JP2954064B2 - 磁力計データの空間的および時間的処理を使用した磁気ダイポールの位置決定方法および装置 - Google Patents
磁力計データの空間的および時間的処理を使用した磁気ダイポールの位置決定方法および装置Info
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- G01V3/08—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices
- G01V3/081—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices the magnetic field is produced by the objects or geological structures
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に磁気ダイポー
ルの位置を決定する磁力計データ処理方法および装置に
関するものであり、特に磁気ダイポールの位置を決定し
てダイポールの位置および速度を提供するために磁力計
データの空間的および時間的処理を使用する方法および
装置に関する。
ルの位置を決定する磁力計データ処理方法および装置に
関するものであり、特に磁気ダイポールの位置を決定し
てダイポールの位置および速度を提供するために磁力計
データの空間的および時間的処理を使用する方法および
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば小火器、自動車、船舶および潜水
艦のような金属物体は、それらを検出するために使用さ
れることのできる磁気ダイポールモーメントを有してい
る。歴史的に言えば、磁界センサはこのような物体を検
出する（しかし位置を決定するのではなく）ために使用
されてきた。本出願人が開発した磁気ダイポール検出器
は、２つの方法で物体の位置を決定するために使用され
ている。１つの実施形態では単一のセンサが使用され、
かつ磁気ダイポールの位置を決定する期間にわたってデ
ータが感知される。別の実施方法ではセンサのアレイが
使用され、各センサ出力の局部的時間平均が決定され
る。このデータは、ダイポールの位置（速度ではなく）
を決定するために処理される。この第２の技術は、測定
値が摂取されている期間中に、対象となっているダイポ
ールが比較的静止しているという暗黙の前提で行われ
る。
艦のような金属物体は、それらを検出するために使用さ
れることのできる磁気ダイポールモーメントを有してい
る。歴史的に言えば、磁界センサはこのような物体を検
出する（しかし位置を決定するのではなく）ために使用
されてきた。本出願人が開発した磁気ダイポール検出器
は、２つの方法で物体の位置を決定するために使用され
ている。１つの実施形態では単一のセンサが使用され、
かつ磁気ダイポールの位置を決定する期間にわたってデ
ータが感知される。別の実施方法ではセンサのアレイが
使用され、各センサ出力の局部的時間平均が決定され
る。このデータは、ダイポールの位置（速度ではなく）
を決定するために処理される。この第２の技術は、測定
値が摂取されている期間中に、対象となっているダイポ
ールが比較的静止しているという暗黙の前提で行われ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明に関する従来技
術は、本出願人に譲渡された米国特許第 5,239,474号明
細書（"Dipole Moment Detection and Localization"）
に記載されている。この特許明細書には、磁気ダイポー
ルの位置を決定するために磁力計データを処理するため
に使用されるダイポールモーメント検出および位置決定
アルゴリズムが記載されている。しかしながらこの特許
明細書に記載されているアルゴリズムは、その直接的な
出力としてダイポールの速度を示さない。本発明は、こ
の特許の技術を改良する処理方法またはアルゴリズムを
提供する。
術は、本出願人に譲渡された米国特許第 5,239,474号明
細書（"Dipole Moment Detection and Localization"）
に記載されている。この特許明細書には、磁気ダイポー
ルの位置を決定するために磁力計データを処理するため
に使用されるダイポールモーメント検出および位置決定
アルゴリズムが記載されている。しかしながらこの特許
明細書に記載されているアルゴリズムは、その直接的な
出力としてダイポールの速度を示さない。本発明は、こ
の特許の技術を改良する処理方法またはアルゴリズムを
提供する。
【０００４】したがって本発明の目的は、磁気ダイポー
ルの位置を決定してダイポールの位置および速度を共に
提供するために磁力計データの空間的および時間的処理
を使用する方法および装置を提供することである。
ルの位置を決定してダイポールの位置および速度を共に
提供するために磁力計データの空間的および時間的処理
を使用する方法および装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記および別
の目的を達成するために、一群の磁力計センサから得ら
れた磁力計データを処理し、磁気ダイポールの位置およ
び速度の両方をその直接的な出力として出力する処理方
法および装置を提供する。物理的に分布された一群の磁
力計センサは、磁気ダイポールの磁気の存在を感知する
ために使用される。物理的に分布された一群の磁力計セ
ンサからの１組の磁力計の読みは、予め定められた期間
にわたってサンプリングされる。１組の磁力計の読み
は、磁気ダイポールの軌道（位置および速度の両方を含
む）を推定するために処理される。本発明は、磁気ダイ
ポールの運動による測定値の変化を考慮に入れて磁気セ
ンサからのデータを処理する。結果的に、本発明の雑音
に対する不感度は従来開発されたアルゴリズムまたは装
置より大きい。
の目的を達成するために、一群の磁力計センサから得ら
れた磁力計データを処理し、磁気ダイポールの位置およ
び速度の両方をその直接的な出力として出力する処理方
法および装置を提供する。物理的に分布された一群の磁
力計センサは、磁気ダイポールの磁気の存在を感知する
ために使用される。物理的に分布された一群の磁力計セ
ンサからの１組の磁力計の読みは、予め定められた期間
にわたってサンプリングされる。１組の磁力計の読み
は、磁気ダイポールの軌道（位置および速度の両方を含
む）を推定するために処理される。本発明は、磁気ダイ
ポールの運動による測定値の変化を考慮に入れて磁気セ
ンサからのデータを処理する。結果的に、本発明の雑音
に対する不感度は従来開発されたアルゴリズムまたは装
置より大きい。
【０００６】本発明では、（ａ）複数の磁気センサを使
用して、１組の磁気ダイポールの実際の磁界測定値が収
集され、（ｂ）磁気ダイポールの軌道が仮定される。次
に（ｃ）仮定された軌道に沿って移動している磁気ダイ
ポールによって形成されたと推定された１組の磁界測定
値が決定される。（ｄ）その後実際の磁界測定値が推定
された磁界測定値と比較される。（ｅ）それからこの比
較に基づいて、磁気ダイポールの新しい軌道が仮定され
る。実際の磁界測定値と推定された磁界測定値との間の
一致が十分に接近したと思われるまでステップ（ｃ）乃
至（ｅ）が繰返される。
用して、１組の磁気ダイポールの実際の磁界測定値が収
集され、（ｂ）磁気ダイポールの軌道が仮定される。次
に（ｃ）仮定された軌道に沿って移動している磁気ダイ
ポールによって形成されたと推定された１組の磁界測定
値が決定される。（ｄ）その後実際の磁界測定値が推定
された磁界測定値と比較される。（ｅ）それからこの比
較に基づいて、磁気ダイポールの新しい軌道が仮定され
る。実際の磁界測定値と推定された磁界測定値との間の
一致が十分に接近したと思われるまでステップ（ｃ）乃
至（ｅ）が繰返される。
【０００７】本発明の処理方法および装置は、米国特許
第 5,239,474号明細書に記載された処理技術を実質的に
改良するものである。本発明の処理方法および装置は、
追跡される磁気ダイポールの位置および速度の両方の推
定値を提供する。例えば車両を追跡する場合のような多
数の用途において、磁気ダイポールの速度を知ることは
最も重要である。さらに本発明の処理方法および装置
は、単一のタイムスライスまたは１組の時間平均データ
に対して適用される米国特許第 5,239,474号明細書に記
載された従来技術のものより良好な雑音不感度を有す
る。
第 5,239,474号明細書に記載された処理技術を実質的に
改良するものである。本発明の処理方法および装置は、
追跡される磁気ダイポールの位置および速度の両方の推
定値を提供する。例えば車両を追跡する場合のような多
数の用途において、磁気ダイポールの速度を知ることは
最も重要である。さらに本発明の処理方法および装置
は、単一のタイムスライスまたは１組の時間平均データ
に対して適用される米国特許第 5,239,474号明細書に記
載された従来技術のものより良好な雑音不感度を有す
る。
【０００８】本発明の空間的および時間的処理方法は、
それらの磁界を使用して物体を受動的に検出して位置を
決定し、かつ類別することを意図された任意のシステム
により使用されることができる。本発明の処理方法また
はアルゴリズムは、非音響対潜監視および戦闘システ
ム、空港地上交通制御システム、ハイウェイ交通監視シ
ステム、および個人武器検出システムにおいて使用され
ることができる。また例えば戦線の敵軍の背後での軍事
活動の秘密監視に使用されることもできる。
それらの磁界を使用して物体を受動的に検出して位置を
決定し、かつ類別することを意図された任意のシステム
により使用されることができる。本発明の処理方法また
はアルゴリズムは、非音響対潜監視および戦闘システ
ム、空港地上交通制御システム、ハイウェイ交通監視シ
ステム、および個人武器検出システムにおいて使用され
ることができる。また例えば戦線の敵軍の背後での軍事
活動の秘密監視に使用されることもできる。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の種々の特徴および利点は
以下の詳細な説明および添付図面から容易に理解される
であろう。なお図面では同じ参照符号は同じ構成素子を
示している。図１を参照すると、本発明の原理による磁
気ダイポール検出装置10が示されている。磁気ダイポー
ル検出装置10は、処理装置16に結合された随意に位置さ
れた磁気センサ11ａからなる磁気センサ群11を含み、こ
の処理装置16が本発明による処理方法20を実行する。磁
気センサ群11は、導線による結合、ＲＦデータリンク、
マイクロ波データリンク、またはその他の適切な手段に
よって処理装置16に結合されている。磁気ダイポール13
（またはターゲット13）は、磁気センサ群11の検出距離
範囲内に位置されている。磁気センサ群11の各センサ11
ａから移動しているダイポール13の位置に向ってのびた
磁気ベクトル14を表わす複数の矢印が示されている。各
センサ11からの読みには、センサデータが解析のために
収集される期間中のダイポール13の位置を示す１組のデ
ータが含まれている。ここに記載された処理方法20また
はアルゴリズムは、ターゲットの運動が収集されたデー
タの各サブセットに対して一定速度の運動によって近似
されて、この運動に対応するダイポール13の実際の位置
が推定される技術を提供するものである。磁気センサ群
11からのセンサデータはダイポール13に関する位置およ
び速度情報を生成するように処理装置16において処理さ
れ、続いて表示装置17上で観察するためにこのデータが
表示される。
以下の詳細な説明および添付図面から容易に理解される
であろう。なお図面では同じ参照符号は同じ構成素子を
示している。図１を参照すると、本発明の原理による磁
気ダイポール検出装置10が示されている。磁気ダイポー
ル検出装置10は、処理装置16に結合された随意に位置さ
れた磁気センサ11ａからなる磁気センサ群11を含み、こ
の処理装置16が本発明による処理方法20を実行する。磁
気センサ群11は、導線による結合、ＲＦデータリンク、
マイクロ波データリンク、またはその他の適切な手段に
よって処理装置16に結合されている。磁気ダイポール13
（またはターゲット13）は、磁気センサ群11の検出距離
範囲内に位置されている。磁気センサ群11の各センサ11
ａから移動しているダイポール13の位置に向ってのびた
磁気ベクトル14を表わす複数の矢印が示されている。各
センサ11からの読みには、センサデータが解析のために
収集される期間中のダイポール13の位置を示す１組のデ
ータが含まれている。ここに記載された処理方法20また
はアルゴリズムは、ターゲットの運動が収集されたデー
タの各サブセットに対して一定速度の運動によって近似
されて、この運動に対応するダイポール13の実際の位置
が推定される技術を提供するものである。磁気センサ群
11からのセンサデータはダイポール13に関する位置およ
び速度情報を生成するように処理装置16において処理さ
れ、続いて表示装置17上で観察するためにこのデータが
表示される。
【００１０】図２は、図１の装置において使用される本
発明による処理方法20またはアルゴリズムを示したフロ
ー図を表わす。処理方法20は処理装置16において実行さ
れ、以下のステップを含む。第１の工程（ａ）は、ステ
ップ21で示されているように複数の磁気センサ11を使用
して磁気ダイポール13の１組の実際の磁界測定値を収集
することである。随意に実際の磁界測定値は、ステップ
28で示されたように予め定められたフィルタで処理され
てもよい。次の工程（ｂ）において、ステップ22で示さ
れたように、磁気ダイポール13の軌道が仮定される。次
の工程（ｃ）では、ステップ23で示されているように、
仮定された軌道に沿って移動している磁気ダイポールに
よって形成されたと推定された１組の磁界測定値が決定
される。実際の磁界測定値が予め定められたフィルタに
よって処理されている場合には、ステップ29で示したよ
うに推定された磁界測定値はまた予め定められたフィル
タによって処理される。次に工程（ｄ）において、ステ
ップ24で示されたように実際の磁界測定値（またはフィ
ルタ処理された実際の測定値）が推定された磁界測定値
（またはフィルタ処理された推定された測定値）と比較
される。それから工程（ｅ）において、ステップ25で示
したように、この比較に基づき、磁気ダイポールの新し
い軌道が仮定される。実際の磁界測定値と推定された磁
界測定値との間の一致が十分に近づいたと思われるまで
工程（ｃ）乃至（ｅ）が繰返される。ステップ27で、表
示装置17上に軌道が表示される。
発明による処理方法20またはアルゴリズムを示したフロ
ー図を表わす。処理方法20は処理装置16において実行さ
れ、以下のステップを含む。第１の工程（ａ）は、ステ
ップ21で示されているように複数の磁気センサ11を使用
して磁気ダイポール13の１組の実際の磁界測定値を収集
することである。随意に実際の磁界測定値は、ステップ
28で示されたように予め定められたフィルタで処理され
てもよい。次の工程（ｂ）において、ステップ22で示さ
れたように、磁気ダイポール13の軌道が仮定される。次
の工程（ｃ）では、ステップ23で示されているように、
仮定された軌道に沿って移動している磁気ダイポールに
よって形成されたと推定された１組の磁界測定値が決定
される。実際の磁界測定値が予め定められたフィルタに
よって処理されている場合には、ステップ29で示したよ
うに推定された磁界測定値はまた予め定められたフィル
タによって処理される。次に工程（ｄ）において、ステ
ップ24で示されたように実際の磁界測定値（またはフィ
ルタ処理された実際の測定値）が推定された磁界測定値
（またはフィルタ処理された推定された測定値）と比較
される。それから工程（ｅ）において、ステップ25で示
したように、この比較に基づき、磁気ダイポールの新し
い軌道が仮定される。実際の磁界測定値と推定された磁
界測定値との間の一致が十分に近づいたと思われるまで
工程（ｃ）乃至（ｅ）が繰返される。ステップ27で、表
示装置17上に軌道が表示される。
【００１１】本発明によって行われる空間的および時間
的処理は、以下のように数学的に表わされる。磁気ダイ
ポール13の存在により生じた空間の地点における磁界は
基本方程式：Ｂ ＝１／ｒ5 ［３（ｍ・ｒ）ｒ−ｒ2 ｍ］ ［１］ によって与えられ、ここでＢは、Ｂ ＝Ｂx ｉ＋Ｂy ｊ＋Ｂz ｋ ［２］ によって与えられる磁界ベクトルであり、ｍは、ｍ ＝ｍx ｉ＋ｍy ｊ＋ｍz ｋ ［３］ によって与えられるダイポールモーメントベクトルであ
り、ｒは、ｒ ＝ｒx ｉ＋ｒy ｊ＋ｒz ｋ ［４］ によって与えられる位置ベクトルであり、ｒ（ｔ）は、ｒ ＝ｒs −ｒd （ｔ） ［５］ によって与えられるダイポールモーメントの位置に関す
る磁界中の位置である。ｒs は磁界がＢに等しい位置で
あり、ｒd （ｔ）は時間ｔにおけるダイポールモーメン
トの位置である。
的処理は、以下のように数学的に表わされる。磁気ダイ
ポール13の存在により生じた空間の地点における磁界は
基本方程式：Ｂ ＝１／ｒ5 ［３（ｍ・ｒ）ｒ−ｒ2 ｍ］ ［１］ によって与えられ、ここでＢは、Ｂ ＝Ｂx ｉ＋Ｂy ｊ＋Ｂz ｋ ［２］ によって与えられる磁界ベクトルであり、ｍは、ｍ ＝ｍx ｉ＋ｍy ｊ＋ｍz ｋ ［３］ によって与えられるダイポールモーメントベクトルであ
り、ｒは、ｒ ＝ｒx ｉ＋ｒy ｊ＋ｒz ｋ ［４］ によって与えられる位置ベクトルであり、ｒ（ｔ）は、ｒ ＝ｒs −ｒd （ｔ） ［５］ によって与えられるダイポールモーメントの位置に関す
る磁界中の位置である。ｒs は磁界がＢに等しい位置で
あり、ｒd （ｔ）は時間ｔにおけるダイポールモーメン
トの位置である。
【００１２】ベクトル成分を代入して簡単にすると、基
本方程式は次のようになる：
本方程式は次のようになる：
【数１】 ここで、 ｒ5 ＝（ｒx 5 ＋ｒy 2 ＋ｒz 2 ）5/2 ［７］ 位置マトリックスは次のように定められてもよい：
【数２】 したがって代入により、Ｂ ＝［Ｒ］ｍ ［９］ 位置マトリックスＲは磁気ダイポール13と、磁界がＢに
等しい空間中の地点との相対的な位置の関数である。
等しい空間中の地点との相対的な位置の関数である。
【００１３】磁気センサ群11は図１に示されているよう
な三次元空間に随意に配置されていると仮定する。磁気
センサ群11の各センサは、局部的な磁界の３つの成分を
測定する。磁気センサ群11は、それらの各軸が互いに平
行であるように方位付けられている。さらにダイポール
13は次の式によって与えられる三次元空間における軌
道：ｒd （ｔ）＝（ｘ0 ＋ｖx ｔ）ｉ＋（ｙ0 ＋ｖy ｔ）ｊ＋（ｚ0 ＋ｖz ｔ）ｋ ［１０］ に沿って移動していると仮定する。
な三次元空間に随意に配置されていると仮定する。磁気
センサ群11の各センサは、局部的な磁界の３つの成分を
測定する。磁気センサ群11は、それらの各軸が互いに平
行であるように方位付けられている。さらにダイポール
13は次の式によって与えられる三次元空間における軌
道：ｒd （ｔ）＝（ｘ0 ＋ｖx ｔ）ｉ＋（ｙ0 ＋ｖy ｔ）ｊ＋（ｚ0 ＋ｖz ｔ）ｋ ［１０］ に沿って移動していると仮定する。
【００１４】センサ群11の磁界の測定値を次式のように
合成ベクトルによって定める：
合成ベクトルによって定める：
【数３】 ここで、Ｎはセンサデータチャンネルの数であり、Ｔは
センサ群11がサンプリングされた回数である。
センサ群11がサンプリングされた回数である。
【００１５】センサ群11の位置マトリックスは、合成マ
トリックスによって次のように定められる：
トリックスによって次のように定められる：
【数４】 そのセンサ群に対して、式９の展開式は次のようにな
る：ＢR ＝［ＲR ］ｍ ［１３］ＢR が仮定された軌道：ｒd （ｔ）＝（ｘ0 ＋ｖx ｔ）
ｉ＋（ｙ0 ＋ｖy ｔ）ｊ＋（ｚ0 ＋ｖz ｔ）ｋに沿って
移動している単一の磁気ダイポール13の磁界を表わす１
組の測定値であるならば、ｍについて式１３を解くと、
磁気ダイポールベクトルの推定値が得られる。ダイポー
ル13の軌道はこの形態に限定されず、任意の連続した関
数であってよいことが理解されるであろう。この点にお
いて、地球の磁界や局部的な地磁気歪みのような他の顕
著な磁気ソースは測定値から取り除かれていると仮定す
る。センサ群の位置マトリックスの疑似逆マトリックス
を次のように定める：
る：ＢR ＝［ＲR ］ｍ ［１３］ＢR が仮定された軌道：ｒd （ｔ）＝（ｘ0 ＋ｖx ｔ）
ｉ＋（ｙ0 ＋ｖy ｔ）ｊ＋（ｚ0 ＋ｖz ｔ）ｋに沿って
移動している単一の磁気ダイポール13の磁界を表わす１
組の測定値であるならば、ｍについて式１３を解くと、
磁気ダイポールベクトルの推定値が得られる。ダイポー
ル13の軌道はこの形態に限定されず、任意の連続した関
数であってよいことが理解されるであろう。この点にお
いて、地球の磁界や局部的な地磁気歪みのような他の顕
著な磁気ソースは測定値から取り除かれていると仮定す
る。センサ群の位置マトリックスの疑似逆マトリックス
を次のように定める：
【数５】 したがって推定されたダイポールベクトルは、次のよう
に表わされる：
に表わされる：
【数６】
【００１６】相関係数を導出する。磁気ダイポール13の
推定されたダイポールベクトルの適合度は、実際のセン
サ測定値と、推定されたダイポールベクトルから導出さ
れた理想的なセンサ測定値との間の相関係数として評価
される。理想的な測定値を次のように定められる。
推定されたダイポールベクトルの適合度は、実際のセン
サ測定値と、推定されたダイポールベクトルから導出さ
れた理想的なセンサ測定値との間の相関係数として評価
される。理想的な測定値を次のように定められる。
【００１７】
【数７】 実際の測定値と理想的な測定値の組の平均値を減算する
ことによって、次の式で与えられるゼロ平均ベクトルが
得られる。
ことによって、次の式で与えられるゼロ平均ベクトルが
得られる。
【００１８】
【数８】 したがって相関係数は、次のように表わされる：
【数９】
【００１９】以下、測定値の推定について説明する。Ｂ
I は実際のセンサ測定値ＢR に最も適合したセンサの実
現可能な測定値の推定値である。ｍest の式がＢI の代
りに式に代入された場合、理想的な測定値の直接推定値
が得られる：
I は実際のセンサ測定値ＢR に最も適合したセンサの実
現可能な測定値の推定値である。ｍest の式がＢI の代
りに式に代入された場合、理想的な測定値の直接推定値
が得られる：
【数１０】 測定値推定マトリックスを定める：
【数１１】 これは次のように展開される：
【数１２】 したがって式２１を式２０に代入すると：
【数１３】 Ｓはセンサ位置と仮定されたダイポールの位置の関数で
ある。それは、 ［Ｓ］＝［Ｓ］T ［２４］、および ［Ｓ］＝［Ｓ］2 ［２５］ において対称的で最適である特性を有している。
ある。それは、 ［Ｓ］＝［Ｓ］T ［２４］、および ［Ｓ］＝［Ｓ］2 ［２５］ において対称的で最適である特性を有している。
【００２０】式２４は、推定量Ｓが理想的な測定値の組
ＢI に与えられた場合に最適な推定値として理想的な測
定値の組を再生することを示している。
ＢI に与えられた場合に最適な推定値として理想的な測
定値の組を再生することを示している。
【００２１】ダイポール13の軌道を推定するために、次
の式２６の値は、式２７によって与えられるダイポール
13の軌道を定める６つのパラメータの値を変化すること
によって最大にされる。
の式２６の値は、式２７によって与えられるダイポール
13の軌道を定める６つのパラメータの値を変化すること
によって最大にされる。
【００２２】
【数１４】
【００２３】多数のダイポール13の場合には、線形形式
のダイポール推定量の式が多数のダイポール13から得ら
れたデータの同時処理を簡単にする。Ｒ1 およびＲ2 に
よって表わされた２つの異なる位置の２つの磁気ダイポ
ール13ｍ1 およびｍ2 を仮定する。ｍ1 およびｍ2 の両
者を測定するために同じセンサ群11が使用されると仮定
する。式９は線形であるため、かつ磁界が線形的に加算
されることができるため、センサ測定値に対する２つの
ダイポール13の影響は線形的に合計されることができ
る： Ｂ＝［Ｒ1 ］ｍ1 ＋［Ｒ2 ］ｍ2 ［２８］ これは次のように簡単化されてもよい：
のダイポール推定量の式が多数のダイポール13から得ら
れたデータの同時処理を簡単にする。Ｒ1 およびＲ2 に
よって表わされた２つの異なる位置の２つの磁気ダイポ
ール13ｍ1 およびｍ2 を仮定する。ｍ1 およびｍ2 の両
者を測定するために同じセンサ群11が使用されると仮定
する。式９は線形であるため、かつ磁界が線形的に加算
されることができるため、センサ測定値に対する２つの
ダイポール13の影響は線形的に合計されることができ
る： Ｂ＝［Ｒ1 ］ｍ1 ＋［Ｒ2 ］ｍ2 ［２８］ これは次のように簡単化されてもよい：
【数１５】 式２６は、仮定された位置における多数のダイポール13
が測定値の１組から同時に推定されてもよいことを示し
ている。一般的な場合には、以下の式３０を定める：
が測定値の１組から同時に推定されてもよいことを示し
ている。一般的な場合には、以下の式３０を定める：
【数１６】 ここでＭはダイポール13の数であり、かつまた式３１を
定める： ［ＲT ］＝｜Ｒ1 Ｒ2 …Ｒm ｜ ［３１］ したがって式２９は次のようになる：Ｂ ＝［ＲT ］ｍT ［３２］ これは、Ｍ個のダイポールソースの位置の同時の推定を
導く：
定める： ［ＲT ］＝｜Ｒ1 Ｒ2 …Ｒm ｜ ［３１］ したがって式２９は次のようになる：Ｂ ＝［ＲT ］ｍT ［３２］ これは、Ｍ個のダイポールソースの位置の同時の推定を
導く：
【数１７】
【００２４】上述のように、本発明の方法20はまた実際
の磁界測定値と推定された磁界測定値のフィルタ処理を
考え、それによって測定値が雑音に対してフィルタ処理
される。フィルタ処理の実施形態において、収集された
データは、雑音の影響を減少させるフィルタを構成する
正方形マトリックスによって乗算される。仮定されたダ
イポール軌道から結果的に得られた磁界ベクトルが同じ
正方形マトリックスによって乗算される。そのマトリク
スは、雑音に対するこの方法の性能を改良するように選
択されたものである。
の磁界測定値と推定された磁界測定値のフィルタ処理を
考え、それによって測定値が雑音に対してフィルタ処理
される。フィルタ処理の実施形態において、収集された
データは、雑音の影響を減少させるフィルタを構成する
正方形マトリックスによって乗算される。仮定されたダ
イポール軌道から結果的に得られた磁界ベクトルが同じ
正方形マトリックスによって乗算される。そのマトリク
スは、雑音に対するこの方法の性能を改良するように選
択されたものである。
【００２５】以下の式は、フィルタ処理を行った場合の
本発明の方法20を表わす：
本発明の方法20を表わす：
【数１８】
【００２６】図３は、本発明の方法20を使用して磁力計
データを処理した結果得られた軌道を示す。８個の３軸
磁力計を使用すると、本発明の空間的および時間的処理
方法20によって、図１に示された実施形態に対する大型
の巡洋艦のようなダイポール13の３次元軌道が得られ
る。
データを処理した結果得られた軌道を示す。８個の３軸
磁力計を使用すると、本発明の空間的および時間的処理
方法20によって、図１に示された実施形態に対する大型
の巡洋艦のようなダイポール13の３次元軌道が得られ
る。
【００２７】以上、磁気ダイポールの位置を決定して、
ダイポールに関する軌道データを出力するために空間的
および時間的処理を使用する改良された方法および装置
を説明してきた。記載された実施形態は、本発明の原理
の応用を表わした多数の特定の実施形態のいくつかの単
なる例示に過ぎないことが理解されるであろう。当業者
は、明らかに本発明の技術的範囲を逸脱することなく多
種多様の別の構造を容易に認識することができる。
ダイポールに関する軌道データを出力するために空間的
および時間的処理を使用する改良された方法および装置
を説明してきた。記載された実施形態は、本発明の原理
の応用を表わした多数の特定の実施形態のいくつかの単
なる例示に過ぎないことが理解されるであろう。当業者
は、明らかに本発明の技術的範囲を逸脱することなく多
種多様の別の構造を容易に認識することができる。
【図１】本発明の原理による磁気ダイポール検出装置の
概略図。
概略図。
【図２】図１の装置において使用される本発明による処
理方法またはアルゴリズムを示したフロー図。
理方法またはアルゴリズムを示したフロー図。
【図３】本発明を使用した結果得られた軌道を示したグ
ラフ。
ラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−304556（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−248366（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−38301（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 7/00 - 7/34 G01V 3/08
Claims (7)
- 【請求項１】 空間的に分布された磁気センサ群を使用
して磁気ダイポールを検出し、その位置を決定する方法
において、 （ａ）複数の磁気センサを使用して磁気ダイポールの１
組の実際の磁界測定値を収集し、 （ｂ）磁気ダイポールの軌道を仮定し、 （ｃ）仮定された軌道に沿って移動している磁気ダイポ
ールによって形成される１組の推定された磁界測定値を
決定し、 （ｄ）推定された磁界測定値と実際の磁界測定値を比較
し、 （ｅ）この比較に基づいて、磁気ダイポールの新しい軌
道を仮定し、 （ｆ）実際の磁界測定値と推定された磁界測定値との間
の一致が十分に接近したと思われるまでステップ（ｃ）
乃至（ｅ）を反復するステップを含んでいることを特徴
とする磁気ダイポールを検出してその位置を決定する方
法。 - 【請求項２】 さらに、軌道データを表示するステップ
を含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 実際の磁界測定値と推定された磁界測定
値との間の一致が十分に接近したと思われるまでステッ
プ（ｃ）乃至（ｅ）を繰返すステップは、 推定された磁界値を測定された磁界値により乗算し、そ
の結果を一群のセンサにわたって合計することによっ
て、一群のセンサに対して推定された磁界値のそれぞれ
と測定された磁界値とを相関させ、 結果的な相関の１つが他のものより著しく大きい値を有
しており、かつそれが予め定められたしきい値より大き
い場合、大きい相関値を生じさせる計算された値に対応
した位置が検出されたことを示すステップを含んでいる
ことを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項４】 さらに軌道データを表示するステップを
含んでいることを特徴とする請求項３記載の方法。 - 【請求項５】 空間的に分布された一群の磁気センサを
使用して磁気ダイポールを検出し、その位置を決定する
方法において、 （ａ）複数の磁気センサを使用して磁気ダイポールの１
組の実際の磁界測定値を収集し、 （ｂ）予め定められたフィルタを使用して実際の磁界測
定値をフィルタ処理し、 （ｃ）磁気ダイポールの軌道を仮定し、 （ｄ）仮定された軌道に沿って移動している磁気ダイポ
ールによって形成される１組の推定された磁界測定値を
決定し、 （ｅ）同じ予め定められたフィルタを使用して推定され
た磁界測定値をフィルタ処理し、 （ｆ）推定された磁界測定値と実際の磁界測定値を比較
し、 （ｇ）この比較に基づいて、磁気ダイポールの新しい軌
道を仮定し、 （ｈ）実際の磁界測定値と推定された磁界測定値との間
の一致が十分に接近したと思われるまでステップ（ｄ）
乃至（ｇ）を反復するステップを含んでいることを特徴
とする磁気ダイポールを検出してその位置を決定する方
法。 - 【請求項６】 さらに、軌道データを表示するステップ
を含んでいることを特徴とする請求項３記載の方法。 - 【請求項７】 一群の磁気センサと、 それら一群の磁気センサに結合され、基本的な磁気ダイ
ポールの式によって表わされる推定された磁界信号群を
提供するために、複数の位置のそれぞれにおいてセンサ
群により検出されるべき磁界識別特性の推定値を記憶
し、測定された磁界値を提供するために、検出されるべ
き磁気ダイポールが存在するときにセンサのそれぞれに
おいて測定された磁界を示す磁界信号を収集し、測定さ
れた磁界信号を時間的にかつ空間的にフィルタ処理する
ことによってセンサのそれぞれにおいて測定された磁界
の空間的および時間的変化を除去し、測定された磁界値
と推定された磁界値を乗算して、センサ群にわたってそ
の結果を合計することによってセンサ群に対して推定さ
れた磁界値のそれぞれと測定された磁界値を相関させ、
相関の１つが他のものより著しく大きい値を有してお
り、かつそれが予め定められたしきい値より大きい場
合、およびダイポールの軌道が著しく大きい値で生成さ
れた測定された磁界信号によって表わされる位置に対応
している場合に、ダイポールの軌道を識別するた処理手
段と、 識別されたダイポールの位置および速度を表示する表示
手段とを具備していることを特徴とする磁気ダイポール
を検出してその位置を決定する装置。
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| US08/611,352 US5684396A (en) | 1996-03-05 | 1996-03-05 | Localizing magnetic dipoles using spatial and temporal processing of magnetometer data |
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| JPH1019505A JPH1019505A (ja) | 1998-01-23 |
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| JP9050659A Expired - Fee Related JP2954064B2 (ja) | 1996-03-05 | 1997-03-05 | 磁力計データの空間的および時間的処理を使用した磁気ダイポールの位置決定方法および装置 |
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|---|---|
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| JP (1) | JP2954064B2 (ja) |
| KR (1) | KR100236249B1 (ja) |
| GB (1) | GB2310931B (ja) |
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| FR2768230B1 (fr) * | 1997-09-11 | 2000-05-05 | Commissariat Energie Atomique | Procede de localisation d'un objet en mouvement par mesures magnetiques gradientmetriques |
| GB9721377D0 (en) * | 1997-10-08 | 1997-12-10 | Radiodetection Ltd | Locating objects |
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| US6269324B1 (en) * | 1998-10-19 | 2001-07-31 | Raytheon Company | Magnetic object tracking based on direct observation of magnetic sensor measurements |
| WO2002037827A2 (en) * | 2000-10-30 | 2002-05-10 | Naval Postgraduate School | Method and apparatus for motion tracking of an articulated rigid body |
| KR100478733B1 (ko) * | 2002-06-19 | 2005-03-24 | 학교법인 포항공과대학교 | 쌍극입자의 쌍극자 크기 계측 방법 |
| US7633518B2 (en) * | 2002-10-25 | 2009-12-15 | Quantum Magnetics, Inc. | Object detection portal with video display overlay |
| US6675123B1 (en) | 2002-11-26 | 2004-01-06 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Magnetic tracking methods and systems |
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| JP4931145B2 (ja) * | 2007-08-15 | 2012-05-16 | 日本電信電話株式会社 | 磁気式３次元位置検出装置、磁気式３次元位置検出方法、プログラム及び記録媒体 |
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| CN101476860B (zh) * | 2009-01-22 | 2011-07-20 | 中国科学院电工研究所 | 一种高背景磁场下的磁定位方法及装置 |
| CN102609163B (zh) * | 2012-01-18 | 2015-11-25 | 华为终端有限公司 | 一种电子装置 |
| FR2998380B1 (fr) * | 2012-11-20 | 2016-01-08 | Commissariat Energie Atomique | Procede de reconnaissance automatique d'un objet magnetique mobile |
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| CN116975991B (zh) * | 2022-04-24 | 2024-04-26 | 中国人民解放军海军工程大学 | 一种基于粒子群算法的磁目标三维寻优反演定位方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2586302B1 (fr) * | 1985-08-13 | 1988-02-12 | Commissariat Energie Atomique | Procede pour localiser un objet et determiner son orientation dans l'espace et dispositif de mise en oeuvre |
| GB2204407B (en) * | 1986-03-19 | 1990-04-11 | Thorn Emi Electronics Ltd | Magnetic sensor arrangement |
| US5239474A (en) * | 1990-11-20 | 1993-08-24 | Hughes Aircraft Company | Dipole moment detection and localization |
| US5410252A (en) * | 1992-05-27 | 1995-04-25 | Michael E. Potter | Magnetic survey technique for determining subsurface environmental contamination |
| US5381095A (en) * | 1993-06-21 | 1995-01-10 | Rockwell International Corporation | Method of estimating location and orientation of magnetic dipoles using extended Kalman filtering and Schweppe likelihood ratio detection |
| JPH07248366A (ja) * | 1994-03-11 | 1995-09-26 | Shimadzu Corp | 磁気雑音補償方法 |
| JPH08304556A (ja) * | 1995-05-09 | 1996-11-22 | Mitsubishi Electric Corp | 磁探信号処理器 |
-
1996
- 1996-03-05 US US08/611,352 patent/US5684396A/en not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-03-03 GB GB9704379A patent/GB2310931B/en not_active Expired - Fee Related
- 1997-03-04 NO NO19970989A patent/NO318298B1/no not_active IP Right Cessation
- 1997-03-05 JP JP9050659A patent/JP2954064B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1997-03-05 KR KR1019970007231A patent/KR100236249B1/ko not_active IP Right Cessation
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|---|---|
| GB9704379D0 (en) | 1997-04-23 |
| NO970989D0 (no) | 1997-03-04 |
| JPH1019505A (ja) | 1998-01-23 |
| KR100236249B1 (ko) | 1999-12-15 |
| KR970066604A (ko) | 1997-10-13 |
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| GB2310931A (en) | 1997-09-10 |
| US5684396A (en) | 1997-11-04 |
| NO970989L (no) | 1997-09-08 |
| GB2310931B (en) | 2000-05-10 |
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