JPH0778540B2 - 位置局限が可能な磁気探知装置 - Google Patents

位置局限が可能な磁気探知装置

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JPH0778540B2
JPH0778540B2 JP25542690A JP25542690A JPH0778540B2 JP H0778540 B2 JPH0778540 B2 JP H0778540B2 JP 25542690 A JP25542690 A JP 25542690A JP 25542690 A JP25542690 A JP 25542690A JP H0778540 B2 JPH0778540 B2 JP H0778540B2
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magnetic
magnetic sensor
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distance
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寿洋 岡村
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防衛庁技術研究本部長
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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2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ものである。
(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ポンピング磁力
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eが存在しているため次の式で与えられ
る。
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ずれ
ている場合も同じような磁気センサの出力が得られるた
め、沈船の位置の決定をすることができなかった。
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が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
の進行方向に非平行な線上の異なる位置に搭載した2台
の全磁力型磁気センサと、前記2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
た各磁気センサについての信号データを次式 但し、x:前記移動体の進行方向をx座標としたときのデ
ータ収集位置のx座標値 x0:磁気センサと目的磁性体間の距離が最短となるon−
top位置のx座標値 r:磁気センサと目的磁性体間の最短距離 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 で示される非線形最小二乗問題として解いて各磁気セン
サと目的磁性体との最短距離及びその最短距離となった
位置を求める手段と、各磁気センサについて求めた各々
の最短距離を用い、各磁気センサを中心としかつ各々の
最短距離を半径とする円の交点を求める作図的磁気源決
定法によって前記目的磁性体の位置を決定する手段とを
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
行機等の移動体の進行方向に非平行な線上の異なる位置
(例えば翼端等)に設置された2個の高感度な全磁力型
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及び該距離が最短となった位置
(以下「on−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2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の両翼端に高感度の全磁力型
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。こお電子計算機は、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
用いて作図的電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2A,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軸をなす角 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 w:磁気センサと沈船との間の横ズレ mx,my,mz: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x0を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,2
Bと共に、磁気センサ2A,2Bの出力SA,SB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2A,2Bと沈船3との間の距離(rA,rB)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x0と等しいので、以上か
らx,y,z座標値が求まり、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、x0とr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x0,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。
但し、x: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,x0を適当な値に設定し、(1)式をH,K,Mに
関して偏微分すると (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,x0と一緒に(1)式に代入してNの値を
求める。r,x0の値を動かして、(1)式のNの値が最小
となるようなr,x0の組を見付け出す。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x0,rの組を求めるために、初期値として x1≦x0≦x2,r1≦r≦r2 となうようなx1,x2,r1,r2を設定し、1回の計算ルー
チンごとにx2−x1及びr2−r1が半分になっていくよう
に、またx0,rがその範囲の中に含まれるようにx1,x2,
r1,r2を更新していく。具体的には簡単のためにx1,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 x3−x1=x4−x3=x5−x4=x2−x5 (x1<x3<x4<x5<x2) となるようなx3,x4,x5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x4でNが最小であればx1を
x3に、またx2をx5に更新する。つまり真値x0を常に間に
はさみながら、x2−x1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−x10,r2−r10となるので、 からx0,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x0と最短距離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、2個の磁気センサ2A,2Bと沈船3との
間の距離(rA,rB)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
rA、磁気センサ2Bかた沈船3までの距離が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
わったところが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、on−top位置x0と一致するので、以上
から沈船のx,y,z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ダイポ
ールモーメント(mx,my,mz)を求める方法を説明す
る。第2図において沈船の位置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w、最短距離r
は既知である。また、非線形最小二乗問題で現れたH,K,
Mの3変数も決定されている。そこでnx,ny,nz,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)sin(ψ)−(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。) という連立方程式が決定するので、この連立方程式を解
けば、nx,ny,nzがもとまり、(4)式からmx,my,mz
が決定できる。
以上述べ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、mx,my,
mz,φ,ψ,w,h,x0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、on−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MKS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AT
m2である。なお、x2−x1≦dx、r2−r1≦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。
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、2個の磁気センサを飛行機等の移動体の進行方向に
平行な線上に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
目的磁性体位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
源決定法により沈船のy,Z座標を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. 【請求項1】移動体の進行方向に非平行な線上の異なる
    位置に搭載した2台の全磁力型磁気センサと、前記2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、デジタル化された各磁気センサについての信号デー
    タを次式 但し、x:前記移動体の進行方向をx座標としたときのデ
    ータ収集位置のx座標値 x0:磁気センサと目的磁性体間の距離が最短となるon−
    top位置のx座標値 r:磁気センサと目的磁性体間の最短距離 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 で示される非線形最小二乗問題として解いて各磁気セン
    サと目的磁性体との最短距離及びその最短距離となった
    位置を求める手段と、各磁気センサについて求めた各々
    の最短距離を用い、各磁気センサを中心としかつ各々の
    最短距離を半径とする円の交点を求める作図的磁気源決
    定法によって前記目的磁性体の位置を決定する手段とを
    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. 【請求項2】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、前記目的磁性体の位置及び前記磁気
    ダイポールモーメントの計算結果を出力する出力手段と
    をさらに備えた請求項1記載の位置局限が可能な磁気探
    知装置。
JP25542690A 1990-09-27 1990-09-27 位置局限が可能な磁気探知装置 Expired - Lifetime JPH0778540B2 (ja)

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