時刻表示方法および時刻表示装置
【課題】建物の中など位置情報衛星からの電波が非常に弱い場合でも、位置時用法衛生を捕捉し、時刻に関する航法メッセージデータを受信して、正確な時刻を表示する高感度かつ低消費電力なＧＰＳ時計を実現する。
【解決手段】小刻みにＣ／Ａコードを切換えながらサーチでの相関強度を累積し、相関強度記憶手段に記憶して直線抽出し、受信データも固定データとパターンデータとインクリメントデータ毎にレプリカを用意して、累積したデータとの相関をとる。
【解決手段】小刻みにＣ／Ａコードを切換えながらサーチでの相関強度を累積し、相関強度記憶手段に記憶して直線抽出し、受信データも固定データとパターンデータとインクリメントデータ毎にレプリカを用意して、累積したデータとの相関をとる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置情報衛星などの衛星からの電波に含まれる時刻情報を基に、内部時計の時刻を修正して表示する時計に関する。
【背景技術】
【０００２】
位置情報衛星の主たる目的は、複数の位置情報衛星の位置とそれらの位置情報衛星からの電波の遅延時間により受信点の位置を求めることである。しかし、位置情報衛星には原子時計などの極めて精度の高い時計が搭載されており、位置情報衛星からの時刻情報を基に内部時計の時刻を修正して精度の高い時刻を表示する時計が多数開示されている（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
しかし、時計は建物などの電波の比較的弱い場所に設置されることも多く、１回の受信では必ずしも充分ではなく、間欠的に複数回受信して得られたデータを基に内部時計の時刻を修正して表示する時計も開示されている（例えば特許文献２参照。）。
【０００４】
このような従来のＧＰＳ時計について、図２５を基に説明する。
図２５における従来のＧＰＳ時計では、位置情報衛星からの電波をアンテナ２５０２により高周波信号に変換する。ＲＦ手段２５０３では、局部発振とのミキシングにより周波数をダウンコンバージョンする。組合せ復調手段２５０４では、サーチする周波数毎に位置情報衛星からの繰り返される電波をサーチする相関器の段数を増やして位置情報衛星毎に捕捉するとともに、トラッキングしてＣ／Ａコードの１ｍｓの各サイクルに重畳している相関データを抽出する。つまり、周波数と衛星の組合せ毎にサーチしていた。整合演算手段２５０５では、Ｃ／Ａコードの１サイクル１ｍｓ毎の相関データのビットの境界を抽出して、航法メッセージデータの各ビットを構成する２０ｍｓ分の相関データを集約するとともに、繰り返されるサブフレームから受信して抽出した航法メッセージデータに不整合がないことを確認することにより受信データの信頼度を確保しつつ、航法メッセージデータから時刻情報に演算する。具体的には、航法メッセージデータの第１サブフレームが来たらＴＬＭ、ＴＯＷなどの時刻情報データとサブフレームＩＤを受信する。その後第２サブフレームについても同様に受信し、第１サブフレームの受信データと第２サブフレームの受信データの整合が取れていた場合のみ内部時計の時刻を修正して表示し、ＧＰＳ信号の受信を終了する。もし、整合がとれない場合は第１サブフレームの受信に戻るようにしていた。また、ＴＯＷとサブフレームＩＤは受信する毎にインクリメントされている場合に整合しているものとしていた。ＲＴＣ手段２５０６では、内部基準クロックを分周して内部時刻を生成するとともに、整合演算手段２５０５からの時刻情報により内部時刻を修正する。時刻表示手段２５０７では、修正された内部時刻により時刻を表示するようにしていた。
【０００５】
しかし、このような従来のＧＰＳ時計では、位置情報衛星からの電波が弱い場合には、サーチの感度を高くするために相関手段の段数を長くしていて、回路規模が大きくなると言う課題があった。さらに、サーチの感度を高くするために相関手段を長くすることにより、１つの周波数で相関を得るための時間が長くなるばかりでなく、捕捉できる周波数の範囲が狭くなってしまうためにサーチする周波数の数が多くなることによる相乗効果で、サーチ時間が著しく長くなり、消費電力も著しく大きくなるという課題があった。また、位置情報衛星をサーチする時間を短くするために複数の位置情報衛星を同時にサーチする場合には、サーチのための相関手段を同時にサーチする衛星の数だけ設けていたために、回路規模が大きいと言う課題があった。
【０００６】
また、このような従来のＧＰＳ時計では、位置情報衛星からの電波が極めて弱い場合には、連続するサブフレームの受信データが整合しないことが多かったり、整合した場合でも稀に正しい値でないことがあるという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−８２８７５号公報
【特許文献２】特開２００７−２６３５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明では、以上に示したＧＰＳ時計のこれらの課題を解決し、建物の奥など極めて電波が弱い場所でも、比較的簡単な構成かつ高速かつ低消費電力で、安定して時刻情報を取得して正しい時刻を表示することのできるＧＰＳ時計を実現することである。
【０００９】
このためには、位置情報衛星をサーチする時の感度、トラッキングの感度、データ受信の感度のすべての感度を向上させる必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための発明の様態を以下に示す。
第１の様態として、衛星から来る電波の時刻情報により時刻を修正する時刻表示方法において、衛星からの電波に含まれる擬似ランダム符号の複数サイクル分の相関強度を合成することにより衛星をサーチして捕捉する合成サーチ工程と、合成サーチ工程で捕捉した衛星からの電波を効率的に受信できるように制御するトラッキング工程と、随時更新しながら繰り返される衛星からの電波に含まれる時刻に関する航法メッセージデータを合成するデータ合成受信工程と、データ合成受信工程で受信した時刻に関する航法メッセージデータから標準時を演算により求める標準時演算工程と、内部時刻をカウントする元となる基準クロックを発生する基準クロック発生工程と、基準クロックをカウントして内部時刻を生成するとともに標準時により内部時刻を修正するＲＴＣ工程と、内部時刻により時刻を表示する時刻表示工程とを有する。
【００１１】
第２の様態として、第１の様態において、合成サーチ工程は、衛星からの電波を受信して周波数をダウンコンバージョンした後に、搬送波と擬似ランダム符号を除去して得られた相関強度を擬似ランダム符号の１サイクル分以上累積することにより衛星をサーチして捕捉する。
【００１２】
第３の様態として、第１の様態において、合成サーチ工程は、衛星からの電波を受信して周波数をダウンコンバージョンした後に、低周波信号から搬送波を除去するとともに、１つ以上の衛星に対応する擬似ランダム符合のレプリカを擬似ランダム符合の１チップの時間の範囲内に切換えながら擬似ランダム符号を除去して相関強度を抽出し、得られた相関強度を擬似ランダム符号の１サイクル分以上１つ以上の衛星に対応して累積することにより１つ以上の位置情報衛星から略同時にサーチして捕捉する。
【００１３】
第４の様態として、第１の様態において、合成サーチ工程は、衛星からの電波を受信して周波数をダウンコンバージョンした後に、搬送波と擬似ランダム符号を除去して得られた相関強度を１サイクル分以上記憶した後に、記憶されている値から信号強度と擬似ランダム符号の位相と周波数のズレを演算することにより衛星をサーチして捕捉する。
【００１４】
第５の様態として、第１の様態において、データ合成受信工程は、衛星からの電波を受信して周波数をダウンコンバージョンした後に、搬送波と擬似ランダム符号を除去して得られた相関データからビットの境界を検出するビット境界検出工程と、ビット境界検出工程で検出したビットの境界内の相関データを集約してビットデータを生成するビットデータ集約工程と、ビットデータから航法メッセージデータを合成するビットデータ合成工程を有し、ビット境界検出工程は、相関データの変化を抽出する変化抽出工程と、変化抽出工程で求めた相関データの変化を累積する変化累積工程と、変化累積工程で累積した変化から相関データにより構成されるビットデータの境界を求める変化点位置演算工程を有する。
【００１５】
第６の様態として、衛星から来る電波の時刻情報により時刻を修正する時刻表示装置において、位置情報衛星からの電波を高周波信号として受信するアンテナと、アンテナからの高周波信号をダウンコンバージョンして低周波信号に変換するＲＦ手段と、ＲＦ手段からの低周波信号に含まれるＣ／Ａコード複数サイクル分の相関強度を合成することにより位置情報衛星をサーチして捕捉するとともに相関データを抽出する合成復調手段と、合成復調手段からの相関データに含まれる時刻に関する航法メッセージデータを繰り返し受信して合成するするとともに標準時を演算する合成演算手段と、内部の基準クロックをカウントして内部時刻を生成するとともに標準時により内部時刻を修正するＲＴＣ手段と、ＲＴＣ手段からの内部時刻により時刻を表示する時刻表示手段と、全体とステータス及びシーケンスを管理する制御手段とを有する。
【００１６】
第７の様態として、第６の様態において、合成復調手段は、低周波信号から搬送波と擬似ランダム符号を除去して相関データと相関強度を抽出するとともに、得られた相関強度を擬似ランダム符号の１サイクル分以上累積することにより位置情報衛星をサーチして捕捉する。
【００１７】
第８の様態として、第６の様態において、合成復調手段は、低周波信号から搬送波を除去するとともに、１つ以上の衛星に対応する擬似ランダム符合のレプリカを擬似ランダム符合の１チップの時間の範囲内に切換えながら擬似ランダム符号を除去して相関データと相関強度を抽出するとともに、得られた相関強度を擬似ランダム符号の１サイクル分以上１つ以上の衛星に対応して累積することにより１つ以上の位置情報衛星から略同時にサーチして捕捉する。
【００１８】
第９の様態として、第６の様態において、合成復調手段は、低周波信号から搬送波と擬似ランダム符号を除去して相関データと相関強度を抽出するとともに、得られた相関強度を擬似ランダム符号の１サイクル分以上記憶する相関強度記憶手段と、相関強度記憶手段に記憶されている値から信号強度と擬似ランダム符号の位相と周波数のズレを演算することにより位置情報衛星をサーチして捕捉する。
【００１９】
第１０の様態として、第６の様態において、合成演算手段は、相関データを集約してビットデータを生成するビットデータ生成手段と、ビットデータから時刻に関する航法メッセージデータを抽出するデータ合成手段と、データ合成手段からの航法メッセージデータから標準時を演算する標準時演算手段を有し、ビットデータ生成手段は、相関データの変化を抽出する変化抽出手段と、変化抽出手段で求めた相関データの変化を累積する変化累積手段と、変化累積手段で累積した変化から相関データにより構成されるビットデータの境界を求める変化点位置演算手段と、変化点位置演算手段からの変化点を基に相関データを集約してビットデータを出力するビットデータ集約手段を有する。
【００２０】
第１１の様態として、第６の様態において、合成演算手段は、相関データを集約してビットデータを生成するビットデータ生成手段と、ビットデータから時刻に関する航法メッセージデータを抽出するデータ合成手段と、データ合成手段からの航法メッセージデータから標準時を演算する標準時演算手段を有し、データ合成手段は、ビットデータから累積あるいは／及びレプリカとの相関により航法メッセージデータを得る。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によるＧＰＳ時計では、位置情報衛星からの電波が微弱な場合でも、高感度でサーチ及びトラッキング及びデータ受信ができるため、例えば屋内の窓から離れた場所でも安定して航法メッセージデータに含まれる時刻情報を受信して、常に正確な時刻を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るＧＰＳ時計の好適な一実施例を示す工程フロー図
【図２】本発明に係る合成サーチ工程の工程フロー図
【図３】本発明に係る合成サーチ工程の工程フロー図
【図４】本発明に係る合成サーチ工程の工程フロー図
【図５】本発明に係るサーチ演算手段の動作を示す概念図
【図６】本発明に係るサーチ演算手段の動作を示すフロー図
【図７】本発明に係るデータ合成受信工程の工程フロー図
【図８】本発明に係るビット境界検出工程の処理を示す概念図
【図９】本発明に係るＧＰＳ時計の好適な一実施例を示すブロック図
【図１０】本発明に係る時刻表示手段の実施例を示す外観図
【図１１】本発明に係る合成復調手段の構成を示すブロック図
【図１２】本発明に係る信号強度累積手段の構成を示すブロック図
【図１３】本発明に係る合成復調手段の構成を示すブロック図
【図１４】本発明に係るタイミング手段の動作を示すタイミング図
【図１５】本発明に係る合成復調手段の構成を示すブロック図
【図１６】本発明に係る合成演算手段のブロック図
【図１７】本発明に係るビットデータ生成手段のブロック図
【図１８】本発明に係る合成演算手段の構成を示すブロック図
【図１９】本発明に係る固定データの合成方法を示す構成図
【図２０】本発明に係る繰り返しパターンデータの累積方法を示す構成図
【図２１】本発明に係る繰り返しパターンデータのレプリカの一例を示す図
【図２２】本発明に係るインクリメントデータの合成方法を示す概念図
【図２３】本発明に係る航法メッセージデータのタイミングを示すタイミング図
【図２４】本発明に係る航法メッセージデータのタイミングを示す図
【図２５】従来のＧＰＳ時計のブロック構成図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明によるＧＰＳ時計では、位置情報衛星からの電波に含まれる擬似ランダム符号であるＣ／Ａコード複数サイクル分の相関強度を合成することにより位置情報衛星をサーチして捕捉する合成サーチ工程と、合成サーチ工程で捕捉した位置情報衛星からの電波を効率的に受信できるように制御するトラッキング工程と、随時更新しながら繰り返される位置情報衛星からの電波に含まれる時刻に関する航法メッセージデータを合成するデータ合成受信工程と、データ合成受信工程で受信した時刻に関する航法メッセージデータから標準時を演算により求める標準時演算工程と、内部時刻をカウントする元となる基準クロックを発生する基準クロック発生工程と、基準クロックをカウントして内部時刻を生成するとともに標準時により内部時刻を修正するＲＴＣ工程と、内部時刻により時刻を表示する時刻表示工程とを有することを特徴とする時刻表示方法。
【００２４】
また、上記の方法を実現するためのＧＰＳ時計は、位置情報衛星からの電波を高周波信号として受信するアンテナと、アンテナからの高周波信号をダウンコンバージョンして低周波信号に変換するＲＦ手段と、ＲＦ手段からの低周波信号に含まれるＣ／Ａコード複数サイクル分の相関強度を合成することにより位置情報衛星をサーチして捕捉するとともに相関データを抽出する合成復調手段と、合成復調手段からの相関データに含まれる時刻に関する航法メッセージデータを繰り返し受信して合成するするとともに標準時を演算する合成演算手段と、内部の基準クロックをカウントして内部時刻を生成するとともに標準時により内部時刻を修正するＲＴＣ手段と、ＲＴＣ手段からの内部時刻により時刻を表示する時刻表示手段と、全体とステータス及びシーケンスを管理する制御手段とにより構成した。
【００２５】
本発明によるＧＰＳ時計の構成や動作を詳細に説明する前に、本発明によるＧＰＳ時計が位置情報衛星から受信する航法メッセージデータについて予め説明する。なお、本実施例の以降の説明では、＜＞を大見出し、［］を中見出し、小見出しとして用いている。
【００２６】
＜航法メッセージデータ＞
［航法メッセージデータのタイミング］
図２３に示す位置情報衛星からの航法メッセージデータのタイミングについて説明する。
【００２７】
航法メッセージデータの全体は、ページ番号Ｐ１〜２５を含む２５フレームにより構成される。各フレームは、サブフレーム番号ＳＦ１〜５の５つのサブフレームにより構成される。サブフレーム番号ＳＦ４、５の２つのサブフレームには、ページ番号Ｐ１〜２５の２５ページがあり、フレーム毎にページが切り換わる。各サブフレームは、ワード番号Ｗ１〜１０の１０ワードにより構成される。また、各ワードはビット番号ｂ１〜３０の３０ビットにより構成される。各ワードの初めの２４ビットはデータでＭＳＢから順に送られる。各ワードの最後の６ビットはパリティである。ここで、各ビットはＣＡ１〜２０の１０２３チップのＣ／Ａコードの２０サイクル分繰り返される。
【００２８】
ここでＣ／Ａコードの１サクイルは１ｍ秒であるため、各ビットの時間は２０ｍ秒で、各ワードの時間は０．６秒で、各サブフレームの時間は６秒で、各フレームの時間は３０秒で、航法メッセージデータ全体の時間は１２．５分である。これらが全て時系列的に位置情報衛星から送信され、航法メッセージデータの全体が、その値が随時更新されながら、繰り返される。
【００２９】
［時刻の取得に必要な航法メッセージデータ］
図２４に、時刻の取得に必要な航法メッセージデータの時系列的な位置を示す。図２３では、各項目について、サブフレーム番号、ページ番号、ワード番号とビット番号が時系列的な位置を示している。
【００３０】
ここで、ＴＬＭは、予め定められたプリアンブルを含み各サブフレームの最初のワードの位置であることを示すものである。ＴＯＷは、週の初めからの経過時間を示すものである。サブフレームＩＤは、サブフレームの番号を示すものである。ＷＮは、週番号を示すものである。健康状態は、位置情報衛星から送られる航法メッセージデータの信頼性を示すものである。ＵＴＣは、ＧＰＳ時刻からグリニッジ標準時を求めるために必要なパラメータである。なお、各ワードの２５〜３０番目のビットは、パリティデータである。
【実施例】
【００３１】
＜ＧＰＳ時計の方法＞
図１は、本発明によるＧＰＳ時計の工程の一例を示したものである。これより、本発明によるＧＰＳ時計の各工程について、図１を基に説明する。全体の工程は、制御手段によを用いて行う。
【００３２】
本発明によるＧＰＳ時計は、位置情報衛星からの時刻情報により内部時刻を修正して内部時刻により時刻を表示する。位置情報衛星からの時刻情報の取得および内部時刻の修正は、初期やユーザーからの時刻調整操作時や所定のタイミングなどで行う。
【００３３】
［合成サーチ工程］
位置情報衛星から時刻に関する情報を得るために、まず合成サーチ工程１０１で、Ｃ／Ａコード及び周波数毎にＣ／Ａコードの位相を変えながら、Ｃ／Ａコード複数サイクル分の相関強度を合成することにより、位置情報衛星をサーチして捕捉する。ある位置情報衛星について複数の周波数や複数のＣ／Ａコードの位相について閾値を越えた場合には、信号強度が最大のものを捕捉結果として、周波数とＣ／Ａコードの位相を検出する。また、複数の位置情報衛星を捕捉した場合には、信号強度などにより受信する衛星を決定するようにした。合成サーチ工程１０１は、ＲＦ手段及び合成復調手段を用いて行う。
【００３４】
［トラッキング工程］
位置情報衛星が捕捉されると、トラッキング工程１０２でトラッキングを行う。トラッキング工程１０２により、搬送波の位相及びＣ／Ａコードの位相を、それぞれのＰＬＬにより最適な状態に制御する。トラッキング工程１０２では、合成サーチ工程１０１で捕捉した位置情報衛星からの電波の周波数やＣ／Ａコードの位相からトラッキングを開始する。このトラッキング工程１０２はデータ受信が完了するまで続いている。トラッキング工程１０２は、ＲＦ手段及び合成復調手段を用いて行う。
【００３５】
［データ合成受信工程］
データ合成受信工程１０３では、随時更新しながら繰り返される位置情報衛星からの電波に含まれる時刻に関する航法メッセージデータを繰り返し受信して合成することにより感度を向上させる。データ合成受信工程１０３は、ＲＦ手段と合成復調手段と合成演算手段を用いて行う。
【００３６】
［標準時演算工程］
標準時演算工程１０４では、データ合成受信工程１０３で受信した時刻に関する航法メッセージデータから、グリニッジ標準時を求める。
【００３７】
［基準クロック発生工程］
基準クロック発生工程１０５では、ＧＰＳ時計の時を刻むための基になる一定周期のクロック信号を発生する。
【００３８】
［ＲＴＣ工程］
ＲＴＣ工程１０６では、基準クロックをカウントして内部時刻を生成する。また、標準時演算工程１０４で得られたグリニッジ標準時により、内部時刻を修正する。この際、内部時刻はローカル時刻として、グリニッジ標準時９１４と内部時刻９１５との時差が保持されるように時刻を修正するようにした。但し、内部時刻はローカル時刻でもグリニッジ標準時でも良く、予め設定されている時差により変換すれば良い。
【００３９】
［時刻表示工程］
時刻表示工程１０７では、ＲＴＣ工程１０６で得られた内部時刻により時刻表示手段に表示する。内部時刻による時刻の表示は、例えば毎正秒ごとに更新するようにすれば良い。
【００４０】
＜合成サーチ工程の第１の例＞
図２は、本発明の特徴のひとつである合成サーチ工程の第１の例について示したものであり、合成サーチ工程の第１の例について図２を基に詳細に説明する。
【００４１】
合成サーチ工程の第１の例は、衛星からの電波を受信して周波数をダウンコンバージョンした後に、搬送波とＣ／Ａコードを除去して得られた相関強度をＣ／Ａコードの１サイクル分以上累積することにより衛星をサーチして捕捉する。
【００４２】
［周波数設定工程］
周波数設定工程２０１では、復調する周波数を狙い値から−５ｋＨｚから＋５ｋＨｚの範囲でサーチするようにＧＰＳ時計内部に設定する。これは、位置情報衛星の移動に伴うドップラー効果の影響で受信する電波の周波数が−５ｋＨｚ〜＋５ｋＨｚの範囲内でずれている可能性があることによる。サーチする周波数の数は、Ｃ／Ａコードの何サイクル分の相関強度を求めるかにより異なる。１サイクルの場合は、５００Ｈｚごとの２１の周波数としたが、サイクル数を増やす場合には相応に小刻みにする必要がある。
【００４３】
［ＣＡコード設定工程］
ＣＡコード設定工程２０２では、次にサーチする対象となる位置情報衛星に対応したＣ／ＡコードのレプリカをＧＰＳ時計内部に設定する。
【００４４】
［ダウンコンバージョン工程］
ダウンコンバージョン工程２０３では、位置情報衛星からの電波をアンテナで受信して、受信した高周波信号の周波数を処理しやすい低周波信号にヘテロダイン方式でダウンコンバージョンする。
【００４５】
［ＡＤＣ工程］
ＡＤＣ工程２０４では、ダウンコンバージョン工程２０３で得た低周波信号をＡＤ変換してデシタル信号に変換する。
【００４６】
［搬送波除去工程］
搬送波除去工程２０５では、ＡＤＣ工程２０４で得られたデジタル信号から、搬送波レプリカを用いて畳み込むことにより、搬送波を除去して、チップデータの同相成分Ｉと直交成分Ｑを得る。
【００４７】
［サーチ相関工程］
サーチ相関工程２０６では、搬送波除去工程２０５で得られたチップデータとＣＡコード設定手段で設定したＣ／Ａコードのレプリカとの相関により、相関強度を得る。このため、同相成分Ｉの相関値と直交成分Ｑの相関値の各々の二乗の和を相関強度とする。この時点では、チップデータとＣ／Ａコードとの位相関係が不明なため、チップデータをシフトレジスタでシフトさせながら、相関強度を演算する。
【００４８】
［サーチ結果累積工程］
サーチ結果累積工程２０７は、本発明の特徴のひとつで、サーチ相関工程で得られた相関強度をＣ／Ａコードのさらに１サイクル分累積加算により合成する。Ｃ／Ａコードの位相が同じ相関強度毎に累積加算するため、１０２３チップ分の記憶手段を用いる。このため、相関演算を行うＣ／Ａコードのサイクル数を増やしても回路規模がほとんど大きくならないようにすることができる。
【００４９】
［累積回数判定工程］
累積回数判定工程２０８では、サーチ結果累積工程で累積加算したＣ／Ａコードのサイクル数が電波強度等により決定した回数に到達したかを判定し、到達していない場合は、ダウンコンバージョン工程にもどるようにした。
【００５０】
［捕捉判定工程］
捕捉判定工程２０９では、サーチ結果累積工程に累積加算された値が閾値を越えたかにより位置情報衛星を捕捉したかどうかを判定する。この際サーチ結果累積工程に記憶されている１０２３チップ分の累積加算値の最も大きな値を閾値と比較するようにした。捕捉したと判定した場合には、合成サーチ工程を終了する。
【００５１】
なお、捕捉判定は、サーチ結果累積工程で、累積する都度１チップ分づつ閾値とリアルタイムで比較するようにしても良い。
【００５２】
［全ＣＡコード判定工程］
全ＣＡコード判定工程２１０では、サーチ対象の全ての位置情報衛星に対応したＣ／Ａコードについて捕捉判定までの工程を完了したか判定し、未完了の場合にはＣＡコード設定工程に戻る。
【００５３】
［全周波数判定］
全周波数判定工程では、周波数判定工程での一通りの周波数についてのサーチが完了したか判定し、未完了の場合には周波数設定工程に戻る。
【００５４】
＜合成サーチ工程の第２の例＞
図３は、合成サーチ工程の第２の例について示したものである。
合成サーチ工程の第２の例では、衛星からの電波を受信して周波数をダウンコンバージョンした後に、低周波信号から搬送波を除去するとともに、１つ以上の衛星に対応するＣ／ＡコードのレプリカをＣ／Ａコードの１チップの時間の範囲内に切換えながらＣ／Ａコードを除去して相関強度を抽出し、得られた相関強度をＣ／Ａコードの１サイクル分以上１つ以上の衛星に対応して累積することにより１つ以上の位置情報衛星から略同時にサーチして捕捉する。
【００５５】
合成サーチ工程の第２の例では、Ｃ／Ａコードのループを累積回数のループの内側に入れることにより、異なるＣ／Ａコードに対するサーチを、同一の回路を１チップの時間内に時分割して共用することにより、全体のサーチを高速化したものである。
【００５６】
合成サーチ工程の第２の例の各工程は、第１の例の場合と同様である。
但し、累積回数のループは、第１の例の場合には累積するＣ／Ａコードのサイクル数分回したが、第２の例では累積するＣ／Ａコードのサイクル数にＣ／Ａコード１サイクルのチップ数１０２３チップを掛けた回数まわすようにした。
【００５７】
＜合成サーチ工程の第３の例＞
図４は、合成サーチ工程の第３の例について示したものである。
合成サーチ工程の第３の例は、衛星からの電波を受信して周波数をダウンコンバージョンした後に、搬送波とＣ／Ａコードを除去して得られた相関強度を１サイクル分以上記憶した後に、記憶されている値から信号強度とＣ／Ａコードの位相と周波数のズレを演算することにより衛星をサーチして捕捉する。
【００５８】
合成サーチ工程の第３の例では、第１、２の例のサーチ結果累積工程２０６で累積加算する代わりに、相関強度記憶工程４０１でそのまま記憶し、記憶した値から演算により信号強度と周波数を演算する。
【００５９】
合成サーチ工程の第３の例では、周波数設定工程２０１、ＣＡコード設定工程２０２、ダウンコンバージョン工程２０３、ＡＤＣ工程２０４、搬送波除去２０５、サーチ相関工程２０６、累積回数判定工程２０８、捕捉判定工程２０９、全ＣＡコード判定工程２１０および全周波数判定工程２１１は、第１、２の例とほぼ同様である。
【００６０】
但し、累積回数判定工程では、累積する回数でなく、相関強度記憶工程４０１で記憶したＣ／Ａコードのサイクル数により判定する。
【００６１】
また、全周波数設定工程では、相関強度を相関強度記憶工程４０１で記憶するＣ／Ａコードのサイクル数によらずに、狙い値−５０００Ｈｚから５００Ｈｚ刻みで狙い値＋５０００Ｈｚまでの２１の周波数について設定するようにした。
【００６２】
［相関強度記憶工程］
相関強度記憶工程４０１では、Ｃ／Ａコードのサイクル毎かつ位相毎の相関強度を一旦そのまま記憶する。
【００６３】
［サーチ演算工程］
サーチ演算工程４０２では、相関強度記憶工程４０１で記憶した値から、信号強度と周波数を演算により求める。サーチ演算工程４０２について、図５の概念図及び図６の工程フロー図に示す例を基に説明する。
【００６４】
図５の概念図において、横軸はＣ／Ａコードの位相で単位は１チップ、縦軸は時間で単位はＣ／Ａコードの１サイクルである。長方形は相関強度を記憶した領域を示しており横幅は１０２３チップ分である。記憶された値は通常多値でノイズを含んでいる。長方形領域内の点線は、位置情報衛星からの弱い信号があることを表している。
【００６５】
この点線を抽出するために、上端と下端の組合せによる線分５１２上の記憶された値を加算するようにした。
【００６６】
上端は、Ｃ／Ａコードの最後の１サイクルに対応し、横方向の位置はＣ／Ａコードの位相が１〜１０２３の１０２３通りである。下端は、Ｃ／Ａコードの最初の１サイクルに対応し、横方向の位置は「上端のＣ／Ａコードの位相からＣ／Ａコードのサイクル数分差し引いたＣ／Ａコードの位相」から「上端のＣ／Ａコードの位相からＣ／Ａコードのサイクル数分加えたＣ／Ａコードの位相」までを１チップ間隔で移動させる。下端の範囲の理由は、周波数のズレがＣ／Ａコードの１サイクルにつき１チップ以上になると、サーチ用相関手段が出力する信号強度が弱くなるからである。したがって、線分の組み合わせの数は、１０２３にＣＡコードのサイクル数の２倍に１を加えた値を掛けた値になる。これらの全組合せにおける加算値は信号強度を示し、閾値以上の場合に位置情報衛星を捕捉したと判定する。閾値は、ノイズにより誤捕捉することのないように、例えばＣ／Ａコードのサイクル数に応じた予め定められた値を用いても良いし、加算値を統計処理して予め求めておくようにしても良い。
【００６７】
直線抽出のための工程フローの一例を図６に示す。図６では、上端を１〜１０２３に移動させながら、下端を「上端−Ｃ／Ａコードのサイクル数」から「上端＋Ｃ／Ａコードのサイクル数」まで移動させて直線抽出するようにした。なお、上端と下端を入換えて演算しても良いことは言うまでもない。
【００６８】
なお、線分上のデータの値の加算は、Ｃ／Ａコードのサイクル毎に、対応するＣ／Ａコードの位相を計算して、記憶された値を加算する。この際、Ｃ／Ａコードの位相が整数にならない場合は、四捨五入しても良いし、補間処理を行っても良い。また、線分が２次元の相関強度を記憶した領域の範囲外になる場合には、Ｃ／Ａコードの位相に１０２３を加えるか差し引いて、領域内に変換する。
【００６９】
さらに、サーチ演算工程では、サーチした周波数の誤差を、抽出した線分の傾きにより求める。上端のＣ／Ａコードの位相から下端のＣ／Ａコードの位相を差し引いてＣ／Ａコードのサイクル数で割ることにより、Ｃ／Ａコード１サイクル当たりのズレのチップ数を得る。Ｃ／Ａコードの１サイクルが１０２３チップにより構成されているため、この値を更に１０２３で割ることにより、周波数のズレの比率を得る。この値が正の場合は、時間とともにＣ／Ａコードの位相が遅れるため、内部で生成する搬送波レプリカの周波数を求めた比率により下げればよい。同様に負の場合は、周波数を上げれば良い。
【００７０】
通常、直線抽出の演算などで時間が経過しているため、新しい周波数で再度サーチを行っても良いが、その間のＣ／Ａコードの位相の変化を、図５に示すように検出した直線の延長線５１１を用いて求めるようにしても良い。
【００７１】
なお、ここで示した上端と下端の位置の細かさと範囲は一例であり、この限りでないことは言うまでもない。また、Ｃ／Ａコードの１サイクルの間にも時間が進んでいることを考慮して、２次元の記憶領域を長方形でなく平行四辺形としてより厳密に計算しても良い。また、以上に示したのは演算の一例であり、複数サイクルのＣ／Ａコードに対応した相関強度から信号強度と周波数を求める演算であればどのような演算を用いても良い。
【００７２】
＜データ合成受信工程＞
図７は、データ合成受信工程１０３のフローの一例を示したものである。これより、本発明のもう１つの特徴であるデータ合成受信工程について、図７を基に説明する。
【００７３】
データ合成受信工程は、衛星からの電波を受信して周波数をダウンコンバージョンした後に、搬送波と擬似ランダム符号を除去して得られた相関データからビットの境界を検出し、検出したビットの境界内の相関データを集約してビットデータを生成すし、ビットデータから航法メッセージデータを合成する。
【００７４】
データ合成受信工程１０３では、時刻に関する航法メッセージデータを抽出する。ここでは、位置情報衛星からの電波がノイズに比して弱い場合に、信頼度の高い正しい航法メッセージデータを安定して得るための方法を中心に説明する。
【００７５】
ダウンコンバージョン工程２０３、ＡＤＣ工程２０４、搬送波除去工程２０５は、合成サーチ工程とほぼ同様である。
【００７６】
［データ相関工程］
データ相関工程７０１では、搬送波除去工程２０５で得られたチップデータとＣ／Ａコードのレプリカとの相関により、相関データを得る。
【００７７】
［ビット境界検出工程］
ビット境界検出工程７０２では、ＣＡコードの各サイクルに重畳している１ｍｓ毎の相関データの並びから、２０ｍｓ毎のビットの境界を検出する。
【００７８】
ビット境界検出工程は、相関データの変化を抽出する変化抽出工程と、変化抽出工程で求めた相関データの変化を累積する変化累積工程と、変化累積工程で累積した変化から相関データにより構成されるビットデータの境界を求める変化点位置演算工程により行う。
【００７９】
ビット境界検出工程７０２は、変化抽出工程７２１と変化累積工程７２２と変化点位置演算工程７２３により行われる。
【００８０】
［ビットデータ集約工程］
ビットの境界が検出されると、従来のＧＰＳ時計と同様に、ビットデータ集約工程７０３で境界内のＣ／Ａコード２０サイクル分の相関データを加算等により集約してビットデータを生成する。
【００８１】
［ビットデータ合成工程］
ビットデータが集約されると、ビットデータ合成工程７０４でＴＬＭ、ＴＯＷ、サブフレームＩＤ、ＷＮ、ＵＴＣなどの時刻に関する航法メッセージデータについて、異なるサブフレームの受信値を合成することにより、ノイズに対する信号の比率であるＳＮ比を改善する。
【００８２】
［信頼度判定工程］
信頼度判定工程７０５で、充分なＳＮ比が確保できるまで、ビットデータの生成とビットデータの合成を繰り返す。なお、信頼度判定工程７０５は必ずしも必要ではなく、必要に応じて行うようにすればよい。
これより本発明で特徴的なビット境界検出工程７０２とビットデータ合成工程７０４について、詳細に説明する。
【００８３】
＜ビット境界検出工程＞
図８は、各ビットの境界を探すための方法について、信号が微弱な場合の例を示したものである。
【００８４】
［ノイズに埋もれた信号］
図８ａは、ランダムなノイズである。図８ｂは、ノイズに比して弱い信号で、ビットの境界で変化している。図８ｃは、図８ａのノイズと図８ｂの信号を加算したものであり、合成復調手段から出力される相関データのレベルを表している。図８ａ、ｂ、ｃの縦軸は各々のレベルを表しており、横軸は時間軸で、フルレンジで時系列的なＣ／Ａコード２４０サイクル分、つまり２４０ｍ秒に対応する。
【００８５】
図８ｂに示す信号は、図８ａに示すノイズに比して弱いため、図８ｃに示すノイズと信号が加算された合成復調手段から出力される相関データからでは、ビットの境界は判然としない。そこで、ビットの境界を明確にするために、ビットの時間が２０ｍｓであることを考慮した変化の抽出を行い、その結果を累積するようにした。
【００８６】
［変化抽出工程］
具体的な変化抽出は、ビットの時間が２０ｍｓであることを考慮して、１１〜２０ｍｓ前の相関データの合計値と１〜１０ｍｓ前の相関データの合計値の差の二乗を計算するようにした。二乗の代わりに絶対値など、極性の影響を取り除く方法であればこの限りでない。また、相関データの合計範囲も、好適な一例であり、この限りではない。但し、図８ｄの変化抽出結果は、分かりやすくするために、便宜上図８ｂの信号の変化点に対応するように左に１０ｍ秒分ずらして並べてある。この結果、図８ｂの信号の変化点では、図８ｄの変化抽出結果の値が大きくなることが多くなっている。
【００８７】
［変化累積工程］
変化累積の具体的な方法は、ビットの時間が２０ｍｓであることを考慮して図８ｄの変化抽出結果を２０ｍｓごとに分割し、分割したものを合計する。別の言い方をすると、横軸を２０で割った場合の剰余が同じ値になる変化抽出結果を合計するようにした。その結果を図８ｅに示す。但し、図８ｅの横軸は、剰余に１を加算した値になっている。このように累積した結果、変化点の位置が明確になってくる。
【００８８】
［変化点位置演算工程］
変化点の位置を演算するには、最大値を検出したり加重平均を計算したりするなど、図８ｅの変化累積結果の山の位置を求めれば良い。但し、加重平均を計算する場合には、領域の端に近い場合にはサイクリックに繰り返されるように想定する必要がある。図８ｅの例では１０番目と１１番目の間が変化点となる。図８ｄの横軸が１０ｍ秒分ずれていることを考慮すると、図８ｃのＲＦ手段の出力では２０番目と２１番目の間がビットの境界であることになり、それは図８ｂの信号の変化に一致している。以降２０ｍｓごとにビットの境界が存在することになる。
【００８９】
［ビットの境界検出の性能］
このように変化を抽出して累積する処理を行えば、理論的にはどんなに信号が弱くても、各ビットの境界を探す期間、つまり図８ａ〜ｄの横軸を充分長くすれば、ビットの境界を検出することは可能である。
【００９０】
＜ＧＰＳ時計の構成＞
図９は、本発明によるＧＰＳ時計全体９０１のブロック構成の好適な一例を示したものである。これより、図９を基にＧＰＳ時計を構成する各手段について、詳細に説明する。
【００９１】
［アンテナ］
図９において、アンテナ９０２は、位置情報衛星からのギガヘルツ帯の電波を高周波信号９１１に変換し、ＲＦ手段９０３に出力する。
【００９２】
［ＲＦ手段］
ＲＦ手段９０３は、アンテナ９０２からの高周波信号９１１を合成復調手段９０４で処理しやすい低周波信号９１２にダウンコンバージョンする。このため、ＲＦ手段では、局部発振との積により生じる和と差の周波数成分からフィルタにより差の成分を抽出することにより周波数のダウンコンバージョンを行うようにした。局部発振の周波数は精度が高いほど位置情報衛星を捕捉しやすいため、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）の発振する周波数を基にＰＬＬを用いて発生するようにした。なお、ＲＦ手段では、必要に応じてローノイズなアンプを挿入して増幅するようにしても良い。
【００９３】
［合成復調手段］
合成復調手段９０４では、ＲＦ手段９０３からの低周波信号９１２を復調する。このため、合成復調手段９０４では、搬送波レプリカを用いて搬送波を除去し、相関器によりＣＡ符号を除去して、信号の強さを示す相関強度及びＧＰＳ航法メッセージデータを含む相関データを得る。
【００９４】
位置情報衛星からの電波が微弱な場合でも、繰り返されるＣ／Ａコードの相関結果を合成することにより比較的簡単な構成かつ短時間で捕捉する。また、複数の位置情報衛星を同時に１つの相関手段で兼用することにより、回路規模を小さく抑えるようにした。
【００９５】
［合成演算手段］
合成復調手段９０４が出力する相関データ９０４は、１０２３チップの相関により得られる多値の値のため、信号の他にノイズが混ざったものである。ノイズに比して信号が弱い場合には、単に相関が正か負かで受信ビットの値を決定すると、データの信頼性が低くなってしまう。この課題を解決するために、合成演算手段９０５では、間欠的に繰り返し受信する合成復調手段９０４からの相関データを合成して、信頼性の高いデータを得ることにより高感度を実現する。
【００９６】
また、合成演算手段９０５では、相関データに含まれる航法メッセージデータによるＧＰＳ時刻とＵＴＣデータとからグリニッジ標準時に相当する時刻に変換する。
【００９７】
［ＲＴＣ手段］
ＲＴＣ手段９０６では、内部の基準クロックをカウントして内部時刻９１５を生成する。また、合成演算手段９０５からのグリニッジ標準時９１４により内部時刻９１５を修正する。この際、内部時刻はローカル時刻として、グリニッジ標準時９１４と内部時刻９１５との時差が保持されるように時刻を修正するようにした。但し、内部時刻はローカル時刻でもグリニッジ標準時でも良く、予め設定されている時差により変換すれば良い。
【００９８】
［時刻表示手段］
図１０は、時刻表示手段９０７の例を示したものである。時刻表示手段９０７は、内部時刻９１５により時刻を表示する。表示時刻の更新は、例えば毎正秒ごとに行う。時刻表示手段９０７の表示方法は、例えば、図１０（ａ）に示すようなデジタル式の時刻表示器でも良いし、図１０（ｂ）に示すようなアナログ式の時刻表示でも良い。また、本発明によるＧＰＳ時計９０１は、置き時計でも掛け時計でも腕時計でも良い。
【００９９】
［制御手段］
制御手段９０８は、全体のステータス及びシーケンスを管理する。
これより本発明の１つの特徴である合成復調手段９０４について、図面を基に詳細に説明する。
【０１００】
＜合成復調手段の第１の例＞
図１１は、回路規模を大きくせずに高感度なサーチを行うための合成復調手段９０４の好適な第１の例を示したものである。合成復調手段の第１の例は、低周波信号から搬送波とＣ／Ａコードを除去して相関データと相関強度を抽出するとともに、得られた相関強度をＣ／Ａコードの１サイクル分以上累積することにより位置情報衛星をサーチして捕捉する。
【０１０１】
［ＡＤＣ手段］
ＡＤＣ手段１１０１は、アナログなＲＦ手段の出力する低周波信号を、デジタル値に変換する。
【０１０２】
［搬送波除去手段］
搬送波除去手段１１０２は、ＡＤＣ手段１１０１からの信号にＮＣＯ手段１１０５からの搬送波のレプリカを１チップの期間（約１μｓ）畳み込みすることにより、チップデータ１１１１の同相成分Ｉと直交成分Ｑを得る。
【０１０３】
［ＣＡ相関手段］
ＣＡ相関手段１１０４は、搬送波除去手段１１０２の出力とＣ／Ａコードの相関を得るために、内積を演算する。ＣＡ相関手段１１０４は、サーチ用相関手段１１０６とＣＡコードＰＬＬ用相関手段１１０７と搬送波ＰＬＬ用相関手段１１０８の３つの相関手段の総称である。
【０１０４】
［サーチ］
サーチ用相関手段１１０６は、Ｃ／Ａコードの位相が全く分かっていない時点で短時間に捕捉するために、搬送波除去手段１１０２からのチップデータ１１１１の同相成分Ｉ用と直交成分Ｑ用の１対の相関器を有し、チップデータ１１１１の同相成分Ｉと直交成分ＱをシフトレジスタでシフトさせながらＣ／Ａコードとの相関を演算する。サーチする時点では、搬送波の位相もロックしていないため、位置情報衛星からの信号の強度を得るために、チップデータ１１１１の同相成分Ｉと直交成分Ｑの各々とＣ／Ａコードの相関結果を二乗してそれらの和を演算して、相関強度１１１２として出力する。
【０１０５】
［トラッキング］
位置情報衛星を捕捉したら、搬送波の周波数とＣ／Ａコードの位相は凡そ合わせることができるが、これらを最適な状態に合わせてロックさせるために、トラッキングを行う。トラッキングは、ＣＡコードＰＬＬによりＣＡコードの位相を合わせて、搬送波ＰＬＬにより搬送波の位相を合わせる。
【０１０６】
［ＣＡコードＰＬＬ］
ＣＡコードＰＬＬは、搬送波除去手段１１０２とＣＡコードＰＬＬ用相関手段１１０７と図示しないＣＡコードＰＬＬ用ループフィルタにより構成される。搬送波除去手段１１０２でサーチ用相関手段１１０６および搬送波ＰＬＬ用相関手段１１０８のために畳み込む１チップの期間に対して、１／４チップ分進んだ期間畳み込んだ進み成分Ｅと１／４チップ分遅れた期間畳み込んだ遅れ成分Ｌを用いる。これらのＥとＬは、それぞれＥａｒｌｙとＬａｔｅの頭文字である。ＣＡコードＰＬＬ用相関手段１１０７は、これらの進み成分Ｅと遅れ成分ＬについてＣ／Ａコードと相関を演算し、各々の結果がバランスするように搬送波除去手段１１０２の畳み込みのチップ期間を前後にシフトさせる。なお、ＣＡコードＰＬＬ用ループフィルタの時定数は、位置情報衛星からの電波の強さにより調整する。ＣＡコードＰＬＬ用ループフィルタの時定数を長くすることにより、ロックするまでの時間は長くなるが、位置情報衛星からの電波が弱い場合でも、感度を高くして位相を正確に合わせることができるようになる。
【０１０７】
［搬送波ＰＬＬ］
搬送波ＰＬＬは、搬送波除去手段１１０２と搬送波ＰＬＬ用相関手段１１０８と図示しない搬送波ＰＬＬ用ループフィルタにより構成される。搬送波ＰＬＬ用相関手段１１０８によりチップデータ１１１１の同相成分Ｉと直交成分ＱについてＣ／Ａコードとの相関を演算し、各々の演算結果の積が０になるように、ＮＣＯ手段が発生する搬送波レプリカの周波数を制御することにより、受信データを同相成分Ｉに同期させて抽出できるようにする。ここで、ＮＣＯ手段１１０５は、数値制御発振器により、周波数や位相をデジタル値により制御できるようにしたものである。なお、搬送波用ＰＬＬ１１０８の図示していない搬送波ＰＬＬ用ループフィルタの時定数は、位置情報衛星からの電波の強さにより調整する。搬送波ＰＬＬ用ループフィルタの時定数を長くすることにより、ロックするまでの時間は長くなるが、位置情報衛星からの電波が弱い場合でも、感度を高くして位相を正確にあわせることができるようになる。
【０１０８】
［信号強度累積手段］
ここで、サーチ用相関手段１１０６の出力する相関強度１１１２は、信号強度累積手段１１０９により累積することにより、複数サイクルのＣ／Ａコードとの相関強度１１１２を累積した信号強度１１１３を得る。信号強度１１１３が閾値を超えた場合に、位置情報衛星を捕捉したと判定する。この場合、ピーク値がサーチした信号の強度を示し、ピーク値のタイミングがＣ／Ａコードの位相を示している。閾値は、ノイズにより誤捕捉することのないように、例えば累積回数に応じた予め定められた値を用いても良いし、信号強度１１１３を統計処理して求めても良い。
【０１０９】
このための信号強度累積手段１１０９について、図１２に示す例を基に説明する。
信号強度累積手段１１０９は、Ｃ／Ａコード１サイクル分のチップ数と同じ１０２３段のシフトレジスタを設けて、最終段の出力１２１３と相関強度１１１２の和を初段の入力にすることにより、Ｃ／Ａコードとの位相関係毎の相関強度１１１２を累積加算するようにした。なお、シフトレジスタのシフトのタイミングは、搬送波除去手段１１０２での搬送波除去のタイミングと同期している。このように構成することにより、Ｃ／Ａコードを何サイクル分累積しても、シフトレジスタが飽和しない程度にビット数を増やすだけで対応することができる。相関を演算するＣ／Ａコードのサイクル数を多くした場合に、相関手段そのものの段数を長くするよりはるかり回路規模を小さくすることができる。したがって、位置情報衛星からの電波が弱い場合でも、回路規模を抑えてサーチすることが可能になる。
【０１１０】
なお、シフトレジスタの値は、サーチする前に初期化されていることは言うまでもない。
【０１１１】
＜合成復調手段の第２の例＞
図１３は、合成復調手段の第２の例を示したものである。合成復調手段９０４の第１の例では、位置情報衛星からの電波が弱い場合に、複数サイクルのＣ／Ａコードについて、比較的簡単な構成で信号強度を求めることができるようにした。しかし、Ｃ／Ａコードのサイクル数を多くすると、サーチするための時間が長くなるとともに、消費電力が大きくなると言う課題があった。そこで、合成復調手段９０４の第２の例では、サーチ用相関手段１１０６を複数の位置情報衛星のサーチに同時に用いることにより、トータルとしてのサーチ時間を短縮し、消費電力の増加を抑制する。
【０１１２】
このため、合成復調手段の第２の例は、低周波信号から搬送波を除去するとともに、１つ以上の衛星に対応するＣ／ＡコードのレプリカをＣ／Ａコードの１チップの時間の範囲内に切換えながらＣ／Ａコードを除去して相関データと相関強度を抽出するとともに、得られた相関強度を擬似ランダム符号の１サイクル分以上１つ以上の衛星に対応して累積することにより１つ以上の位置情報衛星から略同時にサーチして捕捉する。合成復調手段９０４について、図１３を基に説明する。
【０１１３】
図１３において、ＡＤＣ手段１１０１、搬送波除去手段１１０２、ＣＡ相関手段１１０４、ＮＣＯ手段１１０５は、合成復調手段９０４の第１の例の場合と同様である。
【０１１４】
［ＣＡコード選択手段］
図１３において、ＣＡコード選択手段１３０３は、タイミング手段１３０２からの選択信号により、同時にサーチする複数の位置情報衛星に対応するＣ／Ａコードを選択する。
【０１１５】
［第１〜ｎ累積手段］
第１〜ｎ累積手段１３０１も、同時にサーチする位置情報衛星の相関強度１１１２をそれぞれ累積する。第１〜ｎ累積手段１３０１は、合成復調手段９０４の第１の例における信号強度累積手段１１０９と同様のものが、同時にサーチする位置情報衛星ごとに設けられたものである。第１〜ｎ累積手段１３０１は、それぞれ第１〜ｎＣ／Ａコードに対応する。
【０１１６】
［タイミング手段］
タイミング手段１３０２は、ＣＡコード選択手段１３０３で選択するための選択１〜ｎ、および第１〜ｎ累積手段１３０１で信号強度を取り込むための累積Ｃｋ１〜ｎを、サーチ用相関器１１０６のシフトレジスタのシフトクロックに同期して内部の充分早いクロックをカウントすることにより生成するようにした。
【０１１７】
タイミング手段１３０２の動作について、図１４に示すタイミング図を基に説明する。図１４のタイミング図では、サーチ用相関器１１０６のシフトレジスタのシフトクロックである相関器Ｃｋとタイミング手段１３０２が発生する選択信号１〜ｎと第１〜ｎ累積手段のシフトレジスタのシフトクロックである累積Ｃｋ１〜ｎのタイミング関係を示したものである。横軸は共通の時間軸である。縦軸は、各々の信号の論理値を示しており、上側が真で下側が偽である。図中矢印で示す期間は、サーチ用相関器１１０６のシフトレジスタがシフトしている期間とサーチ用相関器１１０６が相関演算を行っている期間を示している。
【０１１８】
サーチ用相関器１１０６の相関器Ｃｋの後淵により相関器のシフトレジスタがシフトする。シフトが完了すると、選択１信号を真にして、第１Ｃ／Ａコードを選択し、サーチ用相関器のシフトレジスタの値と第１Ｃ／Ａコードの相関演算を行う。相関演算が完了すると、累積Ｃｋ１の後淵で第１累積手段が相関強度を累積する。第１累積手段の累積が完了すると、選択１を偽にする。
【０１１９】
第１Ｃ／Ａコードに対応した相関出力の累積が完了すると、第２〜ｎＣ／Ａコードに対応した相関出力の累積を順次同様に行うようにした。
【０１２０】
相関Ｃｋの周期は９７８ｎｓで、１０ｎｓ以下のサーチ用相関手段のシフトレジスタのシフト時間を差し引いた時間に、一通りのＣ／Ａコードに対応した相関出力のＣ／Ａコードの位相１チップ分の累積を完了する必要がある。一つのＣ／Ａコードの位相１チップに対応した相関と累積に要する時間は約１００ｎｓであり、８つの位置情報衛星を同時にサーチするようにした。
【０１２１】
＜合成復調手段の第３の例＞
図１５は、合成復調手段の第３の例を示したものである。合成復調手段９０４の第１、２の例では、位置情報衛星からの電波が弱い場合に、複数サイクルのＣ／Ａコードについて、比較的簡単な構成で信号強度を求めることができるようにした。しかし、Ｃ／Ａコードのサイクル数を多くすると、サーチする周波数をその分小刻みにする必要があるために、サーチ時間が長くなり消費電力が大きくなると言う課題は残ったままであった。そこで、合成復調手段９０４の第３の例では、信号強度累積手段１１０９の代わりにＣ／Ａコードの複数サイクル分の相関強度をそのまま記憶する相関強度記憶手段１５０１を設けて、サーチ演算手段１５０２で演算することにより、信号強度に加えて周波数も同時に検出することができるようになり、サーチするＣ／Ａコードのサイクル数を長くしてもサーチする周波数を小刻みにしなくても良いようにする。
【０１２２】
合成復調手段の第３の例は、低周波信号から搬送波とＣ／Ａコードを除去して相関データと相関強度を抽出するとともに、得られた相関強度をＣ／Ａコードの１サイクル分以上記憶する相関強度記憶手段と、相関強度記憶手段に記憶されている値から信号強度とＣ／Ａコードの位相と周波数のズレを演算することにより位置情報衛星をサーチして捕捉する。このための合成復調手段９０４の第３の例について、図１５に示す例を基に説明する。
【０１２３】
図１５において、ＡＤＣ手段１１０１、搬送波除去手段１１０２、ＣＡ相関手段１１０４、ＮＣＯ手段１１０５は、第１、２の例の場合と同様である。
【０１２４】
［相関強度記憶手段］
相関強度記憶手段１５０１は、サーチ用相関手段１１０６からの相関強度１１１２を累積せずにそのまま記憶する。相関強度記憶手段１５０１の一方の次元はＣ／Ａコードの位相で単位は１チップで、もう一方の次元はＣ／Ａコードの繰り返しサイクルに対応する。ここで言う２次元とは物理的な位置を表しているのではなく、２つの変数により区別される記憶領域のことである。
【０１２５】
［サーチ演算手段］
サーチ演算手段１５０２では、相関強度記憶手段１５０１に記憶された値を画像データとみなして、直線抽出処理を行うようにした。
【０１２６】
＜合成演算手段＞
図１６は、本発明の特徴のひとつである合成演算手段の一例を示したものである。合成演算手段は、相関データを集約してビットデータを生成するビットデータ生成手段と、ビットデータから時刻に関する航法メッセージデータを抽出するデータ合成手段と、データ合成手段からの航法メッセージデータから標準時を演算する標準時演算手段とにより構成した。
【０１２７】
［ビットデータ生成手段］
図１６において、ビットデータ生成手段１６０１では、合成復調手段からの相関データ９１３から航法メッセージデータを構成するビットデータ１６１１を生成する。データ合成受信工程において、ＣＡサイクルの１サイクル分の時間である１ｍｓ毎に得られる相関データから２０ｍｓごとのビットの境界を検出して、境界内の２０の相関データを集約してビットデータ１６１１を得る。したがって、ビットデータ１６１１は２０ｍｓ毎に生成される。
【０１２８】
［データ合成手段］
データ合成手段１６０２は、ビットデータ生成手段１６０１で２０ｍｓごとに生成される１つ以上のビットデータ１６１１を合成することにより感度を向上させて、時刻に関する航法メッセージデータ１６１２を得る。
【０１２９】
［標準時演算手段］
標準時演算手段１６０３は、時刻に関する航法メッセージデータ１６１２からグリニッジ標準時９１４を演算により求める。
【０１３０】
＜ビットデータ生成手段＞
図１７は、本発明の特徴のひとつであるビットデータ生成手段の構成例を示したものである。ビットデータ生成手段では、ビット境界検出工程で説明した方法を用いてビットの境界を検出し、境界内の相関データを集約してビットデータを出力する。ビットデータ生成手段は、相関データの変化を抽出する変化抽出手段と、変化抽出手段で求めた相関データの変化を累積する変化累積手段と、変化累積手段で累積した変化から相関データにより構成されるビットデータの境界を求める変化点位置演算手段と、変化点位置演算手段からの変化点を基に相関データを集約してビットデータを出力するビットデータ集約手段とにより構成した。
【０１３１】
［変化抽出手段］
変化抽出手段１７０１では、Ｃ／Ａコードの各サイクルに対応して１ｍｓ毎に合成復調手段より出力される相関データ９１３からビットデータの境界を検出するために、ビットデータの境界の抽出を行う。ビットデータは連続する相関データ２０個により構成されるため、中央でステップ状に変化する２０個の数列により構成されるレプリカと相関データを畳み込むことにより変化を抽出する。この畳み込みの演算は、相関データが１つ出力される毎に行うようにした。変化抽出手段は、変化抽出工程で用いられる。
【０１３２】
［変化累積手段］
変化累積手段では、変化抽出手段で抽出結果を２０で割った時の剰余が同じもの通しを加算して累積する。変化累積手段は、変化累積工程で用いられる。
【０１３３】
［変化点位置演算手段］
変化点位置演算手段では、変化累積手段で累積した結果から、加重平均やピーク値抽出などにより変化点の代表値を求める。この変化点の代表点により相関データのビットデータの境界を求める。変化点位置演算手段は、変化点位置演算工程で用いられる。
【０１３４】
［ビットデータ集約手段］
ビットデータ集約手段では、変化点位置演算手段が出力するビットデータの境界内の相関データを加算するなどして集約して、ビットデータを出力する。
【０１３５】
＜ビットデータ合成＞
図１８は、ビットデータ合成手段１６０２の構成の例を示したものである。位置情報衛星からの電波が弱い場合には、受信したビットデータ１６１１の各々だけでは信頼性が乏しいため、複数回受信したビットデータ１６１１や複数ビットのビットデータ１６１１から信頼できる航法メッセージデータ１６１２を累積や相関や信頼度判定により合成して生成する。ノイズは累積回数の平方根に比例し信号は累積回数に比例するため、累積することによりＳＮ比を向上させて受信感度を高くすることができる。
【０１３６】
また、複数のビットデータ１６１１を想定されるレプリカとの相関により時刻に関する航法メッセージデータを抽出する。ここでレプリカとは、期待される受信値のことである。航法メッセージデータの中で、ＴＬＭに含まれるプリアンブルなど定められた受信値が期待されるものや、サブフレームＩＤのように受信値があるパターンで繰り返されるものや、ＴＯＷなどのように受信値が受信するごとにインクリメントされるデータについては、レプリカを用意することができる。このレプリカにより複数回受信のビットデータ１８１１あるいは複数ビットのビットデータ１８１１から相関判定するため、信頼度の高い判定が可能になり、ひいては受信感度を高くすることができる。
【０１３７】
このため、従来は複数回の受信データが矛盾していないことの整合を確認するとこにより信頼度を確保していたが、本発明ではさらに弱い電波の場合でも安定して受信できるようにするために、累積や相関や信頼度判定を用いる。
【０１３８】
［ザフレームの位置／プリアンブルの検出］
航法メッセージデータ１６１２を得るためには、まず、サブフレームの位置を知る必要がある。サブフレームの位置を知るために、ＴＬＭに含まれるプリアンブルを探す。プリアンブルは、予め定められた値で、図２４に示すＴＬＭの先頭の８ビットである。サブフレームの位置は、累積Ｐ手段１８０１及び相関Ｐ手段１８０２及び信頼度判定手段１８０３によりサブフレーム先頭１８２１求める。図１９は、プリアンブルを合成して受信するための構成及び方法についての例として示したものである。
【０１３９】
（累積Ｐ手段）
累積Ｐ手段では、サブフレームの全データを累積加算して、位置情報衛星からの電波がノイズに比して弱い場合でも確実に検出できるようにした。つまり、サブフレームは３００ビットにより構成されるため、３００段のシフトレジスタを設けた。シフトレジスタはビットデータが１ビット生成されるごとに１段ずつ右にシフトし、最終段の出力とビットデータの和をシフトレジスタの初段に入力する構成とした。ＴＬＭの値は変化しないため、サブフレームデータの累積により、ＴＬＭは繰り返しの受信毎に加算される。なお、シフトレジスタの値は、累積加算する前に初期化されていることは言うまでもない。
【０１４０】
（相関Ｐ手段）
相関Ｐ手段では、ＴＬＭが全てのサブフレームの先頭にあるため、シフトレジスタの先頭の８ビットの値の正負の符号を１と０に対応させて、プリアンブル及びプリアンブルを反転させた反転プリアンブルと比較する。逆にレプリカの０を−１に置き換えても良い。比較はシフトレジスタがシフトする毎に行うことにより、プリアンブルを検出する。比較手段はプリアンブルとの比較に限らず、例えばプリアンブルとの相関やベクトルとして捉えた場合のなす角度を計算するなど、プリアンブルを検出できる構成や方法であればどのようなものを用いても良い。
【０１４１】
ここで、反転プリアンブルも用いるのは、入力ビットの極性が不明なためである。以降の説明においては、プリアンブルを検出した場合についての例について説明するが、反転プリアンブルを検出した場合には、受信データを単に反転させておくようにした。
【０１４２】
（信頼度判定手段）
図１８の信頼度判定手段１８０３では、ビットデータからの累積や相関の結果がどの程度の信頼度なのかを判定する。このため、ビットデータから信頼度を判定しつつ、時刻に関する航法メッセージデータを抽出できるようにする。
【０１４３】
ここで得られた信頼度が充分になるまでの受信回数は、以降の航法メッセージデータの受信においても用いることができる。
【０１４４】
信頼度判定手段１８０３では、プリアンブルを検出した場合には、ＴＬＭの信頼度を判定する。このため、信頼度判定手段ではＴＬＭを構成する各ビットの値の絶対値の平均及び標準偏差を計算し、平均値が標準偏差より充分大きい場合に比較手段で検出したプリアンブルは信頼できるものと判定する。なお、信頼度判定手段は必ずしもＴＬＭ全体で判定する必要はなく、信頼度を得るために充分なビット数で全サブフレームで変化しないビットを選べば良い。また、信頼度の判定は、必ずしも絶対値の平均と標準偏差の比率である必要はなく、適度に２極分化していることを確認できる構成や方法であればどのようなものを用いても良い。
【０１４５】
また、プリアンブルを含むワード番号１のパリティビットを併用することにより信頼度を向上させることができることは言うまでもない。
信頼度判定手段１８０３は必要に応じて設ければ良い。
【０１４６】
（電波が強い場合）
位置情報衛星からの電波が充分強い場合には、少ない回数のサブフレームでもビットデータは２極分化して、信頼できるプリアンブルを検出することができる。但し、プリアンブル以外にプリアンブルあるいは反転プリアンブルと同じ値が含まれてないかを確認するために、最低でもサブフレーム全体を一通りは比較する必要がある。
【０１４７】
このように構成することにより、位置情報衛星からの電波の強さに応じた望ましい回数のビットデータの合成でプリアンブルを検出することができる。
【０１４８】
［サブフレームＩＤの検出］
サブフレームＩＤは、累積Ｓ手段と相関Ｓ手段により検出する。
図２０及び図２１は、繰り返しパターンデータを合成して受信する方法について、サブフレームＩＤの場合について示したものである。サブフレームの先頭位置が分かったら、現在のサブフレームが何番目のものであるかを示すサブフレームＩＤを検出する。前述したように、１フレームは５つのサブフレームにより構成され、サブフレーム番号１〜５の順になっている。サブフレームＩＤは、サブフレーム番号を２進の値にしたものである。
【０１４９】
（累積Ｓ手段）
電波か弱い場合には、１回の受信でサブフレームＩＤを特定するとこは困難である。このため、累積Ｓ手段では、複数回のサブフレームＩＤの受信値を累積加算することにより、サブフレームＩＤを検出するようにした。このための構成の一例を図２０に示す。
【０１５０】
図２０では、サブフレームＩＤが５サブフレーム毎に繰り返されるため、サブフレームＩＤを構成する３ビットについて、シフトレジスタを用いてサブフレーム５回毎のサブフレームＩＤの受信値が累積加算されるような構成にした。なお、シフトレジスタの値は、累積加算する前に初期化されていることは言うまでもない。
【０１５１】
ここで、サブフレームＩＤは、図２４に示すように、各サブフレームのワード番号２のビット番号２０〜２２の３ビットである。累積Ｓ手段で累積加算するタイミングは、相関Ｐ手段で得られたサブフレーム先頭１８〜２１からビットデータをカウントして得る。
【０１５２】
（相関Ｓ手段）
相関Ｓ手段では、受信して累積されたサブフレームＩＤとサブフレームＩＤの５つのレプリカとの相関を演算し、最も相関の強いレプリカにより、サブフレームＩＤを検出する。
【０１５３】
このための５つのレプリカについて、図２１を基に説明する。これらのレプリカのデータの配列は、図２１の累積回路の累積受信データの配列に対応したものである。レプリカの各縦１列の値は、−１を０に置き換えた場合にサブフレームＩＤと一致する値である。
【０１５４】
図２１（ａ）のレプリカ１は、最新のサブフレームＩＤが１である場合に最も相関が大きくなる。何故ならば、１番左の縦一列の−１を１に置き換えた２進値が１だからである。サブフレームＩＤが１になるサブフレームの１つ前のサブフレームのサブフレームＩＤは５であるため、レプリカ１の左から２列目は同様に−１を１に置き換えると２進値が５になるようになっている。同様に全ての縦の列は、−１を１に置き換えると２進値がサブフレームＩＤに一致するように構成されている。
【０１５５】
図２１（ｂ）のレプリカは、同様に最新のサブフレームＩＤが２であることを検出するためのものであり、図２１（ｃ）〜（ｅ）のレプリカ３〜５についても同様である。
【０１５６】
サブフレーム番号１〜５の５つのサブフレームのサブフレームＩＤの受信値からサブフレームＩＤを検出する構成の例を示したが、例えば充分電波が強い場合などでは最初のサブフレームのサブフレームＩＤの受信値のみにより判定することも可能であり、必要に応じて検出するための受信ビットを増やせば良い。
【０１５７】
以上に、同時に複数のレプリカを用いて、サブフレームＩＤを検出する方法について説明したが、サブフレームＩＤの３ビットが更新される毎に１つのレプリカと比較するようにしても良い。例えば、最新のサブフレームＩＤが１であることを検出するためには、レプリカ１で相関を計算し、相関が高い場合をに最新のサブフレームＩＤが１であることを検出する。
【０１５８】
（サブフレームＩＤの信頼度）
サブフレームＩＤの累積回数については、プリアンブルを検出した場合の累積回数と同じ回数にすれば通常充分で、サブフレームＩＤの信頼度判定手段は省略することもできる。つまり、プリアンブルの検出に１０サイクルのサブフレームを要したのであれば、サブフレームＩＤについても１０回のサブフレームで検出すれば良い。むしろ、上述のレプリカを用いる方法では、３ビットのビット間の関係を利用したものなので、累積回数は１／３でも良い。
【０１５９】
しかし、ノイズ環境の急激な変化をも想定して、プリアンブルの信頼度判定手段と同様に受信データの信頼度を判定するようにしても良い。
【０１６０】
さらに、以上に最も相関の強いレプリカによりサブフレームＩＤを検出する方法について説明したが、５つのレプリカとの相関の値は、理想的には、最大の値を１５とした場合に、前後のレプリカとの相関が−１であり、その他のレプリカとの相関は−５である。これらの値は、例えば、受信データがレプリカ３と同じだったと仮定した場合のレプリカ１〜５との内積が、各々−５、−１、１５、−１、−５となることにより得られるものである。そこで、各レプリカとの相関がこれらの比率関係に近いことを持って、サブフレームＩＤの検出の信頼度を判定するようにしても良い。
【０１６１】
［ＴＯＷの検出］
ＴＯＷは、各サブフレームの各ペーシのワード番号Ｗ２のビット番号ｂ１〜１７である。ＴＯＷの検出は、累積Ｔ手段、記憶Ｔ手段、レプリカＴ手段により求める。
【０１６２】
図２２は、インクリメントデータを合成して受信する方法について、ＴＯＷの場合を例として示したものである。１週間の中の現在時刻は、サブフレーム毎にインクリメントされる１７ビットのＴＯＷより計算する。このＴＯＷを受信するための構成及び方法について、図２２を基に説明する。
【０１６３】
（記憶Ｔ手段）
インクリメントデータは、パターンデータの周期が長くなったものと考えることもできる。従って、インクリメントデータでは、原則として受信回数分のメモリに受信データを記憶させる。
【０１６４】
図２２に示す例の場合には、サブフレームの受信回数が５回の場合である。ＴＯＷの１７ビットを同時に受信するようにしたため、１７×５＝８５ビット分のメモリを用意して生成したビットデータを記憶するようにした。なお、この図２２ではメモリに記憶されているデータは説明の便宜上、ノイズがなく正規化された１と−１のみに仮定したが、通常はノイズが重畳した多値データである。図２２において、１回目から５回目の受信データの値は、−１を０に置き換えると、２進値でインクリメントしている。なお、ビット番号ｂ７より上位は、より下位と同様の考え方のため、図中に値を記載していない。
【０１６５】
（レプリカＴ手段と相関Ｔ手段）
図２２において、レプリカＴ手段は、受信データの縦１列の各ビットごとに受信データと相関Ｔ手段で相関を演算するために用いる。レプリカＴ手段のサイズは、ビット毎に動的に値を変化させるため、１ビットの受信回数分で充分である。
【０１６６】
インクリメントデータでは、相関は下位ビットから順に演算する。最下位ビットのレプリカと最下位ビットの受信データとの相関を計算をする前に、レプリカＴ手段に最下位ビットのレプリカを用意する。最下位ビットのレプリカは、インクリメントデータに対応して、交互に１と−１を繰り返す。最新の受信データに対応するインクリメントデータを１にすると、相関値を最新の受信値として用いることができるため分かりやすい。
【０１６７】
つまり、図２２の例では、記憶Ｔ手段のビット番号ｂ１とレプリカＴ手段との相関は、内積を演算して−５である。内積が負であると言うとこは、記憶Ｔ手段のビット番号ｂ１がレプリカと逆相であることを示している。従って、最新のビット番号ｂ１の受信値は負の値である。
【０１６８】
次に１つ上位のレプリカＴ手段のレプリカの値を決定する。１つ上位のレプリカの周期は最下位ビットのレプリカの周期の２倍である。従って、２つずつ１と−１が連続して交互に配列される。１つ上位のレプリカも最新のデータに対応するものを１とし、その変化のタイミングは、１つ下位の相関結果の極性から決定する。つまり、下位の相関が正の値の場合には、下位のレプリカの値が１から−１になる時にキャリーが出るものとして上位のレプリカを変化させる。逆に下位の相関が負の値の場合には、下位のレプリカが−１から１になる時に上位のレプリカを変化させる。図２２のビット番号ｂ２のレプリカの場合には、ビット番号ｂ１の相関結果が負なので、ビット番号ｂ１のレプリカが−１から１に変化するタイミング、つまり上から２番目と３番目の間及び上から４番目と５番目の間で変化するようにする。
【０１６９】
以降についても、同様に相関の演算とレプリカの決定を繰り返し、最上位ビットの相関の演算までを実行する。そこで得られたＴＯＷの１７ビット毎の相関から複数回のインクリメントデータを合成した、最新のＴＯＷの値を得ることができる。
【０１７０】
（パリティデータの活用）
なお、詳細には説明しないが、ＴＯＷとサブフレームＩＤを含むワード番号Ｗ２のパリティビットについては、ワード単位の受信データと同時にメモリに記憶しておき、最新のＴＯＷの値やサブフレームＩＤの値からデクリメントすることにより各受信タイミングの受信データを逆算し、得られた逆算データを基にパリティデータを計算し、得られたパリティデータをパリティレプリカとして、受信データとパリティレプリカとの相関により、受信データの信頼度を向上させることができる。
【０１７１】
［ＢＤ位置演算手段］
ＴＯＷとサブフレームＩＤが合成されると、時刻に関するＷＮ、健康情報、ＵＴＣなどの他の航法メッセージの受信タイミングが分かる。ＢＤ位置演算手段では、相関Ｐ手段からのサブフレーム先頭１８２１と相関Ｓ手段からのサブフレームＩＤ１８２２と相関Ｔ手段からのＴＯＷ１８２３から時刻に関する航法メッセージデータの受信タイミング１８０３を生成する。
【０１７２】
［累積Ｆ手段］
累積Ｆ手段では、時刻に関するＷＮ、健康情報、ＵＴＣなどの他の航法メッセージを繰り返しビットデータデータ１６１１を、ＢＤ位置演算手段１８０９からの受信タイミング１８０３により累積加算することにより、電波が弱い場合でも安定した受信データを得ることができる。これらの航法メッセージは、変化の頻度が低いため、固定値として繰り返し受信した値をビット毎に累積すれば良い。これらのパリティビットについても同様である。
【０１７３】
＜他の実施方法＞
なお、合成サーチ工程について図２〜４に異なるフローを示したが、これらは単独で用いてもよいし組み合わせて用いても良い。同様に、合成復調手段について図１１、図１３及び図１５に異なる構成を示したが、これらは単独で用いてもよいし組み合わせて用いても良い。
【０１７４】
また、データ合成受信工程では、ＡＤＣ工程、搬送波除去工程、サーチ相関工程またはデータ相関工程の順に処理するフローを説明したが、順番は入換えても良く、この限りではない。同様に合成復調手段においても、ＡＤＣ手段、搬送波除去手段、ＣＡ相関手段の順に構成した例を示したが、これらは入換えてもよく、この限りではない。
【０１７５】
さらに、合成演算手段およびＲＴＣ手段および制御手段は、専用の論理回路により実現しても良いが、汎用的なＣＰＵなどのプログラマブルデバイスを用いて実現するようにしても良い。
【０１７６】
また、図１２に示した信号強度累積手段、図１９に示したＴＬＭの累積手段、及び図２０に示したサプフレームＩＤの累積手段について、シフトレジスタを構成して実現したが、メモリの構成形態について制約するものではなく、ランダムアクセスメモリなどの記憶手段を用いるなど同様の働きをするものであればどのようなものを用いて実現しても良い。
【０１７７】
さらに、これらの累積回数については、各々について信頼度を判定して決めても良いが、他の累積手段での累積回数により決めることもできる。
【０１７８】
以上に、ヘテロダイン方式の場合の例について説明したが、ダイレクトコンバージョン方式などにより復調するようにしても良い。
【０１７９】
＜まとめ＞
以上に示したように、本発明によるＧＰＳ時計では、位置情報衛星からの電波が微弱な場合でも、高感度でサーチ及びトラッキング及びデータ受信ができるため、例えば屋内の窓から離れた場所でも安定して航法メッセージデータに含まれる時刻情報を受信して、常に正確な時刻を表示することができる。
【符号の説明】
【０１８０】
１０１ 合成サーチ工程
１０２ トラッキング工程
１０３ データ合成受信工程
１０４ 標準時演算工程
１０５ 基準クロック発生工程
１０６ ＲＴＣ工程
１０７ 時刻表示工程
９０２ アンテナ
９０３ ＲＦ手段
９０４ 合成復調手段
９０５ 合成演算手段
９０６ ＲＴＣ手段
９０７ 時刻表示手段
９０８ 制御手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置情報衛星などの衛星からの電波に含まれる時刻情報を基に、内部時計の時刻を修正して表示する時計に関する。
【背景技術】
【０００２】
位置情報衛星の主たる目的は、複数の位置情報衛星の位置とそれらの位置情報衛星からの電波の遅延時間により受信点の位置を求めることである。しかし、位置情報衛星には原子時計などの極めて精度の高い時計が搭載されており、位置情報衛星からの時刻情報を基に内部時計の時刻を修正して精度の高い時刻を表示する時計が多数開示されている（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
しかし、時計は建物などの電波の比較的弱い場所に設置されることも多く、１回の受信では必ずしも充分ではなく、間欠的に複数回受信して得られたデータを基に内部時計の時刻を修正して表示する時計も開示されている（例えば特許文献２参照。）。
【０００４】
このような従来のＧＰＳ時計について、図２５を基に説明する。
図２５における従来のＧＰＳ時計では、位置情報衛星からの電波をアンテナ２５０２により高周波信号に変換する。ＲＦ手段２５０３では、局部発振とのミキシングにより周波数をダウンコンバージョンする。組合せ復調手段２５０４では、サーチする周波数毎に位置情報衛星からの繰り返される電波をサーチする相関器の段数を増やして位置情報衛星毎に捕捉するとともに、トラッキングしてＣ／Ａコードの１ｍｓの各サイクルに重畳している相関データを抽出する。つまり、周波数と衛星の組合せ毎にサーチしていた。整合演算手段２５０５では、Ｃ／Ａコードの１サイクル１ｍｓ毎の相関データのビットの境界を抽出して、航法メッセージデータの各ビットを構成する２０ｍｓ分の相関データを集約するとともに、繰り返されるサブフレームから受信して抽出した航法メッセージデータに不整合がないことを確認することにより受信データの信頼度を確保しつつ、航法メッセージデータから時刻情報に演算する。具体的には、航法メッセージデータの第１サブフレームが来たらＴＬＭ、ＴＯＷなどの時刻情報データとサブフレームＩＤを受信する。その後第２サブフレームについても同様に受信し、第１サブフレームの受信データと第２サブフレームの受信データの整合が取れていた場合のみ内部時計の時刻を修正して表示し、ＧＰＳ信号の受信を終了する。もし、整合がとれない場合は第１サブフレームの受信に戻るようにしていた。また、ＴＯＷとサブフレームＩＤは受信する毎にインクリメントされている場合に整合しているものとしていた。ＲＴＣ手段２５０６では、内部基準クロックを分周して内部時刻を生成するとともに、整合演算手段２５０５からの時刻情報により内部時刻を修正する。時刻表示手段２５０７では、修正された内部時刻により時刻を表示するようにしていた。
【０００５】
しかし、このような従来のＧＰＳ時計では、位置情報衛星からの電波が弱い場合には、サーチの感度を高くするために相関手段の段数を長くしていて、回路規模が大きくなると言う課題があった。さらに、サーチの感度を高くするために相関手段を長くすることにより、１つの周波数で相関を得るための時間が長くなるばかりでなく、捕捉できる周波数の範囲が狭くなってしまうためにサーチする周波数の数が多くなることによる相乗効果で、サーチ時間が著しく長くなり、消費電力も著しく大きくなるという課題があった。また、位置情報衛星をサーチする時間を短くするために複数の位置情報衛星を同時にサーチする場合には、サーチのための相関手段を同時にサーチする衛星の数だけ設けていたために、回路規模が大きいと言う課題があった。
【０００６】
また、このような従来のＧＰＳ時計では、位置情報衛星からの電波が極めて弱い場合には、連続するサブフレームの受信データが整合しないことが多かったり、整合した場合でも稀に正しい値でないことがあるという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−８２８７５号公報
【特許文献２】特開２００７−２６３５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明では、以上に示したＧＰＳ時計のこれらの課題を解決し、建物の奥など極めて電波が弱い場所でも、比較的簡単な構成かつ高速かつ低消費電力で、安定して時刻情報を取得して正しい時刻を表示することのできるＧＰＳ時計を実現することである。
【０００９】
このためには、位置情報衛星をサーチする時の感度、トラッキングの感度、データ受信の感度のすべての感度を向上させる必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための発明の様態を以下に示す。
第１の様態として、衛星から来る電波の時刻情報により時刻を修正する時刻表示方法において、衛星からの電波に含まれる擬似ランダム符号の複数サイクル分の相関強度を合成することにより衛星をサーチして捕捉する合成サーチ工程と、合成サーチ工程で捕捉した衛星からの電波を効率的に受信できるように制御するトラッキング工程と、随時更新しながら繰り返される衛星からの電波に含まれる時刻に関する航法メッセージデータを合成するデータ合成受信工程と、データ合成受信工程で受信した時刻に関する航法メッセージデータから標準時を演算により求める標準時演算工程と、内部時刻をカウントする元となる基準クロックを発生する基準クロック発生工程と、基準クロックをカウントして内部時刻を生成するとともに標準時により内部時刻を修正するＲＴＣ工程と、内部時刻により時刻を表示する時刻表示工程とを有する。
【００１１】
第２の様態として、第１の様態において、合成サーチ工程は、衛星からの電波を受信して周波数をダウンコンバージョンした後に、搬送波と擬似ランダム符号を除去して得られた相関強度を擬似ランダム符号の１サイクル分以上累積することにより衛星をサーチして捕捉する。
【００１２】
第３の様態として、第１の様態において、合成サーチ工程は、衛星からの電波を受信して周波数をダウンコンバージョンした後に、低周波信号から搬送波を除去するとともに、１つ以上の衛星に対応する擬似ランダム符合のレプリカを擬似ランダム符合の１チップの時間の範囲内に切換えながら擬似ランダム符号を除去して相関強度を抽出し、得られた相関強度を擬似ランダム符号の１サイクル分以上１つ以上の衛星に対応して累積することにより１つ以上の位置情報衛星から略同時にサーチして捕捉する。
【００１３】
第４の様態として、第１の様態において、合成サーチ工程は、衛星からの電波を受信して周波数をダウンコンバージョンした後に、搬送波と擬似ランダム符号を除去して得られた相関強度を１サイクル分以上記憶した後に、記憶されている値から信号強度と擬似ランダム符号の位相と周波数のズレを演算することにより衛星をサーチして捕捉する。
【００１４】
第５の様態として、第１の様態において、データ合成受信工程は、衛星からの電波を受信して周波数をダウンコンバージョンした後に、搬送波と擬似ランダム符号を除去して得られた相関データからビットの境界を検出するビット境界検出工程と、ビット境界検出工程で検出したビットの境界内の相関データを集約してビットデータを生成するビットデータ集約工程と、ビットデータから航法メッセージデータを合成するビットデータ合成工程を有し、ビット境界検出工程は、相関データの変化を抽出する変化抽出工程と、変化抽出工程で求めた相関データの変化を累積する変化累積工程と、変化累積工程で累積した変化から相関データにより構成されるビットデータの境界を求める変化点位置演算工程を有する。
【００１５】
第６の様態として、衛星から来る電波の時刻情報により時刻を修正する時刻表示装置において、位置情報衛星からの電波を高周波信号として受信するアンテナと、アンテナからの高周波信号をダウンコンバージョンして低周波信号に変換するＲＦ手段と、ＲＦ手段からの低周波信号に含まれるＣ／Ａコード複数サイクル分の相関強度を合成することにより位置情報衛星をサーチして捕捉するとともに相関データを抽出する合成復調手段と、合成復調手段からの相関データに含まれる時刻に関する航法メッセージデータを繰り返し受信して合成するするとともに標準時を演算する合成演算手段と、内部の基準クロックをカウントして内部時刻を生成するとともに標準時により内部時刻を修正するＲＴＣ手段と、ＲＴＣ手段からの内部時刻により時刻を表示する時刻表示手段と、全体とステータス及びシーケンスを管理する制御手段とを有する。
【００１６】
第７の様態として、第６の様態において、合成復調手段は、低周波信号から搬送波と擬似ランダム符号を除去して相関データと相関強度を抽出するとともに、得られた相関強度を擬似ランダム符号の１サイクル分以上累積することにより位置情報衛星をサーチして捕捉する。
【００１７】
第８の様態として、第６の様態において、合成復調手段は、低周波信号から搬送波を除去するとともに、１つ以上の衛星に対応する擬似ランダム符合のレプリカを擬似ランダム符合の１チップの時間の範囲内に切換えながら擬似ランダム符号を除去して相関データと相関強度を抽出するとともに、得られた相関強度を擬似ランダム符号の１サイクル分以上１つ以上の衛星に対応して累積することにより１つ以上の位置情報衛星から略同時にサーチして捕捉する。
【００１８】
第９の様態として、第６の様態において、合成復調手段は、低周波信号から搬送波と擬似ランダム符号を除去して相関データと相関強度を抽出するとともに、得られた相関強度を擬似ランダム符号の１サイクル分以上記憶する相関強度記憶手段と、相関強度記憶手段に記憶されている値から信号強度と擬似ランダム符号の位相と周波数のズレを演算することにより位置情報衛星をサーチして捕捉する。
【００１９】
第１０の様態として、第６の様態において、合成演算手段は、相関データを集約してビットデータを生成するビットデータ生成手段と、ビットデータから時刻に関する航法メッセージデータを抽出するデータ合成手段と、データ合成手段からの航法メッセージデータから標準時を演算する標準時演算手段を有し、ビットデータ生成手段は、相関データの変化を抽出する変化抽出手段と、変化抽出手段で求めた相関データの変化を累積する変化累積手段と、変化累積手段で累積した変化から相関データにより構成されるビットデータの境界を求める変化点位置演算手段と、変化点位置演算手段からの変化点を基に相関データを集約してビットデータを出力するビットデータ集約手段を有する。
【００２０】
第１１の様態として、第６の様態において、合成演算手段は、相関データを集約してビットデータを生成するビットデータ生成手段と、ビットデータから時刻に関する航法メッセージデータを抽出するデータ合成手段と、データ合成手段からの航法メッセージデータから標準時を演算する標準時演算手段を有し、データ合成手段は、ビットデータから累積あるいは／及びレプリカとの相関により航法メッセージデータを得る。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によるＧＰＳ時計では、位置情報衛星からの電波が微弱な場合でも、高感度でサーチ及びトラッキング及びデータ受信ができるため、例えば屋内の窓から離れた場所でも安定して航法メッセージデータに含まれる時刻情報を受信して、常に正確な時刻を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るＧＰＳ時計の好適な一実施例を示す工程フロー図
【図２】本発明に係る合成サーチ工程の工程フロー図
【図３】本発明に係る合成サーチ工程の工程フロー図
【図４】本発明に係る合成サーチ工程の工程フロー図
【図５】本発明に係るサーチ演算手段の動作を示す概念図
【図６】本発明に係るサーチ演算手段の動作を示すフロー図
【図７】本発明に係るデータ合成受信工程の工程フロー図
【図８】本発明に係るビット境界検出工程の処理を示す概念図
【図９】本発明に係るＧＰＳ時計の好適な一実施例を示すブロック図
【図１０】本発明に係る時刻表示手段の実施例を示す外観図
【図１１】本発明に係る合成復調手段の構成を示すブロック図
【図１２】本発明に係る信号強度累積手段の構成を示すブロック図
【図１３】本発明に係る合成復調手段の構成を示すブロック図
【図１４】本発明に係るタイミング手段の動作を示すタイミング図
【図１５】本発明に係る合成復調手段の構成を示すブロック図
【図１６】本発明に係る合成演算手段のブロック図
【図１７】本発明に係るビットデータ生成手段のブロック図
【図１８】本発明に係る合成演算手段の構成を示すブロック図
【図１９】本発明に係る固定データの合成方法を示す構成図
【図２０】本発明に係る繰り返しパターンデータの累積方法を示す構成図
【図２１】本発明に係る繰り返しパターンデータのレプリカの一例を示す図
【図２２】本発明に係るインクリメントデータの合成方法を示す概念図
【図２３】本発明に係る航法メッセージデータのタイミングを示すタイミング図
【図２４】本発明に係る航法メッセージデータのタイミングを示す図
【図２５】従来のＧＰＳ時計のブロック構成図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明によるＧＰＳ時計では、位置情報衛星からの電波に含まれる擬似ランダム符号であるＣ／Ａコード複数サイクル分の相関強度を合成することにより位置情報衛星をサーチして捕捉する合成サーチ工程と、合成サーチ工程で捕捉した位置情報衛星からの電波を効率的に受信できるように制御するトラッキング工程と、随時更新しながら繰り返される位置情報衛星からの電波に含まれる時刻に関する航法メッセージデータを合成するデータ合成受信工程と、データ合成受信工程で受信した時刻に関する航法メッセージデータから標準時を演算により求める標準時演算工程と、内部時刻をカウントする元となる基準クロックを発生する基準クロック発生工程と、基準クロックをカウントして内部時刻を生成するとともに標準時により内部時刻を修正するＲＴＣ工程と、内部時刻により時刻を表示する時刻表示工程とを有することを特徴とする時刻表示方法。
【００２４】
また、上記の方法を実現するためのＧＰＳ時計は、位置情報衛星からの電波を高周波信号として受信するアンテナと、アンテナからの高周波信号をダウンコンバージョンして低周波信号に変換するＲＦ手段と、ＲＦ手段からの低周波信号に含まれるＣ／Ａコード複数サイクル分の相関強度を合成することにより位置情報衛星をサーチして捕捉するとともに相関データを抽出する合成復調手段と、合成復調手段からの相関データに含まれる時刻に関する航法メッセージデータを繰り返し受信して合成するするとともに標準時を演算する合成演算手段と、内部の基準クロックをカウントして内部時刻を生成するとともに標準時により内部時刻を修正するＲＴＣ手段と、ＲＴＣ手段からの内部時刻により時刻を表示する時刻表示手段と、全体とステータス及びシーケンスを管理する制御手段とにより構成した。
【００２５】
本発明によるＧＰＳ時計の構成や動作を詳細に説明する前に、本発明によるＧＰＳ時計が位置情報衛星から受信する航法メッセージデータについて予め説明する。なお、本実施例の以降の説明では、＜＞を大見出し、［］を中見出し、小見出しとして用いている。
【００２６】
＜航法メッセージデータ＞
［航法メッセージデータのタイミング］
図２３に示す位置情報衛星からの航法メッセージデータのタイミングについて説明する。
【００２７】
航法メッセージデータの全体は、ページ番号Ｐ１〜２５を含む２５フレームにより構成される。各フレームは、サブフレーム番号ＳＦ１〜５の５つのサブフレームにより構成される。サブフレーム番号ＳＦ４、５の２つのサブフレームには、ページ番号Ｐ１〜２５の２５ページがあり、フレーム毎にページが切り換わる。各サブフレームは、ワード番号Ｗ１〜１０の１０ワードにより構成される。また、各ワードはビット番号ｂ１〜３０の３０ビットにより構成される。各ワードの初めの２４ビットはデータでＭＳＢから順に送られる。各ワードの最後の６ビットはパリティである。ここで、各ビットはＣＡ１〜２０の１０２３チップのＣ／Ａコードの２０サイクル分繰り返される。
【００２８】
ここでＣ／Ａコードの１サクイルは１ｍ秒であるため、各ビットの時間は２０ｍ秒で、各ワードの時間は０．６秒で、各サブフレームの時間は６秒で、各フレームの時間は３０秒で、航法メッセージデータ全体の時間は１２．５分である。これらが全て時系列的に位置情報衛星から送信され、航法メッセージデータの全体が、その値が随時更新されながら、繰り返される。
【００２９】
［時刻の取得に必要な航法メッセージデータ］
図２４に、時刻の取得に必要な航法メッセージデータの時系列的な位置を示す。図２３では、各項目について、サブフレーム番号、ページ番号、ワード番号とビット番号が時系列的な位置を示している。
【００３０】
ここで、ＴＬＭは、予め定められたプリアンブルを含み各サブフレームの最初のワードの位置であることを示すものである。ＴＯＷは、週の初めからの経過時間を示すものである。サブフレームＩＤは、サブフレームの番号を示すものである。ＷＮは、週番号を示すものである。健康状態は、位置情報衛星から送られる航法メッセージデータの信頼性を示すものである。ＵＴＣは、ＧＰＳ時刻からグリニッジ標準時を求めるために必要なパラメータである。なお、各ワードの２５〜３０番目のビットは、パリティデータである。
【実施例】
【００３１】
＜ＧＰＳ時計の方法＞
図１は、本発明によるＧＰＳ時計の工程の一例を示したものである。これより、本発明によるＧＰＳ時計の各工程について、図１を基に説明する。全体の工程は、制御手段によを用いて行う。
【００３２】
本発明によるＧＰＳ時計は、位置情報衛星からの時刻情報により内部時刻を修正して内部時刻により時刻を表示する。位置情報衛星からの時刻情報の取得および内部時刻の修正は、初期やユーザーからの時刻調整操作時や所定のタイミングなどで行う。
【００３３】
［合成サーチ工程］
位置情報衛星から時刻に関する情報を得るために、まず合成サーチ工程１０１で、Ｃ／Ａコード及び周波数毎にＣ／Ａコードの位相を変えながら、Ｃ／Ａコード複数サイクル分の相関強度を合成することにより、位置情報衛星をサーチして捕捉する。ある位置情報衛星について複数の周波数や複数のＣ／Ａコードの位相について閾値を越えた場合には、信号強度が最大のものを捕捉結果として、周波数とＣ／Ａコードの位相を検出する。また、複数の位置情報衛星を捕捉した場合には、信号強度などにより受信する衛星を決定するようにした。合成サーチ工程１０１は、ＲＦ手段及び合成復調手段を用いて行う。
【００３４】
［トラッキング工程］
位置情報衛星が捕捉されると、トラッキング工程１０２でトラッキングを行う。トラッキング工程１０２により、搬送波の位相及びＣ／Ａコードの位相を、それぞれのＰＬＬにより最適な状態に制御する。トラッキング工程１０２では、合成サーチ工程１０１で捕捉した位置情報衛星からの電波の周波数やＣ／Ａコードの位相からトラッキングを開始する。このトラッキング工程１０２はデータ受信が完了するまで続いている。トラッキング工程１０２は、ＲＦ手段及び合成復調手段を用いて行う。
【００３５】
［データ合成受信工程］
データ合成受信工程１０３では、随時更新しながら繰り返される位置情報衛星からの電波に含まれる時刻に関する航法メッセージデータを繰り返し受信して合成することにより感度を向上させる。データ合成受信工程１０３は、ＲＦ手段と合成復調手段と合成演算手段を用いて行う。
【００３６】
［標準時演算工程］
標準時演算工程１０４では、データ合成受信工程１０３で受信した時刻に関する航法メッセージデータから、グリニッジ標準時を求める。
【００３７】
［基準クロック発生工程］
基準クロック発生工程１０５では、ＧＰＳ時計の時を刻むための基になる一定周期のクロック信号を発生する。
【００３８】
［ＲＴＣ工程］
ＲＴＣ工程１０６では、基準クロックをカウントして内部時刻を生成する。また、標準時演算工程１０４で得られたグリニッジ標準時により、内部時刻を修正する。この際、内部時刻はローカル時刻として、グリニッジ標準時９１４と内部時刻９１５との時差が保持されるように時刻を修正するようにした。但し、内部時刻はローカル時刻でもグリニッジ標準時でも良く、予め設定されている時差により変換すれば良い。
【００３９】
［時刻表示工程］
時刻表示工程１０７では、ＲＴＣ工程１０６で得られた内部時刻により時刻表示手段に表示する。内部時刻による時刻の表示は、例えば毎正秒ごとに更新するようにすれば良い。
【００４０】
＜合成サーチ工程の第１の例＞
図２は、本発明の特徴のひとつである合成サーチ工程の第１の例について示したものであり、合成サーチ工程の第１の例について図２を基に詳細に説明する。
【００４１】
合成サーチ工程の第１の例は、衛星からの電波を受信して周波数をダウンコンバージョンした後に、搬送波とＣ／Ａコードを除去して得られた相関強度をＣ／Ａコードの１サイクル分以上累積することにより衛星をサーチして捕捉する。
【００４２】
［周波数設定工程］
周波数設定工程２０１では、復調する周波数を狙い値から−５ｋＨｚから＋５ｋＨｚの範囲でサーチするようにＧＰＳ時計内部に設定する。これは、位置情報衛星の移動に伴うドップラー効果の影響で受信する電波の周波数が−５ｋＨｚ〜＋５ｋＨｚの範囲内でずれている可能性があることによる。サーチする周波数の数は、Ｃ／Ａコードの何サイクル分の相関強度を求めるかにより異なる。１サイクルの場合は、５００Ｈｚごとの２１の周波数としたが、サイクル数を増やす場合には相応に小刻みにする必要がある。
【００４３】
［ＣＡコード設定工程］
ＣＡコード設定工程２０２では、次にサーチする対象となる位置情報衛星に対応したＣ／ＡコードのレプリカをＧＰＳ時計内部に設定する。
【００４４】
［ダウンコンバージョン工程］
ダウンコンバージョン工程２０３では、位置情報衛星からの電波をアンテナで受信して、受信した高周波信号の周波数を処理しやすい低周波信号にヘテロダイン方式でダウンコンバージョンする。
【００４５】
［ＡＤＣ工程］
ＡＤＣ工程２０４では、ダウンコンバージョン工程２０３で得た低周波信号をＡＤ変換してデシタル信号に変換する。
【００４６】
［搬送波除去工程］
搬送波除去工程２０５では、ＡＤＣ工程２０４で得られたデジタル信号から、搬送波レプリカを用いて畳み込むことにより、搬送波を除去して、チップデータの同相成分Ｉと直交成分Ｑを得る。
【００４７】
［サーチ相関工程］
サーチ相関工程２０６では、搬送波除去工程２０５で得られたチップデータとＣＡコード設定手段で設定したＣ／Ａコードのレプリカとの相関により、相関強度を得る。このため、同相成分Ｉの相関値と直交成分Ｑの相関値の各々の二乗の和を相関強度とする。この時点では、チップデータとＣ／Ａコードとの位相関係が不明なため、チップデータをシフトレジスタでシフトさせながら、相関強度を演算する。
【００４８】
［サーチ結果累積工程］
サーチ結果累積工程２０７は、本発明の特徴のひとつで、サーチ相関工程で得られた相関強度をＣ／Ａコードのさらに１サイクル分累積加算により合成する。Ｃ／Ａコードの位相が同じ相関強度毎に累積加算するため、１０２３チップ分の記憶手段を用いる。このため、相関演算を行うＣ／Ａコードのサイクル数を増やしても回路規模がほとんど大きくならないようにすることができる。
【００４９】
［累積回数判定工程］
累積回数判定工程２０８では、サーチ結果累積工程で累積加算したＣ／Ａコードのサイクル数が電波強度等により決定した回数に到達したかを判定し、到達していない場合は、ダウンコンバージョン工程にもどるようにした。
【００５０】
［捕捉判定工程］
捕捉判定工程２０９では、サーチ結果累積工程に累積加算された値が閾値を越えたかにより位置情報衛星を捕捉したかどうかを判定する。この際サーチ結果累積工程に記憶されている１０２３チップ分の累積加算値の最も大きな値を閾値と比較するようにした。捕捉したと判定した場合には、合成サーチ工程を終了する。
【００５１】
なお、捕捉判定は、サーチ結果累積工程で、累積する都度１チップ分づつ閾値とリアルタイムで比較するようにしても良い。
【００５２】
［全ＣＡコード判定工程］
全ＣＡコード判定工程２１０では、サーチ対象の全ての位置情報衛星に対応したＣ／Ａコードについて捕捉判定までの工程を完了したか判定し、未完了の場合にはＣＡコード設定工程に戻る。
【００５３】
［全周波数判定］
全周波数判定工程では、周波数判定工程での一通りの周波数についてのサーチが完了したか判定し、未完了の場合には周波数設定工程に戻る。
【００５４】
＜合成サーチ工程の第２の例＞
図３は、合成サーチ工程の第２の例について示したものである。
合成サーチ工程の第２の例では、衛星からの電波を受信して周波数をダウンコンバージョンした後に、低周波信号から搬送波を除去するとともに、１つ以上の衛星に対応するＣ／ＡコードのレプリカをＣ／Ａコードの１チップの時間の範囲内に切換えながらＣ／Ａコードを除去して相関強度を抽出し、得られた相関強度をＣ／Ａコードの１サイクル分以上１つ以上の衛星に対応して累積することにより１つ以上の位置情報衛星から略同時にサーチして捕捉する。
【００５５】
合成サーチ工程の第２の例では、Ｃ／Ａコードのループを累積回数のループの内側に入れることにより、異なるＣ／Ａコードに対するサーチを、同一の回路を１チップの時間内に時分割して共用することにより、全体のサーチを高速化したものである。
【００５６】
合成サーチ工程の第２の例の各工程は、第１の例の場合と同様である。
但し、累積回数のループは、第１の例の場合には累積するＣ／Ａコードのサイクル数分回したが、第２の例では累積するＣ／Ａコードのサイクル数にＣ／Ａコード１サイクルのチップ数１０２３チップを掛けた回数まわすようにした。
【００５７】
＜合成サーチ工程の第３の例＞
図４は、合成サーチ工程の第３の例について示したものである。
合成サーチ工程の第３の例は、衛星からの電波を受信して周波数をダウンコンバージョンした後に、搬送波とＣ／Ａコードを除去して得られた相関強度を１サイクル分以上記憶した後に、記憶されている値から信号強度とＣ／Ａコードの位相と周波数のズレを演算することにより衛星をサーチして捕捉する。
【００５８】
合成サーチ工程の第３の例では、第１、２の例のサーチ結果累積工程２０６で累積加算する代わりに、相関強度記憶工程４０１でそのまま記憶し、記憶した値から演算により信号強度と周波数を演算する。
【００５９】
合成サーチ工程の第３の例では、周波数設定工程２０１、ＣＡコード設定工程２０２、ダウンコンバージョン工程２０３、ＡＤＣ工程２０４、搬送波除去２０５、サーチ相関工程２０６、累積回数判定工程２０８、捕捉判定工程２０９、全ＣＡコード判定工程２１０および全周波数判定工程２１１は、第１、２の例とほぼ同様である。
【００６０】
但し、累積回数判定工程では、累積する回数でなく、相関強度記憶工程４０１で記憶したＣ／Ａコードのサイクル数により判定する。
【００６１】
また、全周波数設定工程では、相関強度を相関強度記憶工程４０１で記憶するＣ／Ａコードのサイクル数によらずに、狙い値−５０００Ｈｚから５００Ｈｚ刻みで狙い値＋５０００Ｈｚまでの２１の周波数について設定するようにした。
【００６２】
［相関強度記憶工程］
相関強度記憶工程４０１では、Ｃ／Ａコードのサイクル毎かつ位相毎の相関強度を一旦そのまま記憶する。
【００６３】
［サーチ演算工程］
サーチ演算工程４０２では、相関強度記憶工程４０１で記憶した値から、信号強度と周波数を演算により求める。サーチ演算工程４０２について、図５の概念図及び図６の工程フロー図に示す例を基に説明する。
【００６４】
図５の概念図において、横軸はＣ／Ａコードの位相で単位は１チップ、縦軸は時間で単位はＣ／Ａコードの１サイクルである。長方形は相関強度を記憶した領域を示しており横幅は１０２３チップ分である。記憶された値は通常多値でノイズを含んでいる。長方形領域内の点線は、位置情報衛星からの弱い信号があることを表している。
【００６５】
この点線を抽出するために、上端と下端の組合せによる線分５１２上の記憶された値を加算するようにした。
【００６６】
上端は、Ｃ／Ａコードの最後の１サイクルに対応し、横方向の位置はＣ／Ａコードの位相が１〜１０２３の１０２３通りである。下端は、Ｃ／Ａコードの最初の１サイクルに対応し、横方向の位置は「上端のＣ／Ａコードの位相からＣ／Ａコードのサイクル数分差し引いたＣ／Ａコードの位相」から「上端のＣ／Ａコードの位相からＣ／Ａコードのサイクル数分加えたＣ／Ａコードの位相」までを１チップ間隔で移動させる。下端の範囲の理由は、周波数のズレがＣ／Ａコードの１サイクルにつき１チップ以上になると、サーチ用相関手段が出力する信号強度が弱くなるからである。したがって、線分の組み合わせの数は、１０２３にＣＡコードのサイクル数の２倍に１を加えた値を掛けた値になる。これらの全組合せにおける加算値は信号強度を示し、閾値以上の場合に位置情報衛星を捕捉したと判定する。閾値は、ノイズにより誤捕捉することのないように、例えばＣ／Ａコードのサイクル数に応じた予め定められた値を用いても良いし、加算値を統計処理して予め求めておくようにしても良い。
【００６７】
直線抽出のための工程フローの一例を図６に示す。図６では、上端を１〜１０２３に移動させながら、下端を「上端−Ｃ／Ａコードのサイクル数」から「上端＋Ｃ／Ａコードのサイクル数」まで移動させて直線抽出するようにした。なお、上端と下端を入換えて演算しても良いことは言うまでもない。
【００６８】
なお、線分上のデータの値の加算は、Ｃ／Ａコードのサイクル毎に、対応するＣ／Ａコードの位相を計算して、記憶された値を加算する。この際、Ｃ／Ａコードの位相が整数にならない場合は、四捨五入しても良いし、補間処理を行っても良い。また、線分が２次元の相関強度を記憶した領域の範囲外になる場合には、Ｃ／Ａコードの位相に１０２３を加えるか差し引いて、領域内に変換する。
【００６９】
さらに、サーチ演算工程では、サーチした周波数の誤差を、抽出した線分の傾きにより求める。上端のＣ／Ａコードの位相から下端のＣ／Ａコードの位相を差し引いてＣ／Ａコードのサイクル数で割ることにより、Ｃ／Ａコード１サイクル当たりのズレのチップ数を得る。Ｃ／Ａコードの１サイクルが１０２３チップにより構成されているため、この値を更に１０２３で割ることにより、周波数のズレの比率を得る。この値が正の場合は、時間とともにＣ／Ａコードの位相が遅れるため、内部で生成する搬送波レプリカの周波数を求めた比率により下げればよい。同様に負の場合は、周波数を上げれば良い。
【００７０】
通常、直線抽出の演算などで時間が経過しているため、新しい周波数で再度サーチを行っても良いが、その間のＣ／Ａコードの位相の変化を、図５に示すように検出した直線の延長線５１１を用いて求めるようにしても良い。
【００７１】
なお、ここで示した上端と下端の位置の細かさと範囲は一例であり、この限りでないことは言うまでもない。また、Ｃ／Ａコードの１サイクルの間にも時間が進んでいることを考慮して、２次元の記憶領域を長方形でなく平行四辺形としてより厳密に計算しても良い。また、以上に示したのは演算の一例であり、複数サイクルのＣ／Ａコードに対応した相関強度から信号強度と周波数を求める演算であればどのような演算を用いても良い。
【００７２】
＜データ合成受信工程＞
図７は、データ合成受信工程１０３のフローの一例を示したものである。これより、本発明のもう１つの特徴であるデータ合成受信工程について、図７を基に説明する。
【００７３】
データ合成受信工程は、衛星からの電波を受信して周波数をダウンコンバージョンした後に、搬送波と擬似ランダム符号を除去して得られた相関データからビットの境界を検出し、検出したビットの境界内の相関データを集約してビットデータを生成すし、ビットデータから航法メッセージデータを合成する。
【００７４】
データ合成受信工程１０３では、時刻に関する航法メッセージデータを抽出する。ここでは、位置情報衛星からの電波がノイズに比して弱い場合に、信頼度の高い正しい航法メッセージデータを安定して得るための方法を中心に説明する。
【００７５】
ダウンコンバージョン工程２０３、ＡＤＣ工程２０４、搬送波除去工程２０５は、合成サーチ工程とほぼ同様である。
【００７６】
［データ相関工程］
データ相関工程７０１では、搬送波除去工程２０５で得られたチップデータとＣ／Ａコードのレプリカとの相関により、相関データを得る。
【００７７】
［ビット境界検出工程］
ビット境界検出工程７０２では、ＣＡコードの各サイクルに重畳している１ｍｓ毎の相関データの並びから、２０ｍｓ毎のビットの境界を検出する。
【００７８】
ビット境界検出工程は、相関データの変化を抽出する変化抽出工程と、変化抽出工程で求めた相関データの変化を累積する変化累積工程と、変化累積工程で累積した変化から相関データにより構成されるビットデータの境界を求める変化点位置演算工程により行う。
【００７９】
ビット境界検出工程７０２は、変化抽出工程７２１と変化累積工程７２２と変化点位置演算工程７２３により行われる。
【００８０】
［ビットデータ集約工程］
ビットの境界が検出されると、従来のＧＰＳ時計と同様に、ビットデータ集約工程７０３で境界内のＣ／Ａコード２０サイクル分の相関データを加算等により集約してビットデータを生成する。
【００８１】
［ビットデータ合成工程］
ビットデータが集約されると、ビットデータ合成工程７０４でＴＬＭ、ＴＯＷ、サブフレームＩＤ、ＷＮ、ＵＴＣなどの時刻に関する航法メッセージデータについて、異なるサブフレームの受信値を合成することにより、ノイズに対する信号の比率であるＳＮ比を改善する。
【００８２】
［信頼度判定工程］
信頼度判定工程７０５で、充分なＳＮ比が確保できるまで、ビットデータの生成とビットデータの合成を繰り返す。なお、信頼度判定工程７０５は必ずしも必要ではなく、必要に応じて行うようにすればよい。
これより本発明で特徴的なビット境界検出工程７０２とビットデータ合成工程７０４について、詳細に説明する。
【００８３】
＜ビット境界検出工程＞
図８は、各ビットの境界を探すための方法について、信号が微弱な場合の例を示したものである。
【００８４】
［ノイズに埋もれた信号］
図８ａは、ランダムなノイズである。図８ｂは、ノイズに比して弱い信号で、ビットの境界で変化している。図８ｃは、図８ａのノイズと図８ｂの信号を加算したものであり、合成復調手段から出力される相関データのレベルを表している。図８ａ、ｂ、ｃの縦軸は各々のレベルを表しており、横軸は時間軸で、フルレンジで時系列的なＣ／Ａコード２４０サイクル分、つまり２４０ｍ秒に対応する。
【００８５】
図８ｂに示す信号は、図８ａに示すノイズに比して弱いため、図８ｃに示すノイズと信号が加算された合成復調手段から出力される相関データからでは、ビットの境界は判然としない。そこで、ビットの境界を明確にするために、ビットの時間が２０ｍｓであることを考慮した変化の抽出を行い、その結果を累積するようにした。
【００８６】
［変化抽出工程］
具体的な変化抽出は、ビットの時間が２０ｍｓであることを考慮して、１１〜２０ｍｓ前の相関データの合計値と１〜１０ｍｓ前の相関データの合計値の差の二乗を計算するようにした。二乗の代わりに絶対値など、極性の影響を取り除く方法であればこの限りでない。また、相関データの合計範囲も、好適な一例であり、この限りではない。但し、図８ｄの変化抽出結果は、分かりやすくするために、便宜上図８ｂの信号の変化点に対応するように左に１０ｍ秒分ずらして並べてある。この結果、図８ｂの信号の変化点では、図８ｄの変化抽出結果の値が大きくなることが多くなっている。
【００８７】
［変化累積工程］
変化累積の具体的な方法は、ビットの時間が２０ｍｓであることを考慮して図８ｄの変化抽出結果を２０ｍｓごとに分割し、分割したものを合計する。別の言い方をすると、横軸を２０で割った場合の剰余が同じ値になる変化抽出結果を合計するようにした。その結果を図８ｅに示す。但し、図８ｅの横軸は、剰余に１を加算した値になっている。このように累積した結果、変化点の位置が明確になってくる。
【００８８】
［変化点位置演算工程］
変化点の位置を演算するには、最大値を検出したり加重平均を計算したりするなど、図８ｅの変化累積結果の山の位置を求めれば良い。但し、加重平均を計算する場合には、領域の端に近い場合にはサイクリックに繰り返されるように想定する必要がある。図８ｅの例では１０番目と１１番目の間が変化点となる。図８ｄの横軸が１０ｍ秒分ずれていることを考慮すると、図８ｃのＲＦ手段の出力では２０番目と２１番目の間がビットの境界であることになり、それは図８ｂの信号の変化に一致している。以降２０ｍｓごとにビットの境界が存在することになる。
【００８９】
［ビットの境界検出の性能］
このように変化を抽出して累積する処理を行えば、理論的にはどんなに信号が弱くても、各ビットの境界を探す期間、つまり図８ａ〜ｄの横軸を充分長くすれば、ビットの境界を検出することは可能である。
【００９０】
＜ＧＰＳ時計の構成＞
図９は、本発明によるＧＰＳ時計全体９０１のブロック構成の好適な一例を示したものである。これより、図９を基にＧＰＳ時計を構成する各手段について、詳細に説明する。
【００９１】
［アンテナ］
図９において、アンテナ９０２は、位置情報衛星からのギガヘルツ帯の電波を高周波信号９１１に変換し、ＲＦ手段９０３に出力する。
【００９２】
［ＲＦ手段］
ＲＦ手段９０３は、アンテナ９０２からの高周波信号９１１を合成復調手段９０４で処理しやすい低周波信号９１２にダウンコンバージョンする。このため、ＲＦ手段では、局部発振との積により生じる和と差の周波数成分からフィルタにより差の成分を抽出することにより周波数のダウンコンバージョンを行うようにした。局部発振の周波数は精度が高いほど位置情報衛星を捕捉しやすいため、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）の発振する周波数を基にＰＬＬを用いて発生するようにした。なお、ＲＦ手段では、必要に応じてローノイズなアンプを挿入して増幅するようにしても良い。
【００９３】
［合成復調手段］
合成復調手段９０４では、ＲＦ手段９０３からの低周波信号９１２を復調する。このため、合成復調手段９０４では、搬送波レプリカを用いて搬送波を除去し、相関器によりＣＡ符号を除去して、信号の強さを示す相関強度及びＧＰＳ航法メッセージデータを含む相関データを得る。
【００９４】
位置情報衛星からの電波が微弱な場合でも、繰り返されるＣ／Ａコードの相関結果を合成することにより比較的簡単な構成かつ短時間で捕捉する。また、複数の位置情報衛星を同時に１つの相関手段で兼用することにより、回路規模を小さく抑えるようにした。
【００９５】
［合成演算手段］
合成復調手段９０４が出力する相関データ９０４は、１０２３チップの相関により得られる多値の値のため、信号の他にノイズが混ざったものである。ノイズに比して信号が弱い場合には、単に相関が正か負かで受信ビットの値を決定すると、データの信頼性が低くなってしまう。この課題を解決するために、合成演算手段９０５では、間欠的に繰り返し受信する合成復調手段９０４からの相関データを合成して、信頼性の高いデータを得ることにより高感度を実現する。
【００９６】
また、合成演算手段９０５では、相関データに含まれる航法メッセージデータによるＧＰＳ時刻とＵＴＣデータとからグリニッジ標準時に相当する時刻に変換する。
【００９７】
［ＲＴＣ手段］
ＲＴＣ手段９０６では、内部の基準クロックをカウントして内部時刻９１５を生成する。また、合成演算手段９０５からのグリニッジ標準時９１４により内部時刻９１５を修正する。この際、内部時刻はローカル時刻として、グリニッジ標準時９１４と内部時刻９１５との時差が保持されるように時刻を修正するようにした。但し、内部時刻はローカル時刻でもグリニッジ標準時でも良く、予め設定されている時差により変換すれば良い。
【００９８】
［時刻表示手段］
図１０は、時刻表示手段９０７の例を示したものである。時刻表示手段９０７は、内部時刻９１５により時刻を表示する。表示時刻の更新は、例えば毎正秒ごとに行う。時刻表示手段９０７の表示方法は、例えば、図１０（ａ）に示すようなデジタル式の時刻表示器でも良いし、図１０（ｂ）に示すようなアナログ式の時刻表示でも良い。また、本発明によるＧＰＳ時計９０１は、置き時計でも掛け時計でも腕時計でも良い。
【００９９】
［制御手段］
制御手段９０８は、全体のステータス及びシーケンスを管理する。
これより本発明の１つの特徴である合成復調手段９０４について、図面を基に詳細に説明する。
【０１００】
＜合成復調手段の第１の例＞
図１１は、回路規模を大きくせずに高感度なサーチを行うための合成復調手段９０４の好適な第１の例を示したものである。合成復調手段の第１の例は、低周波信号から搬送波とＣ／Ａコードを除去して相関データと相関強度を抽出するとともに、得られた相関強度をＣ／Ａコードの１サイクル分以上累積することにより位置情報衛星をサーチして捕捉する。
【０１０１】
［ＡＤＣ手段］
ＡＤＣ手段１１０１は、アナログなＲＦ手段の出力する低周波信号を、デジタル値に変換する。
【０１０２】
［搬送波除去手段］
搬送波除去手段１１０２は、ＡＤＣ手段１１０１からの信号にＮＣＯ手段１１０５からの搬送波のレプリカを１チップの期間（約１μｓ）畳み込みすることにより、チップデータ１１１１の同相成分Ｉと直交成分Ｑを得る。
【０１０３】
［ＣＡ相関手段］
ＣＡ相関手段１１０４は、搬送波除去手段１１０２の出力とＣ／Ａコードの相関を得るために、内積を演算する。ＣＡ相関手段１１０４は、サーチ用相関手段１１０６とＣＡコードＰＬＬ用相関手段１１０７と搬送波ＰＬＬ用相関手段１１０８の３つの相関手段の総称である。
【０１０４】
［サーチ］
サーチ用相関手段１１０６は、Ｃ／Ａコードの位相が全く分かっていない時点で短時間に捕捉するために、搬送波除去手段１１０２からのチップデータ１１１１の同相成分Ｉ用と直交成分Ｑ用の１対の相関器を有し、チップデータ１１１１の同相成分Ｉと直交成分ＱをシフトレジスタでシフトさせながらＣ／Ａコードとの相関を演算する。サーチする時点では、搬送波の位相もロックしていないため、位置情報衛星からの信号の強度を得るために、チップデータ１１１１の同相成分Ｉと直交成分Ｑの各々とＣ／Ａコードの相関結果を二乗してそれらの和を演算して、相関強度１１１２として出力する。
【０１０５】
［トラッキング］
位置情報衛星を捕捉したら、搬送波の周波数とＣ／Ａコードの位相は凡そ合わせることができるが、これらを最適な状態に合わせてロックさせるために、トラッキングを行う。トラッキングは、ＣＡコードＰＬＬによりＣＡコードの位相を合わせて、搬送波ＰＬＬにより搬送波の位相を合わせる。
【０１０６】
［ＣＡコードＰＬＬ］
ＣＡコードＰＬＬは、搬送波除去手段１１０２とＣＡコードＰＬＬ用相関手段１１０７と図示しないＣＡコードＰＬＬ用ループフィルタにより構成される。搬送波除去手段１１０２でサーチ用相関手段１１０６および搬送波ＰＬＬ用相関手段１１０８のために畳み込む１チップの期間に対して、１／４チップ分進んだ期間畳み込んだ進み成分Ｅと１／４チップ分遅れた期間畳み込んだ遅れ成分Ｌを用いる。これらのＥとＬは、それぞれＥａｒｌｙとＬａｔｅの頭文字である。ＣＡコードＰＬＬ用相関手段１１０７は、これらの進み成分Ｅと遅れ成分ＬについてＣ／Ａコードと相関を演算し、各々の結果がバランスするように搬送波除去手段１１０２の畳み込みのチップ期間を前後にシフトさせる。なお、ＣＡコードＰＬＬ用ループフィルタの時定数は、位置情報衛星からの電波の強さにより調整する。ＣＡコードＰＬＬ用ループフィルタの時定数を長くすることにより、ロックするまでの時間は長くなるが、位置情報衛星からの電波が弱い場合でも、感度を高くして位相を正確に合わせることができるようになる。
【０１０７】
［搬送波ＰＬＬ］
搬送波ＰＬＬは、搬送波除去手段１１０２と搬送波ＰＬＬ用相関手段１１０８と図示しない搬送波ＰＬＬ用ループフィルタにより構成される。搬送波ＰＬＬ用相関手段１１０８によりチップデータ１１１１の同相成分Ｉと直交成分ＱについてＣ／Ａコードとの相関を演算し、各々の演算結果の積が０になるように、ＮＣＯ手段が発生する搬送波レプリカの周波数を制御することにより、受信データを同相成分Ｉに同期させて抽出できるようにする。ここで、ＮＣＯ手段１１０５は、数値制御発振器により、周波数や位相をデジタル値により制御できるようにしたものである。なお、搬送波用ＰＬＬ１１０８の図示していない搬送波ＰＬＬ用ループフィルタの時定数は、位置情報衛星からの電波の強さにより調整する。搬送波ＰＬＬ用ループフィルタの時定数を長くすることにより、ロックするまでの時間は長くなるが、位置情報衛星からの電波が弱い場合でも、感度を高くして位相を正確にあわせることができるようになる。
【０１０８】
［信号強度累積手段］
ここで、サーチ用相関手段１１０６の出力する相関強度１１１２は、信号強度累積手段１１０９により累積することにより、複数サイクルのＣ／Ａコードとの相関強度１１１２を累積した信号強度１１１３を得る。信号強度１１１３が閾値を超えた場合に、位置情報衛星を捕捉したと判定する。この場合、ピーク値がサーチした信号の強度を示し、ピーク値のタイミングがＣ／Ａコードの位相を示している。閾値は、ノイズにより誤捕捉することのないように、例えば累積回数に応じた予め定められた値を用いても良いし、信号強度１１１３を統計処理して求めても良い。
【０１０９】
このための信号強度累積手段１１０９について、図１２に示す例を基に説明する。
信号強度累積手段１１０９は、Ｃ／Ａコード１サイクル分のチップ数と同じ１０２３段のシフトレジスタを設けて、最終段の出力１２１３と相関強度１１１２の和を初段の入力にすることにより、Ｃ／Ａコードとの位相関係毎の相関強度１１１２を累積加算するようにした。なお、シフトレジスタのシフトのタイミングは、搬送波除去手段１１０２での搬送波除去のタイミングと同期している。このように構成することにより、Ｃ／Ａコードを何サイクル分累積しても、シフトレジスタが飽和しない程度にビット数を増やすだけで対応することができる。相関を演算するＣ／Ａコードのサイクル数を多くした場合に、相関手段そのものの段数を長くするよりはるかり回路規模を小さくすることができる。したがって、位置情報衛星からの電波が弱い場合でも、回路規模を抑えてサーチすることが可能になる。
【０１１０】
なお、シフトレジスタの値は、サーチする前に初期化されていることは言うまでもない。
【０１１１】
＜合成復調手段の第２の例＞
図１３は、合成復調手段の第２の例を示したものである。合成復調手段９０４の第１の例では、位置情報衛星からの電波が弱い場合に、複数サイクルのＣ／Ａコードについて、比較的簡単な構成で信号強度を求めることができるようにした。しかし、Ｃ／Ａコードのサイクル数を多くすると、サーチするための時間が長くなるとともに、消費電力が大きくなると言う課題があった。そこで、合成復調手段９０４の第２の例では、サーチ用相関手段１１０６を複数の位置情報衛星のサーチに同時に用いることにより、トータルとしてのサーチ時間を短縮し、消費電力の増加を抑制する。
【０１１２】
このため、合成復調手段の第２の例は、低周波信号から搬送波を除去するとともに、１つ以上の衛星に対応するＣ／ＡコードのレプリカをＣ／Ａコードの１チップの時間の範囲内に切換えながらＣ／Ａコードを除去して相関データと相関強度を抽出するとともに、得られた相関強度を擬似ランダム符号の１サイクル分以上１つ以上の衛星に対応して累積することにより１つ以上の位置情報衛星から略同時にサーチして捕捉する。合成復調手段９０４について、図１３を基に説明する。
【０１１３】
図１３において、ＡＤＣ手段１１０１、搬送波除去手段１１０２、ＣＡ相関手段１１０４、ＮＣＯ手段１１０５は、合成復調手段９０４の第１の例の場合と同様である。
【０１１４】
［ＣＡコード選択手段］
図１３において、ＣＡコード選択手段１３０３は、タイミング手段１３０２からの選択信号により、同時にサーチする複数の位置情報衛星に対応するＣ／Ａコードを選択する。
【０１１５】
［第１〜ｎ累積手段］
第１〜ｎ累積手段１３０１も、同時にサーチする位置情報衛星の相関強度１１１２をそれぞれ累積する。第１〜ｎ累積手段１３０１は、合成復調手段９０４の第１の例における信号強度累積手段１１０９と同様のものが、同時にサーチする位置情報衛星ごとに設けられたものである。第１〜ｎ累積手段１３０１は、それぞれ第１〜ｎＣ／Ａコードに対応する。
【０１１６】
［タイミング手段］
タイミング手段１３０２は、ＣＡコード選択手段１３０３で選択するための選択１〜ｎ、および第１〜ｎ累積手段１３０１で信号強度を取り込むための累積Ｃｋ１〜ｎを、サーチ用相関器１１０６のシフトレジスタのシフトクロックに同期して内部の充分早いクロックをカウントすることにより生成するようにした。
【０１１７】
タイミング手段１３０２の動作について、図１４に示すタイミング図を基に説明する。図１４のタイミング図では、サーチ用相関器１１０６のシフトレジスタのシフトクロックである相関器Ｃｋとタイミング手段１３０２が発生する選択信号１〜ｎと第１〜ｎ累積手段のシフトレジスタのシフトクロックである累積Ｃｋ１〜ｎのタイミング関係を示したものである。横軸は共通の時間軸である。縦軸は、各々の信号の論理値を示しており、上側が真で下側が偽である。図中矢印で示す期間は、サーチ用相関器１１０６のシフトレジスタがシフトしている期間とサーチ用相関器１１０６が相関演算を行っている期間を示している。
【０１１８】
サーチ用相関器１１０６の相関器Ｃｋの後淵により相関器のシフトレジスタがシフトする。シフトが完了すると、選択１信号を真にして、第１Ｃ／Ａコードを選択し、サーチ用相関器のシフトレジスタの値と第１Ｃ／Ａコードの相関演算を行う。相関演算が完了すると、累積Ｃｋ１の後淵で第１累積手段が相関強度を累積する。第１累積手段の累積が完了すると、選択１を偽にする。
【０１１９】
第１Ｃ／Ａコードに対応した相関出力の累積が完了すると、第２〜ｎＣ／Ａコードに対応した相関出力の累積を順次同様に行うようにした。
【０１２０】
相関Ｃｋの周期は９７８ｎｓで、１０ｎｓ以下のサーチ用相関手段のシフトレジスタのシフト時間を差し引いた時間に、一通りのＣ／Ａコードに対応した相関出力のＣ／Ａコードの位相１チップ分の累積を完了する必要がある。一つのＣ／Ａコードの位相１チップに対応した相関と累積に要する時間は約１００ｎｓであり、８つの位置情報衛星を同時にサーチするようにした。
【０１２１】
＜合成復調手段の第３の例＞
図１５は、合成復調手段の第３の例を示したものである。合成復調手段９０４の第１、２の例では、位置情報衛星からの電波が弱い場合に、複数サイクルのＣ／Ａコードについて、比較的簡単な構成で信号強度を求めることができるようにした。しかし、Ｃ／Ａコードのサイクル数を多くすると、サーチする周波数をその分小刻みにする必要があるために、サーチ時間が長くなり消費電力が大きくなると言う課題は残ったままであった。そこで、合成復調手段９０４の第３の例では、信号強度累積手段１１０９の代わりにＣ／Ａコードの複数サイクル分の相関強度をそのまま記憶する相関強度記憶手段１５０１を設けて、サーチ演算手段１５０２で演算することにより、信号強度に加えて周波数も同時に検出することができるようになり、サーチするＣ／Ａコードのサイクル数を長くしてもサーチする周波数を小刻みにしなくても良いようにする。
【０１２２】
合成復調手段の第３の例は、低周波信号から搬送波とＣ／Ａコードを除去して相関データと相関強度を抽出するとともに、得られた相関強度をＣ／Ａコードの１サイクル分以上記憶する相関強度記憶手段と、相関強度記憶手段に記憶されている値から信号強度とＣ／Ａコードの位相と周波数のズレを演算することにより位置情報衛星をサーチして捕捉する。このための合成復調手段９０４の第３の例について、図１５に示す例を基に説明する。
【０１２３】
図１５において、ＡＤＣ手段１１０１、搬送波除去手段１１０２、ＣＡ相関手段１１０４、ＮＣＯ手段１１０５は、第１、２の例の場合と同様である。
【０１２４】
［相関強度記憶手段］
相関強度記憶手段１５０１は、サーチ用相関手段１１０６からの相関強度１１１２を累積せずにそのまま記憶する。相関強度記憶手段１５０１の一方の次元はＣ／Ａコードの位相で単位は１チップで、もう一方の次元はＣ／Ａコードの繰り返しサイクルに対応する。ここで言う２次元とは物理的な位置を表しているのではなく、２つの変数により区別される記憶領域のことである。
【０１２５】
［サーチ演算手段］
サーチ演算手段１５０２では、相関強度記憶手段１５０１に記憶された値を画像データとみなして、直線抽出処理を行うようにした。
【０１２６】
＜合成演算手段＞
図１６は、本発明の特徴のひとつである合成演算手段の一例を示したものである。合成演算手段は、相関データを集約してビットデータを生成するビットデータ生成手段と、ビットデータから時刻に関する航法メッセージデータを抽出するデータ合成手段と、データ合成手段からの航法メッセージデータから標準時を演算する標準時演算手段とにより構成した。
【０１２７】
［ビットデータ生成手段］
図１６において、ビットデータ生成手段１６０１では、合成復調手段からの相関データ９１３から航法メッセージデータを構成するビットデータ１６１１を生成する。データ合成受信工程において、ＣＡサイクルの１サイクル分の時間である１ｍｓ毎に得られる相関データから２０ｍｓごとのビットの境界を検出して、境界内の２０の相関データを集約してビットデータ１６１１を得る。したがって、ビットデータ１６１１は２０ｍｓ毎に生成される。
【０１２８】
［データ合成手段］
データ合成手段１６０２は、ビットデータ生成手段１６０１で２０ｍｓごとに生成される１つ以上のビットデータ１６１１を合成することにより感度を向上させて、時刻に関する航法メッセージデータ１６１２を得る。
【０１２９】
［標準時演算手段］
標準時演算手段１６０３は、時刻に関する航法メッセージデータ１６１２からグリニッジ標準時９１４を演算により求める。
【０１３０】
＜ビットデータ生成手段＞
図１７は、本発明の特徴のひとつであるビットデータ生成手段の構成例を示したものである。ビットデータ生成手段では、ビット境界検出工程で説明した方法を用いてビットの境界を検出し、境界内の相関データを集約してビットデータを出力する。ビットデータ生成手段は、相関データの変化を抽出する変化抽出手段と、変化抽出手段で求めた相関データの変化を累積する変化累積手段と、変化累積手段で累積した変化から相関データにより構成されるビットデータの境界を求める変化点位置演算手段と、変化点位置演算手段からの変化点を基に相関データを集約してビットデータを出力するビットデータ集約手段とにより構成した。
【０１３１】
［変化抽出手段］
変化抽出手段１７０１では、Ｃ／Ａコードの各サイクルに対応して１ｍｓ毎に合成復調手段より出力される相関データ９１３からビットデータの境界を検出するために、ビットデータの境界の抽出を行う。ビットデータは連続する相関データ２０個により構成されるため、中央でステップ状に変化する２０個の数列により構成されるレプリカと相関データを畳み込むことにより変化を抽出する。この畳み込みの演算は、相関データが１つ出力される毎に行うようにした。変化抽出手段は、変化抽出工程で用いられる。
【０１３２】
［変化累積手段］
変化累積手段では、変化抽出手段で抽出結果を２０で割った時の剰余が同じもの通しを加算して累積する。変化累積手段は、変化累積工程で用いられる。
【０１３３】
［変化点位置演算手段］
変化点位置演算手段では、変化累積手段で累積した結果から、加重平均やピーク値抽出などにより変化点の代表値を求める。この変化点の代表点により相関データのビットデータの境界を求める。変化点位置演算手段は、変化点位置演算工程で用いられる。
【０１３４】
［ビットデータ集約手段］
ビットデータ集約手段では、変化点位置演算手段が出力するビットデータの境界内の相関データを加算するなどして集約して、ビットデータを出力する。
【０１３５】
＜ビットデータ合成＞
図１８は、ビットデータ合成手段１６０２の構成の例を示したものである。位置情報衛星からの電波が弱い場合には、受信したビットデータ１６１１の各々だけでは信頼性が乏しいため、複数回受信したビットデータ１６１１や複数ビットのビットデータ１６１１から信頼できる航法メッセージデータ１６１２を累積や相関や信頼度判定により合成して生成する。ノイズは累積回数の平方根に比例し信号は累積回数に比例するため、累積することによりＳＮ比を向上させて受信感度を高くすることができる。
【０１３６】
また、複数のビットデータ１６１１を想定されるレプリカとの相関により時刻に関する航法メッセージデータを抽出する。ここでレプリカとは、期待される受信値のことである。航法メッセージデータの中で、ＴＬＭに含まれるプリアンブルなど定められた受信値が期待されるものや、サブフレームＩＤのように受信値があるパターンで繰り返されるものや、ＴＯＷなどのように受信値が受信するごとにインクリメントされるデータについては、レプリカを用意することができる。このレプリカにより複数回受信のビットデータ１８１１あるいは複数ビットのビットデータ１８１１から相関判定するため、信頼度の高い判定が可能になり、ひいては受信感度を高くすることができる。
【０１３７】
このため、従来は複数回の受信データが矛盾していないことの整合を確認するとこにより信頼度を確保していたが、本発明ではさらに弱い電波の場合でも安定して受信できるようにするために、累積や相関や信頼度判定を用いる。
【０１３８】
［ザフレームの位置／プリアンブルの検出］
航法メッセージデータ１６１２を得るためには、まず、サブフレームの位置を知る必要がある。サブフレームの位置を知るために、ＴＬＭに含まれるプリアンブルを探す。プリアンブルは、予め定められた値で、図２４に示すＴＬＭの先頭の８ビットである。サブフレームの位置は、累積Ｐ手段１８０１及び相関Ｐ手段１８０２及び信頼度判定手段１８０３によりサブフレーム先頭１８２１求める。図１９は、プリアンブルを合成して受信するための構成及び方法についての例として示したものである。
【０１３９】
（累積Ｐ手段）
累積Ｐ手段では、サブフレームの全データを累積加算して、位置情報衛星からの電波がノイズに比して弱い場合でも確実に検出できるようにした。つまり、サブフレームは３００ビットにより構成されるため、３００段のシフトレジスタを設けた。シフトレジスタはビットデータが１ビット生成されるごとに１段ずつ右にシフトし、最終段の出力とビットデータの和をシフトレジスタの初段に入力する構成とした。ＴＬＭの値は変化しないため、サブフレームデータの累積により、ＴＬＭは繰り返しの受信毎に加算される。なお、シフトレジスタの値は、累積加算する前に初期化されていることは言うまでもない。
【０１４０】
（相関Ｐ手段）
相関Ｐ手段では、ＴＬＭが全てのサブフレームの先頭にあるため、シフトレジスタの先頭の８ビットの値の正負の符号を１と０に対応させて、プリアンブル及びプリアンブルを反転させた反転プリアンブルと比較する。逆にレプリカの０を−１に置き換えても良い。比較はシフトレジスタがシフトする毎に行うことにより、プリアンブルを検出する。比較手段はプリアンブルとの比較に限らず、例えばプリアンブルとの相関やベクトルとして捉えた場合のなす角度を計算するなど、プリアンブルを検出できる構成や方法であればどのようなものを用いても良い。
【０１４１】
ここで、反転プリアンブルも用いるのは、入力ビットの極性が不明なためである。以降の説明においては、プリアンブルを検出した場合についての例について説明するが、反転プリアンブルを検出した場合には、受信データを単に反転させておくようにした。
【０１４２】
（信頼度判定手段）
図１８の信頼度判定手段１８０３では、ビットデータからの累積や相関の結果がどの程度の信頼度なのかを判定する。このため、ビットデータから信頼度を判定しつつ、時刻に関する航法メッセージデータを抽出できるようにする。
【０１４３】
ここで得られた信頼度が充分になるまでの受信回数は、以降の航法メッセージデータの受信においても用いることができる。
【０１４４】
信頼度判定手段１８０３では、プリアンブルを検出した場合には、ＴＬＭの信頼度を判定する。このため、信頼度判定手段ではＴＬＭを構成する各ビットの値の絶対値の平均及び標準偏差を計算し、平均値が標準偏差より充分大きい場合に比較手段で検出したプリアンブルは信頼できるものと判定する。なお、信頼度判定手段は必ずしもＴＬＭ全体で判定する必要はなく、信頼度を得るために充分なビット数で全サブフレームで変化しないビットを選べば良い。また、信頼度の判定は、必ずしも絶対値の平均と標準偏差の比率である必要はなく、適度に２極分化していることを確認できる構成や方法であればどのようなものを用いても良い。
【０１４５】
また、プリアンブルを含むワード番号１のパリティビットを併用することにより信頼度を向上させることができることは言うまでもない。
信頼度判定手段１８０３は必要に応じて設ければ良い。
【０１４６】
（電波が強い場合）
位置情報衛星からの電波が充分強い場合には、少ない回数のサブフレームでもビットデータは２極分化して、信頼できるプリアンブルを検出することができる。但し、プリアンブル以外にプリアンブルあるいは反転プリアンブルと同じ値が含まれてないかを確認するために、最低でもサブフレーム全体を一通りは比較する必要がある。
【０１４７】
このように構成することにより、位置情報衛星からの電波の強さに応じた望ましい回数のビットデータの合成でプリアンブルを検出することができる。
【０１４８】
［サブフレームＩＤの検出］
サブフレームＩＤは、累積Ｓ手段と相関Ｓ手段により検出する。
図２０及び図２１は、繰り返しパターンデータを合成して受信する方法について、サブフレームＩＤの場合について示したものである。サブフレームの先頭位置が分かったら、現在のサブフレームが何番目のものであるかを示すサブフレームＩＤを検出する。前述したように、１フレームは５つのサブフレームにより構成され、サブフレーム番号１〜５の順になっている。サブフレームＩＤは、サブフレーム番号を２進の値にしたものである。
【０１４９】
（累積Ｓ手段）
電波か弱い場合には、１回の受信でサブフレームＩＤを特定するとこは困難である。このため、累積Ｓ手段では、複数回のサブフレームＩＤの受信値を累積加算することにより、サブフレームＩＤを検出するようにした。このための構成の一例を図２０に示す。
【０１５０】
図２０では、サブフレームＩＤが５サブフレーム毎に繰り返されるため、サブフレームＩＤを構成する３ビットについて、シフトレジスタを用いてサブフレーム５回毎のサブフレームＩＤの受信値が累積加算されるような構成にした。なお、シフトレジスタの値は、累積加算する前に初期化されていることは言うまでもない。
【０１５１】
ここで、サブフレームＩＤは、図２４に示すように、各サブフレームのワード番号２のビット番号２０〜２２の３ビットである。累積Ｓ手段で累積加算するタイミングは、相関Ｐ手段で得られたサブフレーム先頭１８〜２１からビットデータをカウントして得る。
【０１５２】
（相関Ｓ手段）
相関Ｓ手段では、受信して累積されたサブフレームＩＤとサブフレームＩＤの５つのレプリカとの相関を演算し、最も相関の強いレプリカにより、サブフレームＩＤを検出する。
【０１５３】
このための５つのレプリカについて、図２１を基に説明する。これらのレプリカのデータの配列は、図２１の累積回路の累積受信データの配列に対応したものである。レプリカの各縦１列の値は、−１を０に置き換えた場合にサブフレームＩＤと一致する値である。
【０１５４】
図２１（ａ）のレプリカ１は、最新のサブフレームＩＤが１である場合に最も相関が大きくなる。何故ならば、１番左の縦一列の−１を１に置き換えた２進値が１だからである。サブフレームＩＤが１になるサブフレームの１つ前のサブフレームのサブフレームＩＤは５であるため、レプリカ１の左から２列目は同様に−１を１に置き換えると２進値が５になるようになっている。同様に全ての縦の列は、−１を１に置き換えると２進値がサブフレームＩＤに一致するように構成されている。
【０１５５】
図２１（ｂ）のレプリカは、同様に最新のサブフレームＩＤが２であることを検出するためのものであり、図２１（ｃ）〜（ｅ）のレプリカ３〜５についても同様である。
【０１５６】
サブフレーム番号１〜５の５つのサブフレームのサブフレームＩＤの受信値からサブフレームＩＤを検出する構成の例を示したが、例えば充分電波が強い場合などでは最初のサブフレームのサブフレームＩＤの受信値のみにより判定することも可能であり、必要に応じて検出するための受信ビットを増やせば良い。
【０１５７】
以上に、同時に複数のレプリカを用いて、サブフレームＩＤを検出する方法について説明したが、サブフレームＩＤの３ビットが更新される毎に１つのレプリカと比較するようにしても良い。例えば、最新のサブフレームＩＤが１であることを検出するためには、レプリカ１で相関を計算し、相関が高い場合をに最新のサブフレームＩＤが１であることを検出する。
【０１５８】
（サブフレームＩＤの信頼度）
サブフレームＩＤの累積回数については、プリアンブルを検出した場合の累積回数と同じ回数にすれば通常充分で、サブフレームＩＤの信頼度判定手段は省略することもできる。つまり、プリアンブルの検出に１０サイクルのサブフレームを要したのであれば、サブフレームＩＤについても１０回のサブフレームで検出すれば良い。むしろ、上述のレプリカを用いる方法では、３ビットのビット間の関係を利用したものなので、累積回数は１／３でも良い。
【０１５９】
しかし、ノイズ環境の急激な変化をも想定して、プリアンブルの信頼度判定手段と同様に受信データの信頼度を判定するようにしても良い。
【０１６０】
さらに、以上に最も相関の強いレプリカによりサブフレームＩＤを検出する方法について説明したが、５つのレプリカとの相関の値は、理想的には、最大の値を１５とした場合に、前後のレプリカとの相関が−１であり、その他のレプリカとの相関は−５である。これらの値は、例えば、受信データがレプリカ３と同じだったと仮定した場合のレプリカ１〜５との内積が、各々−５、−１、１５、−１、−５となることにより得られるものである。そこで、各レプリカとの相関がこれらの比率関係に近いことを持って、サブフレームＩＤの検出の信頼度を判定するようにしても良い。
【０１６１】
［ＴＯＷの検出］
ＴＯＷは、各サブフレームの各ペーシのワード番号Ｗ２のビット番号ｂ１〜１７である。ＴＯＷの検出は、累積Ｔ手段、記憶Ｔ手段、レプリカＴ手段により求める。
【０１６２】
図２２は、インクリメントデータを合成して受信する方法について、ＴＯＷの場合を例として示したものである。１週間の中の現在時刻は、サブフレーム毎にインクリメントされる１７ビットのＴＯＷより計算する。このＴＯＷを受信するための構成及び方法について、図２２を基に説明する。
【０１６３】
（記憶Ｔ手段）
インクリメントデータは、パターンデータの周期が長くなったものと考えることもできる。従って、インクリメントデータでは、原則として受信回数分のメモリに受信データを記憶させる。
【０１６４】
図２２に示す例の場合には、サブフレームの受信回数が５回の場合である。ＴＯＷの１７ビットを同時に受信するようにしたため、１７×５＝８５ビット分のメモリを用意して生成したビットデータを記憶するようにした。なお、この図２２ではメモリに記憶されているデータは説明の便宜上、ノイズがなく正規化された１と−１のみに仮定したが、通常はノイズが重畳した多値データである。図２２において、１回目から５回目の受信データの値は、−１を０に置き換えると、２進値でインクリメントしている。なお、ビット番号ｂ７より上位は、より下位と同様の考え方のため、図中に値を記載していない。
【０１６５】
（レプリカＴ手段と相関Ｔ手段）
図２２において、レプリカＴ手段は、受信データの縦１列の各ビットごとに受信データと相関Ｔ手段で相関を演算するために用いる。レプリカＴ手段のサイズは、ビット毎に動的に値を変化させるため、１ビットの受信回数分で充分である。
【０１６６】
インクリメントデータでは、相関は下位ビットから順に演算する。最下位ビットのレプリカと最下位ビットの受信データとの相関を計算をする前に、レプリカＴ手段に最下位ビットのレプリカを用意する。最下位ビットのレプリカは、インクリメントデータに対応して、交互に１と−１を繰り返す。最新の受信データに対応するインクリメントデータを１にすると、相関値を最新の受信値として用いることができるため分かりやすい。
【０１６７】
つまり、図２２の例では、記憶Ｔ手段のビット番号ｂ１とレプリカＴ手段との相関は、内積を演算して−５である。内積が負であると言うとこは、記憶Ｔ手段のビット番号ｂ１がレプリカと逆相であることを示している。従って、最新のビット番号ｂ１の受信値は負の値である。
【０１６８】
次に１つ上位のレプリカＴ手段のレプリカの値を決定する。１つ上位のレプリカの周期は最下位ビットのレプリカの周期の２倍である。従って、２つずつ１と−１が連続して交互に配列される。１つ上位のレプリカも最新のデータに対応するものを１とし、その変化のタイミングは、１つ下位の相関結果の極性から決定する。つまり、下位の相関が正の値の場合には、下位のレプリカの値が１から−１になる時にキャリーが出るものとして上位のレプリカを変化させる。逆に下位の相関が負の値の場合には、下位のレプリカが−１から１になる時に上位のレプリカを変化させる。図２２のビット番号ｂ２のレプリカの場合には、ビット番号ｂ１の相関結果が負なので、ビット番号ｂ１のレプリカが−１から１に変化するタイミング、つまり上から２番目と３番目の間及び上から４番目と５番目の間で変化するようにする。
【０１６９】
以降についても、同様に相関の演算とレプリカの決定を繰り返し、最上位ビットの相関の演算までを実行する。そこで得られたＴＯＷの１７ビット毎の相関から複数回のインクリメントデータを合成した、最新のＴＯＷの値を得ることができる。
【０１７０】
（パリティデータの活用）
なお、詳細には説明しないが、ＴＯＷとサブフレームＩＤを含むワード番号Ｗ２のパリティビットについては、ワード単位の受信データと同時にメモリに記憶しておき、最新のＴＯＷの値やサブフレームＩＤの値からデクリメントすることにより各受信タイミングの受信データを逆算し、得られた逆算データを基にパリティデータを計算し、得られたパリティデータをパリティレプリカとして、受信データとパリティレプリカとの相関により、受信データの信頼度を向上させることができる。
【０１７１】
［ＢＤ位置演算手段］
ＴＯＷとサブフレームＩＤが合成されると、時刻に関するＷＮ、健康情報、ＵＴＣなどの他の航法メッセージの受信タイミングが分かる。ＢＤ位置演算手段では、相関Ｐ手段からのサブフレーム先頭１８２１と相関Ｓ手段からのサブフレームＩＤ１８２２と相関Ｔ手段からのＴＯＷ１８２３から時刻に関する航法メッセージデータの受信タイミング１８０３を生成する。
【０１７２】
［累積Ｆ手段］
累積Ｆ手段では、時刻に関するＷＮ、健康情報、ＵＴＣなどの他の航法メッセージを繰り返しビットデータデータ１６１１を、ＢＤ位置演算手段１８０９からの受信タイミング１８０３により累積加算することにより、電波が弱い場合でも安定した受信データを得ることができる。これらの航法メッセージは、変化の頻度が低いため、固定値として繰り返し受信した値をビット毎に累積すれば良い。これらのパリティビットについても同様である。
【０１７３】
＜他の実施方法＞
なお、合成サーチ工程について図２〜４に異なるフローを示したが、これらは単独で用いてもよいし組み合わせて用いても良い。同様に、合成復調手段について図１１、図１３及び図１５に異なる構成を示したが、これらは単独で用いてもよいし組み合わせて用いても良い。
【０１７４】
また、データ合成受信工程では、ＡＤＣ工程、搬送波除去工程、サーチ相関工程またはデータ相関工程の順に処理するフローを説明したが、順番は入換えても良く、この限りではない。同様に合成復調手段においても、ＡＤＣ手段、搬送波除去手段、ＣＡ相関手段の順に構成した例を示したが、これらは入換えてもよく、この限りではない。
【０１７５】
さらに、合成演算手段およびＲＴＣ手段および制御手段は、専用の論理回路により実現しても良いが、汎用的なＣＰＵなどのプログラマブルデバイスを用いて実現するようにしても良い。
【０１７６】
また、図１２に示した信号強度累積手段、図１９に示したＴＬＭの累積手段、及び図２０に示したサプフレームＩＤの累積手段について、シフトレジスタを構成して実現したが、メモリの構成形態について制約するものではなく、ランダムアクセスメモリなどの記憶手段を用いるなど同様の働きをするものであればどのようなものを用いて実現しても良い。
【０１７７】
さらに、これらの累積回数については、各々について信頼度を判定して決めても良いが、他の累積手段での累積回数により決めることもできる。
【０１７８】
以上に、ヘテロダイン方式の場合の例について説明したが、ダイレクトコンバージョン方式などにより復調するようにしても良い。
【０１７９】
＜まとめ＞
以上に示したように、本発明によるＧＰＳ時計では、位置情報衛星からの電波が微弱な場合でも、高感度でサーチ及びトラッキング及びデータ受信ができるため、例えば屋内の窓から離れた場所でも安定して航法メッセージデータに含まれる時刻情報を受信して、常に正確な時刻を表示することができる。
【符号の説明】
【０１８０】
１０１ 合成サーチ工程
１０２ トラッキング工程
１０３ データ合成受信工程
１０４ 標準時演算工程
１０５ 基準クロック発生工程
１０６ ＲＴＣ工程
１０７ 時刻表示工程
９０２ アンテナ
９０３ ＲＦ手段
９０４ 合成復調手段
９０５ 合成演算手段
９０６ ＲＴＣ手段
９０７ 時刻表示手段
９０８ 制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星から来る電波の時刻情報により時刻を修正する時刻表示方法において、衛星からの電波に含まれる擬似ランダム符号の複数サイクル分の相関強度を合成することにより衛星をサーチして捕捉する合成サーチ工程と、前記合成サーチ工程で捕捉した衛星からの電波を効率的に受信できるように制御するトラッキング工程と、随時更新しながら繰り返される衛星からの電波に含まれる時刻に関する航法メッセージデータを合成するデータ合成受信工程と、前記データ合成受信工程で受信した時刻に関する航法メッセージデータから標準時を演算により求める標準時演算工程と、内部時刻をカウントする元となる基準クロックを発生する基準クロック発生工程と、前記基準クロックをカウントして内部時刻を生成するとともに標準時により内部時刻を修正するＲＴＣ工程と、前記内部時刻により時刻を表示する時刻表示工程とを有する時刻表示方法。
【請求項２】
前記合成サーチ工程は、衛星からの電波を受信して周波数をダウンコンバージョンした後に、搬送波と擬似ランダム符号を除去して得られた相関強度を擬似ランダム符号の１サイクル分以上累積することにより衛星をサーチして捕捉する請求項１に記載の時刻表示方法。
【請求項３】
前記合成サーチ工程は、衛星からの電波を受信して周波数をダウンコンバージョンした後に、前記低周波信号から搬送波を除去するとともに、１つ以上の衛星に対応する擬似ランダム符合のレプリカを前記擬似ランダム符合の１チップの時間の範囲内に切換えながら擬似ランダム符号を除去して相関強度を抽出し、得られた相関強度を擬似ランダム符号の１サイクル分以上前記１つ以上の衛星に対応して累積することにより１つ以上の位置情報衛星から略同時にサーチして捕捉する請求項１に記載の時刻表示装置。
【請求項４】
前記合成サーチ工程は、衛星からの電波を受信して周波数をダウンコンバージョンした後に、搬送波と擬似ランダム符号を除去して得られた相関強度を１サイクル分以上記憶した後に、記憶されている値から信号強度と擬似ランダム符号の位相と周波数のズレを演算することにより衛星をサーチして捕捉する請求項１に記載の時刻表示方法。
【請求項５】
前記データ合成受信工程は、衛星からの電波を受信して周波数をダウンコンバージョンした後に、搬送波と擬似ランダム符号を除去して得られた相関データからビットの境界を検出するビット境界検出工程と、前記ビット境界検出工程で検出したビットの境界内の前記相関データを集約してビットデータを生成するビットデータ集約工程と、前記ビットデータから航法メッセージデータを合成するビットデータ合成工程を有し、
前記ビット境界検出工程は、前記相関データの変化を抽出する変化抽出工程と、前記変化抽出工程で求めた相関データの変化を累積する変化累積工程と、前記変化累積工程で累積した変化から前記相関データにより構成されるビットデータの境界を求める変化点位置演算工程を有する請求項１に記載の時刻表示方法。
【請求項６】
衛星から来る電波の時刻情報により時刻を修正する時刻表示装置において、位置情報衛星からの電波を高周波信号として受信するアンテナと、アンテナからの高周波信号をダウンコンバージョンして低周波信号に変換するＲＦ手段と、ＲＦ手段からの低周波信号に含まれるＣ／Ａコード複数サイクル分の相関強度を合成することにより位置情報衛星をサーチして捕捉するとともに相関データを抽出する合成復調手段と、前記合成復調手段からの相関データに含まれる時刻に関する航法メッセージデータを繰り返し受信して合成するするとともに標準時を演算する合成演算手段と、内部の基準クロックをカウントして内部時刻を生成するとともに前記標準時により内部時刻を修正するＲＴＣ手段と、ＲＴＣ手段からの内部時刻により時刻を表示する時刻表示手段と、全体とステータス及びシーケンスを管理する制御手段とを有する時刻表示装置。
【請求項７】
前記合成復調手段は、前記低周波信号から搬送波と擬似ランダム符号を除去して相関データと相関強度を抽出するとともに、得られた相関強度を擬似ランダム符号の１サイクル分以上累積することにより位置情報衛星をサーチして捕捉する請求項６に記載の時刻表示装置。
【請求項８】
前記合成復調手段は、前記低周波信号から搬送波を除去するとともに、１つ以上の衛星に対応する擬似ランダム符合のレプリカを前記擬似ランダム符合の１チップの時間の範囲内に切換えながら擬似ランダム符号を除去して相関データと相関強度を抽出するとともに、得られた相関強度を擬似ランダム符号の１サイクル分以上前記１つ以上の衛星に対応して累積することにより１つ以上の位置情報衛星から略同時にサーチして捕捉する請求項６に記載の時刻表示装置。
【請求項９】
前記合成復調手段は、前記低周波信号から搬送波と擬似ランダム符号を除去して相関データと相関強度を抽出するとともに、得られた相関強度を擬似ランダム符号の１サイクル分以上記憶する相関強度記憶手段と、前記相関強度記憶手段に記憶されている値から信号強度と擬似ランダム符号の位相と周波数のズレを演算することにより位置情報衛星をサーチして捕捉する請求項６に記載の時刻表示装置。
【請求項１０】
前記合成演算手段は、前記相関データを集約してビットデータを生成するビットデータ生成手段と、前記ビットデータから時刻に関する航法メッセージデータを抽出するデータ合成手段と、データ合成手段からの航法メッセージデータから標準時を演算する標準時演算手段を有し、
前記ビットデータ生成手段は、前記相関データの変化を抽出する変化抽出手段と、前記変化抽出手段で求めた相関データの変化を累積する変化累積手段と、前記変化累積手段で累積した変化から前記相関データにより構成されるビットデータの境界を求める変化点位置演算手段と、前記変化点位置演算手段からの変化点を基に前記相関データを集約してビットデータを出力するビットデータ集約手段を有する請求項６に記載の時刻表示装置。
【請求項１１】
前記合成演算手段は、前記相関データを集約してビットデータを生成するビットデータ生成手段と、前記ビットデータから時刻に関する航法メッセージデータを抽出するデータ合成手段と、データ合成手段からの航法メッセージデータから標準時を演算する標準時演算手段を有し、
前記データ合成手段は、前記ビットデータから累積あるいは／及びレプリカとの相関により前記航法メッセージデータを得る請求項６に記載の時刻表示装置。
【請求項１】
衛星から来る電波の時刻情報により時刻を修正する時刻表示方法において、衛星からの電波に含まれる擬似ランダム符号の複数サイクル分の相関強度を合成することにより衛星をサーチして捕捉する合成サーチ工程と、前記合成サーチ工程で捕捉した衛星からの電波を効率的に受信できるように制御するトラッキング工程と、随時更新しながら繰り返される衛星からの電波に含まれる時刻に関する航法メッセージデータを合成するデータ合成受信工程と、前記データ合成受信工程で受信した時刻に関する航法メッセージデータから標準時を演算により求める標準時演算工程と、内部時刻をカウントする元となる基準クロックを発生する基準クロック発生工程と、前記基準クロックをカウントして内部時刻を生成するとともに標準時により内部時刻を修正するＲＴＣ工程と、前記内部時刻により時刻を表示する時刻表示工程とを有する時刻表示方法。
【請求項２】
前記合成サーチ工程は、衛星からの電波を受信して周波数をダウンコンバージョンした後に、搬送波と擬似ランダム符号を除去して得られた相関強度を擬似ランダム符号の１サイクル分以上累積することにより衛星をサーチして捕捉する請求項１に記載の時刻表示方法。
【請求項３】
前記合成サーチ工程は、衛星からの電波を受信して周波数をダウンコンバージョンした後に、前記低周波信号から搬送波を除去するとともに、１つ以上の衛星に対応する擬似ランダム符合のレプリカを前記擬似ランダム符合の１チップの時間の範囲内に切換えながら擬似ランダム符号を除去して相関強度を抽出し、得られた相関強度を擬似ランダム符号の１サイクル分以上前記１つ以上の衛星に対応して累積することにより１つ以上の位置情報衛星から略同時にサーチして捕捉する請求項１に記載の時刻表示装置。
【請求項４】
前記合成サーチ工程は、衛星からの電波を受信して周波数をダウンコンバージョンした後に、搬送波と擬似ランダム符号を除去して得られた相関強度を１サイクル分以上記憶した後に、記憶されている値から信号強度と擬似ランダム符号の位相と周波数のズレを演算することにより衛星をサーチして捕捉する請求項１に記載の時刻表示方法。
【請求項５】
前記データ合成受信工程は、衛星からの電波を受信して周波数をダウンコンバージョンした後に、搬送波と擬似ランダム符号を除去して得られた相関データからビットの境界を検出するビット境界検出工程と、前記ビット境界検出工程で検出したビットの境界内の前記相関データを集約してビットデータを生成するビットデータ集約工程と、前記ビットデータから航法メッセージデータを合成するビットデータ合成工程を有し、
前記ビット境界検出工程は、前記相関データの変化を抽出する変化抽出工程と、前記変化抽出工程で求めた相関データの変化を累積する変化累積工程と、前記変化累積工程で累積した変化から前記相関データにより構成されるビットデータの境界を求める変化点位置演算工程を有する請求項１に記載の時刻表示方法。
【請求項６】
衛星から来る電波の時刻情報により時刻を修正する時刻表示装置において、位置情報衛星からの電波を高周波信号として受信するアンテナと、アンテナからの高周波信号をダウンコンバージョンして低周波信号に変換するＲＦ手段と、ＲＦ手段からの低周波信号に含まれるＣ／Ａコード複数サイクル分の相関強度を合成することにより位置情報衛星をサーチして捕捉するとともに相関データを抽出する合成復調手段と、前記合成復調手段からの相関データに含まれる時刻に関する航法メッセージデータを繰り返し受信して合成するするとともに標準時を演算する合成演算手段と、内部の基準クロックをカウントして内部時刻を生成するとともに前記標準時により内部時刻を修正するＲＴＣ手段と、ＲＴＣ手段からの内部時刻により時刻を表示する時刻表示手段と、全体とステータス及びシーケンスを管理する制御手段とを有する時刻表示装置。
【請求項７】
前記合成復調手段は、前記低周波信号から搬送波と擬似ランダム符号を除去して相関データと相関強度を抽出するとともに、得られた相関強度を擬似ランダム符号の１サイクル分以上累積することにより位置情報衛星をサーチして捕捉する請求項６に記載の時刻表示装置。
【請求項８】
前記合成復調手段は、前記低周波信号から搬送波を除去するとともに、１つ以上の衛星に対応する擬似ランダム符合のレプリカを前記擬似ランダム符合の１チップの時間の範囲内に切換えながら擬似ランダム符号を除去して相関データと相関強度を抽出するとともに、得られた相関強度を擬似ランダム符号の１サイクル分以上前記１つ以上の衛星に対応して累積することにより１つ以上の位置情報衛星から略同時にサーチして捕捉する請求項６に記載の時刻表示装置。
【請求項９】
前記合成復調手段は、前記低周波信号から搬送波と擬似ランダム符号を除去して相関データと相関強度を抽出するとともに、得られた相関強度を擬似ランダム符号の１サイクル分以上記憶する相関強度記憶手段と、前記相関強度記憶手段に記憶されている値から信号強度と擬似ランダム符号の位相と周波数のズレを演算することにより位置情報衛星をサーチして捕捉する請求項６に記載の時刻表示装置。
【請求項１０】
前記合成演算手段は、前記相関データを集約してビットデータを生成するビットデータ生成手段と、前記ビットデータから時刻に関する航法メッセージデータを抽出するデータ合成手段と、データ合成手段からの航法メッセージデータから標準時を演算する標準時演算手段を有し、
前記ビットデータ生成手段は、前記相関データの変化を抽出する変化抽出手段と、前記変化抽出手段で求めた相関データの変化を累積する変化累積手段と、前記変化累積手段で累積した変化から前記相関データにより構成されるビットデータの境界を求める変化点位置演算手段と、前記変化点位置演算手段からの変化点を基に前記相関データを集約してビットデータを出力するビットデータ集約手段を有する請求項６に記載の時刻表示装置。
【請求項１１】
前記合成演算手段は、前記相関データを集約してビットデータを生成するビットデータ生成手段と、前記ビットデータから時刻に関する航法メッセージデータを抽出するデータ合成手段と、データ合成手段からの航法メッセージデータから標準時を演算する標準時演算手段を有し、
前記データ合成手段は、前記ビットデータから累積あるいは／及びレプリカとの相関により前記航法メッセージデータを得る請求項６に記載の時刻表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１１−２２０８７７（Ｐ２０１１−２２０８７７Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９１１２２（Ｐ２０１０−９１１２２）
【出願日】平成２２年４月１２日（２０１０．４．１２）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１２日（２０１０．４．１２）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
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