JP4721945B2 - Crustal deformation detection device and crustal deformation detection method - Google Patents
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Description
本発明は、地殻変動を検出して地震予知を行うための地殻変動検知装置および地殻変動検知方法に関する。 The present invention relates to a crustal movement detection device and a crustal movement detection method for detecting earthquakes and predicting earthquakes.
近年、地震被害を最小限に抑えるために地震予知を行うための研究が様々な方法により行われている。地震予知を行うことが可能となれば、地震発生の前に、建造物からの脱出、化学プラントや原子力発電所のシャットダウン、走行中の自動車の停止または安全な場所への避難、利用中のガス器具などの停止等を行うことが可能となり地震被害を大幅に軽減することができるようになる。 In recent years, various methods have been studied to predict earthquakes in order to minimize earthquake damage. If it is possible to predict earthquakes, before an earthquake occurs, escape from the building, shut down chemical plants and nuclear power plants, stop running cars or evacuate to safe places, use gas It becomes possible to stop the equipment and the like, and the earthquake damage can be greatly reduced.
地殻変動の観測や地震予知に関する方法としては、従来から数多くの方法が提案がなされている。例えば、GPS(Global Positioning System)や三角測量での位置測定により地殻の移動を検知して、地盤内に蓄積された歪エネルギーの分布状態から断層を生ずる可能性を推定する方法が提案されている。また、大陸プレートが沈み込む部分でのアスペリィティーによる周期的な地震発生を過去の経過及びアスペリティー周辺での微小地震の発生頻度、地殻変動などから地震の発生を予測する方法も提案されている。また、地殻応力による電流の発生を観測し地震を予測するVAN(Varotsos Alexopouls Nomicos)法を用いた方法も提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 Many methods have been proposed for crustal deformation observation and earthquake prediction. For example, a method has been proposed in which the movement of the crust is detected by position measurement using GPS (Global Positioning System) or triangulation, and the possibility of generating a fault from the distribution state of strain energy accumulated in the ground has been proposed. . In addition, a method for predicting the occurrence of periodic earthquakes due to asperity in the subducted part of the continental plate from past history, occurrence frequency of microearthquakes around asperity, crustal deformation, etc. has also been proposed. Yes. In addition, a method using a VAN (Varotsos Alexopouls Nomicos) method for observing current generation due to crustal stress and predicting an earthquake has also been proposed (for example, see Patent Document 1).
また、生体が異常を検出するのを何らかの方法で捕らえる方法や、地震が発生する際の電磁波ノイズを検知することにより地震予知を行う方法も提案されている(例えば、特許文献2参照。)。 In addition, there have been proposed a method of capturing abnormalities in a living body by some method and a method of performing earthquake prediction by detecting electromagnetic noise when an earthquake occurs (see, for example, Patent Document 2).
さらに、VLF(Very Low Frequency:超長波)電波であるオメガ電波の波形を観測し、波形異常を検出することにより地震の予兆である大気プラズマの発生を検出して地震予知を行う方法も提案されている(例えば、特許文献3参照。)。 In addition, a method for predicting earthquakes by observing the waveform of omega radio waves, which are VLF (Very Low Frequency) radio waves, and detecting the occurrence of atmospheric plasma that is a sign of an earthquake by detecting waveform anomalies has also been proposed. (For example, refer to Patent Document 3).
また、地殻の変化に対応した電離層(イオノスフェアー)の変化を電波の伝搬異常から測定する方法も提案されている。このような電離層の変化を検出する方法としては、異なる周波数のGPS電波を使い電離層のイオン濃度変化や擾乱を観測し地震を予測する方法や、VHF・FM送信局からの電波の異常伝播を観測する方法も提案されている。また、地表に近い最下層の電離層であるD層により反射されるLF(Low Frequency:長波)電波の受信強度及び位相の変化を長期的に観測し、朝夕のターミネータ・タイムの開きから地震を予測する方法も提案されている(例えば、非特許文献1参照。)。 In addition, a method has been proposed for measuring changes in the ionosphere (ionosphere) corresponding to changes in the crust from radio wave propagation abnormalities. Methods for detecting such ionospheric changes include the use of GPS radio waves of different frequencies to observe ion concentration changes and disturbances in the ionosphere to predict earthquakes, and the observation of abnormal propagation of radio waves from VHF / FM transmitter stations. A method to do this has also been proposed. In addition, long-term observations of changes in received intensity and phase of LF (Low Frequency) radio waves reflected by the D layer, which is the lowest ionosphere near the ground surface, predict earthquakes based on the opening of the terminator time in the morning and evening There has also been proposed a method (see, for example, Non-Patent Document 1).
上述した従来技術では、様々な方法により地殻の変動を検知して地震予知を行おうとしているが、いずれの方法についてもまだ研究中であり、確実に地震予知を行うことができる方法は存在しない。 In the above-mentioned conventional technology, an attempt is made to predict earthquakes by detecting crustal movements by various methods, but any method is still under study, and there is no method that can reliably predict earthquakes. .
本発明の目的は、地殻変動をより高い精度で検知してより正確な地震予知を行うことが可能な地殻変動検知装置および地殻変動検知方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a crustal movement detecting device and a crustal movement detecting method capable of detecting crustal movement with higher accuracy and performing more accurate earthquake prediction.
[地殻変動検知装置]
上記目的を達成するために、本発明の地殻変動検知装置は、電離層により反射された電波を受信し、受信した電波のキャリア周波数の有理数倍の周波数を有する信号を位相同期回路を用いて前記電波に位相同期させた状態で生成する受信装置と、
前記受信装置により生成された信号の周波数を測定する周波数測定手段とを有する。
[Crustal deformation detector]
In order to achieve the above object, the crustal movement detection device of the present invention receives a radio wave reflected by the ionosphere, and uses a phase synchronization circuit to generate a signal having a frequency that is a rational multiple of the carrier frequency of the received radio wave. A receiving device that is generated in a phase-synchronized state with
Frequency measuring means for measuring the frequency of the signal generated by the receiving device.
好ましくは、電離層により反射された電波が、長波電波または超長波電波である。 Preferably, the radio wave reflected by the ionosphere is a long wave radio wave or a super long wave radio wave.
好ましくは、前記位相同期回路のループフィルタの時定数が2秒以上100秒以下である。 Preferably, the time constant of the loop filter of the phase locked loop circuit is 2 seconds or more and 100 seconds or less.
好ましくは、前記周波数測定手段は、毎秒8桁以上の周波数精度により前記受信装置により生成された信号の周波数を測定する。 Preferably, the frequency measuring means measures the frequency of the signal generated by the receiving device with a frequency accuracy of 8 digits or more per second.
本発明によれば、電離層により反射された長波電波または超長波電波を受信して、この受信した電波に位相同期した信号を位相同期回路を用いて生成する際に、ループフィルタの時定数を2秒以上100秒以下に設定することにより、従来の方法では検出されなかった短時間の周波数変動を検出することにより地震発生前の直前予知が可能になる。
本発明で述べる時定数は、あくまでも位相比較器の出力が飽和せずリニア動作している範囲で設定されるものを指す。位相比較器の出力(デューディ)が飽和してリニア動作から外れた場合は位相比較器が出力できる最大電流がループフィルタのコンデンサに充電するスピードが問題となるため、目的とする周波数変異の1/2に周波数変異が到達する時間の2倍の時間をここで述べる時定数とする。さらに、電圧制御発振器内部や、デカップリングのためのコンデンサ、スイッチ、又、周波数ではなく位相出力として検出する場合の出力電圧平滑のための抵抗やコンデンサ等の及ぼす影響が無視出来ない場合、これらを含んだ回路の動作が、目的とする周波数変異の1/2に到達するに要する時間の2倍の時間をここで述べる時定数とする。
According to the present invention, when a long wave radio wave or a super long wave radio wave reflected by the ionosphere is received and a signal phase-synchronized with the received radio wave is generated using the phase synchronization circuit, the time constant of the loop filter is set to 2. By setting the second time to 100 seconds or less, it is possible to make a prediction immediately before the occurrence of an earthquake by detecting a short-time frequency fluctuation that has not been detected by the conventional method.
The time constant described in the present invention refers to a time constant that is set in a range in which the output of the phase comparator is not saturated and is operating linearly. When the output (dudy) of the phase comparator saturates and deviates from linear operation, the speed at which the maximum current that can be output by the phase comparator charges the loop filter capacitor becomes a problem. The time constant described here is a time twice as long as the frequency variation reaches 2. Furthermore, if the influence of the resistor, capacitor, etc. for smoothing the output voltage when detecting it as a phase output instead of a frequency or a capacitor, a switch for decoupling, or a frequency is not negligible A time constant described here is a time twice as long as the time required for the operation of the included circuit to reach half of the target frequency variation.
前記周波数測定手段は、前記位相同期回路を構成する電圧制御発振器の制御電圧を検出することによっても前記受信装置により生成された信号の周波数を測定することが可能である。 The frequency measuring means can also measure the frequency of the signal generated by the receiving device by detecting a control voltage of a voltage controlled oscillator constituting the phase locked loop.
好ましくは、前記周波数測定手段は、受信したGPS電波を用いて基準周波数信号を生成するGPS周波数基準装置と、
前記GPS周波数基準装置により生成された基準周波数信号に基づいて、前記受信装置により生成された信号の周波数を測定するタイムインターバルカウンタと、から構成される。
Preferably, the frequency measurement means includes a GPS frequency reference device that generates a reference frequency signal using received GPS radio waves, and
And a time interval counter for measuring the frequency of the signal generated by the receiving device based on the reference frequency signal generated by the GPS frequency reference device.
以上説明したように、本発明によれば、電離層により反射された電波に位相同期した信号を生成する際に用いる位相同期回路のループフィルタの時定数を2秒以上100秒以下にすることにより、より正確な地震予知を行うことが可能になるという効果が得られる。 As described above, according to the present invention, by setting the time constant of the loop filter of the phase synchronization circuit used when generating the signal synchronized with the radio wave reflected by the ionosphere to 2 seconds or more and 100 seconds or less, The effect that it becomes possible to perform more accurate earthquake prediction is obtained.
[背景]
まず、本発明の理解を助けるために、その背景及び概略を説明する。
上記でも説明したように、LF(またはVLF)電波を用いて電離層の伝搬異常を検出しようとした場合、オメガ送信局、ローラン送信局、JJY(標準周波数局)等の電波送信局からの電波を用いる受信装置では、位相同期回路の時定数が数分〜数十分と長く設定されている。そのため、従来技術による地殻変動検知方法は、LF電波を用いて電離層の伝搬異常を検出する場合でも、日単位や1週間単位の信号強度変化や位相変化を観測するものがほとんどであった。そして、このように日単位や1週間単位の信号強度変化や位相変化を観測する方法では、検知する地殻変動も日単位という長い周期のものであった。
[background]
First, in order to help understanding of the present invention, its background and outline will be described.
As described above, when an ionospheric propagation abnormality is detected using LF (or VLF) radio waves, radio waves from radio transmission stations such as omega transmission stations, Laurent transmission stations, and JJY (standard frequency stations) are used. In the receiving apparatus to be used, the time constant of the phase synchronization circuit is set to be as long as several minutes to several tens of minutes. For this reason, most of the conventional crustal movement detection methods observe signal intensity changes and phase changes in units of days or weeks even when detecting ionospheric propagation anomalies using LF radio waves. In such a method of observing changes in signal intensity and phase in units of days or weeks, the detected crustal movement has a long period of days.
ここで、本願の発明者らは、地殻変動の直前又は初期に送信機から発射されたLF電波の受信周波数が変動することを見いだした。これは送信機から発射されたLF電波が電離層(D層)で反射される際に、地殻変動による反射域の変動によるドップラー効果により、周波数変動を起こすものと考えられる。この現象の理由としては、地震発生直前に地殻応力により地殻に巨大な電流が流れ、この電流により磁場が発生して最下層の電離層であるD層が影響を受けるのではないかと考えられる。そして、本願の発明者らは、この周波数変動を検出することにより地殻変動を検知して地震予知を行うことを考えるに至った。 Here, the inventors of the present application have found that the reception frequency of the LF radio wave emitted from the transmitter fluctuates immediately before or after the crustal movement. This is considered to cause frequency fluctuations due to the Doppler effect due to the fluctuation of the reflection area due to the crustal movement when the LF radio wave emitted from the transmitter is reflected by the ionosphere (D layer). The reason for this phenomenon is that a huge current flows through the crust immediately before the occurrence of the earthquake due to crustal stress, and a magnetic field is generated by this current, which may affect the lowermost ionosphere D layer. The inventors of the present application have come to consider performing earthquake prediction by detecting crustal deformation by detecting this frequency fluctuation.
LF電波が電離層で反射される際に、地殻変動による反射域の変動により周波数変動を起こす様子を図1に示す。電離層は、地球表面から近い順にD層、E層、F1層、F2層という4つの層に分かれて構成されている。本発明により用いられるVLF/LF波は、これらの電離層のうち最下層のD層により反射される。LF波は、周波数30〜300kHz(波長10km〜1km)の電波であり、VLF波は、周波数3〜30kHz(波長100km〜10km)の電波である。
When LF radio waves are reflected by the ionosphere, how the frequency fluctuations are caused by the fluctuation of the reflection area due to the crustal movement is shown in FIG. The ionosphere is divided into four layers, D layer, E layer, F1 layer, and F2 layer, in order from the surface of the earth. The VLF / LF wave used by the present invention is reflected by the lowermost D layer among these ionospheres. The LF wave is a radio wave having a frequency of 30 to 300 kHz (
この図1では、送信局100から送信されたLF波がD層の電離層で反射されて受信局200に到達している。ここで、送信局100と受信局200との間の経路のどこかで地震が発生する直前に、D層の反射域が変動し、ドップラー効果により反射された後のLF波の周波数が変化すると考えられる。つまり、受信局200において受信する周波数を監視し、周波数変動を検出することができれば地殻変動の発生を事前に検知することができ、いわゆる地震予知を行うことが可能となる。
In FIG. 1, the LF wave transmitted from the
しかし、上述したように従来の標準電波受信装置では、位相同期回路の時定数が長時間に設定されているため、このような従来の標準電波受信装置を用いたのでは、短時間の周波数変動を検出することはできない。 However, as described above, in the conventional standard radio wave receiver, the time constant of the phase synchronization circuit is set to be a long time. Cannot be detected.
そこで、本発明では、標準電波受信装置における位相同期回路のループフィルタの時定数を短く設定し、電離層で反射されたVLF/LF波の短時間における周波数変動を観測することにより地殻変動を検知して地震発生の予知を行う。 Therefore, in the present invention, the time constant of the loop filter of the phase locked loop in the standard radio wave receiver is set short, and the crustal movement is detected by observing the frequency fluctuation of the VLF / LF wave reflected by the ionosphere in a short time. To predict the occurrence of an earthquake.
[実施形態]
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図2は本発明の一実施形態の地殻変動検知装置の構成を示すブロック図である。
[Embodiment]
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a crustal movement detecting device according to an embodiment of the present invention.
本実施形態の地殻変動検知装置は、図2に示されるように、ループアンテナ10と、プリアンプ20と、受信機30と、GPSアンテナ40と、GPS周波数基準装置50と、タイムインターバルカウンタ60と、データ記録装置70とを有している。
As shown in FIG. 2, the crustal movement detection device of the present embodiment includes a
なお、本実施形態では、基準周波数/時間を送信している総務省管轄のJJY送信局からの40kHz標準電波を用いて地殻変動を検知する場合を用いて説明するが、他の送信局から送信されているキャリア信号を用いて地殻変動を検知するようにしてもよい。 In this embodiment, a case where crustal movement is detected using a 40 kHz standard radio wave from a JJY transmitting station under the jurisdiction of the Ministry of Internal Affairs and Communications that transmits a reference frequency / time will be described. The crustal movement may be detected using the carrier signal.
プリアンプ20は、ループアンテナ10により受信された40kHzの標準電波を増幅する。
The
受信装置30は、プリアンプ20により増幅された40kHzの標準電波を入力し、入力された標準電波のキャリア周波数40kHzの有理数倍の周波数を有する信号を、位相同期回路を用いて標準電波に位相同期(フェーズロック)させた状態で生成する。
The
なお、本実施形態では、受信機30は、標準周波数40kHzの250倍の10MHzの信号を、標準電波に位相同期させてタイムインターバルカウンタ60に対して出力するものとして説明を行う。
In the present embodiment, the description will be made assuming that the
GPS周波数基準装置50は、GPS衛星からのGPS電波を受信して精度の高い10MHzの基準周波数信号を生成する。
The GPS
本実施形態の地殻変動検知装置では、GPS周波数基準装置50により生成された信号を基準周波数信号として用いているが、恒温水晶発振器(OCXO:Oven Controlled Crystal Oscillator)、ルビジウム、セシウム、水素メーザ発振器等を用いて生成された信号を基準周波数信号として用いるようにしてもよい。また、標準送信局から直接波として受信したLF波を用いて基準周波数信号を生成するようにしてもよい。
In the crustal movement detection device of the present embodiment, the signal generated by the GPS
タイムインターバルカウンタ60は、受信機30からの標準電波に同期した10MHzの信号と、GPS周波数基準装置50からの10MHzの基準周波数信号の波形をそれぞれ記憶して、1Hz以下の桁、例えば10,000,000,001mHzを1秒のゲートタイムで計測できるようにした装置である。一般的な周波数カウンタでは、1mHzの桁を計測するためには1000秒以上必要となってしまう。
The time interval counter 60 stores a 10 MHz signal synchronized with the standard radio wave from the
このような機能により、タイムインターバルカウンタ60は、GPS周波数基準装置50により生成された基準周波数信号に基づいて、受信装置30により生成された信号の周波数を測定する。
ここで、1mHz(ミリヘルツ)とは、1Hzの1/1000の周波数を表している。
With such a function, the time interval counter 60 measures the frequency of the signal generated by the receiving
Here, 1 mHz (millihertz) represents a frequency of 1/1000 of 1 Hz.
そして、このGPS周波数基準装置50とタイムインターバルカウンタ60とにより周波数測定手段が構成され、受信装置30により生成された10MHzの信号の周波数の測定が行われる。
The GPS
また、受信機30は、図3に示されるように、増幅器31、33、39と、全波整流器32と、位相比較器34と、分周期35と、電圧制御発振器(VCO:Voltage Controlled Oscillator)36と、切替スイッチ37と、ループフィルタ38とから構成されている。
As shown in FIG. 3, the
全波整流器32は、プリアンプ20、増幅器31を介して入力された40kHzの高周波信号に対して全波整流を行って80kHzの信号として出力する。また、全波整流器32は、標準電波に重畳されているタイムコード信号を抽出して切替スイッチ37に出力する。
ここでタイムコード信号とは、標準電波に時刻情報が含まれていることを示す信号である。
The full-
Here, the time code signal is a signal indicating that time information is included in the standard radio wave.
位相比較器34は、増幅器33により増幅された80kHzの信号と、分周期35からの80kHzの信号との位相差を検出し、検出された位相差が小さくなるような信号を出力する。
The
分周期35は、電圧制御発振器36により生成された信号を1/125で分周して位相比較器34に出力する。
電圧制御発振器36は、ループフィルタ38により生成された制御電圧に応じた周波数の信号を出力する。
In the
The voltage controlled
切替スイッチ37は、全波整流器32からタイムコード信号が出力されている場合に、位相比較器34からの出力をループフィルタ38に出力する。そのため、ループフィルタ38は、標準電波中に時刻情報が含まれている時のみ位相比較器34からの出力を取り込むようになっている。
The
ループフィルタ38は、切替スイッチ37を介して入力された位相比較器34の出力信号に含まれる高周波成分を除去して、電圧制御発振器36に出力する直流の制御電圧を生成するためのフィルタである。
The
ここで、一般的にPLL(Phase-Locked Loop:位相同期ループ)回路を構成するループフィルタの時定数を長くすると安定した受信を行うことが可能になるが追従性が悪くなる。また、逆に時定数を短く設定すると追従性は向上するが受信安定性が悪化してしまう。 Here, if the time constant of a loop filter constituting a PLL (Phase-Locked Loop) circuit is generally increased, stable reception can be performed, but followability is deteriorated. On the contrary, if the time constant is set short, the followability is improved, but the reception stability is deteriorated.
そのため、電離層は短時間でかなり急激な変動をしており、位相同期回路のループフィルタ38の時定数があまりに短いと大きな変動となり電離層の平均的な動きを捉えることが難しくなる。また、時定数があまり長すぎると、大きな変化に追従することができなくなる。そのため、電離層で反射されたLF波の周波数変動を計測するための受信装置におけるループフィルタの時定数としては2秒以上100秒以下程度が好ましい。よって、本実施形態の地殻変動検知装置におけるループフィルタ38の時定数は、50秒に設定されている。
For this reason, the ionosphere fluctuates considerably rapidly in a short time, and if the time constant of the
次に、本実施形態の地殻変動検知装置の動作を図面を参照して詳細に説明する。
ループアンテナ10により補足された40kHzの標準電波は、プリアンプ20により増幅された後に受信機30に入力される。受信機30では、40kHzの周波数を全波整流器32により全波整流して周波数80kHzの信号が生成される。そして、位相比較器34、分周器35、電圧制御発振器36、ループフィルタ38から構成される位相同期回路により、電圧制御発振器36により生成される10MHzの信号は、全波整流器32により生成された80kHzの信号に同期されることになる。そして、電圧制御発振器36により生成された10MHzの信号は、増幅器39を介してタイムインターバルカウンタ60に出力される。
Next, the operation of the crustal movement detection device of the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
The 40 kHz standard radio wave supplemented by the
そして、電圧制御発振器36により生成された10MHzの信号は、GPS周波数基準装置50からの基準周波数信号をレファレンスとしたタイムインターバルカウンタ60において、10桁/秒の精度により、ゲートタイム1秒、間隔10秒で計測され、パーソナルコンピュータ等のデータ記録装置70に取り込まれる。
Then, the 10 MHz signal generated by the voltage controlled
ここでタイムインターバルカウンタ60は、少なくとも8桁/秒(毎秒8桁)以上の周波数精度で受信装置30により生成された信号の周波数を計測することが必要である。
Here, the
なお、周波数の変動要因は、地殻応力−地殻電流−磁気または磁場/電磁波発生−電離層への影響−受信周波数のずれ発生という本発明の検出目的とするもの以外に、太陽活動などの要因による場合がある。したがって、本発明による観測により精度の高い地震予知を行うためには、安定した電離層(イオノスフェアー)を利用することが好ましい。例えば、LF帯により最下層の電離層であるD層を利用する場合、日中はD層の電離層を利用することができるため比較的小さな地殻変動を捕らえることができるが、夜間はD層が消滅し、E層反射となるため、変動の検出感度は大きく低下することとなる。また、太陽フレアの発生している時は日中でも太陽フレアの影響のため地殻変動の観察は困難になる。 The frequency fluctuation factor is due to factors such as solar activity in addition to the purpose of the present invention of crustal stress, crustal current, magnetism or magnetic field / electromagnetic wave generation, influence on the ionosphere, occurrence of reception frequency shift, etc. There is. Accordingly, it is preferable to use a stable ionosphere in order to perform earthquake prediction with high accuracy by observation according to the present invention. For example, when the D layer, which is the lowest ionosphere, is used in the LF band, the ionosphere of the D layer can be used during the day, so relatively small crustal movements can be captured, but the D layer disappears at night. And since it becomes E layer reflection, the detection sensitivity of a fluctuation | variation will fall large. Also, when solar flare is occurring, it is difficult to observe crustal deformation due to the effect of solar flare even during the day.
図2に示した本実施形態の地殻変動検知装置により、福島JJY送信局(福島県田村市都路町:おおたかどや山標準電波送信所)の電波を東京都町田市にて受信した際の周波数変化を図4に示す。この図4に示したグラフは、特に大きな異常が認めらなかった約3日間の平均的な受信周波数の変化を示している。この図4を参照すると、日中±5mHz、夜間±100mHz程度の周波数変動が観察された。 The frequency when the radio wave of the Fukushima JJY transmitting station (Fukushima Prefecture Tamura City: Otakadoya Yamayama Standard Radio Transmission Station) is received in Machida City, Tokyo, by the crustal movement detection device of this embodiment shown in FIG. The change is shown in FIG. The graph shown in FIG. 4 shows a change in average reception frequency for about 3 days in which no major abnormality was observed. Referring to FIG. 4, frequency fluctuations of about ± 5 mHz during the day and ± 100 mHz at night were observed.
この図4からもわかるように夜間では、±100mHz程度の周波数ずれを検出することは困難であるが、昼間であれば±10mHz以上の周波数変動であれば検出可能なことがわかる。 As can be seen from FIG. 4, it is difficult to detect a frequency shift of about ± 100 mHz at night, but it can be detected in the daytime if the frequency fluctuation is ± 10 mHz or more.
[観測例1]
次に、本実施形態の地殻変動検知装置を用いて、福島JJY送信局の電波を東京都町田市にて受信した際の異常時の観測例を図5に示す。
[Observation example 1]
Next, FIG. 5 shows an observation example at the time of abnormality when the radio wave of the Fukushima JJY transmitting station is received in Machida City, Tokyo, using the crustal movement detection device of the present embodiment.
図5は、2005年6月12日、朝9時5分に栃木県において発生したM3.4の地震発生前後の観測波形である。この図5を参照すると、夜間の変動が収まり、日中の安定な状態の時に異常が検出されていることがわかる。 FIG. 5 shows observed waveforms before and after the earthquake of M3.4 that occurred in Tochigi Prefecture on June 12, 2005 at 9:05 in the morning. Referring to FIG. 5, it can be seen that the nighttime fluctuations are reduced and an abnormality is detected in a stable state during the day.
8時40分頃から電圧制御発振器の周波数10MHzの低下が認められ、周波数変動は8時46分と8時50分に約−30mHzに達し、その後上昇して9時2分には約+10mHzとなっている。つまり、地震発生の約25分前から周波数低下がおき始め15分前には異常が明確になっていることがわかる。この図5は、周波数変動の異常を検出することにより、地震発生前の予知が可能であることを示している。 A decrease in the frequency of the voltage controlled oscillator of 10 MHz was observed from about 8:40, the frequency fluctuation reached about −30 mHz at 8:46 and 8:50, and then increased to about +10 mHz at 9:02. It has become. That is, it can be seen that the frequency starts decreasing about 25 minutes before the occurrence of the earthquake, and the abnormality is clear 15 minutes before. FIG. 5 shows that it is possible to predict before an earthquake occurs by detecting an abnormality in frequency fluctuation.
ただし、D層が消滅している夜間帯では不安定なE層反射により通常時の周波数変動が大きいため、夜間帯ではこのような小規模の地震に伴う周波数変動は検出することができないと思われる。 However, in the nighttime zone where layer D has disappeared, frequency fluctuations during normal times are large due to unstable E-layer reflections, so it seems that frequency fluctuations associated with such small-scale earthquakes cannot be detected in the nighttime zone. It is.
[観測例2]
次に、本実施形態の地殻変動検知装置を用いて、福島JJY送信局の電波を東京都町田市にて受信した際の異常時の別の観測例を図6、図7に示す。ただし、ここでは、タイムインターバルカウンタ60として12桁/秒の精度を有するものを用いて測定を行った。
[Observation example 2]
Next, another example of observation at the time of abnormality when the radio wave of the Fukushima JJY transmitting station is received in Machida City, Tokyo, using the crustal movement detection device of the present embodiment is shown in FIGS. However, the measurement was performed using a
図6、図7は、2005年7月23日、16時35分に発生したM5.7の千葉県北西地震発生前後の観測波形である。図6は、7月23日14時13分から地震発生直後迄の観測波形であり、図7は、地震発生直前の周波数変化を時間軸を伸ばして示した波形である。 6 and 7 are observation waveforms before and after the occurrence of the M5.7 Chiba Prefecture northwest earthquake that occurred at 16:35 on July 23, 2005. FIG. 6 is an observation waveform from 14:13 on July 23 to immediately after the occurrence of the earthquake, and FIG. 7 is a waveform showing the frequency change immediately before the occurrence of the earthquake with the time axis extended.
図6を参照すると、14時16分頃から+300mHz〜−170mHz程度の大きな周波数変動が観測されていることがわかる。また、図6、図7を参照すると、地震発生直前には−250mHzの周波数変動が観測されていることがわかる。さらに、図7を参照すると、地震発生の約7分前から周波数の低下が始まり、地震発生の約4分前には最低点の−250mHzに到達していることがわかる。また、地震発生時点での周波数変動は+50mHzであった。 Referring to FIG. 6, it can be seen that a large frequency fluctuation of about +300 mHz to −170 mHz is observed from around 14:16. 6 and 7, it can be seen that a frequency fluctuation of −250 mHz is observed immediately before the occurrence of the earthquake. Furthermore, referring to FIG. 7, it can be seen that the frequency starts decreasing about 7 minutes before the occurrence of the earthquake and reaches the lowest point of −250 mHz about 4 minutes before the occurrence of the earthquake. The frequency fluctuation at the time of the earthquake occurrence was +50 mHz.
この図6、図7に示した例では、地震発生の約2時間前に地殻変動が検知され、地震発生前の予知を行うことが可能であることを示している。 In the examples shown in FIGS. 6 and 7, crustal deformation is detected about 2 hours before the occurrence of the earthquake, and it is possible to make a prediction before the occurrence of the earthquake.
このように、本実施形態の地殻変動検知装置によれば、電離層で反射されたLF電波の周波数変動を観測することにより、上記の観測例1、2に示されるように、地震発生の25分、2時間前に地震の発生を予測することが可能であった。 Thus, according to the crustal movement detection device of the present embodiment, by observing the frequency fluctuation of the LF radio wave reflected by the ionosphere, as shown in the above observation examples 1 and 2, 25 minutes of the occurrence of the earthquake. It was possible to predict the occurrence of an earthquake two hours ago.
つまり、本実施形態の地殻変動検知装置によれば、受信機30の位相同期回路の時定数を短くして、電離層で反射されたLF電波の短時間の周波数変動を検出することにより地震発生前数時間〜数分前に地震発生の予兆を検出する直前予知を行うことが可能となる。
That is, according to the crustal movement detection device of the present embodiment, the time constant of the phase synchronization circuit of the
なお、本実施形態の地殻変動検知装置は、標準電波送信局から発射されたLF電波が電離層で反射される際に、ドップラー効果により受信周波数が変動することを用いて地殻変動の検出を行っている。そのため、送信局と受信装置との間の距離は、直接波が届かないよう設定する必要がある。そして、本実施形態の地殻変動検知装置により周波数変動が検出された場合には、送信局と受信装置との間のいずれかの場所で地殻変動が発生したことが予測される。ただし、パルス状の電波により計測が可能であるならば、送受信2点間の距離は直接波の届く範囲であってもかまわない。 Note that the crustal movement detection device of the present embodiment detects crustal movement using the fact that the reception frequency fluctuates due to the Doppler effect when the LF radio wave emitted from the standard radio wave transmission station is reflected by the ionosphere. Yes. Therefore, it is necessary to set the distance between the transmitting station and the receiving device so that direct waves do not reach. Then, when a frequency fluctuation is detected by the crustal movement detection device of the present embodiment, it is predicted that a crustal movement has occurred at any location between the transmitting station and the receiving device. However, as long as measurement is possible with pulsed radio waves, the distance between the two transmission and reception points may be within the range where the direct wave reaches.
さらに、地殻変動が発生した場所をさらに詳しく特定するために、異なる複数の場所に設定された送信設備からの電波を1箇所の受信装置により受信し、異なる複数の場所に設定された受信装置を相互にインターネット等の通信手段により接続して情報を交換することにより、発生場所を限定するとともにより精度の高い地震予知が可能になる。 Furthermore, in order to specify in more detail the location where the crustal movement has occurred, radio waves from transmission facilities set in different locations are received by one receiving device, and receiving devices set in different locations are provided. By connecting and exchanging information with each other through communication means such as the Internet, it is possible to limit the occurrence location and predict earthquakes with higher accuracy.
[変形例]
上記実施形態では、GPS周波数基準装置50とタイムインターバルカウンタ60からなる周波数測定手段を用いて、受信機30の出力周波数の変動を観測する場合を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、受信機30の出力周波数の変動を高精度で測定することができるものであればどのような手段を用いてもよい。
[Modification]
In the above embodiment, the case where the fluctuation of the output frequency of the
また、受信機30の出力周波数を直接計測することなく、受信機30内の電圧制御発振器36の制御電圧を計測することによって周波数変動を間接的に観測するようにしてもよい。
Further, the frequency fluctuation may be indirectly observed by measuring the control voltage of the voltage controlled
電圧制御発振器36は、ループフィルタ38からの制御電圧に基づいて生成する信号の周波数を変化させるものであるため、この制御電圧を監視することによって、電圧制御発振器36により生成される信号の周波数変化を検知することが可能だからである。
Since the voltage controlled
このように、電圧制御発振器36への制御電圧を測定することにより周波数変動を検出するようにすれば、GPS周波数基準装置50やタイムインターバルカウンタ60は不要となり、低コストにより地殻変動検知装置を実現することが可能となる。
Thus, if the frequency fluctuation is detected by measuring the control voltage to the voltage controlled
また、上記実施形態では、1つ位相同期回路を用いて受信電波に対する位相同期を行う場合を用いて説明しているが、2つの位相同期回路を設け、先ず受信した電波を第1の電圧制御発振器により補足し、これにさらに時定数の長い第2の電圧制御発振器を同期(相互の実数倍の周波数が合致する条件で)させても良い。 In the above-described embodiment, the case where the phase synchronization with respect to the received radio wave is performed using one phase synchronization circuit has been described. However, two phase synchronization circuits are provided, and the received voltage is first controlled by the first voltage control. It may be supplemented by an oscillator, and a second voltage-controlled oscillator having a longer time constant may be synchronized with this (under the condition that the frequency of the real number of each other matches).
これとは別に、短期間に同期できる時定数の短いラグリードフィルタ等により同期させた電圧制御発振器への制御電圧をA/D変換器によりデジタル信号に変換して平均化するようにしてもよい。このように平均化を行うことにより正確な周波数を得ることが可能となる。また、平均化されたデジタル信号を所定の時定数を与えてD/A変換器によりアナログ信号の制御電圧に変換して電圧制御発振器に戻すようにしてもよい。さらに、複数の異なる時定数を有する受信設備とすることもできる。 Apart from this, the control voltage to the voltage controlled oscillator synchronized by a lag reed filter having a short time constant that can be synchronized in a short time may be converted into a digital signal by an A / D converter and averaged. . By performing averaging in this way, it is possible to obtain an accurate frequency. Alternatively, the averaged digital signal may be given a predetermined time constant, converted to an analog signal control voltage by a D / A converter, and returned to the voltage controlled oscillator. Furthermore, a receiving facility having a plurality of different time constants can be provided.
さらに、本実施形態では、LF電波を用いて最下層の電離層であるD層の変動を検知する場合を用いて説明しているが、本発明はこのような場合に限定されるものではない。当然ながら、VLF電波を用いてD層の変動を検出するようにしてもよい。さらに、ある程度以上のマグニチュードの地殻変動であればE層の状態にも影響を与える可能性があり、VLF/LF電波またはVLF/LF電波とは異なる周波数の電波によりE層の変動を検出して地殻変動を検出することができる可能性もある。 Furthermore, in this embodiment, although the case where the fluctuation | variation of D layer which is the lowest ionosphere is detected using LF radio wave is demonstrated, this invention is not limited to such a case. Of course, the fluctuation of the D layer may be detected using the VLF radio wave. Furthermore, if the magnitude of the crustal deformation exceeds a certain level, the state of the E layer may be affected, and the fluctuation of the E layer is detected by radio waves having a frequency different from that of VLF / LF radio waves or VLF / LF radio waves. It may be possible to detect crustal movements.
10 ループアンテナ
20 プリアンプ
30 受信機
31 増幅器
32 全波整流器
33 増幅器
34 位相比較器
35 分周期
36 電圧制御発振器
37 切替スイッチ
38 ループフィルタ
39 増幅器
40 GPSアンテナ
50 GPS周波数基準装置
60 タイムインターバルカウンタ
70 データ記録装置
100 送信局
200 受信局
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記受信装置により生成された信号の周波数を測定する周波数測定手段と、
を有する地殻変動検知装置。 A standard radio wave, which is a long wave radio wave reflected by the D layer, which is the lowest ionosphere near the ground surface, is received, and a signal having a frequency that is a rational multiple of the carrier frequency of the received standard radio wave is 2 seconds. A receiving device that generates a phase-synchronized state with the standard radio wave using a phase-locked loop that is 100 seconds or shorter ;
Frequency measuring means for measuring the frequency of the signal generated by the receiving device;
A crustal movement detector.
前記GPS周波数基準装置により生成された基準周波数信号に基づいて、前記受信装置により生成された信号の周波数を測定するタイムインターバルカウンタと、から構成される請求項1から3のいずれか1項記載の地殻変動検知装置。 The frequency measuring means includes a GPS frequency reference device that generates a reference frequency signal using received GPS radio waves, and
The time interval counter which measures the frequency of the signal produced | generated by the said receiver based on the reference frequency signal produced | generated by the said GPS frequency reference apparatus, The any one of Claim 1 to 3 comprised. Crustal deformation detector.
前記位相同期回路により生成された信号の周波数を測定する地殻変動検知方法。 And receive radio signals is a long wave radio waves reflected by the D layer is the lowest layer of the ionosphere close to the surface, a signal having a rational multiple of the frequency of the carrier frequency of the standard radio wave received, the time constant of the loop filter 2 Using a phase synchronization circuit that is not less than 100 seconds and not more than 100 seconds, it is generated while being phase-synchronized with the standard radio wave,
A crustal movement detection method for measuring a frequency of a signal generated by the phase synchronization circuit.
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