JP2002148009A - 信号測定方法および雑音除去機能を有する位置測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】発生源からの空間的に広がりを持つ物理量の測
定信号に含まれる雑音を抑圧することが可能な信号測定
方法を提供する。 【解決手段】大きさを測定すべき信号成分と雑音成分が
線形に重畳している少なくとも２個の測定対象物理量の
それぞれを、測定対象物理量を感知してその大きさに比
例する信号を出力する検出手段により検出して得た測定
量の内の第１の測定量と第２の測定量のそれぞれの信号
成分が同一の時間変化をし、第１の測定量と第２の測定
量のそれぞれの雑音成分が同一の時間変化をするとき
に、第２の測定量中の雑音成分の大きさに対する第１の
測定量中の雑音成分の大きさの比である雑音成分比を、
第２の測定量に乗じたものを第１の測定量から差し引い
たものを参照信号として、目的の測定対象物理量の測定
量を同期検波して、測定対象物理量中の信号成分の大き
さを測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発生源からの磁
界，電界，電磁界など空間的に広がりを持つ物理量（フ
ィールド）が雑音を含む場合に、雑音を除去して信号成
分を測定する信号測定方法に関するものであり、また、
雑音の影響を低減してその発生源の位置を測定する位置
測定方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の一つの関連技術としては、生体
磁気の測定において外来雑音を低減する場合の方法があ
る。生体磁気の測定においては、図１７のように磁気的
にシールドされた環境において複数個の（ＳＱＵＩＤな
どの）磁気センサを配置し、人体から発生する磁界を測
定する。試験体が発生する磁界は図の磁気センサ３で検
出するが、試験体以外のものから発生する外来磁界が同
時に磁気センサ３により検出されてしまうために、試験
体が発生する磁界を得るためには磁気センサ３の出力か
らこの外来磁界に由来する成分を取り除く必要がある。

【０００３】このための方法として、磁気センサ１を試
験体から離れた位置に配置しておき、試験体がないとき
の磁気センサ１と磁気センサ３の出力の相関関係を求め
ておく。このとき、磁気センサ１を試験体が発生する磁
界（通常極めて微弱）が無視できるほど試験体から離し
ておく。磁気センサ３の出力から予め測定した前記の相
関関係に基づき磁気センサ１の出力を差し引いて外乱磁
界に由来する成分を除去すれば、外乱の影響を受けずに
試験体から発生する磁界を測定することができる。

【０００４】また、別の方法では、試験体から発生する
磁界を測定するための磁気センサ３以外に、磁気センサ
１と磁気センサ２を試験体が発生する磁界（通常極めて
微弱）が無視できるほど試験体から離して設置してお
き、磁気センサ１と磁気センサ２の出力から外乱磁界の
空間的な勾配を求め、これにより磁気センサ３の位置に
おける外乱磁界の大きさを推定して、磁気センサ３の出
力から差し引く方法がある。

【０００５】以上の従来の方法をまとめると、何れの方
法も、雑音信号のみを検出することができる場所に第１
の検出手段を設置し、第１の検出手段で検出した雑音信
号と目的の信号を測定するための第２の検出手段を設置
した場所での雑音信号との相関関係を予め測定するかあ
るいは予測して、第１の検出手段で検出した信号をもと
に、第２の検出手段の出力信号に含まれる雑音信号を予
測して差し引くという手順で雑音を除去している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】検出すべき信号の時間
変化など信号の特性が既知であっても、信号の強度に比
べて雑音の強度が大きい場合には最適フィルタや適応フ
ィルタなどで十分な雑音除去効果が得られない場合があ
る。例えば、信号が単純な正弦波であり、これに高レベ
ルで広帯域な周波数スペクトラムをもつ不規則信号が重
畳していて、不規則信号が信号の周波数帯に大きな電力
を有している場合、信号の大きさを精度良く知ることは
通常のフィルタリングでは困難である。

【０００７】１つの方法として、信号と同期した参照信
号があれば、参照信号の位相を基に同期検波し、検波出
力を長時間積分すれば、雑音と信号とが完全に同位相で
なければ雑音を効果的に取り除くことができる。しか
し、このような参照信号がいつでも得られるとは限ら
ず、このような場合、従来は信号の正確な検出が不可能
であった。

【０００８】例えば、このような状況としては以下のよ
うな例がある。非開削工法の１つに水平ドリリング工法
と呼ばれる工法があるが、同工法では直径が１００ｍｍ
以下の細径のパイプを地中に押し込んで堀り進むため
に、通常の小口径推進工法で行われているような精密な
位置測定機器を掘削先端付近に用意することはできな
い。そこで、通常、ドリルヘッド内に置いたコイルで交
流磁界を発生させ、この磁界を地上のコイルなどの磁気
センサで検出してその位置を測定する方法が採用されて
いる。

【０００９】この方法は簡便であるが、コイルが発生す
る磁界はダイポール磁界であるためにコイルからの距離
が遠くなると急速に減衰してしまうために、位置測定を
行っている近辺に例えば電力線などの磁気雑音発生源が
あると、信頼性のある測定が困難になるという欠点があ
る。コイルは電池を電源として駆動されており、コイル
が発生する磁界と同位相の参照信号を得る手段は備えて
いない。ドリルパイプの中に通した信号線により参照信
号を取り出す方法も有り得るが、作業効率が大幅に低下
することのほか、掘削の進行に合わせて地上の磁気セン
サまでさらに信号線を延ばしていく必要があり、作業性
が悪いことなどから実用的ではない。

【００１０】他の雑音低減手段の１つである特定の外来
雑音の除去を対象とするフィルタは、外来雑音の統計的
な性質が工事現場ごとに異なるために、実用的でない。
また、外来雑音の多くは１回の位置測定のために許され
る高々１分程度の時間では十分定常とは言えず、定常過
程とみなせるほど長時間の位置測定を行い、作業効率の
低下と引き替えにするのでない限り適応フィルタの適用
も実用的とは言えない。

【００１１】このような理由から水平ドリリング工法で
は外来雑音の影響を受けにくい位置測定装置の実現が困
難であった。

【００１２】本発明が対象とするのは、次の条件，
を有する場合である。 目的である信号の他に雑音が存在し、検出手段の出力
に雑音が含まれる。 空間的な制限から雑音のみを信号として検出可能なる
ように検出手段を配置することができず、従来の雑音除
去法を適用することができない。あるいは従来の方法の
ように雑音のみを検出するような検出手段の配置は可能
であるが、目的である信号を測定すべき地点が固定され
ていないために、実用的でない。

【００１３】本発明の目的は、従来技術が有する上記の
欠点を考慮し、発生源からの空間的に広がりを持つ物理
量の測定信号に含まれる雑音を抑圧することが可能な信
号測定方法を提供することにある。さらに、本発明の他
の目的は、同様な状況下で非開削工法のための外来雑音
の影響を受けにくいその発生源の位置測定方法を提供す
ることである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明では、以下の手法により問題を解決してい
る。原理的には同じであるが、本発明で問題点を解決す
るために使用している手法について、測定状況を２つに
分けて説明する。まず、測定対象物理量を空間的に異な
る２箇所以上の地点で測定する場合について説明する。
検出手段により測定対象物理量を検知して得た各測定量
が、何れも信号成分と雑音成分とを含んでいるが、次の
ような場合、すなわち、（１）各測定量に含まれる信号
成分は時間的に同じ時間変化をする場合、（２）各測定
量に含まれる雑音成分は時間的に同じ時間変化をする場
合、（３）各測定量の内の少なくとも２個の測定量に含
まれる雑音と信号の大きさの比が異なる場合、に、雑音
と信号の大きさの比が異なる２個の測定量である測定量
１と測定量２に対し、測定量２に含まれる雑音の大きさ
に対する測定量１に含まれる雑音の大きさの比（成分
比）を求め、測定量１から測定量２に成分比を乗じたも
のを差し引いた参照信号を作る。測定量１と測定量２に
含まれる信号の大きさは未知であるが、参照信号は信号
と同じ時間変化をする。従って、この参照信号により目
的の測定量を同期検波すれば、その測定量に含まれる信
号の大きさを測定することができる。

【００１５】ここで、成分比を求めるためには、２つの
手法を用いる。第１の方法は、信号がない場合に雑音成
分の大きさを求めておく方法である。この方法は測定対
象物理量を検出するための検出手段の位置が空間的に固
定されている場合に特に有効である。第２の方法は、雑
音成分が信号線成分の周波数成分を持たない周波数帯域
に周波数成分を有する場合に用いる方法で、測定量１と
測定量２の該周波数帯の雑音成分を取り出して成分比を
求める。この方法は、測定対象物理量を検出するための
検出手段により移動しながら測定を行う場合に特に有効
である。

【００１６】また、上記の説明は測定対象物理量がスカ
ラであるかのように説明したが、じつはベクトル量の任
意の成分であっても構わない。

【００１７】次に、測定対象物理量がベクトル量である
場合について説明する。説明の都合上、測定対象物理量
である信号が形成するベクトルを信号ベクトル、測定対
象物理量である雑音が形成するベクトルを雑音ベクト
ル、信号ベクトルと雑音ベクトルが重畳されて形成され
た測定対象物理量を測定ベクトルと呼ぶことにする。

【００１８】但し、以下の説明文章中ではすべてのベク
トルについて「ベクトル」の表示は用いるがベクトル記
号表示をしない記号を用いることにする。

【００１９】検出対象物理量がベクトル量であり、信号
ベクトルの各成分が時間的に同一の変化をし、かつ、雑
音ベクトルの各成分が時間的に同一の変化をする場合
に、実質的に同一の場所で検出手段により検出した測定
ベクトルの２成分を測定量１と測定量２とするとき、信
号ベクトルと雑音ベクトルが平行あるいは反平行でない
限り、測定量１と測定量２に含まれる雑音成分と信号成
分の大きさの比が異なるようにすることができる。測定
量１と測定量２に対して第１の場合と同様な処理を行え
ば雑音を除去した信号を得ることができる。

【００２０】さらに、人工的に発生した磁界を検出して
その大きさ等から位置を測定する位置測定法で用いる磁
気センサの出力に上記の信号測定方法を適用すれば、外
来雑音の影響を受けにくい位置測定法を実現することが
できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】測定すべき物理量がベクトルであ
り、信号ベクトルｖ_s に雑音ベクトルｖ_n が重畳してい
る。信号ベクトルｖ_s 、雑音ベクトルｖ_n ともに単位ベ
クトルの時間関数倍の形に表すことができる。つまり、
信号ベクトルｖ_s の方向の単位ベクトルをｖ_s0、その時
間変化を与える時間関数をｆ_s (t) 、雑音ベクトルｖ_n
の方向の単位ベクトルｖ_n0、その時間変化を与える時間
関数をｆ_n (t) とすると、

【数１】 と表される。測定対象物理量は信号ベクトルｖ_s に雑音
ベクトルｖ_n から構成されており、その合成ベクトルを
測定ベクトルｖ_m と呼ぶことにすれば、

【数２】 である。

【００２２】同一の地点で得た測定ベクトルに本発明を
適用する場合には、信号ベクトルｖ _s に雑音ベクトルｖ
_n が平行でも反平行でもないとする。つまり、適当な定
数Ｋを用いて

【数３】 とすることはできないとする。

【００２３】雑音ベクトルの異なる２成分、例えば、第
ｊ成分に対する第ｋ成分の成分比をｒとするとき、次の
演算を行う。

【数４】 定義により、

【数５】 である。ここでは、下付添字の…，ｋ等は当該ベクトル
のｋ番目の成分を指している。演算結果である参照信号
ｆ_s (t) は信号ベクトルｖ_s の時間変化を与える時間関
数ｆ_s (t) に比例する。

【００２４】信号ベクトルｖ_s の時間変化を与える時間
関数ｆ_s (t) と雑音ベクトルｖ_n の時間変化を与える時
間関数ｆ_n (t) が無相関であれば、参照信号ｆ_r (t) と
測定ベクトルｖ_m の測定したい成分ｖ_m,i との積をと
り、その低周波数成分の平均をとることにより、測定ベ
クトルｖ_m の測定したい成分ｖ_m,i 中の信号成分の大き
さ、つまり信号ベクトルｖ_s の第ｉ成分の大きさｖ_s,i
＜｜ｆ_s (t) ｜＞を得ることができる。ここで、＜Ｐ＞
_T は量Ｐの平均時間Ｔの平均を表す。また、｜Ｐ｜は量
Ｐの絶対値を表す。

【００２５】上記の処理は、信号ベクトルｖ_s の時間変
化を与える時間関数ｆ_s (t) の遅れ時間０の自己相関を
計算していることになるから、信号ベクトルｖ_s の時間
変化を変える時間関数ｆ_s (t) と雑音ベクトルｖ_n の時
間変化を与える時間関数ｆ_n(t) が無相関という条件が
満たされれば、原理的には、信号ベクトルｖ_s の時間変
化を与える時間関数ｆ_s (t) と雑ベクトルｖ_n の時間変
化を与える時間関数ｆ _n (t) がともに非定常信号であっ
ても構わない。ただし、信号ベクトルｖ_s の時間変化を
与える時間関数ｆ_s (t) が非定常の場合には、平均時間
内の信号の平均振幅が得られることになる。

【００２６】信号ベクトルｖ_s の第ｉ成分の大きさｖ
_s,i ＜｜ｆ_s (t) ｜＞_T を得るためには、参照信号ｆ_s
(t) の振幅を用いる必要がある。これは勿論既知の量で
ある。この手間を省くために、参照信号ｆ_r (t) の振幅
を調整して予め決めた値とすることもできる。

【００２７】以上の説明はベクトルの２個の成分に対し
て行ったが、ベクトルの成分が３個の場合も全く同様で
ある。ベクトルの成分が３個の場合には、信号ベクトル
ｖ_sの成分比と雑音ベクトルｖ_n の成分比の違いが大き
く、雑音ベクトル根ｖ_n の成分比の絶対値が小さくなる
ような２個の成分を選ぶことにより、演算の精度を上げ
ることが可能である。

【００２８】異なる地点で得た２個の測定ベクトル
ｖ_m1，ｖ_m2

【数６】 に本発明を適用する場合には、測定ベクトルｖ_m1を構成
する雑音ベクトルｖ_n1の、例えば、第ｊ成分ｖ_n1,jに対
する雑音ベクトルｖ_m2の第ｋ成分ｖ_n2,kの成分比をｒと
するとき、次の演算を行う。

【数７】

【００２９】定義により、

【数８】 である。ここで、下付添字の…，ｋ等は当該ベクトルの
ｋ番目の成分を指している。また、ｖ_s0,1,j、ｖ_s0,2,k
はそれぞれ、測定ベクトル１の方向を与える単位ベクト
ルの第ｊ成分，測定ベクトル２の方向を与える単位ベク
トルの第ｋ成分を表している。

【００３０】以上の説明は、測定対象物理量をベクトル
として行ったが、ベクトルの次数を１とすればスカラ量
にも適用することができることは当然である。

【００３１】（成分比の誤差の影響）一般には、上記の
成分比ｒには誤差が含まれる。つまり、真の比をｒ₀ に
対して、誤差Δ_r が付け加わっている。

【数９】 このとき、参照信号ｆ_r (t) は

【数１０】 となり、信号ベクトルｖ_s の時間変化を与える時間関数
ｆ_s (t) 以外に雑音ベクトルｖ_n の時間変化を与える時
間関数ｆ_n (t) に比例する成分が含まれることになる。

【００３２】式（１２）で与えられる誤差を含む参照信
号ｆ_r (t) と目的のベクトル成分ｖ _m,i との積をとり、
その結果を時間平均する。信号ベクトルｖ_s の時間変化
を与える時間関数ｆ_s (t) の相関時間と雑音ベクトルｖ
_n の時間変化を与える時間関数ｆ_n (t) の相関時間に比
べて平均時間が十分に長ければ、結果として、

【数１１】 が得られる。式（１３）の結果は誤差を含むが、誤差Δ
ｒが十分に小さければ実用上十分な雑音除去効果が得ら
れる。

【００３３】さらに除去効果を高めるために、本発明で
は参照信号に以下の処理を施すことが可能である。

【００３４】（参照信号の矩形波化）式（１２）のよう
に参照信号ｆ_r (t) が雑音ベクトルｖ_n の時間変化を与
える時間関数ｆ_n (t) に比例する成分を含む場合、その
影響は参照信号ｆ_r (t) の振幅が変化するための影響と
参照信号ｆ_r (t) の位相がずれるための影響とに分けて
考えることができる。参照信号ｆ_r (t) を位相を変えず
に矩形波化すれば振幅変化による影響を軽減することが
できる。

【００３５】参照信号ｆ_r (t) を矩形波化するために
は、元の参照信号ｆ_r (t) を十分に増幅して、適当なレ
ベルで振幅制限するか、又は参照信号ｆ_r (t) の平均値
を閾値として、信号レベルが閾値より高い場合には所定
の大きさの正値を与え、閾値より低い場合には同一の大
きさの負値を与える方法を用いることができる。何れの
方法も数式的には、

【数１２】 なる演算を行うことと等価である。ここで、ａは定数で
あり、ｆ_r,rect(t) は矩形波化された参照信号である。

【００３６】（参照信号の周期の調整）参照信号ｆ
_r (t) が雑音ベクトルｖ_n の時間変化を与える時間関数
ｆ_n (t) に比例する成分を含む場合、参照信号ｆ_r (t)
を単に矩形波化しても、参照信号ｆ _r (t) の位相がずれ
る影響が残る場合がある。

【００３７】信号ベクトルｖ_s の時間変化を与える時間
関数ｆ_s (t) が周期信号である場合、該矩形波化した参
照信号ｆ_r (t) を予め定めた所定の長さの時間区間に分
割し、各時間区間内で参照信号ｆ_r (t) の周期が一定に
なるように参照信号ｆ_r (t)の周期を調整することによ
り位相がずれる影響を軽減することができる。このため
には、検出手段の出力信号をデジタル値化して処理する
ことが有効である。

【００３８】例えば、矩形波化参照信号ｆ_r,rect(t) を
所定の長さの時間区間 [ｔ_k ，ｔ_{k+ 1}], ｔ_k+1 −ｔ_k ＝
Δｔ_k として、時間区間 [ｔ_k ，ｔ_k+1]内での矩形波化
参照信号ｆ_r,rect(t) の周期を平均化することである。
ここで、時間ｔ_k ，ｔ_k+1 は時間区間の境界を与える。
また、時間区間[ ｔ_k ，ｔ_k+1]の長さΔｔ_k は、矩形波
化参照信号ｆ_r,rect(t) 正の期間と負の期間の個数が同
時間区間内で整数値になるように決める。

【００３９】また、矩形波化参照信号ｆ_r,rect(t) の各
周期を当該周期を含む予め定めた所定の個数の周期の平
均となるように矩形波化参照信号ｆ_r,rect(t) の周期を
調整することによっても同様な効果が得られる。

【００４０】つまり、矩形波化参照信号ｆ_r,rect(t) の
ｋ番目の周期をＰ_k とするとき、周期Ｐ_k の前後にそれ
ぞれＮ_P ，Ｎ_s 個の周期をとり、合計Ｎ_P ＋Ｎ_s ＋１個
の周期の平均周期長＜Ｔ_k ＞を周期Ｐ_k の周期長とする
ことである。すなわち、

【数１３】 とすることである。ただし、Ｔ_j はｊ番目の周期の周期
長である。ここでいう周期とは便宜的に矩形波化参照信
号ｆ_r,rect(t) の連続する１個の正の期間と負の期間の
組と考える。実際には、勿論、連続する負の期間と正の
期間の組であっても良いし、正の期間と負の期間を同等
に扱って半周期を単位としても構わない。

【００４１】（雑音ベクトルｖ_n の成分比の求め方）本
発明では特に以下の２種類の求め方が有効である。第１
の方法は、信号ベクトルｖ_s が存在しない状態で、雑音
ベクトルｖ_n の成分比ｒを求める。例えば、２個の測定
ベクトルｖ_m1，ｖ_m2に対して測定ベクトルｖ_m1の第ｊ成
分に対する測定ベクトルｖ_m2の第ｋ成分の成分比を求め
る場合、各成分の絶対値の平均から比を求める。

【数１４】 なる演算を行う。両者は信号成分が無いので同じ量を表
す。ここで、雑音ベクトルｖ_m1の第ｊ成分ｖ_n1,jに対す
る平均時間Ｔ_j と雑音ベクトルｖ_m2の第ｋ成分ｖ _n2,kに
対する平均時間Ｔ_k は一般に異なっても構わない。

【００４２】あるいは、各成分の２乗の平均値の比の平
方根を取る演算

【数１５】 による方法が可能である。勿論、測定ベクトルｖ_m1とｖ
_m2が同一のものであっても構わない。ただし、この場合
ｊ≠ｋであることが必要なのは当然である。

【００４３】第２の方法は、雑音ベクトルｖ_n の時間変
化を与える時間関数ｆ_n (t) が、信号ベクトルｖ_s の時
間変化を与える時間関数ｆ_s (t) がほとんど周波数成分
を持たないような周波数帯域 [ｆ_r1，ｆ_r2],ｆ_r2−ｆ_r1
＝Δｆ_ratio に、周波数成分を持つときに適用する方法
である。

【００４４】成分比ｒを求める測定ベクトルｖ_m1とｖ_m2
の２個のベクトル成分ｖ_m1,jとｖ_{m 2,k} とから周波数帯
域 [ｆ_r1，ｆ_r2] に含まれる周波数成分ｕ_m1,jとｕ_m2,k
を抜き出し、式（１６）あるいは（１７）のｖ_n1,jとｖ
_n2,kの代わりに用いる。すなわち、

【数１６】 とすればよい。

【００４５】上記の式（１８）および（１９）によって
成分比を求める手続きの流れを図１および図２に示す。
式（１６）および（１７）によって成分比を求めるため
の手続きの流れは、図１および図２においてフィルタを
除いた流れをベクトル成分ｖ _m1,jとｖ_m2,kに適用すれば
よい。

【００４６】なお、フィルタの通過周波数帯域に関して
は、次の如き構成が可能である。 （１）信号が周波数成分を実質的に持たない帯域に固定
する。 （２）測定の環境、すなわち、雑音の状況に応じて中心
周波数と帯域幅のいずれかあるいは両方を適宜変えられ
るようにする。 （３）雑音成分が最大となる周波数帯域になるように動
的に変える機能を持たせる。

【００４７】（信号測定処理の流れ）本発明による信号
測定のための処理の流れの１例を図３と図４に示す。図
中、ＰＱＭ−１，ＰＱＭ−２，…，ＰＱＭ−Ｍは測定対
象物理量、ＱＤＭ−１，ＱＤＭ−２，…，ＱＤＭ−Ｍは
測定対象物理量を検出するための検出手段、ＲＭＰは式
（１６）あるいは（１７）によって成分比ＮＣＲを求め
る成分比測定手順、ＰＲＤ−０，ＰＲＤ−３，ＰＲＤ−
４，…，ＰＲＤ−Ｍは２信号の積の演算を行う乗算手
段、ＡＤＤは２信号の和の演算を行う加算手段である。
ＡＶＲ−３，ＡＶＲ−４，…，ＡＶＲ−Ｍは低域フィル
タリング、平均処理あるいはその両方を行う平均化手段
である。ＷＦＴは参照信号ＲＥＦの振幅の調節，矩形波
化などを行う波形整形手段である。

【００４８】図３は信号がない状態で予め成分比を求め
ておく方法を示すブロック図である。図中の波線より上
に示されている処理が、成分比ＮＣＲを求める処理の流
れである。測定対象物理量−１（ＰＱＭ−１）、測定対
象物理量−２（ＰＱＭ−２）をそれぞれ検出手段−１
（ＱＤＭ−１）、検出手段−２（ＱＤＭ−２）に入力し
て検出し、成分比測定手順ＲＭＰにより成分比を求め
る。

【００４９】信号を測定するためには、この成分比ＮＣ
Ｒを検出手段−２（ＱＤＭ−２）の出力に乗算手段ＰＲ
Ｄ−０で乗じて検出手段−１（ＱＤＭ−１）の出力から
加算手段ＡＤＤにより減ずる。加算手段ＡＤＤの出力を
波形整形手段ＷＥＴで整形して参照信号ＲＥＦとする。
目的とする測定対象物理量である測定対象物理量−３
（ＰＱＭ−３）、…測定対象物理量−Ｍ（ＰＱＭ−Ｍ）
をそれぞれ検出手段−３（ＱＤＭ−３）、…検出手段−
Ｍ ＱＤＭ−Ｍで検出し、その出力に乗算手段ＰＲＤ−
３、…乗算手段ＰＲＤ−Ｍで参照信号ＲＥＦを乗じ、乗
算手段ＰＲＤ−３、…乗算手段ＰＲＤ−Ｍの出力に平均
化手段ＡＶＲ−３、…ＡＶＲ−Ｍで平均処理すれば、目
的の信号が得られる。ここで、成分比ＮＣＲを得るため
に使用している測定対象物理量−１（ＰＱＭ−１）、測
定対象物理量−２（ＰＱＭ−２）が目的とする測定対象
物理量−３（ＰＱＭ−３）、…測定対象物理量−Ｍ（Ｐ
ＱＭ−Ｍ）と同じであっても構わない。

【００５０】図４では、予め成分比ＮＣＲを求めておく
のではなく、信号成分が実質的に存在しない周波数帯域
に雑音成分が周波数成分を持つことを利用して、信号の
測定を行うと同時に成分比ＮＣＲを求めている。勿論、
成分比ＮＣＲの測定と信号の測定を時間的に分けて行っ
ても構わない。図中、ＢＰＦ−１，ＢＰＦ−２は帯域フ
ィルタである。図３の処理との本質的な違いは、検出手
段−１（ＱＤＭ−１、検出手段−２（ＱＤＭ−２）の出
力に帯域フィルタ−１（ＢＰＦ−１）、帯域フィルタ−
２（ＢＰＦ−２）を配置して、測定対象物理量−１（Ｐ
ＱＭ−１）、測定対象物理量−２（ＰＱＭ−２）に含ま
れる雑音成分の当該周波数帯域の成分を取り出している
ことである。

【００５１】成分比ＮＣＲの測定は、信号の測定と同時
に行うことも別の時間に行うことも可能であることは前
述の通りである。さらに、図４の手順によれば、成分比
ＮＣＲが信号の測定に要する時間に比べて十分に緩やか
に時間的に変化する場合にも、成分比測定手順ＲＭＰで
行う平均処理の平均時間を適当に選ぶことにより雑音を
有効にかつ効率的に除去することが可能である。

【００５２】（磁界測定を利用する位置測定方法の基本
事項）本発明の実施例を説明するための参考として、磁
界源を利用する位置測定方法に関する基本的な事項につ
いて説明する。磁界を利用して位置を測定する方法は、
原理的には同じであるが、形態的に磁界発生源の位置を
求める方法と磁界を検出する磁界検出手段の位置を求め
る方法とに大別される。

【００５３】（磁界発生源の位置を求める方法）磁界発
生源の位置を求める方法では、磁界発生源は単一で小さ
な形状である場合がほとんどである。この場合、磁界発
生源の位置と姿勢を同時に求めるためには６個の未知数
を決める必要があり、位置または方向が異なる最低６個
の磁界の大きさが必要である。勿論この方法では、磁界
を検出する６個の磁界検出手段の位置と姿勢が既知であ
ることが前提である。なお、ここでいう位置とは、例え
ば大地に固定された適当な座標系でのｘ座標，ｙ座標，
ｚ座標である。また、姿勢とは同座標系でのｘ軸，ｙ
軸，ｚ軸に関する回転角である。

【００５４】別の方法で磁界発生源の姿勢の情報の一部
が分かっていれば、その分だけ測定する磁界の個数を減
らすことができる。磁界発生源の姿勢を知る方法として
は、地球の重力方向を参照する方法がある。この方法で
は磁界発生源の鉛直方向に対する傾き、すなわち鉛直方
向に直交し、互いに直交する２軸の周りの回転角を知る
ことができるので、前記３個の回転角の内の２個の値を
知ることが可能である。しかし、鉛直方向に関する回転
角を知ることはできない。鉛直方向を参照して２個の回
転角を知ることができる場合、測定磁界は最低４個でよ
い。

【００５５】原理的には、磁界発生源がどのような空間
的な分布の磁界を発生するのかが既知であり、相対的な
位置と相対的な姿勢の関係は少なくとも一部が既知でれ
ば複数個の磁界発生源であっても構わない。例えば、磁
界発生源が２個であると、１個の磁界検出手段で得られ
る磁界の情報は２倍になるとともに、磁界発生源に関す
る未知数も２倍の１２個になる。相対的な位置と相対的
な姿勢の関係が全く未知である場合には、１２個の磁界
の大きさ、すなわち６個の磁界測定手段が必要となり、
個々の磁界発生源を測定するのと変わらないことにな
る。２個の磁界発生源の相対的な位置が既知であれば、
未知数は９個になるので、最低５個の磁界測定手段で９
個の磁界を測定すればよい。また、２個の磁界発生源の
相対的な位置と姿勢が全て既知であれば、未知数は６個
になるので、最低３個の磁界測定手段で６個の磁界を測
定すればよい。

【００５６】（磁界検出手段の位置を求める方法）：磁
界検出手段の位置を求める場合には、磁界検出手段は、
例えば、１個の３軸磁気センサのように１個の位置で複
数の磁界を検出するものにすることが多い。この場合も
未知数は磁界検出手段の位置および姿勢角の６個であ
る。従って、相対的な位置と姿勢が既知である２個の磁
界発生源があれば、１個の３軸磁気センサにより６個の
磁界を測定してその３軸磁気センサの位置と姿勢角を決
めることが可能である。ここで、３軸磁気センサとは互
いに直交する３方向の磁界を空間的にほぼ同一の位置で
検出することができるようなセンサである。

【００５７】鉛直方向を基準として３軸磁気センサの姿
勢角の内の２個を測定する場合にも、求めるべき未知数
は４個になるが、磁界発生源が発生する磁界だけから３
軸磁気センサの位置を得るためには２個の磁界発生源が
必要になる。ただし、磁界発生源を１個だけとして、何
らかの仮定あるいは地磁気の方向から残りの姿勢角を求
めて、３個の磁界から位置を得る方法もある。

【００５８】逆に相対的な位置関係が既知の６個の磁界
検出手段と１個の磁界発生源を用いることも可能であ
る。さらに、鉛直方向を基準としてこれらの磁界検出手
段群の２個の姿勢角を測定する場合には、磁界検出手段
の個数を４個とすることが可能である。

【００５９】以上の何れの方法においても、磁界発生源
や磁界検出手段の個数は多くても構わない。そのときに
は例えば最小２乗法のような最適解を求める手法により
位置を決めればよい。また、これらの位置測定法では交
流磁界と静磁界の何れかを用いることもできるが、静磁
界を用いる場合には磁界発生源から人為的に発生させた
磁界と地磁気を区別するための手段が必要である。この
方法としては通常、人為的に発生する磁界の方向を反転
させて２回磁界を測定し、２個の測定結果の差分をとる
方法が一般的である。

【００６０】（位置測定法に関する実施例１）前項（磁
界検出手段の位置を求める方法）で説明した、位置測定
法の内で交流磁界を用いる方法の何れに対しても本発明
の信号測定法を適用することが可能である。すなわち、
１個以上の磁界発生源により人為的に発生した交流磁界
を１個以上の磁界検出手段で検知して、検知した磁界の
大きさおよび磁界検出手段の位置の少なくとも一方を変
えたときのその大きさの変化から、磁界発生源の位置も
しくは磁界検出手段の位置を算出又は探知する位置測定
法において、信号成分に対する雑音成分の大きさの比が
異なる２個以上の磁界成分を検知するように該磁界検出
手段を配置し、磁界検出手段で検知した測定量に対して
本発明の信号測定方法を用いることにより、雑音除去機
能を有する位置測定方法とすることが可能である。

【００６１】本発明による雑音除去機能を有する位置測
定方法の一般的な構成の例を図５に示す。図中、ＭＦＳ
−１，ＭＦＳ−２，ＭＦＳ−３，…，ＭＦＳ−ｋ，…，
ＭＦＳ−ｎは磁界発生源（磁界発生源−１，磁界発生源
−２，磁界発生源−３，磁界発生源−ｋ，…，磁界発生
源−ｎ）、ＭＦＤ−１，ＭＦＤ−２，ＭＦＤ−３，…，
ＭＦＤ−ｊ，…，ＭＦＳ−ｍは磁界検出手段（磁界検出
手段−１，磁界検出手段−２，磁界検出手段−３，磁界
検出手段−ｊ，…，磁界検出手段−ｍ）、ＱＰＳ−１，
ＱＰＳ−２，ＱＰＳ−３，…，ＱＰＳ−ｊ，…，ＱＰＳ
−ｍは測定量（測定量−１，測定量−２，測定量−３，
…，測定量−ｊ，…，測定量−ｍ）、ＡＤＭ−３，…，
ＡＤＭ−ｊ，ＡＤＭ−ｍは姿勢検出手段（姿勢検出手段
−３，…，姿勢検出手段−ｊ，…，姿勢検出手段−
ｍ）、ＰＬＤ−３，…，ＰＬＤ−ｊ，…，ＰＬＤ−ｍは
同期検手段（同期検波手段−３，…，同期検波手段−
ｊ，…，同期検波手段−ｍ）、ＲＳＧは参照信号発生手
段、ＰＣＭは位置計算手段である。

【００６２】磁界発生源ＭＦＳ−１，ＭＦＳ−２，ＭＦ
Ｓ−３，…，ＭＦＳ−ｋ，…，ＭＦＳ−ｎは、例えば交
流電流が流れるコイル，電線，ループ状の電線や機械的
に回転する磁石などであり、所定の周波数の交流磁界を
発生する。この交流磁界は情報を載せるための振幅変
調、位相変調、周波数変調などを受けてもよい。磁界検
出手段ＭＦＤ−１，ＭＦＤ−２，ＭＦＤ−３，…，ＭＦ
Ｄ−ｊ，…，ＭＦＤ−ｍは空芯あるいはコアのあるコイ
ルやフラックスゲート磁束計など交流磁界を検知して検
知した磁界の大きさに比例する信号又は情報を出力する
ことができるものであれば何でもよい。姿勢検出手段Ａ
ＤＭ−３，…，ＡＤＭ−ｊ，…，ＡＤＭ−ｍは加速度セ
ンサ，傾斜センサ，回転センサ，ジャイロなどであり、
それぞれ磁界検出手段ＭＦＤ−３，…，ＭＦＤ−ｊ，
…，ＭＦＤ−ｍと所定の姿勢で固定されており、これら
磁界検出手段の姿勢を検出する。位置計算手段ＰＣＭは
同期検波手段ＰＬＤ−３，…，ＰＬＤ−ｊ，…，ＰＬＤ
−ｍにより得られた信号磁界の大きさと姿勢検出手段Ａ
ＤＭ−３，…，ＡＤＭ−ｊ，…，ＡＤＭ−ｍにより得ら
れた磁界検出手段ＭＦＤ−１，ＭＦＤ−２，ＭＦＤ−
３，…，ＭＦＤ−ｊ，…，ＭＦＤ−ｍの姿勢角から、磁
界発生源ＭＦＳ−１，ＭＦＳ−２，ＭＦＳ−３，…，Ｍ
ＦＳ−ｋ，…，ＭＦＳ−ｎ又は磁界検出手段ＭＦＤ−
１，ＭＦＤ−２，ＭＦＤ−３，…，ＭＦＤ−ｊ，…，Ｍ
ＦＤ−ｍの位置を算出する。ＮＦＳは雑音磁界発生源で
あり、本発明の目的にかかわるが、構成要件ではない。

【００６３】参照信号発生手段ＲＳＧは、図６および図
７に構成例を示すようなもので、信号対雑音比が異なる
２個の測定量ＰＱＳ−１（測定量−１）およびＰＱＭ−
２（測定量−２）を入力として、信号成分の時間変化に
比例する参照信号ＲＥＦを作り出す。

【００６４】図６の構成で、参照信号発生手段ＲＳＧは
破線で囲まれた部分である。磁界である測定対象物理量
ＰＱＭ−１（測定対象物理量−１）およびＰＱＭ−２
（測定対象物理量−２）がそれぞれ磁界検出手段ＭＦＤ
−１，ＭＦＤ−２で測定量ＰＱＳ−１，ＰＱＳ−２に変
換される。切り替えスイッチＭＳＷは成分比測定と参照
信号発生を切り替えるもので、図６は成分比測定の場合
の構成である。参照信号を発生する場合には２個のスイ
ッチを下側の端子に、すわなち、測定量を乗算手段に伝
えるように切り替える。

【００６５】成分比測定手段ＲＭＭは式（１６）または
（１７）に従い、成分比を求める処理をするもので、ハ
ードウェアで構成されたものでも、ソフトウェアにより
構成されたもの、又は両者を混合して用いるものでも構
わない。求められた成分比の値はハードウェア的あるい
はソフトウェア的に記憶され、参照信号ＲＥＦの発生に
用いられる。

【００６６】参照信号ＲＥＦの発生は、測定量−２（Ｐ
ＱＳ−２）に乗算手段ＰＲＤで成分比ｒを乗じて加算手
段ＡＤＤにより測定量−１（ＰＱＳ−１）より減ずるこ
とにより、測定量中の信号成分と同相の時間変化をする
信号を作り出すことによって行う。また、必要に応じ
て、波形整形手段ＷＦＴで矩形波化などの処理を施し参
照信号ＲＥＦとする。

【００６７】図７の構成では、参照信号ＲＥＦの発生と
成分比ｒの測定を同時に行うことが可能である。図６と
同様に破線で囲まれた内部が参照信号発生手段ＲＳＧで
ある。参照信号ＲＥＦの発生と成分比ｒの測定を同時に
行うために、帯域フィルタＢＰＦ−１（帯域フィルタ−
１）、ＢＰＦ−２（帯域フィルタ−２）により、それぞ
れ測定量ＰＱＳ−１，ＰＱＳ−２中の特定の周波数帯域
の成分を取り出す。この周波数帯域の決め方に関して
は、次のように処理することができる。 （１）信号が周波数成分実質的に持たない帯域に固定す
る。 （２）測定の環境、すなわち、雑音の状況に応じて中心
周波数と帯域幅のいずれかあるいは両方を適宜変えられ
るようにする。 （３）雑音成分が最大となる周波数帯域になるように動
的に変える機能をもたせる。

【００６８】図６および図７の参照信号発生手段ＲＳＧ
の構成要素はソフトウェアで構成されたもの、ハードウ
ェアで構成されたもの、両者が混在したものの何れであ
っても構わない。同期検波手段ＰＬＤ−３，…，ＰＬＤ
−ｊ，…，ＰＬＤ−ｍは、図８に１構成例を示すような
もので、測定量ＰＱＳ−１，ＰＱＳ−２，ＰＱＳ−３，
…，ＰＱＳ−ｊ，…，ＰＱＳ−ｍに参照信号ＲＥＦを乗
じて、低域フィルタリング、平均等の処理を行い、これ
ら測定量中の参照信号ＲＥＦと同相の信号検出をする。

【００６９】図８は同期検波手段ＰＬＤの１構成例であ
る。同期検波手段ＰＬＤは破線に囲まれた部分である。
図において、磁界である測定対象物理量ＰＱＭを磁界検
出手段ＭＦＤで検出して測定量ＰＱＳを求める。乗算手
段ＰＲＤを用いて参照信号ＲＥＦを測定量ＰＱＳに乗じ
た磁界の低周波数成分を低域フィルタＬＰＦで取りだ
し、積分器ＩＴＧで平均して信号ＳＩＧを求める。ここ
で、低域フィルタＬＰＦは必ずしも必要でない。図８中
の同期検波手段ＰＬＤの構成要素はソフトウェアで構成
されたもの、ハードウェアで構成されたもの、両者が混
在したものの何れであっても構わない。

【００７０】（位置測定法に関する実施例２）図９は本
発明による雑音除去機能を有する位置測定装置の実施例
の構成であり、磁界発生源の位置を測定するものであ
る。ＭＦＳは磁界発生源、ＡＤＭは姿勢検出手段、ＦＲ
Ｍはフレームである。本実施例では、磁界検出手段ＭＦ
Ｄ−１，ＭＦＤ−２，ＭＦＤ−３、姿勢検出手段ＡＤ
Ｍ、参照信号発生手段ＲＳＧ、同期検波手段ＰＬＤ−
１，ＰＬＤ−２，ＰＬＤ−３、位置計算手段ＰＣＭは何
れもフレームＦＲＭに固定されている。磁界発生源ＭＦ
Ｓの位置の測定は、フレームＦＲＭを移動して、磁界発
生源ＭＦＳが発生する磁界が特定の条件を満足する場
所、例えば、ある水平面内で特定の方向の磁界強度が最
大になる場所を探索し、その位置とそこでの磁界強度か
ら磁界発生源ＭＦＳの位置を参照あるいは推定する。

【００７１】磁界検出手段−１（ＭＦＤ−１）と磁界検
出手段−２（ＭＦＤ−２）は参照信号を発生するためと
位置測定の両方に使用されているから、参照信号発生手
段は図７のような構成のものであることが必要である。
姿勢検出手段ＡＤＭは必ずしもハードウェアとして備え
ている必要はない。フレームＦＲＭを移動する測定者が
フレームＲＦＭの姿勢を所定の方向に保つことにより同
等の機能を果たしても良い。また、磁界検出手段ＭＦＤ
は最低２個で十分である。この場合、磁界検出手段−３
（ＭＦＤ−３）を除いたものとなり、構成要素数が少な
い利点がある。

【００７２】（位置測定法に関する実施例３）図１０は
空間的に離れた複数個の位置に磁界検出手段を設置して
磁界発生源ＭＦＳの位置を測定する本発明の実施例であ
る。図１０は空間的に離れた３箇所に磁界検出手段をお
く場合の構成である。図中、ＵＭＭ−１，ＵＭＭ−２，
ＵＭＭ−３は磁界検出手段として用いられる単位測定手
段である。ＰＭＭは位置測定手段であり、信号受信手段
ＳＲＸと位置計算手段ＰＣＭとにより構成されている。
本実施例では磁界検出手段を空間的に離れた複数の位置
に置くために、信号送出機能を有する単位測定手段ＵＭ
Ｍ−１（単位測定手段−１），ＵＭＭ−２（単位測定手
段−２）、ＵＭＭ−３（単位測定手段−３）を用いてい
る。これにより、位置測定手段ＰＭＭ中の信号受信手段
ＳＲＸとの間で信号の授受を行う。

【００７３】単位測定手段ＵＭＭの構成例を図１１およ
び図１２に示す。図１１の例では単位測定手段ＵＭＭ
は、磁界検出手段ＭＦＤ−１，ＭＦＤ−２，ＭＦＤ−
３、姿勢検出手段ＡＤＭ、参照信号発生手段ＲＳＧ、同
期検波手段ＰＬＤ−１，ＰＬＤ−２，ＰＬＤ−３、信号
送出手段ＳＴＸから構成されている。磁界検出手段ＭＦ
Ｄ−１，ＭＦＤ−２，ＭＦＤ−３は独立な磁界を検出す
ることが可能であれば、必ずしも互いに直交する方向の
磁界を検出するように配置する必要はないが、典型的に
は本発明のように磁界検出手段ＭＦＤ−１，ＭＦＤ−
２，ＭＦＤ−３は互いに直交する異なる３方向の磁界強
度を実質的に同一の地点で検出する３軸磁気センサを構
成する。姿勢検出手段ＡＤＭは、磁界検出手段ＭＦＤ−
１，ＭＦＤ−２，ＭＦＤ−３と固定されており、これら
の姿勢角を検出する。信号送出手段ＳＴＸは、同期検波
手段ＰＬＤ−１，ＰＬＤ−２，ＰＬＤ−３の出力および
姿勢検出手段ＡＤＭの出力を電磁界信号，電圧信号，電
流信号，あるいは光信号として送出する機能を持つ。

【００７４】図１２は直交する２つの方向の磁界を検出
するための単位測定手段ＵＭＭである。そのために、図
１１の構成に比べて磁界検出手段ＭＦＤ−３および同期
検波手段ＰＬＤ−3 が無い。

【００７５】図１０中の信号受信手段ＳＲＸは単位測定
手段ＵＭＭ中の信号送出手段ＳＴＸから送られてくる同
期検波手段ＰＬＤ−１，ＰＬＤ−２，ＰＬＤ−３の出力
（図１１の構成の場合）あるいは同期検波手段ＰＬＤ−
１，ＰＬＤ−２の出力（図１２の構成の場合）および姿
勢検出手段ＡＤＭの出力を受信して位置計算手段ＰＣＭ
に渡す。

【００７６】図１３は、単位測定手段が単位測定手段−
１（ＵＭＭ−１）、単位測定手段−２（ＵＭＭ−２）の
２個の場合の実施例である。

【００７７】独立な６個の磁界の大きさが必要な場合に
は、図１０の実施例で図１２の構成の単位測定手段ＵＭ
Ｍを使用するか、図１３の実施例で図１１の構成の単位
測定手段ＵＭＭを使用するかすればよい。勿論、図１０
の構成で図１１の構成の単位測定手段ＵＭＭを使用して
も全く支障はない。

【００７８】さらに、図１０および図１３の実施例で
は、図１４の構成の単位測定手段ＵＭＭを図１１の構成
の単位測定手段ＵＭＭの代わりに用いることができる。

【００７９】図１４の単位測定手段ＵＭＭでは、２個の
磁界検出手段，磁界検出手段−１（ＭＦＤ−１）及び時
間検出手段−２（ＭＦＤ−２）は空間的に別の場所に置
かれている。これらの磁界検出手段の姿勢を検知するた
めの姿勢検出手段、姿勢検出手段−１（ＡＤＭ−１），
姿勢検出手段−２（ＡＤＭ−２）が、それぞれ磁界検出
手段−１（ＭＦＤ−１），磁界検出手段−２（ＭＦＤ−
２）に固定されている。磁界検出手段−１（ＭＦＤ−
１）の出力信号と姿勢検出手段−１（ＡＤＭ−１）の出
力信号、および、磁界検出手段−２（ＭＦＤ−２）の出
力信号と姿勢検出手段−２（ＡＤＭ−２）の出力信号
は、それぞれ検出信号処理手段ＳＰＭに入力され、図１
１および図１２の場合と同様な処理を受ける。

【００８０】（位置測定法に関する実施例４）図１５は
磁界発生源の２個の姿勢角に関する情報を利用すること
ができるために、独立な４個の磁界の大きさが必要な場
合の実施例である。この場合、図１２の構成の単位測定
手段ＵＭＭを用いればよい。勿論、図１１の構成の単位
測定手段ＵＭＭを用いても支障はない。

【００８１】（位置測定法に関する実施例５）図１６
は、相互の位置および姿勢が既知である２個の磁界発生
源を用いて磁界検出手段の位置を測定する場合の測定方
法を実施するための構成である。磁界発生源−１（ＭＦ
Ｓ−１）と磁界発生源−２（ＭＦＳ−２）は、（１）周
波数が異なる磁界を発生する、（２）異なる符号でコー
ディングされた磁界を発生する、（３）異なる時間に磁
界を発生する、などの方法により、それぞれの磁界発生
源が発生する磁界を識別することができるような仕方で
交流磁界を発生する、磁界検出手段ＭＦＤ−１，ＭＦＤ
−２，ＭＦＤ−３は互いに直交する異なる３方向の磁界
強度を実質的に同一の地点で検出する３軸磁気センサを
構成する。

【００８２】（位置測定法に関する実施例６）図１７
は、相互の位置および姿勢が既知である２個の磁界発生
源を用いて磁界検出手段の位置を測定する場合の測定法
の別の構成である。本実施例では磁界強度を測定する部
分と、位置を計算する部分を空間的に離れた場所に置い
ている。

【００８３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、磁界や電界などを媒介として物理量の測定を行う
場合の雑音の除去に広く適用可能であり、地下埋設電力
線などのように、測定に影響を与える雑音電流が近くに
ある場合にも、精度の高い位置測定が可能となり、水平
ドリリング等を磁気的雑音が多い都市部で行う場合に掘
削位置の測定を行うことが可能となるため、実用的効果
は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法に用いる信号ベクトルと雑音ベクト
ルが存在するときの成分比を求める処理手順を説明する
ためのブロック図である。

【図２】本発明方法に用いる信号ベクトルと雑音ベクト
ルが存在するときの成分比を求める処理手順を説明する
ためのブロック図である。

【図３】本発明方法において雑音のみが存在するときに
成分比を求めておく手順を説明するためのブロック図で
ある。

【図４】本発明方法において、信号成分が存在しない周
波数帯で雑音を検出して成分比を求める手順を説明する
ためのブロック図である。

【図５】本発明による雑音除去機能を有する位置測定方
法を実施するための構成例を示すブロック図である。

【図６】本発明に用いる参照信号発生手段の１例を示す
ブロック図である。

【図７】本発明に用いる参照信号発生手段の他の例を示
すブロック図である。

【図８】本発明に藻位置いる同期検波手段の構成例を示
すブロック図である。

【図９】本発明による雑音除去機能を有する位置測定方
法を実施するための他の構成例を示すブロック図であ
る。

【図１０】本発明による雑音除去機能を有する位置測定
方法を実施するための他の構成例を示すブロック図であ
る。

【図１１】図１０に示す本発明による雑音除去機能を有
する位置測定方法で使用する単位測定手段の１構成例を
示すブロック図である。

【図１２】図１０に示す本発明による雑音除去機能を有
する位置測定方法で使用する単位測定手段の他の構成例
を示すブロック図である。

【図１３】本発明による雑音除去機能を有する位置測定
方法を実施するためのさらに他の構成例を示すブロック
図である。

【図１４】図１０又は図１３の構成例で使用する単位測
定手段の構成例を示すブロック図である。

【図１５】本発明による雑音除去機能を有する位置測定
方法を実施するためのさらに他の構成例を示すブロック
図である。

【図１６】本発明により磁界検知手段の位置を測定する
ための構成例を示すブロック図である。

【図１７】本発明により磁界検知手段の位置を測定する
ための他の構成例を示すブロック図である。

【図１８】従来の生体磁気の測定における雑音除去方法
を説明するための略図である。

【符号の説明】

ＰＱＭ−１〜ＰＱＭ−Ｍ 測定対象物理量１〜Ｍ ＱＤＭ−１〜ＱＤＭ−Ｍ 検出手段１〜Ｍ ＲＭＰ 成分比測定手順 ＮＣＲ 成分比 ＰＲＤ−０〜ＰＲＤ−Ｍ 乗算手段０〜Ｍ ＡＤＤ 加算手段 ＷＥＴ 波形整形手段 ＲＥＦ 参照信号 ＡＶＲ−３〜ＡＶＲ−Ｍ 平均化手段−３〜Ｍ ＳＩＧ−３〜ＳＩＧ−Ｍ 信号−３〜Ｍ ＢＰＦ−１，ＢＰＦ−２ 帯域フィルタ１，２ ＭＦＳ−１〜ＭＦＳ−ｎ 磁界発生源１〜ｎ ＭＦＤ−１〜ＭＦＤ−ｍ 磁界検出手段１〜ｍ ＰＱＳ−１〜ＰＱＳ−ｍ 測定量−１〜ｍ ＲＳＧ 参照信号発生手段 ＰＬＤ−１〜ＰＬＤ−ｍ 同期検波手段−１〜ｍ ＰＣＭ 位置計算手段 ＲＭＭ 成分比測定手段 ＬＰＦ 低域フィルタ ＩＴＧ 積分器 ＦＲＭ フレーム ＮＦＳ 雑音磁界発生源 ＳＲＸ 信号受信手段 ＰＭＭ 信号測定手段 ＡＤＭ 姿勢検出手段 ＵＭＭ−１〜ＵＭＭ−３ 単位測定手段−１〜３ ＵＭＰ−１〜ＵＭＰ−２ 単位測定手段対１〜２ ＳＰＭ 検出信号処理手段 ＳＴＸ 信号送出手段

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Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 大きさを測定すべき信号成分と雑音成分
   が線形に重畳している少なくとも２個の測定対象物理量
   のそれぞれを、該測定対象物理量を感知してその大きさ
   に比例する信号を出力する検出手段により検出して得た
   測定量の内の第１の測定量と第２の測定量のそれぞれの
   信号成分が同一の時間変化をし、該第１の測定量と第２
   の測定量のそれぞれの雑音成分が同一の時間変化をする
   ときに、 該第２の測定量中の雑音成分の大きさに対する該第１の
   測定量中の雑音成分の大きさの比である雑音成分比を、
   該第２の測定量に乗じたものを該第１の測定量から差し
   引いたものを参照信号として、 目的の測定対象物理量の測定量を同期検波して、該測定
   対象物理量中の信号成分の大きさを測定することを特徴
   とする信号測定方法。
2. 【請求項２】 前記測定対象物理量を空間的に異なる２
   箇所以上の場所で検出して前記測定量を得ることを特徴
   とする請求項１に記載の信号測定方法。
3. 【請求項３】 前記測定対象物理量がベクトル量の１個
   以上の成分であり、該測定対象物理量が信号ベクトルと
   雑音ベクトルとの和により構成され、 該信号ベクトルが該信号ベクトルの方向を与える単位ベ
   クトルの、該信号ベクトルの時間変化を与えるスカラ量
   倍として表され、 前記雑音ベクトルが該雑音ベクトルの方向を与える単位
   ベクトルの、前記信号ベクトルとは完全に同一でない雑
   音ベクトルの時間変化を与えるスカラ量倍として表さ
   れ、かつ、 前記信号ベクトルの方向と前記雑音ベクトルの方向とが
   平行でないときに、 前記測定対象物理量を感知してその成分の大きさに比例
   する信号を出力する検出手段により、必ずしも同一の空
   間的な位置で測定されたものではない該測定対象物理量
   の空間的に直交する２個以上の成分の大きさに比例する
   測定量を得て、 第１の課程では、雑音ベクトルの方向を与える単位ベク
   トルの第１の成分の大きさで該第２の成分の大きさを割
   った量である雑音成分比を前記測定対象物理量の第１の
   成分に関する測定量に乗じて該測定対象物理量の第２の
   成分に関する測定量から差し引くことにより、前記信号
   ベクトルの時間変化をするスカラ量に比例する参照信号
   を得て、 第２の課程では、該参照信号を測定対象物理量の検出対
   象である測定量に乗じたものを平均することにより、該
   参照信号の振幅を基に該測定対象物理量の検出対象成分
   中の信号成分の大きさを知ることを特徴とする請求項１
   又は２に記載の信号測定方法。
4. 【請求項４】 前記信号ベクトルの時間変化を与えるス
   カラ量が周期的信号であることを特徴とする請求項１か
   ら３までのいずれかに記載の信号測定方法。
5. 【請求項５】 前記信号成分が振幅変調あるいは周波数
   変調あるいは位相変調を施された信号であることを特徴
   とする請求項１から３までのいずれかに記載の信号測定
   方法。
6. 【請求項６】 前記参照信号の平均レベルを閾値とし、
   該参照信号の信号レベルが該閾値より高い場合には所定
   大きさの正値を与え、閾値より低い場合には同一の大き
   さの負値を与えるか、又は信号を十分に増幅して所定の
   正値および同じ大きさの負値で切りつめるかにより、 該参照信号を矩形波化したものを改めて矩形波化参照信
   号として該矩形波化参照信号を測定対象物理量の検出対
   象である測定量に乗じたものを平均することにより、該
   矩形波化参照信号の振幅を基に該測定対象物理量の検出
   対象成分中の信号成分の大きさを知ることを特徴とする
   請求項１から３までのいずれかに記載の信号測定方法。
7. 【請求項７】 前記参照信号の信号ベクトルの時間変化
   が周期的であり、該矩形波化参照信号を予め定めた所定
   の長さの時間区間に分割し、各時間区間内で前記参照信
   号の周期が一定になるように該参照信号の周期を調整す
   ることを特徴とする請求項６に記載の信号測定方法。
8. 【請求項８】 前記参照信号の信号ベクトルの時間変化
   が周期であり、該矩形波化参照信号の各周期を同周期を
   含む予め定めた所定の個数の周期の平均とするように該
   参照信号の周期を調整することを特徴とする請求項６に
   記載の信号測定方法。
9. 【請求項９】 該雑音成分比を信号成分が無いときの測
   定対象物理量から求めておくことを特徴とする請求項１
   から６までのいずれかに記載の信号測定方法。
10. 【請求項１０】 該信号成分の時間変化を与えるスカラ
    量の周波数成分が十分に低レベルである周波数領域に、
    該雑音成分の時間変化を与えるスカラ量が周波数成分を
    有するときに、前記周波数領域における測定対象物理量
    の成分比により該雑音成分比を求めることを特徴とする
    請求項１から８までのいずれかに記載の信号測定方法。
11. 【請求項１１】 前記周波数帯域が予め固定されている
    ことを特徴とする請求項１０に記載の信号測定方法。
12. 【請求項１２】 前記周波数帯域が可変であることを特
    徴とする請求項１０に記載の信号測定方法。
13. 【請求項１３】 前記周波数帯域を雑音成分が最大にな
    るように動的に選択する機能を有することを特徴とする
    請求項１０記載の信号測定方法。
14. 【請求項１４】 該測定対象物理量が磁界あるいは磁束
    密度であることを特徴とする請求項１から１３までのい
    ずれかに記載の信号測定方法。
15. 【請求項１５】 少なくとも１個の磁界発生源により人
    為的に発生した交流磁界を少なくとも１個の磁界検出手
    段で検知して、検知した磁界の大きさおよび磁界検出手
    段の位置の少なくとも一方を変えたときの該大きさの変
    化から磁界発生源の位置あるいは磁界検出手段の位置を
    算出あるいは探知する位置測定のために、 信号成分に対する雑音成分の大きさの比が異なる複数の
    磁界成分を検知するように該磁界検出手段を配置し、該
    磁界検出手段で検知した測定量に対して請求項１から１
    ４のいずれかに記載の信号測定方法を適用することによ
    り雑音除去機能を有せしめたことを特徴とする雑音除去
    機能を有する位置測定方法。
16. 【請求項１６】 該磁界発生源が１個であり、前記複数
    の磁界検出手段を各磁界検出手段の相対的な位置と姿勢
    を変えずに移動することができ、かつ、空間的に直交す
    る複数の方向の磁界を検知することができるようにフレ
    ームに固定し、 該フレームを移動しながら、該フレームに固定された磁
    界検出手段で該磁界発生源が発生する交流磁界の大きさ
    および該大きさの変化を検知して、前記磁界発生源の位
    置を探知することを特徴とする請求項１５に記載の雑音
    除去機能を有する位置測定方法。
17. 【請求項１７】 該磁界発生源が１個であり、 少なくとも相異なる２個の地点のそれぞれに３個以下ず
    つ少なくとも６個の磁界検出手段を配置し、かつ、各地
    点に配置された磁界検出手段が検出する磁界の方向がベ
    クトル的に互いに１次独立であるように配置し、 前記磁界発生源が発生する磁界を該磁界検出手段で検知
    して、磁界検出手段の姿勢と磁界検出手段で検知した磁
    界の大きさから、該磁界発生源の位置と姿勢とを算出す
    ることを特徴とする請求項１５に記載の雑音除去機能を
    有する位置測定方法。
18. 【請求項１８】 該磁界発生源が１個であり、 少なくとも相異なる２個の地点のそれぞれに３個以下ず
    つ少なくとも４個の磁界検出手段を配置し、かつ、各地
    点に配置された磁界検出手段が検出する磁界の方向がベ
    クトル的に互いに１次独立であるように配置し、 該磁界発生源が発生する磁界を該磁界検出手段で検知し
    て、前記磁界検出手段の姿勢と該磁界検出手段で検知し
    た磁界の大きさおよび磁界発生源の姿勢から、該磁界発
    生源の位置を算出することを特徴とする請求項１５に記
    載の雑音除去機能を有する位置測定方法。
19. 【請求項１９】該磁界発生源が非開削工法で用いられる
    掘削ヘッド内あるいは掘削ヘッドの近傍に設置されてい
    るものであり、同磁界発生源の位置を測定することを特
    徴とする請求項１６，１７又は１８に記載の雑音除去機
    能を有する位置測定方法。
20. 【請求項２０】 相互の位置関係および姿勢関係の少な
    くとも一方が既知である該磁界発生源が２個以上あり、 ベクトル的に１次独立である３方向の磁界を検知するた
    めの少なくとも３個の磁界検出手段で前記磁界発生源発
    生源が発生する磁界を検知して、該磁界検出手段の姿勢
    と該磁界検出手段で検知した磁界の大きさおよび前記磁
    界発生源の位置から、該磁界検出手段の位置を算出する
    ことを特徴とする請求項１５に記載の雑音除去機能を有
    する位置測定方法。
21. 【請求項２１】 異なる時間に交流磁界を発生するかあ
    るいは周波数が異なる交流磁界を発生することにより、
    互いに識別可能な交流磁界を発生することができ、か
    つ、相互の位置関係あるいは姿勢関係の少なくとも一方
    が既知である該磁界発生源が２個以上あり、各磁界発生
    源が発生する交流磁界を個々に識別できるような仕方で
    各磁界発生源により交流磁界を発生させ、 ベクトル的に１次独立な３方向の磁界を検知するための
    少なくとも３個の磁界検出手段で、個々の磁界発生源が
    発生する磁界を検知して、該磁界検出手段で検知した磁
    界の大きさおよび磁界発生源の位置から、磁界検出手段
    の位置を検出することを特徴とする請求項１５に記載の
    雑音除去機能を有する位置測定方法。
22. 【請求項２２】 前記磁界検出手段が非開削工法で用い
    られる掘削ヘッド内あるいは掘削ヘッドの近傍に設置さ
    れているものであり、該磁界発生源の位置を測定するこ
    とを特徴とする請求項２０又は２１に記載の雑音除去機
    能を有する位置測定方法。