(57)【要約】【課題】船体の電極配置や電流値を決めることなく、また技術者の技能や経験と関係なく簡単かつ短時間に、任意の位置におけるＵＥＰを推定計算できる船体の周辺ＵＥＰ計算方法を提供する。【解決手段】ＵＥＰセンサにより船体の周辺ＵＥＰを計測するとともに、船体中心とＵＥＰセンサとの相対位置を計測し（ＳＴｌ）、計測データを入力する（ＳＴ２）。各種調和関数展開法における次数ｎｎ，位数ｍｍを設定し（ＳＴ３）、計算式における位置の関数を、船体中心とＵＥＰセンサとの相対位置の計測データを基に算出する（ＳＴ４）。最小二乗法の行列式を作成し（ＳＴ５）、これを解くことにより展開係数Ｄtを算出する（ＳＴ６）。推定面又は推定線を設定し（ＳＴ７）、設定点ｊにおける位置の関数を算出し（ＳＴ８）、設定点ｊにおけるＵＥＰを算出する（ＳＴ９）。【選択図】図１
2012018038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船体の発生するＵＥＰ（Underwater Electric Potential）を計算する方法であって、
船体外部のＵＥＰセンサにより計測した前記船体の周辺ＵＥＰ、及び前記船体と前記ＵＥＰセンサとの相対位置を基に、前記船体の電気モーメントに対応する、所定の調和関数展開法における前記船体の周辺ＵＥＰの計算式の各展開係数を、最適パラメータ探索法により算出するステップと、
算出した各展開係数を基に、任意に設定した推定面又は推定線における、前記船体の電気モーメントによる前記船体の周辺ＵＥＰを推定計算するステップとを有する、船体の周辺ＵＥＰ計算方法。
【請求項２】
前記ＵＥＰセンサは、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向の少なくともいずれかにおける２点間の電位差をＵＥＰとして計測するものである、請求項１記載の船体の周辺ＵＥＰ計算方法。
【請求項３】
前記所定の調和関数展開法における前記計算式は、前記船体の周辺ＵＥＰを任意の２点間の電位差として表したものである、請求項１又は２記載の船体の周辺ＵＥＰ計算方法。
【請求項４】
前記所定の調和関数展開法における前記計算式は、前記船体の周辺ＵＥＰを任意の２点間の電界の積分として表したものである、請求項１又は２記載の船体の周辺ＵＥＰ計算方法。
【請求項５】
前記所定の調和関数展開法が長球調和関数展開法である、請求項１から４のいずれか記載の船体の周辺ＵＥＰ計算方法。
【請求項６】
前記所定の調和関数展開法が偏球調和関数展開法である、請求項１から４のいずれか記載の船体の周辺ＵＥＰ計算方法。
【請求項７】
前記所定の調和関数展開法が球調和関数展開法である、請求項１から４のいずれか記載の船体の周辺ＵＥＰ計算方法。
【請求項８】
前記最適パラメータ探索法が最小二乗法である請求項１から７のいずれか記載の船体の周辺ＵＥＰ計算方法。
【請求項９】
前記最適パラメータ探索法が遺伝的アルゴリズムである請求項１から７のいずれか記載の船体の周辺ＵＥＰ計算方法。
【請求項１０】
前記最適パラメータ探索法が最急降下法である請求項１から７のいずれか記載の船体の周辺ＵＥＰ計算方法。
【請求項１１】
前記最適パラメータ探索法が焼き鈍し法である請求項１から７のいずれか記載の船体の周辺ＵＥＰ計算方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水上艦艇や潜水艦等の船体のの周囲に発生するＵＥＰ（Underwater Electric Potential）を推定計算する、船体の周辺ＵＥＰ計算方法に関する。
【０００２】
電解溶液中にイオン化傾向の異なる２つの金属が存在すると、当該２つの金属間に電位差が生じ、水中電界が発生する。これを船舶について見ると、船体は様々な異種金属で構成されている（船体は例えば鋼、プロペラは例えば銅）ため、海水中(すなわち電解溶液中)に存在すると、船体とプロペラとの間に電位差が生じ、水中電界が発生する。この水中電界に起因する水中電位を一般にＵＥＰという。
【０００３】
イオン化傾向の大きい船体の金属は陽イオンとなって海水中に溶け出すため、船体の金属は腐食する。そのため、船体の腐食を防止するための手段として、船体の代わりに犠牲となる保護亜鉛を船体周辺に張る流電陽極方式や、船体電位を一定に保つように電流を通電させて腐食を防止する外部電源防食方式がある。これらの方式により、船体の腐食は防止できるものの、いずれの方式でも、船体周辺の海水中にＵＥＰが発生する。
【０００４】
船体から発生するこれら船体の周辺ＵＥＰを任意に設定した位置で推定計算するには、まず、船体の電流発生源となる電極の位置及び電極間の電流値を決める必要がある。従来は、技術者が船体の電極の位置及び電極間の電流値の条件を少しずつ変化させて、電気影像法や境界要素法によりＵＥＰを繰り返し計算し、ＵＥＰセンサで計測した船体周辺ＵＥＰの計測値と最も一致するように船体の電極の位置及び電極間の電流値を決定していた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の方法では、複雑な船体の電極の位置や個数を技術者が決定する必要がある。また決定した電極の位置や個数により電流値が異なり、船体全体の電流発生源の大きさを定量的に把握することはできない。さらに計測時の空気、海水、海底の導電率が必要となる。
【０００６】
本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、船体の電極配置や電流値を決めることなく、また技術者の技能や経験と関係なく簡単かつ短時間に、任意の位置におけるＵＥＰを推定計算できる船体の周辺ＵＥＰ計算方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様は、船体の周辺ＵＥＰ計算方法である。この方法は、
船体の発生するＵＥＰを計算する方法であって、
船体外部のＵＥＰセンサにより計測した前記船体の周辺ＵＥＰ、及び前記船体と前記ＵＥＰセンサとの相対位置を基に、前記船体の電気モーメントに対応する、所定の調和関数展開法における前記船体の周辺ＵＥＰの計算式の各展開係数を、最適パラメータ探索法により算出するステップと、
算出した各展開係数を基に、任意に設定した推定面又は推定線における、前記船体の電気モーメントによる前記船体の周辺ＵＥＰを推定計算するステップとを有する。
【０００８】
ある態様の方法において、前記ＵＥＰセンサは、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向の少なくともいずれかにおける２点間の電位差をＵＥＰとして計測するものであるとよい。
【０００９】
ある態様の方法において、前記所定の調和関数展開法における前記計算式は、前記船体の周辺ＵＥＰを任意の２点間の電位差として表したものであるとよい。
【００１０】
ある態様の方法において、前記所定の調和関数展開法における前記計算式は、前記船体の周辺ＵＥＰを任意の２点間の電界の積分として表したものであるとよい。
【００１１】
ある態様の方法において、前記所定の調和関数展開法が長球調和関数展開法であるとよい。
【００１２】
ある態様の方法において、前記所定の調和関数展開法が偏球調和関数展開法であるとよい。
【００１３】
ある態様の方法において、前記所定の調和関数展開法が球調和関数展開法であるとよい。
【００１４】
ある態様の方法において、前記最適パラメータ探索法が最小二乗法であるとよい。
【００１５】
ある態様の方法において、前記最適パラメータ探索法が遺伝的アルゴリズムであるとよい。
【００１６】
ある態様の方法において、前記最適パラメータ探索法が最急降下法であるとよい。
【００１７】
ある態様の方法において、前記最適パラメータ探索法が焼き鈍し法であるとよい。
【００１８】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を装置やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、船体の周辺ＵＥＰ及び前記船体とＵＥＰセンサとの相対位置さえ取得できれば、船体の電極配置や電流値を決めることなく、また技術者の技能や経験と関係なく簡単かつ短時間に、任意の位置におけるＵＥＰを推定計算できる。また、船体の電気モーメントの大きさから、船体全体の電流発生源の大きさを定量的に把握できる。更に、船体の電気モーメントを打ち消すような電流を強制的に通電することにより船体の周辺ＵＥＰを打ち消すといった応用にも有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係る船体の周辺ＵＥＰ計算方法の流れを示すフローチャート。
【図２】長球調和関数展開法に用いられる長球座標の模式図。
【図３】偏球調和関数展開法に用いられる偏球座標の模式図。
【図４】球調和関数展開法に用いられる球座標の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態に係る船体の周辺ＵＥＰ計算方法の流れを示すフローチャートである。ここでは、船体の電気モーメント（電気双極子モーメント等の電気多重極モーメント）に対応した各展開係数を算出する際に用いる最適パラメータ探索法に、最小二乗法を使用した場合の一例を示す。各ステップは、基本的に、コンピュータとソフトウェアの協働によって実現される。以下、詳細に説明する。
【００２３】
始めに、海中又は海底に設置されたＵＥＰセンサにより船体の周辺ＵＥＰを計測するとともに、ＧＰＳ（Global Positioning System）等の測位システムにより船体中心とＵＥＰセンサとの相対位置を計測する（ＳＴｌ）。なお、ＵＥＰセンサは２点間の電位差を計測する構造になっている。ここで、座標軸について、船体中心を原点とし、首尾線前方向をＸ軸、右横方向をＹ軸、垂直下方向をＺ軸と定義する。
【００２４】
続いて、下記のデータを入力する（ＳＴ２）。
【数１】
2012018038.tif 000003
【００２５】
なお、３軸ＵＥＰセンサの各軸方向両端の間隔をｌ(ｍ）としているが、各軸方向について間隔は同じでなくてもよい。また、３軸ＵＥＰセンサに替えて１軸ＵＥＰセンサあるいは２軸ＵＥＰセンサを使用することも可能である。その場合は、ＵＥＰ計測データとしては、１軸方向あるいは２軸方向のデータのみを入力する。もっとも、１軸ＵＥＰセンサよりも２軸ＵＥＰセンサ、２軸ＵＥＰセンサよりも３軸ＵＥＰセンサを用いた方が、後述の展開係数の算出精度は高い。また、１軸〜３軸ＵＥＰセンサは、１つのみでもよいし、２つ以上としてもよい。ＵＥＰセンサの個数を増やすほど、後述の展開係数の算出精度が高まる。
【００２６】
次に、各種調和関数展開法における次数ｎｎ，位数ｍｍ（ｎｎ≧ｍｍ）を設定する（ＳＴ３）。なお、調和関数展開法は、例えば、長球調和関数展開法や偏球調和関数展開法、球調和関数展開法である。長球調和関数展開法に用いられる長球座標を図２に、偏球調和関数展開法に用いられる偏球座標を図３に、球調和関数展開法に用いられる球座標を図４に示す。なお、ｃは例えば船体長の半分とする。
【００２７】
ここで、任意の２点間のＵＥＰを算出するには、２点間の電位を求めた後両者の差分を計算する方法と、２点間の電界を積分する方法がある。まず、２点間の電位の差分を計算する方法を用いた各種調和関数展開法における計算式を示す。
【００２８】
長球調和関数展開法においては、
【数２】
2012018038.tif 000004
となる。
【００２９】
偏球調和関数展開法においては、
【数３】
2012018038.tif 000005
となる。
【００３０】
球調和関数展開法においては、
【数４】
2012018038.tif 000006
となる。
【００３１】
続いて、電界を任意の２点間で積分する方法を用いた各種調和関数展開法における計算式を示す。
【００３２】
長球調和関数展開法においては、
【数５】
2012018038.tif 000007
となる。
【００３３】
偏球調和関数展開法においては、
【数６】
2012018038.tif 000008
となる。
【００３４】
球調和関数展開法においては、
【数７】
2012018038.tif 000009
となる。
【００３５】
上記の数２〜数７において、
【数８】
2012018038.tif 000010
である。
【００３６】
上記の数２〜数７は総括的に、
【数９】
2012018038.tif 000011
と表すことができる。従って、各種調和関数展開法の展開係数Ｄtを求めることができれば、任意の２点間の電位差Ｅkを推定計算できることになる。なお、同じ調和関数展開法であれば、２点間の電位を求めた後両者の差分を計算する方法による展開係数と、２点間の電界を積分する方法による展開係数、例えば数２と数５による展開係数Ｄtは同じものとなる。
【００３７】
上記の数９における位置の関数を、船体中心とＵＥＰセンサとの相対位置の計測データを基に算出する（ＳＴ４）。次に、最小二乗法の行列式を作成する（ＳＴ５）。
【００３８】
行列式は、
【数１０】
2012018038.tif 000012
となり、これを解くことにより、各種調和関数展開法の展開係数Ｄtが算出される（ＳＴ６）。なお、ここでは最適パラメータ探索法に最小二乗法を使用した場合の一例を示しているが、ＳＴ５は、遺伝的アルゴリズム(ＧＡ：Genetic Algorithms)や最急降下法、焼き鈍し法（ＳＡ）等の他の公知の最適パラメータ探索法を使用しても展開係数Ｄtを算出することができる。
【００３９】
次に、推定面又は推定線を設定して（ＳＴ７）、推定面又は推定線上の各設定点ｊにおける位置の関数を算出する（ＳＴ８）。
【００４０】
各設定点ｊにおけるＵＥＰを
【数１１】
2012018038.tif 000013
により算出する（ＳＴ９）。
【００４１】
本実施の形態によれば、船体の周辺ＵＥＰ計測データ及び船体とＵＥＰセンサの相対位置さえ取得できれば、複雑な船体の電極配置や電流値、海水等の導電率を決めることなく、誰でも簡単にかつ短時間に任意の位置におけるＵＥＰを推定計算できる。また原点に配置される電気モーメントの大きさから、船体全体の電流発生源の大きさを定量的に把握できる。更に船体の電気モーメントを打ち消すような電流を強制的に通電することにより、船体の周辺ＵＥＰを打ち消すといった応用も可能となる。
【００４２】
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。
【符号の説明】
【００４３】
５  船体
【図１】
2012018038.tif 000014
【図２】
2012018038.tif 000015
【図３】
2012018038.tif 000016
【図４】
2012018038.tif 000017