(57)【要約】【課題】  電波的な手段により、地震や火山活動に伴う岩石破壊を探知する。特に人工衛星に積んだ装置により、地球の地盤から発生する信号電波を地球上広域で観測する。【解決手段】  岩石を破壊する時、数10MHzより高い超高周波数の電波が発生する現象が、発見された。この超高周波電波の信号を検波し、フィルタあるいは相関検出法により抽出する。そうすることにより、雑音に煩わされることなく、地盤の破壊を検出する。  人工衛星に装置を搭載し、アンテナビームで地上を走査することにより、地球規模で地震や火山噴火を探知する。更に人工衛星上で取得した地震情報を、通信回線を介し地球上に伝送し、種々の防災業務に生かす。【選択図】  図１
2006105642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地球を周回する軌道上にある人工衛星において、高い周波数帯（数１０ＭＨｚ〜数１０ＧＨｚ）において動作するアンテナと低雑音増幅器、およびパルス状電気信号の検出と信号処理回路を有する事を特徴とする地震探知装置
【請求項２】
上記発明（請求項２）において、高い周波数帯（数１０ＭＨｚ〜数１０ＧＨｚ）を複数の所望の周波数帯域により、細分化して検出処理を行う事を特徴とする地震探知装置
【請求項３】
上記発明（請求項３）において、アンテナを地球方向に長い構造物の先端に取り付ける事を特徴とする地震探知装置
【請求項４】
上記発明（請求項４）において、低雑音増幅器の後続に周波数変換器を配置する事を特徴とする地震探知装置
【請求項５】
上記発明（請求項５）において、信号処理回路がアナログーデジタル変換器、メモリ、デジタル演算回路、およびソフトウェアにより構成され、濾過機能および必要に応じ自己相関演算機能を有する事を特徴とする地震探知装置
【請求項６】
上記発明（請求項５）において、地震による電気信号に対し、雷放射電界信号よりも高い周波数成分を選択的に受信する事を特徴とする地震探知装置
【請求項７】
上記発明（請求項５）において、信号処理回路の出力を地球局に送信する事を特徴とする地震探知装置
【請求項８】
上記発明（請求項５）において、信号処理回路の出力信号を統計処理して、その結果を地球局に送信する事を特徴とする地震探知装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
地震に伴う物理現象を、地球規模で監視し、地震の発生を検知する。
【背景技術】
【０００２】
地震に伴う電磁気の発生現象としては、地電位の変化を観るVAN法が最初で、次いで数10kHz以下の電気振動を観る方法がある。いずれの周波数帯も、地球上で雑音が多く、また地球周囲の電雑層を通過できない。そのため信号検出が難しく、特に人工衛星の位置から計測することはできない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
岩石が圧力で破壊される時、超高周波の電波を発生することが、実験により見出された。地震時には地下の岩石が破砕されるので、発生する超高周波電波を、高感度受信機とデータ処理機により検出する。特に人工衛星に積んだ装置により、地球の地盤から発生する電波を、広域で観測する。
【発明の効果】
【０００４】
岩石を破壊する時、数10MHzより高い周波数の電波が発生する現象が、発見された（前例無し）。これを観測すれば、雑音に煩わされることなく、地盤の破壊を検出できる。また発生する信号が非常に鋭いパルス状であることが判っているので、相関検出法により高精度検出できる。
【０００５】
岩石が半径４６０ｍの球以上の体積にわたって破壊されれば、５００ｋｍ高度の人工衛星から充分検知できる
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
（１）  数10MHzより高い周波数の電波が発生することを、計測対象とすること。
（２）  他の雑音、特に雷の信号をフィルタを相関検出により排除すること。
（３）  人工衛星に搭載して、地球規模で観測すること。
【産業上の利用可能性】
【０００７】
実用化の見通しが極めて高い。産業上、次の２つの面で利用価値が大きい。
（１）計測器を作る。
（２）地震探知して、社会の安全に利する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】地震発生と本発明装置
【図２】本発明装置の基本構成
【図３】実施例１
【図４】実施例２
【図５】実施例３
【図６】観測波形
【図７】実施例４
【図１】
2006105642.tif 000003
【図２】
2006105642.tif 000004
【図３】
2006105642.tif 000005
【図４】
2006105642.tif 000006
【図５】
2006105642.tif 000007
【図６】
2006105642.tif 000008
【図７】
2006105642.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成16年11月4日(2004.11.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高い周波数帯（数１０MHz〜数10GHz）において動作するアンテナと低雑音増巾器、およびパルス状電気信号の検出と信号処理回路を有する事を特徴とする地震探知装置
【請求項２】
上記発明（請求項１）において、低雑音増巾器の後続に周波数変換器を配置する事を特徴とする地震探知装置
【請求項３】
上記発明（請求項１）において、高い周波数帯（数１０MHz〜数10GHz）を複数の所望の周波数帯域により、細分化して検出処理を行う事を特徴とする地震探知装置
【請求項４】
上記発明（請求項１）において、信号処理回路がアナログ−デジタル変換器、メモリ、ディジタル演算回路、およびソフトウェアにより構成され、濾過機能および必要に応じ自己相関演算機能を有する事を特徴とする地震探知装置
【請求項５】
上記発明（請求項１）において、地震等による電気信号に対し、雑音よりも高い周波数成分を選択的に受信する事を特徴とする地震探知装置
【請求項６】
上記発明（請求項１）において、アンテナと低雑音増巾器およびパルス状電気信号の検出と信号処理回路を、地球を周回する軌道上にある人工衛星に搭載する事を特徴とする地震探知装置。
【請求項７】
上記発明（請求項６）において、アンテナを地球方向に長い構造物の先端に取り付ける事を特徴とする地震探知装置
【請求項８】
上記発明（請求項６）において、信号処理回路の出力を地球局に送信する事を特徴とする地震探知装置
【請求項９】
上記発明（請求項６）において、信号処理回路の出力を統計処理して、その結果を地球局に送信する事を特徴とする地震探知装置
【請求項１０】
上記発明（請求項６）において、人工衛星を複数軌道上に配置し、地震等による電気信号の受信位相を相互に比較し、波源位置を特定する事を特徴とする地震探知装置
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地震や火山活動に伴う物理現象を監視し、地震や火山噴火の発生を探知する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地震に伴う電磁気の探知方法としては、地電位の変化を観るVAN法や、数10kHz以下の電気振動を観る方法がある。いずれの周波数帯も、地球上で雑音が多く、そのため信号検出が難しい。特に地球周囲の電離層を通過できないため、人工衛星の位置から計測することができないという欠点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明はこれらの欠点を除去するため、地震時に発生する数10MHzより高い超高周波電波を受信・処理するもので、以下図面について詳細に説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
岩石を破壊する時、数10MHzより高い周波数の電波が発生する現象が、申請者により発見された。これは世界的にも、前例が無い。図１は、観測された信号波形を示す。4msecの時間にわたってパルス状の信号１が、ランダムに現れている。各パルスは超高周波（この場合は2GHz）の信号で、持続時間は数10nsecと短い。これを時間平均にして電力を計算すると、4nWに相当する。この実験に用いた岩石の体積は  3.4×10-5 m3である。
【０００５】
地震に際しては109m3程度の岩石体積が破壊するが、この時上記超高周波信号は5×107W程度発生する。この電力が地中を減衰しながら伝搬し、大気中あるいは電離層中を伝わり、受信点に到達する。
【発明の効果】
【０００６】
この信号を観測すれば、雑音に煩わされることなく、地盤の破壊を検出できる。また発生する信号が非常に鋭いパルス状であることが判っているので、相関検出法により高精度検出できる。特に人工衛星に積んだ装置により、発生する信号電波を地球上の広域で観測する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明を実施するためには、次の要素を満たすことが重要である。
（１）数10MHzより高い周波数の電波が発生することを、計測対象とすること。
（２）他の雑音、特に雷の信号をフィルタあるいは相関検出により排除すること。
（３）人工衛星に搭載して、地球規模で観測すること。
【実施例１】
【０００８】
図2は本発明の実施例であって、１は地震等により発生した超高周波電波の信号、２は受信アンテナ、３は低雑音増巾器、４は前記電気信号の検出および信号処理回路である。アンテナから入力した信号は、３により雑音を極力抑制しつつ増巾される。充分な強度の信号になった後、適当な検波法により検出し、更に信号処理により最終的な利用形態に変形する。
【実施例２】
【０００９】
図３は本発明の実施例であって、５は周波数変換器、６はミキサ、７は局部発振器、８は帯域通過フィルタ、である。３により増巾された超高周波電波の信号は、６により発生された局部発振信号と、７により混合されて、より低周波の中間周波数信号に変換される。中間周波数信号は、その周波数に帯域中心を持つ帯域通過フィルタを通過する。この構成により、所望の超高周波を有する電波信号を、容易に選択的に増巾・検出することができる。
【実施例３】
【００１０】
図４は本発明の実施例であって、９は超高周波電波の周波数スペクトル曲線、１０と１１、１２は複数の所望の位置と巾を有する周波数帯域である。９は地震規模や地震により破壊される岩石の種類に応じ、特有の曲線となる。この全帯域をひとつの検出・処理回路４で扱う事は、技術的に難しい。そこで複数の狭帯域信号（１０〜１２）を抽出し、全体のスペクトル９の全形を決定し、地震の特徴を推定する。周波数帯域の数については、本例では３つであるが、地震の特徴や探知装置のコスト等に応じて最適に選ぶ。
【実施例４】
【００１１】
図５は本発明の実施例であって、信号の検出・処理回路４の詳細例を示す。１３はアナログ・ディジタル変換器、１４はディジタル信号処理による帯域フィルタ、１５はレベル判定器、１６は警報器である、信号は１３によりディジタル信号に変換され、１４によりディジタル的にフィルタされる、その出力のレベルが、１５により閾値より大きいと判断されると、１６から警報を発する。
【実施例５】
【００１２】
図６は本発明の実施例であって、信号の検出・処理回路４が自己相関機能を有する場合の詳細例を示す。１７はメモリ、１８は遅延発生器、１９は掛け算器、２０は足し算器である。ディジタル化された信号は、ビット毎に１７に格納され、複数ビット毎に１８で遅延され、１９と２０により積和の演算が施される。その出力は自己相関値に相当し、１５のレベル判定に供される。
【実施例６】
【００１３】
図７は本発明の実施例であって、２１は雑音の周波数スペクトル、２２は数10MHzより低い周波数、２３は数10MHzより高い周波数、２４と２５は周波数２２において雑音と地震により発生する各信号レベル、２６と２７は周波数２３において地震と雑音により発生する各信号レベルである。雑音として、地球上の電力利用設備で発生するものや、雷に伴ったものがある。前者のスペクトルは数kHz以下、後者のスペクトルは数MHz以下である。従って２１は数MHzより低い周波数で値を持つのに対し、地震信号のスペクトル９はそれより高い周波数で値を持つ。従って２４は２５よりレベルが高く、２６は２７よりレベルが高くなり、地震による信号を雷等の雑音から判別することができる。
【実施例７】
【００１４】
図８は本発明の実施例であって、２８は地球、２９は地震発生地（震源）、３０は地震探知衛星である。３０は２８の周囲を飛行するので、アンテナ２のビームは地表面を走査することになる。そのビームが２９を指向する時、電波１は２により受信される。本発明によれば、岩石が半径４６０ｍの球以上の体積にわたって破壊される場合、500km高度の人工衛星から充分探知できる。
【実施例８】
【００１５】
図９は本発明の実施例であって、３１は人工衛星の本体、３２はアンテナ２を３１に結合するための長い構造物である。このように人工衛星３０を長い構成にすると、３０は地球周囲を公転する際、長い軸を地球重力方向に向ける。従って２は自動的に２８方向を指向するので、衛星姿勢制御系を大幅に簡略化できる。
【実施例９】
【００１６】
図１０は本発明の実施例であって、３３は地球上通信局、３４は人工衛星３０が地球上通信局３３と通信するためのアンテナ、３５は３３と３０の間の通信路である。地震信号１が衛星３０上の機器により検出・処理された後、その情報は３４により３３まで伝送される。地球局とそれに接続された処理センターでは、受信した信号を処理して、観測・警報等の業務に使用する。また３０上で信号処理回路４の出力を更に統計処理すれば、その出力数値を警報発出等の業務に直接用いることができる。
【実施例１０】
【００１７】
図１１は本発明の実施例であって、３６と３７は３０とは別な人工衛星である。まず３０と３６の２つの人工衛星により信号電波を同時に受信し、位相を比較する。各衛星位置は事前に判っているので、震源２９は３０と３６からの距離差が一定の双曲線上に求まる。実際には２９は、図１１の紙面内にあるとは限らないので、点３０と３６を焦点、３０−３６を回転対称軸とする回転双曲面上に存在する。人工衛星３７をもう１つ軌道上に上げて、３０−３７および３６−３７という２対の衛星間で同様の計測を行えば、２９は３０と３７を焦点とする回転双曲面、および３６と３７を焦点とする回転双曲面上の点として求まる。従って、２９は３つの回転双曲面の交点として、特定出来る。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明を地震予想地帯に設置するか、人工衛星に搭載してその地帯を走査することにより、地震の発生を予知あるいは探知することが可能になる。その結果素早い対応を取れることになり、社会の安全を確保できる。また実験的に地震による電磁気現象を研究する場合、研究ツールとして使用できる。
【００１９】
また地震のみならず、火山噴火等の岩石破壊現象に対しても、探知・予知あるいは現象研究用に使用することができる。
【００２０】
本発明は、産業上、次の２つの面で利用価値が大きい。
（１）地震探知して、社会の安全に利する。
（２）計測器を作り、販売する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】観測波形
【図２】本発明装置の基本構成、実施例１
【図３】実施例２
【図４】地震信号のスペクトルと実施例３
【図５】実施例４
【図６】実施例５
【図７】地震信号と雷信号のスペクトルおよび実施例６
【図８】人工衛星を用いた実施例７
【図９】実施例８
【図１０】実施例９
【図１１】実施例１０
【符号の説明】
【００２２】
１  地震等により発生する超高周波電波の信号
２  受信アンテナ
３  低雑音増巾器
４  信号の検出・信号処理回路
５  周波数変換器
６  ミキサ
７  局部発振器
８  帯域通過フィルタ
９  超高周波電波の周波数スペクトル
１０  所望の位置と巾を有する周波数帯域＃１
１１  所望の位置と巾を有する周波数帯域＃２
１２  所望の位置と巾を有する周波数帯域＃３
１３  アナログ・ディジタル変換器
１４  ディジタル信号処理による帯域フィルタ
１５  レベル判定器
１６  警報機
１７  メモリ
１８  遅延発生器
１９  掛け算器
２０  足し算器
２１  雑音の周波数スペクトル
２２  数10MHzより低い周波数
２３  数10MHzより高い周波数
２４  周波数２２において雑音により発生する信号レベル
２５  周波数２２において地震により発生する信号レベル
２６  周波数23において地震により発生する信号レベル
２７  周波数23において雑音により発生する信号レベル
２８  地球
２９  地震発生地（震源）
３０  地震探知衛星
３１  人工衛星の本体
３２  アンテナ２を３１に結合するための長い構造物
３３  地球上通信局
３４  地球上通信局と通信するためのアンテナ
３５  地球上通信局と人工衛星の間の通信路
３６  ３０とは別な人工衛星＃１
３７  ３０とは別な人工衛星＃２
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2006105642.tif 000010
【図２】
2006105642.tif 000011
【図３】
2006105642.tif 000012
【図４】
2006105642.tif 000013
【図５】
2006105642.tif 000014
【図６】
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【図７】
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【図８】
2006105642.tif 000017
【図９】
2006105642.tif 000018
【図１０】
2006105642.tif 000019
【図１１】
2006105642.tif 000020