NL9300436A - Methode voor het detecteren en klassificeren van geluidsbronnen, in het bijzonder van voertuigen. - Google Patents

Description

Methode voor het detecteren en klassificeren van geluidsbronnen, in het bijzonder van voertuigen.

De uitvinding heeft betrekking op een methode voor het detecteren en klassificeren van geluidsbronnen, in het bijzonder van voertuigen, onder toepassing van in de bodem aangebrachte geofonen voor het ontvangen van de door een geluidsbron vrijgegeven, in de bodem inkoppelende geluidsgolven, waarbij een met de geofoon gemeten ontvangstniveau met ten minste één aan de bodemgesteldheid bij de geofoonuitbrengplaats aangepast referentieniveau wordt vergeleken op overschrijding, en voor de aanpassing de seismische uitbreidingssnelheid aan de geofoonuitbrengplaats als maat voor de bodemgesteldheid wordt gemeten,

Bij een dergelijke bekende methode (DE 38 40 732 Al), welke gebruikt wordt in een op rupsvoertuigen aansprekende Weck-inrichting voor het activeren van pantser-brekende, stationaire landmijnen, wordt het rupsvoertuig gedetecteerd, doordat het ontvangstniveau van de geofoon uitstijgt boven een vooringesteld referentieniveau. Aangezien het referentieniveau zo gekozen is, dat dit niet door het, door de lichtere wielvoertuigen opgewekte ontvangstniveau kan worden overschreden, is daarmee een klassificering van het gedetecteerde voertuig als rupsvoertuig gekoppeld. Op grond van de afhankelijkheid van het ontvangstniveau van de geofoon ten opzichte van de bodemgesteldheid aan de uitbrengplaats, dient het referentieniveau te worden geadapteerd, d.w.z. aangepast, aan de bodemgesteldheid. Een maat voor de betreffende bodemgesteldheid is de aan de aanbrengplaats gemeten seismische uitbreidingssnelheid. Deze kan als kruiscorrelatiefunktie van de uitgangssignalen van de geofoon en een ten opzichte daarvan op bekende afstand aangebrachte tweede geofoon worden bepaald. Er is evenwel gebleken, dat ondanks deze referentieniveau-adaptie door middel van de aan de uitbrengplaats gemeten seismische uitbreidingssnelheid van de bodemgeluidsgolven de haalbare detectiewaarschi jnli jkheid en de mate van vals alarm toch nog onbevredigend zijn, in het bijzonder dan, wanneer men de methode wil uitbreiden tot detectie en klassificering van verschillende voertuigen, zoals wiel- en rupsvoertuigen van verschillende constructiesoorten.

Aan de uitvinding ligt de opgave ten grondslag om bij een methode van de in de aanhef genoemde soort de adaptie van de referentiespiegel aan de omstandigheden van de geofoonuitbrengplaats zodanig te verbeteren, dat de betrouwbaarheid en nauwkeurigheid van de detectie en klassificering wezenlijk wordt verbeterd.

Deze opgave wordt bij een methode voor het detecteren en klassificeren van geluidsbronnen van de in de aanhef gedefinieerde soort volgens de uitvinding opgelost doordat de golfsoort (P- of Rayleigh-golf) van de door de geofonen ontvangen bodemgeluidsgolf wordt bepaald en als verdere parameter bij de aanpassing van het referentieniveau wordt gebruikt.

De methode volgens de uitvinding maakt gebruik van het inzicht, dat het ontvangstniveau van de geofoon nog meer dan tot nog toe aangenomen, beïnvloed wordt door de zich bij de vormingsplaats op grond van de bodemgesteldheid bij voorkeur vormende golfsoort van de bodemgeluidsgolven. Zoals bekend breiden bodemgeluidsgolven zich uit als longitudinale golven (P-golven), transversale golven (S-golven) of oppervlaktegolven (Rayleigh-golven). Volgens de methode van de uitvinding wordt nu de golfsoort bepaald en met deze parameter het aan de hand van de gemeten seismische uitbreidingssnelheid geadapteerde referentieniveau gemodificeerd.

Daarbij worden volgens een voorkeursuitvoering van de methode van de uitvinding voor golfsoorten, die een significant ontvangstniveau voortbrengen, karakteristieken gemeten en opgeslagen als seismische uitbreidingsmodellen, die de afhankelijkheid van het geofoonuitgangsniveau, betrokken op een gedefinieerde snelheid van de geofoon, bijvoorbeeld 1 cm/sec., ten opzichte van de seismische uitbreidingssnelheid weergeven. Met de gemeten seismische uitbreidingssnelheid aan de geofoonopbrengplaats wordt nu uit dat uitbreidingsmodel, dat aan de bepaalde golfsoort toebehoort, een niveau-adaptiewaarde ontnomen, waarmee het voorgegeven referentieniveau wordt gevarieerd, om de detectie- en klassificeringsdrempel optimaal aan te passen aan de bodemgesteldheid aan de uitbrengplaats. Als significante golfsoorten hebben zich de P- en Rayleigh-golven getoond, terwijl daarentegen aan de S-golf een ten opzichte daarvan geringere betekenis toekomt.

Verdere voordelige uitvoeringen van de methode volgens de uitvinding zijn aangegeven in de verdere conclusies.

Om de aan de uitbreidingsplaats maatgevende golfsoort van het bodemgeluid te bepalen, worden volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de methode volgens de uitvinding aan de uitbrengplaats twee geofonen zodanig gericht, dat de ontvangstrichting van de ene geofoon ongeveer vertikaal en die van de tweede geofoon onder een rechte hoek ten opzichte daarvan staat. Het tussen de uitgangssignalen van de beide geofonen bestaande faseverschil geeft uitkomst over de golfsoort van de ontvangen bodemgeluidsgolf. Indien de beide uitgangssignalen zich bevinden in fase of in tegenfase, gaat het om een P-golf, indien tussen de uitgangssignalen een faseverschil bestaat van ca. 90° of 270*, is de bodemgeluidsgolf een Rayleight-golf.

Indien men geluidsgolven, die zich op een voorgegeven rijweg bewegen, wil detecteren, is het voor de verbetering van het ontvangstniveau voordelig, om de tweede geofoon additioneel zo te richten, dat de ontvangstrichting ervan parallel ligt aan de rijweg. Bovendien dient de uitbrengplaats voor beide geofonen zo dicht mogelijk bij de rijweg te liggen.

Met de methode volgens de uitvinding kunnen bij de detectie- en klassificering op betrouwbare wijze wiel- en rupsvoertuigen worden onderscheiden, wanneer - zoals volgens een voordelige uitvoeringsvorm van de uitvinding - een bovenste en onderste referentieniveau worden voorgegeven, waarbij het bovenste referentieniveau zo wordt ingesteld, dat dit uitsluitend wordt overschreden door het van rupsvoertuigen afkomstige ontvangstniveau. Het onderste referentieniveau is zo ver omhoog gebracht, dat dit niet door ontvangstniveaus, die afkomen van andere zwakkere geluidsbronnen dan wielvoertuigen, bijvoorbeeld voetgangers, wordt overschreden. Door te zorgen voor daartussen liggende referentieniveaus kunnen lichte en zware wielvoertuigen en lichte en zware pantservoertuigen worden herkend.

De methode volgens de uitvinding wordt aan de hand van een in de tekening weergegeven blokschema in het volgende nader toegelicht. In de tekening toont:

Fig. 1 een blokschema van funktieblokken voor het uitvoeren van de methode voor detectie en klassificatie van geluidsgolven, en

Fig. 2 een diagram van het relatieve geofoonuitgangs-niveau als funktie van de seismische uitbreidingssnelheid voor P- en Rayleigh-golven.

In het in fig. l voor de toelichting van de methode voor het detecteren klassificeren van voertuigen als voorbeeld voor geluidsbronnen weergegeven blokschema zijn voor een beter begrip afzonderlijke funktieblokken aangegeven, waaraan de afzonderlijke methodestappen vanaf de ontvangst van de door het voertuig vrijgegeven bodemgeluidsgolven tot aan de aanwijzing van het klassificatieresultaat zijn toegekend.

In het bijzonder zijn op de in fig. 1 met 10 aangeduide uitbreidingsplaats twee geofonen 11 en 12 aanwezig, waarvan de richting van maximale gevoeligheid (in het volgende kort ontvangstrichting genoemd) rechthoekig ten opzichte van elkaar zijn gericht. De geofonen 11 en 12 worden nabij een wegstuk, bijvoorbeeld een straat die moet worden bewaakt, zo in de aardbodem ingegraven, dat de ontvangstrichting van geofoon 11 vertikaal en die van geofoon 12 horizontaal en parallel ten opzichte van de wegstrook is gericht (Z- en X-as in fig. l). Op een voorgegeven afstand d van de eerste geofoon 11 wordt een derde geofoon 13 met vertikale ontvangstrichting eveneens in de bodem ingegraven. De ingraafdiepte van de geofonen 11 tot 13 is klein, zodat deze nabij het bodemoppervlakken liggen. De geofonen 11 en 12 kunnen worden samengevat in een houder, die dan aan de uitbrengplaats 10 corresponderend gericht in de aardbodem wordt ingebracht. De uitgangssignalen van de drie geofonen 11, 12 en 13 worden onderworpen aan een signaalverwerking volgens de volgende signaalverwerkings- en bepalingsmethode.

Bij de uitgangssignalen van de eerste en derde geofoon 11 en 13 wordt de tijdsverschuiving daartussen bepaald en uit de bekende afstand d van deze geofonen 11 en 13 en de bepaalde tijdsverschuiving de seismische uitbreidings-snelheid c van het bodemgeluid aan de uitbreidingsplaats 10 bepaald (blok 14 voor de bepaling van de geluidssnelheid).

De tijdsverschuiving kan bijvoorbeeld verkregen worden door het vormen van de kruiscorrelatiefunktie van de beide uitgangssignalen, zoals dit beschreven is in DE 38 40 732 Al. De snelheidswaarde c wordt dan verkregen door het delen van de afstand d tussen de geofonen 11 en 13 door de bepaalde tijdsverschuiving. Voor het verkrijgen van een verbeterde schattingswaarde van de seismische uitbreidingssnelheid worden meerdere metingen uitgevoerd en de meetwaarde gemiddeld (blok 15 voor het middelen van de snelheidswaarden).

Bij de beide uitgangssignalen van de eerste en tweede geofoon 11 en 12 wordt het faseverschil tussen deze uitgangssignalen bepaald (blok 16 voor de faseverschil-bepaling) en uit het faseverschil de aan de uitbreidingsplaats 10 overheersende golfsoort van het bodemgeluid bepaald, welke het ontvangstniveau aan de geofonen 11 en 12 essentieel beïnvloedt (blok 17 voor het bepalen van de geluidsgolfsoort). Indien de uitgangssignalen van de geofonen 11 en 12 in fase of in tegenfase (faseverschil ongeveer 0° of 180°) zijn, wordt besloten op longitudinale of P-golven. Indien het faseverschil ca. 90* of 270* bedraagt, wordt de aan de vormplaats 10 overheersende bodemgeluidsgolf bepaald als oppervlakte- of Rayleigh-golf.

In een geheugen 18 (blok "seismisch uitbreidingsmodel") is voor de golfsoort of het golftype "P-golf" en voor het golftype "Rayleigh-golf" elk een karakteristiek opgeslagen, die de afhankelijkheid van het geofoonuitgangsniveau met betrekking tot een referentiedrempel van de geofoon van de seismische uitbreidingssnelheid aangeeft. Deze door een aantal metingen bepaalde karakteristieken voor de beide genoemde golfsoorten zijn weergegeven in fig. 2. Duidelijk is te zien, dat het relatieve uitgangsniveau van de geofoon bij uitbreiding van de door de geluidsbron vrijgegeven geluidsgolven als Rayleigh-golven veel en veel groter is dan bij de zich als P-golven uitbreidende bodemgeluidsgolven van dezelfde geluidsbron. Aan de hand van het, zoals in het voorgaande beschreven, bepaalde golftype, dat bij voorkeur gevormd wordt aan de uitbrengplaats 10, wordt in het seismische uitbreidingsmodel van fig. 2 de relevante karakteristiek opgezocht en uit deze karakteristiek met behulp van de, zoals in het voorgaande beschreven, gemiddelde seismische geluidssnelheid c een zgn. adaptie-niveau Pa(jap-^ genomen.

Uit het uitgangssignalen van één der geofonen 11 of 12, hier geofoon 11, wordt de topwaarde van het door de geofoon gemeten ontvangstniveau gedetecteerd (blok 19 voor het bepalen van het ontvangstniveau Pmax)· Het ontvangstniveau P wordt voor de detectie en klassificatie van wiel- en max rupsvoertuigen vergeleken met twee referentieniveaus Pref (blok 20 voor klassificatie), die zo zijn vastgesteld, dat het bovenste referentieniveau Pref uitsluitend overschreden wordt door dergelijke ontvangstniveaus pmax/ die afkomstig zijn van rupsvoertuigen, en het onderste referentieniveau Pref ook door dergelijke ontvangstniveaus Pmax# die afkomstig zijn van wielvoertuigen.

In een geheugenblok 21 (blok "klassespecifiek referentieniveau") zijn voor een voorgegeven norm-bodem-gesteldheid norm-referentieniveaus voor deze voertuigen opgeslagen. Voor het verkrijgen van de genoemde referentieniveaus preff die optimaal aangepast zijn aan de speciale bodemgesteldheid aan de uitbrengplaats 10, wordt elk van de norm-referentieniveaus gecorrigeerd met de uit het seismische uitbreidingsmodel (blok 18 resp. fig. 2) afgeleide adaptieniveau pa(japt (blok 22 voor correctie). Indien het ontvangstniveau Pmax van de geofoon 11 uitstijgt boven de aldus verkregen onderste en bovenste referentieniveaus Pref; wordt op wielvoertuig besloten. Dit klassificeringsresultaat wordt weergegeven (blok 23 "aanwijzing").

Een meer verfijnde klassificering kan worden uitgevoerd dan, wanneer nog twee verdere referentieniveaus Pref worden ingevoerd, die karakteristiek zijn voor het onderscheiden tussen lichte en zware rupsvoertuigen respectievelijk wielvoertuigen, zodat in het totaal vier trapsgewijs oplopende referentieniveaus Pref zijn voorgegeven, waarmee het ontvangstniveau Pmax van de geofoon 11 wordt vergeleken. Ook deze vier referentieniveaus Pref zijn het correctieresultaat van vier corresponderende norm-referentieniveaus, die opgeslagen zijn in het geheugenblok 21 en worden gecorrigeerd met het adaptieniveau Pa(japt·

Claims (8)

1. Methode voor het detecteren en klassificeren van geluidsbronnen, in het bijzonder van voertuigen, onder toepassing van in de bodem aangebrachte geofonen voor het ontvangen van de door een geluidsbron vrijgegeven, in de bodem inkoppelende geluidsgolven, waarbij een met de geofoon gemeten ontvangstniveau met ten minste één aan de bodemgesteldheid bij de geofoonuitbrengplaats aangepast referentieniveau wordt vergeleken op overschrijding, en voor de aanpassing de seismische uitbreidingssnelheid aan de geofoonuitbrengplaats als maat voor de bodemgesteldheid wordt gemeten, met het kenmerk, dat de golfsoort (P- of Rayleigh-golf) van de door de geofonen (11,12) ontvangen bodemgeluidsgolf wordt bepaald en als verdere parameter bij de aanpassing van het referentieniveau (pref> wordt gebruikt.

2. Methode volgens conclusie l,met het kenmerk, dat voor significante golfsoorten (P- en Rayleigh-golf) van de bodemdgeluidsgolven elk een karakteristiek voor de afhankelijkheid van het geofoonuitgangsniveau relatief tot een geofoonreferentiedreropel van de seismische uitbreidingssnelheid van de bodemgeluidsgolven wordt bepaald en als seismisch uitbreidingsmodel wordt opgeslagen, en dat met de gemeten seismische uitbreidingssnelheid en de bepaalde golfsoort uit het toegekende uitbreidingsmodel een corresponderend adaptieniveau (pa(japt) wordt genomen en daarmee het referentieniveau (pref) wordt gecorrigeerd.

3. Methode volgens conclusie 1 of 2,met het kenmerk, dat er meerdere referentieniveaus (pref) zodanig worden voorgegeven, dat het bovenste referentieniveau slechts door dergelijke ontvangstniveaus (pmax) aan de geofoon worden overschreden, die veroorzaakt worden door rupsvoertuigen, en dat het onderste referentieniveau reeds overschreden wordt door ontvangstniveaus (pmax) die veroorzaakt worden door wielvoertuigen.

4. Methode volgens conclusie 3, net het kenmerk, dat er twee verdere, tussen het bovenste en onderste referentieniveau liggende referentieniveaus (P ^) voorgegeven worden voor het scheiden van lichte en zware wiel- en rupsvoertuigen.

5. Methode volgens één der conclusies 1 tot 4, m e t het kenmerk, dat aan de uitbrengplaats (10) een eerste geofoon (11) met vertikale ontvangstrichting en een tweede geofoon (12) met een daarop loodrechte ontvangstrichting worden aangebracht, en dat uit het faseverschil van de beide geofoonuitgangssignalen besloten wordt op de golfsoort van de ontvangen geluidsgolven.

6. Methode volgens conclusie 5,met het kenmerk, dat bij een faseverschil van ca. 90* of 270* op een eerste golfsoort (Rayleigh-golf) en bij een faseverschil van ca. 0° of 180’ op een tweede golfsoort (P-golf) besloten wordt als maatgevende uitbreidingssoort van de bodemgeluidsgolven aan de uitbrengplaats (10).

7. Methode volgens conclusie 5 of 6, voor geluidsgolven, die zich bewegen op een voorgegeven baan, met het kenmerk, dat de uitbrengplaats (10) van de geofonen (11,12) zo dicht mogelijk bij de baan ligt en de ontvangstrichting van de tweede geofoon (12) aan de uitbrengplaats (10) parallel loopt aan de baan.

8. Methode volgens één der conclusies 5 tot 7, m e t het kenmerk, dat een derde geofoon (13) op voorgegeven afstand (d) van de geofoonuitbrengplaats (10) met vertikale ontvangstrichting in de bodem wordt aangebracht en dat de seismische uitbreidingssnelheid (c) aan de uitbrengplaats (10) bepaald wordt uit de tijdsverschuiving van de uitgangssignalen van de eerste en derde geofoon (11,13), en de bekende geofoonafstand (d). -UITTREKSEL- Bij een methode voor het detecteren en klassificeren van geluidsbronnen, in het bijzonder van voertuigen, onder toepassing van in de bodem aangebrachte geofonen voor het ontvangen van door de geluidsbronnen vrijgegeven, in de bodem inkoppelende geluidssignalen, wordt een aan de geofoonuitgang afgenomen ontvangstniveau met ten minste één referentieniveau vergeleken op overschrijding. Het het oog op optimale aanpassing van het referentieniveau aan de speciale bodemgesteld van de uitbrengplaats van de geofoon wordt naast de meting van de seismische uitbreidingssnelheid aan de uitbrengplaats ook de zich bij de uitbrengplaats bij voorkeur vormende golfsoort van het door de geluidsbronnen vrijgegeven bodemgeluid bepaald. Uit opgeslagen karakteristieken van het ontvangstniveau als funktie van de seismische uitbreidingssnelheid voor de verschillende golfsoorten in een norm-bodem wordt een adaptieniveau voor de gemeten seismische uitbreidingssnelheid genomen en daarmee het referentieniveau gecorrigeerd.