JP4470805B2 - 磁気センサの位置計測方法 - Google Patents

Description

この発明は移動する磁気構造体、例えば艦艇の磁気測定装置の磁気センサ位置計測方法に関する。

艦艇等の発生磁界を計測するために、例えば、海底に複数の磁気センサを設置し、その磁気センサの配置領域の所定位置に艦艇を係留し、あるいは移動させて、上記複数の磁気センサで検出される磁界から艦艇の発生磁界を計測する方法が知られている。また、海中で、地磁気変動、その他の磁気を観測するのに、複数の磁気検出器を一条のケーブルで等間隔に接続し、このケーブルを計測装置本体に接続し、複数の磁気検出器を海中に沈めて、各磁気検出器を時分割動作させる技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。

この種の磁界計測において磁気センサをその都度展開配置する緊急展開型の磁気測定装置の場合、各磁気センサの位置を計測するのに、潜水夫が海底に磁気センサを設置し、その直上海面でゴムボート等に反射鏡を設置してレーザ測距すること等により磁気センサ位置を読み取っている。また、投げ込み式の磁気センサシステムの場合では音及び磁気をセンサ自身から発生して相対するセンサで受け、各センサの相対位置を求めている場合もある。

また、航走方式での磁気測定では、磁気センサの個数が限定されるため、被測定艦艇と磁気センサの正確な相対位置と実測データから磁気モデルを逆算し、キール下位置の磁界等を補間演算している。実測データと計算値との精度を上げるために必要な、被測定艦艇の位置と磁気センサの正確な相対位置測定に、レーザ自動追尾測距方式、ＧＰＳ方式等が用いられている。
特許第２９００５３９号公報

上記艦艇の発生磁界測定等において、磁気センサの位置が曖昧、又は船位が曖昧な場合、磁気モデルでの補間計測値の精度が悪くなる。また、磁気センサ位置を検出する機能がある場合でも、その位置検出方式は、本来の目的である船体磁気測定以外の機構であり、本来的なシステム構成、コスト上から見れば余剰（無駄）なものである。つまり、システム全体として、コスト高なものとなる。

同様に、被測定艦艇の位置と磁気センサの正確な相対位置測定のためのレーザ自動追尾測距方式、あるいはＧＰＳ方式も、磁気計測とは根本的に次元の異なる機構のため、やはり、本質的なシステム構成、コスト上から見れば、余剰なものである。この場合も、システム全体として、大型・コスト高なものとなる。

この発明は、上記問題点に着目してなされたものであって、余分の格別な機能手段を用いることなく低コストで精度良く、磁気センサの位置を計測し得る磁気センサの位置計測方法を提示することを目的とする。

この発明の磁気センサの位置計測方法は、測定の都度、複数の磁気センサを海中に展開配置する可搬型磁気測定装置を用い、この可搬型磁気測定装置の複数の磁気センサを海中において水平方向に直線状に配置し、磁化方向が垂直方向、船首尾方向、左右舷方向のいずれかの方向となるように磁気マーカーを移動艇の特定部位に固定し、移動艇が磁気センサの配置領域で磁気センサの配置方向に直行する方向に移動した場合に、各磁気センサから得られる垂直方向成分、船首尾方向成分、左右舷方向成分の大きさと最大値との関係から、磁気マーカーに対する各磁気センサの相対位置を求め、磁気マーカーを船首に固定した場合に、移動艇のキール下付近で得られる磁気波形の船首尾方向成分及び垂直方向成分の波形の、各磁気波形のベースラインから突出した磁気マーカーの発生磁界の大きさから磁気センサに対する移動艇の通過した相対位置を求めることを特徴とする。

この発明で使用する磁気マーカーとしては、例えば電磁石、永久磁石がある。電磁石は電力かかるので、永久磁石を使用することが望ましい。近年磁石材料の開発により、小型でマーキングに資する発生磁界が得られる永久磁石が取得できるようになっている。永久磁石では発生磁界を遮蔽できない、という問題もあったが、パーマロイ等で磁気シールドを行えば、発生磁界は影響がある程度まで抑えられ、十分に実用的である。

この発明によれば、今まで磁気センサ設置の方法によっては曖昧であったセンサ位置及び船位の位置精度が改善され、磁気モデルでの補間計算値の精度が改善する。また、１回の航走で磁気センサ位置と船位の両方が特定できる。さらに、この発明では磁気マーカーの磁界を磁気センサで検出するものであり、システム本来の磁気測定の機能内でクローズする方法であり、余計な機構が不要となり、コストアップを抑えることができる。

以下、実施の形態により、この発明をさらに詳細に説明する。図１はこの発明の一実施形態磁気計測システムを模式的に示す図である。ここでは、複数個の磁気センサＭＤ１，ＭＤ２、・・・、ＭＤＮが配置された領域２を、艦艇Ｓ(図６参照)に搭載された磁気マーカーＭＭが、艦艇Ｓの移動により、磁気センサＭＤ１，ＭＤ２、・・・ＭＤＮの配置方向に直交する方向に移動し、移動の過程で各磁気センサＭＤ１，ＭＤ２、・・・ＭＤＮより得られる磁気が、磁気計測装置１に取り込まれ、磁気計測装置１において、得られた信号成分により、各磁気センサＭＤ１，ＭＤ２、・・・ＭＤＮ間の相対位置、及び各磁気センサＭＤ１，ＭＤ２、・・・ＭＤＮと艦艇Ｓとの相対位置が求められる。

各磁気センサＭＤ１，ＭＤ２、・・・ＭＤＮは、図2に示すように、それぞれケーブルにより、磁気計測装置１に接続されている。磁気計測装置１は、各磁気センサＭＤ１，ＭＤ２、・・・ＭＤＮよりの信号を記憶する記憶部を有すると共に、得られた各磁気センサＭＤ１，ＭＤ２、・・・ＭＤＮの検出信号により、各磁気センサＭＤ１，ＭＤ２、・・・ＭＤＮ間の相対位置、及び各磁気センサＭＤ１，ＭＤ２、・・・ＭＤＮと艦艇Ｓとの相対位置を求める機能を有する。

磁気マーカーＭＭは、永久磁石であり、その発生磁界を図３に示す。この磁気マーカーＭＭは、例えば図６に示すように艦艇Ｓの船首ＳＴに取り付ける。また、船首ＳＴに代えて船尾ＳＤに取り付けても良い。あるいは、船首ＳＴと船尾ＳＤの両方に2個おけば、艦艇のヘッデイング角と進入角がわかるため、補間演算において精度が向上する。

磁気マーカーＭＭの磁化の方向は、垂直方向、船首尾方向及び左右舷方向のいずれでも問題はない。図1では、磁化の方向を垂直方向にしており、磁気マーカーＭＭ、したがって艦艇Ｓのキール下が磁気センサＭＤ２とＭＤ３の間を通過する場合を示している。

磁気マーカーＭＭが、矢印Ａ方向に移動したときの各磁気センサＭＤ１，ＭＤ２、・・・、ＭＤ４に発生する磁界を図４に示している。図４において、右側が移動前、左側が移動後の各磁界の強さであり、Ｂ点が、磁気センサの配列ライン位置である。艦艇のキール下は、上記したように磁気センサＭＤ２とＭＤ３の間を通過しており、キール下でＺ成分が最大であり、Ｙ成分が０という特徴があるので、各磁気センサＭＤ１，ＭＤ２、・・・の各成分出力より、磁気マーカーＭＭが、どの位置を通過したかが計算で求められる。なお、図4に示すＺ成分は、図1に示すように、垂直成分の下方に向けた成分が＋、Ｙ成分は、進行方向に向けて左側の成分、つまり左舷方向の成分が＋、Ｘ成分は、進行方向に向けた成分が＋である。

図５に、磁気マーカーＭＭの移動方向に直交する方向、つまり左右舷方向の発生磁界を示している。磁気マーカーＭＭの発生磁界は既知であるため、艦艇が通過したとき得られる磁気センサのＹ成分の最大値及びＺ成分の最大値で、磁気マーカーＭＭに対する磁気センサの左右舷方向の相対位置を特定できる。例えば、磁気センサＭＤ３のＺ成分が最大、Ｙ成分が０の場合に、艦艇のキールが磁気センサＭＤ３上を通過したことになる。また、各磁気センサのＺ成分，Ｙ成分の大きさと、最大値との関係から、各磁気センサＭＤ１，・・・，ＭＤＮの相対位置を算出する。この算出も、磁気計測装置１で実行する。また、磁気マーカーＭＭの通過した位置(被測定艦艇位置＝船位)も特定できる。

図６に、磁気マーカーＭＭを艦艇Ｓの船首ＳＴに設定した場合のキール下付近の実測データを示す。図６の（ａ）は艦艇Ｓを、図６の（ｂ）に実測データを示している。磁気マーカーＭＭを船首ＳＴに設置した場合、キール下付近では、Ｘ成分に矢符Ｃ，Ｚ成分に矢符Ｄに示すような波形が観測される。この波形の、各磁気波形のベースラインから突出した磁気マーカーＭＭの発生磁界の大きさから磁気センサＭＤ１，・・・，ＭＤＮに対する艦艇Ｓの通過した相対位置が求められる。なお、船体磁気波形は、磁気マーカーＭＭの発生磁界を差し引いて、換算・記録する。

この発明の一実施形態磁気計測システムを模式的に示す概略図である。 同実施形態磁気計測システムの構成を示すブロック図である。 同実施形態磁気計測システムで使用する磁気マーカーの発生磁界を説明する図である。 同実施形態磁気計測システムにおいて、磁気マーカーが移動した場合の各磁気センサの磁気成分の変化を示す図である。 同実施形態磁気計測システムにおいて、磁気マーカーの位置と左右舷方向に配置された各磁気センサ位置の磁界成分を示す図である。 艦艇の船首に磁気マーカーを設置した場合の艦艇及び磁気マーカーからのキール方向の磁界成分を示す図である。

符号の説明

１ 磁気計測装置
２ 磁気センサ配置領域
ＭＤ１，ＭＤ２，・・・ＭＤＮ 磁気センサ
ＭＭ 磁気マーカー
Ｓ 艦艇
ＳＴ 船首
ＳＤ 船尾

Claims (2)

1. 測定の都度、複数の磁気センサを海中に展開配置する可搬型磁気測定装置を用い、この可搬型磁気測定装置の複数の磁気センサを海中において水平方向に直線状に配置し、磁化方向が垂直方向、船首尾方向、左右舷方向のいずれかの方向となるように磁気マーカーを移動艇の特定部位に固定し、移動艇が磁気センサの配置領域で磁気センサの配置方向に直行する方向に移動した場合に、各磁気センサから得られる垂直方向成分、船首尾方向成分、左右舷方向成分の大きさと最大値との関係から、磁気マーカーに対する各磁気センサの相対位置を求め、磁気マーカーを船首に固定した場合に、移動艇のキール下付近で得られる磁気波形の船首尾方向成分及び垂直方向成分の波形の、各磁気波形のベースラインから突出した磁気マーカーの発生磁界の大きさから磁気センサに対する移動艇の通過した相対位置を求めることを特徴とする磁気センサの位置計測方法。
2. 前記磁気マーカーは、移動艇の船首及び船尾に固定されていることを特徴とする請求項１記載の磁気センサの位置計測方法。