説明

目標体探査システム

【課題】目標体が3次元空間を任意に運動する場合に、簡単な構成で、確度高く運動方向を見積もることができる目標体探査システムを提供する。
【解決手段】目標体が運動する3次元空間に設置される磁気センサにより、3軸磁界値Bx(t),By(t)、Bz(t)を任意の時間t1とt1+Δtで測定・記憶し(ST1〜ST5)、その測定値から、XY平面,YZ平面、ZX平面における磁気ベクトル回転角Δθ、Δφ、Δψを計算し(ST6.ST7)、この各磁気ベクトル回転角Δθ、Δφ、Δψの正負の別の組み合わせにより、XY平面における目標の範囲と運動の方向を限定する(ST8〜ST10)。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、電気モーメント又は磁気モーメントとみなすことができる目標体の相対運動方向を探査する目標体探査システムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、航行する艦艇、走行する自動車などの運動中の磁性体の磁気を磁気測定器で測定し、その測定値から、目標体である艦艇、自動車などの移動方向の向きの探査を行っている。
【0003】
この種の探査を行う磁気測定システムとして、図13に示すように、同一平面上に2台の磁気センサDA、DBを配置しておき、配置領域内を運動磁性体である艦艇が通過すると、磁気センサDA、DBで艦艇によるXY軸の磁気データを取り込み、XY磁気から磁気回転角を求め、所定時間経過前後のベクトル回転角の変化から磁気ベクトル回転方向の正負の別を求め、求めた磁気センサDA、DBの磁気ベクトル回転方向の正負の別の組み合わせから艦艇の運動コース1〜4の1つを特定する、例えばセンサDA、DBの磁気回転ベクトル方向がともに正の場合に、運動コース1を特定し、さらに、センサDA,DBの磁気回転ベクトル方向が正、負の場合はコース2を、負、正の場合はコース3を、負、負の場合はコース4を特定する磁気測定システムが開示されている(例えば特許文献1参照)。
【特許文献1】特開2007−72537号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記した特許文献1に記載のシステムは、探査領域が平面であるので、目標体の運動領域が3次元空間である場合に、XY平面にベクトル回転が生じるだけでなく、YZ平面,ZY平面にもベクトル回転が生じ、特定平面で測定するという前提が崩れ、目標体が任意の空間を運動する場合に、XY平面のみのベクトル回転方向のみの判断で、正確な判断ができないことがある。つまり、目標体の運動領域が3次元空間である場合に、回転角の変化に極値がある場合が多くあり、この場合ベクトル回転の正負が判別できず、結果として見積もられる運動方向の確実性が小さくなるという問題がある。
【0005】
また、上記引用文献1に記載のシステムは、2個の磁気センサを異なる箇所に配置して使用しているものである。そのため、磁気センサを複数必要とし、設置領域をある程度確保する必要がある。この点、可能なら、1台の磁気センサで目標体の相対運動方向の向きを限定できることが望ましい。
【0006】
この発明は、上記問題点に着目してなされたものであって、目標体が3次元空間を任意に運動する場合に、簡単な構成で、確度高く運動方向を見積もることができる目標体探査システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
この発明の目標体探査システムは、一つの電気モーメント又は磁気モーメントとみなすことが出来る目標体が相対的に運動する時に発生する電界又は磁界を互いに直交する3軸成分で計測する電界センサ又は磁気センサと、この電界センサ又は磁気センサで計測された電界又は磁気からXY平面ベクトルの角度、YZ平面のベクトルの角度、ZX平面ベクトルの角度を算出するベクトル角度算出手段と、前記XY平面ベクトル、YZ平面ベクトル及びZX平面ベクトルの時間経過による角度変化から各平面ベクトルの回転の向きを判別する平面ベクトル回転向き判別手段と、前記判別されたXY平面、YZ平面、及びZX平面の各ベクトル回転の向きの組み合わせから前記目標体の運動の向き及び位置を限定する手段と、を備えることを特徴とする。
【0008】
この発明の目標体探査システムは、さらに、前記電界センサ又は磁気センサで計測された3軸成分を合成演算する合成値演算手段と、この合成値の時間経過による増加あるいは減少の別を判別する手段と、を備え、前記目標体の運動の向き及び位置を限定する手段は、前記XY平面、YZ平面、ZX平面の各ベクトル回転の向きに加え、前記合成値増減の別の組み合わせとから前記目標体の運動の向き及び位置を限定することもできる。
【発明の効果】
【0009】
この発明によれば、1平面でなく,XY平面、YZ平面、ZX平面の3面において、それぞれ各ベクトルの回転の向きを求め、この各ベクトルの回転角の向きの組み合わせに応じて目標体の運動の向きを限定しているので、1面のベクトル回転を使用の場合に比し、より確実に向きを見積もることができる。しかも目標体の運動方向の限定を1個の磁気センサで実現できるので、設置領域もそれほど必要なく、目標体探査システムは、小型・簡易に構成できる。
【0010】
また、各ベクトルの回転の向きに加え、さらに3軸合成値の増減の別を併せて組み合わせることにより、さらに、確実性高く目標範囲及び向きを見積もることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
以下実施の形態により、この発明をさらに詳細に説明する。図1は、この発明が実施される磁気測定システム(目標体探査システム)の機器構成を示す概略図である。この磁気測定システムは、3軸の磁気センサ11と、この磁気センサ11で測定された磁気データを取り込んで処理を実行するデータ処理器12とから構成されている。
【0012】
磁気センサ11は、図2に示すように、互いに直交して配置されるX軸磁気センサ11x、Y軸磁気センサ11y、Z軸磁気センサ11zから構成され、データ処理器12は、磁気センサ11からの3磁気データを取り込み、所定の処理を実行して、目標体の運動の向き及び位置を限定するデータ処理部13と、測定データ、処理中の演算データを記憶するメモリ14と、処理結果を表示する表示部15とを備えている。
【0013】
この実施形態磁気測定システムにおいて、目標体の運動方向を見積る際には、磁気センサ11x、11y、11zにより3軸の磁気Bx、By、Bzを測定してメモリ14に記憶する。図3に3軸磁気Bx、By、Bzの波形例を示している。
【0014】
また、図3に示す磁気波形が得られた場合、図4に示すセンサの感度軸と3平面(XY平面、YZ平面、ZX平面)を想定し、時間tでのXY平面磁気ベクトルの角度θ(t)、YZ平面の磁気ベクトルの角度φ(t)、ZX平面磁気ベクトルの角度ψ(t)を求める。
【0015】
これらの角度θ(t)、φ(t)、ψ(t)は、図5の(a),(b)、(c)に示すものであり、時間tでのX軸,Y軸,Z軸の磁気計測値をBx(t)、By(t)、Bz(t)とすると次式によって計算される。
【0016】
【数1】

【0017】
さらに、任意のtに対してΔt後の角度θ(t+Δt)、φ(t+Δt)、ψ(t+Δt)を求め、θ(t)<θ(t+Δt)であれば、ベクトルが正の回転であり、θ(t)>θ(t+Δt)であれば、ベクトルが負の回転であると判別する。
【0018】
このようにして、YZ平面、ZX平面、XY平面においても、それぞれベクトルが正回転か負回転であるかを判別し、これらの判別結果の組み合わせから目標体の運動パターンを限定するように構成している。限定する運動パターンは、センサより見てどの方向の範囲に存するかの目標範囲と、どちらの向きに運動しているかの運動方向である。
【0019】
ここではXY平面を図6に示すように(1)から(8)までの方向に分けて目標範囲を区分している。また運動方向として、図7に示すように、+X方向に速度成分を持つ場合、−X方向に速度成分を持つ場合、+Y方向に速度成分を持つ場合、−Y方向に速度成分を持つ場合を想定している。3平面の各ベクトル回転角の正負の別の組み合わせによって、区分(1)から区分(8)が目標範囲として可能性があるか可能性無しかを予め設定し、またX+、X−、Y+、Y−が運動方向(向き)として可能性あるか可能性無しかを、予め設定している。
【0020】
図8に、3平面のベクトル回転の判別結果より、目標範囲及び運動方向の可能性有り/無しを判別する表1を示している。この表1の内容がメモリ14に予め記憶されており、測定時に得られる3平面の回転角の判別結果から、この表1を参照して、目標範囲及び運動方向を限定するように構成している。例えば3平面のベクトル回転がいずれも正である場合は、目標範囲が(1)、(6)、(7)、(8)に、運動方向がY+、X−に限定される。
【0021】
次に、この実施形態磁気測定システムの処理動作を図9に示すフロー図を参照して説明する。
【0022】
処理スタートで、ステップST1において、3軸磁界Bx、By、Bzの測定を開始する。次にステップST2へ移行する。
【0023】
ステップST2においては、測定した3軸磁界Bx、By、Bzが一定レベル以上か否か判定する。3軸磁界値が一定レベル以上の場合は、ステップST3へ移行する。一定レベル以上でない場合は、目標体が測定領域内に存在しないものとして、処理を終了する。
【0024】
ステップST3においては時刻tをt1とし、次にステップST4へ移行する。ステップST4においては、t=t1において測定した3軸磁界値Bx(t1)、By(t1),Bz(t1)をメモリ14に記憶する。続いて、ステップST5へ移行する。
【0025】
ステップST5においては、t=t1+Δtか否か、つまり、時間がt1よりΔt経過したか否かを判定する。時間tがt1+Δtに達していない場合は、判定NOでステップST4へ戻る。ステップST4では、次の測定タイミングで3軸磁界値を測定し、メモリ14に記憶する。そして、再度ステップST5へ移行する。
【0026】
ステップST5において、t=t1+Δtであるか否か判定し、判定YESとなるまで、ステップST4に戻り、3軸磁界の測定、記憶を続ける。一方、時間がt1+Δtに達した場合にステップST6へ移行する。
【0027】
ステップST6においては、3軸磁界値Bx(t1)、By(t1),Bz(t1)をメモリ14から読み出して上記式(1)を用いて角度θ(t1)、φ(t1)、ψ(t1)を計算し、またステップST5においてt=t1+Δtかの判定がYESとなった直前に記憶した3軸磁界値Bx(t1+Δt)、By(t1+Δt),Bz(t1+Δt)をメモリ14から読み出し、同じく上記式(1)を用いて角度θ(t1+Δt)、φ(t1+Δt)、ψ(t1+Δt)を計算する。次にステップST7へ移行する。
【0028】
ステップST7においては
Δθ=θ(t1+Δt)−θ(t1)
Δφ=φ(t1+Δt)−φ(t1)
Δψ=ψ(t1+Δt)−ψ(t1)
を計算し、XY平面のベクトル回転角Δθ、YZ平面のベクトル回転角Δφ、ZX平面のベクトル回転角Δψを得る。次にステップST8へ移行する。
【0029】
ステップST8においては、計算して得たXY平面のベクトル回転角Δθ、YZ平面のベクトル回転角Δφ、ZX平面のベクトル回転角Δψのそれぞれについて、正負の別を確認する。続いてステップST9へ移行する。
【0030】
ステップST9においては、メモリ14に記憶している図8の表1の内容を参照して、上記確認したXY平面のベクトル回転角Δθ、YZ平面のベクトル回転角Δφ、ZX平面のベクトル回転角Δψの正負をあてはめ、目標範囲及び運動方向を限定する。例えば、ステップST8において確認した結果、Δθが正、Δφが正、Δψが負の場合には、図7の表1においてナンバー3に該当し、目標範囲が(4)、(5)、(6)、(7)、運動方向がX+、Y+に限定される。次にステップST10へ移行する。
【0031】
ステップST10においては、限定した結果を出力する。例えば、表示部15に限定した目標範囲を表示する。
【0032】
次に、この発明の他の実施形態として、上記した実施形態の磁気測定システムにおいて、さらに次の機能構成を備えた磁気測定システムについて説明する。
【0033】
この実施形態磁気測定システムでは、3軸合成値B(t)を次の式(2)で算出し、さらに任意のtに対してΔt後の3軸合成値B(t+Δt)を算出し、3軸合成値B(t)に対し3軸合成値(t+Δt)が増加中(図10のa参照)であれば目標体がセンサに近づいていると判断し、3軸合成値B(t+Δt)が減少中(図10のb参照)であれば、目標体がセンサより離れていると判断する。
【0034】
【数2】

【0035】
図11に、3平面の回転の判別結果と、合成値磁力の増減の別より、目標及び運動方向の可能性有り/無しを判別する表2を示している。この表2の内容がメモリ14に予め記憶されており、測定時に得られる3平面の回転角の判別結果と、3軸合成値の増減の判別結果から、この表2を参照して、目標範囲、及び運動方向を限定するように構成している。例えば3平面の回転がいずれも正で、3軸合成値が増加の場合は、目標範囲が(1)、(7)、(8)に限定され、運動方向がY+、X−に限定される。
【0036】
次に、この実施形態磁気測定システムの処理動作を図12に示すフロー図を参照して説明する。
【0037】
この実施形態では、ステップST1からステップST6までの処理が、上記実施形態に関する図8のフロー図のステップST1〜ST6と同様である。ステップST6の処理終了後、次にステップST11へ移行する。
【0038】
ステップST11においては、メモリ14に記憶してある3軸磁界値Bx(t1)、By(t1),Bz(t1)及び3軸磁界値Bx(t1+Δt)、By(t1+Δt),Bz(t1+Δt)をメモリ14から読み出し、上記式(2)を用いて3軸磁気合成値Bt(t1)、Bt(t1+Δt)を計算する。次にステップST12へ移行する。
【0039】
ステップST12においては
Δθ=θ(t1+Δt)−θ(t1)
Δφ=φ(t1+Δt)−φ(t1)
Δψ=ψ(t1+Δt)−ψ(t1)
のほか、さらに
ΔBt=Bt(t1+Δt)−Bt(t1)
を計算し、XY平面のベクトル回転角Δθ、YZ平面のベクトル回転角Δφ、ZX平面のベクトル回転角Δψ及び3軸合成値の変化分ΔBtを得る。次にステップST13へ移行する。
【0040】
ステップST13においては、計算して得たXY平面のベクトル回転角Δθ、YZ平面のベクトル回転角Δφ、ZX平面のベクトル回転角Δψ及び3軸合成値の変化分ΔBtのそれぞれについて、正負の別を確認する。続いてステップST14へ移行する。
【0041】
ステップST14においては、図11に示す表2を参照して、上記確認したXY平面のベクトル回転角Δθ、YZ平面のベクトル回転角Δφ、ZX平面のベクトル回転角Δψ及び3軸合成値の変化分ΔBtの正負をあてはめ、目標範囲、及び運動方向の範囲を限定する。例えば、ステップST13において確認した結果、Δθが正、Δφが正、Δψが負、ΔBtが正(増加)の場合には、図11の表2においてナンバー5に該当し、目標範囲が(5)、(6)、(7)、運動方向がX+、Y+に限定される。次にステップST15へ移行する。
【0042】
ステップST15においては、限定した結果を出力する。例えば、表示部15に限定した目標範囲、及び運動方向を表示する。
【0043】
なお、上記した実施形態磁気測定システムでは、磁気センサとデータ処理器は別体のものを想定しているが、磁気測定器として一体に構成されるものであってもよい。
【0044】
又、上記した各実施形態では、目標体が磁気モーメントとみなせる磁性体であって、磁気検知器による磁気検知で目標体を探査する場合について説明しているが、一般的に磁気モーメントとによって作られる磁界H(r)と、電気モーメントによって作られる電界E(r)は以下のように類似して表される。
【0045】
【数3】

【0046】
ここで、Pは電気モーメント,Mは磁気モーメント、εは真空中の誘電率、μは真空中の透磁率、rは測定位置である。
【0047】
そのため、本願発明は、目標体が電気モーメントとしてみなすことができる場合も磁気センサに代えて電界センサを用いることにより、目標体を探査する場合にも適用できる。
【0048】
また、上記実施形態では、磁気センサが所定位置にあり、目標体が移動している場合について説明しているが、本願発明においては、目標体が所定位置にあり、磁気センサ
が移動する場合にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【0049】
【図1】この発明の一実施形態に係る磁気測定システムの機器構成を示す概略図である。
【図2】同実施形態磁気測定システムの回路構成を示すブロック図である。
【図3】同実施形態磁気測定システムの磁気センサで検知される3軸磁界の波形例を示す図である。
【図4】同実施形態磁気測定システムの磁気センサの感度軸と3平面を説明する図である。
【図5】同実施形態磁気測定システムで測定する3平面における磁気ベクトル角度を説明する図である。
【図6】同実施形態磁気測定システムにおけるXY平面の目標範囲の区分を説明する図である。
【図7】同実施形態磁気測定システムにおけるXY平面のX方向,Y方向における速度成分について説明する図である。
【図8】同実施形態磁気測定システムにおいて3平面のベクトル回転の正負に応じ、目標範囲及び運動方向を限定するのに使用される表1を示す図である。
【図9】同実施形態磁気測定システムにおける処理動作説明するフロー図である。
【図10】この発明の他の実施形態磁気測定システムにおける3軸磁界の合成値の波形を示す図である。
【図11】同実施形態磁気測定システムにおいて3平面のベクトル回転の正負、および磁気合成値の変化の増減の別に応じ、目標範囲、運動方向を限定するのに使用される表2を示す図である。
【図12】同実施形態磁気測定システムの処理動作説明するフロー図である。
【図13】従来の磁気検知器による目標体探査を説明する図である。
【符号の説明】
【0050】
11 センサ部
11x X軸センサ
11y Y軸セッサ
11z Z軸センサ
12 データ処理器
13 データ処理部
14 メモリ
15 表示部




【特許請求の範囲】
【請求項1】
一つの電気モーメント又は磁気モーメントとみなすことが出来る目標体が相対的に運動する時に発生する電界又は磁界を互いに直交する3軸成分で計測する電界センサ又は磁気センサと、
この電界センサ又は磁気センサで計測された電界又は磁気からXY平面ベクトルの角度、YZ平面のベクトルの角度、ZX平面ベクトルの角度を算出するベクトル角度算出手段と、
前記XY平面ベクトル、YZ平面のベクトル及びZX平面ベクトルの時間経過による角度変化から各平面ベクトルの回転の向きを判別する平面ベクトル回転向き判別手段と、
前記判別されたXY平面、YZ平面、及びZX平面の各ベクトル回転の向きの組み合わせから前記目標体の運動の向き及び位置を限定する手段と、
を備えることを特徴とする目標体探査システム。
【請求項2】
前記電界センサ又は磁気センサで計測された3軸成分を合成演算する合成値演算手段と、
この合成値の時間経過による増加あるいは減少の別を判別する手段と
、を備え、
前記目標体の運動の向き及び位置を限定する手段は、前記XY平面、YZ平面、ZX平面の各ベクトル回転の向きに加え、前記合成値増減の別の組み合わせから前記目標体の運動の向き及び位置を限定することを特徴とする請求項1記載の目標体探査システム。


【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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