電磁ソースの方向及び位置を決定するためのポインティングベクトルベースの方法
ポインティングベクトルが規定可能な電磁波エネルギーを放射する交流（Ａ．Ｃ．）生成装置及びロード、パワーライン、変換器及び／又は無線周波数（ＲＦ）送信機などのソースの方向及び／又は位置を決定するための方法及び装置が利用される。ソースとフィールドセンサ（電気及び磁気）の両方が静止しているとき、電磁ソースに対する方向を取得することが可能である。電気（Ｅ）及び磁気（Ｂ）センサセットが動いている場合、複数の指標がソースの特定を可能にする。本方法は、静止及び移動するオブジェクトの位置を決定することが可能なセンサのネットワークに拡張可能である。この要約は、検索者又は他の読者が技術的開示の主題を迅速に確認することを可能にする要約を要求する規則に準拠して提供されることが強調される。請求項の範囲又は意義を解釈又は限定するのに利用されるものでないという理解によって提出されている。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
米国政府は、ローレンスリバーモア国立研究所の運営のための米国エネルギー省とカリフォルニア大学との間の契約第Ｗ−７４０５−ＥＮＧ−４８号に従って本発明に関する権利を有する。
【０００２】
［関連出願］
本出願は、２００５年４月１５日に出願された米国仮特許出願第６０／６７１，７９３号“Ａ ＰＯＹＮＴＩＮＧ−ＶＥＣＴＯＲ ＢＡＳＥＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＤＥＴＥＲＭＩＮＩＮＧ ＴＨＥ ＢＥＡＲＩＮＧ ＡＮＤ ＬＯＣＡＴＩＯＮ ＯＦ ＥＬＥＣＴＲＯＭＡＧＮＥＴＩＣ ＳＯＵＲＣＥＳ”の優先権を主張し、参照することによりそのすべてが含まれる。
【０００３】
［発明の背景］
・発明の技術分野
本発明は、電磁波の放射の検出に関し、より詳細には、本発明は、ポインティングベクトルＥとＢフィールド指標を利用して、ニアフィールド内で作用する、しばしば低周波数放射電磁ソースである放射ソースの検出及び位置に関する。
【０００４】
・関連技術の説明
ニアフィールド放射（ＮＦ）は、より静的な特性（準静的）を有し、オブジェクトの表面に“近接”して局在する電場及び磁場を有し、“通常の放射”として知られるファーフィールド放射（ＦＦ）は、一般に放射の伝搬を表す。一般に、すべての放射オブジェクトは、ＮＦコンポーネントとＦＦコンポーネントを有するが、従来の大部分の放射ソース検出方法は、一般にＦＦの伝搬コンポーネントを利用する。
【０００５】
放射ソースは、一般に３つのコンポーネント、タンジェンシャル電場Ｅｔと、ラジアル電場Ｅｒと、タンジェンシャル磁場Ｈｔとを有する。ポインティング定理自体は、一般に重畳された電場と磁場に対して、媒体にフローするエネルギーが存在しなければならないことを述べている。従って、放射フィールドに対して受け入れられている理論は、外積のポインティングベクトルＥ×Ｈ＝Ｓ（ワット／ｍ２）における電場Ｅと磁場Ｈから求めることができる。
【０００６】
電気の生成、伝送及びロードに関するすべての電力システムは、伝送ロスを受ける。実質的に解消不可能な１つの形態のロスは、電力生成利用システムにおいて非線形に印加された電圧に反応するロードの変動に伴う放射フィールドロス（ＮＦ及びＦＦ）である。これは、生成装置とロードの仕様及びバランスを欠いたシステムの結果に大きく依存した放射電磁フィールドをもたらす非理想的電流フローによるエネルギーロスである。生成装置などの孤立した遠隔にある電源は、常にあるスタンドオフ範囲において検出可能な電磁フィールドを生じさせる。しかしながら、この範囲は、生成装置とロードの具体的なレイアウトと電力の利用目的とに強く依存する。
【０００７】
従って、ポインティングベクトルＥとＢフィールド指標に基づき、ニアフィールド内のしばしば低周波数放射ソースである放射ソースを特定するため新規な方法及び装置が必要とされる。
【０００８】
［発明の概要］
従って、本発明は、１以上の放射電気ソースを、該ソースに特有の１以上のデータフォーマットを生成するため検知するステップと、前記データフォーマットから生じる１以上のポインティングベクトルを、方向、ハーモニックの分布、ソースの空間マッピング及び／又は時間的評価を生成するため、生成するステップとを有する方法に関する。
【０００９】
本発明の他の特徴は、１以上の放射電気ソースを特定する方法であって、電場及び磁場コンポーネント、１以上のブロードバンド信号並びに１以上の準静的フィールド信号を決定するため、３つの直交軸を検知するステップと、前記信号に構成される各電場軸コンポーネント（Ｅ）と磁場軸コンポーネント（Ｂ）とを周波数ドメインに変換するステップと、前記１以上のブロードバンド信号の１以上の所定のハーモニックに特有の選択を可能にするため、前記変換された信号をフィルタリングするステップと、前記準静的フィールドを除去し、前記１以上の放射電気ソースの方向及び位置、フィールドの空間マッピング並びに／又は時間的評価を提供するため、同一の時点に生成された前記フィルタリングされた１以上の所定のハーモニックから生じる１以上のポインティングベクトルを計算するステップとを有する方法を提供する。
【００１０】
本発明の他の特徴は、電場（Ｅ）及び磁場（Ｂ）コンポーネントを有する１以上の放射ソース、該ソースの方向、空間マッピング及び／又は時間的評価を提供するため検出及び特定する装置を提供する。
【００１１】
本発明の最後の特徴は、電場（Ｅ）及び磁場（Ｂ）コンポーネントを有する１以上の放射ソース、該ソースの方向、空間マッピング及び／又は時間的評価を提供するため検出及び特定するセンサのネットワークを提供する。
【００１２】
従って、本発明は、Ａ．Ｃ．生成装置、送信機、電気コンダクタ及びロードなどによって放射される静止した放射電場（Ｅ）及び磁場（Ｂ）の検出及びソース特定に適した方法及び装置を提供する。このような技術及び装置は、ここに開示されるように、以下に限定されるものではないが、自動車、トラック、戦車、ボート、潜水艦、飛行機及び宇宙船に関連付けされるかもしれない、外積ポインティングベクトルが決定される任意の放射モバイルソース／ロードシステムの移動の追跡と、静止したオブジェクトの電気使用のフィールドの空間マッピング、リモートソース特性化及び時間的評価を可能にする。
【００１３】
［発明の詳細な説明］
図面を参照して、本発明の具体的な実施例が示される。本発明の一般的な説明と共に、これら具体的な実施例の詳細な説明は、本発明の原理を説明するのに使用される。
【００１４】
特に指定されない場合、明細書及び請求項において使用される含有物、構成物、反応状態などの数量を表す数は、“約”という用語により修飾されていると理解されるべきである。従って、そうではないと示されていない場合、明細書及び請求項において与えられる数量パラメータは、ここに与えられる主題によって取得されることが求められる所望の性質に応じて変動しうる近似である。請求項の範囲への均等論の適用を制限しようとする試みとしてではなく、各数値パラメータは報告される重要ビットの個数により、また通常の丸め込み技術を適用することによって少なくとも解釈されるべきである。数値範囲及びパラメータがここに与えられる主題の広範な範囲を提供するが、具体例により与えられる数値は可能な限り正確に報告される。しかしながら、何れの数値も本来的には各テスト指標において求められる標準偏差から必然的に生ずるエラーを含む。
【００１５】
・一般的な説明
ここに開示される装置及び方法は、ポインティングベクトルＥとＢフィールド指標を介しフィールドにおける実際のロードを供給する生成ソースなどの電気ソースを放射するスタンドオフ検出及び位置を利用する。６０Ｈｚなどの共通の放射ソース周波数（及び高調波）における本発明による信号検出は、約１０００ｋｍ未満のスタンドオフ範囲のコンプレックス電磁ニアフィールド領域内において良好である。本発明は、所望の受信信号の信号対雑音比を向上させるために所望されないニアフィールド準静的フィールド（すなわち、ノイズストリームデータ）を除去するため、このようなＥフィールド及びＢフィールド情報のデジタル化された時間平均化検出及びフィルタリングを効果的に提供する。ここで開示されるような結果として得られる高感度な３つの軸のＥフィールド指標よ、対応するＢフィールド指標は、逆方位角（すなわち、１以上の指標による方向（ｂｅａｒｉｎｇ））の計算を可能にすると共に、ソースへの電気ハーモニックの分布を提供する。このような方法及び対応するシステム／装置は、ニアフィールド領域内のソース位置の決定と、ポインティングベクトルＥ及びＢフィールド指標に基づく低周波数におけるソース特定機能を可能にする。
【００１６】
・具体的な説明
図に戻って、図１（ａ）において、本発明により構成されたシステムの基本的な実施例を示す基本図が示される。参照番号１０により全体表示されるこのようなシステムは、携帯ユニットとして構成可能であり、又は約１０００ｍ未満のスタンドオフ範囲内の静止したソース及び移動するソースの両方の方向及び位置の決定を可能にするセンサのネットワークに拡張可能である。
【００１７】
システム１０は、コマンドを提供し、所望の情報を取得するとき、各処理を可能にするため、Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ、ＭＡＴＬＡＢ（登録商標）、ＬａｂＶＩＥＷ（登録商標）、Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋若しくは任意のプログラミング言語又は特殊なソフトウェアプログラミング環境から構成されるグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を有することが可能な制御ソフトウェアプログラムを有するコンピュータ１６を介しユーザにより指示可能である。特に、ＬａｂＶＩＥＷ（登録商標）及び／又はＭＡＴＬＡＢ（登録商標）は、装置制御アプリケーションの開発用であり、素早いユーザインタフェースの作成を実現し、特に１以上の放射電気ソース／ロードシステムの方向及び／又は空間位置を提供すると共に、１以上の静止した又は移動する放射ソースの生成されたフィールドの空間マッピング、時間評価及び／又は電気ハーモニックの分布を提供するため、必要に応じて自動化可能な特殊ソフトウェアの実施例として利用されるアプリケーションとして有用である。
【００１８】
コンピュータ１６は、当業者により知られているようなアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）集積回路機能により構成可能であり、ソフトウェア、利用可能なファームウェア（ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ）及び集積計算、ストレージなどの手段、以下に限定されるものではないが、ＬＳＩＣ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＶＬＳＩＣ（Ｖｅｒｙ Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）及びＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などの回路手段により構成することが可能である。このようなソフトウェア手段、ファームウェア手段及び他の集積回路手段は、本出願に対して所望されるフィルタリング、ストレージ及び計算処理を提供することが可能である。特に、ＦＰＧＡアレイは、このような装置がプログラマブルロジックコンポーネントとプログラマブルインターコネクトを含むとき、本発明において利用される有用な半導体装置となる。プログラマブルロジックコンポーネントは、図１（ａ）に示されるようなシステム１０や図１（ｂ）に示されるようなリモート携帯アプリケーションなどにおいて本発明を利用するためプログラム可能であり、以下で詳細に説明されるように、基本ロジックゲート（ＡＮＤ、ＯＲ、ＸＯＲ、ＮＯＴなど）の機能や、デコーダ若しくはシンプルな数学的な関数などのより複雑な組み合わせ関数を複製するようプログラム可能である。大部分のＦＰＧＡでは、これらのプログラマブルロジックコンポーネント（又はＦＰＧＡの用語におけるロジックブロック）はまた、シンプルなフリップフロップやより完全なメモリブロックであるかもしれないメモリ要素を有する。
【００１９】
コンピュータ１６は、このような装置により構成可能であり、ＵＳＢやＲＳ２３２ケーブルなどの所定の通信ライン（Ｌにより記され、双方向矢印により示される）及び／又は無線通信手段を介し３軸のＢフィールド８とＥフィールド１２の検知ユニットにより構成されるセンサネットワーク（図示せず）又はセンサ４（破線ボックス内に示される）に動作可能に接続される。このような無線通信手段及び／又は通信ラインＬは、格納、後処理及び／又は即時分析のため、取得したデジタル化情報をコンピュータに転送し、システム１０の処理を有効化するため、３軸（すなわち、Ｘ−Ｙ−Ｚ電気（Ｅ）及び磁気（Ｂ））のＡ／Ｄ記録されたデータを出力する各センサ４とコンピュータ１６との間の情報の交換を可能にするよう構成される。
【００２０】
Ｂフィールド８とＥフィールド１２の検知ユニットは、図１（ａ）に示されるように、所望の放射ソース信号と所望されない準静的（ノイズストリーム）信号とを検知し、このように検知した信号を、毎秒約１００，０００ビットまでの受信情報をデジタル化可能な電子Ａ／Ｄ変換回路手段６を利用して、デジタル形式に変換する。Ｂフィールド（とＥフィールド１２の検知ユニットは、特別に設計されたユニット又は市販の構成された３軸ユニットとすることが可能であり、しばしば配置可能なアンテナ要素により構成され、アンテナからゲインを出力信号に加えるための関連するプリアンプとすることが可能である。特に、ここで使用されるようなＢフィールドユニットは、コアにおいてフラックスを生成するよう設計される所定のワインディングセットとフラックスを検出するための所定のワインディングセットとを有する３つの直交（すなわち、垂直）メタリック合金コアを有することが可能である。Ｂフィールド８とＥフィールド１２の検知ユニットが、例えば、１Ｈｚ以上の図１（ａ）に示されるようなアナログ放射信号３を受信した後、このような受信信号は、当業者により周知な集積回路手段により変換され、記録されたＥ及びＢフィールドのベクトルコンポーネント（例えば、Ｅ及びＢフィールドの３軸指標に対応する６つまでのチャネルなど）のそれぞれが、コンピュータ１６にあるそれぞれ設けられた手段（ソフトウェア、ファームウェア、ＬＳＩＣ、ＶＬＳＩＣ、ＦＰＧＡなど）により解析される。
【００２１】
その後、図１（ａ）に示されるようなポインティングベクトルＳ２２が、しばしばノイズ信号を除去することに加えて、安定したポインティングベクトルＳ２２信号を提供するため、時間平均化した（少なくとも１期間などの）このような信号によって決定される。このような操作は、放射電気ソース／ロードシステムの方向及び／又は空間位置、このようなシステムの電気的使用の時間評価、生成されたフィールドの空間マッピング及び電気ハーモニックの分布を提供することが可能である。
【００２２】
他の効果的な構成として、図１（ａ）に示され、参照番号１０’により全体指定されるセンサ４は、様々な過酷な環境又はそれ以外の環境における動作及び移動を容易にするため、携帯センサ２４（図１（ｂ）の破線ボックス内に示されるような）として構成することが可能である。このような携帯センサ２４は、コマンドを発信し、所望の情報を取得するときの処理を容易化することが可能となるように、Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ、ＭＡＴＬＡＢ（登録商標）、ＬａｂＶＩＥＷ（登録商標）、Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋、何れかのプログラミング言語又は特殊なソフトウェアプログラミング環境から構成されるグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）をしばしば有する計算及び処理に特化したソフトウェア手段を有することが可能である。他の構成される処理のホストに加えて、グラフィカルユーザインタフェースは、上述されたような各種集積、ソフトウェア若しくはファームウェア手段によって、ポインティングベクトル計算３４の適用により結果として得られる方向３０及び／又は空間位置を提供するため、フィルタリング若しくはモニタリングのための１以上の選択された周波数及び／又はハーモニック３０の３軸周波数２８のスペクトルを表示するよう構成可能である。
【００２３】
さらに、図１（ｂ）に示されるようなセンサ２４は、さらなる構成では、以下に限定されるものではないが、後処置及び／又は即座の解析のため情報を中央プロセッサ（図示せず）にダウンロードするため、又は１以上の所定のソースの位置を三角測量するため、無線ネットワークシステム（図示せず）への通信及び統合を可能にするための赤外線及び／又はマイクロ波技術などの商業的な無線インタフェース（図示せず）を有するようにしてもよい。無線技術自体は、以下に限定されるものではないが、ウルトラバンドバンド（ＵＷＢ）方法、ＩＥＥＥ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）プロトコル、ワシントンＤ．Ｃ．にあるデラウェアのＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｂｙ ＡｓｓｉｇｎｍｅｎｔのＢｌｕｅｔｏｏｔｈ ＳＩＧ，ＩＮＣ．の登録商標であるＢｌｕｅｔｏｏｔｈ、又はアドホックシステムネットワーク（範囲外にある中央処理ユニット若しくは１以上の他のセンサ装置などと通信するため、１以上のセンサが他のセンサ装置を介しメッセージを中継するシステムなど）などの一例となる構成としてのネットワークシステムを介した無線通信のための新たなＩＥＥＥプロトコルの何れかなど、現在利用可能な通信方法及びハードウェアの何れかを含むものであるかもしれない。このような一例となるセンサ構成はまた、ここに開示されるように、放射ソースの電気ハーモニックの分布及びフィールドの空間マッピングを提供するため、１以上の放射電気ソース／ロードシステムの方向及び／又は空間位置を提供することが可能である。
【００２４】
この構成と同様に、図１（ａ）に示されるように、図１（ｂ）に示されるセンサ２４はまた、Ｂフィールド（及びＥフィールド１２検知ユニットからの交互の放射フィールドを検知することによって、デジタルフォーマットへの変換のため毎秒約１００，０００ビットまでデジタル化可能なアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換装置３６を有する。Ｅフィールド検知ユニット１２及びＢフィールド検知ユニット８は、図１（ａ）のシステムのための上述されるような商業的に構成された３軸ユニットとすることが可能である。また上述されるように、センサ２４は、アンテナ及び配置機構駆動電子からの出力信号にゲインを追加するため、プリアンプ（図示せず）により構成可能である。Ｂフィールド８及びＥフィールド１２検知ユニットが１Ｈｚ以上によりアナログ放射信号３を受信した後、このように受信した信号はデジタルフォーマットに変換され、Ｅ及びＢフィールドの３軸指標に対応する６までのチャネルなど）記録されたＥ及びＢフィールドのベクトルコンポーネントのそれぞれが、上述されるようなファームウェア、ソフトウェア、ＬＳＩＣ、ＶＬＳＩ及びＦＧＰＡなどの各計算手段によって解析され、センサ２４において構成可能なグラフィカルユーザインタフェースにより表示２８することが可能である。その後、１以上の電磁放射ソース２の表示される方向３２などを提供するため、図１（ｂ）に示されるように、所定のハーモニック（５０Ｈｚ及び５０Ｈｚの第３１ハーモニックを超えるなど）の所望のフィルタリングが、ノイズを除去するためこのような計算手段により時間平均化することが可能であり（例えば、少なくとも１つの期間について平均化される）、ポインティングベクトルＳ３４を決定するよう解析可能である。
【００２５】
図２は、本発明により生成されるような電場（Ｅ）及び磁場（Ｂ）チャネルの実験的なデジタル化された高速フーリエ変換（ＦＦＴ）スペクトルを示す。本発明の能力を示すため、例えば、５６．７Ｈｚのピーク４０と６０Ｈｚのピーク４４がスペクトルの一部に明確に観察することが可能であり、それぞれ分離される。最も明らかなハーモニックは、生成装置に関連付けされ、バックグラウンドの６０Ｈｚのハーモニックではない。スペクトルは、上から下にＸ−Ｙ−Ｚ平面の磁場（Ｂ）３軸コンポーネント、すなわち、Ｂｘ４８、Ｂｙ５２及びＢｚ５６と、Ｘ−Ｙ−Ｘ平面の電場（Ｅ）３軸コンポーネント、すなわち、Ｅｘ６０、Ｅｙ６４及びＥｚ６６である。基本ハーモニック及びより高次のハーモニック（例えば、５６．７Ｈｚの第５ハーモニックである参照番号７２を参照されたい）は、ＥフィールドコンポーネントとＢフィールドコンポーネントの間の信号対雑音を大きく変動させる可能性がある。
【００２６】
本発明の方法では、第１ステージは信号検知と、Ｅ及びＢフィールドセンサからのアナログ信号をデジタルフォーマットに変換することに関する。６つのチャネルが、電場と磁場の両方の３軸指標に対応して記録される。Ｅ及びＢフィールドのベクトルコンポーネントが、ポインティングベクトルＳを決定するため必要とされる。
【００２７】
第２ステージは、第１の取得から生じるブロードバンドデジタルデータストリームの解析と、アナログ・デジタル変換ステージとに関する。第２ステージから、２つの解析方法が信号及びノイズデータストリームから要求されるＥ及びＢフィールドコンポーネントを計算するのに利用可能である。
【００２８】
第１方法は、ブロードバンド信号及びノイズデータストリームのしばしば高速フーリエ変換（ＦＦＴ）である変換を計算することを要する。ＦＦＴは、信号及びノイズ振幅対周波数のスペクトルを与える。ＦＦＴを使用して、対象となる信号のハーモニック（例えば、図２に示されるように、第３１ハーモニックを超える５６．７Ｈｚ４０と高次のハーモニックなど）が選択可能であり、Ｅ及びＢベクトルフィールドに共通する各ハーモニックからの情報が、ポインティングベクトルを決定するため効果的に利用可能である。このようなポインティングベクトルの計算は、ソース位置の確実性を増大させるのに利用可能である。さらに、各ハーモニックのポインティングベクトルは、共通のソースに係るハーモニックセットを特定するための特性として利用可能である。狭帯域通過フィルタ（Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ、Ｂｅｓｓｅｌ、Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ、上記又は同様のものの組み合わせなど）が、選択されたハーモニックに対するブロードバンド信号及び準静的フィールド（ノイズデータストリーム）をフィルタリングするのに構成可能である。Ｂ及びＥの各コンポーネントのブロードバンド信号とノイズデータストリームのこのようなフィルタリングは、各ハーモニックの周波数特性を有するデジタル波列を生成する。これは、各Ｂ及びＥコンポーネントに係るデータストリームに対して実行される（例えば、図２に示される５２、５６、６０、６４及び６６など）。
【００２９】
時間について同一ポイントに対応する波列振幅のサンプルが、その後に６つの波列のそれぞれから抽出される。これら６つの振幅は、与えられたハーモニックに係るＥ及びＢフィールドの瞬間値に対応し、ポインティングベクトルＳの瞬間値を計算するのに利用される。ポインティングベクトルは時間に依存するため、少なくとも１つの期間に対する平均化が、安定的な量Ｓを取得するため実行される。
【００３０】
Ｂ．第２の解析方法は、上述されるようなデジタル化されたブロードバンド信号及びノイズストリームを取得し、例えば、位相と振幅の両方の情報を与えるＦＦＴなどを計算する。位相情報と共に、選択されたハーモニックの振幅は、図２に示されるように、Ｅ及びＢの３つのコンポーネントのそれぞれに対してＦＦＴから取得することが可能である。この情報は、その後、ポインティングベクトルＳを得るため時間について平均化することが可能なポインティングベクトルの瞬間値を計算するのに利用可能である。振動するポインティングベクトルの時間平均は、リモートソースに係るエネルギーフラックスの方向と参照方向との間の方位角などの方向情報をもたらす。
【００３１】
従って、本発明は、約１０００メートルまでの静止オブジェクトによって生成される電気使用の時間評価、リモートソース特性化及び空間マッピングフィールドに加えて、以下に限定されるものではないが、静止した放射電場（Ｅ）及び磁場（Ｂ）ソース（Ａ．Ｃ．生成装置、送信機、電気コンダクタ、ロードなど）などの１以上の５０Ｈｚ以上の放射ソースの電気ハーモニックの分布を特定及び提供することが可能である（すなわち、放射電気ソース／ロードシステムの方向及び／又は空間位置を提供する）。さらに、本発明は、以下に限定するものではないが、自動車、トラック、戦車、ボート、潜水艦、飛行機及び宇宙船に係るものなど、ポインティングベクトルが決定可能な任意の放射モバイルソース／ロードシステムの動きを追跡するよう構成される。
【００３２】
出願人は、本発明の広範な表現を提供するため、図面と具体的な実施例とを含む本記載を提供している。本発明の趣旨及び範囲内の様々な変更及び改良は、本記載及び本発明の実践により当業者に明らかになるであろう。本発明の範囲は、開示された特定の形態に限定されるものでなく、本発明は、請求項に規定されるような本発明の趣旨及び範囲内に属するすべての改良、均等及び代替をカバーする。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１（ａ）は、フィールドにおけるポインティングベクトルシステムの簡単化された図を示し、図１（ｂ）は、本発明の一例となる携帯装置を示す。
【図２】図２は、電場（Ｅ）及び磁場（Ｂ）チャネルの実験的なデジタル化された周波数スペクトルを示す。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
米国政府は、ローレンスリバーモア国立研究所の運営のための米国エネルギー省とカリフォルニア大学との間の契約第Ｗ−７４０５−ＥＮＧ−４８号に従って本発明に関する権利を有する。
【０００２】
［関連出願］
本出願は、２００５年４月１５日に出願された米国仮特許出願第６０／６７１，７９３号“Ａ ＰＯＹＮＴＩＮＧ−ＶＥＣＴＯＲ ＢＡＳＥＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＤＥＴＥＲＭＩＮＩＮＧ ＴＨＥ ＢＥＡＲＩＮＧ ＡＮＤ ＬＯＣＡＴＩＯＮ ＯＦ ＥＬＥＣＴＲＯＭＡＧＮＥＴＩＣ ＳＯＵＲＣＥＳ”の優先権を主張し、参照することによりそのすべてが含まれる。
【０００３】
［発明の背景］
・発明の技術分野
本発明は、電磁波の放射の検出に関し、より詳細には、本発明は、ポインティングベクトルＥとＢフィールド指標を利用して、ニアフィールド内で作用する、しばしば低周波数放射電磁ソースである放射ソースの検出及び位置に関する。
【０００４】
・関連技術の説明
ニアフィールド放射（ＮＦ）は、より静的な特性（準静的）を有し、オブジェクトの表面に“近接”して局在する電場及び磁場を有し、“通常の放射”として知られるファーフィールド放射（ＦＦ）は、一般に放射の伝搬を表す。一般に、すべての放射オブジェクトは、ＮＦコンポーネントとＦＦコンポーネントを有するが、従来の大部分の放射ソース検出方法は、一般にＦＦの伝搬コンポーネントを利用する。
【０００５】
放射ソースは、一般に３つのコンポーネント、タンジェンシャル電場Ｅｔと、ラジアル電場Ｅｒと、タンジェンシャル磁場Ｈｔとを有する。ポインティング定理自体は、一般に重畳された電場と磁場に対して、媒体にフローするエネルギーが存在しなければならないことを述べている。従って、放射フィールドに対して受け入れられている理論は、外積のポインティングベクトルＥ×Ｈ＝Ｓ（ワット／ｍ２）における電場Ｅと磁場Ｈから求めることができる。
【０００６】
電気の生成、伝送及びロードに関するすべての電力システムは、伝送ロスを受ける。実質的に解消不可能な１つの形態のロスは、電力生成利用システムにおいて非線形に印加された電圧に反応するロードの変動に伴う放射フィールドロス（ＮＦ及びＦＦ）である。これは、生成装置とロードの仕様及びバランスを欠いたシステムの結果に大きく依存した放射電磁フィールドをもたらす非理想的電流フローによるエネルギーロスである。生成装置などの孤立した遠隔にある電源は、常にあるスタンドオフ範囲において検出可能な電磁フィールドを生じさせる。しかしながら、この範囲は、生成装置とロードの具体的なレイアウトと電力の利用目的とに強く依存する。
【０００７】
従って、ポインティングベクトルＥとＢフィールド指標に基づき、ニアフィールド内のしばしば低周波数放射ソースである放射ソースを特定するため新規な方法及び装置が必要とされる。
【０００８】
［発明の概要］
従って、本発明は、１以上の放射電気ソースを、該ソースに特有の１以上のデータフォーマットを生成するため検知するステップと、前記データフォーマットから生じる１以上のポインティングベクトルを、方向、ハーモニックの分布、ソースの空間マッピング及び／又は時間的評価を生成するため、生成するステップとを有する方法に関する。
【０００９】
本発明の他の特徴は、１以上の放射電気ソースを特定する方法であって、電場及び磁場コンポーネント、１以上のブロードバンド信号並びに１以上の準静的フィールド信号を決定するため、３つの直交軸を検知するステップと、前記信号に構成される各電場軸コンポーネント（Ｅ）と磁場軸コンポーネント（Ｂ）とを周波数ドメインに変換するステップと、前記１以上のブロードバンド信号の１以上の所定のハーモニックに特有の選択を可能にするため、前記変換された信号をフィルタリングするステップと、前記準静的フィールドを除去し、前記１以上の放射電気ソースの方向及び位置、フィールドの空間マッピング並びに／又は時間的評価を提供するため、同一の時点に生成された前記フィルタリングされた１以上の所定のハーモニックから生じる１以上のポインティングベクトルを計算するステップとを有する方法を提供する。
【００１０】
本発明の他の特徴は、電場（Ｅ）及び磁場（Ｂ）コンポーネントを有する１以上の放射ソース、該ソースの方向、空間マッピング及び／又は時間的評価を提供するため検出及び特定する装置を提供する。
【００１１】
本発明の最後の特徴は、電場（Ｅ）及び磁場（Ｂ）コンポーネントを有する１以上の放射ソース、該ソースの方向、空間マッピング及び／又は時間的評価を提供するため検出及び特定するセンサのネットワークを提供する。
【００１２】
従って、本発明は、Ａ．Ｃ．生成装置、送信機、電気コンダクタ及びロードなどによって放射される静止した放射電場（Ｅ）及び磁場（Ｂ）の検出及びソース特定に適した方法及び装置を提供する。このような技術及び装置は、ここに開示されるように、以下に限定されるものではないが、自動車、トラック、戦車、ボート、潜水艦、飛行機及び宇宙船に関連付けされるかもしれない、外積ポインティングベクトルが決定される任意の放射モバイルソース／ロードシステムの移動の追跡と、静止したオブジェクトの電気使用のフィールドの空間マッピング、リモートソース特性化及び時間的評価を可能にする。
【００１３】
［発明の詳細な説明］
図面を参照して、本発明の具体的な実施例が示される。本発明の一般的な説明と共に、これら具体的な実施例の詳細な説明は、本発明の原理を説明するのに使用される。
【００１４】
特に指定されない場合、明細書及び請求項において使用される含有物、構成物、反応状態などの数量を表す数は、“約”という用語により修飾されていると理解されるべきである。従って、そうではないと示されていない場合、明細書及び請求項において与えられる数量パラメータは、ここに与えられる主題によって取得されることが求められる所望の性質に応じて変動しうる近似である。請求項の範囲への均等論の適用を制限しようとする試みとしてではなく、各数値パラメータは報告される重要ビットの個数により、また通常の丸め込み技術を適用することによって少なくとも解釈されるべきである。数値範囲及びパラメータがここに与えられる主題の広範な範囲を提供するが、具体例により与えられる数値は可能な限り正確に報告される。しかしながら、何れの数値も本来的には各テスト指標において求められる標準偏差から必然的に生ずるエラーを含む。
【００１５】
・一般的な説明
ここに開示される装置及び方法は、ポインティングベクトルＥとＢフィールド指標を介しフィールドにおける実際のロードを供給する生成ソースなどの電気ソースを放射するスタンドオフ検出及び位置を利用する。６０Ｈｚなどの共通の放射ソース周波数（及び高調波）における本発明による信号検出は、約１０００ｋｍ未満のスタンドオフ範囲のコンプレックス電磁ニアフィールド領域内において良好である。本発明は、所望の受信信号の信号対雑音比を向上させるために所望されないニアフィールド準静的フィールド（すなわち、ノイズストリームデータ）を除去するため、このようなＥフィールド及びＢフィールド情報のデジタル化された時間平均化検出及びフィルタリングを効果的に提供する。ここで開示されるような結果として得られる高感度な３つの軸のＥフィールド指標よ、対応するＢフィールド指標は、逆方位角（すなわち、１以上の指標による方向（ｂｅａｒｉｎｇ））の計算を可能にすると共に、ソースへの電気ハーモニックの分布を提供する。このような方法及び対応するシステム／装置は、ニアフィールド領域内のソース位置の決定と、ポインティングベクトルＥ及びＢフィールド指標に基づく低周波数におけるソース特定機能を可能にする。
【００１６】
・具体的な説明
図に戻って、図１（ａ）において、本発明により構成されたシステムの基本的な実施例を示す基本図が示される。参照番号１０により全体表示されるこのようなシステムは、携帯ユニットとして構成可能であり、又は約１０００ｍ未満のスタンドオフ範囲内の静止したソース及び移動するソースの両方の方向及び位置の決定を可能にするセンサのネットワークに拡張可能である。
【００１７】
システム１０は、コマンドを提供し、所望の情報を取得するとき、各処理を可能にするため、Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ、ＭＡＴＬＡＢ（登録商標）、ＬａｂＶＩＥＷ（登録商標）、Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋若しくは任意のプログラミング言語又は特殊なソフトウェアプログラミング環境から構成されるグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を有することが可能な制御ソフトウェアプログラムを有するコンピュータ１６を介しユーザにより指示可能である。特に、ＬａｂＶＩＥＷ（登録商標）及び／又はＭＡＴＬＡＢ（登録商標）は、装置制御アプリケーションの開発用であり、素早いユーザインタフェースの作成を実現し、特に１以上の放射電気ソース／ロードシステムの方向及び／又は空間位置を提供すると共に、１以上の静止した又は移動する放射ソースの生成されたフィールドの空間マッピング、時間評価及び／又は電気ハーモニックの分布を提供するため、必要に応じて自動化可能な特殊ソフトウェアの実施例として利用されるアプリケーションとして有用である。
【００１８】
コンピュータ１６は、当業者により知られているようなアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）集積回路機能により構成可能であり、ソフトウェア、利用可能なファームウェア（ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ）及び集積計算、ストレージなどの手段、以下に限定されるものではないが、ＬＳＩＣ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＶＬＳＩＣ（Ｖｅｒｙ Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）及びＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などの回路手段により構成することが可能である。このようなソフトウェア手段、ファームウェア手段及び他の集積回路手段は、本出願に対して所望されるフィルタリング、ストレージ及び計算処理を提供することが可能である。特に、ＦＰＧＡアレイは、このような装置がプログラマブルロジックコンポーネントとプログラマブルインターコネクトを含むとき、本発明において利用される有用な半導体装置となる。プログラマブルロジックコンポーネントは、図１（ａ）に示されるようなシステム１０や図１（ｂ）に示されるようなリモート携帯アプリケーションなどにおいて本発明を利用するためプログラム可能であり、以下で詳細に説明されるように、基本ロジックゲート（ＡＮＤ、ＯＲ、ＸＯＲ、ＮＯＴなど）の機能や、デコーダ若しくはシンプルな数学的な関数などのより複雑な組み合わせ関数を複製するようプログラム可能である。大部分のＦＰＧＡでは、これらのプログラマブルロジックコンポーネント（又はＦＰＧＡの用語におけるロジックブロック）はまた、シンプルなフリップフロップやより完全なメモリブロックであるかもしれないメモリ要素を有する。
【００１９】
コンピュータ１６は、このような装置により構成可能であり、ＵＳＢやＲＳ２３２ケーブルなどの所定の通信ライン（Ｌにより記され、双方向矢印により示される）及び／又は無線通信手段を介し３軸のＢフィールド８とＥフィールド１２の検知ユニットにより構成されるセンサネットワーク（図示せず）又はセンサ４（破線ボックス内に示される）に動作可能に接続される。このような無線通信手段及び／又は通信ラインＬは、格納、後処理及び／又は即時分析のため、取得したデジタル化情報をコンピュータに転送し、システム１０の処理を有効化するため、３軸（すなわち、Ｘ−Ｙ−Ｚ電気（Ｅ）及び磁気（Ｂ））のＡ／Ｄ記録されたデータを出力する各センサ４とコンピュータ１６との間の情報の交換を可能にするよう構成される。
【００２０】
Ｂフィールド８とＥフィールド１２の検知ユニットは、図１（ａ）に示されるように、所望の放射ソース信号と所望されない準静的（ノイズストリーム）信号とを検知し、このように検知した信号を、毎秒約１００，０００ビットまでの受信情報をデジタル化可能な電子Ａ／Ｄ変換回路手段６を利用して、デジタル形式に変換する。Ｂフィールド（とＥフィールド１２の検知ユニットは、特別に設計されたユニット又は市販の構成された３軸ユニットとすることが可能であり、しばしば配置可能なアンテナ要素により構成され、アンテナからゲインを出力信号に加えるための関連するプリアンプとすることが可能である。特に、ここで使用されるようなＢフィールドユニットは、コアにおいてフラックスを生成するよう設計される所定のワインディングセットとフラックスを検出するための所定のワインディングセットとを有する３つの直交（すなわち、垂直）メタリック合金コアを有することが可能である。Ｂフィールド８とＥフィールド１２の検知ユニットが、例えば、１Ｈｚ以上の図１（ａ）に示されるようなアナログ放射信号３を受信した後、このような受信信号は、当業者により周知な集積回路手段により変換され、記録されたＥ及びＢフィールドのベクトルコンポーネント（例えば、Ｅ及びＢフィールドの３軸指標に対応する６つまでのチャネルなど）のそれぞれが、コンピュータ１６にあるそれぞれ設けられた手段（ソフトウェア、ファームウェア、ＬＳＩＣ、ＶＬＳＩＣ、ＦＰＧＡなど）により解析される。
【００２１】
その後、図１（ａ）に示されるようなポインティングベクトルＳ２２が、しばしばノイズ信号を除去することに加えて、安定したポインティングベクトルＳ２２信号を提供するため、時間平均化した（少なくとも１期間などの）このような信号によって決定される。このような操作は、放射電気ソース／ロードシステムの方向及び／又は空間位置、このようなシステムの電気的使用の時間評価、生成されたフィールドの空間マッピング及び電気ハーモニックの分布を提供することが可能である。
【００２２】
他の効果的な構成として、図１（ａ）に示され、参照番号１０’により全体指定されるセンサ４は、様々な過酷な環境又はそれ以外の環境における動作及び移動を容易にするため、携帯センサ２４（図１（ｂ）の破線ボックス内に示されるような）として構成することが可能である。このような携帯センサ２４は、コマンドを発信し、所望の情報を取得するときの処理を容易化することが可能となるように、Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ、ＭＡＴＬＡＢ（登録商標）、ＬａｂＶＩＥＷ（登録商標）、Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋、何れかのプログラミング言語又は特殊なソフトウェアプログラミング環境から構成されるグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）をしばしば有する計算及び処理に特化したソフトウェア手段を有することが可能である。他の構成される処理のホストに加えて、グラフィカルユーザインタフェースは、上述されたような各種集積、ソフトウェア若しくはファームウェア手段によって、ポインティングベクトル計算３４の適用により結果として得られる方向３０及び／又は空間位置を提供するため、フィルタリング若しくはモニタリングのための１以上の選択された周波数及び／又はハーモニック３０の３軸周波数２８のスペクトルを表示するよう構成可能である。
【００２３】
さらに、図１（ｂ）に示されるようなセンサ２４は、さらなる構成では、以下に限定されるものではないが、後処置及び／又は即座の解析のため情報を中央プロセッサ（図示せず）にダウンロードするため、又は１以上の所定のソースの位置を三角測量するため、無線ネットワークシステム（図示せず）への通信及び統合を可能にするための赤外線及び／又はマイクロ波技術などの商業的な無線インタフェース（図示せず）を有するようにしてもよい。無線技術自体は、以下に限定されるものではないが、ウルトラバンドバンド（ＵＷＢ）方法、ＩＥＥＥ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）プロトコル、ワシントンＤ．Ｃ．にあるデラウェアのＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｂｙ ＡｓｓｉｇｎｍｅｎｔのＢｌｕｅｔｏｏｔｈ ＳＩＧ，ＩＮＣ．の登録商標であるＢｌｕｅｔｏｏｔｈ、又はアドホックシステムネットワーク（範囲外にある中央処理ユニット若しくは１以上の他のセンサ装置などと通信するため、１以上のセンサが他のセンサ装置を介しメッセージを中継するシステムなど）などの一例となる構成としてのネットワークシステムを介した無線通信のための新たなＩＥＥＥプロトコルの何れかなど、現在利用可能な通信方法及びハードウェアの何れかを含むものであるかもしれない。このような一例となるセンサ構成はまた、ここに開示されるように、放射ソースの電気ハーモニックの分布及びフィールドの空間マッピングを提供するため、１以上の放射電気ソース／ロードシステムの方向及び／又は空間位置を提供することが可能である。
【００２４】
この構成と同様に、図１（ａ）に示されるように、図１（ｂ）に示されるセンサ２４はまた、Ｂフィールド（及びＥフィールド１２検知ユニットからの交互の放射フィールドを検知することによって、デジタルフォーマットへの変換のため毎秒約１００，０００ビットまでデジタル化可能なアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換装置３６を有する。Ｅフィールド検知ユニット１２及びＢフィールド検知ユニット８は、図１（ａ）のシステムのための上述されるような商業的に構成された３軸ユニットとすることが可能である。また上述されるように、センサ２４は、アンテナ及び配置機構駆動電子からの出力信号にゲインを追加するため、プリアンプ（図示せず）により構成可能である。Ｂフィールド８及びＥフィールド１２検知ユニットが１Ｈｚ以上によりアナログ放射信号３を受信した後、このように受信した信号はデジタルフォーマットに変換され、Ｅ及びＢフィールドの３軸指標に対応する６までのチャネルなど）記録されたＥ及びＢフィールドのベクトルコンポーネントのそれぞれが、上述されるようなファームウェア、ソフトウェア、ＬＳＩＣ、ＶＬＳＩ及びＦＧＰＡなどの各計算手段によって解析され、センサ２４において構成可能なグラフィカルユーザインタフェースにより表示２８することが可能である。その後、１以上の電磁放射ソース２の表示される方向３２などを提供するため、図１（ｂ）に示されるように、所定のハーモニック（５０Ｈｚ及び５０Ｈｚの第３１ハーモニックを超えるなど）の所望のフィルタリングが、ノイズを除去するためこのような計算手段により時間平均化することが可能であり（例えば、少なくとも１つの期間について平均化される）、ポインティングベクトルＳ３４を決定するよう解析可能である。
【００２５】
図２は、本発明により生成されるような電場（Ｅ）及び磁場（Ｂ）チャネルの実験的なデジタル化された高速フーリエ変換（ＦＦＴ）スペクトルを示す。本発明の能力を示すため、例えば、５６．７Ｈｚのピーク４０と６０Ｈｚのピーク４４がスペクトルの一部に明確に観察することが可能であり、それぞれ分離される。最も明らかなハーモニックは、生成装置に関連付けされ、バックグラウンドの６０Ｈｚのハーモニックではない。スペクトルは、上から下にＸ−Ｙ−Ｚ平面の磁場（Ｂ）３軸コンポーネント、すなわち、Ｂｘ４８、Ｂｙ５２及びＢｚ５６と、Ｘ−Ｙ−Ｘ平面の電場（Ｅ）３軸コンポーネント、すなわち、Ｅｘ６０、Ｅｙ６４及びＥｚ６６である。基本ハーモニック及びより高次のハーモニック（例えば、５６．７Ｈｚの第５ハーモニックである参照番号７２を参照されたい）は、ＥフィールドコンポーネントとＢフィールドコンポーネントの間の信号対雑音を大きく変動させる可能性がある。
【００２６】
本発明の方法では、第１ステージは信号検知と、Ｅ及びＢフィールドセンサからのアナログ信号をデジタルフォーマットに変換することに関する。６つのチャネルが、電場と磁場の両方の３軸指標に対応して記録される。Ｅ及びＢフィールドのベクトルコンポーネントが、ポインティングベクトルＳを決定するため必要とされる。
【００２７】
第２ステージは、第１の取得から生じるブロードバンドデジタルデータストリームの解析と、アナログ・デジタル変換ステージとに関する。第２ステージから、２つの解析方法が信号及びノイズデータストリームから要求されるＥ及びＢフィールドコンポーネントを計算するのに利用可能である。
【００２８】
第１方法は、ブロードバンド信号及びノイズデータストリームのしばしば高速フーリエ変換（ＦＦＴ）である変換を計算することを要する。ＦＦＴは、信号及びノイズ振幅対周波数のスペクトルを与える。ＦＦＴを使用して、対象となる信号のハーモニック（例えば、図２に示されるように、第３１ハーモニックを超える５６．７Ｈｚ４０と高次のハーモニックなど）が選択可能であり、Ｅ及びＢベクトルフィールドに共通する各ハーモニックからの情報が、ポインティングベクトルを決定するため効果的に利用可能である。このようなポインティングベクトルの計算は、ソース位置の確実性を増大させるのに利用可能である。さらに、各ハーモニックのポインティングベクトルは、共通のソースに係るハーモニックセットを特定するための特性として利用可能である。狭帯域通過フィルタ（Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ、Ｂｅｓｓｅｌ、Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ、上記又は同様のものの組み合わせなど）が、選択されたハーモニックに対するブロードバンド信号及び準静的フィールド（ノイズデータストリーム）をフィルタリングするのに構成可能である。Ｂ及びＥの各コンポーネントのブロードバンド信号とノイズデータストリームのこのようなフィルタリングは、各ハーモニックの周波数特性を有するデジタル波列を生成する。これは、各Ｂ及びＥコンポーネントに係るデータストリームに対して実行される（例えば、図２に示される５２、５６、６０、６４及び６６など）。
【００２９】
時間について同一ポイントに対応する波列振幅のサンプルが、その後に６つの波列のそれぞれから抽出される。これら６つの振幅は、与えられたハーモニックに係るＥ及びＢフィールドの瞬間値に対応し、ポインティングベクトルＳの瞬間値を計算するのに利用される。ポインティングベクトルは時間に依存するため、少なくとも１つの期間に対する平均化が、安定的な量Ｓを取得するため実行される。
【００３０】
Ｂ．第２の解析方法は、上述されるようなデジタル化されたブロードバンド信号及びノイズストリームを取得し、例えば、位相と振幅の両方の情報を与えるＦＦＴなどを計算する。位相情報と共に、選択されたハーモニックの振幅は、図２に示されるように、Ｅ及びＢの３つのコンポーネントのそれぞれに対してＦＦＴから取得することが可能である。この情報は、その後、ポインティングベクトルＳを得るため時間について平均化することが可能なポインティングベクトルの瞬間値を計算するのに利用可能である。振動するポインティングベクトルの時間平均は、リモートソースに係るエネルギーフラックスの方向と参照方向との間の方位角などの方向情報をもたらす。
【００３１】
従って、本発明は、約１０００メートルまでの静止オブジェクトによって生成される電気使用の時間評価、リモートソース特性化及び空間マッピングフィールドに加えて、以下に限定されるものではないが、静止した放射電場（Ｅ）及び磁場（Ｂ）ソース（Ａ．Ｃ．生成装置、送信機、電気コンダクタ、ロードなど）などの１以上の５０Ｈｚ以上の放射ソースの電気ハーモニックの分布を特定及び提供することが可能である（すなわち、放射電気ソース／ロードシステムの方向及び／又は空間位置を提供する）。さらに、本発明は、以下に限定するものではないが、自動車、トラック、戦車、ボート、潜水艦、飛行機及び宇宙船に係るものなど、ポインティングベクトルが決定可能な任意の放射モバイルソース／ロードシステムの動きを追跡するよう構成される。
【００３２】
出願人は、本発明の広範な表現を提供するため、図面と具体的な実施例とを含む本記載を提供している。本発明の趣旨及び範囲内の様々な変更及び改良は、本記載及び本発明の実践により当業者に明らかになるであろう。本発明の範囲は、開示された特定の形態に限定されるものでなく、本発明は、請求項に規定されるような本発明の趣旨及び範囲内に属するすべての改良、均等及び代替をカバーする。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１（ａ）は、フィールドにおけるポインティングベクトルシステムの簡単化された図を示し、図１（ｂ）は、本発明の一例となる携帯装置を示す。
【図２】図２は、電場（Ｅ）及び磁場（Ｂ）チャネルの実験的なデジタル化された周波数スペクトルを示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上の放射電気ソースを、該ソースに特有の１以上のデータフォーマットを生成するため検知するステップと、
前記データフォーマットから生じる１以上のポインティングベクトルを生成するステップと、
を有する方法であって、
前記生成するステップは、前記１以上の放射電気ソースの位置及び方向、フィールドの空間マッピング及び／又は時間的評価の決定を可能にする方法。
【請求項２】
前記データフォーマットは、電場（Ｅ）及び磁場３軸データから構成される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記データフォーマットは、約１Ｈｚより大きな周波数をさらに有するハーモニックの分布を有する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記ハーモニックの分布は、少なくとも第３１ハーモニックまでを有する、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記検知された１以上の放射電気ソースは、ブロードバンド放射及び準静的フィールドを有する、請求項１記載の方法。
【請求項６】
１以上の準静的フィールド信号及びノイズの除去に加えて、前記ポインティングベクトルの安定的な量を取得するため時間平均するステップをさらに有する、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記時間平均するステップは、少なくとも１つの期間における重み付けされた時間平均から構成される、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記計算するステップはさらに、電気（Ｅ）及び磁気（Ｂ）軸コンポーネントを有する検知された１以上の放射電気ソースのそれぞれに対する位相及び／又は波列振幅データセットを提供することから構成される、請求項１記載の方法。
【請求項９】
１以上の放射電気ソースを特定する方法であって、
電場及び磁場コンポーネント、１以上のブロードバンド信号並びに１以上の準静的フィールド信号を決定するため、３つの直交軸を検知するステップと、
前記信号に構成される各電場軸コンポーネント（Ｅ）と磁場軸コンポーネント（Ｂ）とを周波数ドメインに変換するステップと、
前記１以上のブロードバンド信号の１以上の所定のハーモニックに特有の選択を可能にするため、前記変換された信号をフィルタリングするステップと、
前記準静的フィールドを除去し、前記１以上の放射電気ソースの方向及び位置、フィールドの空間マッピング並びに／又は時間的評価を提供するため、同一の時点に生成された前記フィルタリングされた１以上の所定のハーモニックから生じる１以上のポインティングベクトルを計算するステップと、
を有する方法。
【請求項１０】
前記１以上の準静的フィールド信号及びノイズを除去することに加えて、前記ポインティングベクトルの安定的な量を取得するため時間平均するステップをさらに有する、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記時間平均するステップは、少なくとも１つの期間における重み付けされた時間平均から構成される、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記変換するステップは、フーリエ変換から構成される、請求項９記載の方法。
【請求項１３】
前記フーリエ変換は、高速フーリエ変換から構成される、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記変換するステップはさらに、前記信号に含まれる各電場軸コンポーネント（Ｅ）と各磁場軸コンポーネント（Ｂ）とに対する位相及び／又は波列振幅データセットを提供することから構成される、請求項９記載の方法。
【請求項１５】
前記１以上の所定のハーモニックは、約１Ｈｚより大きな周波数からさらに構成されるハーモニックの分布を有する、請求項９記載の方法。
【請求項１６】
前記ハーモニックの分布は、約３１ハーモニックまでを有する、請求項９記載の方法。
【請求項１７】
１以上の放射ソースの方向を提供するため移動しながら、前記１以上のブロードバンド信号と１以上のノイズ準静的フィールド信号とを検知するステップをさらに有する、請求項９記載の方法。
【請求項１８】
前記１以上の放射ソースは、１以上の移動する放射ソース及び／又は１以上の静止した放射ソースを有する、請求項９記載の方法。
【請求項１９】
１以上の放射電気ソースを特定するセンサ装置であって、
１以上のブロードバンド及び１以上の準静的フィールド信号を検知するよう構成される電場（Ｅ）及び磁場３軸アンテナと、
前記信号に構成される各電場軸コンポーネント（Ｅ）及び磁場軸コンポーネント（Ｂ）を周波数ドメインに変換する手段と、
前記検知された１以上のブロードバンドフィールドの１以上の所定のハーモニックに特有の選択を可能にするため、前記変換信号をフィルタリングする手段と、
前記フィルタリングされた１以上の所定のハーモニックから生じる１以上のポインティングベクトルを提供する手段と、
を有し、
前記提供する手段は、１以上の放射電気ソースの方向、空間マッピング及び／又は時間的評価を可能にするセンサ装置。
【請求項２０】
前記１以上の所定のハーモニックは、約１Ｈｚより大きな周波数から構成されるハーモニックの分布を有する、請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
前記ハーモニックの分布は、約３１ハーモニックまでを有する、請求項２０記載の装置。
【請求項２２】
前記提供する手段は、時間平均から構成される、請求項１９記載の装置。
【請求項２３】
前記時間平均は、１以上の安定的なポインティングベクトルを提供し、前記準静的なフィールド及びノイズを除去するため、少なくとも１つの期間に対する重み付けされた時間平均から構成される、請求項２２記載の装置。
【請求項２４】
前記周波数ドメインに変換する手段は、高速フーリエ変換から構成される、請求項１９記載の装置。
【請求項２５】
前記周波数ドメインに変換する手段はさらに、前記信号に含まれる各電場軸コンポーネント（Ｅ）と各磁場軸コンポーネント（Ｂ）とに対する位相及び／又は波列振幅データセットを提供する、請求項２４記載の装置。
【請求項２６】
前記１以上の放射ソースは、１以上の移動する放射ソース及び／又は１以上の静止した放射ソースを有する、請求項１９記載の装置。
【請求項２７】
１以上の放射電気ソースを特定するネットワークであって、
当該ネットワークは、複数のセンサを有し、
前記センサのそれぞれは、
ａ）１以上のブロードバンド及び１以上の準静的フィールド信号を検知するよう構成される電場（Ｅ）及び磁場軸アンテナと、
ｂ）前記信号に構成される各電場軸コンポーネント（Ｅ）と磁場軸コンポーネント（Ｂ）を周波数ドメインに変換する手段と、
ｃ）前記１以上のブロードバンド検知されたフィールドの１以上の所定のハーモニックに特有の選択を可能にするため、前記変換信号をフィルタリングする手段と、
ｄ）前記フィルタリングされた１以上の所定のハーモニックから生じる１以上のポインティングベクトルを提供する手段と、
を有し、
前記提供する手段は、１以上の放射電気ソースの方向、空間マッピング及び／又は時間的評価を可能にするネットワーク。
【請求項２８】
前記１以上のフィルタリングされた所定のハーモニックは、約１Ｈｚより大きな周波数を有するハーモニックの分布を有する、請求項２７記載のネットワーク。
【請求項２９】
前記ハーモニックの分布は、約第３１ハーモニックまでを有する、請求項２８記載のネットワーク。
【請求項３０】
前記提供する手段は、時間平均から構成される、請求項２９記載のネットワーク。
【請求項３１】
前記時間平均は、前記準静的フィールド及びノイズを除去するため、少なくとも１つの期間における重み付けされた時間平均を有する、請求項３０記載のネットワーク。
【請求項３２】
当該ネットワークは、アドホックコンフィギュレーションから構成される、請求項２７記載のネットワーク。
【請求項３３】
当該ネットワークは、無線通信から構成される、請求項２７記載のネットワーク。
【請求項３４】
前記１以上の放射ソースは、１以上の移動する放射ソース及び／又は１以上の静止した放射ソースを有する、請求項２７記載のネットワーク。
【請求項３５】
前記１以上の移動する放射ソース及び／又は１以上の静止した放射ソースは、Ａ．Ｃ．生成装置、送信機、電気コンダクタ、電気ロード、自動車、トラック、戦車、ボート、潜水艦、飛行機及び宇宙船から選択された少なくとも１つのソースである、請求項３４記載のネットワーク。
【請求項１】
１以上の放射電気ソースを、該ソースに特有の１以上のデータフォーマットを生成するため検知するステップと、
前記データフォーマットから生じる１以上のポインティングベクトルを生成するステップと、
を有する方法であって、
前記生成するステップは、前記１以上の放射電気ソースの位置及び方向、フィールドの空間マッピング及び／又は時間的評価の決定を可能にする方法。
【請求項２】
前記データフォーマットは、電場（Ｅ）及び磁場３軸データから構成される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記データフォーマットは、約１Ｈｚより大きな周波数をさらに有するハーモニックの分布を有する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記ハーモニックの分布は、少なくとも第３１ハーモニックまでを有する、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記検知された１以上の放射電気ソースは、ブロードバンド放射及び準静的フィールドを有する、請求項１記載の方法。
【請求項６】
１以上の準静的フィールド信号及びノイズの除去に加えて、前記ポインティングベクトルの安定的な量を取得するため時間平均するステップをさらに有する、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記時間平均するステップは、少なくとも１つの期間における重み付けされた時間平均から構成される、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記計算するステップはさらに、電気（Ｅ）及び磁気（Ｂ）軸コンポーネントを有する検知された１以上の放射電気ソースのそれぞれに対する位相及び／又は波列振幅データセットを提供することから構成される、請求項１記載の方法。
【請求項９】
１以上の放射電気ソースを特定する方法であって、
電場及び磁場コンポーネント、１以上のブロードバンド信号並びに１以上の準静的フィールド信号を決定するため、３つの直交軸を検知するステップと、
前記信号に構成される各電場軸コンポーネント（Ｅ）と磁場軸コンポーネント（Ｂ）とを周波数ドメインに変換するステップと、
前記１以上のブロードバンド信号の１以上の所定のハーモニックに特有の選択を可能にするため、前記変換された信号をフィルタリングするステップと、
前記準静的フィールドを除去し、前記１以上の放射電気ソースの方向及び位置、フィールドの空間マッピング並びに／又は時間的評価を提供するため、同一の時点に生成された前記フィルタリングされた１以上の所定のハーモニックから生じる１以上のポインティングベクトルを計算するステップと、
を有する方法。
【請求項１０】
前記１以上の準静的フィールド信号及びノイズを除去することに加えて、前記ポインティングベクトルの安定的な量を取得するため時間平均するステップをさらに有する、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記時間平均するステップは、少なくとも１つの期間における重み付けされた時間平均から構成される、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記変換するステップは、フーリエ変換から構成される、請求項９記載の方法。
【請求項１３】
前記フーリエ変換は、高速フーリエ変換から構成される、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記変換するステップはさらに、前記信号に含まれる各電場軸コンポーネント（Ｅ）と各磁場軸コンポーネント（Ｂ）とに対する位相及び／又は波列振幅データセットを提供することから構成される、請求項９記載の方法。
【請求項１５】
前記１以上の所定のハーモニックは、約１Ｈｚより大きな周波数からさらに構成されるハーモニックの分布を有する、請求項９記載の方法。
【請求項１６】
前記ハーモニックの分布は、約３１ハーモニックまでを有する、請求項９記載の方法。
【請求項１７】
１以上の放射ソースの方向を提供するため移動しながら、前記１以上のブロードバンド信号と１以上のノイズ準静的フィールド信号とを検知するステップをさらに有する、請求項９記載の方法。
【請求項１８】
前記１以上の放射ソースは、１以上の移動する放射ソース及び／又は１以上の静止した放射ソースを有する、請求項９記載の方法。
【請求項１９】
１以上の放射電気ソースを特定するセンサ装置であって、
１以上のブロードバンド及び１以上の準静的フィールド信号を検知するよう構成される電場（Ｅ）及び磁場３軸アンテナと、
前記信号に構成される各電場軸コンポーネント（Ｅ）及び磁場軸コンポーネント（Ｂ）を周波数ドメインに変換する手段と、
前記検知された１以上のブロードバンドフィールドの１以上の所定のハーモニックに特有の選択を可能にするため、前記変換信号をフィルタリングする手段と、
前記フィルタリングされた１以上の所定のハーモニックから生じる１以上のポインティングベクトルを提供する手段と、
を有し、
前記提供する手段は、１以上の放射電気ソースの方向、空間マッピング及び／又は時間的評価を可能にするセンサ装置。
【請求項２０】
前記１以上の所定のハーモニックは、約１Ｈｚより大きな周波数から構成されるハーモニックの分布を有する、請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
前記ハーモニックの分布は、約３１ハーモニックまでを有する、請求項２０記載の装置。
【請求項２２】
前記提供する手段は、時間平均から構成される、請求項１９記載の装置。
【請求項２３】
前記時間平均は、１以上の安定的なポインティングベクトルを提供し、前記準静的なフィールド及びノイズを除去するため、少なくとも１つの期間に対する重み付けされた時間平均から構成される、請求項２２記載の装置。
【請求項２４】
前記周波数ドメインに変換する手段は、高速フーリエ変換から構成される、請求項１９記載の装置。
【請求項２５】
前記周波数ドメインに変換する手段はさらに、前記信号に含まれる各電場軸コンポーネント（Ｅ）と各磁場軸コンポーネント（Ｂ）とに対する位相及び／又は波列振幅データセットを提供する、請求項２４記載の装置。
【請求項２６】
前記１以上の放射ソースは、１以上の移動する放射ソース及び／又は１以上の静止した放射ソースを有する、請求項１９記載の装置。
【請求項２７】
１以上の放射電気ソースを特定するネットワークであって、
当該ネットワークは、複数のセンサを有し、
前記センサのそれぞれは、
ａ）１以上のブロードバンド及び１以上の準静的フィールド信号を検知するよう構成される電場（Ｅ）及び磁場軸アンテナと、
ｂ）前記信号に構成される各電場軸コンポーネント（Ｅ）と磁場軸コンポーネント（Ｂ）を周波数ドメインに変換する手段と、
ｃ）前記１以上のブロードバンド検知されたフィールドの１以上の所定のハーモニックに特有の選択を可能にするため、前記変換信号をフィルタリングする手段と、
ｄ）前記フィルタリングされた１以上の所定のハーモニックから生じる１以上のポインティングベクトルを提供する手段と、
を有し、
前記提供する手段は、１以上の放射電気ソースの方向、空間マッピング及び／又は時間的評価を可能にするネットワーク。
【請求項２８】
前記１以上のフィルタリングされた所定のハーモニックは、約１Ｈｚより大きな周波数を有するハーモニックの分布を有する、請求項２７記載のネットワーク。
【請求項２９】
前記ハーモニックの分布は、約第３１ハーモニックまでを有する、請求項２８記載のネットワーク。
【請求項３０】
前記提供する手段は、時間平均から構成される、請求項２９記載のネットワーク。
【請求項３１】
前記時間平均は、前記準静的フィールド及びノイズを除去するため、少なくとも１つの期間における重み付けされた時間平均を有する、請求項３０記載のネットワーク。
【請求項３２】
当該ネットワークは、アドホックコンフィギュレーションから構成される、請求項２７記載のネットワーク。
【請求項３３】
当該ネットワークは、無線通信から構成される、請求項２７記載のネットワーク。
【請求項３４】
前記１以上の放射ソースは、１以上の移動する放射ソース及び／又は１以上の静止した放射ソースを有する、請求項２７記載のネットワーク。
【請求項３５】
前記１以上の移動する放射ソース及び／又は１以上の静止した放射ソースは、Ａ．Ｃ．生成装置、送信機、電気コンダクタ、電気ロード、自動車、トラック、戦車、ボート、潜水艦、飛行機及び宇宙船から選択された少なくとも１つのソースである、請求項３４記載のネットワーク。
【図１】
【図２】
【図２】
【公表番号】特表２００８−５３８０４２（Ｐ２００８−５３８０４２Ａ）
【公表日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５０６７７９（Ｐ２００８−５０６７７９）
【出願日】平成１８年４月１４日（２００６．４．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０１４１９５
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０４０６１９
【国際公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【出願人】（５０４４７１２９６）ザ リージェンツ オブ ザ ユニヴァーシティー オブ カリフォルニア (13)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月１４日（２００６．４．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０１４１９５
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０４０６１９
【国際公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【出願人】（５０４４７１２９６）ザ リージェンツ オブ ザ ユニヴァーシティー オブ カリフォルニア (13)
【Ｆターム（参考）】
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