(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに指向性を補うように配置され、立ち上がりエッジ、立ち下がりエッジの内何れか一方のエッジを一定周期としたパルスから構成される時刻データを変調した電波を受信する複数のアンテナと、それぞれ受信電波を２値のデジタル信号のパルスに復調するように上記各アンテナ毎に設けられた複数の受信手段と、複数の上記受信手段からのデジタル信号を受けてこれらを選択的に出力する切換手段と、切換手段に上記受信手段を選択せしめ、各受信手段からのデジタル信号についてそのパルスの上記一方エッジに対応するエッジの周期特性に応じて良否を判定し、最良の受信状態にある受信手段を選択する判定手段と、上記判定手段によって選択された上記受信手段のデジタル信号を切換手段を介して受け、これを時刻データに復号する復号手段と、上記復号信号手段からの時刻データに応じて時刻データを修正する時計回路とを備えることを特徴とする電波修正時計装置。
【請求項２】
上記複数のアンテナは、２本のバーアンテナをＬ字型または十字型に配置してあることを特徴とする請求項１記載の電波修正時計装置。
【請求項３】
上記判定手段は、上記受信手段の選択毎に上記時刻データの上記一方エッジ周期の特定数倍にあたる特定期間、上記一方エッジの周期よりも短い特定サンプリング周期で、上記デジタル信号をサンプリングして上記デジタル信号の対応エッジのタイミングを特定し、当該対応エッジタイミング毎に上記時計回路の計時時刻の一部の桁を配列データとして取り込むものであり、当該一部の桁は上記時刻データの上記一方エッジの周期より小さく上記サンプリング周期以上にある桁であり、上記特定期間内に得られる配列データの値を横軸に、各配列データの出現頻度を縦軸にして得られる頻度グラフを上記デジタル信号の上記対応エッジの周期特性とし、当該頻度グラフにおける最頻値と、当該最頻値となる上記配列データの値から特定範囲内にある値の配列データの総数と、上記特定数と実際に上記特定期間内に得られた配列データ数との差分の絶対値との内何れかまたは全てに基づいて上記受信手段の受信状態の良否を判定するものであることを特徴とする請求項１記載の電波修正時計装置。
【請求項４】
上記時刻データの上記一方エッジの周期が１秒のとき、上記特定期間を１０秒、上記特定サンプリング周期を０．０１秒、特定範囲を＋−０．１秒としたことを特徴とする請求項３記載の電波修正時計装置。
【請求項５】
上記判定手段は、上記最頻値、上記総数及び上記差分の絶対値を変数とする特定式により得られた値に基づいて上記良否判定を行うことを特徴とする請求項３記載の電波修正時計装置。
【請求項６】
上記特定式は上記最頻値に所定の係数を乗じ、上記総数を加え、上記差分の絶対値を減じるものであることを特徴とする請求項５記載の電波修正時計装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、電波修正時計装置に関するものであり、特に一定周期（例えば、１秒）で立ち上がるあるいは立ち下がるパルスを変調した電波を受信、復調してその内容を復号化する事により、正確な時刻情報を取得する電波修正時計装置に関する物である。
【０００２】
【従来の技術】
現在、郵政省通信総合研究所にておいて、短波、長波の２方式の標準電波を用いて日本標準時を示す周波数標準と標準時の信号を送信する実験が行われている。同所によれば、周波数標準及び標準時の信号はセシウムビーム型原子周波数標準器、実用セシウムビーム型原子時計群を用いて１×１０−１３の桁の精度に維持されている。特に電離層変動の影響を受けない長波方式の標準電波信号ＪＧ２ＡＳは受信時において、２４時間の比較平均値にして１×１０−１１の精度が得られる。このことから、単に報時電波として利用されるのみならず、各種装置の内部時計を高精度に同期させるものとして期待されている。標準電波信号ＪＧ２ＡＳの基本は、図２のＡに示すように電波の断続であり、電波の立ち上がりが正秒と一致する。また、これに基づいて標準時を示すタイムコードが図２のＢに示すように構成され、試験的に送信されている。図２のＢには分を示す部分を示してある。ここで、パルス幅０．２秒でポジションマーカを示してあり、分の２桁目を４０分、２０分、１０分の順に並んだ個々のパルスで示し、１パルス空け、１桁目を８分、４分、２分、１分の順に同様に示してあり、各パルスの幅０．８秒で２進数０を示し、０．５秒で１を示してあり、これらの合計で分を示す。図２のＢでは３５分を示してある。図示しないが、これに続いて時を示すコードが同様に１秒周期で立ち上がるパルスにて構成される。
【０００３】
このような標準電波は、例えば図８、９及び１０のような構成で利用される。
図８の構成は一番単純な構成で、１０１がバーアンテナ、１０２が受信手段、１０３が復号手段、１０４が時計である。１０２の受信手段は、同調回路、増幅器、フィルタ、検波器からなる。バーアンテナ１０１で電波を受信し、受信手段１０２で、２値のデジタル信号に変換される。このデジタル信号から復号手段１０３によって時刻データを解読し、時計回路１０４に時刻情報を伝達することにより、電波修正時計装置が構成されている。
【０００４】
図９の構成は、図８の構成の問題点を解決するための構成である。バーアンテナは水平に配置した場合、水平面上において８の字型の指向特性をもつ。従って、アンテナの方向によっては、受信不能あるいは、不安定になる可能性がある。このため、バーアンテナを複数個設置し、バーアンテナの指向特性の弱点を補完しようとするものである。バーアンテナ２０１、２０２は水平面内において互いに直角の方向に配置する。切り換え手段２０３は、判定手段２０４の結果に従い、バーアンテナ２０１、２０２のどちらのアンテナからの信号を受信手段２０５に送るかを決める。この切り換えは、バーアンテナ２０１、２０２の双方からの信号の強度により切り換えられ、受信手段２０５より後段の受信手段、復号手段の動作プロセスとは無関係に、リアルタイムに行われる。
【０００５】
図１０の構成は、図８の構成の受信機を単純に複数台設け、復号化した後にその結果が出てから、信号（復号情報）を切り換える構成である。
【発明が解決しようとする課題】
図８の構成では、バーアンテナの指向性により、標準電波が受信できない場合があり、アンテナまたはアンテナを内蔵した受信機を設置する際に送信アンテナ方向を考慮する必要があり、誤った設置方向にアンテナを設置すると、受信に時間がかかったり、受信不能になったりする。また、アンテナの設置方向が一定でない移動体に使用すると、不確実な動作となる。
図９の構成では、バーアンテナの指向性の問題はある程度解決されるが、次のような問題がある。
【０００６】
第１に、切り換え手段２０３は判定手段２０４の結果でのみ動作するので、受信手段２０５、復号手段２０６のプロセスに最適な選択がされるとは限らない。
第２に、切り換え手段２０３はリアルタイムに切り換えを行うので、切り換え時に不要ノイズを発生する可能性がある。
第３に、切り換え手段２０３はバーアンテナ２０１、２０２の双方のからの信号強度により判断をするので、受信しようとする電波より強いノイズがあると、信号を受信している側のバーアンテナではなく、ノイズを受信している側を選択してしまう。
【０００７】
図１０の構成では、複数の受信系統が独立しており、復号手段３０５、３０６が複数必要となり、同時に動作する必要があるため、個別の手段が必要となる。実際の復号手段は、ソフトウェア処理することが多いので、複数のＣＰＵが必要になると、消費電流等も多くなる。
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明では、一定周期で立ち上がるまたは立ち下がるパルスからなる時刻データを変調した電波を受信するための複数のアンテナを指向性を異にして設け、各アンテナ毎に受信電波を２値のデジタル信号のパルスに復調する受信手段を設けてある。複数の受信手段からのデジタル信号を受けてこれらを選択的に出力する切換手段と、切換手段よって順次選択されたデジタル信号をそのパルスの上記時刻データのパルスの立ち上がりエッジ、立ち下がりエッジの内一定周期となる側に対応する側のエッジの周期特性に応じて良否を判定し、最良の受信手段を選択する判定手段とを設け、判定手段の判定に応じて選択された受信手段からのデジタル信号を切換手段を介して受け、これを時刻データに復号する復号手段と、この復号信号手段からの時刻データに応じて時刻データを修正する時計回路とを設けてある。このため、受信電波をデジタル信号化した後に判定手段により、上記時刻データのパルスの上記エッジの周期特性に応じて良否を判定するため、ノイズの影響少なく最良の受信状態の受信手段が特定でき、高精度の空間ダイバーシチが実現できる。これにより、確実かつ電波状況が悪い場合でも短時間での時刻情報の取得を可能にする。具体的には受信アンテナまたはそれを内蔵した受信機の設置段階において、アンテナの指向特性に無関係に設置することができる。また、受信機の設置後に、受信の機会ごとに相対的な送信アンテナの方向が変化するような、移動体への使用が可能になる。また、復号手段は一つで済み、装置全体の規模を縮小し、消費電流の小さい電波修正時計を実現することが可能となる。ひいてはコスト低減が可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
互いに指向性を補うように配置され、立ち上がりエッジ、立ち下がりエッジの内何れか一方のエッジを一定周期としたパルスから構成される時刻データを変調した電波を受信する複数のアンテナと、それぞれ受信電波を２値のデジタル信号のパルスに復調するように上記各アンテナ毎に設けられた複数の受信手段と、複数の上記受信手段からのデジタル信号を受けてこれらを選択的に出力する切換手段と、切換手段に上記受信手段を選択せしめ、各受信手段からのデジタル信号についてそのパルスの上記一方エッジに対応するエッジの周期特性に応じて良否を判定し、最良の受信状態にある受信手段を選択する判定手段と、上記判定手段によって選択された上記受信手段のデジタル信号を切換手段を介して受け、これを時刻データに復号する復号手段と、上記復号信号手段からの時刻データに応じて時刻データを修正する時計回路とから電波修正時計装置を構成することが好ましい。
【０００９】
上記複数のアンテナは、２本のバーアンテナをＬ字型または十字型に配置することも好ましい。
【００１０】
上記判定手段は、上記受信手段の選択毎に上記時刻データの上記一方エッジ周期の特定数倍にあたる特定期間、上記一方エッジの周期よりも短い特定サンプリング周期で、上記デジタル信号をサンプリングして上記デジタル信号の対応エッジのタイミングを特定し、当該対応エッジタイミング毎に上記時計回路の計時時刻の一部の桁を配列データとして取り込むものであり、当該一部の桁は上記時刻データの上記一方エッジの周期より小さく上記サンプリング周期以上にある桁であり、上記特定期間内に得られる配列データの値を横軸に、各配列データの出現頻度を縦軸にして得られる頻度グラフを上記デジタル信号の上記対応エッジの周期特性とし、当該頻度グラフにおける最頻値と、当該最頻値となる上記配列データの値から特定範囲内にある値の配列データの総数と、上記特定数と実際に上記定期間内に得られた配列データ数との差分の絶対値との内何れかまたは全てに基づいて上記受信手段の受信状態の良否を判定するものであることも好ましい。
【００１１】
上記時刻データの上記一方エッジの周期が１秒のとき、上記特定期間を１０秒、上記特定サンプリング周期を０．０１秒、特定範囲を＋−０．１秒とすることも好ましい。
【００１２】
上記判定手段は、上記最頻値、上記総数及び上記差分の絶対値を変数とする特定式により得られた値に基づいて上記良否判定を行うことも好ましい。
【００１３】
上記特定式は上記最頻値に所定の係数を乗じ、上記総数を加え、上記差分の絶対値を減じるものであることも好ましい。
【００１４】
【実施例】
本発明に係わる電波修正時計装置の詳細を図１に示す一実施例に沿って説明する。図１において１、２はバーアンテナであり、互いの指向特性を補完するために、水平面内で互いに直角に配置する。図１のようにＬ字型に配置するのに限らず十字型に配置しても良い。バーアンテナ１、２はそれぞれ第１受信手段３、第２受信手段４に接続される。第１、第２受信手段３、４は、同調回路、増幅器、フィルタ、検波器からなる。これらは、図２のＡ、Ｂに示した標準電波を受信し、図２のＣに示すようなデジタル信号に復調するものである。なお、本例では標準電波は立ち上がりエッジが一定周期であるパルスを変調したものとして述べるが、これに限らず、立ち下がりエッジが一定周期であるパルスを変調した電波にも応用でき、そのような応用例について特に述べないが以下に述べる立ち上がりを立ち下がりに置き換えて考えると容易に理解できる。５は切り換え手段であり、６は判定手段である。切換手段５は第１、第２受信手段３、４からのデジタル信号を受けており、判定手段６の制御により、これらデジタル信号を選択的に出力する。判定手段６は、切換手段５に順次上記受信手段を選択せしめ、各受信手段からのデジタル信号についてそのパルスの立ち上がりの周期特性に応じて良否を判定し、最良の受信状態にある受信手段を選択するものである。本例では、第１、第２受信手段３、４毎に時刻データのパルスの立ち上がり周期の１０倍にあたる特定期間である１０秒間に、サンプリング周期０．０１秒で、上記デジタル信号をサンプリングして上記デジタル信号が“Ｌ”から“Ｈ”に立ち上がるタイミングを特定し、当該立ち上がりタイミング毎に後述する時計回路の計時時刻の０．１秒以下、０．０１秒以上の桁の値を配列データＤ１、Ｄ２、Ｄ３・・Ｄ１０（問題ない受信状態であれは、１０個のデータ取得が期待される。）として取り込む。また、特定期間内に得られる配列データの値を横軸に、各配列データの出現頻度を縦軸にして得られる頻度グラフをデジタル信号のパルスの立ち上がりの周期特性として扱う。例えば、図３のようなグラフが得られる。この頻度グラフにおける最頻値ＤＭ、最頻値となる配列データの値から特定範囲内（ここでは＋−１００ｍｓ）にある配列データ値の総数ＤＭＳおよび上記特定数（ここでは、１０）と実際に上記定期間内に得られた配列データ数との差分Ａを変数とした特定式によって得られる値によって第１、第２受信手段３、４の受信状態の良否を判定する。ここで特定式をＸ＝３×ＤＭ＋ＤＭＳ−Ａとする。以上の動作を第１、第２受信手段３、４毎に行い、上記特定式で得られた値をそれぞれＸ１、Ｘ２としてこれらを比較し、値が大きい方の受信手段を受信状態が良好であるとし、切換手段５の出力を切り換えるのである。
【００１５】
また、７は復号手段であり、切換手段５の出力するデジタル信号を時刻データに復号する。８は時計回路であり、復号手段７によって復号された時刻データに基づき現在の計時時刻を修正する。
【００１６】
次に本発明の動作について、上記図１乃至図３に加えて図４乃至図７に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００１７】
まず、図４のフローチャートに示すように、装置の起動時または時刻データが送信される所定の修正時刻等になると、判定手段６は第１受信手段３からのデジタル信号を出力するように選択回路５を切り換えせしめる（ステップｆ１）。時計回路の現在時刻ｔをＴとして記憶する（ステップｆ２）。次に現在時刻ｔがＴにサンプリング周期０．０１の整数倍を加えた値になったか否か判定し、すなわち、サンプリングタイミングか否かを判定する（ステップｆ３）。ここで、サンプリングタイミングであれば、デジタル信号が“Ｌ”か否か判定する（ステップｆ４）。ここで“Ｌ”と判定されれば、次にデジタル信号が“Ｈ”となるか判定する（ステップｆ５）。ここで、“Ｈ”と判定されれば、時計回路の計時する現在時刻の０．１秒以下、０．０１秒以上の桁を配列データとして記憶する（ステップｆ６）。ここで、例えば現在時刻が１０時４５分１５．５０４秒であれば５０が配列データＤ１としてとり込まれる。次にステップｆ３に戻る。ステップｆ４でデジタル信号の状態が“Ｌ”でなければ、先に記憶した時刻Ｔから１０秒経過したか否か判定する（ステップｆ７）。ここで、１０秒経過していない場合はステップｆ３へ戻る。ステップｆ５においてデジタル信号の状態が“Ｈ”でなければ、先に記憶した時刻Ｔから１０秒経過したか否か判定する（ステップｆ８）。ここで、１０秒経過していない場合はステップｆ３へ戻る。以上の動作を繰り返し、ステップｆ７、ｆ８において時刻Ｔより１０秒が経過したと判定されると、第１受信手段３について１回目の特定期間内のサンプリングが終了する。これによって配列データＤ１、Ｄ２〜ＤＮ（Ｎは正常な受信状態なら１０であり、受信状態によって増減する。）が得られる。
【００１８】
次に実際に得られた配列データ数と期待される特定数である１０との差分を取りその絶対値をＡとする（ステップｆ９）。次にＡの値を所定値、例えば５と比較する（ステップｆ１０）。ここで、これより以上の場合は、得られた配列データ数が期待される特定数とかけ離れているとして受信状態が不良と判定してステップｆ２以下の動作を繰り返す。なお、この繰り返しは例えば、２回を限度とする。ステップ１０においてＡの値が５より小さいと判定された場合は、配列データの再頻値をＤＭとする（ステップｆ１１、以降図５参照）。図３のグラフでは値が５０となる配列データの数をＤＭとする。次に値ＤＭを所定値、例えば３と比較する（ステップｆ１２）。ここで値ＤＭが３以下の場合は受信状態が不良と判定してステップｆ２以下の動作を繰り返す。ここでＤＭの値が３より大きい場合は、値ＤＭとなる配列データ値（図３のグラフでは５０）を中心に＋−０．１秒の特定範囲内にある配列データの数を値ＤＭＳとする（ステップｆ１３）。次に値ＤＭＳを所定値、例えば５と比較する（ステップｆ１４）。ここで値ＤＭＳが５以下の場合は受信状態が不良と判定してステップｆ２以下の動作を繰り返す。ここで値ＤＭＳが５より大きい場合は、暫定的に最頻値を示す配列データの値を第１受信手段３から得られた１秒タイミングとする（ステップｆ１５）。すなわち、この値が時刻修正時の秒同期タイミングとして用いられる。次に値ＤＭ、値ＤＭＳ及び値Ａを用いた特定式、Ｘ１＝３×ＤＭ＋ＤＭＳ−Ａ、により、値Ｘ１を得る（ステップｆ１６）。次に第２受信手段４についても同様の処理を行う。まず、第２受信手段４からのデジタル信号を出力するように選択回路５を切り換えせしめ（ステップｆ１７、以降図６、７参照）、以降、ステップｆ２〜ｆ１６にそれぞれ対応するステップｆ１８〜ｆ３２の動作を行い、特定式Ｘ２＝３×ＤＭ＋ＤＭＳ−Ａによって値Ｘ２を得る。次に値Ｘ１、Ｘ２を比較し、値Ｘ１が大きければ、第１受信手段３の受信状態が良好であるとして第１受信手段３からのデジタル信号を出力するように選択回路５を切り換えせしめ、値Ｘ２が大きければ、第２受信手段４の受信状態が良好であるとして第２受信手段４からのデジタル信号を出力するように選択回路５を切り換えせしめる（ステップｆ３３）。
【００１９】
以上のように選択された受信手段からのデジタル信号は復号手段７によって時刻データに復号され、時計回路８は、復号手段７によって復号された時刻データに基づき現在の計時時刻を修正する。本例によれば、受信電波は受信手段によってデジタル信号に復調された後、判定手段６において最適な受信状態の元で得られたデジタル信号選択が行われる。
【００２０】
本例は、復号手段７を単一にして実際の復号処理プロセスを実施する前に、短時間での判断処理を行っている。この判定処理プロセスは、標準電波のコード（復調波、すなわち、デジタル信号）のパルスの立ち上がりが常に１秒間隔であることを利用して、短時間で行える。また、この処理プロセスは、時計回路を基準にしてデジタル信号の立ち上がりの回数と分散をもとに標準電波としての確からしさを判定材料としているので、ノイズ等に極めて強く常に最良の受信状態にある受信手段の選択が行える。すなわち、受信電波よりも強いノイズ電波があっても、標準電波でないことを短時間で認識して確実な受信を可能にすることが可能となる。短時間かつ高精度の空間ダイバーシチが可能となる。また、単一の復号手段７を用いるため、従来の空間ダイバーシチ方式のものより、装置全体の規模を縮小し、消費電流の小さい電波修正時計を実現することが可能となる。ひいてはコスト低減が可能となる。
【００２１】
また、本例ではアンテナとしてバーアンテナを用いるものであるが、本発明はこれに限るものではなく各種の指向性をもつアンテナにも有効である。
【００２２】
また、本例では、判定手段６を復号手段７と別構成として述べたが、同一チップにおいて復号処理のプロセスの一部としても良い。
【００２３】
また、判定手段７の動作はソフトウェア処理に限らず、ハードウェアによって実行されるものとしても良い。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、受信電波をデジタル信号化した後に、判定手段によって元のパルスの立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジの内何れか一定周期である側のエッジに対応する上記デジタル信号のエッジの周期特性に応じて上記デジタル信号の良否を判定するため、ノイズの影響少なく最良の受信状態の受信手段が特定でき、高精度の空間ダイバーシチが実現できる。これにより、確実かつ電波状況が悪い場合でも短時間での時刻情報の取得を可能にする。また、復号手段は一つで済み、装置全体の規模を縮小し、消費電流の小さい電波修正時計を実現することが可能となる。ひいてはコスト低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の電波修正時計装置の構成を示す説明図。
【図２】標準電波及びその復調信号であるデジタル信号を示す説明図。
【図３】デジタル信号のパルスの立ち上がりの周期特性を表すグラフを示す説明図
【図４】図１の電波修正時計装置の動作説明のためのフローチャート。
【図５】図１の電波修正時計装置の動作説明のためのフローチャート。
【図６】図１の電波修正時計装置の動作説明のためのフローチャート。
【図７】図１の電波修正時計装置の動作説明のためのフローチャート。
【図８】従来の電波修正時計装置の構成を示す説明図。
【図９】従来の電波修正時計装置の構成を示す説明図。
【図１０】従来の電波修正時計装置の構成を示す説明図。
【符号の説明】
１、２      アンテナ
３、４      第１、第２受信手段（受信手段）
５          切換手段
６          判定手段
７          復号手段
８          時計回路
【図１】
0004212073.tif 000002
【図２】
0004212073.tif 000003
【図３】
0004212073.tif 000004
【図４】
0004212073.tif 000005
【図５】
0004212073.tif 000006
【図６】
0004212073.tif 000007
【図７】
0004212073.tif 000008
【図８】
0004212073.tif 000009
【図９】
0004212073.tif 000010
【図１０】
0004212073.tif 000011