NO328000B1 - Fremgangsmate for detektering og klassifisering av lydkilder, saerlig av kjoretoy - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for detektering og klassifisering av lydkilder, særlig av kjøretøy, som angitt i krav 1 's innledning.

Ved en slik kjent fremgangsmåte (DE 38 40 732 Al), som anvendes i en på beltekjøretøyer reagerende varselinnretning for aktivering av panserbrytende, stasjonere landminer, detekteres beltekjøretøyet ved at mottaksnivået i en geofon overstiger et på forhånd innstilt referansenivå. Da referanse 10 nivået er valgt slik at det ikke kan overskrides av de som følge av lettere hjulkjøretøyet tilveiebragte mottaksnivaer, har man således mulighet for å klassifisere det detekterte kjøretøy som et beltekjøretøy. Som følge av at geofonens mottaksnivå er avhengig av grunnforholdene på utsettelsesstedet, må referansenivået adapteres, dvs. tilpasses til grunnforholdene. Et mål for grunnforholdene på det respektive sted er den på utsettelsesstedet målte seismiske forplantningshastighet Denne kan bestemmes som en krysskorrelasjons-funksjon av utgangssignalene fra geofonen og en gjenkjent avstand fra denne anordnet andre geofoa Det har imidlertid vist seg at til tross for denne referansenivåadaptering ved hjelp av den på utsettelsesstedet målte seismiske forplaiimingshastighet for lydbølger i grunnen, vil den oppnåbare detekteongssannsynlighet og falsk alarmgraden være utilfi^sstiUende, særlig når man vil utstrekke bruk av fremgangsmåten for detektering og klassifisering av forskjellige kjøretøyer, såsom hjul- og beltekjøretøyer av ulike typer.

Ved en kjent fremgangsmåte for klassifisering av landgående kjøretøyer (US 4,604,738) blir det anvendt en mikrofon og en geofon som opptar de av kjøretøyet frembragte lyder i grunnen og i luften. Det fra geofonen oppfangede seismiske signal blir ved hjelp av det fra mikrofonen oppfangede akustiske signal delt i en signalkomponent som er en funksjon av Rayleigandelen av det seismiske signalet, og i en signalkomponent som er en funksjon av den akustiske andel av det seismiske signal som kobles inn i grunnen. Som karakteristisk størrelse for kjøretøydeteksjonen (lett eller tyngre kjøretøy) blir det dannet forholdet mellom amplitudene av de to signalkomponentene.

Til ytterligere belysning av kjent teknikk vises det til EP 0213619, DE 3543792 og EP 0209782.

EP 0213619 beskriver en deteksjonsinmetning for lette kjøretøyer og som oppviser kun én geofon. De mottatte signaler blir i henhold til deres frekvens analysert og sammenlignet. Det blir ikke bestemt bølgetyden av de fra to geofoner mottatte lydbølger i grunnen.

DE 3543792 angir bruk av minst én geofon for å detektere farkoster, for eksempel propelldrevne farkoster, luftputefarkoster og helikoptere.

EP 0209782 beskriver en vibrasjonsdetektor som innbefatter en geofon som mottar seismiske signaler på grunn av et kjøretøy som nærmer seg. Detektoren gir et utgangssignal når signalene er karakteristiske for- et tungt kjøretøy.

Hensikten med oppfinnelsen er ved en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte type, å bedre tilpassingen av referansenivået til de lokale forhold på geofon-utsettelsesstedeti en slik grad at påliteligheten og nøayaktigheten med hensyn til detektering og klassifisering kan bedres vesentlig.

Dette oppnås ved en fremgangsmåte som nevnt innledningsvis med de trekk som er angitt i krav l's karakteristikk..

Den nye fremgangsmåte utnytter den erkjennelse at geofonens mottaksnivå i sterkere grad enn hittil antatt påvirkes av den på stedet som følge av grunnforholdene foretrukket opp-stående bølgetype for grannlydbølgene. Som kjent brer lydbølger i grunnen seg ut som longitudinal-bølger (P-bølger), transversalbølger (S-bølger) eller overflatebølger (Rayleigh-bølger). Ifølge den nye fremgangsmåte bestemmer man nå bølgetypen og modifiserer med denne parameter det ved hj elp av den målte seismiske forplantingshastighet tilpassede referansenivå.

For bølgetyper, som tilveiebringer et signifikant mottagelsesnivå, måler man ifølge en foretråkken utførelsesform av oppfinnelsen karakteristikker og lagrer disse som seismiske forplantningsmodeller, som gjengir geofon-utgangsnivåets avhengighet av den seismiske fbrplantningshastighet, med hensyn på en definert geofon-hastighet, eksempelvis en can/sek. Med utgangspunkt i den målte seismiske forolanmingshastighet på geofonens utsettelsessted tilveiebringes det nå en nivåadapsjonsverdi fra den forplantningsmodell som tilhører den fastslåtte bølgetype, og med denne nivåadapsjonsverdi varierer man det gitte referansenivå, for således åkunne foreta en optimal tilpassing av deteksjons- og klassifiseringsterskelen til grunnforholdene på utsettelsesstedet. P- og Rayldghbølgene har vist seg å være signifikante bølgetyper, mens derimot S-bølgen i så henseende vil ha mindre betydning.

Ytterligere fordelaktige utforminger av den nye fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige krav 2-7.

For å bestemme den på forplantningsstedet aktuelle grunnlydbølgetype, rettes ifølge en foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen to geofoner slik inn på anbringelsesstedet at mottaksretniagen til den ene geofon ligger omtrent vertikal, mens mottaksretningen til den andre geofon ligger i rett vinkel dertil. Faseforskjellen mellom de to geofoners utgangssignaler gir opplysning om bølgetypen til den mottatte grunnlydbølge. Ligger begge utgangssignaler i fase eller i motfase, så dreier det seg om en P-bølge. Foreligger det en faseforskjell på ca. 90° eller 270° mellom utgangssignalene, så er grunnlydbølgen en Rayleighbølge.

Vil man detektere lydkilder, som beveger seg på en gitt kjørestrelaiing, så vil det forbedring av mottaksnivået være fordelaktig i tillegg å rette den andre geofon inn slik at dens rnottaksretning ligger parallelt med kjørestrekningen. Dessuten bør anbringelsesstedet for begge geofoner ligge nærmest mulig kjørestrekningen.

Med oppfinnelsen kan man ved detektering og klassifisering på pålitelig måte skille mellom hjul- ogbeltekjøretøy dersom man - ifølge en fordelaktig utførelsesform av oppfinnelsen - på forhånd bestemmer et øvre og nedre referansenivå, idet det øvre referansenivå innstilles slik at det utelukkende overskrides av det av beltekjøretøyer utløste mottaksnivå. Det nedre referansenivå er løftet i en så sterk grad at det ikke overskrides av mottaksnivået som utløses av andre svakere støykilder enn hjulkjøretøy, eksempelvis fotgjengere. Ved bruk av mellomliggende referansenivåer kan man kjenne igjen lette og tunge hjulkjøretøyer og lette-og tunge beltekjøretøyer.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere under henvisning til tegningsfigurene, hvor: Fig. 1 viser et blokkskjema for funksjonsmoduler for gjennomføring av fremgangsmåten for detektering og klassifisering av lydkilder, og

fig. 2 viser et diagram for det relative geofon-utgangsnivå som funksjon av den seismiske forplantningshastigheten til P- og Rayleighbølger.

I det i fig. 1 for forklaring av fremgangsmåten for detektering og klassifisering av kjøretøyer viste blokkskjema er det vist funksjonsmoduler, som er tilordnet de enkelte fremgangsmåtetrinn, fra mottagelsen av de av kjøretøyet utløste grunnlydbølger og til anvis-ningen av klassifikasjonsresultatet.

På det fig. 1 med 10 antydede forplantningssted er det anordnet to geofoner 11 og 12. Deres respektive retning for maksimal Ømfintlighet (rnottaksretning) står i rett vinkel på hverandre. Geofonene 11 og 12 graves ned i grunnen nær en vdstrekning, eksempelvis en vei, som skal overvåkes, idet geofonens 11 rnottaksretning rettes inn vertikalt og geofonens 12 rnottaksretning rettes inn horisontalt og parallelt med veistrekningen (Z- og X-akse i fig. 1). I en gitt avstand d fra den første geofon 11 graves det likeledes ned en tredje geofon 13, som har vertikal rnottaksretning. Nedgravingsdybdene for geofonene 11 -13 er like, slik at geofonene altså ligger tett opptil grunnoverflaten.. Gefonene 11 og 12 kan være sammenfattet i en beholder, som så settes ned i grunnen på stedet 10, med tilsvarende innretting. Utgangssignalene fra de tre geofoner 11,12 og 13 underkastes en signalbearbeidelse i samsvar med følgende signalbearbeidelses- og -vurderingsmetode: For utgangssignalene fra første og tredje geofan 11 og 13 bestemmes deres innbyrdes tidsforskyvning og ved hjelp av den kjente avstand d mellom disse geofoner 11 og 13 og den fastslåtte tidsforskyvning bestemmer man den seismiske forplantningshastighet c for grunn-lyden på forplantningsstedet 10 (modul 14 for bestemmelse av lydhastigheten). Tidsforskyvningen kan eksempelvis fremkomme ved å danne krysskorrelasjonsfunksjonen til de to utgangssignaler, som beskrevet i DE 38 40 732 Al. Hastighetsverdien c fremkommer da ved å dele avstanden d mellom geofonene 11 og 12 med den bestemte uVlsforskyvning. For å fa en bedre anslagsverdi for den seismiske forplantningshastighet gjennomføres flere målinger og måleverdienemidles (modul 15 formidling avhastighetsverdiene).

Faseforskjellen mellom utgangssignalene fra første og andre geofon 11 og 12 bestemmes (moduLlGofrfasefbrslgeUbestemmelse) og av denne faseforskjell bestemmer man så den på stedet 10 fremherskende bølgetype for grunnlyden, dvs. den bølgetype som i hovedsaken påvirker mottaksnivået i geofonene 11 og 12 (modul 17 for bestemmelse av lydbølgetype). Er utgangssignalene fra geofonene 11 og 12 i fase eller i motfase (faseforskj ell ca. 0 eller 180 ), så antas det å foreligge en longitudinal- eller en P-bølge. Er faseforskjellen ca. 9.0° eller 270, så bestemmes den på stedet 10 fremherskende grunnlydbølge som overflate- eller Rayleighbølge.

I et lager 18 (modul "seismisk forolanmrngsmodelT<1>) har man lagret en respektiv karakteristikk for bølgetypen P-bølge og Rayleighbølge. En slik karakteristikk angir avhengigheten mellom geofonutgangsnivået relativt en geofonreferansehastighet og den seismiske foi3)lantningshastighet. Disse ved hjelp av flere målinger bestemte karakteristikker er vist i fig. 2 for de to nevnte bølgetyper. Man ser tydelig at geofonens relative utgangsnivå er meget høyere ved en forplantning av de fra lydkilden utløste lydbølger som Rayleighbølger erm som P-bølger (grunnlydbølger) fra samme lydkilde. Ved hjelp av den som foran beskrevet bestemte bølgetype, som fortrinnsvis fremkommer på stedet 10, søker man i den seismiske forplantningsmodell i fig. 2 ut den relevante karakteristikk og fra denne karakteristikk uttar man så ved hjelp av den, som foran beskrevet, tilveiebragte seismiske lydhastighet c et såkalt adapsjonsnivå Padapt-

Fra utgangssignalet fra en av geofonene 11 eller 12, her geofonen 11, detekteres spissverdien til det av geofonen målte mottaksnivå (modul 19 for bestemmelse av mottaksnivået Pmax). Mottaksnivået Pmaxblir for detektering og klassifisering av hjul- og bdtekjøretøyer sammenlignet med to referansenivåer Pref (modul 20 for klassifisering). Disse to referansenivåer er fastlagt slik at det øvre referansenivå Pref utelukkende overskrides av slike mottaksnivåer Pmax som utløses av beltekjøretøyer, mens det nedre referansenivå P^f også overskrides av slike mottaksnivåer P^ som stammer fra hjulkjøretøyer.

I en lagermodul 21 (modul "klassespesifikk referansenivå") er det for en gitt normgrunn-beskaffenhet lagt inn et normreferansenivå for disse kjøretøyer. For tilveiebringelse av de nevnte referansenivåer Pref som er optimalt til passet til de spesielle grunnforhold på utsettelsesstedet 10, blir hvert normreferansenivå korrigert med det ved hjelp av den seismiske forplantningsmodell (modul 18 henholdsvis fig. 2) utledede tilpasningsnivå Padapt (modul 22 for korreksjon). Overstiger geofonens 11 mottaksnivå Pmax det på denne måten tilveiebragte nedre og øvre referansenivå P„f så fastslås det at det dreier seg om et beltekjøretøy. Overstiger mottaksnivået Pmaxbare det nedre referansenivå Pref så slutter man seg til tilstedeværelsen av et hjulkjøretøy. Dette Hassifiseringsresultat vises (modul 23 "visning").

En forfinet klassifisering kan gjennomføres ved innføring av to ytterligere referansenivåer P^ som er karakteristiske for å skille mellom lette og tunge beltekjøretøyer henholdsvis hjulkjøretøyer, slik at man altså totalt sett har fire ordnede referansenivåer Pref hvormed geofonens 11 mottaksnivå Pmax kan sammenlignes. Også disse fire referansenivåer Pref er et korreksjonsresultat av fire tilsvarende normreferansenivåer, som er lagt inn i lagermodulen 21 og korrigeres med tflpasningsnivået PadaPt-

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for detektering og klassifisering av lydkilder, særlig farkoster, ved at det anvendes geofoner (11, 12) installert i grunnen for mottak av lydbølgene som er ut-løst av en lydkilde, og som kobles inn i grunnen hvor et mottaksnivå mål med minst én geofon (11) sammenlignes med henblikk på overskridelse med minst et referansenivå (Pref) som på anbringelsesstedet (10) er tilpasset grunnforholdene idet den seismiske forplantningshastigheten måles for tilpasning av referansenivået (Pref) på anbringelsesstedet (10) som mål for grunnforholdene, karakterisert ved at av geofonene (11, 12) anordne en første geofon (11) på anbringelsesstedet (10) med vertikal rnottaksretning og en andre geofon (12) med rnottaksretning vinkelrett på den første, og at ved hjelp av faseforskjell mellom de to utgangssignalene fra geofonene be stemmes grunnlydbølgenes bølgetype mottatt av geofonene (11, 12) som P- eller Rayleigh-bølger og benyttes som ytterligere parameter ved tilpasningen av referansenivået (Pref).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert ved at det for grunnlydbølgenes to bølgetyper P- og Rayleigh-bølger bestemmes en respektiv karakteristikk for avhengigheten mellom geofon-utgangsnivået relativt en geofon-referansehastighet til grunnlydbølgenes seismiske forplantningshastighet og lagres som seismisk forplantningsmodell, og at det med den målte seismiske forplantningshastigheten og den fastslåtte bølge- typen utledes et tilsvarende tilpasningsnivå (PadaPt) fra den tilordnede forplant-ningsmodellen for korrigering av referansenivået (Pref).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at flere referansenivåer (Pref) bestemmes slik på forhånd at det øvre referansenivå bare overskrides av slike mottaksnivåer (Pmax.) i geofonen (11) som forårsakes av beltekjøretøyer, og at det nedre referansenivået overskrides allerede av mottaksnivåer (Pmax) som forårsakes av hjulkjøretøyer.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at det på forhånd bestemmes to ytterligere referansenivåer (Pref) som ligger mel lom det øvre og nedre referansenivået, for å skille mellom lette og tunge hjul- og beltekjøretøyer.

5. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at det ved en faseforskjell på ca. 90° eller 270° konkluderes med tilstedeværelse av Rayleigh-bølger, og at det ved en faseforskjell på ca. 0° eller 180° konkluderes med tilstedeværelse av P-bølger som grunnlydbølgenes bestemmende forplantningstype på anbringelsesstedet (10).

6. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-5,karakterisert ved at for lydkilder som beveger seg på en på forhånd gitt bane, ligger geofonenes (11, 12) anbringelsessted (10) mest mulig nær banen, og at den andre geofonens (12) rnottaksretning på anbringelsesstedet (10) forløper parallelt med banen.

7. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-6, karakterisert ved at en tredje geofon (13) anordnes i grunnen i en gitt avstand (d) fra anbringelses stedet (10) med vertikal rnottaksretning, og at den seismiske forplantningshastigheten (c) på anbringelsesstedet (10) bestem mes ved hjelp av tidsforskjellen mellom utgangssignalene fra første og tredje geofon (11, 13) og den kjente geofonavstand (d).