JP2018155765A - 自立型水中航行機の地図作成探査のための磁気データの補償 - Google Patents

Abstract

【課題】自立型水中航行機の地図作成探査中に収集されるような磁気データの補償のためのシステムおよび方法を提供する。【解決手段】物理的な較正手順および数学的なデータ処理の両方を含む。この較正手順は、全ての探査の前に実行してもよいため、各ローンチの間に機器を増やしたり減らしたりしても最終結果に影響を及ぼさない。これらの補正項を生磁気データに適用すると探査対象エリアにおける地下地質に対する非常に有用な磁気地図が作成される。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、一般的には磁気データの補償、具体的には、自立型水中航行機の地図作成探査中に収集されるような磁気データの補償のためのシステムおよび方法に関する。

磁気探査は、陸上型鉱物調査において十分確立されている。磁気データは、対象となる地形における地質の地図を作成したり、変更が加えられた領域、鉱物資源、層面傾向、断層網を特定したりするために日常的に使用されている。典型的には、この探査は航空機から行われ、対象となる地形における地質の地図を作成したり、土を被った対象エリアにおける地底までの深さを推定したり、変更が加えられた区域、鉱物資源、層面傾向、断層網を特定するために使用される。海洋型探査、特に、海底探査では、磁気探査が特化された用途において行われている。これらの用途は、主に、高分解能磁気マッピングおよび自動型水中航行機（ＡＵＶ：Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ）が要求される。ＡＵＶは、これらの探査にとって良好なプラットフォームである。なぜならこれらは、対象物の近くまで航進できるからである。軍事的な用途において、ＡＵＶは、海軍が行う機雷掃討、機雷探索および不発弾に関する用途で使用される。右を参照のこと。参照によりそれぞれが全体に組み込まれる、非特許文献１および非特許文献２を参照されたい。

商用遠隔操作無人航行機（ＲＯＶ：Ｒｅｍｏｔｅｌｙ Ｏｐｅｒａｔｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ）およびＡＵＶ磁気探査はまた、海底パイプラインおよびケーブル検査のために使用される。熱水噴出孔および海嶺のエリアにおけるＡＵＶを使用した研究探査では、磁気データを利用して、海底下の熱水系の特性および地質を解釈してきた。参照によりそれぞれが全体に組み込まれる、非特許文献３および非特許文献４を参照されたい。

しかしながら、典型的には、磁気データは、これらの航行機が鉱物調査のために使用されていても、通常のＡＵＶおよびＲＯＶオペレーション中は収集されない。考えられる理由が多数存在する。

海洋鉱物調査を行うチームは、典型的には、水路測量者および地質学者であり、普通、磁気データ処理および解釈に詳しい鉱物調査の地球物理学者ではない。同様に、磁気計は、ギアＦＯＢファクトリ（ＦＯＢ ｆａｃｔｏｒｙ）の部材の一つとして販売されているので、磁気計を動作させ、データを収集・処理・解釈するために必要なトレーニングは、他の場所で得る必要がある。その結果、磁気計の使用を伴う探査は、典型的には、探査クルーに加えて、専門家が必要となる。さらに、磁気計のｘｙｚの位置および姿勢を有する探査情報は、通常、別途収集され、処理する前に磁気計の生データと統合する必要がある。

しかしながら、ＡＵＶの地図作成探査中に磁気データを収集しない最大の理由は、恐らく、ＡＵＶにより生成された磁場が生磁気データの地図中の地質情報を不明瞭にしてしまうことである。航行機により生成された磁場は、極めて大きく、不完全なもので、恐らく、局地的地質環境により発生した周囲の磁場を圧倒し、姿勢および進行方向に依存している。陽子歳差またはオーバーハウザー効果磁力計は、ＡＵＶの本体内に存在する高磁場勾配内では、容易に作動しない。ＡＵＶを消磁することが、航行機の静的磁場を取り除く一つの方法であるが、困難であり、かつ最終的に摩耗してしまうこととなる。これらの磁場の影響を弱める他の解決手段は、磁気計を曳航体や長い棒など特別の装着装置を使ってＡＵＶから離して装着することである。しかしながら、これは、オペレーションがより複雑化し、航行機の安全性に対する危険性を伴うという犠牲をもたらす。

もう一つの解決手段は、磁気計をＡＵＶ内に装着し、姿勢および進行方向依存効果を補償することである。このために、地面の磁場におけるＡＵＶの姿勢を補うだけではなく、航行機の推進および制御回路に流入する電流の強さに関係する二次的影響をも補償することが必要になる。

しかしながら、専門的な商業・軍事・学術探査中以外では、磁気データは普通、地質的地図作成および水路測量探索オペレーションを行う自立型水中航行機（ＡＵＶ）および遠隔操作無人航行機（ＲＯＶ）上では収集されない。

これに対する一つの理由は、局地的地質により生成された磁場は、磁気計がＡＵＶの近くまたは内部に装着された場合、しばしば、航行機の進行方向および姿勢依存性磁場により圧倒されることである。磁気計は、曳航体またはポール取り付け金具など特別な装着装置により、ＡＵＶから離して装着できるが、オペレーションがより複雑化し、航行機の安全性に対する危険性という犠牲を伴う。ＡＵＶの本体の内部に装着された磁気計から有効なデータを生成するには、地面の磁場内のＡＵＶの姿勢を補償するだけではなく、航行機の推進および航行機の制御回路に流入する電流の強さに関係する二次的影響をも補償することが必要になる。

磁気補償に対処するための従来の装置および方法は限定されている。例えば、マイルズ（Ｍｉｌｅｓ）らの特許文献１には、磁気計および磁気補償磁気計を、ＵＡＶの航空電子システムおよび推進システムから最短距離に保持および維持するように適用された延長された胴体を備える、地上または海上における低高度での地球物理学上の探査のために航空磁気データを取得するための、無人航空機（ＵＡＶ：ｕｎ−ｍａｎｎｅｄ ａｉｒｂｏｒｎｅ ｖｅｈｉｃｌｅ）が開示されている。磁気計は、磁気異常を測定し、磁気補償磁気計は、ＵＡＶのピッチ、ヨー、ロールに対応する磁気応答を測定する。データ取得システムは、磁気異常測定値から磁気応答測定値を記憶および除去する。データ取得システムはまた、探査用航進計画を記憶し、同計画を航空電子システムに送信する。ＵＡＶの発電機はシールドされ、推進システムを安定化させ、磁気計のオペレーションに干渉し得る磁気ノイズおよび振動ノイズを削減する。マイルズは、例えば補正項を算出する前に、データを地理的基準系に配置する必要がなく、可変スラスタモータ電流のための補正装置を備える、自立型水中航行機の地図作成探査中に収集されたような磁気データの補償のためのシステムおよび方法は開示していない。マイルズは、参照によりその全体が組み込まれている。

Ｇｉｏｒｉらの特許文献２は、第１の対象、海底近くで重量測定および磁場勾配の取得のために装備された自立型水中航行機であって、重量測定磁気傾度計および磁気傾度計を備えることを特徴とする、水中航行機を開示している。特に、前記自立装備水中航行機では、３０００メートルまでもの水中調査が可能である。Ｇｉｏｒｉは、例えば、補正項を算出する前に、データを地理的基準系に配置する必要がなく、可変スラスタモータ電流のための補正装置を備える、自立型水中航行機の地図作成探査中に収集されるような磁気データの補償のためのシステムおよび方法は開示していない。ギオリ（Ｇｉｏｒｉ）は、参照によりその全体が組み込まれている。

マホニー（Ｍａｈｏｎｅｙ）の特許文献３は、磁場強度を記録するため広範囲に渡る海洋エリアに配置できる、費用対効果が高い小型の磁気計を開示している。各磁気計は、磁界特性スイープシステムの磁場強度を検出し、代表的なデータ信号を提供する磁気計センサを上端に含むキャニスタを有する。各磁気計はまた、収集された磁気強度データのオペレーション後の評価を補助するため、磁気計の向きならびに温度および深さを代表するデータを収集するセンサを有する。センサに接続されたコンピュータプロセッサは、データ信号の受信を制御し、同信号をメモリ装置に記憶する。キャニスタの下端部のバッテリは、センサ、プロセッサ、およびメモリに対して電力を供給する。アンカ解放機構により、アンカがキャニスタから離され、その結果、アンカは、元に戻るため表面に向かって浮かぶことができ、またはアンカは、ＵＨＦ送受信機を介してデータを送信できる。マホーニは、例えば補正項を算出する前にデータを地理的基準系に配置する必要がなく、可変スラスタモータ電流のための補正装置を備える、自立型水中航行機の地図作成探査中に収集されるような磁気データの補償のためのシステムおよび方法は開示していない。マホーニは、参照によりその全体が組み込まれている。

ダニエルズ（Ｄａｎｉｅｌｓ）の特許文献４には、牽引型アレイ式磁気計システムに使用することができるロール独立型磁気計が開示され、同システムは、角度磁束感度をロール軸を中心に有する第１の磁場センサと、該ロール軸に沿って感度を有する第２の磁場センサとを備え、ロール軸に沿った磁場の成分は第２の非指向性センサにより測定され、該ロール軸の側方の該磁場の成分は、該第１のセンサにより測定される構成である。センサの傾きおよび地球の磁場の傾斜角度に対して補正を加えてもよい。傾斜角度は、曳航体の牽引船で測定されてもよく、または、表形式で検索可能な形式で提供可能である。ダニエルズは、例えば補正項を算出する前にデータを地理的基準系に配置する必要がなく、可変スラスタモータ電流のための補正装置を備える、自立型水中航行機の地図作成探査中に収集されるような磁気データの補償のためのシステムおよび方法は開示していない。ダニエルズは、参照によりその全体が組み込まれている。

ボール（Ｂａｌｌ）の特許文献５には、各々の三つの直交する感度軸に対して等しい距離で配置された平面に、単一の較正検査コイルを有する３軸式磁気計が開示される。較正された磁気計は、既知の較正条件下である間に、較正検査コイルを既知の電流で励磁すると、各々三つの軸に対する読み取り値を得ることができ、これらの読み取り値は、較正検査と磁気計の感度とを、磁気計が遠隔操作環境に配置された場合の、コイルの同様な励磁で比較するための基準となる。ボールは例えば、補正項を算出する前に、データを地理的基準系に配置する必要がなく、可変スラスタモータ電流のための補正装置を備える、自立型水中航行機の地図作成探査中に収集されるような磁気データの補償のためのシステムおよび方法は開示していない。ボールは、参照によりその全体が組み込まれている。

追加の背景技術と、コンテキストとを提供し、米国特許法第１１２条に記載の必須条件をさらに満たすため、以下の引用が参照によりその全体が援用される。サープカ（Ｃｉｒｐｋａ）の特許文献６、シェン（Ｓｈｅｎｇ）の特許文献７、ダイアー（Ｄｙｅｒ）の特許文献８米国、ヘッセ（Ｈｅｓｓｅ）の特許文献９、バーリンガー（Ｂａｒｒｉｎｇｅｒ）の特許文献１０、チェチェリーニ（Ｃｅｃｃｈｅｒｉｎｉ）の特許文献１１、およびコヴァルチック（Ｋｏｗａｌｃｚｙｋ）の特許文献１２。

よって、航行機関係の分野のために、磁気データを補償するシステムおよび方法に対する長年感じられた必要性が存在する。本方法は、物理的な較正手順および数学的なデータ処理の両方を含む。この較正手順は、全ての探査の前に実行してもよいため、各ローンチの間に機器を増やしたり減らしたりしても最終結果に影響を及ぼさない。これらの補正項を生磁気データに適用すると探査対象エリアにおける地下地質に対する非常に有用な磁気地図が作成されることを示す、海底熱水噴出の分野におけるケーススタディから導かれた実験結果が開示されている。

米国特許出願公開第２００８／０１２５９２０号明細書 米国特許出願公開第２０１４／０１５２４５５号明細書 米国特許第８，３７８，６７１号明細書 米国特許第４，９９５，１６５号明細書 米国特許第４，１０９，１９９号明細書 米国特許出願公開第２０１４／０１６５８９８号明細書 国際公開第２０１２／０６８３６２号 米国特許出願公開第２０１１／００１００９５号明細書 米国特許出願公開第２０１３／０２３９８６９号明細書 米国特許第６，７６５，３８３号明細書 国際公開第１９９９／０５０６１９号 米国特許第８，１４８，９９２号明細書

Ｓｕｌｚｂｅｒｇｅｒ、Ｈｕｎｔｉｎｇ Ｓｅａ Ｍｉｎｅｓ ｗｉｔｈ ＵＵＶ−Ｂａｓｅｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｓｅｎｓｏｒｓ、ＯＣＥＡＮＳ ２００９、ＭＴＳ／ＩＥＥＥ Ｂｉｌｏｘｉ、ｐｐ．１〜５ Ｐｅｉ、ＵＸＯ Ｓｕｒｖｅｙ ｕｓｉｎｇ Ｖｅｃｔｏｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｇｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ ｏｎ Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＯＣＥＡＮＳ ２００９、ＭＴＳ／ＩＥＥＥ Ｂｉｌｏｘｉ、ｐｐ．１〜８ Ｔｉｖｅｙ、Ｔｈｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｉｇｎａｔｕｒｅ ｏｆ Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｉｎ Ｓｌｏｗ Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ、ｉｎ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｏｎ Ｓｌｏｗ Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ Ｏｃｅａｎ Ｒｉｄｇｅｓ、Ｇｅｏｐｈｙｓ．Ｍｏｎｏｇｒ Ｓｅｒ．、ｖｏｌ．１８８、ｅｄｉｔｅｄ ｂｙ Ｐ．Ａ．Ｒｏｎａ ｅｔ ａｌ．、４４０ｐｐ．、ＡＧＵ、Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ、ＤＣ、ｄｏｉ：１０．１０２９／２００８ＧＭ０００７７３、２０１０ Ｈｏｎｓｈｏ、Ｄｅｅｐ−ｓｅａ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｖｅｃｔｏｒ ａｎｏｍａｌｉｅｓ ｏｖｅｒ ｔｈｅ Ｈａｋｕｒｅｉ ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ｆｉｅｌｄ ａｎｄ ｔｈｅ Ｂａｙｏｎｎａｉｓｅ ｋｎｏｌｌ ｃａｌｄｅｒａ、 Ｉｚｕ−Ｏｇａｓａｗａｒａ ａｒｃ、Ｊａｐａｎ、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ：Ｓｏｌｉｄ Ｅａｒｔｈ、ｖ．１１８、ｄｏｉ：１０．１００２／ｊｇｒｂ．５０３８２、２０１３

本発明の一実施形態において、補償項を算出するために、物理的な較正ルーチンおよび数学的データ処理の両方が実行される。各探査の前に、短い較正操作を航進させると、生磁気データに対する補正項の算出が可能になる。較正操作は、正方形一つあたり４つの較正用区間を有する二つの連続する、同時に発生した正方形から成る。これらの正方形は、反対方向に航進され、また、正方形の辺が主探査およびタイラインと平行に位置合わせされる。ＡＵＶは、典型的には名目探査高度で地形追従（定高度）モードにおいて航進されるが、各区間中、ＡＵＶの航進にピッチを誘発するため変更される。航行機は、ＡＵＶの航進においてロールを誘発する様式で航進してもよい。補正項は、その後、較正磁場データから算出される。追加データ情報は、そのときのＡＵＶの姿勢から抽出してもよい。なお、姿勢および航行機制御データは有用であるが、本方法には必須ではない。さらに進行方向は、地理的基準系内での航行機に対する基準であり、同様に、本方法に対して必要なパラメータではないことに留意されたい。これらの補正項を探査中に収集された生磁気データに適用すれば、探査対象エリアにおける地域的な地下地質を解釈するための非常に有益な磁気地図が作成される。

一実施形態において、磁気データ補償のための方法が開示され、同方法は、海中航行機に装着された少なくとも一つの磁気計を提供する工程と、海底からの第１の高度および第１の進行方向に海中航行機を操作する工程と、マイクロプロセッサが、前記磁気計からの第１のセットの生出力を受信する工程と、第１のセットの生磁気データを受信する工程と同時に、マイクロプロセッサが、海中航行機状態データおよび海中航行機パフォーマンスデータを受信する工程と、マイクロプロセッサが、前記海中航行機状態データ、前記海中航行機パフォーマンスデータ、前記第１のセットの生磁気データを処理し、磁気補償係数を生成する工程とを含む。

航行機状態データは、航行機ロール、航行機ピッチ、航行機ヨー、モータ電流、制御システム電流、制御平面位置、モータ状況、補助センサ状態および電流を含んでもよいが、それだけに限らない。

他の実施形態において、補償された磁気水中探査データを生成する方法が開示され、同方法は、海中航行機に装着された少なくとも一つの磁気計を提供する工程と、前記海中航行機を、海底からの第１の高度および第１の進行方向および、前記第１の進行方向から１８０度の進行方向の海底からの第２の高度で、操作する工程と、マイクロプロセッサが、前記磁気計からの第１のセットの生出力を受信する工程と、第１のセットの生磁気データを受信する工程と同時に、マイクロプロセッサが、海中航行機状態データおよび海中航行機パフォーマンスデータを受信する工程と、マイクロプロセッサが、海中航行機状態データ、海中航行機パフォーマンスデータ、第１のセットの生磁気データを処理して、磁気補償係数を生成する工程と、海中地図作成を実行し、かつ前記海中地図作成を実行しながら第２のセットの生磁気データ出力を磁気計から受信する工程と、マイクロプロセッサが、前記磁気補償係数を前記第２のセットの生磁気データに適用し、地球の測地学上の基準系を参照しない補償された磁気探査データを生成する工程とを含み、前記海中航行機パフォーマンスデータは、可変スラスタモータ電流を含み、前記海中航行機状態データは、海底の深さおよび海底からの高度を含む。

さらに他の実施形態において、補償された磁気水中探査データを生成するシステムが開示され、同システムは、海中航行機に装着するように構成された少なくとも一つの磁気計と、メモリと、前記メモリと通信するプロセッサであって、前記磁気計からの第１のセットの生出力を受信し、第１のセットの生磁気データを受信と同時に、海中航行機状態データおよび海中航行機パフォーマンスデータを受信し、海中航行機状態データ、海中航行機パフォーマンスデータ、第１のセットの生磁気データを処理し、磁気補償係数を生成し、海中地図作成を実行しながら、第２のセットの生磁気データ出力を磁気計から受信し、磁気補償係数を第２のセットの生磁気データに適用し、補償された磁気探査データを生成するように動作するプロセッサとを含み、海中航行機が海底からの第１の高度および第１の進行方向で操作する間に、前記第１のセットの状態データが収集され、海中航行機が海中地図作成を実行している間に、第２のセットの生磁気データが収集される。

いくつかの実施形態において、開示されたシムテムおよび／または方法は、実行されたときに、開示された受信および処理ステップを実行するマイクロプロセッサ実行可能指示を含む、実体的および非一時的コンピュータ読み取り可能媒体を含む。

いくつかの実施形態において、開示されたシステムおよび／または方法は、前記生成された補償磁気データは、磁気計および海中航行機を含む基準系を参照することと、前記処理は、周囲の磁場には無関係であることと、前記生成された補償磁気データは、地球の測地学上の基準系を参照しないことと、海中地図作成を実行し、かつ前記海中地図作成を実行しながら第２のセットの生磁気データ出力を磁気計から受信する工程と、磁気補償係数を第２のセットの生磁気データに適用し、補償された磁気探査データを生成することと、海中航行機を海底からの第２の高度で第１の進行方向に操作することと、海中航行機を海底からの第２の高度で第２の進行方向に操作することと、海中地図作成は、海底からの探査高度で実行され、該探査高度は、第１の高度および第２の高度の間を含むことと、海中航行機を海底からの第２の高度で第２の進行方向に操作することと、海中航行機を、海底からの第１の高度で、前記第１の進行方向から１８０度の進行方向に操作する工程と、操作する工程は、矩形海底進行方向トラックを追跡する工程を含むことと、前記海中航行機状態データは、海底の深さおよび海底からの高度を含むことと、前記海中航行機パフォーマンスデータは、可変スラスタモータ電流を含むことと、海中航行機は、ＲＯＶおよびＡＵＶを含むこととをさらに含む。

「少なくとも一つ」、「一つまたはそれ以上」、および「および／または」は、両方共接続的および離接的な動作である自由な表現である。例えば、各表現である「Ａ、Ｂ、およびＣのうち少なくとも一つ」、「Ａ、Ｂ、またはＣのうち少なくとも一つ」、「Ａ、Ｂ、およびＣのうち一つまたはそれ以上」、「Ａ、Ｂ、またはＣのうち一つまたはそれ以上」、および「Ａ、Ｂ、および／またはＣ」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢが一緒、ＡおよびＣが一緒、ＢおよびＣが一緒、またはＡ、Ｂ、およびＣが一緒、を意味する。

「一の」もしくは「一つの」＋実体という用語は、その実体の一つまたは複数を意味する。従って、「一の」（または「一つの」）、「一つまたはそれ以上」、および「少なくとも一つ」という用語は、本明細書では交換可能に使える。また、「備える」、「含む）」、および「有する」という用語も交換可能に使用できることに留意されたい。

「自動的」という用語およびその派生語は、本明細書では、処理または動作が実行されるとき、実体的な人間の入力なしに任意の処理または動作が行われることを意味する。しかし、処理または動作が実体的または非実体的な人間の入力を利用したとしても、入力が処理または動作の実行の前に受信された場合、処理または動作は自動であり得る。人間の入力は、そのような入力が処理または動作がどのように実行されるかに対して影響を与える場合、実体的だと考えられる。処理または動作の実行に対して同意する人間の入力は、「実質的」だと考えられない。

「通信経路」は、ケーブル（ツイストペア線、ケーブル、および光ファイバーケーブル）などアナログおよび／またはデジタル物理通信媒体および／または他の無線送信媒体、および／またはマイクロウェーブ、サテライト、無線、赤外線、または他の無線送信媒体などマルチプレックス媒体を介する論理的および／またはバーチャル接続を意味する。通信経路を使って、情報信号、例えば、デジタルビットストリームを、一またはいくつかの送信手段（または送信機）から一またはいくつかの受信機へ伝搬する。通信経路は、Ｈｚ単位での帯域または秒単位でのビットのデータレートによりしばしば測定される情報を送信するための一定のキャパシティを有する。選択された経路のサービスの品質または度合いを決定するために使用できる通信経路実行算出値は、ヘルツ単位のスペクトルバンド幅、ボー単位のシンボルレート、パルス／Ｓまたはシンボル／Ｓ、デジタルバンド幅ビット／Ｓ測定値（例えば、グロスビットレート（シグナリングレート）、ネットビットレート（情報レート）、経路キャパシティ、および最大スループット）、経路利用、リンクスペクトラム効率、Ｓ／Ｎ比算出値（例えば、信号対混信比、Ｅｂ／Ｎｏ、およびデシベル単位のキャリア対干渉）比、ビットエラーレート（ＢＥＲ）、パケットエラーレート（ＰＥＲ）、秒単位のレイテンシ、伝搬時間、送信時間、および遅延ジッタを含む。

「通信装置」、「スマートフォン」、および「モバイル装置」という用語、およびその派生語は、本明細書では交換可能であり、一または複数の他の装置および／または通信ネットワークを通して通信プロトコルを介してなどにより通信できる任意のタイプの装置を含む。例示的な通信装置は、スマートフォン、ハンドヘルドコンピュータ、ラップトップ、ネットブック、ノート型コンピュータ、サブノートブック、タブレットコンピュータ、スキャナ、ポータブル型ゲーム機、電話、ポケットベル（登録商標）、ＧＰＳモジュール、ポータブル音楽プレーヤ、ならびに他のインターネット実行型および／またはネットワーク接続型装置を含がそれだけに限らない。

「通信システム」または「通信ネットワーク」およびその派生語は、本明細書では少なくとも一つの送信機から少なくとも一つの受信機へ情報またはデータを送信、中継、相互接続、制御、またはそれ以外には動作することのうち一つまたは複数が可能な通信コンポーネントの集まりを意味する。従って、通信には、情報またはデータの二地点間からブロードキャストまでをサポートするシステムの範囲が含まれてもよい。通信システムは、個別の通信ハードウェアの集まりおよび同個別の通信ハードウェアに対応付けられたおよび接続する配線を意味してもよい。通信ハードウェアは、専用の通信ハードウェアを意味してもよく、または通信手段（つまり、アンテナ）に結合されたプロセッサおよび、通信システム内で信号を送信する通信手段を使用できる実行用ソフトウェアを意味してもよい。配線は、通信システム内で、通信ハードウェアなど様々なコンポーネントを接続する、いくつかのタイプの有線または無線通信リンクを意味する。通信ネットワークは、いくつかの定義可能なネットワークトポロジーを有する個別の通信ハードウェアの集まりおよび配線を有する通信システムの特定のセットアップを意味してもよい。通信ネットワークは、プリセットからアドホックネットワーク構造を有する有線および／または無線ネットワークを含んでもよい。

本明細書で用いられる、「コンピュータ読み取り可能媒体」という用語は、プロセッサに対して実行のための指示を提供することに携わる任意の実体的ストレージおよび／または伝送媒体を意味する。そのような媒体は、限定はされないが、不揮発性媒体、揮発性媒体、送信媒体を含む、多数の形態を取ることができる。不揮発性媒体は、例えば、ＮＶＲＡＭ、または、磁気または光学ディスクを含む。揮発性媒体は、メインメモリなどダイナミックメモリを含む。コンピュータ読み取り可能媒体の一般的な形態は、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、または任意の他の磁気媒体、光磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、任意の他の光学媒体、パンチカード、紙テープ、穴のパターンを有する任意の他の物理媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、およびＥＰＲＯＭ、フラッシュＥＰＲＯＭ、メモリーカードのような固体媒体、任意の他のメモリーチップまたはカートリッジ、以下に説明する搬送波、コンピュータが読み取れる任意の他の媒体を含む。ｅメールに対するデジタルファイル添付物または他の内蔵型情報アーカイブまたはアーカイブのセットは、実体型ストレージ媒体と同等の配布媒体と考えられる。コンピュータ読み取り可能媒体がデータベースとして考えられれば、データベースは、リレーショナル型、階層型、オブジェクト指向型等任意のタイプのデータベースであってもよいことを理解されたい。従って、本開示のソフトウェアの実施が記憶された、実体型ストレージ媒体または配布媒体および従来技術で認められた均等物ならびに後継媒体を含むと考えられる。

「ディスプレイ」という用語は、コンピュータの出力をユーザへ表示するために使用されるスクリーンの一部を意味する。
本明細書で用いられる、「求める」、「算出する」、および「演算する」という用語、ならびにその派生語は交換可能であり、任意のタイプの方法、処理、数学的動作または技術を含む。

本明細書で用いられる、「と通信する」という用語は、送受信が無線であるか、または有線接続を介しているかに拘らず、任意のシステム、ハードウェア、ソフトウェア、プロトコル、またはフォーマットを使った情報またはデータを送受信するための電気信号を使った任意の接合、接続、または相互作用を意味する。

本明細書で用いられる、「モジュール」という用語は、既知の、またはその後開発されたハードウェア、ソフトウェア、ファームウエア、人工知能、ファジーロジック、またはその要素と対応付けられた機能を実行することができるハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせを意味する。

本明細書で用いられる、「手段」という用語には、米国特許法１１２条６項に従って、可能な限り最も広い解釈を与えられるべきである。従って、「手段」という用語を組み込んだ請求項は、本明細書に記載した全ての構造、材料、または行為、およびその均等物を包括するべきである。さらに、構造、材料、または行為、およびその均等物は、本発明の概要、図面の簡単な説明、発明の詳細な説明、要約書、および請求項自体に記載された全てを含むべきである。

従って、「手段」という用語を組み込んだ請求項は、本明細書に記載した全ての構造、材料、または行為、およびその均等物を包括するべきである。さらに、構造、材料、または行為、およびその均等物は、本発明の課題を解決するための手段、図面の簡単な説明、発明の概要、要約書、および請求項自体に記載された全てを含むべきである。

本発明の概要は、本開示の全貌および範囲を代表している意図はなく、そのように解釈されるべきではない。本開示は、発明の概要、および添付の図面ならびに発明の詳細な説明に様々なレベルで詳細に記載されており、本開示の範囲に関しては、構成要素、コンポーネント等を本発明の概要に含むこと、または含まないことにより、限定されるものではない。本開示の追加の態様は、特に図面と共にした場合、詳細な説明からさらに明らかになるだろう。

以上の利点、実施形態、および／または特徴は、特に、本明細書に開示された特許可能な主題に関して、必ずしも包括的または排他的なものであるとは限らない。本開示の他の利点、実施形態、および／または特徴は、単独または組み合わせて、上記のように、および／または添付の図面に記載のように、および／または本明細書の以下に記載のように利用すれば、可能である。しかし、発明の詳細な説明、図面類、および本明細書に記載の例示的な請求項は、発明の概要と共に、本発明を定義する。

明細書に組み込まれ、かつその一部を構成する添付の図面は、上記の発明の一般的な説明と共に、本発明の実施形態を示し、下記の図面の詳細な説明は、本発明の原理を説明する役割を担う。

なお、図面は、別途記載がない限り、図面の尺度は必ずしも正確ではないことに留意されたい。場合によっては、本発明の理解のために必要ではない詳細部分、または他の詳細部分を認知することを困難にするような詳細部分は、省略されることがある。無論、本発明は、本明細書に記載の特定の実施形態に必ずしも限定されるわけではないことを理解されたい。

本発明の理解を支援するために、図面に見出される構成要素およびその対応付けられた番号が以下のリストに記載されている。

本発明の一実施形態による、磁気データ補償システムのブロック図。 物理的補償操作の第１の部分、図１の磁気データ補償システムのステップの上面図。 図２Ａの物理的補償操作の第１の部分の側面図。 物理的補償操作の第２の部分、図１の磁気データ補償システムのステップの上面視を示す。 図２Ｃの物理的補償操作の第２の部分の側面図。 図１の磁気データ補償システムの実施形態を使った、磁気データ補償システムの一つの使用方法のフローチャート。 物理的補償操作中のＡＵＶの高度表を提供しながら、図１の磁気データ補償システムの一実施形態を用いた実験結果を提供する。 図４Ａの磁気データ補償システムの一実施形態を用いた、高度、進行方向、ピッチの実験結果を一定の比率に縮小して提供する。 （Ａ）は、熱水噴出孔サイトに亘って生の全磁力を提供しながら、図１の磁気データ補償システムの一実施形態を使って、実験結果を一定の比率に縮小して提供し、（Ｂ）は、（Ａ）の生全磁力データを使ったいくつかの磁気補正を施した実験結果を一定の比率に縮小して提供し、（Ｃ）は、（Ａ）の生全磁力に適用した場合の、（Ｂ）の磁気補正よりもさらに磁気補正を施した実験結果を一定の比率に縮小して提供する。

海底熱水噴出
海底熱水噴出のエリアは、非常に興味深い。なぜなら、銅、亜鉛、金、および他の多金属硫化物など、高度の有価金属を有する鉱物資源としての高い潜在能力があるからである。これらの現場に亘る磁気異常分布図は、特性シグナチャを有し、熱水系の地下構造に関する情報を提供する場合がある。典型的には、噴出孔の下の熱水供給システム内の熱水変質は、磁性鉱物を破壊し、その結果、低減磁化エリアを生成する。場合によっては、熱水活動により、鉱化帯における磁鉄鉱の堆積により磁化が高まったり、または母岩の蛇紋岩化作用がプレートの境界線で高まったりする。

噴出している現場の横方向のスケールおよび対応付けられた変質ゾーンは小さく、数百メートル以下であり、これらの現場では、海水の深さをはるかに下回ることが多い。したがって、これらの小さなスケールの磁気構造を適切に地図作成をしようとするには、船舶型探査では不十分であり、海面下航行機で海底付近の地図作成をすることが要求される。これらのエリアを標準型高解像度ＡＵＶマルチビーム、サイドスキャン、およびサブボトム探査することと共に、磁気データの収集があれば、追加費用をほとんどかけずに、鉱物探査プログラムにかなりの価値を付加することができる。参照により全体に組み込まれるＫｏｗａｌｃｚｙｋ，Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｅｌｕｄｅ ｔｏ ｆｉｒｓｔ ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｂｍａｒｉｎｅ ｍａｓｓｉｖｅ ｓｕｌｐｈｉｄｅｓ，Ｆｉｒｓｔ Ｂｒｅａｋ，ｖｏｌ．２６，ｎｏ．１１，２００８を参照されたい。

磁気補償システム
図１は、本発明の一実施形態による、磁気補償システム１００のブロック図を示す。システム１００は、磁気計１１０と、磁気補償アルゴリズム１６０と、物理的補償操作（ＰＣＭ）プロファイル１５０と、海中航行機コントローラ１３０と、海中航行機１４０とを含む。

磁気計１１０は、例えば、本開示の実験の部分で以下に詳述する磁気計を含む、当業者に既知の任意の磁気計であってもよい。磁気計は、海中航行機１４０に装着され、例えば、ＡＵＶの円錐状頭部、またはＲＯＶの船外および延長位置／高い位置に装着される。なお、ＲＯＶの船外および高い位置での装着により、ＲＯＶからの磁気干渉は、減少〜最小になる一方、磁気計は、衝突または破損にさらされやすくなる。磁気計１１０は、磁場ベクトル（つまり、磁気計入力１１１）、つまり、三次元の磁場および総磁場強度を検知または測定する。これらの値は、海中航行機１４０により発生した磁場などの局地的に引き起こされた効果を補償しないという意味で「生」磁場測定値と言われる。生磁場測定値および対応付けられた時間スタンプは、生磁気計出力１１２として出力される。

海中航行機１４０は、海中航行機コントローラ１３０により制御される。いくつかの実施形態において、海中航行機コントローラ１３０は、海中航行機が、水上艦に位置する海中航行機コントローラ１３０に通信できる能力を有する、繋ぎ止められたＲＯＶまたはＡＵＶであるときなど、水上艦に配置される。他の実施形態では、海中航行機コントローラ１３０は、海中航行機がＡＵＶであるときなど、海中航行機１４０の中に配置される。海中航行機１４０は、水中地図作成または探査を含む、特定の水中での用途に好適な任意の設計を有してもよい。海中航行機１４０は、オンボードインテリジェンスを有し、部分的にまたは完全に自動化されてもよい。海中航行機コントローラ１３０は、海中航行機コントローラ出力１３２を海中航行機１４０に提供または発信または送信することにより、海中航行機１３０を制御する。コントローラから航行機へのそのような信号として、例えば、海上高度コマンド、または進行方向変更が挙げられる。海中航行機１４０は、海中航行機コントローラ出力１３２を受信し、海中航行機コントローラ入力１３３を海中航行機コントローラ１３０に送信または発信または提供する。航行機からコントローラへのそのような信号として、例えば、航行機状態情報（航行機海床高度、深さ、水平舵の位置、進行方向、ピッチ、ロール、ヨーおよび電気パワーレベルなどのエンジンパワーレベル）が挙げられる。航行機状態データは、時間の記録を付けられる。海中航行機コントローラ１３０および海中航行機１４０は、閉ループ制御系を形成する。

ＰＣＭプロファイル１５０は、ＰＣＭプロファイルを記憶および維持する。例えば、第１のプロファイルは、二つの正方形のフライトパターンのシーケンスを含んでもよく、正方形１は、時計回りに航進し、正方形２は、反時計回りに航進する。第２のプロファイルは、高度および／または深さが異なる点を除いて、第１のプロファイルと同一であってもよい。第３のプロファイルは、海底上の様々な高度を含む点を除いて、第２のプロファイルと同様であってもよい。ＰＣＭプロファイル１５０に記憶および／または作成されたＰＣＭプロファイルは、ＰＣＭプロファイルクエリ１ １５３を経由して、海中航行機コントローラ１３０のユーザまたはオペレータが選択可能であってもよく、選択されたＰＣＭプロファイルは、ＰＣＭプロファイルクエリ２ １５２を介して、海中航行機コントローラ１３０により受信してもよい。

磁気補償アルゴリズム１６０は、局地的磁場を考慮に入れるための生磁気データに適用する磁気補償係数を演算する。生磁場データに対する、そのような（海中航行機の構成要素、材料、モーション、電力により発生または誘発されたような）局地的影響を除去、考慮、または補償すると、海中磁気地図作成または探査が（以下に議論する図５（Ａ）〜図５（Ｃ）で明らかなように）、非常に明確化される。磁気補償アルゴリズム１６０エレメントは、生磁気計入力１１２および海中航行機状態データ１４２を含む入力を受信する。第１の動作モードでは、磁気補償アルゴリズム１６０エレメントは、生磁気計出力１１２および海中航行機状態データ１４２に基づいて、海中航行機１４０が（磁気補償アルゴリズム１６０により受信されたＰＣＭプロファイル出力２ １５４により、および／またはＰＣＭプロファイルクエリ２ １５５を介してＰＣＭプロファイル１５０のクエリによって特定されたような）選択されたＰＣＭプロファイル１５０を航進する間に生成された磁気補償係数を演算または求める。第２の動作モードでは、磁気補償アルゴリズム１６０エレメントは、動作モード１で求められたような磁気補償係数を、受信された（探査または地図作成動作中に生成された）生磁気計出力１１２データのセットに対して適用し、補償された磁気（探査または地図作成）データのセットを生成する。

海中航行機状態データ１４２は、海床上の航行機の高度、航行機の深さ、航行機のダイビング面の位置、または海中航行機の他の制御面、進行方向、ピッチ、ロール、およびヨー、電力レベルおよび／またはバッテリのドローなどエンジン／スラスタのパワーレベル、オン／オフおよびソナー、電気伝導プローブ、ＩＮＵまたは他の航行支援装置、およびサーミスタなど海中航行機上の他のセンサまたは機器のパワーレベル等の動作上の状況、を含む、航行機の状態のステータスまたは測定値を含んでもよい。いくつかの航行機状態パラメータは、状態設定および測定状態の両方、例えば、エンジンプロペラＲＰＭの測定値に加えて、エンジンプロペラＲＰＭ設定を含む。

磁気補償アルゴリズム１６０エレメントは、海中航行機１４０、水上船舶、またはその組み合わせに物理的に配置される。例えば、磁気補償アルゴリズム１６０エレメントへの入力（つまり、１１２、１４２、および／または１５４）は、海中航行機の装置および水上船舶上で実行される磁気補償アルゴリズム１６０エレメントの残りの機能に記録されてもよい。また、磁気補償アルゴリズム１６０エレメントに対する全ての入力（つまり、１１２、１４２、および／または１５４）は、磁気補償アルゴリズム１６０エレメントの全ての機能および演算が発生する水上艦に対して（例えば、ＲＯＶ用のアンビリカルコードを介して、またはＡＵＶ用に無線で）通信される。磁気補償アルゴリズム１６０エレメントの機能の全てのモード１および／またはモード２は、いくつかの実施形態において、リアルタイム、略リアルタイム、および／またはバッチまたはポストプロセスといった方法で、海中船舶１４０上で実行される。

磁気補償操作
磁気補償操作、すなわち、「物理的補償操作（ＰＣＭ）」は、磁気補償アルゴリズム１６０エレメントが磁気補償係数の演算を可能にするデータを収集するために実行される。補償は、海中航行機１４０の磁場の影響を除去し、海中航行機の地球の磁場との相互作用の影響を除去するために必要である。以下に説明するように、磁気補償アルゴリズム１６０は、磁気補正項の算出の前に、地理的基準系に配置すべきデータを必要とせず、さらに、可変スラスタモータ電流用の補正を含んでもよい。ＰＣＭ手順において、較正操作は、操作中、進行方向および高度の両方を変更しながら、主な探査または地図作成の前に実行される。必ずしも必要ではないが、操作は、低磁場勾配エリアでなされるのが有用である。

ＰＣＭの一実施形態において、操作は、往復線を作成しながら、二つの連続する相似する正方形として実行される。一つ目の正方形は、反時計回りに航進され、二つ目の正方形は、時計回りに航進される。図２Ａおよび図２Ｂを参照されたい。二つの正方形の間で小さな旋回操作があり、二つ目の正方形に侵入させるためＡＵＶを位置合わせする。正方形の辺は、主な探査およびタイラインと並行に位置合わせしてもよい。

図３Ａおよび図３Ｂは、レグＡ〜Ｄを含む、ＰＣＭの第１の正方形部の、上面視および側面視をそれぞれ示す。第１の区間、つまり、区間Ａにおいて、海中航行機１４０は、二つの線分、Ａ_１およびＡ_２を、第１のコース進行方向（９０度進行方向）に航進する。線分Ａ_１では、海中航行機１４０は、第１の進行方向および海上レベル上高度ｈ_１で航進する。時間ｔ_１では、線分Ａ_２が入力され、海中航行機１４０は、第２の高度ｈ₂までピッチを上げるため、第１の進行方向を維持しながら、ピッチを上げる。第２の高度ｈ_２は、時間ｔ₂で到達する。時間ｔ_２では、海中航行機は、９０度時計回りに転回し、進行方向２に向かい（進行方向０度）、二つの線分であるＢ_１およびＢ_２を含む区間Ｂを航進する。線分Ｂ_１では、時間ｔ_３まで進行方向２および高度ｈ_２を航進し、その時点で、海中航行機１４０は、線分Ｂ_２を開始し、下向きにピッチを変え時間ｔ_４に高度ｈ_１に到達する。ｔ_４では、海中航行機１４０は、反時計回りに転回し、進行方向３に向かい（進行方向２７０度）、第３の区間に入る。第３の区間は、線分Ｃ_１およびＣ_２を含む区間Ｃである。線分Ｃ_１は、海中航行機１４０がピッチを上げて時間ｔ_６で高度ｈ_２に到達するときに、時間ｔ_５に到達するまで高度ｈ_１で開始される。ｔ_６では、海中航行機１４０は、進行方向４（１８０度）に転回し、ＰＣＭの第１の正方形の部分の最後の区間Ｄを開始する。区間Ｄは、線分Ｄ_１およびＤ_２を含む。線分Ｄ_１は、海中航行機１４０がピッチを下げ、時間ｔ_８に高度ｈ_１に到達するとき、高度ｈ_２で時間ｔ_７まで航進し、それによって、ＰＣＭの第１の正方形部の開始位置まで戻る。

ＰＣＭの第１の（反時計回り）正方形が完成した後、海中航行機１４０は、時計回りで等しい軌跡で航進する。図３Ｃおよび図３Ｄは、区間Ｅ〜Ｈを含むＰＣＭの正方形部の、上面視および側面視をそれぞれ示す。第１の区間Ｅに入るため、海中航行機１４０は、１８０度旋回する（時計回りまたは反時計回りのいずれか）。

図２Ａ〜図２Ｄに示されるＰＣＭは、計画されたものであるため、理想的な軌跡であり、図１を参照して上述したＰＣＭプロファイル１５０の一例である。海中航行機１４０により航進される実際の軌跡は、航行機の運動学、水中の流れなど様々な要因により、描かれた軌跡を正確に辿ることは決してない。実際に航進したＰＣＭは、図４ＡのスケジュールされたＰＣＭプロファイルを参照して、図４Ｂにおいて示される。

図２Ａ〜図２ＤのＰＣＭは、例示的なＰＣＭであり、他の多数のプロファイルが可能であり、他の実施形態を形成する。例えば、特定の区間のペア化した線分は、一定の高度、もしくは一定の上昇、つまり、一定のピッチアップを形成してもよく、または一つもしくは複数の上昇および下降の組み合わせを含んでもよい。一般に、（上で特定したような記録されたパラメータに関して）安定した状態に達した任意の記録された軌跡は、ＰＣＭとして機能してもよい。

一実施形態において、ＰＣＭは、反対方向に航進する（つまり、時計回りおよび反時計回りの）連続型矩形ループにより形成される。代替実施形態において、ＰＣＭは、反対方向に航進する（つまり、時計回りおよび反時計回りの）、三角形など、反復型非矩形ループにより構成される。

磁気補償操作（つまり、ＰＣＭ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ Ｍａｎｅｕｖｅｒ）は、海中表面近くで実行されてもよく、ＡＵＶ航行に必要な、通常必要とされる慣性航法システム（ＩＮＳ：ｉｎｅｒｔｉａｌ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）補償補正手順の一部として組み込まれていてもよい。そのような能力または特徴は、海床から離れ、低磁場勾配の領域で取得されたデータを使って実行される、従来の磁気補償算出とは異なる。また、そのような特徴は、深さが３００メートル超の海では重要である。なぜなら、（海底から離れた）中水域での磁気補償操作を実行するために必要となる時間により、航行機を正確に位置付けるためのＩＮＳにより提供される航行情報の質が落ちるからである。したがって、海底近くで物理的補償操作（ＰＣＭ）を実行すると、航行機ＩＮＳからの航行情報の品質が向上する。

一実施形態において、ＰＣＭの進行方向線は、磁気探査線と同じ進行方向に、二つの主な高度に対してピッチにおいて意図的に変更しながら、おおよその位置合わせを行い、各線上の垂直平面においてＶ字型パターンを形成する。

磁気補償システムの使用方法
図３は、図１の磁気データ補償システムの実施形態を使った、磁気データ補償システムの一つの使用方法３００の一般的な順序のフローチャートである。図１と図２を参照して本方法を説明することとする。本方法は、ステップ３１０で始まり、ステップ３３０で終了する。本方法３００は、ステップを増減してもよく、または図３に示すステップと違うステップの順番を設けてもよい。

ステップ３１２では、磁気計１１０は、海中航行機１４０上または海中航行機１４０内に装着される。磁気計は、海中航行機１４０に装着されてもよく、例えば、ＡＵＶの円錐状頭部、またはＲＯＶの船外および高い位置に装着されてもよい。一実施形態において、磁気計１１０を装着することは、スマートフォンで利用可能な３軸フラックスゲート磁気計の使用を伴う。一つのそのような実施形態において、スマートフォンにおける適用により、局部的磁場バイアスが除去できる場合、スマートフォンを使用して、高磁場勾配および近傍の磁気物体のチェックを容易に行うことができる。

ステップ３１４では、海中航行機１４０がローンチされる。海中航行機１４０は、海中航行機コントローラ１３０により、完全自動様式（例えば、ＡＵＶ）、水上船舶上のオペレータにより手動で、かつ当業者に既知の半自動様式を含む様式で制御してもよい。

ステップ３１６では、磁気計１１０が起動される。任意のルーチンの較正および入力／出力信号チェックも実行される。
ステップ３１８では、ＰＣＭプロファイル１５０からＰＣＭ軌跡が選択される。選択されたＰＣＭは、図２Ａ〜図２Ｄを参照して上で説明した、軌跡のセットを含んでもよい。

ステップ３２０では、海中航行機１４０は、選択されたＰＣＭプロファイルにより特定または特徴付けられるような軌跡を航進する。海中航行機１４０は、海中航行機コントローラ出力１３２によって、海中航行機コントローラ１３０により発行される制御コマンドに応じて軌跡を航進する。

ステップ３２２では、磁場の３次元ベクトル成分および総磁場強度を含む生磁気計測定値が収集される。測定値は、時間記録を付けられ、海中航行機状態データ１４２と対応付けられる。例えば、時間ｔ_ｍａｇに収集された所与のセットの生磁気計の読み取り値は、（同時に収集された場合）同じ時間ｔ_ｍａｇに収集された海中航行機１４０の電力レベルまたは出力と対応付けられるだろう。生磁気計出力１１２データは、ステップ３２２から出力され、ステップ３２４へ送られる。

ステップ３２４では、（上記したモード１における）磁気補償アルゴリズム１６０をスッテップ３２２で収集されたように、収集された生磁気計出力１１２データに適用される。
磁気補償アルゴリズム１６０は、磁気補償係数を生成するための海中航行機状態データ１４２と共に、ＰＣＭプロファイルの間に収集された生磁気計出力１１２データを評価および処理する。ステップ３２２の例を継続して、海中航行機状態データ１４２（例えば、海中航行機１４０の電力レベル）と共に収集され対応付けられた生磁気計読み取り値のセットは、航行機の電気システムにより生成された航行機の誘発された磁場の局地的効果に対する補償または補正が可能になるように処理される。

一実施形態において、三つの成分の生磁気データ（つまり、磁気計出力１１２）は、最も近い近傍補間を使って、関連する海中航行機状態データ１４２とファイルにおいて統合される。これらのデータは、航行、ＡＵＶの深さ、高度、ピッチ、ロール、進行方向、航行機スラスタ（電気）電流を含んでもよい。補正係数を算出して、以下を求める。１）航行機の磁化に対する三つの成分、２）地球の磁場とＡＵＶの相互作用により生成された二次場、および３）較正操作中に収集されたデータのサブセットからの変動ボトム電流に恐らく応答したであろうＡＵＶのモータの変動磁場。海中航行機のモータにより生成された変動磁場に対して補正項を加えることにより、スラスタ電流データを利用することが特に重要である。本処理は、進行方向、ピッチ、ロールを直接的に含まなくてもよく、目視で、補正後の残存磁場がこれらの変数には無関係であることを確認してもよい。これらの補正係数が推定されると、同係数を探査データに適用し、グリッドされている残存データの周辺地図が生成される。

一実施形態において、磁気補償アルゴリズム１６０は、以下を考慮に入れることによって、三つの部分における補償係数を算出する。１）システムの磁性または鉄製材料（海中航行機のパーツおよび船体に装着された他の探査の機器類）の永久磁気補償係数は、物理的補償操作（ＰＣＭ）から導出される。２）進行方向またはモーションの影響によるシステムの誘発された磁気補償係数は、物理的補償操作から導出される。３）電気モータおよびバッテリ源からの電流によるような時間変数磁場；補償係数は、探査の進行中、探査データからいつでも導出される。

一の実施形態において、磁気補償アルゴリズム１６０は、１２項の磁気補償式である。一実施形態において、磁気補償アルゴリズム１６０は、５２項の磁気補償式である。
ステップ３２６では、生磁気計出力１１２のデータは、探査および／または地図作成の任務中に収集される。これらのデータ、その後、（上で検討されるモード２において）磁気補償アルゴリズム１６０に提供され、ステップ３２８を開始する。

ステップ３２８では、ステップ３２４で生成された通り、磁気補償係数をステップ３２６で得た受信生磁気計出力１１２データに適用し、補償された磁気探査または地図作成データを生成する。図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、磁気探査データに適用された場合の、磁気補償システム１００の実験的な使用を示す。図５（Ａ）〜図５（Ｃ）を以下で詳細に論じる。方法３００は、ステップ３３０で終了する。

方法３００は、従来技術に対して、磁気補償に関する多数の固有の特徴を提供し、１）磁気補償が磁気計の基準系、そのシステム、および海中航行機（例えば、ＡＵＶ）プラットフォーム内で全体的に行われることと、２）磁気補償は、周辺磁場には無関係であり、地球の局地的磁場の変動も考慮に入れるので、高い磁場勾配の領域でも行うことが可能であることと、３）磁気補償は、ＡＵＶプラットフォームの向きには無関係であることとを含む。つまり、地球の測地学上の基準系におけるＡＵＶの姿勢に関する知識は、必要ない。別の言い方をすれば、システム１００および／または方法３００は、地球の磁場とは無関係である構成要素、材料、モーション、電力、および進行方向を含む、海中航行機のエレメントから誘発された局地的磁場を補正する任意の海中航行機に装着および動作できる自己補償型磁気計システムおよびプロセスを提供する。

一実施形態において、方法３００は、他の目的ために課された航行機について、潜水ごとに、その都度ルーチンで実施される磁気探査用の自動アルゴリズムを実施するために好適である。自動補償アルゴリズムにより、潜水開始時に、リアルタイムのデータ処理を必要とするだろう特定のタスクのために後に使用される任意の磁気計探査の前に、本方法を実行することが可能になるだろう。

実験
図１および図３に示すタイプの、プロトタイプのシステムおよび方法を、１７００メートルの深さに位置する銅鉱物採鉱有望地全体に、電磁法探査のために使用した。

二つの磁気計をインターナショナル・サブマリン・エンジニアリング社（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｕｂｍａｒｉｎｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｌｉｍｉｔｅｄ）により製造されたエクスプローラークラスのＡＵＶの円錐状頭部区画において使用および装着して、３０００メートルまで評価した。磁気計はこのセクションに配置され、可能な限りＡＵＶの主電動機から隔離させたが、依然として前方の航行機面およびポップアップブイを作動させるモータに近い。

磁気計のうち一つは、ノイズレベルが２．０ｎＴであるモデル１１３０応用物理３軸フラックスゲート磁気計であった。本ユニットのフラックスゲートのプリント基板は、アセチルポリマシリンダに閉じ込められた、４０００メートルまで耐えることができるガラス球に格納された。もう一つの磁気計は、ノイズレベルが０．５ｎＴのモデル１５４０応用物理３軸フラックスゲート磁気計である。このユニットは、３０００メートルまで耐えることができるアルミニウム製の筒型耐圧容器に装着された。これらの両方の磁気計に対して、デジタル出力は、ｎＴで記録された磁場（Ｍ_ｘ、Ｍ_ｙ、Ｍ_ｚ）の三つの直交する成分を有するＲＳ２３２ ＡＳＣＩＩ型のセンテンスであり、耐圧容器の内部温度は、機器の表示器「ｈｅａｌｔｈ」として使用された。

この探査のために、磁気データに加えて、マルチビーム、サイドスキャンソナー、およびサブボトムプロファイルデータが収集された。海底塊状硫化物鉱床（ＳＭＳ：ｓｅａｂｅｄ ｍａｓｓｉｖｅ ｓｕｌｐｈｉｄｅ）を有する探査エリアのＲＯＶおよびＡＵＶによる探査の間、活発な噴出孔フィールドを検出するために有用であると判明した地球化学的センサ一式もまた提供された。探査は、探査エリアに亘って重複マルチビームカバレッジを確実にするため、１００メートルの間隔を経て、公称航進高度７０メートルで実行された。

慣性航法および航行機姿勢データは、１０Ｈｚの速度で、ＡＵＶのエンジンコントロールコンピュータ（ＶＣＣ）に記録された。磁気計および地球化学的センサデータは、ＶＣＣと時間的に同期が取られており、本タスク専用のＯＦＧデータレコーダに別途記録された。また、１０Ｈｚでも記録されたが、航行および姿勢データとは若干異なる時間帯であった。

図４Ａは、物理的補償操作中のＡＵＶの高度表を提供しながら、図１の磁気データ補償システムの一実施形態を用いた実験結果を提供し、図４Ｂは、図４Ａの磁気データ補償システムの一実施形態を用いた、高度、進行方向、ピッチの実験結果を一定の縮尺で提供する。

図４Ａに関して、各正方形の各辺は、較正用の区間を表すので、８つの区間−較正操作の各辺に対して、二つの交互の区間がある。各区間は、長さがおよそ１３０メートルであり、１．５メートル／秒で航進すれば２分弱かかる。全体の較正は、実施するのにおよそ１５分かかる。

ＡＵＶは、地形追従モードで航進し、較正操作は、平坦な地面上に配置される。命令された高度は、ＡＵＶの航進にピッチを誘発させるために、各区間中、名目探索高度である５０ｍ〜７０ｍ変化する。各区間は、３０ｍの水平航進で開始し、その後、新たな高度への命令された変化が起こる。ＡＵＶは、区間の終了前に、新たな高度を達成しようと試みる。達成すれば、次の３０ｍの変曲点まで水平航進を行う。達成しない場合、次の３０ｍの変曲点まで目標高度を追求し続けることとなる。これらの高度は、図４Ａにまとめられる。

図４Ｂは、較正操作で北‐西‐南‐東および折り返しで航進した場合の結果を示し、典型的な較正操作中の高度、進行方向、およびピッチがｘ軸に秒単位で示される。その後、較正操作からのデータを使って、補正項を算出し、全磁力に対するＡＵＶの影響を除去する。

操作なしでこれらの係数を算出することは、例えば、探索データのサブセットから可能であるが、各潜水中に磁気較正操作を実行すればさらに簡易であり、はるかに信頼性がある。各ローンチ中に操作を実行することを推奨するのは、ＡＵＶの磁場がローンチからローンチの間に変化することになるからである。

図５（Ａ）は、生０．５ｎＴ磁気計データの周辺地図を示す。隣接線の間で交互する高い値と低い値を有する熱水噴出孔サイトに亘る生全磁力が示される。Ｎ−ＳおよびＳーＮ走行線の間に発生する杉綾模様に注意されたい。この進行方向に関係する模様により、地質変動だけに関連する磁場がマスクされる。したがって、較正操作手順は、ＡＵＶの姿勢および進行方向に関連するアーチファクトの除去を可能にするために開発されてきた。

図５（Ｂ）は、変動スラスタモータ関連磁場に対する補正項が適用されない、図１と同じエリアに亘る残存補正された磁場強度地図を示す。なお、地図の南側部分には、進行方向関連の縞模様が存在する。

図５（Ｃ）は、上述の全ての三つのセットの補正を含む、同一の探査エリアに対する最終処理された残存磁気強度を示す（変動スラスタ電流に対する補正が含まれる）。進行方向およびピッチ関連のアーチファクトは、上述の処理ステップを使って、ほとんど完全に除去された。なお、最終的な磁気強度地図は、残存磁気強度地図である。ベースレベルの磁場は、除去された。補償アルゴリズムは、ベースレベルの磁場の推定ができないため、ベースレベルは、全磁力から除去される。全磁場を正しく推測するためには、ここに提示する残存磁場に論理的国際標準地球磁場（ＩＧＲＦ：Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｇｅｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｆｉｌｅｄ）の平均値を加えることであろう。

本発明は、ガスハイドレート堆積物など他の海洋地質環境を含む、更なる用途を有する。このような環境では、メタンハイドレートに関連する微生物の活動により、小さな陰性の磁気異常を生成し得る磁性鉱物の減少が起こる。

いくつかの実施形態において、上述のような、システムまたは構成要素の自動または半自動制御は、コンピュータハードウエア、ソフトウェア、またはその組み合わせにより実施される。

１００ 磁気補償システム
１１０ 磁気計
１１１ 磁気計入力
１１２ 生磁気計出力
１３０ 海中航行機コントローラ
１３２ 海中航行機コントローラ出力
１３３ 海中航行機コントローラ入力
１４０ 海中航行機
１４２ 海中航行機状態データ
１５０ ＰＣＭプロファイル
１５２ ＰＣＭプロファイル出力１
１５３ ＰＣＭプロファイルクエリ１
１５４ ＰＣＭプロファイル出力２
１５５ ＰＣＭプロファイルクエリ２
１６０ 磁気補償アルゴリズム
１６２ 補償された磁気探査データ出力

Claims (23)

1. 磁気データ補償のための方法であって、
   海中航行機に少なくとも一つの磁気計を装着する工程と、
   前記海中航行機を海底からの第１の高度で第１の進行方向に操作する工程と、
   マイクロプロセッサが、前記少なくとも一つの磁気計からの第１のセットの生磁気データを受信する工程と、
   前記第１のセットの生磁気データを受信する工程と同時に、前記マイクロプロセッサが、海中航行機状態データおよび海中航行機パフォーマンスデータを受信する工程と、
   磁気補償係数を生成すべく、前記マイクロプロセッサが、前記海中航行機状態データ、前記海中航行機パフォーマンスデータ、および前記第１のセットの生磁気データを処理する工程とを備え、前記生成された磁気補償係数は、地球の測地学上の基準系を参照しない、方法。
2. 前記生成された磁気補償係数は、前記少なくとも一つの磁気計および前記海中航行機を含む基準系を参照する、請求項１に記載の方法。
3. 前記処理する工程は、周囲の磁場には無関係であるため、前記周囲の磁場の影響を考慮しない、請求項１に記載の方法。
4. 海中地図作成を実行し、かつ前記海中地図作成を実行しながら第２のセットの生磁気データ出力を前記少なくとも一つの磁気計から受信する工程をさらに備える、請求項１に記載の方法。
5. 補償された磁気探査データを生成すべく、前記磁気補償係数を前記第２のセットの生磁気データに適用する工程をさらに備える請求項４に記載の方法。
6. 前記海中航行機を海底からの第２の高度で前記第１の進行方向に操作する工程をさらに備える、請求項１に記載の方法。
7. 前記方法は、前記海中航行機を海底からの第２の高度で操作する工程をさらに備え、前記海中地図作成は、海底からの探査高度で実行され、前記探査高度は、前記第１の高度及び前記第２の高度を含む前記第１の高度と前記第２の高度との間である、請求項４に記載の方法。
8. 前記海中航行機を海底からの第２の高度で第２の進行方向に操作する工程をさらに備える、請求項１に記載の方法。
9. 前記海中航行機を、海底からの前記第１の高度で、前記第１の進行方向から１８０度の進行方向に操作する工程をさらに備える、請求項１に記載の方法。
10. 前記操作する工程は、前記海中航行機を矩形ループに沿って操作する工程を含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記海中航行機状態データは、前記海中航行機の海面からの深さおよび前記海中航行機の海底からの高度を含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記海中航行機パフォーマンスデータは、可変スラスタモータ電流を含む、請求項１に記載の方法。
13. 前記海中航行機は、遠隔操作無人航行機および自動型水中航行機の一方を含む、請求項１に記載の方法。
14. 補償された磁気水中探査データを生成するための方法であって、
    海中航行機に少なくとも一つの磁気計を装着する工程と、
    海底からの第１の高度において第１の進行方向で前記海中航行機を操作し、海底からの第２の高度において前記第１の進行方向から１８０度の進行方向で前記海中航行機を操作する工程と、
    マイクロプロセッサが、前記少なくとも一つの磁気計からの第１のセットの生磁気データを受信する工程と、
    前記第１のセットの生磁気データを受信する工程と同時に、前記マイクロプロセッサが、海中航行機状態データおよび海中航行機パフォーマンスデータを受信する工程と、
    前記マイクロプロセッサが、磁気補償係数を生成すべく、前記海中航行機状態データ、前記海中航行機パフォーマンスデータ、前記第１のセットの生磁気データを処理する工程と、
    海中地図作成を実行し、かつ前記海中地図作成を実行しながら第２のセットの生磁気データ出力を前記少なくとも一つの磁気計から受信する工程と、
    前記マイクロプロセッサが、地球の測地学上の基準系を参照しない補償された磁気探査データを生成すべく、前記磁気補償係数を前記第２のセットの生磁気データに適用する工程とを備え、
    前記海中航行機パフォーマンスデータは、可変スラスタモータ電流を含み、
    前記海中航行機状態データは、前記海中航行機の海面からの深さおよび前記海中航行機の海底からの高度を含む、方法。
15. 補償された磁気水中探査データを生成するためのシステムであって、
    海中航行機に装着するように構成された少なくとも一つの磁気計と、
    命令が記録された非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体と、
    前記非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体と通信するプロセッサを含み、前記プロセッサは、
    前記少なくとも一つの磁気計からの第１のセットの生磁気データを受信し、
    前記第１のセットの生磁気データの受信と同時に、海中航行機状態データおよび海中航行機パフォーマンスデータを受信し、
    磁気補償係数を生成すべく、前記海中航行機状態データ、前記海中航行機パフォーマンスデータ、および前記第１のセットの生磁気データを処理し、
    海中地図作成を実行しながら、第２のセットの生磁気データ出力を前記磁気計から受信し、
    補償された磁気探査データを生成すべく、前記磁気補償係数を前記第２のセットの生磁気データに適用するように前記命令を実行するように動作可能であり、
    前記海中航行機が海底からの第１の高度および第１の進行方向で操作する間に、前記第１のセットの状態データが収集され、
    前記海中航行機が海中地図作成を実行している間に、前記第２のセットの生磁気データが収集され、
    前記生成された磁気補償係数は、地球の測地学上の基準系を参照しない、システム。
16. 前記生成された磁気補償係数が、前記少なくとも一つの磁気計および前記海中航行機を含む基準系を参照する、請求項１５に記載のシステム。
17. 前記処理は、周囲の磁場には無関係であるため、前記周囲の磁場の影響を考慮しない、請求項１５に記載のシステム。
18. 前記海中航行機状態データは、前記海中航行機の海面からの深さおよび前記海中航行機の海底からの高度を含む、請求項１５に記載のシステム。
19. 前記海中航行機パフォーマンスデータは、可変スラスタモータ電流を含む、請求項１５に記載のシステム。
20. 実行されたときに、請求項１に記載の受信および処理ステップを実行するマイクロプロセッサ実行可能命令を含む、実体的かつ非一時的コンピュータ読み取り可能媒体。
21. 請求項１に記載の受信および処理する工程を実行する前記マイクロプロセッサを備えるシステム。
22. 実行されたときに、請求項１４に記載の受信、処理、および適用する工程を実行するマイクロプロセッサ実行可能命令を含む、実体的かつ非一時的コンピュータ読み取り可能媒体。
23. 請求項１４に記載の受信、処理、および適用ステップを実行する前記マイクロプロセッサを備えるシステム。