JP5109344B2 - 磁気測定システム - Google Patents

Description

この発明は航行する船舶、走行する自動車等の運動中の磁性体の磁気を測定し、移動経路を求める磁気測定システムに関する。

従来、船舶などの磁気測定システムは、海底、海中等に複数の磁気センサを配置し、これら磁気センサにより運動する船舶等磁性体の磁気をＺ軸または全磁力（３軸合成値）の波形を計測し、その磁気強度から磁性体が磁気センサの近傍を通過したことを判断している（例えば特許文献１参照）。複数の磁気センサで計測された場合は、その計測時間の差から磁性体の運動コースを見積もることが出来る。また本願の発明者は他の発明者とともに、それぞれ３軸方向に感度を持つ第１と第２の磁気センサと、この第１と第２の磁気センサより、運動中の被測定対象磁性体の発する磁界データを取り込む手段と、取り込んだ第１の磁気センサに係る磁界の強度データと第２に磁気センサに係る磁界の強度データ、及び第１の磁気センサによる被測定対象磁性体の接近時刻データと、第２の磁気センサによる被測定対象磁性体の接近時刻データ、及び第１の磁気センサに係る磁気ベクトルの変化データと第２の磁気センサに係る磁気ベクトルの変化データとから、被測定対象磁性体の位置、運動コース及び向きを判別する手段とを備える磁気測定システムを創出し、すでに出願している（特願２００５−２５５７８５）。
特公平４−２５６００号公報

従来磁気測定システムでは、同一平面内に配置された２つの磁気センサで運動中の磁性体の磁気が計測された場合に、それぞれ時間経過とともに得られる波形ピーク時点の相違から船舶がどちらの方向に移動しているかわかる。しかしながら、この種の磁気測定システムでは２つの磁気センサのいずれもの右側を通るコース、いずれもの左側を通るコース、一方の右側を通り、他方の左方を通るコース、一方の左側を通り。他方の右側を通るコースの別を知り得る等、細かいコースを特定することができないという問題があった。

また、上記すでに出願済の磁気測定システムでは、２つの３軸磁気センサよりの検出磁気により、２個の磁気センサの右・右、左・左、右・左、及び左・右の数個のコースを特定できるが、１つの磁気センサのみでは、磁性体の位置、運動コースを特定できないし、２つの磁気センサで計測された場合でも、磁性体の位置は厳密な限定はできないという問題が残されていた。

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、１つの磁気センサを用いて磁性体の目標進路が含まれる平面を一意的に求めうる磁気測定システムを提供することを目的とする。

また、この発明は、２個の磁気センサを用いて、磁性体の運動コース及び向きを特定し得る磁気測定システムを提供することを目的とする。

この発明の請求項１に係る磁気測定システムは、３軸方向の感度を有し、磁性体が運動する時に発生する磁気を計測する磁気センサと、この磁気センサで鉛直軸を中心とする感度軸と１つの水平軸を中心とする感度軸とを回転しながら計測した３軸方向の磁気波形データを取り込む手段と、３軸方向の磁気波形データから、目標進路とセンサ座標とで一意的に決まる平面を推定する手段と、を備えることを特徴とする。

また、この発明の請求項２に係る磁気測定システムは、３軸方向の感度を有し、磁性体が運動する時に発生する磁気を計測する磁気センサと、この磁気センサで鉛直軸を中心とする感度軸と１つの水平軸を中心とする感度軸とを回転しながら計測した３軸方向の磁気波形データを取り込む手段と、３軸方向の磁気波形データから、目標進路とセンサ座標とで一意的に決まる平面を推定する手段と、この推定された平面と目標進路を含む既知の他の平面との交叉線を抽出して、目標の運動コースを限定する手段と、を備えることを特徴とする

また、この発明の請求項３に係る磁気測定システムは、各々が３軸方向の感度を有し、異なる位置に配置され、磁性体が運動する時に発生する磁気を計測する第１、第２の磁気センサと、これら第１、第２の磁気センサで鉛直軸を中心とする感度軸と１つの水平軸を中心とする感度軸とを回転しながら計測した３軸方向の磁気波形データを取り込む手段と、前記第１の磁気センサの３軸方向の磁気波形データから、目標進路とセンサ座標とで一意的に決まる第１の平面を推定する手段と、
前記第２の磁気センサの３軸方向の磁気波形データから、目標進路とセンサ座標とで一意的に決まる第２の平面を推定する手段と、前記推定された第１の平面と第２の平面との交叉線を抽出して、目標の運動コースを限定する手段と、を備えることを特徴とする

また、この発明の請求項４に係る磁気測定システムは、３軸方向の感度を有し、磁性体が運動する時に発生する磁気を計測する磁気センサと、この磁気センサで鉛直軸を中心とする感度軸と１つの水平軸を中心とする感度軸とを回転しながら計測した３軸方向の磁気波形データを取り込む手段と、３軸方向の磁気波形データから、目標進路とセンサ座標とで一意的に決まる平面を推定する手段と、前記推定した平面上において、磁性体の運動速度、全磁気モーメント量、隣接磁気センサに計測される磁界値などを磁性体と磁気センサ間の距離の関数として求め、それぞれの実行値と比較することで妥当な磁性体と磁気センサ間の距離の範囲を求める手段と、を備えることを特徴とする。

この発明の請求項５に係る磁気測定システムは、３軸方向の感度を有し、磁性体が運動する時に発生する磁気を計測する磁気センサと、この磁気センサで鉛直軸を中心とする感度軸と１つの水平軸を中心とする感度軸とを回転しながら計測した３軸方向の磁気波形データを取り込む手段と、３軸方向の磁気波形データから、目標進路とセンサ座標とで一意的に決まる平面を推定する手段と、前記磁性体の位置を測定する手段と、前記推定した面と前記磁性体の位置データとから前記磁気センサ位置を逆算する手段と、を備えることを特徴とする。

この発明の請求項６に係る磁気測定システムは、請求項５に記載のものにおいて、前記磁性体が進行方向に大きな磁気モーメントを持つものを使用するものであることを特徴とする。

この発明の請求項７に係る磁気測定システムは、３軸方向の感度を有し、磁性体が運動する時に発生する磁気を計測する磁気センサと、この磁気センサで鉛直軸を中心とする感度軸と１つの水平軸を中心とする感度軸とを回転しながら計測した３軸方向の磁気波形データを取り込む手段と、３軸方向の磁気波形データから、目標進路とセンサ座標とで一意的に決まる平面を推定する手段と、前記３軸方向の磁気波形データから，前記磁性体と磁気センサ間の距離を推定する手段と、を備えることを特徴とする。

また、この発明の請求項８に係る磁気測定システムは、請求項７に記載のものにおいて、前記磁性体と前記磁気センサ間の距離の推定手段が、前記一意的に推定した平面上において、行うことを特徴とする。

この発明において、目標進路とは、運動している目標移動体が、どの線上を、どの向きに進行しているかを示すものである。

請求項１に係る発明によれば3軸方向に感度を有する1つの磁気センサにより運動中の磁性体の運動コース及び向きを２次元平面に限定することができる。

また、請求項２に係る発明によれば、３軸方向に感度を有する１つの磁気センサにより、海面などの既知２次元平面を運動中の磁性体の運動コースを限定することができる。

また、請求項３に係る発明によれば３軸方向に感度を有する２つの磁気センサによる、運動進路を含む、それぞれ２次元平面の交又線より、3次元空間を運動中の磁性体の運動コースを限定することができる。

また、請求項４に係る発明によれば、磁性体が運動するときに発生する磁気を１個の磁気センサで計測できない場合であっても、磁性体と磁気センサ間の距離の妥当な範囲を定量的に求めることができる。

また、請求項５、請求項６に係る発明によれば、短時間で、より正確に、磁気センサ位置を決定することが出来る。

また、請求項７，請求項８に係る発明によれば、磁性体が運動する時に発生する磁気を１つのセンサでしか計測できない場合であっても、磁性体と磁気センサ間の距離を推定することが出来る。

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。

＜実施形態１＞
図１はこの発明の実施形態１の磁気測定システムを示すブロック図である。

この磁気測定システムは、データ処理装置１と、1個の磁気センサ２とから構成されている。磁気センサ２は、ｘ、ｙ、ｚの3軸の感度を有する３軸磁気センサである。この実施形態では、被測定対象磁性体が船舶である場合を想定しており、磁気センサ２は、海底、あるいは海中に設置される。データ処理装置１は、例えば陸上の管理棟に設置され、磁気センサ２からの測定データ、つまり磁界の強さデータＨｘ、Ｈｙ、Ｈｚを取り込み、記憶し、所望の演算を実行する。所望の演算は、航行中の船舶の移動進路（目標進路）を推定あるいは限定するための演算である。

この実施形態磁気測定システムにおいて、測定を行う場合の処理動作を、図２に示すフロー図を参照して説明する。測定処理動作が開始されると、先ずステップＳＴ１においてサンプルタイムが到来したか否かを判定し、サンプルタイム到来でステップＳＴ２へ移行する。ステップＳＴ２において磁気センサ２での、検出磁界Ｈ（ｔ）＝（Ｈｘ、Ｈｙ、Ｈｚ）を取り込み、データ処理装置１に内蔵の記憶部に記憶する。この検出磁界データの取り込みをサンプルタイム毎に行う。次にステップＳＴ３へ移行する。

ステップＳＴ３においては、運動コース推定か否か判定する。運動コース推定処理への移行でない場合は、ステップＳＴ１へ戻り、サンプルタイム到来毎に磁気測定を継続する。一方運動コース推定処理への移行が可能な場合はステップＳＴ４へ移行する。ここでの運動コース推定処理へ移行可能な場合は、データ処置装置１において、設定所定時間毎の到来であってもよいし、入力操作によって設定するものであってもよい。

ステップＳＴ４においては、角度θ、φを０とし、初期状態とする。次にステップＳＴ５へ移行する。ここで、磁気センサ２において、図７に示す３軸方向の計測結果Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚが得られる場合、センサ感度の軸を図８に示すようにＺ軸を中心に角度θ、図９に示すようにＹ軸を中心に角度φによって回転させる。先ず、ステップＳＴ５において、感度軸角θを回転させ、続いてステップＳＴ６において、感度軸角φを回転させる。次ぎに、ステップＳＴ７へ移行する。

ステップＳＴ７において、計測波形Ｈ（ｔ）＝（Ｈｘ、Ｈｙ、Ｈｚ）、角度θ回転後の波形Ｈ`（ｔ）、角度φ回転後の波形Ｈ゛（ｔ）とし、各ｔ（時間）について、次の計算を行い、回転後の磁界を計測する。

Ｈｘ`＝Ｈｘ・ｃｏｓθ＋Ｈｙ・ｓｉｎθ
Ｈｙ`＝−Ｈｘ・ｓｉｎθ＋Ｈｙ・ｃｏｓθ ・・・（１）
Ｈｚ`＝Ｈｚ

Ｈｘ゛＝−Ｈｚ・ｓｉｎφ＋Ｈｘ`・ｃｏｓφ
Ｈｙ゛＝Ｈｙ` ・・・（２）
Ｈｚ゛＝Ｈｚ・ｃｏｓφ＋Ｈｘ`・ｓｉｎφ

ここで、Ｈ゛は一般的に以下のように書かれる。

この磁気モーメントＭ゛（Ｍｘ゛，Ｍｙ゛，Ｍｚ゛）は図１１に示す。

次にステップＳＴ８へ移行する。ステップＳＴ８においては、図１１に示す磁気モーメントＭ゛のＸＹ平面よりＺ軸方向への角度γの範囲を想定する。ここでは、目標進路と磁気センサ２の座標から一意的に決まる平面に対する目標の磁気モーメントの角度を限定する。

角度θ、φ回転後、目標進路と磁気センサが同一手面上にあった場合、上記（３）式においてｚ゛→０となる。この時、以下の式を満たす変数ＲＨｚをおく。

この時、運動中の磁性体の磁気モーメントＭ゛が図１１のような状態の時、磁気モーメントＭ゛の各式は次のようになる。

Ｍｘ゛＝Ｍ゛・ｃｏｓγ・ｓｉｎδ
Ｍｙ゛＝Ｍ゛・ｃｏｓγ・ｃｏｓδ ・・・（５）
Ｍｚ゛＝Ｍ゛・ｓｉｎγ

ここで式（３）を式（４）に代入し、それに、式（５）を代入し、さらにａ=1／ｔａｎγとおくと、次の不等式が導かれる。

ＲＨｚは、式（４）から求まる測定値であり、ＲＨｚを求めると、次にステップＳＴ９へ移行する。ステップＳＴ７において得られた磁気データＨ゛（ｔ）は、θ、φ推定用の磁気データとして追加保存され（ステップＳＴ１５）、また、ステップＳＴ８において得られた磁気モーメントＭ゛は、γ値推定用のデータとして追加保存される（ステップＳＴ１６）。これら追加保存されたデータは、後のステップＳＴ１３，ＳＴ１４で読み込みされ使用される。

ステップＳＴ９においては、φが最終の値であるか否か判定し、最終値でない場合は、ステップＳＴ１０へ移行し、角度φをΔφだけ変化させてステップＳＴ６へ戻り、再度角度φを回転する。また、ステップＳＴ９において角度φが最終値である場合にステップＳＴ１１へ移行し、角θが最終の値であるか否か判定する。最終の値でない場合は、ステップＳＴ１２へ移行し、角度θをΔθだけ変化させてステップＳＴ５に戻り、再度θを回転する。以上の処理を繰り返し、角度θ、φを少しずつ変化させ、その回転の度にステップＳＴ７，ＳＴ８で磁気Ｈ゛（ｔ）と、ＲＨｚを算出する。

そして、ステップＳＴ１１において角θが最終値と判定された場合、ステップＳＴ１３へ移行する。ここで、上記式（６）から、角度γの値を出して来る。つまり、角度θ、φ回転の度に、ＲＨｚを計測結果から算出し（６）式から角度γの下限値・上限値などを求め、総合的に角度γの範囲を推定する。次にステップＳＴ１４へ移行する。ステップＳＴ１４おいては、角度γの範囲から目標の通過平面を求める。ここでは、次に（６）式によって限定された角度γの範囲を参照して目標の通過平面を求める。以下の説明において、変数Ｈｚ０を次のように定義する。

式（７）の左辺の第２項は、角度θ、φ回転の度に計算するに関して、ある計算値、最小値／（最大値−最小値）であり、ある計算値が最小値に近いほど、小となり、Ｈｚ０は１に近いものとなる。一方ある計算値が最大値に近いほど大となり、Ｈｚ０は０に近いものとなる。

この実施形態では、目標の通過平面を求めるのに、以下のように、磁気モーメントが支配的な時、磁気モーメントＭｚ゛が０に近い時、そのいずれでもない時に、分けている。いずれでもない時を、さらに細かく設定してもよい。

（１）Ｍｚ゛が支配的な時（Ｍｘ゛／Ｍｚ゛≒０、Ｍｙ゛／Ｍｚ゛≒０）

この場合、磁気モーメントＭ゛が、Ｚ゛軸に近い（Ｘ゛、Ｙ゛平面より立っている）場合である。

ｚ゛→０の時、（３）式より、Ｈｘ゛→０、Ｈｙ゛→０、となるため、Ｈｚ０の値が最小となる角度θ、φが目標の通過平面を決定する角度となる。

(２)Ｍｚ゛≒０の時

この場合、磁気モーメントＭ゛がＺ軸に遠い（Ｘ゛、Ｙ゛平面に寝ている）場合である。
ｚ゛→０の時、（３）式より、Ｈｚ゛→０となるため、Ｈｚ０の値が最大となる角度θ、φが目標の通過平面を決定する角度となる。

（３）上記の２つの場合以外の時
ｚ゛→０の時、（３）式より

となる。

ｒ゛は時間の関数であるので、目標が速度Ｖで等速直線運動をした場合、センサと目標の最近接距離をｒ_ｃｐａ、最近接時間をｔ_ｃｐａとすると、ｒ（ｔ）゛は以下のようになる。

は測定値である｝、その決定係数（Ｒ^２値）を求める。ここでの回帰分析は、式（１０）における左辺の測定値と右辺の（ｔ―ｔ_ｃｐａ）^２を、それぞれ縦軸と横軸に取って、時間ｔの経過とともに、二次元座標上に両者の一致点をプロットし、各プロット点が直線上に近づいている度合い、つまり決定係数Ｒ^２値を求める。この決定係数が最も１に近くなる角度θ、φが目標の通過平面を決定する角度となる。

実際には、（６）式によって限定された角度γの範囲を参照し、上記の３つの理論を組み合わせ総合的に目標の通過平面を決定する角度θ、φを決定する。

以上の処理により、図３に示すように磁性体の目標進路Ｐと磁気センサ２の位置を含む平面Ｑを推定できる。

＜実施形態２＞
次にこの発明の実施形態２について説明する。図４は、この実施形態磁気測定システムの構成を示すブロック図である。この実施形態磁気測定システムは、データ処理装置１と、２個の磁気センサ２ａ、２ｂと、から構成されている。２個の磁気のセンサ２ａ，２ｂを備える点で図１に示す磁気測定システムと相違する。磁気センサ２ａ，２ｂは、被測定磁性体が船舶である場合、海底あるいは海中に所定の距離をおいて設置される。

データ処理装置１では、磁気センサ２ａ，２ｂからの測定データである磁界の強さデータＨｘａ、Ｈｙａ，Ｈｚａ及びＨｘｂ，Ｈｙｂ，Ｈｚｂを取り込み、記憶し、所望の演算を実行する。

この実施形態２の磁気測定システムにおいて、測定処理動作が開始されると、データ処理装置１において、磁気センサ２ａからの取り込みデータと、磁気センサ２ａの座標位置、磁気センサ２ｂからの取り込みデータと磁気センサ２ｂの座標位置に基づいて、それぞれの磁気センサ２ａ，２ｂにつき図２に示すフロー図の処理を実行し、図５に示す磁性体の目標進路Ｐと磁気センサ２ａの位置を含む平面Ｑａと、目標進路Ｐと磁気センサ２ｂの位置を含む平面Ｑｂとを推定する。

次に２つの平面Ｑａ，Ｑｂの交叉線がデータ処理装置１における立体画像処理等により抽出され、目標進路Ｐとして特定できる。

＜実施形態３＞
さらに実施形態３として、前記実施形態２の平面Ｑａ，Ｑｂの内、一方が既知の場合、例えば移動磁性体が海面上の船舶である場合は、平面Ｑａは海面（既知の水平面）であるとし、この場合は、図６に示すように１個の磁気センサ２のみにより、図２に示す処理を実行して、図６の平面Ｑｂを推定し、同じくデータ処理装置１における画像処理等により、平面Ｑａと平面Ｑｂの交叉線を抽出し、この交叉線を目標進路Ｐと特定できる。この場合は、一個の磁気センサで、目標進路P を特定できる。

なお、上記各実施形態では、磁気センサ２，２ａ，２ｂを固定配置し、磁性体が運動する場合について、説明したが、逆に磁性体を固定し、磁気センサが移動する場合であってもよく、この発明における、磁性体の運動には、磁気センサとの間の相対的運動も含むものである。

＜実施形態４＞
前記した図５に示す実施形態２では、磁性体の運動コースＰを３次元的に求めることができる。しかし、この３次元的に運動コースＰを求めることができるのは、複数（２以上）の磁気センサに磁気波形が計測される場合でのみであり〔図１２の（ａ）の場合〕、１つの磁気センサにしか波形が計測されなかった場合は、磁性体と磁気センサ間の距離を推定することができない〔図１２の（ｂ）の場合〕。

このような場合、前記した実施形態磁気測定システムの図２に示したフロー図の処理実行による演算に関して、計測波形から磁性体の運動速度Ｖ、全磁気モーメントＭ、隣接センサに計測される磁界値Ｈｎｅｘｔなどを磁性体とセンサ間の距離Ｒの関数として求め、それぞれの実効値と比較することで、妥当な距離Ｒの値の範囲をもとめることができる。

これが、可能な実施形態４の磁気測定システムについて説明する。この、実施形態測定システムの構成は、図４に示すものと同様であり、図５に示す第１の磁気センサ２ａの３軸方向の磁気波形データから目標進路とセンサ座標とで一意的に決まる第１の平面Ｑａを推定する演算機能、第２の磁気センサ２ｂの３軸方向の磁気波形データから、目標進路とセンサ座標とで一意的に決まる第２の平面Ｑｂを推定する演算機能、推定された第１の平面と第２の平面との交叉線を抽出して、目標の運動コースを限定する演算機能を有する。

そして、この実施形態では、さらに以下の演算処理を実行する。

先ず、磁気センサ２ａ，２ｂの計測波形に関しては、それぞれ図２に示す演算処理を実行し、そして計測座標を図１３に示すような座標〔回転後の座標〕に回転させる。

この、回転座標において、移動中の艦船などの磁性体Ｍｇの変位は、次式（１１）のように表される。

ｘ（ｔ）＝Ｒ
ｙ（ｔ）＝Ｖｔ ・・・（１１）
ｚ（ｔ）＝０
この式（１１）を、シングルダイポールモデルによる磁界計算式に適用すると各軸の磁界変化と３軸合成磁界変化は、時間ｔの関数として，次の式（１２）のように表せる。

この式（１２）のＨｚ（ｔ）の式を用いて、計測波形を近似又は半値幅を求めることにより、式〔１３〕が得られる。

Ｖ＝Ｃ１・Ｒ ・・・（１３）
ここで、Ｃ１は、計測結果から得られる定数である。

また、計測した３軸合成値の最大値Ｈｔｍａｘとすると、Ｈｔｍａｘ＝Ｈｔ（０）となるので、この関係から、式（１４）が得られる。

Ｍ＝Ｃ２・Ｈｔｍａｘ・Ｒ^３ ・・・（１４）
ここでＣ２は定数である。

さらに、磁気センサが２個以上組み込まれているシステムの場合、波形が計測された磁気センサ２ａと隣接する磁気センサ２ｂにて計測された磁界の最大値Ｈｎｅｘｔは，式（１５）のように計算される。

Ｈｎｅｘｔ＝Ｈｔｍａｘ・｛Ｒ／Ｄ（Ｒ）｝^３ ・・・（１５）
ここで、Ｄ（Ｒ）は磁性体Ｍｇと磁気センサ２ｂ間の距離であり、Ｒによって表すことができる。

上記の式（１３）、（１４）、（１５）について、観測する磁性体Ｍｇに関して、各値の最大値や最小値が分かっている場合、例えば以下の式（１６）のような不等式が成立する。

ここで、Ｖｍａｘは、観測する磁性体の最大速度、
Ｍｍｉｎは、観測する磁性体の最小磁気モーメント
ＮＯＩＳＥは、測定環境におけるノイズレベル
である。

Ｖｍａｘ、Ｍｍｉｎは，磁性体が船である場合は、船種などにより、ある程度わかる値である。観測する条件に応じて、これらの値を設定し、式（１６）から距離Ｒの妥当な範囲を定量的に求める。

この実施形態測定システムでは、磁性体が運動する時に発生する磁気を１個の磁気センサでしか計測できない場合であっても、磁性体と磁気センサ間の距離の妥当な範囲を定量的に求めることが出来る。

＜実施形態５＞
前記した３軸方向の感度を有し、磁性体が運動する時に発生する磁気を計測する磁気センサと、この磁気センサで計測した３軸方向の磁気波形データを取り込む手段と、３軸方向の磁気波形データから、目標進路とセンサ座標とで、一意的に決する平面を推定する手段を有する、さらに他の実施形態５について説明する。

一般に、磁気測定システムにおいて，磁性体の運動を解析し、求める場合、システムに組み込まれている磁気センサの位置を正確に求める必要がある。例えば艦船などの船体磁気を測定するシステムの場合、磁気センサ位置の精度は船体磁気の評価に大きく影響する。前記した図１、図４に示す実施形態磁気測定システムにおいても同様である。

磁気センサ２ａが目視などで確認できない位置〔例えば地中や海中〕に設置されている時、図１４に示すように、従来の磁気センサ位置確認システムでは、磁性体Ｍｇに磁気センサ２ａ上の近傍を数回通過させ、磁気センサ２ａで計測される磁気波形の強度やピーク値を与える時間等に注目し、磁気センサ２ａの位置を決定している。この時、この磁性体Ｍｇの位置はレーザ測距方式やＧＰＳ方式など既存の測位技術を用いて磁界と同時に測定している。

そのため地磁気などの影響により計測される磁気波形のピーク値を与える時間が必ずしも磁性体の最近時間とは限らず、決定される磁気センサ位置は正確さに欠け、この方法で正確なセンサ位置を決定するためには、何度も磁性体に磁気センサ近傍を通過させる必要があり、長時間この作業を繰り返さねばならない。

以下に、示す実施形態５の磁気測定システムでは、上記不具合も解消できる。

この実施形態５の磁気測定システムは、図１５に示すように、地中に磁気センサ２ａ（２ｂ）を埋設し、地上の管理棟１１内にデータ処理装置１を備えており、このデータ処理装置１に、磁気センサ２ａ（２ｂ）の計測データが取り込めるようになっている。地上ではＧＰＳアンテナ１２を備えた磁性体Ｍｇが磁気センサ２ａ上を移動可能としており、磁性体（移動体）Ｍｇの位置データはＧＰＳアンテナ１２より、管理棟１１上のＧＰＳアンテナ１３を経て、データ処理装置１内に取り込まれるようになっている。

また、この実施形態では、磁気センサ位置の検出精度を高めるために、磁性体Ｍｇとして、進行方向に大きく着磁し、磁気モーメントＭを大きくしたものを使用する。この磁性体Ｍｇとしては、進行方向に磁界を発生する磁気発生装置を備えていてもよい。また、移動体自体は、同様の進行方向に、磁界を発生する磁気発生装置を搭載した非磁性体であってもよい。

この実施形態磁気測定システムでは、図１、図４で示した実施形態と同様に、磁性体が運動する時に発生する磁気を、３軸方向の感度を有する磁気センサで計測し、この計測した磁気波形データをデータ処理装置に取り込み、３軸方向の磁気波形データから目標進路とセンサ座標とで一意的に決する平面を推定する際に、運動する磁性体Ｍｇが進行方向に大きな磁気モーメントを持つようにしており、推定演算精度が上がり、より正確に、目標進路とセンサ座標から、一意的に決する平面を求めることができる。

また、この平面上では、磁気センサ２ａと磁性体Ｍｇの位置関係は図１１に示したものと同様になる。

ここで、磁気モーメントＭは、Ｍ≒（０，Ｍｇ，０）となるので、３軸合成磁界Ｈｔの変化は時間ｔの関数として式（１７）のように、表せる。

ｔ＝０のとき、Ｈｔは最大値となるため、磁気波形のピーク値を与える時間が磁性体Ｍｇの最近接時間となり、この時間での磁性体Ｍｇの位置データと、図１、図４の磁気測定システムで示した演算により求めた平面（Ｑａ）とから磁気センサ２ａの位置を逆算して求める。

この実施形態５の磁気測定処理システムによれば、短時間に正確に、磁気センサ位置を決定（確認）することができる。

＜実施形態６＞
前記したように、図５に示す実施形態では、磁性体の運動コースＰを３次元的に求めることができる。しかし、この３次元的に、運動コースＰを求めることができるのは、複数（2以上）の磁気センサに磁気波形が計測される場合のみであり（図１２の〔ａ〕の場合）、１つの磁気センサ２ａにしか波形が計測されなかった場合、磁性体Ｍｇと磁気センサ間の距離を推定することができない（図１２の〔ｂ〕の場合）。

このような場合、前記した実施形態１の磁気計測システムの図２に示したフロー図の処理実行による演算に関して、計測波形と、計測波形から算出されたパラメータとから計算されシンプルダイボール波形を比較し、磁性体と磁気センサ間の距離を見積もることができる。

これが可能な実施形態６の磁気測定システムについて説明する。この実施形態磁気測定システムの構成は、やはり、図４に示すものと同様である。そして図５に示す第１の磁気センサ（２ａ）の3軸方向の磁気波形から目的進路とセンサ座標とで一意的に決まる第１の平面（Ｑａ）を推定する演算機能、第２の磁気センサ（２ｂ）の３軸方向の磁気波形データから、目標進路とセンサ座標とで一意的に決まる第２の平面（Ｑａ）を推定する演算機能、推定された第１の平面と第２の平面との交叉線を検出して、目標コースを限定する機能を有する。

この実施形態６の磁気測定システムでは、上記機能に加えて、この実施形態固有の機能を備えている。そこで先ず、この固有の機能の基本原理について説明する。

一般的に磁性体は、図１６に示すように複数の磁気ダイポールＭ１、・・・・、Ｍｎを持つと考えられ、計測される磁界Ｈ＝（Ｈｘ、Ｈｙ、Ｈｚ）は式（１８）のようにマルチダイポールモデルにて説明される（Ｈｙ、Ｈｚも同様に表される）。

ここで、 ｒ（ｘ、ｙ、ｚ）は、磁性体と磁気センサ間隔、
ｎは、磁性体の持つダイポールの数、
Ｍ_ｉ＝（Ｍ_ｉｘ、Ｍ_ｉｙ、Ｍ_ｉｚ）は、ｉ番目のダイポールのモーメント
Δｒ_ｉ＝（ｘ_ｉ、ｙ_ｉ、ｚ_ｉ）は、ｉ番目のダイポールのモーメントの位置
である。

しかし、図１７の点Ｕのように磁性体とセンサ間距離が大きくなると。

ｒ_ｕ≒Δｒ_ｕ＋Δｒ_ｉ
と近似された式（１８）又は、式（１９）のようにシングルダイホールモデルと同様の式になる。

ここでＭ＝（Ｍ_ｘ、Ｍ_ｙ、Ｍ_ｚ）は全磁気モーメントを示す。

実際に、図１７の点Ｓ、点Ｕの計測波形は図１８のようになる。この点Ｓ、Ｕの特性の差異を利用して、磁性体と磁気センサ間の距離を推定できる。

すなわち、計測波形が、図１８の（a）のように凹凸がある場合は、両者間の距離が図１７のr_ｓのように小であり、計測波形が図１８の（b）のＲｕのように正規分布でなめらかな場合は、両者間の距離が図１７のように大である。

次にこの原理を利用した実施形態について、説明する。

磁性体Ｍｇが磁気センサ２ａからＲ離れた点を速度をＶで運動した時にシングルダイホールモデルによる３軸合成磁界は、磁界ｔの関数として、次の式（２０）で表される。

この式（２０）にて計測された磁気波形を近似し、相関を調べる。

この近似を目標進路とセンサ座標から一意的に波形平面上にて行えば、より早く正確に距離を推定出来る。

この実施形態によれば、磁性体が運動する時の発生する磁気を１つの磁気センサでしか計測できない場合であっても、磁性体と磁気センサ間の距離を推定することができる。

この発明の実施形態１の磁気測定システムの構成を示すブロック図である。 同実施形態磁気測定システムにおける測定処理を説明するフロー図である。 同実施形態磁気測定システムにおける目標進路を含む平面の推定を説明する図である。 この発明の実施形態２の磁気測定システムの構成を示すブロック図である。 同実施形態磁気測定システムにおける目標進路を含む２平面の推定により、目標進路を特定する説明図である。 この発明の実施形態３の実施形態磁気測定システムにおける目標進路を含む２平面の推定により、目標進路を特定する説明図である。 各実施形態磁気測定システムにおける磁気センサの検出磁界の変化を示す波形図である。 上記各実施形態磁気測定システムにおける磁気センサの検出磁界の回転を説明する図である。 上記各実施形態磁気測定システムにおける磁気センサの検出磁界の回転を説明する図である 上記各実施形態磁気測定システムにおける磁気センサの検出磁界の回転による目標進路を含む平面の推定を説明する図である。 上記各実施形態磁気測定システムにおける磁気センサの検出磁界の回転による運動磁性体の磁気モーメントの変化を説明する図である。 ２個の磁気センサを用いて磁性体の目標方向を求める場合において、両方の磁気センサに磁気波形が計測される場合と、一方の磁気センサのみに磁気波形が計測される場合とを、説明する図である。 この発明の実施形態４の磁気測定システムに関し、計測座標の回転後の状態を示す図である。 一般的な、磁性体を移動さして、磁気センサの位置を確認する場合を説明する図である。 この、発明の実施形態５の磁気測定システムにおいて、磁気センサの位置を確認する場合を説明する図である。 磁性体のマルチダイポールモデルを説明する図である。 この、発明の実施形態６の磁気測定システムにおいて、磁性体の位置と磁気センサとの距離の相違する場合を説明する図である。 同実施形態６に関する磁性体の位置と磁気センサとの距離の相違する点Ｓ，点Ｕにおける磁気センサの計測波形を示す図である。

符号の説明

１ データ処理装置
２，２ａ、２ｂ 磁気センサ
Ｐ 目標進路
Ｑａ，Ｑｂ 推定平面
Ｍｇ 磁性体

Claims (8)

1. ３軸方向の感度を有し、磁性体が運動する時に発生する磁気を計測する磁気センサと、
   この磁気センサで鉛直軸を中心とする感度軸と１つの水平軸を中心とする感度軸とを回転しながら計測した３軸方向の磁気波形データを取り込む手段と、
   ３軸方向の磁気波形データから、目標進路とセンサ座標とで一意的に決まる平面を推定する手段と、
   を備えることを特徴とする磁気測定システム。
2. ３軸方向の感度を有し、磁性体が運動する時に発生する磁気を計測する磁気センサと、
   この磁気センサで鉛直軸を中心とする感度軸と１つの水平軸を中心とする感度軸とを回転しながら計測した３軸方向の磁気波形データを取り込む手段と、
   ３軸方向の磁気波形データから、目標進路とセンサ座標とで一意的に決まる平面を推定する手段と、
   この推定された平面と目標進路を含む既知の他の平面との交叉線を抽出して、目標の運動コースを限定する手段と、
   を備えることを特徴とする磁気測定システム。
3. 各々が３軸方向の感度を有し、異なる位置に配置され、磁性体が運動する時に発生する磁気を計測する第１、第２の磁気センサと、
   これら第１、第２の磁気センサで鉛直軸を中心とする感度軸と１つの水平軸を中心とする感度軸とを回転しながら計測した３軸方向の磁気波形データを取り込む手段と、
   前記第１の磁気センサの３軸方向の磁気波形データから、目標進路とセンサ座標とで一意的に決まる第１の平面を推定する手段と、
   前記第２の磁気センサの３軸方向の磁気波形データから、目標進路とセンサ座標とで一意的に決まる第２の平面を推定する手段と、
   前記推定された第１の平面と第２の平面との交叉線を抽出して、目標の運動コースを限定する手段と、
   を備えることを特徴とする磁気測定システム。
4. ３軸方向の感度を有し、磁性体が運動する時に発生する磁気を計測する磁気センサと、
   この磁気センサで鉛直軸を中心とする感度軸と１つの水平軸を中心とする感度軸とを回転しながら計測した３軸方向の磁気波形データを取り込む手段と、
   ３軸方向の磁気波形データから、目標進路とセンサ座標とで一意的に決まる平面を推定する手段と、
   前記推定した平面上において、磁性体の運動速度、全磁気モーメント量、隣接磁気センサに計測される磁界値などを磁性体と磁気センサ間の距離の関数として求め、それぞれの実行値と比較することで妥当な磁性体と磁気センサ間の距離の範囲を求める手段と、
   を備えることを特徴とする磁気測定システム。
5. ３軸方向の感度を有し、磁性体が運動する時に発生する磁気を計測する磁気センサと、
   この磁気センサで鉛直軸を中心とする感度軸と１つの水平軸を中心とする感度軸とを回転しながら計測した３軸方向の磁気波形データを取り込む手段と、
   ３軸方向の磁気波形データから、目標進路とセンサ座標とで一意的に決まる平面を推定する手段と、
   前記磁性体の位置を測定する手段と、
   前記推定した面と前記磁性体の位置データとから前記磁気センサ位置を逆算すする手段と、
   を備えることを特徴とする磁気測定システム。
6. 前記磁性体の進行方向に大きな磁気モーメントを持つものを使用するものであることを特徴とする請求項５記載の磁気測定システム。
7. ３軸方向の感度を有し、磁性体が運動する時に発生する磁気を計測する磁気センサと、
   この磁気センサで鉛直軸を中心とする感度軸と１つの水平軸を中心とする感度軸とを回転しながら計測した３軸方向の磁気波形データを取り込む手段と、
   ３軸方向の磁気波形データから、目標進路とセンサ座標とで一意的に決まる平面を推定する手段と、
   前記３軸方向の磁気波形データから，前記磁性体と磁気センサ間の距離を推定する手段と、
   を備えることを特徴とする磁気測定システム。
8. 前記磁性体と前記磁気センサ間の距離の推定手段は、前記一意的に推定した平面上において、行うことを特徴とする請求項７記載の磁気測定システム。