JP2008268018A - Earth observation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、人工衛星等に搭載されたセンサを利用して地球観測を行う地球観測装置に関するものである。 The present invention relates to an earth observation apparatus that performs earth observation using a sensor mounted on an artificial satellite or the like.
従来、地球観測衛星(以下、単に衛星ともいう)を利用した地球観測においては、所定の波長帯域の電磁波を検出するセンサを衛星に搭載し、このセンサにより観測対象からの電磁波を検出することにより、観測対象についての情報を得ている。地球観測に利用される電磁波の波長領域は、図2に示すように、紫外、可視、赤外からマイクロ波、電波領域まで、幅広い範囲に至っており、観測対象に応じて、センサが受信する波長帯域を決定している。例えば、LANDSATに搭載されたMSSセンサは、その観測波長帯域を可視から赤外にかけての4つのバンド(4〜7)としている。また、センサには、観測対象が発する電磁波(自然放射)を受動的(パッシブ)に受信する受動型のセンサと、観測対象に人為的または能動的(アクティブ)に電磁波を当ててその反射を受信する能動型のセンサとがある(従来の衛星による地球観測については、例えば、非特許文献1を参照)。
Conventionally, in earth observation using an earth observation satellite (hereinafter also simply referred to as a satellite), a sensor for detecting electromagnetic waves in a predetermined wavelength band is mounted on the satellite, and the electromagnetic waves from the observation target are detected by this sensor. Information about the observation target is obtained. As shown in FIG. 2, the wavelength region of electromagnetic waves used for earth observation has a wide range from ultraviolet, visible, infrared to microwave and radio wave regions, and the wavelength received by the sensor according to the observation target. The bandwidth is determined. For example, the MSS sensor mounted on LANDSAT has four bands (4 to 7) from the visible to the infrared in the observation wavelength band. In addition, the sensor is a passive sensor that passively receives electromagnetic waves (spontaneous radiation) emitted by the observation target, and receives reflections by applying electromagnetic waves to the observation target artificially or actively (active). (For example, see Non-Patent
しかしながら、上記従来の衛星搭載センサによる地球観測においては、地表等に設けられた構造物の内部構造の検知能力が低く、地球内部の資源分布等はある程度分かるが、建物などの内部構造の検知は困難であるという問題があった。 However, in the earth observation with the above conventional satellite-mounted sensor, the internal structure of the structure provided on the surface of the earth and the like is low and the distribution of resources inside the earth is known to some extent, There was a problem that it was difficult.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、構造物の内部構造の検知が可能な地球観測装置を得ることを目的とする。 This invention is made | formed in view of the above, Comprising: It aims at obtaining the earth observation apparatus which can detect the internal structure of a structure.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる地球観測装置は、宇宙空間、上空、または地表上に配置され、地表上または地中に設けられた観測対象の内部構造の検知を含む地球を観測する地球観測装置であって、前記観測対象に照射する静磁場を発生すると共に、前記観測対象に照射する傾斜磁場を発生する静磁場発生部と、前記静磁場中に配置された前記観測対象に照射する共鳴電磁波を発生する共鳴電磁波発生部と、前記共鳴電磁波の照射後に、前記観測対象から放出される誘導電磁波を測定する誘導電磁波測定部と、予め記録された前記観測対象に関するデータを照合し、前記誘導電磁波測定部により測定された誘導電磁波に基づいて、前記観測対象の内部構造についての解析を行う照合解析部と、前記観測対象についての測定を複数回行うように制御することが可能な測定制御部と、他の地球観測装置により取得された前記観測対象についてのデータの受信を含む当該他の地球観測装置との通信を行う外部通信部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an earth observation apparatus according to the present invention is arranged in outer space, above the sky, or on the ground surface, and has an internal structure of an observation target provided on the ground surface or in the ground. An earth observation device for observing the earth including detection, wherein a static magnetic field for irradiating the observation target is generated, and a static magnetic field generating unit for generating a gradient magnetic field for irradiating the observation target is disposed in the static magnetic field A resonance electromagnetic wave generation unit that generates a resonance electromagnetic wave that irradiates the observed object, an induced electromagnetic wave measurement unit that measures an induced electromagnetic wave emitted from the observation object after irradiation of the resonance electromagnetic wave, and the observation recorded in advance Collating data related to the object, and based on the induced electromagnetic wave measured by the induced electromagnetic wave measurement unit, a verification analysis unit for analyzing the internal structure of the observation target, and the observation target Communication with the other earth observation device including the reception of the data about the observation object acquired by the other earth observation device and the measurement control unit capable of controlling the measurement to be performed a plurality of times. And an external communication unit.
この発明によれば、核磁気共鳴現象を利用した測定を行う地球観測装置により、分解能が向上させて構造物等の内部構造の検知を含む地球観測が可能になる、という効果を奏する。 According to the present invention, the earth observation apparatus that performs measurement using the nuclear magnetic resonance phenomenon has an effect that the resolution is improved and the earth observation including the detection of the internal structure of the structure or the like becomes possible.
以下に、本発明にかかる地球観測装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of an earth observation apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
図1は、本発明にかかる地球観測装置の実施の形態1を含む装置の構成を示すブロック図である。図1において、本実施の形態で使用するセンサ部分は、NMR(Nuclear Magnetic Resonance、核磁気共鳴)観測用14として点線で囲まれた部分である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an apparatus including the first embodiment of the earth observation apparatus according to the present invention. In FIG. 1, the sensor portion used in the present embodiment is a portion surrounded by a dotted line as an NMR (Nuclear Magnetic Resonance) observation 14.
図1に示すように、NMR観測用のセンサは、観測対象に照射する静磁場および傾斜磁場を発生する静磁場発生部2と、観測対象に照射する共鳴電磁波を発生する共鳴電磁波発生部3と、観測対象からの誘導電磁波を測定する誘導電磁波測定部4と、地磁場を測定する静磁場測定部5と、コイル1と、を備えている。コイル1は、静磁場発生部2を使用した静磁場または傾斜磁場の発生においては直流または低周波の電流を流し、共鳴電磁波発生部3を使用した共鳴電磁波の発生においては高周波の電流を流し、誘導電磁波測定部4を使用した誘導電磁波の測定においては誘導電流を検出する。
As shown in FIG. 1, the sensor for NMR observation includes a static magnetic
さらに、本実施の形態は、観測対象に関する予備データ(予想されるパターン等)を保持し、この予備データを照合しつつ観測データに基づいて観測結果の解析を行う照合解析部11と、複数回の測定を行い、測定結果の蓄積を行う複数回測定部12と、外部の観測装置との通信のためにデータの送受信等を行う外部通信部13と、静磁場発生部2、共鳴磁場発生部3、誘導電磁波測定部4、および静磁場測定部5を適宜切り替えながら連携させて動作させる切替部10と、を備えている。
Furthermore, the present embodiment holds preliminary data (predicted patterns, etc.) related to the observation target, and
ここで、NMR現象およびMRI(Magnetic Resonance Imaging、磁気共鳴画像法)について説明する。NMR現象とは、ある種の原子核(NMR核種)を均一な静磁場中に置くと、その磁気双極子モーメントと静磁場との相互作用により、静磁場の強度に比例した特定の周波数(ラーモア周波数、共鳴周波数)の電磁波エネルギーが選択的に吸収または放出されるようになる現象である。また、MRIは、NMR現象を利用したイメージング法である。 Here, the NMR phenomenon and MRI (Magnetic Resonance Imaging) will be described. The NMR phenomenon means that when a certain kind of nucleus (NMR nuclide) is placed in a uniform static magnetic field, a specific frequency proportional to the strength of the static magnetic field (Larmor frequency) due to the interaction between the magnetic dipole moment and the static magnetic field. , Resonance frequency) electromagnetic energy is selectively absorbed or emitted. MRI is an imaging method that utilizes the NMR phenomenon.
すなわち、原子、例えば、水分子の水素原子に、まず均一な静磁場を印加する。これにより、原子核の磁気モーメントも揃う。次に、共鳴周波数の電磁波を印加して励起させる。これにより、異なる磁気モーメントとなる。そして、印加した共鳴周波数の電磁波を取り除くと、電磁誘導(自由誘導減衰)により電磁界エネルギーが発生する。図3は、核磁気共鳴(NMR)現象を説明するための模式図である。図3においては、図中の中央に配置された原子(円で表示)は、静磁場または傾斜磁場である(A)(傾斜)静磁場の中に置かれており、この原子に共鳴周波数の電磁波である(A)共鳴電磁波が印加され、その後、(C)誘導電磁波が発生する様子が示されている。なお、傾斜磁場については後述する。 That is, a uniform static magnetic field is first applied to atoms, for example, hydrogen atoms of water molecules. As a result, the magnetic moments of the nuclei are aligned. Next, an electromagnetic wave having a resonance frequency is applied and excited. This results in a different magnetic moment. When the electromagnetic wave having the applied resonance frequency is removed, electromagnetic field energy is generated by electromagnetic induction (free induction attenuation). FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a nuclear magnetic resonance (NMR) phenomenon. In FIG. 3, the atom (indicated by a circle) arranged at the center in the figure is placed in a static magnetic field or a gradient magnetic field (A) (gradient), and the resonance frequency of this atom is measured. It is shown that (A) a resonance electromagnetic wave, which is an electromagnetic wave, is applied, and then (C) an induced electromagnetic wave is generated. The gradient magnetic field will be described later.
自由誘導減衰により放出された電磁界エネルギーは、波動の性質である振幅、波長、位相の性質を持つ。共鳴周波数は静磁場強度と物質固有値に比例するため、観測対象に傾斜磁場を印加し、位置により磁場の強度を変化させることにより、共鳴周波数を変化させることができる。すなわち、傾斜磁場を印加することにより、位置情報をもたせることができ、波長から位置情報を取り出すことができる。また、振幅情報から原子密度を取り出し、二次元の濃淡画像を得ることができる。MRIは、主に医療用として人体の画像診断に用いられている。MRIの静磁場の強度は1T(テスラ)=10000ガウス程度の大きさであり、一方、地磁場の強度は0.5×10^(−4)T程度の大きさである。本実施の形態におけるNMR観測用14のセンサは、このようなNMR現象を利用して、例えば、地表に設けられた建物等の構造物の内部構造を検知するものである。 The electromagnetic field energy released by free induction decay has the properties of amplitude, wavelength, and phase, which are properties of waves. Since the resonant frequency is proportional to the static magnetic field strength and the substance eigenvalue, the resonant frequency can be changed by applying a gradient magnetic field to the observation target and changing the magnetic field strength depending on the position. That is, by applying a gradient magnetic field, position information can be provided, and position information can be extracted from the wavelength. In addition, a two-dimensional gray image can be obtained by extracting the atomic density from the amplitude information. MRI is mainly used for medical image diagnosis for medical purposes. The strength of the MRI static magnetic field is about 1T (Tesla) = 10000 Gauss, while the strength of the geomagnetic field is about 0.5 × 10 ^ (− 4) T. The sensor for NMR observation 14 in the present embodiment uses such an NMR phenomenon to detect the internal structure of a structure such as a building provided on the ground surface.
図5−1および図5−2は、本実施の形態の配置例を示す図であり、図5−1は、衛星に搭載された地球観測装置により地球観測を行う場合の配置例を示す図であり、図5−2は、地表に設けられた地球観測装置により地球観測を行う場合の配置例を示す図である。図5−1では、地球21を囲むように複数の地球観測装置20が宇宙空間に配置されており、地球観測装置20は、円軌道または円で表されている。また、静磁場22が示されており、この静磁場22は例えば地磁場である。なお、地球観測装置20は、航空機等に搭載し、上空から地表面等を観測するものであってもよい。また、図5−2では、地球21を囲む複数の地球観測装置20が地球21上に配置されており、地球観測装置20は円で表されている。また、静磁場22が示されており、この静磁場22は例えば地磁場である。
FIGS. 5A and 5B are diagrams illustrating an arrangement example of the present embodiment, and FIG. 5A is a diagram illustrating an arrangement example in the case where the earth observation device mounted on the satellite performs the earth observation. FIG. 5B is a diagram illustrating an arrangement example in the case where the earth observation is performed by the earth observation apparatus provided on the ground surface. 5A, a plurality of
次に、本実施の形態の動作について説明する。まず、観測対象を決定する。この際、観測対象の水平位置、深さ、材質、観測の精度等を明確にする。なお、観測対象は、例えば地表上または地中に配置されている。次に、NMR測定の条件、すなわち、静磁場および傾斜磁場の発生条件、共鳴電磁波の発生条件、誘導電磁波の測定条件を決定する。この際、静磁場、傾斜磁場、共鳴電磁波、および誘導電磁波の強度、方向、周波数、および位相を明確にする。次に、観測対象に対してNMR測定を行う。すなわち、静磁場発生部2により静磁場および傾斜磁場を発生させ、共鳴電磁波発生部3により共鳴電磁波を発生させ、誘導電磁波測定部4により観測対象からの誘導電磁波の測定を行う。このようなSQUID測定を複数回行う。この複数回の測定は、複数回の測定を制御する制御部である複数回測定部12によりなされる。複数回の測定により一般にSN比を向上させることができ、観測精度を向上させることができる。これらの複数回の測定結果を、照合解析部11にて、予備データと照合しながら解析する。また、上記過程において、外部通信部13を介して、適宜、他の観測装置とデータを共有し、協調して観測を行う。
Next, the operation of the present embodiment will be described. First, the observation target is determined. At this time, the horizontal position, depth, material, observation accuracy, etc. of the observation target are clarified. Note that the observation object is arranged on the ground surface or in the ground, for example. Next, the NMR measurement conditions, that is, the generation conditions of the static magnetic field and the gradient magnetic field, the generation conditions of the resonance electromagnetic wave, and the measurement conditions of the induced electromagnetic wave are determined. At this time, the strength, direction, frequency, and phase of the static magnetic field, gradient magnetic field, resonant electromagnetic wave, and induced electromagnetic wave are clarified. Next, NMR measurement is performed on the observation target. That is, the static magnetic
ここで、NMR測定において発生させる静磁場について説明する。図6に示すように、電磁気学のアンペールの法則より、半径a、巻き数nのコイル23に対して円電流Iを流すと、コイル23の中心軸上におけるコイルの中心から距離zの点での磁場B(磁束密度)は以下のように(1)式で表される。
ここで、μ0は真空の透磁率=4×π×10^(−7)である。 Here, μ0 is vacuum permeability = 4 × π × 10 ^ (− 7).
上記(1)式を用いて、例えば地表に通常のMRIと同程度の大きさである1Tの磁場を発生させるとし、本実施の形態の地球観測装置が例えば静止軌道衛星に搭載されているとすると、地球半径6378km、静止軌道高度35786kmより、地球中心から衛星までの距離は42164kmであるので、a=100m、n=10^6に対してはI〜10^19A(アンペア)、a=10000m、n=10^6に対してはI〜10^13Aとなる。これらの電流値は静止軌道衛星に搭載されたコイルに対して評価されたものであって、以下のようにして実現可能な範囲内に設定することができる。例えば、複数個の衛星、低軌道衛星、地上に設置したコイルなどを適宜併用することにより、10^2倍程度の強度向上を実現することができる。また、実施の形態2で詳述するようなSQUID(Superconducting Quantum Interference Device、超伝導量子干渉素子)を用いることにより、誘導電磁波の測定において、10^5倍程度の感度向上を実現することができる。さらに、複数回の測定により例えば10^3倍程度の感度向上を実現することができる。これらを併用し、10^10倍程度の効果を実現すると、上記のIは10^3A程度となり(上記電流評価値の後者に対応)、十分実現可能である。
Using the above equation (1), for example, if a 1T magnetic field having a magnitude similar to that of normal MRI is generated on the ground surface, the earth observation apparatus of the present embodiment is mounted on a geosynchronous orbit satellite, for example. Then, from the earth radius 6378 km and geostationary orbit altitude 35786 km, the distance from the earth center to the satellite is 42164 km, so for a = 100 m, n = 10 ^ 6, I-10 ^ 19 A (ampere), a = 10000 m , N = 10 ^ 6 is I-10 ^ 13A. These current values have been evaluated for coils mounted on geostationary orbit satellites, and can be set within a feasible range as follows. For example, by using a plurality of satellites, a low-orbit satellite, a coil installed on the ground, and the like as appropriate, the strength can be improved by about 10 ^ 2. Further, by using a SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) as described in detail in
次に、上述の外部通信部13を使用した他の観測装置との協調動作について説明する。例えば、本実施の形態の地球観測装置を複数連携して観測対象を観測する場合を考える。このとき、共鳴電磁波発生部3で発生する電磁波、または誘導電磁波測定部4で測定する電磁波の方向、強度、波長、位相を、複数の観測装置が連携するように決定する。これにより、方向、強度、波長、位相を調整することにより、遠方から1つの観測対象を選択的に、励起(共鳴)、観測(誘導)することが可能となる。このように、電磁波の波動性(数学的にはフーリエ級数)を利用し、方向、強度、波長、位相の合成により任意の共鳴・誘導波を創出する。従来技術では観測点(観測装置)は1つであったが、本実施の形態におけるように、複数の観測装置が協調することにより、より遠方の測定、SN比の向上が可能となる。
Next, a cooperative operation with another observation apparatus using the above-described external communication unit 13 will be described. For example, consider a case where a plurality of earth observation apparatuses of the present embodiment are linked to observe an observation target. At this time, the direction, intensity, wavelength, and phase of the electromagnetic wave generated by the resonant electromagnetic
なお、静磁場発生部2により静磁場および傾斜磁場を発生させるかわりに、地磁場を利用してNMR測定を行うこともできる。この際、上記の(傾斜)静磁場の発生条件の替わりに、静磁場測定部5により、観測対象が配置された位置における地磁場分布を測定し、これを条件とする。したがって、NMR観測用の装置としては、静磁場発生部2または静磁場測定部5の一方を備える構成とすることもできる。
Instead of generating a static magnetic field and a gradient magnetic field by the static
特に、観測装置による静磁場発生が困難な場合、またはより性能が向上する場合、地磁場を代用する。一般的なMRIの静磁場は1T程度であるのに対して、地磁場は0.4〜0.6×10^(−4)T程度である。そのため、これを補うために、複数回の測定、複数装置の協調、予備データとの照合、実施の形態2で詳述するSQUIDを併用して、10^5倍程度のSN比向上を行う。 In particular, when it is difficult to generate a static magnetic field by the observation apparatus, or when the performance is further improved, the geomagnetic field is substituted. A general MRI static magnetic field is about 1T, while a geomagnetic field is about 0.4 to 0.6 × 10 ^ (− 4) T. Therefore, in order to compensate for this, the SN ratio is improved by about 10 ^ 5 times by using a plurality of measurements, cooperation of a plurality of apparatuses, collation with preliminary data, and SQUID described in detail in the second embodiment.
本実施の形態によれば、NMR現象を利用した観測により、観測対象の内部構造を観測することができる。また、従来の資源探査に使用されていた方法等に比較して、分解能を向上させることができる。すなわち、地球観測にNMR現象を適用するにあたり、複数回の測定、複数装置の協調、予備データとの照合により、SN比を向上する。特に、複数装置の協調により遠方の観測が可能になる。また、観測装置による静磁場発生が困難な場合、地磁気分布を予め測定しこれを代用して測定結果を解析することができる。以上により、NMR現象の地球観測への適用が実現し、その特性を活かした高分解能化、内部構造の検出(3次元解析)を実現する。 According to the present embodiment, the internal structure of the observation target can be observed by observation using the NMR phenomenon. In addition, the resolution can be improved as compared with the methods used for conventional resource exploration. That is, in applying the NMR phenomenon to the earth observation, the S / N ratio is improved by multiple measurements, cooperation of multiple devices, and collation with preliminary data. In particular, it is possible to observe far away by cooperation of a plurality of devices. In addition, when it is difficult to generate a static magnetic field by the observation device, the geomagnetic distribution can be measured in advance and the measurement result can be analyzed by using it. As described above, the application of the NMR phenomenon to the earth observation is realized, and the high resolution and the detection of the internal structure (three-dimensional analysis) utilizing the characteristics are realized.
なお、特許文献1では、地表面に置かれたワイヤループを用い、NMR現象を利用して鉱物資源の観測を行う従来技術が開示されている。しかしながら、特許文献1では、主に地質調査に関してNMR現象を適用する記述はあるが、衛星等から地球観測を実現する方法については記載されていない。また、特許文献3では、空中または地上に配置されたコイルにより磁場を印加して地下構造の探索を行う従来技術が開示されているが、NMR現象を用いた観測については記述されていない。また、特許文献1および特許文献3を組み合わせて考慮しても、本発明の衛星等から地球観測を行い、複数回の測定、複数個の装置による精度測定の向上の実現性を具体的に示唆するものではない。
実施の形態2.
図1は、本発明にかかる地球観測装置の実施の形態2を含む装置の構成を示すブロック図であり、本実施の形態におけるセンサ部分は、実施の形態1におけるNMR観測用14のセンサに加えて、SQUID(Superconducting Quantum Interference Device、超伝導量子干渉素子)観測用15のセンサを備えている。さらに、実施の形態1と同様に、本実施の形態は、切替部10と、照合解析部11と、複数回測定部12と、外部通信部13と、を備えている。切替部10は、NMR観測用14のセンサと、SQUID観測用15のセンサ(電磁波測定部7)を連携させて動作させる。以下では、実施の形態1と同一の構成要素に対しては同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an apparatus including the second embodiment of the earth observation apparatus according to the present invention. The sensor portion in the present embodiment is added to the 14 sensors for NMR observation in the first embodiment. 15 sensors for observing SQUID (Superconducting Quantum Interference Device). Further, as in the first embodiment, the present embodiment includes a
図1に示すように、SQUID観測用15のセンサは、例えばコイル構造を有するSQUID6と、SQUID6を用いた電磁波の測定を行う電磁波測定部7と、を備えている。このように、SQUID観測用15のセンサをさらに備えた地球観測装置は、例えば衛星等に搭載される。
As shown in FIG. 1, the sensor for SQUID observation 15 includes, for example, a
次に、SQUID6について説明する。図4は、本実施の形態におけるSQUID6の構成を示す図である。図6に示すように、SQUID6はリング構造17の超伝導体であり、リング構造17が磁場の中に置かれると、(超伝導体は抵抗がゼロであるため)外部からの磁場の変化を打ち消すような電流が発生する。このとき、リング構造17の一部に細い箇所(ジョセフソン接合18)があると、その部分は超伝導状態が崩れ(すなわち、抵抗が生じている)、電圧が発生する。この電圧は外部磁場の変化強度に比例するため、この電圧を検出することにより外部磁場を測定することができる。この測定方法によれば、地磁場(約0.5T)の5000万分の1以下(10^(−8)〜10^(−14)T)の微弱磁場の検出が可能である。また、他の磁気測定素子フラックスゲートの感度は10^(−3)〜10^(−11)T程度であるので、10^4程度感度が向上している。
Next,
また、SN比を向上するために、SQUIDは、図7に示すような構造を備えたものであることが好ましい。すなわち、図7においては、高透磁率の物質26の周りにコイルが複数回巻回されたコイル構造のSQUID25が配置されており、このSQUID25に対して、観測対象24の方向の後方側には磁場を集約する装置である集約器27が設けられている。この集約器27は例えばパラボラ、反射鏡等であり、観測対象24からの磁場28をSQUID25に集約する。
In order to improve the S / N ratio, the SQUID preferably has a structure as shown in FIG. That is, in FIG. 7, a
次に、本実施の形態の動作について説明する。ただし、以下では主にSQUID観測用15のセンサの動作について説明する。NMR観測用14のセンサの動作については、実施の形態1と同様である。まず、観測対象を決定する。この際、観測対象の水平位置、深さ、材質、観測の精度等を明確にする。なお、観測対象は、例えば地表上または地中に配置されている。次に、SQUID測定の条件を決定する。また、NMR観測用14のセンサと連携させて測定を行う場合には、静磁場、傾斜磁場、共鳴電磁波、および誘導電磁波の強度、方向、周波数、および位相を明確にする。次に、電磁波測定部7により、観測対象に対してSQUID測定を行う。すなわち、SQUID6を用いて、観測対象からの磁場を検知する。そして、このようなSQUID測定を複数回行う。この複数回の測定は、複数回の測定を制御する制御部である複数回測定部12によりなされる。複数回の測定により一般にSN比を向上させることができ、観測精度を向上させることができる。測定結果は、照合解析部11にて、予備データと照合しながら解析する。例えば、ミサイル防衛におけるミサイル発射時の磁気パターンなど、予め記録された観測対象のデータを照合して解析を行う。また、上記過程において、外部通信部13を介して、適宜、他の観測装置とデータを共有し、協調して観測を行う。
Next, the operation of the present embodiment will be described. However, the operation of the 15 sensors for SQUID observation will be mainly described below. The operation of the NMR observation sensor 14 is the same as that of the first embodiment. First, the observation target is determined. At this time, the horizontal position, depth, material, observation accuracy, etc. of the observation target are clarified. Note that the observation object is arranged on the ground surface or in the ground, for example. Next, conditions for SQUID measurement are determined. When measurement is performed in cooperation with the NMR observation sensor 14, the intensity, direction, frequency, and phase of the static magnetic field, the gradient magnetic field, the resonance electromagnetic wave, and the induction electromagnetic wave are clarified. Next, the SQUID measurement is performed on the observation target by the electromagnetic
次に、本実施の形態の効果について説明する。本実施の形態によれば、NMR観測用14のセンサに加えて、SQUID観測用15のセンサを搭載して観測に利用することにより、2つのセンサを連携させてより高感度の測定が可能になると共に(実施の形態1の記述を参照)、単独のセンサとしてもSQUIDの地球観測への適用が実現し、その特性を活かした高分解能化が実現する。また、SQUIDでは超伝導を起こすために極低温が必要であるが、地球観測装置を例えば衛星に搭載する場合には、宇宙空間ではその温度を利用できる。また、地球上でのSQUIDでは環境雑音除去が重要であり、従来は高温超伝導体磁気シールドや強磁性体シールドを用いている。しかしながら、宇宙空間では観測対象(地球)以外からの雑音は少ない。本実施の形態では、SQUIDを地球観測に適用するにあたり、SQUID構造の改良(コイル構造、集約器の設置、高透磁率物質の内包)、複数回の測定、複数装置の協調、予備データとの照合により、SN比を向上する。特に、複数装置の協調により遠方の観測が可能になる。 Next, the effect of this embodiment will be described. According to the present embodiment, in addition to the 14 sensors for NMR observation, the 15 sensors for SQUID observation are mounted and used for observation, so that two sensors can be linked to perform higher sensitivity measurement. In addition, the SQUID can be applied to earth observation even as a single sensor, and high resolution utilizing the characteristics can be realized. In addition, SQUID requires a very low temperature to cause superconductivity, but when the earth observation device is mounted on a satellite, for example, the temperature can be used in outer space. Further, environmental noise removal is important for SQUID on the earth, and conventionally, a high-temperature superconductor magnetic shield or a ferromagnetic shield is used. However, there is little noise from outside the observation target (Earth) in outer space. In this embodiment, when applying SQUID to earth observation, improvement of SQUID structure (coil structure, installation of aggregator, inclusion of high permeability material), multiple measurements, cooperation of multiple devices, and preliminary data The S / N ratio is improved by collation. In particular, it is possible to observe far away by cooperation of a plurality of devices.
なお、特許文献2では、主に特定構造物に対して、SQUIDを用いて内部構造を観測する従来技術が開示されている。特に、地上における環境雑音、測定器の移動による雑音に対して、測定信号の変調により、SN比を向上する方法を示している。しかしながら、特許文献2では、主に地質調査に関してNMR現象を適用する記述はあるが、衛星等から地球観測を実現する方法については記載されていない。また、SQUIDは、従来、脳内の磁気分布の測定などに用いられている。しかしながら、これらは近接した物体を測定対象としており、複数素子を利用した感度の向上、集約器の設置や高誘電率の内包による測定感度向上はなされていない。このようなアイデアがない従来例では本発明の効果は得られない。
実施の形態3.
図1は、本発明にかかる地球観測装置の実施の形態3を含む装置の構成を示すブロック図であり、本実施の形態におけるセンサ部分は、実施の形態1におけるNMR観測用14のセンサに加えて、THz(テラヘルツ)観測用16のセンサを備えている。さらに、実施の形態1と同様に、本実施の形態は、切替部10と、照合解析部11と、複数回測定部12と、外部通信部13と、を備えている。以下では、実施の形態1と同一の構成要素に対しては同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an apparatus including a third embodiment of the earth observation apparatus according to the present invention. The sensor portion in the present embodiment is added to the 14 sensors for NMR observation in the first embodiment. And 16 sensors for THz (terahertz) observation. Further, as in the first embodiment, the present embodiment includes a
図1に示すように、THz(テラヘルツ)観測用16のセンサは、先端に送信用のアンテナを備えTHz波を発生するTHz波発生部8と、先端に受信用のアンテナを備えTHz波を測定するTHz波測定部9と、を備えている。このように、THz観測用16のセンサをさらに備えた地球観測装置は、例えば衛星等に搭載される。切替部10は、THz波発生部8とTHz波測定部9とを切り替え、連携させて動作させると共に、NMR観測用14のセンサの各部との切り替えも行い、連携させて動作させる。
As shown in FIG. 1, the THz (terahertz) observation 16 sensor has a
ここで、THz波について説明する。テラヘルツ波とは、毎秒一兆(テラ、10^12)回振動している電磁波のことである。テラヘルツ波は、光波と電波の中間領域に存在する波長であり、光波と電波の両方の特徴を有することを特徴とする。つまり、この波長においては、電波のように、紙、プラスチック、ビニール、繊維、半導体、脂肪、粉体、氷など様々な物質を透過すると共に、光波のようにレンズやミラーで空間を自在に取り回すことができる。これらの性質を応用して、これまで、人に照射して服に隠されたナイフ等を遠隔探知する例、開封禁止の封筒内の禁止薬物等を同定するといった例、電子機器内の電子分布(稼動状況)を観察する例が報告されている。テラヘルツ波は、これまで産業利用するのに有効な発生・検出技術がなかったため、ほとんど利用されてこなかった。ところが、近時、大学を中心にしたここ20年ほどの研究で基礎技術にめどが立ち、焦点は企業を中心とする用途開発に移っている。これを宇宙から軍事施設活動監視、地球資源探索に利用できると予想する。THz波の発生方法には、光伝導スイッチを用いた方法、半導体を用いた方法、非線形光学効果を用いた方法があり、THz波の測定方法には時間領域分光方法などがある。 Here, the THz wave will be described. A terahertz wave is an electromagnetic wave that vibrates a trillion (tera, 10 ^ 12) times per second. A terahertz wave is a wavelength that exists in an intermediate region between a light wave and a radio wave, and has characteristics of both a light wave and a radio wave. In other words, at this wavelength, while transmitting various substances such as paper, plastic, vinyl, fiber, semiconductor, fat, powder, and ice like radio waves, you can freely take up space with lenses and mirrors like light waves. Can be turned. Applying these properties, examples of remote detection of knives, etc. hidden in clothes by irradiation to humans, identification of prohibited drugs in envelopes prohibited from opening, etc., distribution of electrons in electronic devices An example of observing (operation status) has been reported. Terahertz waves have been rarely used because there has been no effective generation and detection technology for industrial use. However, in recent years, standing is prospect to research in the basic technologies of the past 20 years has been at the center of the university, the focus has shifted to applications development centered on the company. This can be used from space to monitor military facility activities and search for earth resources. THz wave generation methods include a method using a photoconductive switch, a method using a semiconductor, and a method using a nonlinear optical effect, and a THz wave measurement method includes a time domain spectroscopy method.
また、SN比を向上するために、THz(テラヘルツ)観測用16のセンサは、図8に示すような構造を備えたものであることが好ましい。すなわち、図8においては、THz波送信素子またはTHz波受信素子30は、近接してTHz波集約の機能を有する高誘電率物質31を備えており、高誘電率物質31の表面は(レンズのように)二次曲線の形状を有し、THz波送信素子またはTHz波受信素子30に、観測対象29からのTHz波29を集中できる構造としている。また、THz波送信素子またはTHz波受信素子30に対して、観測対象24の方向の後方側には、THz波を集約するための集約器32が設けられている。この集約器32は、THz波を集約するための例えば鏡面であり、この鏡面は、(パラボラアンテナのように)2次曲線形状を有し、THz波送信素子またはTHz波受信素子30にTHz波を集中できる構造としている。符号33が付された光線は、集約器32によるTHz波の集約の様子を表している。なお、図8に示すような、THz波送信素子またはTHz波受信素子30の改良(集約器の設置、高誘電率物質の付与)は、THz波の光としての性質を利用している。つまり、光は鏡面により反射・集約、高誘電率(高屈折率)物質により導波可能であるという性質を利用している。
In order to improve the SN ratio, it is preferable that the THz (terahertz) observation 16 sensor has a structure as shown in FIG. That is, in FIG. 8, a THz wave transmitting element or a THz
次に、本実施の形態の動作について説明する。ただし、以下では主にTHz観測用16のセンサの動作について説明する。NMR観測用14のセンサの動作については、実施の形態1と同様である。まず、観測対象を決定する。この際、観測対象の水平位置、深さ、材質、観測の精度等を明確にする。なお、観測対象は、例えば地表上または地中に配置されている。次に、THz波測定の条件を決定する。また、NMR観測用14のセンサと連携させて測定を行う場合には、静磁場、傾斜磁場、共鳴電磁波、および誘導電磁波の強度、方向、周波数、および位相を明確にする。次に、THz波発生部8により発生させたTHz波を観測対象に照射し、次に、観測対象からのTHz波をTHz波測定部9にて測定することにより、THz波の測定を行う。そして、このようなTHz波測定を複数回行う。この複数回の測定は、複数回の測定を制御する制御部である複数回測定部12によりなされる。複数回の測定により一般にSN比を向上させることができ、観測精度を向上させることができる。測定結果は、照合解析部11にて、予備データと照合しながら解析する。例えば、軍事施設内の電子機器の運用状況など、予め記録された観測対象のデータを照合して解析を行う。また、上記過程において、外部通信部13を介して、適宜、他の観測装置とデータを共有し、協調して観測を行う。
Next, the operation of the present embodiment will be described. However, the operation of the 16 sensors for THz observation will be mainly described below. The operation of the NMR observation sensor 14 is the same as that of the first embodiment. First, the observation target is determined. At this time, the horizontal position, depth, material, observation accuracy, etc. of the observation target are clarified. Note that the observation object is arranged on the ground surface or in the ground, for example. Next, THz wave measurement conditions are determined. When measurement is performed in cooperation with the NMR observation sensor 14, the intensity, direction, frequency, and phase of the static magnetic field, the gradient magnetic field, the resonance electromagnetic wave, and the induction electromagnetic wave are clarified. Next, the THz wave generated by the THz
次に、本実施の形態の効果について説明する。本実施の形態によれば、NMR観測用14のセンサに加えて、THz観測用16のセンサを搭載して観測に利用することにより、2つのセンサを連携させた測定が可能になると共に、単独のセンサとしてもTHz波の地球観測への適用が実現し、その特性を活かした特殊用途向けの観測(例えば、電子機器利用状況など)が実現し、高分解能化が実現する。また、従来技術における地球(または、地域)観測の電磁波は主に可視光または電波であり、赤外とサブミリ波の間の周波数であるTHz波は用いられていない。本実施の形態によれば、THz波の照射および測定により、従来技術では観測が困難であった情報(例えば、デバイス内の電子分布など)の観測が可能となる。また、THz波を地球観測に適用するにあたり、THz波送信素子またはTHz波受信素子の改良(集約器の設置、高誘電率物質の付与)、複数回の測定、複数装置の協調、予備データとの照合により、SN比を向上する。特に、複数装置の協調により、遠方の観測が可能になる。なお、従来のTHzを利用した内部構造の検知においては、近接した物体を測定対象としており、複数素子、集約器や高誘電率物質による測定感度向上はなされていない。 Next, the effect of this embodiment will be described. According to the present embodiment, in addition to the 14 sensors for NMR observation, the 16 sensors for THz observation are mounted and used for observation, thereby enabling measurement in which the two sensors are linked together, As a sensor, THz waves can be applied to earth observation, and observations for special applications (for example, electronic device usage status) utilizing the characteristics can be realized, and high resolution can be realized. In addition, electromagnetic waves observed on the earth (or region) in the prior art are mainly visible light or radio waves, and THz waves that are frequencies between infrared and submillimeter waves are not used. According to the present embodiment, it is possible to observe information (for example, electron distribution in the device) that has been difficult to observe by the conventional technology by irradiation and measurement of THz waves. In addition, when applying THz waves to earth observation, improvement of THz wave transmitting elements or THz wave receiving elements (installation of aggregators, application of high dielectric constant materials), multiple measurements, coordination of multiple devices, preliminary data and The signal-to-noise ratio is improved by collation. In particular, it is possible to observe far away by cooperation of a plurality of devices. In the conventional internal structure detection using THz, a close object is a measurement object, and measurement sensitivity is not improved by a plurality of elements, an aggregator, or a high dielectric constant material.
実施の形態4.
図1は、本発明にかかる地球観測装置の実施の形態4の構成を示すブロック図であり、本実施の形態は、NMR観測用14のセンサ、SQUID観測用15のセンサ、およびTHz観測用16のセンサを備えている。さらに、実施の形態1〜3と同様に、本実施の形態は、切替部10と、照合解析部11と、複数回測定部12と、外部通信部13と、を備えている。以下では、実施の形態1〜3と同一の構成要素に対しては同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a fourth embodiment of an earth observation apparatus according to the present invention. In the present embodiment, 14 sensors for NMR observation, 15 sensors for SQUID observation, and 16 for THz observation are shown. The sensor is equipped. Further, like the first to third embodiments, the present embodiment includes a
本実施の形態では、NMR観測、SQUID観測、THz波観測の複数を組み合わせて観測を行う。例えば、SQUID観測用の電磁波測定部7をNMR観測用の静磁場測定部または誘導電磁波測定部として利用することができる。また、THz波観測用のTHz波発生部8をNMR観測用の共鳴電磁波発生部、THz波測定部9をNMR観測用の誘導電磁波測定部として利用することができる。切替部10は、NMR観測用14の静磁場発生部2、共鳴電磁波発生部3、誘導電磁波測定部4、静磁場測定部5、SQUID観測用15の電磁波測定部7、THz観測用16のTHz波発生部8、およびTHz波測定部9を適宜切り替え、連携させて動作させる。
In the present embodiment, observation is performed by combining a plurality of NMR observations, SQUID observations, and THz wave observations. For example, the
次に、本実施の形態の動作について説明する。まず、観測対象を決定する。この際、観測対象の水平位置、深さ、材質、観測の精度等を明確にする。なお、観測対象は、例えば地表上または地中に配置されている。次に、NMR観測、SQUID観測、THz観測の条件を決定する。この際、静磁場、傾斜磁場、共鳴電磁波、および誘導電磁波の強度、方向、周波数、および位相を明確にする。次に、NMR観測、SQUID観測、THz観測の測定を行う。各測定方法は、実施の形態1〜3に説明した方法に従うが、上述のように、例えば、SQUID観測用の電磁波測定部7をNMR観測用の静磁場測定部または誘導電磁波測定部として利用して観測を行うことができる。そして、このようなTHz波測定を複数回行う。この複数回の測定は、複数回の測定を制御する制御部である複数回測定部12によりなされる。複数回の測定により一般にSN比を向上させることができ、観測精度を向上させることができる。測定結果は、照合解析部11にて、予備データと照合しながら解析する。また、上記過程において、外部通信部13を介して、適宜、他の観測装置とデータを共有し、協調して観測を行う。
Next, the operation of the present embodiment will be described. First, the observation target is determined. At this time, the horizontal position, depth, material, observation accuracy, etc. of the observation target are clarified. Note that the observation object is arranged on the ground surface or in the ground, for example. Next, conditions for NMR observation, SQUID observation, and THz observation are determined. At this time, the strength, direction, frequency, and phase of the static magnetic field, gradient magnetic field, resonant electromagnetic wave, and induced electromagnetic wave are clarified. Next, measurement of NMR observation, SQUID observation, and THz observation is performed. Each measurement method follows the method described in the first to third embodiments. As described above, for example, the electromagnetic
本実施の形態によれば、地球観測において、NMR現象、SQUID、THz波の各特長を活かした、観測対象の内部構造の観測およびその分解能向上が可能となる。例えば、NMR観測にSQUID観測を組み合わせることにより、より高感度の測定が可能になる。また、NMR観測にTHz観測を組み合わせることにより、より特殊用途向けの観測(電子機器利用状況など)が可能になる。以上のように、NMR現象、SQUID、THz波を地球観測に応用することにより、従来技術における分解能(数m〜数十cm)を改善し、従来技術では困難であった内部構造の検知能力を向上させ、新たに3次元解析、高解像度化、および電子機器の使用状況の検知等を可能にする。 According to the present embodiment, in the earth observation, it is possible to observe the internal structure of the observation target and improve the resolution by utilizing the features of the NMR phenomenon, SQUID, and THz wave. For example, by combining SQUID observation with NMR observation, it becomes possible to perform measurement with higher sensitivity. Further, by combining the NMR observation with the THz observation, observations for special purposes (such as electronic device utilization status) can be made. As described above, by applying the NMR phenomenon, SQUID, and THz wave to earth observation, the resolution (several meters to several tens of centimeters) in the prior art is improved, and the internal structure detection capability that has been difficult with the prior art is improved. It will be improved, and new 3D analysis, higher resolution, and usage status detection of electronic devices will be possible.
以上のように、本発明にかかる地球観測装置は、地表上または地中に配置された構造物の内部構造の検知に有用である。 As described above, the earth observation apparatus according to the present invention is useful for detecting the internal structure of a structure placed on the ground surface or in the ground.
1 コイル
2 静磁場発生部
3 共鳴電磁波発生部
4 誘導電磁波測定部
5 静磁場測定部
6 SQUID
7 電磁波測定部
8 THz波発生部
9 THz波測定部
10 切替部
11 照合解析部
12 複数回測定部
13 外部通信部
14 NMR観測用
15 SQUID観測用
16 THz観測用
DESCRIPTION OF
7 Electromagnetic
Claims (9)
前記観測対象に照射する静磁場を発生すると共に、前記観測対象に照射する傾斜磁場を発生する静磁場発生部と、
前記静磁場中に配置された前記観測対象に照射する共鳴電磁波を発生する共鳴電磁波発生部と、
前記共鳴電磁波の照射後に、前記観測対象から放出される誘導電磁波を測定する誘導電磁波測定部と、
予め記録された前記観測対象に関するデータを照合し、前記誘導電磁波測定部により測定された誘導電磁波に基づいて、前記観測対象の内部構造についての解析を行う照合解析部と、
前記観測対象についての測定を複数回行うように制御することが可能な測定制御部と、
他の地球観測装置により取得された前記観測対象についてのデータの受信を含む当該他の地球観測装置との通信を行う外部通信部と、
を備えることを特徴とする地球観測装置。 An earth observation device for observing the earth including detection of an internal structure of an observation object that is arranged in outer space, above the sky, or on the ground surface, and is provided on the ground surface or in the ground,
A static magnetic field generator for generating a static magnetic field for irradiating the observation target, and generating a gradient magnetic field for irradiating the observation target;
A resonant electromagnetic wave generator for generating a resonant electromagnetic wave to be irradiated to the observation object arranged in the static magnetic field;
An induced electromagnetic wave measurement unit for measuring the induced electromagnetic wave emitted from the observation object after irradiation of the resonant electromagnetic wave;
Collating data related to the observation target recorded in advance, and based on the induced electromagnetic wave measured by the induced electromagnetic wave measurement unit, a verification analysis unit that analyzes the internal structure of the observation target;
A measurement control unit capable of controlling to perform measurement for the observation object a plurality of times;
An external communication unit that communicates with the other earth observation device including reception of data about the observation object acquired by the other earth observation device;
An earth observation apparatus comprising:
地磁場を測定するための静磁場測定部と、
前記地磁場中に配置された前記観測対象に照射する共鳴電磁波を発生する共鳴電磁波発生部と、
前記共鳴電磁波の照射後に、前記観測対象から放出される誘導電磁波を測定する誘導電磁波測定部と、
予め記録された前記観測対象に関するデータを照合し、前記誘導電磁波測定部により測定された誘導電磁波に基づいて、前記観測対象の内部構造についての解析を行う照合解析部と、
前記観測対象についての測定を複数回行うように制御することが可能な測定制御部と、
他の地球観測装置により取得された前記観測対象についてのデータの受信を含む当該他の地球観測装置との通信を行う外部通信部と、
を備えることを特徴とする地球観測装置。 An earth observation device for observing the earth including detection of an internal structure of an observation object that is arranged in outer space, above the sky, or on the ground surface, and is provided on the ground surface or in the ground,
A static magnetic field measurement unit for measuring the geomagnetic field,
A resonant electromagnetic wave generator for generating a resonant electromagnetic wave that irradiates the observation object arranged in the geomagnetic field;
An induced electromagnetic wave measurement unit for measuring the induced electromagnetic wave emitted from the observation object after irradiation of the resonant electromagnetic wave;
Collating data related to the observation target recorded in advance, and based on the induced electromagnetic wave measured by the induced electromagnetic wave measurement unit, a verification analysis unit that analyzes the internal structure of the observation target;
A measurement control unit capable of controlling to perform measurement for the observation object a plurality of times;
An external communication unit that communicates with the other earth observation device including reception of data about the observation object acquired by the other earth observation device;
An earth observation apparatus comprising:
テラヘルツ(THz)波受信素子を備え、前記観測対象からのテラヘルツ波を測定するテラヘルツ波測定部と、
を備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の地球観測装置。 A terahertz wave generation unit that includes a terahertz (THz) wave transmitting element and generates a terahertz wave that irradiates the observation target;
A terahertz wave measuring unit that includes a terahertz (THz) wave receiving element and measures a terahertz wave from the observation target;
The earth observation apparatus according to any one of claims 1 to 6, further comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007111988A JP2008268018A (en) | 2007-04-20 | 2007-04-20 | Earth observation device |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108377163A (en) * | 2017-12-06 | 2018-08-07 | 中国人民解放军国防科技大学 | Multi-satellite online collaboration method based on asynchronous communication |
WO2021068430A1 (en) * | 2019-10-09 | 2021-04-15 | 刘风华 | Electromagnetic big data remote sensing of physiological dynamics |
-
2007
- 2007-04-20 JP JP2007111988A patent/JP2008268018A/en active Pending
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