JPH04134201A - 位置局限が可能な磁気探知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、飛行機等の移動体に磁気センサを搭載して
、沈船等の目的磁性体から発する磁気を手掛かりに目的
磁性体を捜索する場合に、目的磁性体の位置を決定でき
る位置局限が可能な磁気探知装置に関する。

（発明の概要） この発明は、飛行機等の移動体に磁気センサを搭載して
、沈船等の目的磁性体から発する磁気を手掛かりに目的
磁性体を捜索する場合において、移動体の異なる位置に
搭載した複数台の全磁力型磁気センサで得た磁気信号を
デジタル化し、デジタル化された信号データを非線形最
小二乗問題として解くことにより、前記移動体の位置を
高速処理によって求めることを可能にしたちのである。

（従来の技術） 沈船が鉄などの磁性体でできている場合、沈船の上空に
は沈船によってつくられた磁場Ｈが存在している。そこ
で、飛行機で沈船が存在しているであろう海域を飛ぶこ
とによって、飛行機の尾部に搭載した光ボンピング磁力
計のような磁場の絶対値が測れる全磁力型磁気センサを
用いて空間の磁場を測定することにより、沈船から生じ
る磁場を捕らえることができる。磁気センサの出力Ｓは
、地磁気Ｈｅが存在しているため次の式で与えられる。

５＝Ｈ−Ｈｅ Ｈｅ Ｓの変動の様子を観測することにより、飛行機の真下付
近に沈船が存在していることが確認される。

（発明が解決しようとする課題） 従来の方式においては、飛行機の直下に沈船が存在して
いる場合だけでなく、沈船が飛行機から横に大きくすれ
ている場合も同じような磁気センサの出力か得られるた
め、沈船の位置の決定をすることかできなかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、沈船の位
置を迅速に決定できる位置局限か可能な磁気探知装置を
提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段） 本発明に係る位置局限が可能な磁気探知装置は、移動体
の異なる位置に搭載した複数台の全磁力型磁気センサと
、前記複数台の磁気センサにより得た磁気信号をデジタ
ル化する手段と、デジタル化された信号データを非線形
最小二乗問題として解く手段と、前記移動体と目的磁性
体との距離及びその距離が最短となった位置を求める手
段と、求めた前記距離を用いて作図的磁気源決定法によ
って前記目的磁性体の位置を求める手段とを備えている
。

また、目的磁性体の位置を求めると同時に、前記目的磁
性体の磁気ダイポールモーメントを求めることもできる
。

（作用） 本発明の位置局限が可能な磁気探知装置においては、飛
行機等の移動体の異なる位置く例えば翼端等）に設置さ
れた少なくとも２個の高怒度な全磁力型磁気センサの周
波数信号を、Ｆ／Ｄ変換器に入力してデジタル化し、こ
のデジタル化された信号データを用いて変数５個の非線
形最小二乗問題を解き、磁気センサと沈船等の目的磁性
体との距離反核距離が最短となった位置（以下ｒｏｎ−
ｔｏｐ位置」という）を算出する。２個の磁気センサと
目的磁性体との間の距離がわかれば、作図的磁気源決定
法により目的磁性体の位置を求めることができる。また
同時に、目的磁性体の磁気ダイポールモーメントを求め
ることができる。

上記の変数５個の非線形最小二乗問題は、「変数３個の
線形最小二乗問題＋変数２個の非線形最小二乗問題」に
分解でき、計算速度を高速化できる。また、非線形最小
二乗問題を二分割法を用いて解くことにより、変数２個
の値を確実に真値に収束させることができる。

（発明の実施例） 以下、本発明に係る位置局限が可能な磁気探知装置の実
施例を図面に従って説明する。

第１図において、飛行機１の両翼端に高怒度の全磁力型
磁気センサ２Ａ、２Ｂが取り付けられ、これにより目的
磁性体としての沈船３の発する磁気を検出するようにし
ている。また、前記飛行機１には、各磁気センサ２Ａ、
２Ｂからの周波数信号（磁気の強さに比例して周波数が
変化する信号）をデジタル化するＦ／Ｄ変換器と、デジ
タル化された信号データを高速処理し、処理結果を出力
する電子計算機とが搭載されている。この電子計算機は
、前記デジタル化された信号データを非線形最小二乗問
題として解く手段と、当該飛行機１と沈船３との距離及
びその距離が最短となった位置を求める手段と、求めた
前記距離を用いて作図的磁気源決定法によって前記沈船
３の位置を求める手段と、前記沈船３の磁気ダイポール
モーメントを求める手段と、これらの計算結果を出力す
る出力手段に対応した機能を持つものである。

そして、前記飛行機１が沈船３の上空付近を飛ぶことに
よって沈船の位置を決定できる。

なお、それぞれの座標軸に関して、Ｘ軸は飛行機の進行
方向、ｙ軸は鉛直上向き、ｚ軸は横軸右向きを正として
おり、前記２個の磁気センサ２　Ａ　。

２Ｂは例えばｚ軸に沿って異なる位置に配置されている
ものとする。

第２図（Ａ）、（Ｂ）は、この装置における目的磁性体
位置局限のアルゴリズムの導出を行うために必要な座標
軸の設定である。ｘ、ｙ、ｚ軸はある時点における飛行
機に固定された座標系であり、第１図で説明したとおり
である。第２図（Ａ）の変数は次の意味を持つ。

Ｈｅ：地磁気ベクトル φ：地磁気とｙ軸のなす角 ψ：地磁気のｘｚ平面成分とＸ軸とのなす角また、第２
図（Ｂ）は飛行機が沈船に最も接近して両者間の距離が
最短となった時、すなわちｏｎ　−ｔｏｐ位置となって
いる時の図である。各変数は次の意味を持つ。

ｒ・磁気センサと沈船との間の最短距離ｈ：磁気センサ
と沈船との高度差 田磁気センサと沈船との間の横ズレ ｍ＊　、ｍ、　１ｍｔ　：沈船の磁気ダイポールモーメ
ント（第１図中にも図示した） この座標系を用いて、磁気センサと沈船との間の最短距
離ｒ、ｏｎ−ｔｏｐ位置位置上求める式が導出される。

第３図は、位置局限が可能な磁気探知装置のフローチャ
ートである。飛行機には第１図に示した磁気センサ２Ａ
、２Ｂと共に、磁気センサ２Ａ、２Ｂの出力ＳＡ、Ｓ１
１をＦ／Ｄ変換しデジタル化するためのＦ／Ｄ変換器が
ハードウェアとして搭載され、さらに飛行機に搭載され
た電子計算機のソフトウェアにより前記Ｆ／Ｄ変換器で
デジタル化された信号データを処理するようにしている
。後にソフトウェア部について詳しく説明する。なお、
第３図のフローチャートにおいてＦ／Ｄ変換器は市販の
周波数カウンタを利用できる。

第４図は、作図的磁気源決定法の説明図であり、２個の
磁気センサ２　Ａ、　２　Ｂと沈船３との間の距離（ｒ
ｘ、ｒａ）から、沈船のｙ、ｚ座標を求める方法を示し
ている。なお、沈船のＸ座標は、ｏｎ−ｔｏｐ位置位置
上等しいので、以上からｘ、ｙ、ｚ座標値か求まり、沈
船の位置が決定できる。

そこで、第３図のフローチャートにおけるソフトウェア
部について以下に説明する。

まず、ＸＯと「を求めるための式について説明する。第
２図を用いて計算した結果、次式で示すようなｘｏ、ｒ
、Ｈ、Ｋ　、Ｍの５つの変数を持つ非線形最小二乗問題
を解くことになる。

Ｎ−Σ［Ｓ（θ＞　−−」−一−＋　Ｈ＋　Ｋθ十門θ
２）］２ｅ　　　　　　（１＋θ）５／２ ・・・・（１） ここで、θ−θ（ｘ）＝−１−二ｎ 但し、×：データ収集位置 Ｓ（θ）、磁気センサの出力 Ｎ：残差二乗和 Ｈ、Ｋ　、Ｍ　：線形最小二乗問題の３個の変数ここで
、ｒ、Ｘｏを適当な値に設定し、（１）式をＨ９Ｋ、Ｍ
に関して偏微分すると ・・・・・・（２） （２）式の連立方程式を解いてＨ、Ｋ　、Ｍをもとめ適
当な値に設定されたｒ、Ｘｏと一緒に（１）式に代入し
てＮの値を求める。ｒ、Ｘｏの値を動かして、（１）式
のＮの値が最小となるようなｒ、Ｘｏの組を見付は出す
。以上の手法は、「変数３個の線形最小二乗問題＋変数
２個の非線形最小二乗問題」に分解して解いたことにな
る。また、Ｎが最小となるようなＸｏ、ｒの組を求める
ために、初期値として×１≦×ｏ≦ｘ２　　ｒ、≦ｒ≦
ｒ２ となるようなｘ、　、ｘ２　、ｒ、　、ｒ、を設定し、
１回の計算ルーチンごとにＸニーＸ、及びｒ２−ｒ、か
半分になっていくように、またＸ。、ｒがその範囲の中
に含まれるようにＸ　１　＋　Ｘ　２　＋　ｒ　＋　＋
　ｒ　２を更新していく。具体的には簡単のためにＸｌ
＋Ｘ２に関して説明すると、この範囲を４等分するよう
な３点つまり に３　　　Ｘ１＝ＸＩ　　　Ｘ３＝Ｘ５　　　Ｘ４＝Ｘ
２　　　ＸＳ（ＸＩ　＜Ｘ：ｌ＜Ｘ４＜ＸＳ＜Ｘ２）と
なるようなｘ３＋Ｘ４＋ＸＳを設定し、それぞれの点に
おけるＮの値を計算し、たとえば×４でＮが最小であれ
ばｘ、をＸ、に、またｘ２をｘ５に更新する。つまり真
値Ｘ。を常に間にはさみながら、ｘ２−Ｘ、が１計算ル
ーチンごとに半分になっていく。充分計算が進めば ｘ２　　ｘＩ”０１　ｒ２ｒ＋”Ｏとなるので、ｘ２＋
ｘｌ　　　　ｒ２＋ｒ＋　　　　　、、、、、、（３）
からＸｏ、ｒを近似することができる。以上の非線形最
小二乗問題を解く手法を二分割法と名付ける。

以上で、第３図のｏｎ−ｔｏｐ位置位置上最短距離ｒを
求める手法を説明した。次に、沈船の位置を求める方法
を説明する。第４図は、２１１の磁気センサ２Ａ、２Ｂ
と沈船３との間の距離（ｒＡ、　ｒｌｌ）から、沈船の
ｙ、ｚ座標を求める方法を示している。磁気センサ２Ａ
から沈船３までの距離がｒＮ、磁気センサ２Ｂから沈船
３まての距離がｒＢと上述の二分割法で求めたとする。

そこで、それぞれの磁気センサを中心にその距離を半径
とする円を描くと２つの円が交わったところか沈船の存
在する位置となる。円の交わりは２ケ所にできるが１ケ
所は必ず磁気センサより上方に、またもう１ケ所は必ず
下方に交わるので、下方の交点のｙ、ｚ座標を求めるこ
とにより、沈船のｙ、ｚ座標が求められる。飛行機はＸ
座標の正方向に進んでいるのだから沈船のＸ座標は、ｏ
ｎ　−ｔｏｐ位置位置上一致するので、以上がら沈船の
ｘＩ　３’　＋　２座標が決定できる。

以上述べた２個の磁気センサと沈船との距離の関係から
沈船の位置を求める手法を作図的磁気源決定法と名付け
る。

次に第３図のフローチャートの最後の沈船の磁気タイボ
ールモーメント（ｍ。、ｍ、、ｍ、）を求める方法を説
明する。第２図において沈船の位１が決定されているの
で磁気センサと沈船との高度差ｈ、横のズレ胃、最短距
離ｒＩｉ既知である。また、非線形最小二乗問題で現れ
たＨ、に、Ｍの３変数も決定されている。そこでｎｘ　
、ｎ、　、ｎｔ　、　Ａ　、　Ｂ　、　ＣをＡ＝ｓｉｎ
（φ）ｃｏｓ（ψ） Ｂ　＝　（ｈ／ｒ）ｃｏｓ（φ）＋　（ｗ／ｒ）ｓｉｎ
（φ）ｓｉｎ（ψ）Ｃ＝　（ｈ／ｒ）ｓｉｎ（φ）ｓｉ
ｎ（ψン一（ｗ／ｒ）ｃｏｓ（φ）とおけば（ここで、
φ、ψは第２図に示すように地磁気の各座標軸に対する
角であり、既知である。）以上述へた方法をプログラム
化し、計算機でシミュレーションを行った結果を以下の
表に示す。

但し、ｍｙ、１ｌｌｙ、ｍ：＋φ、ψ、ｕ＋、ｈ、ｘｏ
を適当な値に設定し、これを用いて磁気センサの出力信
号を模擬し、それを位置局限プログラムに入力して、ｏ
ｎ−ｔｏｐ位置、最短距離、磁気ダイポールモーメント
を計算した。単位はＭ　Ｋ　Ｓ単位系を用い、磁場の単
位はｍＧ、磁気ダイポールモーメントの単位はＡＴｍ２
である。なお、ｘ２−ｘ１≦ｄｘ、　ｒ２−ｒ、≦ｄｒ
となった時点で（３）式を用いてｏｎ−ｔｏｐ位置及び
最短距離を計算した。今回のシミュレーションではｄｘ
＝　１．０　、　ｄｒ＝　１．０を用いた。

表 という連立方程式が成立するので、この連立方程式を解
けば、ｎつ、ｎｙ、ｎｚがもとまり、（４）式から１゜
請ｙ、ｌ＃ｚが決定できる。

ｄｘ ｏｎ−ｔｏｐ位置−７９１、最短距離−２２３６真の磁
気タイボールモーメント ｍ、＝３．００Ｘ１０５、＝２ ３．００ｘ　１０５ ｍ、＝０．５０Ｘ　１０５ 計算結果 上記の表より、 に対し、計算結果は であり、計算結果は真の値と非常に良く一致している。

ｏｎ−ｔｏｐ位置及び最短距離が計算できれば、２個の
磁気センサを用いて沈船の位置が決定できる。また、上
で計算された各変数を用いて磁気ダイポールモーメント
を計算した結果、上記の表に示すように真の値と非常に
よく一致した。

なお、上記実施例では、２個の磁気センサをＺ軸に沿わ
せて配置したが、これ以外の配置も勿論可能である。但
し、飛行機等の移動体の進行方向に平行な線上に複数個
磁気センサを配置する場合は不適当な配置として除外す
る。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明に係る位置局限が可能な磁気
探知装置によれば、従来技術では成し得なかった沈船等
の目的磁性体の位置の確実な決定が迅速に可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る位置局限が可能な磁気探知装置の
実施例を示す説明図、第２図は本発明の実施例において
目的磁性***置局限のためのアルゴリズムの導出を行う
ために必要な座標軸の設定を示す説明図、第３図は実施
例において沈船の位置及び磁気ダイポールモーメントを
求める手順を示すフローチャート、第４図は作図的磁気
源決定法によつ沈船のｙ、ｚ座標と求める場合の説明図
である。 １・・飛行機、２Ａ、２Ｂ・・磁気センサ、３・沈船。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）移動体の異なる位置に搭載した複数台の全磁力型
   磁気センサと、前記複数台の磁気センサにより得た磁気
   信号をデジタル化する手段と、デジタル化された信号デ
   ータを非線形最小二乗問題として解く手段と、前記移動
   体と目的磁性体との距離及びその距離が最短となった位
   置を求める手段と、求めた前記距離を用いて作図的磁気
   源決定法によって前記目的磁性体の位置を求める手段と
   を備えたことを特徴とする位置局限が可能な磁気探知装
   置。
2. （２）移動体の異なる位置に搭載した複数台の全磁力型
   磁気センサと、前記複数台の磁気センサにより得た磁気
   信号をデジタル化する手段と、デジタル化された信号デ
   ータを非線形最小二乗問題として解く手段と、前記移動
   体と目的磁性体との距離及びその距離が最短となった位
   置を求める手段と、求めた前記距離を用いて作図的磁気
   源決定法によって前記目的磁性体の位置を求める手段と
   、前記目的磁性体の磁気ダイポールモーメントを求める
   手段と、これらの計算結果を出力する出力手段とを備え
   たことを特徴とする位置局限が可能な磁気探知装置。