(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
関連動作しない目標物体を構成する生存者を検知するために電磁波信号を捜索領域（Ｎ）の近傍で送信（１）し、生存者からの戻り信号を前記領域（Ｎ）の近傍で検知（２）し、これにより得られる信号を、生存者の動きに対応する成分を抽出するようにバンドパスフィルター（１２）でフィルター処理し、この様にして得られた信号を生存者の存在の推定のために信号処理（１４）する電磁的な方法であって、生存者の位置を特定するために、
前記送受信を少なくとも２つの別々のアンテナで行い、人間の動きの周波数とは異なる周波数にて仮想エコーを生じる少なくとも１つの変調プローブ（１６）を捜索領域に配置し、仮想エコーに対応する信号を捜索領域の近傍で検知し、これによって得られた仮想エコー検知信号をフィルター処理された戻り信号と同様の様式で信号処理し、仮想エコー検知信号の処理で得られるパラメーターとフィルター処理された戻り信号の処理で得られるパラメーターとを比較して生存者の位置を特定することを特徴とする生存者検知捜索方法。
【請求項２】
受信用に複数の別々の受信アンテナを使用し、これら受信アンテナを捜索領域の近傍で分散配置することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
フィルターの通過帯域が、0.03Hz〜３Hzの範囲内にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
雪崩の堆積に埋没した生存者を検知及び／又は捜索するために送信される電磁波信号の搬送波周波数が500MHz〜1000MHzの範囲内にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
雪崩の堆積に埋没した生存者を検知及び／又は捜索するために送信アンテナと受信アンテナをその雪の中に直接差し込むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
関連動作しない目標物体を構成する生存者を検知するために電磁波信号を捜索領域の近傍で送信する送信手段（１）と、捜索領域からの戻り信号を捜索領域の近傍で検知する受信手段（２）と、受信アンテナから得られる信号をフィルター処理して生存者の動きに対応する成分を抽出するバンドパスフィルター（１２）と、フィルター処理で得られた信号を生存者の存在の推定のために信号処理する処理手段（１４）とを備えた電磁的な装置であって、送信手段と受信手段とで別々の少なくとも２つのアンテナと、人の動きの周波数とは異なる周波数にて仮想エコーを発生する少なくとも１つの変調プローブ（１６）とを備え、仮想エコーの信号処理で得られたパラメータと戻り信号の信号処理で得られたパラメータとを比較して生存者の位置を特定することにより生存者を捜索可能としたことを特徴とする生存者検知捜索装置。
【請求項７】
捜索領域の近傍に分散配置された複数の別々の受信アンテナを備えたことを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
変調プローブ（１６）がバンドパスフィルター（１２）でフィルター処理された周波数より高い周波数で交互に開放及び短絡回路で閉じられたダイポールからなることを特徴とする請求項６または７に記載の装置。
【請求項９】
送信アンテナと受信アンテナ（１，２）がビバルディ（VIVALDI）型のフレア付きスロットアンテナであることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
送信アンテナと受信アンテナ（１、２）がエポキシ樹脂基板上に印刷された回路をもつ対称スロットアンテナからなることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は生存者を検知及び／又は捜索するための電磁的方法及び装置に関するものである。
特に有用な応用は雪崩の遭難者を捜索することにある。
勿論、本発明には他の応用も企画可能である。
特に、本発明は不透明の障害物で隠されている人間の検知及び/又は捜索に適用され、例えば土砂に埋没した生存者を捜索する場合にも利用可能である。
雪崩の堆積の下に埋没した遭難者を検知及び捜索するためのシステムについては既に多くのものが知られている。
特に、スキーヤーに捜査犬が嗅ぎ分けられるようにする化学標識を装備させることが既に提案されてきた。これについてはフランス特許出願第2677890号を参照することが出来る。
電磁的な送受信を行うシステムについても提案されている。
特に、とりわけフランスで広く使用されているARVAシステム（systeme Aide ala Recherche de Victimes d'Avalanches:雪崩遭難者捜索支援システム）を挙げることができる。このシステムでは、スキーヤーは457kHzの周波数で発信を行う捜索ビーコンを携帯する。
また、フランスでRECOなる商品名で販売されているような各種システムも知られており、この場合は、スキーヤーの衣服には電磁照射に哂された際に1.8GHZ程度の周波数で発信するように設計されたダイポール送信器が取り付けられる。
これらの各種検知システムは、捜査対象となっている人間がビーコン又は特殊送信器を装備し、しかも人間が「関連動作する」目標物体を構成するという状況にある場合しか役に立たないという大きな欠点を備えている。
残念なことに、埋没者が自身の無頓着または雪崩の危険性に対する認識の甘さからその装備をしていないことは未だに屡々起きている。
更にビーコンの場合は雪崩に巻き込まれる前に本人がそのビーコンを動作状態にする必要がある。
本発明の目的はこれらの欠点を解決することにある。
マイクロ波の送受信によって障害物に隠された生存者の存在を検知する装置は以下の刊行物から既に公知である。
「土砂を通して生理的な動きを遠隔検知するマイクロ波システムのためのマイクロプロセッサー制御型自動クラッター打ち消し回路」、エイチ・アール・チャン（H．R．Chuang）ほか、1990年２月13日、サンノゼ、1990年２月13日自至15日、第177乃至181頁、IEEE
この形式の別の装置も米国特許第5448501号で提案されている。
これら両刊行物では、モノスタティック型の送受信、即ち同一アンテナを使用する送受信を提案していることは述べるまでもない。
不幸なことに、マイクロ波の送受信で人体の動き（呼吸、脈拍）を検知する際の主な難点の１つは、その人間の周囲の環境に起因する固定エコー、即ち「クラッター」と、その人間自身の動きにより生じる本来の変調成分との間に、極めて大きいエネルギー比が存在することにある。典型的には、このエネルギー比の大きさは１００dBのオーダーに達する。また、検知すべき信号よりクラッターが大きくない場合でも、少なくとも検知信号に等しい大きさのクラッターがアンテナの整合具合から助長されることもあり、これにより送信電力の一部（最大で送信電力の1/10程度）が受信システムに再注入されることも難点である。
結果としモノスタティック方式では受信信号の直接処理はクラッターが重く飽和してしまうため不可能であり、従って、例えばニュートロダインによってクラッターを消去する技術を採用する必要がある。
これは受信用電子装置を特に複雑にしてしまう。
本発明は、特に簡単な電子装置を使用することで実施可能な電磁波の送受信による生存者の存在の検知及び／又は捜索方式を提供するものである。
この目的のため、本発明では、送信アンテナと受信アンテナとを別々に分け、それらの間の直接結合を低くし、クラッターをフィルターで除去する目的で受信信号を直接処理することができるようにした構成を採用している。
即ち、本発明では関連動作しない目標物体を構成する人生存者を検知及び／又は捜索するために電磁波信号を捜索領域の近傍で送信し、前記生存者によって戻されてくる信号を前記領域近傍で検知する方法を提供するものであり、本方法は、
前記送受信を少なくとも２つの別々のアンテナで行い、
これによって得られる信号を、生存者の動きに対応する成分を抽出するようにローパスフィルター又はバンドパスフィルターでフィルター処理し、
この様にして得られた信号を生存者の存在の推定及び／又は生存者の捜索のために信号処理することを特徴とするものである。
本発明の別の目的は、生存者の位置を見付け出すことを可能とする係る形式の方法を提供することである。
この場合、生存者の動きとは異なる周波数で仮想エコーを発生する少なくとも１つの変調プローブを捜索領域に設置し、この仮想エコーに対応する信号を捜索領域近傍で検知し、これによって得られる仮想エコー信号をフィルター処理された戻り信号と同じ様式で処理し、仮想エコー信号の処理から得られるパラメーターとフィルター処理された戻り信号の処理から得られるパラメーターとを比較して生存者の位置の特定を行う。
本発明を雪崩遭難者の捜索に利用する場合、この送信電磁波信号の搬送波周波数は、500MHz乃至1000MHzの範囲内にあるようにするのが好ましい。
この周波数帯は、雪による覆いを通してのレーダー検知に最適の周波数帯であり、これにより高い周波数帯では電磁波が雪によって大きく減衰され、一方、これより低い周波数帯では、有用な信号が検知を容易にするにはあまりにも微弱になってしまう。
本発明はまた、係る方法を実施するための装置も提供する。
本発明のその他の特徴と利点は以下の説明から更に明らかとなる。以下の説明は純粋に例示的なものであって、本発明を限定するものではない。以下の説明を読むに際しては添付図面を参照すべきであり、その中で、
図１は、本発明の可能な実施形態を構成する検知捜索装置を示し、
図２は、本発明に従って行われる検知の模式図であり、
図３は、図２に示した実験中に測定された検知アンテナからの受信電力を時間の関数としてプロットしたグラフである。
図１に示した検知捜索装置は２周波マルチスタティック・パルスレーダーである。
この装置は、送信アンテナ１と複数の受信アンテナ２を含んでいる。この装置にはまた、アンテナン１で放射されるべき信号を発生し、アンテナ２で受信された信号を復調及び信号処理する装置を含み、この装置全体を参照符号３で示してある。
受信アンテナ２は、例えば、捜索対象とされている雪の堆積の前面で１つ以上の干渉計の対を形成するように一線上に配される。本例の場合、受信アンテナ２は４つあり、そのうち隣接する２つのアンテナは0.5m乃至１ｍの範囲内の間隔で離してある。
勿論、送信アンテナ１と受信アンテナ２に対して別の配置も可能である。特別には、アンテナ１と２の配置を捜索対象の雪の堆積のタイプに適合させるのが好適である。
本発明の有利な特徴によれば、送受信アンテナ１及び２を雪に直接突き刺すこともできる。
これにより、これらのアンテナが動くことを防止する。
更にまた、電磁波が空気と雪の境界面を横切る必要がないようにするために事前の注意を払い、これは空気と雪が大きな電力損失をもたらしがちな界面を構成するからである。
この目的でアンテナ１と２はエポキシ樹脂基板上の印刷回路で構成し、これによってこれらアンテナを極めて強力なものとし、同時に雪に突き刺しやすい平面構造とすることができる。
また、送信アンテナ１及び受信アンテナ２は好ましくは対称スロットアンテナとするのがよく、例えばビバルディ（VIVALDI）形式のフレア付きスロットアンテナとすると有利である。
このようなアンテナ構造では、電磁界はスロット内側に生じることが知られている。従って、この形式のアンテナによる送受信は、アンテナ表面上の水滴の存在で分散されることがない。
装置３は、同期信号発生器５と周波数シンセサイザー６Ａ及び６Ｂとの駆動用の基準発振器４を含んでいる。
シンセサイザー６Ａ及び６Ｂは、システムの送信周波数及び受信周波数にそれぞれ対応する周波数FA及びFBの正弦波電圧を発生する。
一例として、これらの周波数FA及びFBは750MHz及び780MHzであり、発振器４の発信周波数は60MHzである。
アンテナ１を介して送信するため、装置３はシンセサイザー６Ａと６Ｂによる信号出力を受け取って混合するサミング回路７を含んでおり、このサミング回路の後段には変調ゲート８が接続され、サミング回路７からの信号出力がアンテナ１から放射される前にこの変調ゲート８を通るようになっている。
この変調ゲート８は同期信号発生器５によって制御される。この変調ゲートは混合された信号を持続時間33ns及び形状ファクター1/16のパルスからなる繰り返しパルス列に変調する。
各受信アンテナ２の出力を受け取る複数の受信チャンネルの各々はゲート１０と一対のミキサー１１とを備え、アンテナ２で受信される通りの周波数FA及びFBにおいて信号の直交位相復調を実行する。
各ゲート１０は、パルス幅33nsで変調ゲート８に対して16nsのステップで相対的にオフセットした受信ウインドウを開くように前記同期信号発生器で制御される。
各ミキサー１１の出力側では、それぞれ同相直交位相復調信号をバンドパスフィルター１２で処理することによって各受信信号から非スタティック成分を抽出するが、これらの非スタティック成分は検知されるべき動き（呼吸運動、肢体運動等）に対応している。
この目的のためには、これらフィルター１２の通過帯域を好ましくは0.03Hz〜３Hzの範囲内に設定するのがよい。
このようにしてフィルター処理された各同相直交位相復調信号Ｉ及びＱは、その後Ａ／Ｄ変換器１３によってデジタル化され、次いで処理ユニット１４に送られ、この処理ユニット１４で信号を処理することにより、雪の堆積の下に埋没した生存者の検知及び／又は位置特定に関する情報が推定される。
このシステムは表示ユニット１５も含んでおり、これにより前記情報はオペレーターに対して表示可能である。
尚、オペレーターの存在が検知されるのを確実に防ぐには、オペレーターは捜索領域及び送受信アンテナ１、２から数10ｍ離れていればよい。
次に、処理ユニット１４で実行される簡単な処理の例を該処理ユニットが受け取った８つの複素信号について説明する。
雪の下に隠された生存者の存在を検知するため、即ち、受信アンテナ２に戻ってきた信号の非スタティック成分を検知するために、処理ユニット１４は、各アンテナ２と、各周波数FA及びFBと、各検出ウインドウについて、約10秒の時間間隔に亘って共役積Ｓak（ｔ）・Ｓak（ｔ）*の平均値を演算する。ここで、Ｓak（ｔ）はk番の受信アンテナに対応する受信チャンネルのフィルター１２による時間信号出力である。
この共役積は或る閾値と比較される。共役積の平均値がこの閾値より大きくなった場合はアンテナ２が人の存在を検知したことになる。
誤報を制限するため、検知は８つの受信チャンネルに対応する各共役積の分散を演算することにより確認され、この分散値も或る閾値と比較される。これは各受信チャンネルを全て考慮に入れたグローバルな検知基準を提供する。
この検知はまた、各チャンネル上の各周波数における信号間の交差相関係数を演算し、これら係数を分析して事象の可能性を予測することによって確認することも可能である。例えば、２つの隣接アンテナに対応する信号が実際に相関性をもつことで実証が果たされる。
交差相関係数は、一つ以上のベクトル固有値を演算する共分散評価マトリックスを構成する。これらのベクトル固有値は、８つのチャンネルを位相固定的に組み合わせて検知信号発生のもととなった運動源に対する最大感度を与える特性を備えた１つ以上の合成チャンネルを形成するのに利用される。
遭難者の呼吸運動など、検知対象の動きは当然のことながら非中断型のものであり、また場所も動かないという単純な理由からだけでも、このような確認方法が可能であることが理解されよう。
検出された非スタティック成分に対応する生存者の位置を特定するために、各受信ウインドウ、各アンテナ対（i，j）及び各周波数FAとFBについて、位相シフトの量、
Ｔij=arg{Sai（t）・Ｓaj*（t）}
を演算することが可能であり、この位相シフト量はアンテナ対（i，j）に対するその生存者の地理的位置に対応する。
各受信ウインドウと各アンテナｋについては、パラメーター
Dk=arg{&glt;ＳkFA（t)・ＳkFB*（t）>}を演算することも可能であり、この場合の＜＞は「平均値」を意味する。このパラメーターDkは、アンテナｋに関して周波数FA及びFBでチャンネルから出力される信号間の位相シフト量に対応し、この位相シフト量は、送信アンテナ１から検知された人間を経て受信アンテナｋに戻るまでの全体の距離に関する情報をもたらす。
このようにして得られるパラメーターＴij及びDkは、伝播媒質が均一であると仮定することが出来れば冗長的なものであろう。
しかしながら、被さった雪などの媒質においては極めて特異的に生じる問題があり、その一つは、媒質が均一性をもたないという事実から派生する。
被さった雪は、異なる密度と異なる誘電特性の複数の付着物の堆積からなり、雪崩の堆積においては、これらの付着物は滅茶苦茶に混ぜ返されている。このような伝播媒質には、岩、木の幹、土砂等と共に種々の寸法の空洞も含まれ、地震の結果として生じる伝播媒質についても同様のことが当てはまる。
この難点を解決するためには、変調プローブ１６を捜索領域に亘って動かし、このプローブで自然の動きの周波数との混乱を回避するに充分なほど高い周波数の仮想エコーを発生させるようにする。
このシステムのミキサー１１の出力側には、前記仮想エコーに対応する復調信号を処理ユニット１４へ送る手段（複雑化を回避する目的で図１には示していない）が含まれている。
処理ユニット１４は、前記仮想エコーのパラメーターＴij及び／又はDkを演算し、オペレーターはこれらのパラメーターが捜索対象の生存者からの戻り信号に対応する値に収斂するようプローブ１６を移動させる。これにより、最終的な位置ではプローブは遭難者と同じ位置に達することになる。
一例として、この変調プローブ１６は、周波数40Hzにおけて交互に開放及び短絡回路で閉じたダイポールで構成可能である。
捜索領域に亘ってプローブを動かす代わりに、複数の変調プローブ１６を格子状に捜索領域に配置することも可能であり、この場合、各プローブから異なる周波数で仮想エコーを送信させる。
勿論、以上に説明した処理以外の信号処理も実施可能である。
特に、前記各信号の特性スペクトルの全てを利用することにより有用な信号と妨害信号との間のコントラストを改善するのにフィルター処理を利用することが可能である。
本発明を２周波マルチスタティックパルスレーダーの例について説明したが、本発明は同様の様式で任意のレーダー検知方法に適用でき、特に連続波を用いるレーダー検知方式及び／又は単一周波或いは多周波レーダー方式に適用可能である。
レーダー技術の全般的説明については、1989年マッソン社（Masson）刊のシェバリエ（F.Le Chevalier）による「レーダーとソナー信号処理の原理」（Principles de traitment des signaux radar et sonar）に詳しく述べられており、ここではその開示内容を参照に含めるものとする。
本発明の実際の適用結果を図２及び図３に示す。
この適用例においては、図２に示したように雪の壁Ｎ越しに検知を実施した。
雪の壁Ｎは、高さ約２ｍ、幅5.20ｍ、厚さ3.60ｍである。
この壁は新雪及び多少汚れた古い雪で作られ、これらの雪質を互いに混合して部分的には機械で押し固めた。
検知は、送信アンテナ１と同じく壁Ｎの手前側に配置した受信アンテナ２により行った。
種々の事象を壁Ｎの背後で起こし、それをアンテナ２で検知した。
図３のタイムチャートグラフは受信アンテナ２のチャンネルから得た出力電力を示しており、これは前記アンテナ２で受信された非スタティックエコーに対応している。
このタイムチャートに見られる出力ピークは、以下の通りに壁Ｎの背後で起こした各事象と極めてよく一致している。
（a）０〜１２０秒の間は、壁Ｎの背後には誰も存在しなかったが、その距離でのスキーヤーの通過が観察された（ピークＡ）。
（b）１３０〜１８０秒の間では、壁の背後に人が直立姿勢で存在した（ピークＢ）。
（c）１８０〜２２０秒の間は、この人は出来るだけ静かに立っていたが、呼吸運動が検知され続けた（ピークＣ）。
（d）２２０〜２７０秒の間で、この人が片側に移動した（ピークＤ）。
（e）２７０〜２９０秒の間で、この人が壁から離れていった（ピークＥ）。
（f）３４０〜４２０秒の間で、ストレッチャーが壁の足もとに置かれた（ピークＦ）。
（g）４２０〜４８０秒の間は、この人がストレッチャーの上に寝かされた（ピークＧ）。
（h）４８０〜５２０秒の間で、この人が片側に移動した（ピークＨ）。
（i）５２０〜５８０秒の間では、この人が６回深く息をした（ピークＩ）。
（j）５８０〜６００秒の間で、この人が立ち上がった（ピークＪ）。
この例から、本発明によって動きのある人間から到来するエコーと静的な環境に起因するエコーとの明確な識別が可能となることがわかる。
従って、雪崩の下に埋まった生存者の呼吸又は僅かな動きを検知することが可能である。
また、本発明は500MHz〜1000MHzの帯域内の動作周波数で深さ10ｍの厚さの雪の下に居る遭難者を検知可能とするのに対し、ポールを使用する伝統的な捜索方法では深さ６ｍが限界であることも理解されよう。
【図１】
0003679130.tif 000002
【図２】
0003679130.tif 000003
【図３】
0003679130.tif 000004