JP2858426B2 - 地震前兆の観測方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、地下変動に伴
い、地中から放射される放射電波を検知し、発信源の地
球物理的位置を特定して、地震前兆現象を観測・判定す
るようにした地震前兆の観測方法及び装置に関する。

【従来の技術】従来、地震予知観測は、地震波（Ｐ波、
Ｓ波）を、地震計等で検出していた。しかしながら、地
震波を観測する方法は、波形が検出された時点では、既
に、地震が発生した後である。従って、地震前兆の観測
情報の利用者にとっては、前兆の観測情報を利用して地
震対策を実施する時間的余裕は、ほとんど無く、前兆の
観測と呼べる状態にはほど遠かった。ところで、地震発
生の十数日から数時間前に、震源域近傍で、電磁波が地
中及び空中に放射されることが、藤縄らにより、文献
「地震直前先行現象としての極低周波地中電界変動」
（地震、Ｖｏｌ．４３、２８７〜２９０頁、１９９０
年）に紹介されている。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、都会で
は人工雑音が強く、前兆電磁波の弁別・検出が一般に困
難とされ、前兆の観測情報ユーザ／利用者に対策期間の
余裕を与えるような地震前兆の観測方法及び装置は、実
用になっていなかった。この発明はかかる問題点を解決
するためになされたもので、この発明の目的は、地震発
生の十数日から数時間前に、震源域近傍で、地下変動に
伴い地中から地中及び空中に放射されるパルス状の放射
電波を検知し、電波の発信源を地球物理的空間位置座標
で特定し、震源予想地域に警告する地震前兆の観測方法
及び装置を提供することにある。

【０００３】

【課題を解決するための手段】この発明は、地震前兆の
観測方法に関するものであり、この発明の上記目的は、
地下変動に伴って地中から放射される放射電波を、ＧＰ
Ｓ時刻で時刻補正しながら常時監視し、受信電波に対し
所定のレベル以上の波形変動があった場合地震前兆波形
の特徴抽出処理を行い、波形特徴データを自動抽出する
放射電波検出装置を互いに３０ｋｍ以上隔てた複数の場
所に分散配置する工程と、前記波形特徴データが自動抽
出された場合、少なくとも受信位置データ、波形特徴デ
ータ、ＧＰＳ時刻補正データを含むセンサ情報を当該放
射電波検出装置から通信装置及び通信回線を介して地下
変動演算装置へ送信する工程と、少なくとも受信位置の
異なる４箇所の放射電波検出装置から送信されたセンサ
情報を前記地下変動演算装置により処理し、各受信位置
に前記波形特徴データが到達した時刻をＧＰＳ時刻 で時
刻補正し、時刻補正後の衛星時刻に基づいて各受信位置
間の到達時間差を求め、電波発信源位置を演算する工程
とを具えることによって達成される。この発明は、地震
前兆の観測装置にも関し、この発明の上記目的は、互い
に３０ｋｍ以上隔てた複数の場所に分散配置され、地下
変動に伴って地中から放射される放射電波を、ＧＰＳ時
刻で時刻補正しながら常時監視し、受信電波に対し所定
のレベル以上の波形変動があった場合地震前兆波形の特
徴抽出処理を行い、波形特徴データを自動抽出する放射
電波検出装置と、これらの放射電波検出装置と通信回線
を介して結合され、前記波形特徴データが自動抽出され
た場合、少なくとも受信位置データ、波形特徴データ、
ＧＰＳ時刻補正データを含むセンサ情報を当該放射電波
検出装置から前記通信回線を介して入力し、少なくとも
受信位置の異なる４箇所の放射電波検出装置から送信さ
れたセンサ情報を処理し、各受信位置に前記波形特徴デ
ータが到達した時刻をＧＰＳ時刻で時刻補正し、時刻補
正後の衛星時刻に基づいて各受信位置間の到達時間差を
求め、電波発信源位置を演算する地下変動演算装置とを
具えることによっても達成される。

【０００４】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、この発明
の好適な実施例について詳細に説明する。図１は、この
発明の地震前兆の観測システムの地球的スケールでの空
間配置図の一例を示し、地下には、この発明の対象とな
る地中変動に基づくパルス状の放射電波発信源２ｘ，２
ｂ等が位置不定で散在している。一方、地上では、不定
期に発信される予兆電波を獲得し、演算し、予兆電波受
信時刻を位置情報と共に収集し、送信する放射電波検出
装置（以下、ＷＳＤと呼ぶ）１００ｉ（ｉ＝ａ〜ｆ）等
が、所定の空間間隔を隔てて（この例では、各アンテナ
間の距離が比較的長く、３０ｋｍ以上、できれば、１０
０ｋｍ以上相互に離れているのが好ましい）分散配置さ
れている。そして、これらのＷＳＤ１００ｉには、それ
ぞれ、ＧＰＳ受信機が内蔵され、各ＷＳＤ１００ｉの地
球物理的位置が自動計測されると共に、高精度タイマに
より、ＧＰＳ時刻に同期した衛星絶対時刻が、自動計測
されるようになっている。しかして、上記各ＷＳＤ１０
０ｉでは、地中、及び／又は、地上のアンテナを介し
て、地中放射電波が常時監視され、所定のレベル以上の
波形変動があった場合、波形特徴部が自動抽出されると
共に、受信ＧＰＳ時刻が演算され、通信装置を介して、
これらのセンサ情報が地下変動演算装置（以下、ＥＰＰ
と呼ぶ）２００へ送信される。かくして、ＥＰＰ２００
では、分散配置されたＷＳＤ１００ｉから送信されたセ
ンサ情報が所定の記憶装置に記憶されると共に、少なく
とも観測位置の異なる３箇所のセンサ情報から発信源を
演算し、発信源を表示装置に表示したり、該当地域に地
震予報を報知するようになっている。図２は、この発明
のＷＳＤ１００ａ，〜、１００ｆのハードウエア構成の
一例を示すブロック図である。同図において、各ＷＳＤ
１００ｉは、アンテナ受信波形のサンプリング処理を主
として行うセンサデータサンプリングエンジン（以下、
ＳＳＥと呼ぶ）２０と、サンプリング波形データから特
徴部を抽出する特徴抽出エンジン（以下、ＦＥＥと呼
ぶ）４４とで構成されている。更に詳しく、ＳＳＥ２０
の構成を説明すると、先ず、地中放射電波アンテナ（以
下、ＳＳアンテナと呼ぶ）１０は、通常の、地上に設け
たアンテナでもよく、また、地中に埋設したアンテナで
もよい。好ましくは、地中に埋設したアンテナ１０の地
表面、又は、地上に設置したアンテナ１０の上方に、約
５〜１００ｃｍの空間間隔で格子状の上空電波シールド
手段１２を直径５０〜３００ｍの範囲で併設すると、地
中の電波のみが受信可能となり、ＳＮ比が向上する。
尚、ＳＳアンテナ１０に延長コイルを介挿すると、ＳＳ
アンテナ１０の長さを短縮することができ、長波長電波
を受信する場合に、経済的である。しかして、ＳＳアン
テナ１０の出力端は増幅器１４により増幅され、ローパ
スフィルタ（ＬＰＦ）１６ａ，バンドパスフィルタ（Ｂ
ＰＦ）１６ｂ，・・・、１６ｄに入力され、その出力
は、ＡＤ変換手段１８ａ，１８ｂにより所定のサンプリ
ング周期でそれぞれデジタル化されて、センサデータサ
ンプリングエンジン（ＳＳＥ）２０に入力されると共
に、ダブルバッファ構成のデュアルポートメモリ等で構
成されたメモリ４２ａ，４２ｂの所定の記憶場所に順次
切り換えて格納されるようになっている。尚、一例とし
て、図２では、フィルタの帯域が、ＬＰＦ１６ａが、Ｄ
Ｃ〜２０．０Ｈｚ，ＢＰＦ１６ｂが、１００〜２０００
Ｈｚ、ＢＰＦ１６ｃが０．００１〜５０ｋＨｚ、ＢＰＦ
１６ｄが０．５〜５ＭＨｚに設定されている。更に上述
以外にも、上記放射電波は一般にパルス状の電波が放出
されると考えられるので、パルス放射電波の帯域は低周
波から高周波にまで及び、受信する放射電波の帯域は、
１００〜５．０ｋＨｚ、及び／又は、０．００１〜９Ｋ
Ｈｚ、及び／又は、０．０１〜５０ｋＨｚ、及び／又
は、０．１〜１５０ｋＨｚ、及び／又は、０．２〜２Ｍ
Ｈｚ、及び／又は、０．１〜１０ＭＨｚ、及び／又は、
０．８〜８ＭＨｚ、及び／又は、８〜８０ＭＨｚ、及び
／又は、２４０〜３２０ＭＨｚ等種種の範囲に設定する
ことが可能である。また、上述のように低域周波数帯電
波データと、高周波帯域成分を含む電波データとをそれ
ぞれ分離して入力すると、地中放射電波の低域周波数帯
電波データには、一般に、予兆特有の波形特徴データが
多く含まれているので、波形変動を抽出しやすく、高周
波帯域成分を含む電波データは波形の立ち上がり、立ち
下がり等が急速に変化するので、電波の受信時刻を特定
するのに適している。更に、ＳＳＥ２０には、ＧＰＳア
ンテナ２２を介してＧＰＳレシーバ２４が接続され、Ｇ
ＰＳレシーバ２４からＧＰＳ衛星を介してＷＳＤ１００
ｉの地球物理的位置データＰＤや衛星時刻データＴＤが
入力されると共に、時刻同期パルスＣＰも自動抽出され
て入力されるようになっている。また、同期パルスＣＰ
は、ゲート手段２８にも入力され、ＳＳＥ２０から出力
されるゲート信号ＸＧと共に温度補償付き発振器２６に
より駆動されるカウンタ３０のリセット信号ＲＳＴを生
成し、ＳＳＥ２０のサンプリング時刻を衛星時刻で補正
するようになっている。更にまた、カウンタ３０に結合
されたゲート回路３１によりＡＤ変換開始指令ＳＴがＡ
Ｄ変換手段１８ａ等に直接出力され、衛星時刻に同期し
たＡＤ変換処理が行われる。また、電池、バッテリー等
で構成されるＧＰＳレシーバ２４の電源３４は、ＳＳＥ
２０から出力されるパワー制御信号ＰＧにより切換手段
３２を介して、後述する所定の時間間隔、又は、ＦＥＥ
４４からの時刻補正データ送信要求により、断続制御さ
れ、省電力化を図っている。かくして、アンテナ１０の
受信波形が所定の期間、メモリ４２ａに書き込まれる
と、ＦＥＥ４４が起動され、地下変動が発生したか、否
か、サンプリング波形データがチェクされる。しかし
て、波形データに地下変動を示す波形特徴部が検出され
た場合には、位置データ、波形特徴データ、及び、後述
するサンプリング時刻補正データがメモリ４６に格納さ
れると共に、メモリ４２ｄ，通信装置４８を介して通信
回線ａに送出され、ＥＰＰ２００へ送信されるようにな
っている。図３は、ＥＰＰ２００のシステム構成の一例
を示すブロック図である。同図において、ＷＳＤ１００
ａ〜１００ｆ等が、所定の間隔（例えば、３０ｋｍ以
上、好ましくは、１００ｋｍ以上）だけ隔てて、それぞ
れ図１のように配置されると共に、各ＷＳＤとＥＰＰ２
００とは、通信回線ａを介して相互に接続され、アンテ
ナ１０にそれぞれ有意の変動を検出すると、順次、位置
データ、波形特徴データ、時刻補正データを送信するよ
うになっている。また、地中放電電波の複数の受信場所
間を接続する通信回線ａは、銅ケーブル、光ファイバー
ケーブル等の有線通信回線、及び／又は、マイクロ波、
光等の無線通信回線、及び／又は、衛星通信回線を介し
て、データ伝送／送受信するようになっている。しかし
て、これらの送信データは、通信装置２０２を介して、
順次、メモリ２０４に格納されると共に、放射電波発信
源演算部２１０により順次読み出され、電波発信源の地
球物理的位置が特定される。更に、場合によっては、地
上発信か、地下発信かが、判定部２１２により判別さ
れ、地下発信の場合には、震源近傍域が決定部２１４に
より演算され、地震予報送出部２１６により、所定の地
形図、予告図等で表示手段２２０や印刷手段２２２に出
力されると共に、通信装置２１８及び通信回線ｂを介し
て、放送局２３０や一般家庭２４０ａ〜２４０ｚに地震
予報／津波予報として通報されるようになっている。

【０００５】かかる構成において、その動作を次に説明
する。先ず、ＷＳＤ１００ｉの動作を説明すると、電源
投入後、ＷＳＤの初期化処理が実行され（図４のステッ
プＳ２）、図示しないプログラム及びシステムパラメー
タのダウンロードフラグがそれぞれチェクされ、これら
のデータがダウンロードされていない場合には、ＷＳＤ
１００ｉからＥＰＰ２００へプログラム／パラメータ等
のダウンロード要求が通信回線ａを介して出力される。
すると、ＥＰＰ２００からＷＳＤの動作プログラム及び
動作条件パラメータがダウンロードされ、具体的には、
ＳＳＥ２０への動作プログラム／パラメータは通信装置
４８、メモリ４２ｃを介して、フラシュメモリ、バッテ
リーバックアップメモリ、ＤＲＡＭ等で構成されるメモ
リ３８に記憶され、ＦＥＥ４４への動作プログラム／パ
ラメータは、通信装置４８、メモリ４２ｄを介して、フ
ラシュメモリ、バッテリーバックアップメモリ、ＤＲＡ
Ｍ等で構成されるメモリ４６に記憶されるようになって
いる。また、ダウンロードされる動作パラメータの一例
は、図６（Ａ）に示すように、リアルタイムマルチタス
ク実行環境で実行されるＳＳＥ実行プログラム群及びＦ
ＥＥ実行プログラム群並びにこれらの実行プログラム群
の実行優先順位表等がある。また、ＳＳＥ２０の動作パ
ラメータとしては、ＧＰＳレシーバ２４の動作条件を指
定するＧＰＳ動作パラメータや、フィルタ１６ａ〜１６
ｄ等の動作パラメータ、ＡＤ変換ゲイン／増幅器１４ａ
〜１４ｄ等の外部ゲイン、温度／湿度パラメータ、タイ
マ３０の動作パラメータ、サンプリング周期を指定する
ゲート回路３１用のサンプリングパラメータ等がある。
一方、ＦＥＥ４４の動作パラメータとしては、実行する
特徴抽出の種類や、ノイズレベルパラメータ、波形チェ
ック期間指定パラメータ、テンプレートモデル波形デー
タ、抽出した波形特徴データを伝送する場合の抽出特徴
伝送フォーマットパラメータ等がある。かくして、プロ
グラム等のダウンロードが終了したり、既に実行プログ
ラム／パラメータがダウンロードされている場合には、
ＳＳＥ２０，ＦＥＥ４４はそれぞれ通常のシステム初期
化を実行する。その後、ＦＥＥ４４はメモリ４２ａ／４
２ｂに受信波形がサンプリングされ書き込まれるまで、
ウエイト状態となる。一方、ＳＳＥ２０は、ＧＰＳタイ
マ初期化処理を実行し、図７のタイムチャートを参照し
て、この動作を説明すると、先ず、ＳＳＥ２０により制
御信号ＰＧがアクティブとなり、スイッチ手段３２によ
り電源３４がＧＰＳレシーバ２４に印加されると共に、
ゲート信号ＸＧがＯＦＦ状態に設定される（図７（Ａ）
のｔｋ１まで）。すると、ＧＰＳレシーバ２４が動作を
開始し、衛星がキャッチされると、クロックパルスＣ
Ｐ，時刻データＴＤが順次出力されると共に、位置デー
タＰＤもＳＳＥ２０に順次出力される。しかして、ＳＳ
Ｅ２０では、パルスＣＰ及び時刻データＴＤを受信する
と、パルスＣＰの受信間隔を図７（Ｃ）のＧＰＳ時刻デ
ータｔｊ１，ｔｊ２，ｔｊ３の時間間隔と、タイマ３０
のカウント値とそれぞれ比較してチェックし、例えば、
図７のｔｊ２−ｔｊ３の期間が所定の時間間隔（例えば
１秒）で受信できていることが確認できると、この次の
パルスＣＰの到着時点ｔｊ４の前後の所定の期間（図７
の例では、期間ｔｋ１−ｔｋ２の間）だけ、ゲート信号
ＸＧをＯＮ状態とし、カウンタ３０のリセットをパルス
ＣＰに同期させて実行する。かくして、カウンタ３０と
衛星時刻との同期が確保できると共に、衛星時刻データ
ｔｊ４をメモリ４２ａの所定の場所に書き込む（ステッ
プＳ２）。続いて、ＳＳＥ２０はタイマ３０がリセット
されていることが確認できなければ、上述のゲート信号
ＸＧのＯＮ処理を繰り返し、タイマ３０がリセットされ
ていることが確認できると、ＧＰＳレシーバ２４の電源
断処理を行うと共に、次のＧＰＳ電源投入時刻（図７
（Ａ）のｔｋ２ｔｏ３）を演算して所定のタイマへ設定
する（ステップＳ４）．しかして、期間ｔｋ２ｔｏ３が
経過すると、電源再投入タイマ割込が発生し、ＧＰＳレ
シーバ２４が再起動される（ステップＳ６）。すると、
再びパルスＣＰが順次、時点ｔｊ５，ｔｊ６，ｔｊ７で
ＳＳＥ２０に入力されるので、これらの時間間隔が所定
の期間となっているか否かタイマ３０のカウント値から
チェックし、例えば、時点ｔｊ７で所定の間隔であると
確認できると、次のパルスＣＰが到着する時点ｔｊ８の
前後の所定の期間（図７（Ａ）の期間ｔｋ６−ｔｋ７）
だけゲート信号ＸＧをＯＮ状態とし、カウンタ３０のリ
セットをｔｊ８のタイミングで行う（ステップＳ８，Ｓ
１０）。また、時点ｔｊ７でのカウンタ３０のカウント
値ｃｔｒ３０ａを読出し、メモリ４２ａに書き込むと共
に、時点ｔｊ７で受信した衛星時刻データｔｊ７もメモ
リ４２ａに書込み、時刻補正データとしてＦＥＥ４４へ
伝送する。以後、ステプＳ４〜Ｓ１０の処理が繰り返さ
れ、高精度時刻補正処理が行われる。尚、通常、ＧＰＳ
レシーバ２４の電源投入間隔は、１０〜６０分に設定さ
れているが、ＦＥＥ４４の特徴抽出処理により、波形特
徴データが検出されると、ＦＥＥ４４からＳＳＥ２０に
時刻補正データ送信要求が出力され（ステップＳ１
５）、上述のステプＳ４〜Ｓ１０の処理が繰り返される
ようになっている。また、上述の例では、ＧＰＳレシー
バ２４を間欠的に動作させたが、電源に余裕がある場合
には、常時、ＧＰＳレシーバ２４を作動させることが可
能である。更に、ＳＳＥ２０が充分高速であれば、図７
のリセットタイミングｔｊ４，ｔｊ８等の直前までカウ
ンタ３０の出力を読み出すことが可能となり、図７
（Ｄ）のカウント値ｃｔｒ３０ａ，ｃｔｒ３０ｂ等は同
図の破線で示すように時点ｔｊ８，ｔｊ１０の直前まで
延長することが可能である。

【０００６】ところで、図７（Ａ）の時点ｔｋ２に戻っ
て、時点ｔｊ４でカウンタ３０がリセットされたことが
確認されると、ＳＳＥ２０は所定のサンプリング間隔
（例えば、１００ｋＨｚの帯域であれば１０μｓｅｃ
毎：このサンプリング間隔で電波発信位置の計測精度が
決定され、１０μｓｅｃでは３ｋｍ，１００μｓｅｃで
は３０ｋｍとなる）で、順次、メモリ４２ａへアンテナ
１０の受信波形をＡＤ変換して書き込む（ステップＳ１
２及び図５の期間ｔｉ１）。そして、所定の期間（例え
ば、上述の例で２ｍｓｅｃの２００サンプル）サンプリ
ングデータが蓄積されると、ＳＳＥ２０は次のサンプリ
ング期間サンプリングデータを順次メモリ４２ｂへ切り
換えて書き込むと共に、ＦＥＥ４４に特徴抽出指令を出
力する（ステップＳ１２及び期間ｔｉ２）。かくして、
ＦＥＥ４４が起動されると、ＦＥＥ４４は、メモリ４２
ａから図５の期間ｔｉ１で書き込まれた波形データを読
出し、メモリ４６に書き込むと共に、波形特徴の自動抽
出処理を行う。この波形特徴抽出処理で演算する波形特
徴データは、所定の振幅幅以上の波形立ち上がり部、及
び／又は、波形立ち下がり部、及び／又は、極大位置、
及び／又は、極小位置、及び／又は、所定の振幅以上の
ゼロクロス部、及び／又は、極大部／極小部、及び／又
は、テンプレートモデル放射波形と一番一致する波形箇
所、及び／又は、他のアンテナの特徴波形データと一番
一致する波形箇所等を自動抽出するようになっている。
また、上述のテンプレート波形との一致箇所検出処理で
は、デジタル相関演算等により一致箇所を検出すること
が可能であり、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ
Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＭＰＵ等により相関演算を実
行すると、基準テンプレートの変更処理等が容易とな
る。更に又、波形特徴データとしては、ＦＥＥ４４によ
り周波数解析して、後述する図２５に示すような周波数
解析手段４５０ｃ等により、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ
Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）または高速ＭＰＵ
（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）により、ＤＦＴ
（Ｄｉｓｃｒｅｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒ
ｍ）演算、または、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ
Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）演算を実行し、これらの複素周
波数出力から、例えば、３ｋＨｚ以下の低周波数成分デ
ータを抽出し、この低周波数成分データの時系列変化か
ら波形特徴部を抽出することも可能である。かかる特徴
抽出処理により受信波形に特徴部が検出される（ステッ
プＳ１４）と、ＦＥＥ４４により受信位置データ（ｘ
ａ，ｙａ，ｚａ），波形特徴データ（ｗａ１，・・・，
ｗａｎ）、時刻補正データ（ｔａ１，．．．，ｔａｍ）
がメモリ４６に書き込まれ、その後、メモリ４２ｄ，通
信装置４８及び通信回線ａを介してＥＰＰ２００へ図６
（Ｂ）に示すようなフォーマットで送信される（ステッ
プＳ１６）。この他、新規プログラムのダウンロード、
記憶データの送受信、自己診断プログラムの実行、パラ
メータの通信による設定等の処理があると、特徴抽出や
サンプリングを済ませた残りの時間帯にこれらの処理が
それぞれＳＳＥ２０及びＦＥＥ４４で実行される（ステ
ップＳ１８，Ｓ２０）。また、ＳＳＥ２０やＦＥＥ４４
を構成するマイクロプロセッサやＣＰＵの演算処理能力
が十分速ければ、ＳＳＥ２０やＦＥＥ４４の処理を一台
のエンジンで実行することも可能である。但し、ＷＳＤ
１００ｉでは、ＧＰＳパルスＣＰの割込処理及びＡＤ変
換手段１８に対するサンプリング処理はシステム全体の
計測精度に大きく影響を及ぼすので，ＳＳＥ２０の割込
処理能力は高速な程好ましい。

【０００７】次に、ＥＰＰ２００の動作を詳細に説明す
る。先ず、ＥＰＰ２００では、初期化処理として、ダウ
ンロード実行部２０１により各ＷＳＤ１００ｉ（ｉ＝ａ
〜ｆ）に実行プログラム及びパラメータをダウンロード
する（図８のステップＳ１００）。その後、ＥＰＰ２０
０はウエイト状態となり、各ＷＳＤ１００ｉからセンサ
情報が送信されるのを待つ。しかして、未知の地下空間
２ｘで地下変動が発生すると、アンテナ１０ａ〜１０ｆ
により地下変動に基づく放射電波がキャッチされ、ＦＥ
Ｅ４４により波形特徴部が自動抽出され、センサ情報と
して位置データ（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ），波形特徴データ
（ｗｉ１，・・・，ｗｉｎ）、時刻補正データ（ｔｉ
１，．．．，ｔｉｍ）（ｉ＝ａ〜ｆ）がそれぞれ演算さ
れて送出され、通信回線ａ及び通信装置２０２を介して
メモリ２０４へ受信された順番に書き込まれる（ステッ
プＳ１０２）。かくしてセンサ情報が受信されると、例
えば、メモリ２０４には図９（Ａ）〜（Ｄ）のような波
形データが記憶されると共に、放射電波発信源演算部２
１０により発信源が演算される。この発信源演算では、
各アンテナへの放射電波の到達時間差から発信源位置を
演算するが、先ず、各受信波形の時刻補正処理を図９
（Ｅ）のタイムチャートを参照して説明すると、各ＷＳ
Ｄ１００ｉ（ｉ＝ａ〜ｆ）からは、前回のカウンタ３０
ｉのリセット時刻ｔｊ４ｉと、波形特徴検出時点のカウ
ンタ値ｃ３０ｉと、ＦＥＥ４４ｉの時刻補正要求に基づ
く衛星時刻ｔｊ７ｉと、この時点のカウンタのカウント
値ｃｔｒ３０ｉとがメモリ２０４に伝送され格納されて
いるので、波形特徴データの検出衛星時刻ｔｉ２は次式
により時刻補正処理される。

【数１】 ｔｉ２＝ｔｊ４ｉ＋ｃ３０ｉ＊（ｔｊ７ｉ−ｔｊ４ｉ）／ｃｔｒ３０ｉ （ｉ＝ａ〜ｆ） 尚、時刻補正演算では、各波形特徴データ（ｗｉ１〜ｗ
ｉｎ）の間で、再度、相関演算を行ったり、モデルテン
プレート波形データと各波形特徴データとの間で相関演
算を行い、類似度の一番高い時点を放射電波受信時刻と
する時刻補正処理も可能である。かくして、各観測地点
での電波到達時間ｔｉ２（ｉ＝ａ〜ｆ）が演算される
と、発信源２ｘ（ｘ，ｙ，ｚ）での電波発射時刻ｔと、
各観測地点（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ，ｔｉ２）（ｉ＝ａ〜
ｆ）との間には、次式の関係が成立する。

【数２】 √（（ｘｉ−ｘ）＊＊２＋（ｙｉ−ｙ）＊＊２＋（ｚｉ−ｚ）＊＊２）） ＝ ｖ ＊ （ｔｉ２ − ｔ） （ｉ＝ａ〜ｆ） 但し、 ｖ： 放射電波の地中伝搬速度 （ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）： 発信源位置及び電波発射時刻 （ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ，ｔｉ２）： 電波受信位置及び時刻 数２は、変数が４個あるので、４箇所の受信データがあ
ると、発信位置及び時刻を演算できる。また、２箇所の
観測地点への到達時刻の差（例えば、Δｔａｂ＝ｔａ２
−ｔｂ２＝一定）が一定の軌跡は双曲線となるので、図
１０に示すように、これらの交点を発信源演算部２１０
で演算しても良い。この場合には、少なくとも３地点の
観測データがあれば発信源は演算可能である（ステップ
Ｓ１０６）。かくして、電波発信源位置（ｘ，ｙ，ｚ）
が演算できると、受信アンテナ１０ｉの上方空間が全て
シールドされている場合には、直ちに、内陸部、沿岸
部、海洋部等の震源近傍域が決定部２１４により演算さ
れ（ステップＳ１１０），該当地域に地震予報送出部２
１６及び通信装置２１８を介して地震／津波予報が出力
される（ステップＳ１１２）。また、地上電波も受信可
能なアンテナ１０ｉの場合には、発信源位置（ｘ，ｙ，
ｚ）より地上発信か地下発信かがｚ値に基づいて判定部
２１２により判定され（ステップＳ１０８），地下発信
の場合にのみ地震／津波予報が出力されるようになって
いる。かくして、地上ノイズと明確に区別して、数時間
乃至十数日前から震源域近傍地域が特定できるので、地
震の退避行動に対する準備期間が十分確保でき、非常に
有益な地震／津波前兆の観測情報を一般の人々に提供す
ることができる。

【０００８】図２及び図３に対応させて示す図１１は、
この発明の別の一実施例を示すものであり、各アンテナ
間の距離を数ｍ乃至数ｋｍと比較的短く設定してアンテ
ナ間の伝搬時間を計測し、電波発信源位置を演算するよ
うにしたものである。図２及び図３と同一の番号を付し
た装置はそれぞれ同一の機能を果たすと共に、アンテナ
１０ａ〜１０ｆの受信電波を、例えば１ＭＨｚ前後の電
波を、ＢＰＦ１６ａ〜１６ｆを介して相関器６２ａ〜６
２ｆにそれぞれ入力し、テンプレートメモリ６０の基準
波形とリアルタイム相関演算を行い、その出力をＤＡ変
換手段６４から出力される基準電圧Ｖｒｅｆと比較器６
６ａ〜６６ｆにより比較して、各相関器の出力が所定の
レベル以上となった時点を順次計時カウンタ群６７に入
力して最も速く電波の到達したアンテナから最も電波の
遅く到達したアンテナの経過時間が各アンテナに対応し
たカウンタにより計測され、ＳＳＥ２０ｇに時間差Δｔ
２ａ，〜，Δｔ２ｆとして読み込まれるようになってい
る。尚、カウンタ群６７は図示しない発振器により１Ｇ
Ｈｚ以上の周波数のクロックをカウントすると、１ｎｓ
ｅｃの精度で各アンテナ間の到達時間差を計測すること
ができる。かくして、各アンテナ間の電波到達時間差が
演算できると、上述の数２及び図１０と同一の原理によ
りＥＰＰ２００ｇにより電波発信源が演算され、地震予
報が出力される。図１２は、かかるアンテナ１０ａ〜１
０ｆの配置構成の一例を示すものであり、図１２（Ａ）
はその平面図を、図１２（Ｂ）はその断面を示してお
り、アンテナ対１０ｃ−１０ｄ及び１０ｅ−１０ｆは東
西、南北方向の電波伝搬時間差を計測し、アンテナ対１
０ａ−１０ｂは上下方向の伝搬時間差を計測するように
配置されている。また、各アンテナの上方空間にはシー
ルド手段１２が設けられ、地中電波のみを受信するよう
になっている。かかる構成において、その動作を図１４
のフローチャートを参照して説明すると、各アンテナ１
０ｉの受信電波はそれぞれ増幅器１４ｉ、フィルタ１６
ｉを経て相関器６２ｉ（ｉ＝ａ〜ｆ）に入力され、テン
プレートメモリ波形６０との相関演算によりノイズ波形
と信号波形とが弁別され、所定のレベル以上の信号波形
が検出されると（ステップＳ２００），最速のコンパレ
ータ出力によりカウンタ群６７のクロック入力ゲートが
開かれ、各アンテナに対応した伝搬時間計時カウンタが
計測を開始する。しかして、他のアンテナのコンパレー
タ出力はかかるカウンタ群の入力オフ信号に使用され、
最も遅いアンテナに対応した比較器出力が出力される
と、各カウンタ出力がＳＳＥ２０ｇに読み出され、アン
テナ間の電波到達時間差Δｔａｂ，Δｔｃｄ、Δｔｅｆ
等が演算される（Ｓ２０２）。かくして、アンテナ間の
到達時間差が演算されると、図１０に示すように時間差
一定の軌跡の交点から電波発信源位置が演算され（Ｓ２
０４），地下発信か否かが判定されると共に（Ｓ２０
６），内陸部、沿岸部、海洋部等の震源近傍域が決定さ
れ（Ｓ２０８），該当地域に地震／津波予報が出力され
る（Ｓ２１０）。以上のように、図１１のような装置構
成によれば、一箇所で比較的近距離に配置された複数の
アンテナへの電波到達時間を計測することにより、電波
発信源位置を演算することができる。尚、かかる地下変
動演算装置ＥＰＰ２００ｇａ、〜、２００ｇｅを図１３
に示すように複数箇所に設け、各ＥＰＰを通信回線で結
合することにより、電波発信源の位置演算精度を一段と
高めることもできる。

【０００９】図２及び図１１に対応させて示す図１５
は、この発明のまた別の一実施例を示すものであり、各
アンテナへの電波の入射方向のみを検知して、電波発信
源位置を演算するようにしたものである。図２及び図１
１と同一の番号を付した装置はそれぞれ同一の機能を果
たすと共に、アンテナ１０ａ、１０ｂを回転手段７０
ｈ，７２ｈに取り付け、それぞれの回転角ωｈ１，ωｈ
２がＳＳＥ２０ｈに入力されるようになっている。更
に、各アンテナ１０ａ、１０ｂの出力は増幅器１４ａ，
１４ｂ、ＢＰＦ１６ａ，１６ｂをそれぞれ介して相関器
６２ａ，６２ｂに入力され、テンプレート波形６０ｈと
リアルタイム相関演算が実行され、その出力がＤＡ変換
手段６４ｈから出力される基準電圧Ｖｒｅｆと共に比較
器６６ａ，６６ｂにそれぞれ入力され、所定のレベル以
上となった相関方向θｈがＳＳＥ２０ｈで検出できるよ
うになっている。かかる電波検出装置１００ｈ，１００
ｉ，１００ｊ等を図１３に示すように数ｋｍ乃至数１０
０ｋｍの所定の間隔を隔てて２箇所以上に設置し、各ア
ンテナ設置位置は図示しないＧＰＳレシーバ等で予め位
置計測しておくようにする。尚、図１７（Ａ），（Ｂ）
は、回転手段７０ｈ，７２ｈとアンテナ１０ａ，１０ｂ
との配置関係を更に詳しく示したもので、回転手段７０
ｈは、水平方向に３６０°回転し、アンテナ１０ａは、
水平方向の電波進入角θｈ１を検出するようになってい
る。また、回転手段７２ｂは、回転手段７０ｈの回転軸
に直結されたアーム７１に固定され、アンテナ１０ｂを
上下方向に走査して電波進入角θｈ２を検出するように
なっている。尚、アンテナ１０ａ，１０ｂは、指向性ア
ンテナが好ましく、ループコイルアンテナ、八木アンテ
ナ等が好適である。かかる構成において、その動作を図
１９のフローチャートを参照して説明すると、回転手段
７０ｈ，７２ｈによりアンテナ１０ａ，１０ｂの受信方
向が順次変更されて走査され、各受信方向の電波がテン
プレート波形６０ｈと比較されて地下変動に基づく地中
放電が引き起こされたか否かがチェックされる。しかし
て、相関器の出力が所定のレベル以上に変化すると、地
中放電が受信されたと判定され、その時のアンテナ１０
ａ，１０ｂの受信方向θｈ１，θｈ２が回転データωｈ
１，ωｈ２によりそれぞれ演算され、ＳＳＥ２０ｈに記
憶されると共に、通信回線ａを介してＥＰＰ２００ｈに
伝送され、記憶手段２０４に格納される（Ｓ３００）。
尚、回転手段７０ｈに同期させて入力したアンテナ受信
波を所定の回転数（数回乃至数十回）だけそれぞれ図示
しない加算手段により加算してテンプレート波形と相関
演算を実行すると、アンテナ受信波のＳＮ比を向上で
き、より確実に地中放電波形を検出することができる。
かくして、受信地１００ｈ，１００ｉでの水平方向の受
信角をそれぞれθｈ１，θｉ１とすると、図１６（Ａ）
に示すように直線ｐａ，ｐｂの交点として地中電波発信
源位置（ｘ，ｙ）が演算できる。

【数３】 直線ｐａ： ｙ−ｙａ ＝ ｔａｎ（θｈ１）＊（ｘ−ｘａ） 直線ｐｂ： ｙ−ｙｂ ＝ ｔａｎ（θｉ１）＊（ｘ−ｘｂ） 但し、（ｘａ，ｙａ，ｚａ）： 受信地１００ｈの位置座標 （θｈ１）： 受信地１００ｈでの電波受信方向 （ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ）： 受信地１００ｉの位置座標 （θｉ１）： 受信地１００ｉでの電波受信方向 また、地中電波発信源の深さｚは、次式により演算でき
る。

【数４】 直線ｐｃ： ｚ−ｚａ ＝ ｔａｎ（θｈ２）＊（ｘ−ｘａ） 直線ｐｄ： ｚ−ｚｂ ＝ ｔａｎ（θｉ２）＊（ｘ−ｘｂ） 但し、（ｘａ，ｙａ，ｚａ）： 受信地１００ｈの位置座標 （θｈ２）： 受信地１００ｈでの電波受信方向 （ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ）： 受信地１００ｉの位置座標 （θｉ２）： 受信地１００ｉでの電波受信方向 すなわち、数３によれば、受信方向のみを検出する方法
では、最小限２箇所で地中放電電波を受信すると、電波
発信源の位置座標を演算できることが分かる。かくし
て、電波発信源が演算できると、内陸部、沿岸部、海洋
部等の地域毎にそれぞれ震源近傍域が決定され（Ｓ３０
４），地震／津波予報が該当地域に出力される（Ｓ３０
６）。図１８はこの発明の方向検出アンテナのまた別の
一実施例を示すものであり、各アンテナは回転させず、
固定したままで、それぞれ隣接するアンテナ間の電圧比
より放電発信源の方向を演算する装置である。図１８に
おいて、各アンテナ１０ａ１，〜，１０ｄ１及び１０ａ
２，〜，１０ｄ２はそれぞれ、ループコイルアンテナ、
八木アンテナ等の同一の単一指向特性を有し、その指向
特性をＡ（θ）とすると、各アンテナ１０ｉの受信電圧
ｖｉは次式で示される。

【数５】 ｖ１０ａ１ ≒ ０ ｖ１０ｂ１ ＝ Ａ（π／２＋θｈ１）＊Ｂｓｉｎ（ωｔ） ｖ１０ｃ１ ＝ Ａ（ θｈ１）＊Ｂｓｉｎ（ωｔ） ｖ１０ｄ１ ≒ ０ よって、 Ｖ（θｈ１）＝ｖ１０ｂ１／ｖ１０ｃ１＝Ａ（π／２＋θｈ１）／Ａ（θ ｈ１） すなわち、アンテナ対１０ａ−１０ｂ、１０ｂ−１０
ｃ，１０ｃ−１０ｄ，１０ｄ−１０ａの出力比をそれぞ
れ演算することにより、受信波の入射方向θｈ１を演算
することができる。かかる構成のアンテナでは、回転手
段７０ｈ，７２ｈ等は不要となる。また、図２及び図３
に示すアンテナ間の到達時間差を計測し、電波発信源位
置を演算する装置と図１５に示す電波受信方向のみから
電波発信源の位置座標を演算する装置とを組み合わせて
使用し、電波発信源の位置の演算精度を高めることは、
当業者にとって明かである。

【００１０】図１１及び図１５に対応させて示す図２２
は、この発明の更にまた別の一実施例を示すものであ
り、各アンテナ対１０ｃ−１０ｄ，１０ｅ−１０ｆ等の
間を伝搬する電波の位相差を演算することにより電波の
入射方向を検出して、電波発信源位置を演算するように
したものである。図１１及び図１５と同一の番号を付し
た装置はそれぞれ同一の機能を果たすと共に、アンテナ
１０ａ〜１０ｆを図１２と同様に配置し、各アンテナ１
０ａ〜１０ｆの増幅器１４ａ〜１４ｆの出力ｖ１４ａ〜
ｖ１４ｆをそれぞれ位相差演算器４００ａ〜４００ｃに
入力し、アンテナ対１０ｃ−１０ｄ，１０ｅ−１０ｆ等
の位相差Δφｃｄ，Δφｅｆ等を演算するようになって
いる。かかる位相差演算回路４００ａ，〜，４００ｃの
ハードウエア構成の一例を図２３に基づいて説明する
と、アンテナ１０ｃ，１０ｄの出力は増幅器１４ｃ，１
４ｄを介してそれぞれフィルタ４０２ａ，４０２ｂに入
力され、その出力は局部発振器４０４の出力と共にミキ
サ４０６ａ，４０６ｂによりそれぞれ混合され、その混
合出力は更にフィルタ４０８ａ，４０８ｂにより帯域制
限されて所定の周波数成分が増幅器４１０ａ，４１０ｂ
により所定のレベルに増幅された後、バッファアンプ４
１２ａ〜４１２ｄによりバッファされ、アンプ４１２ｂ
及び４１２ｃの出力は乗算器４１６ｂで乗算され、フィ
ルタ４１８ｂ，バッファ４１２ｆを介して、位相差φの
余弦成分としてＳＳＥ２０へ入力されるようになってい
る。また、アンプ４１２ａの出力は９０°位相シフトさ
れたアンプ４１２ｄの出力と共に乗算器４１６ａにより
乗算され、フィルタ４１８ａ、バッファ４１２ｅを介し
て位相差φの正弦成分としてＳＳＥ２０へ入力されるよ
うになっている。かかる構成において、その動作原理を
図２０を用いて説明すると、発信源２ｘからの電波が
（π／２＋θｋｃｄ）の角度でアンテナ１０ｃ及び１０
ｄに入射し、アンテナ１０ｃ−１０ｄ間の距離をｄｃ
ｄ、電波の波長をλ、アンテナ１０ｃ−１０ｄ間の位相
差をφｃｄとすると、次式が成り立つ（図２４のステッ
プＳ４００）。

【数６】 ２π・ｄｃｄ・ｓｉｎ（θｋｃｄ） ＝ λ・φｃｄ また、アンテナ１０ｅ−１０ｆ間の位相差をφｅｆとす
ると、電波進入角θｋｅｆと位相差φｅｆとの間には同
様にして次式が成立する。

【数７】 ２π・ｄｅｆ・ｃｏｓ（θｋｅｆ） ＝ λ・φｅｆ 従って、例えば、位相差演算回路４００ｂにより，ｓｉ
ｎ（φｃｄ），ｃｏｓ（φｃｄ）が演算できると、次式
により電波の入射方向θｋｃｄが演算できる（Ｓ４０
２）。

【数８】 θｋｃｄ ＝ ａｒｃｓｉｎ（（λ／（２π・ｄｃｄ））・ａｒｃｔａｎ（ｓ ｉｎ（φｃｄ）／ｃｏｓ（φｃｄ））） かくして、アンテナ１０ｃ，１０ｄ間の位相差から水平
方向の受信角θｋｃｄが演算され，同様にしてこの他に
設置された図２１のアンテナ１０ｇ−１０ｈ間の受信角
θｋｇｈが演算できると上述の式数３と同様にして方向
直線の交点から地中電波発信源位置（ｘ，ｙ）が演算で
きる（Ｓ４０４）。尚、図１２（Ｂ）に示すように鉛直
方向にアンテナ１０ａ−１０ｂを設置すれば、俯角θｋ
ａｂも同様に演算でき、１又は２箇所の観測地点の受信
方向データから電波発信源位置の３次元座標が演算でき
る（Ｓ４１０）。かかる構成の地下変動演算装置では、
回転手段７０ｈ，７２ｈ等は不要となる。尚、１ＭＨｚ
前後の放射電波から位相差を演算する場合、波長λは約
５０ｍとなるので、λ／４＝１２．５ｍ前後アンテナ間
隔を隔てて各アンテナを配置すると良い。また、図２及
び図３に示すアンテナ間の到達時間差を計測し、電波発
信源位置を演算する装置と、図２２に示すアンテナ間の
位相差を計測し、電波発信源位置を演算する装置とを組
み合わせて使用し、電波発信源の位置の演算精度を高め
ることは、当業者にとって明かである。

【００１１】次に、図２１に示すアンテナ構成の装置
は、この発明の更に別の一実施例を示すものであり、比
較的短距離（数ｍ〜数１０ｍ）のアンテナ対群と、比較
的長距離（数１００ｍ〜数１０ｋｍ）のアンテナ対群と
の間を伝搬する電波の位相差を演算することにより、位
相差２πの不確定性を解消し、演算精度の一段と高い位
置計測を実行するようにしたものである。図２１のアン
テナ構成では、アンテナ対が１０ａ−１０ｂ、〜、１０
ｉ−１０ｊとなるので図２３に示すような位相差演算回
路４００が５〜６個必要となり、それぞれの位相差演算
回路出力から数６、数７等の式により発信源位置が演算
されると共に、方向精度はλ／（アンテナ間距離）とな
る。従って、これらの演算結果を組み合わせると、一箇
所に設置した５対または６対のアンテナ群出力から高精
度の発信源位置演算が実行できる（Ｓ４１０）。更に、
かかるアンテナ構成では、アンテナ間距離が通常１０ｍ
以上の距離となるので、複数のアンテナ間を、同軸ケー
ブル、ツイストペア線、電光変換手段−光電変換手段を
含む光ファイバーケーブル等の有線通信回線、及び／又
は、マイクロ波、光等の無線通信回線、及び／又は、衛
星通信回線を介して、データ伝送／送受信するとよい。
特に、光通信手段を利用すると外来ノイズの混入を防止
するのに効果的である。

【００１２】図２３に対応させて示す図２５はこの発明
の位相差演算回路４００ｉ，〜，４００ｋのまた別のハ
ードウエア構成の一例を示すブロック図であり、アンテ
ナ１０ｃ，１０ｄの出力は増幅器１４ｃ，１４ｄを介し
てそれぞれＡ／Ｄ変換手段１８ｃ，１８ｄに入力され、
その出力はそれぞれ周波数解析手段４５０ｃ，４５０ｄ
内の図示しない記憶手段に格納されるようになってい
る。しかして、周波数解析手段４５０ｃ，４５０ｄでは
それそれ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐ
ｒｏｃｅｓｓｏｒ）または高速ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐ
ｒｏｃｅｓｓｏｒ）により、ＤＦＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔ
Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）演算、または、
ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒ
ｍ）演算が実行され、これらの複素周波数出力が位相演
算手段４５２ｃ，４５２ｄによりそれぞれ位相データφ
に変換され、これらの位相データが減算器４５４に入力
されて直接位相差Δφｃｄが演算されるようになってい
る。かかるデジタル信号処理手段によれば、周波数ミキ
サや位相シフタ、アナログ乗算器等が不要となり、安定
した位相データ処理が実行できる。尚、Ａ／Ｄ変換手段
１８ｃ，１８ｄのサンプリングクロックは同期している
ことが好ましい。また、図２及び図３に示すアンテナ間
の到達時間差を計測し、電波発信源位置を演算する装置
と図１５に示す電波受信方向のみから電波発信源の位置
座標を演算する装置と、図２２に示すアンテナ間の位相
差を計測し、電波発信源位置を演算する装置とを組み合
わせて使用し、電波発信源の位置の演算精度を高めるこ
とは、当業者にとって明かである。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の地震前
兆の観測方法及び装置によれば、地上ノイズと明確に区
別して、数時間乃至十数日前から震源域近傍地域が特定
できるので、地震／津波の退避行動に対する準備期間が
十分確保でき、非常に有益な地震／津波前兆の観測情報
を一般の人々に提供することができる。また、受信方向
検出方法では、最小限１又は２箇所の計測データがあれ
ば、地下変動進行地域を特定でき、アンテナ間到達時間
差演算方法では、最小限３箇所の計測データがあれば、
地下変動進行地域を特定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の長間隔アンテナ配置システムの一構
成例を示す図である。

【図２】この発明の電波検出装置の構成の一例を示すブ
ロック図である。

【図３】この発明の地下変動演算装置の構成の一例を示
すブロック図である。

【図４】この発明の電波検出装置の動作を説明するため
のフローチャートの一例である。

【図５】この発明の電波検出装置の動作を説明するため
のタイムチャートの一例である。

【図６】この発明の電波検出装置の通信パラメータの一
例である。

【図７】この発明のＧＰＳ同期タイマの動作を説明する
ためのタイムチャートの一例である。

【図８】この発明の地下変動演算装置の動作を説明する
ためのフローチャートの一例である。

【図９】この発明の電波受信時刻補正処理を説明するた
めのタイムチャートの一例である。

【図１０】２つのアンテナへの電波到達時間差から発信
源を演算する原理を示す図である。

【図１１】この発明の短間隔アンテナ配置システムの一
構成例を示す図である。

【図１２】アンテナ１０ａ−１０ｆの配置例を示す平面
図及び断面図である。

【図１３】地下変動演算装置を複数箇所配置したシステ
ム構成の一例である。

【図１４】短間隔アンテナ配置システムの動作を説明す
るためのフローチャートの一例である。

【図１５】電波受信方向のみから震源近傍を演算するシ
ステムの一構成例を示す図である。

【図１６】電波発信源を電波受信方向のみから演算する
原理を説明する図である。

【図１７】アンテナを回転手段により回転させ電波受信
方向を検出する装置の一例である。

【図１８】指向性アンテナ群により固定配置状態で電波
受信方向を検出する装置の一例である。

【図１９】電波受信方向のみから震源近傍を演算する動
作のフローチャートの一例である。

【図２０】電波の受信方向とアンテナ間の位相差との関
係を示す図である。

【図２１】短間隔アンテナ群と長間隔アンテナ群とを組
み合わせて配置したシステムの一構成例を示す図であ
る。

【図２２】アンテナ間の位相差より電波受信方向及び／
又は発信源を演算するシステム構成の一例である。

【図２３】位相差演算回路の一構成例を示すブロック図
である。

【図２４】アンテナ間の位相差がら電波受信方向及び／
又は発信源を演算するシステムの動作フローチャートの
一例である。

【図２５】デジタル位相差演算回路の一構成例を示すブ
ロック図である。

【符号の説明】

２ｘ 地下電波発信源 １０ａ，１０ｂ，・・・，１０ｉ，１０ｊ 受信アンテ
ナ １２ シールド手段 １４ａ，１４ｂ，・・・，１４ｆ 増幅器 １６ａ，１４６，・・・，１６ｆ フィルタ １８ａ，１８ｂ、１８ｃ，１８ｄ ＡＤ変換手段 ２０，２０ａ，２０ｇ，２０ｈ データサンプリングエ
ンジン ２２ ＧＰＳアンテナ ２４ ＧＰＳレシーバ ２６ 発振器 ２８，３１ ゲート手段 ３０，６７ カウンタ ３２ 電源切換手段 ３４ 電源 ３８，４２ａ，〜，４２ｄ，４６，２０４ 記憶手段 ４０，２２０ 表示手段 ４４ 特徴抽出エンジン ４８，２０２，２１８ 通信装置 ６０ｈ テンプレートメモリ ６２ａ，６２ｂ 相関器 ６４ｈ ＤＡ変換手段 ６６ａ，６６ｂ 比較器 ７０ｈ，７２ｈ 回転手段 １００，１００ａ，・・・，１００ｆ 電波検出装置
（ＷＳＤ） ２００，２００ａ，・・・，２００ｈ 地下変動演算装
置（ＥＰＰ） ２０１ ダウンロード実行部 ２１０ 電波発信源演算部 ２１２ 地上発信／地下発信判定部 ２１４ 震源近傍域決定部 ２１６ 地震予報送出部 ２２２ 印刷手段 ２３０ 放送局 ２４０ａ〜２４０ｚ 地震予報ユーザ ４００ａ〜４００ｋ 位相差演算回路 ４０２ａ，４０２ｂ，４０８ａ，４０８ｂ，４１８ａ，
４１８ｂ フィルタ ４０４ 発振器 ４０６ａ，４０６ｂ ミキサ ４１０ａ，４１０ｂ，４１２ａ，〜，４１２ｆ アンプ ４１４ 位相シフタ ４１６ａ，４１６ｂ 乗算器 ４５０ｃ，４５０ｄ 周波数解析手段 ４５２ｃ，４５２ｄ 位相演算手段 ４５４ 減算器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 稔 東京都府中市武蔵野台１丁目18番の18 白山工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−103596（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−82404（ＪＰ，Ａ) 特公 平５−36000（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭52−42595（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭53−15383（ＪＰ，Ｂ２) 無線工学ハンドブック編纂委員会編, 「無線工学ハンドブック」，新版，オー ム社，1964年５月25日，Ｐ．28−16〜28 −17 高橋 耕三，「中国の地震前兆電波観 測の現状と我が国での観測法の提案」, 通信総合研究所季報，1988，第34巻，第 173号，ｐ．245−249 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01V 1/00 H01Q 21/00

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地下変動に伴って地中から放射される放
   射電波を、ＧＰＳ時刻で時刻補正しながら常時監視し、
   受信電波に対し所定のレベル以上の波形変動があった場
   合地震前兆波形の特徴抽出処理を行い、波形特徴データ
   を自動抽出する放射電波検出装置を互いに３０ｋｍ以上
   隔てた複数の場所に分散配置する工程と、前記波形特徴
   データが自動抽出された場合、少なくとも受信位置デー
   タ、波形特徴データ、ＧＰＳ時刻補正データを含むセン
   サ情報を当該放射電波検出装置から通信装置及び通信回
   線を介して地下変動演算装置へ送信する工程と、少なく
   とも受信位置の異なる４箇所の放射電波検出装置から送
   信されたセンサ情報を前記地下変動演算装置により処理
   し、各受信位置に前記波形特徴データが到達した時刻を
   ＧＰＳ時刻で時刻補正し、時刻補正後の衛星時刻に基づ
   いて各受信位置間の到達時間差を求め、電波発信源位置
   を演算する工程とを含むことを特徴とする地震前兆の観
   測方法。
2. 【請求項２】 前記複数の放射電波検出装置では、それ
   ぞれ１０μｓｅｃ以内乃至１００μｓｅｃ以内の精度で
   ＧＰＳ時刻の時刻補正を行うようにした請求項１に記載
   の地震前兆の観測方法。
3. 【請求項３】 前記複数の放射電波検出装置の特徴抽出
   処理では、受信電波から所定の振幅幅以上の波形立ち上
   がり部、及び／又は、波形立ち上がり部、及び／又は、
   極大位置、及び／又は極小位置、及び／又はゼロクロス
   部を求めて波形特徴データの自動抽出を行なうようにし
   た請求項１又は２に記載の地震前兆の観測方法。
4. 【請求項４】 前記複数の放射電波検出装置の特徴抽出
   処理では、テンプレートモデル放射波形との相関演算に
   より波形特徴データの自動抽出を行なうようにした請求
   項１又は２に記載の地震前兆の観測方法。
5. 【請求項５】 前記地下変動演算装置から通信回線を介
   して前記テンプレートモデル放射波形を前記複数の放射
   電波検出装置にダウンロードするようにした請求項４に
   記載の地震前兆の観測方法。
6. 【請求項６】 前記放射電波検出装置では、ダブルバッ
   ファ構成のデュアルポートメモリにより受信波形のサン
   プリングと波形の特徴抽出処理とを、両方とも中断する
   ことなく連続して実行できるようにした請求項３乃至５
   に記載の地震前兆の観測方法。
7. 【請求項７】 前記放射電波検出装置では、低域周波数
   帯電波データと高周波帯域成分を含む電波データとをそ
   れぞれ分離して入力し、前記低域周波数帯電波データを
   利用して波形特徴データを抽出すると共に、前記高周波
   帯域成分を含む電波データを利用して電波到達時間を演
   算するようにした請求項１乃至６に記載の地震前兆の観
   測方法。
8. 【請求項８】 前記放射電波検出装置に、前記低域周波
   数帯電波データ及び高周波帯域成分を演算し入力するた
   め、周波数解析手段を設けるようにした請求項７に記載
   の地震前兆の観測方法。
9. 【請求項９】 前記周波数解析手段は、ディスクリート
   フーリエ変換又は高速フーリエ変換により周波数解析を
   実行するようになっている請求項８に記載の地震前兆の
   観測方法。
10. 【請求項１０】 前記地下変動演算装置では、通信回線
    より入力した受信地点の異なる２箇所のセンサ情報間で
    波形特徴データの一致箇所を再演算すると共に、その受
    信時刻データを一致箇所の変動に応じて再計算する受信
    時刻データ補正工程を更に設けるようにした請求項１乃
    至９のいずれか１項に記載の地震前兆の観測方法。
11. 【請求項１１】 前記地下変動演算装置及びこれに結合
    された４箇所以上の放射電波検出装置による地震前兆の
    観測網を複数個設置して、電波発信源位置の計測精度を
    高めるようにした請求項１乃至１０に記載の地震前兆の
    観測方法。
12. 【請求項１２】互いに３０ｋｍ以上隔てた複数の場所に
    分散配置され、地下変動に伴って地中から放射される放
    射電波を、ＧＰＳ時刻で時刻補正しながら常時監視し、
    受信電波に対し所定のレベル以上の波形変動があった場
    合地震前兆波形の特徴抽出処理を行い、波形特徴データ
    を自動抽出する放射電波検出装置と、これらの放射電波
    検出装置と通信回線を介して結合され、前記波形特徴デ
    ータが自動抽出された場合、少なくとも受信位置デー
    タ、波形特徴データ、ＧＰＳ時刻補正データを含むセン
    サ情報を当該放射電波検出装置から前記通信回線を介し
    て入力し、少なくとも受信位置の異なる４箇所の放射電
    波検出装置から送信されたセンサ情報を処理し、各受信
    位置に前記波形特徴データが到達した時刻をＧＰＳ時刻
    で時刻補正し、時刻補正後の衛星時刻に基づいて各受信
    位置間の到達時間差を求め、電波発信源位置を演算する
    地下変動演算装置とを具えたことを特徴とする地震前兆
    の観測装置。
13. 【請求項１３】 前記複数の放射電波検出装置では、そ
    れぞれ１０μｓｅｃ以内乃至１００μｓｅｃ以内の精度
    でＧＰＳ時刻の時刻補正を行うようにした請求項１２に
    記載の地震前兆の観測装置。
14. 【請求項１４】 前記複数の放射電波検出装置の特徴抽
    出処理では、受信電波から所定の振幅幅以上の波形立ち
    上がり部、及び／又は、波形立ち上がり部、及び／又
    は、極大位置、及び／又は極小位置、及び／又はゼロク
    ロス部を求めて波形特徴データの自動抽出を行なうよう
    にした請求項１２又は１３に記載の地震前兆の観測装
    置。
15. 【請求項１５】 前記複数の放射電波検出装置の特徴抽
    出処理では、テンプレートモデル放射波形との相関演算
    により波形特徴データの自動抽出を行なうようにした請
    求項１２又は１３に記載の地震前兆の観測装置。