特許 7445291 宇宙機の磁場計測システム、磁場計測方法、及び磁場計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-28

(45)【発行日】2024-03-07

(54)【発明の名称】宇宙機の磁場計測システム、磁場計測方法、及び磁場計測装置

(51)【国際特許分類】

   B64G 1/66 20060101AFI20240229BHJP

   G01R 33/02 20060101ALI20240229BHJP

【ＦＩ】

B64G1/66 A

G01R33/02 L

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020018197

(22)【出願日】2020-02-05

(65)【公開番号】P2021123242

(43)【公開日】2021-08-30

【審査請求日】2022-12-16

(73)【特許権者】

【識別番号】503361400

【氏名又は名称】国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】今城 峻

(72)【発明者】

【氏名】相田 真里

(72)【発明者】

【氏名】松本 晴久

【審査官】長谷井 雅昭

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００８／０１２２４２４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００５－０６９８２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２３３９４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－００２１９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６４Ｇ １／６６

Ｇ０１Ｒ ３３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

宇宙機の異なる位置に設置され３軸方向の測定信号を出力する複数の磁気センサと、
前記磁気センサが出力する３軸方向の観測データから、前記宇宙機が発するノイズを除去して前記宇宙機の周辺の磁場の大きさを演算する演算部と、
を備え、
前記演算部は、
前記観測データに対し、移動平均を実行してトレンドデータを生成し、
前記観測データから、前記トレンドデータを除去してトレンド除去データを生成し、
前記トレンド除去データに対し独立成分分析を実行して、前記トレンド除去データを、自然界の信号に由来する自然信号と、前記宇宙機の構成要素に由来するノイズ信号とに分離し、
前記トレンド除去データから前記ノイズ信号を減算してノイズ除去済みトレンド除去データを生成し、その後前記ノイズ除去済みトレンド除去データに前記トレンドデータを加算して、ノイズ除去済みデータを生成する
よう構成されていることを特徴とする、宇宙機の磁場計測システム。

【請求項2】

前記演算部は、前記自然信号と、前記ノイズ信号とに分離する場合において、前記自然信号と前記ノイズ信号とを判別するのに用いられる判別指標を演算するよう構成された、請求項１に記載の宇宙機の磁場計測システム。

【請求項3】

前記演算部は、前記独立成分分析により得られた混成行列の行ベクトルの差に基づき、前記判別指標を演算する、請求項２に記載の宇宙機の磁場計測システム。

【請求項4】

前記トレンドデータを出力するトレンドデータ出力部を更に備えた、請求項１に記載の宇宙機の磁場計測システム。

【請求項5】

前記ノイズ信号を出力するノイズ出力部を更に備えた、請求項１に記載の宇宙機の磁場計測システム。

【請求項6】

前記複数の磁気センサは、前記宇宙機の本体から延びるアンテナタワーの異なる位置に配置される、請求項１～５のいずれか１項に記載の宇宙機の磁場計測システム。

【請求項7】

宇宙機の異なる位置に設置された複数の磁気センサにおいて、３軸方向の観測データを取得し、
前記観測データに対し、移動平均を実行してトレンドデータを生成し、
前記観測データから、前記トレンドデータを除去してトレンド除去データを生成し、
前記トレンド除去データに対し独立成分分析を実行して、前記トレンド除去データを、自然界の信号に由来する自然信号と、前記宇宙機の構成要素に由来するノイズ信号とに分離し、
前記トレンド除去データから前記ノイズ信号を減算してノイズ除去済みトレンド除去データを生成し、その後前記ノイズ除去済みトレンド除去データに前記トレンドデータを加算して、ノイズ除去済みデータを生成する
ことを含む、磁場計測方法。

【請求項8】

前記自然信号と前記ノイズ信号とに分離するステップは、前記自然信号と前記ノイズ信号とを判別するのに用いられる判別指標を演算し、前記判別指標の大小に基づいて実行される、請求項７に記載の磁場計測方法。

【請求項9】

前記独立成分分析により得られた混成行列の行ベクトルの差に基づき、前記判別指標を演算する、請求項８に記載の磁場計測方法。

【請求項10】

前記複数の磁気センサは、前記宇宙機の本体から延びるアンテナタワーの異なる位置に配置される、請求項７～９のいずれか１項に記載の磁場計測方法。

【請求項11】

宇宙機の異なる位置に設置される複数の磁気センサが出力する３軸方向の観測データから、前記宇宙機が発するノイズを除去して前記宇宙機の周辺の磁場の大きさを演算する演算部を備え、
前記演算部は、
前記観測データに対し、移動平均を実行してトレンドデータを生成し、
前記観測データから、前記トレンドデータを除去してトレンド除去データを生成し、
前記トレンド除去データに対し独立成分分析を実行して、前記トレンド除去データを、自然界の信号に由来する自然信号と、前記宇宙機の構成要素に由来するノイズ信号とに分離し、
前記トレンド除去データから前記ノイズ信号を減算してノイズ除去済みトレンド除去データを生成し、その後前記ノイズ除去済みトレンド除去データに前記トレンドデータを加算して、ノイズ除去済みデータを生成する
よう構成されていることを特徴とする、磁場計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は宇宙機の磁場計測システム、磁場計測方法、及び磁場計測装置に関する。

【背景技術】

【0002】

準天頂軌道衛星として、日本では、みちびき衛星１号機（ＱＺＳ－１）が運用されている。ＱＺＳ－１衛星は、遠地点３９０００ｋｍ、近地点３２０００ｋｍ、軌道傾斜角４１°の準天頂軌道を飛翔する、日本周辺域で位置情報システムを提供することを主目的とした人工衛星である。この人工衛星は、宇宙環境モニタリング用に２つの３軸フラックスゲート磁気センサを搭載しており（例えば、非特許文献１参照）、１つはアンテナタワーの先端に、もう１つは根元に設置されている。この磁気センサが、宇宙環境の測定の１つとして、衛星の周囲の磁場を計測する。

【0003】

アンテナタワーの高さは、衛星の本体の１／４程度であるため、人工衛星からの磁場の影響を受けることが避けられない。人工衛星には、太陽電池パネル、ヒータ、各種電気回路など、磁場を発生する構成要素が含まれており、これらの動作に伴う磁場変動が磁気センサにおいて検出される。アンテナタワーの高さを大きくするか、又は伸展マストを設置することで、人工衛星からのノイズの影響は低減することができるが、人工衛星のコストが増加してしまう。このため、伸展マストを設けたり、アンテナタワーの高さを大きくしたりすることなく、衛星からのノイズの影響を除外して、衛星（宇宙機）の周囲の磁場を正確に測定可能な磁場計測システム及び磁場計測方法が求められている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【文献】第１５回「宇宙環境シンポジウム」講演論文集 ８１～８５頁

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、宇宙機からの磁場の影響を除外して、宇宙機の周囲の磁場を正確に測定可能な磁場計測システム、磁場計測方法、及び磁場計測装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するため、本発明に係る宇宙機の磁場計測システムは、宇宙機の異なる位置に設置され３軸方向の測定信号を出力する複数の磁気センサと、前記磁気センサが出力する３軸方向の観測データから、前記宇宙機が発するノイズを除去して前記宇宙機の周辺の磁場の大きさを演算する演算部とを備える。前記演算部は、前記観測データに対し、移動平均を実行してトレンドデータを生成し、前記観測データから、前記トレンドデータを除去してトレンド除去データを生成し、前記トレンド除去データに対し独立成分分析を実行して、前記トレンド除去データを、自然界の信号に由来する自然信号と、前記宇宙機の構成要素に由来するノイズ信号とに分離し、前記トレンド除去データから前記ノイズ信号を減算してノイズ除去済みトレンド除去データを生成し、その後前記ノイズ除去済みトレンド除去データに前記トレンドデータを加算して、ノイズ除去済みデータを生成するよう構成されている。

【0007】

また、本発明に係る磁場計測方法は、宇宙機の異なる位置に設置された複数の磁気センサにおいて、３軸方向の観測データを取得し、前記観測データに対し、移動平均を実行してトレンドデータを生成し、前記観測データから、前記トレンドデータを除去してトレンド除去データを生成し、前記トレンド除去データに対し独立成分分析を実行して、前記トレンド除去データを、自然界の信号に由来する自然信号と、前記宇宙機の構成要素に由来するノイズ信号とに分離し、前記トレンド除去データから前記ノイズ信号を減算してノイズ除去済みトレンド除去データを生成し、その後前記ノイズ除去済みトレンド除去データに前記トレンドデータを加算して、ノイズ除去済みデータを生成することを含む。

【0008】

また、本発明に係る磁場計測装置は、宇宙機の異なる位置に設置される複数の磁気センサが出力する３軸方向の観測データから、前記宇宙機が発するノイズを除去して前記宇宙機の周辺の磁場の大きさを演算する演算部を備える。この演算部は、前記観測データに対し、移動平均を実行してトレンドデータを生成し、前記観測データから、前記トレンドデータを除去してトレンド除去データを生成し、前記トレンド除去データに対し独立成分分析を実行して、前記トレンド除去データを、自然界の信号に由来する自然信号と、前記宇宙機の構成要素に由来するノイズ信号とに分離し、前記トレンド除去データから前記ノイズ信号を減算してノイズ除去済みトレンド除去データを生成し、その後前記ノイズ除去済みトレンド除去データに前記トレンドデータを加算して、ノイズ除去済みデータを生成するよう構成されている。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、宇宙機からの磁場の影響を除外して、宇宙機の周囲の磁場を正確に測定可能な磁場計測システム、磁場計測方法、及び磁場計測装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１の実施の形態に係る宇宙機１の構成を説明する。

【図2】宇宙機本体１１に搭載されている演算回路及び中央制御回路の構成の一例を示すブロック図である。

【図3】第１の実施の形態の宇宙機の演算プログラムの動作を説明するフローチャートである。

【図4】第１の実施の形態の第１磁気センサ１４、及び第２磁気センサ１５において得られる測定信号、及び磁気嵐の一例を示すグラフである。

【図5】移動平均フィルタ３１により測定信号から分離されたトレンドデータ、及びトレンド除去データの一例を示すグラフである。

【図6】分離された６つの独立成分ＩＣ１～６の一例を示すグラフである。

【図7】ノイズ除去済みデータ、ノイズ除去済みトレンド除去データの一例を示すグラフである。

【図8】本発明の第２の実施の形態を説明するブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面を参照して本実施形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本開示の原理に則った実施形態と実装例を示しているが、これらは本開示の理解のためのものであり、決して本開示を限定的に解釈するために用いられるものではない。本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味においても限定するものではない。

【0012】

本実施形態では、当業者が本開示を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本開示の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。

【0013】

［第１の実施の形態］
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る宇宙機１の構成を説明する。図１の宇宙機１は、例えば準天頂軌道衛星であって、宇宙機本体１１と、太陽電池パネル１２と、アンテナタワー１３と、第１磁気センサ１４と、第２磁気センサ１５とを備える。宇宙機１は、これらに加え、ヒータ、軽粒子観測装置、帯電電位センサなどの各種センサ等を構成要素として備えることができる。

【0014】

宇宙機本体１１は、図示は省略するが、推進装置、燃料タンク、姿勢制御装置、演算回路、中央制御回路、通信装置、電源装置等を内部に備えて構成される。太陽電池パネル１２は、宇宙機本体１１から延びて、宇宙空間の光の光エネルギーを電気エネルギーに変換して宇宙機本体１１の電源装置に供給する役割を有する。

【0015】

アンテナタワー１３は、一例としてその先端に第１磁気センサ１４を搭載し、先端とは離れた位置、例えば根元に、第１磁気センサ１４とは別の第２磁気センサ１５を備えている。アンテナタワー１３の長さは、構造上及びコスト上の制約から、一例として、宇宙機本体１１の大きさの１／４程度に設定されている。

【0016】

第１磁気センサ１４、及び第２磁気センサ１５は、いずれも交差する３軸方向の磁気（磁場）を測定可能なセンサであり、例えばフラックスゲート磁気センサである。フラックスゲート磁気センサは、図示は省略するが、３軸方向（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向）のそれぞれに、高透磁性材料からなるコアと、一次コイル、二次コイルを備え、外部磁界の変化を３軸方向のそれぞれに関して観測データを個別に検出することができるように構成されている。従って、第１磁気センサ１４、及び第２磁気センサ１５を３軸フラックスゲート磁気センサで構成する場合、２×３＝６次元の観測データを取得することができる。なお、以下の説明では、磁気センサは、第１磁気センサ１４、及び第２磁気センサ１５の２個を設ける場合を例として説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。３個以上の磁気センサを用いることでより多種類のノイズのデータが得られることにより、よりノイズを正確に除去することも可能である。

【0017】

第１磁気センサ１４、及び第２磁気センサ１５は、宇宙空間における自然現象（磁力線共鳴など）に基づく磁場の大きさを検出するためのセンサである。しかし、第１磁気センサ１４、及び第２磁気センサ１５は、宇宙空間の磁場だけでなく、宇宙機１の構成要素に由来するノイズの影響も受ける。一例として、宇宙機１からのノイズは、宇宙機１太陽電池パネル１２からのノイズ、ヒータ（図示せず）からのノイズ、各種センサからのノイズ等を含み得る。これらのノイズの影響を除外して宇宙空間の磁場の計測を正確に行うことが求められる。

【0018】

第１磁気センサ１４、及び第２磁気センサ１５は、同一の構造及び性能を有するものであってよいが、前述の通り、アンテナタワー１３中の異なる位置に配置されている。第１磁気センサ１４、及び第２磁気センサ１５との間の距離は、特定の距離には限定されないが、宇宙機１が発するノイズの影響が互いに異なり、その相違が検知可能な程度の距離に設定される。２つ以上の磁気センサ（１４、１５）の測定信号に対し、後述するように独立成分分析（Independent Component Analysis）を適用することにより、宇宙機１が発するノイズの影響を除去して、宇宙機１の周囲の磁場をより正確に計測することが可能になる。

【0019】

図２のブロック図は、宇宙機本体１１に搭載されている演算回路及び中央制御回路の構成の一例を示している。前述の第１磁気センサ１４及び第２磁気センサ１５から出力されるアナログ検出信号は、Ａ／Ｄ変換器２１及び２２においてデジタル信号に変換された後、サンプルホールド回路２３及び２４に一時的に格納される。演算回路２５は、サンプルホールド回路２３及び２４に保持されたデータに従い、宇宙機１の周辺の磁場を、３軸方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ）のそれぞれについて計測する。

【0020】

中央制御回路２６は、宇宙機本体１内の各部の全体的な制御を司る。一例として、中央制御回路２６は、演算回路２５からの演算結果を受領してメモリ２７に記憶させると共に、その演算結果を通信制御部２８を介して外部に送信可能に構成されている。メモリ２７は、生成されたデータを一時的に記憶するための揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ）と、長期間に亘り保存するための不揮発性メモリ（例えば磁気抵抗メモリ）とを含むことができるが、特定のものには限定されない。演算回路２５は、宇宙機本体１１に搭載されていてもよいが、宇宙機１と通信制御部２８を介して接続される地上のコンピュータに搭載されてもよい。具体的には、第１磁気センサ１４及び第２磁気センサ１５で得られデジタル値に変換された測定データは、中央制御回路２６により、通信制御部２８を介して地上のコンピュータに送信されてもよい。その場合に、地上のコンピュータの演算回路２５において、受信した測定データに対して同様の演算をすることが可能である。

【0021】

演算回路２５は、第１磁気センサ１４及び第２磁気センサ１５の測定信号に従って宇宙機１の周辺の磁場を計測するための演算プログラムを実行可能に構成されている。具体的にこの演算プログラムは、移動平均フィルタ３１、トレンド除去データ生成部３２、独立成分分析部３３、及びノイズ除去部３４をコンピュータにおいて実行可能に構成されている。

【0022】

演算プログラムの各部３１～３４の動作を、図３のフローチャートとともに説明する。移動平均フィルタ３１は、第１磁気センサ１４及び第２磁気センサ１５の測定信号の時系列データ（元データ）に対し移動平均を適用し、トレンドデータを生成する（Ｓ１１）。生成されたトレンドデータは、一時的にメモリ２７に記憶される。トレンド除去データ生成部３２は、元データから当該トレンドデータを除去したトレンド除去データを生成する（Ｓ１２）。トレンドデータは、本実施の形態において独立成分分析を用いて除去されるノイズに比べ、その周期が非常に大きい。元データからこのようなトレンドデータを除去することは、次に行われる独立成分分析においてノイズを分離するために有効である。移動平均は、一例として、１時間（３６００ｓ）程度の時間幅で３回実行され得る。移動平均の時間幅や実行回数は、トレンドデータの周期や大きさ、ノイズの周期の長さに従って決定することができ、特定の数字には限定されるものではない。

【0023】

また、独立成分分析部３３は、トレンド除去データに対し独立成分分析を実行し、トレンド除去データを、自然界の信号に由来する自然信号とノイズ信号とに分離する（Ｓ１３～Ｓ１５）。独立成分分析は、測定信号に含まれる各信号成分が統計的に独立であるという仮定の下、個々の独立成分を分離することができる分離行列Ｗ、混成行列Ａ＝Ｗ^－１を求めるものである。２つのセンサで観測される信号は、中心極限定理によりその統計的性質がガウス分布に近付く。独立成分分析により求める分離行列Ｗは、分離信号の非ガウス性を最大化する行列として求めることができる。図１の例のように、２つのセンサ（１４、１５）から３軸方向の磁気データが得られる場合、合計で６個の変数が得られていることから、分離行列Ｗ及び混成行列Ａは、６×６の行列となり、６個の独立成分が得られる。なお、トレンド除去データから独立成分分析により分離された各独立成分のうち、いずれが自然信号であり、いずれがノイズであるのかの判定が行われる。判定動作の詳細については後述する。

【0024】

ノイズ除去部３４は、分離されたノイズを、トレンド除去データから減算して、「ノイズ除去済みトレンド除去データ」を生成した後（Ｓ１６）、トレンドデータを加算（復元）させて、元データからノイズのみを除去したノイズ除去済みデータを演算する（Ｓ１７）。

【0025】

図４（ａ）は、第１磁気センサ１４、及び第２磁気センサ１５において得られる測定信号の一例である。第１磁気センサ１４からは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向に関し、それぞれ測定信号Ｘ_ｓ１、Ｙ_ｓ１、Ｚ_ｓ１が得られる。また、第２磁気センサ１５からは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向に関し、それぞれ測定信号Ｘ_ｓ２、Ｙ_ｓ２、Ｚ_ｓ２が得られる。この図４（ａ）の測定信号は、例えば２日間程度の間における磁場の変動を示している。磁気嵐急始磁気パルス（ＳＹＭ－Ｈ指数の急上昇）を伴った磁気嵐（ＳＹＭ－Ｈ指数の減少）が発生しており（図４（ｂ））、宇宙機１の周辺で激しい磁場変動現象が発生していることが示されている。なお、図４（ａ）（ｂ）ともに横軸は時間であり、ｈｈｍｍは世界時を示している。また図４（ａ）（ｂ）に記載した測定信号は、互いに時間的に同期している。

【0026】

この測定信号Ｘ_ｓ１、Ｙ_ｓ１、Ｚ_ｓ１、Ｘ_ｓ２、Ｙ_ｓ２、Ｚ_ｓ２において、こうした宇宙空間での自然現象に基づく磁場変動ではなく、人工的な変動が含まれることも見て取れる。一例として、３０ｎＴ以下程度の１時間間隔のステップ状ノイズ、３０ｎＴ以下程度の３０分間隔のノコギリ状ノイズ、０．５～５ｎＴ程度の高周波のノイズの三種類のノイズが、図４の測定信号中に含まれていること分かる。これらのノイズは、変動に世界時依存性があること、極めて規則的に発生していること、第１磁気センサ１４及び第２磁気センサ１５の間で異なる偏波及び振幅を有することから、ノイズと判断され得る。

【0027】

これらのノイズは、宇宙機１の周囲の自然現象に基づく磁場とは無関係であり、統計的に独立である。一般に矩形波やノコギリ波状の大振幅ノイズは、帯域阻止フィルタなどの周波数に基づくフィルタでは除去が困難である。しかし、本実施の形態では、図３で説明した独立成分分析を含む手順により、このようなノイズを元の信号から除去することができる。ノイズの世界時依存性、規則性、及び複数センサ（１４、１５）の間の偏波及び振幅の相違などに基づいて、これらのノイズを独立成分分析により除去することができる。

【0028】

一般的に、自然現象の磁場変動はｋｍスケールであるのに対し、宇宙機１からのノイズは、宇宙機１の周辺でのみ観察される。従って、宇宙機１からのノイズは、宇宙機１の周囲の場所によって異なり、アンテナ長の長さ程度離れているだけの第１磁気センサ１４、及び第２磁気センサ１５においても、同じノイズが異なる信号として検出される。一方で、自然現象の磁場変動は、第１磁気センサ１４、及び第２磁気センサ１５において略同一の信号として受信される。本実施の形態では、このような信号の特性に着目し、独立成分分析を用いてノイズ成分を分離し、ノイズ以外の独立成分からデータを復元することで、ノイズが除去された状態の信号から、自然現象の磁場変動を正確に検出することを可能にしている。

【0029】

図５（ａ）～（ｃ）は、移動平均フィルタ３１により測定信号Ｘ_ｓ１、Ｙ_ｓ１、Ｚ_ｓ１、Ｘ_ｓ２、Ｙ_ｓ２、Ｚ_ｓ２から分離されたトレンドデータＸＴ_ｓ１、ＹＴ_ｓ１、ＺＴ_ｓ１、ＸＴ_ｓ２、ＹＴ_ｓ２、ＺＴ_ｓ２の一例である。図５（ｄ）～（ｆ）は、トレンドデータＸＴ_ｓ１、ＹＴ_ｓ１、ＺＴ_ｓ１、ＸＴ_ｓ２、ＹＴ_ｓ２、ＺＴ_ｓ２を、測定信号Ｘ_ｓ１、Ｙ_ｓ１、Ｚ_ｓ１、Ｘ_ｓ２、Ｙ_ｓ２、Ｚ_ｓ２から分離（減算）して生成されたトレンド除去データＸＴＤ_ｓ１、ＹＴＤ_ｓ１、ＺＴＤ_ｓ１、ＸＴＤ_ｓ２、ＹＴＤ_ｓ２、ＺＴＤ_ｓ２の一例である。上述の３種類の大振幅ノイズは、このトレンド除去データに含まれている。

【0030】

このようなトレンド除去データに対し、独立成分分析部３３が独立成分分析を実行し、分離行列Ｗ、混成行列Ａ＝Ｗ^－１、及び独立成分の時系列データを取得する。図６（ａ）～（ｆ）は、分離された６つの独立成分ＩＣ１～６の時系列データの一例である。独立成分ＩＣ１（図６（ａ））として、ステップ状のノイズが分離されている。また、独立成分ＩＣ５（図６（ｅ））として、ノコギリ波状のノイズが分離されている。更に、独立成分ＩＣ６（図６（ｆ））として、高周波ノイズが分離されている。残りの独立成分ＩＣ２～４（図６（ｂ）～（ｄ））は、自然現象に伴う磁場の変動と考えられる。

【0031】

得られた６つの独立成分ＩＣ１～６のうち、いずれがノイズであり、いずれが自然現象に伴う磁場の信号であるかは、目視により判別することも可能である。これに代えて、ノイズと自然現象とを自動的に判別するため、以下に説明する判別指標Ｄを演算し、この判別指標Ｄの大小に基づいて判定を行うことも可能である。

【0032】

判別指標Ｄは、独立成分分析により得られた混成行列に基づいて演算される。具体的には、混成行列Ａ＝Ｗ^－１を構成する行ベクトルは、ある独立成分のそれぞれの観測点（次元）における振幅を意味する。この行ベクトルを、ここでは復元係数ベクトルと称する。従って、この混成行列Ａ＝Ｗ^－１の列ベクトルの値を第１磁気センサ１４及び第２磁気センサ１５の各々の３軸成分（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に展開したとき、そのベクトルの相対的な差は独立成分の変動の２つの磁気センサ（１４、１５）の間の差を意味する。従って、第１磁気センサ１４に対応する復元係数ベクトルをａ１、第２磁気センサ１５に対応する復元係数ベクトルをａ２とした場合、２つのセンサ間での復元係数ベクトルの相違を示す判別指標Ｄを、例えば次の式［数１］で表すことができる。判別指標Ｄの値が小さい独立成分は、自然現象に伴う磁場の変動と判定することができる。なお、以下の式は一例であり、ノイズと自然現象の判別に、これ以外の式を用いることができることは言うまでもない。

【0033】

【数1】

【0034】

図６の例では、独立成分ＩＣ２～４は、判別指標Ｄの値が０．０１～０．０７と小さく、逆に独立成分ＩＣ１、５、６については、判別指標Ｄは０．７７～０．９７と、独立成分ＩＣ２～４に比べ１０倍以上大きい値が得られた。各独立成分ＩＣについて、この判別指標Ｄを比較することで、上記判別を自動的に実行することができる。

【0035】

図７（ｄ）～（ｆ）は、自然現象に伴う磁場の信号であると判定された独立成分ＩＣ２～４を加算して得られた、ノイズ除去済みトレンド除去データの一例である。図７（ａ）～（ｃ）は、図７（ｄ）～（ｆ）のデータに、更に移動平均フィルタ３１で得られメモリ２７に格納されているトレンドデータを加算したデータ（ノイズ除去済みデータ）の一例である。この図７（ａ）～（ｃ）のデータにより、ノイズの影響を除去した宇宙環境の磁場のデータを測定することが可能になる。

【0036】

なお、除去可能なノイズの種類は、磁気センサの数に伴って増加する。理論上は、磁気センサの数をｎとすると、３（ｎ－１）種類のノイズを除去することができる。これまで磁気センサは、伸展物の工学的配置やコストの問題から、搭載することが困難であった。本実施の形態によれば、様々な宇宙機に磁気センサを搭載する機会が拡大し、電磁環境モニタリング及び科学データの取得の推進を図ることができる。

【0037】

以上説明したように、この第１の実施の形態によれば、宇宙機１からのノイズを独立成分分析により除去して、自然現象に伴う磁場の変動を正確に検出することが可能になる。

【0038】

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る宇宙機１を、図８を参照して説明する。第２の実施の形態の宇宙機１の外観構成は、第１の実施の形態（図１）と同様でよい。図８は、第２の実施の形態の宇宙機本体１１に搭載されている演算回路及び中央制御回路の構成の一例を示している。図２と同一の構成要素に関しては、図８において同一の参照符号を付しているので、以下では重複する説明は省略する。この第２の実施の形態の宇宙機１は、演算回路２５が、トレンドデータ出力部３５、及びノイズ出力部３６を備えている点で、第１の実施の形態と異なっている。

【0039】

トレンドデータ出力部３５は、移動平均フィルタ３１から出力されたトレンドデータを、外部に出力可能なデータ形式に変換して出力する機能を有する。また、ノイズ出力部３６は、独立成分分析部３３で分離されたノイズのデータを、外部に出力可能なデータ形式に変換して出力する機能を有する。複数の磁気センサ（１４、１５）により検出される信号のトレンドデータは、宇宙環境における環境測定において有効なデータとなり得る。また、ノイズのデータも、将来の宇宙機の設計において有効なデータとなり得る。このようなデータを別途出力することで、より宇宙環境測定を適切に実行することが可能になる。なお、上記の例では、トレンドデータとノイズのデータとの両方を出力する例を説明したが、トレンドデータ又はノイズのいずれか一方を出力するような構成を採用することも可能である。

【0040】

本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【符号の説明】

【0041】

１…宇宙機、１１…宇宙機本体、１２…太陽電池パネル、１３…アンテナタワー、１４…第１磁気センサ、１５…第２磁気センサ、２１、２２…Ａ／Ｄ変換器、２３、２４…サンプルホールド回路、２５…演算回路、２６…中央制御回路、２７…メモリ、２８…通信制御部、３１…移動平均フィルタ、３２…トレンド除去データ生成部、３３…独立成分分析部、３４…ノイズ除去部、３５…トレンドデータ出力部、３６…ノイズ出力部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】