JPH08114658A - ヘルメット照準装置の位置および向きの決定に特に適用できる、磁性物体および導電性物体の運動による電磁摂動を補償する方法 - Google Patents

ヘルメット照準装置の位置および向きの決定に特に適用できる、磁性物体および導電性物体の運動による電磁摂動を補償する方法

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JPH08114658A
JPH08114658A JP7191057A JP19105795A JPH08114658A JP H08114658 A JPH08114658 A JP H08114658A JP 7191057 A JP7191057 A JP 7191057A JP 19105795 A JP19105795 A JP 19105795A JP H08114658 A JPH08114658 A JP H08114658A
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Jean Louis Lescourret
レクール ジャン−ルイ
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    • G—PHYSICS
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Abstract

(57)【要約】 本開示はセンサ（Ｃ）によって行われる磁場の測定の、
センサに取り付けられた摂動源（Ｓ1,Ｓ2,Ｓ3,．．．Ｓ
k)によって生じる摂動を補償する方法において、所与の
周囲磁場に設置されている前記摂動源の各々によって生
じる摂動を、摂動源の位置における平均磁場の陽関数と
して表して、前記センサの中心における摂動を計算する
ために使用できるモデルを構築する第１段階と、前記セ
ンサを測定対象の磁場内に配置して、モデルを使用し、
かつこの位置における平均磁場を知ることによって前記
摂動源の各々によって生じる摂動を決定する第２段階
と、前記摂動源のすべての摂動を合計する第３段階と、
この合計を前記センサによって行われた測定値から差し
引く第４段階とからなる摂動の補償方法に関する。本発
明は、特に航空機のパイロットのヘルメット照準装置の
位置および向きを決定する場合における、磁場の精密な
測定値を必要とするシステムに適用できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は磁性物体および導電
性物体の移動による電磁摂動を補償する方法に関する。
ヘルメット照準装置の位置および向きの決定に特に適用
できる。たとえば、測定システムに取り付けられ、測定
対象電磁場で移動する磁性および導電性の部品によって
電磁場が動揺した場合に、該電磁場の測定値の誤差を補
償することに適用できる。誤差が補償されると、測定シ
ステムが測定した実際の周囲電磁場を知り、必要な情
報、たとえば、ヘルメット照準装置の位置および向きを
演繹することが可能となる。
【０００２】詳細にいえば、本発明は周囲電磁場につい
てのきわめて精密な知識を必要とするすべてのシステム
に適用でき、この精度は環境によって生じる測定値の誤
差の補償を意味する。したがって、本発明は、たとえ
ば、磁気異常の検出システム、および航空機搭載ナビゲ
ーション・システムに適用できる。
【０００３】
【従来の技術】たとえば、ナビゲーション・システムや
磁気異常検出システム用に設計された周知の補償方法
は、いくつかの成分、すなわち周囲電磁場と無関係であ
るが、磁気摂動源がさらされた励磁の履歴の関数である
第１の成分と、周囲電磁場によって誘起され、これらの
磁気摂動源の磁気および形状特性に特に左右される第２
の成分と、最後に、誘起フーコー電流の循環による第３
の成分を合計することによって磁場の摂動をモデル化す
ることからなっている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】これらの方法は特に、一連の摂動および周
囲誘起磁場の一般的な線形依存関係に基づくものであ
る。電磁場のグローバル・モデルは測定システムの中心
に設定される。しかしながら、いくつかの明確な摂動源
が存在する場合、このタイプのモデルが不適切であるこ
とが証明されている。さらに、ナビゲーション・システ
ムや磁気異常検出の場合、周囲磁場は一様であると想定
しているが、実際には、複数の接動が存在していると、
一般にこの想定は無効である。測定誤差の補償は、した
がって、必然的に不完全なものとなる。
【０００５】航空機のパイロットのヘルメット照準装置
の位置および向きを決定する場合、センサと呼ばれる、
たとえば、３つのコイルからなる測定システムの一部が
ヘルメットに取り付けられる。送信機と呼ばれる、磁場
を発生する他の３つのコイルからなる測定システムの他
の部分は、コックピット内の、たとえば、パイロットの
頭上に取り付けられる。電流が送信機の各コイルに連続
的に発生させられる。これらの電流は３つの磁場を連続
的に発生し、これらの磁場はヘルメットに取り付けられ
たセンサのコイルによって検出される。各磁場が発生す
るたびに、３つの対応する空間成分がセンサのコイルに
よって検出される。結果として生じる９つの成分によっ
て、次いで、送信機のコイルによって構成された三面体
と、センサのコイルによって構成された三面体の間の変
換マトリックスの検出、したがって、センサの、それ
故、ヘルメットの位置と向きの検出が可能となる。
【０００６】実際には、しかしながら、センサの位置で
行われる磁場の測定は、パイロットのヘルメット上のこ
のセンサの近傍に配置された磁性物体および導電性物体
によって特に乱される。これらの摂動物体は、たとえ
ば、高透磁性のチューブまたは光倍増管などの電子シス
テムの導電性スクリーン・ケーシングによってスクリー
ンされた陰極線管である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】本発明の目標は、不均一な周囲磁場、すな
わち空間内の位置によって変動する磁場内で磁性および
導電性物体を移動させることによって生じる測定誤差を
できるだけ正確に補正する電磁摂動補償方法を決定する
ことである。
【０００８】このため、本発明の目的は、センサによっ
て行われる磁場の測定の、センサに取り付けられた摂動
源によって生じる摂動を補償する方法において、所与の
周囲磁場に設置されている前記摂動源の各々によって生
じる摂動を、摂動源の位置における平均磁場の陽関数と
して表して、前記センサの中心における摂動を計算する
ために使用できるモデルを構築する第１段階と、前記セ
ンサを測定対象の磁場内に配置して、モデルを使用し、
かつこの位置における平均磁場を知ることによって前記
摂動源の各々によって生じる摂動を決定する第２段階
と、前記摂動源のすべての摂動を合計する第３段階と、
この合計を前記センサによって行われた測定値から差し
引く第４段階とからなる摂動の補償方法である。
【０００９】本発明の主な利点は、空間座標の関数の不
均一な周囲磁場であり、該磁場の放射がたとえば双極ま
たは多極、あるいはもっと複雑な構造である周囲磁場内
の摂動物体の位置および向きにかかわりなく、誤差を補
償することができること、摂動物体の影響の決定を操作
に使用される磁場とは異なる磁場で行うことができて、
該影響が特に特定の手段を使用する工場で特に識別され
ること、多くのタイプの用途に適合できること、および
費用がかさむことである。
【００１０】添付図面を参照して行う以下の説明から、
本発明はよく理解され、かつ他の利点および特性が明ら
かとなろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は航空機パイロットのヘルメ
ット照準装置１の位置および向きの決定に適用した例に
よって、本発明による方法を示す。
【００１２】センサを原点Ｏc の正規直交基準フレーム
Ｃによって表す。センサはたとえば、ヘルメット１に取
り付けられている。電磁摂動源１１、１２、１３もヘル
メット１に取り付けられている。たとえば、これらの摂
動源を３つに限定する。これらの摂動源をそれぞれの原
点０1、０2、０3、．．．０k の正規直交基準フレームであ
って、向きが任意のものであるそれぞれの直交軸Ｘ1、Ｙ
1、Ｚ1、Ｘ2、Ｙ2、Ｚ2、Ｘ3、Ｙ3、Ｚ3、およびＸk、Ｙk、Ｚk を
有する正規直交基準フレームＳ1、Ｓ2、Ｓ3、．．．Ｓk に
よって表す。基準フレームの原点０1、０2、０3、．．．０
k は、たとえば、摂動源１１、１２、１３の中心であ
る。以下の説明において、これらの摂動源はこれらの原
点に一致するものとする。
【００１３】センサの正規直交基準フレームＣは原点Ｏ
R の基準フレームＲｅｆ内を移動する。基準フレームＳ
1、Ｓ2、Ｓ3、一般的にいえば、摂動源の基準フレームＳ
k(ｋ＞３）はセンサの基準フレームＣに関して固定され
ている。基準フレームＲｅｆに固定された原点ＯE の正
規直交基準フレームＥは、たとえば、ヘルメット１に取
り付けられたセンサがこのヘルメットの位置および向き
を上述のように決定できるようにするために特に使用さ
れる磁気誘導送信機に結合されている。
【００１４】本発明による方法の第１段階において、摂
動源Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3、．．．Ｓk が所与の周囲磁場内に配設
されている場合、本発明による方法は各摂動源に対し、
平均磁場、たとえば、この摂動源を定義する基準フレー
ムの原点Ｏk における平均磁場の陽関数として、センサ
Ｃの位置における摂動源のモデルを表すことからなって
いる。これにより、特に、各摂動源Ｓk が配設されてい
る磁場によって明示的に決定される摂動源のモデルを画
定できるようになり、したがって作動電磁環境外の摂動
源のモデルの、周囲磁場とは無関係なパラメータを決定
できるようになる。
【００１５】第２段階において、センサＣが測定対象の
磁場内にある場合、本発明による方法は、各摂動源Ｓk
によって引き起こされる摂動を、そのモデルを使用し、
その位置に存在する平均磁場を知ることによって決定す
ることからなっている。第３段階において、摂動源によ
る摂動の合計が計算される。最後に、第４段階におい
て、この合計値をセンサＣによる測定値から差し引く。
【００１６】この方法を使用すると、この摂動源によっ
て生じる摂動現象の計算を可能とする摂動源のモデルの
一連のパラメータは、センサおよび一連の摂動源が配設
されている磁場とは無関係となる。したがって、この用
途の例において、モデルのこの一連のパラメータはヘル
メットが配設されている磁場とは無関係である。換言す
れば、モデルの決定は、特に、パイロットが作動時に使
用する磁場とは異なる磁場で行うことができる。本発明
による方法の第１段階は、したがって、たとえば、作動
環境外（すなわち、航空機のコックピット外）の工場で
実施することができる。特に、ヘルメット照準装置に応
用した場合、摂動源のモデルを放射疑似双極送信機など
の特定の手段を使用して工場で決定することができ、航
空機コックピット内で、コックピットに取り付けられた
送信機Ｅが発生する発振周波数を含む周波数帯域の電磁
場で使用することができる。
【００１７】本発明によれば、代表的なモデルを、特に
摂動源が導電性物体である場合に、摂動源を１つまたは
複数の基本回路ループを使用して表せると仮定して構築
することができる。
【００１８】図面を参照して行う以下の説明はヘルメッ
ト照準装置の位置および向きの決定に適用できる例とし
て取り上げた本発明の実施例を説明するものである。
【００１９】たとえば、自由空間において、センサＣに
よって測定した磁場は送信機Ｅが発生する磁場、および
ヘルメットの摂動源Ｓk が発生する磁場の合計である。
この測定磁場は次の関係式で表すことができる。
【数１１】 ただし、Ｂc(Ｏc)はセンサの基準フレームＣで表したセ
ンサの中心Ｏc における総測定磁場である。
【００２０】ＢE(Ｏc)は、たとえば、送信機が発生し、
送信機の基準フレームＥによって表されるセンサの中心
Ｏc における周囲磁場であり、この磁場ＢE(Ｏc)は測定
対象磁場である。
【００２１】（Ｒc ／E)t は送信機の基準フレームＥと
センサの基準フレームＣの間の変換マトリックスの転置
マトリックスであり、Ｒc ／E は次式で与えられる。
【数１２】
【００２２】ただし、Ｒc ／Ref は基準フレームＲｅｆ
とセンサの基準フレームＣの間の変換マトリックスであ
る（基準フレームＥで表す場合には、（Ｒc ／Ref)E、基
準フレームＲｅｆで表す場合には、（Ｒc ／Ref)Ref と
書かれる）。
【数１３】 ［ＢE(Ｏc)］Ref は基準フレームＲｅｆで表した周囲磁
場である。
【００２３】Ｂk(Ｏk)は、たとえば、基準フレームＳk
で表した中心Ｏk における平均磁場である。
【００２４】関数ｆk は点Ｏk における周囲磁場と摂動
源ｋk によって発生し、基準フレーム（Ｓk)で表した点
Ｏc における摂動磁場との間の関係を表す。
【００２５】Ｒc ／Skは摂動源Ｓk の基準フレームＳk
とセンサの基準フレームＣの間の変換マトリックスであ
る。
【００２６】ＮＳは摂動源の数である。
【００２７】図２は摂動源Ｓk の代表的なモデルで可能
な例を示す。このモデルは半径がｒk で、中心が摂動源
の正規直交基準フレームＳk の原点Ｏk である基本ルー
プないしターンＳＰk で構成されている。ループＳＰk
の中心における平均磁場Ｂk(Ｏk)が半径ｒk の球全体に
わたってほぼ一定であると想定する。したがって、平均
磁場はループ内でほぼ一様であると想定される。
【００２８】この平均磁場は時間によって変化する。磁
場が変化すると、レンツの法則に従って変化の割合に比
例した電流ｉk がループに誘導される。この電流は次い
で、電磁気の周知の法則に従って磁場を発生する。
【００２９】まず、きわめてサイズの小さいループを考
えた場合、平均磁場Ｂk(Ｏk)内におかれた基本ループ内
の誘導電流ｉk は次式で与えられる。
【数１４】
【００３０】ただし、Ｒk およびＬk はそれぞれループ
ＳＰk のオーム抵抗および自己インダクタンスであり、
φk はループと交差する磁束である。
【００３１】時間により角振動数ωで正弦変化をするル
ープの位置における磁場Ｂk(Ｏk)に対して、次式が得ら
れる。
【数１５】
【００３２】ただし、Ａk はループＳＰk の面積、
【数１６】 はループに垂直なベクトル、
【数１７】 はループの中心における周囲磁場ベクトルとベクトル
【数１８】 のスカラ積である。
【００３３】関係式（３）を変換すると、次式が得られ
る。
【数１９】
【００３４】Ｉによって交流電流ｉk を示すと、次のよ
うになる。
【数２０】
【００３５】ただし、
【数２１】
【００３６】センサの中心点ＯC を中心とする放射座標
系
【数２２】 を考えた場合（図２）、
【数２３】
【００３７】ただし、
【数２４】 および
【数２５】 は他の２つの単位ベクトルであって、
【数２６】 が直接正規直交基準フレーム（ｕk)を形成し、
【数２７】 は平面
【数２８】 にある。ループＳＰk によって生じるベクトル場
【数２９】 は放射座標系
【数３０】 において、３つの成分、すなわち軸
【数３１】 に沿った成分Ｂρ、 軸
【数３２】 に沿った成分Ｂθ、 および軸
【数３３】 に沿った成分Ｂφによって表される。この場
【数３４】 は摂動源ｋの摂動をモデル化する。
【００３８】電磁気の周知の法則は、｜Ｏk Ｏc|＞ｒk
の場合、成分Ｂρ、 Ｂθ、 およびＢφが次の関係式によ
って与えられることを示している。
【数３５】
【００３９】ただし、
【数３６】 （図２）Ｐm l (ｘ）は次数ｌ、ｍのルジャンドル多項式 （ｋ）！！＝ｋ（ｋ−２）（ｋ−４）×．．．５×３×１（ｋは奇数）
【００４０】ρ＜ｒk の式はこれらが最終モデルを変更
するものではないので、与えられない。実際には、ρ＞
ｒk である。
【００４１】センサの基準フレームＣで表した摂動源Ｓ
k またはループＳＰk の場
【数３７】 の式は、次の関係式で与えられる。
【数３８】
【００４２】ただし、Ｒuk／c はセンサの定義済みの基
準フレームＣと
【数３９】 の間の変換マトリックスである。
【００４３】一般的にいえば、たとえば、基準フレーム
（Ｓk)を定義する垂線
【数４０】 を中心として回転的に対称である３つのループという系
を考えた場合、センサＯc の位置において得られる磁場
は上記のループによって生じる３つの磁場の合計にな
る。
【００４４】放射座標系（ｕk)において、摂動源ｋによ
る磁場は次式のようになる。
【数４１】
【００４５】ただし、
【数４２】 は式（７）、（８）、（９）によって与えられる。
【００４６】まず、説明を簡単にするため、次のように
仮定する。
【数４３】
【００４７】ただし、ｒx、ｒy、ｒz はループの半径であ
る。
【００４８】これらの想定を行うと、ＢPk 1 ,2 ,3 に対
する上記の式（７）、（８）、（９）は単純化され、当
分野の技術者に周知の態様で書けるようになる。
【数４４】
【００４９】ただし、
【数４５】 は基準フレーム（Ｓk)と放射座標系（ｕk)の間の変換マ
トリックスである。 Ｓx=π2 rx、Ｓy=πｒ2 y、 Ｓz=ｒ2 y Ｉx、Ｉy、Ｉz は軸
【数４６】 のコイルの電流Ｉである。ＳxIx、ＳyIy、ＳzIz はそれぞ
れ軸
【数４７】 の磁気モーメントである。
【００５０】このマトリックスＰは、センサの基準フレ
ーム（Ｃ）、または摂動源の基準フレーム（Ｓk)に固定
されている
【数４８】 のみによって決定されるものであるから、摂動源ｋに対
して一定である。
【００５１】式（１２）において、電流Ｉx、Ｉy、Ｉz は
式（５）によって定義される。
【数４９】
【００５２】図３で示すように、ベクトル
【数５０】 は２つの角度φk およびθk によって基準フレーム（Ｓ
k)内で定義される。ただし、φk は平面Ｏk、Ｘk、Ｙk に
おける磁場のベクトル
【数５１】 の射影を表し、θk は
【数５２】 に関してベクトル
【数５３】 となす角度を表す。
【００５３】次の規則を使用する。
【数５４】
【００５４】（１３）および（１４）を（１２）に代入
すると、基準フレームＣに表したセンサの基準フレーム
Ｃの原点ＯC における摂動磁場（ＢPk (Ｏc)）c は、式
（１０）に基づいて次の関係式で与えられる。
【数５５】
【００５５】ただし、
【数５６】 は点Ｏk における周囲磁場、ａx、ａy、ａz、ｂx、ｂy、ｂz、
ｃx、ｃy、ｃz はマトリックスの係数である。
【数５７】
【００５６】仮定ρk ＞＞｛ｒx,ｒy,ｒz}が成り立たな
い場合、マトリックス
【数５８】 は当分野の技術者に周知の式（７）、（８）、（９）に
したがって
【数５９】 の座標を定義するρk およびθ’k およびφ’k によっ
て決定される。
【００５７】いかなる場合においても、このマトリック
スは摂動源Ｓk に対して一定のままである。したがっ
て、単純化の仮定を行っても、摂動磁場に関する式（１
５）が変更されることはまったくない。
【００５８】センサの基準フレームにおける磁場
【数６０】 は基準フレーム（ｕk)で表したものと同じタイプである
が、モデルにおいて係数ａx、ａy、ａz、ｂx、ｂy、ｂz、ｃx、
ｃy、ｃz だけが修正されている。
【００５９】これらが決定しなければならない未知の係
数であるから、これが本方法に影響を及ぼすことはな
い。これらの係数は、たとえば、センサの基準フレーム
（Ｃ）で識別される。
【００６０】式（１５）は実際には、摂動モデルの各成
分、ベクトル場ＢPkを次式で定義される関連する複素ル
ジャンドル関数の実数部と虚数部の１次に限定した展開
として表せることを示している。
【数６１】
【００６１】ただし、
【数６２】 １次のＬ＝１において、ｍ＝０およびｌ＝１
【００６２】一般的にいうと、本出願人が行った計算お
よび実験によれば、センサの基準フレームＣで表した、
摂動源Ｓk のモデルであるベクトル磁場ＢPkの各成分に
対して次の定義を適用できることが示されている。
【数６３】
【００６３】この式において、θk は
【数６４】 がセンサの軸
【数６５】 となす角度であり、φk は同じセンサの平面Ｏc Ｘc Ｚ
c における
【数６６】 に関する
【数６７】 の射影である（図３）。
【００６４】Ｌk は摂動源ｋに関するルジャンドルの多
項式の展開次数である。
【００６５】この新しい定義は、基準フレーム（Ｓk)を
任意のものと仮定しているので、上述の仮定を何ら変更
するものではない。この場合、センサの基準フレーム
（Ｃ）と一致するものとみなすことができる。
【００６６】（１８）において、（ＢPk( Ｏc)）i はベ
クトル（ＢPk( Ｏc)）のｉ番目の成分である（ｉ＝１、
２、３）。成分は摂動源Ｓk の３つのモデリング・ルー
プによって生じる。Ａk l,m,iおよびＣk l,m,iは摂動源ｋ
に関して決定される定数である。
【００６７】このモデル（１８）は３つの細いループに
基づいたモデル（１５）が物理的に現実のものを単純化
したものであるということを考慮している。実際には、
導電性要素を流れる電流線に対応した疑似ループという
べきであろう。
【００６８】摂動のモデル（１８）が設定されたが、摂
動源ｋの中心点Ｏk における外部磁場
【数６８】 に特に明示的に左右されることがわかる。この摂動源は
既知のものとみなされる。
【００６９】モデルの設定時には、送信機によって自由
空間内で伝送される磁場ＢE である。
【００７０】任意の周囲磁場、たとえば、航空機のコッ
クピットで使用しているときには、コックピット内に存
在する摂動磁場が付加される可能性がある、送信機が発
生する磁場ＢE である。
【００７１】モデル（１８）の未知の係数の決定を含む
本発明による方法の第１段階において、送信機が発生す
る周囲磁場ＢE は、たとえば、フランス国特許第９０．
０８２３０号に記載されている方法によって既知であ
る。この方法によれば、３つのコイルの各々による伝送
によって生じる磁場
【数６９】 が、送信機の基準フレーム（Ｅ）内、またはヘルメット
が回転または直進する場合に、基準フレームＲｅｆ内の
センサ（Ｘc、Ｙc、Ｚc)の中心の位置にきわめて近い値を
もたらす。
【００７２】Ｘc、Ｙc、Ｚc の予測値が与えられると、セ
ンサの中心における周囲磁場
【数７０】 の値が演繹される。
【００７３】次いで、磁場
【数７１】 を基準フレームのＯk の座標の関数として表す。
【数７２】
【００７４】ただし、
【数７３】
【数７４】 はセンサの基準フレームまたは基準フレーム（Ｓk)の定
数、ＲＯＴは基準フレームＲｅｆとセンサの基準フレー
ム（Ｃ）の間のＲc/Ref 変換マトリックスに等しいヘル
メットの回転量である。
【００７５】モデルの決定段階で、ＲＯＴは既知である
から、未知であり、本発明による方法のこの第１段階に
おいて決定しなければならない基準フレーム（Ｒｅｆ）
内の摂動源ｋの座標を、センサの基準フレーム内の摂動
源の座標
【数７５】 の関数として演繹することができる。
【００７６】基準フレーム内の摂動源ｋの座標は、次式
によって表される。
【数７６】
【００７７】決定段階において、ＲＯＴはヘルメットの
既知の回転量
【数７７】 であり、基準フレーム内のセンサの中心の座標はフラン
ス国特許第９０．０８２３０号に記載されている方法を
適用することによって、たとえば、近似的にわかる。
【数７８】 の３つの成分を識別することを望んでいる。
【数７９】 を導き、これを式（１８）に代入する。
【００７８】
【数８０】 について、またＡk l,m,iおよびＣk l,m,iについて数回反
復すると、
【数８１】 の予測値はより良好なものとなり、モデルのパラメータ
の値、すなわち、ベクトル
【数８２】 の成分（Ｘc)1,2,3 ならびにＡk l,m,iおよびＣk l,m,iは
真の値に収束する。
【００７９】収束が行われるのは、測定した全磁場およ
びモデル化した磁場が空間内のすべての点においてほぼ
同一である場合、換言すれば、
【数８３】 、Ａk l,m,iおよびＣk l,m,iが測定値と（１）および（１
８）にしたがってモデル化した磁場の間の平均２次偏差
を最小とする場合である。
【００８０】ヘルメット照準装置に適用した場合、１／
２インチまたは１インチの陰極線管について、関係式
（１５）で定義したモデルが十分なものであることが、
経験からわかっている。任意の形状の導電性物体の場
合、関係式（１８）におけるルジャンドル多項式の３次
展開（Ｌk=３）がきわめて良好な結果をもたらす。
【００８１】さらに、ヘルメット照準装置に適用する状
況において、送信機の、たとえば、３個あるコイルの各
々が発生する各磁場ＢE に対して、このモデルを再決定
しなければならない。これらの磁場は連続して発生する
ものであっても、連続して発生しないものであってもよ
い。これらは、たとえば、線形に無関係なものである。
これは、特に発信コイルがほぼ直交している場合であ
る。
【００８２】３個のコイルがある送信機の場合には、し
たがって、式（１８）において９つの項を定義する必要
がある。すなわち、ベクトルＢk の３つの空間成分が３
個の発信コイルについて定義される。１ないしＮＳ（Ｎ
Ｓは摂動源の総数である）までの摂動源ｋのすべてにつ
いて、これが行われる。
【００８３】それ故、各摂動源Ｓk のモデルを決定する
場合、実際には、３個の送信コイルに対する関係式（１
８）の係数Ａk l,m,iおよびＣk l,m,i、 ならびに摂動源Ｓ
k の中心Ｏk の座標（Ｘ'k)iを同定しなければならな
い。ヘルメット照準装置に適用する場合、係数
Ａk l,m,i、 Ｃk l,m,i、 および（Ｘ'k)iは、たとえば、ヘ
ルメット、ならびにこの所与のヘルメットに対する摂動
源Ｓk を表すパラメータである。たとえば、センサＣが
堅固に取り付けられた支持部材と摂動源Ｓk(すなわち、
ヘルメット）を送信コイルの磁場内におき、ヘルメット
を直進および回転させることができる。コイルが発生す
る磁場ないしそのモデルが事前にわかっていれば、たと
えば、摂動の相違を測定し、測定値と既知の磁場ないし
そのモデルとの間の平均２次偏差を最小とするパラメー
タ（Ｘ'k)i、 Ａk l,m,iおよびＣk l,m,iを古典的な反復法
によって決定することができる。本発明による方法の第
１段階の一部を形成するこの演算は、たとえば、工場で
完全に行うことができる。パラメータ（Ｘ'k)i、Ａk
l,m,iおよびＣk l,m,iを、たとえば、ヘルメットに内蔵
した回路に記憶させる。この回路は特にＰＲＯＭ、ＥＰ
ＲＯＭ、またはＥＥＰＲＯＭタイプのメモリでよい。こ
れらのパラメータＡk l,m,i、 Ｃk l,m,i、 および（Ｘ'k)i
の同定、ならびにヘルメットへのこれらの記憶は、これ
らの交換を容易とする。これによって、ヘルメットの交
換の迅速性が改善され、いくつかのコスト面での利点が
もたらされる。
【００８４】実際の使用時に、パイロットは、たとえ
ば、コックピットの周囲磁場内におかれたヘルメットを
装着する。フランス国特許第９０．０８２３０号に記載
されている方法は、ヘルメットの位置
【数８４】 および向きＲＯＴの近似計算を可能とする。
【００８５】各摂動源の摂動磁場を導いた。これらの合
計値を測定値から差し引く。次いで、
【数８５】 およびＲＯＴの計算を繰り返すと、より高い精度を得る
ことができる。
【００８６】本発明による電磁摂動の補償方法を、航空
機のパイロットのヘルメット照準装置の位置および向き
を決定する観点から、高い測定精度を必要とする典型的
な用途によって説明した。しかしながら、当分野の技術
者には、本方法を電磁場の高精度の測定値を特に必要と
するその他の多くの課題に適用できることが明らかであ
ろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁場センサと、電磁摂動を引き起こす物体の取
り付けられたパイロットのヘルメットを示す図である。
【図２】これらの電磁摂動源の１つに考えられるモデル
化を示す図である。
【図３】上述の摂動源によって生じる電磁摂動の図であ
る。
【符号の説明】
１ ヘルメット照準装置 １１、１２、１３ 電磁摂動源

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 センサ（Ｃ）によって行われる磁場の測
    定の、センサに取り付けられた摂動源（Ｓ1,Ｓ2,
    Ｓ3,．．．Ｓk)によって生じる摂動を補償する方法にお
    いて、所与の周囲磁場に設置されている前記摂動源の各
    々によって生じる摂動を、摂動源の位置における平均磁
    場の陽関数として表して、前記センサの中心における摂
    動を計算するために使用できるモデルを構築する第１段
    階と、前記センサを測定対象の磁場内に配置して、モデ
    ルを使用し、かつこの位置における平均磁場を知ること
    によって前記摂動源の各々によって生じる摂動を決定す
    る第２段階と、前記摂動源のすべての摂動を合計する第
    ３段階と、この合計を前記センサによって行われた測定
    値から差し引く第４段階とからなる摂動の補償方法。
  2. 【請求項２】 各摂動源（Ｓk)が少なくとも１つのルー
    プ（ＳPk) によってモデル化されており、ループの位置
    における周囲磁場（Ｂk)の変動がループ内に電流（ｉk)
    を生じ、該電流が摂動磁場を生じることを特徴とする、
    請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 各摂動源（Ｓk)によって生じる摂動が前
    記センサ（Ｃ）の位置におけるベクトル磁場 【数１】 によってモデル化され、該磁場が各成分について次式で
    表されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。 【数２】 ただし、 （ＢPk( Ｏc)）i はセンサ（Ｃ）の位置におけるベクト
    ル 【数３】 のｉ番目の成分であり、少なくとも摂動源（Ｓk)の少な
    くとも１つのモデリング・ループによって生じるもの
    （ｉ＝１，２，３．．．）、 【数４】 は摂動源（Ｓk)の中心Ｏk における平均周囲磁場の値で
    あり、 【数５】 はそのモジュラスである。θk はセンサ（Ｃ）の基準フ
    レームの軸 【数６】 とループの中心Ｏk におけるベクトル磁場Ｂk(Ｏk)の間
    の角度である φk はセンサの基準フレームの軸 【数７】 と、センサの基準フレームの中心Ｏc を通り、軸 【数８】 および 【数９】 を含んでいる平面における前記ベクトル磁場Ｂk(Ｏk)の
    射影との間の角度であり、（Ｏc,Ｘc,Ｙc,Ｚc)はセンサ
    の基準フレームである。Ｐm l (ｘ）は次式によって定義
    されるｌ，ｍ次のルジャンドルの多項式である。 【数１０】 Ａk l,m,iおよびＣk l,m,iは定数である。
  4. 【請求項４】 摂動源（Ｓk)が３つのループによってモ
    デル化されることを特徴とする、請求項３に記載の方
    法。
  5. 【請求項５】 定数Ａk l,m,iおよびＣk l,m,iならびに摂
    動源（ｋ）の座標（Ｘ'k) 1 ,2 ,3 を決定するために、
    センサ（Ｃ）および摂動源（Ｓk)を既知の周囲磁場にお
    ける直進および回転によって変位させ、定数Ａk l,m,i、
    Ｃk l,m,iおよび（Ｘ'k)1,2,3を反復法によって同定し
    て、これらの定数が補償された測定値と既知の磁場の間
    の平均２次偏差を最小とするようにすることを特徴とす
    る、請求項３に記載の方法。
  6. 【請求項６】 航空機のコックピットに関して固定され
    ている送信機が、各々が磁場を発生する３個のコイルで
    構成されており、ヘルメットに取り付けられたセンサ
    （Ｃ）が同数のコイルで構成されており、送信機によっ
    て生じる磁場のセンサによる測定により、センサの位置
    および向きがコックピットの空間内で画定することが可
    能となり、ヘルメットに取り付けられた摂動源（Ｓ1,Ｓ
    2,Ｓ3,．．．Ｓk)によって生じる摂動が補償されること
    を特徴とする、航空機のパイロットのヘルメット照準装
    置の位置および向きの決定に適用可能な請求項１に記載
    の方法。
  7. 【請求項７】 定数Ａk l,m,iおよびＣk l,m,iが送信機の
    前記コイルの各々によって生じる磁場に関して独立に決
    定されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 ヘルメットに取り付けられた摂動源（Ｓ
    1,Ｓ2,Ｓ3,．．．Ｓk)のモデルの定数Ａk l,m,i、 Ｃk
    l,m,iおよび（Ｘ'k)1,2,3が工場で決定され、ヘルメッ
    トが任意の所与の磁場におかれることを特徴とする、請
    求項５に記載の方法。
  9. 【請求項９】 モデルの定数Ａk l,m,i、 Ｃk l,m,iおよび
    （Ｘ'k)1,2,3がヘルメットに取り付けられた記憶回路に
    記憶されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
JP7191057A 1994-07-05 1995-07-05 ヘルメット照準装置の位置および向きの決定に特に適用できる、磁性物体および導電性物体の運動による電磁摂動を補償する方法 Withdrawn JPH08114658A (ja)

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IL114375A (en) 1998-07-15
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