位置・時刻算出装置および時計
【課題】 装置の位置、たとえば、屋外或いは屋外の何れに位置しているかに応じて適切な測位を実現する。
【解決手段】 ＣＰＵ２０は、電力供給回路３４に設けられた太陽光発電回路の発電による電気信号に基づき、光の強度に応じた信号を取得し、取得した信号が所定の周期性を有するか否かを検出する。信号が所定の周期性を有すると判断した場合に、ＣＰＵ２０は、ＧＰＳ信号処理部１８が、２次元測位モードにて測位すべきと判断し、信号が所定の周期性を有していないと判断した場合には、ＧＰＳ信号処理部１８が、３次元測位モードにて測位すべきと判断する。ＧＰＳ信号処理部１８は、決定された測位モードにしたがって、所定数のＧＰＳ衛星からのＧＰＳフレームデータを取得する。
【解決手段】 ＣＰＵ２０は、電力供給回路３４に設けられた太陽光発電回路の発電による電気信号に基づき、光の強度に応じた信号を取得し、取得した信号が所定の周期性を有するか否かを検出する。信号が所定の周期性を有すると判断した場合に、ＣＰＵ２０は、ＧＰＳ信号処理部１８が、２次元測位モードにて測位すべきと判断し、信号が所定の周期性を有していないと判断した場合には、ＧＰＳ信号処理部１８が、３次元測位モードにて測位すべきと判断する。ＧＰＳ信号処理部１８は、決定された測位モードにしたがって、所定数のＧＰＳ衛星からのＧＰＳフレームデータを取得する。
【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。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。
【０００５】
また、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。
【０００６】
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次元測位モード（３ＤＦｉｘ）、３つのＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信する２次元測位モードの下で行われる。３次元測位モードにおいては、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次元測位モードにおいては、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。
【０００７】
さらに、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場合もある。
【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】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
特に、ＧＰＳ時計装置の位置によって、衛星からのＧＰＳ電波を受信することが容易でない場合がある。たとえば、ＧＰＳ時計装置が、鉄筋コンクリート建築など建物の内部に位置しているときには、ＧＰＳ電波を受信可能なＧＰＳ衛星の数が少なく、また、ＧＰＳ電波の受信信号強度も小さい場合が多い。したがって、ＧＰＳ電波を受信可能なＧＰＳ衛星の数が少なく、また、ＧＰＳ電波の受信信号強度が小さいと予想される状況、特に、ＧＰＳ時計装置が屋内に位置していることを予め検出できれば、無駄にＧＰＳ受信部を動作させることを防止することが可能となる。
【００１３】
本発明は、装置の位置、たとえば、屋外或いは屋外の何れに位置しているかに応じ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ＧＰＳ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、
光を受け入れて当該光の強度に応じた信号を出力する光検出手段と、
前記光検出手段から出力された信号に基づき、前記信号が所定の周期性を有するか否かを判断する周期性検出手段と、
３個のＧＰＳ衛星にて測位する２次元測位モード、或いは、４個以上のＧＰＳ衛星にて測位する３次元測位モードの何れ測位モードで測位すべきかを判断する測位モード決定手段と、を備え、
前記周期性検出手段が、前記信号が所定の周期性を有すると判断した場合に、前記測位モード決定手段が、２次元測位モードにて測位すべきと判断し、前記周期性検出手段が、前記信号が所定の周期性を有していないと判断した場合に、前記測位モード決定手段が、３次元測位モードにて測位すべきと判断し、
前記測位モードにしたがって、前記多チャンネルレコード群において、所定数のデコーダが作動して、それぞれのデコーダが、ＧＰＳフレームデータを取得す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、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を備え、
前記測位モード決定手段が、前記計時手段により計時された現在時刻を参照して、 前記現在時刻が昼間に相当する所定の時間帯に該当する場合に、前記光検出手段から出力された信号のレベルが、所定の閾値以上であるかを判断し、前記信号のレベルが所定の閾値以上である場合には、当該測位モード決定手段が、３次元測位モードにて測位すべきであると判断し、前記閾値より小さい場合には、前記周期性検出手段が周期性を検出し、前記測位モード決定手段が、前記周期性に基づいて測位モードを決定する。
【００１６】
より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、前記計時手段により計時された現在時刻を参照して、前記現在時刻が夜間に相当する所定の時間帯に該当する場合に、前記周期性検出手段が周期性を検出し、前記測位モード決定手段が、前記周期性に基づいて測位モードを決定する。
【００１７】
別の好ましい実施態様においては、前記３次元測位モードにおいて、前記多チャンネルデコーダ群の全てのデコーダが作動し、前記２次元測位モードにおいては、前記多チャンネルデコーダ群のうち、全てのデコーダ数より少ない所定数、たとえば、３つのデコーダのみが作動する。
【００１８】
また、好ましい実施態様においては、前記位置・時刻算出手段が、前記３次元測位モードにおいて、ＧＰＳ衛星の配置状態の良好度を示す指標値であって、測位に用いることの限度を示す所定の第１のマスク値を用いて、測位の可否を判断し、前記２次元測位モードにおいては、前記第１のマスク値より、良好でない配置を許容する所定の第２のマスク値を用いて測位の可否を判断する。
【００１９】
別の好ましい実施態様においては、前記位置・時刻算出手段が、前記３次元測位モードにおいて、ＧＰＳ衛星の配置状態の良好度を示す指標値であって、測位に用いることの限度を示す所定の第１のマスク値を用いて、測位の可否を判断し、前記２次元測位モードにおいては、前記マスク値を使用することなく測位を行う。
【００２０】
また、好ましい実施態様においては、前記光検出手段が、太陽光を含む光に応じて発電する発電手段を有し、
前記周期性判定手段が、前記発電手段の発電による電気信号に基づいて、当該電気信号における所定の周期性を検出する。
【００２１】
より好ましい実施態様においては、前記周期性は、商用交流電源の周波数に基づく。
【００２２】
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。
【００２３】
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】
【００２４】
本発明によれば、装置の位置、たとえば、屋外或いは屋外の何れに位置しているかに応じ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】
【００２５】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第１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、表示部３２および電力供給回路３４を有する。
【００２６】
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。
【００２７】
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、後述する２次元測位および３次元測位のいずれのモードの下で動作するかを決定する測位モード設定プログラム、設定された測位モードにしたがって、ＧＰＳ電波から取得したＧＰＳフレームデータに基づいて現在位置を決定するプログラム、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。
【００２８】
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ＧＰＳ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。
【００２９】
電力供給回路３４は、後述するように、太陽光などの光を受け入れて発電し、発電による電力を二次電池に蓄えることができる。
【００３０】
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３６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３６として利用しても良い。
【００３１】
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モードおよび２次元測位（２ＤＦｉｘ）を行う２ＤＦｉｘモードが含まれる。本実施の形態においては、後述するように、ＧＰＳ時計装置が屋内に位置しているか屋外に位置しているかを判断して、３ＤＦｉｘモード或いは２ＤＦｉｘモードのいずれにて動作するかを判断している。
【００３２】
図３は、本実施の形態にかかる電力供給回路の構成を示すブロックダイヤグラムである。図３に示すように、電力供給回路３４は、太陽光発電装置５１、フィルタ回路５２、ＡＤコンバータ５３、レギュレータ５４および二次電池５５を有している。太陽光発電装置５１は、太陽光のほか、蛍光灯、白熱灯などの光を受け入れ、受け入れた光エネルギーを電気信号に変換して出力する。フィルタ回路５２は、後述するように１００Ｈｚおよび１２０Ｈｚの信号を通過させるローパスフィルタ（ＬＰＦ）或いはバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）から構成される。
【００３３】
ＡＤコンバータ５３は、太陽光発電装置５１の出力電圧を示すディジタルデータをＣＰＵ２０に供給する。レギュレータ５４は、太陽光発電装置５１から出力された電力を安定化させて二次電池５５に与え、二次電池５５は、レギュレータ３４から出力された電力を蓄える。二次電池５５から、負荷となる時計装置の各構成部分に電力が供給される。本実施の形態においては、太陽光発電装置５１から出力された電力は二次電池５５に与えられて二次電池５５において蓄えられる。また、ＣＰＵ２０には、太陽光発電装置５１の出力電圧を示すデータが与えられる。
【００３４】
図９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９（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。
【００３５】
図９（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９（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。
【００３６】
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が参照される。
【００３７】
ＣＰＵ２０は、アルマナックやエフェメリスを参照して、ＧＰＳ衛星の現在位置を算出し、算出された現在位置に基づいて、ＧＰＳ時計装置の現在位置を得ることが可能となる。なお、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３６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。
【００３８】
その一方、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３６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。
【００３９】
以下、本実施の形態にかかる測位モードについて説明する。本実施の形態において、ＧＰＳ測位は、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）、および、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）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。
【００４０】
図４は、本実施の形態にかかるＧＳＰ時計装置において実行される処理の例を示すフローチャートである。図４に示すように、ＧＰＳ時計装置のＣＰＵ２０は、使用者による入力部３０に対する測位の指示があった場合（ステップ４０１でＹｅｓ）、或いは、予め定められた測位時刻が到来したときに（ステップ４０２でＹｅｓ）、測位モード設定処理を実行する（ステップ４０３）。
【００４１】
図５は、測位モード決定処理の例をより詳細に示すフローチャートである。図５に示すように、ＣＰＵ２０は、計時回路２６から現在時刻を取得する（ステップ５０１）。次いで、取得した現在時刻が夜間の時間帯に含まれるか否かを判断する（ステップ５０２）。ここで、夜間の時間帯の情報は、予めＲＯＭ２２に格納しておけばよい。ＲＯＭ２２には、定められた時間帯（たとえば、０時〜６時および１９時〜２４時）という年月日を考慮しない単一の時間帯の組を記憶しておいてもよい。或いは、季節や月ごとに異なる複数の時間帯の組を記憶しておいてもよい。
【００４２】
ステップ５０２においてＮｏと判断された場合、つまり、現在時刻が夜間の時間帯に含まれない場合（現在時刻が昼間の時間帯に含まれる場合）には、現在時刻に応じた屋内外判断用の閾値を取得する（ステップ５０３）。現在時刻に応じた屋内外判断用の閾値は、現在時刻とモニタ電圧データのレベル（モニタ電圧レベル）とを対応付けたテーブルとしてＲＯＭ２２に格納されている。モニタ電圧データは、電力供給回路１８のＡＤコンバータ３３から出力され、ＣＰＵ２０に与えられる。たとえば、ＣＰＵ２０は、与えられたモニタ電圧データをＲＡＭ２４に一時的に記憶し、ＲＡＭ２４から一時的に記憶されたモニタ電圧データを読み出せば良い。
【００４３】
図６（ａ）は、ある時期における屋内および屋外での光発電のモニタ電圧レベルの典型例を示す図である。図６（ａ）において直線で示すグラフ６０１が、屋外における光発電のモニタ電圧レベルを示し、破線で示すグラフ６０２が、屋内におけるモニタ電圧レベルを示す。図６（ａ）においては、夜間に相当する時間帯（０時〜６時、１９時〜１２時）では、屋内では蛍光灯が点灯していることから、屋内の方が、屋外よりも発電によるモニタ電圧レベルが大きい。その一方、昼間に相当する時間帯（６時〜１９時）では、屋外の方が、屋外よりも発電によるモニタ電圧レベルが大きい。そこで、本実施の形態においては、夜間ではない時間帯、つまり昼間に相当する時間帯（たとえば、図６（ａ）の例では、６時〜１９時）で、時刻ごとにＧＰＳ時計装置が屋内外の何れに位置しているかを判断するためのモニタ電圧レベルの閾値を決定し、時刻とモニタ電圧レベルとを関連付けてＲＯＭ２２に格納している。図６（ｂ）は、時刻とモニタ電圧レベルの閾値とを示すグラフである。図６（ｂ）において、一点鎖線６１０で示すグラフが閾値を示す。なお、ステップ５０５では、たとえば、モニタ電圧レベルのピーク値やピーク値の平均値と閾値とが比較される。
【００４４】
ＣＰＵ２０は、ＡＤコンバーター５２から出力されたデータに基づいて、太陽光発電装置５１の発電レベルを示すモニタ電圧レベルを取得する（ステップ５０４）。次いで、ＣＰＵ２０は、モニタ電圧が閾値以上であるか（モニタ電圧≧閾値）を判断する（ステップ５０５）。ステップ５０５でＹｅｓと判断された場合には、ＧＰＳ時計装置が屋外に位置していると判断して、ＣＰＵ２０は、測位モードを３ＤＦｉｘモードと決定する（ステップ５０８）。また、ＣＰＵ２０は、測位において使用するＰＤＯＰマスク値として、屋外用ＰＤＯＰマスク値を設定する（ステップ５０９）。なお、屋外用ＰＤＯＰマスク値は、屋内用ＰＤＯＰマスク値より、ＰＤＯＰの良好性を示す値、つまり、より小さな値となっている。
【００４５】
ステップ５０５でＮｏと判断された場合には、ＣＰＵ２０は、モニタ電圧データの周波数を算出する。蛍光灯は家庭用交流電源の周波数に応じて点滅しているため、太陽光発電装置５１が、蛍光灯の光に基づいて発電する場合には、太陽光発電装置５１からの出力電圧も、一定の周波数をもって振動している。たとえば、５０Ｈｚの家庭用交流電源を用いている場合には、蛍光灯は１秒間に１００回点滅する。その一方、６０Ｈｚの家庭用交流電源を用いている場合には、蛍光灯は１秒間に１２０回点滅する。したがって、これら点滅する蛍光灯の光を受けて発電している太陽光発電装置３１から得られたモニタ電圧も、１秒間に１００回或いは１２０回の繰り返し波形を示す。
【００４６】
図１０は、本実施の形態におけるモニタ電圧データの例を示す図である。図１０に示すように、モニタ電圧データは、ゼロレベルから増大してピークから再度減少してゼロレベルに至るような基本波形（符号１００１、１００２参照）が連続する。たとえば、５０Ｈｚの交流電源により点灯している蛍光灯の光による発電に基づくモニタ電圧では、上記基本波形が１秒間に１００回連続してあらわれ、６０Ｈｚの交流電源により点灯している蛍光灯の光による発電に基づくモニタ電圧では、上記基本波形が１秒間に１２０回連続してあらわれる。したがって、たとえば、ＣＰＵ２０は、秒あたりの基本波形の数をカウントすることにより、交流電源の周波数を特定することができる。より具体的には、モニタ電圧データのピークを検出して、ピーク値より若干小さい（たとえばピーク値の９０％）閾値ＴＨを設定し、モニタ電圧データの立ち上がり（増加時）に閾値を超えるポイント（たとえば、符号１０１１〜１０１４参照）の数をカウントすればよい。
【００４７】
ＣＰＵ２０は、モニタ電圧の周波数に基づく交流電源の周波数６０Ｈｚが検出されたか否かを判断する（ステップ５０６）。周波数６０Ｈｚが検出された場合（ステップ５０６でＹｅｓ）には、ＣＰＵ２０は、ＧＰＳ時計装置が屋内に位置していると判断する。また、モニタ電圧の周波数に基づく交流電源の周波数５０Ｈｚが検出された場合にも（ステップ５０７でＹｅｓ）、ＣＰＵ２０は、ＧＰＳ時計装置が屋内に位置していると判断する。したがって、これらの場合には、ＣＰＵ２０は、測位モードを２ＤＦｉｘモードと決定する（ステップ５１０）。また、ＣＰＵ２０は、測位において使用するＰＤＯＰマスク値として、屋内用ＰＤＯＰマスク値を設定する（ステップ５１１）。
【００４８】
また、ステップ５０２でＮｏと判断された場合、つまり、現在時刻が夜間に相当する時間帯に含まれると判断された場合にも、モニタ電圧の周波数による判断（ステップ５０６、５０７）が実行される。
【００４９】
測位モードおよびＰＤＯＰマスク値は、ＣＰＵ２０からＧＰＳ制御部３７に与えられる。ＧＰＳ制御部３７は、後述する測位処理（ステップ４０４）において、測位モードが、３ＤＦｉｘモードであれば、多チャンネルデコーダ群３５中の全てのデコーダ４１〜４ｎに、ＧＰＳフレームデータを取得させる。その一方、測位モードが、２ＤＦｉｘモードであれば、ＧＰＳ制御部３７は、多チャンネルデコーダ群３５のうち、３つのデコーダ（たとえば、デコーダ４１〜４３）に、ＧＰＳフレームデータを取得させる。
【００５０】
測位モード設定処理（ステップ４０３）が終了すると、ＣＰＵ２０は、測位モードにしたがった測位処理を実行する（ステップ４０４）。図７、図８は、本実施の形態にかかる測位処理の例を示すフローチャートである。図７に示すように、ＣＰＵ２０は、設定された測位モードが、３ＤＦｉｘモードか否かを判断する（ステップ７０１）。ステップ７０１でＹｅｓと判断された場合には、ＣＰＵ２０は、ＧＰＳ制御部３７に対して、多チャンネルデコーダ群３８中の全てのデコーダ４１〜４ｎにＧＰＧフレームデータの取得を指示する（ステップ７０２）。
【００５１】
ＧＰＳ制御部３７の指示に応答して、多チャンネルデコーダ群３８中のデコーダ４１〜４ｎはそれぞれ衛星からのＧＰＳフレームデータを取得し、ＧＰＳフレームデータを、それぞれ、メモリ３６の所定の領域に格納する。なお、捕捉される衛星の数が、デコーダの数ｎに満たない場合には、捕捉された衛星の数だけのデコーダが作動すれば足りる。
【００５２】
ＧＰＳ制御部３７は、メモリ３６に格納された、各衛星のＧＰＳフレームデータから、４つ、或いは、それ以上の衛星の組のそれぞれのＰＤＯＰ値を算出する（ステップ７０３）。ＧＰＳ制御部３７は、算出されたＰＤＯＰ値を比較して、最良、つまり、最小値を示すＰＤＯＰ値を特定する（ステップ７０４）。次いで、ＧＰＳ制御部３７は、最良のＰＤＯＰ値と屋外用ＰＤＯＰマスク値を比較して、最良のＰＤＯＰ値が、屋外用ＰＤＯＰマスクより小さいか否かを判断する（ステップ７０５）。ステップ７０５でＮｏと判断された場合には、処理が終了され、今回の処理において取得したＧＰＳフレームデータによる現在位置の算出は行なわれない。
【００５３】
ステップ７０５でＹｅｓと判断された場合には、ＧＰＳ制御部３７は、最良のＰＤＯＰ値を示した衛星のそれぞれのＧＰＳフレームデータをＣＰＵ２０に与える。ＣＰＵ２０は、与えられたＧＰＳフレームデータに基づいて、ＧＰＳ時計装置の現在位置の３次元座標および現在時刻の誤差を算出する（ステップ７０６）。
【００５４】
ステップ７０１でＮｏ、つまり、測位モードが２ＤＦｉｘモードであった場合には、ＣＰＵ２０は、ＧＰＳ制御部３７に対して、多チャンネルデコーダ群３８中のうち、３つのデコーダ４１〜４３の起動を指示する（ステップ８０１）。ＧＰＳ制御部３７の指示に応答して、多チャンネルデコーダ群３８中の３つのデコーダ４１〜４３はそれぞれ衛星からのＧＰＳフレームデータを取得し、ＧＰＳフレームデータを、それぞれ、メモリ３６の所定の領域に格納する。
【００５５】
ＧＰＳ制御部３７は、メモリ３６に格納された、３つの衛星のＧＰＳフレームデータからＰＤＯＰ値を算出する（ステップ８０２）。ＧＰＳ制御部３７は、算出されたＰＤＯＰ値と屋内用ＰＤＯＰマスク値を比較して、算出されたＰＤＯＰ値が、屋内用ＰＤＯＰマスクより小さいか否かを判断する（ステップ８０３）。ステップ８０３でＮｏと判断された場合には、処理が終了され、今回の処理において取得したＧＰＳフレームデータによる現在位置の算出は行なわれない。
【００５６】
ステップ８０３でＹｅｓと判断された場合には、ＧＰＳ制御部３７は、ＰＤＯＰ値を示した衛星のそれぞれのＧＰＳフレームデータをＣＰＵ２０に与える。ＣＰＵ２０は、与えられたＧＰＳフレームデータに基づいて、ＧＰＳ時計装置の現在位置の２次元座標および現在時刻の誤差を算出する（ステップ８０４）。
【００５７】
本実施の形態によれば、太陽光発電装置により発電された電気信号のレベル（モニタ電圧レベル）を光の強度に応じた信号として、その信号の周期性を判断している。信号が、交流電源の周波数に基づく所定の周期性を有する場合には、ＧＰＳ時計装置が屋内に位置していると判断して、２次元測位モードによる測位を実行する。屋内においては可視されるＧＰＳ衛星の数が少なく、高精度の測位が見込めない可能性が高いため、予め２次元測位モードによる測位により、平面座標や時刻の誤差のみを取得する。これにより、ＧＰＳ時計装置の状況に応じて適切な測位モードの下での測位が可能となる。
【００５８】
また、本実施の形態においては、現在時刻が昼間に相当する時間帯である場合には、信号のレベルが所定の閾値以上であるか否かを判断する。この所定の閾値は、昼間に相当する時間帯において、屋内屋外を判断するための値である。信号のレベルが所定の閾値以上である場合には、前記測位モード決定手段が、３次元測位モードにて測位すべきであると判断する。したがって、ＧＰＳ時計装置が屋外に位置している可能性が相当に高い場合には、３次元測位モードにより高精度の測位を実行することが可能となる。
【００５９】
さらに、本実施の形態においては、現在時刻が夜間に相当する時間帯である場合には、周期性検出手段により信号の周期性が判断され、信号に周期性があると判断された場合には、２次元測位モードによる測位が実行される。夜間に相当する時間帯においては、蛍光灯が点灯されている典型的な場所である屋内に、ＧＰＳ時計装置が位置しているか否かを判断し、これに基づいて、測位モードを決定する。本実施の形態によれば、時間帯に応じてＧＰＳ時計装置の位置を適切に判断することが可能となる。
【００６０】
本実施の形態においては、３次元測位モードにおいては、多チャンネルデコーダ群の全てのデコーダが作動して、それぞれのデコーダがＧＰＳフレームデータを取得する。その一方、２次元測位モードでは、全てのデコーダ数より少ない数（たとえば必要最低限である３つ）のデコーダが作動して、それぞれのデコーダがＧＰＳフレームデータを取得する。これにより、高精度の測位が見込めない２次元測位モードにおいては、電力消費を極力抑制することが可能となる。
【００６１】
また、本実施の形態においては、２次元測位モードにおいて、ＧＰＳ衛星の配置状態の良好度を示す指標値（たとえば、ＰＤＯＰ値）であって、測位に用いることの限度を示すマスク値を、３次元測位モードにおけるマスク値よりも、良好でない配置を許容する値とする。これにより、２次元測位モードにおいては、精度の高低より、位置の算出を優先することができる。
【００６２】
本実施の形態によれば、太陽光発電装置により発電された電気信号のレベル（モニタ電圧レベル）を光の強度に応じた信号として取得する。したがって、光を受信するための専用の素子を用いることなく、光の強度に応じた信号を取得することができる。
【００６３】
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。
【００６４】
たとえば、前記実施の形態においては、電力供給回路が太陽光発電装置を備え、太陽光発電装置にて発電される電力について、モニタ電圧を取得し、モニタ電圧の周波数を検出している。しかしながら、このような構成に限定されるものではない。図１１は、本発明の第２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１１に示すように、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、表示部３２、受光部１１０および電力供給回路１３４を有する。電力供給回路１３４は、外部からの家庭用交流電源を受け入れるレギュレータ１３５および二次電池１３６を有する。また、受光部１１０は、受光センサ１１１、フィルタ回路１１２およびＡＤコンバーター１１３を有する。
【００６５】
受光部１１０において、受光センサ１１１は、受け入れた光の強度に応じた信号を出力することができる。受光センサ１１１からの信号は、フィルタ回路１１２およびＡＤコンバーター１１３を経て、ＣＰＵ２０に与えられる。フィルタ回路１１２およびＡＤコンバーター１１３は、第１の実施の形態にかかるフィルタ回路５２およびＡＤコンバータ５３と同様である。ＣＰＵ２０には、受光センサ１１１により受光された光の強度に基づくデータが与えられる。したがって、第１の実施の形態と同様に、ＣＰＵ２０は、データの周波数を算出し、算出されたデータの周波数に基づき、交流電源の周波数６０Ｈｚ或いは５０Ｈｚを検出することが可能である。
【００６６】
また、前記実施の形態においては、屋内用ＰＤＯＰマスク値として、屋外用ＰＤＯＰマスク値より、大きい値として予め決めておき、２次元測位モード（２ＤＦｉｘモード）による測位において、屋内用ＰＤＯＰマスク値を参照して、２ＤＦｉｘモードにおける測位の可否を判断していた（図８のステップ８０３）。しかしながら、２次元測位モードにおいては、ＰＤＯＰマスク値を採用せず、３つのＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳ電波に基づいて、これら３つの衛星によるＰＤＯＰ値と屋内用ＰＤＯＰマスク値との比較をすることなく、測位を実行しても良い。
【００６７】
２ＤＦｉｘモードにおいてはＰＤＯＰマスク値を採用しないことにより、２次元測位モードにおいては、精度の高低より、位置の算出を最優先とすることができる。
【００６８】
また、前記実施の形態において、２次元測位モード（２ＤＦｉｘモード）では、３つのＧＰＳ衛星のＧＰＳフレームデータを得るために、３つのデコーダを作動させていた。しかしながら、これに限定されず、４つ以上のデコーダを作動させても良い。なお、省電力の観点からは、３次元測位モードのように全てのデコーダを作動させるのではなく、一部のデコーダのみを作動させるのが望ましい。
【００６９】
また、前記実施の形態においては、モニタ電圧データの周波数を得るために、モニタ電圧データの立ち上がり（増加時）に閾値を超えるポイントの数をカウントしているが、このような手法に限定されるものではない。たとえば、モニタ電圧データのピーク値など他の値をカウントしても良い。また、モニタ電圧の波形のノイズを考慮して、５０Ｈｚの交流電源を検出する際に、１秒当たりカウント値が１００に一致しなくても良く、カウント値が、所定の範囲内（たとえば、９５〜１０５）であれば、交流電源が５０Ｈｚであると判断してよい。６０Ｈｚの交流電源を検出する際も同様である。
【００７０】
また、モニタ電圧データの立ち上がり（増加時）に閾値を超えるポイントや、ピーク値となるポイントの数をカウントするのではなく、隣接するポイントの間の時間間隔を計測するように構成しても良い。この場合にも、モニタ電圧の波形のノイズを考慮して、複数の時間間隔の平均値が、所定の範囲内（交流電源の周波数が５０Ｈｚであれば、９ｍｓ〜１１ｍｓなど）に含まれるか否かを判断すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【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１８の構成を示すブロックダイヤグラムである。
【図３】図３は、本実施の形態にかかる電力供給回路の構成を示すブロックダイヤグラムである。
【図４】図４は、本実施の形態にかかるＧＳＰ時計装置において実行される処理の例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、測位モード決定処理の例をより詳細に示すフローチャートである。
【図６】図６（ａ）は、ある時期における屋内および屋外での光発電のモニタ電圧レベルの典型例を示す図、図６（ｂ）は、時刻とモニタ電圧レベルの閾値とを示すグラフである。
【図７】図７は、本実施の形態にかかる測位処理の例を示すフローチャートである。
【図８】図８は、本実施の形態にかかる測位処理の例を示すフローチャートである。
【図９】図９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１０】図１０は、本実施の形態におけるモニタ電圧データの例を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の第２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。
【符号の説明】
【００７２】
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
３４ 電力供給回路
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。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。
【０００５】
また、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。
【０００６】
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次元測位モード（３ＤＦｉｘ）、３つのＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信する２次元測位モードの下で行われる。３次元測位モードにおいては、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次元測位モードにおいては、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。
【０００７】
さらに、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場合もある。
【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】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
特に、ＧＰＳ時計装置の位置によって、衛星からのＧＰＳ電波を受信することが容易でない場合がある。たとえば、ＧＰＳ時計装置が、鉄筋コンクリート建築など建物の内部に位置しているときには、ＧＰＳ電波を受信可能なＧＰＳ衛星の数が少なく、また、ＧＰＳ電波の受信信号強度も小さい場合が多い。したがって、ＧＰＳ電波を受信可能なＧＰＳ衛星の数が少なく、また、ＧＰＳ電波の受信信号強度が小さいと予想される状況、特に、ＧＰＳ時計装置が屋内に位置していることを予め検出できれば、無駄にＧＰＳ受信部を動作させることを防止することが可能となる。
【００１３】
本発明は、装置の位置、たとえば、屋外或いは屋外の何れに位置しているかに応じ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ＧＰＳ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、
光を受け入れて当該光の強度に応じた信号を出力する光検出手段と、
前記光検出手段から出力された信号に基づき、前記信号が所定の周期性を有するか否かを判断する周期性検出手段と、
３個のＧＰＳ衛星にて測位する２次元測位モード、或いは、４個以上のＧＰＳ衛星にて測位する３次元測位モードの何れ測位モードで測位すべきかを判断する測位モード決定手段と、を備え、
前記周期性検出手段が、前記信号が所定の周期性を有すると判断した場合に、前記測位モード決定手段が、２次元測位モードにて測位すべきと判断し、前記周期性検出手段が、前記信号が所定の周期性を有していないと判断した場合に、前記測位モード決定手段が、３次元測位モードにて測位すべきと判断し、
前記測位モードにしたがって、前記多チャンネルレコード群において、所定数のデコーダが作動して、それぞれのデコーダが、ＧＰＳフレームデータを取得す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、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を備え、
前記測位モード決定手段が、前記計時手段により計時された現在時刻を参照して、 前記現在時刻が昼間に相当する所定の時間帯に該当する場合に、前記光検出手段から出力された信号のレベルが、所定の閾値以上であるかを判断し、前記信号のレベルが所定の閾値以上である場合には、当該測位モード決定手段が、３次元測位モードにて測位すべきであると判断し、前記閾値より小さい場合には、前記周期性検出手段が周期性を検出し、前記測位モード決定手段が、前記周期性に基づいて測位モードを決定する。
【００１６】
より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、前記計時手段により計時された現在時刻を参照して、前記現在時刻が夜間に相当する所定の時間帯に該当する場合に、前記周期性検出手段が周期性を検出し、前記測位モード決定手段が、前記周期性に基づいて測位モードを決定する。
【００１７】
別の好ましい実施態様においては、前記３次元測位モードにおいて、前記多チャンネルデコーダ群の全てのデコーダが作動し、前記２次元測位モードにおいては、前記多チャンネルデコーダ群のうち、全てのデコーダ数より少ない所定数、たとえば、３つのデコーダのみが作動する。
【００１８】
また、好ましい実施態様においては、前記位置・時刻算出手段が、前記３次元測位モードにおいて、ＧＰＳ衛星の配置状態の良好度を示す指標値であって、測位に用いることの限度を示す所定の第１のマスク値を用いて、測位の可否を判断し、前記２次元測位モードにおいては、前記第１のマスク値より、良好でない配置を許容する所定の第２のマスク値を用いて測位の可否を判断する。
【００１９】
別の好ましい実施態様においては、前記位置・時刻算出手段が、前記３次元測位モードにおいて、ＧＰＳ衛星の配置状態の良好度を示す指標値であって、測位に用いることの限度を示す所定の第１のマスク値を用いて、測位の可否を判断し、前記２次元測位モードにおいては、前記マスク値を使用することなく測位を行う。
【００２０】
また、好ましい実施態様においては、前記光検出手段が、太陽光を含む光に応じて発電する発電手段を有し、
前記周期性判定手段が、前記発電手段の発電による電気信号に基づいて、当該電気信号における所定の周期性を検出する。
【００２１】
より好ましい実施態様においては、前記周期性は、商用交流電源の周波数に基づく。
【００２２】
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。
【００２３】
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】
【００２４】
本発明によれば、装置の位置、たとえば、屋外或いは屋外の何れに位置しているかに応じ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】
【００２５】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第１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、表示部３２および電力供給回路３４を有する。
【００２６】
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。
【００２７】
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、後述する２次元測位および３次元測位のいずれのモードの下で動作するかを決定する測位モード設定プログラム、設定された測位モードにしたがって、ＧＰＳ電波から取得したＧＰＳフレームデータに基づいて現在位置を決定するプログラム、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。
【００２８】
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ＧＰＳ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。
【００２９】
電力供給回路３４は、後述するように、太陽光などの光を受け入れて発電し、発電による電力を二次電池に蓄えることができる。
【００３０】
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３６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３６として利用しても良い。
【００３１】
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モードおよび２次元測位（２ＤＦｉｘ）を行う２ＤＦｉｘモードが含まれる。本実施の形態においては、後述するように、ＧＰＳ時計装置が屋内に位置しているか屋外に位置しているかを判断して、３ＤＦｉｘモード或いは２ＤＦｉｘモードのいずれにて動作するかを判断している。
【００３２】
図３は、本実施の形態にかかる電力供給回路の構成を示すブロックダイヤグラムである。図３に示すように、電力供給回路３４は、太陽光発電装置５１、フィルタ回路５２、ＡＤコンバータ５３、レギュレータ５４および二次電池５５を有している。太陽光発電装置５１は、太陽光のほか、蛍光灯、白熱灯などの光を受け入れ、受け入れた光エネルギーを電気信号に変換して出力する。フィルタ回路５２は、後述するように１００Ｈｚおよび１２０Ｈｚの信号を通過させるローパスフィルタ（ＬＰＦ）或いはバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）から構成される。
【００３３】
ＡＤコンバータ５３は、太陽光発電装置５１の出力電圧を示すディジタルデータをＣＰＵ２０に供給する。レギュレータ５４は、太陽光発電装置５１から出力された電力を安定化させて二次電池５５に与え、二次電池５５は、レギュレータ３４から出力された電力を蓄える。二次電池５５から、負荷となる時計装置の各構成部分に電力が供給される。本実施の形態においては、太陽光発電装置５１から出力された電力は二次電池５５に与えられて二次電池５５において蓄えられる。また、ＣＰＵ２０には、太陽光発電装置５１の出力電圧を示すデータが与えられる。
【００３４】
図９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９（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。
【００３５】
図９（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９（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。
【００３６】
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が参照される。
【００３７】
ＣＰＵ２０は、アルマナックやエフェメリスを参照して、ＧＰＳ衛星の現在位置を算出し、算出された現在位置に基づいて、ＧＰＳ時計装置の現在位置を得ることが可能となる。なお、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３６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。
【００３８】
その一方、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３６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。
【００３９】
以下、本実施の形態にかかる測位モードについて説明する。本実施の形態において、ＧＰＳ測位は、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）、および、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）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。
【００４０】
図４は、本実施の形態にかかるＧＳＰ時計装置において実行される処理の例を示すフローチャートである。図４に示すように、ＧＰＳ時計装置のＣＰＵ２０は、使用者による入力部３０に対する測位の指示があった場合（ステップ４０１でＹｅｓ）、或いは、予め定められた測位時刻が到来したときに（ステップ４０２でＹｅｓ）、測位モード設定処理を実行する（ステップ４０３）。
【００４１】
図５は、測位モード決定処理の例をより詳細に示すフローチャートである。図５に示すように、ＣＰＵ２０は、計時回路２６から現在時刻を取得する（ステップ５０１）。次いで、取得した現在時刻が夜間の時間帯に含まれるか否かを判断する（ステップ５０２）。ここで、夜間の時間帯の情報は、予めＲＯＭ２２に格納しておけばよい。ＲＯＭ２２には、定められた時間帯（たとえば、０時〜６時および１９時〜２４時）という年月日を考慮しない単一の時間帯の組を記憶しておいてもよい。或いは、季節や月ごとに異なる複数の時間帯の組を記憶しておいてもよい。
【００４２】
ステップ５０２においてＮｏと判断された場合、つまり、現在時刻が夜間の時間帯に含まれない場合（現在時刻が昼間の時間帯に含まれる場合）には、現在時刻に応じた屋内外判断用の閾値を取得する（ステップ５０３）。現在時刻に応じた屋内外判断用の閾値は、現在時刻とモニタ電圧データのレベル（モニタ電圧レベル）とを対応付けたテーブルとしてＲＯＭ２２に格納されている。モニタ電圧データは、電力供給回路１８のＡＤコンバータ３３から出力され、ＣＰＵ２０に与えられる。たとえば、ＣＰＵ２０は、与えられたモニタ電圧データをＲＡＭ２４に一時的に記憶し、ＲＡＭ２４から一時的に記憶されたモニタ電圧データを読み出せば良い。
【００４３】
図６（ａ）は、ある時期における屋内および屋外での光発電のモニタ電圧レベルの典型例を示す図である。図６（ａ）において直線で示すグラフ６０１が、屋外における光発電のモニタ電圧レベルを示し、破線で示すグラフ６０２が、屋内におけるモニタ電圧レベルを示す。図６（ａ）においては、夜間に相当する時間帯（０時〜６時、１９時〜１２時）では、屋内では蛍光灯が点灯していることから、屋内の方が、屋外よりも発電によるモニタ電圧レベルが大きい。その一方、昼間に相当する時間帯（６時〜１９時）では、屋外の方が、屋外よりも発電によるモニタ電圧レベルが大きい。そこで、本実施の形態においては、夜間ではない時間帯、つまり昼間に相当する時間帯（たとえば、図６（ａ）の例では、６時〜１９時）で、時刻ごとにＧＰＳ時計装置が屋内外の何れに位置しているかを判断するためのモニタ電圧レベルの閾値を決定し、時刻とモニタ電圧レベルとを関連付けてＲＯＭ２２に格納している。図６（ｂ）は、時刻とモニタ電圧レベルの閾値とを示すグラフである。図６（ｂ）において、一点鎖線６１０で示すグラフが閾値を示す。なお、ステップ５０５では、たとえば、モニタ電圧レベルのピーク値やピーク値の平均値と閾値とが比較される。
【００４４】
ＣＰＵ２０は、ＡＤコンバーター５２から出力されたデータに基づいて、太陽光発電装置５１の発電レベルを示すモニタ電圧レベルを取得する（ステップ５０４）。次いで、ＣＰＵ２０は、モニタ電圧が閾値以上であるか（モニタ電圧≧閾値）を判断する（ステップ５０５）。ステップ５０５でＹｅｓと判断された場合には、ＧＰＳ時計装置が屋外に位置していると判断して、ＣＰＵ２０は、測位モードを３ＤＦｉｘモードと決定する（ステップ５０８）。また、ＣＰＵ２０は、測位において使用するＰＤＯＰマスク値として、屋外用ＰＤＯＰマスク値を設定する（ステップ５０９）。なお、屋外用ＰＤＯＰマスク値は、屋内用ＰＤＯＰマスク値より、ＰＤＯＰの良好性を示す値、つまり、より小さな値となっている。
【００４５】
ステップ５０５でＮｏと判断された場合には、ＣＰＵ２０は、モニタ電圧データの周波数を算出する。蛍光灯は家庭用交流電源の周波数に応じて点滅しているため、太陽光発電装置５１が、蛍光灯の光に基づいて発電する場合には、太陽光発電装置５１からの出力電圧も、一定の周波数をもって振動している。たとえば、５０Ｈｚの家庭用交流電源を用いている場合には、蛍光灯は１秒間に１００回点滅する。その一方、６０Ｈｚの家庭用交流電源を用いている場合には、蛍光灯は１秒間に１２０回点滅する。したがって、これら点滅する蛍光灯の光を受けて発電している太陽光発電装置３１から得られたモニタ電圧も、１秒間に１００回或いは１２０回の繰り返し波形を示す。
【００４６】
図１０は、本実施の形態におけるモニタ電圧データの例を示す図である。図１０に示すように、モニタ電圧データは、ゼロレベルから増大してピークから再度減少してゼロレベルに至るような基本波形（符号１００１、１００２参照）が連続する。たとえば、５０Ｈｚの交流電源により点灯している蛍光灯の光による発電に基づくモニタ電圧では、上記基本波形が１秒間に１００回連続してあらわれ、６０Ｈｚの交流電源により点灯している蛍光灯の光による発電に基づくモニタ電圧では、上記基本波形が１秒間に１２０回連続してあらわれる。したがって、たとえば、ＣＰＵ２０は、秒あたりの基本波形の数をカウントすることにより、交流電源の周波数を特定することができる。より具体的には、モニタ電圧データのピークを検出して、ピーク値より若干小さい（たとえばピーク値の９０％）閾値ＴＨを設定し、モニタ電圧データの立ち上がり（増加時）に閾値を超えるポイント（たとえば、符号１０１１〜１０１４参照）の数をカウントすればよい。
【００４７】
ＣＰＵ２０は、モニタ電圧の周波数に基づく交流電源の周波数６０Ｈｚが検出されたか否かを判断する（ステップ５０６）。周波数６０Ｈｚが検出された場合（ステップ５０６でＹｅｓ）には、ＣＰＵ２０は、ＧＰＳ時計装置が屋内に位置していると判断する。また、モニタ電圧の周波数に基づく交流電源の周波数５０Ｈｚが検出された場合にも（ステップ５０７でＹｅｓ）、ＣＰＵ２０は、ＧＰＳ時計装置が屋内に位置していると判断する。したがって、これらの場合には、ＣＰＵ２０は、測位モードを２ＤＦｉｘモードと決定する（ステップ５１０）。また、ＣＰＵ２０は、測位において使用するＰＤＯＰマスク値として、屋内用ＰＤＯＰマスク値を設定する（ステップ５１１）。
【００４８】
また、ステップ５０２でＮｏと判断された場合、つまり、現在時刻が夜間に相当する時間帯に含まれると判断された場合にも、モニタ電圧の周波数による判断（ステップ５０６、５０７）が実行される。
【００４９】
測位モードおよびＰＤＯＰマスク値は、ＣＰＵ２０からＧＰＳ制御部３７に与えられる。ＧＰＳ制御部３７は、後述する測位処理（ステップ４０４）において、測位モードが、３ＤＦｉｘモードであれば、多チャンネルデコーダ群３５中の全てのデコーダ４１〜４ｎに、ＧＰＳフレームデータを取得させる。その一方、測位モードが、２ＤＦｉｘモードであれば、ＧＰＳ制御部３７は、多チャンネルデコーダ群３５のうち、３つのデコーダ（たとえば、デコーダ４１〜４３）に、ＧＰＳフレームデータを取得させる。
【００５０】
測位モード設定処理（ステップ４０３）が終了すると、ＣＰＵ２０は、測位モードにしたがった測位処理を実行する（ステップ４０４）。図７、図８は、本実施の形態にかかる測位処理の例を示すフローチャートである。図７に示すように、ＣＰＵ２０は、設定された測位モードが、３ＤＦｉｘモードか否かを判断する（ステップ７０１）。ステップ７０１でＹｅｓと判断された場合には、ＣＰＵ２０は、ＧＰＳ制御部３７に対して、多チャンネルデコーダ群３８中の全てのデコーダ４１〜４ｎにＧＰＧフレームデータの取得を指示する（ステップ７０２）。
【００５１】
ＧＰＳ制御部３７の指示に応答して、多チャンネルデコーダ群３８中のデコーダ４１〜４ｎはそれぞれ衛星からのＧＰＳフレームデータを取得し、ＧＰＳフレームデータを、それぞれ、メモリ３６の所定の領域に格納する。なお、捕捉される衛星の数が、デコーダの数ｎに満たない場合には、捕捉された衛星の数だけのデコーダが作動すれば足りる。
【００５２】
ＧＰＳ制御部３７は、メモリ３６に格納された、各衛星のＧＰＳフレームデータから、４つ、或いは、それ以上の衛星の組のそれぞれのＰＤＯＰ値を算出する（ステップ７０３）。ＧＰＳ制御部３７は、算出されたＰＤＯＰ値を比較して、最良、つまり、最小値を示すＰＤＯＰ値を特定する（ステップ７０４）。次いで、ＧＰＳ制御部３７は、最良のＰＤＯＰ値と屋外用ＰＤＯＰマスク値を比較して、最良のＰＤＯＰ値が、屋外用ＰＤＯＰマスクより小さいか否かを判断する（ステップ７０５）。ステップ７０５でＮｏと判断された場合には、処理が終了され、今回の処理において取得したＧＰＳフレームデータによる現在位置の算出は行なわれない。
【００５３】
ステップ７０５でＹｅｓと判断された場合には、ＧＰＳ制御部３７は、最良のＰＤＯＰ値を示した衛星のそれぞれのＧＰＳフレームデータをＣＰＵ２０に与える。ＣＰＵ２０は、与えられたＧＰＳフレームデータに基づいて、ＧＰＳ時計装置の現在位置の３次元座標および現在時刻の誤差を算出する（ステップ７０６）。
【００５４】
ステップ７０１でＮｏ、つまり、測位モードが２ＤＦｉｘモードであった場合には、ＣＰＵ２０は、ＧＰＳ制御部３７に対して、多チャンネルデコーダ群３８中のうち、３つのデコーダ４１〜４３の起動を指示する（ステップ８０１）。ＧＰＳ制御部３７の指示に応答して、多チャンネルデコーダ群３８中の３つのデコーダ４１〜４３はそれぞれ衛星からのＧＰＳフレームデータを取得し、ＧＰＳフレームデータを、それぞれ、メモリ３６の所定の領域に格納する。
【００５５】
ＧＰＳ制御部３７は、メモリ３６に格納された、３つの衛星のＧＰＳフレームデータからＰＤＯＰ値を算出する（ステップ８０２）。ＧＰＳ制御部３７は、算出されたＰＤＯＰ値と屋内用ＰＤＯＰマスク値を比較して、算出されたＰＤＯＰ値が、屋内用ＰＤＯＰマスクより小さいか否かを判断する（ステップ８０３）。ステップ８０３でＮｏと判断された場合には、処理が終了され、今回の処理において取得したＧＰＳフレームデータによる現在位置の算出は行なわれない。
【００５６】
ステップ８０３でＹｅｓと判断された場合には、ＧＰＳ制御部３７は、ＰＤＯＰ値を示した衛星のそれぞれのＧＰＳフレームデータをＣＰＵ２０に与える。ＣＰＵ２０は、与えられたＧＰＳフレームデータに基づいて、ＧＰＳ時計装置の現在位置の２次元座標および現在時刻の誤差を算出する（ステップ８０４）。
【００５７】
本実施の形態によれば、太陽光発電装置により発電された電気信号のレベル（モニタ電圧レベル）を光の強度に応じた信号として、その信号の周期性を判断している。信号が、交流電源の周波数に基づく所定の周期性を有する場合には、ＧＰＳ時計装置が屋内に位置していると判断して、２次元測位モードによる測位を実行する。屋内においては可視されるＧＰＳ衛星の数が少なく、高精度の測位が見込めない可能性が高いため、予め２次元測位モードによる測位により、平面座標や時刻の誤差のみを取得する。これにより、ＧＰＳ時計装置の状況に応じて適切な測位モードの下での測位が可能となる。
【００５８】
また、本実施の形態においては、現在時刻が昼間に相当する時間帯である場合には、信号のレベルが所定の閾値以上であるか否かを判断する。この所定の閾値は、昼間に相当する時間帯において、屋内屋外を判断するための値である。信号のレベルが所定の閾値以上である場合には、前記測位モード決定手段が、３次元測位モードにて測位すべきであると判断する。したがって、ＧＰＳ時計装置が屋外に位置している可能性が相当に高い場合には、３次元測位モードにより高精度の測位を実行することが可能となる。
【００５９】
さらに、本実施の形態においては、現在時刻が夜間に相当する時間帯である場合には、周期性検出手段により信号の周期性が判断され、信号に周期性があると判断された場合には、２次元測位モードによる測位が実行される。夜間に相当する時間帯においては、蛍光灯が点灯されている典型的な場所である屋内に、ＧＰＳ時計装置が位置しているか否かを判断し、これに基づいて、測位モードを決定する。本実施の形態によれば、時間帯に応じてＧＰＳ時計装置の位置を適切に判断することが可能となる。
【００６０】
本実施の形態においては、３次元測位モードにおいては、多チャンネルデコーダ群の全てのデコーダが作動して、それぞれのデコーダがＧＰＳフレームデータを取得する。その一方、２次元測位モードでは、全てのデコーダ数より少ない数（たとえば必要最低限である３つ）のデコーダが作動して、それぞれのデコーダがＧＰＳフレームデータを取得する。これにより、高精度の測位が見込めない２次元測位モードにおいては、電力消費を極力抑制することが可能となる。
【００６１】
また、本実施の形態においては、２次元測位モードにおいて、ＧＰＳ衛星の配置状態の良好度を示す指標値（たとえば、ＰＤＯＰ値）であって、測位に用いることの限度を示すマスク値を、３次元測位モードにおけるマスク値よりも、良好でない配置を許容する値とする。これにより、２次元測位モードにおいては、精度の高低より、位置の算出を優先することができる。
【００６２】
本実施の形態によれば、太陽光発電装置により発電された電気信号のレベル（モニタ電圧レベル）を光の強度に応じた信号として取得する。したがって、光を受信するための専用の素子を用いることなく、光の強度に応じた信号を取得することができる。
【００６３】
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。
【００６４】
たとえば、前記実施の形態においては、電力供給回路が太陽光発電装置を備え、太陽光発電装置にて発電される電力について、モニタ電圧を取得し、モニタ電圧の周波数を検出している。しかしながら、このような構成に限定されるものではない。図１１は、本発明の第２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１１に示すように、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、表示部３２、受光部１１０および電力供給回路１３４を有する。電力供給回路１３４は、外部からの家庭用交流電源を受け入れるレギュレータ１３５および二次電池１３６を有する。また、受光部１１０は、受光センサ１１１、フィルタ回路１１２およびＡＤコンバーター１１３を有する。
【００６５】
受光部１１０において、受光センサ１１１は、受け入れた光の強度に応じた信号を出力することができる。受光センサ１１１からの信号は、フィルタ回路１１２およびＡＤコンバーター１１３を経て、ＣＰＵ２０に与えられる。フィルタ回路１１２およびＡＤコンバーター１１３は、第１の実施の形態にかかるフィルタ回路５２およびＡＤコンバータ５３と同様である。ＣＰＵ２０には、受光センサ１１１により受光された光の強度に基づくデータが与えられる。したがって、第１の実施の形態と同様に、ＣＰＵ２０は、データの周波数を算出し、算出されたデータの周波数に基づき、交流電源の周波数６０Ｈｚ或いは５０Ｈｚを検出することが可能である。
【００６６】
また、前記実施の形態においては、屋内用ＰＤＯＰマスク値として、屋外用ＰＤＯＰマスク値より、大きい値として予め決めておき、２次元測位モード（２ＤＦｉｘモード）による測位において、屋内用ＰＤＯＰマスク値を参照して、２ＤＦｉｘモードにおける測位の可否を判断していた（図８のステップ８０３）。しかしながら、２次元測位モードにおいては、ＰＤＯＰマスク値を採用せず、３つのＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳ電波に基づいて、これら３つの衛星によるＰＤＯＰ値と屋内用ＰＤＯＰマスク値との比較をすることなく、測位を実行しても良い。
【００６７】
２ＤＦｉｘモードにおいてはＰＤＯＰマスク値を採用しないことにより、２次元測位モードにおいては、精度の高低より、位置の算出を最優先とすることができる。
【００６８】
また、前記実施の形態において、２次元測位モード（２ＤＦｉｘモード）では、３つのＧＰＳ衛星のＧＰＳフレームデータを得るために、３つのデコーダを作動させていた。しかしながら、これに限定されず、４つ以上のデコーダを作動させても良い。なお、省電力の観点からは、３次元測位モードのように全てのデコーダを作動させるのではなく、一部のデコーダのみを作動させるのが望ましい。
【００６９】
また、前記実施の形態においては、モニタ電圧データの周波数を得るために、モニタ電圧データの立ち上がり（増加時）に閾値を超えるポイントの数をカウントしているが、このような手法に限定されるものではない。たとえば、モニタ電圧データのピーク値など他の値をカウントしても良い。また、モニタ電圧の波形のノイズを考慮して、５０Ｈｚの交流電源を検出する際に、１秒当たりカウント値が１００に一致しなくても良く、カウント値が、所定の範囲内（たとえば、９５〜１０５）であれば、交流電源が５０Ｈｚであると判断してよい。６０Ｈｚの交流電源を検出する際も同様である。
【００７０】
また、モニタ電圧データの立ち上がり（増加時）に閾値を超えるポイントや、ピーク値となるポイントの数をカウントするのではなく、隣接するポイントの間の時間間隔を計測するように構成しても良い。この場合にも、モニタ電圧の波形のノイズを考慮して、複数の時間間隔の平均値が、所定の範囲内（交流電源の周波数が５０Ｈｚであれば、９ｍｓ〜１１ｍｓなど）に含まれるか否かを判断すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【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１８の構成を示すブロックダイヤグラムである。
【図３】図３は、本実施の形態にかかる電力供給回路の構成を示すブロックダイヤグラムである。
【図４】図４は、本実施の形態にかかるＧＳＰ時計装置において実行される処理の例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、測位モード決定処理の例をより詳細に示すフローチャートである。
【図６】図６（ａ）は、ある時期における屋内および屋外での光発電のモニタ電圧レベルの典型例を示す図、図６（ｂ）は、時刻とモニタ電圧レベルの閾値とを示すグラフである。
【図７】図７は、本実施の形態にかかる測位処理の例を示すフローチャートである。
【図８】図８は、本実施の形態にかかる測位処理の例を示すフローチャートである。
【図９】図９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１０】図１０は、本実施の形態におけるモニタ電圧データの例を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の第２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。
【符号の説明】
【００７２】
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
３４ 電力供給回路
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ＧＰＳ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、
光を受け入れて当該光の強度に応じた信号を出力する光検出手段と、
前記光検出手段から出力された信号に基づき、前記信号が所定の周期性を有するか否かを判断する周期性検出手段と、
３個のＧＰＳ衛星にて測位する２次元測位モード、或いは、４個以上のＧＰＳ衛星にて測位する３次元測位モードの何れ測位モードで測位すべきかを判断する測位モード決定手段と、を備え、
前記周期性検出手段が、前記信号が所定の周期性を有すると判断した場合に、前記測位モード決定手段が、２次元測位モードにて測位すべきと判断し、前記周期性検出手段が、前記信号が所定の周期性を有していないと判断した場合に、前記測位モード決定手段が、３次元測位モードにて測位すべきと判断し、
前記測位モードにしたがって、前記多チャンネルレコード群において、所定数のデコーダが作動して、それぞれのデコーダが、ＧＰＳフレームデータを取得することを特徴とする位置・時刻算出装置。
【請求項２】
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を備え、
前記測位モード決定手段が、前記計時手段により計時された現在時刻を参照して、 前記現在時刻が昼間に相当する所定の時間帯に該当する場合に、前記光検出手段から出力された信号のレベルが、所定の閾値以上であるかを判断し、前記信号のレベルが所定の閾値以上である場合には、当該測位モード決定手段が、３次元測位モードにて測位すべきであると判断し、前記閾値より小さい場合には、前記周期性検出手段が周期性を検出し、前記測位モード決定手段が、前記周期性に基づいて測位モードを決定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、前記計時手段により計時された現在時刻を参照して、前記現在時刻が夜間に相当する所定の時間帯に該当する場合に、前記周期性検出手段が周期性を検出し、前記測位モード決定手段が、前記周期性に基づいて測位モードを決定することを特徴とする請求項２に記載の位置・時刻算出装置。
【請求項４】
前記３次元測位モードにおいて、前記多チャンネルデコーダ群の全てのデコーダが作動し、前記２次元測位モードにおいては、前記多チャンネルデコーダ群のうち、全てのデコーダ数より少ない所定数のデコーダのみが作動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】
前記位置・時刻算出手段が、前記３次元測位モードにおいて、ＧＰＳ衛星の配置状態の良好度を示す指標値であって、測位に用いることの限度を示す所定の第１のマスク値を用いて、測位の可否を判断し、前記２次元測位モードにおいては、前記第１のマスク値より、良好でない配置を許容する所定の第２のマスク値を用いて測位の可否を判断することを特徴とする請求項１ないし４の何れか一項に記載の位置・時刻算出装置。
【請求項６】
前記位置・時刻算出手段が、前記３次元測位モードにおいて、ＧＰＳ衛星の配置状態の良好度を示す指標値であって、測位に用いることの限度を示す所定の第１のマスク値を用いて、測位の可否を判断し、前記２次元測位モードにおいては、前記マスク値を使用することなく測位を行うことを特徴とする請求項１ないし４の何れか一項に記載の位置・時刻算出装置。
【請求項７】
前記光検出手段が、太陽光を含む光に応じて発電する発電手段を有し、
前記周期性判定手段が、前記発電手段の発電による電気信号に基づいて、当該電気信号における所定の周期性を検出することを特徴とする請求項１ないし６の何れか一項に記載の位置・時刻算出装置取得装置。
【請求項８】
前記周期性が、商用交流電源の周波数に基づくことを特徴とする請求項１ないし７の何れか一項に記載の位置・時刻算出装置。
【請求項９】
請求項１ないし８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１０】
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９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ＧＰＳ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、
光を受け入れて当該光の強度に応じた信号を出力する光検出手段と、
前記光検出手段から出力された信号に基づき、前記信号が所定の周期性を有するか否かを判断する周期性検出手段と、
３個のＧＰＳ衛星にて測位する２次元測位モード、或いは、４個以上のＧＰＳ衛星にて測位する３次元測位モードの何れ測位モードで測位すべきかを判断する測位モード決定手段と、を備え、
前記周期性検出手段が、前記信号が所定の周期性を有すると判断した場合に、前記測位モード決定手段が、２次元測位モードにて測位すべきと判断し、前記周期性検出手段が、前記信号が所定の周期性を有していないと判断した場合に、前記測位モード決定手段が、３次元測位モードにて測位すべきと判断し、
前記測位モードにしたがって、前記多チャンネルレコード群において、所定数のデコーダが作動して、それぞれのデコーダが、ＧＰＳフレームデータを取得することを特徴とする位置・時刻算出装置。
【請求項２】
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を備え、
前記測位モード決定手段が、前記計時手段により計時された現在時刻を参照して、 前記現在時刻が昼間に相当する所定の時間帯に該当する場合に、前記光検出手段から出力された信号のレベルが、所定の閾値以上であるかを判断し、前記信号のレベルが所定の閾値以上である場合には、当該測位モード決定手段が、３次元測位モードにて測位すべきであると判断し、前記閾値より小さい場合には、前記周期性検出手段が周期性を検出し、前記測位モード決定手段が、前記周期性に基づいて測位モードを決定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、前記計時手段により計時された現在時刻を参照して、前記現在時刻が夜間に相当する所定の時間帯に該当する場合に、前記周期性検出手段が周期性を検出し、前記測位モード決定手段が、前記周期性に基づいて測位モードを決定することを特徴とする請求項２に記載の位置・時刻算出装置。
【請求項４】
前記３次元測位モードにおいて、前記多チャンネルデコーダ群の全てのデコーダが作動し、前記２次元測位モードにおいては、前記多チャンネルデコーダ群のうち、全てのデコーダ数より少ない所定数のデコーダのみが作動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】
前記位置・時刻算出手段が、前記３次元測位モードにおいて、ＧＰＳ衛星の配置状態の良好度を示す指標値であって、測位に用いることの限度を示す所定の第１のマスク値を用いて、測位の可否を判断し、前記２次元測位モードにおいては、前記第１のマスク値より、良好でない配置を許容する所定の第２のマスク値を用いて測位の可否を判断することを特徴とする請求項１ないし４の何れか一項に記載の位置・時刻算出装置。
【請求項６】
前記位置・時刻算出手段が、前記３次元測位モードにおいて、ＧＰＳ衛星の配置状態の良好度を示す指標値であって、測位に用いることの限度を示す所定の第１のマスク値を用いて、測位の可否を判断し、前記２次元測位モードにおいては、前記マスク値を使用することなく測位を行うことを特徴とする請求項１ないし４の何れか一項に記載の位置・時刻算出装置。
【請求項７】
前記光検出手段が、太陽光を含む光に応じて発電する発電手段を有し、
前記周期性判定手段が、前記発電手段の発電による電気信号に基づいて、当該電気信号における所定の周期性を検出することを特徴とする請求項１ないし６の何れか一項に記載の位置・時刻算出装置取得装置。
【請求項８】
前記周期性が、商用交流電源の周波数に基づくことを特徴とする請求項１ないし７の何れか一項に記載の位置・時刻算出装置。
【請求項９】
請求項１ないし８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１０】
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９に記載の時計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
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【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−９６６８６（Ｐ２０１０−９６６８６Ａ）
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６９３３１（Ｐ２００８−２６９３３１）
【出願日】平成２０年１０月２０日（２００８．１０．２０）
【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２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２０日（２００８．１０．２０）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
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