JP5448153B2 - Artifact detection system, and artifact detection method used in the system - Google Patents

Artifact detection system, and artifact detection method used in the system Download PDF

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Description

この発明は、人工物検出システム、及び該システムに用いられる人工物検出方法に係り、特に、海底又は水底に存在する潜水艦、機雷、沈船などの人工物を検出する場合に用いて好適な人工物検出システム、及び該システムに用いられる人工物検出方法に関する。 This invention relates to artifact detection method used artifact detection system, and the system, in particular, suitable for use in detecting submarines present on the seabed or water bottom, mines, artifacts, such as precipitation deaths Ship artifact detection system, and artifact detection method used in the system.

海底又は水底に存在する人工物(たとえば、潜水艦、機雷、沈船など)は、水中音波探査装置(ソナー)を用いて検出することが困難である。その理由は、水中音波探査装置では、周波数の高い水中音波を海底に放射しても、その反響音から自然の砂泥の海底と人工物とを判別することが殆ど不可能なことによる。このため、海底又は水底の人工物を検出する方法として、高周波高分解能のサイドスキャン・ソナーにより海底又は水底の表面形状を観測する方法が実用化されている。   Artifacts (eg, submarines, mines, shipwrecks, etc.) present on the seabed or underwater are difficult to detect using an underwater acoustic probe (sonar). The reason is that the underwater acoustic exploration device hardly discriminates the natural sand mud from the seabed and artifacts from the reverberant sound even when high frequency underwater acoustic waves are radiated to the seabed. For this reason, a method of observing the surface shape of the seabed or the bottom of the sea using high-frequency, high-resolution side-scan sonar has been put to practical use as a method of detecting the seabed or the seabed artifact.

この種の関連するサイドスキャン・ソナーは、たとえば図4に示すように、音源兼音波センサ1と、データ処理装置2と、表示器3とから構成されている。また、海底又は水底Bに、たとえば沈船などの人工物HWが存在する。このサイドスキャン・ソナーでは、音源兼音波センサ1の音源が、図示しない船舶の船体側面又は曳航体の側面に装備され、船舶の進行方向に対して垂直な方向に音波swaが放射される。また、音源兼音波センサ1の音波センサにより、受波した音波swbの音圧が電気信号euに変換されて出力される。この音波センサは、船舶の進行方向に高い分解能を有するようにアレイ配列されている。データ処理装置2では、音源兼音波センサ1から出力される電気信号euが、船舶の進行方向に指向性合成されて、その指向性ビーム毎の信号強度が図示しないメモリに蓄積される。船舶の進行に伴い、表示器3により、蓄積された海底又は水底Bからの信号強度が、地図状に色や濃淡で表現することによって表示される。これにより、海底又は水底Bの形状が観測される。   This type of related side scan sonar includes, for example, a sound source / sonic sensor 1, a data processing device 2, and a display 3, as shown in FIG. Further, an artificial object HW such as a shipwreck exists on the seabed or waterbed B. In this side scan sonar, the sound source of the sound source / acoustic sensor 1 is mounted on the side of the hull or towing of the ship (not shown), and the sound wave swa is emitted in a direction perpendicular to the traveling direction of the ship. Further, the sound pressure of the received sound wave swb is converted into an electric signal eu by the sound wave sensor of the sound source and sound wave sensor 1 and output. The acoustic wave sensors are arrayed so as to have a high resolution in the traveling direction of the ship. In the data processing device 2, the electric signal eu output from the sound source / sonic wave sensor 1 is directional-combined in the traveling direction of the ship, and the signal intensity for each directional beam is stored in a memory (not shown). Along with the progress of the ship, the indicator 3 displays the accumulated signal intensity from the seabed or the bottom B by expressing it in color or shade on a map. Thereby, the shape of the seabed or the bottom B is observed.

上記のサイドスキャン・ソナーの他、この種の関連技術としては、たとえば、特許文献1に記載された人工物の音響検出装置がある。
この音響検出装置では、一つ又はそれ以上の周波数を有する音響信号が、地中、水中又は沈殿層に進入して地雷のような歪変形可能な物体を振動させる。これにより、探査信号の非線形な歪が現れ、高調波や結合周波数を含む音響波(非線形信号)が発生する。この音響波が解析されて人工物が探知される。
In addition to the above-mentioned side scan sonar, this type of related technology includes, for example, an artificial object acoustic detection device described in Patent Document 1.
In this acoustic detection device, an acoustic signal having one or more frequencies enters the ground, underwater or a sedimentary layer and vibrates a strain-deformable object such as a landmine. Thereby, non-linear distortion of the exploration signal appears, and an acoustic wave (non-linear signal) including a harmonic and a coupling frequency is generated. This acoustic wave is analyzed to detect an artifact.

また、特許文献2に記載された走錨監視方式では、錨装置が、錨、同錨に連結された錨鎖、及び同錨鎖を巻き上げるための巻上機などを備え、さらに、振動音検知装置が設けられている。この振動音検知装置により、走錨時に発する錨からの振動音が検知され、船舶の走錨が検出される。   Further, in the running rod monitoring method described in Patent Document 2, the dredge device includes a kite, a kite chain connected to the kite, a hoisting machine for winding the kite chain, and the vibration sound detection device. Is provided. With this vibration sound detection device, vibration sound from the dredger generated at the time of the dredging is detected, and the dredger of the ship is detected.

特表2001−510901号公報JP 2001-510901 A 特開昭62−059866号公報JP-A-62-059866

しかしながら、上記関連技術では、次のような課題があった。
すなわち、図4のサイドスキャン・ソナーでは、一度に観測できる範囲が狭く、広範囲の海底又は水底Bに存在する人工物HWの捜索には非常に時間がかかり、処理効率が悪いという課題がある。また、このサイドスキャン・ソナーでは、海底又は水底Bの形状が観測されるため、人工物HWが海底又は水底Bに埋没している場合は検出されないという課題がある。
However, the related technology has the following problems.
That is, the side scan sonar of FIG. 4 has a problem that the range that can be observed at one time is narrow, and it takes a very long time to search for the artificial object HW existing on a wide seabed or bottom B, and the processing efficiency is poor. Further, in this side scan sonar, since the shape of the seabed or the bottom B is observed, there is a problem that the artifact HW is not detected when it is buried in the seabed or the bottom B.

また、特許文献1に記載された音響検出装置は、地中又は海底中の地雷などの人工物又は鉱石を音波により探知する構成とされているものであり、この発明とは構成が異なる。   In addition, the acoustic detection device described in Patent Document 1 is configured to detect an artificial object such as a landmine in the ground or the seabed or ore by sound waves, and is different in configuration from the present invention.

特許文献2に記載された走錨監視方式は、振動音検知装置により、船舶の錨が海底を引きずる振動を検出し、船舶が流されていることを検出するものであり、この発明とは構成が異なる。また、海底に鎮座した潜水艦のような海底面上の人工物を検出することはできない。   The anchorage monitoring system described in Patent Document 2 detects vibrations of a ship's dredging dragging the seabed by a vibration sound detection device, and detects that the ship is being flown. Is different. In addition, it is not possible to detect artifacts on the bottom of the sea, such as a submarine seated on the seabed.

この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、広範囲の海底や水底に存在する人工物を一度に効率良く検出する人工物検出システム、及び該システムに用いられる人工物検出方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides an artifact detection system for efficiently detecting artifacts existing on a wide range of seabeds and bottoms at once , and an artifact detection method used in the system. The purpose is that.

上記課題を解決するため、この発明の第1の構成は、海底又は水底に鎮座する態様で海中又は水中に存在する人工物を検出する人工物検出システムに係り、海底又は水底に投下配置され、所定の規模の人工地震を発生させる人工地震発生手段と、海中又は水中に配置され、前記人工地震により、前記人工地震発生手段から放射される音波を検出すると共に、前記人工地震発生手段から放射され、前記音波よりも速い伝搬速度で前記海底又は水底を伝播しつつ、海中又は水中に放射される地震波(P波)を検出する振動波検出手段と、前記人工地震により発生する前記音波が前記振動波検出手段に到達する前に、該振動検出手段で検出される前記地震波のレベルが相対的に高くなるとき、該地震波の到来方位を検出し、該到来方位の海底又は水底に前記人工物が鎮座することを判定する人工物存在判定手段とを備えてなることを特徴としている。 To solve the above problem, a first arrangement of the invention relates to artifact detection system for detecting artifacts present in the sea or in water in a manner sitting on the seabed or water bottom, it dropped placed on the seabed or water bottom, artificial earthquake means Ru is generated a predetermined scale seismic, arranged in the sea or water, wherein the seismic detects a sound wave that will be emitted from the seismic generating means, the radiation from the artificial earthquake means Vibration wave detecting means for detecting a seismic wave (P wave) radiated into the sea or water while propagating through the seabed or water bottom at a faster propagation speed than the sound wave , and the sound wave generated by the artificial earthquake is before reaching the vibration wave detecting unit, when the seismic wave level detected by the vibration wave detecting means is relatively high, detects the arrival direction of the seismic waves, said undersea arrival direction or The artifact is characterized in that it comprises a artifact existence determination means for determining that sits on the bottom.

また、この発明の第2の構成は、海底又は水底に鎮座する態様で海中又は水中に存在する人工物を検出する人工物検出システムに用いられる人工物検出方法に係り、海底又は水底に投下配置されている人工地震発生手段が、所定の規模の人工地震を発生する人工地震発生処理と、海中又は水中に配置されている振動波検出手段が、前記人工地震により、前記人工地震発生手段から放射される音波を検出すると共に、前記人工地震発生手段から放射され、前記音波よりも速い伝搬速度で前記海底又は水底を伝播しつつ、海中又は水中に放射される振動波(P波)を検出する振動波検出処理と、人工物存在判定手段が、前記人工地震により発生する前記音波が前記振動波検出手段に到達する前に、該振動検出手段で検出される前記振動波のレベルが相対的に高くなるとき、該振動波の到来方位を検出し、該到来方位の海底又は水底に前記人工物が鎮座することを判定する人工物存在判定処理とを行うことを特徴としている。 The second configuration of the present invention relates to artifact detection method used artifact detection system for detecting artifacts present in the sea or in water in a manner sitting on the seabed or water bottom, dropped placed on the seabed or water bottom The artificial earthquake generating means is configured to generate an artificial earthquake of a predetermined scale, and the vibration wave detecting means disposed in the sea or underwater is radiated from the artificial earthquake generating means by the artificial earthquake. detects the sound waves that will be, the radiated from seismic generation means, while propagating the seabed or water bottom at a higher propagation velocity than the acoustic wave, to detect the vibration wave that is radiated into the sea or water (P-wave) a vibration wave detecting process, artifact presence determination means, before the sound wave generated by the seismic reaches the vibration wave detecting unit, the vibration wave level of which is detected by the vibration wave detecting means When is the relatively high, detects the arrival direction of the vibration wave, the artifact on the seabed or water bottom of the arrival direction is characterized by performing the determining artifact presence determination process that enshrined.

この発明の構成によれば、人工地震により発生する音波が振動波検出手段に到達する前に、海底又は水底に鎮座する人工物から放射される振動波(P波)を検出する構成であるので、水中の音波の影響を受けることなく、海底又は水底に存在する人工物を一度に広範囲で検出できるAccording to the configuration of the present invention, since the sound wave generated by the artificial earthquake reaches the vibration wave detecting means, the vibration wave (P wave) radiated from the artificial object sitting on the sea floor or the water bottom is detected. , without being affected by the water waves, artifacts present in the seabed or water bottom can be detected in a wide range at a time.

この発明の第1の実施形態である人工物検出システムの要部の構成及び同システムが用いられる環境を示す図である。It is a figure which shows the structure of the principal part of the artifact detection system which is 1st Embodiment of this invention, and the environment where this system is used. データ処理装置13で解析される信号の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the signal analyzed by the data processor. この発明の第2の実施形態である人工物検出システムの要部の構成及び同システムが用いられる環境を示す図である。It is a figure which shows the structure of the principal part of the artifact detection system which is the 2nd Embodiment of this invention, and the environment where this system is used. サイドスキャン・ソナーの構成図である。It is a block diagram of a side scan sonar.

上記人工物存在判定手段が、レベルが相対的に高くなる上記振動波を、上記人工地震の地震波で上記人工物が振動することにより発生した低周波振動として検出する構成とされている人工物検出システムを提供する。   The artifact detection unit configured to detect the vibration wave having a relatively high level as a low-frequency vibration generated when the artifact is vibrated by an earthquake wave of the artificial earthquake. Provide a system.

また、上記人工物存在判定手段は、人工地震により発生する音波が振動波検出手段に到達する前に、同振動波検出手段で検出される振動波を周波数分析し、この分析結果に基づいて、人工物の存在を検出する構成とされている。
また、上記振動波検出手段は、東西方向及び南北方向の水平方向に上記振動波を検出するための指向性を有し、上記人工物存在判定手段は、上記振動波検出手段で検出される上記振動波の検出結果に基づいて、該振動波の到来方位を検出する構成とされている。
Further, the artifact presence determination means performs frequency analysis on the vibration wave detected by the vibration wave detection means before the sound wave generated by the artificial earthquake reaches the vibration wave detection means, and based on the analysis result, It is configured to detect the presence of an artifact.
Further, the vibration wave detection means has directivity for detecting the vibration waves in the horizontal direction of the east-west direction and the north-south direction, and the artifact existence determination means is detected by the vibration wave detection means. Based on the detection result of the vibration wave, the arrival direction of the vibration wave is detected.

また、上記振動波検出手段は、海中又は水中に離隔して配置された複数の振動センサを有し、上記各振動センサが上記海底又は水底から海中又は水中に放射される振動波を検出する構成とされ、上記人工物存在判定手段は、上記各振動センサで検出される上記各振動波のレベルが相対的に高くなるとき、上記各振動波の到来方位を検出し、上記各到来方位と三角測量の原理とを用いて海底又は水底に存在する上記人工物の位置を特定する構成とされている。また、上記人工地震発生手段は、爆発物で構成され、爆発エネルギーが下向き又は横向きの指向性を有する。   Further, the vibration wave detecting means has a plurality of vibration sensors arranged separately in the sea or water, and each vibration sensor detects vibration waves radiated from the sea floor or water bottom into the sea or water. The artifact presence determining means detects the arrival direction of each vibration wave when the level of each vibration wave detected by each vibration sensor is relatively high, and It is set as the structure which pinpoints the position of the said artificial object which exists in the sea bottom or the water bottom using the principle of surveying. The artificial earthquake generating means is composed of explosives, and the explosive energy has downward directivity or lateral directivity.

実施形態1Embodiment 1

図1は、この発明の第1の実施形態である人工物検出システムの要部の構成及び同システムが用いられる環境を示す図である。
この形態の人工物検出システムは、同図に示すように、人工地震の震源11と、振動センサ12と、データ処理装置13と、表示器14とから構成されている。人工地震の震源11は、海底又は水底Bに配置され、所定の規模(小規模)の人工地震を発生する。特に、この実施形態では、人工地震の震源11は、海面又は水面から投下された爆発物で構成され、爆発エネルギーが下向き又は横向きの指向性を有する。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a main part of an artifact detection system according to the first embodiment of the present invention and an environment in which the system is used.
As shown in FIG. 1, the artificial object detection system of this embodiment includes an epicenter 11 of an artificial earthquake, a vibration sensor 12, a data processing device 13, and a display 14. The seismic source 11 of the artificial earthquake is arranged on the sea bottom or the bottom B, and generates an artificial earthquake of a predetermined scale (small scale). In particular, in this embodiment, the epicenter 11 of the artificial earthquake is composed of explosives dropped from the sea surface or the water surface, and the explosive energy has directivity that is downward or lateral.

振動センサ12は、たとえば、図示しない船舶などから吊り下げられて海中又は水中に配置され、人工地震により発生する爆発音se(音波、P波)を検出すると共に、同爆発音seよりも速い伝搬速度で地震波qw(P波、S波、及び表面波)を伝搬する海底又は水底Bから海中又は水中に放射される振動波を検出して電気信号svに変換する。海底又は水底Bでは、下向き又は横向きに指向性を有する爆発物を爆発させて人工地震を発生させると、水中で振動が伝搬する速度が1.5km/秒であるのに対して、海底では振動波が5〜7km/秒で伝搬する。従って、海中又は水中の爆発音よりも海底又は水底の振動波が3〜5倍も速く伝搬する。なお、海中又は水中は液体のため、人工地震による振動波のうちのP波だけが伝わる。また、軟質の砂泥に覆われた海底又は水底Bは、砂泥が振動を吸収するため、放射する振動波(P波)が減衰され、比較小さくなる。一方、金属などの硬質の人工物HWは、海底又は水底Bを伝搬してきた振動波(P波)を比較的減衰させないので、放射する振動波(P波)が比較的大きい。また、振動センサ12は、東西方向及び南北方向の水平方向に上記振動波(海底又は水底放射振動波bw、人工物放射振動波hw)を検出するための指向性を有している。   The vibration sensor 12 is suspended from, for example, a ship (not shown) and placed in the sea or underwater, detects explosion sound se (sound wave, P wave) generated by an artificial earthquake, and propagates faster than the explosion sound se. A vibration wave radiated into the sea or water from the seabed or the waterbed B propagating the seismic wave qw (P wave, S wave, and surface wave) at a velocity is detected and converted into an electrical signal sv. At the bottom of the sea or at the bottom of the sea B, when an artificial earthquake is generated by detonating explosives that have directivity downward or sideways, the speed at which vibration propagates in water is 1.5 km / sec. Waves propagate at 5-7 km / sec. Accordingly, the vibration wave of the seabed or the bottom of the water propagates 3 to 5 times faster than the explosion sound in the sea or underwater. In addition, since it is liquid in the sea or underwater, only the P wave of the vibration wave caused by the artificial earthquake is transmitted. Moreover, since the sand mud absorbs vibration, the radiating vibration wave (P wave) is attenuated and the sea bottom or the water bottom B covered with soft sand mud becomes comparatively small. On the other hand, since the hard artificial object HW such as metal does not attenuate the vibration wave (P wave) propagating through the seabed or the water bottom B, the vibration wave (P wave) to be radiated is relatively large. Moreover, the vibration sensor 12 has directivity for detecting the vibration wave (the sea bottom or water bottom radiation vibration wave bw, the artifact radiation vibration wave hw) in the horizontal direction of the east-west direction and the north-south direction.

データ処理装置13は、人工物検出制御プログラムに基づいて制御されるコンピュータで構成されて図示しない船舶などに搭載され、振動センサ12で検出される振動波の検出結果に基づいて、同振動波の到来方位を検出する。特に、この実施形態では、データ処理装置13は、電気信号svを解析し、振動センサ12で検出される振動波のレベルが相対的に高くなるとき、同振動波の到来方位を検出し、同到来方位の海底又は水底Bに人工物HW(たとえば、潜水艦、機雷、沈船など)が存在することを判定する。この場合、データ処理装置13は、レベルが相対的に高くなる上記振動波を、人工地震の地震波qwで人工物HWが振動することにより発生した低周波振動(すなわち、人工物放射振動波hw)として検出する。また、データ処理装置13は、人工地震により発生する爆発音se(音波)が振動センサ12に到達する前に、同振動センサ12で検出される振動波を周波数分析し、この分析結果に基づいて、人工物HWの存在を検出する。表示器14は、データ処理装置13による判定結果を表示し、たとえば、同データ処理装置13で検出された海底又は水底Bの人工物HWの方位を表示し、同人工物HWからの比較的大きな振動波を見分けやすくする。   The data processing device 13 is composed of a computer controlled based on an artifact detection control program, and is mounted on a ship (not shown). Based on the detection result of the vibration wave detected by the vibration sensor 12, the data processing device 13 The direction of arrival is detected. In particular, in this embodiment, the data processing device 13 analyzes the electrical signal sv, detects the arrival direction of the vibration wave when the level of the vibration wave detected by the vibration sensor 12 is relatively high, and It is determined that an artifact HW (for example, a submarine, a mine, a shipwreck, etc.) exists on the seabed or the bottom B of the arrival direction. In this case, the data processing device 13 uses the vibration wave having a relatively high level as a result of the low-frequency vibration (that is, the artifact radiated vibration wave hw) generated when the artifact HW vibrates with the seismic wave qw of the artificial earthquake. Detect as. The data processing device 13 performs frequency analysis on the vibration wave detected by the vibration sensor 12 before the explosion sound se (sound wave) generated by the artificial earthquake reaches the vibration sensor 12, and based on the analysis result. The presence of the artifact HW is detected. The display 14 displays the determination result by the data processing device 13, for example, displays the direction of the artificial object HW on the seabed or the bottom B detected by the data processing device 13, and is relatively large from the artificial object HW. Make it easy to identify vibration waves.

図2は、データ処理装置13で解析される信号の例を示す図であり、同図(a)は、南北の指向性を有する振動センサによる受波信号の例を示す図、同図(b)は、東西の指向性を有する振動センサによる受波信号の例を示す図、及び、同図(c)が、人工物HWの検出された方位計算の例を示す図である。
これらの図を参照して、この形態の人工物検出システムに用いられる人工物検出方法の処理内容について説明する。
この人工物検出システムでは、海底又は水底Bに配置されている人工地震の震源11が爆発物で構成され、同爆発物を爆発させることにより、下向き又は横向きの指向性をもつ爆発エネルギーが発生して所定の規模の人工地震が発生する(人工地震発生処理)。海中又は水中に配置されている振動センサ12により、上記人工地震により発生する音波が検出されると共に、同音波よりも速い伝搬速度で地震波qwを伝搬する海底又は水底Bから海中又は水中に放射される振動波が検出される(振動波検出処理)。データ処理装置13により、振動センサ12で検出される上記振動波のレベルが相対的に高くなるとき、同振動波の到来方位が検出され、同到来方位の海底又は水底Bに人工物HWが存在することが判定される(人工物存在判定処理)。そして、表示器14により、データ処理装置13による判定結果が表示される。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a signal analyzed by the data processing device 13, and FIG. 2A is a diagram illustrating an example of a received signal by a vibration sensor having north-south directivity, and FIG. ) Is a diagram illustrating an example of a received signal by a vibration sensor having east-west directivity, and FIG. 8C is a diagram illustrating an example of calculation of a direction in which an artifact HW is detected.
With reference to these drawings, processing contents of the artifact detection method used in the artifact detection system of this embodiment will be described.
In this artifact detection system, the seismic source 11 of the artificial earthquake arranged on the sea floor or the bottom B is composed of explosives, and by exploding the explosives, explosive energy having downward or lateral directivity is generated. An artificial earthquake of a predetermined scale occurs (artificial earthquake generation processing). Sound waves generated by the artificial earthquake are detected by the vibration sensor 12 arranged in the sea or water, and are radiated into the sea or water from the sea floor or the sea floor B that propagates the seismic wave qw at a faster propagation speed than the sound waves. A vibration wave is detected (vibration wave detection process). When the level of the vibration wave detected by the vibration sensor 12 is relatively high by the data processing device 13, the arrival direction of the vibration wave is detected, and the artifact HW exists on the seabed or the bottom B of the arrival direction. Is determined to be performed (artifact existence determination process). And the determination result by the data processor 13 is displayed on the indicator 14.

また、上記人工物存在判定処理では、データ処理装置13により、レベルが相対的に高くなる上記振動波が、上記人工地震の地震波qwで人工物HWが振動することにより発生した低周波振動(人工物放射振動波hw)として検出される。また、上記人工物存在判定処理では、データ処理装置13により、上記人工地震により発生する音波が振動センサ12に到達する前に、同振動センサ12で検出される上記振動波が周波数分析され、この分析結果に基づいて、人工物HWの存在が検出される。また、上記人工物存在判定処理では、データ処理装置13により、東西方向及び南北方向の水平方向に上記振動波を検出するための指向性を有する振動センサ12で検出される検出結果に基づいて、同振動波の到来方位が検出される。   In the artifact presence determination process, the data processor 13 causes the vibration wave having a relatively high level to generate low-frequency vibrations (artificial waves) generated when the artifact HW vibrates with the seismic wave qw of the artificial earthquake. It is detected as an object radiation vibration wave hw). In the artifact presence determination process, the vibration wave detected by the vibration sensor 12 is frequency-analyzed by the data processing device 13 before the sound wave generated by the artificial earthquake reaches the vibration sensor 12. Based on the analysis result, the presence of the artifact HW is detected. Further, in the artifact presence determination process, based on the detection result detected by the data sensor 13 by the vibration sensor 12 having directivity for detecting the vibration wave in the horizontal direction of the east-west direction and the north-south direction, The arrival direction of the vibration wave is detected.

図2(a),(b)では、音源方位45度かつS/N比が3dBの人工物HWからの振動波成分が加算されている。
図2(a),(b)中の受波信号の信号レベルが相対的に大きい部分について、データ処理装置13により、人工物HWからの振動波と判定され、その南北及び東西の信号レベル値の逆TAN関数により方位が算出される。逆TAN関数により方位を計算した結果、図2(c)中の中央からやや左側の方位45度付近の信号は、レベルが大きく方位が安定していることから、人工物HWからの振動波と判定される。なお、この場合、自然の砂泥の海底から放射される振動波は、無指向性としている。
2A and 2B, the vibration wave component from the artificial object HW having a sound source azimuth of 45 degrees and an S / N ratio of 3 dB is added.
2 (a) and 2 (b), the data processing device 13 determines that the signal level of the received signal is relatively high as a vibration wave from the artifact HW, and the signal level values of the north and south and east and west thereof. The azimuth is calculated by the inverse TAN function. As a result of calculating the azimuth by the inverse TAN function, the signal near 45 degrees azimuth slightly to the left from the center in FIG. 2C has a large level and the azimuth is stable. Determined. In this case, the vibration wave radiated from the seabed of natural sand mud is omnidirectional.

以上のように、この第1の実施形態では、海底又は水底Bに配置されている人工地震の震源11により、人工地震が発生し、海中又は水中に配置されている振動センサ12により、人工地震により発生する音波が検出されると共に、同音波よりも速い伝搬速度で地震波qwを伝搬する海底又は水底Bから海中又は水中に放射される振動波が検出され、データ処理装置13により、振動センサ12で検出される振動波のレベルが相対的に高くなるとき、同振動波の到来方位が検出され、同到来方位の海底又は水底Bに人工物HWが存在することが判定される。これにより、水中の爆発音(音波)の影響を受けることなく、海底又は水底Bに存在する硬質の人工物HWが一度に広範囲で検出されると共に、海底又は水底Bに埋没した硬質の人工物HWが検出される。   As described above, in the first embodiment, an artificial earthquake is generated by the artificial earthquake source 11 disposed on the seabed or the bottom B, and the artificial earthquake is performed by the vibration sensor 12 disposed in the sea or underwater. And a vibration wave radiated into the sea or underwater from the seabed or the seabed B propagating the seismic wave qw at a higher propagation speed than the sound wave is detected, and the vibration sensor 12 is detected by the data processor 13. When the level of the vibration wave detected in (2) becomes relatively high, the arrival direction of the vibration wave is detected, and it is determined that the artifact HW exists on the seabed or water bottom B of the arrival direction. As a result, the hard artifact HW existing on the seabed or the bottom B is detected in a wide range without being affected by the explosion sound (sound wave) in the water, and the hard artifact buried in the seabed or the bottom B. HW is detected.

実施形態2Embodiment 2

図3は、この発明の第2の実施形態である人工物検出システムの要部の構成及び同システムが用いられる環境を示す図である。
この形態の人工物検出システムでは、同図3に示すように、図1中のデータ処理装置13に代えて、異なる機能を有するデータ処理装置13Aが設けられ、また、振動センサ15が付加されている。振動センサ15は、海中又は水中に振動センサ12と所定の距離だけ離隔して配置され、同振動センサ12と同様に、海底又は水底Bから海中又は水中に放射される振動波を検出する。データ処理装置13Aは、振動センサ12,15で検出される各振動波のレベルが相対的に高くなるとき、各振動波の到来方位を検出し、同各到来方位と三角測量の原理とを用いて海底又は水底Bに存在する人工物HWの位置を特定する。三角測量では、相互間に障害物のない環境で三角点を作り、その1辺及び2夾角を測定して他の2辺の長さを計算によって求め、また、1辺の方向角を与えて他の点の位置が求める。通常、上記三角点を多数接続させて広い範囲の測量が行われる。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a main part of an artifact detection system according to the second embodiment of the present invention and an environment in which the system is used.
In the artifact detection system of this embodiment, as shown in FIG. 3, a data processing device 13A having a different function is provided instead of the data processing device 13 in FIG. 1, and a vibration sensor 15 is added. Yes. The vibration sensor 15 is arranged in the sea or water at a predetermined distance from the vibration sensor 12, and detects the vibration wave radiated from the seabed or the bottom B into the sea or the water in the same manner as the vibration sensor 12. When the level of each vibration wave detected by the vibration sensors 12 and 15 becomes relatively high, the data processing device 13A detects the arrival direction of each vibration wave, and uses each arrival direction and the principle of triangulation. Then, the position of the artifact HW existing on the seabed or the bottom B is specified. In triangulation, a triangular point is created in an environment where there are no obstacles between each other, and one side and two depression angles are measured, the length of the other two sides is calculated, and the direction angle of one side is given. The position of another point is obtained. Usually, a wide range of surveying is performed by connecting a large number of the triangular points.

この人工物検出システムでは、データ処理装置13Aにより、振動センサ12,15で検出される各振動波のレベルに基づいて、各振動波の到来方位が検出され、同各到来方位と三角測量の原理とを用いることにより、海底又は水底Bに存在する人工物HWの位置が特定される。   In this artifact detection system, the data processor 13A detects the arrival direction of each vibration wave based on the level of each vibration wave detected by the vibration sensors 12 and 15, and the principle of each arrival direction and triangulation , The position of the artificial object HW existing on the seabed or the bottom B is specified.

以上、この発明の実施形態を図面により詳述してきたが、具体的な構成は同実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあっても、この発明に含まれる。
たとえば、第2の実施形態では、2つの振動センサ12,15に限らず、3つ以上でも良い。また、人工地震の震源11としては、爆発物以外に、たとえば、圧電素子などを使用した電気式の振動子や、圧縮空気の炸裂音を用いても良い。
The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to the embodiment, and even if there is a design change without departing from the gist of the present invention, Included in the invention.
For example, in the second embodiment, the number of vibration sensors is not limited to two and may be three or more. Further, as the epicenter 11 of the artificial earthquake, in addition to explosives, for example, an electric vibrator using a piezoelectric element or the like, or a burst sound of compressed air may be used.

この発明は、海底や水底に存在する人工物を検出する人工物検出システム全般に適用できる。   The present invention can be applied to all artifact detection systems that detect artifacts present on the seabed or water bottom.

11 人工地震の震源(人工地震発生手段)
12,15 振動センサ(振動波検出手段)
13,13A データ処理装置(人工物存在判定手段)
14 表示器(人工物検出システムの一部)
11 Sources of artificial earthquakes (means for generating artificial earthquakes)
12, 15 Vibration sensor (vibration wave detection means)
13, 13A data processing device (artifact existence determination means)
14 Display (part of the artifact detection system)

Claims (13)

海底又は水底に鎮座する態様で海中又は水中に存在する人工物を検出する人工物検出システムであって、
海底又は水底に投下配置され、所定の規模の人工地震を発生させる人工地震発生手段と、
海中又は水中に配置され、前記人工地震により、前記人工地震発生手段から放射される音波を検出すると共に、前記人工地震発生手段から放射され、前記音波よりも速い伝搬速度で前記海底又は水底を伝播しつつ、海中又は水中に放射される地震波(P波)を検出する振動波検出手段と、
前記人工地震により発生する前記音波が前記振動波検出手段に到達する前に、該振動検出手段で検出される前記地震波のレベルが相対的に高くなるとき、該地震波の到来方位を検出し、該到来方位の海底又は水底に前記人工物が鎮座することを判定する人工物存在判定手段とを備えてなることを特徴とする人工物検出システム。
An artificial object detection system for detecting an artificial object existing in the sea or water in a manner of sitting on the sea floor or the water floor,
It dropped placed on the seabed or water bottom, and artificial earthquake means Ru is generated a predetermined scale seismic,
Disposed in the sea or water, by the seismic detects a sound wave that will be emitted from the seismic generating means, said emitted from seismic generating means, propagating the seabed or water bottom at a higher propagation velocity than the acoustic waves And vibration wave detecting means for detecting seismic waves (P waves) radiated into the sea or water,
Before the sound wave generated by the artificial earthquake reaches the vibration wave detection means, when the level of the earthquake wave detected by the vibration wave detection means is relatively high, the arrival direction of the seismic wave is detected, artifact detection system, characterized in that the seabed or the artifact to the sea bed of the arrival direction is provided with a artifacts existence determination means for determining that the sitting.
前記人工物存在判定手段は、
レベルが相対的に高くなる前記振動波を、前記人工地震の地震波で前記人工物が振動することにより発生した低周波振動として検出する構成とされていることを特徴とする請求項1記載の人工物検出システム。
The artifact presence determining means includes
The artificial wave according to claim 1, wherein the vibration wave having a relatively high level is detected as a low-frequency vibration generated by the vibration of the artificial object by the seismic wave of the artificial earthquake. Object detection system.
前記人工物存在判定手段は、
前記人工地震により発生する前記音波が前記振動波検出手段に到達する前に、該振動波検出手段で検出される前記振動波を周波数分析し、この分析結果に基づいて、前記人工物の存在を検出する構成とされていることを特徴とする請求項1又は2記載の人工物検出システム。
The artifact presence determining means includes
Before the sound wave generated by the artificial earthquake reaches the vibration wave detection means, the vibration wave detected by the vibration wave detection means is frequency-analyzed, and based on the analysis result, the presence of the artifact is detected. The artificial object detection system according to claim 1, wherein the artificial object detection system is configured to detect.
前記振動波検出手段は、
東西方向及び南北方向の水平方向に前記振動波を検出するための指向性を有し、
前記人工物存在判定手段は、
前記振動波検出手段で検出される前記振動波の検出結果に基づいて、該振動波の到来方位を検出する構成とされていることを特徴とする請求項1、2又は3記載の人工物検出システム。
The vibration wave detecting means includes
Directivity for detecting the vibration wave in the horizontal direction of the east-west direction and the north-south direction,
The artifact presence determining means includes
4. The artificial object detection according to claim 1, wherein the vibration wave arrival direction is detected based on a detection result of the vibration wave detected by the vibration wave detection means. system.
前記振動波検出手段は、
海中又は水中に離隔して配置された複数の振動センサを有し、前記各振動センサが前記海底又は水底から海中又は水中に放射される振動波を検出する構成とされ、
前記人工物存在判定手段は、
前記各振動センサで検出される前記各振動波のレベルが相対的に高くなるとき、前記各振動波の到来方位を検出し、前記各到来方位と三角測量の原理とを用いて海底又は水底に存在する前記人工物の位置を特定する構成とされていることを特徴とする請求項1、2、3又は4記載の人工物検出システム。
The vibration wave detecting means includes
It has a plurality of vibration sensors arranged separately in the sea or water, and each vibration sensor is configured to detect vibration waves radiated into the sea or water from the seabed or waterbed,
The artifact presence determining means includes
When the level of each vibration wave detected by each vibration sensor becomes relatively high, the arrival direction of each vibration wave is detected, and the arrival direction of each vibration wave and the principle of triangulation are used to detect the seabed or the bottom of the water. 5. The artificial object detection system according to claim 1, wherein the position of the existing artificial object is specified.
前記人工地震発生手段は、
爆発物で構成され、爆発エネルギーが下向き又は横向きの指向性を有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一に記載の人工物検出システム。
The artificial earthquake generating means is
The artificial object detection system according to any one of claims 1 to 5, wherein the artificial object detection system is composed of explosives, and the explosive energy has directivity in a downward direction or a horizontal direction.
海底又は水底に鎮座する態様で海中又は水中に存在する人工物を検出する人工物検出システムに用いられる人工物検出方法であって、
海底又は水底に投下配置されている人工地震発生手段が、所定の規模の人工地震を発生する人工地震発生処理と、
海中又は水中に配置されている振動波検出手段が、前記人工地震により、前記人工地震発生手段から放射される音波を検出すると共に、前記人工地震発生手段から放射され、前記音波よりも速い伝搬速度で前記海底又は水底を伝播しつつ、海中又は水中に放射される振動波(P波)を検出する振動波検出処理と、
人工物存在判定手段が、前記人工地震により発生する前記音波が前記振動波検出手段に到達する前に、該振動検出手段で検出される前記振動波のレベルが相対的に高くなるとき、該振動波の到来方位を検出し、該到来方位の海底又は水底に前記人工物が鎮座することを判定する人工物存在判定処理とを行うことを特徴とする人工物検出方法。
An artifact detection method for use in an artifact detection system for detecting artifacts existing in the sea or water in a manner of sitting on the seabed or waterbed,
Artificial earthquake generating means for generating an artificial earthquake of a predetermined scale, wherein the artificial earthquake generating means dropped on the seabed or the waterbed,
Vibration wave detecting means arranged in the sea or water, by the seismic, said detects the sound waves that will be emitted from the seismic generating means, is emitted from the seismic generator, higher propagation velocity than the acoustic waves A vibration wave detection process for detecting a vibration wave (P wave) radiated into the sea or water while propagating through the seabed or water bottom
When the level of the vibration wave detected by the vibration wave detection means becomes relatively high before the sound wave generated by the artificial earthquake reaches the vibration wave detection means, the artifact presence determination means An artifact detection method comprising: detecting an arrival direction of a vibration wave, and performing an artifact presence determination process for determining that the artifact is settled on the seabed or water bottom of the arrival direction.
前記人工物存在判定処理では、
人工物存在判定手段が、レベルが相対的に高くなる前記振動波を、前記人工地震の地震波で前記人工物が振動することにより発生した低周波振動として検出することを特徴とする請求項7記載の人工物検出方法。
In the artifact presence determination process,
The artificial object presence determining means detects the vibration wave having a relatively high level as a low-frequency vibration generated by the vibration of the artificial object caused by the seismic wave of the artificial earthquake. Artifact detection method.
前記人工物存在判定処理では、
前記人工物存在判定手段が、前記人工地震により発生する前記音波が前記振動波検出手段に到達する前に、該振動波検出手段で検出される前記振動波を周波数分析し、この分析結果に基づいて、前記人工物の存在を検出することを特徴とする請求項7又は8記載の人工物検出方法。
In the artifact presence determination process,
The artifact presence determination means performs frequency analysis on the vibration wave detected by the vibration wave detection means before the sound wave generated by the artificial earthquake reaches the vibration wave detection means, and based on the analysis result The method for detecting an artifact according to claim 7 or 8, wherein the presence of the artifact is detected.
前記振動波検出手段は、東西方向及び南北方向の水平方向に前記振動波を検出するための指向性を有し、
前記人工物存在判定処理では、
前記人工物存在判定手段が、前記振動波検出手段で検出される前記振動波の検出結果に基づいて、該振動波の到来方位を検出することを特徴とする請求項7、8又は9記載の人工物検出方法。
The vibration wave detecting means has directivity for detecting the vibration wave in the horizontal direction of the east-west direction and the north-south direction,
In the artifact presence determination process,
The said artifact presence determination means detects the azimuth | direction of the said vibration wave based on the detection result of the said vibration wave detected by the said vibration wave detection means, The Claim 7, 8 or 9 characterized by the above-mentioned. Artifact detection method.
前記振動波検出手段は、海中又は水中に離隔して配置された複数の振動センサを有し、前記各振動センサが前記海底又は水底から海中又は水中に放射される振動波を検出する構成とされ、
前記人工物存在判定処理では、
前記人工物存在判定手段が、前記各振動センサで検出される前記各振動波のレベルが相対的に高くなるとき、前記各振動波の到来方位を検出し、前記各到来方位と三角測量の原理とを用いて海底又は水底に存在する前記人工物の位置を特定することを特徴とする請求項7、8、9又は10記載の人工物検出方法。
The vibration wave detection means has a plurality of vibration sensors arranged separately in the sea or water, and each vibration sensor detects vibration waves radiated from the sea bed or water bottom into the sea or water. ,
In the artifact presence determination process,
When the level of each vibration wave detected by each vibration sensor is relatively high, the artifact presence determination means detects the arrival direction of each vibration wave, and the principle of each arrival direction and triangulation 11. The method for detecting an artifact according to claim 7, 8, 9 or 10, wherein the position of the artifact existing on the seabed or the bottom of the water is specified using the above.
前記人工地震発生手段を、爆発物で構成し、爆発エネルギーに下向き又は横向きの指向性をもたせることを特徴とする請求項7乃至11のいずれか一に記載の人工物検出方法。   The method for detecting an artificial object according to any one of claims 7 to 11, wherein the artificial earthquake generating means is composed of an explosive material, and the explosive energy has a directivity in a downward direction or a horizontal direction. コンピュータを前記人工物存在判定手段として機能させるためのコンピュータ読み取り可能な人工物検出制御プログラムを備えてなることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一に記載の人工物検出システム 7. The artifact detection system according to claim 1 , further comprising a computer-readable artifact detection control program for causing a computer to function as the artifact presence determination unit.
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