NL194516C - Werkwijze voor het detecteren en klassificeren van geluidsbronnen, in het bijzonder van voertuigen. - Google Patents

Description

1 194516

Werkwijze voor het detecteren en classificeren van geluidsbronnen, in het bijzonder van voertuigen

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het detecteren en classificeren van geluidsbronnen, in het bijzonder van voertuigen, onder gebruikmaking van in de bodem aangebrachte geofoons voor het 5 ontvangen van de door de geluidsbron opgewekte, door de bodem geleide, geluidsgolven, waarbij een met de geofoon gemeten ontvangst-niveau met ten minste één, op de bodemgesteldheid bij de opstelplaats van de geofoon aangepast, referentieniveau wordt vergeleken op overschrijding, en voor de aanpassing de seismische uitbreidingssnelheid bij de opstelplaats als maat voor de bodemgesteldheid wordt gemeten.

Een dergelijke werkwijze is bekend uit de Europese octrooiaanvrage EP-A 0.375.672. Daarbij wordt de 10 werkwijze toegepast om een op een rupsvoertuig reagerende inrichting in werking te stellen voor het activeren van pantser-doorbrekende stationaire landmijnen. Het rupsvoertuig wordt gedetecteerd doordat het ontvangstniveau van de geofoon een bepaald referentieniveau overschrijdt. Aangezien het referentieniveau zodanig is gekozen dat het niet kan worden overschreden door een lichter wielvoertuig, wordt het rupsvoertuig als zodanig gedetecteerd. Vanwege de afhankelijkheid van het ontvangstniveau van de geofoon van de 15 bodemgesteldheid op de opstelplaats, moet het referentieniveau op de bodemgesteldheid worden aangepast. Een maat voor de betreffende bodemgesteldheid is de op de opstelplaats gemeten seismische uitbreidingssnelheid. Deze wordt bepaald door op een voorafbepaalde afstand van de opstelplaats, een extra geofoon in de bodem te plaatsen. Uit de afstand tussen de beide geofoons en de tijdsverschuiving tussen de uitgangssignalen van de op afstand geplaatste geofoon en de eerste geofoon wordt de seismi-20 sche uitbreidingssnelheid berekend.

Gebleken is nu echter, dat niettegenstaande deze aanpassing van het referentieniveau door middel van de op de opstelplaats gemeten seismische uitbreidingssnelheid van de bodemgeluidsgolven, de haalbare detectiewaarschijnlijkheid en de mate van vals alarm nog onbevredigend zijn, in het bijzonder wanneer men de werkwijze wil uitbreiden tot de detectie- en classificering van verschillende voertuigen, zoals wiel- en 25 rupsvoertuigen van diverse constructietypen.

De uitvinding heeft nu tot doel om bij de boven beschreven werkwijze de aanpassing van het referentieniveau aan de omstandigheden van de opstelplaats van de geofoon, zodanig te verbeteren, dat de betrouwbaarheid en de nauwkeurigheid van de detectie en de classificering aanmerkelijk worden verbeterd.

De uitvinding voorziet er nu in, dat de golfsoort - p- of Rayleigh-golf - van de door de geofoons 30 ontvangen bodemgeluidsgolf wordt bepaald en als verdere parameter bij de aanpassing van het referentieniveau wordt toegepast.

De werkwijze volgens de uitvinding maakt gebruik van het inzicht dat het ontvangstniveau van de geofoon wordt beïnvloed door de zich vormende golfsoort, die afhankelijk is van de bodemgesteldheid op de plaats waar de geluidsgolf wordt opgewekt. Zoals bekend breiden bodemgeluidsgolven zich uit als 35 longitudinale golven (P-golven), transversale golven (S-golven), of oppervlakte golven (Rayleigh-golven). Volgens de uitvinding wordt de golfsoort bepaald en met deze parameter wordt het, aan de hand van de gemeten seismische uitbreidingssnelheid aangepaste, referentieniveau gemodificeerd.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt er in voorzien, dat voor elk der significante golfsoorten (P- en Rayleigh-golf) van de bodemgeluidsgolf de afhankelijkheid van 40 het uitgangsniveau van de geofoon ten opzichte van een referentieniveau van de seismische uitbreidingssnelheid van de bodemgeluidsgolf aangevende, karakteristiek wordt bepaald en als seismisch uitbreidings-model wordt opgeslagen en dat met de gemeten uitbreidingssnelheid en de vastgestelde golfsoort uit het bijbehorende uitbreidingsmodel een corresponderend adaptieniveau wordt afgeleid en daarmee het referentieniveau wordt gecorrigeerd.

45 Op deze wijze kan het detectie en classificeringsniveau optimaal op de bodemgesteldheid worden aangepast. Gebleken is dat de S-golf ten opzichte van de andere genoemde golfsoorten slechts van geringe betekenis is.

Volgens een verdere uitwerking van de uitvinding worden ten minste twee referentieniveaus zodanig vastgesteld, dat het bovenste referentieniveau slechts wordt overschreden door die ontvangstniveaus bij de 50 geofoon, die worden veroorzaakt door rupsvoertuigen en dat het onderste referentieniveau reeds wordt overschreden door ontvangstniveaus die worden veroorzaakt door wielvoertuigen.

Het onderste referentieniveau zal daarbij zodanig hoog zijn, dat het niet wordt overschreden door geluidsgolven die afkomstig zijn van andere zwakkere geluidsbronnen dan wielvoertuigen, zoals bijvoorbeeld voetgangers.

55 Om de op de opstelplaats maatgevende golfsoort van het bodemgeluid te bepalen, worden volgens de uitvinding op de opstelplaats een eerste geofoon met verticale ontvangstrichting en een tweede geofoon met een haaks daarop staande ontvangstrichting opgesteld en wordt uit het faseverschil van de uitgangssignalen 194516 2 van de beide geofoons de golfsoort van de ontvangen geluidsgolven afgeleid. Wanneer nu in het bijzonder een faseverschil wordt gemeten van omstreeks 90° of 270° kan een eerste golfsoort, namelijk een Rayleigh-golf, worden vastgesteld en bij een faseverschil van omstreeks 0° of 180° een tweede golfsoort, namelijk een P-golf, als maatgevende uitbreidingswijze van de bodemgeluidsgolven naar de opstelplaats.

5 Wanneer men geluidsgolven wil detecteren, die zich langs een vooraf bepaalde baan voortplanten, is het voor verbetering van het ontvangstniveau gunstig dat de opstelplaats van de geofoon zo dicht mogelijk bij de baan ligt en de ontvangstrichting van de tweede geofoon op de opstelplaats evenwijdig loopt aan de baan.

Volgens een verdere uitwerking van de werkwijze volgens de uitvinding zal de, op een vooraf bepaalde 10 afstand van de opstelplaats, geplaatste geofoon een verticale ontvangstrichting bezitten.

Gewezen zij noch op de Europese octrooiaanvrage EP-A 0.213.619 waarin een werkwijze wordt beschreven voor het detecteren en classificeren van lichte en zware voertuigen, waarbij de door de voertuigen opgewekte P-golven en Rayleighgolven worden onderscheiden voor classificatie van het voertuig. Door middel van een geofoon worden de zich door de bodem verspreidende typen geluidsgolven 15 vastgesteld. Daarbij wordt gebruik gemaakt van het feit, dat enerzijds de Rayleigh-golven zowel in een hoge als ook in een lage frequentieband optreden maar de P-golven slechts in een lagere, met de frequentieband van de Rayleigh-golven overeenstemmende, frequentieband terwijl de P-golven bij hun uitbreiding aanmerkelijk sterker worden gedempt dan de Rayleigh-golven. Door passende verwerking van het signaal kan bij ontvangst daarvan onderscheid worden gemaakt tussen zware en lichte voertuigen en een mijn bij 20 classificering van een licht voertuig tot ontploffing, dan wel bij classificering van een zwaar voertuig niet tot ontploffing worden gebracht.

Tenslotte zij nog gewezen op de Britse octrooiaanvrage GB-A 2.114.744 dat een werkwijze beschrijft voor het vaststellen van de gegevens van een geluidsbron, die zich door een fluïdum zoals lucht of water verplaatst. Daarbij is op een nabij de bewegingsbaan gelegen meetplaats in de bodem een geofoon-stelsel 25 aangebracht, omvattende drie haaks op elkaar staande geofoons, waarbij de ene geofoon verticaal is gericht en de beide andere zich in een horizontaal vlak bevinden. Door een passende verwerking van de uitgangssignalen van de geofoons wordt de snelheid, de frequentie en de richting van de geluidsbron vastgesteld en de afstand tussen de geluidsbron en de meetplaats. Daar de uitbreidingssnelheid van de golfsoorten in de bodem, van wege geologische omstandigheden, sterk kunnen verschillen en een 30 empirische vaststelling van de uitbreidingssnelheid door middel van testgeluidsbronnen te veel tijd kost, wordt ter vaststelling van de uitbreidingssnelheid op de meetplaats een verdere meetopstelling aangebracht omvattende drie haaks ten opzichte van elkaar gerichte geofoons. In deze tweede meetplaats worden op overeenkomstige wijze de frequenties van de ontvangstsignalen vastgesteld en met behulp van de gemeten geluidsfrequenties van de geluidsbron, de radiale snelheid daarvan naar de meetplaats en de afstand 35 tussen beide meetplaatsen, de uitbreidingssnelheid van het geluid berekend.

De voorgestelde werkwijze wordt nader toegelicht aan de hand van de figuren, waarin: figuur 1 een blokschema toont van functieblokken voor het uitvoeren van de werkwijze voor detectie en classificering van geluidsgolven; en 40 figuur 2 een diagram toont van het relatieve uitgangsniveau van de geofoon als functie van de seismische uitbreidingssnelheid voor P- en Rayleigh-golven.

In het in figuur 1 getoonde blokschema zijn, ter wille van de duidelijkheid, afzonderlijke functieblokken getoond, die de volgens de werkwijze uitgevoerde stappen aangeven vanaf de ontvangst van een door een 45 voertuig in de bodem opgewekte geluidsgolf tot aan het resultaat van de classificering.

Op de in figuur 1 met 10 aangeduide plaats zijn twee geofoons 11 en 12 aanwezig, waarvan de richtingen van maximale gevoeligheid, in het volgende kortweg ontvangstrichting genoemd, haaks ten opzichte van elkaar staan. De geofoons 11 en 12 worden nabij een te bewaken weggedeelte zodanig in de bodem ingegraven, dat de ontvangstrichting van de geofoon 11 verticaal en die van de geofoon 12 50 horizontaal loopt en evenwijdig aan het weggedeelte, in figuur 1 de Z- en de X-as. Op een bepaalde afstand d van de geofoon 11 wordt een derde geofoon 13 met verticale ontvangstrichting in de bodem ingegraven. De ingraafdiepte van de geofoons 11 - 13 is klein, zodat zij nabij het oppervlak liggen. De geofoons 11 en 12 kunnen in een houder zijn opgenomen, die dan op de opstelplaats 10 op passende wijze gericht in de bodem wordt aangebracht. De uitgangssignalen van de geofoons 11, 12 en 13 worden verwerkt overeen-55 komstig de volgende signaalverwerkings en vaststellings werkwijze.

Tussen de uitgangssignalen van de eerste en de derde geofoon, respectievelijk 11 en 13, wordt de tijdsverschuiving bepaald en uit deze en de bekende afstand d tussen de geofoons wordt in blok 14 de

Claims (6)

1. Werkwijze voor het detecteren en classificeren van geluidsbronnen, in het bijzonder van voertuigen, onder gebruikmaking van in de bodem aangebrachte geofoons voor het ontvangen van de door de geluidsbron opgewekte, door de bodem geleide, geluidsgolven, waarbij een met de geofoon gemeten ontvangst-niveau met ten minste één, op de bodemgesteldheid bij de opstelplaats van de geofoon aangepast, referentieniveau wordt vergeleken op overschrijding, en voor de aanpassing de seismische 55 uitbreidingssnelheid bij de opstelplaats als maat voor de bodemgesteldheid wordt gemeten, met het kenmerk, dat de golfsoort (P- of Rayleigh-golf) van de door de geofoons (11,12) ontvangen bodem-geluidsgolf wordt bepaald en als verdere parameter bij de aanpassing van het referentieniveau (Pref) wordt 194516 4 toegepast.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat voor elk der significante golfsoorten (P- en Rayleigh-golf) van de bodemgeluidsgolf de afhankelijkheid van het uitgangsniveau van de geofoon ten opzichte van een referentieniveau van de seismische uitbreidingssnelheid van de bodemgeluidsgolf 5 aangevende, karakteristiek wordt bepaald en als seismisch uitbreidingsmodel wordt opgeslagen en dat met de gemeten uitbreidingssnelheid en de vastgesteide golfsoort uit het bijbehorende uitbreidingsmodel een corresponderend adaptieniveau (PBdapt) wordt afgeleid en daarmee het referentieniveau (Pre() wordt gecorrigeerd.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat minstens twee referentieniveaus (Pref) zodanig 10 zijn vastgesteld, dat het bovenste referentieniveau slechts wordt overschreden door die ontvangstniveaus (Pm») bij de geofoon, die worden veroorzaakt door rupsvoertuigen en dat het onderste referentieniveau reeds wordt overschreden door ontvangstniveaus (P^) die worden veroorzaakt door wielvoertuigen.

3 194516 . seismische uitbreidingssnelheid c van het bodemgeluid op de plaats 10 vastgesteld. De tijdsverschuiving kan bijvoorbeeld worden vastgesteld door vorming van de functie van de kruis-correlatie van de beide uitgangssignalen, zoals dit is beschreven in de Europese octrooiaanvrage EP-A 0.375.872. De snelheid c wordt dan verkregen door het delen van de afstand d tussen de geofoons 11 en 13 door de vastgestelde 5 tijdsverschuiving. Voor het verkrijgen van een betere geschatte waarde van de seismische uitbreidingssnelheid worden meerdere metingen uitgevoerd en de meetwaarden gemiddeld, hetgeen in blok 15 geschiedt. Van de beide uitgangssignalen van de eerste en de tweede geofoon 11 en 12, wordt het faseverschil tussen deze signalen bepaald, zie blok 16, en uit dit verschil de op de plaats 10 overheersende golfsoort 10 van het bodemgeluid vastgesteld, welke het ontvangstniveau bij de geofoons essentieel beïnvloedt. Het bepalen van de golfsoort geschiedt in blok 17. Indien de uitgangssignalen van de geofoons 11 en 12 in fase of in tegenfase (faseverschil ongeveer 0° of 180°) zijn, worden longitudinale of P-golven vastgesteld. Indien het faseverschil ongeveer 90° of 270° bedraagt, zal de op de plaats 10 overheersende geluidsgolf worden vastgesteld als zijnde een oppervlakte 15 of wel Rayleigh-golf. In een geheugen 18, het blok ’’seismische uitbreidingsmodel”, is voor elk van de golfsoorten ”P-golf’ en "Rayleigh-golf”, een karakteristiek opgeslagen, die de afhankelijkheid van het uitgangsniveau van de geofoon aangeeft ten opzichte van een referentiedrempel van de geofoon van de seismische uitbreidingssnelheid. Deze door een aantal metingen bepaalde karakteristieken voor de beide golfsoorten zijn getoond 20 in figuur 2. Duidelijk is te zien, dat het relatieve uitgangsniveau van de geofoon bij uitbreiding van de door de geluidsbronnen opgewekte geluidsgolven als Rayleigh-golven veel en veel groter is dan bij de zich als P-goh/en uitbreidende bodemgeluidsgolven van dezelfde geluidsbron. Aan de hand van de, op de hiervoor beschreven wijze bepaalde, golfsoort die bij voorkeur ontstaat op de plaats 10, wordt in het seismische uitbreidingsmodel van figuur 2 de relevante karakteristiek opgezocht en daaruit met behulp van de, op de 25 hiervoor beschreven wijze bepaalde, gemiddelde seismische geluidssnelheid c een adaptieniveau Padapt vastgesteld. Uit het uitgangsniveau van één der geofoons 11 of 12, hier geofoon 11, wordt in blok 19 de topwaarde Pmax van het door de geofoon gemeten ontvangstniveau gedetecteerd. Het ontvangstniveau P^ wordt, voor de detectie en classificering van wiel- en rupsvoertuigen in blok 20 vergeleken met twee referentie-30 niveaus Prel. De referentieniveaus zijn zodanig vastgesteld dat het bovenste referentieniveau P^, uitsluitend overschreden wordt door ontvangstniveau Pmax, die afkomstig zijn van rupsvoertuigen en het onderste referentieniveau Pre) door ontvangstniveaus P^, die afkomstig zijn van wielvoertuigen. In een geheugenblok 21, voor een soort-specifiek referentieniveau, zijn voor een bepaalde norm-bodemgesteldheid normreferentieniveaus voor deze voertuigen opgeslagen. Voor het verkrijgen van deze 35 referentieniveaus P^, die optimaal zijn aangepast aan de specifieke bodemgesteldheid bij plaats 10, wordt elk van de normreferentieniveaus gecorrigeerd in blok 22 met de uit het seismische uitbreidingsmodel - blok 18 respectievelijk figuur 2 - afgeleide adaptieniveau Padapt. Indien het ontvangstniveau Pmax van de geofoon 11 stijgt boven de aldus verkregen onderste en bovenste referentieniveaus Pref, wordt besloten dat het gaat om een rupsvoertuig. Dit classificeringsresultaat wordt weergegeven in blok 23 ’’aanwijzing”.

40 Een meer verfijnde classificering kan worden uitgevoerd wanneer gebruik wordt gemaakt van twee verdere referentieniveaus Pre(, die karakteristiek zijn voor het onderscheid tussen lichte en zware rups- en wielvoertuigen, zodat in totaal vier trapsgewijs oplopende referentieniveaus Pref zijn vastgelegd, waarmee het ontvangstniveau P^ van de geofoon 11 wordt vergeleken. Ook deze vier referentieniveaus zijn het correctieresultaat van vier corresponderende normreferentieniveaus, die zijn opgeslagen in het geheugen-45 blok 21 en worden gecorrigeerd met het adaptieniveau Padapt.

4. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de opstelplaats (10) een eerste geofoon (11) met verticale ontvangstrichting en een tweede geofoon (12) met een haaks daarop staande 15 ontvangstrichting worden opgesteld en dat uit het faseverschil van de uitgangssignalen van de beide geofoons de golfsoort van de ontvangen geluidsgolven wordt afgeleid.

5. Werkwijze volgens conclusie 4 voor toepassing bij geluidsgolven die zich langs een vooraf bepaalde baan voorfplanten, met het kenmerk, dat de opstelplaats (10) van de geofoons (11, 12) zo dicht mogelijk bij de baan ligt en de ontvangstrichting van de tweede geofoon (12) op de opstelplaats evenwijdig loopt aan de 20 baan.

6. Werkwijze volgens conclusie 4 of 5, waarbij op een voorafbepaalde afstand van de opstelplaats, een extra geofoon in de bodem wordt geplaatst, waarna de seismische uitbreidingssnelheid rond de opstelplaats wordt bepaald uit de afstand tussen de beide geofoons en de tijdsverschuiving tussen de uitgangssignalen van de op afstand geplaatste geofoon en de eerste geofoon, met het kenmerk, dat de op afstand geplaatste 25 geofoon een verticale ontvangstrichting bezit. Hierbij 2 bladen tekening