JP5810978B2 - 時刻情報取得装置、及び、電波時計 - Google Patents

Description

この発明は、時刻情報取得装置及び電波時計に関する。

従来、時刻情報を含む標準電波を受信することで正確な時刻情報を取得し、取得された時刻情報により内蔵時計が計数する時刻データや表示時刻を修正する電子時計（電波時計）がある。これらの電子時計では、毎日所定の時刻に、或いは、ユーザの操作による命令に基づいて標準電波を受信し、時刻情報を取得している。

標準電波は、時刻情報を示すタイムコードを振幅変調して送信する長波帯の放送電波である。この標準電波で用いられるタイムコード信号は、予め定められた複数種類の符号データが毎秒１個ずつ配列された６０秒周期の信号である。タイムコード信号では、各符号を表す信号が各秒に同期して送信されることで秒の先頭のタイミング（秒同期点）が示されると共に、所定のフォーマットに従って配列された符号列により、日付、時分、及び、夏時間の実施有無などの付加情報がそれぞれ示されている。

タイムコードを構成する各符号は、一秒の長さを有し、各々、ハイレベル信号と、ローレベル信号または無信号期間とを所定のタイミング及び割合で組み合わせた矩形波信号として出力されている。各符号を示す矩形波信号は、何れも、その始点と終点とで信号レベルが異なり、また、この信号レベルが途中で切り替わるタイミングにより何れの符号であるかが表されている。即ち、何れかの符号を表す信号が送信されると、各秒の先頭で信号レベルが変化する。

標準電波としては、日本のＪＪＹ、米国のＷＷＶＢ、英国のＭＳＦ、及び、独国のＤＣＦ７７などがある。長波帯の電波は、比較的長距離に亘って伝播するので、各国内のみならず、近隣諸国も含めた広い範囲に亘って標準電波の受信が可能である。しかしながら、広い範囲で発生したノイズもこの標準電波に重畳されて伝わるので、標準電波からタイムコードを正確に判別するのは、しばしば容易ではない。そこで、従来、受信感度の向上に係る技術や、ノイズの混じった信号から的確に時刻情報を取得するための種々の技術が提案されている。

例えば、従来、復調されたタイムコード信号を１秒単位で区切って複数重ね合わせることでＳ／Ｎ比を改善し、各秒の先頭を同定する（秒同期検出）する技術がある。同様に、数分程度の標準電波受信期間では変化の無い日付データや時間データなども単純な重ね合わせでＳ／Ｎ比を改善することが出来る。また、分データの一桁データは、１０分で一周するので、１０分ごとに重ね合わせることでより確実に同定される（特許文献１）。また、理想的な各符号の信号波形と入力信号波形とのマッチングを取ることで、信号レベルの変化点が明瞭に検出されない場合であっても、一番尤もらしい符号データを判別する技術がある（特許文献２）。

特開２００５−２４９６３２号公報 特開２００６−７１３１８号公報

しかしながら、従来の時刻情報取得装置では、長波帯の振幅変調波を復調する際に用いられるフィルタの特性などにより、送信されたタイムコードにおける矩形波の波形が厳密に復元される訳ではない。従って、時刻情報取得装置ごとに信号レベルの立ち上がりや立下りの検出に微妙なタイムラグが生じたり、更には、信号レベルの立ち上がりと立下りとでは、タイムラグの特性が異なったりすることで、タイムコードの判別、即ち、時刻情報の取得に悪影響を及ぼすという課題がある。

この発明の目的は、受信された標準電波からより確実に時刻情報を取得することが可能な時刻情報取得装置及び電波時計を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、
時刻情報を含む電波を受信する受信手段と、
受信された前記電波から、予め定められた複数個のタイムコードの配列により時刻情報を示すタイムコード信号を復調する復調手段と、
復調された前記タイムコード信号に基づく前記タイムコード一個分の単位長データを重畳していくことによって、前記タイムコード信号を構成するタイムコードに係る信号レベル変化点を同定する変化点同定手段と、
復調された前記タイムコード信号に含まれる前記複数個のタイムコードの各々について、前記変化点同定手段により同定された複数の前記信号レベル変化点の間の信号レベルに基づき、当該タイムコードの種別を判別する符号判別手段と、
種別が判別された前記タイムコードの配列を解読して時刻情報を取得する時刻情報取得手段と
を備えることを特徴とする時刻情報取得装置である。

本発明に従うと、標準電波を用いた時刻情報取得装置において、より確実に時刻情報を取得することが可能になるという効果がある。

本発明の実施形態の電波時計の内部構成を示すブロック図である。 電波受信部の構成を示すブロック図である。 波形整形回路におけるデータの二値化について説明する図である。 標準電波の各符号を表す信号波形を説明する図である。 信号波形における振幅変化点の検出について説明する図である。 第１実施形態の時刻情報取得処理の制御手順を示すフローチャートである。 第２実施形態の時刻情報取得処理の制御手順を示すフローチャートである。 第２実施形態の時刻情報取得処理の具体例を説明する図である。 第３実施形態の時刻情報取得処理の制御手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の時刻情報取得装置を備えた第１実施形態の電波時計のブロック図である。

この第１実施形態の電波時計１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１（変化点同定手段、秒同期点同定手段、変化点位置同定手段、符号判別手段、時刻情報取得手段）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１３と、電源部１４と、操作部１５と、表示部１６（表示手段）と、表示部１６を駆動するドライバ１７と、発振回路１８と、分周回路１９と、計時回路２０（計時手段）と、電波の受信アンテナ２１と、電波受信部２２などを備えている。

ＣＰＵ１１は、種々の演算処理を行い、電波時計１の全体動作を統括制御する。ＲＯＭ１２には、電波時計１の制御プログラムや種々のアプリケーション動作に係る実行プログラムが格納されており、これらのプログラムは、ＣＰＵ１１により必要に応じて読み出され、ＲＡＭ１３に展開されて実行される。ＲＡＭ１３は、ＣＰＵ１１の作業用メモリ空間を提供し、一時データなどを記憶する。

電源部１４は、ＣＰＵ１１や電波受信部２２などの各部に電力を供給する。この電源部１４は、例えば、太陽電池と二次電池とを組み合わせたものである。操作部１５は、ユーザの操作を受け付けて電気信号に変換し、ＣＰＵ１１へ出力する。この操作部１５は、例えば、ボタンやリューズを含む。

表示部１６は、例えば、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）による表示画面である。ＣＰＵ１１からドライバ１７に表示内容に係る制御信号が送られると、ドライバ１７は、表示部１６に駆動信号を出力し、表示部１６には、時刻情報や種々の機能に係る表示、及び、メニュー表示が行われる。

発振回路１８は、所定の周波数の信号を生成して出力する。分周回路１９は、発振回路１８から入力された周波数信号をＣＰＵ１１や計時回路２０が利用する種々の周波数信号に変換して出力する。計時回路２０は、分周回路１９から入力された周波数信号を計数することで現在時刻データを保持する。この現在時刻データは、ＣＰＵ１１からの命令により書き換え修正される。

受信アンテナ２１は、長波帯の電波を受信するアンテナであり、バーアンテナなどである。電波受信部２２は、受信アンテナ２１を用いて受信される長波帯の電波を所望の標準電波周波数に同調させ、受信された電波からタイムコード信号を復調すると共に、二値データに変換し、デジタルサンプリングを行って出力する。

図２は、電波受信部２２の内部構成を示すブロック図である。

電波受信部２２は、ＲＦアンプ２２１と、ミキサ２２２と、ＯＳＣ（局部周波数発振器）２２３と、ＢＰＦ（狭帯域フィルタ）２２４と、ＩＦアンプ２２５と、検波回路２２６と、ＡＧＣ（自動利得制御）回路２２７と、波形整形回路２２８と、ＡＤＣ（アナログデジタル変換器）２２９（データ取得手段）と、を備えている。
ＲＦアンプ２２１と、ミキサ２２２と、ＯＳＣ（局部周波数発振器）２２３と、ＢＰＦ（狭帯域フィルタ）２２４と、ＩＦアンプ２２５と、受信アンテナ２１とにより受信手段が構成される。
また、検波回路２２６と、波形整形回路２２８とにより復調手段が構成される。

ＲＦアンプ２２１は、受信アンテナ２１から入力された搬送波周波数の電波信号を増幅する。このＲＦアンプ２２１には、高利得な低ノイズアンプ（ＬＮＡ）が用いられる。ミキサ２２２は、ＲＦアンプ２２１で増幅された電波信号と、ＯＳＣ２２３から出力されたローカル周波数信号とを混合して中間周波数信号に変換する。

ＢＰＦ２２４は、ミキサ２２２から出力された中間周波数信号からタイムコード信号が含まれる所望の周波数範囲の信号を抽出して出力する。ＩＦアンプ２２５は、ＢＰＦ２２４から出力される中間周波数帯の信号を増幅する。そして、検波回路２２６は、中間周波数帯の信号からタイムコード信号を復調する。

ＡＧＣ回路２２７は、検波回路２２６で復調されたタイムコード信号に基づいてＲＦアンプ２２１及びＩＦアンプ２２５の受信利得を調整する。波形整形回路２２８は、復調されたタイムコード信号を予め定められた閾値電圧レベルに基づいてハイレベル信号とローレベル信号の何れかに二値化する。この波形整形回路２２８は、例えばコンパレータを含む。ＡＤＣ２２９で二値化されたアナログ電圧信号を所定のサンプリング周波数でデジタルデータに変換して、ＣＰＵ１１に出力する。

ここで、この電波受信部２２から出力されるタイムコード信号には、送信局から出力されたタイムコード信号に対して若干のズレが生ずる。ＢＰＦ２２４では、カットされた高周波数成分により、信号の立ち上がりや立下りの変化に遅延が生じる。また、ＡＧＣ回路２２７からＲＦアンプ２２１やＩＦアンプ２２５に信号がフィードバックされることで、信号波形に歪みが生じる。これらの原因により復調時に変形した電圧波形が波形整形回路２２８において所定の基準で二値化され、更に、ＡＤＣ２２９において所定のサンプリング周波数で離散データとされることで、タイムコード信号において本来予め設定されている信号変化のタイミング（信号レベル変化点）と異なるタイミングで信号の変化が検出される場合が生じる。

図３は、波形整形回路２２８に入力されるタイムコード信号の波形と、二値化のための閾値電圧レベルとを説明する図である。

図３（ａ）には、標準電波送信局から送信されたタイムコード信号の各電圧波形を実線で示す。図３において、期間Ｃ１の波形は、ＪＪＹにおける「０」符号を表す信号波形である。この「０」符号では、ハイレベル信号が０．８秒間継続し、続いて、ローレベル信号が０．２秒間継続する。期間Ｃ２の波形は、ＪＪＹにおける「１」符号を表す信号波形である。この「１」符号では、ハイレベル信号とローレベル信号とが各々０．５秒間ずつ継続する。また、期間Ｃ３の波形は、ＪＪＹにおける「Ｐ」符号を表す信号波形である。この「Ｐ」符号では、ハイレベル信号が０．２秒間継続し、続いて、ローレベル信号が０．８秒間継続する。即ち、いずれの符号であっても、各秒の先頭（以後、秒同期点と記す）は、信号の立ち上がりによって検出される（タイミング（ｕ１）〜（ｕ４））。そして、この秒同期点から信号レベルの立下りまでの継続時間により、符号の種別が判別される。
ここで、ＷＷＶＢ、ＭＳＦ、ＤＣＦ７７では、ＤＣＦ７７において符号送信の無い毎分５９秒を除き、いずれも秒同期点で信号レベルが立ち下り、その後のローレベル期間の配置、長さによって何れかの符号が表されている。従って、秒同期点は、信号の立下りによって検出される。

図３（ｂ）、（ｃ）には、復調されたタイムコード信号の立ち上がり及び立下りに遅延が含まれた場合の波形の例を示す。ＢＰＦ２２４を透過することで信号の高周波数成分がカットされると、矩形波の立ち上がりが鈍る。このような変化パターンで復調された場合には、電波時計１の波形整形回路２２８ごとに定められた閾値電圧レベルの値や、入力レベルの変動などに伴い、立ち上がり時と立ち下り時とで正確なタイミングからの遅延量が異なる場合が生じる。図３（ｂ）の例では、閾値電圧レベルがハイレベル電圧側に偏って設定されていることで、立ち上がり遅延が立ち下がり遅延よりも大きくなっている。

また、図３（ｃ）の例では、閾値電圧レベルを可変としている。ここでは、ハイレベル側の電圧のピーク値及びローレベル側の電圧のピーク値をそれぞれ保持し、また、このピーク値を所定の割合で緩和する方向に変化させた場合の中間値が閾値電圧に設定されている。従って、同一レベルの信号が長く続いた後では、信号レベル変化の検出タイミング遅延が短くなり（即ち、タイミング（ｄ１）、（ｕ４））、同一レベルの信号が短い場合には、その後に検出される信号レベル変化の検出タイミング遅延が大きくなる（即ち、タイミング（ｕ２）、（ｄ３））。

次に、本実施形態の電波時計１による時刻情報の取得動作について説明する。

図４は、タイムコードの信号波形について説明する図である。また、図５は、本実施形態の電波時計１で実行されるタイムコードの判別手法について説明する図である。

図３（ａ）に示したように、例えば、ＪＪＹの標準電波で送られるタイムコードでは、信号レベルの立ち上がりのタイミングは、符号によらず秒同期点の位置を示す。また、この秒同期点から信号レベルの立下りタイミングまでの時間の長さで何れかの符号であるかが特定される。従って、図４に示すように、秒同期点を基準として各符号の信号レベルを重ね合わせると、秒同期点から第３変化点（本来では２００ｍｓ）までの区間、及び、第１変化点（本来では８００ｍｓ）以降の区間では、各符号が同一の信号レベルを示し、第３変化点から第１変化点までの区間では、符号ごとに異なる信号レベルを示す。そこで、本実施形態の電波時計１では、信号レベルの立下りそのものを検出する代わりに、区間ｐ２（第３変化点から本来では５００ｍｓの第２変化点まで）、及び、区間ｐ３（第２変化点から第１変化点まで）の両区間内で所定のサンプリング周波数で得られた複数のサンプリングデータの信号レベルを加算し、各区間における信号レベルの加算値に基づき、当該区間の信号レベルがそれぞれ何れのレベルであるのがより尤もらしいかを判別する。そして、判別された両区間ｐ２、ｐ３の信号レベルの組み合わせによって符号を同定する。即ち、区間ｐ２、ｐ３が何れもハイレベルであれば、「０」符号であると同定され、区間ｐ２がハイレベル、区間ｐ３がローレベルであれば、「１」符号であると同定され、また、区間ｐ２、ｐ３が何れもローレベルであれば、「Ｐ」符号であると同定される。

このとき、本実施形態の電波時計１では、電波時計１ごとに固有に生じる信号レベル変化の遅延の影響を考慮して、区間ｐ２、ｐ３の両端となる第１変化点（ｄ１）、第２変化点（ｄ２）、及び、第３変化点（ｄ３）を２００ｍｓ、５００ｍｓ、８００ｍｓに固定せずに、各々検出して決定する。

これら第１変化点〜第３変化点の検出は、以下の手順で行われる。先ず、ＡＤＣ２２９において、入力されたアナログ二値データは、ハイレベルの場合には「１」、ローレベルの場合には「０」として、所定のサンプリング周波数ｆでデジタル値として取得されてＣＰＵ１１に出力される。次いで、ＣＰＵ１１において、前回取得されたデジタル値と今回取得されたデジタル値との差を算出してその差分を求める、即ち、二回のデジタル値の間に変化が無ければ０、変化があった場合には、±１の何れかの値が求められる。そして、求められたこの差分値を配列数ｆのメモリ配列に１秒周期で順番に加算していく。すると、図５に示すように、ＪＪＹの場合には、大きな正のピークが１つ現れる。そこで、この最も大きい正のピークの位置を秒同期点として決定する。次いで、秒同期点から２００ｍｓの前後所定の範囲（例えば、±１００ｍｓ）の区間ｑ３、秒同期点から５００ｍｓの前後所定の範囲の区間ｑ２、及び、秒同期点から８００ｍｓの前後所定の範囲の区間ｑ１について、それぞれ負のピークの位置を検出する。そして、区間ｑ１で検出された負のピークの位置を第１変化点（ｄ１）として同定し、区間ｑ２で検出された負のピークの位置を第２変化点（ｄ２）として同定し、また、区間ｑ３で検出された負のピークの位置を第３変化点（ｄ３）として同定する。これらの同定された第１変化点〜第３変化点の位置は、図５の例では、第１変化点及び第２変化点が秒同期点からそれぞれ８００ｍｓ、５００ｍｓの位置より前に同定され、第３変化点が秒同期点から２００ｍｓの位置よりも後ろに同定されている。

図６は、第１実施形態の電波時計１において、ＣＰＵ１１が実行する時刻情報取得処理の制御手順を示すフローチャートである。

時刻情報取得処理を開始すると、ＣＰＵ１１は、先ず、初期設定を行う（ステップＳ１１）。具体的には、ＣＰＵ１１は、ＲＡＭ１３に記憶させるカウント数ｉ及び変数ｊを０とすると共に、サンプリング周波数ｆと等しい配列数ｆのメモリ配列ｍ（０）〜ｍ（ｆ−１）をＲＡＭ１３に割り当て、当該ｆ個のメモリにそれぞれ初期値０を設定する。次に、ＣＰＵ１１は、現在の表示時刻に係る都市設定や地方情報を取得して、受信対象とする標準電波を設定する（ステップＳ１２）。それから、ＣＰＵ１１は、電波受信部２２を動作させて標準電波の受信を開始する（ステップＳ１３）。

ＣＰＵ１１は、ＡＤＣ２２９からサンプリング周波数ｆでデジタル二値化データが入力されるごとに直近の２データをＲＡＭ１３に記憶させる。そして、前回のデータがある場合には、即ち、２回目以降のデータ取得タイミングでは、前回入力データと今回入力データとの間で値に変化があったか否かを判別する（ステップＳ１４）。変化が無かったと判別された場合には、メモリ配列ｍにおける変数ｊ番目のメモリｍ（ｊ）に「０」を加算する（ステップＳ１５）。それから、ＣＰＵ１１の処理は、ステップＳ１９に移行する。

一方、変化があったと判別された場合には、次いで、ＣＰＵ１１は、値が０→１の変化であったか否かを判別する（ステップＳ１６）。０→１の変化であると判別された場合には、ＣＰＵ１１は、上記の順番のメモリｍ（ｊ）に「１」を加算する（ステップＳ１７）。それから、ＣＰＵ１１の処理は、ステップＳ１９に移行する。０→１の変化ではないと判別された場合、即ち、１→０の変化である場合には、ＣＰＵ１１は、上記の順番のメモリｍ（ｊ）に「−１」を加算する（ステップＳ１８）。それから、ＣＰＵ１１の処理は、ステップＳ１９に移行する。

ステップＳ１９の処理に移行すると、ＣＰＵ１１は、カウント数ｉに１を加算する。また、ＣＰＵ１１は、（ｉ−１）を配列数ｆで割った剰余の値を変数ｊに設定する。続いて、ＣＰＵ１１は、カウント数ｉが所定の値ｉｍ以上であるか否かを判別する（ステップＳ２０）。この所定の値ｉｍには、例えば、２０秒分のデータとして２０×ｆの値が予め設定される。そして、ステップＳ２０の判別処理で、カウント数ｉが所定の値ｉｍ未満であると判別された場合には、ＣＰＵ１１の処理は、ステップＳ１４の処理に戻り、ＡＤＣ２２９からの次の入力データを待ち受ける。カウント数ｉが所定の値ｉｍ以上であると判別された場合には、ＣＰＵ１１の処理は、ステップＳ２１に移行する。

ステップＳ２１の処理では、ＣＰＵ１１は、得られたメモリ配列ｍにおけるｆ個の加算データの中から秒同期点に対応する所定のピーク値を選択することで、秒同期点のタイミングを同定する。ＣＰＵ１１は、ＪＪＹの受信時には、二値データの立ち上がりのタイミング、即ち、メモリ配列ｍ（０）〜ｍ（ｆ−１）に記憶された各値のうち、最大値をとるものを選択し、このタイミングを秒同期点として同定する。一方、ＣＰＵ１１は、ＷＷＶＢ、ＭＳＦ、又は、ＤＣＦ７７の受信時には、二値データの立下りのタイミング、即ち、メモリ配列ｍ（０）〜ｍ（ｆ−１）に記憶された各値のうち、最小値のものを選択し、このタイミングを秒同期点として同定する。なお、ＭＳＦの符号には、秒の先頭時に加えて中途に立下りがある信号波形のものが存在するが、秒の先頭では毎秒立ち下がるのに対し、中途で下る符号の出現数は、全体の一部であるので、秒同期点でのメモリ値の方が小さい値となる。

次に、ＣＰＵ１１は、同定された秒同期点のタイミングに基づき、受信対象の標準電波ごとに信号レベルの変化するタイミングが各々１つずつ含まれる予め定められた時間範囲を設定し、それぞれの期間において信号レベルが最も変化するタイミングを検出する（ステップＳ２２）。即ち、ＣＰＵ１１は、ＪＪＹを受信している場合には、秒同期点から８００ｍｓ、５００ｍｓ、２００ｍｓの前後に予め定められた区間ｑ１、ｑ２、ｑ３を重複無く設定し、各区間内のメモリデータのうち、最小値のものを選択することで信号レベルの立下りタイミングを検出する。そして、各区間で信号レベルが立ち下がるタイミングが検出されると、ＣＰＵ１１は、秒同期点から各立下りのタイミングまでの時間間隔を算出して、第１変化点（ｄ１）〜第３変化点（ｄ３）のタイミングを同定し、また、区間ｐ２、ｐ３を設定する（ステップＳ２３）。

ＣＰＵ１１は、タイムコードの各符号を判別する処理を行う（ステップＳ２４）。この処理では、ＣＰＵ１１は、各秒のデータ毎に同定された複数の隣接する変化点間の二値デジタルデータをそれぞれ積算していく。そして、ＣＰＵ１１は、得られた積算値の合計値又は平均値に基づいて、所定の閾値（例えば、平均値が０．５）以上であれば、当該区間では信号レベルがＨレベルであると判別し、所定の閾値未満であれば、当該区間では信号レベルがＬレベルであると判別する。それから、ＣＰＵ１１は、当該区間の信号レベルに基づいて符号を同定する。即ち、ＣＰＵ１１は、ＪＪＹを受信している場合には、区間ｐ２、ｐ３のそれぞれについて、メモリ配列ｍに記憶されている当該区間内の加算値データをそれぞれ合算することで、これらの区間における信号レベルを各々判定し、判定された信号レベルの組み合わせによって符号を同定する。

ＣＰＵ１１は、１分間分の符号配列が取得されると、或いは、必要な情報（例えば、毎分０秒の位置情報）が取得された時点からステップＳ２４の処理と並列に、得られた符号配列を受信対象の標準電波ごとに定められている所定のフォーマットに基づいて復号（解読）してゆき、必要な時刻情報を取得する（ステップＳ２５）。そして、時刻情報が取得されると、ＣＰＵ１１は、当該時刻情報に基づいて計時回路２０の時刻データ、及び、表示部１６に時刻を表示させている場合には、この表示時刻を修正すると共に、電波受信部２２の動作を終了させ、最後に、時刻情報取得処理を終了する。

以上のように、第１実施形態の電波時計１は、標準電波を受信する受信アンテナ２１、ＲＦアンプ２２１、ミキサ２２２及びＯＳＣ２２３と、受信された標準電波からタイムコード信号を復調する検波回路２２６とを備える。そして、電波時計１のＣＰＵ１１は、タイムコード信号に含まれるタイムコード一周期分のデータを重畳していくことで、タイムコードに係る信号レベル変化点、即ち、ＪＪＹの場合には、秒同期点、第１変化点ｄ１、第２変化点ｄ２、及び、第３変化点ｄ３のタイミングを同定し、また、同定された複数の変化点間、即ち、第１変化点ｄ１及び第２変化点ｄ２の間の区間ｐ３と、第２変化点ｄ２及び第３変化点ｄ３の間の区間ｐ２との信号レベルをそれぞれ判定することで、タイムコードの種別を判定し、判定されたタイムコードの配列から時刻情報を取得する。このように、タイムコードの種別判定に用いる区間ｐ２、ｐ３を秒同期点からの本来の固定時間に基づいて定めずに、実際に復調データから同定されたタイミングを用いて定めることで、電波受信部２２の特性により固有の遅延を考慮した区間内で、区間両端部の設定ずれに伴うＳ／Ｎ比の悪化を防ぎつつ、より確実にタイムコードの種別判定が出来る。

また、信号レベル変化点の同定の際には、先ず、秒同期点の同定を行い、その後、他の信号レベル変化点（ｄ１〜ｄ３）を同定する。このように、全ての信号で同期して信号レベルが変化する秒同期点を先に同定することで、複数の他の信号レベル変化点をより容易にノイズ等から判別しやすくなる。

また、特に、他の信号レベル変化点を同定する際には、先に同定された秒同期点を基準として他の信号レベル変化点が存在するはずの時間範囲（区間ｐ２、ｐ３）を各々重複無く予め設定し、各時間範囲内で各々１つずつ信号レベル変化点（第１変化点ｄ１〜第３変化点ｄ３）の検出、同定を行うので、よりノイズの混入の影響を排除しやすくなる。

また、信号レベルそのものではなく、信号レベルの差分値を用いて信号レベル変化点の検索を行うことで、より容易に信号レベルの変化点を直接検出することが出来る。

また、検波回路２２６から出力されたタイムコード信号を更に波形整形回路２２８で二値化して出力することで、余分な情報処理を減らすことが出来ると共に、オフセット電圧などに伴う各データの不要な重み付けを排除してタイムコードの判別を行うことが出来る。

また、復調されたアナログのタイムコード信号をＡＤＣ２２９により所定のサンプリング周波数でサンプリングし、データ取得するので、複数のデータの積算や最大値、最小値の判別といったデータ処理がより容易に行われる。また、波形整形回路２２８からの入力に基づき二値化データを用いてデータ処理を行うので、限られたメモリ量でも容易に符号の判別処理を行うことが出来る。

また、電波時計１において、上記のように標準電波における各タイムコードの判別を行うことで、受信環境が必ずしも良くない屋内などに置かれた場合でも、より確実に時刻情報を取得することが出来る。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る電波時計１について説明する。
この第２実施形態の電波時計の構成は、第１実施形態の電波時計１の構成と同一であるので、説明を省略する。

図７は、第２実施形態の電波時計１において、ＣＰＵ１１が実行する時刻情報取得処理の制御手順を示すフローチャートである。

第２実施形態の電波時計１における時刻情報取得処理は、第１実施形態の電波時計１における時刻情報取得処理のステップＳ２２、Ｓ２３の処理がステップＳ２２ｂ、Ｓ２３ｂの処理にそれぞれ置き換えられた点を除き、第１実施形態の電波時計１における時刻情報取得処理と同一であり、同一の符号を付して説明を省略する。

この第２実施形態の電波時計１における時刻情報取得処理では、ＣＰＵ１１は、ステップＳ２１の処理において秒同期点を同定すると、次に、受信中の標準電波において信号レベルの変化点に対応する本来のタイミング（基準位置）をそれぞれ１つずつ含むように設定された所定の範囲のデータを各基準位置について重ね合わせて合算し、振幅変化点に対応するピーク位置を同定する（ステップＳ２２ｂ）。それから、ＣＰＵ１１は、この同定されたピーク位置の基準位置からのずれを算出し、信号レベルの各変化点に対応するタイミングを求められたずれの大きさでそれぞれ一律に補正することで、信号レベルの変化点を決定する（ステップＳ２３ｂ）。

図８は、第２実施形態の時刻情報取得処理の具体例を説明する図である。
ＣＰＵ１１は、ＪＪＹを受信中の場合に、秒同期点の同定後、秒同期点から２００ｍｓ、５００ｍｓ、８００ｍｓのタイミングを基準位置として含む区間ｑ３、ｑ２、ｑ１のデータを抽出し、区間ｑ３のデータに対し、区間ｑ２のデータのタイミングを３００ｍｓずらした（減算）ものと、区間ｑ１のデータのタイミングを６００ｍｓずらした（減算）ものとを合算する。そして、ＣＰＵ１１は、この合算データにおける最小値を選択し、この最小値が現れる位置（ｄ３ａ）が基準位置からどれだけずれているかを算出して基準位置である２００ｍｓ、５００ｍｓ、８００ｍｓにこのズレの大きさを一律に加算することで、３箇所の振幅変化点の位置を決定する。即ち、図８の例では、第１変化点ｄ１、第２変化点ｄ２、及び、第３変化点ｄ３は、位置ｄ３ａと基準位置とのずれの分だけ基準位置８００ｍｓ、５００ｍｓ、２００ｍｓよりも一律に前に設定される。

そして、ＣＰＵ１１は、これらの決定された振幅変化点の位置を用いて毎秒受信された符号を判定し、符号配列に基づいて時刻情報を取得する。

このように、第２実施形態の電波時計１によれば、例えば、ＪＪＹの場合のように３つのピークを全て検出する必要が無いので、出現数が少ない変化点（ｄ３）を検出するのに必要な時間に亘ってピーク検出データを取得する必要が無く、時間を短縮することが出来る。

また、特に、図３（ｂ）に示したように、立ち上がり時と立下り時とで異なる遅延が一律に現れると想定される場合には、正確な遅延量を見積もることで、よりＳ／Ｎ比の良いデータから符号の同定を行うことが出来る。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る電波時計１について説明する。
この第３実施形態の電波時計１の構成は、第１実施形態の電波時計１の構成と同一であるので、説明を省略する。

図９は、第３実施形態の電波時計１のＣＰＵ１１が実行する時刻情報取得処理の制御手順を示すフローチャートである。

この第３実施形態の電波時計１における時刻情報取得処理は、第２実施形態の電波時計１における時刻情報取得処理の最後にステップＳ２６が追加された点を除いて第２実施形態の電波時計１における時刻情報取得処理と同一であり、同一の符号を付して説明を省略する。

第３実施形態の電波時計１における時刻情報取得処理では、ステップＳ２５の処理においてＣＰＵ１１が時刻情報を取得した後に、ＣＰＵ１１は、秒同期点の位置を補正する処理を行ってから（ステップＳ２６）、時刻情報取得処理を終了する。

例えば、図３（ｂ）に示したように、立ち上がり時の遅延と立下り時の遅延では、形状が異なるので、例えば、電波時計１において閾値電圧レベルがハイレベル電圧側に偏って設定されている場合には、立ち上がりの遅延、即ち、ＪＪＹの秒同期点における検出タイミングの遅延は、立下りの遅延、即ち、ＪＪＹの第１変化点〜第３変化点における検出タイミングの遅延に比べて大きくなる。そこで、時刻データの秒タイミングを修正する際に、ステップＳ２２ｂで同定された基準位置のずれ分を同定されている秒同期点のタイミングから差し引くことで秒同期点の遅延量を減少させ、より正確な時刻に修正することが出来る。具体的には、図８の例において、変化点（ｄ３ａ）が同定された場合には、実際の秒同期点タイミングは、この変化点（ｄ３ａ）の２００ｍｓ前のタイミング（ｅ３）であるとして時刻の修正がなされる。

同様に、図３（ｃ）で示したように、「０」符号を示す信号波形における立ち下がりタイミングの遅延量は、他の立下りタイミングと比較して小さくなり、一方、「０」符号の次に現れる符号の信号波形における立ち上がりタイミングの遅延量は、他の立ち上がりタイミングと比較して大きくなる。ＪＪＹでは、「０」符号の出現率が「１」符号及び「Ｐ」符号の出現率よりも大きいので、立ち上がり変化のピーク値をとるタイミングの遅延量は、立下り変化のピーク値をとるタイミングの遅延量よりも大きくなる。従って、時刻データの秒タイミングを修正する際に、ステップＳ２２ｂで同定された基準位置のずれ分を同定されている秒同期点のタイミングから差し引くことで、秒同期点の遅延量を減少させ、より正確な時刻に修正することが出来る。

以上のように、第３実施形態の電波時計１によれば、タイムコード信号の立ち上がり及び立下りのばらつきを考慮することで各符号の判定の確実性を高めるだけではなく、最終的に取得される時刻データの秒タイミングの補正にも用いることで、より正確な時刻データを取得することが出来る。

なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。
例えば、上記実施の形態では、秒同期点を先に検出してからこの秒同期点からの相対時間に基づいて設定された期間内で他の信号レベル変化点を同定したが、先に所定の基準値以上の信号レベル変化点を検出した後、受信中のタイムコード信号に基づいて正しい信号レベル変化点を選択してタイミングを同定することとしても良い。

また、上記実施の形態では、隣接するデジタルサンプリングデータの差分値を積算して信号レベルの変化点を検出したが、サンプリングデータ自体を積算した後、積算値の差分値を求めることとしてもよい。また、波形整形回路２２８及びＡＤＣ２２９で二値データとして処理を行ったが、複数ステップの多値データとして入力し、特に、ノイズとの判別が微妙な信号強度のデータを軽く扱う重み付けを行うようにしてもよい。

また、前回と今回のサンプリングデータの差分値を計算して、前回のデータ取得タイミングに基づいて信号レベルの変化点を同定したが、アナログ電圧として時間変化率の値に変換してからデジタルサンプリングを行っても良い。また、信号レベルの変化点を、２回のサンプリングタイミングの真ん中として設定し、秒同期点や第１変化点〜第３変化点を設定することとしても良い。

また、上記第３実施形態では、第２実施形態の電波時計１により求められた遅延量に基づいて秒同期点タイミングの補正を行ったが、図３（ｃ）に示したような閾値電圧設定の場合には、第１実施形態の電波時計１により求められた遅延量のうち、最も小さいと考えられるもの、即ち、ＪＪＹの場合には、第１変化点（ｄ１）と秒同期点との時間差に基づいて秒同期点タイミングの補正を行うこととしても良いし、他の閾値電圧設定の場合にも、適宜最適な補正値が選択される。
その他、上記実施の形態で示した具体的な構成、数値、手順などの細部は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。

［付記］
＜請求項１＞
時刻情報を含む電波を受信する受信手段と、
受信された前記電波から、予め定められた複数個のタイムコードの配列により時刻情報を示すタイムコード信号を復調する復調手段と、
復調された前記タイムコード信号に基づく前記タイムコード一個分の単位長データを重畳していくことによって、前記タイムコード信号を構成するタイムコードに係る信号レベル変化点を同定する変化点同定手段と、
復調された前記タイムコード信号に含まれる前記複数個のタイムコードの各々について、前記変化点同定手段により同定された複数の前記信号レベル変化点の間の信号レベルに基づき、当該タイムコードの種別を判別する符号判別手段と、
種別が判別された前記タイムコードの配列を解読して時刻情報を取得する時刻情報取得手段と
を備えることを特徴とする時刻情報取得装置。
＜請求項２＞
前記変化点同定手段は、
前記信号レベル変化点のうち、各秒の先頭のタイミングを示す秒同期点を同定する秒同期点同定手段と、
同定された前記秒同期点に対する他の前記信号レベル変化点の相対位置をそれぞれ同定する変化点位置同定手段と
を備えることを特徴とする請求項１記載の時刻情報取得装置。
＜請求項３＞
前記変化点位置同定手段は、同定された前記秒同期点に対し、復調された前記タイムコード信号における前記他の信号レベル変化点を各々一つずつ含むように予め設定された所定の期間内で、当該他の信号レベル変化点を各々同定する
ことを特徴とする請求項２記載の時刻情報取得装置。
＜請求項４＞
前記タイムコード信号に基づくデータは、前記タイムコード信号の信号レベルの時間変化率を示すデータであることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の時刻情報取得装置。
＜請求項５＞
前記復調手段は、前記タイムコード信号を所定の閾値レベルに基づいて二レベルの矩形波信号に整形して出力することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の時刻情報取得装置。
＜請求項６＞
復調された前記タイムコード信号から所定のサンプリング周波数でサンプリングデータの取得を行うデータ取得手段を備え、
前記変化点同定手段は、当該データ取得手段により取得された前記サンプリングデータを用いて前記信号レベル変化点を同定し、
前記符号判別手段は、同定された当該信号レベル変化点の間の前記サンプリングデータに基づいて前記タイムコードの種別を判別する
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の時刻情報取得装置。
＜請求項７＞
前記変化点位置同定手段は、復調された前記タイムコード信号を構成する前記タイムコードにおいて前記秒同期点に対して予め定められている前記他の信号レベル変化点のタイミングをそれぞれ基準位置として、当該他の信号レベル変化点を各々１つずつ含む所定の範囲のデータを重ね合わせることで、検出された前記他の信号レベル変化点と前記基準位置とのずれを算出し、前記秒同期点から前記他の信号レベル変化点までの時間間隔を同定する
ことを特徴とする請求項２又は３記載の時刻情報取得装置。
＜請求項８＞
前記時刻情報取得手段は、前記変化点位置同定手段により求められた前記基準位置と前記他の信号レベル変化点とのずれの大きさに基づいて、取得された時刻情報における秒同期点のタイミングを補正する
ことを特徴とする請求項７記載の時刻情報取得装置。
＜請求項９＞
請求項１〜８の何れか一項に記載の時刻情報取得装置と、
現在時刻を計数する計時手段と、
前記計時手段の計数する現在時刻を表示する表示手段と
を備え、
前記計時手段が計数する現在時刻は、前記時刻情報取得手段により時刻情報が取得されると、当該時刻情報に基づいて更新される
ことを特徴とする電波時計。

１ 電波時計
１１ ＣＰＵ
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ 電源部
１５ 操作部
１６ 表示部
１７ ドライバ
１８ 発振回路
１９ 分周回路
２０ 計時回路
２１ 受信アンテナ
２２ 電波受信部
２２１ ＲＦアンプ
２２２ ミキサ
２２３ ＯＳＣ
２２４ ＢＰＦ
２２５ ＩＦアンプ
２２６ 検波回路
２２７ ＡＧＣ回路
２２８ 波形整形回路
２２９ ＡＤＣ

Claims (9)

1. 時刻情報を含む電波を受信する受信手段と、
   受信された前記電波から、予め定められた複数個のタイムコードの配列により時刻情報を示すタイムコード信号を復調する復調手段と、
   復調された前記タイムコード信号に基づく前記タイムコード一個分の単位長データを重畳していくことによって、前記タイムコード信号を構成するタイムコードに係る信号レベル変化点を同定する変化点同定手段と、
   復調された前記タイムコード信号に含まれる前記複数個のタイムコードの各々について、前記変化点同定手段により同定された複数の前記信号レベル変化点の間の信号レベルに基づき、当該タイムコードの種別を判別する符号判別手段と、
   種別が判別された前記タイムコードの配列を解読して時刻情報を取得する時刻情報取得手段と
   を備えることを特徴とする時刻情報取得装置。
2. 前記変化点同定手段は、
   前記信号レベル変化点のうち、各秒の先頭のタイミングを示す秒同期点を同定する秒同期点同定手段と、
   同定された前記秒同期点に対する他の前記信号レベル変化点の相対位置をそれぞれ同定する変化点位置同定手段と
   を備えることを特徴とする請求項１記載の時刻情報取得装置。
3. 前記変化点位置同定手段は、同定された前記秒同期点に対し、復調された前記タイムコード信号における前記他の信号レベル変化点を各々一つずつ含むように予め設定された所定の期間内で、当該他の信号レベル変化点を各々同定する
   ことを特徴とする請求項２記載の時刻情報取得装置。
4. 前記タイムコード信号に基づくデータは、前記タイムコード信号の信号レベルの時間変化率を示すデータであることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の時刻情報取得装置。
5. 前記復調手段は、前記タイムコード信号を所定の閾値レベルに基づいて二レベルの矩形波信号に整形して出力することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の時刻情報取得装置。
6. 復調された前記タイムコード信号から所定のサンプリング周波数でサンプリングデータの取得を行うデータ取得手段を備え、
   前記変化点同定手段は、当該データ取得手段により取得された前記サンプリングデータを用いて前記信号レベル変化点を同定し、
   前記符号判別手段は、同定された当該信号レベル変化点の間の前記サンプリングデータに基づいて前記タイムコードの種別を判別する
   ことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の時刻情報取得装置。
7. 前記変化点位置同定手段は、復調された前記タイムコード信号を構成する前記タイムコードにおいて前記秒同期点に対して予め定められている前記他の信号レベル変化点のタイミングをそれぞれ基準位置として、当該他の信号レベル変化点を各々１つずつ含む所定の範囲のデータを重ね合わせることで、検出された前記他の信号レベル変化点と前記基準位置とのずれを算出し、前記秒同期点から前記他の信号レベル変化点までの時間間隔を同定する
   ことを特徴とする請求項２又は３記載の時刻情報取得装置。
8. 前記時刻情報取得手段は、前記変化点位置同定手段により求められた前記基準位置と前記他の信号レベル変化点とのずれの大きさに基づいて、取得された時刻情報における秒同期点のタイミングを補正する
   ことを特徴とする請求項７記載の時刻情報取得装置。
9. 請求項１〜８の何れか一項に記載の時刻情報取得装置と、
   現在時刻を計数する計時手段と、
   前記計時手段の計数する現在時刻を表示する表示手段と
   を備え、
   前記計時手段が計数する現在時刻は、前記時刻情報取得手段により時刻情報が取得されると、当該時刻情報に基づいて更新される
   ことを特徴とする電波時計。

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