JP6052090B2

JP6052090B2 - 磁気測定システム

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Publication number: JP6052090B2
Application number: JP2013154115A
Authority: JP
Inventors: 剛弘上野
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2013-07-25
Filing date: 2013-07-25
Publication date: 2016-12-27
Anticipated expiration: 2033-07-25
Also published as: JP2015025692A

Description

本発明は、航行する船舶等、運動中の磁性体の磁気を測定する磁気測定システムに関する。

従来より、複数の３軸磁気センサにより計測された磁気波形データから、磁気信号の源すなわち磁気源である船舶等の磁性体の運動コースを推定する技術が種々考えられてきている（例えば、特許文献１を参照）。

ここで、前記特許文献１記載の技術は、２つの磁気センサにより信号が計測された場合に、これら２つの磁気センサにて計測された信号は同一の磁気源に起因するものであるということを前提としており、不特定多数の磁性体が存在するような環境では、２つの磁気センサにて計測された信号が同一の磁気源に起因するものであるか否かを判定する必要がある。しかし、複数の磁気センサにより計測された信号が同一の磁気源に起因するものであるか否かを判定するための技術はこれまで知られていなかった。

特開２００７−１６３４６９号公報

本発明は以上の点に着目し、２つの磁気センサを利用して運動中の磁性体の磁気を測定する磁気測定システムにおいて、複数の磁気センサにより計測された信号が同一の磁気源に起因するものであるか否かを判定する手段を提供することを目的とする。

以上の課題を解決すべく、本発明に係る磁気測定システムは、以下に述べるような構成を有する。すなわち本発明に係る磁気測定システムは、各々が３軸方向の感度を有し、異なる位置に配置され、磁性体が運動するときに発生する磁気を計測する第１及び第２の磁気センサと、これら第１及び第２の磁気センサで計測した３軸方向の磁気波形データを取り込む磁気波形データ取り込み手段と、前記第１の磁気センサが計測した信号及び第１の磁気センサと磁性体との鉛直方向の距離をパラメータとして磁性体のＸＹ位置を推定する第１のＸＹ位置推定手段と、前記第２の磁気センサが計測した信号及び第２の磁気センサと磁性体との鉛直方向の距離をパラメータとして磁性体のＸＹ位置を推定する第２のＸＹ位置推定手段と、前記第１及び第２のＸＹ位置推定手段が推定した磁性体のＸＹ位置の差が所定値を下回ることを含む判定条件が満たされている場合に前記第１及び第２の磁気センサが計測した信号が同一の磁性体に起因するものと判定する判定手段とを備えている。

このようなものであれば、第１及び第２の磁気センサが計測した信号に基づき推定した磁性体のＸＹ位置の差に基づき、前記第１及び第２の磁気センサが計測した信号が同一の磁性体に起因するものと判定することができるので、このような判定を行った後に、２つの磁気センサにて計測された信号は同一の磁気源に起因するものであるということを前提とする従来技術をそのまま使用して磁気源である物体の運動コースを推定することができる。

より確実に前記第１及び第２の磁気センサが計測した信号が同一の磁性体に起因するものか否かの判定を行うようにするための構成として、前記第１及び第２の磁気センサが計測した信号及び第１及び第２の磁気センサと磁性体との鉛直方向の距離をパラメータとして前記第１及び第２の磁気センサと磁性体との相対速度をそれぞれ推定する第１及び第２の相対速度推定手段をさらに備え、前記判定条件が、前記第１及び第２の相対速度推定手段が推定した磁性体の相対速度の差が所定値を下回ることをさらに含むものが挙げられる。

さらには、前記第１及び第２の磁気センサが計測した信号及び第１及び第２の磁気センサと磁性体との鉛直方向の距離をパラメータとして前記磁性体の磁気モーメントをそれぞれ推定する第１及び第２の磁気モーメント推定手段とをさらに備え、前記判定条件が、第１及び第２の磁気モーメント推定手段が推定した磁性体の磁気モーメントの差が所定値を下回ることを含むものが挙げられる。

加えて、前記第１の磁気センサが計測した信号に基づき推定した磁性体のＸＹ位置と前記第２の磁気センサが計測した信号に基づき推定した磁性体のＸＹ位置との差が最も小さくなる磁性体との鉛直方向の距離を実際の磁性体との鉛直方向の距離として決定する鉛直方向距離決定手段を備えるものであれば、第１及び第２の磁気センサ磁性体との鉛直方向の距離、換言すれば磁性体の鉛直方向位置を測定する手段としても本発明の磁気測定システムを利用できる。

本発明によれば、２つの磁気センサを利用して運動中の磁性体の磁気を測定する磁気測定システムにおいて、複数の磁気センサにより計測された信号が同一の磁気源に起因するものであるか否かを判定する手段を提供することができる。

本発明の第一実施形態に係る磁気測定システムの概略図。同実施形態に係る磁気センサと磁性体の目標進路を含む平面の概略図。同実施形態の磁気測定システムの情報処理装置を示す概略図。同実施形態の磁気測定システムの機能ブロック図。同実施形態の磁気測定システムが実行する処理の手順を示すフローチャート。本発明の第二実施形態に係る磁気測定システムの機能ブロック図。同実施形態の磁気測定システムが実行する処理の手順を示すフローチャート。

本発明の第一実施形態を、図１〜図５を参照しつつ以下に述べる。

本実施形態に係る磁気測定システムは、図１に示すように、情報処理装置１と、この情報処理装置１に接続した第１及び第２の磁気センサ２、３とを備えている。

第１の磁気センサ２は、図２に示すように、ｘ、ｙ、ｚの３軸の感度を有する３軸磁気センサである。本実施形態では、この第１の磁気センサ２は、海底又は海中に設置される。

第２の磁気センサ３も、図２に示すように、ｘ、ｙ、ｚの３軸の感度を有する３軸磁気センサである。本実施形態では、この第２の磁気センサ３は、海底又は海中の第１の磁気センサ２と異なる箇所に設置される。

情報処理装置１は、図３に示すように、ＣＰＵ１ａ、メインメモリ１ｂ、外部記憶装置１ｃ、入出力インタフェース１ｄ等を内蔵し、この入出力インタフェース１ｄに入力装置１ｅ、表示装置１ｆ、通信装置１ｇ等を接続してなるマイクロコンピュータシステム、市販のノートＰＣ又はサーバコンピュータ等を用いて形成したものである。入出力インタフェース１ｄには、通信装置１ｇを介して第１及び第２の磁気センサ２、３からの磁気波形データ（すなわち、磁界）が入力される。また、外部記憶装置１ｃの所定領域には制御プログラムが予め内蔵されており、この制御プログラムをメインメモリ１ｂに読み出してＣＰＵ１ａが実行することにより、この情報処理装置１は以下に述べるような機能を発揮する。すなわちこの情報処理装置１は、図４に示すように、磁気波形データ取り込み手段１０１、第１の平面推定手段１０２、第２の平面推定手段１０３、第１の位置推定手段１０４、第２の位置推定手段１０５、鉛直距離決定手段１０６、並びに、判定手段１０７として機能する。

磁気波形データ取り込み手段１０１は、第１及び第２の磁気センサ２、３で計測した３軸方向の磁気波形データを取り込む。

第１の平面推定手段１０２は、第１の磁気センサ２の３軸方向の磁気波形データに基づき、目標進路Ｐとセンサ座標とで一意的に決まる図２の第１の平面Ｑａを推定する。第１の平面Ｑａを推定する手法は、特許文献１記載の発明に係るものと同様であるので詳細な説明は省略するが、この第１の平面Ｑａを推定する過程で、目標進路Ｐと第１の磁気センサ２とが同一平面となる角度θ₁、φ₁が求められる。ここで、図２に示すように、θ₁は第１の平面Ｑａ（すなわち磁性体が存在する平面）とｘ軸とがなす角であり、φ₁は第１の平面Ｑａとｘｙ平面とがなす角である。また、第１の磁気センサ２と磁性体との相対速度をＶ、第１の磁気センサ２と磁性体との距離をｒ₁、磁性体の磁気モーメントをＭとした場合、第１の平面Ｑａを推定する過程で、Ｖ／ｒ₁、ｒ₁ ³／Ｍも求められる。そして、第１の磁気センサ２と磁性体とが最接近する時刻ｔ_CPA1も求められる。

第２の平面推定手段１０３は、第２の磁気センサ３の３軸方向の磁気波形データに基づき、目標進路Ｐとセンサ座標とで一意的に決まる図２の第２の平面Ｑｂを推定する。第２の平面Ｑｂを推定する手法も、特許文献１記載の発明に係るものと同様であるので詳細な説明は省略するが、この第２の平面Ｑｂを推定する過程で、目標進路Ｐと第２の磁気センサ３とが同一平面となる角度θ₂、φ₂が求められる。ここで、θ₂は第２の平面Ｑｂ（すなわち磁性体が存在する平面）とｘ軸とがなす角であり、φ₂は第２の平面Ｑｂとｚ軸とがなす角である。また、第２の磁気センサ３と磁性体との相対速度をＶ、第２の磁気センサ３と磁性体との距離をｒ₂、磁性体の磁気モーメントをＭとした場合、第２の平面Ｑｂを推定する過程で、Ｖ／ｒ₂、ｒ₂ ³／Ｍも求められる。そして、第２の磁気センサ３と磁性体とが最接近する時刻ｔ_CPA2も求められる。

第１の位置推定手段１０４は、第１の磁気センサ２が計測した信号及び第１の磁気センサ２と磁性体との鉛直方向の距離をパラメータとして磁性体のＸＹ位置を推定する。すなわち、第１の磁気センサ２と磁性体との間の鉛直方向の距離をＤとすると、第１の磁気センサ２と磁性体との距離ｒ₁はＤｓｉｎφ₁に等しく、従って、第１の磁気センサ２と磁性体との相対速度Ｖは、［Ｖ／ｒ₁］×Ｄｓｉｎφ₁となる。さらに、Ｘ方向及びＹ方向の速度成分Ｖ_x1、Ｖ_y1は、以下のように計算される。

Ｖ_x1＝−１×Ｖ×ｓｉｎθ₁
Ｖ_y1＝Ｖ×ｃｏｓθ₁
このＶ_x1、Ｖ_y1及び第１の磁気センサ２と磁性体とが最接近する時刻ｔ_CPA1に基づき磁性体のＸＹ位置を推定する。

第２の位置推定手段１０５は、第２の磁気センサ３が計測した信号及び第２の磁気センサ３と磁性体との鉛直方向の距離をパラメータとして磁性体のＸＹ位置を推定する。すなわち、第２の磁気センサ３と磁性体との間の鉛直方向の距離をＤとすると、第２の磁気センサ３と磁性体との距離ｒ₂はＤｓｉｎφ₂に等しく、従って、第２の磁気センサ３と磁性体との相対速度Ｖは、［Ｖ／ｒ₂］×Ｄｓｉｎφ₂となる。さらに、Ｘ方向及びＹ方向の速度成分Ｖ_x2、Ｖ_y2は、以下のように計算される。

Ｖ_x2＝−１×Ｖ×ｓｉｎθ₂
Ｖ_y2＝Ｖ×ｃｏｓθ₂
このＶ_x2、Ｖ_y2及び第２の磁気センサ３と磁性体とが最接近する時刻ｔ_CPA2に基づき磁性体のＸＹ位置を推定する。

鉛直距離決定手段１０６は、磁気センサ２、３と磁性体との間の鉛直方向の距離Ｄを０から磁気センサ２、３の設置位置の水深まで変化させて第１及び第２の位置推定手段１０４、１０５により磁性体のＸＹ位置を推定させ、これら第１及び第２の位置推定手段１０４、１０５により推定された磁性体のＸＹ位置の差ΔＸＹが最も小さくなるＤの値を磁気センサ２、３と磁性体との間の鉛直方向の距離Ｄとして決定する。

判定手段１０７は、第１及び第２の位置推定手段１０４、１０５が推定した磁性体のＸＹ位置の差ΔＸＹ_mが所定値ΔＸＹ_thを下回る場合に第１及び第２の磁気センサ２、３が計測した信号が同一の磁性体に起因するものと判定する。

以下、制御プログラムによる制御の手順を、フローチャートである図５を参照しつつ述べる。

まず、磁気センサ２、３と磁性体との間の鉛直方向の距離Ｄを０（ｍ）に設定する（ステップＳ１）。次いで、第１の磁気センサ２の３軸方向の磁気波形データに基づきこの鉛直方向の距離Ｄに対応する磁性体のＸＹ位置を求め（ステップＳ２）、さらに、第２の磁気センサ３の３軸方向の磁気波形データに基づきこの鉛直方向の距離Ｄに対応する磁性体のＸＹ位置を求める（ステップＳ３）。それから、第１及び第２の位置推定手段１０４、１０５により推定された磁性体のＸＹ位置の差を求め（ステップＳ４）、鉛直方向の距離Ｄと関連付けて記憶する（ステップＳ５）。その後、磁気センサと磁性体との間の鉛直方向の距離Ｄに１（ｍ）を加算し（ステップＳ６）、磁気センサと磁性体との間の鉛直方向の距離Ｄが磁気センサが設置された位置の水深ＤＤを上回ったところで（ステップＳ７）、第１及び第２の位置推定手段１０４、１０５により推定された磁性体のＸＹ位置の差が最も小さくなるＤを実際の磁気センサ２、３と磁性体との間の鉛直方向の距離として決定し（ステップＳ８）、そのときの第１及び第２の位置推定手段により推定された磁性体のＸＹ位置の差ΔＸＹ_mが所定値ΔＸＹ_thを下回る場合に（ステップＳ９）、第１及び第２の磁気センサ２、３が計測した信号が同一の磁性体に起因するものと判定する（ステップＳ１０）。

以上に述べたように、本実施形態によれば、第１及び第２の磁気センサが計測した信号に基づき推定した磁性体のＸＹ位置の差に基づき、第１及び第２の磁気センサが計測した信号が同一の磁性体に起因するものと判定することができるので、このような判定を行った後に、２つの磁気センサにて計測された信号は同一の磁気源に起因するものであるということを前提とする従来技術をそのまま使用して磁気源である物体の運動コースを推定することができる。

次いで、本発明の第二実施形態を、図６及び図７を参照しつつ以下に述べる。なお、以下の説明においては、前述した第一実施形態との相違点についてのみ述べる。

本実施形態では、情報処理装置１は、図６に示すように、上記で説明した、磁気波形データ取り込み手段１０１、第１の平面推定手段１０２、第２の平面推定手段１０３、第１の位置推定手段１０４、第２の位置推定手段１０５、及び、鉛直距離決定手段１０６に加え、第１の相対速度推定手段１１１、第２の相対速度推定手段１１２、第１の磁気モーメント推定手段１１３、第２の磁気モーメント推定手段１１４、並びに、判定手段１０７として機能する。

第１の相対速度推定手段１１１は、第１の磁気センサ２が計測した信号及び第１の磁気センサ２と磁性体との鉛直方向の距離Ｄをパラメータとして、第１の磁気センサ２と磁性体との相対速度Ｖを推定する。より具体的には、以下の式を利用して、第１の磁気センサ２と磁性体との相対速度を求める。

Ｖ＝［Ｖ／ｒ₁］×Ｄｓｉｎφ₁
第２の相対速度推定手段１１２は、第２の磁気センサ３が計測した信号及び第２の磁気センサ３と磁性体との鉛直方向の距離Ｄをパラメータとして、第２の磁気センサ３と磁性体との相対速度Ｖを推定する。より具体的には、以下の式を利用して、第２の磁気センサ３と磁性体との相対速度を求める。

Ｖ＝［Ｖ／ｒ₂］×Ｄｓｉｎφ₂
第１の磁気モーメント推定手段１１３は、第１の磁気センサ２が計測した信号及び第１の磁気センサ２と磁性体との鉛直方向の距離Ｄをパラメータとして、磁性体の磁気モーメントＭを推定する。より具体的には、第１の磁気センサ２が計測した信号に基づき、以下の式を利用して、磁性体の磁気モーメントＭを求める。

Ｍ＝（Ｄｓｉｎφ₁）³×（１／［ｒ₁ ³／Ｍ］）
第２の磁気モーメント推定手段１１４は、第２の磁気センサ３が計測した信号及び第２の磁気センサ３と磁性体との鉛直方向の距離Ｄをパラメータとして、磁性体の磁気モーメントＭを推定する。より具体的には、第２の磁気センサ３が計測した信号に基づき、以下の式を利用して、磁性体の磁気モーメントＭを求める。

Ｍ＝（Ｄｓｉｎφ₂）³×（１／［ｒ₂ ³／Ｍ］）
判定手段１０７は、第１及び第２の位置推定手段１０５、１０６が推定した磁性体のＸＹ位置の差ΔＸＹ_mが所定値ΔＸＹ_thを下回り、第１及び第２の相対速度推定手段１１１、１１２が推定した磁性体の相対速度の差ΔＶが所定値ΔＶ_thを下回り、かつ第１及び第２の磁気モーメント推定手段１１３、１１４が推定した磁気モーメントＭの差ΔＭが所定値ΔＭ_thを下回る場合に第１及び第２の磁気センサ２、３が計測した信号が同一の磁性体に起因するものと判定する。

以下、制御プログラムによる制御の手順を、フローチャートである図７を参照しつつ述べる。

まず、磁気センサ２、３と磁性体との間の鉛直方向の距離Ｄを０（ｍ）に設定する（ステップＳ２１）。次いで、第１の磁気センサ２の３軸方向の磁気波形データに基づきこの鉛直方向の距離Ｄに対応する磁性体のＸＹ位置を求め（ステップＳ２２）、さらに、第２の磁気センサ３の３軸方向の磁気波形データに基づきこの鉛直方向の距離Ｄに対応する磁性体のＸＹ位置を求める（ステップＳ２３）。それから、第１及び第２の位置推定手段１０４、１０５により推定された磁性体のＸＹ位置の差を求め（ステップＳ２４）、鉛直方向の距離Ｄと関連付けて記憶する（ステップＳ２５）。それから、磁気センサと磁性体との間の鉛直方向の距離Ｄに１（ｍ）を加算し（ステップＳ２６）、磁気センサと磁性体との間の鉛直方向の距離Ｄが、磁気センサが設置された位置の水深ＤＤを上回ったところで（ステップＳ２７）、第１及び第２の位置推定手段１０４、１０５により推定された磁性体のＸＹ位置の差が最も小さくなるＤを実際の磁気センサ２、３と磁性体との間の鉛直方向の距離として決定する（ステップＳ２８）。さらに、この鉛直方向の距離Ｄをパラメータとして第１及び第２の磁気センサ２、３と磁性体との相対速度Ｖをそれぞれ推定し（ステップＳ２９）、同じく鉛直方向の距離Ｄをパラメータとして磁性体の磁気モーメントＭをそれぞれ推定し（ステップＳ３０）、第１及び第２の位置推定手段１０４、１０５により推定された磁性体のＸＹ位置の差ΔＸＹ_mが所定値ΔＸＹ_thを下回り（ステップＳ３１）、第１及び第２の相対速度推定手段１１１、１１２が推定した磁性体の相対速度Ｖの差ΔＶが所定値ΔＶ_thを下回り（ステップＳ３２）、かつ第１及び第２の磁気モーメント推定手段１１３、１１４が推定した磁気モーメントＭの差ΔＭが所定値ΔＭ_thを下回る場合に（ステップＳ３３）、第１及び第２の磁気センサ２、３が計測した信号が同一の磁性体に起因するものと判定する（ステップＳ３４）。

このようなものであっても、第１及び第２の磁気センサ２、３が計測した信号に基づき推定した磁性体のＸＹ位置の差、相対速度Ｖの差及び磁気モーメントＭの差に基づき、第１及び第２の磁気センサ２、３が計測した信号が同一の磁性体に起因するものと判定することができるので、このような判定を行った後に、２つの磁気センサ２、３にて計測された信号は同一の磁気源に起因するものであるということを前提とする従来技術をそのまま使用して磁気源である物体の運動コースを推定することができる。

加えて、本実施形態では、第１及び第２の磁気センサ２、３が計測した信号が同一の磁性体に起因するものであることの判定に、磁性体のＸＹ位置の差だけでなく、相対速度の差及び磁気モーメントの差をも利用するので、より高い精度で判定を行うことができる。なお、磁性体のＸＹ位置の差に加えて、相対速度の差及び磁気モーメントの差のいずれか一方のみを利用してもよい。

なお、本発明は以上に述べた実施形態に限らない。

例えば、上述した第一及び第二実施形態では、２つの３軸磁気センサを利用しているが、３つ以上の３軸磁気センサを利用した磁気測定システムに本発明を適用してもよい。

また、上述した第一及び第二実施形態では、磁性体との鉛直方向の距離を０からＤＤまで変化させつつ、第１の磁気センサが計測した信号及び磁性体との鉛直方向の距離に基づき磁性体のＸＹ位置を推定するとともに第２の磁気センサが計測した信号及び磁性体との鉛直方向の距離に基づき磁性体のＸＹ位置を推定し、これら２つの推定によるＸＹ位置の差が最も小さくなる磁性体との鉛直方向の距離を実際の磁性体との鉛直方向の距離として決定する処理を行っているが、この処理は省略してもよい。

その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。

１…情報処理装置
１０１…磁気波形データ取り込み手段
１０４…第１のＸＹ位置推定手段
１０５…第２のＸＹ位置推定手段
１０７…判定手段
２…（第１の）磁気センサ
３…（第２の）磁気センサ

Claims

各々が３軸方向の感度を有し、異なる位置に配置され、磁性体が運動するときに発生する磁気を計測する第１及び第２の磁気センサと、
これら第１及び第２の磁気センサで計測した３軸方向の磁気波形データを取り込む磁気波形データ取り込み手段と、
前記第１の磁気センサが計測した信号及び第１の磁気センサと磁性体との鉛直方向の距離をパラメータとして磁性体のＸＹ位置を推定する第１のＸＹ位置推定手段と、
前記第２の磁気センサが計測した信号及び第２の磁気センサと磁性体との鉛直方向の距離をパラメータとして磁性体のＸＹ位置を推定する第２のＸＹ位置推定手段と、
前記第１及び第２のＸＹ位置推定手段が推定した磁性体のＸＹ位置の差が所定値を下回ることを含む判定条件が満たされている場合に前記第１及び第２の磁気センサが計測した信号が同一の磁性体に起因するものと判定する判定手段と
を備えることを特徴とする磁気測定システム。
前記第１及び第２の磁気センサが計測した信号及び第１及び第２の磁気センサと磁性体との鉛直方向の距離をパラメータとして前記第１及び第２の磁気センサと磁性体との相対速度をそれぞれ推定する第１及び第２の相対速度推定手段をさらに備え、
前記判定条件が、前記第１及び第２の相対速度推定手段が推定した磁性体の相対速度の差が所定値を下回ることをさらに含む請求項１記載の磁気測定システム。
前記第１及び第２の磁気センサが計測した信号及び第１及び第２の磁気センサと磁性体との鉛直方向の距離をパラメータとして前記磁性体の磁気モーメントをそれぞれ推定する第１及び第２の磁気モーメント推定手段をさらに備え、
前記判定条件が、第１及び第２の磁気モーメント推定手段が推定した磁性体の磁気モーメントの差が所定値を下回ることをさらに含む、請求項１又は２記載の磁気測定システム。
前記第１の磁気センサが計測した信号に基づき推定した磁性体のＸＹ位置と前記第２の磁気センサが計測した信号に基づき推定した磁性体のＸＹ位置との差が最も小さくなる磁性体との鉛直方向の距離を実際の磁性体との鉛直方向の距離として決定する鉛直方向距離決定手段を備える請求項１、２又は３記載の磁気測定システム。