JPH1082875A - 電子時計および計時内容補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 全体の電力消費を抑えて、例えば電池駆動の
場合の稼動時間を長く保てるようにした電子時計および
そのための計時内容補正方法を提供する。 【解決手段】 基準クロック信号をカウントして時刻の
計時または一定周期のタイミング信号の生成を行うとと
もに、測位用衛星から送信される時刻情報を含む信号を
間欠的に受信し、時刻の決定および補正を行い、その他
の時間はスリープ時間として単独で計時を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ＧＰＳ衛星など
の測位用衛星から送信される電波を受信して現在の日付
や時刻を求める電子時計および計時内容補正方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＧＰＳなどの測位システムに
おいては、各測位用衛星から受信点までの距離を観測す
るための情報や各測位用衛星の位置を算出するための情
報が送信されていて、受信機は３次元測位に要する数の
測位用衛星からの測位用信号を用いて、各測位用衛星の
位置と各測位用衛星から受信点までの距離とを求め、こ
れらの各測位用衛星の位置と各測位用衛星から受信点ま
での距離とから受信点の位置を求めている。

【０００３】このような測位システムでは、システムの
中での時系を統一するための時系（ＧＰＳシステムでは
ＧＰＳ時）を設定していて、その時系における時刻を求
めるための情報が衛星から送信されている信号に含まれ
ている。従って、このような信号を受信する受信機は、
測位の目的以外に時計としての機能も有する。ＧＰＳシ
ステムでは、衛星上の時計は電子時計であり、その１秒
の長さは協定世界時（以下「ＵＴＣ」と言う。）と同じ
原子時の１秒にほぼ一致している。従って上記測位用衛
星からの信号を受信することによって極めて高精度な電
子時計を構成することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、測位用衛星
からの信号を受信して時計として用いるためには電力消
費が問題となる。すなわち測位装置として用いる場合に
は、基本的に測位を行う際にのみ通電されればよいが、
時計として用いる場合には常時受信を行うことになり、
電池駆動によって長期間動作させる場合には大容量の電
池が必要となる。この発明の目的は、全体の電力消費を
抑えて、例えば電池駆動の場合の稼動時間を長く保てる
ようにした電子時計およびそのための計時内容補正方法
を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明の電子時計は請
求項１に記載のとおり、基準クロック信号をカウントし
て時刻の計時または一定周期のタイミング信号の生成を
行う手段と、測位用衛星から送信される時刻情報を含む
信号を間欠的に受信して時刻情報を抽出し、前記計時手
段の計時内容を補正する手段とを備えてなる。また、こ
の発明の計時内容補正方法は請求項７に記載の通り、基
準クロック信号をカウントして時刻の計時または一定周
期のタイミング信号の生成を行うとともに、測位用衛星
から送信される時刻情報を含む信号を間欠的に受信して
時刻情報を抽出し、前記計時の内容または前記タイミン
グ信号の発生タイミングを補正する。このように測位用
衛星から送信される時刻情報を含む信号を間欠的に受信
することによって、非受信期間は計時のための電力消費
のみとなり、全体の平均的な電力消費が抑えられる。ま
た、基準クロック信号をカウントして時刻の計時または
一定周期のタイミング信号の生成を行うため、その精度
は基本的に基準クロック信号の精度によって定まるが、
測位用衛星からの信号を受信して抽出した時刻情報によ
って計時内容またはタイミング信号の発生タイミングが
間欠的に補正されるため、その平均的な精度は大幅に向
上することになり、所定の精度を維持しつつ電力消費を
抑えることが可能となる。

【０００６】この発明の電子時計は請求項２に記載のと
おり、基準クロック信号をカウントして時刻の計時また
は一定周期のタイミング信号の生成を行う手段と、測位
用衛星から送信される時刻情報を含む信号を間欠的に受
信して、前記計時手段による計時内容のクロックバイア
ス分およびドリフト分を抽出する手段と、前記計時手段
による計時内容または前記タイミング信号の発生タイミ
ングに対して前記クロックバイアス分の補正とともに前
記ドリフト分の補正を間欠的に行う手段とを備えてな
る。また、この発明の計時内容補正方法は請求項８に記
載の通り、基準クロック信号をカウントして時刻の計時
または一定周期のタイミング信号の生成を行うととも
に、測位用衛星から送信される時刻情報を含む信号を間
欠的に受信して前記計時の内容のクロックバイアス分お
よびドリフト分を抽出し、前記計時の内容または前記タ
イミング信号の発生タイミングに対して前記クロックバ
イアス分の補正とともに前記ドリフト分の補正を間欠的
に行う。このように測位用衛星から送信される時刻情報
を含む信号を間欠的に受信することによって、非受信期
間は計時のための電力消費のみとなり、全体の平均的な
電力消費が抑えられる。また、基準クロック信号をカウ
ントして時刻の計時または一定周期のタイミング信号の
生成を行うため、その精度は基本的に基準クロック信号
の精度によって定まるが、計時内容のクロックバイアス
分およびドリフト分が抽出され、計時内容またはタイミ
ング信号の発生タイミングに対してクロックバイアス分
の補正とともにドリフト分の補正が行われるため、測位
用衛星からの信号が受信されてから次に受信が行われる
までの経時誤差も抑えられる。例えば今回のクロックバ
イアス分の補正から次回のクロックバイアス分の補正ま
での時間に受信を行うことなく間欠的にドリフト分によ
る誤差を推測して補正すれば、次回の受信を行うまでの
間においても精度を高く維持することができる。

【０００７】この発明の電子時計は請求項３に記載のと
おり、前記間欠期間を、計時手段による計時内容の補正
量が所定値未満となるように設定する。これにより基準
クロック信号の精度に関わらず、要求される計時精度で
時刻の計時またはタイミング信号の生成が可能となる。

【０００８】この発明の電子時計は請求項４に記載のと
おり、測位用衛星から送信される信号に時刻情報が重畳
されるタイミングを検知する手段を備えるとともに、前
記間欠期間を、次回の受信の際に前記時刻情報を受信す
るタイミングとなるように自動決定する手段を備える。
これにより、測位用衛星から送信される信号に重畳され
ている時刻情報を効率的に受信することができ、電力消
費を必要最低限に抑制することができる。例えばＧＰＳ
の場合、ＵＴＣパラメータが航法メッセージの中のフレ
ーム４のページ１８に記述されており、１２．５分周期
で繰り返し放送されているため、このＵＴＣパラメータ
を受信できるタイミングで１２．５分の整数倍周期で間
欠的に受信を行えばよい。

【０００９】この発明の電子時計は、請求項５に記載の
とおり、各時間帯における各測位用衛星からの信号の受
信可能性を判定する受信可能性判定手段を備えるととも
に、前記間欠期間を、次回の受信の際に測位用衛星から
の信号が受信可能な時間帯となるように自動決定する手
段を備える。これにより間欠的に受信動作を繰り返す際
に、次回の受信の際に測位用衛星からの信号を確実に受
信できるようになり、計時内容の補正に失敗することが
なく、必要な精度を維持することができる。

【００１０】また、この発明の電子時計は請求項６に記
載の通り、前記受信可能性判定手段を、各時間帯におい
て受信に成功した測位用衛星を時間帯毎に記憶するとと
もに、所定の時間帯において過去に受信に成功した測位
用衛星の有無により判定するものとする。例えばＧＰＳ
の場合、各測位用衛星は受信点から見て一定周期で同一
位置に現れる（２３時間５６分で受信点から見て相対的
に同一位置に現れる）ことになるため、時間帯に応じて
どの衛星が視野内に存在するかはテーブルなどに予め作
成しておけば、受信可能な次回の受信タイミングを自動
的に決定できるようになる。これにより、各衛星の軌道
情報が不明であっても、過去に受信に成功した測位用衛
星の有無によって受信可能性判定が可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】この発明の実施形態である電子時
計の構成を図１〜図１１を参照して以下に説明する。

【００１２】図１は電子時計の構成を示すブロック図で
ある。図１においてＶＣＯ２は基準信号発振器３の発生
する基準信号を基に局部発振周波数信号を発生し、周波
数変換回路１はＶＣＯ２の発生した信号によってＧＰＳ
アンテナからの信号を周波数変換する。ＡＤコンバータ
４はこれをディジタルデータに変換する。キャリアＮＣ
Ｏ６はＣＰＵからの制御データに基づいた周波数の信号
を発生し、乗算器５はＡＤコンバータ４の出力データに
キャリアＮＣＯ６の出力データを掛け合わせて、キャリ
ア成分を除去した信号を生成する。ＣＰＵ１０はＩ／Ｏ
ポート９を介してＣ／Ａコードおよびその位相データを
ＰＲＮ符号発生回路８へ与える。これに応じてＰＲＮ符
号発生回路８は指定されたＣ／Ａコードを指定された位
相で発生する。相関器７はキャリア除去された信号とＣ
／Ａコードとの相関処理を行う。ＣＰＵ１０はＩ／Ｏポ
ート９を介して相関データを読み取る。カウンタ１４は
受信機側の６秒周期の時刻をカウントするものであり、
１ｍｓより短時間間隔でカウントを行う。このカウンタ
１４は５ｍｓ毎に割込信号を発生し、また毎秒信号（以
下「１ＰＰＳ」という。）を発生する。カウンタ１４は
主電源がオン状態のときは勿論、主電源がオフ状態で
も、バックアップ用電源で常に動作する。図１に示す例
では１チャンネル分についてのみ表しているが、複数チ
ャンネルを備える場合には、少なくともキャリアＮＣＯ
６、乗算器５、ＰＲＮ符号発生回路８および相関器７を
受信チャンネル毎に備え、ＣＰＵ１０はこれらの複数の
受信チャンネルを用いて同時に複数の衛星のサーチおよ
び追尾を行う。ただ、受信点測位を行わず、電子時計と
して用いるだけであれば、または測位を行う場合でも受
信点の移動速度が低速であれば、受信チャンネルは１チ
ャンネル分だけでよい。制御回路１５はスリープモード
とフルパワーモードの切換およびウェイクアップ動作を
行わせるために用いられ、ＧＰＳ時刻を計時するタイマ
を備えている。ここで、フルパワーモードとは、ＣＰＵ
１０が動作し、これによって各部が動作するモードであ
り、スリープモードとは、ＣＰＵ１０が動作を停止し、
制御回路１５、カウンタ１４、および時計回路１６が動
作し、ＲＡＭ１２がバックアップされる状態のモードで
ある。制御回路１５はＣＰＵからフルパワーモードとス
リープモードの設定データを受けて、スイッチ１７のオ
ン／オフを制御する。１８は主電源としての電池電源で
あり、フルパワーモードのときスイッチ１７がオンとな
る。１９はバックアップ用の電池電源であり、スリープ
モードのとき、この電源で制御回路１５、上記カウンタ
１４、および後述する時計回路１６が動作を継続し、Ｒ
ＡＭ１２がバックアップされる。また制御回路１５はＣ
ＰＵ１０から所定のタイミングでＧＰＳ時刻のデータを
受けてタイマに設定し、その後にタイマが１ＰＰＳ信号
をカウントすることによってＧＰＳ時刻を計時する。さ
らに制御回路１５はＣＰＵ１０からウェイクアップ時刻
のデータを受けて、これを記憶し、タイマの内容がそれ
に一致したときスイッチ１７をオンしてフルパワーモー
ドにする。時計回路１６は年月日および時分秒の形式で
ＵＴＣ時刻またはそれに時差を加えたローカル時刻を表
示する表示部と、１ＰＰＳをカウントするカウンタを備
え、ＣＰＵ１０から時刻データを受けて、そのデータを
所定タイミングでカウンタに設定した後は１ＰＰＳをカ
ウントして現在時刻を常に表示する。ＣＰＵ１０はＲＯ
Ｍ１１に予め書き込んだプログラムを実行して、各受信
チャンネルの相関器７からの相関データを読み取り、所
定のループフィルタの演算を行い、各ＰＲＮ符号発生回
路８および各キャリアＮＣＯ６に対してＣ／Ａコード位
相データおよびキャリア周波数データをそれぞれ与える
ことによって、Ｃ／Ａコード位相およびキャリア周波数
との同期を取り、さらに航法メッセージデータを抽出す
る。また、航法メッセージに含まれている時刻情報から
現在時刻を求めて、時計回路１６の計時内容および制御
回路１５内のタイマの計時内容を補正する。またＣＰＵ
１０は航法メッセージデータから衛星の軌道情報（エフ
ェメリス）を抽出し、Ｃ／Ａコード位相を求めた時刻と
衛星の軌道情報とから各衛星の位置情報を求め、これら
の各衛星の位置情報とＣ／Ａコード位相（擬似距離）と
から受信点の位置を算出する。データ伝送インタフェー
ス１３は各種データを伝送するためのインタフェース回
路であり、ＣＰＵ１０はデータ伝送インタフェース１３
を介して時刻情報および測位結果の情報等をホスト装置
へ伝送する。勿論この図１に示す電子時計のみ単独で利
用する場合には、このようなデータ伝送インタフェース
は不要である。

【００１３】図２は図１に示したカウンタ１４の構成を
示すブロック図であり、図２においてフリーランカウン
タ３１は基準クロック信号を１ｍｓより短時間間隔でカ
ウントするカウンタであり、ラッチ回路３３はＣＰＵか
ら与えられる１ＰＰＳ補正量を保持する回路である。比
較回路３２はフリーランカウンタ３１の値がラッチ回路
３３の値に等しくなったとき１ＰＰＳを出力する。従っ
てラッチ回路３３にセットされる１ＰＰＳ補正量によっ
て１ＰＰＳの発生タイミングが変化する。ＣＰＵは次に
出力されるべき１ＰＰＳのタイミングにおけるフリーラ
ンカウンタ３１の値を算出し、それに等しい値をラッチ
回路３３へ設定する。これにより、フリーランカウンタ
３１の値自体を補正することなく、補正された正確な１
ＰＰＳを出力させる。例えばフリーランカウンタ３１の
上位桁が０〜５９９９の間で１ｍｓ毎にカウントを繰り
返すものとし、今、クロックオフセット（後述）がフリ
ーランカウンタのカウント値で表した場合に５５０であ
るとすると、ラッチ回路３３に５５０を設定する。これ
により、フリーランカウンタのカウント値が５５０に達
したとき１ＰＰＳを発生させる。次に、ラッチ回路３３
に１５５０を設定することにより、フリーランカウンタ
のカウント値が１５５０に達したとき１ＰＰＳを発生さ
せる。次に、ラッチ回路３３に２５５０を設定してフリ
ーランカウンタのカウント値が２５５０に達したとき１
ＰＰＳを発生させる。以降同様にしてラッチ回路に対す
る１ＰＰＳ補正量を変更していくことによって、正確な
１ＰＰＳを発生させる。

【００１４】図３は衛星サーチおよび時刻計算のタイミ
ングと時刻精度との関係などを示す図である。同図に示
すように、電源投入直後はフルパワーモードで衛星のサ
ーチおよび時刻計算を行う。電源投入後１衛星の捕捉が
行われて航法メッセージが収集されたなら、その航法メ
ッセージに含まれている時刻関連データに基づいてＧＰ
Ｓ時刻が算出される。１衛星の場合、衛星と受信点間の
電波伝搬遅延時間が不明であるため、平均的な電波伝搬
遅延時間を採用することで±１０ｍｓの精度で時刻が求
められる。３衛星以上の捕捉が行われて受信点と各衛星
までの電波伝搬遅延時間が明らかとなれば、１ｍｓの時
刻精度で時刻が決定される。従って、その後上記カウン
タ１４の作用により１ＰＰＳの出力が開始されることに
なる。時刻決定を行った後はスリープモードとなり、カ
ウンタ１４、制御回路１５、および時計回路１６のみが
動作を継続し、その他の回路部分はスリープ状態となっ
て電力消費が抑えられる。このスリープ時間は後述する
条件を除けば、フリーランカウンタに与えられる上記基
準クロック信号の精度と時計としての要求精度に応じて
定める。例えば基準クロック信号を発生するクリスタル
の精度が３ｐｐｍ（３×１０^-6）であれば、約５０分で
最大９ｍｓずれるので、時計としての要求精度が１０ｍ
ｓ（（求められる時刻精度の１ｍｓ）＋（ずれ量の９ｍ
ｓ））未満であれば、約５０分以内に再びフルパワーモ
ードで衛星のサーチおよび時刻計算を行い正確な現在時
刻を求めて補正すればよい。従って、この場合にはスリ
ープ時間を５０分以内と設定すればよい。スリープ時間
の経過後は、ウェイクアップし、即ちフルパワーモード
にして、衛星からの信号を受信し、正確な時刻が求まっ
た時点で時刻修正を行う。このウェイクアップ後、正確
な時刻が求まるまでにある程度の時間（例えば１分）を
要するため、この時間だけ早めにウェイクアップさせる
ようにスリープ時間を設定すればよい。尚、後に示すよ
うに、時刻決定または時刻修正から次の時刻修正までの
時間は、必ずしも連続してスリープモードを保必要はな
く、受信処理以外の短時間で行える必要な処理を繰り返
し行うようにしてもよい。

【００１５】図４はＧＰＳ測位用衛星から送信される信
号に含まれている航法メッセージの構成を示す図であ
る。航法メッセージはビット率５０ｂｐｓ、全ビット数
１５００ビットを主フレームとするデータである。主フ
レームは、それぞれ３００ビットずつの５つのサブフレ
ーム（サブフレーム１，サブフレーム２，サブフレーム
３，サブフレーム４，サブフレーム５）に分割されてい
る。従って１フレームは３０秒に相当し、各サブフレー
ムは６秒に相当する。同図に示すように、各サブフレー
ムにはＺカウントと称されるＧＰＳ時刻の基準となる時
刻（1980年１月６日０時ＵＴＣ）からの経過時間を１週
間周期で６秒単位でカウントした値（各週のスタートか
ら当該サブフレーム終了タイミングまでの時刻カウント
値）が含まれている。サブフレーム１にはＧＰＳ時の基
準となる日（1980年１月６日）からの週番号および衛星
時計の補正係数が含まれている。またサブフレーム４の
ページ１８にはＧＰＳ時とＵＴＣとの差（累積閏秒）お
よび閏秒調整のためのデータであるＵＴＣパラメータが
含まれている。すなわちＵＴＣパラメータは現在または
閏秒調整前の累積閏秒Δｔ_LS、閏秒調整実施予定週番号
ＷＮ_LSF 、閏秒調整実施予定日番号ＤＮおよび今後行わ
れる、または既に行われた閏秒調整後の累積閏秒Δｔ
_LSF からなる。上記Ｚカウント、週番号、ＵＴＣパラメ
ータ、および衛星時計の補正量が時刻関連データであ
る。

【００１６】図５は衛星側のＧＰＳシステム時刻と受信
機側のＧＰＳシステム時刻および時刻カウントとの関係
を示す図である。衛星側のＧＰＳシステム時刻は図４に
示したサブフレームの６秒をカウントするシステム時刻
である。受信機側のＧＰＳシステム時刻は前記サブフレ
ームの先頭位置を０秒とする６秒周期の時刻であり、衛
星側のＧＰＳシステム時刻より衛星と受信機間の電波の
伝搬遅延時間分だけ遅れている。同図における「時刻カ
ウント」は図２に示したフリーランカウンタ３１の値で
ある。前記サブフレームの先頭位置を０秒として受信機
側のＧＰＳシステム時刻を衛星側のＧＰＳシステム時刻
に一致させる際、時刻カウンタの値を直接補正すること
はせず、この時刻カウントとＧＰＳシステム時刻とのず
れをクロックバイアスとして記憶することによって行
う。また、衛星側のＧＰＳシステム時刻と時刻カウント
の１秒未満の桁におけるずれが前述したクロックオフセ
ットであり、前述したように図２においてラッチ回路３
３に与える１ＰＰＳ補正量をクロックオフセットを加味
した値とすることによって、衛星側のＧＰＳシステム時
刻に同期した１ＰＰＳを発生させる。

【００１７】図６は電子時計の全体の処理手順を示すフ
ローチャートである。まず電源投入が行われたなら、フ
ルパワーモードの設定を行い、衛星サーチのための設定
を行う。衛星サーチの処理はＣＰＵの図外の別の処理に
より並行的に行われ、サーチすべき衛星番号に応じたＣ
／Ａコードおよびその位相データを図１に示したＰＲＮ
符号発生回路８へ与え、相関器７による相関結果を読み
取り、それに応じてＣ／Ａコードの位相データを変更
し、この処理を繰り返すことによって相関データがピー
クになる位相を検出する。この図外の衛星サーチ処理に
よって１衛星以上の追尾が行われたなら、その受信信号
から航法メッセージを収集し、その航法メッセージから
上記時刻関連データを抽出し、これらの時刻関連データ
に基づいてＧＰＳ時刻を算出する。測位のための処理は
ＣＰＵの図外の別の処理により並行的に行われる。この
とき、受信点の測位が未だ行われていなくて、受信点か
ら衛星までの電波伝搬遅延時間が不明である場合には電
波伝搬遅延時間の平均値を採用することによって±１０
ｍｓの精度でＧＰＳ時刻を求める。続いて、このＧＰＳ
時刻を制御回路１５のタイマに書き込む。これによりタ
イマはその後１ＰＰＳを受ける都度ＧＰＳ時刻を計時す
ることになる。続いて、ＵＴＣパラメータが有効である
か否かを判定する。航法メッセージから収集し更新して
いる現在のＵＴＣパラメータの収集更新時刻と現在時刻
との差が例えば６日以内であればＵＴＣパラメータは有
効であると見做す。もし今回の受信により上記航法メッ
セージからＵＴＣパラメータを抽出した場合や、それま
での受信により６日以内のＵＴＣパラメータを収集更新
しているのなら、ＧＰＳ時刻に閏秒の補正を行ってＵＴ
Ｃ時刻を計算し、これに時差分を加算してローカル時刻
（その地方の標準時）を求め、これを時計回路１６へ設
定する。また、必要に応じてこの時刻データをデータ伝
送インタフェース１３を介して外部へ伝送する。その
後、次回のウェイクアップ時刻Ｔｕｐを算出し、これを
制御回路へ設定するとともにスリープモードに設定す
る。これにより、次回のウェイクアップ時刻Ｔｕｐに達
するまでは、後述する５ｍｓ毎の割込処理を除けば殆ど
の時間がスリープ状態となる。その後、ウェイクアップ
時刻Ｔｕｐになれば、制御回路１５はスイッチ１７をオ
ンしてフルパワーモードにする。これによりＣＰＵが起
動し、図６に示した処理を再び実行することになる。な
お、上記ＵＴＣパラメータがまだ収集できていない場合
や無効である場合には、次回のウェイクアップにより受
信した衛星からの航法メッセージよりＵＴＣパラメータ
を収集する。

【００１８】図７は上記次回のウェイクアップ時刻Ｔｕ
ｐを算出する手順を示すフローチャートである。もし有
効なＵＴＣパラメータを未だ収集更新していなければ、
ＵＴＣパラメータの収集および更新のための必要な時刻
Ｔｕｐ１を算出する。これは後述するように、航法メッ
セージ内のＵＴＣパラメータの記述箇所（サブフレーム
４のページ１８）が定められていて、航法メッセージの
繰り返し周期が一定であることに基づいて行う。続い
て、その時刻Ｔｕｐ１において衛星の捕捉が可能である
か否かを後述する捕捉衛星テーブル（図１０）を参照し
て判定し、不可能であれば、衛星の捕捉が可能な時刻を
求め、これを次回のウェイクアップ時刻Ｔｕｐとして決
定する。もし、有効なＵＴＣパラメータを既に収集更新
している場合には、前回のウェイクアップ時刻Ｔｕｐ
に、必要な要求精度を満足するためのスリープ時間を加
算した値を次回のウェイクアップ時刻Ｔｕｐ２として算
出する。この必要な要求精度を満足するためのスリープ
時間は、例えば図８に示すように予め設定したテーブル
を参照する。この例では例えば要求精度が２ｍｓの場合
（３衛星以上の捕捉が前提となる）スリープ時間を４分
に設定する。また例えば要求精度が２０ｍｓであればス
リープ時間を１０４分に設定する。そして、そのＴｕｐ
２において衛星の捕捉が可能であるか否かを後述する捕
捉衛星テーブル（図１０）を参照して判定し、不可能で
あれば衛星の捕捉が可能な時間帯にまで遡った時刻を次
回のウェイクアップ時刻Ｔｕｐとして求める。

【００１９】尚、要求精度をＰｄ〔ｓ〕、受信により求
まる時刻の精度をＰｏ〔ｓ〕、基準クロック信号を発生
する原発振周波数の精度をＰｃ（無単位）、ウェイクア
ップ後、受信により正確な時刻が求まるまでに要する時
間をＴｒ〔ｓ〕、スリープ時間をＴｓ〔ｓ〕とすれば、 Ｐｄ−Ｐｏ＝（Ｔｓ＋Ｔｒ）・Ｐｃ の関係が成り立つ。図８に示したテーブルは、Ｐｏ＝１
×１０^-3、Ｐｃ＝３×１０^-6、Ｔｒ＝６０として、上記
関係から予め求めたものである。尚、このように上記各
変数が既知であるので、テーブルを用いずに必要な時点
で算出するようにしてもよい。

【００２０】図９はＵＴＣパラメータを収集するための
スケジュールを示す図である。このＵＴＣパラメータを
収集するための時刻は次のようにして求める。

【００２１】 制御回路のタイマより現在のＧＰＳ時
刻を読み取る。例えば１９９６年７月２１日（日曜日）
００：１２：００とする。

【００２２】 現在時刻をＧＰＳ時刻（秒）Ｔnow に
変換する。

【００２３】上記の例では、Ｔnow ＝863 ×604800＋12
×60として求める。ここで863 は上記日時における週番
号、604800は１週間の秒数である。

【００２４】 衛星のサーチおよび追尾に必要な時間
（例えば６０秒）を加味し、ウェイクアップ時刻Ｔｕｐ
を求める。

【００２５】ｔｗ＝Ｔnow / 604800 ｔｚ＝（Ｔnow mod 604800−（528 −60））／750 ＋1 ｔｚ′＝ｔｚ * 750 ＋（528 −60） Ｔｕｐ＝ｔｗ * 604800 ＋ｔｚ′ 尚、上記各変数は全て整数変数であり、小数点以下は切
り捨てる。また、上記mod は余りを求める演算子であ
る。上記の例では、Ｔｕｐ＝863 * 604800＋（750 ＋
（528 −60））となる。これは日時に変換すれば１９９
６年７月２１日００：２０：１８である。

【００２６】なお、この例では時刻をすべてＧＰＳ時刻
で管理しているが、ＵＴＣ時刻を用いて管理してもよ
い。

【００２７】図１０は次回のウェイクアップ時刻で衛星
の捕捉が可能であるか否かを判定するために用いるテー
ブルである。ここでは１日２４時間（８６４００秒を４
分ずつに区分したテーブルを作成し、区分番号を０〜３
５９（86400/(4*60)＝360)までのタイムカウントとす
る。

【００２８】このテーブルに対するデータの書き込み手
順は次の通りである。

【００２９】 現在の日付とテーブル計算用の基準日
付との差から１日当り４分ずつ進ませるためのタイムカ
ウントを算出する。

【００３０】タイムカウント＝（基準日付−現在の日
付）＋００：００：００のタイムカウント 図１０に示す例では基準日付が１９９６年７月２１日で
あるから、例えば１９９６年７月２３日のタイムカウン
トは−２となる。

【００３１】 タイムカウントを０〜３５９の間に正
規化する。

【００３２】例えば上記の例の場合タイムカウントは36
0 − 2＝ 358とする。

【００３３】 計算されたタイムカウントと現在時刻
から次式により書き込むべきテーブルのタイムカウント
を求めて、その区分へ現在追尾している衛星番号などを
書き込む。もし全ての衛星の捕捉ができなかった場合
は、受信不可を示すデータを書き込む。

【００３４】書き込むべきタイムカウントの区分＝（現
在のＧＰＳ時刻 mod 86400）／240＋タイムカウント 例えば現在のＧＰＳ時刻が００：０５：００の場合、書
き込むべきタイムカウントは、(5*60)／240 ＋ 358 ＝
359となる。

【００３５】 書き込むべきタイムカウントを０〜３
５９の間に正規化する。

【００３６】上記の例ではそのままタイムカウント＝３
５９の区分のところへ衛星番号およびドップラー周波数
を書き込む。

【００３７】 テーブル計算用の基準日付と００：０
０：００のタイムカウントを更新する。上述の例の場
合、基準日付を１９９６年７月２３日とし、００：０
０：００のタイムカウントを３５８に更新する。

【００３８】以上のようにしてテーブルのデータを書き
込み、これを繰り返すことによって過去の衛星の追尾情
報が随時学習されていくことになる。

【００３９】上記テーブルから必要なデータを読み出す
ための手順は次の通りとなる。

【００４０】 次回にウェイクアップしようとするＧ
ＰＳ時刻から日付を計算する。

【００４１】 その日付とテーブル計算用の基準日付
との差から１日当り４分ずつ進ませるためのタイムカウ
ントを算出する。

【００４２】タイムカウント＝（基準日付−ウェイクア
ップしようとする日付）＋００：００：００のタイムカ
ウント 例えば１９９６年７月２４日のタイムカウントは基準日
付が１９９６年７月２３日であるとすると、−１とな
る。

【００４３】 タイムカウントを０〜３５９の間に正
規化する。

【００４４】例えば上記の例の場合タイムカウントは36
0 − 1＝ 359とする。

【００４５】 計算されたタイムカウントとウェイク
アップしようとする時刻から次式により読み込むべきテ
ーブルのタイムカウントを求めて、その区分の衛星番号
などを読み込む。

【００４６】読み込むべきタイムカウントの区分＝（ウ
ェイクアップしようとする時刻 mod86400）／240 ＋タ
イムカウント 例えば次回にウェイクアップしようとする時刻が００：
１５：００の場合、読み込むべきタイムカウントは、(1
5*60) ／240 ＋ 359 ＝ 362となる。

【００４７】 読み込むべきタイムカウントを０〜３
５９の間に正規化する。

【００４８】上記の例ではタイムカウント＝３６２−３
６０＝２の区分のところの内容を読み込む。

【００４９】図１０に示すように、もし該当区分に受信
不可を示すデータが書き込まれている場合には、その時
間帯には衛星の捕捉が不可能であるものと予想されるの
で、上述したように、衛星の捕捉が可能な時間帯にまで
遡った時刻を次回のウェイクアップ時刻Ｔｕｐとして求
める。図１０に示した例では、４分遡ったタイムカウン
ト１の区分には衛星番号が書き込まれているので、次回
のウェイクアップ時刻は００：１１：００とすればよ
い。

【００５０】図１１はカウンタ１４が発生する５ｍｓ毎
の割込信号に応じた割込処理の手順を示すフローチャー
トであり、この処理はスリープモードであるか否かに係
わらず行われる。この割込がかかれば、先ず起動し（フ
ルパワーモードとし）、割込回数をカウントする。１Ｐ
ＰＳ補正量を毎秒設定する場合、割込回数が２００に達
したとき、割込カウントをリセットし、１ＰＰＳ補正量
を算出する。単純にはクロックオフセットから１ＰＰＳ
補正量を求めればよいが、スリープ時間中においても、
基準クロック信号の周波数誤差に起因するドリフト分を
推測してキャンセルするためには、 〔クロックオフセット〕＋〔クロックドリフト×スリー
プ時間中の経過時間〕 を１ＰＰＳ補正量とする。ここで〔クロックドリフト〕
は、基準クロック信号の周波数誤差分であり、単位時間
当たりのクロックオフセットのずれでもある。従って、
受信点の位置が求まるまでの間は、単位時間当たりのク
ロックオフセットのずれを求めて、それを使用する。例
えば、前回（スリープモードになる直前）のクロックオ
フセットと、今回の起動により求めたクロックオフセッ
トとの差をスリープ時間で除した値をクロックドリフト
とする。また、受信点の位置が求まった後は、受信点か
ら見た各衛星の送信信号の観測による周波数と計算上の
周波数との差から算出する。すなわち該当する衛星の軌
道情報とＧＰＳ時刻とから受信点から見た衛星の相対運
動量を求めてドップラー周波数を逆算し、計算上の受信
信号のドップラ周波数を求める。この観測ドップラ周波
数と計算上のドップラ周波数との差から基準クロック信
号の周波数誤差を求め、これから単位時間当たりのクロ
ックオフセットのずれを求め、これをクロックドリフト
として用いる。このようにして求めた１ＰＰＳ補正量を
図２に示したラッチ回路３３へ設定する。その後、割込
終了処理を行う。この処理では、割込処理開始時のモー
ドに戻す。即ち、スリープモードでこの割込処理を行っ
たのであれば、スリープモードに戻す。もし上記の割込
カウントの値が２００に達していなければ、そのまま割
込終了処理を行う。この５ｍｓ毎の割込処理に要する電
力はごく僅かであり、１秒毎の１ＰＰＳ補正量の計算お
よびラッチ回路への設定に要する電力も僅かである。

【００５１】尚、図１に示した例では、スリープ時間を
計時する制御回路のタイマとは別に時計回路を設けた
が、これは兼用するようにしてもよい。また、図２に示
した例では６秒周期でカウントを行うフリーランカウン
タを用いて１ＰＰＳを発生するようにしたが、１秒周期
でカウントを行うフリーランカウンタを用いるか、比較
回路が６秒周期のフリーランカウンタの１秒未満の桁と
ラッチ回路との比較を行うようにすれば、ラッチ回路に
与える１ＰＰＳ補正量は毎秒書き換える必要はなく、そ
の場合には、クロックドリフト分の補正も毎秒行う必要
はなく、もっと長時間周期でクロックドリフト分の補正
を行ってもよい。即ち、クロックオフセットがフリーラ
ンカウンタの値で表した場合に５５０であるとすると、
新たなクロックオフセットを求めたときにラッチ回路に
５５０を設定し、その後は例えば１分毎や１０分毎にク
ロックドリフト分に応じてラッチ回路に与える１ＰＰＳ
補正量を推測して例えば５５１や５４９等に書き換えて
行けばよい。またさらにクロックドリフト分の補正を一
切行わない場合には、衛星からの信号の受信により時刻
を求めてから次に受信を行うまでの時間はラッチ回路に
与える１ＰＰＳ補正量を書き換える必要がないため、図
１１に示した短時間の割込処理も不要となる。

【００５２】

【発明の効果】請求項１および請求項７に記載の発明に
よれば、測位用衛星から送信される時刻情報を含む信号
が間欠的に受信されるため全体の平均的な電力消費が抑
えられ、また測位用衛星からの信号を受信して抽出した
時刻情報によって計時手段の計時内容が間欠的に補正さ
れるため、所定の精度を維持しつつ電力消費を抑えるこ
とが可能となる。

【００５３】請求項２および請求項８に記載の発明によ
れば、測位用衛星から送信される時刻情報を含む信号が
間欠的に受信されるため、全体の平均的な電力消費が抑
えられ、また計時内容に対してそのクロックバイアス分
の補正とともにドリフト分の補正が行われるため、測位
用衛星からの信号が受信されてから次に受信が行われる
までの経時誤差が抑えられる。その結果、間欠受信の間
隔を短くすることなく平均的な計時精度が高まる。

【００５４】請求項３に記載の発明によれば、基準クロ
ック信号の精度に関わらず、要求される計時精度で時刻
の計時またはタイミング信号の生成が可能となる。

【００５５】請求項４に記載の発明によれば、測位用衛
星から送信される信号に重畳されている時刻情報を効率
的に受信することができ、電力消費を必要最低限に抑制
することができる。

【００５６】請求項５に記載の発明によれば、間欠的に
受信動作を繰り返す際に、次回の受信の際に測位用衛星
からの信号を確実に受信できるようになり、計時内容の
補正に失敗することがなく、必要な精度を維持すること
ができる。

【００５７】請求項６に記載の発明によれば、各衛星の
軌道情報が不明であっても、時間帯ごとに同一衛星が受
信点から見て視野内に入るため、過去に受信に成功した
測位用衛星の有無によって受信可能性判定が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態である電子時計の構成を示
すブロック図である。

【図２】図１におけるカウンタの構成を示すブロック図
である。

【図３】衛星サーチおよび時刻計算のタイミングと時刻
精度との関係などを示す図である。

【図４】衛星から送信されてくる信号に含まれている航
法メッセージの構成を示す図である。

【図５】衛星側のシステム時刻と受信機側のシステム時
刻および時刻カウントとの関係を示す図である。

【図６】電子時計の全体の処理手順を示すフローチャー
トである。

【図７】次回のウェイクアップ時刻の計算手順を示すフ
ローチャートである。

【図８】計時内容の要求精度とスリープ時間との関係を
示す図である。

【図９】ＵＴＣパラメータの収集タイミングを示す図で
ある。

【図１０】捕捉衛星テーブルの例を示す図である。

【図１１】一定周期で行われる割込処理の手順を示すフ
ローチャートである。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基準クロック信号をカウントして時刻の
   計時または一定周期のタイミング信号の生成を行う手段
   と、測位用衛星から送信される時刻情報を含む信号を間
   欠的に受信して時刻情報を抽出し、前記計時手段の計時
   内容または前記タイミング信号の発生タイミングを補正
   する手段とを備えてなる電子時計。
2. 【請求項２】 基準クロック信号をカウントして時刻の
   計時または一定周期のタイミング信号の生成を行う手段
   と、測位用衛星から送信される時刻情報を含む信号を間
   欠的に受信して、前記計時手段による計時内容のクロッ
   クバイアス分およびドリフト分を抽出する手段と、前記
   計時手段による計時内容または前記タイミング信号の発
   生タイミングに対して前記クロックバイアス分の補正と
   ともに前記ドリフト分の補正を間欠的に行う手段とを備
   えてなる電子時計。
3. 【請求項３】 前記間欠期間は、前記計時手段による計
   時内容の補正量が所定値未満となるように設定したこと
   を特徴とする請求項１または２に記載の電子時計。
4. 【請求項４】 測位用衛星から送信される信号に時刻情
   報が重畳されるタイミングを検知する手段を備えるとと
   もに、前記間欠期間を、次回の受信の際に前記時刻情報
   を受信するタイミングとなるように自動決定する手段を
   備えてなる請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の電
   子時計。
5. 【請求項５】 各時間帯における各測位用衛星からの信
   号の受信可能性を判定する受信可能性判定手段を備える
   とともに、前記間欠期間を、次回の受信の際に測位用衛
   星からの信号が受信可能な時間帯となるように自動決定
   する手段を備えてなる請求項１〜４のうちいずれか１項
   に記載の電子時計。
6. 【請求項６】 前記受信可能性判定手段は、各時間帯に
   おいて受信に成功した測位用衛星を時間帯毎に記憶する
   とともに、所定の時間帯において過去に受信に成功した
   測位用衛星の有無により判定するものである請求項５に
   記載の電子時計。
7. 【請求項７】 基準クロック信号をカウントして時刻の
   計時または一定周期のタイミング信号の生成を行うとと
   もに、測位用衛星から送信される時刻情報を含む信号を
   間欠的に受信して時刻情報を抽出し、前記計時の内容ま
   たは前記タイミング信号の発生タイミングを補正するこ
   とを特徴とする計時内容補正方法。
8. 【請求項８】 基準クロック信号をカウントして時刻の
   計時または一定周期のタイミング信号の生成を行うとと
   もに、測位用衛星から送信される時刻情報を含む信号を
   間欠的に受信して前記計時の内容のクロックバイアス分
   およびドリフト分を抽出し、前記計時の内容または前記
   タイミング信号の発生タイミングに対して前記クロック
   バイアス分の補正とともに前記ドリフト分の補正を間欠
   的に行うことを特徴とする計時内容補正方法。