JP2001510901A - 鉱石及びその他の埋設された人工物の音響検出装置及び方法 - Google Patents
鉱石及びその他の埋設された人工物の音響検出装置及び方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 装置（１０）は一つ又はそれ以上の周波数を有する音響信号を利用し、地中、水中又は沈殿層に進入させて、歪変形可能な埋設物（８）を振動させる。
【解決手段】 これらの音響信号が地雷の様な音響的に歪変形可能な物体（８）に当たると、これらの音響信号は歪変形可能な物体（８）を振動させ、堆積層の様な周囲の媒体との境界に対して歪変形可能な物体（８）の振動をもたらす。これにより、探査信号の非線形な歪が現れ、高調波や結合周波数を含む音響波（非線形信号）の発生を伴う。これらの非線形な振動信号はセンサ（２０）によって地表から取り込まれる。測定された非線形信号の強度は、地雷の様な音響的に歪変形可能な物体（８）の存在を表わす指標である。本発明は又電磁高周波探査信号と音響又は振動信号（変調信号）を放射する方法及び装置にも関係しており、埋設物体（８）から反射した電磁信号を検出し、受信した信号を処理して、振動によって生じた変調を識別する。
Description
【０００１】 発明の背景 発明の分野 この発明は一般的に埋設された人工物の音響検出装置及び方法に関する。特に
、一つ又はそれ以上の周波数を有する音響信号を発射し、地表もしくは沈殿層の
表面の振動を測定して、鉱石などの埋設物を検出する方法及び装置に関する。本
発明は又高周波探査信号及び音響又は振動信号（変調信号）を放射し、埋設され
た物体から反射した電磁信号を検出し、受信した信号を処理することにより、振
動によって生じた変調を識別する方法及び装置に関する。
、一つ又はそれ以上の周波数を有する音響信号を発射し、地表もしくは沈殿層の
表面の振動を測定して、鉱石などの埋設物を検出する方法及び装置に関する。本
発明は又高周波探査信号及び音響又は振動信号（変調信号）を放射し、埋設され
た物体から反射した電磁信号を検出し、受信した信号を処理することにより、振
動によって生じた変調を識別する方法及び装置に関する。
【０００２】 関連技術 最も古く且つ恐らく最もありふれた鉱脈探査方法は、杖その他の道具により地
面を突き刺して見ることである。現代では、金属探知機が鉱脈の検知に用いられ
ており、地中に存在する金属物体による電磁場の揺らぎを測定している。強磁性
の物体に対しては磁力計が採用されている。これらのセンサは、地磁気の揺らぎ
を測定するものである。何れのタイプの検出器も金属製の遺物と鉱石を区別する
ことができず、本物の鉱石を一回検出するまで百回乃至千回の誤検出が避けられ
ない。加えて、近代的な対人地雷の大部分はほとんど金属製の部品を含まないプ
ラスチックでできており、対人地雷を金属探知機で検出することができない。
面を突き刺して見ることである。現代では、金属探知機が鉱脈の検知に用いられ
ており、地中に存在する金属物体による電磁場の揺らぎを測定している。強磁性
の物体に対しては磁力計が採用されている。これらのセンサは、地磁気の揺らぎ
を測定するものである。何れのタイプの検出器も金属製の遺物と鉱石を区別する
ことができず、本物の鉱石を一回検出するまで百回乃至千回の誤検出が避けられ
ない。加えて、近代的な対人地雷の大部分はほとんど金属製の部品を含まないプ
ラスチックでできており、対人地雷を金属探知機で検出することができない。
【０００３】 鉱脈を検知する新しい方法として、地中レーダー、赤外撮像、Ｘ線後方散乱技
術、熱中性子放射能などが挙げられる（Ｇｒｏｓ ａｎｄ Ｂｒｕｓｃｈｉｎｉ
，「対人地雷を検出する為のセンサ技術」最新研究とシステム開発に関する調査
、ロボットによる測定及び制御に関する国際シンポジウム（ＩＳＭＣＲ’９６）
、ブラッセル、Ｍａｙ、１９９６）。これらの方法は（熱中性子放射能）を除い
て撮像に依存しており、鉱石を岩石やその他の遺物から区別することができない
。熱中性子放射能技術の欠点は、システムが複雑であることに加え、探査探度が
限られており、又中性子源が作業員に与える危険性である。
術、熱中性子放射能などが挙げられる（Ｇｒｏｓ ａｎｄ Ｂｒｕｓｃｈｉｎｉ
，「対人地雷を検出する為のセンサ技術」最新研究とシステム開発に関する調査
、ロボットによる測定及び制御に関する国際シンポジウム（ＩＳＭＣＲ’９６）
、ブラッセル、Ｍａｙ、１９９６）。これらの方法は（熱中性子放射能）を除い
て撮像に依存しており、鉱石を岩石やその他の遺物から区別することができない
。熱中性子放射能技術の欠点は、システムが複雑であることに加え、探査探度が
限られており、又中性子源が作業員に与える危険性である。
【０００４】 鉱脈の様な埋没物を検出する為の音響的方法が数多く知られている。例えば一
例として（Ｄｏｎ ａｎｄ Ｒｏｇｅｒｓ，「音響パルスを用いて非金属性の埋
没物を識別する方法」アメリカ音響学会誌９５（５）、Ｐａｒｔ ２、１９９４
）が提案されている。これによると、物体からの音響反射を測定し、均一な基質
の上に配されたマイクロホンでの測定値と比較する。同様に、以下の特許が音響
検出方法の例を提供している。
例として（Ｄｏｎ ａｎｄ Ｒｏｇｅｒｓ，「音響パルスを用いて非金属性の埋
没物を識別する方法」アメリカ音響学会誌９５（５）、Ｐａｒｔ ２、１９９４
）が提案されている。これによると、物体からの音響反射を測定し、均一な基質
の上に配されたマイクロホンでの測定値と比較する。同様に、以下の特許が音響
検出方法の例を提供している。
【０００５】 米国特許５３５７０６３号（Ｈｏｕｓｅ．ｅｔ ａｌ）は、音響エネルギーに
よって地中に埋没した物体の識別を行なう方法及び装置を開示している。この方
法は、地中から反射した音響エネルギー像を観察して埋没物の識別を行なうもの
であり、似たような音響反射性を有する遺物から鉱石を区別することはできない
。
よって地中に埋没した物体の識別を行なう方法及び装置を開示している。この方
法は、地中から反射した音響エネルギー像を観察して埋没物の識別を行なうもの
であり、似たような音響反射性を有する遺物から鉱石を区別することはできない
。
【０００６】 米国特許５５６３８４８号（Ｒｏｇｅｒｓ．ｅｔ ａｌ）は、反射信号を、埋
没物が存在しないと推定される地中から反射した参照信号と比較している。これ
ら二つの信号の差によって物体の存在を検出する。この方法の欠点は、地層の物
理的特性の変化（密度、粗度、湿度など）や目的物以外の物体の存在（岩石、植
物根、遺物など）により参照信号との差が生じ、結果的に高率で誤検出が生じる
。
没物が存在しないと推定される地中から反射した参照信号と比較している。これ
ら二つの信号の差によって物体の存在を検出する。この方法の欠点は、地層の物
理的特性の変化（密度、粗度、湿度など）や目的物以外の物体の存在（岩石、植
物根、遺物など）により参照信号との差が生じ、結果的に高率で誤検出が生じる
。
【０００７】 米国特許４９２２４６７号（Ｃａｕｌｆｉｅｌｄ）は、測定された物体の特徴
を予め決められ且つ保存された参照用の特徴と比較する音響検出方法を開示して
いる。この「特徴」（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）は音響インピーダンス、音響吸収、
音響速度及び粗度などの物性から導かれる。この方法は容器の内部にある物を識
別することを目的としており、スーツケースや梱包容器の様に音響上の特性が知
られた容器の中にある物体を検出し且つ識別することができる。しかしながら、
この容器が土層である場合この方法は上手く行かない。なぜならば、土層の音響
特性は広範囲に亘ってばらついており、予測することは困難である。それ故、容
器（土層）の予知不可能な音響特性の変化により、埋没物の同定が阻害される。
を予め決められ且つ保存された参照用の特徴と比較する音響検出方法を開示して
いる。この「特徴」（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）は音響インピーダンス、音響吸収、
音響速度及び粗度などの物性から導かれる。この方法は容器の内部にある物を識
別することを目的としており、スーツケースや梱包容器の様に音響上の特性が知
られた容器の中にある物体を検出し且つ識別することができる。しかしながら、
この容器が土層である場合この方法は上手く行かない。なぜならば、土層の音響
特性は広範囲に亘ってばらついており、予測することは困難である。それ故、容
器（土層）の予知不可能な音響特性の変化により、埋没物の同定が阻害される。
【０００８】 米国特許４４３９４８５号（Ｇｅｏｈｅｇａｎ．Ｊｒ．，ｅｔ ａｌ）は、鉱
脈の様なある種の共鳴物体を同定するソナーシステムを開示している。このシス
テムは異なる周波数Ｆ１及びＦ２を有する二つの音響信号を放射し、目標物に向
って伝搬させる。戻って来た音響は周波数成分毎に分けられ且つ検出された後、
互いに差し引かれる。閾値以上の信号が得られた場合には、共鳴体からなる目標
物の存在を表わしている。受信された信号は放射された信号と同じ周波数Ｆ１及
びＦ２を有している。これらの周波数Ｆ１及びＦ２は予期される目標物の共鳴周
波数内に入らなければならない。この処理アルゴリズムは、周波数Ｆ１及びＦ２ を有する受信信号の包絡線を差算し、共鳴物体からの共鳴「リンギング」効果に
よる演算結果に現れる時間的な変化を調べる。
脈の様なある種の共鳴物体を同定するソナーシステムを開示している。このシス
テムは異なる周波数Ｆ１及びＦ２を有する二つの音響信号を放射し、目標物に向
って伝搬させる。戻って来た音響は周波数成分毎に分けられ且つ検出された後、
互いに差し引かれる。閾値以上の信号が得られた場合には、共鳴体からなる目標
物の存在を表わしている。受信された信号は放射された信号と同じ周波数Ｆ１及
びＦ２を有している。これらの周波数Ｆ１及びＦ２は予期される目標物の共鳴周
波数内に入らなければならない。この処理アルゴリズムは、周波数Ｆ１及びＦ２ を有する受信信号の包絡線を差算し、共鳴物体からの共鳴「リンギング」効果に
よる演算結果に現れる時間的な変化を調べる。
【０００９】 米国特許３７０５３８１号（Ｐｉｐｋｉｎ）は、水面下の目標物の検出や識別
を行なう共鳴物体ソナーシステムを開示している。このシステムは二つの信号を
放射する。一方は高い周波数の信号であり、他方は対象物の共鳴周波数と実質的
に近い周波数を有する低い周波数の信号である。この特許は共鳴対象物を探索す
る為に、予め共鳴周波数の情報が必要である。信号処理は時間軸において対象物
から反射した二つの高い周波数の信号を互いに差し引くものである。尚、一方の
信号は共鳴低周波数信号の放射中に対象物から反射したものであり、他方の信号
は共鳴信号が無い状態で得られたものである。
を行なう共鳴物体ソナーシステムを開示している。このシステムは二つの信号を
放射する。一方は高い周波数の信号であり、他方は対象物の共鳴周波数と実質的
に近い周波数を有する低い周波数の信号である。この特許は共鳴対象物を探索す
る為に、予め共鳴周波数の情報が必要である。信号処理は時間軸において対象物
から反射した二つの高い周波数の信号を互いに差し引くものである。尚、一方の
信号は共鳴低周波数信号の放射中に対象物から反射したものであり、他方の信号
は共鳴信号が無い状態で得られたものである。
【００１０】 米国特許３７８６４０５号（Ａｕ．ｅｔ ａｌ）は、最初にＷｅｓｔｅｒｖｅ
ｌｔによって１９６８年に発表された周知のパラメトリックソナーを用いた通信
システムを開示している。これは、低周波数音響信号の細いビームを発射するも
のである。これは水の様なノンリニアな媒体中に二つの高い周波数の指向性に富
んだ信号（一次信号）を放射するものである。水層中における一次信号のノンリ
ニアな干渉により別の周波数を有する二次放射の細いビームが発生する。この現
象は対象物とは無関係であり、水層中で起こる。一旦二次信号が形成されると、
他の直接放射された信号と同じ様に種々の応用に供される。
ｌｔによって１９６８年に発表された周知のパラメトリックソナーを用いた通信
システムを開示している。これは、低周波数音響信号の細いビームを発射するも
のである。これは水の様なノンリニアな媒体中に二つの高い周波数の指向性に富
んだ信号（一次信号）を放射するものである。水層中における一次信号のノンリ
ニアな干渉により別の周波数を有する二次放射の細いビームが発生する。この現
象は対象物とは無関係であり、水層中で起こる。一旦二次信号が形成されると、
他の直接放射された信号と同じ様に種々の応用に供される。
【００１１】 米国特許３７５７２８７号（Ｂｅａｌｏｒ．ｅｔ ａｌ）は幾つかの変換器を
備えた海底調査ソナーを開示している。これは通常のソナーと同様に同一の周波
数の音響信号を放出し且つ受信する。
備えた海底調査ソナーを開示している。これは通常のソナーと同様に同一の周波
数の音響信号を放出し且つ受信する。
【００１２】 米国特許３６０３９１９号（Ｍｏｏｒｅ）はレーダーもしくはソナーシステム
を開示しており、伝搬された電磁波もしくは圧縮波エネルギーの連続スペクトラ
ムにより広範囲の周波数成分を検出する。
を開示しており、伝搬された電磁波もしくは圧縮波エネルギーの連続スペクトラ
ムにより広範囲の周波数成分を検出する。
【００１３】 これらの従来技術は単独でも、あるいは組み合わせをもってしても、本発明の
構成要件、利益及び有用性を全く示唆していない。
構成要件、利益及び有用性を全く示唆していない。
【００１４】 本発明の目的及び概要 本発明の主たる目的は、地層もしくは海底沈殿層に埋没した金属性もしくは非
金属性の人工物体を検出する方法及び装置を提供することである。 本発明の他の目的は、特殊な埋設物を識別する方法及び装置を提供することで
ある。 本発明の別の目的は、地中もしくは水底の沈殿層に埋設された様々な不発武器
（地雷、砲弾など）を発見する方法及び装置を提供することである。 本発明の追加の目的は、地中もしくは水底下の沈殿層に埋設された歪変形可能
な物質を識別する方法及び装置を提供することである。 本発明の更なる目的は、鉱石を取り囲む歪変形可能な外殻の振動により鉱脈を
検出する方法及び装置を提供することである。 本発明の更なる目的は、地中鉱脈の外殻を振動させて、この振動を検出し以て
鉱脈を同定する方法及び装置を提供することである。 本発明の更なる目的は、地中に進入する低周波信号を供給して埋設物の振動を
励起することである。 本発明の追加の目的は、二つ又はそれ以上の周波数を有する探査信号を用いて
埋設物を同定する方法及び装置を提供することである。 本発明の更なる追加目的は、歪変形可能な（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ）物体により
生ずる振動を測定する方法及び装置を提供することである。 本発明の追加の目的は、地中に地震性の探査信号を送って埋設物を検出する方
法及び装置を提供することである。 本発明の更なる追加の目的は、歪変形可能な物体によって生ずる振動を測定す
る為に地表もしくはその上に配されたセンサを用いて埋設物を検出する方法及び
装置を提供することである。 これらのそして他の目的を達成する為に、本発明に係る方法及び装置は、一つ
又はそれ以上の周波数を含む低周波を地中、水中、沈殿層に進入させ、埋没物体
の振動を励起させるものである。これらの音響波が鉱脈の様な音響的に歪変形可
能な物体に当たると、音響波はこの歪変形可能な物体を振動させる。この結果、
歪変形可能な物体は、逆に地層や沈殿層の様に周囲を取り囲む媒体との境界に対
して振動する。これは探査信号のノンリニアな歪を生じさせ、高調波や結合波を
伴った音響波（非線形信号）を発生する。これらのノンリニアな振動信号は地表
からセンサによって受信される。測定されたノンリニアな信号の強度は鉱脈の様
な音響的に歪変形可能な物体の存在を表わしている。音響的に歪変形可能な物体
は探査信号が一つより多くの周波数を含む場合に同定される。
金属性の人工物体を検出する方法及び装置を提供することである。 本発明の他の目的は、特殊な埋設物を識別する方法及び装置を提供することで
ある。 本発明の別の目的は、地中もしくは水底の沈殿層に埋設された様々な不発武器
（地雷、砲弾など）を発見する方法及び装置を提供することである。 本発明の追加の目的は、地中もしくは水底下の沈殿層に埋設された歪変形可能
な物質を識別する方法及び装置を提供することである。 本発明の更なる目的は、鉱石を取り囲む歪変形可能な外殻の振動により鉱脈を
検出する方法及び装置を提供することである。 本発明の更なる目的は、地中鉱脈の外殻を振動させて、この振動を検出し以て
鉱脈を同定する方法及び装置を提供することである。 本発明の更なる目的は、地中に進入する低周波信号を供給して埋設物の振動を
励起することである。 本発明の追加の目的は、二つ又はそれ以上の周波数を有する探査信号を用いて
埋設物を同定する方法及び装置を提供することである。 本発明の更なる追加目的は、歪変形可能な（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ）物体により
生ずる振動を測定する方法及び装置を提供することである。 本発明の追加の目的は、地中に地震性の探査信号を送って埋設物を検出する方
法及び装置を提供することである。 本発明の更なる追加の目的は、歪変形可能な物体によって生ずる振動を測定す
る為に地表もしくはその上に配されたセンサを用いて埋設物を検出する方法及び
装置を提供することである。 これらのそして他の目的を達成する為に、本発明に係る方法及び装置は、一つ
又はそれ以上の周波数を含む低周波を地中、水中、沈殿層に進入させ、埋没物体
の振動を励起させるものである。これらの音響波が鉱脈の様な音響的に歪変形可
能な物体に当たると、音響波はこの歪変形可能な物体を振動させる。この結果、
歪変形可能な物体は、逆に地層や沈殿層の様に周囲を取り囲む媒体との境界に対
して振動する。これは探査信号のノンリニアな歪を生じさせ、高調波や結合波を
伴った音響波（非線形信号）を発生する。これらのノンリニアな振動信号は地表
からセンサによって受信される。測定されたノンリニアな信号の強度は鉱脈の様
な音響的に歪変形可能な物体の存在を表わしている。音響的に歪変形可能な物体
は探査信号が一つより多くの周波数を含む場合に同定される。
【００１５】 他の実施形態では、本発明は埋没物の振動によって生じる高周波探査信号の変
調効果を利用している。本発明は地中に進入可能な高周波探査信号と音響信号を
利用している。これらの信号は対象物に向けて発振される。音響信号は埋設物の
振動を励起する。この様な振動は、容易に歪変形しない固体物（岩石、植物根な
ど）に比べると、鉱脈、不発弾、パイプ及びその他の殻様体の様な音響的に歪変
形可能な物体の方が遙かに大きい。
調効果を利用している。本発明は地中に進入可能な高周波探査信号と音響信号を
利用している。これらの信号は対象物に向けて発振される。音響信号は埋設物の
振動を励起する。この様な振動は、容易に歪変形しない固体物（岩石、植物根な
ど）に比べると、鉱脈、不発弾、パイプ及びその他の殻様体の様な音響的に歪変
形可能な物体の方が遙かに大きい。
【００１６】 高周波探査信号は対象物に到達すると、逆反射し受信アンテナによって受信さ
れる。歪変形可能な物体の振動は、反射した高周波信号の変調を生ずる。この変
調が物体を識別する為の特徴となる。なぜならば、容易に歪変形しない、対象以
外の物体（岩石、植物根など）は変調することなく高周波信号を反射する。
れる。歪変形可能な物体の振動は、反射した高周波信号の変調を生ずる。この変
調が物体を識別する為の特徴となる。なぜならば、容易に歪変形しない、対象以
外の物体（岩石、植物根など）は変調することなく高周波信号を反射する。
【００１７】 発明の詳細な説明 他の重要な目的と本発明の特徴は添付した図面と共に以下の発明の詳細な説明
から明らかにされる。 本発明は鉱脈もしくは埋設された人工物体の音響検出方法及び装置に関する。
本発明に係る装置の実施例の構成が図１に示されている。本検出装置は全体とし
て参照番号１０で表わしてある。探査用の音響信号は地表の上に懸架されている
一つ又はそれ以上の音源１２，１４から放射される。この探査信号（ｐｒｏｂｅ ｓｉｇｎａｌ）は信号発生器１６及びパワー増幅器１８によって作り出される
。一つ又はそれ以上の音源１２，１４の各々は好ましくは有限の時間幅の正弦波
信号（パルス）を与えられた周波数ｆ１及びｆ２で放射する。これらの音源はス
ピーカの様に電力駆動型もしくは空気ホーンの様に空圧駆動型である。後者の場
合、信号発生器とパワー増幅器は圧搾気体源で置換される。例えば、図２に示し
た本発明の実施例では、概括的に参照番号１１０で示す様に、本装置は地表に直
接配置された音響源（振動源）１１２によって探査信号が放射される。
から明らかにされる。 本発明は鉱脈もしくは埋設された人工物体の音響検出方法及び装置に関する。
本発明に係る装置の実施例の構成が図１に示されている。本検出装置は全体とし
て参照番号１０で表わしてある。探査用の音響信号は地表の上に懸架されている
一つ又はそれ以上の音源１２，１４から放射される。この探査信号（ｐｒｏｂｅ ｓｉｇｎａｌ）は信号発生器１６及びパワー増幅器１８によって作り出される
。一つ又はそれ以上の音源１２，１４の各々は好ましくは有限の時間幅の正弦波
信号（パルス）を与えられた周波数ｆ１及びｆ２で放射する。これらの音源はス
ピーカの様に電力駆動型もしくは空気ホーンの様に空圧駆動型である。後者の場
合、信号発生器とパワー増幅器は圧搾気体源で置換される。例えば、図２に示し
た本発明の実施例では、概括的に参照番号１１０で示す様に、本装置は地表に直
接配置された音響源（振動源）１１２によって探査信号が放射される。
【００１８】 探査信号は地中に進入し、鉱脈の様な歪変形可能な埋没物体８に作用する。歪
変形可能な物体（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ ｏｂｊｅｃｔ）とは、特定の周波数範囲
におけるコンプライアンスが周囲の媒体のコンプライアンスから異なる物体を意
味する。鉱脈は外殻を有しておりこれは一般的に歪変形可能である。音響エネル
ギーが歪変形可能な物体に対する探針として用いられる。物体と媒体との境界に
おけるノンリニアな干渉の結果、結合周波数ｆ１±ｆ２を有する信号が発生する
。この信号は逆に埋設物の上方にある地表面の振動を生ぜしめる。この振動はセ
ンサ２０又は１２０によって受信され、処理器２２又は１２２によって処理され
、結合周波数ｆ１±ｆ２を有する信号を抽出する。この信号は表示器２４又は１
２４に表示される。受信センサ２０又は１２０は加速計（地表に接するセンサに
取り付けられる）又は地表の上に懸架されるマイクロホンや超音波（又はレーザ
ー）振動計を用いることができる。加えて、これらの検出動作は遠隔的に行なう
ことも可能である。結合周波数ｆ１±ｆ２を有する信号が、本装置の較正の段階
で設定された所定の閾値レベルを超えた時、歪変形可能な目標物体８の存在を表
わす。探査信号は単一の周波数範囲を有する一方、受信信号もしくは振動信号は
異なった周波数範囲に存在可能である。
変形可能な物体（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ ｏｂｊｅｃｔ）とは、特定の周波数範囲
におけるコンプライアンスが周囲の媒体のコンプライアンスから異なる物体を意
味する。鉱脈は外殻を有しておりこれは一般的に歪変形可能である。音響エネル
ギーが歪変形可能な物体に対する探針として用いられる。物体と媒体との境界に
おけるノンリニアな干渉の結果、結合周波数ｆ１±ｆ２を有する信号が発生する
。この信号は逆に埋設物の上方にある地表面の振動を生ぜしめる。この振動はセ
ンサ２０又は１２０によって受信され、処理器２２又は１２２によって処理され
、結合周波数ｆ１±ｆ２を有する信号を抽出する。この信号は表示器２４又は１
２４に表示される。受信センサ２０又は１２０は加速計（地表に接するセンサに
取り付けられる）又は地表の上に懸架されるマイクロホンや超音波（又はレーザ
ー）振動計を用いることができる。加えて、これらの検出動作は遠隔的に行なう
ことも可能である。結合周波数ｆ１±ｆ２を有する信号が、本装置の較正の段階
で設定された所定の閾値レベルを超えた時、歪変形可能な目標物体８の存在を表
わす。探査信号は単一の周波数範囲を有する一方、受信信号もしくは振動信号は
異なった周波数範囲に存在可能である。
【００１９】 本発明の検出法は、物体のノンリニアな周波数応答の測定を組み込むことで更
に強化される。ノンリニアな周波数応答は所定の範囲Δｆ内で励振周波数ｆ１及
びｆ２の一方又は両方を掃引することによって得られる。或いは、同様の範囲Δ
ｆ内で多周波信号を放射することによって得られる。例えばｆ１を掃引しつつ差
分周波数ｆ１−ｆ２を観察することにより、周波数領域Δｆにおける物体のノン
リニアな周波数応答（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｓｐｏｎｓｅ）を求めることが
できる。実験的な観察によると、歪変形可能な物体は共鳴様の応答を示す一方、
歪変形不能な物体は実質上如何なる応答も返さない。それ故、共鳴様のノンリニ
アな応答の観察が結合周波数の観察に加えて用いられ、本発明に係る方法の検出
確率を更に向上させている。又、実験によれば、ノンリニアな（非線形な）共鳴
周波数は様々な物体で異なっていることが判明した。それ故、これを利用して特
定の物体を識別することが可能である。よって、参照用のノンリニア周波数応答
が物体の同定に用いられる。物体検出の為に参照信号を用いる必要はない。
に強化される。ノンリニアな周波数応答は所定の範囲Δｆ内で励振周波数ｆ１及
びｆ２の一方又は両方を掃引することによって得られる。或いは、同様の範囲Δ
ｆ内で多周波信号を放射することによって得られる。例えばｆ１を掃引しつつ差
分周波数ｆ１−ｆ２を観察することにより、周波数領域Δｆにおける物体のノン
リニアな周波数応答（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｓｐｏｎｓｅ）を求めることが
できる。実験的な観察によると、歪変形可能な物体は共鳴様の応答を示す一方、
歪変形不能な物体は実質上如何なる応答も返さない。それ故、共鳴様のノンリニ
アな応答の観察が結合周波数の観察に加えて用いられ、本発明に係る方法の検出
確率を更に向上させている。又、実験によれば、ノンリニアな（非線形な）共鳴
周波数は様々な物体で異なっていることが判明した。それ故、これを利用して特
定の物体を識別することが可能である。よって、参照用のノンリニア周波数応答
が物体の同定に用いられる。物体検出の為に参照信号を用いる必要はない。
【００２０】 図３に示した実験的な構成２１０は、二個の信号発生器２１６，２１７を用い
ており、それぞれ周波数ｆ１及びｆ２の正弦波信号を供給する。又、加算器２３
２及びゲート２３４を備えており、探査用の二周波パルス信号を形成する。パル
スの時間幅はパルス発生器２３６によって制御される。パワー増幅器２１８によ
って増幅された後、探査信号は対象物２０８が埋設されている地表の上に懸架さ
れたスピーカ２１２から放射される。地表の振動は加速器２２０によって検出さ
れ、増幅器２４２を通過した後スペクトル分析器２４４によって処理される。
ており、それぞれ周波数ｆ１及びｆ２の正弦波信号を供給する。又、加算器２３
２及びゲート２３４を備えており、探査用の二周波パルス信号を形成する。パル
スの時間幅はパルス発生器２３６によって制御される。パワー増幅器２１８によ
って増幅された後、探査信号は対象物２０８が埋設されている地表の上に懸架さ
れたスピーカ２１２から放射される。地表の振動は加速器２２０によって検出さ
れ、増幅器２４２を通過した後スペクトル分析器２４４によって処理される。
【００２１】 図４は差分周波数ｆ１−ｆ２のスペクトル成分の例を表わしている。同図中４
Ａは歪変形可能なプラスチック容器から受信されたスペクトルを表わし、４Ｂは
物体が埋設されていないバックグラウンドレベルを表わし、４Ｃは中身の詰まっ
た鉄板から得られたスペクトルを示している。図から分かる様に、歪変形可能な
プラスチック容器からの信号レベルは中身の詰まった歪変形不能な鉄円板からの
信号やバックグランド信号に比べて１６倍の大きさである。
Ａは歪変形可能なプラスチック容器から受信されたスペクトルを表わし、４Ｂは
物体が埋設されていないバックグラウンドレベルを表わし、４Ｃは中身の詰まっ
た鉄板から得られたスペクトルを示している。図から分かる様に、歪変形可能な
プラスチック容器からの信号レベルは中身の詰まった歪変形不能な鉄円板からの
信号やバックグランド信号に比べて１６倍の大きさである。
【００２２】 図５は、二つの異なった歪変形可能な物体のノンリニアな周波数応答の例を表
わしている。即ち、５Ａは４プラス１／２インチのプラスチックの円筒容器の場
合であり、５Ｂは４インチの鉄盤の場合であり、５Ｃは４インチの鉄容器の場合
である。これらのスペクトルが示す様に、歪変形可能な容器はノンリニアな共鳴
を呈する一方、歪変形不能な鉄物体はこの様な共鳴を生み出さない。
わしている。即ち、５Ａは４プラス１／２インチのプラスチックの円筒容器の場
合であり、５Ｂは４インチの鉄盤の場合であり、５Ｃは４インチの鉄容器の場合
である。これらのスペクトルが示す様に、歪変形可能な容器はノンリニアな共鳴
を呈する一方、歪変形不能な鉄物体はこの様な共鳴を生み出さない。
【００２３】 図６は本発明の他の実施例を表わしており、信号発生器３１６が信号源３１２
を駆動して探査信号を生成し、歪変形可能な物体８を振動させる。振動源３１３
は高い周波数の超音波信号を放射して振動を検出する。振動はセンサ３１４によ
って感知され、超音波振動計の様な信号捕獲器３２５に供給され、更に信号処理
器３２３に送られ、ここで信号は処理され且つ表示される。
を駆動して探査信号を生成し、歪変形可能な物体８を振動させる。振動源３１３
は高い周波数の超音波信号を放射して振動を検出する。振動はセンサ３１４によ
って感知され、超音波振動計の様な信号捕獲器３２５に供給され、更に信号処理
器３２３に送られ、ここで信号は処理され且つ表示される。
【００２４】 本発明は、埋設物を包む歪変形可能な外枠と周囲の媒体との間のノンリニアな
相互作用に基づいている。好ましくは、５０００Ｈｚ以下の低い周波数の空圧／
水圧で発生した音波あるいは固体から発生した音波（探査信号）で二又はそれ以
上の周波数成分を含む信号が用いられる。この探査信号は地中／沈殿層に進入し
、埋設物の振動を励起する。コンプライアンスに劣る岩石、固形金属体、ブロッ
クなどと異なり、鉱石の様な音響的にコンプライアンスの大きな物体では、これ
らの振動は周囲の媒体に対抗して物体の境界の揺れをもたらす。この現象の音響
的な現れが、探査信号のノンリニアな歪であり、高調波や結合周波数を含む音響
波（ノンリニア信号）の発生を伴う。これらのノンリニアな振動信号はセンサに
より地層／沈殿層の表面から取り込まれる。測定されたノンリニアな信号の強度
は、音響的に歪変形可能な物体の存在を表わす指標となる。これにより、プラス
チック地雷やプラスチックパイプの様な非金属性の物体の検出が可能になる一方
、岩石、固体の金属物体、木根などのコンプライアンスに劣る物体には不感であ
る。
相互作用に基づいている。好ましくは、５０００Ｈｚ以下の低い周波数の空圧／
水圧で発生した音波あるいは固体から発生した音波（探査信号）で二又はそれ以
上の周波数成分を含む信号が用いられる。この探査信号は地中／沈殿層に進入し
、埋設物の振動を励起する。コンプライアンスに劣る岩石、固形金属体、ブロッ
クなどと異なり、鉱石の様な音響的にコンプライアンスの大きな物体では、これ
らの振動は周囲の媒体に対抗して物体の境界の揺れをもたらす。この現象の音響
的な現れが、探査信号のノンリニアな歪であり、高調波や結合周波数を含む音響
波（ノンリニア信号）の発生を伴う。これらのノンリニアな振動信号はセンサに
より地層／沈殿層の表面から取り込まれる。測定されたノンリニアな信号の強度
は、音響的に歪変形可能な物体の存在を表わす指標となる。これにより、プラス
チック地雷やプラスチックパイプの様な非金属性の物体の検出が可能になる一方
、岩石、固体の金属物体、木根などのコンプライアンスに劣る物体には不感であ
る。
【００２５】 本発明の方法は携帯モード或いは反固定モードで実用可能である。基本的には
、本方法は音波もしくは地震波の様な音響信号の生成手順を含んでおり、音響信
号は水、空気又は沈殿層を介して地層に向けられ、更に地雷やその他の歪変形可
能な物体が埋設されている地中に向かう。音響信号はスピーカ、空気ホーン、地
震源あるいは他の周知の手段によって発生される。信号は一つより多い周波数成
分を含んでおり、又信号を放射する為に一つ又はそれ以上の信号源が用いられる
。信号は地中を伝搬し、歪変形可能な物体に当たった時これを振動させる。この
振動は周囲の媒体にインパクトを与え、これを振動させる。この結果、ノンリニ
アな歪が生じ高調波や音響波を発生する。これらの振動信号は地層もしくは他の
媒体の表面に接して又はその上にあるセンサによって受信される。これらの信号
は処理器に送られ歪変形可能な物体の存在を検知する為に解析される。
、本方法は音波もしくは地震波の様な音響信号の生成手順を含んでおり、音響信
号は水、空気又は沈殿層を介して地層に向けられ、更に地雷やその他の歪変形可
能な物体が埋設されている地中に向かう。音響信号はスピーカ、空気ホーン、地
震源あるいは他の周知の手段によって発生される。信号は一つより多い周波数成
分を含んでおり、又信号を放射する為に一つ又はそれ以上の信号源が用いられる
。信号は地中を伝搬し、歪変形可能な物体に当たった時これを振動させる。この
振動は周囲の媒体にインパクトを与え、これを振動させる。この結果、ノンリニ
アな歪が生じ高調波や音響波を発生する。これらの振動信号は地層もしくは他の
媒体の表面に接して又はその上にあるセンサによって受信される。これらの信号
は処理器に送られ歪変形可能な物体の存在を検知する為に解析される。
【００２６】 図７は、本発明の別の実施例を示している。本発明のこの実施例は信号発生器
４１６、信号を増幅する為のパワー増幅器４１８と、音響波を放射する音源４１
２を備えている。音響信号は歪変形可能な物体８を振動させる。高周波信号発生
器４１７が用いられており、地中に進入する高周波（ＲＦ）探査信号を生成する
。この高周波探査信号はセンサ４１４に向って逆反射し、復調器４２５に送られ
た後、コンピュータなどの信号処理器４２３に送られる。音響波によって生じた
歪変形可能な物体の振動は、反射した高周波信号を変調し、これにより本実施例
は物体を識別することが可能になる。高周波信号はパルス状の正弦波信号であり
、地面の上に懸架されている高周波発振器４１７によって同期的に受け入れ可能
である。音響信号及び電磁高周波信号の両者は地中に向って進行する。音響波は
機械的に歪変形可能な埋設物体の振動を励起する。この振動は埋設物体から反射
した電磁高周波の位相変調又は周波数変調をもたらす。この変調された信号は受
信器によって受信され、復調及び解析された後変調周波数の存在が検知される。
変調周波数の存在は、地雷の様な歪変形可能な物体の存在を表わしている。
４１６、信号を増幅する為のパワー増幅器４１８と、音響波を放射する音源４１
２を備えている。音響信号は歪変形可能な物体８を振動させる。高周波信号発生
器４１７が用いられており、地中に進入する高周波（ＲＦ）探査信号を生成する
。この高周波探査信号はセンサ４１４に向って逆反射し、復調器４２５に送られ
た後、コンピュータなどの信号処理器４２３に送られる。音響波によって生じた
歪変形可能な物体の振動は、反射した高周波信号を変調し、これにより本実施例
は物体を識別することが可能になる。高周波信号はパルス状の正弦波信号であり
、地面の上に懸架されている高周波発振器４１７によって同期的に受け入れ可能
である。音響信号及び電磁高周波信号の両者は地中に向って進行する。音響波は
機械的に歪変形可能な埋設物体の振動を励起する。この振動は埋設物体から反射
した電磁高周波の位相変調又は周波数変調をもたらす。この変調された信号は受
信器によって受信され、復調及び解析された後変調周波数の存在が検知される。
変調周波数の存在は、地雷の様な歪変形可能な物体の存在を表わしている。
【００２７】 電磁／音響変調効果を利用する為に種々のモードが採用可能である。一つのモ
ードでは、空気もしくは固体から発生したＣＷ信号を用いることができ、反射し
た電磁高周波探査信号のドプラーシフトをもたらす。他のモードでは、より複雑
な音響信号を用いることができ、例えば二周波信号（周波数Ｆ１，Ｆ２）が挙げ
られる。この信号は、周波数ｆ１及びｆ２による目的物の励振に加え、振動する
目的物の境界面と周囲の土壌との間のノンリニアな相互作用により、目的物の振
動を結合周波数ｆ１＋ｆ２とｆ１−ｆ２にノンリニア変換する。これらの周波数
は電磁高周波の変調をもたらし、本発明に係る検出技術の識別機能を更に高める
ことが可能である。
ードでは、空気もしくは固体から発生したＣＷ信号を用いることができ、反射し
た電磁高周波探査信号のドプラーシフトをもたらす。他のモードでは、より複雑
な音響信号を用いることができ、例えば二周波信号（周波数Ｆ１，Ｆ２）が挙げ
られる。この信号は、周波数ｆ１及びｆ２による目的物の励振に加え、振動する
目的物の境界面と周囲の土壌との間のノンリニアな相互作用により、目的物の振
動を結合周波数ｆ１＋ｆ２とｆ１−ｆ２にノンリニア変換する。これらの周波数
は電磁高周波の変調をもたらし、本発明に係る検出技術の識別機能を更に高める
ことが可能である。
【００２８】 本発明に係る装置の処理部は受信した信号の復調手段もしくは手順を備えてい
る。この復調処理は、最初に放射された電磁高周波に対応する参照信号で受信電
磁高周波信号を乗算処理する手順、低域濾波スペクトル分析の様な後処理などを
含んでおり、変調周波数の存在を検出する。
る。この復調処理は、最初に放射された電磁高周波に対応する参照信号で受信電
磁高周波信号を乗算処理する手順、低域濾波スペクトル分析の様な後処理などを
含んでおり、変調周波数の存在を検出する。
【００２９】 本技術の効果として、例えばプラスチックや木製の地雷もしくはパイプの様な
非金属性の物体に対する検知能力と、岩石、固形の金属物体、木根などの様なコ
ンプライアンスに劣る物体に対する不感性と、測定内容が物体の構造的な特性に
依存する点を利用した識別機能と、単純性／低コスト性などが挙げられる。
非金属性の物体に対する検知能力と、岩石、固形の金属物体、木根などの様なコ
ンプライアンスに劣る物体に対する不感性と、測定内容が物体の構造的な特性に
依存する点を利用した識別機能と、単純性／低コスト性などが挙げられる。
【００３０】 この発明に係る技術は単独の装置として利用可能であるが、地中探査レーダー
の様な既存の物体検出装置と組み合わせることもできる。この場合、ＧＰＲ、電
磁高周波送受信器などが本発明の技術を実現する為に組み合わされる。例えばＧ
ＰＲの相補モードは本発明の識別機能を大幅に強化できる。
の様な既存の物体検出装置と組み合わせることもできる。この場合、ＧＰＲ、電
磁高周波送受信器などが本発明の技術を実現する為に組み合わされる。例えばＧ
ＰＲの相補モードは本発明の識別機能を大幅に強化できる。
【００３１】 以上に本発明を詳細に説明したが、これは本発明の範囲を限定することを意図
するものではない。特許により保護されるべき内容は請求項に記載されたもので
ある。
するものではない。特許により保護されるべき内容は請求項に記載されたもので
ある。
【図１】 図１は本発明に係る装置の実施例の模式図である。
【図２】 図２は本発明に係る装置の他の実施例の模式図である。
【図３】 図３は本発明に従って実験を行なう為に使った実験装置の模式図である。
【図４】 本図の４Ａ，４Ｂ及び４Ｃは模式図であり、且つ差分周波数信号のスペクトル
レベルの対応するグラフである。
レベルの対応するグラフである。
【図５】 本図の５Ａ，５Ｂ及び５Ｃは模式図であり、且つ対応する非線形な周波数応答
のグラフである。
のグラフである。
【図６】 図６は本発明に係る装置の他の実施例を示す模式図である。
【図７】 図７は本発明に係る装置の別の実施例を示す模式図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年１月１４日（２０００．１．１４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｖ 3/12 Ｇ０１Ｖ 3/12 Ｂ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＣＡ，Ｉ Ｌ，ＪＰ，ＫＲ，ＵＳ (72)発明者 サティン アレクサンダー エム アメリカ合衆国 07030 ニュージャージ ー州 ホーボーケン ハドソン ストリー ト 730 アイエー Ｆターム(参考） 2G047 AA10 BA03 BA04 BC01 BC02 BC04 CA01 GF21 GG08 GG33 5J070 AB01 AC03 AD02 AE11 5J083 AB20 AD06 AE06 AF04 BA01
Claims (32)
- 【請求項１】 探査信号を発生する為の信号発生手段と 該探査信号を出力する為の源手段と 歪変形可能な物体からのノンリニアな周波数応答性を有する振動信号を受信す
る為の受信手段と 前記振動信号を処理する為の処理手段とを備えた 弾性変形可能な埋設物を検出する為の装置。 - 【請求項２】 前記振動信号を表示する為の表示手段を備えた請求項１記載
の装置。 - 【請求項３】 前記処理手段は該振動信号を予め設定された信号レベルと比
較し、該振動信号が該信号レベルを超えた場合に警告を発する請求項２記載の装
置。 - 【請求項４】 前記源手段は一つ又はそれ以上のスピーカからなる請求項１
記載の装置。 - 【請求項５】 前記源手段は一つ又はそれ以上の空気ホーンからなる請求項
１記載の装置。 - 【請求項６】 前記源手段は地面を直接振動させる為の振動源である請求項
１記載の装置。 - 【請求項７】 前記源手段は水中にある音源手段からなる請求項１記載の装
置。 - 【請求項８】 前記受信手段は地表と接触して配置されている請求項１記載
の装置。 - 【請求項９】 前記探査信号は物体を検出する為に単一の周波数を有する請
求項１記載の装置。 - 【請求項１０】 前記探査信号は物体を識別する為に一つよりも多い周波数
を含む請求項１記載の装置。 - 【請求項１１】 少なくとも周波数が異なる二つの信号を発生する信号発生
手段と 該発生した信号を出力する源手段と 埋設された物体からの振動信号を受信する受信手段と 前記振動信号を処理する処理手段とからなる 埋設された物体を検出する装置。 - 【請求項１２】 発生された該信号を増幅する為のパワー増幅手段を備えた
請求項１１記載の装置。 - 【請求項１３】 該振動信号を表示する表示手段を備えた請求項１１記載の
装置。 - 【請求項１４】 前記処理手段は該振動信号を予め設定された信号レベルと
比較し、該振動信号が該予め設定された信号レベルを超えた場合に警告を発する
請求項１２記載の装置。 - 【請求項１５】 前記源手段は一又はそれ以上のスピーカからなる請求項１
１記載の装置。 - 【請求項１６】 前記源手段は一又はそれ以上の空気ホーンからなる請求項
１１記載の装置。 - 【請求項１７】 前記源手段は地面を直接振動する為の振動源からなる請求
項１１記載の装置。 - 【請求項１８】 前記源手段は水中にある音源手段からなる請求項１１記載
の装置。 - 【請求項１９】 前記受信手段は地表と接して配されている請求項１１記載
の装置。 - 【請求項２０】 探査信号を発生する手順と 放射源から該探査信号を放射する手順と 該放射源からの信号によって励振した歪変形可能な物体によって生じたノンリ
ニアな振動信号を受信する手順と 該ノンリニアな振動信号を処理する手順とからなる 埋設された歪変形可能な物体を探知する方法。 - 【請求項２１】 該振動信号の強度を予め設定された信号レベルと比較する
手順を含む請求項２０記載の方法。 - 【請求項２２】 探査信号を発生する手順は、互いに異なる周波数を有する
二つの分離した信号を発生する手順である請求項２０記載の方法。 - 【請求項２３】 該ノンリニアな振動信号は該探査信号とは異なる周波数領
域にある請求項２２記載の装置。 - 【請求項２４】 埋没した物体を振動する為の探査信号を発生する信号発生
手段と 高周波（ＲＦ）信号を発生する高周波信号発生手段と 該高周波信号が振動する埋没の物体により変調された後該高周波信号を受信す
る受信手段と 該受信手段によって受信された信号を処理する為の処理手段とからなる埋設さ
れた物体を検出する装置。 - 【請求項２５】 前記信号発生手段は該探査信号を増幅する為のパワー増幅
手段を含む請求項２４記載の装置。 - 【請求項２６】 前記信号発生手段は二周波信号を発生する請求項２５記載
の装置。 - 【請求項２７】 該受信した信号を復調する為の復調手段を有する請求項２
６記載の装置。 - 【請求項２８】 前記高周波信号発生手段は地中を進行するレーダー信号を
発生する請求項２７記載の装置。 - 【請求項２９】 探査信号を生成する為の手順と 目標物を振動する為に該探査信号を目標物に指向させる手順と 第二の信号を生成する手順と 該第二の信号を該目標物に指向させ、振動する目標物によって該第二の信号を
変調する手順と 該変調された第二の信号を受信手段によって受信する手順とからなる 埋没した物体を探知する為の方法。 - 【請求項３０】 第二の信号を生成する手順は高周波信号発生器を用いて高
周波信号を発生する手順である請求項２９記載の装置。 - 【請求項３１】 高周波信号を発生する手順は地中に進入するレーダー信号
を発生する請求項３０記載の装置。 - 【請求項３２】 該変調された第二の信号を復調する手順を有する請求項３
１記載の装置。
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/895,122 US5974881A (en) | 1997-07-16 | 1997-07-16 | Method and apparatus for acoustic detection of mines and other buried man-made objects |
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