JP2008268018A - Earth observation device - Google Patents

Earth observation device Download PDF

Info

Publication number
JP2008268018A
JP2008268018A JP2007111988A JP2007111988A JP2008268018A JP 2008268018 A JP2008268018 A JP 2008268018A JP 2007111988 A JP2007111988 A JP 2007111988A JP 2007111988 A JP2007111988 A JP 2007111988A JP 2008268018 A JP2008268018 A JP 2008268018A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
observation
earth
electromagnetic wave
magnetic field
wave
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007111988A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Hayakawa
宏 早川
Keiji Okubo
啓示 大久保
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2007111988A priority Critical patent/JP2008268018A/en
Publication of JP2008268018A publication Critical patent/JP2008268018A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an earth observation device capable of detecting a structure of the inside of a structure. <P>SOLUTION: The device includes a sensor 14 for observing NMR by utilizing the NMR phenomenon, a sensor 15 for observing the SQUID by utilizing the SQUID, and a sensor 16 for observing THz waves by utilizing THz waves to observe the earth by switching the sensors by a switching part 10 properly based on the cooperation of functions of each sensor. A plurality of times measuring part 12 controls the measurement to enable the measurements for a plurality of times. The results of the measurements are analyzed while checking them against preliminary data in a checking and analyzing part 11. This earth observation device holds the data in common with the other observation devices and observes the earth in cooperation with the other observation devices properly through a communication part 13 with the outside. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

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 Document 1 for the conventional earth observation by a satellite).

特表昭63−503563号公報JP-T63-503563 特開2005−326208号公報JP-A-2005-326208 特開2003−294853号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-294853 高橋康之著 「種子島宇宙センターからの物理授業」、宇宙開発事業団、http://ispace.jaxa.jp/pilot_experiments/education/status/progress/tnsc/index.htm、平成14年10月15日Yasuyuki Takahashi “Physics lesson from Tanegashima Space Center”, Space Development Corporation, http://ispace.jaxa.jp/pilot_experiments/education/status/progress/tnsc/index.htm, October 15, 2002

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。
Embodiment 1 FIG.
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 field generation unit 2 that generates a static magnetic field and a gradient magnetic field that irradiates an observation target, and a resonance electromagnetic wave generation unit 3 that generates a resonance electromagnetic wave irradiated to the observation target. , An induced electromagnetic wave measuring unit 4 for measuring an induced electromagnetic wave from an observation target, a static magnetic field measuring unit 5 for measuring a geomagnetic field, and a coil 1 are provided. The coil 1 allows direct current or low-frequency current to flow when generating a static magnetic field or gradient magnetic field using the static magnetic field generating unit 2, and allows high-frequency current to flow when generating a resonant electromagnetic wave using the resonant electromagnetic wave generating unit 3. In the measurement of the induced electromagnetic wave using the induced electromagnetic wave measuring unit 4, an induced current is detected.

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 collation analysis unit 11 that analyzes the observation result based on the observation data while collating the preliminary data, and a plurality of times Measurement unit 12 that performs measurement and accumulates measurement results, external communication unit 13 that transmits and receives data for communication with an external observation device, static magnetic field generation unit 2, resonance magnetic field generation unit 3 and a switching unit 10 that operates in association with the induction electromagnetic wave measurement unit 4 and the static magnetic field measurement unit 5 while switching appropriately.

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 earth observation devices 20 are arranged in outer space so as to surround the earth 21, and the earth observation device 20 is represented by a circular orbit or a circle. Further, a static magnetic field 22 is shown, and this static magnetic field 22 is, for example, a geomagnetic field. The earth observation device 20 may be mounted on an aircraft or the like and observe the ground surface or the like from the sky. Further, in FIG. 5B, a plurality of earth observation devices 20 surrounding the earth 21 are arranged on the earth 21, and the earth observation devices 20 are represented by circles. Further, a static magnetic field 22 is shown, and this static magnetic field 22 is, for example, a geomagnetic field.

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 field generation unit 2 generates a static magnetic field and a gradient magnetic field, the resonance electromagnetic wave generation unit 3 generates a resonance electromagnetic wave, and the induction electromagnetic wave measurement unit 4 measures the induction electromagnetic wave from the observation target. Such SQUID measurement is performed a plurality of times. The multiple measurement is performed by the multiple measurement unit 12 which is a control unit that controls the multiple measurement. In general, the SN ratio can be improved by a plurality of measurements, and the observation accuracy can be improved. These multiple measurement results are analyzed by the collation analysis unit 11 while collating with preliminary data. Further, in the above process, data is shared with other observation devices as appropriate through the external communication unit 13, and observation is performed in cooperation.

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。

Figure 2008268018
Here, the static magnetic field generated in the NMR measurement will be described. As shown in FIG. 6, according to Ampere's law of electromagnetism, when a circular current I is passed through a coil 23 having a radius a and a winding number n, the distance z from the center of the coil on the central axis of the coil 23 The magnetic field B (magnetic flux density) is expressed by equation (1) as follows.
Figure 2008268018

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 Embodiment 2, it is possible to realize a sensitivity improvement of about 10 ^ 5 times in the measurement of induced electromagnetic waves. . Furthermore, for example, a sensitivity improvement of about 10 ^ 3 times can be realized by a plurality of measurements. When these are used in combination and an effect of about 10 ^ 10 times is realized, the above I becomes about 10 ^ 3A (corresponding to the latter of the current evaluation values), which is sufficiently realizable.

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 wave generation unit 3 or the electromagnetic wave measured by the induced electromagnetic wave measurement unit 4 are determined so that a plurality of observation devices cooperate with each other. Thereby, by adjusting the direction, intensity, wavelength, and phase, it becomes possible to selectively excite (resonate) and observe (guide) one observation object from a distance. In this way, an arbitrary resonance / guided wave is created by synthesizing the direction, intensity, wavelength, and phase by utilizing the wave nature of the electromagnetic wave (mathematically, Fourier series). In the prior art, there is one observation point (observation apparatus). However, as in the present embodiment, by coordinating a plurality of observation apparatuses, it is possible to measure farther and improve the SN ratio.

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 magnetic field generator 2, NMR measurement can be performed using a geomagnetic field. At this time, instead of the conditions for generating the (gradient) static magnetic field, the static magnetic field measurement unit 5 measures the geomagnetic field distribution at the position where the observation target is arranged, and uses this as a condition. Therefore, the NMR observation apparatus can be configured to include one of the static magnetic field generation unit 2 and the static magnetic field measurement unit 5.

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。   Patent Document 1 discloses a conventional technique for observing mineral resources using an NMR phenomenon using a wire loop placed on the ground surface. However, Patent Document 1 describes that the NMR phenomenon is mainly applied to geological surveys, but does not describe a method for realizing earth observation from a satellite or the like. Patent Document 3 discloses a conventional technique for searching for an underground structure by applying a magnetic field using a coil arranged in the air or on the ground, but does not describe observation using an NMR phenomenon. In addition, even if Patent Document 1 and Patent Document 3 are considered in combination, earth observation is performed from the satellite of the present invention, and the possibility of improvement in accuracy measurement by a plurality of measurements and a plurality of devices is specifically suggested. Not what you want.

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。
Embodiment 2. FIG.
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 switching unit 10, a collation analysis unit 11, a multiple measurement unit 12, and an external communication unit 13. The switching unit 10 operates the sensor for NMR observation 14 and the sensor for SQUID observation 15 (electromagnetic wave measurement unit 7) in cooperation with each other. Below, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as Embodiment 1, and the detailed description is abbreviate | omitted.

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 SQUID 6 having a coil structure, and an electromagnetic wave measurement unit 7 for measuring an electromagnetic wave using the SQUID 6. As described above, the earth observation device further provided with the SQUID observation sensor 15 is mounted on, for example, a satellite.

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, SQUID 6 will be described. FIG. 4 is a diagram showing the configuration of SQUID 6 in the present embodiment. As shown in FIG. 6, SQUID 6 is a superconductor of the ring structure 17, and when the ring structure 17 is placed in a magnetic field, the change in the magnetic field from the outside is observed (since the superconductor has zero resistance). A current that cancels out is generated. At this time, if there is a thin portion (Josephson junction 18) in a part of the ring structure 17, the superconducting state of that part collapses (that is, resistance is generated), and a voltage is generated. Since this voltage is proportional to the change intensity of the external magnetic field, the external magnetic field can be measured by detecting this voltage. According to this measuring method, it is possible to detect a weak magnetic field of 1/50 million or less (10 ^ (-8) to 10 ^ (-14) T) of the geomagnetic field (about 0.5T). In addition, the sensitivity of the other magnetic measuring element fluxgate is about 10 ^ (− 3) to 10 ^ (− 11) T, so the sensitivity is improved by about 10 ^ 4.

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 SQUID 25 having a coil structure in which a coil is wound a plurality of times around a material 26 having a high magnetic permeability is disposed, and on the rear side in the direction of the observation target 24 with respect to the SQUID 25. An aggregator 27 that is an apparatus for aggregating magnetic fields is provided. The aggregator 27 is, for example, a parabola, a reflector, or the like, and aggregates the magnetic field 28 from the observation target 24 into the SQUID 25.

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 wave measurement unit 7. That is, the magnetic field from the observation target is detected using SQUID6. Then, such SQUID measurement is performed a plurality of times. The multiple measurement is performed by the multiple measurement unit 12 which is a control unit that controls the multiple measurement. In general, the SN ratio can be improved by a plurality of measurements, and the observation accuracy can be improved. The measurement result is analyzed by the collation analysis unit 11 while collating with the preliminary data. For example, analysis is performed by collating preliminarily recorded observation target data such as a magnetic pattern at the time of missile launch in missile defense. Further, in the above process, data is shared with other observation devices as appropriate through the external communication unit 13, and observation is performed in cooperation.

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。   Patent Document 2 discloses a conventional technique for observing an internal structure using a SQUID mainly for a specific structure. In particular, a method for improving the S / N ratio by modulating a measurement signal with respect to environmental noise on the ground and noise due to movement of a measuring instrument is shown. However, Patent Document 2 describes that the NMR phenomenon is mainly applied to geological surveys, but does not describe a method for realizing earth observation from a satellite or the like. The SQUID is conventionally used for measuring the magnetic distribution in the brain. However, these are objects to be measured close to each other, and the sensitivity is not improved by using a plurality of elements, and the measurement sensitivity is not improved by installing an aggregator or including a high dielectric constant. The effect of the present invention cannot be obtained in a conventional example without such an idea.

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。
Embodiment 3 FIG.
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 switching unit 10, a collation analysis unit 11, a multiple measurement unit 12, and an external communication unit 13. Hereinafter, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

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 THz wave generator 8 having a transmitting antenna at the tip and generating a THz wave, and a receiving antenna at the tip and measuring the THz wave. And a THz wave measuring unit 9. As described above, the earth observation apparatus further including the 16 sensors for THz observation is mounted on, for example, a satellite. The switching unit 10 switches the THz wave generation unit 8 and the THz wave measurement unit 9 to operate in conjunction with each other, and also performs switching with each unit of the NMR observation 14 sensor to operate in cooperation.

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 wave receiving element 30 includes a high dielectric constant material 31 having a function of THz wave aggregation in the vicinity, and the surface of the high dielectric constant material 31 is (lens of the lens). As described above, the structure has a quadratic curve shape so that the THz wave 29 from the observation object 29 can be concentrated on the THz wave transmitting element or the THz wave receiving element 30. Further, an aggregator 32 for aggregating THz waves is provided behind the THz wave transmitting element or the THz wave receiving element 30 in the direction of the observation target 24. The aggregator 32 is, for example, a mirror surface for aggregating THz waves. The mirror surface has a quadratic curve shape (like a parabolic antenna), and is applied to the THz wave transmitting element or the THz wave receiving element 30. It has a structure that can concentrate. A light beam denoted by reference numeral 33 represents a state of aggregation of THz waves by the aggregator 32. In addition, the improvement (installation of an aggregator, provision of a high dielectric constant substance) of the THz wave transmitting element or the THz wave receiving element 30 as shown in FIG. 8 utilizes the property of THz wave light. In other words, it utilizes the property that light can be reflected and aggregated by a mirror surface and guided by a high dielectric constant (high refractive index) material.

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 wave generating unit 8 is irradiated to the observation target, and then the THz wave from the observation target is measured by the THz wave measuring unit 9 to measure the THz wave. Then, such THz wave measurement is performed a plurality of times. The multiple measurement is performed by the multiple measurement unit 12 which is a control unit that controls the multiple measurement. In general, the SN ratio can be improved by a plurality of measurements, and the observation accuracy can be improved. The measurement result is analyzed by the collation analysis unit 11 while collating with the preliminary data. For example, analysis is performed by collating preliminarily recorded observation target data such as the operational status of electronic equipment in a military facility. Further, in the above process, data is shared with other observation devices as appropriate through the external communication unit 13, and observation is performed in cooperation.

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。
Embodiment 4 FIG.
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 switching unit 10, a collation analysis unit 11, a multiple measurement unit 12, and an external communication unit 13. Below, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as Embodiment 1-3, and the detailed description is abbreviate | omitted.

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 electromagnetic measurement unit 7 for SQUID observation can be used as a static magnetic field measurement unit or an induction electromagnetic wave measurement unit for NMR observation. Further, the THz wave generation unit 8 for THz wave observation can be used as a resonance electromagnetic wave generation unit for NMR observation, and the THz wave measurement unit 9 can be used as an induction electromagnetic wave measurement unit for NMR observation. The switching unit 10 includes a static magnetic field generating unit 2 for NMR observation 14, a resonant electromagnetic wave generating unit 3, an induced electromagnetic wave measuring unit 4, a static magnetic field measuring unit 5, an electromagnetic wave measuring unit 7 for SQUID observation 15, and a THz for 16 THz observation. The wave generation unit 8 and the THz wave measurement unit 9 are appropriately switched and operated in cooperation.

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 wave measurement unit 7 for SQUID observation is used as a static magnetic field measurement unit or an induction electromagnetic wave measurement unit for NMR observation. Can be observed. Then, such THz wave measurement is performed a plurality of times. The multiple measurement is performed by the multiple measurement unit 12 which is a control unit that controls the multiple measurement. In general, the SN ratio can be improved by a plurality of measurements, and the observation accuracy can be improved. The measurement result is analyzed by the collation analysis unit 11 while collating with the preliminary data. Further, in the above process, data is shared with other observation devices as appropriate through the external communication unit 13, and observation is performed in cooperation.

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.

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。It is a block diagram which shows the structure of the apparatus containing Embodiment 1 of the earth observation apparatus concerning this invention. 従来の衛星による地球観測方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the earth observation method by the conventional satellite. 核磁気共鳴(NMR)現象を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating a nuclear magnetic resonance (NMR) phenomenon. 実施の形態2におけるSQUIDの構成を示す図である。6 is a diagram illustrating a configuration of a SQUID in Embodiment 2. FIG. 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る。It is a figure which shows the example of arrangement | positioning in the case of performing earth observation with the earth observation apparatus mounted in the satellite. 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。It is a figure which shows the example of arrangement | positioning in the case of performing earth observation with the earth observation apparatus provided in the earth surface. 円電流により発生した磁場強度を評価するために使用する図である。It is a figure used in order to evaluate the magnetic field intensity which generate | occur | produced by the circular current. 実施の形態2におけるSQUID観測用のセンサの構成を示す図である。6 is a diagram illustrating a configuration of a sensor for SQUID observation in Embodiment 2. FIG. 実施の形態3におけるTHz観測用のセンサの構成を示す図である。6 is a diagram illustrating a configuration of a THz observation sensor in Embodiment 3. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

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 SYMBOLS 1 Coil 2 Static magnetic field generation part 3 Resonance electromagnetic wave generation part 4 Inductive electromagnetic wave measurement part 5 Static magnetic field measurement part 6 SQUID
7 Electromagnetic wave measurement unit 8 THz wave generation unit 9 THz wave measurement unit 10 Switching unit 11 Collation analysis unit 12 Multiple measurement unit 13 External communication unit 14 For NMR observation 15 For SQUID observation 16 For THz observation

Claims (9)

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:
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、
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:
前記観測対象からの電磁波を、超伝導量子干渉素子を用いて測定する電磁波測定部を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の地球観測装置。   The earth observation apparatus according to claim 1, further comprising an electromagnetic wave measurement unit that measures an electromagnetic wave from the observation target using a superconducting quantum interference device. 前記超伝導量子干渉素子は、コイル構造であることを特徴とする請求項3に記載の地球観測装置。   The earth observation apparatus according to claim 3, wherein the superconducting quantum interference element has a coil structure. 前記コイル構造を有する超伝導量子干渉素子には、高透磁率の物質が内包されていることを特徴とする請求項4に記載の地球観測装置。   The earth observation apparatus according to claim 4, wherein the superconducting quantum interference element having the coil structure contains a substance having a high magnetic permeability. 前記超伝導量子干渉素子は、前記観測対象からの電磁波を集約するための集約器を備えることを特徴とする請求項3〜5のいずれか1つに記載の地球観測装置。   The earth observation apparatus according to claim 3, wherein the superconducting quantum interference element includes an aggregator for aggregating electromagnetic waves from the observation target. テラヘルツ(THz)波送信素子を備え、前記観測対象に照射するテラヘルツ波を生成するテラヘルツ波発生部と、
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:
前記テラヘルツ波送信素子および受信素子は、テラヘルツ波の集約機能を有する高誘電率物質を備えることを特徴とする請求項7に記載の地球観測装置。   The earth observation apparatus according to claim 7, wherein the terahertz wave transmitting element and the receiving element include a high dielectric constant material having a terahertz wave aggregation function. 前記テラヘルツ波送信素子および受信素子は、前記観測対象からのテラヘルツ波を集約するための集約器を備えることを特徴とする請求項7または8に記載の地球観測装置。   The earth observation apparatus according to claim 7, wherein the terahertz wave transmitting element and the receiving element include an aggregator for aggregating terahertz waves from the observation target.
JP2007111988A 2007-04-20 2007-04-20 Earth observation device Pending JP2008268018A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007111988A JP2008268018A (en) 2007-04-20 2007-04-20 Earth observation device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007111988A JP2008268018A (en) 2007-04-20 2007-04-20 Earth observation device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008268018A true JP2008268018A (en) 2008-11-06

Family

ID=40047717

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007111988A Pending JP2008268018A (en) 2007-04-20 2007-04-20 Earth observation device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008268018A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
CN108377163B (en) * 2017-12-06 2020-10-23 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

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Le Contel et al. The search-coil magnetometer for MMS
US20110204891A1 (en) Direct magnetic imaging apparatus and method
Gerginov et al. Prospects for magnetic field communications and location using quantum sensors
US9945917B2 (en) Enhanced nuclear quadrupole resonance and ground penetrating radar using metamaterial antenna
Kasaba et al. The Plasma Wave Investigation (PWI) onboard the BepiColombo/MMO: First measurement of electric fields, electromagnetic waves, and radio waves around Mercury
Zhang et al. Advances in marine intelligent electromagnetic detection system, technology, and applications: A review
Pfrommer et al. On the contribution of curl‐free current patterns to the ultimate intrinsic signal‐to‐noise ratio at ultra‐high field strength
Chen et al. Birefringence tomography for axion cloud
Logunov et al. On the possibility of using the photometric method for monitoring the position of a mobile marine object
Song et al. Whistler-Mode Radiation From a Dipole Antenna in Cold Magnetized Plasma
JP2008268018A (en) Earth observation device
JPH03505259A (en) Method and device for locating a submarine
AU2016209217A1 (en) DNV magnetic field detector
CN108169803B (en) A kind of broadband measurement system and method for alternating magnetic field
Cui et al. A portable transmitter based on permanent magnets for low-frequency communications in multi-scenario with complex media
US4920313A (en) Gravitational mass detector
Wang et al. Research on permanent magnet-type super-low-frequency mechanical antenna communication
CN112859185B (en) Non-invasive remote material detection device based on earth field nuclear magnetic resonance
Zheng et al. Experimental system to detect the electromagnetic response of high-frequency gravitational waves
Balaji et al. Parameter estimation and tracking of a magnetic dipole
Hussain Application of quantum magnetometers to security and defence screening
Mogilevsky et al. Resonance project for studies of wave‐particle interactions in the inner magnetosphere
US8934603B2 (en) Systems and methods for detecting contraband using quadrupole resonance and X-ray detection
Cooper et al. Improving the design of atomic magnetometer arrays for RF interference mitigation in NQR detection of explosives
Dinale Magnetic Test Facility-Sensor and Coil Calibrations.