JP7086378B2 - Search system and search method - Google Patents

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特許法第３０条第２項適用 平成２９年８月３１日に第３４回センシングフォーラムにて発表、平成２９年８月３１日に第３４回センシングフォーラムの予稿集に発表Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act Announced at the 34th Sensing Forum on August 31, 2017, and announced in the proceedings of the 34th Sensing Forum on August 31, 2017.

本発明は、探索システム及び探索方法に関する。 The present invention relates to a search system and a search method.

従来、災害によって雪崩や瓦礫に埋もれた人を探索する装置として、雪崩ビーコンと呼ばれる装置が知られている。雪崩ビーコンは、バーコイルアンテナを内蔵しており、周囲に磁場を生成する。 Conventionally, a device called an avalanche beacon is known as a device for searching for a person buried in an avalanche or rubble due to a disaster. The avalanche beacon has a built-in bar coil antenna and generates a magnetic field around it.

下記特許文献１には、埋没者が携帯する雪崩ビーコンにより生成された磁場の磁力線を、磁気センサを用いて辿ることにより、埋没者を探索する技術が開示されている。 The following Patent Document 1 discloses a technique for searching for a buried subject by tracing the magnetic force lines of a magnetic field generated by an avalanche beacon carried by the buried subject using a magnetic sensor.

また、下記非特許文献１には、回転する磁場を生成する発振器の方位角、仰角及び距離を推定することが開示されている。ただし、発振器により生成される回転する磁場の位相が既知であることが前提とされている。 Further, Non-Patent Document 1 below discloses to estimate the azimuth angle, elevation angle and distance of an oscillator that generates a rotating magnetic field. However, it is assumed that the phase of the rotating magnetic field generated by the oscillator is known.

特開２００３－１９８３８９号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-198389

E. Paperno, I. Sasada and E. Leonovich, "A new method for magnetic position and orientation tracking," in IEEE Transactions on Magnetics, vol. 37, no. 4, pp. 1938-1940, Jul 2001.E. Paperno, I. Sasada and E. Leonovich, "A new method for magnetic position and orientation tracking," in IEEE Transactions on Magnetics, vol. 37, no. 4, pp. 1938-1940, Jul 2001.

特許文献１に記載のような雪崩ビーコンを用いることで、埋没者を探索することができる。しかしながら、雪崩ビーコンから発せられる磁力線は、一般に、雪崩ビーコンから探索者まで曲線を描くため、特許文献１に記載の技術では、探索者は磁力線に沿って遠回りをして埋没者を探索することとなってしまう場合がある。雪崩等の埋没者の救助においては、救助までの時間が数分でも遅れると命に関わるため、直線的に埋没者の位置に到達することが望まれる。 By using an avalanche beacon as described in Patent Document 1, it is possible to search for buried subjects. However, since the magnetic field lines emitted from the avalanche beacon generally draw a curve from the avalanche beacon to the searcher, in the technique described in Patent Document 1, the searcher makes a detour along the magnetic field lines to search for the buried subject. It may become. In the rescue of buried subjects such as avalanches, it is desirable to reach the buried subjects in a straight line because it is fatal if the rescue time is delayed even by a few minutes.

また、非特許文献１に記載の技術によれば、発振器までの方位角が推定できるが、磁場の位相が既知であることを前提としている。そのため、仮に埋没者に発振器を携帯させたとしても、どのような位相で磁場が発せられているか知ることができないため、非特許文献１に記載の技術により発振器までの方位角を推定することは困難である。 Further, according to the technique described in Non-Patent Document 1, the azimuth to the oscillator can be estimated, but it is premised that the phase of the magnetic field is known. Therefore, even if the buried subject carries the oscillator, it is not possible to know in what phase the magnetic field is generated. Therefore, it is not possible to estimate the azimuth to the oscillator by the technique described in Non-Patent Document 1. Have difficulty.

そこで、本発明は、探索者が、埋没者の位置まで直線的に到達することを支援する探索システム及び探索方法を提供する。 Therefore, the present invention provides a search system and a search method that assist the searcher to reach the position of the buried subject in a straight line.

本発明の一態様に係る探索システムは、受信機と、送信機とを備える探索システムであって、送信機は、任意の初期位相で磁気双極子を回転させることで、変動する磁場を生成する磁場生成部を有し、受信機は、少なくとも２つの方向に関する磁場の成分を、回転の１又は複数の周期にわたって測定する測定部と、磁場の成分に基づいて、送信機の方向を推定する推定部と、を有する。 The search system according to one aspect of the present invention is a search system including a receiver and a transmitter, and the transmitter generates a fluctuating magnetic field by rotating a magnetic dipole in an arbitrary initial phase. It has a magnetic field generator, the receiver measures the component of the magnetic field in at least two directions over one or more cycles of rotation, and an estimate that estimates the direction of the transmitter based on the component of the magnetic field. With a part.

この態様によれば、回転する磁気双極子によって生成される磁場を、回転の１又は複数の周期にわたって測定することで、受信機の位置で磁場の大きさが極大となる方向及び極小となる方向を推定することができ、送信機の方向を推定することができる。そのため、探索者が、埋没者の位置まで直線的に到達することを支援することができる。 According to this aspect, by measuring the magnetic field generated by the rotating magnetic dipole over one or more cycles of rotation, the direction in which the magnitude of the magnetic field becomes maximum and the minimum at the position of the receiver. Can be estimated, and the direction of the transmitter can be estimated. Therefore, it is possible to assist the explorer to reach the position of the buried person in a straight line.

上記態様において、推定部は、少なくとも２つの方向に関する磁場の成分に正弦波の重みを乗算して、１又は複数の周期にわたって積分することで、送信機の方向を推定してもよい。 In the above embodiment, the estimator may estimate the direction of the transmitter by multiplying the components of the magnetic field in at least two directions by the weight of the sine wave and integrating over one or more periods.

この態様によれば、少なくとも２つの方向に関する磁場の成分に正弦波の重みを乗算して、１又は複数の周期にわたって積分することで、初期位相に依存しない量を算出することができ、任意の初期位相で磁気双極子を回転させて磁場を生成した場合であっても、送信機の方向を推定することができる。 According to this aspect, the initial phase independent quantity can be calculated by multiplying the components of the magnetic field in at least two directions by the weight of the sine wave and integrating over one or more periods. Even when the magnetic dipole is rotated in the initial phase to generate a magnetic field, the direction of the transmitter can be estimated.

上記態様において、推定部は、少なくとも２つの方向に関する磁場の成分に基づいて、受信機と送信機との間の方位角を推定してもよい。 In the above embodiment, the estimator may estimate the azimuth angle between the receiver and the transmitter based on the components of the magnetic field in at least two directions.

この態様によれば、送信機により生成される磁場の磁力線が、送信機から受信機まで曲線を描くように生成される場合であっても、探索者が埋没者の位置まで直線的に到達することができ、より短時間で埋没者を救助することができるようになる。 According to this aspect, the explorer reaches the position of the buried person linearly even when the magnetic force lines of the magnetic field generated by the transmitter are generated in a curved line from the transmitter to the receiver. It will be possible to rescue the buried person in a shorter time.

上記態様において、推定部は、磁気双極子の回転の角周波数をωと表し、磁場のｘ軸成分をＢxと表し、磁場のｙ軸成分をＢyと表し、磁場のｚ軸成分をＢzと表し、周期をＴと表し、時間をｔと表し、任意の正整数をＮと表すとき、以下の数式１～４のうちいずれかによって、方位角φを推定してもよい。

Figure 0007086378000001
Figure 0007086378000002
Figure 0007086378000003
Figure 0007086378000004
 In the above embodiment, the estimation unit represents the angular frequency of the rotation of the magnetic dipole as ω, the x-axis component of the magnetic field as B x , the y -axis component of the magnetic field as By, and the z-axis component of the magnetic field as B. When z is expressed, the period is expressed as T, the time is expressed as t, and any positive integer is expressed as N, the azimuth angle φ may be estimated by any of the following equations 1 to 4.
Figure 0007086378000001
Figure 0007086378000002
Figure 0007086378000003
Figure 0007086378000004

この態様によれば、任意の初期位相で磁気双極子を回転させて磁場を生成した場合であっても、不定性無く送信機の方向を推定することができる。そのため、探索者が埋没者の位置まで直線的に到達することができ、より短時間で埋没者を救助することができるようになる。 According to this aspect, the direction of the transmitter can be estimated without indefiniteness even when the magnetic dipole is rotated at an arbitrary initial phase to generate a magnetic field. Therefore, the searcher can reach the position of the buried person in a straight line, and the buried person can be rescued in a shorter time.

上記態様において、推定部は、磁気双極子の回転の角周波数をωと表し、磁場のｘ軸成分をＢxと表し、磁場のｙ軸成分をＢyと表し、周期をＴと表し、時間をｔと表し、任意の正整数をＮと表すとき、以下の数式５によって、方位角φを推定してもよい。

Figure 0007086378000005
In the above embodiment, the estimation unit expresses the angular frequency of the rotation of the magnetic dipole as ω, the x-axis component of the magnetic field as B x , the y -axis component of the magnetic field as By, the period as T, and the time. Is expressed as t, and any positive integer is expressed as N, and the azimuth angle φ may be estimated by the following equation 5.
Figure 0007086378000005

この態様によれば、磁場のｚ軸成分の測定が困難な場合であっても、磁場のｘ軸成分とｙ軸成分とを用いて、送信機の方向を推定することができる。そのため、探索者と埋没者との距離が比較的遠く、磁場のｚ軸成分が比較的小さい場合であっても、探索者が埋没者まで直線的に到達することができ、より短時間で埋没者を救助することができるようになる。 According to this aspect, even when it is difficult to measure the z-axis component of the magnetic field, the direction of the transmitter can be estimated by using the x-axis component and the y-axis component of the magnetic field. Therefore, even when the distance between the searcher and the buried person is relatively long and the z-axis component of the magnetic field is relatively small, the searcher can reach the buried person linearly and is buried in a shorter time. You will be able to rescue the person.

上記態様において、推定部は、磁場のｘ軸成分及び磁場のｙ軸成分の変動により描かれるリサージュ図形を楕円により近似し、楕円の長軸方向又は短軸方向によって、方位角を推定してもよい。 In the above embodiment, the estimation unit may approximate the resage figure drawn by the fluctuation of the x-axis component of the magnetic field and the y-axis component of the magnetic field by an ellipse, and estimate the azimuth angle by the major axis direction or the minor axis direction of the ellipse. good.

この態様によれば、リサージュ図形を楕円により近似することで、受信機の位置で磁場の大きさが極大となる方向及び極小となる方向を比較的少ない演算量で推定することができ、送信機の方向を比較的少ない演算量で推定することができる。 According to this aspect, by approximating the Lissajous figure with an ellipse, it is possible to estimate the direction in which the magnitude of the magnetic field becomes maximum and the direction in which the magnitude of the magnetic field becomes maximum at the position of the receiver with a relatively small amount of calculation, and the transmitter can be estimated. The direction of can be estimated with a relatively small amount of computation.

上記態様において、受信機及び送信機の少なくともいずれか一方は、リサージュ図形を表示する表示部をさらに有してもよい。 In the above embodiment, at least one of the receiver and the transmitter may further have a display unit for displaying a Lissajous figure.

この態様によれば、探索する方向に応じて測定される磁場の成分がどのように変化するか確かめながら埋没者を探索することができ、探索する方向が妥当であるかを視覚的に確認することができる。 According to this aspect, it is possible to search for the buried subject while confirming how the component of the magnetic field measured according to the search direction changes, and visually confirm whether the search direction is appropriate. be able to.

上記態様において、推定部は、３つの方向に関する磁場の成分に基づいて、受信機と送信機との間の仰角を推定してもよい。 In the above embodiment, the estimator may estimate the elevation angle between the receiver and the transmitter based on the components of the magnetic field in the three directions.

この態様によれば、送信機により生成される磁場の磁力線が、送信機から受信機まで曲線を描くように生成される場合であっても、埋没者が埋まっている方向を直線的に特定することができ、より短時間で埋没者を救助することができるようになる。 According to this aspect, even when the magnetic force lines of the magnetic field generated by the transmitter are generated in a curved line from the transmitter to the receiver, the direction in which the buried subject is buried is linearly specified. It will be possible to rescue the buried person in a shorter time.

上記態様において、推定部は、磁気双極子の回転の角周波数をωと表し、磁場のｘ軸成分をＢxと表し、磁場のｙ軸成分をＢyと表し、磁場のｚ軸成分をＢzと表し、周期をＴと表し、時間をｔと表し、任意の正整数をＮと表すとき、以下の数式６によって、仰角ψを推定してもよい。

Figure 0007086378000006
In the above embodiment, the estimation unit represents the angular frequency of the rotation of the magnetic dipole as ω, the x-axis component of the magnetic field as B x , the y -axis component of the magnetic field as By, and the z-axis component of the magnetic field as B. When z is expressed, the period is expressed as T, the time is expressed as t, and any positive integer is expressed as N, the elevation angle ψ may be estimated by the following equation 6.
Figure 0007086378000006

この態様によれば、任意の初期位相で磁気双極子を回転させて磁場を生成した場合であっても、不定性無く送信機の方向を推定することができる。そのため、探索者が埋没者の位置まで直線的に到達することができ、より短時間で埋没者を救助することができるようになる。 According to this aspect, the direction of the transmitter can be estimated without indefiniteness even when the magnetic dipole is rotated at an arbitrary initial phase to generate a magnetic field. Therefore, the searcher can reach the position of the buried person in a straight line, and the buried person can be rescued in a shorter time.

上記態様において、磁場生成部は、初期位相で磁気双極子を回転させて生成される少なくとも２つの方向に関する磁場の成分に正弦波の重みを乗算することで、変動する磁場を生成してもよい。 In the above embodiment, the magnetic field generator may generate a fluctuating magnetic field by multiplying the components of the magnetic field in at least two directions generated by rotating the magnetic dipole in the initial phase by the weight of a sine wave. ..

この態様によれば、磁気双極子を回転させて生成される少なくとも２つの方向に関する磁場の成分に正弦波の重みを乗算して変動する磁場を生成することで、受信機側で正弦波の重みを乗算する必要が無くなり、受信機の演算負荷を低減させて送信機の方向を推定することができる。 According to this aspect, the weight of the sine wave is generated on the receiver side by multiplying the component of the magnetic field in at least two directions generated by rotating the magnetic dipole by the weight of the sine wave to generate a fluctuating magnetic field. It is not necessary to multiply by, and the calculation load of the receiver can be reduced to estimate the direction of the transmitter.

上記態様において、推定部は、磁場の強さに基づいて、送信機から受信機までの距離を推定してもよい。 In the above embodiment, the estimation unit may estimate the distance from the transmitter to the receiver based on the strength of the magnetic field.

この態様によれば、探索者が、推定された方向に向かって埋没者を探索する場合に、埋没者に近付く方向に向かっているかを確認することができ、埋没者の位置まで直線的に到達することを支援することができる。 According to this aspect, when the searcher searches for the burial person in the estimated direction, it is possible to confirm whether the searcher is heading in the direction approaching the burial person, and reaches the position of the burial person in a straight line. Can help you do.

上記態様において、送信機は、鉛直方向を検出する検出部をさらに有し、磁場生成部は、鉛直方向を回転軸として、初期位相で磁気双極子を回転させることで、磁場を生成してもよい。 In the above embodiment, the transmitter further has a detection unit for detecting the vertical direction, and the magnetic field generation unit may generate a magnetic field by rotating the magnetic dipole in the initial phase with the vertical direction as the rotation axis. good.

この態様によれば、磁気双極子が水平面内を回転するような磁場が生成されることとなり、受信機で測定される磁場の成分が限定され、受信機によって送信機の方向を推定する演算を簡略化することができる。 According to this aspect, a magnetic field is generated in which the magnetic dipole rotates in the horizontal plane, the components of the magnetic field measured by the receiver are limited, and the operation of estimating the direction of the transmitter by the receiver is performed. It can be simplified.

本発明の他の態様に係る探索方法は、送信機によって、任意の初期位相で磁気双極子を回転させることで、変動する磁場を生成することと、受信機によって、少なくとも２つの方向に関する磁場の成分を、回転の１又は複数の周期にわたって測定することと、受信機によって、磁場の成分に基づいて、送信機の方向を推定することと、を含む。 The search method according to another aspect of the present invention is to generate a fluctuating magnetic field by rotating a magnetic dipole in an arbitrary initial phase by a transmitter, and to generate a magnetic field in at least two directions by a receiver. The component is measured over one or more cycles of rotation, and the receiver estimates the direction of the transmitter based on the component of the magnetic field.

この態様によれば、回転する磁気双極子によって生成される磁場を、回転の１又は複数の周期にわたって測定することで、受信機の位置で磁場の大きさが極大となる方向及び極小となる方向を推定することができ、送信機の方向を推定することができる。そのため、探索者が、埋没者の位置まで直線的に到達することを支援することができる。 According to this aspect, by measuring the magnetic field generated by the rotating magnetic dipole over one or more cycles of rotation, the direction in which the magnitude of the magnetic field becomes maximum and the minimum at the position of the receiver. Can be estimated, and the direction of the transmitter can be estimated. Therefore, it is possible to assist the explorer to reach the position of the buried person in a straight line.

本発明によれば、探索者が、埋没者の位置まで直線的に到達することを支援する探索システム及び探索方法が提供される。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, there is provided a search system and a search method for assisting a searcher to reach the position of a buried person in a straight line.

本発明の実施形態に係る探索システムの機能ブロックを示す図である。It is a figure which shows the functional block of the search system which concerns on embodiment of this invention. 本実施形態に係る受信機の物理的構成を示す図である。It is a figure which shows the physical structure of the receiver which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る探索システムの座標系を示す図である。It is a figure which shows the coordinate system of the search system which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る送信機により生成される磁場の向きの第１例を示す図である。It is a figure which shows the 1st example of the direction of the magnetic field generated by the transmitter which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る送信機により生成される磁場の向きの第２例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd example of the direction of the magnetic field generated by the transmitter which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る探索システムにより表示されるリサージュ図形の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the Lissajous figure displayed by the search system which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る探索システムにより実行される探索処理のフローチャートである。It is a flowchart of the search process executed by the search system which concerns on this embodiment. 本実施形態の変形例に係る探索システムの機能ブロックを示す図である。It is a figure which shows the functional block of the search system which concerns on the modification of this embodiment. 本実施形態の変形例に係る探索システムにより実行される探索処理のフローチャートである。It is a flowchart of the search process executed by the search system which concerns on the modification of this embodiment.

以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」と表記する。）を、図面に基づいて説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。 Hereinafter, embodiments according to one aspect of the present invention (hereinafter, referred to as “the present embodiment”) will be described with reference to the drawings. In each figure, those with the same reference numerals have the same or similar configurations.

図１は、本発明の実施形態に係る探索システム１の機能ブロックを示す図である。探索システム１は、受信機１０と、送信機２０とを備える。本実施形態では、探索者が受信機１０を携帯し、埋没者が送信機２０を携帯しているとする。なお、本実施形態では、受信機１０及び送信機２０が異なる機能を備える場合について説明するが、受信機１０及び送信機２０は、物理的に同じ構成を備えていてよく、受信機１０としての機能と送信機２０としての機能を選択可能に備えていてよい。 FIG. 1 is a diagram showing a functional block of the search system 1 according to the embodiment of the present invention. The search system 1 includes a receiver 10 and a transmitter 20. In the present embodiment, it is assumed that the searcher carries the receiver 10 and the buried person carries the transmitter 20. In this embodiment, a case where the receiver 10 and the transmitter 20 have different functions will be described. However, the receiver 10 and the transmitter 20 may have physically the same configuration, and the receiver 10 may be used as the receiver 10. The function and the function as the transmitter 20 may be selectively provided.

送信機２０は、磁場生成部２１と、検出部２２とを備える。磁場生成部２１は、任意の初期位相で磁気双極子を回転させることで、変動する磁場を生成する。また、検出部２２は、鉛直方向を検出する。ここで、検出部２２は、重力加速度を検出する加速度センサで構成されてよい。そして、磁場生成部２１は、鉛直方向を回転軸として、任意の初期位相で磁気双極子を回転させることで、変動する磁場を生成してよい。磁場生成部２１により生成される磁場のより具体的な説明は、後に図３を用いて詳細に行う。 The transmitter 20 includes a magnetic field generation unit 21 and a detection unit 22. The magnetic field generation unit 21 generates a fluctuating magnetic field by rotating the magnetic dipole in an arbitrary initial phase. Further, the detection unit 22 detects the vertical direction. Here, the detection unit 22 may be configured by an acceleration sensor that detects the gravitational acceleration. Then, the magnetic field generation unit 21 may generate a fluctuating magnetic field by rotating the magnetic dipole at an arbitrary initial phase with the vertical direction as the rotation axis. A more specific description of the magnetic field generated by the magnetic field generation unit 21 will be given later with reference to FIG.

受信機１０は、測定部１０ｇと、推定部１１と、表示部１０ｆとを備える。測定部１０ｇは、少なくとも２つの方向に関する磁場の成分を、磁気双極子の回転の１又は複数の周期にわたって測定する。ここで、少なくとも２つの方向は、水平面に沿った２方向を含んでよく、互いに直交する方向であってよい。また、少なくとも２つの方向は、検出部２２により検出された鉛直方向に直交する方向を含んでよい。測定部１０ｇは、互いに直交する２本又は３本のバーコイルによって構成されてよく、電磁誘導によってバーコイルに生じる電圧に基づいて、磁場の成分を測定するものであってよい。測定部１０ｇにより測定される磁場の成分の数は、バーコイルの本数によって定められてよい。 The receiver 10 includes a measuring unit 10g, an estimation unit 11, and a display unit 10f. The measuring unit 10g measures the components of the magnetic field in at least two directions over one or more periods of rotation of the magnetic dipole. Here, at least two directions may include two directions along the horizontal plane and may be directions orthogonal to each other. Further, at least two directions may include a direction orthogonal to the vertical direction detected by the detection unit 22. The measuring unit 10g may be composed of two or three bar coils orthogonal to each other, and may measure the component of the magnetic field based on the voltage generated in the bar coil by electromagnetic induction. The number of magnetic field components measured by the measuring unit 10g may be determined by the number of bar coils.

推定部１１は、測定部１０ｇにより測定された磁場の成分に基づいて、送信機２０の方向を推定する。推定部１１は、受信機１０の位置で磁場の大きさが極大となる方向及び極小となる方向を推定し、それらの方向に基づいて送信機２０の方向を推定する。推定部１１による処理については、後に詳細に説明する。 The estimation unit 11 estimates the direction of the transmitter 20 based on the component of the magnetic field measured by the measurement unit 10g. The estimation unit 11 estimates the direction in which the magnitude of the magnetic field becomes maximum and the direction in which the magnitude of the magnetic field becomes minimum at the position of the receiver 10, and estimates the direction of the transmitter 20 based on those directions. The processing by the estimation unit 11 will be described in detail later.

本実施形態に係る探索システム１によれば、回転する磁気双極子によって生成される磁場を、回転の１又は複数の周期にわたって測定することで、受信機１０の位置で磁場の大きさが極大となる方向及び極小となる方向を推定することができ、送信機２０の方向を推定することができる。そのため、探索者が、埋没者の位置まで直線的に到達することを支援することができる。 According to the search system 1 according to the present embodiment, the magnitude of the magnetic field is maximized at the position of the receiver 10 by measuring the magnetic field generated by the rotating magnetic dipole over one or more cycles of rotation. It is possible to estimate the direction in which it becomes the minimum and the direction in which it becomes the minimum, and it is possible to estimate the direction of the transmitter 20. Therefore, it is possible to assist the explorer to reach the position of the buried person in a straight line.

図２は、本実施形態に係る受信機１０の物理的構成を示す図である。受信機１０は、演算部に相当するＣＰＵ（Central Processing Unit）１０ａと、記憶部に相当するＲＡＭ（Random Access Memory）１０ｂと、記憶部に相当するＲＯＭ（Read only Memory）１０ｃと、通信部１０ｄと、入力部１０ｅと、表示部１０ｆと、測定部１０ｇと、を有する。これらの各構成は、バスを介して相互にデータ送受信可能に接続される。なお、本例では受信機１０が一台のコンピュータで構成される場合について説明するが、受信機１０は、複数のコンピュータが組み合わされて実現されてもよい。また、図２で示す構成は一例であり、受信機１０はこれら以外の構成を有してもよいし、これらの構成のうち一部を有さなくてもよい。 FIG. 2 is a diagram showing a physical configuration of the receiver 10 according to the present embodiment. The receiver 10 includes a CPU (Central Processing Unit) 10a corresponding to a calculation unit, a RAM (Random Access Memory) 10b corresponding to a storage unit, a ROM (Read only Memory) 10c corresponding to a storage unit, and a communication unit 10d. It has an input unit 10e, a display unit 10f, and a measurement unit 10g. Each of these configurations is connected to each other via a bus so that data can be transmitted and received. In this example, the case where the receiver 10 is composed of one computer will be described, but the receiver 10 may be realized by combining a plurality of computers. Further, the configuration shown in FIG. 2 is an example, and the receiver 10 may have a configuration other than these, or may not have a part of these configurations.

ＣＰＵ１０ａは、ＲＡＭ１０ｂ又はＲＯＭ１０ｃに記憶されたプログラムの実行に関する制御やデータの演算、加工を行う制御部である。ＣＰＵ１０ａは、測定部１０ｇにより磁場を測定したり、推定部１１により送信機２０の方向を推定したりするプログラム（探索プログラム）を実行する演算部である。ＣＰＵ１０ａは、入力部１０ｅや通信部１０ｄから種々のデータを受け取り、データの演算結果を表示部１０ｆに表示したり、ＲＡＭ１０ｂやＲＯＭ１０ｃに格納したりする。 The CPU 10a is a control unit that controls execution of a program stored in the RAM 10b or ROM 10c, calculates data, and processes data. The CPU 10a is a calculation unit that executes a program (search program) for measuring the magnetic field by the measuring unit 10g and estimating the direction of the transmitter 20 by the estimation unit 11. The CPU 10a receives various data from the input unit 10e and the communication unit 10d, displays the calculation result of the data on the display unit 10f, and stores the data in the RAM 10b and the ROM 10c.

ＲＡＭ１０ｂは、記憶部のうちデータの書き換えが可能なものであり、例えば半導体記憶素子で構成されてよい。ＲＡＭ１０ｂは、ＣＰＵ１０ａが実行する探索プログラム、磁気双極子の回転の角周波数といったデータを記憶してよい。なお、これらは例示であって、ＲＡＭ１０ｂには、これら以外のデータが記憶されていてもよいし、これらの一部が記憶されていなくてもよい。 The RAM 10b is a storage unit capable of rewriting data, and may be composed of, for example, a semiconductor storage element. The RAM 10b may store data such as a search program executed by the CPU 10a and the angular frequency of rotation of the magnetic dipole. It should be noted that these are examples, and data other than these may be stored in the RAM 10b, or a part of these may not be stored.

ＲＯＭ１０ｃは、記憶部のうちデータの読み出しが可能なものであり、例えば半導体記憶素子で構成されてよい。ＲＯＭ１０ｃは、例えば探索プログラムや、書き換えが行われないデータを記憶してよい。 The ROM 10c is a storage unit capable of reading data, and may be composed of, for example, a semiconductor storage element. The ROM 10c may store, for example, a search program or data that is not rewritten.

通信部１０ｄは、受信機１０を他の機器に接続するインターフェースである。通信部１０ｄは、送信機２０と無線通信により接続されて、種々のデータを送受信してよい。また、通信部１０ｄは、インターネット等の通信ネットワークに接続されてもよい。さらに、通信部１０ｄは、ＧＰＳ（Global Positioning System）信号を受信してもよい。 The communication unit 10d is an interface for connecting the receiver 10 to another device. The communication unit 10d may be connected to the transmitter 20 by wireless communication to transmit and receive various data. Further, the communication unit 10d may be connected to a communication network such as the Internet. Further, the communication unit 10d may receive a GPS (Global Positioning System) signal.

入力部１０ｅは、ユーザからデータの入力を受け付けるものであり、例えば、キーボード及びタッチパネルを含んでよい。 The input unit 10e receives data input from the user, and may include, for example, a keyboard and a touch panel.

表示部１０ｆは、ＣＰＵ１０ａによる演算結果を視覚的に表示するものであり、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）により構成されてよい。表示部１０ｆは、例えば推定部１１により推定された送信機２０の方向を表示したり、後述するリサージュ図形を表示したりしてよい。 The display unit 10f visually displays the calculation result by the CPU 10a, and may be configured by, for example, an LCD (Liquid Crystal Display). The display unit 10f may, for example, display the direction of the transmitter 20 estimated by the estimation unit 11 or display a Lissajous figure described later.

測定部１０ｇは、互いに直交する２本又は３本のバーコイルによって構成されてよく、電磁誘導によってバーコイルに生じる電圧に基づいて、磁場の成分を測定するものであってよい。 The measuring unit 10g may be composed of two or three bar coils orthogonal to each other, and may measure the component of the magnetic field based on the voltage generated in the bar coil by electromagnetic induction.

探索プログラムは、ＲＡＭ１０ｂやＲＯＭ１０ｃ等のコンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記憶されて提供されてもよいし、通信部１０ｄにより接続される通信ネットワークを介して提供されてもよい。受信機１０では、ＣＰＵ１０ａが探索プログラムを実行することにより、図１を用いて説明した様々な動作が実現される。なお、これらの物理的な構成は例示であって、必ずしも独立した構成でなくてもよい。例えば、受信機１０は、ＣＰＵ１０ａとＲＡＭ１０ｂやＲＯＭ１０ｃが一体化したＬＳＩ（Large-Scale Integration）を備えていてもよい。 The search program may be stored in a storage medium readable by a computer such as RAM 10b or ROM 10c and provided, or may be provided via a communication network connected by the communication unit 10d. In the receiver 10, the CPU 10a executes the search program to realize various operations described with reference to FIG. 1. It should be noted that these physical configurations are examples and do not necessarily have to be independent configurations. For example, the receiver 10 may include an LSI (Large-Scale Integration) in which the CPU 10a and the RAM 10b or ROM 10c are integrated.

図２では、受信機１０の物理的構成を例示したが、送信機２０も受信機１０と同様の構成を備えてよい。具体的には、送信機２０は、演算部に相当するＣＰＵと、記憶部に相当するＲＡＭと、記憶部に相当するＲＯＭと、通信部と、入力部と、表示部と、磁場生成部２１と、を有してよい。ここで、磁場生成部２１は、互いに直交する２本又は３本のバーコイルによって構成されてよく、バーコイルに電流を入力して、電磁誘導によって磁場を生成するものであってよい。磁場生成部２１の物理的構成は、測定部１０ｇの物理的構成と同じであってよい。 Although the physical configuration of the receiver 10 is illustrated in FIG. 2, the transmitter 20 may also have the same configuration as the receiver 10. Specifically, the transmitter 20 includes a CPU corresponding to a calculation unit, a RAM corresponding to a storage unit, a ROM corresponding to a storage unit, a communication unit, an input unit, a display unit, and a magnetic field generation unit 21. And may have. Here, the magnetic field generation unit 21 may be composed of two or three bar coils orthogonal to each other, and may be one that inputs a current to the bar coils and generates a magnetic field by electromagnetic induction. The physical configuration of the magnetic field generation unit 21 may be the same as the physical configuration of the measurement unit 10g.

図３は、本実施形態に係る探索システム１の座標系を示す図である。同図では、受信機１０を基準とするｘ－ｙ－ｚ座標系と、送信機２０を基準とするＸ－Ｙ－Ｚ座標系とを示している。 FIG. 3 is a diagram showing a coordinate system of the search system 1 according to the present embodiment. In the figure, an xyz coordinate system based on the receiver 10 and an XYZ coordinate system based on the transmitter 20 are shown.

ｘ－ｙ－ｚ座標系において、鉛直方向をｚ軸方向とするとき、送信機２０は、検出部２２によって鉛直方向を検出し、磁場生成部２１によって、任意の初期位相で磁気双極子がｘ－ｙ平面内を回転するように、変動する磁場を生成する。これにより、磁気双極子が水平面（ｘ－ｙ平面）内を回転するような磁場が生成されることとなり、受信機１０で測定される磁場の成分が限定され、受信機１０によって送信機２０の方向を推定する演算を簡略化することができる。 In the xyz coordinate system, when the vertical direction is the z-axis direction, the transmitter 20 detects the vertical direction by the detection unit 22, and the magnetic field generation unit 21 causes the magnetic dipole to be x at an arbitrary initial phase. -Generates a fluctuating magnetic field to rotate in the y-plane. As a result, a magnetic field is generated in which the magnetic dipole rotates in the horizontal plane (xy plane), the component of the magnetic field measured by the receiver 10 is limited, and the receiver 10 causes the transmitter 20 to rotate. The operation of estimating the direction can be simplified.

ここで、磁気双極子の回転の角周波数をωと表し、磁気双極子モーメントｐの大きさ（ベクトルｐのノルム）をＡと表し、磁気双極子モーメントｐのｘ軸成分をｐxと表し、磁気双極子モーメントｐのｙ軸成分をｐyと表し、磁気双極子モーメントｐのｚ軸成分をｐzと表し、時間をｔと表し、任意の初期位相をθ0と表すとき、磁場生成部２１は、以下の数式７で表される磁気双極子モーメントｐ（ｔ）により磁場を生成してよい。なお、磁場生成部２１は、連続的に磁場を生成してもよいし、間欠的に磁場を生成してもよい。また、磁気双極子の回転の角周波数をωは、例えば４５７ｋＨｚであってよい。角周波数ωは、任意の値であってよいが、雪や瓦礫等を透過し、また金属による反射の影響の少ない周波数であることが望ましく、ＭＨｚ帯やＧＨｚ帯よりもｋＨｚオーダーの周波数帯又はさらに低周波数帯が望ましい。 Here, the angular frequency of the rotation of the magnetic dipole is expressed as ω, the magnitude of the magnetic dipole moment p (norm of the vector p) is expressed as A, and the x -axis component of the magnetic dipole moment p is expressed as px. When the y-axis component of the magnetic dipole moment p is expressed as p y , the z-axis component of the magnetic dipole moment p is expressed as p z , the time is expressed as t, and any initial phase is expressed as θ 0 , the magnetic field generator 21 may generate a magnetic field by the magnetic dipole moment p (t) represented by the following formula 7. The magnetic field generation unit 21 may continuously generate a magnetic field or may intermittently generate a magnetic field. Further, the angular frequency of rotation of the magnetic dipole may be, for example, 457 kHz. The angular frequency ω may be any value, but it is desirable that the frequency is a frequency that allows snow, rubble, etc. to pass through and is less affected by reflection by metal, and is a frequency band on the order of kHz rather than the MHz band or GHz band. Further low frequency bands are desirable.

Figure 0007086378000007
Figure 0007086378000007

送信機２０は、数式７で表される磁気双極子モーメントｐを生成するために、検出部２２によって鉛直方向を検出し、受信機１０を基準とするｘ－ｙ－ｚ座標系を、送信機２０を基準とするＸ－Ｙ－Ｚ座標系に変換する回転行列Ｒを算出して、以下の数式８により、送信機２０の磁場生成部２１を構成する３軸バーコイルに入力する電流Ｉを決定してよい。ここで、ＩxはＸ軸方向のバーコイルに入力する電流の成分を表し、ＩyはＹ軸方向のバーコイルに入力する電流の成分を表し、ＩzはＺ軸方向のバーコイルに入力する電流の成分を表し、ｃは定数を表す。 The transmitter 20 detects the vertical direction by the detection unit 22 in order to generate the magnetic dipole moment p represented by the equation 7, and sets the xyz coordinate system with respect to the receiver 10 to the transmitter. The rotation matrix R to be converted into the XYZ coordinate system with reference to 20 is calculated, and the current I to be input to the 3-axis bar coil constituting the magnetic field generation unit 21 of the transmitter 20 is determined by the following formula 8. You can do it. Here, I x represents the component of the current input to the bar coil in the X-axis direction, I y represents the component of the current input to the bar coil in the Y-axis direction, and I z represents the component of the current input to the bar coil in the Z-axis direction. It represents a component and c represents a constant.

Figure 0007086378000008
Figure 0007086378000008

送信機２０の磁場生成部２１によって、数式７の磁気双極子モーメントｐ（ｔ）により変動する磁場が生成されることで、受信機１０の測定部１０ｇでは、以下の数式９で表される磁場Ｂ（ｔ）が測定される。ここで、Ｂxはｘ軸方向のバーコイルにより測定される磁場のｘ軸成分を表し、Ｂyはｙ軸方向のバーコイルにより測定される磁場のｙ軸成分を表し、Ｂzはｚ軸方向のバーコイルにより測定される磁場のｚ軸成分を表す。また、μ0は真空の透磁率であり、ベクトルｒは、受信機１０から送信機２０を指すベクトルである。 The magnetic field generation unit 21 of the transmitter 20 generates a magnetic field that fluctuates due to the magnetic dipole moment p (t) of the equation 7, and the measurement unit 10g of the receiver 10 generates the magnetic field represented by the following equation 9. B (t) is measured. Here, B x represents the x-axis component of the magnetic field measured by the bar coil in the x-axis direction, By y represents the y-axis component of the magnetic field measured by the bar coil in the y-axis direction, and B z represents the y-axis component of the magnetic field measured by the bar coil in the y-axis direction. Represents the z-axis component of the magnetic field measured by the bar coil. Further, μ 0 is the magnetic permeability of the vacuum, and the vector r is a vector pointing from the receiver 10 to the transmitter 20.

Figure 0007086378000009
Figure 0007086378000009

測定部１０ｇは、少なくとも磁場のｘ軸成分Ｂx及びｙ軸成分Ｂyを測定すればよい。探索者は、測定部１０ｇを構成するｘ軸方向のバーコイル及びｙ軸方向のバーコイルが、水平面に沿うように受信機１０を把持して、直交する２本のバーコイルによって磁場のｘ軸成分Ｂx及びｙ軸成分Ｂyが測定されるようにしてよい。また、重力加速度を検出する加速度センサで構成された検出部を受信機１０に設けて、検出部によって鉛直方向を検出し、鉛直方向及び鉛直方向に直交する２方向に関する磁場の成分を測定することとしてもよい。受信機１０に検出部を設けて鉛直方向を検出することで、推定部１１による推定がより正確になる。測定部１０ｇで測定される磁場の成分をさらに詳細に表すと、以下の数式１０及び１１のとおりとなる。 The measuring unit 10g may measure at least the x-axis component B x and the y -axis component By of the magnetic field. The searcher grips the receiver 10 so that the bar coil in the x-axis direction and the bar coil in the y-axis direction constituting the measuring unit 10g are along the horizontal plane, and the x-axis component B x of the magnetic field is formed by two orthogonal bar coils. And the y -axis component By may be measured. Further, a detection unit composed of an acceleration sensor for detecting gravitational acceleration is provided in the receiver 10, the vertical direction is detected by the detection unit, and the components of the magnetic field in the vertical direction and the two directions orthogonal to the vertical direction are measured. May be. By providing the receiver 10 with a detection unit to detect the vertical direction, the estimation by the estimation unit 11 becomes more accurate. The components of the magnetic field measured by the measuring unit 10g are expressed in more detail by the following mathematical formulas 10 and 11.

Figure 0007086378000010
Figure 0007086378000010

Figure 0007086378000011
Figure 0007086378000011

図３の例では、ベクトルｒのｚ軸成分がマイナスであり、受信機１０から見て送信機２０が埋没している状況を示している。受信機１０から見た送信機２０の位置は、ベクトルｒのノルム｜ｒ｜と、ｘ軸から測った方位角φと、ｚ軸のマイナス側から測った仰角ψとによって一意に特定される。なお、本例では仰角ψをｚ軸のマイナス側から測っており、受信機１０の真下に送信機２０が位置する場合にψ＝０となるが、仰角ψの測り方は任意である。同様に、方位角φの測り方も任意である。 In the example of FIG. 3, the z-axis component of the vector r is negative, indicating a situation in which the transmitter 20 is buried when viewed from the receiver 10. The position of the transmitter 20 as seen from the receiver 10 is uniquely specified by the norm | r | of the vector r, the azimuth angle φ measured from the x-axis, and the elevation angle ψ measured from the minus side of the z-axis. In this example, the elevation angle ψ is measured from the minus side of the z-axis, and when the transmitter 20 is located directly under the receiver 10, ψ = 0, but the method of measuring the elevation angle ψ is arbitrary. Similarly, the method of measuring the azimuth angle φ is also arbitrary.

推定部１１は、少なくとも２つの方向に関する磁場の成分に正弦波の重みを乗算して、磁気双極子の回転の１又は複数の周期Ｔにわたって積分することで、送信機２０の方向を推定する。ここで、周期Ｔは、Ｔ＝２π／ωであり、予め設定することができる値である。少なくとも２つの方向に関する磁場の成分に正弦波の重みを乗算して、１又は複数の周期にわたって積分することで、初期位相に依存しない量を算出することができ、任意の初期位相で磁気双極子を回転させて磁場を生成した場合であっても、送信機２０の方向を推定することができる。 The estimation unit 11 estimates the direction of the transmitter 20 by multiplying the components of the magnetic field in at least two directions by the weight of the sine wave and integrating over one or more periods T of the rotation of the magnetic dipole. Here, the period T is T = 2π / ω, which is a value that can be set in advance. By multiplying the components of the magnetic field in at least two directions by the weight of the sine wave and integrating over one or more periods, an initial phase-independent quantity can be calculated and the magnetic dipole at any initial phase. The direction of the transmitter 20 can be estimated even when the magnetic field is generated by rotating the transmitter 20.

推定部１１は、少なくとも２つの方向に関する磁場の成分に基づいて、受信機１０と送信機２０との間の方位角φを推定する。方位角φを推定することで、送信機２０により生成される磁場の磁力線が、送信機２０から受信機１０まで曲線を描くように生成される場合であっても、探索者が埋没者の位置まで直線的に到達することができ、より短時間で埋没者を救助することができるようになる。方位角φの推定は、少なくとも２つの方向に関する磁場の成分を角周波数ωで直交検波することで行ってよい。 The estimation unit 11 estimates the azimuth angle φ between the receiver 10 and the transmitter 20 based on the components of the magnetic field in at least two directions. By estimating the azimuth angle φ, the searcher is the position of the buried subject even when the magnetic force lines of the magnetic field generated by the transmitter 20 are generated so as to draw a curve from the transmitter 20 to the receiver 10. You will be able to reach the burial in a straight line, and you will be able to rescue the buried person in a shorter time. The estimation of the azimuth angle φ may be performed by orthogonally detecting the components of the magnetic field in at least two directions at the angular frequency ω.

具体的には、推定部１１は、磁気双極子の回転の角周波数をωと表し、磁場のｘ軸成分をＢxと表し、磁場のｙ軸成分をＢyと表し、磁場のｚ軸成分をＢzと表し、周期をＴと表し、時間をｔと表し、任意の正整数をＮと表すとき、以下の数式１２～１５のうちいずれかによって、方位角φを推定してよい。ここで、Ａｒｇは、複素数の偏角を表す。 Specifically, the estimation unit 11 represents the angular frequency of the rotation of the magnetic dipole as ω, the x-axis component of the magnetic field as B x , the y -axis component of the magnetic field as By, and the z-axis component of the magnetic field. Is expressed as B z , the period is expressed as T, the time is expressed as t, and any positive integer is expressed as N. The azimuth angle φ may be estimated by any of the following equations 12 to 15. Here, Arg represents the argument of a complex number.

Figure 0007086378000012
Figure 0007086378000012

Figure 0007086378000013
Figure 0007086378000013

Figure 0007086378000014
Figure 0007086378000014

Figure 0007086378000015
Figure 0007086378000015

このように、数式１２～１５によって方位角φを算出することで、任意の初期位相θ0で磁気双極子を回転させて磁場を生成した場合であっても、不定性無く送信機２０の方向を推定することができる。そのため、探索者が埋没者の位置まで直線的に到達することができ、より短時間で埋没者を救助することができるようになる。 In this way, by calculating the azimuth angle φ by the equations 12 to 15, even when the magnetic dipole is rotated at an arbitrary initial phase θ 0 to generate a magnetic field, the direction of the transmitter 20 is not indefinite. Can be estimated. Therefore, the searcher can reach the position of the buried person in a straight line, and the buried person can be rescued in a shorter time.

また、推定部１１は、以下の数式１６によって、方位角φを推定してもよい。 Further, the estimation unit 11 may estimate the azimuth angle φ by the following mathematical formula 16.

Figure 0007086378000016
Figure 0007086378000016

数式１６は、数式１２～１５と比較して、磁場のｘ軸成分及びｙ軸成分を用い、磁場のｚ軸成分を用いない点で異なっている。このように、数式１６によって方位角φを算出することで、磁場のｚ軸成分の測定が困難な場合であっても、磁場のｘ軸成分とｙ軸成分とを用いて、送信機２０の方向を推定することができる。そのため、探索者と埋没者との距離が比較的遠く、磁場のｚ軸成分が比較的小さい場合であっても、探索者が埋没者まで直線的に到達することができ、より短時間で埋没者を救助することができるようになる。 Equation 16 is different from Equations 12 to 15 in that it uses the x-axis component and the y-axis component of the magnetic field and does not use the z-axis component of the magnetic field. By calculating the azimuth angle φ by the mathematical formula 16 in this way, even when it is difficult to measure the z-axis component of the magnetic field, the transmitter 20 uses the x-axis component and the y-axis component of the magnetic field. The direction can be estimated. Therefore, even when the distance between the searcher and the buried person is relatively long and the z-axis component of the magnetic field is relatively small, the searcher can reach the buried person linearly and is buried in a shorter time. You will be able to rescue the person.

また、推定部１１は、３つの方向に関する磁場の成分に基づいて、受信機１０と送信機２０との間の仰角ψを推定してよい。仰角ψを推定することで、送信機２０により生成される磁場の磁力線が、送信機２０から受信機１０まで曲線を描くように生成される場合であっても、埋没者が埋まっている方向を直線的に特定することができ、より短時間で埋没者を救助することができるようになる。 Further, the estimation unit 11 may estimate the elevation angle ψ between the receiver 10 and the transmitter 20 based on the components of the magnetic field in the three directions. By estimating the elevation angle ψ, the direction in which the buried subject is buried can be determined even when the magnetic force lines of the magnetic field generated by the transmitter 20 are generated so as to draw a curve from the transmitter 20 to the receiver 10. It can be identified linearly, and the buried subject can be rescued in a shorter time.

具体的には、推定部１１は、以下の数式１７によって、仰角ψを推定してよい。ここで、ＡｒｃＴａｎは、正接関数（タンジェント）の逆関数である。 Specifically, the estimation unit 11 may estimate the elevation angle ψ by the following mathematical formula 17. Here, ArcTan is an inverse function of the tangent function (tangent).

Figure 0007086378000017
Figure 0007086378000017

このように、数式１７によって仰角ψを算出することで、任意の初期位相θ0で磁気双極子を回転させて磁場を生成した場合であっても、不定性無く送信機２０の方向を推定することができる。そのため、探索者が埋没者の位置まで直線的に到達することができ、より短時間で埋没者を救助することができるようになる。 In this way, by calculating the elevation angle ψ by the equation 17, the direction of the transmitter 20 is estimated without indefiniteness even when the magnetic dipole is rotated at an arbitrary initial phase θ 0 to generate a magnetic field. be able to. Therefore, the searcher can reach the position of the buried person in a straight line, and the buried person can be rescued in a shorter time.

なお、数式１２～１７では、受信機１０側で磁場の各成分にｅｘｐ（±ｉωｔ）の重み（正弦波の重み）を乗算する場合を示したが、このような重みは、磁場生成部２１によって予め乗算されてもよい。すなわち、磁場生成部２１は、初期位相θ0で磁気双極子を回転させて生成される少なくとも２つの方向に関する磁場の成分に正弦波の重みを乗算することで、変動する磁場を生成してもよい。磁気双極子を回転させて生成される少なくとも２つの方向に関する磁場の成分に正弦波の重みを乗算して変動する磁場を生成することで、受信機１０側で正弦波の重みを乗算する必要が無くなり、受信機１０の演算負荷を低減させて送信機２０の方向を推定することができる。 In Equations 12 to 17, the case where each component of the magnetic field is multiplied by the weight of exp (± iωt) (weight of the sine wave) on the receiver 10 side is shown. Such a weight is applied to the magnetic field generation unit 21. May be pre-multiplied by. That is, even if the magnetic field generation unit 21 generates a fluctuating magnetic field by multiplying the components of the magnetic field in at least two directions generated by rotating the magnetic dipole in the initial phase θ 0 by the weight of the sine wave. good. It is necessary to multiply the weight of the sine wave on the receiver 10 side by multiplying the components of the magnetic field in at least two directions generated by rotating the magnetic dipole by the weight of the sine wave to generate a fluctuating magnetic field. It disappears, and the calculation load of the receiver 10 can be reduced to estimate the direction of the transmitter 20.

図４は、本実施形態に係る送信機２０により生成される磁場Ｂ１の向きの第１例を示す図である。また、図５は、本実施形態に係る送信機により生成される磁場Ｂ２の向きの第２例を示す図である。図４及び５では、ｘ－ｙ平面上における磁場の分布を示している。これらの図面を参照して、数式１０で表される磁場のｘ軸成分とｙ軸成分の変化について説明する。 FIG. 4 is a diagram showing a first example of the direction of the magnetic field B1 generated by the transmitter 20 according to the present embodiment. Further, FIG. 5 is a diagram showing a second example of the direction of the magnetic field B2 generated by the transmitter according to the present embodiment. FIGS. 4 and 5 show the distribution of the magnetic field on the xy plane. With reference to these drawings, changes in the x-axis component and the y-axis component of the magnetic field represented by the equation 10 will be described.

図４に示す磁場Ｂ１は、送信機２０の磁場生成部２１により生成される磁気双極子モーメントｐが、受信機１０の方向を向いた瞬間の磁場の分布を表している。一方、図５に示す磁場Ｂ２は、送信機２０の磁場生成部２１により生成される磁気双極子モーメントｐが、受信機１０と送信機２０を結ぶ線分と直交する方向を向いた瞬間の磁場の分布を表している。磁気双極子モーメントｐが回転すると、受信機１０で測定される磁場も回転し、図４及び５に示すリサージュ図形Ｌが描かれる。 The magnetic field B1 shown in FIG. 4 represents the distribution of the magnetic field at the moment when the magnetic dipole moment p generated by the magnetic field generation unit 21 of the transmitter 20 faces the direction of the receiver 10. On the other hand, the magnetic field B2 shown in FIG. 5 is a magnetic field at the moment when the magnetic dipole moment p generated by the magnetic field generation unit 21 of the transmitter 20 is directed in a direction orthogonal to the line segment connecting the receiver 10 and the transmitter 20. Represents the distribution of. When the magnetic dipole moment p rotates, the magnetic field measured by the receiver 10 also rotates, and the resage figures L shown in FIGS. 4 and 5 are drawn.

推定部１１は、磁場のｘ軸成分及び磁場のｙ軸成分の変動により描かれるリサージュ図形Ｌを楕円により近似し、楕円の長軸方向又は短軸方向によって、方位角φを推定してよい。図４及び５に示す例の場合、推定部１１は、リサージュ図形Ｌを楕円により近似して、楕円の長軸方向によって、受信機１０と送信機２０との間の方位角φを推定してよい。ただし、楕円の長軸方向により方位角φを推定する場合、方位角には１８０°の不定性が残る。 The estimation unit 11 may approximate the resage figure L drawn by the fluctuation of the x-axis component of the magnetic field and the y-axis component of the magnetic field with an ellipse, and estimate the azimuth angle φ according to the major axis direction or the minor axis direction of the ellipse. In the case of the examples shown in FIGS. 4 and 5, the estimation unit 11 approximates the Lissajous figure L by an ellipse and estimates the azimuth angle φ between the receiver 10 and the transmitter 20 by the long axis direction of the ellipse. good. However, when the azimuth angle φ is estimated from the major axis direction of the ellipse, the azimuth angle remains indefinite by 180 °.

この場合、推定部１１は、磁場の強さに基づいて、送信機２０から受信機１０までの距離を推定してよい。ここで、磁場の強さとは、測定部１０ｇにより測定される磁場のノルムであってよい。すなわち、磁場の強さとは、（Ｂx 2＋Ｂy 2＋Ｂz 2）1/2であってよい。数式１０及び１１に示されるように、磁場の強さは、送信機２０から受信機１０までの距離｜ｒ｜の３乗に反比例する。従って、推定部１１により推定される方位角に１８０°の不定性があったとしても、それぞれの方向に動いてみて、磁場の強さが強くなる方向に進めば、埋没者の位置へ直線的に向かうことができる。 In this case, the estimation unit 11 may estimate the distance from the transmitter 20 to the receiver 10 based on the strength of the magnetic field. Here, the strength of the magnetic field may be the norm of the magnetic field measured by the measuring unit 10g. That is, the strength of the magnetic field may be (B x 2 + By 2 + B z 2 ) 1/2 . As shown in Equations 10 and 11, the strength of the magnetic field is inversely proportional to the cube of the distance | r | from the transmitter 20 to the receiver 10. Therefore, even if the azimuth angle estimated by the estimation unit 11 has an indefiniteness of 180 °, if it moves in each direction and advances in the direction in which the strength of the magnetic field becomes stronger, it is linear to the position of the buried subject. You can head to.

このように、リサージュ図形Ｌを楕円により近似することで、受信機１０の位置で磁場の大きさが極大となる方向及び極小となる方向を比較的少ない演算量で推定することができ、送信機２０の方向を比較的少ない演算量で推定することができる。また、送信機２０から受信機１０までの距離を推定することで、探索者が、推定された方向に向かって埋没者を探索する場合に、埋没者に近付く方向に向かっているかを確認することができ、埋没者の位置まで直線的に到達することを支援することができる。 By approximating the Lissajous figure L with an ellipse in this way, it is possible to estimate the direction in which the magnitude of the magnetic field becomes maximum and the direction in which the magnitude of the magnetic field becomes maximum at the position of the receiver 10 with a relatively small amount of calculation, and the transmitter can be estimated. The directions of 20 can be estimated with a relatively small amount of calculation. Further, by estimating the distance from the transmitter 20 to the receiver 10, when the searcher searches for the buried subject in the estimated direction, it is confirmed whether the searcher is heading in the direction approaching the buried subject. Can help to reach the location of the buried subject in a straight line.

図６は、本実施形態に係る探索システム１により表示されるリサージュ図形の例を示す図である。受信機１０及び送信機２０の少なくともいずれか一方は、リサージュ図形を表示する表示部１０ｆを有してよい。本実施形態の場合、受信機１０は、測定された磁場のｘ軸方向の成分とｙ軸方向の成分により描かれるリサージュ図形を表示する表示部１０ｆを有する。 FIG. 6 is a diagram showing an example of a Lissajous figure displayed by the search system 1 according to the present embodiment. At least one of the receiver 10 and the transmitter 20 may have a display unit 10f for displaying a Lissajous figure. In the case of the present embodiment, the receiver 10 has a display unit 10f that displays a Lissajous figure drawn by a component in the x-axis direction and a component in the y-axis direction of the measured magnetic field.

同図では、雪中の深さｈの位置に送信機２０を携帯する埋没者が埋まっている場合に、受信機１０を携帯する探索者が比較的遠い位置にいる第１の場合（ａ）と、受信機１０と送信機２０との間の仰角が所定の値ψ0となる第２の場合（ｂ）と、受信機１０と送信機２０との間の仰角が所定の値ψ0より小さい第３の場合（ｃ）と、受信機１０と送信機２０との間の距離が第３の場合（ｃ）よりも短い第４の場合（ｄ）と、受信機１０と送信機２０との間の仰角がほとんど０°である第５の場合（ｅ）と、の５つの場合を示している。なお、同図では、探索者が、矩形の受信機１０の長辺が進行方向と平行になるように表示部１０ｆを視認している場合を示している。 In the figure, when the buried person carrying the transmitter 20 is buried at the depth h in the snow, the first case (a) in which the searcher carrying the receiver 10 is relatively far away. In the second case (b) where the elevation angle between the receiver 10 and the transmitter 20 is a predetermined value ψ 0 , and the elevation angle between the receiver 10 and the transmitter 20 is a predetermined value ψ 0 . The small third case (c), the fourth case (d) where the distance between the receiver 10 and the transmitter 20 is shorter than the third case (c), the receiver 10 and the transmitter 20 The fifth case (e) and the five cases where the elevation angle between the two is almost 0 ° are shown. Note that the figure shows a case where the searcher visually recognizes the display unit 10f so that the long side of the rectangular receiver 10 is parallel to the traveling direction.

第１の場合（ａ）には、リサージュ図形は長軸方向が送信機２０の方向を向いた楕円である。この場合、探索者は、楕円の長軸方向に向かって歩くことで、埋没者に近付くことができる。また、リサージュ図形の楕円の長軸の長さ及び短軸の長さは、測定される磁場の強さが強くなると長くなる。そのため、探索者は、楕円の長軸に沿ってそれぞれの方向に動いてみて、楕円が大きくなる方向に進めばよい。 In the first case (a), the Lissajous figure is an ellipse whose long axis direction faces the transmitter 20. In this case, the explorer can approach the buried subject by walking in the direction of the long axis of the ellipse. Further, the length of the major axis and the length of the minor axis of the ellipse of the Lissajous figure become longer as the strength of the measured magnetic field becomes stronger. Therefore, the searcher may try to move in each direction along the long axis of the ellipse and proceed in the direction in which the ellipse becomes larger.

第２の場合（ｂ）は、受信機１０と送信機２０との間の仰角が所定の値ψ0となる場合である。ここで、所定の値ψ0は、ｓｉｎψ0＝（２／３）1/2を満たす値である。具体的には、ψ0はおおよそ５４°である。数式１０によれば、ψ＝ψ0のとき、（Ｂx 2＋Ｂy 2）1/2は時間ｔに依存せず一定になる。つまり、この場合にリサージュ図形は円となる。また、この場合に、受信機１０と送信機２０の水平距離は、（２）1/2×ｈとなる。つまり、この場合に、探索者は、埋没者までの水平距離がおおよそ１．４ｈである位置にいる。例えば、埋没者が深さ１ｍの位置に埋まっている場合、探索者は、埋没者までの水平距離がおおよそ１．４ｍの位置にいることになる。 The second case (b) is a case where the elevation angle between the receiver 10 and the transmitter 20 is a predetermined value ψ 0 . Here, the predetermined value ψ 0 is a value that satisfies sin ψ 0 = (2/3) 1/2 . Specifically, ψ 0 is approximately 54 °. According to the equation 10, when ψ = ψ 0 , ( B x 2 + By 2 ) 1/2 becomes constant regardless of the time t. That is, in this case, the Lissajous figure becomes a circle. Further, in this case, the horizontal distance between the receiver 10 and the transmitter 20 is (2) 1/2 × h. That is, in this case, the searcher is in a position where the horizontal distance to the buried subject is approximately 1.4 h. For example, if the buried subject is buried at a depth of 1 m, the searcher will be at a position where the horizontal distance to the buried subject is approximately 1.4 m.

第３の場合（ｃ）には、リサージュ図形は短軸方向が送信機２０の方向を向いた楕円である。この場合、探索者は、楕円の短軸方向に向かって歩くことで、埋没者に近付くことができる。また、リサージュ図形の楕円の長軸の長さ及び短軸の長さは、測定される磁場の強さが強くなると長くなる。そのため、探索者は、楕円の短軸に沿ってそれぞれの方向に動いてみて、楕円が大きくなる方向に進めばよい。 In the third case (c), the Lissajous figure is an ellipse whose minor axis direction faces the transmitter 20. In this case, the explorer can approach the buried subject by walking in the direction of the minor axis of the ellipse. Further, the length of the major axis and the length of the minor axis of the ellipse of the Lissajous figure become longer as the strength of the measured magnetic field becomes stronger. Therefore, the searcher may try to move in each direction along the short axis of the ellipse and proceed in the direction in which the ellipse becomes larger.

このように、受信機１０と送信機２０との間の仰角が所定の値ψ0より大きい場合、リサージュ図形は長軸方向が送信機２０の方向を向いた楕円となり、仰角が所定の値ψ0より小さい場合、リサージュ図形は短軸方向が送信機２０の方向を向いた楕円となる。このように、楕円の長軸及び短軸に対する進むべき方向が変わるため、表示部１０ｆには、仰角が所定の値ψ0より大きいか小さいかに応じて、楕円の長軸方向に進むべきであるか、短軸方向に進むべきであるかを表示してもよい。 As described above, when the elevation angle between the receiver 10 and the transmitter 20 is larger than the predetermined value ψ 0 , the Lissajous figure becomes an ellipse whose long axis direction faces the transmitter 20 and the elevation angle is the predetermined value ψ 0. If it is less than 0 , the Lissajous figure becomes an ellipse whose minor axis direction faces the transmitter 20. In this way, since the direction to go with respect to the long axis and the short axis of the ellipse changes, the display unit 10f should go in the long axis direction of the ellipse depending on whether the elevation angle is larger or smaller than the predetermined value ψ 0 . It may indicate whether it is or should go in the minor axis direction.

第４の場合（ｄ）には、リサージュ図形は短軸方向が送信機２０の方向を向いた楕円であるが、短軸の長さがほとんど０となった楕円である。この場合、探索者は、楕円の短軸方向に向かって歩くことで、埋没者に近付くことができる。埋没者に近付くに従って、楕円の短軸の長さが長くなっていき、リサージュ図形は徐々に円に近付いていく。 In the fourth case (d), the Lissajous figure is an ellipse whose minor axis direction faces the direction of the transmitter 20, but the length of the minor axis is almost 0. In this case, the explorer can approach the buried subject by walking in the direction of the minor axis of the ellipse. As you get closer to the buried subject, the length of the minor axis of the ellipse becomes longer, and the Lissajous figure gradually approaches the circle.

第５の場合（ｅ）には、受信機１０と送信機２０との間の仰角が０°となる場合である。すなわち、探索者が埋没者の真上にいる場合である。数式１０によれば、ψ＝０のとき、（Ｂx 2＋Ｂy 2）1/2は時間ｔに依存せず一定になる。つまり、この場合に、リサージュ図形は円となる。 In the fifth case (e), the elevation angle between the receiver 10 and the transmitter 20 is 0 °. That is, when the explorer is directly above the buried subject. According to the equation 10, when ψ = 0 , (B x 2 + By 2 ) 1/2 becomes constant regardless of the time t. That is, in this case, the Lissajous figure becomes a circle.

このように、リサージュ図形を示すことで、探索する方向に応じて測定される磁場の成分がどのように変化するか確かめながら埋没者を探索することができ、探索する方向が妥当であるかを視覚的に確認することができる。また、受信機１０が送信機２０に近付くに従って、リサージュ図形が第１の場合（ａ）から第５の場合（ｅ）に変化していくため、仮に仰角の具体的数値が示されなくても、リサージュ図形の変化から仰角を推定することができる。 By showing the Lissajous figure in this way, it is possible to search for the buried subject while checking how the components of the magnetic field measured according to the search direction change, and whether the search direction is appropriate or not. It can be confirmed visually. Further, as the receiver 10 approaches the transmitter 20, the Lissajous figure changes from the first case (a) to the fifth case (e), so even if a specific value of the elevation angle is not shown. , The elevation angle can be estimated from the change of the Lissajous figure.

なお、探索システム１は、リサージュ図形をそのまま表示するのではなく、リサージュ図形に適切な円形状を足し合わせることで直線を表示し、より直感的に進行方向を表示することとしてもよい。具体的には、図６（ａ）の場合には、楕円の短軸の長さを半径とし、楕円のリサージュ図形に対して位相が１８０度異なる円形状をリサージュ図形に足し合わせることとしてもよい。これにより、楕円の長軸方向に延びる直線が表示されることとなる。また、図６（ｃ）の場合には、楕円の長軸の長さを半径とし、楕円のリサージュ図形とは位相が１８０度異なる円形状をリサージュ図形に足し合わせることとしてもよい。これにより、楕円の短軸方向に延びる直線が表示されることとなる。 The search system 1 may not display the Lissajous figure as it is, but may display a straight line by adding an appropriate circular shape to the Lissajous figure and display the traveling direction more intuitively. Specifically, in the case of FIG. 6A, the length of the minor axis of the ellipse may be used as the radius, and a circular shape whose phase is 180 degrees different from that of the Lissajous figure of the ellipse may be added to the Lissajous figure. .. As a result, a straight line extending in the long axis direction of the ellipse is displayed. Further, in the case of FIG. 6C, the length of the long axis of the ellipse may be used as the radius, and a circular shape having a phase 180 degrees different from that of the Lissajous figure of the ellipse may be added to the Lissajous figure. As a result, a straight line extending in the minor axis direction of the ellipse is displayed.

図７は、本実施形態に係る探索システム１により実行される探索処理のフローチャートである。はじめに、送信機２０の検出部２２によって、鉛直方向を検出する（Ｓ１０）。そして、送信機２０の磁場生成部２１は、鉛直方向を回転軸として、任意の初期位相で磁気双極子を回転させることで、変動する磁場を生成する（Ｓ１１）。 FIG. 7 is a flowchart of the search process executed by the search system 1 according to the present embodiment. First, the detection unit 22 of the transmitter 20 detects the vertical direction (S10). Then, the magnetic field generation unit 21 of the transmitter 20 generates a fluctuating magnetic field by rotating the magnetic dipole in an arbitrary initial phase with the vertical direction as the rotation axis (S11).

受信機１０は、測定部１０ｇによって、少なくとも２つの方向に関する磁場の成分を、磁気双極子の回転の１又は複数の周期にわたって測定する（Ｓ１２）。そして、受信機１０は、推定部１１によって、測定された磁場の成分に基づいて、送信機２０の方向を推定する（Ｓ１３）。推定部１１による推定処理は、数式６～１１を用いて行ってもよいし、磁場のｘ軸成分及びｙ軸成分の変動により描かれるリサージュ図形を楕円により近似することで行ってもよい。 The receiver 10 measures the components of the magnetic field in at least two directions by the measuring unit 10g over one or more cycles of the rotation of the magnetic dipole (S12). Then, the receiver 10 estimates the direction of the transmitter 20 based on the measured magnetic field component by the estimation unit 11 (S13). The estimation process by the estimation unit 11 may be performed by using mathematical formulas 6 to 11 or by approximating the Lissajous figure drawn by the fluctuation of the x-axis component and the y-axis component of the magnetic field by an ellipse.

その後、受信機１０は、表示部１０ｆによって、推定された送信機２０の方向及びリサージュ図形を表示する（Ｓ１４）。なお、受信機１０は、推定部１１により推定された送信機２０の方位角及び仰角の少なくともいずれか一方をリサージュ図形と併せて表示してもよいし、リサージュ図形を表示せずに、方位角及び仰角と、距離を表す磁場の強さとを表示してもよい。以上で探索処理が終了する。 After that, the receiver 10 displays the estimated direction of the transmitter 20 and the Lissajous figure by the display unit 10f (S14). The receiver 10 may display at least one of the azimuth angle and the elevation angle of the transmitter 20 estimated by the estimation unit 11 together with the lisage figure, or the azimuth angle without displaying the lisage figure. And the elevation angle and the strength of the magnetic field representing the distance may be displayed. This completes the search process.

本実施形態では、数式７で表される磁気双極子モーメントを磁場生成部２１により生成する場合について説明したが、磁場生成部２１は、これ以外の磁場を生成してもよい。磁場生成部２１は、例えば、以下の数式１８で表される磁気双極子モーメントｐ（ｔ）によって、変動する磁場を生成してもよい。ここで、ωは搬送波の角周波数であり、θ0は搬送波に関する任意の初期位相であり、Ωは変調波の角周波数であり、α0は変調波に関する任意の初期位相である。ここで、搬送波の角周波数ωは、例えば４５７ｋＨｚであってよく、変調波の角周波数Ωは、例えば１０～２０Ｈｚであってよい。 In the present embodiment, the case where the magnetic dipole moment represented by the equation 7 is generated by the magnetic field generation unit 21 has been described, but the magnetic field generation unit 21 may generate a magnetic field other than this. The magnetic field generation unit 21 may generate a fluctuating magnetic field by, for example, the magnetic dipole moment p (t) represented by the following mathematical formula 18. Here, ω is the angular frequency of the carrier wave, θ 0 is the angular frequency of the carrier wave, Ω is the angular frequency of the modulated wave, and α 0 is the arbitrary initial phase of the modulated wave. Here, the angular frequency ω of the carrier wave may be, for example, 457 kHz, and the angular frequency Ω of the modulated wave may be, for example, 10 to 20 Hz.

Figure 0007086378000018
Figure 0007086378000018

このように、搬送周波数ωで回転する磁気双極子の振幅を角周波数ΩでＡＭ変調することで、変動する磁場を生成してもよい。このような磁場が生成される場合であっても、受信機１０で磁場のｘ軸成分とｙ軸成分を測定し、搬送周波数ωで検波して、変動の軌跡を描くと、角周波数Ωで回転するリサージュ図形となる。従って、リサージュ図形を楕円で近似する方法で、送信機２０の方位角φ及び仰角ψを推定することができる。 In this way, a fluctuating magnetic field may be generated by AM-modulating the amplitude of the magnetic dipole rotating at the carrier frequency ω with an angular frequency Ω. Even when such a magnetic field is generated, the x-axis component and y-axis component of the magnetic field are measured by the receiver 10, detected at the carrier frequency ω, and the trajectory of the fluctuation is drawn. It becomes a rotating resage figure. Therefore, the azimuth angle φ and the elevation angle ψ of the transmitter 20 can be estimated by a method of approximating the Lissajous figure with an ellipse.

また、数式１２～１７における正弦波の重みｅｘｐ（±ｉωｔ）を、重みｅｘｐ（±ｉΩｔ）に置き換えることで、方位角φ及び仰角ψを算出することができる。また、送信機２０の磁場生成部２１によって、数式１２の磁気双極子モーメントに重みｅｘｐ（±ｉΩｔ）を乗算することで変動する磁場を生成し、受信機１０によって、数式６～１１における正弦波の重みｅｘｐ（±ｉωｔ）の乗算を省略した積分を実行することで、方位角φ及び仰角ψを算出することができる。 Further, the azimuth angle φ and the elevation angle ψ can be calculated by replacing the weight exp (± iωt) of the sine wave in the equations 12 to 17 with the weight exp (± iΩt). Further, the magnetic field generation unit 21 of the transmitter 20 generates a fluctuating magnetic field by multiplying the magnetic dipole moment of the equation 12 by the weight exp (± iΩt), and the receiver 10 generates the sine wave in the equations 6 to 11. The azimuth angle φ and the elevation angle ψ can be calculated by executing the integration omitting the multiplication of the weight exp (± iωt) of.

なお、変調波の角周波数Ωを１０～２０Ｈｚ程度とする場合、磁場生成部２１は、搬送周波数ωで回転する磁気双極子を電気的に生成し、角周波数Ωで磁気双極子を機械的に回転させることで、変動する磁場を生成してもよい。 When the angular frequency Ω of the modulated wave is about 10 to 20 Hz, the magnetic field generation unit 21 electrically generates a magnetic dipole that rotates at the carrier frequency ω, and mechanically generates the magnetic dipole at the angular frequency Ω. By rotating it, a fluctuating magnetic field may be generated.

図８は、本実施形態の変形例に係る探索システム１ａの機能ブロックを示す図である。変形例に係る探索システム１ａは、本実施形態に係る探索システム１と比較して、送信機２０が、通信部２３と、表示部２４とを備え、受信機１０が検出部１２を備え、通信部１０ｄによって送信機２０に情報を送信する点で、本実施形態に係る探索システム１と相違する。その他の構成について、変形例に係る探索システム１ａは、本実施形態に係る探索システム１と同様の構成を備える。以下では、相違する構成について説明し、同様の構成については詳細な説明を省略する。 FIG. 8 is a diagram showing a functional block of the search system 1a according to a modified example of the present embodiment. In the search system 1a according to the modified example, as compared with the search system 1 according to the present embodiment, the transmitter 20 includes a communication unit 23 and a display unit 24, and the receiver 10 includes a detection unit 12 for communication. It differs from the search system 1 according to the present embodiment in that information is transmitted to the transmitter 20 by the unit 10d. Regarding other configurations, the search system 1a according to the modified example has the same configuration as the search system 1 according to the present embodiment. In the following, different configurations will be described, and detailed description of similar configurations will be omitted.

変形例に係る探索システム１ａでは、探索者が送信機２０を携帯し、埋没者が受信機１０を携帯しているとする。なお、受信機１０及び送信機２０は、物理的に同じ構成を備えていてよく、受信機１０としての機能と送信機２０としての機能を選択可能に備えていてよい。 In the search system 1a according to the modified example, it is assumed that the searcher carries the transmitter 20 and the buried person carries the receiver 10. The receiver 10 and the transmitter 20 may have physically the same configuration, and may have a function as the receiver 10 and a function as the transmitter 20 so as to be selectable.

送信機２０の磁場生成部２１は、任意の初期位相で磁気双極子を回転させることで、変動する磁場を生成する。ここで、磁場生成部２１は、検出部２２により検出された鉛直方向を磁気双極子モーメントの回転軸の方向としてよい。検出部２２により検出された鉛直方向を磁気双極子モーメントの回転軸の方向とすることで、磁場が生成される方向が正確に制御され、結果的に推定部１１による推定が正確になる。もっとも、探索者が磁場生成部２１を構成するＸ軸方向のバーコイル及びＹ軸方向のバーコイルが水平面に沿うように送信機２０を把持する場合、検出部２２を用いずに、Ｘ軸方向のバーコイル及びＹ軸方向のバーコイルにより磁場を生成することとしてもよい。 The magnetic field generation unit 21 of the transmitter 20 generates a fluctuating magnetic field by rotating the magnetic dipole in an arbitrary initial phase. Here, the magnetic field generation unit 21 may use the vertical direction detected by the detection unit 22 as the direction of the rotation axis of the magnetic dipole moment. By setting the vertical direction detected by the detection unit 22 as the direction of the rotation axis of the magnetic dipole moment, the direction in which the magnetic field is generated is accurately controlled, and as a result, the estimation by the estimation unit 11 becomes accurate. However, when the searcher grips the transmitter 20 so that the bar coil in the X-axis direction and the bar coil in the Y-axis direction constituting the magnetic field generation unit 21 are along the horizontal plane, the bar coil in the X-axis direction is not used. And the magnetic field may be generated by the bar coil in the Y-axis direction.

受信機１０の検出部１２は、重力加速度を検出する加速度センサで構成されてよく、鉛直方向を検出する。測定部１０ｇは、検出部１２により検出された鉛直方向をｚ軸方向として、少なくとも２つの方向に関する磁場の成分を、磁気双極子の回転の１又は複数の周期にわたって測定する。そして、推定部１１は、測定部１０ｇにより測定された磁場の成分に基づいて、送信機２０の方向を推定する。推定部１１は、例えば、受信機１０と送信機２０との間の方位角、仰角及び距離を推定する。推定部１１により推定された送信機２０の方向を表す値を推定値と呼ぶこととする。 The detection unit 12 of the receiver 10 may be composed of an acceleration sensor that detects gravitational acceleration, and detects the vertical direction. The measuring unit 10g measures the components of the magnetic field in at least two directions with the vertical direction detected by the detecting unit 12 as the z-axis direction over one or a plurality of periods of rotation of the magnetic dipole. Then, the estimation unit 11 estimates the direction of the transmitter 20 based on the component of the magnetic field measured by the measurement unit 10g. The estimation unit 11 estimates, for example, the azimuth angle, elevation angle, and distance between the receiver 10 and the transmitter 20. A value representing the direction of the transmitter 20 estimated by the estimation unit 11 is referred to as an estimated value.

受信機１０は、通信部１０ｄによって、推定部１１により推定された推定値を、送信機２０に対して送信する。送信機２０は、通信部２３によって、推定値を受信し、表示部２４に表示する。 The receiver 10 transmits the estimated value estimated by the estimation unit 11 to the transmitter 20 by the communication unit 10d. The transmitter 20 receives the estimated value by the communication unit 23 and displays it on the display unit 24.

このようにして、探索者が送信機２０を携帯し、埋没者が受信機１０を携帯する場合であっても、探索者は、埋没者の位置まで直線的に到達することができる。なお、受信機１０によってリサージュ図形を求めて、リサージュ図形に関する情報を受信機１０から送信機２０に送信してもよい。 In this way, even when the searcher carries the transmitter 20 and the buried person carries the receiver 10, the searcher can reach the position of the buried person linearly. The Lissajous figure may be obtained by the receiver 10 and information about the Lissajous figure may be transmitted from the receiver 10 to the transmitter 20.

図９は、本実施形態の変形例に係る探索システム１ａにより実行される探索処理のフローチャートである。はじめに、送信機２０の検出部２２によって、鉛直方向を検出する（Ｓ２０）。そして、送信機２０の磁場生成部２１は、鉛直方向を回転軸として、任意の初期位相で磁気双極子を回転させることで、変動する磁場を生成する（Ｓ２１）。 FIG. 9 is a flowchart of the search process executed by the search system 1a according to the modified example of the present embodiment. First, the detection unit 22 of the transmitter 20 detects the vertical direction (S20). Then, the magnetic field generation unit 21 of the transmitter 20 generates a fluctuating magnetic field by rotating the magnetic dipole in an arbitrary initial phase with the vertical direction as the rotation axis (S21).

受信機１０は、検出部１２によって鉛直方向を検出し、検出された鉛直方向をｚ軸方向として、測定部１０ｇによって、少なくとも２つの方向に関する磁場の成分を、磁気双極子の回転の１又は複数の周期にわたって測定する（Ｓ２２）。そして、受信機１０は、推定部１１によって、測定された磁場の成分に基づいて、送信機２０の方向を推定する（Ｓ２３）。推定部１１による推定処理は、数式１２～１７を用いて行ってもよいし、磁場のｘ軸成分及びｙ軸成分の変動により描かれるリサージュ図形を楕円により近似することで行ってもよい。 The receiver 10 detects the vertical direction by the detection unit 12, and the detected vertical direction is the z-axis direction, and the measurement unit 10g sets the magnetic field components in at least two directions to one or more of the rotations of the magnetic dipole. Measure over the period of (S22). Then, the receiver 10 estimates the direction of the transmitter 20 based on the measured magnetic field component by the estimation unit 11 (S23). The estimation process by the estimation unit 11 may be performed by using mathematical formulas 12 to 17, or by approximating the Lissajous figure drawn by the fluctuation of the x-axis component and the y-axis component of the magnetic field by an ellipse.

その後、受信機１０は、通信部１０ｄによって、推定された方向に関する情報を、送信機２０に送信する（Ｓ２４）。なお、受信機１０は、推定部１１により推定された送信機２０の方位角及び仰角の少なくともいずれか一方をリサージュ図形と併せて送信してもよいし、リサージュ図形を送信せずに、方位角及び仰角と、距離を表す磁場の強さとを送信してもよい。最後に、送信機２０は、表示部２４によって、推定部１１により推定された方向及びリサージュ図形を表示する（Ｓ２５）。以上で変形例に係る探索システム１ａにより実行される探索処理が終了する。 After that, the receiver 10 transmits the information regarding the estimated direction to the transmitter 20 by the communication unit 10d (S24). The receiver 10 may transmit at least one of the azimuth angle and the elevation angle of the transmitter 20 estimated by the estimation unit 11 together with the lisage figure, or the azimuth angle without transmitting the lisage figure. And the elevation angle and the strength of the magnetic field representing the distance may be transmitted. Finally, the transmitter 20 displays the direction and the Lissajous figure estimated by the estimation unit 11 by the display unit 24 (S25). This completes the search process executed by the search system 1a according to the modified example.

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。 The embodiments described above are for facilitating the understanding of the present invention, and are not for limiting the interpretation of the present invention. Each element included in the embodiment and its arrangement, material, condition, shape, size, and the like are not limited to those exemplified, and can be appropriately changed. Further, it is possible to partially replace or combine the configurations shown in different embodiments.

例えば、受信機１０及び送信機２０の少なくともいずれか一方をスマートフォンで構成し、スマートフォンのステレオ出力及びマイク入力によって、変動する磁場により表される信号を入出力することとしてもよい。これにより、雪崩による埋没者の探索はもとより、送信機２０を持たせた野生動物の追跡や屋内でのナビゲーションを行ったり、地震災害時の瓦礫埋没者の探索を行ったりすることができる。また、スマートフォンにインストールされる様々なアプリケーションと連動させることで、より多くの分野に応用することもできる。 For example, at least one of the receiver 10 and the transmitter 20 may be configured by a smartphone, and a signal represented by a fluctuating magnetic field may be input / output by the stereo output of the smartphone and the microphone input. As a result, it is possible not only to search for buried people due to avalanches, but also to track wild animals equipped with a transmitter 20, to navigate indoors, and to search for rubble buried people in the event of an earthquake disaster. It can also be applied to more fields by linking with various applications installed on smartphones.

１…探索システム、１ａ…変形例に係る探索システム、１０…受信機、１０ａ…ＣＰＵ、１０ｂ…ＲＡＭ、１０ｃ…ＲＯＭ、１０ｄ…通信部、１０ｅ…入力部、１０ｆ…表示部、１０ｇ…測定部、１１…推定部、１２…検出部、２０…送信機、２１…磁場生成部、２２…検出部、２３…通信部、２４…表示部 1 ... Search system, 1a ... Search system according to a modified example, 10 ... Receiver, 10a ... CPU, 10b ... RAM, 10c ... ROM, 10d ... Communication unit, 10e ... Input unit, 10f ... Display unit, 10g ... Measurement unit , 11 ... estimation unit, 12 ... detection unit, 20 ... transmitter, 21 ... magnetic field generation unit, 22 ... detection unit, 23 ... communication unit, 24 ... display unit

Claims (13)

受信機と、送信機とを備える探索システムであって、
前記送信機は、
任意の初期位相で磁気双極子を回転させることで、変動する磁場を生成する磁場生成部を有し、
前記受信機は、
少なくとも２つの方向に関する前記磁場の成分を、前記回転の１又は複数の周期にわたって測定する測定部と、
前記磁場の成分に基づいて、前記送信機の方向を推定する推定部と、を有し、
前記推定部は、前記初期位相に基づかないで前記送信機の方向を推定する、
探索システム。 A search system equipped with a receiver and a transmitter,
The transmitter is
It has a magnetic field generator that generates a fluctuating magnetic field by rotating the magnetic dipole in any initial phase.
The receiver is
A measuring unit that measures the components of the magnetic field in at least two directions over one or more cycles of the rotation.
It has an estimation unit that estimates the direction of the transmitter based on the components of the magnetic field.
The estimation unit estimates the direction of the transmitter without being based on the initial phase .
Search system. 前記推定部は、少なくとも２つの方向に関する前記磁場の成分に正弦波の重みを乗算して、前記１又は複数の周期にわたって積分することで、前記送信機の方向を推定する、
請求項１に記載の探索システム。 The estimator estimates the direction of the transmitter by multiplying the components of the magnetic field in at least two directions by the weight of a sine wave and integrating over one or more periods.
The search system according to claim 1. 前記推定部は、少なくとも２つの方向に関する前記磁場の成分に基づいて、前記受信機と前記送信機との間の方位角を推定する、
請求項１又は２に記載の探索システム。 The estimator estimates the azimuth angle between the receiver and the transmitter based on the components of the magnetic field in at least two directions.
The search system according to claim 1 or 2. 前記推定部は、前記磁気双極子の回転の角周波数をωと表し、前記磁場のｘ軸成分をＢxと表し、前記磁場のｙ軸成分をＢyと表し、前記磁場のｚ軸成分をＢzと表し、前記周期をＴと表し、時間をｔと表し、任意の正整数をＮと表すとき、以下の数式１～４のうちいずれかによって、前記方位角φを推定する、
Figure 0007086378000019
Figure 0007086378000020
Figure 0007086378000021
Figure 0007086378000022
 請求項３に記載の探索システム。 The estimation unit represents the angular frequency of rotation of the magnetic dipole as ω, the x-axis component of the magnetic field as B x , the y -axis component of the magnetic field as By, and the z-axis component of the magnetic field. When B z is expressed, the period is expressed as T, the time is expressed as t, and an arbitrary positive integer is expressed as N, the azimuth angle φ is estimated by any of the following equations 1 to 4.
Figure 0007086378000019
Figure 0007086378000020
Figure 0007086378000021
Figure 0007086378000022
 The search system according to claim 3. 前記推定部は、前記磁気双極子の回転の角周波数をωと表し、前記磁場のｘ軸成分をＢxと表し、前記磁場のｙ軸成分をＢyと表し、前記周期をＴと表し、時間をｔと表し、任意の正整数をＮと表すとき、以下の数式５によって、前記方位角φを推定する、
Figure 0007086378000023
 請求項３に記載の探索システム。 In the estimation unit, the angular frequency of rotation of the magnetic dipole is represented by ω, the x-axis component of the magnetic field is represented by B x , the y -axis component of the magnetic field is represented by By, and the period is represented by T. When time is expressed as t and an arbitrary positive integer is expressed as N, the azimuth angle φ is estimated by the following equation 5.
Figure 0007086378000023
 The search system according to claim 3. 前記推定部は、前記磁場のｘ軸成分及び前記磁場のｙ軸成分の変動により描かれるリサージュ図形を楕円により近似し、前記楕円の長軸方向又は短軸方向によって、前記方位角を推定する、
請求項３に記載の探索システム。 The estimation unit approximates the resage figure drawn by the fluctuation of the x-axis component of the magnetic field and the y-axis component of the magnetic field with an ellipse, and estimates the azimuth angle according to the major axis direction or the minor axis direction of the ellipse.
The search system according to claim 3. 前記受信機及び前記送信機の少なくともいずれか一方は、前記リサージュ図形を表示する表示部をさらに有する、
請求項６に記載の探索システム。 At least one of the receiver and the transmitter further has a display unit for displaying the Lissajous figure.
The search system according to claim 6. 前記推定部は、３つの方向に関する前記磁場の成分に基づいて、前記受信機と前記送信機との間の仰角を推定する、
請求項１から７のいずれか一項に記載の探索システム。 The estimator estimates the elevation angle between the receiver and the transmitter based on the components of the magnetic field in three directions.
The search system according to any one of claims 1 to 7. 前記推定部は、前記磁気双極子の回転の角周波数をωと表し、前記磁場のｘ軸成分をＢxと表し、前記磁場のｙ軸成分をＢyと表し、前記磁場のｚ軸成分をＢzと表し、前記周期をＴと表し、時間をｔと表し、任意の正整数をＮと表すとき、以下の数式６によって、前記仰角ψを推定する、
Figure 0007086378000024
 請求項８に記載の探索システム。 The estimation unit represents the angular frequency of rotation of the magnetic dipole as ω, the x-axis component of the magnetic field as B x , the y -axis component of the magnetic field as By, and the z-axis component of the magnetic field. When B z is expressed, the period is expressed as T, the time is expressed as t, and an arbitrary positive integer is expressed as N, the elevation angle ψ is estimated by the following equation 6.
Figure 0007086378000024
 The search system according to claim 8. 前記磁場生成部は、前記初期位相で前記磁気双極子を回転させて生成される少なくとも２つの方向に関する磁場の成分に正弦波の重みを乗算することで、変動する磁場を生成する、
請求項１から９のいずれか一項に記載の探索システム。 The magnetic field generator generates a fluctuating magnetic field by multiplying the components of the magnetic field in at least two directions generated by rotating the magnetic dipole in the initial phase by the weight of a sine wave.
The search system according to any one of claims 1 to 9. 前記推定部は、前記磁場の強さに基づいて、前記送信機から前記受信機までの距離を推定する、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の探索システム。 The estimation unit estimates the distance from the transmitter to the receiver based on the strength of the magnetic field.
The search system according to any one of claims 1 to 10. 前記送信機は、鉛直方向を検出する検出部をさらに有し、
前記磁場生成部は、前記鉛直方向を回転軸として、前記初期位相で前記磁気双極子を回転させることで、前記磁場を生成する、
請求項１から１１のいずれか一項に記載の探索システム。 The transmitter further has a detector for detecting the vertical direction.
The magnetic field generation unit generates the magnetic field by rotating the magnetic dipole in the initial phase with the vertical direction as the rotation axis.
The search system according to any one of claims 1 to 11. 送信機によって、任意の初期位相で磁気双極子を回転させることで、変動する磁場を生成することと、
受信機によって、少なくとも２つの方向に関する前記磁場の成分を、前記回転の１又は複数の周期にわたって測定することと、
前記受信機によって、前記磁場の成分に基づいて、前記送信機の方向を推定することと、
を含み、
前記受信機は、前記初期位相に基づかないで前記送信機の方向を推定する探索方法。 The transmitter rotates the magnetic dipole in any initial phase to generate a fluctuating magnetic field.
Measuring the components of the magnetic field in at least two directions by the receiver over one or more cycles of the rotation.
Estimating the direction of the transmitter based on the components of the magnetic field by the receiver.
Including
The receiver is a search method for estimating the direction of the transmitter without being based on the initial phase .
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