KR0132758B1 - 다이폴 검출 및 위치 측정 처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 다이폴 검출 및 위치 측정 시스템 및 방법은 개선된 처리기법을 채용한다. 제1 처리 기법(30)은 파 전파 현상의 처리와 유사한 방식으로 다이폴(13)을 검출하여 위치 측정하는 최대로 가능성이 높은 빔 형성 처리를 구성함에 의해 고속 공간 분해능을 제공한다. 고속 분해 기법(30)은 매트릭스에 의해 계수의 벡터의 형태로 배열되는 자기 센서(11)의 어레이로부터 유도된 데이타를 사용하여 구성한다. 이 벡터는 자계 요소 또는 앤더슨 함수 신장 계수 중의 하나일 수 있으며 그리고 다수의 동일한 매트릭스(37)가 특이성을 방지하도록 추가되는 이중 매트릭스(35)를 형성하도록 사용된다. 제2의 개선(30a)을 다이폴(13)의 검출 및 위치 측정을 달성하도록 3개 이상의 앤더슨 함수 신장 단계(34a)을 사용한 것이다. 3개 이상의 앤더슨 함수(34a)의 사용을 잡음에 대한 표시를 보다 낮게 제공함으로써 잡음 의존성을 보다 효과적으로 정규화하며 다중 다이폴의 검출 및 위치 측정을 제공한다. 제3의 개선(50)을 센서의 어레이(11)에 의해 측정된 데이타의 다중-통과다중-타켓 처리를 제공한다. 먼저 어레이의 필드 공간에서 가장 큰 다이폴(13a)의 위치가 결정되고 그의 모멘트 및 방향이 결정된다. 상기 위치 및 방향에서 다이폴(13a)에 의한 필드는 측정 데이타로부터 제거되고 처리가 반복된다. 이 필드는 어레이에 있는 센서(11)의 각각에서 그의 기여도를 완전히 감산하고 게다가 2번째로 큰 다이폴(13b)의 위치를 산정함으로써 제거된다. 모의 실험 결과 이 처리(50)가 필요에 따라 여러번 적용될 때 다중 다이폴을 분해할 수 있는 능력을 제공할 수 있음이 입증되었다.

Description

다이폴 검출 및 위치 측정 처리 방법

제1도는 본 발명의 이해를 돕기 위한 다이폴 모멘트 검출 및 위치 측정 시스템의 일부분을 나타내는 블록도.

제2도는 추가의 처리 경로로써 본 발명의 원리에 따른 고속 분해 처리를 나타내는 흐름도.

제3도는 본 발명의 원리에 따라 신장된 앤더슨 함수 계수를 사용하여 다중다이폴 검출 및 위치 측정을 달성하기 위한 흐름도.

제4도는 본 발명에 따른 다중 패스(pass) 다중 다이폴 처리를 나타나낸 흐름도.

제5a도 및 제5b도는 종래의 검출 및 위치 측정 처리에 대해 정합된 필드 응답의 메쉬 및 윤곽도.

제5c도 및 제5d도는 본 발명에 따른 고속 분해 응답의 메쉬 및 윤곽도.

제6a도는 종래의 검출 및 위치 측정 처리에 채용되는 제1의 3개 앤더슨 함수를 이용한 정합된 필드 프로세서 출력의 제1의 5개의 윤곽을 나타내는 도면.

제6b도는 본 발명에 따라 제1의 5개의 앤더슨 함수를 사용하는 정합된 필드 프로세서 출력의 제1의 5개의 윤곽을 나타내는 도면.

제7a도 및 제7b도는 각각 비교적 작은 응답을 가진 제2 다이폴의 존재하에서 비교적 큰 응답을 가진 제1 다이폴의 검출 및 위치 측정을 나타내는 본 발명의 고속 분해 출력의 윤곽 및 메쉬도.

제7c도 및 제7d도는 각각 제1다이폴에 의해 비교적 큰 응답을 줄인 후의 제2다이폴의 검출 및 위치 측정을 나타내는 본 발명의 고속 분해 출력의 윤곽 및 메쉬도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 다이폴 검출 및 위치 측정 시스템11 : 자기시 센서

12a, 12b : 자기 응답 위치13a : 제1자기 다이폴

13b : 제2 자기 다이폴14 : 벡터

15 : 프로세서

본 발명은 일반적으로 다이폴 검출 및 위치 측정 처리에 관한 것으로 보다 구체적으로는 고속 공간 분해능을 제공하고 앤더슨 함수 신장을 위해 3개 이상의 앤더슨 함수를 사용할 수 있으며, 다중 타겟분해능을 달성하기 위해 데이타 및 감산의 다중 처리를 사용할 수 있는 처리 방법 및 처리 장치에 관한 것이다.

본 발명은 본 발명의 양도인에게 양도되어 1990년 11월 20일 자로 출원된 계류중인 미합중국 특허원 제07/616,158호에 개시된 다이폴 모멘트 검출 및 위치 측정 발명에 관한 것이다. 이 출원에 기재된 다이폴 모멘트 검출 및 위치 측정은 다이폴 분야에 있어서 이전에 사용된 어떤 방법보다도 다중 필드센서를 처리하는데 있어서 개선된 방법을 제공한다. 상기 다이폴 모멘트 검출 및 위치 측정 시스템에 있어서 검출 및 위치 측정은 고정 벡터 또는 토탈-필드 자기계 어레이로 부터의 출력을 사용함으로써 이루어진다. 상기 특허 출원에 기재된 다이폴 모멘트 검출 및 위치 측정은 다이폴로부터 유도된 총 국부 자계의 변화를 검출하는데 하나의 센서를 사용하는 기존의 자기 변칙성 검출 시스템보다 동적 향상을 제공한다.

따라서 본 발명의 목적은 다이폴에 대한 고속 분해능과 다중 다이폴에 대한 개선된 검출 및 위치 측정을 제공하도록 고차의 앤더슨 함수를 사용할 수 있는 다이폴 모멘트 검출 및 위치 측정 처리 시스템 및 방법을 제공함과 아울러 필드 감산 기법에 의해 센서의 필드 내에서 다중 타겟 검출의 검출 및 위치 측정을 제공하는 처리 기법을 제공하는데 있다.

상기 특허 출원에 기재된 발명의 처리 능력을 개선하기 위해 본 발명은 상기 검출 및 위치 측정 시스템의 여러 면을 개선한 하나 또는 3개 이상의 처리 기법을 채용한 개선된 다이폴 검출 및 위치 측정시스템을 제공한다. 첫번째 개선점은 최대로 가능성이 있는 빔 형성 기법과 유사한 고속 분해 처리 기법의 사용이다. 두번째 개선점은 3회 이상의 기간(term)을 포함하도록 앤더슨 함수 신장 기법을 연장시킬 수 있다는 점이다. 마지막으로 세번째 개선점은 크게 다른 다이폴 모멘트를 가진 밀착 이격된 타겟 또는 타겟들을 분해하기 위해 다중 처리 및 감산을 제공할 수 있다는 점이다. 타겟 개개는 검출 및 위치 측정 시스템의 자기계 어레이(센서의 어레이)와 실질적으로 유사하다.

첫번째 개선은 파의 전파 현상을 검출하여 위치 측정하는 최대로 가능성이 있는 빔 형성 공정과 유사하게 검출 및 위치 측정 시스템의 프로세서에 사용되는 다이폴 모멘트 검출 및 위치 측정 처리 기법의 능력을 연장함에 의해 고속 공간 분해능을 제공한다. 고분해능의 개선은 매트릭스와 달리 벡터 계수의 형태로 센서의 데이타를 사용함으로써 이루어진다. 이 벡터는 음향적으로 최대로 가능성이 있는 빔형성에서와 같이 상관 매트릭스를 모방한 2중 매트릭스를 형성하며 2중 매트릭스가 단일화되는 것을 방지하기 위해 2중 매트릭스와 동일한 다수의 매트릭스를 추가하기 위해 사용한다.

다이폴 모멘트 검출 및 위치 측정 처리의 두번째 개선은 검출 및 위치 측정 시스템에 채용되는 앤더슨 함수를 3개 이상의 앤더슨 함수를 포함하도록 신장한 것이다. 3개 이상의 앤더슨 함수의 사용은 미리 계산된 빔 형성 계수의 범위 의존성을 정규화하는데 가장 효과적이며 잡음 및 클러터(clutter) 표시에 보다 효과적이다. 이것은 특히 전술한 고속 분해 처리가 사용되지 않고 그리고 비교적 높은 출력 분해가 처리된 신호에 존재할 때 효과적이다. 본 발명에 있어서 단지 3개의 앤더슨 함수만을 사용하는 단일 다이폴로부터 야기되는 필드는 어떤 잔류 에러 아주 많은 수의 함수(예컨대, 5개)로 신장되지만, 잡음 효과 및 다이폴 필드 효과가 더 정확히 나타난다. 특정한 다중 다이폴에서 고차의 다중폴에 의한 필드와 같이 잡음원 및 다른 현상은 단지 3개만의 앤더슨 함수에 의해서는 완전히 신장될 수 없다. 본 발명은 타겟 데이타를 처리하는데 사용되는 앤더슨 함수의 수를 증가시키므로 잡음 환경 또는 다이폴이 밀착 이격된 경우에 보다 양호한 검출 및 위치 측정을 제공한다.

세번째 개선은 자기계 어레이(magneteter array)를 포함하는 센서의 어레이에 의해 측정된 데이타의 다중-패스-다중 타겟 처리를 제공한다. 먼저 어레이의 제1공간에서 가장 큰 다이폴의 위치가 결정되고 그리고 그의 모멘트 및 방향이 결정된다. 그후에 상기 위치 및 방향에서 다이폴에 의한 필드가 측정에서 제외되고 처리가 반복된다. 이 필드는 자기계 어레이에 있는 센서의 각각에서 그 기여 정도를 감소시키고, 제2의 가장 큰 다이폴의 위치를 산정함에 의해 제거된다. 이 처리가 다중 타겟을 분해할 수 있는 능력을 제공함이 모의 실험을 통해 증명되었다.

고분해 처리 기법은 모의 데이타 및 필드 데이타에 의해 잡음의 유무에서 다이폴에 대한 보다 정확한 위치를 제공하는 것으로 드러났다. 고분해 처리 기법을 채용함에 의해 본 발명의 다이폴 모멘트 검출 및 위치 측정 시스템 및 처리 방법은 작은 물체를 검출하여 보다 정확히 위치 측정할 수 있게 된다. 고속으로 위치를 분해할 수 있는 능력은 밀착 이격된 클러터의 다이폴의 변칙성에 대해 식별할 수 있도록 한다.

공지된 바와 같이 단일 다이폴의 자계를 나타내기 위해서는 단지 3개의 앤더슨 함수의 사용을 필요로 한다. 그러나 처리에 있어서 3개 이상의 앤더슨 함수의 사용이 다음과 같은 장점을 갖고 있음이 발견되었다. 그것은 하나 이상의 다이폴을 동시에 정합 필드 처리를 제공함으로 능력을 신장시킨다. 센서로부터 유도된 신호의 잡음 기간의 보다 완전한 신장은 잡음 기간이 다이폴의 존재를 감지하는데 중요한 보다 양호한 잡은 정규화를 제공하도록 사용될 때 달성된다. 아울러 4배 폴 또는 다른 다중폴 필드와 같이 고정 필드는 타겟, 또는 필드 자체가 타겟을 검출하는데 사용될 수 있는 것보다는 고정 다이폴에 적당한 3개 이상의 앤더슨 함수를 채용함에 의해 필드의 공간 경도가 측정되는 필드 측정의 경도 측정기의 기록을 검출하는데 사용될 수 있다.

다중 통과 처리의 사용은 보다 큰 자계를 갖는 다른 다이폴의 존재시 또는 어레이의 근접 배치된 다이폴의 검출을 제공한다. 이것은 보다 작은 다이폴이 큰 타겟 다이폴의 옆에 놓여 있을 때 그 자체를 위치 측정할 수 있으므로 은폐될 때 중요하다. 새로운 다중 통과 방법으로는 이 문제에 대한 해결을 완전히 제공하지 못하지만 그것이 사용되지 않는 것보다는 더 양호한 해결책을 제공한다.

본 발명이 단일 통과 처리로 분리될 수 없는 타겟을 분리시킬 수 있음이 모의 실험을 통해 증명되었다.

본 발명의 여러가지 특징 및 장점은 첨부 도면과 관련한 이하의 상세한 설명으로부터 쉽게 이해될 것이다. 아울러 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타내고 있다.

제1도의 도면은 본 발명의 원리에 따라 다이폴 모멘트 검출 및 위치 측정 처리를 채용한 다이폴 모멘트 검출기 및 위치 측정기 시스템(10)을 나타낸다. 이 시스템(10)의 센서 부분은 미합중국 특허원 제07/616,158(1990.11.20)에 기재되어 있다. 이 시스템(10)은 제1 다이폴(13a)을 검출 및 위치 측정할 수 있는 일정한 통상 선형이지만 선형에 국한되지 않는 자기 센서(11)의 어레이를 채용한다. 이 시스템(10)의 설계 및 동작의 보다 양호한 이해를 위해 상기 특허원이 참조로 고려될 수 있다. 상기 특허원에 개시된 시스템은 제1 다이폴(13a)이 자기계의 어레이보다 크거나 또는 유사할 때 단지 제1 다이폴(13a)만을 적절히 검출 및 위치 측정할 수 있는 능력을 갖는다. 그러나 본 발명이 제공하는 처리는 이하에 기술하는 바와 같이 제1 다이폴(13a)의 근처에 놓이는 추가의 다이폴(13b)을 검출 및 위치 측정할 수 있는 능력을 제공한다.

구체적으로 제1도는 처리 장치(15)에 결합되는 자기 센서(11)의 어레이를 포함하는 검출 및 위치 측정 시스템(10)을 나타낸다. 원형 위치의 어레이는 자기 센서(11)의 어레이에 관련된 다이폴의 존재에 대해 탐색된 자기 응답 위치(12)를 나타낸다. 자기 응답 위치(12)는 복수의 다른 방향에서 자기 다이폴이 각각의 특정한 자기 응답 위치(12) 내에 존재하는 경우에 발생되는 자계를 나타내는 자기 응답 위치와 관련된 미리 계산된 자기 응답을 갖는다. 또한 제1도는 제1 및 제2자기 다이폴(13a, 13b)이 위치하는 2개의 특정한 자기 응답 위치(12a, 12b, 밝은 부분)을 나타내고 있는데 상기 다이폴 각각은 다른 필드 강도를 갖는다. 설명을 목적으로 제1 자기 다이폴(13a)이 제2 자기 다이폴(13b)보다 상대적으로 큰 필드 강도를 갖는다. 화살표로 표시되어 있는 복수의 위치 측정 벡터(14)는 제1 자기 다이폴(13a)이 위치하는 자기 응답 위치(12a) 방향으로 자기 센서(11)의 어레이의 각 센서로부터 연장되어 있는 것이 도시되어 있다. 각 센서의 판독이 제1 자기 다이폴(13a)의 위치를 나타내는 벡터의 세트에 기여함으로써 이하에 기술된 바와 같이 본 발명의 개념을 사용하여 처리된 감지된 표시를 형성한다. 제2의 자기 다이폴에 대해서도 유사한 표시가 형성되며 전체의 표시는 2개의 표시의 간단한 합이다.

제2도는 본 발명의 제1의 양태로서 본 발명과 관련된 고속 분해 처리는 다음과 같이 달성된다. 제2도는 본 발명의 원리에 따른 고속 분해 처리를 대표하는 흐름도를 나타내고 있다. 이어서 제3도 및 제4도는 본 발명에 따라 신장된 앤더슨 함수 접근 방법과 밀착 이격된 다이폴 또는 자기 클리터에 의해 감추어진 다이폴을 분해하는 다중 처리 접근 방법을 달성하기 위한 변형 양태를 나타낸다.

전제로서 다이폴 모멘트 검출 및 위치 측정은 자계와 유사하고 천수 응용(shallow water application)에서와 같이 한정된 영역에 음향계의 형태상 전파용으로 도입되는 음향 정합 필드 처리에 적용되는 정합 필드 처리 접근 방법에 기초하고 있다. 정합 필드 처리는 정합된 필터 개념에 기초하고 있는데 이는 함수 분석에 있어서 카우치-쉬워츠(Cauchy-Schwarz) 부등식에 기초하고 있다. 소나(sonar) 및 레이더(rader)에 사용되는 빔 형성기가 이 개념에 기초하는 이유는 그것이 소정의 방향에서 도착하는 평면파형 정합 프로세서이기 때문이다. 본 명세서에 기재된 고속 분해 처리는 음향 전파보다는 자계에 적용할 수 있도록 음향 계로 연장한다.

소나 및 레이더의 고속 분해 처리는 일반적으로 센서 대 센서 신호-플러스-잡음(signal-plus-noise) 또는 잡음-얼론 크로스-상관 매트릭(noise-alone cross-correlation matrix)의 사용에 기초하고 있다. 종래 빔 형성기의 출력은 소위 바틀레트(Bartlett)형태로 주어진다.

J(θ)=B^T(θ)RB(θ)

여기서 B(θ)는 빔의 조정 벡터이고 R은 가교-상관 매트릭스이다. 이 결과는 가장 큰 필드원의 방향에 조정 벡터가 있을 때 최대값을 갖는다. 한편 최대로 가능성이 있는 빔 형성기는 하기와 같은 형식을 갖는데, 즉

J_ML(θ)=(B^T(θ)(B(θ))/(B^T(θ)R^-1B(θ))이다.

자기 센서(11)의 어레이의 필드에 단일의 강원(strong source)이 존재하는 경우 상관 매트릭스는 특이한 즉 매트릭스 행렬식이 제로에 가깝고 그 방향에 대한 결과는 작은수(매우 큰 수)의 역수이며, 조정 방향의 함수로써 응답의 민감성을 환산한 분해능은 종래의 빔 형성기에서 보다 양호하다.

본 발명을 구체화하는 다이폴 모멘트 검출 및 위치 측정 처리에 대한 상기 분석(제2도에 표시)을 적용하기 위해 여러가지 개념적 변화가 가미되었다. 먼저 다이폴 모멘트 검출 및 위치 측정에 있어서 시간(또는 잡음 불변)은 센서(11)의 어레이를 위한 상관 매트릭스를 형성하도록 쉽게 얻어지지 않는다. 따라서 이중 매트릭스 a^Ta는 자체로 벡터 a의 이중적을 형성한다. 벡터는 측정된 앤더슨 계수를 포함할 뿐 아니라 자계 측정 벡터일 수 있다. 이중적은 컬럼 벡터와 로우 벡터를 승산함으로써 형성된다. 제2의 개념적 변화는 이 측정 벡터의 구성을 포함한다. 종래의 다이폴 모멘트 검출 및 위치 측정 처리에 있어서 계수는 3×3매트릭스 즉, 측정된 필드의 3개의 요소의 각각에 대한 하나의 로우 또는 컬럼 세트로 조직되어 있으며 다른 치수는 각각의 앤더슨 함수의 차수를 나타낸다. 본 발명의 고속 분해 처리는 완전한 새로운 차수, 즉 3×3=9 요소까지 갖는 벡터의 차수, 또는 앤더슨 계수와 다른 필드 측정이 사용되는 경우의 N×N 벡터의 차수로 배열하였다. 여기서 N은 센서(자기계) 측정수이다. 이것은 이중 매트릭스를 형성하는데 요구된다. 3번째 개념은 최대로 가능성이 있는 빔 형성 처리와 비교될 만한 고속 분해 처리의 구성을 완료하는데 요구된다. 이것은 이중 매트릭스의 특이성을 크게 경감시킨다. 이것은 이중 매트릭스에 작은 다중의 동일한 매트릭스를 가산함으로써 달성된다. 종래의 다이폴 모멘트 검출 및 위치 측정 처리기 4중 출력은 바틀레트 형태를 갖는데, 즉

J(x, y,z, φ)=(α^T(x, y, z, φ)Rα^T(x, y, z, φ)+εI)

여기서 R=rr^T이고, 위치(x, y, z, φ)에 대한 미리 계산된 앤더슨 함수 계수는 벡터 a(x, y, z, φ)에 포함되며, 벡터 r은 미리 계산된 계수와 달리 측정된 계수의 동일 벡터이다. 새롭게 구성된 고속 분해 처리의 4중 출력은 다음과 같은 형식을 갖는다. 즉,

J_ML(θ)=(a^T(x, y, z, φ)a(x, y, z, φ)/a^T(x, y, z, φ))(R_dyad+εI)^-1a^T(x, y, z, φ)), 여기서, R_dyad=rr^T이다. 상기 식의 평가는 제2도에 처리 단계(37, 38)로 표시한 공정이다. a' 및 γ'을 정규화한 이 표현식의 시험은 미리 계산 및 측정된 계수가 정합될 때 분포는 상이한 소나 또는 레이다 상황에서와 같이 작게됨을 나타낸다. 필드 측정이 사용되는 경우 전개에서의 a벡터는 필드 측정값으로 대체된다.

보다 구체적으로는 제2도는 본 발명의 원리에 따른 고속 분해 처리 방법(30)을 나타내는 흐름도이다. 제1 처리 단계(31)에서 센서(11)의 어레이로부터의 데이타는 다른 센서를 사용하는 각 센서의 값을 예상하는 선형 모델로 처리된다. 아울러 제2처리 단계(32)에서 데이타는 데이타에 대한 저역 통과 필터로써 동작하는 데이타의 긴 기간 적분을 수행하는데 걸리는 평균 시간이다. 이 데이타는 제1 처리 단계(31)에서 계산된 데이타의 값을 조정하는데 사용된다. 아울러 제3 처리 단계(33)에서 시간 평균 데이타에 의해 수정되는 예상된 센서 데이타 값이 측정된 데이타로부터 감산된다. 제1의 3개의 처리단계(31, 32, 33)는 다이폴 검출 및 위치 측정 프로세서의 모든 형태에 공통이며 잡음 정규화를 잘 달성하는 것으로 알려진 역상관 매트릭스의 응용에 필적하는 잡음 정규화 처리 공정이다.

상기 경과에 따른 데이타는 단계(34)에서 기억된 앤더슨 함수의 세트에 대해 처리된다. 본 발명을 동작시키기에 앞서 처리 단계(35)에 나타낸 바와 같이 기억된 데이타는 각각 특정 최대 응답 위치(12)내에 자기 다이폴이 존재할 때 발생하는 자계를 나타내는 최대 응답 위치(12)의 각각과 관련된 자기응답을 포함하는 앤더슨 함수로 발생된다. 따라서 이에 대한 처리는 측정된 앤더슨 계수의 세트가 된다.

측정된 앤더슨 계수는 처리 단계(36)에서 자기 응답 위치의 임의의 하나에 복수의 방향에 대한 자기 표시 세트를 포함하는 앤더슨 계수의 미리 계산된 세트에 대해 정합 필터(상관)된다. 이러한 상관 매트릭스는 두개의 데이타 세트의 도트 적을 포함하며, 2개의 데이타 값이 실질적으로 동일할 때 상관 관계는 급격히 증가된 정규값을 발생시키고 데이타가 조금 다를 때는 상대적으로 낮은 값을 발생시킨다.

2개의 처리 단계(37, 38)를 포함하는 추가의 처리 경로는 본 발명의 원리에 따른 고속 분해 처리를 나타내고 있다. 처리 단계(37)에서 미리 게산된 이중 매트릭스가 다수의 동일 매트릭스에 추가된다. 처리 단계(38)에서 최대로 가능성이 있는 고속 분해 출력은 단계(37)로부터 유도된 변형된 이중 매트릭스의 이용으로 형성된다.

상관 처리 단계(36) 및 고속 분해 처리 단계(36)의 출력이 단계(39)에서 처리되는데 이 단계에서 입계치가 세트되고 타겟이 검출된다. 방법의 최종 단계(30)는 처리 단계(40)에 표시한 바와 같이 검출된 타겟 대상을 추적하는 것이다.

제5a 내지 5b도는 상기 인용한 특허원에 개시된 발명에 의해 제공된 종래의 다이폴 모멘트 검출 및 위치 추정 정합 필드 처리와 비교하여 본 발명의 고속 분해 처리의 능력을 분해하는데에 있어서의 차이점을 나타낸다. 제 5a 및 제5b도는 정합된 필드 프로세서 출력의 메쉬 및 윤곽도이고, 제5c 및 제5d는 본 발명의 고속 분해 프로세서 출력의 메쉬 및 윤곽도이다. 제5c 및 제5d에 도시한 최고 부분은 모사된 다이폴 위치에 정밀하게 위치 설정되어 있으며 고속 분해 프로세서에서 가장 분해가 민감한 곳이다.

본 발명의 제2 처리 방법(30a)에서 신장된 앤더슨 함수 표현식은 다음과 같이 달성된다. 제3도는 본 발명의 원리에 따른 다이폴 검출 및 위치 측정을 달성하도록 신장된 앤더슨 함수 계수의 방법(30a) 및 사용을 나타내는 흐름도이다. 제3도는 고속 분해 처리 단계(37, 38)가 존재하지 않는다는 것을 제외하고는 제2도와 동일하다. 즉 신장 단계(34)는 3개 이상의 앤더슨 함수를 사용하는 신장을 제공하는데 이는 처리 단계(34a)에 표시되어 있다. 그리고 미리 연산하는 단계(35)는 처리 단계(35a)에 표시되어 있는 바와 같이 3개 이상의 앤더슨 함수의 사용을 제공한다. 처리 과정을 전술한 바와 대체로 갖으나 3개 이상의 앤더슨 함수를 사용하므로 이하와 같이 개선이 증대된다.

일반적으로 다이폴(13a)의 필드의 완전한 설명은 단지 3개의 앤더슨 함수의 사용을 요한다고 알려져 있다. 다이폴(13a)을 처리할 때 3개 이상의 앤더슨 함수를 사용하면 잡음(또는 비정상)이 제거되기만 하면 개선시킬 수 있다. 이것은 특히 본 발명의 고속 분해 처리와 종래의 다이폴 모멘트 검출 및 위치 측정 거리를 비교해 보면 사실이다.

앤더슨 함수로 환산한 센서 측정값의 신장은 도달하는 평면파[파수 분해(wave-number decomposition)]에 의해 음향 어레이의 측정값의 신장과 유사하다. 분해를 미세하게 하면 할수록 간섭원을 제거하는 능력이 더 커진다. 다른 유사한 점은 푸리에 변환에 의해 분광 분해한다는 것이다. 단지 소수의 가능한 삼각함수가 신장에 사용되는 경우 전력 밀도 스펙트럼의 완전한 설명이 이루어지지 않는다. 따라서 앤더슨 함수의 큰수(3)는 본 발명의 다이폴 모멘트 검출 및 위치 측정 처리에 사용되는 즉 hi(γ)=γ^i-1/(1+γ²)^5/2; i=1, 2, …γ=tan(θ)에 의해 정의된다. 제6a도는 종래의 다이폴 검출 및 위치 측정 처리를 사용하여 처리되는 다이폴의 경우 특히 제1의 3개의 앤더슨 함수를 사용하는 정합 필드프로세서 출력의 제1의 5개의 윤곽을 나타낸다. 제6b도는 제6a도와 동일한 형상을 나타내지만 여기서는 5개의 앤더슨 함수가 사용된다. 윤곽 곡선의 결합 세트를 볼 때 후자의 경우가 더 양호한 분해능을 갖는다. 후자에 있어서의 개선된 분해능은 센서(11)의 어레이에 대해 오프세트 거리의 3승으로 나눈 다이폴(12a)로부터의 다이폴 모멘트의 크기를 정규화하는 것과 관련된다. 이러한 정규화는 앤더슨 함수 신장 계수를 자승의 합의 평방근으로 나눔으로써 달성된다. 3개 이상의 앤더슨 함수를 사용하는 본 발명의 기법에 따라 처리에 사용되는 방정식의 분모는 양호한 상관 정합이 이루어지지 않는 경우에 크게 된다. 이것으로 인해 다이폴이 없는 자기 응답위치 공간의 영역들에서 응답이 작아진다.

잡은 환경이 보다 양호해진다는 설명과 같이 3개 이상의 앤더슨 함수를 이용하면 여러가지 장점을 얻을 수 있다. 이 예비 파리미터(앤더슨 함수 신장의 치수)는 신호 프로세서가 제어하는 하나 이상의 파라미터를 제공한다.

본 발명의 제3의 양태에 있어서 다중 처리를 사용하는 다중 타겟 다이폴(13a, 13b)의 분해능은 다음과 같이 달성된다. 제4도는 본 발명의 원리에 따른 다중 패스 다중 다이폴 처리(50)를 나타내는 흐름도이다. 제4도에서, 선단처리 단계(31-36) 및 (39)는 제2도 및 제3도와 관련하여 상술한 바와 같다.

본 발명의 제3의 개선은 단계(41)에 표시된 바와 같이 가장 큰 다이폴(13)로 인한 자계를 계산하는 단계(39)로부터의 검출된 가장 큰 출력과 더불어 단계(35)로부터의 미리 계산된 앤더슨 함수를 처리하는 것을 제공한다. 가장 큰 다이폴에 의한 계산된 필드는 단계(42)에 제공된 바와 같이 측정된 필드로 부터 감산된다. 감산 데이타는 단계(43)에 표시되어 있는 바와 같이 검출 영역에서 제2의 가장 큰 다이폴(13)을 검출하여 위치 측정하도록 재처리된다. 최종의 3개의 단계는 모든 검출된 다이폴(13)을 검출하여 위치 측정하도록 필요한 경우 반복된다.

다이폴 모멘트 검출 및 위치 측정 처리에서의 3번째 개선은 제7a 내지 제7d도와 관련하여 설명된다. 제7a 및 제7b도는 가장 큰 콘트리뷰터(제1 다이폴, 13a)의 필드를 산출하여 다중 타겟(제2 다이폴, 13b)의 보다 양호한 분해능을 제공하도록 그것을 측정값으로부터 감산함으로써 고속 분해 출력이 2개의 다이폴(13a, 13b)의 필드를 처리한 결과가 되게 한 메쉬 및 윤곽도를 나타낸다. 제7c 및 제7d는 제1 다이폴(13a)로부터 큰 응답을 감산한 후의 고속 분해 출력의 수득한 메쉬 및 윤곽도를 나타낸다.

제7a 및 제7b도는 2개의 신호, 즉 D1[제1 다이폴(3a)]으로 표시된 위치와 D2(제7d도의 윤곽도에 도시)로 표시된 위치에서의 2개의 신호에 본 발명의 고속 분해 처리를 제공한 결과를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 제1 다이폴(13a)이 센서(11)의 어레이에 근접되어 있으므로 그의 응답은 완전히 출력을 점유한다. 한편 제7c 및 제7d도는 제2 다이폴(13b)의 위치에서 제1 다이폴(13a)로 인한 기여도를 산정한 결과를 나타낸다. 측정치에 대한 산정된 기여도는 완전히 감산되고 고속 분해 처리가 반복된다. 제7d도에 도시한 바와 같이, D2에서의 제2 다이폴(13b)의 존재가 검출될 수 있으며 그의 위치가 결정된다.

이와 같이 본 명세서에서는 고속 공간 분해능과, 3개 이상의 앤더슨 함수 신장의 사용과 그리고 다중 타겟 분해능을 달성하는 다중 데이타 처리를 제공하는 다이폴 검출 및 위치 측정 처리 및 처리 장치에 대한 개선점이 기재되어 있다.

상술한 실시예는 본 발명의 원리의 응용을 나타내는 많은 특정 실시예의 몇몇의 예에 불과하며 본 발명의 영역을 벗어남이 없이 여러가지 다른 변형실시예 가능할 수 있다.

Claims (3)

1. 자기 다이폴(13)에 대응하는 감지된 자계를 나타내는 출력 신호를 각각 제공하는 공간적으로 분포된 자기 센서(11)의 어레이와 상기 센서(11)의 어레이에 결합되어 자기 다이폴(13)이 존재할 때 발생되는 자계의 측정된 자기 표시를 발생하고 자기 표시를 나타내는 출력 신호를 제공하여 자기 다이풀(13)의 위치 및 관련 방향을 표시하도록 상호 관련된 출력 신호를 처리하기 위한 처리 수단(15)을 구비하는 다이폴 검출 및 위치 측정 시스템(10)에 사용되는 것으로서, 상기 공간적으로 분포된 자기 센서(11)의 어레이를 사용하여 자기 다이폴(13)을 감지하고 이 어레이에 의해 감지된 자계를 나타내는 센서(11)의 각각으로부터 출력 신호를 제공하는 단계와 자기 센서에 의해 감지된 자계를 그 자계 성분, 즉 자계 성분의 벡터 또는 앤더슨 함수 신장 계수의 벡터 중 어느 하나의 형태를 하는 성분으로 분해하여 다이폴(13)의 자기 응답 함수를 나타내는 자계 및 다이폴(13)이 발생하는 각 자기 표시를 발생시키는 자기 센서(11)외 어레이로부터 출력 신호를 처리하는 단계(31-36)를 포함하는 다이폴 검출 및 위치 측정 방법(30)에 있어서, 이중 매트릭스를 발생하도록 자기 표시를 처리하는 단계(35)와 특이성을 방지하고 수정된 이중 매트릭스를 제공하기 위한 다수의 동일한 매트릭스를 이중 매트릭스에 가산하는 단계(37)와 다이폴(13)의 위치 및 관련 방향을 나타내는 신호를 제공하도록 상기 수정된 이중 매트릭스를 사용하여 최대로 가능성 있는 빔 형성 처리에 따라 자기 표시를 처리하는 단계(38)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이폴 검출 및 위치 측정 방법.
2. 공간적으로 분포된 자기 센서(11)의 어레이를 사용하여 자기 다이폴(13)을 감지하여 상기 센서에 의해 감지된 자계를 나타내는 센서(11)의 각각으로부터의 출력 신호를 제공하는 단계와 상기 센서에 의해 감지된 자계를 그의 자계 성분으로 분해하여 다이폴의 자기 응답 함수를 나타내는 다이폴(13)에 의해 발생된 각 자기 표시를 발생시키는 자기 센서(11)의 어레이로부터 출력 신호를 처리하는 단계(31-36)를 포함하는 자기 다이폴(13)을 검출하여 위치 측정하는 방법(30a)에 있어서 잡음의 정규화 및 다이폴(13)에 의해 발생되지 않는 자기 특성의 개선된 표시를 제공하도록 3개 이상의 앤더슨 함수를 사용하여 다이폴(13)로부터 유도된 자계를 신장하는 단계(34a)와 다이폴(13)의 위치 및 관련 방향을 나타내는 신호를 제공하도록 자기 표시를 처리하는 단계(36, 39)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이폴 검출 및 위치 측정 방법.
3. 자기 다이폴(13)을 검출하여 위치 측정하는 방법(50)에 있어서 공간적으로 분포된 자기 센서(11)의 어레이를 사용하여 상대적으로 큰 자계를 가진 제1 자기 다이폴(13a)을 감지하여 센서에 의해 감지된 자계를 나타내는 각 센서로부터의 출력 신호를 제공하는 단계와 상기 센서에 의해 감지된 자계를 그의 자계 성분으로 분해하여 제1 다이폴(13 a)에 의해 발생되고 상기 제1 다이폴(13a)의 자기 응답 함수를 나타내는 각 자기 표시를 발생시키는 자기 센서 어레이로부터의 출력 신호를 처리하는 단계(31-33)와 범위 의존성 및 잡음을 정규화하기 위해 3개 이상의 앤더슨 함수를 사용하여 제1 다이폴(13a)로 부터 얻어진 자계를 신장하는 단계(34a)와 제1 다이폴(13a)의 위치 및 관련 방향을 나타내는 신호를 제공하도록 자기 표시를 처리하는 단계(36, 39)와 상기 어레이의 각 센서에서 제1 다이폴(13a)로 인한 자계 기여도를 감산하는 단계(41, 42)를 포함하는 제1 다이폴(13a)의 위치 및 방향을 산정하는 단계와 상기 센서에 의해 감지된 자계를 그의 자계 성분으로 분해하여 제2 다이폴(13b)에 의해 발생되며 상기 제2 다이폴(13b)의 자기 응답 함수를 나타내는 각 자기 표시를 발생시키는 자기 센서의 어레이로부터 출력 신호를 처리하는 단계(31-33)와 잡음을 정규화하고 클러터 특성을 개선시키기 위해 3개 이상의 앤더슨 함수를 사용하여 제2 다이폴(13b)로부터 얻어진 자계를 신장하는 단계(34a)와 제2 다이폴(13b)의 위치 및 관련 방향을 나타내는 신호를 제공하도록 자기 표시를 처리하는 단계(43)을 포함하는 제1 다이폴(13a)보다 작은 자계를 가진 제2 다이폴(13b)의 위치 및 방향을 산정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 다이폴 검출 및 위치 측정 방법.