JPH04502515A - 直流位置測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ｌ濃望１盪定装置 本発明］よ　直流信号を使って、送信アンテナに対する受信アンテナの位置色測 定する装置に関するものである。特にといっても、占有的ではないが、本装置は ６自由度における位１　即ち、３つの座標方向への平行移動（ロケーション）及 び３つの座標軸を中心とした回転運動（オリエンテーション）色測定するもので ある。

ロケーション（よ　通常、互いに直角である３方向を示すＸ、Ｙ及び２軸直線座 標によって定義される。オリエンテーション（友　通常、互いに直角である３方 向に一致している互いに直角である３つの軸のまわりのピッチ、ロール及び方位 角座標（ａｚｉｍｕｔｈ　ａｎｇｕｌａｒ　ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ）に通常、 定義される。

ここで用いる「位置」はロケーション及び／又はオリエンテーションロケーショ ンを意味する。

位置（ロケーション及びオリエンテーション）を測定する電磁カップリングの付 いた送信及び受信部品を使うという概念１友　特１：、受信機部品を射撃手のヘ ルメットに設け、送信機部品を近くの非導電性構造に取り付ける兵器照準システ ムに関して周知である。射撃手がヘルメットに取り付けられた照準のための十字 線によって標的に照準した場合、ヘルメットに設けられた受信機（飄送信機が発 生した信号を捕らえる。これらの信号（よ　その後、ヘルメットのロケーション 及びオリエンテーションを決め、同時にヘルメットに取り付けられた照準具と同 方向に兵器を向けるため１：、コンピュータによって処理される。従来技術の交 流（ＡＣ）磁界位置測定システム（上　本発明の発明者に周知であり最も関係の あるＡＣ位置測定システムを開示している下記の引例特許に代表される。

米国特許番号３，８６８，５６５　（クイパース）、米国特許番号４，０５４， ８８１　（ラーゾ）、米国特許番号４．　２８７．　８０９（エグリ等）、米国 特許番号４，３１４，２５１　（ラーゾ）及び米国特許番号４，３９６，８８５ 　（コンスタント）において、ＡＣ信号（よ　単動する磁界を生じさせるために 付与されるか、又は時間区分又は周波数区分形式で、ＡＣ受信機が測定するＡＣ 電磁界を発生させる二　三の直交するコイルから成る送信機により計測される。

ＡＣ受信機（よ　送信機と同様に三　二の直交するコイルから成る。これらの検 知された信号１友　その後、送信形式に適合する方法で濾過及び増幅さ札　デジ タル形式に変換さ札　その後、コンピュータに読み込まれる。コンピュータにお いて、適合できる電磁界方程式によって位置情報２求めるために様々な数学的方 法が頼りにされる。

上述したような送信されたＡＣ信号を用いる電流システム（友送信機又は受信機 のいずれかの近くに導電物が設けられていない時のみ正確に作動する。なぜなら （ｆＳ　送信されたＡＣ信号はいかなるものも一定不変にこれらの導電物に渦電 流を誘導し、これによって導電物は送信磁界、そして、もちろん最終的に出力さ れたロケーション及びオリエンテーションデータを歪ませるＡＣ電磁界を発生さ せる。これらのロケーション及びオリエンテーション測定システムを使う必要の ある戦闘機又はヘリコプタに１．ｔ、建造物に使用されるアルミニウム　チタニ ウム　マグネシウム　ステンレススチール、及び銅のような多くの導電性の高い 物質が存在する。補償方法が米国特許番号４，２８７，８０９及び４，３９４． ８３１（エグリ等）に示唆されている。４，２８７，８０９１上　送信機に対し て動かないコックビット金属による磁界の歪みから結果として生じる誤差を補償 する方法を示唆している。ここに提案された補償方法１ｔ、このような歪みの量 を決めるために、コックビットの隅から隅まで測定し、検知された信号を訂正す るために、このデータを使用することから成る。同様に、４，３９４．８３１１ ｉ　金属に誘導された渦電流が原因による誤基　つまリパイロットのヘルメット に設けられたディスプレイ上で発見されるような誤差の補償達成方法を示唆して いる。この補償方法（上必要な訂正を行うために、このような歪みの初期の実験 測定値を再び必要とする。又、ヘルメット上の金属の量が単一のロケーションに 集中し、ヘルメットがコックビット内で大きな角度の回転又は平行移動しない場 合にのみ正確に適度な改良を提供する。これらの型の補償方法はＡＣシステムを 正確に作動させるために必要であるが、作動に時間がかかり高価であり、又、送 信機゛又は受信機装置の近くにあまり多くの導電物質がない環境で役にたつにす ぎない０例えｆｉ　多くのヘリコプタでＡＣシステムは全く利用できない。なぜ なら（戴　生じた歪みが星に大きすぎて、このようなマツピングによってしか訂 正できないからである。

従来技術の永久磁石位置測定システム１友　本発明の発明者に周知であり最も関 係のあるＤＣ磁界位置測定システムを開示している下記の引例特許に代表される 。

米国特許番号４．　１９７，８８５（レーウィン）（友　患者の歯または顎に２ つの永久磁石を取り付け、１列の磁束検出機を患者の口の前に吊り下げることに よって、患者の頭に対する歯または顎のロケーション及び姿勢を測定するシステ ムを開示している。

４、　１９７，８５５において、 （１）磁束発生機１友　信号の強さの変化が位置およびオリエンテーションの変 化として解釈できるよう１：、不規則な磁界を作るために使用される２つの永久 磁石から構成されている。

（２）磁束検出機（上　患者の口の前に吊り下げられた３枚の直交する平面のグ リッド板上に配置された数十ダースの単軸より成る列状の検出機である。

（３）本装置（上　わずかな変位（１インチ未満）及びわずかな回転（２，３度 ）しか正確に測定できない。そして、（４）基準フレーム　この場合、患者の頭 １よ　測定中動くことができない。なぜなら（戯　磁束検出機（友　歯／顎の動 きによる磁束変化と地磁界における検出機の回転による磁束変化との区別ができ ないからである。

米国特許番号４，３０３，０７７　（レーウィン）（友　下記の改良点を除いて 、上述した米国特許番号４，１９７，８５５に開示された装置と同じである。

（１）磁束検出機の数を数十ダースから６個へ減らし、これらの検出機をキャリ アに設けることによって、患者の口に接近しやすくなった （２）磁束集信機を各々の検出機に組み込むことによって、磁束検出機の感度が 改良された （３）必要な場合、信号を多重送信することによってエレクトロニクスが減少さ れた 米国特許番号４，６２２，６４４（ハンセン）（友　永久磁石のロケーション及 びオリエンテーションを測定するシステムを開示している。特許４，６２２，６ ４４において（１）磁束発生機１上　そこからロケーション及びオリエンテーシ ョンを測定できる対称的な磁界を作るために使用される１個の永久磁石から構成 されている。

（２）磁束検出ａｌｌ上　ロケーション及びオリエンテーション測定が必要であ る空間に配置された列状の３．３軸のアンテナである。

（３）磁束発生機が単一の対称的な磁界しか発生しない場合、ロールが測定でき ないので、ロケーション及びオリエンテーション測定が５度の自由度に限られる 。

（４）測定基準フレームは測定中、動くことができない、なぜならば磁束検品ｔ ！！＋上　永久磁石の動き／回転による磁束変化と地磁界における基準フレーム の回転による磁束変化との区別ができないからである。

下記の点も注意すべきである。

「電磁誘導による浅く埋めた物体の深さの決定」という題名の論文である。ヨガ ディシュ　ダス（Ｙｏｇａｄｈｉｓｈ　Ｄａｓ）、ジョン　イー。

マツクツイー（Ｊｏｈｎ　Ｅ、　ＭｃＦｅｅ）、及びロバートエッチ、チェズニ −（Ｒｏｂｅｒｔ　Ｈ，Ｃｈｅｓｎａｙ）の著で、地球科学及び遠隔検知に関す るアイイーイーイー（ＩＥＥＥ）会報に承認されｆ−，１９８５年１月陽１ジー イー（ＧＥ）　−２３巻、この論文法　３本の同軸コイル状の電線から成る従来 の金属検出機を記載した　このうち１本のコイル（礼　埋め込まれた未発砲弾に 渦電流を誘導するパルス磁界を送信するためのものであり、あとの２本１よ　結 果として生じる渦電流の減衰を検知するためのものである。探りコイル下の砲弾 の埋め込み深さ（上　２本の検出機コイルの誘導電圧比を深さの関数として測定 すること及び砲弾ケーシング内の金属の型によって決定される。この論文【上　 磁界によって金属にパルスが発生する時、渦電流は減衰すると立証した 米国特許番号３，０２７，９５１　（ナツツ）（ヨ　直流磁界を使用するが定量 的にロケーションを測定できない２次元的な定性測定装置を開示しているが、オ リエンテーションの測定については全く述べていない、ｔ２ｉＩ！、相対位置デ ータを得るため（ミ　単一の直流発電機を使用している。実際上ｊ１　このデー タ（上　水面下の油井の開口部と二次元的に穴あけ工具を配列する場合の助けと して使用される。この装置（よ　１つの物体が別の物体の左または右に位置し、 お互い、いずれの方向にもそれほど離れていないことを大まかに示す比較向　無 感度であるゼロ位置探索装置であるにすぎない、ナツプ（上　制限条件下におい て、複数の単−軸検出機関のゼロ軌跡を最終的に検知し、それによって、発生し た磁界の軸に沿って直角に配列するための、位置の定性的な検知のみを提案して いる。さら］：、ナツプ床　１つの物体の別の物体に対する空間における測定、 即ちオリエンテーションの測定を提示していない。

この本装ｆｆ１ｌｌ友　このような送信及び受信位置及びオリエンテーション装 置に関する従来技術のすべてからかけ離れた発明であり、１厘ミニ　ＡＣ信号１ 頼りにすることを避け１代わりにＤＣ信号を頼りにしている。このようなりＣ信 号への依存により、補償およびｍ較正作業１上　完全に不要となり、この型の装 置の有用性は非常に拡大された 本発明の目的法　ＡＣシステムのＡＣ磁界により導電性物質に誘導された渦電流 に関連した上述のＡＣシステムの障害なしに送信アンテナに対する受信アンテナ の位置を定量的に測定する装置を提供することである。

さらに詳細に言え１′Ｌ　本発明の目的ＬＬＡＣ磁界システムに関連する上述し た補償及び較正を不要とし、どの型の反磁性または常磁性の金属材が現在使われ ているかに関係なく実行できるような装置を提供することである。

さら１：、本発明の目的ＩＬＤＣパルス磁界を使って６自由度の測定が可能であ る装置を提供することである。

さら１：、本発明の目的１友　地磁界の影響を補償するような装置を提供するこ とである。

さら１：、本発明の目的１友　導電性物質が存在することから結果として生じる 歪みが大きすぎてＡＣ磁界システムが使えないヘリコプタ及びその他の環境で使 用できる装置ε提供することである。

本発明のもう一つの目的（表　効果的な３次元「マウス」を備えたコンピュータ グラフィックスを提供することである０例えｔ′Ｌグラフィックスプロセッサー で（上　一方の手で「マウス」を制御して長さ及び幅の描図をコンピュータのス クリーン上で行い、もう一方の手でノブを回しこのスクリーン上の画像に深さを つける必要がない、この装置で１よ　一方の手で、画像の回転を含め画像の描図 に関してこのスクリーン上の３次元をすべて制御できる。

他方の手は空くので、２艮　製図等の他の設計業務を行うことができる。

本発明の装置ＦＬＤＣパルス電流で駆動さ札　上述の作動された送信機から発生 し送信されたＤＣ磁界を検知する３軸又は２軸の受信機に連結される２軸または ３軸の送信機から成る。さら；ミ受けた信号を処理する方法と共に実行すること によって位置及びオリエンテーションデータを作成するため１：、受信機を制御 し、その出力をデジタルコンピュータによる処理に適する形式に変換する受信機 信号処理エレクトロニクスが設けられている。

本発明によって、送信機アンテナＩ′：対する受信機アンテナの位置を定量的に 測定するための装置が設けられている。この装置（上少なくとも２つのＤＣ磁気 ベクトルを発生させるための少なくとも２本の平行でないアンテナから構成され る送信機アンテナ、及び上記のＤＣ磁気ベクトルを発生させるため上記の平行で ないアンテナにＤＣパルスを継続的に供給するための駆動手段から成る。

さらに本装置１友　上記のＤＣ磁気ベクトルを検出するための少なくとも２本の 平行でないアンテナから構成される受信機アンテナから成る。送信機アンテナの 数に受信機アンテナの数を掛けると、送信機アンテナに対する受信機アンテナの 定量的な位置測定の自由度の度数に少なくとも等しくなる。さら１ミ　本発明Ｌ Ｌ　本装置の作動に対する地磁界の影響を補償するための手段と、検出されたＤ Ｃ磁気ベクトルの大きさを確認し、上記の受けたＤＣ磁気ベクトルから上記の相 対位置を定量的に計算するための信号処理手段とから成る。

以下１本発明を例えば添付の図面によって説明する０図面において、 第１図１表　開示された本発明の構成図である。

第２図（よ　送信機の駆動エレクトロニクスの構成図である。このエレクトロニ クス（友　開示された本発明の主要な部分を構成する。

第３図（よ　この本発明の送信機部品の構造を示す。

第４図１上　開示された本発明の主要な部分を構成する受信機信号処理エレクト ロニクスの構成図である。

第５図（よ　開示された本発明の使用中、発生する送信及び受信信号の関係を示 すタイミング図である。

第６図（上　本装置のコンピュータ部品によって行われる一連の電算及び制御作 業の図である。

第７図【上　周期的な雑音の周期の半分に等しい時間によって分割された測定を 連続して行うことにより雑音を減少させる手順を示す、測定（上　雑音へのゼロ 交差に必ずしも同期していない。

第８図１　受信機測定に悪影響を与える低濁波の周期的な雑音へのゼロ交差を決 定する多くのソフトウェア方法を示す。

第９図１１　周期的な雑音の周期に等しい時間によって分割された測定を連続し て行うことにより雑音を減少させる手順を示す。

測定（よ　雑音へのゼロ交差に必ずしも同期していない。

第１０図（上　本発明の送信機アンテナの同時に起こる２軸励磁の間に発生する 送信及び受信信号の関係を示すタイミング図であるつ 第１１図（表　近くに金属が存在する場合、送信機が発生するＤＣ磁気パルスの 立上り及び立下り区画の磁束変化によってもたらされた渦電流の、受信パルスに 対する影響を示す。

第１２図（表　受信信号の指数適合によって渦電流の誤差を減少させる方法を示 す。

第１３図（よ　渦電流による誤差を減少させる速い／遅い測定方法を示す。

第１４／１及び１４／２図１上　共（ミ　地磁界が受信機に関して急速に変化し ている場合、補間方法を用いて、受信機データを訂正する方法を示す。

第１図Ｃヨ　開示された本発明の主要な要素を表している。送信機２の２又は３ 軸にそれぞ瓢　１度に１軌　制御された量のＤＣ電流を供給するための送信機駆 動回路１がら成る磁気位置（ロケーション及びオリエンテーション）測定システ ムである。駆動装置１によって送信機軸へ供給されるＤＣ電流の量１社　コンピ ュータ５によって制御される。送信機２（上　通常、航空機またはヘリコプタの コックピット構造に取り付けら札　軍事に適用される場合１上　パイロットの頭 から２．３フイートの距離内に設けられる。

又　コンピュータグラフィックスに適用される場合（よ　送信機２１戴　コンピ ュータグラフィックスの使用者が作業するテーブルの上または下に設けられる。

送信機２１友　受信機３によって捕らえられる多数のＤＣ磁界を発生する同軸に 配列された２又は３本の個々のアンテナから成る。受信機が取り付けられている 物体の位置及びオリエンテーションを最終的に測定できるように、受信機３（よ 　送信機２によって発生される磁界だけでなく、地磁界も測定する６軍事に適用 する場合、この物体は通常、パイロットのヘルメットである。コンピュータグラ フィックスに適用する場合、受信８１３は通常、手で持つ。受信機３を友　ＤＣ 磁界を検知する検出回路を備える３軸または２軸から成る。受信ｔ１！３からの ＤＣ信号出力は　信号処理エレクトロニクス４へ伝達される。信号処理エレクト ロニクス４１表　条件を制御し、アナログ受信機信号をコンピュータ５が読み取 れるデジタル形式に変換する。コンピュータ５（友　下記に第６図で詳述するよ うなアルゴリズムによって、受信機３の送信機２に対する位置及びオリエンテー ションを計算する。コンピュータ５１友　それから、この情報を航空機の兵器制 御コンピュータに出力する。又　コンピュータグラフィックスに適用する場合（ 、ｔ、グラフィック画像制御装置に出力する。

第２図【友　送信機駆動エレクトロニクス１を詳細に表す、送信機駆動エレクト ロニクス］の目的＋１Ｄｃｔ流パルスを１度に１本の送信機２のアンテナに各々 、供給することである。所定の送信機２のアンテナに電流が供給されているが　 受信機３のアンテナからデータを読み取る。３本のアンテナ（Ｘ、Ｙ、及びＺ軸 アンテナ）から構成されている送信機２及び同じく３本のアンテナ（×、Ｙ、及 び２軸アンテナ）から構成されている受信機３に関して（よ　送信信号の度数は ９度であろう、送信機２（友　最初は停止されており、受信機３は地磁界の×、 Ｙ、及び２成分を測定する。送信機ＤＣ駆動エレクトロニクスの作動に関して１ 表　コンピュータ５（よ　デジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器７１：、選択さ れた送信アンテナに送られるｔ流パルスの振幅を表すデジタル数字を送る。この Ｄ／Ａ変換器７（ヨ　二の振幅のデジタル表示をアナログ制御電圧に変換する。

この制御電圧床　マルチプレクサ（ＭＵＸ）８１：伝えられル、ＭＵＸｔ＆　Ｘ 、Ｙ、又はＺ送信機軸上に伝達する必要がある場合、コンピュータ５に指示され た通り、電流源９．１ｏ、又は１１のいずれかへの制御電圧を接続又は転換する 。電流源９．１０及び１１は全く同じものである。これらの目的ｆｉＤｃｔ流を １度に１本の送信！１２のアンテナへ供給することである。このように供給され た電流の振幅ｆ；Ｌ［）／Ａ７によって発生された入力制御電圧に比例する。上 記のＤＣ電流源の構造の詳細１よ　当業者に周知であるので、ここでは記述しな い。

代わりの設備としてＥ　１つの電流源を備え、電流源とアンテナとの間にマルチ プレクサを備える送信機駆動装置を設けてもよい。

第３図に示すよう：：、送信機２（友　巻心（コア）より成り、この回りにＸ、 Ｙ、及び／又は２アンテナが巻かれる。この巻心は空気で構成することもできる が、通常、磁束をアンテナの周りの任意のロケーションに集中させる電磁的な透 磁性を持つフェライトから構成される。フェライト１友　高価な材料で、非常に こわれやすく形成しにくいが、ＡＣ信号形式を使うシステムの巻心に使わなけれ ばならない、なぜなら（瓜　その渦電流の損失率は非常に低いからである。ここ で開示されている送信機２に関して（友　定常状態の信号においてＡＣ信号成分 がないので、巻心を安価な鉄またはスチールで構成できる、そして従棗　構成さ れてきＬ　この巻心によって、より高価なフェライトと同じように磁束集中が達 成される。送信機２のアンテナ巻線１友　複数の巻数の標準的な磁気ワイヤから 成る。ワイヤのサイλ　巻数　及びアンテナ巻線の密閉面積（よ　アンテナを設 計する当業者に周知の方法で決定される。送信機２（友　約１／Ｒ３（Ｒは期間 内のあらゆる瞬間における送信機２と受信機３との距離に等しい）の近接磁界信 号の強度変化を発生する。

受信機３（友　検量回路の設けられた、お互いにほぼ直交する３又は２本のアン テナから成る。各々のアンテナ１ｉＤｃ磁界を測定できる。ＤＣ受信機３として 使用できる多くのテクノロジーがある。受信機３の代表的な実施例（友　米国特 許番号３，８００゜２１３（ローチン）に詳述された３軸の環状体の磁束磁気計 であろう、他の代表的な実施例（表　受信機３にも使うことのできるその他のＤ Ｃ磁界検知テクノロジーであろう。これ（表　米国特許番号３，９４２，２５８ 　（スタッキ等）に詳述される薄いフィルム状の磁気＝＋、又は磁気学に関する ＩＥＥＥ会１１９８３年９几階５、エムエージ−（ＭＡＧ）−１９巻におけるグ ー。モーり等（に、Ｍｏｈｒｉ　ｅｔ　ａｔ、）著の［２つの非晶質の巻心マル チバイブレータブリッジを使用した磁気計」に詳述された磁気歪みがゼロの非晶 質のリボン状磁気計、又は応用物理学会誌１９８２年１１月５３（１１）におけ るピー、ダニイル（Ｐ、Ｄａｎｉｉｌ）及びイー、コーヘン（ε、Ｃｏｈａｎ） 著の「低磁界ホール効果磁気測定」に詳述されているホール効果ベースのＤＣセ ンサ、又はエレクトロニクレターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｌｅｔｔｅｒｓ） 　（１９８４年７月）階１４．２０巻におけるニー、ディー、カーシー等（Ａ、 Ｄ、にｅｒｓａｙ、　ａｔ　ａｌ、）著のｒ位相ずれのないＤＣ磁界の繊維光学 磁気計」に詳述された繊維光学の磁気計、又は物理学金脈　Ｅ：科学計器（１９ ８１年）１４巻におけるニス、ミドルヘク（Ｓ、Ｍｉｄｄｌｅｈｏｅｋ）及びデ ィー、ジェイ、ダブリュ。

ノーラグ（Ｄ、Ｊ、Ｗ、Ｎｏｏｒｌａｇ）著の「シリコンマイクロトランスデユ ーサ」に記述された半導体ベースの磁界センサ及びトランジスタ、又は物理学会 詠Ｅ：科学計器（１９８６年７月）陽７．１９巻におけるダブリエ　クイアトク シ（Ｗ、Ｋｗｉａｔｏｗｋｓｉ）及びニス、ラマンスキ（ＳＪｕｒｎａｎｓｋｉ ）著の「パーマロイの磁気抵抗力のあるセンサー属性及び適用性」に記載された パーマロイベースの磁気抵抗力のあるセンサ、又はアール、ピットマン（Ｒ，Ｐ ｉｔｔｍａｎｎ）の特許である「圧電水晶を使用して磁界の強さ及び方向を測定 するための装置」　（米国特許番号３，５６４，４０２）に記載されている圧電 水晶受信機を含む、公開されている文献に詳述されたＤＣセンサの変形体は多く 、当業者に周知である方法も他に多くある。地磁界の最上部に伝えられ重ねられ た磁界を測定しようとする方法に関し、米国特許番号２，４８５，８４７に示唆 された設備によると、地磁界を、ちょうど受信機３のアンテナのところで相殺で きるので、送信磁界と地磁界との偏差をより感度よく測定できる。

受信機３からの出力１友　信号処理エレクトロニクス４に伝達される。上記のテ クノロジーは周知であるので、ここでは受信機３の図面を提出しない。

第４図に詳細に示すよう１：、マルチプレクサ（ＭＵＸ）１２色含む信号処理エ レクトロニクス４（上　コンピュータ５からの指令に従って、Ｘ、Ｙ、又は２の 検知された望ましいアンテナ信号を１度に１つ、差動増幅器（ＤＩＦＦ）１３に 送信する。差動増幅器１３１Ａ　このアンテナ信号から、あらかじめ測定された 地磁界の成分を減じ、送信磁界が原因で受信された受信信号のその部分のみを出 力する。前の地磁界成分測定サイクルの間１：、この地磁界の成分＋１　あらか じめコンピュータ５に記憶さ札　デジタル−アナログ変換器（Ｄ／Ａ）１４を経 て差動増幅器１３へ送られた差動増幅器１３からの出力１表　雑音を除去するた め、フィルタ１５によって濾過さね　増幅器１６によって増幅される。受信機３ の信号がアナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）１７の制限を越えないよう１：、 コンピュータ５は増幅器１６の利得を可能な最高値に設定する。それから、アナ ログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）１７１友　受けたＤＣ信号をコンピュータ５が 読めるデジタル形式に変換する。

第５図（友　送信機駆動装置１によって送信機２に供給される電流パルスと受信 機３が受ける信号とのタイミングの関係を示す。

図示されているよう１：、送信及び受信シーケンス匝　送信機２のアンテナ３本 がすべて停止している状態で、時間Ｔのから始まる。

時間Ｔ６からＴ、の間１友　地磁界のＸ、Ｙ、及び２成分が受信ｉｔ！１３によ って測定さ札　コンピュータ５に読み込まれる。コンピュータ５（飄　これらの 地磁界値を信号処理エレクトロニクス４に出力し、エレクトロニクス４において 地磁界値（表　送信機２のＸ、Ｙ、及び２アンテナが作動された時発生した９つ の測定値から減算される。ＴＩで電流パルス（友　送信ｌ！２のＸアンテナにの み供給される。渦電流が消滅するのに充分な時間が経過すると、渦電流による歪 みのない送信機２のＸアンテナの周りＩＱＤＣ磁界が生じる。

第５図に示すよう１：、受信機３のＸ、Ｙ、及びＺアンテナ（友　この送られた 磁界及び地磁界のＸ、Ｙ、及び２成分を、Ｔ、からＴ２の時間で測定する。測定 された信号の振幅は　受信機３のアンテナの送信！１２のＸアンテナに対するロ ケーション及びオリエンテーション、及び受信機３の地表面上のロケーション及 びオリエンテーションの関数となる。Ｔ、からＴ２の時間で、地磁界法　受信機 ３のＸ、Ｙ、及び２信号から減算さ札　結果として生じたアナログ信号（Ａ　調 整さ札　受信機信号処理エレクトロニクス４によってデジタル形式に変換さ札　 コンピュータ５に読み込まれる。

その後、送信機２のＸアンテナが停止される。Ｔ２で、電流パルスが送信機２の Ｙアンテナに付与さ札　Ｔ２からＴ３の時間で、再び受信機３のＸ％　Ｙ、及び ２アンテナの値がコンピュータ５に読み込まれる０時間Ｔ２から同じ処置が送信 機２のＺアンテナに繰り返される。この時間の終わりになると、受信機の１２個 の値がコンピュータ５に読み込まれる。即ち、３つの地磁界成分と、３本の送信 機アンテナ各々についての３つの受信機の値である。送信機の×、Ｙ、及び２ア ンテナを作動させるシーケンス全体が上述のように繰り返さ瓢　測定が必要な間 は継続される。

第６図（友　ハードウェア要素７．８．１２．１４、及び１６を制御し、受けた データをロケーション及びオリエンテーション出力に変換する限　コンピュータ ５が行う電算及び制御作業シーケンスの概要を示も このシステムによって測定される１２個のデータ項目１友　下記のマトリックス によって表すことができる。

上記のマトリックスにおいて、各行の要素：友　受信機３のＸ、Ｙ、及びＺ軸に よって測定された値を表し、列の要素は各々、所定の送信機２の軸の条件の下、 測定された受信機データを表す。

即ち、最初の列の要素（友　送信機２の３つの軸が停止された時に測定した地磁 界の成分を表すのに対し、残りの３列沫　送信機２のｘ、Ｙ、及びＺ軸が１度に １軸ずつ作動した時、受信機が測定したデータから地磁界！：減算した値を表す ０例えｔｆ、Ｍ　（２，２）（よ　送信機のＹ軸が作動した時、測定された受信 機のＹ軸の値から、地磁界のＹ成分［ε（２，１）］　を減算した値を表す。

最後の３つの列の要素（友　地磁界が存在しない場合、送信機２から測定する信 号を表しているので、送信機に対する受信機３のロケーション及びオリエンテー ション（友　当業者に周知の多くのアルゴリズムのうちどれでも１つを使用する ことによって、これらの９つの要素からめられる０例え（二　米国特許番号４， ２８７．８０９又は米国特許番号４，３１４，２５１に詳述されているアルゴリ ズム（友　望ましいロケーション及びオリエンテーションの情報を作る。下記に 述べるアルゴリズム（友　計器及び測定に関するＩ　ＥＥＥ会誌１９８０年１２ 月、Ｎ１１４、アイエム（ＩＭ）−２９巻におけるジャック　ビー、キパース（ Ｊａｃｋ　Ｂ、Ｋｕｉｐｅｒｓ）著の「エスピーエーエスワイエヌ（ＳＰＡＳＹ Ｎ）−電磁的な相対位置及びオリエンテーションのトラッキングシステム」に詳 述されているアルゴリズムに従う１表記【上　補足説明をしている場合以外、キ パースに従う。

最初に下記の式でＸ、Ｙ、及び２位置と計算する。

ｕ＝ｓｔｓ 航空宇宙学及び電子工学システムに関するｌ　ＥＥＥ会報の１９７９年９月、Ｎ １５、エイイーニス（ＡＥＳ）−１５巻におけるエフ。

エイチ、ラーブ（Ｆ、Ｈ，Ｒａａｂ）、イー、ピー、ブラッド（Ｅ、Ｂ、Ｂｆｏ ｏｄ）、ティ、オー、スタイナ（Ｔ、Ｏ，５ｔｅｉｎｅｒ）、及びエイチ、アー ル、ジョーンズ（）１．Ｒ，Ｊｏｎｅｓ）著の「磁気の位置及びオリエンテーシ ョンのトラッキングシステム」に詳述されているよう１：、上式において８１友 　地磁界を減算し、送信機及び受信機の欠点を訂正した受信機信号の３×３マト リツクスを表す、ＳｔはＳの転置マトリックスである。Ｕは対称マトリックスで あり、　トラッキング角度（キパース表記）のみの関数である。

もし、Ｕを下記のように表すと、 トラッキング角度アルファ（ａ）及びベータ（ｂ）に関して、Ｕマトリックスの 要素は下記の通りになる。

Ｕ　１１＝３＊ＣＯ５２（ａ）＊ＣＯ５２（ｂ）＋１Ｕ２１＝Ｕ　１２＝３＊Ｓ 　Ｉ　Ｎ（ａ）＊Ｃ０５（ａ）＊ＣＯ５２（ｂ）Ｕ３１＝Ｕ１３＝−３＊Ｃ０５ （ａ）＊Ｓ　Ｉ　Ｎ（ｂ）＊Ｃ０５（ｂ）Ｕ２２＝３＊Ｓ　Ｉ　Ｎ２（ａ）＊Ｃ ＯＳ”（ｂ）＋１Ｕ３２＝Ｕ２３＝−３＊Ｓ　Ｉ　Ｎ（ａ）＊Ｓ　Ｉ　Ｎ（ｂ） ＊Ｃ０５（ｂ）Ｕ３３＝２＊Ｓ　Ｉ　Ｎ２（ｂ）−ＣＯＳ２（ｂ）＋１又　デカ ルト座標×、Ｙ％　２に関して、ｘ／Ｒ＝ＣＯＳ　（ａ）＊ｃｏｓ　（ｂ）Ｙ／ Ｒ＝Ｓ　Ｉ　Ｎ　（ａ）＊ＣＯ５（ｂ）Ｚ／ＲニーＳ　Ｉ　Ｎ　（ｂ＞ 上式においてＲ１＆　送信機から受信機の範囲（レンジ）である。

代入することにより、下記が得られる。

上式からＸ／Ｒ，Ｙ／Ｒ，Ｚ／Ｒがめられる。

Ｓの全ベクトル１友　比例因数が送信された信号の強さ及び受信機の感度及び利 得の関数であるところの１７Ｒ月二比例することを知って、Ｒｈ＜Ｓから計算で きる。Ｒがわかるのでｘ、ｙ、ｚ受信機ロケーションを解くことができる。

受信機の姿勢のマトリックス（Ａ）は下記から解くことができる。

Ａ＝　（ＬＪ−２＊　１）−１＊Ｓ 上式において１１上車位マトリックスを表す。

Ａが正規化されると、その要素１上　下記のような標準方向コサイン回転マトリ ックスと表す。

Ａ＝ 低周波の雑音の除去 地磁界及び送信されたＤＣ信号を測定するＤＣシステムに関して、その電子回路 内の信号フィルタ（友　ゼロヘルツから、測定サイクル率の約５倍の範囲までの 帯域幅を持っていなければならない。

この場合、測定の１サイクル１よ　地磁界を読むために送信機、６ｃ停止し、そ のＩＩＸ、Ｙ、Ｚ軸の送信された信号から結果として生じる信号を読むために送 信機が作動する時間の合計である。従って、もしこのシステムが１秒に５回の測 定をするようにデザインされていれｌｆ、フィルタの帯幅域は０から２５）（ｚ の範囲に及ぶ必要がある。従って、１秒に１００回の測定をするために（友　帯 幅域は０から約５００Ｈｚの範囲に及ぶ必要がある。

あらゆる型の受信機に関して、もし周波数が使用した帯幅域以内で、かつ振幅が 測定しきい値以上である別の信号が大気中にあれ（戴　受信機（上　目標信号に 加えて、この信号を測定するので干渉を起こす、この干渉（上　雑音を伴い不正 確な位置及びオリエンテーションの測定として現れる。ＤＣシステムが解決しな ければならない主要な干渉信号（友　近接する電子装置からの電力線及び電力変 圧器から出たものである。この干渉は　例えば米は　ヨーロッパ又は軍事用車両 で使われる電力線の５０Ｈｚ、６０Ｈｚ、４００）１ｚの周波数の形をとる。

この干渉問題を解決するための従来の手法（友　受信機エレクトロニクスにノツ チ又は低域フィルタを加えることである。これ（よ不要な信号を取り除くための 最も簡星で有効な手法である。しかしながら、この低域フィルタ（よ　干渉信号 が目標信号を通過させるために必要な帯域幅の範囲外である場合に使うことがで きるだけである。又　ノツチＬＬ　複雑な回路形状及び／又は受信機通信路を選 択する時間と比較して長い整定時間を必要とする。従って、パルスＤＣシステム に関していえ（戴　干渉している６０Ｈｚの電力線信号を１０の因子によって低 減するために１ｔ、測定率の上限値は１秒に約１０回の測定であることを意味す る。４００Ｈｚの電力線信号を低減するための測定率の上限値は　１秒に約６６ 回の測定である。

より速く測定をするために農　電子フィルタ以外の手法を使わなければならない 、現在のパルスＤＣシステムに使われている手法（上　干渉信号が正弦波を描き 、周知の周波数を持つという事実を利用している。もし正弦波が目標信号＜ｓ＞ の最上部にのっている雑音（Ｎ）であるとみなされる、測定が正弦波の周波数の ２倍で行われる場合、最初の測定［飄　Ｓ＋Ｎから成り、２回目の測定１ｉｓ− Ｎから成る。従って、この２回の測定値を合計すれ（Ｌ雑音は消滅し、目標信号 が残る。第７図（友　干渉する６０Ｈｚの雑音源に対するこの方法の論理シーケ ンスを示す、これ（上　電力線の周波数の２倍の奇数倍数で、繰り返される限り 、パルスＤＣシステムのサイクル時間がいくつかの計数値（ディスクリート値） のいずれかに調節できることを意味する。即ち、６０Ｈｚの雑音を除去するため の秒単位の周期時間ｉｔ、１／（１＊　、００８３３）、１／（３＊　、００８ ３３）、１／　（５＊　、００８３３）熾そしてこれに相当する測定率（飄　１ 秒に１２０＠　４０［１２４回等であることが可能である。５０Ｈｚの除去のた めに実行できるサイクル時間のいくつかｌ、ｔ、１／（１＊、０１）、１／（３ ＊。

０１）、　１／（５＊、０１）であり、これに相当する測定率１良１秒Ｉｇｌｏ ｏ＠、３３回、及び２０回である。４ｏＯＨ７の除去のために実行できるサイク ル時間のいくつかｌｉ　１／（７＊、００１２５）、１／（９＊　、００１２５ ）、１／（１１＊　、０Ｏｔ２５）であり、これに相当する測定率１ヨ１秒に１ １４回、８９巨　及び７３回である。電力線周波数がより高い場合、４００Ｈ２ を除去するため１：、サンプル間に、００１２５秒あけて複数回のサンプリング も実行できる。例えｔｉ　Ｘ送信機軸を作動した場合、Ｘ、Ｙ及びＸ受信機軸を 読み、開始から、００１２５秒経過するのを待ってｘ、Ｙ、及びＺサンプリング を行い、もう１セツトのＸ、Ｙ、ｚ受信機の読み取りを行い、４００Ｈｚを除去 するため１：、この２つのセットを合計する。

もしＡＣ雑音源がＤＣ信号の最上部に位置する場合、ＡＣゼロ交差は雑音干渉が 最小であるので、このＡＣ雑音のゼロ交差で、又はその近くでＤＣ測定を行うほ うがよいという事実を利用することによって、低周波のＡＣ雑音をさらに低減す ることができる。

さらに、もし連続するサイクルの読み取りが上述するようにＡＣ雑音の奇数箇所 のゼロ交差で行われる場合、これらの連続するサイクルを合計すると、さらに雑 音は低減される。ゼロ交差ｆ、？、ハードウェア又はソフトウェアの手段によっ て決定できる。多くの方法が文献に示唆されている０例え（戴　ハードウェアに おいて（よＸ受信機軸をＡＣ結合し、送信機が停止している時、交差検知機を使 ってこの軸を監視することができる。ソフトウェアによる検知（友　振幅及び位 置　従って雑音のゼロ交差のタイミングを決定するための正弦曲線に曲線のあて はめを行った多重の信号サンプルを使って実行できる。第８図（よ　周期的な雑 音のゼロ交差を決定するソフトウェア方法の論理シーケンスを示す。

正弦波雑音（Ｎ）から受信機信号の測定値（Ｓ）をめるために使うことができる 別の手法１．ｔ、雑音の周波数に等しい率で順番に励磁されている時１：、各々 の送信機軸（停ｆ、Ｘ、Ｙ、Ｚ）に対する受信機軸の測定を行うことである。こ の場合、雑音（友　地ベクトル（Ｅ）の一部であるかのように処理さ札　正規の 信号処理の一部として信号から減算される０例えｌ′Ｌ　４００Ｈｚの正弦を描 く雑音源に関して、送信機を最初に停止させ、地ベクトルを測定する場合、本シ ステムはＥ十Ｎを測定する。送信機が停止された周期の最初から、００２５秒（ ４００Ｈｚの周期）後、Ｘ送信機軸を作動させると、受信機はＳ＋Ｎ＋Ｅを測定 する。従って、現在Ｅ＋Ｎから成る地ベクトルを送信信号から減算すると、目標 信号だけが残る。Ｓ＝　（Ｓ＋Ｎ十Ｅ）−（Ｎ＋Ｅ）。第９図１友この方法の論 理シーケンスを示す。

最上部にＡＣ干渉信号がのっているＤＣ信号をめるための別の手法（表　ソフト ウェア又はハードウェア手段を使って信号を積分し、干渉信号の１以上の整数の 周期をめるという原則を使う。

この積分の結果　望ましいＤＣレベルがめられる。ソフトウェア及びハードウェ アの積分方法（友　当業者に周知である。

ＤＣシステム１よ　電力線からの信号のような低周波信号から干渉を受けやすい ので、設計者（よ　送信信号を雑音比にまで最大化しようとしなければならない 、このための方法（よ　もちろん　送信機アンテナが１度に１本作動する限　そ の送信機アンテナに流れる電流の量を単に増加させることである。所定のコイル 内に流すことのできる電流の量（よ　コイルワイヤのサイズ及び送信機がより高 い電流レベルに整定するために必要な時間の増加量によって制限される。

ワイヤのサイズ、又は所定の送信機軸内の電流レベルを増加させる要求を低減し 、雑音に対する増加信号を得るための新しく有用な方法（上　同時に２本の送信 機アンテナに電流を供給することである。各アンテナの所定の電流レベルについ て、２本のアンテナによる手法は　結果として１本のアンテナによる手法よりも ４０％多い出力信号となる。

さら１：、１本のアンテナを使うことに比べ、１度に２本のアンテナを使うこと は　受信機での所定の信号の強度に対して、各送信機アンテナにおいて必要とす る電流が３０％少ないという利点がある。このように低減された電流レベル（よ 　所定の送信機アンテナを作動させ、必要な電流レベルに安定させるための時間 が約３０％低減されたことを意味する。さらに、電流の励振器に使用されている 部品の定格電流も低減でき、部品の費用及び部品による放熱の削減ができること も意味する。

６自由度の解決を得るために（友　少なくとも６回測定する必要があるので、Ｘ 、Ｙ、Ｚ送信機アンテナの２又は３個の組み合せで１度に２本のアンテナを作動 させなければならない。例え（Ｌ受信機で３つの送信ベクトルを発生させる場合 、Ｘ及びＸアンテナを同時に作動させ、次にＹ及び２アンテナを同時に作動させ 、そして次に２及びＸアンテナ乞同時に作動させる。

１度に１本の代わりに２本の送信機軸を作動させるために必要な転換を行う場合 にのみ、ハードウェアの必要条件が変わる。

１度に２軸が作動する場合の位置及びオリエンテーションをめるためには新しい アルゴリズムが必要である。このようなアルゴリズム（友　当業者がすぐに推論 できるので、ここでは詳述しない。

第１０図（よ　送信機駆動装置１から送信機２に供給される電流パルスと受信機 ３が受けた信号とのタイミングの関係を示す、第１０図に示すよう（：、３本の 送信機アンテナすべてが停止した状態で、送信及び受信シーケンスが時間Ｔ６で 始まる０時間Ｔ、からＴ、の間に地磁界のＸ、Ｙ、及び２成分（よ　受信機３に よって測定されコンピュータ５に読み込まれる。コンピュータ５（よ　これらの 地磁界の値を信号処理エレクトロニクス４へ出力する。エレクトロニクス４にお いて、地磁界の値（上　送信機のＸ、Ｙ、及び２アンテナが作動する時発生する ９つの測定値から減算される。時間Ｔ、から始まって時間Ｔｍまで継続して、送 信機軸（友　繰り返されないシーケンスにおいて１度に２執　作動する。下記に 可能なシーケンスを述べる０時間Ｔ、で電流パルスがＸ及びＹ送信機アンテナの 両方に供給される。渦電流が消滅するまで充分に時間が経過した後、これらの渦 電流が原因である歪みのない送信機のＸ及びＹ軸の周りｌ：、ＤＣ磁界が生じる 。第１０図に示すように、受信機のＸ、Ｙ、及び２アンテナｚ上　この送信磁界 及び地磁界のＸ、Ｙ、及び２成分を、ＴＩからＴ２の時間で測定する。測定信号 の振幅（友　受信機のアンテナの送信機のＸ及びＸアンテナに対する位置及びオ リエンテーション、及び受信機の地表面上のロケーション及びオリエンテーショ ンの関数となる。Ｔ、からＴ２の時間で、地磁界が、受信機のＸ、Ｙ、及び２個 号から減算ぎ托　結果として生じたアナログ信号１友　調整さ札　受信機信号処 理エレクトロニクス４によってデジタル形式に変換さね　コンピュータ５に読み 込まれる。その後、×送信機アンテナが停止さｆｂＹ送信機は作動状態のままで ある。Ｔ２で、電流パルスが送信機の２アンテナに付与さ札　その結果送信機Ｙ 及び２アンテナの周りに磁界が生じる。Ｔ２からＴ３の時間で、再び受信機のＸ 、Ｙ、及びＺアンテナの値がコンピュータ５に読み込まれる。時間Ｔ３から送信 機Ｘアンテナが停止し、Ｘアンテナが作動し、その結果送信機の２及びＸアンテ ナの周りに磁界が生じる。そして再び受信機のＸ、Ｙ、及びＺアンテナの値がコ ンピュータに読み込まれる。この時間の終わりになると、受信機の１２個の値が コンピュータに読み込まれる。即ち、３つの地磁界成分と、　２本の送信機アン テナの３つの組み合せの各々についての３つの受信機の値である。送信機Ｘ、金 属が存在する場合の測定率の増加 ＤＣ電流パルスを送信機アンテナに付与する時、結果として生じる磁界パルスの 立上り及び立下りによって、近接する金属内に渦電流が誘導される。立上りと立 下りとの間で未　磁束が変化していないので、追加の渦電流が発生しない、この ことを例証するため、第１１図は理想化した波形をいくつか示している。最初の 波形（よ　送信機が作動及び停止した場合の時間の関数としての結果として生じ る磁束パルスである。２番目の波装置　送信機にパルスが発生し、近くに金属が ない場合、受信機軸の１つに誘導される電圧の理想的な表示波形である。３番目 の波形（よ　近くに金属がある場合の受信ｔｌｌｌｌ金力す。この場合、受信機 （上　送信磁束及び渦電流から結果として生じる磁束の両方を測定している。

波形が示すよう（二　最初に渦電流が突然起こった後、受信信号には渦電流がな い。最後の波形（よ　受信信号の渦電流の部分のみ示している。これ（友　もし 受信機がＡＣ信号のみ感応すれ（Ｌ　測定される。

１９８２年９月にブリティッシュコロンビア大学の応用科学修士論文においてア ール、エイチ、チェズニ（Ｒ，Ｈ，Ｃｈｅｓｎｅｙ）が著した［電磁気に対する 感度の分類によって埋め込み金属の回転楕円面の区別をすることの実行可能性」 で説明されているよう１：、誘導された渦電流の最初の振幅Ｕ　Ｓ　Ｉ　ＺＥ／ 　（ＣＯＮＤｔＪＣＴ　Ｉ　ＶＩ　Ｔ　Ｙ　＊　Ｄｌ、”＊　Ｄ、、すＩＪｔ、 例す６．３０式１：オイテ、５ＩＺＥは送信機が測定する物体のサイズ（面積） であり、Ｃ０Ｎ０ＵＣＴＩＶＩＴＹは渦電流を発生する金属の電気的な特性であ り、Ｄｌ、月よ送信機から金属への距離であり、Ｄ、、３は金属から受信機への 距離である。パルスが定常状態の値に達すると、渦電流は誘導されなくなり、現 存する渦電流は速度を増して減衰し始める。この場合、コノ減衰の時間の定数は １／　（Ｓ　Ｉ　ＺＥ＊Ｃ０ＮＤＵＣＴＩＶＩＴＹ＊ＰＥＲＭＥＡＢＩＬＩＴＹ ）　に比例すル、コノ式においてＰＥＲＭＥＡＢ　Ｉ　Ｌ　Ｉ　ＴＹは渦電流を 発生する金属の磁気的な特性である０本発明のパルスＤＣシステムで１上　誤差 のない測定値を得るために渦電流が消滅するまで充分な時間待ってから、送信磁 束を測定する。又（上　渦電流から結果として生じる誤差がまだ許容できる時点 で信号を測定する。

ここに開示されている改良策　渦電流が消滅する前に送信信号を測定する必要の ある時、渦を流によって生じた誤差を減少させる方法を扱う、２つの方法が論じ られている。最初の方法は渦電流の減衰特性を利用し、２番目の手法は渦電流の 影響分の振幅を測定する。

最初の手法において、受信信号（友　渦電流が消滅するにつれて数回、測定され る。このデータ（よ　減衰の指数関数を確認するために数学的な減衰の指数関数 に当てはめた曲線である。この関数１上　関数の傾斜のゼロ点に到達して渦電流 が消滅したことが示されるまであらかじめ補外するか、又は応用のために許容さ れうる誤差レベルに依存して、より少ない量で補外されるかのいずれかである。

理想的に（よ　この数学関数は次のような指数関数である：　Ｍ＝Ａ＋Ｂ＊ｅ− ｏ′を又（表　計算しやすいようにＭ＝Ａ十Ｂ／　（ｔ　−ｃ　）の形でもよい 、この式においてＡ、８．　Ｃｌ友　データを関数形式に適合させる処置によっ て決められた定数であり、ｔは時間色表す、関数形式の選民　曲線のはめ合い及 び補外］よ　当業者に周知であるので詳述しない。第１２図（上　この最初の方 法の論理手段を説明している。

送信機に対して動かない金属から結果として生じる渦電流を補償する２番目の手 法（よ　次の２つの原則に基づいている＝　１）×、Ｙ、Ｚ送信機アンテナによ って形状を定められた基準フレーム内で測定された渦電流のＸ、Ｙ、Ｚ成分（友 　測定している受信機のオリエンテーションではなく、測定している受信機の送 信機に対するロケーションのみに依存する。２）導電性金属の環境についていえ ＩＬ　もし送信機パルスが充分長く持続すると渦′Ｒ流のない受信機測定２行う ことができる。補償処置は次の手段を伴う＝１）受信機のロケーションが固定さ れているか又（友　ゆっくりと変化している時、送信パルスが出ていて渦電流が なくなるまでの時間の量を増加させることによって、システムはスローダウンす る。

その後、すべての受信機軸からの誤差のない測定が行われ（Ｍ　−１゜、、）、 Ｍ、１゜、を使って、受信機の姿勢（Ａ、！、、）及びロケーションの誤差のな い計算が行われる。速い測定は渦電流による歪みを含んではいるが、必要に応じ てこの望ましい速い測定（ｖｒｓｓｔ）が行えるように送信機のパルスの長さを 短縮する。２）受信機の基準フレーム内で測定される渦電流の量１１　Ｍ＊ｄｍ ｙ　ｒｅ。＝Ｍ１．．ｔＭ　＊　ｌ　ｏ　ｖによって計算される。３）送信機の 基準フレーム内で受信機の姿勢によって変化しない渦電流ベクトルはＭ、イｄｖ 　ｘｍｔｖ＝Ａｔｓｌｏｉｉ　＊Ｍ、４イ９１．．を使って計算する。この式に おいてＡ　’　ｓ　ｌ。。

（友　測定された遅い姿勢の転置マトリックスを表す、４）これは任意であるが 、受信機がこのロケーションの近くの位置に戻った場合、再び訂正できるように Ｍ、４゜Ｘ、５．を受信機ＸＹＺロケーションの関数としてコンピュータのメモ リに記憶させる。５）受信機の姿勢が変化しても本システムで速い測定を行うの で、Ｍ＝Ｍ、。Ｌ　ＡＨ，，１＊Ｍ、ｄ、１．　ｘｗｔｒから、渦電流について 訂正された測定マトリックス（Ｍ）を計算する。６）別のより正確なＡ　Ｉａｓ ｔを計算するためにＭを使うことができる。５）及び６）で明示された手段をＡ 　１ａｓｔが変化しなくなるまで繰り返す、第１３図（よ　この２番目の方法の 論理シーケンスを説明する。

地磁界ベクトルが受信機に対して変化する場合のシステム操作米国特許番号４， １９７，８５５又は４，３０３，０７７又は４．６２２，６４４に記述されてい る従来技術のＤＣシステム（表磁束測定受信機によって地磁界磁束が変化しない 環境でのみ実施できる。これらの装置は　地磁界の測定データに対する影響を取 り除くため１：、適切な較正を必要とする。磁束測定受信機を回転させるか、又 は地磁界を回転させるか、振幅を変化させた場合、もし使用者がこの状態を発見 せず、システムの再較正を行わないと、測定には誤差が生じるだろう。これらの システム（友　受信機による地磁界ベクトルの変化を自動的に検出及び訂正でき ないので、移動している車両内では使用できない。又　机の別品しを開けたり、 金属の椅子を移動させるような鉄金属が移動するロケーションでは使うことがで きない。

本発明１よ　受信機が、受信機に対する地磁界ベクトルを測定でき、このため送 信機が作動している時、測定データを訂正できるよう１：、作動及び停止できる 磁束送信機を備え、送信機を停止した状態で各測定サイクルを始めることによっ て、この問題を解決できる。送信機が停止した状態で測定サイクルを開始する時 、地磁界のＸＹＺ成分はＥｘＥｖＥｚと測定される。送信機が作動する時、結果 として生じる信号は　送信機信号及び地磁界ベクトルの合計である。送信信号及 び地磁界ベクトルの合計から成る信号から、望ましい送信信号をめるためＩＱ　 前もって測定されたＥ、Ｅ、Ｅ２を使う、送信信号の抽出法　数個の方法でしか められない。開示された本実施例において、増幅が行われる前に電気的に信号を 減じることによって、地磁界を減じる。大量の信号増幅が必要でない場合に使用 できる他の方法は　ソフトウェアにおける単なる減法であるか、又（よ　目標信 号に加えて地磁界を相殺する信号を得るために送信機電流レベルを調節できる。

地磁界と区別するために送信信号の極性を交互にするような他の相殺方法（戴　 当業者にとって明白である。この場合、送信機を停止させる必要はない。

地磁界ベクトルが受信機の測定率によって非常に急速に変化している場合（例え １′Ｌ　受信機が航空機のパイロットのヘルメットに設けら札　航空機が１秒に １８０度、急横転するか又］友　パイロットが左から右へ１秒に１８０度、頭を 回転させる時）地磁界が測定された後、送信信号の受信機による測定が即時に行 われない。従って測定された信号（友　単なる減法では正確に除去されない地磁 界成分を含む、正確に除去するために（上　各送信機軸が作動している場合、受 信機軸の測定時は常１：、地磁界成分の値がわかっていなければならない。

各々の送信信号の測定時１：、地磁界成分の値を得るために使用できる方法がい くつかある。そのうちの２つの方法を説明する。

その他の方法は当業者には明白であろう。　（１）地ベクトルの値は各測定サイ クルの開始時、測定されるので、測定サイクル中の地ベクトルの変化率に基づい て補作を行うことができる。この補作された地ベクトルを使うことによって次の いずれかが可能である（ａ）上述したハードウェア手段によって送信信号から地 磁界ベクトルを減算するため１：、送信信号の測定時にリアルタイムでこの補作 された地ベクトルを使うことができる。又は（ｂ）データが収集された後、ソフ トウェア手段で補作された地ベクトルを減算できる。　（ａ）の利点は　多くの 受信機信号増幅が必要な場合、増幅されるの（表　送信信号だけであり、地信号 と送信信号との組み合せではないということである。地信号は送信信号と比べて 一般に大きいので、測定回路の信号振幅の制限を越えずＩ：、地信号の１部分に 多くの増幅を行うことはできない。　（２）送信信号の測定時に地ベクトルの値 を決めるもう１つの方法１表　測定サイクルの開始及び終了時に、連続する２つ のサイクルの地側定値に等しい地ベクトルを使って、測定時に地価を得るために 、２つの地ベクトルの補間を行うことである。この測定値（上　補間された地価 を減することによってソフトウェアで修正される。地ベクトルの変化率が一定で ない場合（友　方法（２）は（１）よりも有利である。このような場合、補間は 補作よりも常によい結果をもたらす。

例えＩ′Ｌ　計算の１サイクルは　地磁界及びＸ、Ｙ、Ｚ送信機アンテナが作動 している４つの等しい測定時間によって大抵（上　構成されているので、受信機 データ（友　下記に従って比率補助される。　動的効果を最小にするため、 Ｘ送信機データは７／４＊（減算された地磁界のデルタ）、Ｙ送信機データは１ ／２＊（減算された地磁界のデルタ）、２送信機データは３／４＊（減算された 地磁界のデルタ）を持つ。

位置、オリエンテーション ＦＩＧ、　１ 電算及び制御作業 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 独占排他権を請求している本発明の実施例は下記のように請求され定義される。 １．送信機アンテナに対する受信機アンテナの位置を定量的に測定するための装 置であって、 少なくとも２つの直流（ＤＣ）磁気ベクトルを発生させるための少なくとも２本 の平行でないアンテナから成る送信機アンテナと、 上記のＤＣ磁気ベクトルを発生させるため上記の平行でないアンテナにＤＣパル スを継続的に供給するための駆動手段と、上記のＤＣ磁気ベクトルを検出するた めの少なくとも２本の平行でないアンテナから成る受信機アンテナとから成り、 送信機アンテナの数に受信機アンテナの数を掛けると、送信機アンテナに対する 受信機アンテナの相対位置の定量的な測定の自由度の度数に少なくとも等しくな り、 本装置の作動に対する地磁界の影響を補償するための手段と、検出されたＤＣ磁 気ベクトルの大きさを確認し、上記の受信されたＤＣ磁気ベクトルから上記の相 対位置を定量的に計算するための信号処理手段とから成ることを特徴とする装置 。 ２．送信機アンテナの数に受信機アンテナの数を掛けると少なくとも６である請 求範囲１記載の装置。 ３．３つの直交するＤＣ磁気ベクトルを発生させるために３本の送信機アンテナ が配置されている請求範囲２記載の装置。 ４．上記の発生したＤＣ磁気ベクトルを３本の直交する軸上で検知するために３ 本の受信機アンテナが配置されている請求範囲２記載の装置。 ５．３つの直交するＤＣ磁気ベクトルを発生させるために３本の送信機アンテナ が配置されている請求範囲４記載の装置。 ６．上記の送信機アンテナが３本の直交するワイヤ巻線から成る請求範囲５記載 の装置。 ７．上記駆動手段が１度に各送信機アンテナの１本にＤＣパルスを継続的に供給 する請求範囲３記載の装置。 ８．上記駆動手段が送信機アンテナに２本１組でＤＣパルスを継続的に供給する 請求範囲３記載の装置。 ９．上記受信機が上記ＤＣ磁気ベクトルの３つの直交する成分を同時に検出する 請求範囲６記載の装置。 １０．地磁界を補償するための上記手段は送信機アンテナが送信していない間に 地磁界の成分を検出するために上記受信機アンテナを使い、上記信号処理手段に 検知された地磁界の上記成分の振幅を確認させ、送信機アンテナがＤＣ磁気ベク トルを送信している時、受信機アンテナによる地磁界の検出を補償するため、こ の確認された情報を使うことから成る請求範囲１記載の装置。 １１．上記ＤＣパルスが方形波である請求範囲１記載の装置。 １２．金属がある場合、直流磁界を使って、送信機アンテナに対する受信アンテ ナの相対的なロケーシヨン及びオリエンテーシヨンを定量的に測定するための装 置であって、（ａ）３つの直交する軸で１度に２軸以下に継続的に直流磁界を送 信する送信手段と、 （ｂ）上記の送信された直流磁界を受ける受信手段と、（ｃ）上記の送信された 直流磁界を作るための上記送信手段に直流の電気信号パルスを供給する手段と、 （ｄ）上記送信及び受信手段の回路要素を制御し、受けた信号を測定し、上記受 信手段からの出力信号を３つの座標方向におけるロケーシヨン及び３つの座標軸 を中心とするオリエンテーシヨンに変換するための手段とから成ることを特徴と する装置。 １３．上記送信手段が巻心及び３本の直交するアンテナ軸ワイヤの巻線から成る 請求範囲１２記載の装置。 １４．上記制御手段が、上記送信手段の停止している間、地磁界を測定し、地磁 界を示す信号を作り、送信手段が送信している時の地磁界の影響を除去するため に上記受信信号から上記地磁界信号を減じる請求範囲１２記載の装置。 １５．上記の送信された直流磁界を受けるための上記受信手段が地磁界に対する 送信直流磁界を感知する３本の直交するアンテナ軸から成る請求範囲１記載の装 置。 １６．検出されたＤＣ磁気ベクトルに重畳する低周波の交流（Ａ（Ｃ）雑音の干 渉は、上記信号処理手段により相殺される、即ち最初にＳ＋Ｎである最初の測定 値Ｍ（ｔ）を得るために干渉（Ｎ）を伴う目標信号（Ｓ）を測定し、次に最初の 測定の後に、Ｓ−Ｎである２番目の測定値Ｍ（ｔ＋ｎ／ｆ）を得るために（ここ ではｎは奇数ｆは雑音の周波数を表す）干渉（Ｎ）を伴う目標信号（Ｓ）を低周 波の雑音干渉の半分の周期で奇数回数測定し、そして干渉Ｎのない目標信号を得 るために最初及び２番目の測定値を合計することによって相殺される請求範囲１ 記載の装置。 １７．送信機アンテナが送信していない時に雑音の周波数に等しい率で各送信機 ベクトル及び地磁界を順番に測定して、検出されたＤＣ磁気ベクトルに対するＡ Ｃ雑音干渉は、上記受信機アンテナを使って相殺され、このことにより雑音を地 磁界の一部であるかのように処理し、上記信号処理手段に、検出された地磁界及 び雑音の成分の大きさを確認させるとともに、送信機アンテナがＤＣ磁気ベクト ルを送信している時、受信機による地磁界及び雑音の検知の補償に、このように 確認された情報を使う請求範囲１０記載の装置。 １８．信号処理手段がＡＣ雑音のゼロ交差点を確認し、検出された磁気ベクトル の大きさを上記ゼロ交差点で確認することによって、検出されたＤＣ磁気ベクト ルに重畳する低周波のＡＣ雑音干渉を最小限にする請求範囲１記載の装置。 １９．上記の大きさの連続的な測定がゼロ交差点で低周波ＡＣ雑音干渉の半分の 周期で奇数回、行われ、目標信号から残りの干渉を除去するために、これらの測 定値が合計される請求範囲１８記載の装置。 ２０．上記信号処理手段は、送信機アンテナが送信していない時、地磁界の連続 的な検出の間の成分を計算し、送信機アンテナが上記の連続的な検出の間に検出 している時、受信機アンテナによって検出された地磁界を補償するために、これ らの計算された成分を使う請求範囲１０記載の装置。 ２１．上記信号処理手段は、送信機アンテナが送信していない時、地磁界の連続 的な検出の間の成分を推定し、次に続く連続的な上記検出の間に送信機アンテナ が送信している時、受信機アンテナによる地磁界の検出を補償するために、これ らの推定された成分を使う請求範囲１０記載の装置。 ２２．金属の存在下、使用可能な上記ＤＣパルスの供給率を増加させるために、 上記信号処理手段は、各ＤＣパルスの波頭によって誘導された干渉渦電流の減衰 の間に、検出されたＤＣ磁気ベクトルの測定を複数回行い、これらの測定値を適 切な指数関数にあてはめ、上記減衰の終了後、検出されたＤＣ磁気ベクトルの定 常状態の測定値を推定し、上記位置を計算するために、これらの推定された定常 状態の測定値を使う請求範囲１記載の装置。 ２３．送信アンテナに対して固定されている金属の存在下、使用可能な上記ＤＣ パルスの供給率を増加させるために、上記信号処理手段は、送信機アンテナに対 する受信機アンテナの周知のロケーシヨンでＤＣパルスの波頭によって誘導され た渦電流の減衰した後、ＤＣパルスの間に、検出されたＤＣ磁気ベクトルを測定 し、上記周知のロケーシヨンにあるＤＣパルスの上記の目標供給率で、検知され た磁気ベクトルを測定し、目標率で行われた測定において渦電流が誘導した歪み を計算し、この計算された歪みの情報を記憶させ、この歪みの情報を使って渦電 流に誘導される歪みがない姿勢データを計算するために、上記の周知のロケーシ ヨンで上記の目標率で引続き行われる、検知されたＤＣ磁気ベクトルの測定を訂 正する請求範囲１記載の装置。 ２４．磁界送信機手段に対する磁界検知手段の位置を定量的に測定するためのシ ステムで、 少なくとも２つの磁界送信機要素から成り、これに相当する数の平行でないＤＣ 磁界ベクトルを発生するための送信機手段と、上記の平行でないＤＣ磁界ベクト ルを発生させるために、上記送信機要素にＤＣパルスを継続的に供給する駆動手 段と、上記送信機要素が発生した上記磁界ベクトルに差動的に反応する少なくと も２つの磁界検知要素から成る磁界検知手段とから成り、 送信機要素の数と検知要素の数との演算積は、少なくとも測定される自由度の度 数であり、 さらに地磁界の影響を補償する手段と、上記駆動手段及び上記補償手段を管理制 御するため、及びこの管理制御の結果として派生した信号から、磁界検知手段の 上記磁界送信機手段に対する相対的な位置を計算するための作動可能な手段とか ら成ることを特徴とするシステム。 ２５．地磁界の影響を補償するための上記手段が、地磁界と区別するために、送 信されたＤＣ磁気ベクトルの極性を交互にすることから成る請求範囲１記載の装 置。