JP2007155388A - 移動体位置等推定検出方法、装置及び移動体位置等推定検出方法のプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】設置位置が異なる第1磁気検知器1、第2磁気検知器2が、移動体に係る磁界を磁気信号として直交3軸方向の成分毎に同時に受信して得られた時系列の磁気データに基づいて、位置等推定検出器6が、ある軸方向について定めた複数の仮の値に対し、磁気データが各仮の値を含めた理論式を満たすようなパラメータの値を、最小自乗法によりそれぞれ決定する工程と、決定したそれぞれのパラメータの値に基づいて、ある時刻における移動体の設定上の位置を虚像として算出する工程と、検知手段毎の虚像について近似直線を算出する工程と、近似直線の交点の位置又は近似直線同士が最も接近する点に基づく位置を、ある時刻における移動体の真の位置として推定検出する工程とを有する。
【選択図】図1
Description
図1は本発明の第1の実施の形態に係る移動体位置等検出装置の構成ブロック図である。図1において、第1磁気検知器(磁気センサ)1及び第2磁気検知器2は磁界強度を信号として検知(受信)し、電気信号(以下、磁界信号という)に変換する(場合によっては、検知した他の電気的物理量に基づく信号に基づいて磁界強度を算出した電気信号を磁界信号とすることもある。また、光信号に変換した後に磁界信号に変換する場合もある)。ここで、第1磁気検知器1及び第2磁気検知器2は、各々直交する3つの検知手段を有する検知器又は3軸センサとなる検知器であり、直交(相対)座標系の3軸方向での検知ができるものとする。ここで、第1磁気検知器1及び第2磁気検知器2の座標系においてそれぞれの軸方向は同じであるとする(少なくとも他方の座標系に変換可能であればよい)。A/D変換器3、4は、例えばサンプリング等の処理を施して、第1磁気検知器1、第2磁気検知器2が検知した磁界信号をそれぞれデジタル信号に変換する。
/(X2 +Y2 +Z2 )5/2 …(1)
Hy ={3XYMmx+(2Y2 −Z2 −X2 )Mmy+3YZMmz}
/(X2 +Y2 +Z2 )5/2 …(2)
Hz ={3XZMmx+3YZMmy+(2Z2 −Y2 −X2 )Mmz}
/(X2 +Y2 +Z2 )5/2 …(3)
ここで、Mmx,Mmy,Mmzは次式(4)〜(6)となる。
Mmx=Mm ・sinθ・cosφ …(4)
Mmy=Mm ・sinθ・sinφ …(5)
Mmz=Mm ・cosθ …(6)
また、X,Y,Zについては、次式(7)〜(9)となる。
X=X0 +Vcosα・t …(7)
Y=Y0 +Vsinα・t …(8)
Z=Z0 …(9)
Mm :移動体の磁気モーメント
θ :磁気モーメントの方向と磁気検出器のz軸方向とのなす角
φ :磁気モーメントの方向と磁気検出器のx軸方向とのなす角
t :時間
V :移動体速度
α :電界検知器1と移動体の移動方向とのなす角
X0 ,Y0 ,Z0 :移動体の基準位置
である。本実施の形態では、移動体と装置との再接近位置が基準位置(t=0のときの位置)となるようにする。
Pm tPm =Pmx t Pmx+Pmy t Pmy+Pmz t Pmz …(12)
Pm trm =Pmx t rmx+Pmy t rmy+Pmz t rmz …(13)
Pmx:x軸方向の磁界信号の各パラメータの一階微分からなる行列
Pmy:y軸方向の磁界信号の各パラメータの一階微分からなる行列
Pmz:z軸方向の磁界信号の各パラメータの一階微分からなる行列
rm :残差の自乗和
Δam :パラメータの修正値
である。
上述の実施の形態では、磁界信号の3軸成分(HX ,HY ,HZ )を(1)〜(3)式からなるダイポール磁気モーメントに基づく理論式で表したが、これに限定するものではない。例えば、位置等を推定検出しようとする移動体がなす形状(例えば回転楕円体等)を想定し、その形状に基づいて移動体から発せられる磁気信号の理論式を設定するようにしてもよい。これにより、所望の移動体の位置の推定精度を高めることができる。また、位置だけでなく、その速度、大きさ、種類等もより確実に推定することができる。
上述の実施の形態では、磁気モーメント数が1である場合について演算を行ったが、これに限定するものではない。例えば、移動体に磁気モーメントが複数存在するものとして位置の推定等を行うことができる。この場合、磁気モーメントの間隔dをパラメータとして(10)式に含めた上で、位置等推定検出器6は上述の演算を行って、それぞれのZ0 の値に対する各パラメータの値を推定演算を行うようにする。
上述の実施の形態では、2つの磁気検知器を用いて位置等の推定検出を行ったが、これに限定するものではなく、例えば3つ以上の磁気検知器を用いて得られる磁気信号に基づいた演算、推定検出を行うようにしてもよい。
2 第2磁気検知器
3、4 A/D変換器
5 データ収集器
5A データ処理部
5B データ記録部
6 位置等推定検出器
7 接近検知器
8 移動検知器
Claims (12)
- 設置位置が異なる2以上の検知手段が、移動体に係る磁界を磁気信号として直交3軸方向の成分毎に同時に受信して得られた時系列の磁気データに基づいて、推定検出手段が、ある軸方向について定めた複数の仮の値に対し、前記磁気データが前記各仮の値を含めた理論式を満たすようなパラメータの値を、残差を用いた最小自乗法によりそれぞれ決定する工程と、
決定したそれぞれの前記パラメータの値に基づいて、ある時刻における前記移動体の設定上の位置を虚像として算出する工程と、
前記検知手段毎の前記虚像について近似直線を算出する工程と、
前記近似直線の交点の位置又は前記近似直線同士が最も接近する点に基づく位置を、前記ある時刻における前記移動体の真の位置として推定検出する工程と
を有することを特徴とする移動体位置等推定検出方法。 - 前記最小自乗法にはガウス・ニュートン法を適用することを特徴とする請求項1記載の移動体位置等推定検出方法。
- 前記移動体の速度及び/又は前記磁気信号の受信位置と最接近する位置をさらに推定検出することを特徴とする請求項1又は2記載の移動体位置等推定検出方法。
- 前記磁界の強度又は前記パラメータの値に基づいて前記移動体又はその種別を判断することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の移動体位置等推定検出方法。
- 移動体に係る磁界を磁気信号として直交3軸方向の各成分で検知する、設置場所が異なる2以上の検知手段と、
当該各検知手段がそれぞれ同時に検知した信号を磁気データとして記録するデータ記録手段と、
ある軸方向について定めた複数の仮の値に対し、前記磁気データが前記各仮の値を含めた理論式を満足するようなパラメータの値を、残差を用いた最小自乗法によりそれぞれ決定し、決定したそれぞれの前記パラメータの値に基づいて、ある時刻における前記移動体の設定上の位置を虚像として算出し、前記虚像について算出した前記検知手段毎の近似直線の交点の位置又は前記近似直線同士が最も接近する点に基づく位置を、前記ある時刻における前記移動体の真の位置として推定検出する推定検出手段と
を備えることを特徴とする移動体位置等推定検出装置。 - 前記推定検出手段は、前記パラメータの値に基づいて前記移動体の速度及び/又は前記移動体と前記複数の検知手段との最接近位置をさらに推定検出することを特徴とする請求項5記載の移動体位置等推定検出装置。
- 前記推定検出手段は、前記磁界の強度又は前記パラメータの値に基づいて、前記移動体又はその種別を判断することを特徴とする請求項5又は6記載の移動体位置等推定検出装置。
- 海面又は海水中を航走する航走体を前記移動体とすることを特徴とする請求項5〜7のいずれかに記載の移動体位置等推定検出装置。
- 設置位置が異なる2以上の検知手段が、移動体に係る磁界を磁気信号として直交3軸方向の成分毎に同時に受信して得られた時系列の磁気データに基づいて、ある軸方向について定めた複数の仮の値に対し、前記磁気データが前記各仮の値を含めた理論式を満たすようなパラメータの値を、残差を用いた最小自乗法によりそれぞれ決定する工程と、
決定したそれぞれの前記パラメータの値に基づいて、ある時刻における前記移動体の設定上の位置を虚像として算出する工程と、
前記検知手段毎の前記虚像について近似直線を算出する工程と、
前記近似直線の交点の位置又は前記近似直線同士が最も接近する点に基づく位置を、前記ある時刻における前記移動体の真の位置として推定検出する工程と
をコンピュータに行わせることを特徴とする移動体位置等推定検出方法のプログラム。 - 前記最小自乗法としてガウス・ニュートン法をコンピュータに行わせることを特徴とする請求項9記載の移動体位置等推定検出方法のプログラム。
- 前記移動体の速度及び/又は前記磁気信号の受信位置と最接近する位置の推定検出をさらにコンピュータに行わせることを特徴とする請求項9又は10記載の移動体位置等推定検出方法のプログラム。
- 前記磁界の強度又は前記パラメータの値に基づいて前記移動体又はその種別の判断をさらにコンピュータに行わせることを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載の移動体位置等推定検出方法のプログラム。
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