JP5084472B2 - Minesweeper magnetic field detector and minesweeper - Google Patents
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本発明は掃海磁場検知装置および掃海艇、特に、掃海用磁気信号によって形成される掃海用磁界をリアルタイムにモニターする掃海磁場検知装置、および当該掃海磁場検知装置を装備した掃海艇に関する。 The present invention relates to a minesweeper magnetic field detection device and a minesweeper, and more particularly to a minesweeper magnetic field detection device that monitors in real time a minesweeper magnetic field formed by a minesweeping magnetic signal, and to a minesweeper equipped with the minesweeper magnetic field detection device.
従来、掃海に際し、海中に発せられた掃海用磁気信号(正確には、磁気掃海具に流れる電流値)によって、海中に実際に掃海用の磁場が形成されるか否かをリアルタイムにモニターする発明が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, an invention for monitoring in real time whether or not a magnetic field for sweeping is actually formed in the sea based on a magnetic signal for sweeping that has been emitted into the sea (more precisely, the current value flowing through the magnetic sweeper) during the sweeping. Is disclosed (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に記載された発明は、3軸のフラックスゲート型磁気センサ及びハイドロフォンからなる磁気掃海具を艇尾に曳航するものであって、当該3軸合成型磁気センサは、地球磁界や磁気掃海具の動揺による影響を受けない雑音排除型の磁気センサである。
すなわち、直交座標系X、Y、Zの3軸にそれぞれ配設され合成されるフラックスゲート型等の磁気センサを使用するため、磁気掃海具から掃海用磁気信号が発せられた際に「磁界の変化の有無」を定性的に検出するようになっている(磁気掃海具から掃海用磁気信号が発せられない間は、「地磁気」を検出している)。
なお、磁気掃海具から掃海用磁気信号が発せられた際に「磁界の変化量(掃海用磁気信号によって形成される磁場)」を定量的に検出しようとすると、地球磁場や磁気掃海具の動揺によってもその影響を受けない雑音排除型の磁気センサを用い、3軸個々のセンサに対し、ピッチ、ロール、ヨ一等の影響分の誤差を回避するため、磁気センサ近傍に動揺補正装置が必要になってくる。
However, the invention described in Patent Document 1 is to tow a magnetic sweeping tool composed of a three-axis fluxgate type magnetic sensor and a hydrophone to the stern. It is a noise-exclusion type magnetic sensor that is not affected by the vibration of the magnetic sweeper.
That is, since a magnetic sensor such as a fluxgate type arranged and synthesized on three axes of the orthogonal coordinate system X, Y, and Z is used, when a magnetic signal for sweeping is generated from the magnetic sweeper, The presence / absence of change is qualitatively detected (“geomagnetic” is detected while no magnetic signal for sweeping is issued from the magnetic sweeper).
In addition, when the magnetic signal for sweeping is issued from the magnetic sweeper, if the “magnetic field change (magnetic field formed by the sweeping magnetic signal)” is to be detected quantitatively, the geomagnetic field and the magnetic sweeper will be shaken. Using a noise-exclusion-type magnetic sensor that is not affected by noise, a shake correction device is required in the vicinity of the magnetic sensor to avoid errors due to the effects of pitch, roll, yaw, etc. for each of the three axes. It becomes.
よって、特許文献1に記載された発明では、磁気掃海具から発生する掃海用磁気信号によって形成される掃海信号磁場の強さ(磁気掃海具から掃海用磁気信号を発した際に検知される磁場の、磁気掃海具から掃海用磁気信号を発しない間の地磁気に対する変化量)を知ることができないため、各種環境条件の影響により、想定外の掃海磁場が形成された(形成されない)場合など、これを検知することができない。
そのため、形成された掃海信号磁場の強さおよび広がりが過大である場合には、曳航具を曳航する掃海艇の近くで機雷が起爆したり、一方、形成された掃海信号磁場の強さおよび広がりが過小である場合には、機雷が起爆することなく海中に残ったりするという問題があった。
Therefore, in the invention described in Patent Document 1, the strength of the sweep signal magnetic field formed by the sweep signal magnetic signal generated from the magnetic sweeper (the magnetic field detected when the sweep signal is generated from the magnetic sweep tool). The amount of change in the geomagnetism while not generating a magnetic signal for sweeping from the magnetic sweeper is not known, so when an unexpected sweeping magnetic field is formed (not formed) due to the influence of various environmental conditions, etc. This cannot be detected.
Therefore, if the strength and spread of the formed minesweeping signal magnetic field is excessive, a mine may detonate near the minesweeper towing the towing implement, while the formed minesweeping signal magnetic field strength and spread. If is too small, there was a problem that mines would remain in the sea without detonation.
本発明は上記問題を解決するものであって、曳航する磁気掃海具から発せられた掃海用磁気信号によって、海中に実際に形成される掃海信号磁場の強さを定量的に、しかもリアルタイムに検知することが可能な掃海磁場検知装置、および該掃海磁場検知装置を有する掃海艇を提供することを目的とする。
なお、本発明において、掃海信号磁場とは、掃海用磁気信号が発せられた際に検知される磁場(以下、「合成磁場」と称する場合がある)から、掃海用磁気信号が発せられない間に検知される磁場(地球磁場、地磁気に同じ)を、差し引いた磁場(ベクトル)である。
The present invention solves the above-described problem, and quantitatively and in real time detects the strength of a sweeping signal magnetic field actually formed in the sea by means of a sweeping magnetic signal emitted from a towing magnetic sweeper. It is an object of the present invention to provide a minesweeper magnetic field detection device capable of performing the same and a minesweeper boat having the minesweeper magnetic field detection device.
In the present invention, the minesweeping signal magnetic field refers to a period during which no minesweeping magnetic signal is generated from a magnetic field detected when the minesweeping magnetic signal is issued (hereinafter sometimes referred to as “synthetic magnetic field”). This is a magnetic field (vector) obtained by subtracting the magnetic field detected in (1).
(1)本発明に係る掃海磁場検知装置は、掃海艇によって曳航され、掃海用磁気信号を発生する磁気掃海具と、
掃海艇によって曳航され、磁場の強さを検知する磁気センサと、
前記磁気センサが検知した地磁気の強さと、前記磁気センサが検知した地磁気と前記掃海用磁気信号によって形成された掃海信号磁場とを合成した合成磁場ベクトルの強さと、から前記掃海信号磁場の強さを演算する演算手段と、
を有し、
前記磁気センサは、前記磁気掃海具が掃海用磁気信号を発生しない間に、地磁気ベクトルの強さ(スカラー)を検知すると共に、前記磁気掃海具が掃海用磁気信号を発生している間に、地磁気ベクトルと前記掃海用磁気信号によって形成された掃海信号磁場ベクトルとを合成した合成磁場ベクトルの強さ(スカラー)を検知し、
前記演算手段は、国際標準地球磁場モデルを利用して掃海地点の地磁気ベクトルの偏角および俯角を求めるステップと、
前記地磁気ベクトルの偏角および俯角から、前記検知した地磁気ベクトルの強さ(スカラー)を地磁気ベクトルに変換するステップと、
前記磁気掃海具の掃海条件から前記掃海信号磁場ベクトルの偏角および俯角を求めるステップと、
前記地磁気ベクトルと、合成磁場ベクトルの強さ(スカラー)と、前記掃海信号磁場ベクトルの偏角および俯角と、から前記掃海信号磁場ベクトルの強さ(スカラー)を演算するステップと、
を有することを特徴とする。
(1) A minesweeper magnetic field detection apparatus according to the present invention includes a magnetic minesweeper that is towed by a minesweeper and generates a magnetic signal for minesweeping,
A magnetic sensor towed by a minesweeper and detecting the strength of the magnetic field;
From the strength of the geomagnetic field detected by the magnetic sensor and the strength of the combined magnetic field vector obtained by synthesizing the geomagnetic field detected by the magnetic sensor and the sweeping signal magnetic field formed by the magnetic signal for sweeping, the strength of the sweeping signal magnetic field Computing means for computing
I have a,
The magnetic sensor detects the strength of a geomagnetic vector (scalar) while the magnetic sweeper does not generate a magnetic signal for sweeping, and while the magnetic sweeper generates a magnetic signal for sweeping, Detect the strength (scalar) of the combined magnetic field vector that combines the geomagnetic vector and the sweeping signal magnetic field vector formed by the sweeping magnetic signal,
The calculating means obtains the declination and depression angle of the geomagnetic vector at the minesweeping site using an international standard geomagnetic field model;
Converting the detected magnitude (scalar) of the geomagnetic vector from the declination and depression angle of the geomagnetic vector into a geomagnetic vector;
Obtaining a declination and a depression angle of the sweeping signal magnetic field vector from the sweeping condition of the magnetic sweeping tool;
Calculating the strength (scalar) of the sweeping signal magnetic field vector from the geomagnetic vector, the strength (scalar) of the combined magnetic field vector, and the declination and depression of the sweeping signal magnetic field vector;
It is characterized by having .
(2)前記(1)において、前記磁気センサによって検知された地磁気ベクトルの強さ(スカラー)および前記合成磁場ベクトルの強さ(スカラー)に含まれるノイズを除去するハイパスフィルターを有することを特徴とする。 (2) In the above (1), characterized in that it has a high-pass filter for removing noise included in the intensity of the geomagnetic vector detected by the magnetic sensor (scalar) and strength of the resultant magnetic field vector (scalar) And
(3)また、掃海艇によって曳航され、掃海用磁気信号を発生する磁気掃海具と、
掃海艇によって曳航され、磁場の強さを検知する磁気センサと、
前記磁気センサが検知した地磁気の強さと、前記磁気センサが検知した地磁気と前記掃海用磁気信号によって形成された掃海信号磁場とを合成した合成磁場ベクトルの強さと、から前記掃海信号磁場の強さを演算する演算手段と、
を有し、
前記磁気センサが、セシウム式全磁力計であることを特徴とする。
(3) A magnetic sweeper that is towed by a minesweeper and generates a magnetic signal for minesweeping,
A magnetic sensor towed by a minesweeper and detecting the strength of the magnetic field;
From the strength of the geomagnetic field detected by the magnetic sensor and the strength of the combined magnetic field vector obtained by synthesizing the geomagnetic field detected by the magnetic sensor and the sweeping signal magnetic field formed by the magnetic signal for sweeping, the strength of the sweeping signal magnetic field Computing means for computing
Have
The magnetic sensor is a cesium type total magnetometer.
(4)さらに、本発明に係る掃海艇は、前記(1)乃至(3)の何れかに記載の掃海磁場検知装置を有する。 ( 4 ) Further , a minesweeper according to the present invention includes the minesweeper magnetic field detection device according to any one of (1) to ( 3 ).
(i)本発明に係る掃海磁場検知装置は、掃海信号磁場の強さ(スカラー)を演算する演算手段を有するから、曳航する磁気掃海具から発せられた掃海用磁気信号によって、海中に実際に形成される掃海信号磁場の強さを定量的に、しかもリアルタイムに検知することが可能になる。このため、掃海作業が確実になり、掃海艇自身および当該海域の安全を図ることができる。 (I) Since the minesweeping magnetic field detection apparatus according to the present invention has a computing means for computing the strength (scalar) of the minesweeping signal magnetic field, the minesweeping magnetic signal actually generated in the sea by the minesweeping magnetic signal emitted from the towing magnetic minesweeper It is possible to detect the strength of the formed sweeping signal magnetic field quantitatively and in real time. For this reason, minesweeping work is ensured, and the minesweeper itself and the sea area can be secured.
(ii)国際標準地球磁場モデルを利用して求められる掃海地点の地磁気ベクトル[Fe]の偏角および俯角と、磁気掃海具の掃海条件から求められる掃海信号磁場ベクトル[Hs]の偏角および俯角と、を用いて、磁気センサが検知するスカラー量から、掃海信号磁場ベクトル[Hs]の強さ(スカラー)を演算するから、最少数の磁気センサによって、あるいは、磁気センサに動揺補正装置を設置することなく、掃海信号磁場ベクトル[Hs]の強さ(スカラー)を知ることが可能になる。 (Ii) Declination and depression angle of the geomagnetic vector [Fe] of the sweeping point obtained using the international standard geomagnetic field model, and declination and depression angle of the sweeping signal magnetic field vector [Hs] obtained from the sweeping condition of the magnetic sweeping tool And calculate the strength (scalar) of the minesweeping signal magnetic field vector [Hs] from the scalar quantity detected by the magnetic sensor. Install a shake correction device with the minimum number of magnetic sensors or in the magnetic sensor. Without doing so, it becomes possible to know the strength (scalar) of the minesweeping signal magnetic field vector [Hs].
(iii)磁気センサによって検知されたスカラーに含まれるノイズを除去するハイパスフィルターを有するから、地磁気の日変動等による誤差が除去され、演算の精度が向上する。 (Iii) Since it has a high-pass filter that removes noise contained in the scalar detected by the magnetic sensor, errors due to daily fluctuations in geomagnetism and the like are removed, and the accuracy of computation is improved.
(iv)磁気センサが、セシウム式全磁力計であるから、磁気の方向等は検知できないものの、磁気の強さを精度高く検知することができる。 (Iv) Since the magnetic sensor is a cesium-type total magnetometer, although the direction of magnetism cannot be detected, the magnetic strength can be detected with high accuracy.
(v)本発明に係る掃海艇は、前記掃海磁場検知装置を有するから、海中に実際に形成される掃海信号磁場の強さを定量的に、しかもリアルタイムに検知することが可能になるため、掃海作業が確実になり、掃海艇自身および当該海域の安全を図ることができる。 (V) Since the minesweeper according to the present invention has the minesweeper magnetic field detection device, it is possible to quantitatively and in real time detect the strength of the minesweeper signal magnetic field actually formed in the sea. Minesweeping work is ensured, and the minesweeper itself and the sea area can be secured.
[実施形態1:掃海艇]
図1は、本発明の実施形態1に係る掃海艇を説明する模式図である。図1において、掃海艇10は、掃海艇10によって曳航され、掃海用磁気信号を発生する磁気掃海具1と、掃海艇10によって曳航され、磁場の強さを検知する磁気センサ2と、掃海信号磁場の強さを演算する図示しない演算手段と、を有している。
当該演算手段は、掃海用磁気信号が発せられた際に検知される合成磁場(ベクトル)から、掃海用磁気信号が発せられない間に検知され地球磁場(ベクトル)を、差し引いた掃海用磁気信号によって形成される掃海信号磁場(ベクトル)の強さ(スカラー、以下、「掃海信号磁場の強さ」と称す)を求める手段である(これについては別途詳細に説明する)。
なお、磁気掃海具1と、磁気センサ2と、前記演算手段と、を具備する装置を掃海磁場検知装置20(実施の形態2参照)と称す。また、磁場の空間的な広がりとの混乱を避けるため、磁場の電磁気的な大小については「強さ」と表現する。
[Embodiment 1: Minesweeper]
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a minesweeper according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, a
The computing means is a magnetic signal for sweeping that is obtained by subtracting the geomagnetic field (vector) that is detected while the magnetic signal for sweeping is not emitted from the combined magnetic field (vector) that is detected when the magnetic signal for sweeping is emitted. Is a means for obtaining the strength (scalar, hereinafter referred to as “strengthening signal magnetic field strength”) of the minesweeping signal magnetic field (vector) formed by (this will be described in detail later).
In addition, the apparatus provided with the magnetic sweeping tool 1, the
[実施形態2:掃海磁場検知装置]
図2〜図6は、本発明の実施形態2に係る掃海磁場検知装置を説明するものであって、図2は構成を示すブロック図、図3は動作を示すフローチャート、図4〜図6は演算要領についての説明を補足するためのベクトル図である。
図2において、掃海磁場検知装置20は下記動作を実行するために、磁気検知情報を入力するための磁気センサ2(たとえば、3軸合成型磁気検出器)およびハイパスフィルタ3と、地磁気ベクトル[Fe]の偏角俯角を求めるための国際標準地球磁場(IGRF)モデル5および偏角俯角演算部6と、掃海信号磁場ベクトル[Hs]の偏角俯角を求めるための磁気掃海具磁場データ7と、これらからの入力に基づいて掃海信号磁場の強さを演算する掃海信号演算部4とを有している。なお、掃海信号演算部4には、掃海艇10の航行方向についての情報が入力され、演算結果(掃海信号磁場の強さ)が、図示しない表示手段に出力される。
[Embodiment 2: Minesweeping magnetic field detection apparatus]
2 to 6 are diagrams for explaining a sweeping magnetic field detection apparatus according to
In FIG. 2, the minesweeping magnetic field detection device 20 performs the following operation by using a magnetic sensor 2 (for example, a three-axis synthetic magnetic detector) and a high-
(掃海磁場検知装置の動作)
図3において、掃海磁場検知装置20の動作は、
掃海艇10の航行方向θを、搭載するジャイロコンパスによって検知する航行方向検知ステップ(S1)と、
磁気掃海具1から掃海用磁気信号の発信を停止する信号停止ステップ(S2)と、
地磁気ベクトル[Fe]の強さFe(スカラー)を検知する地磁気検知ステップ(S3)と、
磁気掃海具1から掃海用磁気信号の発信する信号発信ステップ(S4)と、
合成磁気ベクトル[Fs]の強さFs(スカラー)を検知する合成磁気検知ステップ(S5)と、
掃海信号磁場ベクトル[Hs]の強さHs(スカラー)を演算する演算ステップ(S6)と、
演算結果を表示する表示ステップ(S7)と、
を有している。
(Operation of minesweeping magnetic field detector)
In FIG. 3, the operation of the minesweeping magnetic field detection device 20 is as follows.
A navigation direction detection step (S1) for detecting the navigation direction θ of the
A signal stop step (S2) for stopping transmission of the magnetic signal for sweeping from the magnetic sweeper 1;
A geomagnetism detection step (S3) for detecting the strength Fe (scalar) of the geomagnetic vector [Fe];
A signal transmission step (S4) for transmitting a magnetic signal for sweeping from the magnetic sweeper 1;
A combined magnetic detection step (S5) for detecting the intensity Fs (scalar) of the combined magnetic vector [Fs];
A calculation step (S6) for calculating the strength Hs (scalar) of the sweeping signal magnetic field vector [Hs];
A display step (S7) for displaying the calculation result;
have.
そして、演算ステップ(S6)においては、
地磁気ベクトル[Fe]の強さFeからノイズを除去するステップ(S6の1)と、
国際標準地球磁場(IGRF)モデルを利用して掃海地点の緯度経度から、地磁気ベクトル[Fe]の偏角Deおよび俯角Ieを求めるステップ(S6の2)と、
合成磁気ベクトル[Fs]の強さFsからノイズを除去するステップ(S6の3)と、
磁気掃海具1の掃海条件から、掃海信号磁場ベクトル[Hs]の偏角Dhsおよび俯角Ihsを決定するステップ(S6の4)と、
掃海信号磁場の強さHsを計算するステップ(S6の5)と、を有している。
なお、掃海条件とは、航行方向θ、磁気掃海具1の展開方法(I型、J型、これについては別途説明する)、磁気掃海具1に印加する通電量、曳航されている磁気掃海具1の水深、掃海地点の海水の伝導率等である。
In the calculation step (S6),
Removing noise from the strength Fe of the geomagnetic vector [Fe] (S6-1);
Obtaining a declination De and a depression angle Ie of the geomagnetic vector [Fe] from the latitude and longitude of the minesweeping point using an international standard geomagnetic field (IGRF) model (S6-2);
Removing noise from the intensity Fs of the combined magnetic vector [Fs] (S6-3);
A step of determining the declination angle Dhs and the depression angle Ihs of the mine sweep signal magnetic field vector [Hs] from the mine sweeping condition of the magnetic mine sweeping tool 1 (4 of S6);
A step (5 of S6) of calculating the strength Hs of the sweeping signal magnetic field.
Minesweeping conditions include the navigation direction θ, the deployment method of the magnetic sweeper 1 (I type, J type, which will be described separately), the amount of current applied to the magnetic sweeper 1, the towed magnetic sweeper The water depth of 1 and the conductivity of seawater at the minesweeping site.
(算出方法1)
次に、掃海信号磁場の強さHsの演算要領について詳細に説明する。
図4(ベクトル図)において、磁気掃海具1が掃海用磁気信号を発生しない間に、掃海地点に存在している地磁気ベクトル[Fe]と、磁気掃海具1が掃海用磁気信号を発生したことによって形成される掃海信号磁場ベクトル[Hs]と、磁気掃海具1が掃海用磁気信号を発生した際、磁気センサ2が検知する合成磁気ベクトル[Fs]と、の関係を示している。
すなわち、合成磁気ベクトル[Fs]は、地磁気ベクトル[Fe]と掃海信号磁場ベクトル[Hs]との和である。
(Calculation method 1)
Next, the calculation procedure of the sweeping signal magnetic field strength Hs will be described in detail.
In FIG. 4 (vector diagram), while the magnetic sweeper 1 does not generate a magnetic signal for sweeping, the geomagnetic vector [Fe] existing at the sweeping point and the magnetic sweeper 1 has generated a magnetic signal for sweeping. 3 shows the relationship between the sweeping signal magnetic field vector [Hs] formed by the above and the combined magnetic vector [Fs] detected by the
That is, the combined magnetic vector [Fs] is the sum of the geomagnetic vector [Fe] and the minesweeping signal magnetic field vector [Hs].
(各磁気ベクトルの関係)
したがって、掃海信号磁場ベクトル[Hs]は式1にて示される。
[Hs]=[Fs]−[Fe] ・・・・・(式1)
なお、ベクトル量は[]で括り、スカラー量については[]を付けないで表示する。また、各ベクトル量を直角座標(X−Y−Z系)の各方向の成分に分離して表示する際は、符号に「x、y、z」を付記する。
したがって、式1スカラー量で書き直と、式2〜式4となる。
Hsx=Fsx−Fex ・・・・・(式2)
Hsy=Fsy−Fey ・・・・・(式3)
Hsz=Fsz−Fez ・・・・・(式4)
(Relationship between magnetic vectors)
Therefore, the minesweeping signal magnetic field vector [Hs] is expressed by Equation 1.
[Hs] = [Fs] − [Fe] (Formula 1)
Note that vector quantities are enclosed in [] and scalar quantities are displayed without []. In addition, when each vector quantity is displayed separately in components in each direction of rectangular coordinates (XYZ system), “x, y, z” is added to the reference sign.
Therefore, rewriting with the expression 1 scalar quantity becomes
Hsx = Fsx−Fex (Formula 2)
Hsy = Fsy-Fey (Formula 3)
Hsz = Fsz−Fez (Formula 4)
(地磁気ベクトル)
地磁気ベクトル[Fe]の強さFe(スカラー)は、磁気センサ2によって検知され、地磁気ベクトル[Fe]の掃海地点における偏角Deおよび俯角Ieは、国際標準地球磁場(IGRF)モデルを利用して得られるから、地磁気ベクトル[Fe]の各方向成分は、既知量として式5〜式7に示される。
Fex=Fe・cos(Ie)・cos(De) ・・・・・(式5)
Fey=Fe・cos(Ie)・sin(De) ・・・・・(式6)
Fez=Fe・sin(Ie) ・・・・・(式7)
ここで、Fe=√( Fex2+Fey2+Fez2) ・・・・・(式15)
である。
(Geomagnetic vector)
The strength Fe (scalar) of the geomagnetic vector [Fe] is detected by the
Fex = Fe · cos (Ie) · cos (De) (Formula 5)
Fey = Fe · cos (Ie) · sin (De) (Formula 6)
Fez = Fe · sin (Ie) (Formula 7)
Here, Fe = √ (Fex 2 + Fey 2 + Fez 2 ) (Equation 15)
It is.
(合成磁気ベクトル)
合成磁気ベクトル[Fs]の強さFs(スカラー)は、磁気センサ2によって検知される既知量であるが、その偏角Dfsおよび俯角Ifsは未知数である。そして、合成磁気ベクトル[Fs]の各方向成分は、未知量として式8〜式10に示される。
Fsx=Fs・cos(Ifs)・cos(Dfs) ・・・・・(式8)
Fsy=Fs・cos(Ifs)・sin(Dfs) ・・・・・(式9)
Fsz=Fs・sin(Ifs) ・・・・・(式10)
(Synthetic magnetic vector)
The strength Fs (scalar) of the combined magnetic vector [Fs] is a known amount detected by the
Fsx = Fs · cos (Ifs) · cos (Dfs) (Equation 8)
Fsy = Fs · cos (Ifs) · sin (Dfs) (Equation 9)
Fsz = Fs · sin (Ifs) (Equation 10)
(掃海信号磁場ベクトル)
掃海信号磁場ベクトル[Hs]の強さである掃海信号磁場の強さHs(スカラー)は未知量であるが、その偏角Dhsおよび俯角Ihsは、航行方向θ、磁気掃海具1の展開方法(I型、J型、これについては別途説明する)、磁気掃海具1に印加する通電量、曳航されている磁気掃海具1の水深、掃海地点の海水の伝導率等(まとめて、「掃海条件」と称している)から、決定される。したがって、掃海信号磁場ベクトル[Hs]の各方向成分は、未知量として式12〜式14に示される。
Hsx=Hs・cos(Ihs)・cos(Dhs) ・・・・・(式12)
Hsy=Hs・cos(Ihs)・sin(Dhs) ・・・・・(式13)
Hsz=Hs・sin(Ihs) ・・・・・(式14)
ここで、Hs=√( Hsx2+Hsy2+Hsz2) ・・・・・(式17)
である。
(Sweeping signal magnetic field vector)
The strength Hs (scalar) of the sweeping signal magnetic field, which is the strength of the sweeping signal magnetic field vector [Hs], is an unknown quantity, but its declination angle Dhs and depression angle Ihs are the navigation direction θ, the method of deploying the magnetic sweeping tool 1 ( I type, J type, which will be described separately), the amount of current applied to the magnetic sweeper 1, the water depth of the towed magnetic sweeper 1, the conductivity of the seawater at the site of sweeping, etc. Is determined). Therefore, each directional component of the minesweeping signal magnetic field vector [Hs] is expressed by
Hsx = Hs · cos (Ihs) · cos (Dhs) (Equation 12 )
Hsy = Hs · cos (Ihs) · sin (Dhs) (Equation 13 )
Hsz = Hs · sin (Ihs) (Equation 14 )
Here, Hs = √ (Hsx 2 + Hsy 2 + Hsz 2 ) (Equation 17 )
It is.
(掃海信号磁場の強さHsの演算)
以上より、地磁気ベクトル[Fe]の始点を中心として、半径が合成磁気ベクトル[Fs]の強さに同じ球を描いたとき、強さが未知量でありながら偏角Deおよび俯角Ieが知られた地磁気ベクトル[Fe]の終点に、同じく強さが未知量でありながら偏角Dhsおよび俯角Ihsが知られた掃海信号磁場ベクトル[Hs]を加えたベクトルの先端は、前記球面に位置することになる。
そこで、式5〜式13を式2〜式4に代入すると、3つの未知量、掃海信号磁場の強さHs、合成磁気ベクトル[Fs]の偏角Dfsおよび俯角Ifsに対して、3つの式が得られる。また、かかる式は三角関数となっているので、式11を利用して、以下の手順で掃海信号磁場の強さHsを求める。
(Calculation of minesweeping signal magnetic field strength Hs)
From the above, when a sphere is drawn with the radius equal to the strength of the resultant magnetic vector [Fs] around the start point of the geomagnetic vector [Fe], the declination angle De and the depression angle Ie are known while the strength is unknown. The tip of the vector obtained by adding the sweeping signal magnetic field vector [Hs] with known declination Dhs and depression angle Ihs to the end point of the geomagnetic vector [Fe] is located on the spherical surface. become.
Therefore, when Expressions 5 to 13 are substituted into
よって、式42より、X0、すなわち、掃海信号磁場の強さHsが得られる。 Therefore, X 0 , that is, the strength Hs of the sweeping signal magnetic field is obtained from the equation 42.
(算出方法2)
次に、地磁気ベクトル[Fe]と合成磁気ベクトル[Fs]とのなす角度(θs)が十分小さい場合において、掃海信号磁場の強さHs(スカラー)を一次式で算出する方法について説明する。
図5および図6(ベクトル図)において、合成磁気ベクトル[Fs]と掃海信号磁場ベクトル[Hs]のなす角度をθhとすると、
Fs・cos(θs)=Fe+Hs・cos(θh) ・・・・・(式43)
ここで、 cos(θs)=1−θs2/2!+θs4/4! ・・・・・(式44)
そして、θs<<1であるから、
θs2/2!≒0 ・・・・・(式45)
cos(θs)≒1 ・・・・・(式46)
よって、式1は、
Fs=Fe+Hs・cos(θh) ・・・・・(式47)
Hs=(Fs−Fe)/cos(θh) ・・・・・(式48)
とおくことができる。
(Calculation method 2)
Next, a method for calculating the strength Hs (scalar) of the minesweeping signal magnetic field with a linear expression when the angle (θs) between the geomagnetic vector [Fe] and the synthesized magnetic vector [Fs] is sufficiently small will be described.
In FIG. 5 and FIG. 6 (vector diagram), if the angle formed by the combined magnetic vector [Fs] and the sweeping signal magnetic field vector [Hs] is θh,
Fs · cos (θs) = Fe + Hs · cos (θh) (Equation 43)
Here, cos (θs) = 1-
And since θs << 1,
θs 2/2! ≒ 0 (Formula 45)
cos (θs) ≈ 1 (Equation 46)
Thus, Equation 1 is
Fs = Fe + Hs · cos (θh) (Formula 47)
Hs = (F s −Fe) / cos (θh) (Formula 48)
It can be said.
ここで、
De:地磁気ベクトル[Fe]の偏角(既知量)
Ie:地磁気ベクトル[Fe]の俯角(既知量)
θ :磁気掃海具1の曳航方向と北とのなす角度(既知量)
Hx:掃海信号磁場ベクトル[Hs]の掃海方向成分(未知量)
Hy:掃海信号磁場ベクトル[Hs]の右舷方向成分(未知量)
Hz:掃海信号磁場ベクトル[Hs]の深度方向成分(未知量)
とすると、磁気掃海具1の曳航方向と北とのなす角度(θ)は、掃海艇10の船首方向に同じであるから、掃海艇10に装備のジャイロコンパスによって知ることができ、掃海信号磁場ベクトル[Hs]の方向余弦「l、m、n」は、計画/実施する磁気掃海具1の展開方法(I型、J型、これについては別途説明する)により規定される電線の曳航時の形状、通電量、水深、軽水の導電率等から決定される。よって、
l=Hsx/Hs ・・・・・(式49)
m=Hsy/Hs ・・・・・(式50)
n=Hsz/Hs ・・・・・(式51)
と表すことができる。よって、式53を式48に代入して、掃海信号磁場の強さHsを算出することができる。また、同様に、地磁気ベクトルの強さFsを算出される。
here,
De: Declination of geomagnetic vector [Fe] (known amount)
Ie: depression angle of geomagnetic vector [Fe] (known amount)
θ: Angle between the towing direction of the magnetic minesweeper 1 and the north (known amount)
Hx: Minesweeping signal magnetic field vector [Hs] minesweeping direction component (unknown quantity)
Hy: starboard direction component of the minesweeping signal magnetic field vector [Hs] (unknown quantity)
Hz: Depth direction component (unknown amount) of minesweeping signal magnetic field vector [Hs]
Then, since the angle (θ) between the towing direction and the north of the magnetic minesweeper 1 is the same as the bow direction of the
l = Hsx / Hs (Equation 49)
m = Hsy / Hs (Equation 50)
n = Hsz / Hs (Formula 51)
It can be expressed as. Therefore, the strength Hs of the sweeping signal magnetic field can be calculated by substituting Equation 53 into Equation 48. Similarly, the strength Fs of the geomagnetic vector is calculated.
(算出方法3)
なお、前記算出方法1および2において、航走方位によってはFe≒Fsとなり、算出できない場合がある。例えば、算出方法2の式48において、
θh=90deg.およびθh=270deg.のとき、
cos(θh)=0 となるため、Hsが算出できない。
よって、掃海の運用計画時に、地磁気ベクトル[Fe]と掃海信号磁場ベクトル[Hs]とのなす角度θhが、90deg.または270deg.の近傍になる場合は、これと相違する方位に磁気センサ2を曳航することによって、Hsの算出を可能にする。
(Calculation method 3)
In the
θh = 90 deg. And θh = 270 deg. When,
Since cos (θh) = 0, Hs cannot be calculated.
Therefore, when the minesweeping operation is planned, the angle θh between the geomagnetic vector [Fe] and the minesweeping signal magnetic field vector [Hs] is 90 deg. Or 270 deg. When the
(ハイパスフィルターについて)
掃海信号磁場の強さHsを算出する際の、誤差要因として、地磁気の時間変動等が考えられる。
その変動の一つに、地磁気の日変化がある。すなわち、地磁気の変化を見ていると、日周期の変化が認められる。これは地球磁気圏と大気圏の間の電離層への太陽放射の影響を示すものであって、地球の自転に応じて1日周期の変化として観測される。1日の変化量は、約50nTであって、数十分間における変化量は、約10nTであるから、掃海時の掃海信号磁場の強さHsの時間変動に比べて緩やかである。
よって、検知する地磁気ベクトル[Fe]の強さFeや、合成磁気ベクトル[Fs]の強さFsにフィルター(ハイパスフィルター)を適用することで、地磁気の日変化の変動による掃海信号磁場の強さHsの算出誤差を低減することが可能になる。
(About high-pass filter)
As an error factor when calculating the strength Hs of the mine sweep signal magnetic field, time variation of the geomagnetism can be considered.
One of the changes is the daily change of geomagnetism. That is, when looking at changes in geomagnetism, changes in the daily cycle are recognized. This shows the influence of solar radiation on the ionosphere between the earth's magnetosphere and the atmosphere, and is observed as a change in the daily cycle according to the rotation of the earth. The amount of change per day is about 50 nT, and the amount of change over a few tens of minutes is about 10 nT, so it is more gradual than the time fluctuation of the strength Hs of the sweep signal magnetic field during the sweep.
Therefore, the strength Fe and geomagnetic vector [Fe] for detecting, by applying the filter (high pass filter) on the strength Fs of resultant magnetic vector [Fs], minesweeping signal magnetic field due to variations in the change geomagnetism day strength It becomes possible to reduce the calculation error of Hs.
(偏角および俯角の簡易計算)
次に、前記算出方法1における偏角Dhsおよび俯角Ihsの計算方法の一例を簡単に説明する。前記算出方法1における掃海信号磁場ベクトル[Hs]の座標系は、北をHsx、東をHsy、下方をHszとしている。
I型掃海の場合の、海水中の磁気センサ位置点P(X、Y、Z)における磁場(Hsx’、Hsy’、Hsz’)は、補足式1〜3に示される。
(Simple calculation of declination and depression angle)
Next, an example of a method for calculating the deflection angle Dhs and the depression angle Ihs in the calculation method 1 will be briefly described. The coordinate system of the minesweeping signal magnetic field vector [Hs] in the calculation method 1 is Hsx for the north, Hsy for the east, and Hsz for the lower part.
The magnetic fields (Hsx ′, Hsy ′, Hsz ′) at the magnetic sensor position point P (X, Y, Z) in seawater in the case of type I minesweeping are shown in supplementary equations 1-3.
ここで、 i: 掃海電流 (A)
R 1 2: (L−x)2+y2 (m)
R 2 2: (L+x)2+y2 (m)
2L: 掃海電極間の距離(m)
であって、原点は、電極間の中点とする。
なお、補足式1〜3は、海水が深度方向に無限に広がっている場合であり、海底を考慮する場合は、水深、海水及び海底質の導電率等から算出される、海水中の磁場についての鏡像を考慮すればよい。
Where i: Minesweeping current (A)
R 1 2 : (L−x) 2 + y 2 (m)
R 2 2 : (L + x) 2 + y 2 (m)
2L: Distance between minesweeping electrodes (m)
The origin is the midpoint between the electrodes.
In addition, supplementary formulas 1-3 are the cases where the seawater spreads infinitely in the depth direction, and when considering the seabed, the magnetic field in the seawater is calculated from the water depth, the seawater and the conductivity of the seabed quality, etc. It is sufficient to consider the mirror image.
次に、補足式1〜3の磁場を、北をHsx、東をHsy、下方をHszに座標変換し、掃海信号の磁場ベクトル[Hs]の偏角Dhs、伏角Ihsを算出する。このとき、航走方位と磁北とのなす角度をθとすると、
Hsx=Hsx’・cos(θ)+Hsy’・sin(θ) ・・・・(補足式4)
Hsy=Hsy’・cos(θ)−Hsx’・sin(θ) ・・・・(補足式5)
Hsz=Hsz’ ・・・・・(補足式6)
Hs =√(Hsx2+Hsy 2+Hsz 2) ・・・・・(補足式7)
を得る。
Next, the coordinates of the magnetic fields of Supplementary Equations 1 to 3 are converted to Hsx for the north, Hsy for the east, and Hsz for the east, and the deflection angle Dhs and the dip angle Ihs of the magnetic field vector [Hs] of the mine sweep signal are calculated. At this time, if the angle between the navigation direction and magnetic north is θ,
Hsx = Hsx ′ · cos (θ) + Hsy ′ · sin (θ) (Supplemental Expression 4)
Hsy = Hsy ′ · cos (θ) −Hsx ′ · sin (θ) (Supplemental Expression 5)
Hsz = Hsz ′ (Supplemental formula 6)
Hs = √ (Hsx 2 + Hs y 2 + Hs z 2 ) (Supplemental formula 7)
Get.
そうすると、式7および式5より、偏角Dhsおよび俯角Ihsを求めることができる。
sin(Ihs)=Hsz/Hs ・・・・・(補足式8)
Ihs=arcsin(Hsz/Hs) ・・・・・(補足式9)
cos(Dhs)=Hsx/(Hs・cos(Ihs)) ・・・(補足式10)
Dhs=arccos(Hsx/(Hs・cos(Ihs))・・・(補足式11)
Then, the deviation angle Dhs and the depression angle Ihs can be obtained from the
sin (Ihs) = Hsz / Hs (Supplemental Expression 8)
Ihs = arcsin (Hsz / Hs) (Supplemental formula 9)
cos (Dhs) = Hsx / (Hs · cos (Ihs)) (Supplemental Expression 10)
Dhs = arccos (Hsx / (Hs · cos (Ihs)) (Supplemental formula 11)
(偏角および俯角の簡易計算)
次に、前記算出方法2における、方向余弦(l、m、n)の計算方法の一例を簡単に説明する。
図7は、かかる計算方法における掃海信号磁場ベクトル[Hs]を模式的に示す側面図である、すなわち、掃海信号磁場ベクトル[Hs]の座標系は、航走方位をHsx、航走方位に垂直な水平方向をHsy、下方をHszとしている。
そうすると、補足式1〜3から算出した(Hsx’、 Hsy’、 Hsz’)を、式49〜式51に代入することによって次式にて求められる。
l=Hsx’/Hs ・・・・・(補足式12)
m=Hsy’/Hs ・・・・・(補足式13)
n=Hsz’/Hs ・・・・・(補足式14)
(Simple calculation of declination and depression angle)
Next, an example of the calculation method of the direction cosine (l, m, n) in the
FIG. 7 is a side view schematically showing the minesweeping signal magnetic field vector [Hs] in the calculation method, that is, the coordinate system of the minesweeping signal magnetic field vector [Hs] has a navigation direction Hsx and is perpendicular to the navigation direction. The horizontal direction is Hsy, and the lower direction is Hsz.
Then, by substituting (Hsx ′, Hsy ′, Hsz ′) calculated from supplemental equations 1 to 3 into equations 49 to 51, the following equation is obtained.
l = Hsx '/ Hs (Supplemental formula 12)
m = Hsy '/ Hs (Supplemental formula 13)
n = Hsz ′ / Hs ( Supplemental formula 14 )
(磁気掃海具1の展開方法)
図8は本発明の実施形態2に係る掃海磁場検知装置における磁気掃海具の展開方法を説明するための模式図である。図8の(a)は「I型掃海」を示すものであって、掃海艇10の船尾に短電線11と、短いKケーブル12と、長電線13と、長いKケーブル14とが、それぞれ接続され、掃海艇10の航路内を、航行方向と平行する方向に略一直線状になって曳航されている。
(How to deploy the magnetic sweeper 1)
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a deployment method of the magnetic sweeper in the sweeping magnetic field detection apparatus according to the second embodiment of the present invention. (A) of FIG. 8 shows "I type minesweeper", and the short
図8の(b)は「J型掃海」を示すものであって、掃海艇10の船尾に短電線11と、短いKケーブル12と、長電線13と、長いKケーブル14と、長いKケーブル14より短い展開用ワイヤ15とが、接続されている。そして、長いKケーブル14の末端と展開用ワイヤ15の末端とは接続され、当該接続部に展開器16が接続されている。
したがって、展開器16によって、長いKケーブル14の末端は、掃海艇10の航路から離されるため、短電線11と長電線13の掃海艇10に近い範囲は、掃海艇10の航路内で、航行方向と平行する方向に略一直線状になって曳航されるものの、長電線13の掃海艇10から遠い範囲は、掃海艇10の航路から、離れるように、航行方向に対して略垂直になるように略J字状に曲がっている。
FIG. 8B shows a “J-type minesweeper”, which includes a short
Therefore, since the end of the
[その他の実施の形態]
以上は、本発明の掃海磁場検知装置を、海面を曳航されるものについて説明しているが、本発明はこれに限定するものではなく、海底に沿ってあるいは水中や空中を移動しながら地球磁場(地磁気)を検知したり、移動式あるいは固定式の磁気信号発生体に対して、それが実際に形成する磁場を検知したりする磁気検知手段であってもよい。
さらに、本発明の掃海磁場検知装置の収集したデータを、国際標準地球磁場(IGRF)データの補正に活用してもよい。すなわち、IGRF地磁気モデルは、局所的な磁気歪みに対応したものではない。このため、予め磁気掃海具を運用する海域にて、方位計を組み合わせた地磁気計測用3軸直交型磁気センサ等で、地磁気の偏角、俯角を検出しておく。この地磁気偏角俯角データを、緯度、経度情報 及びIGRFモデルの偏角俯角データとともに蓄積、データベース(DB)化することにより、このDBを、IGRF地磁気データの補正に活用し、掃海信号算出精度の向上を図ることが可能になる。
[Other embodiments]
The above describes the minesweeping magnetic field detection apparatus of the present invention with respect to one that is towed on the sea surface, but the present invention is not limited to this, and the geomagnetic field is moving along the seabed or in water or in the air. It may be magnetic detection means for detecting (earth magnetism) or detecting a magnetic field actually formed by a movable or fixed magnetic signal generator.
Furthermore, data collected by the minesweeper magnetic field detection apparatus of the present invention may be used for correction of international standard geomagnetic field (IGRF) data. That is, the IGRF geomagnetic model does not correspond to local magnetostriction. For this reason, in the sea area where the magnetic sweeper is operated, the geomagnetic declination and depression angles are detected in advance using a 3-axis orthogonal magnetic sensor for geomagnetism measurement combined with an azimuth meter. By storing this geomagnetic declination depression data together with latitude and longitude information and declination depression data of the IGRF model and creating a database (DB), this DB can be used for correction of the IGRF geomagnetic data, and the minesweeping signal calculation accuracy can be improved. Improvements can be made.
本発明は以上の構成であるから、磁気信号発生体が実際に形成する磁場の強さを定量的に、しかもリアルタイムに検知することができるから、人工的に実際に形成される磁場の強さ検知手段と共に、自然に存在する磁場(地磁気)の強さを検知する手段としても、広く利用することができる。 Since the present invention has the above-described configuration, the strength of the magnetic field actually formed by the magnetic signal generator can be detected quantitatively and in real time, so the strength of the magnetic field actually formed artificially. Along with the detection means, it can be widely used as a means for detecting the intensity of a naturally existing magnetic field (geomagnetism).
1 磁気掃海具
2 磁気センサ
3 ハイパスフィルタ
4 掃海信号演算部
5 国際標準地球磁場(IGRF)モデル
6 偏角俯角演算部
7 磁気掃海具磁場データ
10 掃海艇
20 掃海磁場検知装置
θ 航行方向
θh 合成磁気ベクトルと掃海信号磁場ベクトルとのなす角度
Fe 地磁気ベクトルの強さ
De 地磁気ベクトルの偏角
Ie 地磁気ベクトルの俯角
Fs 合成磁気ベクトルの強さ
Hs 掃海信号磁場ベクトルの強さ
Dhs 掃海信号磁場ベクトルの偏角
Ihs 掃海信号磁場ベクトルの俯角
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetic
Claims (4)
掃海艇によって曳航され、磁場の強さを検知する磁気センサと、
前記磁気センサが検知した地磁気の強さと、前記磁気センサが検知した地磁気と前記掃海用磁気信号によって形成された掃海信号磁場とを合成した合成磁場ベクトルの強さと、から前記掃海信号磁場の強さを演算する演算手段と、
を有し、
前記磁気センサは、前記磁気掃海具が掃海用磁気信号を発生しない間に、地磁気ベクトルの強さ(スカラー)を検知すると共に、前記磁気掃海具が掃海用磁気信号を発生している間に、地磁気ベクトルと前記掃海用磁気信号によって形成された掃海信号磁場ベクトルとを合成した合成磁場ベクトルの強さ(スカラー)を検知し、
前記演算手段は、国際標準地球磁場モデルを利用して掃海地点の地磁気ベクトルの偏角および俯角を求めるステップと、
前記地磁気ベクトルの偏角および俯角から、前記検知した地磁気ベクトルの強さ(スカラー)を地磁気ベクトルに変換するステップと、
前記磁気掃海具の掃海条件から前記掃海信号磁場ベクトルの偏角および俯角を求めるステップと、
前記地磁気ベクトルと、合成磁場ベクトルの強さ(スカラー)と、前記掃海信号磁場ベクトルの偏角および俯角と、から前記掃海信号磁場ベクトルの強さ(スカラー)を演算するステップと、
を有することを特徴とする掃海磁場検知装置。 A magnetic sweeper towed by a minesweeper and generating a magnetic signal for minesweeping,
A magnetic sensor towed by a minesweeper and detecting the strength of the magnetic field;
From the strength of the geomagnetic field detected by the magnetic sensor and the strength of the combined magnetic field vector obtained by synthesizing the geomagnetic field detected by the magnetic sensor and the sweeping signal magnetic field formed by the magnetic signal for sweeping, the strength of the sweeping signal magnetic field Computing means for computing
I have a,
The magnetic sensor detects the strength of a geomagnetic vector (scalar) while the magnetic sweeper does not generate a magnetic signal for sweeping, and while the magnetic sweeper generates a magnetic signal for sweeping, Detect the strength (scalar) of the combined magnetic field vector that combines the geomagnetic vector and the sweeping signal magnetic field vector formed by the sweeping magnetic signal,
The calculating means obtains the declination and depression angle of the geomagnetic vector at the minesweeping site using an international standard geomagnetic field model;
Converting the detected magnitude (scalar) of the geomagnetic vector from the declination and depression angle of the geomagnetic vector into a geomagnetic vector;
Obtaining a declination and a depression angle of the sweeping signal magnetic field vector from the sweeping condition of the magnetic sweeping tool;
Calculating the strength (scalar) of the sweeping signal magnetic field vector from the geomagnetic vector, the strength (scalar) of the combined magnetic field vector, and the declination and depression of the sweeping signal magnetic field vector;
A minesweeper magnetic field detection device comprising:
掃海艇によって曳航され、磁場の強さを検知する磁気センサと、
前記磁気センサが検知した地磁気の強さと、前記磁気センサが検知した地磁気と前記掃海用磁気信号によって形成された掃海信号磁場とを合成した合成磁場ベクトルの強さと、から前記掃海信号磁場の強さを演算する演算手段と、
を有し、
前記磁気センサが、セシウム式全磁力計であることを特徴とする掃海磁場検知装置。 A magnetic sweeper towed by a minesweeper and generating a magnetic signal for minesweeping,
A magnetic sensor towed by a minesweeper and detecting the strength of the magnetic field;
From the strength of the geomagnetic field detected by the magnetic sensor and the strength of the combined magnetic field vector obtained by synthesizing the geomagnetic field detected by the magnetic sensor and the sweeping signal magnetic field formed by the magnetic signal for sweeping, the strength of the sweeping signal magnetic field Computing means for computing
Have
The minesweeper magnetic field detection device, wherein the magnetic sensor is a cesium type total magnetometer .
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