Ｍ個のＧＰＳ衛星にて測位する２次元測位モード、或いは、Ｍ＋１個以上のＧＰＳ衛星にて測位する３次元測位モードの何れかの測位モードとするかを決定するために、前記Ｍ＋１個以上のＧＰＳ衛星による３次元測位による、ＧＰＳ衛星の配置状態の良好度を示す第１の指標値と、前記Ｍ個のＧＰＳ衛星による２次元測位による、ＧＰＳ衛星の配置状態の良好度を示す第２の指標値を算出し、前記第１の指標値と第２の指標値との間の差異が一定範囲であれば、測位モードを２次元測位モードと決定する測位モード決定手段と、を有し、
前記位置・時刻算出制御手段が、前記決定された測位モードおよび当該測位モードの算出に用いたＧＰＳ衛星の情報に基づいて、前記多チャンネルデコーダ中、所定のデコーダのみを動作させることを特徴とする位置・時刻算出装置により達成される。
【００１５】
好ましい実施態様においては、前記測位モード決定手段が、前記Ｍ＋１個以上のＧＰＳ衛星に関する第１の指標値を算出するために、指標値の差異が一定範囲であれば、より少ないＧＰＳ衛星数に基づいて算出された指標値を選択する。
【００１６】
また、別の好ましい実施態様においては、前記測位モード決定手段が、前記ＧＰＳ衛星数がＭ個より少ない場合に、現在時刻のみを算出する時刻計測モードと決定し、
前記時刻計測モードの下においては、前記位置・時刻算出制御手段が前記多チャンネルデコーダ中、単一のデコーダのみを動作させる。
【００１７】
また、好ましい実施態様においては、前記位置・時刻算出制御手段が、
前記フレームデータメモリ中に格納された各ＧＰＳ衛星の軌道情報を参照して、当該軌道情報が有効か否かを判断する有効判断手段を有し、
前記有効判断手段により前記軌道情報が有効であると判断された場合に、前記衛星数算出手段は、前記フレームデータに格納されたフレームデータに基づいて、フレームデータが取得可能なＧＰＳ衛星数を算出し、前記有効判断手段により前記軌道情報が有効でないと判断された場合に、前記位置・時刻算出制御手段は、前記多チャンネルデコーダ群中の前記デコーダを動作させて、前記ＧＰＳフレームデータを取得させ、前記衛星数算出手段が、前記デコーダから出力されたフレームデータに基づいて、フレームデータが取得可能なＧＰＳ衛星数を算出する。
【００１８】
より好ましい実施態様においては、前記衛星数算出手段は、前記デコーダから出力されたフレームデータのうち、最初のサブフレームが取得できたか否かに基づいて、ＧＰＳ衛星数を算出する。
【００１９】
また、より好ましい実施態様においては、前記位置・時刻算出制御手段は、前記多チャンネルデコーダ群中の前記デコーダを動作させて、前記ＧＰＳフレームデータを取得させている場合に、前記決定された測位モードおよび当該測位モードの算出に用いたＧＰＳ衛星の情報に基づいて、前記ＧＰＳ衛星の情報により特定されるＧＰＳ衛星のフレームデータを取得しているデコーダのみの動作を継続させる。
【００２０】
また、本発明の目的は、上記位置・時刻算出装置と、
内部クロックにしたがって現在時刻を計時する計時手段と、
前記位置・時刻算出装置により取得された現在時刻にしたがって、前記計時手段の現在時刻を補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする時計により達成される。
【００２１】
好ましい実施態様においては、前記位置・時刻算出装置により取得された現在位置を表示する表示手段を備える。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、無駄な電力の消費を抑えて、適切な測位が可能な位置・時刻算出装置および当該位置・時刻算出装置を備えた時計を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して、本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかるＧＰＳ時計装置の構成を示すブロックダイヤグラムである。図１に示すように、本実施の形態にかかるＧＰＳ時計装置は、アンテナ１２、前置増幅回路１４、高周波受信回路１６、ＧＰＳ信号処理部１８、ＣＰＵ２０，ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２４、計時回路２６、発振回路２８、入力部３０および表示部３２を有する。
【００２４】
本実施の形態においては、アンテナ１２、前置増幅回路１４、高周波受信回路１６によりＧＰＳ受信回路が構成される。また、ＧＰＳ信号処理部１８は、図１では、ＣＰＵ２０と別体として記載しているが、ＣＰＵとは異なる回路として存在しても良いし、ＣＰＵ内に組み込まれていても良い。後述するＧＰＳ制御部３７も同様に、ＣＰＵとは異なる回路として存在しても良いし、ＣＰＵ内に組み込まれていても良い。
【００２５】
ＲＯＭ２２には、時計装置の種々の機能を実現するためのプログラム、たとえば、ＧＰＳ電波から取得したＧＰＳフレームデータに基づいて時刻を修正するプログラム、ＧＰＳフレームデータに基づいて種々の指標を算出するプログラムなどが格納されている。また、ＲＯＭ２２には、各都市の緯度、経度および標準時刻との時差なども格納されている。ＲＡＭ１４は、ＲＯＭ２２に格納されたプログラムを一時的に記憶し、また、ＣＰＵ２０などがプログラムを実行する過程で生じたデータを記憶することができる。
【００２６】
計時回路２６は、発振回路２８において生成された内部クロック信号にしたがって計時を行い現在時刻を算出する。また、ＧＰＳ信号処理部１８により取得された正確な時刻情報にしたがって、計時した時刻を修正できるようになっている。入力部３０は入力キーを有し、使用者が所望の指示を時計装置に与えることができる。表示部３２は液晶表示装置を有し、現在時刻や現在位置などを表示することが可能である。
【００２７】
図２は、本実施の形態にかかるＧＰＳ信号処理部１８の構成を示すブロックダイヤグラムである。図２に示すように、多チャンネルデコーダ群３５、メモリ３６およびＧＰＳ制御部３７を有する。多チャンネルデコーダ群３５は、複数個のデコーダ４１〜４ｎを有する。デコーダ４１〜４ｎのそれぞれは、１つのＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号をデコードすることができる。したがって、本実施の形態においては、同時にｎ個のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信し、それぞれをデコードしてデータ（ＧＰＳフレームデータ）を得ることができる。メモリ３６は、デコーダ４１〜４ｎのそれぞれにおいてデコードされたＧＰＳフレームデータを記憶する。なお、図２においてメモリ４６は、ＲＡＭ２４と別のものとして記載されているが、実際には、ＲＡＭ２４の一部をメモリ４６として利用しても良い。
【００２８】
ＧＰＳ制御部３７は、ＲＯＭ２２に格納され、ＲＡＭ２４に展開されたプログラムにしたがって、測位モードを決定し、決定された測位モードにしたがって、現在位置や現在時刻を算出する。後に詳述するが、本実施の形態においては、測位モードには、３次元測位（３ＤＦｉｘ）を行う３ＤＦｉｘモード、２次元測位（２ＤＦｉｘ）を行う２ＤＦｉｘモード、および、現在時刻を取得する時刻計測モードが含まれる。本実施の形態においては、３ＤＦｉｘモードの下での測位（３次元測位）と、２ＤＦｉｘモードの下での測位（２次元測位）とを考えたときに、双方の誤差が一定の範囲内、つまり、３次元測位としても、２次元測位と比較してそれほど精度が向上しないと予測される場合には、２ＤＦｉｘモードの下で２次元測位を行うことで、消費電力の低減を実現する。より具体的には、後に詳述するように、ＧＰＳ衛星の配置状態の良好度を示す指標であるＰＤＯＰ値を用いて、即位モードが決定される。
【００２９】
図３は、ＧＰＳ電波に基づくフレームデータを説明する図である。図３（ａ）に示すように、ＧＰＳフレームデータは、１５００ビット、３０秒のメインフレームを１ページとして合計２５ページのデータから構成される。メインフレームは５つのサブフレームから構成され、各サブフレームの先頭の同期用ワード（２ワード）には、３０ビットのＴＬＭ（Ｔｅｌｅｍｅｔｒｙ）のデータ、および、３０ビットのＨＯＷ（Ｈａｎｄｏｖｅｒ Ｗｏｒｄ）のデータが含まれている。サブフレーム１〜サブフレーム３は、２５ページのメインフレームを通して同一のデータ構成であるが、サブフレーム４およびサブフレーム５は、データ量が多いため、２５ページに分割されて送信されるようになっている。
【００３０】
図３（ｂ）は、それぞれのサブフレームに含まれる情報を示す図である。図３（ｂ）に示すように、サブフレーム１には、ＧＰＳ電波を送信するＧＰＳ衛星自身の衛星時計補正係数、データ更新時期、および、各種のフラグが含まれる。サブフレーム２およびサブフレーム３には、ＧＰＳ電波を送信するＧＰＳ衛星自身の軌道情報（エフェメリス）が含まれる。サブフレーム１〜サブフレーム３は、ＧＰＳ電波を送信するＧＰＳ衛星固有のデータである。これに対して、サブフレーム４およびサブフレーム５には、最大で３２個存在する軌道上のＧＰＳ衛星に共通の概略軌道情報であるアルマナック、電離層補正係数、衛星の状態（衛星が動作中か休止状態かを示す）を示す情報などが含まれる。
【００３１】
アルマナックは、概略的な軌道情報であり、たとえば、本実施の形態にかかる時計装置によりＧＰＳ電波を受信可能なＧＰＳ衛星を特定するために利用することができる。また、エフェメリスはＧＰＳ衛星の詳細な軌道情報であり、ＧＰＳ衛星の位置を特定するためにはエフェメリスを参照する必要がある。
【００３２】
ＧＰＳ衛星から送信されるエフェメリスは数時間（たとえば、４時間）で更新される。その一方、アルマナックは、たとえば１日で更新されるが、実際にはその情報は数週間（たとえば２週間）程度有効である。
【００３３】
上記ＧＰＳフレームデータにおいてエフェメリスを取得するためには３０秒程度を要する。アルマナックの取得にはそれ以上の時間を要することはいうまでもない。そこで、通常、アルマナック、エフェメリスをメモリに保持しておき、これらが利用可能（つまり有効）であれば、これらを利用することで、ＧＰＳフレームデータの取得に要する時間を短くする手法が採用されている。
【００３４】
メモリ中にアルマナックおよびエフェメリスが存在しない場合は、コールドスタートと称され、ＧＰＳフレームデータの捕捉およびデータの取得に数分を要する。また、メモリ中にアルマナックが存在する場合は、ウォームスタートと称され、ＧＰＳフレームデータの捕捉後、データの取得に３０秒〜６０秒を要する。その一方、アルマナックおよび有効なエフェメリスが存在する場合は、ホットスタートと称され、ＧＰＳフレームデータの捕捉後、データの取得に要する時間は数秒である。
【００３５】
また、本実施の形態において、ＧＰＳ測位は、通常、４つ以上のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信する３次元測位モード（３ＤＦｉｘモード）、３つのＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信する２次元測位モード（２ＤＦｉｘモード）、および、３つより少ないＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信する時刻計測モードの何れかの下で行われる。３ＤＦｉｘモードの下では、ＧＰＳ時計装置の現在位置の３次元の座標（ｘ、ｙ、ｚ）およびＧＰＳ時計装置の計時している時刻の誤差δを算出することができる。２ＤＦｉｘモードの下では、現在位置の高さを除く２次元の座標（ｘ，ｙ）およびＧＰＳ時計装置の計時している時刻の誤差δを算出することができる。また、時刻計測モードでは、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳフレームデータに基づいて時刻情報のみを取得する。
【００３６】
図４は、本実施の形態にかかるＧＰＳ測位処理の例を示すフローチャートである。この処理はＧＰＳ制御部３７を含むＧＰＳ信号処理部１８にて実行される。ＧＰＳ測位処理は、使用者が入力部３０を操作してＧＰＳ測位の指示をＣＰＵ２０に与えた場合や、定期的（たとえば、決められた時刻）に実行される。
【００３７】
図４に示すように、ＧＰＳ制御部３７は、メモリ３６中に前回の測位結果が存在するか否かを判断する（ステップ４０１）。本実施の形態においては、後述するようにＧＰＳ測位処理が実行されると、取得されたＧＰＳフレームデータがメモリ３６中に格納される。したがって、ステップ４０１においては、ＧＰＳ制御部３７は、ＧＰＳフレームデータがメモリ中に格納されているか否かを判断する。ステップ４０１でＹｅｓと判断された場合には、ＧＰＳ制御部３７は、ＧＰＳフレームデータ中のアルマナックおよびエフェメリスの何れか一方が有効であるか否かを判断する（ステップ４０２）。アルマナックおよびエフェメリスの有効性は、たとえば、当該アルマナックやエフェメリスを取得した日時を参照して、処理の日時と取得日時との差が所定の範囲（たとえば、アルマナックであれば、１週間、エフェメリスであれば２時間など）であるか否かに基づいて判断されれば良い。
【００３８】
ステップ４０２でＹｅｓと判断された場合には、ステップ４０４の測位モード決定処理に進む。つまり、ステップ４０２でＹｅｓと判断された場合には、ホットスタートに相当する処理となる。
【００３９】
その一方、ステップ４０２でＮｏと判断された場合には、アルマナックおよびエフェメリスの双方の取得を目的として測位が開始される（ステップ４０３）。たとえば、アルマナックおよびエフェメリスの双方がメモリ中に存在しなければ（或いは存在していても有効ではない場合には）、ＧＰＳ信号処理部１８は、ＧＳＰ衛星からのＧＰＳ電波を受信して、これら双方を取得する。つまり、この場合には、コールドスタートに相当する。なお、エフェメリスのみが存在しない場合（或いは有効でない場合）には、有効なアルマナックを利用することで、ＧＰＳ衛星の現在位置を推定することができる。また、アルマナックのみが存在しない場合（或いは有効でない場合）にも、有効なエフェメリスを使用することでＧＰＳ衛星の現在位置を知ることが出来る。したがって、本実施の形態においては、アルマナックおよびアルマナックの少なくとも一方が有効であれば、この時点で測位することなく、測位モード決定処理（ステップ４０４）に移行する。
【００４０】
ステップ４０２においてＹｅｓと判断され、或いは、ステップ４０３において測位が開始されると、ＧＰＳ制御部３７は、測位モード決定処理を実行する（ステップ４０４）。図５は、本実施の形態にかかる測位モード決定処理の例を示すフローチャートである。図５に示すように、ＧＰＳ制御部３７は、ＧＰＳ時計装置の上空に位置するＧＰＳ衛星の数を取得する（ステップ５０１）。より具体的には、ステップ５０１においてＧＰＳ制御部３７は、ホットスタートに相当する場合、つまり、ＧＰＳ衛星のアルマナックおよびエフェメリスの少なくとも一方が有効である場合には、メモリ３６に格納された各ＧＰＳ衛星のアルマナックおよび／またはエフェメリスを参照して、各ＧＰＳ衛星の現在位置を推定し、ＧＰＳ時計装置において電波を取得可能なＧＰＳ衛星の数を取得する。その一方、コールドスタートに相当する場合には、ステップ４０３において測位が開始され、多チャンネルデコーダ群３５のデコーダ４１、４２、・・・において、ＧＰＳ衛星からのフレームデータが順次取得されている。そこで、ＧＰＳ制御部３７は、各デコーダ４１、４２、・・・において取得されるフレームデータを参照してサブフレーム１が取得できているようなＧＰＳ衛星の数を取得する。つまり、コールドスタートに相当する場合であっても、サブフレーム５までのデータの取得を待たず、サブフレーム１が取得された段階で、ＧＰＳ衛星数を取得することは可能である。
【００４１】
ＧＰＳ制御部３７は、衛星数が「３」より少ないか否かを判断する（ステップ５０２）。衛星数が３より少ない場合には（ステップ５０２でＹｅｓ）、ＧＰＳ制御部３７は、測位モードを時刻計測モードと決定する（ステップ５０３）。その一方、衛星数が３以上である場合（ステップ５０２でＮｏ）には、まず、ＧＰＳ制御部３７は、４つ以上のＧＰＳ衛星を選択して、選択されたＧＰＳ衛星についてのＰＤＯＰ値を算出し、さらに、得られたＰＤＯＰ値から第１のＰＤＯＰ値を選択する（ステップ５０４）。なお、図５においては示していないが、衛星数が「３」である場合には、２ＤＦｉｘモードの下でＧＰＳ測位すべきであるため、ステップ５０３移行の処理を経ることなく、ＧＳＰ制御部３７は、測位モードを２ＤＦｉｘモードと決定する。
【００４２】
第１のＰＤＯＰ値の算出は、以下のようなロジックで実現される。Ｎ個の衛星数からのＧＰＳ電波が取得可能である場合には、Ｎ個のＧＰＳ衛星を使用する場合、Ｎ個のうち（Ｎ−１）個のＧＰＳ衛星を使用する場合（ＮＰ（Ｎ−１）通り）、Ｎ個のうち（Ｎ−２）個のＧＰＳ衛星を使用する場合（ＮＰ（Ｎ−２）通り）、・・・というＧＰＳ衛星の組み合わせが考えられる。たとえば、衛星数が「５」であれば、５個全てのＧＰＳ衛星を使用する場合（１通り）、５個のうち４個のＧＰＳ衛星を使用する場合（（５×４×３×２）／（４×３×２×１）＝５通り）が考えられる。
【００４３】
本実施の形態においては、衛星数が同じ場合には最も良好なＰＤＯＰ値が選択される。また、衛星数が異なる場合には、ＰＤＯＰ値の差が一定範囲内であれば、より少ない衛星数のＰＤＯＰ値が選択される。上述したように衛星数が「５」であれば、下記のようなＰＤＯＰ値が算出され得る。
【００４４】
衛星数が５のときのＰＤＯＰ値
ＰＤＯＰＰ５
衛星数が４のときのＰＤＯＰ値
ＰＤＯＰＰ１１
ＰＤＯＰＰ１２
ＰＤＯＰＰ１３
ＰＤＯＰＰ１４
ＰＤＯＰＰ１５
衛星数が４のときのＰＤＯＰ値は複数得られるため、ＧＰＳ制御部３７は、その中で最大値を示すものＭａｘ（ＰＤＯＰＰ１１，ＰＤＯＰＰ１２，ＰＤＯＰＰ１３，ＰＤＯＰＰ１４，ＰＤＯＰＰ１５）＝ＰＤＯＰＰ４ＭＡＸを取得する。また、衛星数５の場合と衛星数４の場合とがあるため、ＧＰＳ制御部３７は、衛星数が５のときのＰＤＯＰ値ＰＤＯＰＰ５と、衛星数が４のときのＰＤＯＰ値（の最大値）ＰＤＯＰＰ４ＭＡＸとを比較し、その差が一定範囲内であれば、衛星数が少ない方、つまり、ＰＤＯＰＰ４ＭＡＸを第１のＰＤＯＰ値として採用する。その一方、上記差が一定範囲以上であれば、衛星数が多い方、つまり、ＰＤＯＰＰ５を第１のＰＤＯＰ値として採用する。ＧＰＳ制御部３７は、第１のＰＤＯＰ値および当該第１のＰＤＯＰ値を算出するのに参照されたＧＰＳ衛星を特定する情報を、メモリ３６に記憶する。なお、ＧＰＳ衛星を特定する情報としては、フレームデータに含まれる衛星番号を利用することができる。
【００４５】
次いで、ＧＰＳ制御部３７は、３つの衛星を選択して、選択されたＧＰＳ衛星についてのＰＤＯＰ値を算出し、さらに、得られたＰＤＯＰ値から第２のＰＤＯＰ値を算出する。ここでも、ＧＰＳ制御部３７は、Ｎ個のＧＰＳ衛星のうち３個を選択した組み合わせ（ＮＰ３通り）のそれぞれについて、ＰＤＯＰ値を算出し、その中の最大値ＰＤＯＰＰ３ＭＡＸを、第２のＰＤＯＰ値とする。第２のＰＤＯＰ値および第２のＰＤＯＰ値を算出するのに参照されたＧＰＳ衛星を特定する情報は、メモリ３６に記憶される。
【００４６】
ＧＰＳ制御部３７は、第１のＰＤＯＰ値から第２のＰＤＯＰ値を減算し（ステップ５０６）、減算により得られた差分値が一定範囲内であるか否かを判断する（ステップ５０７）。ステップ５０７でＹｅｓと判断された場合には、ＧＰＳ制御部３７は、測位モードを２ＤＦｉｘモードと決定する（ステップ５０８）。その一方、ステップ５０７でＮｏと判断された場合には、ＧＰＳ制御部３７は、測位モードを３ＤＦｉｘモードと決定する（ステップ５０９）。
【００４７】
本実施の形態においては、４つ以上のＧＰＳ衛星についての第１のＰＤＯＰ値と、３つのＧＰＳ衛星についての第２のＰＤＯＰ値とを比較して、それらの間の差がそれほど大きくない（一定範囲内）であれば、より衛星数が小さい方、つまり、３つのＧＰＳ衛星による測位を行う。このように、ＧＰＳ衛星の配置状態の良好度を示す指標の差異が一定範囲であり、そのため、が同程度と考えられる場合に、より少ない衛星数での測位を行うことで省電力化を図る。
【００４８】
図４において測位モード決定処理（ステップ４０４）が終了すると、決定された測位モードによる測位が行われる。測位モードが時刻計測モードである場合には、ＧＰＳ制御部３７は、多チャンネルデコーダ群３５のうち１つのデコーダのみをオン状態として（ステップ４０５）、他のデコーダをオフ状態として、ＧＰＳ電波の取得可能な１つのＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波のみを受信して、そのフレームデータを取得する測位処理を実行する（ステップ４０８）。なお、ステップ４０３で測位開始されている場合には、オン状態となっているデコーダのうち、ＧＰＳ電波の受信を継続すべきＧＰＳ衛星の電波を受信しているデコーダのみ、オン状態を継続させ、他のデコーダはオフ状態とする。
【００４９】
測位モードが２ＤＦｉｘモードである場合には、ＧＰＳ制御部３７は、メモリ３６から第２のＰＤＯＰ値を算出するのに参照されたＧＰＳ衛星の情報を取得する。次いで、ＧＰＳ制御部３７は、取得した情報に基づいて３つのＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信するように、多チャンネルデコーダ群３５のうち３つのデコーダのみをオン状態とする（ステップ４０６）。したがって、３つのデコーダのそれぞれがＧＰＳ電波を受信して、そのフレームデータを取得する測位処理を実行する（ステップ４０８）。なお、ステップ４０３で測位開始されている場合には、オン状態となっているデコーダのうち、ＧＰＳ電波の受信を継続すべき３つのＧＰＳ衛星の電波を受信しているデコーダのみ、オン状態を継続させ、他のデコーダはオフ状態とする。
【００５０】
また、測位モードが３ＤＦｉｘモードである場合には、ＧＰＳ制御部３７は、メモリ３６から第１のＰＤＯＰ値を算出するのに参照されたＧＰＳ衛星の情報を取得する。次いで、ＧＰＳ制御部３７は、取得した情報に基づいて４つ以上のＮ個のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信するように、多チャンネルデコーダ群３５のうちＮ個のデコーダのみをオン状態とする（ステップ４０７）。したがって、Ｎ個のデコーダのそれぞれがＧＰＳ電波を受信して、そのフレームデータを取得する測位処理を実行する（ステップ４０８）。なお、ステップ４０３で測位開始されている場合には、オン状態となっているデコーダのうち、ＧＰＳ電波の受信を継続すべきＮ個のＧＰＳ衛星の電波を受信しているデコーダのみ、オン状態を継続させ、他のデコーダはオフ状態とする。
【００５１】
このようにして、時刻測位モードでは、１つのＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信すべく、１つのデコーダのみがオン状態となり、受信されたＧＰＳ電波から取得されたフレームデータがメモリ３６に記憶される。ＧＰＳ制御部３７は、メモリ３６に記憶されたフレームデータから時刻情報を取得してメモリ３６に格納するとともに、時刻情報をＣＰＵ２０に出力する。ＣＰＵ２０は、時刻情報に基づいて、計時回路２６の現在時刻を修正するとともに、表示部３２に、修正された現在時刻を出力して、その画面上に修正された現在時刻を表示させる。
【００５２】
２ＤＦｉｘモードでは、３つのＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信すべく、３つのデコーダのみがオン状態となり、受信されたＧＰＳ電波から取得されたフレームデータがメモリ３６に記憶される。ＧＰＳ制御部３７は、メモリ３６に記憶されたフレームデータから２次元の現在位置情報および時刻情報を取得してメモリ３６に格納するとともに、現在位置情報および時刻情報をＣＰＵ２０に出力する。また、３ＤＦｉｘモードでは、４つ以上のＮ個のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信すべく、Ｎ個のデコーダのみがオン状態となり、受信されたＧＰＳ電波から取得されたフレームデータがメモリ３６に記憶される。ＧＰＳ制御部３７は、メモリ３６に記憶されたフレームデータから３次元の現在位置情報および時刻情報を取得してメモリ３６に格納するとともに、現在位置情報および時刻情報をＣＰＵ２０に出力する。ＣＰＵ２０は、時刻情報２０に基づいて、計時回路２６の現在時刻を修正するとともに、表示部３２に、修正された現在時刻を出力して、その画面上に修正された現在時刻を表示させる。また、ＣＰＵ２０は、２次元或いは３次元の現在位置情報に基づいて、現在位置を示す表示（たとえば地図画像）を生成して、表示部３２の画面上に表示させる。
【００５３】
図６は、ステップ４０３によって各デコーダにより測位が開始された場合の、各デコーダのオン・オフ状態の例を示す図である。メモリ３６にフレームデータが格納されていない場合や、各フレームデータのエフェメリス、アルマナックが有効ではない場合には（符号６０１参照）、ＧＰＳ制御部３７が、各デコーダに対して測位開始指示を与える。各デコーダは、測位開始指示に応答して測位を開始する。ＧＰＳ制御部３７は、デコーダがフレームデータを取得している過程で、測位モード決定処理を実行して、ＧＰＳ衛星数をカウントし、ＧＰＳ衛星の組み合わせのＰＤＯＰ値を算出して、測位モードを決定する（符号６０２参照）。測位モードが決定した段階で、ＧＰＳ制御部３７は、すべてのフレームデータを取得すべきＧＰＳ衛星について、そのフレームデータを取得中のデコーダのみオン状態を継続させ、他のデコーダをオフ状態とする。このような制御により必要最低限のデコーダのみを作動させることで、省電力化を実現する。
【００５４】
図７は、メモリ３６に記憶されたフレームデータの内容が有効な場合の、各デコーダのオン・オフ状態の例を示す図である。図７の例では、メモリ３６に格納されている各ＧＰＳ衛星についてのフレームデータが有効であるため（符号７０１参照）、測位モードが決定されるまで、いずれのデコーダもオフ状態である。ＧＰＳ制御部３７が測位モードを決定すると（符号７０２参照）、測位モードにしたがって、ＧＰＳ電波を受信すべきＧＰＳ衛星の数だけ（図７の例では３つ）、デコーダがオン状態となり、オン状態となったデコーダが、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波からフレームデータを取得する。この場合には、測位に必要なＧＰＳ衛星の数のみデコーダが起動されるため、より省電力を実現することができる。
【００５５】
本実施の形態によれば、２次元測位モードおよび３次元測位モードの何れかを選択するために、Ｍ＋１個（たとえば、Ｍ＝３）以上のＧＰＳ衛星による３次元測位による、ＧＰＳ衛星の配置状態の良好度を示す第１の指標値と、Ｍ個のＧＰＳ衛星による２次元測位による、ＧＰＳ衛星の配置状態の良好度を示す第２の指標値を算出し、前記第１の指標値と第２の指標値との間の差異が一定範囲であれば、測位モードが２次元測位モードと決定される。つまり、ＧＰＳの配置状態の良好状態にそれほどの相違がなく、したがって測位精度もそれほど相違しないと判断される場合には、より少数のＭ個のＧＰＳ衛星を用いた測位が実現される。これにより、測位精度を加味した省電力を実現することが可能となる。
【００５６】
また、本実施の形態においては、上記第１の指標値を算出する際にも、指標値の差異が一定範囲であれば、より少ないＧＰＳ衛星数に基づいて算出された指標値を選択する。したがって、３次元測位モードの場合についても、測位精度を加味した省電力を実現することが可能となる。
【００５７】
本実施の形態においては、ＧＰＳ衛星数がＭ個より少ない場合に、現在時刻のみを算出する時刻計測モードと決定される。この場合には、単一のデコーダのみを動作させることでよりいっそうの省電力化を図る。
【００５８】
また、本実施の形態においては、フレームデータメモリ中に格納された各ＧＰＳ衛星の軌道情報を参照して、当該軌道情報が有効か否かを判断され、軌道情報が有効であると判断された場合に、前記衛星数算出手段は、前記フレームデータに格納されたフレームデータに基づいて、フレームデータが取得可能なＧＰＳ衛星数を算出し、その後、測位モードが決定される。したがって、この場合には測位モードの決定まで、ＧＰＳ衛星からの電波の受信やフレームデータのデコードを行う必要が無い。これにより、必要な場合のみ電波の受信やデコーダの動作をさせることで省電力を図ることができる。
【００５９】
さらに、本実施の形態においては、ＧＰＳ衛星数を算出するためにデコーダによりフレームデータを取得すべき場合であっても、最初のサブフレームが取得できたか否かに基づいて、ＧＰＳ衛星数を算出する。したがって、この時点で、測位モードの決定処理を開始することができ、デコーダの無駄な作動を防止することが可能となる。さらに、この場合に、測位モードが決定されると、測位に必要なＧＰＳ衛星からのフレームデータの取得をしているデコーダのみの動作を継続させ、他のデコーダの動作を中止させる。これによりさらに、デコーダの作動を適正化させることができ、よりいっそうの省電力化を実現できる。
【００６０】
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかるＧＰＳ時計装置の構成を示すブロックダイヤグラムである。
【図２】図２は、本実施の形態にかかるＧＰＳ信号処理部の構成を示すブロックダイヤグラムである。
【図３】図３は、ＧＰＳ電波に含まれるデータを説明する図である。
【図４】図４は、本実施の形態にかかるＧＰＳ測位処理の例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本実施の形態にかかる測位モード決定処理の例を示すフローチャートである。
【図６】図６は、ステップ４０３によって各デコーダにより測位が開始された場合の、各デコーダのオン・オフ状態の例を示す図である。
【図７】図７は、メモリに記憶されたフレームデータの内容が有効な場合の、各デコーダのオン・オフ状態の例を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１２ アンテナ
１４ 前置増幅回路
１６ 高周波受信回路
１８ ＧＰＳ信号処理部
２０ ＣＰＵ
２２ ＲＯＭ
２４ ＲＡＭ
２６ 時計回路
２８ 発振回路
３０ 入力部
３２ 表示部
３５ 多チャンネルデコーダ群
３６ メモリ
３７ ＧＰＳ制御部
４１、４２、・・・ デコーダ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＰＳ衛星からの電波を受信し、当該電波に基づく信号を出力するＧＰＳ受信手段と、
前記ＧＰＳ受信手段から出力された信号をそれぞれ受け入れて、ＧＰＳ衛星ごとのＧＰＳフレームデータを取得するデコーダを複数有する多チャンネルデコーダ群と、
前記多チャンネルデコーダ群を構成するデコーダからそれぞれ出力されたＧＰＳフレームデータを記憶するフレームデータメモリと、
前記フレームデータメモリに含まれるフレームデータに基づいて、現在位置および現在時刻を算出する位置・時刻算出制御手段と、を備えた位置・時刻算出装置であって、
前記位置・時刻算出制御手段が、
前記デコーダから出力されたフレームデータおよび／または前記フレームデータに格納されたフレームデータに基づいて、フレームデータが取得可能なＧＰＳ衛星数を算出する衛星数算出手段と、
前記ＧＰＳ衛星数に基づいて、測位モードを決定する測位モード決定手段であって、Ｍ個のＧＰＳ衛星にて測位する２次元測位モード、或いは、Ｍ＋１個以上のＧＰＳ衛星にて測位する３次元測位モードの何れかの測位モードとするかを決定するために、前記Ｍ＋１個以上のＧＰＳ衛星による３次元測位による、ＧＰＳ衛星の配置状態の良好度を示す第１の指標値と、前記Ｍ個のＧＰＳ衛星による２次元測位による、ＧＰＳ衛星の配置状態の良好度を示す第２の指標値を算出し、前記第１の指標値と第２の指標値との間の差異が一定範囲であれば、測位モードを２次元測位モードと決定する測位モード決定手段と、を有し、
前記位置・時刻算出制御手段が、前記決定された測位モードおよび当該測位モードの算出に用いたＧＰＳ衛星の情報に基づいて、前記多チャンネルデコーダ中、所定のデコーダのみを動作させることを特徴とする位置・時刻算出装置。
【請求項２】
前記測位モード決定手段が、前記Ｍ＋１個以上のＧＰＳ衛星に関する第１の指標値を算出するために、指標値の差異が一定範囲であれば、より少ないＧＰＳ衛星数に基づいて算出された指標値を選択することを特徴とする請求項１に記載の位置・時刻算出装置。
【請求項３】
前記測位モード決定手段が、前記ＧＰＳ衛星数がＭ個より少ない場合に、現在時刻のみを算出する時刻計測モードと決定し、
前記時刻計測モードの下においては、前記位置・時刻算出制御手段が前記多チャンネルデコーダ中、単一のデコーダのみを動作させることを特徴とする請求項１または２に記載の位置・時刻算出装置。
【請求項４】
前記位置・時刻算出制御手段が、
前記フレームデータメモリ中に格納された各ＧＰＳ衛星の軌道情報を参照して、当該軌道情報が有効か否かを判断する有効判断手段を有し、
前記有効判断手段により前記軌道情報が有効であると判断された場合に、前記衛星数算出手段は、前記フレームデータに格納されたフレームデータに基づいて、フレームデータが取得可能なＧＰＳ衛星数を算出し、前記有効判断手段により前記軌道情報が有効でないと判断された場合に、前記位置・時刻算出制御手段は、前記多チャンネルデコーダ群中の前記デコーダを動作させて、前記ＧＰＳフレームデータを取得させ、前記衛星数算出手段が、前記デコーダから出力されたフレームデータに基づいて、フレームデータが取得可能なＧＰＳ衛星数を算出することを特徴とする請求項１ないし３の何れか一項に記載の位置・時刻算出装置。
【請求項５】
前記衛星数算出手段は、前記デコーダから出力されたフレームデータのうち、最初のサブフレームが取得できたか否かに基づいて、ＧＰＳ衛星数を算出することを特徴とする請求項４に記載の位置・時刻算出装置。
【請求項６】
前記位置・時刻算出制御手段は、前記多チャンネルデコーダ群中の前記デコーダを動作させて、前記ＧＰＳフレームデータを取得させている場合に、前記決定された測位モードおよび当該測位モードの算出に用いたＧＰＳ衛星の情報に基づいて、前記ＧＰＳ衛星の情報により特定されるＧＰＳ衛星のフレームデータを取得しているデコーダのみの動作を継続させることを特徴とする請求項５に記載の位置・時刻算出装置。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか一項に記載の位置・時刻算出装置と、
内部クロックにしたがって現在時刻を計時する計時手段と、
前記位置・時刻算出装置により取得された現在時刻にしたがって、前記計時手段の現在時刻を補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする時計。
【請求項８】
前記位置・時刻算出装置により取得された現在位置を表示する表示手段を備えたことを特徴とする請求項７に記載の時計。
【請求項１】
ＧＰＳ衛星からの電波を受信し、当該電波に基づく信号を出力するＧＰＳ受信手段と、
前記ＧＰＳ受信手段から出力された信号をそれぞれ受け入れて、ＧＰＳ衛星ごとのＧＰＳフレームデータを取得するデコーダを複数有する多チャンネルデコーダ群と、
前記多チャンネルデコーダ群を構成するデコーダからそれぞれ出力されたＧＰＳフレームデータを記憶するフレームデータメモリと、
前記フレームデータメモリに含まれるフレームデータに基づいて、現在位置および現在時刻を算出する位置・時刻算出制御手段と、を備えた位置・時刻算出装置であって、
前記位置・時刻算出制御手段が、
前記デコーダから出力されたフレームデータおよび／または前記フレームデータに格納されたフレームデータに基づいて、フレームデータが取得可能なＧＰＳ衛星数を算出する衛星数算出手段と、
前記ＧＰＳ衛星数に基づいて、測位モードを決定する測位モード決定手段であって、Ｍ個のＧＰＳ衛星にて測位する２次元測位モード、或いは、Ｍ＋１個以上のＧＰＳ衛星にて測位する３次元測位モードの何れかの測位モードとするかを決定するために、前記Ｍ＋１個以上のＧＰＳ衛星による３次元測位による、ＧＰＳ衛星の配置状態の良好度を示す第１の指標値と、前記Ｍ個のＧＰＳ衛星による２次元測位による、ＧＰＳ衛星の配置状態の良好度を示す第２の指標値を算出し、前記第１の指標値と第２の指標値との間の差異が一定範囲であれば、測位モードを２次元測位モードと決定する測位モード決定手段と、を有し、
前記位置・時刻算出制御手段が、前記決定された測位モードおよび当該測位モードの算出に用いたＧＰＳ衛星の情報に基づいて、前記多チャンネルデコーダ中、所定のデコーダのみを動作させることを特徴とする位置・時刻算出装置。
【請求項２】
前記測位モード決定手段が、前記Ｍ＋１個以上のＧＰＳ衛星に関する第１の指標値を算出するために、指標値の差異が一定範囲であれば、より少ないＧＰＳ衛星数に基づいて算出された指標値を選択することを特徴とする請求項１に記載の位置・時刻算出装置。
【請求項３】
前記測位モード決定手段が、前記ＧＰＳ衛星数がＭ個より少ない場合に、現在時刻のみを算出する時刻計測モードと決定し、
前記時刻計測モードの下においては、前記位置・時刻算出制御手段が前記多チャンネルデコーダ中、単一のデコーダのみを動作させることを特徴とする請求項１または２に記載の位置・時刻算出装置。
【請求項４】
前記位置・時刻算出制御手段が、
前記フレームデータメモリ中に格納された各ＧＰＳ衛星の軌道情報を参照して、当該軌道情報が有効か否かを判断する有効判断手段を有し、
前記有効判断手段により前記軌道情報が有効であると判断された場合に、前記衛星数算出手段は、前記フレームデータに格納されたフレームデータに基づいて、フレームデータが取得可能なＧＰＳ衛星数を算出し、前記有効判断手段により前記軌道情報が有効でないと判断された場合に、前記位置・時刻算出制御手段は、前記多チャンネルデコーダ群中の前記デコーダを動作させて、前記ＧＰＳフレームデータを取得させ、前記衛星数算出手段が、前記デコーダから出力されたフレームデータに基づいて、フレームデータが取得可能なＧＰＳ衛星数を算出することを特徴とする請求項１ないし３の何れか一項に記載の位置・時刻算出装置。
【請求項５】
前記衛星数算出手段は、前記デコーダから出力されたフレームデータのうち、最初のサブフレームが取得できたか否かに基づいて、ＧＰＳ衛星数を算出することを特徴とする請求項４に記載の位置・時刻算出装置。
【請求項６】
前記位置・時刻算出制御手段は、前記多チャンネルデコーダ群中の前記デコーダを動作させて、前記ＧＰＳフレームデータを取得させている場合に、前記決定された測位モードおよび当該測位モードの算出に用いたＧＰＳ衛星の情報に基づいて、前記ＧＰＳ衛星の情報により特定されるＧＰＳ衛星のフレームデータを取得しているデコーダのみの動作を継続させることを特徴とする請求項５に記載の位置・時刻算出装置。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか一項に記載の位置・時刻算出装置と、
内部クロックにしたがって現在時刻を計時する計時手段と、
前記位置・時刻算出装置により取得された現在時刻にしたがって、前記計時手段の現在時刻を補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする時計。
【請求項８】
前記位置・時刻算出装置により取得された現在位置を表示する表示手段を備えたことを特徴とする請求項７に記載の時計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２１６６７５（Ｐ２００９−２１６６７５Ａ）
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６３５３６（Ｐ２００８−６３５３６）
【出願日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]