電界測定システム
【課題】 ３軸電界センサの計測データにより、電気モーメントとみなせる目標体の運動方向、向きが特定でき、運動パターンを区別し得る電界測定システムを提供する。
【解決手段】同一平面上に第１の電界センサＳＡと第２の電界センサＳＢとを配置しておき、配置領域内を運動目標体が通過すると、第１と第２の電界センサＳＡ、ＳＢで目標体によるＸＹ軸の電界データをデータ処理装置に取り込み、Ｘ軸とＹ軸の電界から電界ベクトル回転角を求め、所定時間経過後のベクトル回転角の変化から電界ベクトル回転方向の正負の別を求め、求めた第１と第２の電界センサＳＡ，ＳＢに係る電界ベクトル回転方向の正負の別の組み合わせから目標体の運動コース１〜４を特定する。
【解決手段】同一平面上に第１の電界センサＳＡと第２の電界センサＳＢとを配置しておき、配置領域内を運動目標体が通過すると、第１と第２の電界センサＳＡ、ＳＢで目標体によるＸＹ軸の電界データをデータ処理装置に取り込み、Ｘ軸とＹ軸の電界から電界ベクトル回転角を求め、所定時間経過後のベクトル回転角の変化から電界ベクトル回転方向の正負の別を求め、求めた第１と第２の電界センサＳＡ，ＳＢに係る電界ベクトル回転方向の正負の別の組み合わせから目標体の運動コース１〜４を特定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、航行する船舶等の電気モーメントとみなせる目標体の運動中の電界を測定し、目標体の運動方向及び向きを限定し得る電界測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、海水などの導体中を移動する船体などの存在、位置などを検知するために図２１に示すように一対の電極１ｘ１・１ｘ２を備えるＸ軸電界センサ１ｘと、一対の電極１ｙ１・１ｙ２を備えるＹ軸電界センサ１ｙと、同じく一対の電極１ｚ１・１ｚ２を備えるＺ軸電界センサ１ｚとからなり、これらＸ軸電界センサ１ｘ、Ｙ軸電界センサ１ｙ、Ｚ軸電界センサ１ｚを、それぞれ互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向に配置してなる３軸電界センサ１を用いて、３軸方向の電界波形を計測し、その電界強度から、船体と電界センサ間の距離を測定している。
【０００３】
この種の装置であって、３軸電界センサの他に、深度計を装置に付設し、３軸電界センサの出力と、深度計により得た測定深度から、被測定船体の、装置真上からみた位置偏奇量を計算し、出力するようにした船体位置偏奇量検出装置が開示されている。（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−３０４５３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来の３軸電界センサを用いて、測定される電界の３軸成分から、運動中の目標体との距離及び位置を見積もることができるが、１個の３軸電界センサでは、目標体が、どの方向で、どちらの向きに運動しているのか、見積もることができなかった。
【０００５】
また、複数個の３軸電界センサを用いて、それぞれの３軸電界センサの電界出力のピーク値の計測時間の差から目標体の概略運動方向を見積もることができる。しかし、この場合でも、それぞれの電界センサの左右どちらの方向を運動しているかまでのコースを判別することができなかった。
【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、相対的に運動する電気モーメントとみなせる目標体の運動方向及び向きを精度良く見積もることができる電界測定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】
この発明の請求項１に係る電界測定システムは、同一平面上に配置される第１と第２の電界センサと、この第１と第２の電界センサより、相対的に運動中の１つの電気モーメントとみなすことができる目標体の発生する電界データを取り込む手段と、前記取り込んだ第１の電界センサによる電界データと前記第２の電界センサによる電界データの計測の時間差から運動方向を、前記第１の電界センサの電界データのベクトルの回転と前記第２の電界センサの電界データのベクトルの回転とから運動の向きを判別する手段と、を備えている（実施形態１）。
【０００８】
また、請求項２に係る電界測定システムは、３軸方向の感度を有し、１つの電気モーメントとみなすことができる目標体が相対的に運動する時に発生する電界を計測する電界センサと、この電界センサで計測した３軸方向の電界波形データを取り込む手段と、前記３軸方向の電界波形データから、目標進路とセンサ座標とで一意的に決まる平面を推定する手段と、を備えることを特徴とする（実施形態２）。
【０００９】
また、請求項３に係る電界測定システムは、３軸方向の感度を有し、１つの電気モーメントとみなすことができる目標体が相対的に運動する時に発生する電界を計測する電界センサと、この電界センサで計測した３軸方向の電界波形データを取り込む手段と、前記３軸方向の電界波形データ、電界ベクトルの変化データ、及び目標進路とセンサ座標とから一意的に決まる平面データとから、目標体の運動コース及び向きを限定する手段と、
を備えることを特徴とする（実施形態３）。
【００１０】
また、請求項４に係る電界測定システムは、各々が３軸方向の感度を有し、異なる位置に配置され、１つの電気モーメントとみなすことができる目標体が相対的に運度する時に発生する電界を計測する第１と第２の電界センサと、この第１と第２の電界センサで計測した３軸方向の電界波形データを取り込む手段と、前記第１，第２の電界センサのそれぞれの３軸方向の電界波形データ、及び電界ベクトルの変化データおよび最近接時刻データ、及び目標進路とセンサ座標から一意的に決まる平面データとから、３次元空間における運動コース及び向きを推定する手段と、を備えることを特徴とする（実施形態４）。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る発明によれば、第１の電界センサの電界データと第２の電界センサの電界データの計測の時間差により目標体の運動方向を限定し、第１の電界センサの電界データのベクトル回転と第２の電界センサの電界データのベクトルの回転とから運動の向きを判別するので、複数の運動コースの１つを特定できる。
【００１２】
また、請求項２に係る発明によれば、電気モーメントとみなすことができる目標体が相対運動する時に発生する電界を１つの３軸電界センサで計測することにより、その運動コース及び向きを２次元平面に限定することができる。
【００１３】
また、請求項３に係る発明によれば、計測された３軸方向電界波形データと、電界ベクトルの変化データと、目標進路とセンサ座標とから一意的に決まる平面データとから、２次元平面に限定された、電気モーメントとみなせる目標体の運動方向及び向きを限定できる。
【００１４】
また、請求項４に係る発明によれば、電気モーメントとみなすことができる目標体が相対運動する時に発生する電界を第１と第２の３軸電界センサで計測することにより、目標進路とセンサ座標から一意的に決まる２つの平面を限定し得るので、この２つの２次元平面の交叉線より、運動中の目標体の運動方向及び、向き、を限定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
〈実施形態１〉
図１は、この発明の一実施形態である電界測定システムの機器構成を示すブロック図である。
【００１７】
この実施形態システムは、２個の電界センサＳＡ、ＳＢと、データ処理装置１０とから構成されている。電界センサＳＡ，ＳＢは、図２１に示すものと同様のＸ軸電界センサ、Ｙ軸電界センサ，Ｚ軸電界センサを有する３軸電界センサであり、１つの電気モーメントとみなせる被測定対象である目標体が通過する任意の領域の同一平面内に配置されている。その配置例を図２に示している。
【００１８】
データ処理装置１０は、データ処理部１１，メモリ１２、表示部１３を備え、例えば図２に示すように陸上の管理棟に設置され、サンプリングタイム毎に、電界センサＳＡ、ＳＢからの測定データ、つまり電界の強度データＥｘ、Ｅｙ、Ｅｚを取り込み、記憶し、所要の演算を実行する。目標体が、電界センサＳＡ、ＳＢの近傍を通過すると、例えば電界センサＳＡで、図３に示すＸ軸とＹ軸の計測結果Ｅｘ（ｔ）、Ｅｙ（ｔ）が得られる。この計測結果は、データ処理装置１０のメモリ１２に記憶される。
【００１９】
各電界センサＳＡ、ＳＢにおいて、時間ｔでのＸ，Ｙ平面電界ベクトルの角度ψ（ｔ）を、データ処理装置１０で、算出する。この角度ψ（ｔ）は、次式より算出される。
【００２０】
ψ（ｔ）＝ａｒｃｔａｎ｛（Ｅｙ（ｔ）／Ｅｘ（ｔ）｝・・・（ａ）
さらに、データ処理装置１０おいて、角度ψ（ｔ）が時間的に、どのように変化するかを,各電界センサＳＡ，ＳＢ毎に判定する。今、任意の時間ｔに対してψ（ｔ）＜ψ（ｔ＋Δｔ）であれば、図４に示すように、ベクトルは正の回転と判定し、ψ（ｔ）＞ψ（ｔ＋Δｔ）であれば、ベクトルは負の回転であると、判定する。
【００２１】
電界センサＳＡ，ＳＢの近傍を目標体が通過する際に、例えば図５に示す波形が計測され、そのピーク波形の計測時間の差から、目標体の進行方向が分かる。この際、上記電界ベクトル回転方向が正である場合は、電界センサより近接してくる目標体に向かって見て、目標体が電界センサの右側を通過したことになり、電界ベクトル回転方向が負である場合に、目標体が電界センサの左側を通過したことになる。この電界ベクトル回転方向の正負と目標体の通過サイドについて、少し具体的に説明する。
【００２２】
図６に示すように電界センサＳＡの左側を図の上方から下方に電気モーメントＰの目標体４が通過する場合を想定する。移動で目標体４が４ａの位置に到達した時の電界センサＳＡにおける電界ベクトルは、図６にＥａで示したものとなる。その後、目標体４が４ｂの位置に到達したときの電界センサＳＡにおける電界ベクトルは図６のＥｂで示すものとなり、ベクトル回転方向は矢符Ｑで示す負回転となる。この負回転を判別することにより、目標体４の電界センサＳＡの左側通行を特定できる。
【００２３】
次に、図７に示すように電界センサＳＡの右側を図の上方から下方に電気モーメントＰの目標体４が通過する場合を想定する。移動で目標体４が４ａの位置に到達した時の電界センサＳＡにおける電界ベクトルは、図７にＥａで示したものとなる。その後、目標体４が４ｂの位置に到達したときの電界センサＳＡにおける電界ベクトルは図７のＥｂで示すものとなり、ベクト回転は矢符Ｒで示す正回転となる。この正回転を判別することにより、目標体４の電界センサＳＡの右側通行を特定できる。
【００２４】
以上のベクトル判定を、電界センサＳＡ、ＳＢについて、それぞれ実行する。ここでは、目標体の通過時に、電界センサＳＡ，ＳＢでの出力で、それぞれの電界ベクトル回転方向の正負を求め、電界センサＳＡ通過時の正負の別と電界センサＳＢ通過時の正負の別とから、図８に示すコースのいずれを通過したかを決定している。
【００２５】
この実施形態電界測定システムにおいて、目標体４の航行により、電界センサＳＡ、ＳＢのいずれにおいても、ベクトル回転方向が正、正と判定されると、目標体４が電界センサＳＡの右側、電界センサＳＢの右側を通過したことになり、目標体４が図８のコース１を通過したと決定する。次に、電界センサＳＡにつきベクトル回転方向が正と判定され、電界センサＳＢでベクトル回転が負と判定されると、目標体４が電界センサＳＡの右側、電界センサＳＤＢの左側を通過したことになり、目標体４が図８のコース２を通過したと決定する。
【００２６】
さらに、次に、電界センサＳＡにつきベクトル回転方向が負と判定され、電界センサＳＢでベクトル回転方向が正と判定されると、目標体４が電界センサＳＡの左側、電界センサＳＢのも右側を通過したことになり、目標体４が図８のコース３を通過したと決定する。
【００２７】
また、電界センサＳＡ、ＳＢのいずれにおいても、ベクトル回転が負、負と判定されると、目標体が電界センサＳＡの左側、電界センサＳＢの左側を通過したことになり、目標体４が図８のコース４を通過したと決定する。
【００２８】
以上の判別ベクトル回転方向とコースの関係を示すと図９に示すようになる。この図より、電界センサＳＡ、ＳＢの各出力の電界ベクトル回転方向が正負いずれであるか判別し、その組み合わせにより航行する目標体の４つのコースの１つを特定することが出来る。この電界センサＳＡ，ＳＢの電界ベクトル回転方向の正負の組み合わせと各コースの関係が、データ処理装置１０のメモリ１２に格納されている。
【００２９】
次に、この実施形態電界測定システムの電界測定及びコース決定の処理動作を図１０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,測定すべきサンプルタイム到来か否か判定する。サンプルタイムの到来で、ステップＳＴ２へ移行する。
【００３０】
ステップＳＴ２においては、電界センサＳＡ、ＳＢのそれぞれのＸ軸，Ｙ軸の電界Ｅｘ（ｔ）、Ｅｙ（ｔ）、Ｅｚ（ｔ）を計測し,計測結果を時刻とともにメモリ１２の計測電界記憶部に格納する。続いて、ステップＳＴ３へ移行する。ステップＳＴ３においては、電界センサＳＡの全検出電界ＥＡ（ｔ）が所定値Ｋより大きいか否かを判定する。大きければ、電界センサＳＡの近傍を目標体が通過しているとの判別で、ステップＳＴ４へ移行する。
【００３１】
ステップＳＴ４においては、電界センサＳＡに関するＸ軸，Ｙ軸の測定電界Ｅｘ（ｔ），Ｅｙ（ｔ）より,上記（ａ）式により電界ベクトル角ψＡ（ｔ）を計算する。この計算した電界ベクトル角ψＡ（ｔ）もメモリ１２の計測電界記憶部に時刻とともに記憶する。次に、ステップＳＴ５へ移行する。
【００３２】
ステップＳＴ５においては、電界センサＳＡの今回のベクトル角ψＡ（ｔ）から所定時間前のベクトル回転角ψＡ（ｔ―Δｔ）を減算し、電界ベクトルの回転方向が正であるか負であるかを判別する。この判別結果をメモリ１２の電界ベクトル回転方向記憶部に記憶する。続いて、ステップＳＴ６へ移行する。
【００３３】
ステップＳＴ６においては、電界センサＳＢの全検出電界ＥＢ（ｔ）が所定値Ｋより大きいか否かを判定する。大きければ、電界センサＳＢの近傍を目標体が通過していることを意味し、ステップＳＴ７へ移行する。一方、所定値Ｋより,小さければステップＳＴ１へ移行する。
【００３４】
ステップＳＴ３、ＳＴ６において、電界センサＳＡあるいはＳＢの測定全電界値が所定値Ｋより小さい場合は、サンプルタイムの到来ごとに電界センサＳＡ，ＳＢによる電界計測を続ける。
【００３５】
ステップＳＴ７においては、電界センサＳＢに関するＸ軸，Ｙ軸の測定電界Ｅｘ（ｔ），Ｅｙ（ｔ）より,上記（ａ）式により電界ベクトル角ψＢ（ｔ）を計算する。この計算した電界ベクトル角ψＢ（ｔ）もメモリ１２の計測電界記憶部に時刻とともに記憶する。次に、ステップＳＴ８へ移行する。
【００３６】
ステップＳＴ８においては、電界センサＳＢの今回のベクトル角ψＢ（ｔ）から所定時間前のベクトル回転角ψＢ（ｔ―Δｔ）を減算し、電界ベクトルの回転方向が正であるか負であるかを判別する。この判別結果をメモリ１２の電界ベクトル回転方向記憶部に記憶する。続いて、ステップＳＴ９へ移行する。
【００３７】
ステップＳＴ９においては、電界ベクトル回転方向記憶部のデータを読み出して,電界センサＳＡで検出した電界のベクトル回転が正回転であるか、否かを判定する。正回転の場合は次にステップＳＴ１０へ移行する。一方、ステップ゜ＳＴ９において正回転でない場合、つまり負回転の場合は、続いてステップＳＴ１３へ移行する。
【００３８】
ステップＳＴ１０においては、電界ベクトル回転方向記憶部のデータを読み出して、電界センサＳＢで検出した電界のベクトルが正回転であるか否かを判定する。読み出した電界ベクトル回転方向が正回転の場合は、ステップＳＴ１１へ移行する。一方、ステップ１０において正回転でない場合は、つまり負回転の場合は、続いて、ステップ１２へ移行する。
【００３９】
ステップＳＴ１１においては、電界センサＳＡ、ＳＢの両方のベクトル回転方向とも正回転であるので、コース１の航行と決定する。また、ステップＳＴ１２においては、電界センサＳＡのベクトル回転が正回転，電界センサＳＢのベクトル回転方向が負であるので、コース２の航行と決定する。
【００４０】
ステップＳＴ１３においては、電界ベクトル回転方向記憶部のデータを読み出して,電界センサＳＢで検出した電界のベクトル回転が正回転であるか、否かを判定する。読み出した電界ベクトル回転方向が正回転の場合は次にステップＳＴ１４へ移行する。一方、ステップＳＴ１３において正回転でない場合、つまり負回転の場合は、続いてステップＳＴ１５へ移行する。
【００４１】
ステップＳＴ１５においては、電界センサＳＡ、ＳＢの両方のベクトル回転方向とも負回転であるので、コース４の航行と決定する。また、ステップＳＴ１４においては、電界センサＳＡで検出した電界のベクトル回転方向が負回転，電界センサＳＢで検出した電界のベクトル回転方向が正であるので、コース３の航行と決定する。なお、各コースの決定時に、電界センサＳＡと電界センサＳＢへの目標体の接近時刻のいずれが先であるかにより、コースの向きも決定できる。もちろん運動中に、いずれの電界センサに先に接近データが得られるかにより、コースの向きを決定できる。さらに、電界センサＳＡと電界センサＳＢへの目標体の接近時刻により、目標体の速度を求めることが出来る。
【００４２】
この実施形態において、電界ベクトル回転方向の正負を判別して、目標体がコース１〜４のいずれを通過したか判別しているが、さらに加えて、目標体が通過する際に、電界センサＳＡ，ＳＢで検出された電界の強さより、ピーク電界を抽出し、ピーク電界値から、電界センサＳＡと目標体４との直近距離ｒａ、電界センサＳＢと目標体４との直近距離ｒｂを算出する事により、目標体４の通過したコースをさらに、細かく特定できる。例えば、図１１に示すように、電界センサＳＡ，ＳＢの右側、つまりコース１を通過する場合でも、直近距離ｒａ１，ｒｂ１あるいはｒａ２、ｒｂ２を算出することにより、電界センサＳＡ，ＳＢの配置線に平行のコース１Ａか，あるいは電界センサＳＡ，ＳＢの配置線に角度を持ったコース１Ｂを特定できる。
【００４３】
＜実施形態２＞
次にこの発明の実施形態２について説明する。図１２はこの発明の実施形態２の電界測定システムを示すブロック図である。
【００４４】
この電界測定システムは、１個の電界センサ１と、データ処理装置１０とから構成されている。電界センサ１は、ｘ、ｙ、ｚの3軸の感度を有する３軸電界センサである。この実施形態では、１つの電気モーメントとみなせる被測定対象である目標体が船舶である場合を想定しており、電界センサ１は、海底、あるいは海中に設置される。データ処理装置１０は、例えば陸上の管理棟に設置され、電界センサ１からの測定データ、つまり電界の強さデータＥｘ、Ｅｙ、Ｅｚを取り込み、記憶し、所望の演算を実行する。所望の演算は、航行中の船舶の移動進路（目標進路）を推定あるいは限定するための演算である。
【００４５】
この実施形態電界測定システムにおいて、測定を行う場合の処理動作を、図１３に示すフロー図を参照して説明する。測定処理動作が開始されると、先ずステップＳＴ２１においてサンプルタイムが到来したか否かを判定し、サンプルタイム到来でステップＳＴ２２へ移行する。ステップＳＴ２２において電界センサ１での、検出電界Ｅ（ｔ）＝（Ｅｘ、Ｅｙ、Ｅｚ）を取り込み、データ処理装置１０に内蔵のメモリ１２に記憶する。この検出電界データの取り込みをサンプルタイム毎に行う。次にステップＳＴ２３へ移行する。
【００４６】
ステップＳＴ２３においては、運動コース推定か否か判定する。運動コース推定処理への移行でない場合は、ステップＳＴ２１へ戻り、サンプルタイム到来毎に電界測定を継続する。一方運動コース推定処理への移行が可能な場合はステップＳＴ２４へ移行する。ここでの運動コース推定処理へ移行可能な場合は、データ処置装置１０において、設定所定時間毎の到来であってもよいし、入力操作によって設定するものであってもよい。
【００４７】
ステップＳＴ２４においては、角度θ、φを０とし、初期状態とする。次にステップＳＴ２５へ移行する。ここで、電界センサ１において、図１４に示す３軸方向の計測結果Ｅｘ，Ｅｙ，Ｅｚが得られる場合、センサ感度の軸を図１５の（ａ）に示すようにＺ軸を中心に角度θ、図１５の（ｂ）に示すようにＹ軸を中心に角度φによって回転させる。先ず、ステップＳＴ２５において、感度軸角θを回転させ、続いてステップＳＴ２６において、感度軸角φを回転させる。次ぎに、ステップＳＴ２７へ移行する。
【００４８】
ステップＳＴ２７において、計測波形Ｅ（ｔ）＝（Ｅｘ、Ｅｙ、Ｅｚ）、角度θ回転後の波形Ｅ`（ｔ）、角度φ回転後の波形Ｅ゛（ｔ）とし、各ｔ（時間）について、次の計算を行い、回転後の電界を計測する。
Ｅｘ`＝Ｅｘ・ｃｏｓθ＋Ｅｙ・ｓｉｎθ
Ｅｙ`＝−Ｅｘ・ｓｉｎθ＋Ｅｙ・ｃｏｓθ ・・・（１）
Ｅｚ`＝Ｅｚ
Ｅｘ゛＝−Ｅｚ`・ｓｉｎφ＋Ｅｘ`・ｃｏｓφ
Ｅｙ゛＝Ｅｙ` ・・・（２）
Ｅｚ゛＝Ｅｚ`・ｃｏｓφ＋Ｅｘ`・ｓｉｎφ
ここで、Ｅ゛は一般的に以下のように書かれる。
【００４９】
【数１】
【００５０】
この電気モーメントＰ゛（Ｐｘ゛，Ｐｙ゛，Ｐｚ゛）は図１６に示す。
【００５１】
次にステップＳＴ２８へ移行する。ステップＳＴ２８においては、図１６に示す電気モーメントＰ゛のＸＹ平面よりＺ軸方向への角度γの範囲を想定する。ここでは、目標進路Ｊと電界センサ１の座標から一意的に決まる平面に対する目標の電気モーメントの角度を限定する。
【００５２】
角度θ、φ回転後、目標進路とセンサが同一平面上にあった場合、上記（３）式においてｚ゛→０となる。この時、以下の式を満たす変数ＲＥｚをおく。
【００５３】
【数２】
【００５４】
この時、運動中の目標体の電気モーメントＰ゛が図１６のような状態の時、電気モーメントＰ゛の各成分は次のようになる。
【００５５】
Ｐｘ゛＝Ｐ゛・ｃｏｓγ・ｓｉｎδ
Ｐｙ゛＝Ｐ゛・ｃｏｓγ・ｃｏｓδ ・・・（５）
Ｐｚ゛＝Ｐ゛・ｓｉｎγ
ここで式（３）を式（４）に代入し、それに、式（５）を代入し、さらにα=1／ｔａｎγとおくと、次の不等式が導かれる。
【００５６】
【数３】
【００５７】
ＲＥｚは、式（４）から求まる測定値であり、ＲＥｚを求めると、次にステップＳＴ２９へ移行する。ステップＳＴ２７において得られた電界データＥ゛（ｔ）は、θ、φ推定用の電界データとして追加保存され（ステップＳＴ３５）、また、ステップＳＴ２８において得られた電気モーメントＰ゛は、γ値推定用のデータとして追加保存される（ステップＳＴ３６）。これら追加保存されたデータは、後のステップＳＴ３３，ＳＴ３４で読み込みされ使用される。
【００５８】
ステップＳＴ２９においては、φが最終の値であるか否か判定し、最終値でない場合は、ステップＳＴ３０へ移行し、角度φをΔφだけ変化させてステップＳＴ２６へ戻り、再度角度φを回転する。また、ステップＳＴ２９において角度φが最終値である場合にステップＳＴ３１へ移行し、角θが最終の値であるか否か判定する。最終の値でない場合は、ステップＳＴ３２へ移行し、角度θをΔθだけ変化させてステップＳＴ２５に戻り、再度θを回転する。以上の処理を繰り返し、角度θ、φを少しずつ変化させ、その回転の度にステップＳＴ２７，ＳＴ２８で電界Ｅ゛（ｔ）と、ＲＥｚを算出する。
【００５９】
そして、ステップＳＴ３１において角θが最終値と判定された場合、ステップＳＴ３３へ移行する。ここで、上記式（６）から、角度γの値を出して来る。つまり、角度θ、φ回転の度に、ＲＥｚを計測結果から算出し（６）式から角度γの下限値・上限値などを求め、総合的に角度γの範囲を推定する。次にステップＳＴ３４へ移行する。ステップＳＴ３４おいては、角度γの範囲から目標の通過平面を求める。ここでは、次に（６）式によって限定された角度γの範囲を参照して目標の通過平面を求める。以下の説明において、変数Ｅｚ０を次のように定義する。
【００６０】
【数４】
【００６１】
式（７）の左辺の第２項は、角度θ、φ回転の度に計算する∫Ｅｘ゛２ｄｔ、に関して、（ある計算値−最小値）／（最大値−最小値）であり、ある計算値が最小値に近いほど、小となり、Ｅｚ０は１に近いものとなる。一方ある計算値が最大値に近いほど大となり、Ｅｚ０は０に近いものとなる。
【００６２】
この実施形態では、目標の通過平面を求めるのに、以下のように、電気モーメントが支配的な時、電気モーメントＰｚ゛が０に近い時、そのいずれでもない時に、分けている。いずれでもない時を、さらに細かく設定してもよい。
（ａ）Ｐｚ゛が支配的な時（Ｐｘ゛／Ｐｚ゛≒０、Ｐｙ゛／Ｐｚ゛≒０）
この場合、電気モーメントＰ゛が、Ｚ゛軸に近い（Ｘ゛、Ｙ゛平面より立っている）場合である。
ｚ゛→０の時、（３）式より、Ｐｘ゛→０、Ｐｙ゛→０、となるため、Ｅｚ０の値が最小となる角度θ、φが目標の通過平面を決定する角度となる。
（ｂ）Ｐｚ゛≒０の時
この場合、電気モーメントＰ゛がＺ軸に遠い（Ｘ゛、Ｙ゛平面に寝ている）場合である。
ｚ゛→０の時、（３）式より、Ｐｚ゛→０となるため、Ｅｚ０の値が最大となる角度θ、φが目標の通過平面を決定する角度となる。
（ｃ）上記の２つの場合以外の時
ｚ゛→０の時、（３）式より
【００６３】
【数５】
【００６４】
となる。
【００６５】
ｒ゛は時間の関数であるので、目標が速度Ｖで等速直線運動をした場合、センサと目標の最近接距離をｒｃｐａ、最近接時間をｔｃｐａとすると、ｒ（ｔ）゛は以下のようになる。
【００６６】
【数６】
【００６７】
は測定値である｝、その決定係数（Ｒ２値）を求める。ここでの回帰分析は、式（１０）における左辺の測定値と右辺の（ｔ―ｔｃｐａ）２を、それぞれ縦軸と横軸に取って、時間ｔの経過とともに、二次元座標上に両者の一致点をプロットし、各プロット点が直線上に近づいている度合い、つまり決定係数Ｒ２値を求める。この決定係数が最も１に近くなる角度θ、φが目標の通過平面を決定する角度となる。
【００６８】
実際には、（６）式によって限定された角度γの範囲を参照し、上記の３つの理論を組み合わせ総合的に目標の通過平面を決定する角度θ、φを決定する。
【００６９】
以上の処理により、図１７に示すように電気モーメントとみなせる目標体の目標進路Ｊと電界センサ１の位置を含む平面Ｗを推定できる。
【００７０】
〈実施形態３〉
次に、この発明の実施形態３について説明する。この実施形態電界測定システムは、図１２に示すブロック図の構成と同様のシステムが使用される。この実施形態電界測定システムの処理動作を、図１８に示すフロー図を参照して説明する。先ずステップＳＴ４１において、実施形態２のシステムの図１３に示すフロー図と同様の処理を実行し、図１７に示す目標進路Ｊと電界センサＳＡの位置を含む平面、つまり目標体の通過平面Ｗを推定する。次にステップＳＴ４２へ移行する。
【００７１】
ステップＳＴ４２においては、推定した平面Ｗ上での電界ベクトルの回転の正負を求める。次に、ステップＳＴ４３へ移行する。
【００７２】
ステップＳＴ４３においては、上記推定平面Ｗ上での電界ベクトルの回転（変化）に応じ、目標のコース及び向きを限定する。
【００７３】
〈実施形態４〉
次に、この発明の実施形態４について説明する。この実施形態電界測定システムは、図１に示すブロック図の構成と同様のシステムが使用される。この実施形態電界測定システムでは、２個の電界センサＳＡ、ＳＢは、被測定目標体が船舶である場合、海底あるいは海中に所定の距離をおいて配置されている。
【００７４】
データ処理装置１０では、電界センサＳＡ，ＳＢの測定データＥｘａ、Ｅｙａ、Ｅｚａ及びＥｘｂ、Ｅｙｂ、Ｅｚｂをそれぞれ取り込み、それぞれ電界センサＳＡ，ＳＢごとに、図１８に示す処理を実行する。この実施形態電界測定システムの処理動作を図１９に示すフロー図を参照して説明する。
【００７５】
先ず、ステップＳＴ５１において、電界センサＳＡにおける図１８のフロー図の処理を実行し、図２０に示す目標体の目標進路Ｊと電界センサＳＡの位置を含む平面Ｗａを推定する。次に、ステップＳＴ５２において、電界センサＳＢにおける図１８のフロー図の処理を実行し、図２０に示す目標体の目標進路Ｊと電界センサＳＢの位置を含む平面Ｗｂを推定する。次にステップＳＴ５３に移行する。
【００７６】
ステップＳＴ５３においては、図２０における２つの平面Ｗａ、Ｗｂの交叉線がデータ処理装置１０における立体画像処理などにより、抽出され、目標進路Ｊとして、目標方向及び向きが限定される。
【００７７】
なお、上記実施形態では、船舶（目標体）が移動する場合について、説明したが、この発明は、船舶に限るものではなく、その他の運動中の目標体の移動方向を、特定する場合に、広く適用できる。
【００７８】
また、運動中の電気モーメントとみなせる目標体は、上記した、船舶など自身に駆動手段を持つもののほか、自身に駆動手段を持たないものも含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】この発明の第１の実施形態である電界測定システムの機器構成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態電界システムの機器配置例を示す図である。
【図３】同実施形態電界測定システムの電界センサのＸ軸，Ｙ軸の電界検出出力の時間変化を示す特性図である。
【図４】上記実施形態電界測定システムにおける検出電界ベクトルの回転方向を説明する図である。
【図５】図２に示す２つの電界センサにおける運動体通過時の検出全電界を示す概略図である。
【図６】同実施形態電界測定システムにおいて、電界センサの左側を船舶が通過する場合の電界ベクトル回転方向を説明する図である。
【図７】同実施形態電界測定システムにおいて、電界センサの右側を船舶が通過する場合の電界ベクトル回転方向を説明する図である。
【図８】同実施形電界測定システムにおいて、２つの電界センサの配置領域を通過する船舶の通過コースを説明する図である。
【図９】同実施形態電界測定システムにおいて、２つの電界センサにおけるベクトル回転方向の正・負組み合わせとコースとの対応を説明する図である。
【図１０】同実施形態電界測定システムにおいて、電界測定及びコース特定処理動作を説明するためのフロー図である。
【図１１】同実施形態電界測定システムにおいて、追加機能を説明するためのコース例を示す図である。
【図１２】この発明の第２の実施形態である電界測定システムの機器構成を示すブロック図である。
【図１３】同実施形態電界測定システムにおいて、電界測定及びコース特定処理動作を説明するためのフロー図である。
【図１４】同実施形態電界測定システムの電界センサの検出電界の変化を示す波形図である。
【図１５】同実施形態電界測定システムにおける電界センサの検出電界の回転を説明する図である。
【図１６】同実施形態電界測定システムにおける電界センサの検出電界の回転による運動体の電気モーメントの変化を説明する図である。
【図１７】同実施形態電界測定システムにおける目標進路を含む平面の推定を説明する図である。
【図１８】この発明の実施形態３にかかる電界測定システムの処理動作を説明するためのフロー図である。
【図１９】この発明の実施形態４にかかる電界測定システムの処理動作を説明するためのフロー図である。
【図２０】同実施形態電界測定システムにおける目標進路を含む２平面の推定により、目標方向及び向きを限定する説明図である。
【図２１】一般的に使用される３軸電界センサを説明する概略図である。
【符号の説明】
【００８０】
ＳＡ、ＳＢ、１ 電界センサ
１０ データ処理装置
１１ データ処理部
１２ メモリ
１３ 表示部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、航行する船舶等の電気モーメントとみなせる目標体の運動中の電界を測定し、目標体の運動方向及び向きを限定し得る電界測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、海水などの導体中を移動する船体などの存在、位置などを検知するために図２１に示すように一対の電極１ｘ１・１ｘ２を備えるＸ軸電界センサ１ｘと、一対の電極１ｙ１・１ｙ２を備えるＹ軸電界センサ１ｙと、同じく一対の電極１ｚ１・１ｚ２を備えるＺ軸電界センサ１ｚとからなり、これらＸ軸電界センサ１ｘ、Ｙ軸電界センサ１ｙ、Ｚ軸電界センサ１ｚを、それぞれ互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向に配置してなる３軸電界センサ１を用いて、３軸方向の電界波形を計測し、その電界強度から、船体と電界センサ間の距離を測定している。
【０００３】
この種の装置であって、３軸電界センサの他に、深度計を装置に付設し、３軸電界センサの出力と、深度計により得た測定深度から、被測定船体の、装置真上からみた位置偏奇量を計算し、出力するようにした船体位置偏奇量検出装置が開示されている。（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−３０４５３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来の３軸電界センサを用いて、測定される電界の３軸成分から、運動中の目標体との距離及び位置を見積もることができるが、１個の３軸電界センサでは、目標体が、どの方向で、どちらの向きに運動しているのか、見積もることができなかった。
【０００５】
また、複数個の３軸電界センサを用いて、それぞれの３軸電界センサの電界出力のピーク値の計測時間の差から目標体の概略運動方向を見積もることができる。しかし、この場合でも、それぞれの電界センサの左右どちらの方向を運動しているかまでのコースを判別することができなかった。
【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、相対的に運動する電気モーメントとみなせる目標体の運動方向及び向きを精度良く見積もることができる電界測定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】
この発明の請求項１に係る電界測定システムは、同一平面上に配置される第１と第２の電界センサと、この第１と第２の電界センサより、相対的に運動中の１つの電気モーメントとみなすことができる目標体の発生する電界データを取り込む手段と、前記取り込んだ第１の電界センサによる電界データと前記第２の電界センサによる電界データの計測の時間差から運動方向を、前記第１の電界センサの電界データのベクトルの回転と前記第２の電界センサの電界データのベクトルの回転とから運動の向きを判別する手段と、を備えている（実施形態１）。
【０００８】
また、請求項２に係る電界測定システムは、３軸方向の感度を有し、１つの電気モーメントとみなすことができる目標体が相対的に運動する時に発生する電界を計測する電界センサと、この電界センサで計測した３軸方向の電界波形データを取り込む手段と、前記３軸方向の電界波形データから、目標進路とセンサ座標とで一意的に決まる平面を推定する手段と、を備えることを特徴とする（実施形態２）。
【０００９】
また、請求項３に係る電界測定システムは、３軸方向の感度を有し、１つの電気モーメントとみなすことができる目標体が相対的に運動する時に発生する電界を計測する電界センサと、この電界センサで計測した３軸方向の電界波形データを取り込む手段と、前記３軸方向の電界波形データ、電界ベクトルの変化データ、及び目標進路とセンサ座標とから一意的に決まる平面データとから、目標体の運動コース及び向きを限定する手段と、
を備えることを特徴とする（実施形態３）。
【００１０】
また、請求項４に係る電界測定システムは、各々が３軸方向の感度を有し、異なる位置に配置され、１つの電気モーメントとみなすことができる目標体が相対的に運度する時に発生する電界を計測する第１と第２の電界センサと、この第１と第２の電界センサで計測した３軸方向の電界波形データを取り込む手段と、前記第１，第２の電界センサのそれぞれの３軸方向の電界波形データ、及び電界ベクトルの変化データおよび最近接時刻データ、及び目標進路とセンサ座標から一意的に決まる平面データとから、３次元空間における運動コース及び向きを推定する手段と、を備えることを特徴とする（実施形態４）。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る発明によれば、第１の電界センサの電界データと第２の電界センサの電界データの計測の時間差により目標体の運動方向を限定し、第１の電界センサの電界データのベクトル回転と第２の電界センサの電界データのベクトルの回転とから運動の向きを判別するので、複数の運動コースの１つを特定できる。
【００１２】
また、請求項２に係る発明によれば、電気モーメントとみなすことができる目標体が相対運動する時に発生する電界を１つの３軸電界センサで計測することにより、その運動コース及び向きを２次元平面に限定することができる。
【００１３】
また、請求項３に係る発明によれば、計測された３軸方向電界波形データと、電界ベクトルの変化データと、目標進路とセンサ座標とから一意的に決まる平面データとから、２次元平面に限定された、電気モーメントとみなせる目標体の運動方向及び向きを限定できる。
【００１４】
また、請求項４に係る発明によれば、電気モーメントとみなすことができる目標体が相対運動する時に発生する電界を第１と第２の３軸電界センサで計測することにより、目標進路とセンサ座標から一意的に決まる２つの平面を限定し得るので、この２つの２次元平面の交叉線より、運動中の目標体の運動方向及び、向き、を限定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
〈実施形態１〉
図１は、この発明の一実施形態である電界測定システムの機器構成を示すブロック図である。
【００１７】
この実施形態システムは、２個の電界センサＳＡ、ＳＢと、データ処理装置１０とから構成されている。電界センサＳＡ，ＳＢは、図２１に示すものと同様のＸ軸電界センサ、Ｙ軸電界センサ，Ｚ軸電界センサを有する３軸電界センサであり、１つの電気モーメントとみなせる被測定対象である目標体が通過する任意の領域の同一平面内に配置されている。その配置例を図２に示している。
【００１８】
データ処理装置１０は、データ処理部１１，メモリ１２、表示部１３を備え、例えば図２に示すように陸上の管理棟に設置され、サンプリングタイム毎に、電界センサＳＡ、ＳＢからの測定データ、つまり電界の強度データＥｘ、Ｅｙ、Ｅｚを取り込み、記憶し、所要の演算を実行する。目標体が、電界センサＳＡ、ＳＢの近傍を通過すると、例えば電界センサＳＡで、図３に示すＸ軸とＹ軸の計測結果Ｅｘ（ｔ）、Ｅｙ（ｔ）が得られる。この計測結果は、データ処理装置１０のメモリ１２に記憶される。
【００１９】
各電界センサＳＡ、ＳＢにおいて、時間ｔでのＸ，Ｙ平面電界ベクトルの角度ψ（ｔ）を、データ処理装置１０で、算出する。この角度ψ（ｔ）は、次式より算出される。
【００２０】
ψ（ｔ）＝ａｒｃｔａｎ｛（Ｅｙ（ｔ）／Ｅｘ（ｔ）｝・・・（ａ）
さらに、データ処理装置１０おいて、角度ψ（ｔ）が時間的に、どのように変化するかを,各電界センサＳＡ，ＳＢ毎に判定する。今、任意の時間ｔに対してψ（ｔ）＜ψ（ｔ＋Δｔ）であれば、図４に示すように、ベクトルは正の回転と判定し、ψ（ｔ）＞ψ（ｔ＋Δｔ）であれば、ベクトルは負の回転であると、判定する。
【００２１】
電界センサＳＡ，ＳＢの近傍を目標体が通過する際に、例えば図５に示す波形が計測され、そのピーク波形の計測時間の差から、目標体の進行方向が分かる。この際、上記電界ベクトル回転方向が正である場合は、電界センサより近接してくる目標体に向かって見て、目標体が電界センサの右側を通過したことになり、電界ベクトル回転方向が負である場合に、目標体が電界センサの左側を通過したことになる。この電界ベクトル回転方向の正負と目標体の通過サイドについて、少し具体的に説明する。
【００２２】
図６に示すように電界センサＳＡの左側を図の上方から下方に電気モーメントＰの目標体４が通過する場合を想定する。移動で目標体４が４ａの位置に到達した時の電界センサＳＡにおける電界ベクトルは、図６にＥａで示したものとなる。その後、目標体４が４ｂの位置に到達したときの電界センサＳＡにおける電界ベクトルは図６のＥｂで示すものとなり、ベクトル回転方向は矢符Ｑで示す負回転となる。この負回転を判別することにより、目標体４の電界センサＳＡの左側通行を特定できる。
【００２３】
次に、図７に示すように電界センサＳＡの右側を図の上方から下方に電気モーメントＰの目標体４が通過する場合を想定する。移動で目標体４が４ａの位置に到達した時の電界センサＳＡにおける電界ベクトルは、図７にＥａで示したものとなる。その後、目標体４が４ｂの位置に到達したときの電界センサＳＡにおける電界ベクトルは図７のＥｂで示すものとなり、ベクト回転は矢符Ｒで示す正回転となる。この正回転を判別することにより、目標体４の電界センサＳＡの右側通行を特定できる。
【００２４】
以上のベクトル判定を、電界センサＳＡ、ＳＢについて、それぞれ実行する。ここでは、目標体の通過時に、電界センサＳＡ，ＳＢでの出力で、それぞれの電界ベクトル回転方向の正負を求め、電界センサＳＡ通過時の正負の別と電界センサＳＢ通過時の正負の別とから、図８に示すコースのいずれを通過したかを決定している。
【００２５】
この実施形態電界測定システムにおいて、目標体４の航行により、電界センサＳＡ、ＳＢのいずれにおいても、ベクトル回転方向が正、正と判定されると、目標体４が電界センサＳＡの右側、電界センサＳＢの右側を通過したことになり、目標体４が図８のコース１を通過したと決定する。次に、電界センサＳＡにつきベクトル回転方向が正と判定され、電界センサＳＢでベクトル回転が負と判定されると、目標体４が電界センサＳＡの右側、電界センサＳＤＢの左側を通過したことになり、目標体４が図８のコース２を通過したと決定する。
【００２６】
さらに、次に、電界センサＳＡにつきベクトル回転方向が負と判定され、電界センサＳＢでベクトル回転方向が正と判定されると、目標体４が電界センサＳＡの左側、電界センサＳＢのも右側を通過したことになり、目標体４が図８のコース３を通過したと決定する。
【００２７】
また、電界センサＳＡ、ＳＢのいずれにおいても、ベクトル回転が負、負と判定されると、目標体が電界センサＳＡの左側、電界センサＳＢの左側を通過したことになり、目標体４が図８のコース４を通過したと決定する。
【００２８】
以上の判別ベクトル回転方向とコースの関係を示すと図９に示すようになる。この図より、電界センサＳＡ、ＳＢの各出力の電界ベクトル回転方向が正負いずれであるか判別し、その組み合わせにより航行する目標体の４つのコースの１つを特定することが出来る。この電界センサＳＡ，ＳＢの電界ベクトル回転方向の正負の組み合わせと各コースの関係が、データ処理装置１０のメモリ１２に格納されている。
【００２９】
次に、この実施形態電界測定システムの電界測定及びコース決定の処理動作を図１０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,測定すべきサンプルタイム到来か否か判定する。サンプルタイムの到来で、ステップＳＴ２へ移行する。
【００３０】
ステップＳＴ２においては、電界センサＳＡ、ＳＢのそれぞれのＸ軸，Ｙ軸の電界Ｅｘ（ｔ）、Ｅｙ（ｔ）、Ｅｚ（ｔ）を計測し,計測結果を時刻とともにメモリ１２の計測電界記憶部に格納する。続いて、ステップＳＴ３へ移行する。ステップＳＴ３においては、電界センサＳＡの全検出電界ＥＡ（ｔ）が所定値Ｋより大きいか否かを判定する。大きければ、電界センサＳＡの近傍を目標体が通過しているとの判別で、ステップＳＴ４へ移行する。
【００３１】
ステップＳＴ４においては、電界センサＳＡに関するＸ軸，Ｙ軸の測定電界Ｅｘ（ｔ），Ｅｙ（ｔ）より,上記（ａ）式により電界ベクトル角ψＡ（ｔ）を計算する。この計算した電界ベクトル角ψＡ（ｔ）もメモリ１２の計測電界記憶部に時刻とともに記憶する。次に、ステップＳＴ５へ移行する。
【００３２】
ステップＳＴ５においては、電界センサＳＡの今回のベクトル角ψＡ（ｔ）から所定時間前のベクトル回転角ψＡ（ｔ―Δｔ）を減算し、電界ベクトルの回転方向が正であるか負であるかを判別する。この判別結果をメモリ１２の電界ベクトル回転方向記憶部に記憶する。続いて、ステップＳＴ６へ移行する。
【００３３】
ステップＳＴ６においては、電界センサＳＢの全検出電界ＥＢ（ｔ）が所定値Ｋより大きいか否かを判定する。大きければ、電界センサＳＢの近傍を目標体が通過していることを意味し、ステップＳＴ７へ移行する。一方、所定値Ｋより,小さければステップＳＴ１へ移行する。
【００３４】
ステップＳＴ３、ＳＴ６において、電界センサＳＡあるいはＳＢの測定全電界値が所定値Ｋより小さい場合は、サンプルタイムの到来ごとに電界センサＳＡ，ＳＢによる電界計測を続ける。
【００３５】
ステップＳＴ７においては、電界センサＳＢに関するＸ軸，Ｙ軸の測定電界Ｅｘ（ｔ），Ｅｙ（ｔ）より,上記（ａ）式により電界ベクトル角ψＢ（ｔ）を計算する。この計算した電界ベクトル角ψＢ（ｔ）もメモリ１２の計測電界記憶部に時刻とともに記憶する。次に、ステップＳＴ８へ移行する。
【００３６】
ステップＳＴ８においては、電界センサＳＢの今回のベクトル角ψＢ（ｔ）から所定時間前のベクトル回転角ψＢ（ｔ―Δｔ）を減算し、電界ベクトルの回転方向が正であるか負であるかを判別する。この判別結果をメモリ１２の電界ベクトル回転方向記憶部に記憶する。続いて、ステップＳＴ９へ移行する。
【００３７】
ステップＳＴ９においては、電界ベクトル回転方向記憶部のデータを読み出して,電界センサＳＡで検出した電界のベクトル回転が正回転であるか、否かを判定する。正回転の場合は次にステップＳＴ１０へ移行する。一方、ステップ゜ＳＴ９において正回転でない場合、つまり負回転の場合は、続いてステップＳＴ１３へ移行する。
【００３８】
ステップＳＴ１０においては、電界ベクトル回転方向記憶部のデータを読み出して、電界センサＳＢで検出した電界のベクトルが正回転であるか否かを判定する。読み出した電界ベクトル回転方向が正回転の場合は、ステップＳＴ１１へ移行する。一方、ステップ１０において正回転でない場合は、つまり負回転の場合は、続いて、ステップ１２へ移行する。
【００３９】
ステップＳＴ１１においては、電界センサＳＡ、ＳＢの両方のベクトル回転方向とも正回転であるので、コース１の航行と決定する。また、ステップＳＴ１２においては、電界センサＳＡのベクトル回転が正回転，電界センサＳＢのベクトル回転方向が負であるので、コース２の航行と決定する。
【００４０】
ステップＳＴ１３においては、電界ベクトル回転方向記憶部のデータを読み出して,電界センサＳＢで検出した電界のベクトル回転が正回転であるか、否かを判定する。読み出した電界ベクトル回転方向が正回転の場合は次にステップＳＴ１４へ移行する。一方、ステップＳＴ１３において正回転でない場合、つまり負回転の場合は、続いてステップＳＴ１５へ移行する。
【００４１】
ステップＳＴ１５においては、電界センサＳＡ、ＳＢの両方のベクトル回転方向とも負回転であるので、コース４の航行と決定する。また、ステップＳＴ１４においては、電界センサＳＡで検出した電界のベクトル回転方向が負回転，電界センサＳＢで検出した電界のベクトル回転方向が正であるので、コース３の航行と決定する。なお、各コースの決定時に、電界センサＳＡと電界センサＳＢへの目標体の接近時刻のいずれが先であるかにより、コースの向きも決定できる。もちろん運動中に、いずれの電界センサに先に接近データが得られるかにより、コースの向きを決定できる。さらに、電界センサＳＡと電界センサＳＢへの目標体の接近時刻により、目標体の速度を求めることが出来る。
【００４２】
この実施形態において、電界ベクトル回転方向の正負を判別して、目標体がコース１〜４のいずれを通過したか判別しているが、さらに加えて、目標体が通過する際に、電界センサＳＡ，ＳＢで検出された電界の強さより、ピーク電界を抽出し、ピーク電界値から、電界センサＳＡと目標体４との直近距離ｒａ、電界センサＳＢと目標体４との直近距離ｒｂを算出する事により、目標体４の通過したコースをさらに、細かく特定できる。例えば、図１１に示すように、電界センサＳＡ，ＳＢの右側、つまりコース１を通過する場合でも、直近距離ｒａ１，ｒｂ１あるいはｒａ２、ｒｂ２を算出することにより、電界センサＳＡ，ＳＢの配置線に平行のコース１Ａか，あるいは電界センサＳＡ，ＳＢの配置線に角度を持ったコース１Ｂを特定できる。
【００４３】
＜実施形態２＞
次にこの発明の実施形態２について説明する。図１２はこの発明の実施形態２の電界測定システムを示すブロック図である。
【００４４】
この電界測定システムは、１個の電界センサ１と、データ処理装置１０とから構成されている。電界センサ１は、ｘ、ｙ、ｚの3軸の感度を有する３軸電界センサである。この実施形態では、１つの電気モーメントとみなせる被測定対象である目標体が船舶である場合を想定しており、電界センサ１は、海底、あるいは海中に設置される。データ処理装置１０は、例えば陸上の管理棟に設置され、電界センサ１からの測定データ、つまり電界の強さデータＥｘ、Ｅｙ、Ｅｚを取り込み、記憶し、所望の演算を実行する。所望の演算は、航行中の船舶の移動進路（目標進路）を推定あるいは限定するための演算である。
【００４５】
この実施形態電界測定システムにおいて、測定を行う場合の処理動作を、図１３に示すフロー図を参照して説明する。測定処理動作が開始されると、先ずステップＳＴ２１においてサンプルタイムが到来したか否かを判定し、サンプルタイム到来でステップＳＴ２２へ移行する。ステップＳＴ２２において電界センサ１での、検出電界Ｅ（ｔ）＝（Ｅｘ、Ｅｙ、Ｅｚ）を取り込み、データ処理装置１０に内蔵のメモリ１２に記憶する。この検出電界データの取り込みをサンプルタイム毎に行う。次にステップＳＴ２３へ移行する。
【００４６】
ステップＳＴ２３においては、運動コース推定か否か判定する。運動コース推定処理への移行でない場合は、ステップＳＴ２１へ戻り、サンプルタイム到来毎に電界測定を継続する。一方運動コース推定処理への移行が可能な場合はステップＳＴ２４へ移行する。ここでの運動コース推定処理へ移行可能な場合は、データ処置装置１０において、設定所定時間毎の到来であってもよいし、入力操作によって設定するものであってもよい。
【００４７】
ステップＳＴ２４においては、角度θ、φを０とし、初期状態とする。次にステップＳＴ２５へ移行する。ここで、電界センサ１において、図１４に示す３軸方向の計測結果Ｅｘ，Ｅｙ，Ｅｚが得られる場合、センサ感度の軸を図１５の（ａ）に示すようにＺ軸を中心に角度θ、図１５の（ｂ）に示すようにＹ軸を中心に角度φによって回転させる。先ず、ステップＳＴ２５において、感度軸角θを回転させ、続いてステップＳＴ２６において、感度軸角φを回転させる。次ぎに、ステップＳＴ２７へ移行する。
【００４８】
ステップＳＴ２７において、計測波形Ｅ（ｔ）＝（Ｅｘ、Ｅｙ、Ｅｚ）、角度θ回転後の波形Ｅ`（ｔ）、角度φ回転後の波形Ｅ゛（ｔ）とし、各ｔ（時間）について、次の計算を行い、回転後の電界を計測する。
Ｅｘ`＝Ｅｘ・ｃｏｓθ＋Ｅｙ・ｓｉｎθ
Ｅｙ`＝−Ｅｘ・ｓｉｎθ＋Ｅｙ・ｃｏｓθ ・・・（１）
Ｅｚ`＝Ｅｚ
Ｅｘ゛＝−Ｅｚ`・ｓｉｎφ＋Ｅｘ`・ｃｏｓφ
Ｅｙ゛＝Ｅｙ` ・・・（２）
Ｅｚ゛＝Ｅｚ`・ｃｏｓφ＋Ｅｘ`・ｓｉｎφ
ここで、Ｅ゛は一般的に以下のように書かれる。
【００４９】
【数１】
【００５０】
この電気モーメントＰ゛（Ｐｘ゛，Ｐｙ゛，Ｐｚ゛）は図１６に示す。
【００５１】
次にステップＳＴ２８へ移行する。ステップＳＴ２８においては、図１６に示す電気モーメントＰ゛のＸＹ平面よりＺ軸方向への角度γの範囲を想定する。ここでは、目標進路Ｊと電界センサ１の座標から一意的に決まる平面に対する目標の電気モーメントの角度を限定する。
【００５２】
角度θ、φ回転後、目標進路とセンサが同一平面上にあった場合、上記（３）式においてｚ゛→０となる。この時、以下の式を満たす変数ＲＥｚをおく。
【００５３】
【数２】
【００５４】
この時、運動中の目標体の電気モーメントＰ゛が図１６のような状態の時、電気モーメントＰ゛の各成分は次のようになる。
【００５５】
Ｐｘ゛＝Ｐ゛・ｃｏｓγ・ｓｉｎδ
Ｐｙ゛＝Ｐ゛・ｃｏｓγ・ｃｏｓδ ・・・（５）
Ｐｚ゛＝Ｐ゛・ｓｉｎγ
ここで式（３）を式（４）に代入し、それに、式（５）を代入し、さらにα=1／ｔａｎγとおくと、次の不等式が導かれる。
【００５６】
【数３】
【００５７】
ＲＥｚは、式（４）から求まる測定値であり、ＲＥｚを求めると、次にステップＳＴ２９へ移行する。ステップＳＴ２７において得られた電界データＥ゛（ｔ）は、θ、φ推定用の電界データとして追加保存され（ステップＳＴ３５）、また、ステップＳＴ２８において得られた電気モーメントＰ゛は、γ値推定用のデータとして追加保存される（ステップＳＴ３６）。これら追加保存されたデータは、後のステップＳＴ３３，ＳＴ３４で読み込みされ使用される。
【００５８】
ステップＳＴ２９においては、φが最終の値であるか否か判定し、最終値でない場合は、ステップＳＴ３０へ移行し、角度φをΔφだけ変化させてステップＳＴ２６へ戻り、再度角度φを回転する。また、ステップＳＴ２９において角度φが最終値である場合にステップＳＴ３１へ移行し、角θが最終の値であるか否か判定する。最終の値でない場合は、ステップＳＴ３２へ移行し、角度θをΔθだけ変化させてステップＳＴ２５に戻り、再度θを回転する。以上の処理を繰り返し、角度θ、φを少しずつ変化させ、その回転の度にステップＳＴ２７，ＳＴ２８で電界Ｅ゛（ｔ）と、ＲＥｚを算出する。
【００５９】
そして、ステップＳＴ３１において角θが最終値と判定された場合、ステップＳＴ３３へ移行する。ここで、上記式（６）から、角度γの値を出して来る。つまり、角度θ、φ回転の度に、ＲＥｚを計測結果から算出し（６）式から角度γの下限値・上限値などを求め、総合的に角度γの範囲を推定する。次にステップＳＴ３４へ移行する。ステップＳＴ３４おいては、角度γの範囲から目標の通過平面を求める。ここでは、次に（６）式によって限定された角度γの範囲を参照して目標の通過平面を求める。以下の説明において、変数Ｅｚ０を次のように定義する。
【００６０】
【数４】
【００６１】
式（７）の左辺の第２項は、角度θ、φ回転の度に計算する∫Ｅｘ゛２ｄｔ、に関して、（ある計算値−最小値）／（最大値−最小値）であり、ある計算値が最小値に近いほど、小となり、Ｅｚ０は１に近いものとなる。一方ある計算値が最大値に近いほど大となり、Ｅｚ０は０に近いものとなる。
【００６２】
この実施形態では、目標の通過平面を求めるのに、以下のように、電気モーメントが支配的な時、電気モーメントＰｚ゛が０に近い時、そのいずれでもない時に、分けている。いずれでもない時を、さらに細かく設定してもよい。
（ａ）Ｐｚ゛が支配的な時（Ｐｘ゛／Ｐｚ゛≒０、Ｐｙ゛／Ｐｚ゛≒０）
この場合、電気モーメントＰ゛が、Ｚ゛軸に近い（Ｘ゛、Ｙ゛平面より立っている）場合である。
ｚ゛→０の時、（３）式より、Ｐｘ゛→０、Ｐｙ゛→０、となるため、Ｅｚ０の値が最小となる角度θ、φが目標の通過平面を決定する角度となる。
（ｂ）Ｐｚ゛≒０の時
この場合、電気モーメントＰ゛がＺ軸に遠い（Ｘ゛、Ｙ゛平面に寝ている）場合である。
ｚ゛→０の時、（３）式より、Ｐｚ゛→０となるため、Ｅｚ０の値が最大となる角度θ、φが目標の通過平面を決定する角度となる。
（ｃ）上記の２つの場合以外の時
ｚ゛→０の時、（３）式より
【００６３】
【数５】
【００６４】
となる。
【００６５】
ｒ゛は時間の関数であるので、目標が速度Ｖで等速直線運動をした場合、センサと目標の最近接距離をｒｃｐａ、最近接時間をｔｃｐａとすると、ｒ（ｔ）゛は以下のようになる。
【００６６】
【数６】
【００６７】
は測定値である｝、その決定係数（Ｒ２値）を求める。ここでの回帰分析は、式（１０）における左辺の測定値と右辺の（ｔ―ｔｃｐａ）２を、それぞれ縦軸と横軸に取って、時間ｔの経過とともに、二次元座標上に両者の一致点をプロットし、各プロット点が直線上に近づいている度合い、つまり決定係数Ｒ２値を求める。この決定係数が最も１に近くなる角度θ、φが目標の通過平面を決定する角度となる。
【００６８】
実際には、（６）式によって限定された角度γの範囲を参照し、上記の３つの理論を組み合わせ総合的に目標の通過平面を決定する角度θ、φを決定する。
【００６９】
以上の処理により、図１７に示すように電気モーメントとみなせる目標体の目標進路Ｊと電界センサ１の位置を含む平面Ｗを推定できる。
【００７０】
〈実施形態３〉
次に、この発明の実施形態３について説明する。この実施形態電界測定システムは、図１２に示すブロック図の構成と同様のシステムが使用される。この実施形態電界測定システムの処理動作を、図１８に示すフロー図を参照して説明する。先ずステップＳＴ４１において、実施形態２のシステムの図１３に示すフロー図と同様の処理を実行し、図１７に示す目標進路Ｊと電界センサＳＡの位置を含む平面、つまり目標体の通過平面Ｗを推定する。次にステップＳＴ４２へ移行する。
【００７１】
ステップＳＴ４２においては、推定した平面Ｗ上での電界ベクトルの回転の正負を求める。次に、ステップＳＴ４３へ移行する。
【００７２】
ステップＳＴ４３においては、上記推定平面Ｗ上での電界ベクトルの回転（変化）に応じ、目標のコース及び向きを限定する。
【００７３】
〈実施形態４〉
次に、この発明の実施形態４について説明する。この実施形態電界測定システムは、図１に示すブロック図の構成と同様のシステムが使用される。この実施形態電界測定システムでは、２個の電界センサＳＡ、ＳＢは、被測定目標体が船舶である場合、海底あるいは海中に所定の距離をおいて配置されている。
【００７４】
データ処理装置１０では、電界センサＳＡ，ＳＢの測定データＥｘａ、Ｅｙａ、Ｅｚａ及びＥｘｂ、Ｅｙｂ、Ｅｚｂをそれぞれ取り込み、それぞれ電界センサＳＡ，ＳＢごとに、図１８に示す処理を実行する。この実施形態電界測定システムの処理動作を図１９に示すフロー図を参照して説明する。
【００７５】
先ず、ステップＳＴ５１において、電界センサＳＡにおける図１８のフロー図の処理を実行し、図２０に示す目標体の目標進路Ｊと電界センサＳＡの位置を含む平面Ｗａを推定する。次に、ステップＳＴ５２において、電界センサＳＢにおける図１８のフロー図の処理を実行し、図２０に示す目標体の目標進路Ｊと電界センサＳＢの位置を含む平面Ｗｂを推定する。次にステップＳＴ５３に移行する。
【００７６】
ステップＳＴ５３においては、図２０における２つの平面Ｗａ、Ｗｂの交叉線がデータ処理装置１０における立体画像処理などにより、抽出され、目標進路Ｊとして、目標方向及び向きが限定される。
【００７７】
なお、上記実施形態では、船舶（目標体）が移動する場合について、説明したが、この発明は、船舶に限るものではなく、その他の運動中の目標体の移動方向を、特定する場合に、広く適用できる。
【００７８】
また、運動中の電気モーメントとみなせる目標体は、上記した、船舶など自身に駆動手段を持つもののほか、自身に駆動手段を持たないものも含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】この発明の第１の実施形態である電界測定システムの機器構成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態電界システムの機器配置例を示す図である。
【図３】同実施形態電界測定システムの電界センサのＸ軸，Ｙ軸の電界検出出力の時間変化を示す特性図である。
【図４】上記実施形態電界測定システムにおける検出電界ベクトルの回転方向を説明する図である。
【図５】図２に示す２つの電界センサにおける運動体通過時の検出全電界を示す概略図である。
【図６】同実施形態電界測定システムにおいて、電界センサの左側を船舶が通過する場合の電界ベクトル回転方向を説明する図である。
【図７】同実施形態電界測定システムにおいて、電界センサの右側を船舶が通過する場合の電界ベクトル回転方向を説明する図である。
【図８】同実施形電界測定システムにおいて、２つの電界センサの配置領域を通過する船舶の通過コースを説明する図である。
【図９】同実施形態電界測定システムにおいて、２つの電界センサにおけるベクトル回転方向の正・負組み合わせとコースとの対応を説明する図である。
【図１０】同実施形態電界測定システムにおいて、電界測定及びコース特定処理動作を説明するためのフロー図である。
【図１１】同実施形態電界測定システムにおいて、追加機能を説明するためのコース例を示す図である。
【図１２】この発明の第２の実施形態である電界測定システムの機器構成を示すブロック図である。
【図１３】同実施形態電界測定システムにおいて、電界測定及びコース特定処理動作を説明するためのフロー図である。
【図１４】同実施形態電界測定システムの電界センサの検出電界の変化を示す波形図である。
【図１５】同実施形態電界測定システムにおける電界センサの検出電界の回転を説明する図である。
【図１６】同実施形態電界測定システムにおける電界センサの検出電界の回転による運動体の電気モーメントの変化を説明する図である。
【図１７】同実施形態電界測定システムにおける目標進路を含む平面の推定を説明する図である。
【図１８】この発明の実施形態３にかかる電界測定システムの処理動作を説明するためのフロー図である。
【図１９】この発明の実施形態４にかかる電界測定システムの処理動作を説明するためのフロー図である。
【図２０】同実施形態電界測定システムにおける目標進路を含む２平面の推定により、目標方向及び向きを限定する説明図である。
【図２１】一般的に使用される３軸電界センサを説明する概略図である。
【符号の説明】
【００８０】
ＳＡ、ＳＢ、１ 電界センサ
１０ データ処理装置
１１ データ処理部
１２ メモリ
１３ 表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一平面上に配置される第１と第２の電界センサと、
この第１と第２の電界センサより、相対的に運動中の１つの電気モーメントとみなすことができる目標体の発生する電界データを取り込む手段と、
前記取り込んだ第１の電界センサによる電界データと前記第２の電界センサによる電界データの計測の時間差から運動方向を、前記第１の電界センサの電界データのベクトルの回転と前記第２の電界センサの電界データのベクトルの回転とから運動の向きを判別する手段と、
を備えることを特徴とする電界測定システム。
【請求項２】
３軸方向の感度を有し、１つの電気モーメントとみなすことができる目標体が相対的に運動する時に発生する電界を計測する電界センサと、
この電界センサで計測した３軸方向の電界波形データを取り込む手段と、
前記３軸方向の電界波形データから、目標進路とセンサ座標とで一意的に決まる平面を推定する手段と、
を備えることを特徴とする電界測定システム。
【請求項３】
３軸方向の感度を有し、１つの電気モーメントとみなすことができる目標体が相対的に運動する時に発生する電界を計測する電界センサと、
この電界センサで計測した３軸方向の電界波形データを取り込む手段と、
前記３軸方向の電界波形データ、電界ベクトルの変化データ、及び目標進路とセンサ座標とから一意的に決まる平面データとから、目標体の運動コース及び向きを限定する手段と、
を備えることを特徴とする電界測定システム。
【請求項４】
各々が３軸方向の感度を有し、異なる位置に配置され、１つの電気モーメントとみなすことができる目標体が相対的に運度する時に発生する電界を計測する第１と第２の電界センサと、
この第１と第２の電界センサで計測した３軸方向の電界波形データを取り込む手段と、
前記第１，第２の電界センサのそれぞれの３軸方向の電界波形データ、及び電界ベクトルの変化データおよび最近接時刻データ、及び目標進路とセンサ座標から一意的に決まる平面データとから、３次元空間における運動コース及び向きを推定する手段と、を備えることを特徴とする電界測定システム。
【請求項１】
同一平面上に配置される第１と第２の電界センサと、
この第１と第２の電界センサより、相対的に運動中の１つの電気モーメントとみなすことができる目標体の発生する電界データを取り込む手段と、
前記取り込んだ第１の電界センサによる電界データと前記第２の電界センサによる電界データの計測の時間差から運動方向を、前記第１の電界センサの電界データのベクトルの回転と前記第２の電界センサの電界データのベクトルの回転とから運動の向きを判別する手段と、
を備えることを特徴とする電界測定システム。
【請求項２】
３軸方向の感度を有し、１つの電気モーメントとみなすことができる目標体が相対的に運動する時に発生する電界を計測する電界センサと、
この電界センサで計測した３軸方向の電界波形データを取り込む手段と、
前記３軸方向の電界波形データから、目標進路とセンサ座標とで一意的に決まる平面を推定する手段と、
を備えることを特徴とする電界測定システム。
【請求項３】
３軸方向の感度を有し、１つの電気モーメントとみなすことができる目標体が相対的に運動する時に発生する電界を計測する電界センサと、
この電界センサで計測した３軸方向の電界波形データを取り込む手段と、
前記３軸方向の電界波形データ、電界ベクトルの変化データ、及び目標進路とセンサ座標とから一意的に決まる平面データとから、目標体の運動コース及び向きを限定する手段と、
を備えることを特徴とする電界測定システム。
【請求項４】
各々が３軸方向の感度を有し、異なる位置に配置され、１つの電気モーメントとみなすことができる目標体が相対的に運度する時に発生する電界を計測する第１と第２の電界センサと、
この第１と第２の電界センサで計測した３軸方向の電界波形データを取り込む手段と、
前記第１，第２の電界センサのそれぞれの３軸方向の電界波形データ、及び電界ベクトルの変化データおよび最近接時刻データ、及び目標進路とセンサ座標から一意的に決まる平面データとから、３次元空間における運動コース及び向きを推定する手段と、を備えることを特徴とする電界測定システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００９−２５０７３７（Ｐ２００９−２５０７３７Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９７７６５（Ｐ２００８−９７７６５）
【出願日】平成２０年４月４日（２００８．４．４）
【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２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月４日（２００８．４．４）
【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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