JP4506865B2 - 時刻取得装置、および、電波時計 - Google Patents

Description

本発明は、標準電波を利用して現在時刻を取得する時刻取得装置、および、当該時刻取得装置を搭載した電波時計に関する。

現在、日本およびドイツ、イギリス、スイスなどにおいて、長波の標準時刻電波が送信所から送出されている。たとえば、日本では、福島県および佐賀県の送信所から、それぞれ、４０ｋＨｚおよび６０ｋＨｚの振幅変調された標準時刻電波が送出されている。標準時刻電波は、年月日時分を示すタイムコードを構成する符号の列を含み、１周期６０秒で送出されるようになっている。つまり、タイムコードの周期は６０秒である。

このようなタイムコードを含む標準時刻電波を受信し、受信した標準時刻電波からタイムコードを取り出して、時刻を修正することができる時計（電波時計）が実用化されている。電波時計の受信回路は、アンテナにより受信された標準時刻電波を受け入れ、標準時刻電波信号のみを取り出すためのバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、包絡線検波などによって振幅変調された標準時刻電波信号を復調する復調回路、および、復調回路によって復調された信号に含まれるタイムコードを読み出す処理回路を備える。

従来の処理回路は、復調された信号の立ち上がりで同期をとった後、所定のサンプリング周期で２値化して、バイナリーのビット列であるＴＣＯデータを取得する。さらに、処理回路は、ＴＣＯデータのパルス幅（つまり、ビット「１」の時間や、ビット「０」の時間）を計測し、その幅の大きさに対応して、符号「Ｐ」、「０」、「１」の何れかを決定し、決定された符号の列に基づいて時刻情報を取得する。

従来の処理回路では、標準時刻電波の受信開始から時刻情報の取得まで、秒同期処理、分同期処理、符号取り込み、整合判定というプロセスを経る。それぞれのプロセスにおいて適切に処理が終了できなかった場合に、処理回路は、最初から処理をやり直す必要がある。このため、信号中に含まれるノイズの影響により処理が何度もやり直さねばならない場合があり、時刻情報が取得できるまでの時間が著しく長くなる場合がある。

秒同期とは、ＴＣＯデータにより示される符号のうち、１秒ごとに到来する符号の立ち上がりを検出することである。秒同期を繰り返すことで、フレームの末尾に配置されたポジションマーカー「Ｐ０」およびフレームの先頭に配置されたマーカー「Ｍ」が連続している部分を検出することができる。この連続する部分は１分（６０秒）ごとに到来する。マーカー「Ｍ」の位置がＴＣＯデータのうち、先頭のフレームのデータとなる。これを検出することを分同期と称する。上記分同期によりフレームの先頭が認識されるため、以後、符号取り込みが開始され、１フレーム分のデータを獲得した後に、パリティビットを調べられ、ありえない値（年月日時分が現実に起こりえない値）であるか否かが判断される（整合判定）。たとえば、分同期は、フレームの先頭を見出すものであるため、６０秒の時間を要する場合がある。無論、数フレームにわたってフレームの先頭を検出するためにはその数倍の時間を要する。

特許文献１においては、復調された信号を、所定のサンプリング間隔（５０ｍｓ）で２値化して得られたＴＣＯデータが取得され、１秒ごと（２０サンプル）のバイナリーのビット列からなるデータ群がリスト化される。特許文献１に開示された装置は、このビット列と、符号「Ｐ：ポジションマーカー」を表すバイナリーのビット列のテンプレート、符号「１」を表すバイナリーのビット列のテンプレートおよび符号「０」を表すバイナリーのビット列のテンプレートとをそれぞれ比較して、その相関を求め、相関によりビット列が、符号「Ｐ」、「１」、「０」の何れに該当するかを判断する。
特開２００５−２４９６３２号公報

特許文献１に開示された技術においては、２値のビット列であるＴＣＯデータを取得して、テンプレートとのマッチングを行っている。電界強度が弱い状態や復調された信号に多くのノイズが混入された状態では、取得されたＴＣＯデータに多くの誤差が含まれてしまう。したがって、復調された信号からノイズを取り除くためのフィルタや、ＡＤ変換器のスレッショルドを微調整して、ＴＣＯデータの品質を向上させる必要があった。

本発明は、電界強度の状態や信号のノイズに影響されず、適切に標準時刻電波に含まれる符号を取得して、現在時刻を得ることが可能な時刻取得装置、および、時刻取得装置を備えた電波時計を提供することを目的とする。

本発明の目的は、標準時刻電波を受信する受信手段と、
前記受信手段から出力されたタイムコードを含む信号を、所定のサンプリング周期でサンプリングして、各サンプルが複数ビットにより表される値であり、かつ、１フレーム分の受信波形データを取得する受信波形データ取得手段と、
前記受信波形データを記憶する受信波形データメモリと、
各サンプルが複数ビットにより表される値であり、１フレーム分のポジションマーカー或いはマーカーの符号に相当する第１の予想符号データ、１フレーム分の符号「０」に相当する第２の予想符号データ、および、１フレーム分の符号「１」に相当する第３の予想符号データを生成する予想符号データ生成手段と、
前記受信波形データメモリに格納された１フレーム分の受信波形データと、前記第１の予想符号データ、第２の予想符号データおよび第３の予想符号データとを、それぞれ比較して、前記受信波形データと、前記第１、第２および第３の予想符号データとの間のそれぞれの相関を示す第１の相関値、第２の相関値および第３の相関値を算出する相関値算出手段と、
前記第１、第２および第３の相関値を比較して、もっとも相関の大きな予想符号データを特定し、当該予想符号データに相当する符号を、符号メモリに順次格納する符号決定手段と、
前記符号メモリに格納された符号の列を参照して、前記符号が示すタイムコードに基づいて現在時刻を算出する現在時刻算出手段と、を備え、
前記相関値算出手段が、
前記受信波形データのサンプル値の平均値と、当該受信波形データの各サンプル値との偏差を算出する第１の偏差算出手段と、
前記第１、第２および第３の予想符号データの何れかのサンプル値の平均値と、当該第１、第２および第３の予想符号データの何れかの各サンプル値との間の偏差を算出する第２の偏差算出手段と、
前記第１の偏差算出手段から出力された第１の偏差と、前記第２の偏差算出手段から出力された前記第１の偏差に対応する第２の偏差とをそれぞれ乗算する乗算手段と、
前記乗算手段から出力される乗算値の平均値を算出する平均値算出手段と、を有することを特徴とする時刻取得装置により達成される。

また、別の好ましい実施態様においては、標準時刻電波を受信する受信手段と、
前記受信手段から出力されたタイムコードを含む信号を、所定のサンプリング周期でサンプリングして、各サンプルが複数ビットにより表される値であり、かつ、１フレーム分の受信波形データを取得する受信波形データ取得手段と、
前記受信波形データを記憶する受信波形データメモリと、
各サンプルが複数ビットにより表される値であり、１フレーム分のポジションマーカー或いはマーカーの符号に相当する第１の予想符号データ、１フレーム分の符号「０」に相当する第２の予想符号データ、および、１フレーム分の符号「１」に相当する第３の予想符号データを生成する予想符号データ生成手段と、
前記受信波形データメモリに格納された１フレーム分の受信波形データと、前記第１の予想符号データ、第２の予想符号データおよび第３の予想符号データとを、それぞれ比較して、前記受信波形データと、前記第１、第２および第３の予想符号データとの間のそれぞれの相関を示す第１の相関値、第２の相関値および第３の相関値を算出する相関値算出手段と、
前記第１、第２および第３の相関値を比較して、もっとも相関の大きな予想符号データを特定し、当該予想符号データに相当する符号を、符号メモリに順次格納する符号決定手段と、
前記符号メモリに格納された符号の列を参照して、前記符号が示すタイムコードに基づいて現在時刻を算出する現在時刻算出手段と、を備え、
前記相関値算出手段が、
前記受信波形データの第１のサンプル値と、前記第１、第２および第３の予想符号データの何れかの、前記第１のサンプル値に対応するサンプル値との差の絶対値或いは差の二乗を算出する差算出手段と、
前記差算出手から出力された値を合計する合計手段と、を有することを特徴とする時刻取得装置により達成される。

さらに別の好ましい実施態様においては、標準時刻電波を受信する受信手段と、
前記受信手段から出力されたタイムコードを含む信号を、所定のサンプリング周期でサンプリングして、各サンプルが複数ビットにより表される値であり、かつ、１フレーム分の受信波形データを取得する受信波形データ取得手段と、
前記受信波形データを記憶する受信波形データメモリと、
各サンプルが複数ビットにより表される値であり、１フレーム分のポジションマーカー或いはマーカーの符号に相当する第１の予想符号データ、１フレーム分の符号「０」に相当する第２の予想符号データ、および、１フレーム分の符号「１」に相当する第３の予想符号データを生成する予想符号データ生成手段と、
前記受信波形データメモリに格納された１フレーム分の受信波形データと、前記第１の予想符号データ、第２の予想符号データおよび第３の予想符号データとを、それぞれ比較して、前記受信波形データと、前記第１、第２および第３の予想符号データとの間のそれぞれの相関を示す第１の相関値、第２の相関値および第３の相関値を算出する相関値算出手段と、
前記第１、第２および第３の相関値を比較して、もっとも相関の大きな予想符号データを特定し、当該予想符号データに相当する符号を、符号メモリに順次格納する符号決定手段と、
前記符号メモリに格納された符号の列を参照して、前記符号が示すタイムコードに基づいて現在時刻を算出する現在時刻算出手段と、を備え、
前記相関値算出手段が、
前記受信波形データのサンプル値の平均値と、当該受信波形データの各サンプル値との偏差を算出する第１の偏差算出手段と、
前記第１、第２および第３の予想符号データの何れかのサンプル値の平均値と、当該第１、第２および第３の予想符号データの何れかの各サンプル値との間の偏差を算出する第２の偏差算出手段と、
前記第１の偏差算出手段から出力された第１の偏差と前記第２の偏差算出手段から出力された前記第１の偏差に対応する第２の偏差との、正規化された乗算値の総和を算出する総和算出手段と、を有することを特徴とする時刻取得装置により達成される。

好ましい実施態様においては、前記予想符号データ生成手段が、ローレベルとハイレベルとの間の過渡状態に対応する中間値となるサンプル値を含む予想符号データを生成する。

また、本発明の目的は、上記時刻取得装置と、
内部クロックにより現在時刻を計時する内部計時手段と、
前記時刻取得装置により取得された現在時刻によって、前記内部計時手段により計時された現在時刻を修正する時刻修正手段と、
前記内部計時手段により計時された、或いは、時刻修正手段により修正された現在時刻を表示する時刻表示手段と、を備えたことを特徴とする電波時計により達成される。

本発明によれば、電界強度の状態や信号のノイズに影響されず、適切に標準時刻電波に含まれる符号を取得して、現在時刻を得ることが可能な時刻取得装置、および、時刻取得装置を備えた電波時計を提供することが可能となる。

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。本発明の実施の形態においては、長波帯の標準時刻電波を受信して、その信号を検波して、信号中に含まれるタイムコードを示す符号の列を取り出して、当該符号の列に基づいて時刻を修正する電波時計に、本発明にかかる時刻修正装置を設けている。

現在、日本、ドイツ、イギリス、スイスなどにおいて、所定の送信所から標準時刻電波が送信されるようになっている。たとえば、日本では、福島県および佐賀県の送信所から、それぞれ、４０ｋＨｚおよび６０ｋＨｚの振幅変調された標準時刻電波が送出されている。標準時刻電波は、年月日時分を示すタイムコードを構成する符号の列を含み、１周期６０秒で送出されている。

図１は、本実施の形態にかかる電波時計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、電波時計１０は、ＣＰＵ１１、入力部１２、表示部１３、ＲＯＭ１４、ＲＡＭ１５、受信回路１６、内部計時回路１７および信号比較回路１８を備える。

ＣＰＵ１１は、所定のタイミングで、或いは、入力部１２から入力された操作信号に応じてＲＯＭ１４に格納されたプログラムを読み出して、ＲＡＭ１５に展開し、当該プログラムに基づいて、電波時計１０を構成する各部への指示やデータの転送などを実行する。具体的には、たとえば所定時間毎に受信回路１６を制御して標準時刻電波を受信させて、受信回路１６から得られた信号に基づくディジタルデータから、標準電波信号に含まれる符号の列を特定し、この符号の列に基づいて内部計時回路１７で計時される現在時刻を修正する処理や、内部計時回路１７によって計時された現在時刻を表示部１３に転送する処理などを実行する。本実施の形態においては、いわゆるバイナリーなビット列であるＴＣＯデータを取得せずに、「Ｐ：ポジションマーカー」、「１」および「０」を示す符号を取得して、当該符号の列に基づいて正確な現在時刻を算出し、内部計時回路１７における誤差を算出し、内部計時回路１７における現在時刻を修正する。

入力部１２は、電波時計１０の各種機能の実行を指示するためのスイッチを含み、スイッチが操作されると、対応する操作信号をＣＰＵ１１に出力する。表示部１３は、文字盤やＣＰＵ１１によって制御されたアナログ指針機構、液晶パネルを含み、内部計時回路１７によって計時された現在時刻を表示する。ＲＯＭ１４は、電波時計１０を動作させ、また、所定の機能を実現するためのシステムプログラムやアプリケーションプログラムなどを記憶する。ＲＡＭ１５は、ＣＰＵ１１の作業領域として用いられ、ＲＯＭ１４から読み出されたプログラムやデータ、ＣＰＵ１１にて処理されたデータなどを一時的に記憶する。

受信回路１６は、アンテナ回路や検波回路などを含み、アンテナ回路にて受信された標準時刻電波から復調された信号を得て、信号比較回路１８に出力する。内部計時回路１７は、発振回路を含み、発振回路から出力されるクロック信号を計数して現在時刻を計時し、現在時刻のデータをＣＰＵ１１に出力する。

図２は、本実施の形態にかかる受信回路の構成例を示すブロックダイヤグラムである。図２に示すように、受信回路１６は、標準時刻電波を受信するアンテナ回路５０、アンテナ回路５０により受信された標準時刻電波の信号（標準時刻電波信号）のノイズを除去するフィルタ回路５１、フィルタ回路５１の出力である高周波信号を増幅するＲＦ増幅回路５２、ＲＦ増幅回路５２から出力された信号を検波して、標準時刻電波信号を復調する検波回路５３を備え、検波回路５３によって復調された信号が信号比較回路１８に出力される。

図３は、本実施の形態にかかる信号比較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、本実施の形態にかかる信号比較回路１８は、ＡＤ変換機（ＡＤＣ）２１、受信波形メモリ２２、予想符号データ生成部２３、第１の相関値算出部２４、第２の相関値算出部２５、第３の相関値算出部２６および相関値比較部２７を有する。ＡＤＣ２１は、受信回路から出力された信号を、所定のサンプリング間隔で、値が複数ビットにより表されるディジタルデータに変換して出力する。受信波形データメモリ２２は、前記ディジタルデータから、１フレームに相当するデータ長の受信波形データを順次取り出して、それぞれを記憶する。本実施の形態において、ディジタルデータのサンプリング周期は５０ｍｓである。また、図４（ａ）に示すように、受信波形データ４００のデータ長は１秒（２０サンプル）である。本実施の形態では、受信波形データは、１サンプル（Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、・・・、Ｓ_ｎ）あたり８ビットとしている。

予想符号データ生成部２３は、符号「Ｐ：ポジションマーカー」に相当するデューティー２０パーセントである１フレームに相当するデータ長の第１の予想符号データ、符号「１」に相当するデューティー５０パーセントである１フレームに相当するデータ長の第２の予想符号データ、符号「０」に相当するデューティー８０パーセントである１フレームに相当するデータ長の第３の予想符号データを出力する。これら第１の予想符号データ〜第３の予想符号データも、サンプリング周期は５０ｍｓ、データ長は１秒（２０サンプル）、１サンプル（たとえば、Ｆ_１１、Ｆ_１２、Ｆ_１３、Ｆ_２１、Ｆ_２２、Ｆ_２３、Ｆ_３１、Ｆ_３２、Ｆ_３３：図４（ｂ）〜（ｄ）参照）あたり８ビットである。予想符号データ生成部２３は、予めＲＯＭ１４やＲＡＭ１５に格納された予想符号データを読み出しても良い。或いは、予想符号データ生成部２３は、一定のサンプリング周期で、サンプルごとの、複数ビットにより表される値を演算するように構成しても良い。

第１の相関値算出部２４〜第３の相関値算出部２６は、それぞれ、第１の予想符号データ〜第３の予想符号データと、受信波形データの対応するサンプルとを比較し、第１の予想符号データ〜第３の予想符号データのそれぞれと受信波形データとの間の相関値を算出する。相関値比較部２７は、第１の相関値算出部２４〜第３の相関値算出部２６のそれぞれから出力された相関値を比較して、受信波形データが示す符号を決定して、決定された符号を示すデータ（決定符号データ）をＣＰＵ１１に出力する。

図５に示すように、標準時刻電波信号は、決められたフォーマットで送信される。標準時刻電波信号においては、１秒単位で「Ｐ」、「１」および「０」を示す符号が連なっている。標準時刻電波は、６０秒を１フレームとしており、１フレームには６０個の符号が含まれる。また、標準時刻電波においては、１０秒ごとにポジションマーカー「Ｐ１」、「Ｐ２」、・・・或いはマーカー「Ｍ」が到来し、また、フレームの末尾に配置されたポジションマーカー「Ｐ０」およびフレームの先頭に配置されたマーカー「Ｍ」が連続している部分を検出することで、６０秒ごとに到来するフレームの先頭を見出すことができる。図４（ａ）に示す受信波形データ、および、図４（ｂ）〜（ｄ）に示す第１の予想符号データ〜第３の予想符号データは、１秒単位の符号と同じデータ長を有している。

図６は、本実施の形態にかかる相関値算出部の詳細を示すブロックダイヤグラムである。図６では、第１の相関値算出部２４について説明するが、第２の相関値算出部２５、第３の相関値算出部２６も同様の構成である。図６に示すように、第１の相関値算出部２４は、受信波形データ４００のサンプルの平均値を算出する平均値算出部３１と、受信波形データ４００の各サンプルの平均値との偏差をそれぞれ算出する偏差算出部３２と、第１の予想符号データ４０１のサンプルの平均値を算出する平均値算出部３３と、第１の予想符号データ４０１の各サンプルの平均値との偏差をそれぞれ算出する偏差算出部３４と、受信波形データのサンプルの偏差と、第１の予想符号データの対応するサンプルの偏差とを乗算する複数の乗算器４１、４２、・・・、４ｎと、乗算値から出力される乗算値（偏差の積）の平均値を算出する平均値算出部３５とを有する。図６に示す相関値算出部２４は、平均からの偏差の積の平均値、すなわち、共分散を算出している。データの相関が大きくなるのにともなって共分散は大きくなる。相関値算出部２４から共分散データが出力される。

以下、上述した構成の電波時計において実行される処理について説明する。図７は、本実施の形態にかかる電波時計で実行される符号取得処理の例を示すフローチャートである。本実施の形態においては、定期的なタイミングで、或いは、電波時計１０の使用者による入力部１２の操作により、受信回路１６は、標準時刻電波の受信を開始する（ステップ７０１）。受信回路１６は、アンテナ回路５０により受信された標準時刻電波のノイズを除去して検波するなど必要な処理を施して復調された信号を出力する。

信号比較回路１８においては、復調された信号を受け入れて、ＡＤＣ２１が信号をディジタル変換し、１フレーム分の受信波形データが取得され、受信波形データメモリ２２に格納される（ステップ７０２）。たとえば、初期的に、復調された信号の立ち上がりが捉えられ、それをトリガーとして、１秒分（１フレーム分）の受信波形データが取得されて、これが受信波形データメモリ２２に格納される。それ以後は、１秒分のサンプルが得られるたびに、これらを受信波形データとして受信波形データメモリ２２に格納すればよい。

信号の立ち上がりについては、アナログ信号の状態で、信号のレベルを検出し、一定時間以上信号のレベルが閾値を超えたときに、信号の立ち上がりであると判断しても良い。或いは、ＡＤＣ２１の出力を監視して、一定時間以上、サンプルの値が所定の閾値を超えたときに、信号の立ち上がりであると判断しても良い。また、１フレーム分の受信波形データの取得は、継続して実行されるため、ステップ７０３から７０８の実行中にも、次の１フレーム分の受信波形データの取得は行われ、得られた受信波形データは受信波形データ２２に格納される。

第１の相関値算出部２４〜第３の相関値算出部２６は、それぞれ、受信波形データメモリ２２から１フレーム分の受信波形データを読み出して（ステップ７０３）、第１の相関値〜第３の相関値をそれぞれ算出する（ステップ７０４）。たとえば、第１の相関値算出部２４の平均値算出部３１は、受信波形データ４００のサンプルＳ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、・・・、Ｓ_ｎの平均値Ｓ_ａｖｅを算出する。偏差算出部３２は、各サンプルＳ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、・・・、Ｓ_ｎと平均値Ｓ_ａｖｅとの偏差Ｓ’_１、Ｓ’_２、Ｓ’_３、・・・Ｓ’_ｎを算出する。また、平均阿値算出部３３は、予想符号データ４０１のサンプルＦ_１１、Ｆ_１２、Ｆ_１３、・・・、Ｆ_１ｎの平均値Ｆ_ａｖｅ１を算出する。偏差算出部３４は、各サンプルＦ_１１、Ｆ_１２、Ｆ_１３、・・・、Ｆ_１ｎと平均値Ｆ_ａｖｅ１との偏差Ｆ’_１１、Ｆ’_１２、Ｆ’_１３、・・・Ｆ’_１ｎを算出する。乗算器４１〜４ｎは、受信波形データの各サンプルについての偏差Ｓ’_１、Ｓ’_２、Ｓ’_３、・・・Ｓ’_ｎと、予想符号データの各サンプルについての対応する偏差Ｆ’_１１、Ｆ’_１２、Ｆ’_１３、・・・Ｆ’_１ｎとを乗算して乗算値Ｓ’_１×Ｆ’_１１、Ｓ’_２×Ｆ’_１２、Ｓ’_３×Ｆ’_１３、・・・、Ｓ’_ｎ×Ｆ’_１ｎをそれぞれ算出する。平均値算出部３５は、乗算値の平均平均値（Ｓ×Ｆ）_ａｖｅ１＝（１／ｎ）×ΣＳ’_ｋ×Ｆ’_１ｋ（ｋ＝１、２、・・・、ｎ）を算出する。このようにして得られた相関値（共分散データ）は、相関値比較部２７に出力される。

相関値比較部２７は、第１の相関値算出部２４〜第３の相関値算出部２６のそれぞれから算出された第１の相関値〜第３の相関値を比較して、相関値が最も大きいものを特定する（ステップ７０５）。相関値比較部２７は、値がもっとも大きかった相関値の基礎となった予想符号データに対応する符号を、処理対象となった１フレーム分の受信波形データに対応する決定符号データとして出力する（ステップ７０６）。ＣＰＵ１１は、受信した符号データをＲＡＭ１５の所定の領域に記憶する（ステップ７０７）。１フレーム分の受信波形データの取得（ステップ７０２）ないし符号データの記憶（ステップ７０７）は、最終的に現在時刻が取得されるまで（ステップ７０８でＹｅｓ）繰り返される。

これにより、１フレームに相当する符号データが順次得られて、ＲＡＭ１５に蓄積される。したがって、ＣＰＵ１１は、ＲＡＭ１５の所定の領域に記憶された符号の列を参照して、現在時刻を算出するための処理を実行することができる。図８は、本実施の形態にかかる時刻算出処理の例を示すフローチャートである。図８に示すように、ＣＰＵ１１は、ＲＡＭ１５に格納された符号データを読み出して、秒同期処理を実行する（ステップ８０１）。秒同期処理においては、ＣＰＵ１１は、符号データが、符号「Ｐ」、「０」、「１」の何れを表すかを判断し、また、「Ｐ」を示す符号が、符号１０個ごとに存在しているか否かを判断する。

上記判断の結果、符号が適切に捕らえられている場合には（ステップ８０２でＹｅｓ）、ＣＰＵ１１は、分同期処理を実行する（ステップ８０３）。分同期処理においては、ＣＰＵ１１はフレームの末尾に配置されたポジションマーカー「Ｐ０」を示す符号データおよびフレームの先頭に配置されたマーカー「Ｍ」を示す符号データが連続したことを判断する。つまり、「Ｐ」を示す符号が連続することが判断される。さらに、「Ｐ」を示す符号の連続が、６０フレームごとであるか否かが判断される。上記判断の結果、適切にポジションマーカーおよびマーカーが連続している場合には（ステップ８０４でＹｅｓ）、ＣＰＵ１１は、ＲＡＭ１５に格納されている符号データ中、上記ポジションマーカーに後続するマーカーを先頭として、６０個の符号データを取り込む（ステップ８０５）。符号データが取り込めた場合には（ステップ８０６でＹｅｓ）、ＣＰＵ１１は、整合判定処理を実行して（ステップ８０７）、取り込まれた符号データから得られた年月日日時が、現実に存在し得る値であるか否かを判断する。取り込まれた符号に整合性があると判断された場合には（ステップ８０８でＹｅｓ）、ＣＰＵ１１は、取り込まれた符号から得られた現在時刻に基づいて、内部計時回路１７において計時された現在時刻を修正するとともに、得られた現在時刻を表示部１３に表示する（ステップ８０９）。

上述したように、本実施の形態においては、１フレーム分の、各サンプルが複数ビットにより表される値の受信波形データと、１フレーム分の各符号に相当する、各サンプルが複数ビットにより表される値の予想符号データとの間で相関値を算出し、もっとも相関の大きな予想符号データを特定し、当該予想符号データに相当する符号を取得している。フレームごとの符号を順次取得することにより、符号の列を得ることができ、これに基づいて、現在時刻を算出することが可能となる。複数ビットにより表される値のサンプルを用いて相関値を算出するため、相関値の算出において、電界強度の状態やノイズの影響を小さくすることができ、これにより精度良く符号を取得することが可能となる。

また、本実施の形態においては、２値のビット列であるＴＣＯデータを取得することなく、符号の列を得ることができる。ＴＣＯデータの取得の際には、フィルタの定数やＡＤ変換器のスレッショルドを微調整する必要があったが、本実施の形態によればそのような微調整は不要となる。

また、本実施の形態においては、受信波形データのサンプル値の平均値と、当該受信波形データの各サンプル値との偏差、予想符号データの何れかのサンプル値の平均値と、予想符号データの何れかの各サンプル値との間の偏差を算出し、偏差の乗算値を平均して得た共分散を、相関値としている。共分散は、全体的な波形の形状を捉えて数値化する関数である特徴がある。したがって、全体的な波形の形状が認識可能なレベルで保たれていれば、ランダムなノイズや突発的なノイズの影響をあまり受けない。したがって、ノイズに強い符号再生を実現することが可能となる。

次に、本実施の形態にかかる予想符号データについて説明する。予想符号データは、所定のデューティー比（２：８（２０パーセント）、５：５（５０パーセント）、８：２（８０パーセント））を表すものであるため、理想値を採用すれば、デューティー比にしたがって、全てのビットが「１」であるようなサンプル値、および、全てのビットが「０」であるようなサンプル値のいずれかとなる。図９（ａ）は、「Ｐ：ポジションマーカー」符号に相当する予想符号データの例を示す図である。図９（ａ）においては、予想符号データは、過渡状態を経ることなしに、瞬時にローレベルからハイレベルに変化する。したがって、サンプル値は、Ａ（全てのビットが「１」であるような値）或いはＢ（全てのビットが「０」であるような値）の何れかをとる。

しかしながら、実際の信号は、ノイズを含み、かつ、そのようなノイズを除去するためのフィルタを通過しているため、ローレベルとハイレベルとの間には、サンプル値が中間値となる過渡状態が含まれる。したがって、本実施の形態においては、予想符号データは、ローレベルとハイレベルとの間の過渡状態に対応する中間値を含んでも良い。図９（ｂ）は、「Ｐ：ポジションマーカー」符号に相当する予想符号データの他の例を示す図である。図９（ｂ）においては、予想符号データは、信号がローレベルからハイレベルに立ち上がる際の過渡状態を示す中間値Ｃや、ハイレベルからローレベルになる際の過渡状態を示す中間値Ｄを含む。さらに、ローレベル或いはハイレベルである状態においても、一定の揺らぎを有するように、ローレベル或いはハイレベルである状態でも中間値をとっても良い。

このように予想符号データに、過渡状態や一定のゆらぎを表す中間値を含ませることで、実際の受信波形データにより近似させることができる。波形形状をより近似させることにより、より適切な相関値を得ることができ、適切な符号の取得が可能となる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態においては、信号比較回路１８は、受信波形データと、第１の予想符号データ〜第３の予想符号データのそれぞれとの間で、相関値として共分散を算出し、当該共分散に基づいて、受信波形データが何れの符号に相当するかを判断している。第２の実施の形態においては、相関値として、差分の絶対値の総和である残差を算出し、残差が最小となるような予想波形データに対応する符号を特定する。図１０は、第２の実施の形態にかかる相関値算出部の詳細を示すブロックダイヤグラムである。第１の実施の形態と同様に、図１０では、第１の相関値算出部２４について説明するが、第２の相関値算出部２５、第３の相関値算出部２６も同様の構成である。

図１０に示すように、第２の実施の形態にかかる第１の相関値算出部２４は、受信波形データ４００のサンプルと、第１の予想符号データ４０１の対応するサンプルとの間の差の絶対値を算出する複数の加減算器６１、６２、６３、・・・、６ｎと、加減算器６１、６２、６３、・・・、６ｎからの出力を合計する合計値算出部６０とを有する。加減算器６１、６２、６３、・・・、６ｎは、それぞれ、受信波形データ４００のサンプルと、第１の予想符号データ４０１の対応するサンプルとの間の差の絶対値｜Ｓ_ｋ−Ｆ_１ｋ｜（ｋ＝１、２、・・・、ｎ）を算出する。合計値算出部６０は、差の絶対値の総和Ｒ_１＝Σ｜Ｓ_ｋ−Ｆ_１ｋ｜（ｋ＝１、２、・・・、ｎ）を算出して、得られた総和Ｒ_１を、残差データとして出力する。

第２の実施の形態においては、値が小さいほうがより相関が大きいことを示している。したがって、相関値比較部２７は、第１の相関値算出部２４〜第３の相関値算出部２６のそれぞれから算出された第１の相関値（残差データＲ_１）〜第３の相関値（残差データＲ_３）を比較して、値がもっとも小さいものを特定する。その後、相関値比較部２７は、値がもっとも小さかった残差データの算出の基礎となった予想符号データを特定し、当該予想符号データに対応する符号を、処理対象となった１フレーム分の受信波形データに対応する決定符号データとして出力する。

第２の実施の形態によれば、受信した信号の振幅やＤＣレベルの影響を受けるものの、きわめて簡単な演算で高速に符号を決定することが可能となる。

なお、第２の実施の形態においては、加減算器６１〜６ｎが、それぞれ、受信波形データ４００のサンプルと、第１の予想符号データ４０１の対応するサンプルとの間の差の絶対値｜Ｓ_ｋ−Ｆ_１ｋ｜（ｋ＝１、２、・・・、ｎ）を算出している。加減算器６１〜６ｎの代わりに、受信波形データ４００のサンプルと、第１の予想符号データ４０１の対応するサンプルとの間の差の２乗（Ｓ_ｋ−Ｆ_１ｋ）^２（ｋ＝１、２、・・・、ｎ）を算出する２乗差算出回路を用いても良い。この実施の形態では、いわゆる合計値算出部において、２乗残差が求められる。

次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態においては、共分散（第１の実施の形態）、残差（第２の実施の形態）の代わりに、相互相関係数を求めている。図１１は、第３の実施の形態にかかる相関値算出部の詳細を示すブロックダイヤグラムである。第１の実施の形態および第２の実施の形態と同様に、図１１では、第１の相関値算出部２４について説明するが、第２の相関値算出部２５、第３の相関値算出部２６も同様の構成である。図１１に示すように、第１の相関値算出部２４は、受信波形データ４００の各サンプルの平均値を算出する平均値算出部７１と、受信波形データ４００の各サンプルの平均値との偏差をそれぞれ算出する偏差算出部７２と、第１の予想符号データ４０１の各サンプルの平均値を算出する平均値算出部７３と、第１の予想符号データ４０１の各サンプルの平均値との偏差をそれぞれ算出する偏差算出部７４と、対応する偏差の正規化された乗算値を累算する乗算値累算部７５とを有する。

偏差算出部７２からは、以下のような値φ（ｉ）（ｉ＝１、２、・・・、ｎ）が出力される。

φ（ｉ）＝Ｓ_ｉ−ΣＳ_ｉ／ｎ
また、偏差算出部７４からは、以下のような値ψ_１（ｉ）（ｉ＝１、２、・・・、ｎ）が出力される。

ψ_１（ｉ）＝Ｆ_１ｉ−ΣＦ_１ｉ／ｎ
乗算値累算部７５は、上述した偏差に基づいて、以下のような相互相関係数Ｃ_１を算出し、第１の相関値として出力する。

Ｃ_１＝（Σφ（ｉ）ψ_１（ｉ））／（Σφ（ｉ）^２＋Σψ_１（ｉ）^２）^１／２
第２の相関値算出部２５および第３の相関値算出部２６も、それぞれ、第２の予想符号データおよび第３の予想符号データに基づいて、相互相関係数Ｃ_２、Ｃ_３を算出し、第２の相関値および第３の相関値としてそれぞれ出力する。相関値比較部２７は、第１の相関値算出部２４〜第３の相関値算出部２６のそれぞれから算出された第１の相関値（相互相関係数Ｃ_１）〜第３の相関値（相互相関係数Ｃ_３）を比較して、もっとも「１」に近いものを特定する。その後、相関値比較部２７は、値がもっとも「１」に近かった相互相関係数の算出の基礎となった予想符号データに対応する符号を、処理対象となった１フレーム分の受信波形データに対応する決定符号データとして出力する。

第３の実施の形態においては、受信波形データおよび予想符号データを正規化し、相関値は「−１」から「１」の間となる。第３の実施の形態によれば、受信した信号の振幅やＤＣレベルに依存せず、精度良く符号を取得することが可能となる。

本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。

図１は、本実施の形態にかかる電波時計の構成を示すブロックダイヤグラムである。 図２は、本実施の形態にかかる受信回路の構成例を示すブロックダイヤグラムである。 図３は、本実施の形態にかかる信号比較回路の構成を示すブロックダイヤグラムである。 図４は、本実施の形態にかかる受信波形データおよび予想符号データの構成例を示す図である。 図５は、標準電波信号の例を示す図である。 図６は、本実施の形態にかかる相関値算出部の詳細を示すブロックダイヤグラムである。 図７は、本実施の形態にかかる電波時計で実行される符号取得処理の例を示すフローチャートである。 図８は、本実施の形態にかかる時刻算出処理の例を示すフローチャートである。 図９は、本実施の形態にかかる予想符号データの例を示す図である。 図１０は、本発明の第２の実施の形態にかかる相関値算出部の詳細を示すブロックダイヤグラムである。 図１１は、本発明の第３の実施の形態にかかる相関値算出部の詳細を示すブロックダイヤグラムである。

符号の説明

１０ 電波時計
１１ ＣＰＵ
１２ 入力部
１３ 表示部
１４ ＲＯＭ
１５ ＲＡＭ
１６ 受信回路
１８ 信号比較回路
２１ ＡＤＣ
２２ 受信波形データメモリ
２３ 予想符号データ生成部
２４ 第１の相関値算出部
２５ 第２の相関値算出部
２６ 第３の相関値算出部
２７ 相関値比較部

Claims (5)

1. 標準時刻電波を受信する受信手段と、
   前記受信手段から出力されたタイムコードを含む信号を、所定のサンプリング周期でサンプリングして、各サンプルが複数ビットにより表される値であり、かつ、１フレーム分の受信波形データを取得する受信波形データ取得手段と、
   前記受信波形データを記憶する受信波形データメモリと、
   各サンプルが複数ビットにより表される値であり、１フレーム分のポジションマーカー或いはマーカーの符号に相当する第１の予想符号データ、１フレーム分の符号「０」に相当する第２の予想符号データ、および、１フレーム分の符号「１」に相当する第３の予想符号データを生成する予想符号データ生成手段と、
   前記受信波形データメモリに格納された１フレーム分の受信波形データと、前記第１の予想符号データ、第２の予想符号データおよび第３の予想符号データとを、それぞれ比較して、前記受信波形データと、前記第１、第２および第３の予想符号データとの間のそれぞれの相関を示す第１の相関値、第２の相関値および第３の相関値を算出する相関値算出手段と、
   前記第１、第２および第３の相関値を比較して、もっとも相関の大きな予想符号データを特定し、当該予想符号データに相当する符号を、符号メモリに順次格納する符号決定手段と、
   前記符号メモリに格納された符号の列を参照して、前記符号が示すタイムコードに基づいて現在時刻を算出する現在時刻算出手段と、を備え、
   前記相関値算出手段が、
   前記受信波形データのサンプル値の平均値と、当該受信波形データの各サンプル値との偏差を算出する第１の偏差算出手段と、
   前記第１、第２および第３の予想符号データの何れかのサンプル値の平均値と、当該第１、第２および第３の予想符号データの何れかの各サンプル値との間の偏差を算出する第２の偏差算出手段と、
   前記第１の偏差算出手段から出力された第１の偏差と、前記第２の偏差算出手段から出力された前記第１の偏差に対応する第２の偏差とをそれぞれ乗算する乗算手段と、
   前記乗算手段から出力される乗算値の平均値を算出する平均値算出手段と、を有することを特徴とする時刻取得装置。
2. 標準時刻電波を受信する受信手段と、
   前記受信手段から出力されたタイムコードを含む信号を、所定のサンプリング周期でサンプリングして、各サンプルが複数ビットにより表される値であり、かつ、１フレーム分の受信波形データを取得する受信波形データ取得手段と、
   前記受信波形データを記憶する受信波形データメモリと、
   各サンプルが複数ビットにより表される値であり、１フレーム分のポジションマーカー或いはマーカーの符号に相当する第１の予想符号データ、１フレーム分の符号「０」に相当する第２の予想符号データ、および、１フレーム分の符号「１」に相当する第３の予想符号データを生成する予想符号データ生成手段と、
   前記受信波形データメモリに格納された１フレーム分の受信波形データと、前記第１の予想符号データ、第２の予想符号データおよび第３の予想符号データとを、それぞれ比較して、前記受信波形データと、前記第１、第２および第３の予想符号データとの間のそれぞれの相関を示す第１の相関値、第２の相関値および第３の相関値を算出する相関値算出手段と、
   前記第１、第２および第３の相関値を比較して、もっとも相関の大きな予想符号データを特定し、当該予想符号データに相当する符号を、符号メモリに順次格納する符号決定手段と、
   前記符号メモリに格納された符号の列を参照して、前記符号が示すタイムコードに基づいて現在時刻を算出する現在時刻算出手段と、を備え、
   前記相関値算出手段が、
   前記受信波形データの第１のサンプル値と、前記第１、第２および第３の予想符号データの何れかの、前記第１のサンプル値に対応するサンプル値との差の絶対値或いは差の二乗を算出する差算出手段と、
   前記差算出手から出力された値を合計する合計手段と、を有することを特徴とする時刻取得装置。
3. 標準時刻電波を受信する受信手段と、
   前記受信手段から出力されたタイムコードを含む信号を、所定のサンプリング周期でサンプリングして、各サンプルが複数ビットにより表される値であり、かつ、１フレーム分の受信波形データを取得する受信波形データ取得手段と、
   前記受信波形データを記憶する受信波形データメモリと、
   各サンプルが複数ビットにより表される値であり、１フレーム分のポジションマーカー或いはマーカーの符号に相当する第１の予想符号データ、１フレーム分の符号「０」に相当する第２の予想符号データ、および、１フレーム分の符号「１」に相当する第３の予想符号データを生成する予想符号データ生成手段と、
   前記受信波形データメモリに格納された１フレーム分の受信波形データと、前記第１の予想符号データ、第２の予想符号データおよび第３の予想符号データとを、それぞれ比較して、前記受信波形データと、前記第１、第２および第３の予想符号データとの間のそれぞれの相関を示す第１の相関値、第２の相関値および第３の相関値を算出する相関値算出手段と、
   前記第１、第２および第３の相関値を比較して、もっとも相関の大きな予想符号データを特定し、当該予想符号データに相当する符号を、符号メモリに順次格納する符号決定手段と、
   前記符号メモリに格納された符号の列を参照して、前記符号が示すタイムコードに基づいて現在時刻を算出する現在時刻算出手段と、を備え、
   前記相関値算出手段が、
   前記受信波形データのサンプル値の平均値と、当該受信波形データの各サンプル値との偏差を算出する第１の偏差算出手段と、
   前記第１、第２および第３の予想符号データの何れかのサンプル値の平均値と、当該第１、第２および第３の予想符号データの何れかの各サンプル値との間の偏差を算出する第２の偏差算出手段と、
   前記第１の偏差算出手段から出力された第１の偏差と前記第２の偏差算出手段から出力された前記第１の偏差に対応する第２の偏差との、正規化された乗算値の総和を算出する総和算出手段と、を有することを特徴とする時刻取得装置。
4. 前記予想符号データ生成手段が、ローレベルとハイレベルとの間の過渡状態に対応する中間値となるサンプル値を含む予想符号データを生成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時刻取得装置。
5. 請求項１ないし４の何れか一項に記載の時刻取得装置と、
   内部クロックにより現在時刻を計時する内部計時手段と、
   前記時刻取得装置により取得された現在時刻によって、前記内部計時手段により計時された現在時刻を修正する時刻修正手段と、
   前記内部計時手段により計時された、或いは、時刻修正手段により修正された現在時刻を表示する時刻表示手段と、を備えたことを特徴とする電波時計。