(57)【要約】      （修正有）【課題】処理の効率が高くリアルタイム性を有する磁気測定システムを提供する。【解決手段】磁性体が運動するときに発生する磁気を計測する磁気センサと、前記磁気センサで計測した磁気波形データを取り込む磁気波形データ取り込み手段と、前記磁気波形データ取り込み手段が取り込んだ磁気波形データに基づき少なくとも磁性体と磁気センサとの距離、及び、磁性体と磁気センサとの相対速度を示すパラメータを決定するパラメータ決定手段と、前記パラメータに基づき、磁性体の存在が磁気センサが計測する磁気波形に影響する期間である影響期間を推定する影響期間推定手段と、現在時刻が前記影響期間内である場合に前記パラメータ決定手段によるパラメータ決定処理を続行するよう決定し、前記影響期間内でない場合に前記パラメータ決定手段によるパラメータの決定処理を終了するよう決定する処理続行決定手段とを備える構成とする。【選択図】図６
2015052528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体が運動するときに発生する磁気を計測する磁気センサと、
前記磁気センサで計測した磁気波形データを取り込む磁気波形データ取り込み手段と、
前記磁気波形データ取り込み手段が取り込んだ磁気波形データに基づき少なくとも磁性体と磁気センサとの距離、及び、磁性体と磁気センサとの相対速度を示すパラメータを決定するパラメータ決定手段と、
前記パラメータに基づき、磁性体の存在が前記磁気センサが計測する磁気波形に影響する期間である影響期間を推定する影響期間推定手段と、
現在時刻が前記影響期間内である場合に前記パラメータ決定手段によるパラメータ決定処理を続行するよう決定し、前記影響期間内でない場合に前記パラメータ決定手段によるパラメータ決定処理を終了するよう決定する処理続行決定手段と
を備えることを特徴とする磁気測定システム。
【請求項２】
前記パラメータ決定手段が、磁性体と磁気センサとが最接近する時刻ｔCPAwをさらに決定し、
前記処理続行決定手段が、現在時刻がｔCPAw±ΔＴeの範囲内である場合に影響期間内であるものとして前記パラメータ決定手段によるパラメータ決定処理を続行するよう決定し、現在時刻がｔCPAw±ΔＴeの範囲内でない場合には影響期間内でないものとして前記パラメータ決定手段によるパラメータ決定処理を終了するよう決定する請求項１記載の磁気測定システム。
【請求項３】
前記磁気センサが計測した磁気に磁性体に起因する信号が含まれている場合に、前記パラメータ決定手段がパラメータ決定処理を開始する請求項１または２記載の磁気測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航行する船舶等、運動中の磁性体の磁気を測定する磁気測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、１又は複数の磁気センサにより計測された磁気波形データから、磁気信号の源すなわち磁気源である船舶等の磁性体の運動コースを推定する技術が種々考えられてきている（例えば、特許文献１を参照）。ここで、特許文献１記載の技術では、磁気センサにより磁気を連続的に計測し、計測された磁気のデータを情報処理装置に入力して記憶しておき、記憶された磁気のデータから磁性体の運動コースを推定するようにしている。
【０００３】
しかして、磁気センサが磁気を検出し次第、検出した磁気を示すデータを利用してその場で磁性体の運動コースを推定するリアルタイム処理を行う要望が存在するが、従来の磁気計測システムでは、データ取得の開始及び終了を外部からの命令入力により行わざるを得なかった。また、１つの磁性体の運動コースを推定するために情報処理装置の処理負荷が無駄に増大し、処理の効率及びリアルタイム性が損なわれるという問題が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１６３４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は以上の点に着目し、処理の効率が高くリアルタイム性を有する磁気測定システムを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決すべく、本発明に係る磁気測定システムは、以下に述べるような構成を有する。すなわち本発明に係る磁気測定システムは、磁性体が運動するときに発生する磁気を計測する磁気センサと、前記磁気センサで計測した磁気波形データを取り込む磁気波形データ取り込み手段と、前記磁気波形データ取り込み手段が取り込んだ磁気波形データに基づき少なくとも磁性体と磁気センサとの距離、及び、磁性体と磁気センサとの相対速度を示すパラメータを決定するパラメータ決定手段と、前記パラメータに基づき、磁性体の存在が前記磁気センサが計測する磁気波形に影響する期間である影響期間を推定する影響期間推定手段と、現在時刻が前記影響期間内である場合に前記パラメータ決定手段によるパラメータ決定処理を続行するよう決定し、前記影響期間内でない場合に前記パラメータ決定手段によるパラメータ決定処理を終了するよう決定する処理続行決定手段とを備えている。
【０００７】
このようなものであれば、影響期間推定手段により磁性体の存在が磁気波形に影響する期間を推定し、推定された期間が経過した時点でパラメータを決定する処理を自動的に終了することができるので、ユーザ操作を要することなくパラメータ決定処理を終了することができ、かつ、無駄な処理を継続してしまうことによる処理負荷の増大を防止することができる。
【０００８】
好ましい実施の態様の一つとして、前記パラメータ決定手段が、磁性体と磁気センサとが最接近する時刻ｔCPAwをさらに決定し、前記処理続行決定手段が、現在時刻がｔCPAw±ΔＴeの範囲内である場合に影響期間内であるものとして前記パラメータ決定手段によるパラメータ決定処理を続行するよう決定し、現在時刻がｔCPAw±ΔＴeの範囲内でない場合には影響期間内でないものとして前記パラメータ決定手段によるパラメータ決定処理を終了するよう決定するものが挙げられる。
【０００９】
好ましい実施の態様の他の一つとして、前記磁気センサが計測した磁気に磁性体に起因する信号が含まれている場合に、前記パラメータ決定手段がパラメータ決定処理を開始するものが挙げられる。
【００１０】
リアルタイム性をより高めるための構成として、磁気波形データを取り込むごとに前記パラメータ決定手段が決定したパラメータを外部に出力するパラメータ出力手段をさらに備えるものが挙げられる。
【００１１】
磁性体の位置及び速度をより精度よく推定できるようにするための構成として、前記磁気センサを複数備えているとともに、前記パラメータ決定手段が、これら複数の磁気センサが検出した磁気波形データにそれぞれ基づき前記各パラメータを決定するものが挙げられる。
【００１２】
特に、互いに隣接する２つの磁気センサが検出した磁気波形データを組み合わせて前記磁気波形データが同一の磁気源に起因するものであることの判定を行うことが可能であれば、特定の磁性体の位置及び速度の推定を精度よくかつ高速に行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、処理の効率が高くリアルタイム性を有する磁気測定システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る磁気測定システムの概略図。
【図２】同実施形態に係る磁気センサと磁性体の目標進路を含む平面の概略図。
【図３】同実施形態の磁気測定システムの情報処理装置を示す概略図。
【図４】同実施形態の磁気測定システムの機能ブロック図。
【図５】同実施形態の磁気測定システムが実行する処理の手順を示すフローチャート。
【図６】同実施形態の磁気センサが検知する磁気の強さ及びデータの流れの経時変化を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施形態を、図１〜図６を参照しつつ以下に述べる。
【００１６】
本実施形態に係る磁気測定システムは、図１に示すように、情報処理装置１と、この情報処理装置１に接続した第１及び第２の磁気センサ２、３とを備えている。
【００１７】
第１の磁気センサ２は、図２に示すように、ｘ、ｙ、ｚの３軸の感度を有する３軸磁気センサである。本実施形態では、第１の磁気センサ２は、海底又は海中に設置される。
【００１８】
第２の磁気センサ３も、図２に示すように、ｘ、ｙ、ｚの３軸の感度を有する３軸磁気センサである。本実施形態では、第２の磁気センサ３は、海底又は海中の第１の磁気センサ２と異なる箇所に設置される。
【００１９】
情報処理装置１は、図３に示すように、ＣＰＵ１ａ、メインメモリ１ｂ、外部記憶装置１ｃ、入出力インタフェース１ｄ等を内蔵し、入出力インタフェース１ｄに入力装置１ｅ、表示装置１ｆ、通信装置１ｇ等を接続してなるマイクロコンピュータシステム、市販のノートＰＣ又はサーバコンピュータ等を用いて形成したものである。入出力インタフェース１ｄには、通信装置１ｇを介して第１及び第２の磁気センサ２、３からの磁気波形データ（すなわち、磁界）が入力される。また、外部記憶装置１ｃの所定領域には制御プログラムが予め内蔵されており、制御プログラムをメインメモリ１ｂに読み出してＣＰＵ１ａが実行することにより、情報処理装置１は以下に述べるような機能を発揮する。すなわち、情報処理装置１は、図４に示すように、磁気波形データ取り込み手段１０１、第１の開始時刻決定手段１０２、第２の開始時刻決定手段１０３、第１のパラメータ決定手段１０４、第２のパラメータ決定手段１０５、第１の影響期間推定手段１０６、第２の影響期間推定手段１０７、第１の処理続行決定手段１０８、第２の処理続行決定手段１０９及びパラメータ表示手段１１０として機能する。
【００２０】
磁気波形データ取り込み手段１０１は、第１及び第２の磁気センサ２、３で計測した３軸方向の磁気波形データを取り込む。
【００２１】
第１の開始時刻決定手段１０２は、磁気波形データ取り込み手段１０１が取り込んだ磁気波形データの中に第１の磁気センサ２が磁性体の存在を検出したことによる（すなわち磁性体に起因する）信号が含まれていることを判定し、この判定を行った時点で第１のパラメータ決定手段１０４によるパラメータの決定処理が開始される。
【００２２】
ここで、第１の磁気センサ２が磁性体の存在を検出したことによる（すなわち磁性体に起因する）信号が含まれていることの判定は、以下のようにして行う。すなわち、この磁気センサ２にてある時点ｋにおいて観測される波形信号ＦＤ（ｋ）は、磁性体に起因する信号をＢ（ｋ）、地磁気変動等に起因する環境雑音をＮｏｉｓｅ（ｋ）とすると、以下の式（１）により表される。
【００２３】
ＦＤ（ｋ）＝Ｂ（ｋ）＋Ｎｏｉｓｅ（ｋ）  （１）
磁性体の存在を検出したことによる（すなわち磁性体に起因する）信号が含まれている場合には、Ｂ（ｋ）は０でない値をとる。
【００２４】
また、前記信号が含まれていることの判定には、磁気波形データ取り込み手段１０１が一定時間Ｔの間に取り込んでメインメモリ１ｂ又は外部記憶装置１ｃの所定領域に記憶した磁気波形データ｛ＦＤ（ｉ）；ｉ＝ｋ−Ｔ，ｋ｝（ｉは観測の時点）が用いられる。さらに具体的には、第１段階の判定として、ＦＤ（ｋ）の値がそれ以前の時刻ｔのＦＤ（ｔ）よりも所定倍率以上大きい場合、磁性体の存在を検出したことによる（すなわち磁性体に起因する）信号が含まれているものとする判定を行う。次いで、第２段階の判定として、以下の数１に示すような時刻ｋにおける尤度比ＬＲkを演算し、この尤度比ＬＲkが所定の閾値を上回る場合に磁性体の存在を検出したことによる（すなわち磁性体に起因する）信号が含まれているものと判定する。
【００２５】
【数１】
2015052528.tif 000003
【００２６】
ここで、Ｔは標準波形周期、Ｓiは標準波形、Δｔはサンプリングタイム、βは成形フィルタ定数、ｈiは標準波形の成形フィルタ通過後の値、Ｚiは観測データの成形フィルタ通過後の値をそれぞれ示す。また、Ｓiで示される標準波形とは、磁性体に起因する信号の標準的な波形であり、予め外部記憶装置１ｃの所定領域に記憶されている波形である。観測される波形がこの標準波形と類似している場合にＬＲkが大きな値をとる。
【００２７】
第２の開始時刻決定手段１０３は、磁気波形データ取り込み手段１０１が取り込んだ磁気波形データの中に、第２の磁気センサ３が磁性体の存在を検出したことによる（すなわち磁性体に起因する）信号が含まれていることを判定し、この判定を行った時点で第２のパラメータ決定手段１０５によるパラメータの決定処理が開始される。なお、第２の磁気センサ３が磁性体の存在を検出したことによる（すなわち磁性体に起因する）信号が含まれていることの判定は、上述した第１の磁気センサ２が磁性体の存在を検出したことによる（すなわち磁性体に起因する）信号が含まれていることの判定と同様の手法により行う。
【００２８】
第１のパラメータ決定手段１０４は、第１の磁気センサ２の３軸方向の磁気波形データに基づき、目標進路Ｐとセンサ座標とで一意的に決まる図２の第１の平面Ｑａを推定する。第１の平面Ｑａを推定する手法は、特許文献１記載の発明に係るものと同様であるので詳細な説明は省略するが、第１の平面Ｑａを推定する過程で、目標進路Ｐと第１の磁気センサ２とが同一平面となる角度θ1、φ1が求められる。ここで、図２に示すように、θ1は第１の平面Ｑａ（すなわち磁性体が存在する平面）とｘ軸とがなす角であり、φ1は第１の平面Ｑａとｘｙ平面とがなす角である。また、第１の磁気センサ２と磁性体との相対速度をＶ、第１の磁気センサ２と磁性体との距離をｒ1、磁性体の磁気モーメントをＭとした場合、第１の平面Ｑａを推定する過程で、Ｖ／ｒ1、ｒ13／Ｍも求められる。そして、第１の磁気センサ２と磁性体とが最接近する時刻ｔCPA1も求められる。なお、前記時刻ｔCPA1は、請求項中の時刻ｔCPAwに相当する。
【００２９】
第２のパラメータ決定手段１０５は、第２の磁気センサ３の３軸方向の磁気波形データに基づき、目標進路Ｐとセンサ座標とで一意的に決まる図２の第２の平面Ｑｂを推定する。第２の平面Ｑｂを推定する手法も、特許文献１記載の発明に係るものと同様であるので詳細な説明は省略するが、第２の平面Ｑｂを推定する過程で、目標進路Ｐと第２の磁気センサ３とが同一平面となる角度θ2、φ2が求められる。ここで、θ2は第２の平面Ｑｂ（すなわち磁性体が存在する平面）とｘ軸とがなす角であり、φ2は第２の平面Ｑｂとｘｙ平面とがなす角である。また、第２の磁気センサ３と磁性体との相対速度をＶ、第２の磁気センサ３と磁性体との距離をｒ2、磁性体の磁気モーメントをＭとした場合、第２の平面Ｑｂを推定する過程で、Ｖ／ｒ2、ｒ23／Ｍも求められる。そして、第２の磁気センサ３と磁性体とが最接近する時刻ｔCPA2も求められる。なお、前記時刻ｔCPA2は、請求項中の時刻ｔCPAwに相当する。
【００３０】
第１の影響期間推定手段１０６は、磁気波形データの半値幅ΔＴ1/2が以下の式（２）を満たすことを利用し、この半値幅に定数Ｃを乗じた長さの期間を影響期間の長さΔＴeとして推定する。
【００３１】
ΔＴ1/2＝（ｒ1／Ｖ）×（２2/3−１）1/2  （２）
第２の影響期間推定手段１０７も、磁気波形データの半値幅ΔＴ1/2が以下の式（３）を満たすことを利用し、この半値幅に定数Ｃを乗じた長さの期間を影響期間の長さΔＴeとして推定する。
【００３２】
ΔＴ1/2＝（ｒ2／Ｖ）×（２2/3−１）1/2  （３）
なお、本実施形態では、前記定数Ｃは、例えば１．２〜１．５程度であり、磁気波形データを得るのに十分な値、換言すれば影響期間の長さΔＴeをこれ以上長くしても磁気波形データに略変化が現れない閾値として、実験に基づき求められる値である。
【００３３】
第１の処理続行決定手段１０８は、現在時刻が第１の影響期間推定手段１０６により推定された影響期間内（すなわちｔCPA1±ΔＴeの範囲内）である場合には第１のパラメータ決定手段１０４による第１の平面Ｑａの推定及び各パラメータの算出処理を続行し、影響期間内でない場合に第１のパラメータ決定手段１０４による第１の平面Ｑａの推定及び各パラメータの算出処理を終了する判断を行う。
【００３４】
第２の処理続行決定手段１０９は、現在時刻が第２の影響期間推定手段１０７により推定された影響期間内（すなわちｔCPA2±ΔＴeの範囲内）である場合には第２のパラメータ決定手段１０５による第２の平面Ｑｂの推定及び各パラメータの算出処理を続行し、影響期間内でない場合に第２のパラメータ決定手段１０５による第２の平面Ｑｂの推定及び各パラメータの算出処理を終了する判断を行う。
【００３５】
パラメータ表示手段１１０は、前記第１のパラメータ決定手段１０４及び第２のパラメータ決定手段１０５から第１の平面Ｑａを推定するためのパラメータθ1、φ1、Ｖ／ｒ1、ｒ13／Ｍ及びｔCPA1、並びに第２の平面Ｑｂを推定するためのパラメータθ2、φ2、Ｖ／ｒ2、ｒ23／Ｍ及びｔCPA2をそれぞれ受け取り、表示装置１ｆを利用して視認可能に表示する。
【００３６】
以下、第１の磁気センサ２が磁性体の存在を検出したことによる（すなわち磁性体に起因する）信号が含まれることを検出した際に開始されるプログラムによる制御の手順を、フローチャートである図５を参照しつつ述べる。
【００３７】
まず、第１の磁気センサ２から３軸方向の磁気波形データを取り込み（ステップＳ１）、取り込んだ磁気波形データに基づき、第１の平面Ｑａを推定するためのパラメータであるθ1、φ1、Ｖ／ｒ1、ｒ13／Ｍ及びｔCPA1を算出して決定し、外部に出力する（ステップＳ２）。次いで、影響期間ΔＴeを推定する（ステップＳ３）。それから、現在時刻が影響期間内であるか否か、換言すれば、現在時刻がｔCPA1±ΔＴeの範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ４）。現在時刻が影響期間内である場合には、再び磁気センサの３軸方向の磁気波形データを取り込み（ステップＳ１）、第１の平面Ｑａを推定するための各パラメータを算出して決定し、外部に出力する（ステップＳ２）。一方、現在時刻が前記影響期間内でない場合には、各パラメータの算出を終了し、直前に求めたθ1、φ1、Ｖ／ｒ1、ｒ13／Ｍ及びｔCPA1を確定値とする。
【００３８】
すなわち、図６において、データ（１）を取り込んだ時点及びデータ（２）を取り込んだ時点では、現在時刻はそれぞれ影響期間内である、換言すればｔCPA1±ΔＴeの範囲内であるので、パラメータの算出が終わり次第新たな磁気波形データについてパラメータの算出処理を行う。一方、データ（３）を取り込んだ時点では、現在時刻が影響期間内ではない、換言すればｔCPA1±ΔＴeの範囲内ではないので、新たな磁気波形データについてパラメータの算出を行わず、特定の磁性体による最終的な磁気波形データとして確定する。
【００３９】
また、第２の磁気センサ３が磁性体の存在を検出したことによる（すなわち磁性体に起因する）信号が含まれることを検出した際にも、上述した制御プログラムが開始され、前記θ2、φ2、Ｖ／ｒ2、ｒ23／Ｍ及びｔCPA2を求め、外部に出力する。第１の磁気センサ２及び第２の磁気センサ３が同時に磁性体の存在を検出した際には、第１の磁気センサ２及び第２の磁気センサ３がそれぞれ検出した磁気波形データにそれぞれ基づき、上述した制御プログラムを並行して実行する。
【００４０】
さらに必要であれば、上述したプログラムを実行することにより第１及び第２のパラメータ決定手段１０４、１０５が決定した各パラメータに基づき、これら第１及び第２の磁気センサ２、３がそれぞれ検出した磁気波形データが同一の磁気源に起因するものであるか否かを判定する処理等を行う。
【００４１】
以上に述べたように、本実施形態によれば、影響期間推定手段１０６、１０７により磁性体の存在が磁気波形に影響する期間である影響期間ΔＴeを推定し、推定された期間が経過した時点、換言すれば現在時刻がｔCPA1±ΔＴeの範囲内でなくなった時点で処理続行決定手段１０８、１０９によりパラメータを決定する処理がユーザ操作を要することなく自動的に終了されるので、無駄な処理負荷の増大を抑制することができ、かつ、その後他の磁性体の位置及び速度を推定する作業に情報処理装置１の処理能力を割くようにでき、システム全体としての処理の効率の向上を図ることができる。
【００４２】
また、磁気波形データを取り込むごとにパラメータ決定手段１０４、１０５が決定したパラメータを外部に出力するパラメータ出力手段１１０をさらに備えているので、リアルタイム性をより高めることができる。
【００４３】
加えて、第１及び第２の磁気センサ２、３を備えているとともに、パラメータ決定手段１０４、１０５が決定したパラメータに基づき、第１及び第２の磁気センサ２、３がそれぞれ計測した磁気波形データが同一の磁気源に起因するものであるか否かを判定する処理をさらに行うことにより、特定の磁性体の位置及び速度の推定を精度よくかつ高速に行うことができる。
【００４４】
なお、本発明は以上に述べた実施形態に限らない。
【００４５】
例えば、上述した実施形態では、２つの磁気センサを備えているが、磁気センサを１つだけ備えるようにしてもよく、３つ以上備えるようにしてもよい。
【００４６】
また、上述した実施形態では、パラメータ決定手段が決定したパラメータを外部に視認可能に出力するようにしているが、通信回線を介して他の情報処理装置に出力するようにしてももちろんよい。
【００４７】
加えて、本発明の磁気測定システムに用いる情報処理装置は、地上に配したサーバコンピュータやパーソナルコンピュータ等であってもよく、船舶に配したパーソナルコンピュータ等であってもよい。
【００４８】
そして、影響期間の決定方法、及びパラメータ決定処理を開始する時刻の決定方法は、上述した実施形態に挙げるもの以外に種々の方法を採用してよい。
【００４９】
その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。
【符号の説明】
【００５０】
１…情報処理装置
２、３…磁気センサ
１０１…磁気波形データ取り込み手段
１０４、１０５…パラメータ決定手段
１０６、１０７…影響期間推定手段
１０８、１０９…処理続行決定手段
【図１】
2015052528.tif 000004
【図２】
2015052528.tif 000005
【図３】
2015052528.tif 000006
【図４】
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【図５】
2015052528.tif 000008
【図６】
2015052528.tif 000009