相互相関を用いた動揺雑音低減法及び交流信号抽出法
【課題】 動揺雑音を低減し、目的とする交流の磁気信号を精度良く測定し得る磁気測定方法を提供する。
【解決手段】 ある位置の磁界を測定するのに、その位置に２つの磁気センサを配し、一方のセンサの検出データＤ３−ｉを取り込み（ステップＳＴ２）、このデータＤ３−ｉにフィルタ処理を施し（ステップＳＴ３）、更に他方のセンサの検出データＤ４−ｉを取り込み（ステップＳＴ４）、このデータＤ４−ｉにフィルタ処理を施し（ステップＳＴ５）、一方のセンサのフィルタ処理後のデータＤ３−ｉｆと、他方のセンサのフィルタ処理後のデータＤ４−ｉｆにつき、両者の相互相関を求め、データＤｉを求める（ステップＳＴ６）。このデータＤｉを検出磁気データとする。
【解決手段】 ある位置の磁界を測定するのに、その位置に２つの磁気センサを配し、一方のセンサの検出データＤ３−ｉを取り込み（ステップＳＴ２）、このデータＤ３−ｉにフィルタ処理を施し（ステップＳＴ３）、更に他方のセンサの検出データＤ４−ｉを取り込み（ステップＳＴ４）、このデータＤ４−ｉにフィルタ処理を施し（ステップＳＴ５）、一方のセンサのフィルタ処理後のデータＤ３−ｉｆと、他方のセンサのフィルタ処理後のデータＤ４−ｉｆにつき、両者の相互相関を求め、データＤｉを求める（ステップＳＴ６）。このデータＤｉを検出磁気データとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば水中等で被測定体から発する磁気あるいは水中電界を測定する磁気測定方法、水中電界測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、図８に示すように、船舶１の発生する磁界を測定するために、海底３に複数個の磁気センサ２-1、......、２-nを配置し、これら複数個の磁気センサ２-1、......、２-nで得られる磁気出力より、船舶１の発生磁界を測定している（例えば、特許文献１参照）。この種の磁気測定において、目的とする船舶１からの磁気の他に、磁気ノイズが混入して、各磁気センサ２-1、......、２-nの出力に現れる。
【０００３】
このような場合、信号源としての交流信号源を抽出し、混入ノイズを除去するためには、センサ出力に対し、フィルタ（直流分、低周波分除去）処理と自己相関処理を組み合わせたノイズ除去方法を採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−１８０７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
船舶の磁界を測定する場合、上記したように磁気センサを海底に固定して測定する場合が多いが、磁気センサを船舶の横に配置する等、海面、もしくは海中に浮かせて測定することもある。この場合、磁気センサは、海面又は海中で揺動するため、検出出力に動揺雑音が混入する。この動揺雑音を除去するために、従来の雑音除去方法のように、自己相関を行うと、目的とする交流信号を抽出するばかりでなく、動揺雑音を強調してしまうことになるという問題がある。
【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、動揺雑音を低減し得る磁気測定方法、水中電界測定方法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】
この発明の磁気測定方法は、交流磁気信号を測定する磁気測定方法であって、互いに近傍に配置される少なくとも第１と第２の磁気センサとを備え、これら第１と第２の磁気センサの検出信号をそれぞれフィルタ処理し、得られた第１と第２の磁気センサの出力の相互相関を取り、動揺雑音を低減し、目的とする交流磁気信号を測定することを特徴とする。
【０００８】
また、この発明の水中電界測定方法は、互いに近傍に配置される少なくとも第１と第２の水中電界センサとを備え、これら第１と第２の水中電界センサの検出信号をそれぞれフィルタ処理し、得られた第１と第２の電磁気センサの出力の相互相関を取り、動揺雑音を低減し、目的とする交流電界信号を測定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、第１と第２の磁気センサまたは水中電界センサの検出信号を、それぞれフィルタ処理し、得られた第１と第２の磁気センサまたは水中電界センサの出力の相互相関を取るので、目的とする交流信号は、第１と第２の両センサ位置では同周波数であり、相互相関により強調される。そのため、目的とする交流信号を抽出できる。また、第１と第２の両センサは位置は近傍であるが、動揺態様が同じでなく、相互相関により動揺成分は低減される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の一実施形態磁気測定方法を説明する図である。
【図２】同実施形態で使用される磁気測定システムの構成を示すブロック図である。
【図３】同磁気測定システムにおいて、測定データ取込み処理を説明するためのフロー図である。
【図４】同磁気測定システムに取込まれる一対のセンサの検出信号波形例を示す図である。
【図５】同一対のセンサの検出信号を相互相関処理して得られる信号波形例を示す図である。
【図６】同磁気測定システムに取込まれる一対のセンサの検出信号の周波数成分分布であるＦＦＴ結果の信号波形例を示す図である。
【図７】同一対のセンサのＦＦＴ結果の相互相関処理して得られる信号波形例を示す図である。
【図８】従来の船体磁気測定方法の一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【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、この発明の一実施形態を説明する図である。図１は、船舶１の左右にそれぞれ複数の磁気センサ３-1、......、３-mと、磁気センサ４-1、......、４-mを配置し、これら磁気センサ３-1、......、３-mと、磁気センサ４-1、......、４-mを用いて、船舶１の磁気を測定する。磁気センサ３-1、......、３-m、磁気センサ４-1、......、４-mはいずれもブイ等を用いて、海面（あるいは海中）に浮かせている。
【００１２】
図２は、この実施形態で使用される磁気測定システムの構成を示すブロック図である。この磁気測定システム１０は、センサＩ／Ｆ１４と、ＣＰＵ１５と、操作部１６と、ＲＯＭ１７と、データメモリ１８と、表示部１９とを備えている。センサＩ／Ｆ１４は、磁気センサ３-1、......、３-m（磁気センサ４-1、......、４-mも同様に）の信号を受け付け、ＣＰＵ１５に取り込む。ＲＯＭ１７は、磁気測定のための処理プログラムを記憶しており、ＣＰＵ１５はＲＯＭ１７に記憶されているプログラムにしたがい、磁気測定処理を実行する。操作部１６は、システム１０に種々の指示を入力するための操作手段を備える。データメモリ１８は、磁気センサ３-1、......、３-m等から取り込んだデータにフィルタ処理したデータ、相互相関処理したデータ、その他の処理データを記憶する。表示部１９は、処理のために必要なメッセージ、測定データ等を必要に応じて表示する。これらの各構成部自体は、磁気測定システムにとって、特に新しいものではない。
【００１３】
次に、この実施形態磁気測定システムにおいて、各磁気センサの検出磁気の取込み処理を、図３に示すフロー図を参照して説明する。処理が開始されると、ステップＳＴ１において、変数ｉを１とする。この変数ｉは、＝１〜ｍであり、磁気センサ３-1、......、３-m、４-1、......、４-mのセンサ番号を示す。次に、ステップＳＴ２へ移行する。
【００１４】
ステップＳＴ２においては、磁気センサ３-1のデータＤ３−１を取込む。続いて、ステップＳＴ３へ移行する。そして、データＤ３−１のフィルタ処理を実行する。フィルタ処理後のデータＤ３−１ｆをデータメモリ１８に記憶する。次に、ステップＳＴ４へ移行する。ステップＳＴ４においては、磁気センサ４-1のデータＤ４−１を取込む。続いて、ステップＳＴ５へ移行する。ステップＳＴ５において、データＤ４−１のフィルタ処理を実行する。フィルタ処理後のデータＤ４−１ｆを同じくデータメモリ１８に記憶する。次に、ステップＳＴ６へ移行する。
【００１５】
ステップＳＴ６においては、データメモリ１８に記憶したデータＤ３−１ｆとデータＤ４−１ｆを読み出し、これらの相互相関データＤｉを得る。次に、ステップＳＴ７へ移行する。ステップＳＴ７においては、この相互相関データＤｉをデータメモリ１８に記憶する。続いて、ステップＳＴ８へ移行する。
ステップＳＴ８においては、変数ｉが定数Ｋ（＝ｍ）以上となったか否か判定する。当初は、ｉ＝１なので、判定ＮＯで、ステップＳＴ９へ移行する。ステップＳＴ９においては、変数ｉを１インクリメント（ｉ＝２）する。そして、ステップＳＴ２へ戻る。
【００１６】
このステップＳＴ２においては、磁気センサ３-2のデータＤ３−２の取込みを行う。そして、次のステップＳＴ３において、データＤ３−２のフィルタ処理を行う。同様に、ステップＳＴ４、ＳＴ５において、他方の磁気センサ４-２のデータＤ４−２の取込み、及びフィルタ処理を実行する。続いて、ステップＳＴ６において、データＤ３−２とＤ４−２の相互相関データＤ2を得る。そして、ステップＳＴ７において、データＤ2をデータメモリ１８に記憶する。
【００１７】
以降、ステップＳＴ９において、変数ｉを１インクリメントしながら、ステップＳＴ２〜ＳＴ９の処理を繰り返し、各磁気センサの相互相関データＤ1 、......、Ｄm を得る。ｉ＝Ｋ（＝ｍ）となると、次にステップＳＴ１０へ移行し、変数ｉを１とする。
この図３の一連の処理を一定時間毎に実行する。このようにして時系列的に得られた磁気センサ３-1の波形例を図４の（ａ）に、同じ磁気センサ４-1ｂの波形例を図４の（ｂ）に例示する。この図４の（ａ）と（ｂ）の波形信号に、相互相関処理を施したデータＤ1 の波形を図５に示す。
【００１８】
また、磁気センサ３-1の検出結果に周波数成分分布を示すＦＦＴを実施した一例を図６の（ａ）に例示し、同じく磁気センサ４-1の検出結果をＦＦＴを実施した一例を、図６の（ｂ）に例示する。ここでは、検出したい交流信号に動揺雑音が重畳している。図５に示す相互相関解析結果にＦＦＴを実施したものは、図７に示すものとなり、動揺雑音が低減されていることがわかる。
【００１９】
なお、上記実施形態において、磁気センサ３-1、３-2、......、３-mのそれぞれにおいて、３-1、４-１の組合せ、３-２、４-２の組み合わせ、・・・・・・、３-ｍ、４-ｍの組合せ合せの検知出力同士の相互相関を取る例を説明したが、隣同士、例えば磁気センサ３-1と３-２の組合せ同士で相互相関を行っても良い。
【００２０】
また、上記実施形態において、センサは磁気センサを例にとり説明したが、センサに水中電界センサを使用する場合も、本発明を同様に適用することができる。この場合、実施形態としては、図２に示す測定システムの磁気センサ３-1、......、３-m、４-1、......、４-mに代えて水中電界センサを使用し、図３に示すと同様の処理を実行する。
【符号の説明】
【００２１】
１ 船舶
３-1、......、３-m、４-1、......、４-m 磁気センサ
１０ 磁気測定システム
１４ センサＩ／Ｆ
１５ ＣＰＵ
１６ 操作部
１７ ＲＯＭ
１８ データメモリ
１９ 表示部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば水中等で被測定体から発する磁気あるいは水中電界を測定する磁気測定方法、水中電界測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、図８に示すように、船舶１の発生する磁界を測定するために、海底３に複数個の磁気センサ２-1、......、２-nを配置し、これら複数個の磁気センサ２-1、......、２-nで得られる磁気出力より、船舶１の発生磁界を測定している（例えば、特許文献１参照）。この種の磁気測定において、目的とする船舶１からの磁気の他に、磁気ノイズが混入して、各磁気センサ２-1、......、２-nの出力に現れる。
【０００３】
このような場合、信号源としての交流信号源を抽出し、混入ノイズを除去するためには、センサ出力に対し、フィルタ（直流分、低周波分除去）処理と自己相関処理を組み合わせたノイズ除去方法を採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−１８０７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
船舶の磁界を測定する場合、上記したように磁気センサを海底に固定して測定する場合が多いが、磁気センサを船舶の横に配置する等、海面、もしくは海中に浮かせて測定することもある。この場合、磁気センサは、海面又は海中で揺動するため、検出出力に動揺雑音が混入する。この動揺雑音を除去するために、従来の雑音除去方法のように、自己相関を行うと、目的とする交流信号を抽出するばかりでなく、動揺雑音を強調してしまうことになるという問題がある。
【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、動揺雑音を低減し得る磁気測定方法、水中電界測定方法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】
この発明の磁気測定方法は、交流磁気信号を測定する磁気測定方法であって、互いに近傍に配置される少なくとも第１と第２の磁気センサとを備え、これら第１と第２の磁気センサの検出信号をそれぞれフィルタ処理し、得られた第１と第２の磁気センサの出力の相互相関を取り、動揺雑音を低減し、目的とする交流磁気信号を測定することを特徴とする。
【０００８】
また、この発明の水中電界測定方法は、互いに近傍に配置される少なくとも第１と第２の水中電界センサとを備え、これら第１と第２の水中電界センサの検出信号をそれぞれフィルタ処理し、得られた第１と第２の電磁気センサの出力の相互相関を取り、動揺雑音を低減し、目的とする交流電界信号を測定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、第１と第２の磁気センサまたは水中電界センサの検出信号を、それぞれフィルタ処理し、得られた第１と第２の磁気センサまたは水中電界センサの出力の相互相関を取るので、目的とする交流信号は、第１と第２の両センサ位置では同周波数であり、相互相関により強調される。そのため、目的とする交流信号を抽出できる。また、第１と第２の両センサは位置は近傍であるが、動揺態様が同じでなく、相互相関により動揺成分は低減される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の一実施形態磁気測定方法を説明する図である。
【図２】同実施形態で使用される磁気測定システムの構成を示すブロック図である。
【図３】同磁気測定システムにおいて、測定データ取込み処理を説明するためのフロー図である。
【図４】同磁気測定システムに取込まれる一対のセンサの検出信号波形例を示す図である。
【図５】同一対のセンサの検出信号を相互相関処理して得られる信号波形例を示す図である。
【図６】同磁気測定システムに取込まれる一対のセンサの検出信号の周波数成分分布であるＦＦＴ結果の信号波形例を示す図である。
【図７】同一対のセンサのＦＦＴ結果の相互相関処理して得られる信号波形例を示す図である。
【図８】従来の船体磁気測定方法の一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【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、この発明の一実施形態を説明する図である。図１は、船舶１の左右にそれぞれ複数の磁気センサ３-1、......、３-mと、磁気センサ４-1、......、４-mを配置し、これら磁気センサ３-1、......、３-mと、磁気センサ４-1、......、４-mを用いて、船舶１の磁気を測定する。磁気センサ３-1、......、３-m、磁気センサ４-1、......、４-mはいずれもブイ等を用いて、海面（あるいは海中）に浮かせている。
【００１２】
図２は、この実施形態で使用される磁気測定システムの構成を示すブロック図である。この磁気測定システム１０は、センサＩ／Ｆ１４と、ＣＰＵ１５と、操作部１６と、ＲＯＭ１７と、データメモリ１８と、表示部１９とを備えている。センサＩ／Ｆ１４は、磁気センサ３-1、......、３-m（磁気センサ４-1、......、４-mも同様に）の信号を受け付け、ＣＰＵ１５に取り込む。ＲＯＭ１７は、磁気測定のための処理プログラムを記憶しており、ＣＰＵ１５はＲＯＭ１７に記憶されているプログラムにしたがい、磁気測定処理を実行する。操作部１６は、システム１０に種々の指示を入力するための操作手段を備える。データメモリ１８は、磁気センサ３-1、......、３-m等から取り込んだデータにフィルタ処理したデータ、相互相関処理したデータ、その他の処理データを記憶する。表示部１９は、処理のために必要なメッセージ、測定データ等を必要に応じて表示する。これらの各構成部自体は、磁気測定システムにとって、特に新しいものではない。
【００１３】
次に、この実施形態磁気測定システムにおいて、各磁気センサの検出磁気の取込み処理を、図３に示すフロー図を参照して説明する。処理が開始されると、ステップＳＴ１において、変数ｉを１とする。この変数ｉは、＝１〜ｍであり、磁気センサ３-1、......、３-m、４-1、......、４-mのセンサ番号を示す。次に、ステップＳＴ２へ移行する。
【００１４】
ステップＳＴ２においては、磁気センサ３-1のデータＤ３−１を取込む。続いて、ステップＳＴ３へ移行する。そして、データＤ３−１のフィルタ処理を実行する。フィルタ処理後のデータＤ３−１ｆをデータメモリ１８に記憶する。次に、ステップＳＴ４へ移行する。ステップＳＴ４においては、磁気センサ４-1のデータＤ４−１を取込む。続いて、ステップＳＴ５へ移行する。ステップＳＴ５において、データＤ４−１のフィルタ処理を実行する。フィルタ処理後のデータＤ４−１ｆを同じくデータメモリ１８に記憶する。次に、ステップＳＴ６へ移行する。
【００１５】
ステップＳＴ６においては、データメモリ１８に記憶したデータＤ３−１ｆとデータＤ４−１ｆを読み出し、これらの相互相関データＤｉを得る。次に、ステップＳＴ７へ移行する。ステップＳＴ７においては、この相互相関データＤｉをデータメモリ１８に記憶する。続いて、ステップＳＴ８へ移行する。
ステップＳＴ８においては、変数ｉが定数Ｋ（＝ｍ）以上となったか否か判定する。当初は、ｉ＝１なので、判定ＮＯで、ステップＳＴ９へ移行する。ステップＳＴ９においては、変数ｉを１インクリメント（ｉ＝２）する。そして、ステップＳＴ２へ戻る。
【００１６】
このステップＳＴ２においては、磁気センサ３-2のデータＤ３−２の取込みを行う。そして、次のステップＳＴ３において、データＤ３−２のフィルタ処理を行う。同様に、ステップＳＴ４、ＳＴ５において、他方の磁気センサ４-２のデータＤ４−２の取込み、及びフィルタ処理を実行する。続いて、ステップＳＴ６において、データＤ３−２とＤ４−２の相互相関データＤ2を得る。そして、ステップＳＴ７において、データＤ2をデータメモリ１８に記憶する。
【００１７】
以降、ステップＳＴ９において、変数ｉを１インクリメントしながら、ステップＳＴ２〜ＳＴ９の処理を繰り返し、各磁気センサの相互相関データＤ1 、......、Ｄm を得る。ｉ＝Ｋ（＝ｍ）となると、次にステップＳＴ１０へ移行し、変数ｉを１とする。
この図３の一連の処理を一定時間毎に実行する。このようにして時系列的に得られた磁気センサ３-1の波形例を図４の（ａ）に、同じ磁気センサ４-1ｂの波形例を図４の（ｂ）に例示する。この図４の（ａ）と（ｂ）の波形信号に、相互相関処理を施したデータＤ1 の波形を図５に示す。
【００１８】
また、磁気センサ３-1の検出結果に周波数成分分布を示すＦＦＴを実施した一例を図６の（ａ）に例示し、同じく磁気センサ４-1の検出結果をＦＦＴを実施した一例を、図６の（ｂ）に例示する。ここでは、検出したい交流信号に動揺雑音が重畳している。図５に示す相互相関解析結果にＦＦＴを実施したものは、図７に示すものとなり、動揺雑音が低減されていることがわかる。
【００１９】
なお、上記実施形態において、磁気センサ３-1、３-2、......、３-mのそれぞれにおいて、３-1、４-１の組合せ、３-２、４-２の組み合わせ、・・・・・・、３-ｍ、４-ｍの組合せ合せの検知出力同士の相互相関を取る例を説明したが、隣同士、例えば磁気センサ３-1と３-２の組合せ同士で相互相関を行っても良い。
【００２０】
また、上記実施形態において、センサは磁気センサを例にとり説明したが、センサに水中電界センサを使用する場合も、本発明を同様に適用することができる。この場合、実施形態としては、図２に示す測定システムの磁気センサ３-1、......、３-m、４-1、......、４-mに代えて水中電界センサを使用し、図３に示すと同様の処理を実行する。
【符号の説明】
【００２１】
１ 船舶
３-1、......、３-m、４-1、......、４-m 磁気センサ
１０ 磁気測定システム
１４ センサＩ／Ｆ
１５ ＣＰＵ
１６ 操作部
１７ ＲＯＭ
１８ データメモリ
１９ 表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流磁気信号を測定する磁気測定方法であって、互いに近傍に配置される少なくとも第１と第２の磁気センサとを備え、これら第１と第２の磁気センサの検出信号をそれぞれフィルタ処理し、得られた第１と第２の磁気センサの出力の相互相関を取り、動揺雑音を低減し、目的とする交流磁気信号を測定することを特徴とする磁気測定方法。
【請求項２】
水中で交流電界信号を測定する水中電界測定方法であって、互いに近傍に配置される少なくとも第１と第２の水中電界センサとを備え、これら第１と第２の水中電界センサの検出信号をそれぞれフィルタ処理し、得られた第１と第２の電磁気センサの出力の相互相関を取り、動揺雑音を低減し、目的とする交流電界信号を測定することを特徴とする水中電界測定方法。
【請求項１】
交流磁気信号を測定する磁気測定方法であって、互いに近傍に配置される少なくとも第１と第２の磁気センサとを備え、これら第１と第２の磁気センサの検出信号をそれぞれフィルタ処理し、得られた第１と第２の磁気センサの出力の相互相関を取り、動揺雑音を低減し、目的とする交流磁気信号を測定することを特徴とする磁気測定方法。
【請求項２】
水中で交流電界信号を測定する水中電界測定方法であって、互いに近傍に配置される少なくとも第１と第２の水中電界センサとを備え、これら第１と第２の水中電界センサの検出信号をそれぞれフィルタ処理し、得られた第１と第２の電磁気センサの出力の相互相関を取り、動揺雑音を低減し、目的とする交流電界信号を測定することを特徴とする水中電界測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−４７９０９（Ｐ２０１１−４７９０９Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９９０２０（Ｐ２００９−１９９０２０）
【出願日】平成２１年８月２８日（２００９．８．２８）
【出願人】（３９００１４３０６）防衛省技術研究本部長 (169)
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２８日（２００９．８．２８）
【出願人】（３９００１４３０６）防衛省技術研究本部長 (169)
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
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