(57)【要約】【課題】地中起源電磁波パルスの到来方向を探知し、発生位置を特定できるようにする。【解決手段】水平面における直交する２方向の磁界成分を検出するサーチコイル１２、１４と垂直面における電界成分を検出する同軸ダイポールセンサー１６とを備えた検出部１０を直径１０ｃｍ、深さ１００ｍの観測用ボアホールに挿入し、信号処理部２０において各センサー信号を信号処理して到来方位を演算する。信号処理部２０は、電界成分が所定レベルを超えた前後所定時間の各センサー信号を切出し、順次シフトしながらＦＦＴ演算を行い、周波数間位相差が一定範囲内のデータを抽出する。次に、抽出されたデータについて各磁界成分の振幅から到来角度を、各磁界成分と電界成分の位相関係から到来象限を求めて周波数別の到来方位を演算し、統計処理によって到来方位を決定する。また、複数の観測点に観測装置を設置して３角法により電磁波パルスの発生位置を特定する。【選択図】図６
2005274371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平面における２以上の異なる方向の磁界を検出する磁界センサーと、垂直面における電界を検出する電界センサーとを有する検出部と、
前記各磁界センサーからの各磁界信号と前記電界センサーからの電界信号とを信号処理して電磁波パルスの到来方位を演算する信号処理部とを有し、
前記検出部を大地に設けた観測用ボアホールに挿入して地中起源の電磁波パルスの到来方位を探知するようにしたことを特徴とする、地中起源電磁波パルス到来方位探知装置。
【請求項２】
前記信号処理部は、前記各磁界信号のパルス波高値を検出する磁界信号波高値検出手段と、前記磁界信号波高値検出手段によりパルス波高値を検出したときの前記電界信号の極性を判定する電界信号極性判定手段と、前記磁界信号波高値検出手段により検出された各磁界信号のパルス波高値と前記電界信号極性判定手段により判定された電界信号の極性とから電磁波パルスの到来方位を演算する到来方位演算手段とを備えたことを特徴とする、請求項１に記載の地中起源電磁波パルス到来方位探知装置。
【請求項３】
前記信号処理部は、電磁波パルスが検出された前後所定時間の前記各磁界信号と前記電界信号を切出す信号切出手段と、前記信号切出手段により切出された各磁界信号と電界信号の周波数スペクトルを求める周波数分析手段と、前記周波数分析手段により求められた周波数スペクトルについて周波数別に各磁界信号の振幅と位相および電界信号の位相から電磁波パルスの到来方位を演算する到来方位演算手段と、前記到来方位演算手段により演算された周波数別の到来方位から統計処理により電磁波パルスの到来方位を決定する統計処理手段とを備えたことを特徴とする、請求項１に記載の地中起源電磁波パルス到来方位探知装置。
【請求項４】
前記信号処理部は、電磁波パルスが検出された前後所定時間の前記各磁界信号と前記電界信号を切出す信号切出手段と、前記信号切出手段により切出された各磁界信号と電界信号について順次シフトしながら周波数スペクトルを求める周波数分析手段と、前記周波数分析手段により求められた周波数スペクトルについて周波数別に周波数間の位相差が一定範囲内にあるデータを抽出する周波数間同一位相差抽出手段と、前記周波数間同一位相差抽出手段により抽出されたデータについて周波数別に各磁界信号の振幅と位相および電界信号の位相から電磁波パルスの到来方位を演算する到来方位演算手段と、前記到来方位演算手段により演算された周波数別の到来方位から統計処理により電磁波パルスの到来方位を決定する統計処理手段とを備えたことを特徴とする、請求項１に記載の地中起源電磁波パルス到来方位探知装置。
【請求項５】
前記統計処理手段は、地中媒質における電磁波パルスの周波数別の伝播特性をモデル化した地中媒質伝播特性モデルを用いて、周波数別到来方位から電磁波パルスの到来方位を演算する機能を有することを特徴とする、請求項３または請求項４に記載の地中起源電磁波パルス到来方位探知装置。
【請求項６】
前記信号切出手段は、前記電界信号が所定のトリガーレベルを超えたときに、その前後所定時間の前記各磁界信号と前記電界信号を切出す機能を有することを特徴とする、請求項３ないし請求項５のいずれかに記載の地中起源電磁波パルス到来方位探知装置。
【請求項７】
前記検出部は、観測用ボアホールに挿入した際の前記磁界センサーの水平面の方位を検出する地磁気センサーを備え、
前記信号処理部は、前記地磁気センサーにより検出された方位によって電磁波パルスの到来方位を絶対方位に変換する機能を有することを特徴とする、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の地中起源電磁波パルス到来方位探知装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の地中起源電磁波パルス到来方位探知装置を地理的に離れた複数の観測点に設置し、前記各観測点に設置された地中起源電磁波パルス到来方位探知装置により探知された電磁波パルスの到来方位と前記各観測点の位置とから地中起源電磁波パルスの発生位置を演算する電磁波パルス発生位置演算手段を備えたことを特徴とする、地中起源電磁波パルス発生位置特定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、地中起源の電磁波パルスの到来方位を探知する地中起源電磁波パルス到来方位探知装置およびその発生位置を特定する発生位置特定システムに関し、特にたとえば、地震の前兆となる地殻変動によって発生する電磁波パルスを検出し、その到来方位を探知して発生源を特定することが可能な地中起源電磁波パルス到来方位探知装置および発生位置特定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
発明者は、かねてより地中起源の電磁波を検出することにより、地殻変動等の地中で生ずる現象を捉えることができるのではないかと考え、京都産業大学の構内に直径１０ｃｍ、深さ１００ｍのボアホールを構築するとともに、小さな直径のボアホールに挿入可能であって、微弱な地中電磁波を検出することが可能な低雑音の同軸ダイポールセンサーを開発し、これを用いて地中起源の電磁波の観測実験を行ってきた（特許文献１参照）。
図１６に、従来の地中電磁波観測システムの構成を示す。図において、１は地中の電磁波を検出する地中電界センサー、２は地上の電磁波を検出する地上電界センサー、３は地中電磁波の観測用ボアホール、４は地中電界センサー１を昇降する昇降機構と地中電界センサー１と地上電界センサー２の信号を増幅する増幅器とを備えた観測建屋、５は観測建屋からの信号をＡＤ変換し、ＦＦＴ解析する信号処理部である。
ここで、地上電界センサー１と地中電界センサー２には、同一構造を有する同軸ダイポールセンサー６が用いられる。同軸ダイポールセンサー６は、ダイポールアンテナを構成する検出素子６ａ，６ｂと、差動増幅器６ｃと、信号ケーブル６ｄとから構成されるが、小さな直径のボアホールに挿入可能とするため、信号ケーブル６ｄは検出素子６ａ内を通している。このため、検出素子６ａと信号ケーブル６ｄの間の誘導によってダイポールアンテナに不平衡を生じ、信号ケーブルが受けた雑音信号が出力信号に重畳するという問題が生じた。そこで、検出素子６ｂ内に補償用ケーブルを設けるとともに、差動増幅器６ｃの出力信号を反転して補償用ケーブルに供給する反転増幅器（図示省略）を設け、これによりダイポールアンテナの電気的不平衡を補償して低雑音の電界センサーを実現した。
また、観測用ボアホール３は、微弱な地中電磁波にできるかぎり影響を与えないように、非導電性の塩ビパイプで形成するとともに、パイプの周囲に地下水が滞留することによる電磁波の遮蔽効果を防止するため、パイプの周囲にセメントミルクを注入した。
【０００３】
図１７、図１８に、上記地中電磁波観測システムにより観測された電磁波の例を示す。図において、上段は地上５ｍに設置した地上電界センサー２によって検出された信号の周波数スペクトルの時間変化（ダイナミックスペクトル）を示したものであり、下段は観測用ボアホール３の地下９０ｍに設置した地中電界センサー１によって検出された信号の周波数スペクトルの時間変化（ダイナミックスペクトル）を示したものである。ここで、横軸は時刻、縦軸は周波数であり、強度は濃淡（色）によって表している。
図１７において０時〜６時頃に地上電界センサーに強い信号が検出され、地中電界センサーに弱い信号が検出されているが、これは雷放電ノイズを捉えたものであり、それが地中にも浸透していることがわかる。一方、図１８において１８時〜６時頃に地中電界センサーに強い信号が検出され、それに対応して地上電界センサーに約１４ｄＢ減衰した信号が検出されており、これは地中起源の電磁波であると推定される。かかる地中起源の電磁波はパルス状の信号であり、２００〜３００Ｈｚに下限カットオフを有するという特徴がある。このような下限カットオフを有する他の例として、地表と電離層の間を伝播して数ＫＨｚ付近に下限カットオフするトゥイーク放電があり、このことから地中起源の電磁波パルスについても、良導電性媒質で覆われている地表付近と地表から深くなるにつれて減少する導電率が急激に上昇に転じるとされる地下数１００Ｋｍの地層との間を導波管モードによって伝播していると推定される。
このような地中起源の電磁波を長期に亘って連続観察したところ、図１９に示すように平成１２年の６月下旬より電磁波パルスの発生頻度が高くなる現象が確認され、１０月６日に鳥取西部地震が発生した。また、地震発生後は発生頻度が低下していることから、地中起源の電磁波パルスを観測することによって地震の発生を予知する可能性があると考えられた。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３７１０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、開発された同軸ダイポールセンサーによって地中起源の電磁波パルスの存在が確認されたが、かかる同軸ダイポールセンサーは、水平面において指向性を有しないことから、検出された電磁波がどこからやってきたものかを判断することができないという問題があった。
【０００６】
それゆえに、この発明の主たる目的は、地中起源の電磁波パルスの到来方向を探知して発生源を特定できるようにすることである。
なお、地中における電磁波を検出する従来技術として、地上から地中に高周波の電磁波を照射し、その反射波を検出することによって地中埋設物を検出するものや、地中において電磁波を発射し、その伝播速度を測定することによって地質分析を行うものなどがあったが、本願発明のように地中起源の電磁波パルスを検出するものであって、検出された電磁波パルスから地中起源の電磁波の到来方位を探知するものは見られない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、水平面における２以上の異なる方向の磁界を検出する磁界センサーと垂直面における電界を検出する電界センサーとを有する検出部と、各磁界センサーからの各磁界信号と電界センサーからの電界信号とを信号処理して電磁波パルスの到来方位を演算する信号処理部とを有し、検出部を大地に設けた観測用ボアホールに挿入して地中起源の電磁波パルスの到来方位を探知するようにした地中起源電磁波パルス到来方位探知装置である。
この発明によれば、検出部に水平面の２以上の異なる方向の磁界を検出する磁界センサーと垂直面の電界を検出する電界センサーとを備え、これを大地に設けた観測用ボアホールに挿入し、信号処理部において検出部からの信号を処理して電磁波パルスの到来方向を演算する。すなわち、水平面に設けた２以上の異なる方向の磁界センサーにより電磁波パルスの磁界成分を検出し、各磁界センサーにより検出された磁界成分の強度に基いて電磁波パルスの発生源が存在する水平面内の方位を求めることができる。また、垂直面に設けた電界センサーにより電磁波パルスの電界成分を検出し、電磁波パルスの磁界成分の位相と電界成分の位相とを比較することにより水平面内の電磁波パルスの到来方位を判別するできる。
ここでいう水平面とは大地に対して平行な方向を意味するが、この発明は地中起源の電磁波パルスの到来方位を探知することを目的とするので、その目的に適合する範囲で水平であればよく、必ずしも絶対的な水平面である必要はない。また、垂直面とは鉛直方向を意味するが、水平面に設けた磁界センサーが検出した磁界に対応する電界の位相が判別可能であればよく、必ずしも絶対的な垂直面である必要はなく、磁界センサーと電界センサーは必ずしも直交している必要はない。
尚、磁界センサーは最小限として水平面において異なる２方向の磁界センサーを備えればよく、２つの磁界センサーは互いに直交する方向に設置することで最も精度良く到来方向を探知することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、信号処理部に、各磁界信号のパルス波高値を検出する磁界信号波高値検出手段と、磁界信号波高値検出手段によりパルス波高値を検出したときの電界信号の極性を判定する電界信号極性判定手段と、磁界信号波高値検出手段により検出された各磁界信号のパルス波高値と電界信号極性判定手段により判定された電界信号の極性とから電磁波パルスの到来方位を演算する到来方位演算手段とを備えた地中起源電磁波パルス到来方位探知装置である。
この発明によれば、磁界信号波高値検出手段により検出された各磁界信号のパルス波高値から電磁波パルスの発生源が存在する水平方位が求まり、電界信号極性判定手段により検出された各磁界信号のパルス波高値を検出した際の電界信号の極性から電磁波パルスの到来方位を判定できる。
この場合、到来方位演算手段は、電界信号と各磁界信号の少なくともいずれかが所定のトリガーレベルを超えたときに到来方位を演算するようにしてもよい。これにより、商用電源周波数等の不要な雑音によって到来方位が検出されることや微小な電磁波パルスによって精度の悪い到来方位が提示されることを抑制できる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、信号処理部に、電磁波パルスが検出された前後所定時間の各磁界信号と電界信号を切出す信号切出手段と、信号切出手段により切出された各磁界信号と電界信号の周波数スペクトルを求める周波数分析手段と、周波数分析手段により求められた周波数スペクトルについて周波数別に各磁界信号の振幅と位相および電界信号の位相から電磁波パルスの到来方位を演算する到来方位演算手段と、到来方位演算手段により演算された周波数別の到来方位から統計処理により電磁波パルスの到来方位を決定する統計処理手段とを備えた地中起源電磁波パルス到来方位探知装置である。
この発明によれば、信号切出手段により所定時間の電磁波パルスを切出し、切出された個別の電磁波パルスについて周波数分析して到来方位を演算するので、複数の電磁波パルスが連続的に到来したときでもまたがって周波数分析することによる誤判定を抑制することができる。
また、この発明によれば、到来方位演算手段により周波数別に到来方位を演算し、統計処理手段により周波数別の到来方位から統計処理によって到来方位を求めるので、地中媒質における電磁波パルスの伝播特性が周波数によって異なる場合でも精度良く到来方位を求めることができる。尚、統計処理手段としては、周波数別の到来方位を単純平均するものでもよいが、周波数別の信号強度により到来方位を加重平均するようにしてもよい。これにより、信号強度の小さい周波数成分に到来方向のエラーが生じても、それによる到来方位の誤差を抑制できる。また、平均からの乖離の大きいデータを除外して平均をとるようにしてもよく、同様の効果が得られる。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、信号処理部に、電磁波パルスが検出された前後所定時間の各磁界信号と電界信号を切出す信号切出手段と、信号切出手段により切出された各磁界信号と電界信号について順次シフトしながら周波数スペクトルを求める周波数分析手段と、周波数分析手段により求められた周波数スペクトルについて周波数別に周波数間の位相差が一定範囲内にあるデータを抽出する周波数間同一位相差抽出手段と、周波数間同一位相差抽出手段により抽出されたデータについて周波数別に各磁界信号の振幅と位相および電界信号の位相から電磁波パルスの到来方位を演算する到来方位演算手段と、到来方位演算手段により演算された周波数別の到来方位から統計処理により電磁波パルスの到来方位を決定する統計処理手段とを備えた地中起源電磁波パルス到来方位探知装置である。
この発明によれば、信号切出手段により所定時間の電磁波パルスを切出し、切出された個別の電磁波パルスについて周波数分析して到来方位を演算するので、複数の電磁波パルスが連続的に到来したときでもまたがって周波数分析することによる誤判定を抑制することができる。
また、この発明によれば、周波数間同一位相差抽出手段により周波数間の位相差が一定範囲内にあるデータを抽出し、抽出されたデータについて到来方位演算手段により周波数別に到来方位を演算し、統計処理手段により周波数別の到来方位から統計処理によって到来方位を求めるので、地中媒質における電磁波パルスの伝播特性が周波数によって遅延時間が異なる分散性を有する場合でも精度良く到来方位を求めることができる。尚、統計処理手段としては、周波数別の到来方位を単純平均するものでもよいが、周波数別の信号強度により到来方位を加重平均するようにしてもよい。これにより、信号強度の小さい周波数成分に到来方向のエラーが生じても、それによる到来方位の誤差を抑制できる。また、平均からの乖離の大きいデータを除外して平均をとるようにしてもよく、同様の効果が得られる。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、統計処理手段に、地中媒質における電磁波パルスの周波数別の伝播特性をモデル化した地中媒質伝播特性モデルを用いて、周波数別到来方位から電磁波パルスの到来方位を演算する機能を有する地中起源電磁波パルス到来方位探知装置である。
この発明によれば、統計処理手段において地中媒質における電磁波パルスの周波数別の伝播特性をモデル化した地中媒質伝播特性モデルに基いて電磁波パルスの到来方位を演算するので、地中媒質の伝播特性が周波数によって異なる場合に、より精度良く電磁波パルスの到来方位を探知できる。
尚、地中媒質伝播特性モデルは、地中媒質の材質や構造から伝播特性を推定することでモデル化してもよく、あらかじめ地中内の伝播特性を測定したものを用いてもよい。
地中内の伝播特性を測定するには、例えば周波数掃引した信号を地中内で送信し、受信側で受信した信号を送信側と時間的に同期した周波数掃引信号と混合してそのビート信号を取出し、地中媒質の伝達特性を求めるようにすればよい。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、信号切出手段に、電界信号が所定のトリガーレベルを超えたときに、その前後所定時間の各磁界信号と電界信号を切出す機能を有する地中起源電磁波パルス到来方位探知装置である。
この発明によれば、水平面内で指向性を有しない電界信号を用いてトリガーをかけるので、安定に電磁波パルスを切出すことができる。
尚、各磁界信号から磁界成分の振幅を求めてトリガーをかけるようにしてもよい。
また、電界信号と磁界成分の振幅の両方を用いてトリガーをかけるようにしてもよい。これにより、電界成分または磁界成分の一方だけが検出された場合に到来方位を誤って探知することを抑制できる。
【００１３】
また、地上における電磁波を検出する地上電磁波検出部を備え、前記信号処理部は、前記地上電磁波検出部で検出された電磁波パルスが前記検出部で検出された電磁波パルスよりも強い場合に電磁波パルスの到来方位の探知を行わない機能を備えるようにしてもよい。これにより、例えば雷放電のような地上起源の電磁波パルスが地中に侵入した電磁波パルスによる誤検出を抑制できる。尚、地上電磁波検出部には地中電磁波の電界成分を検出する電界センサーと同等の電界センサーを備え、地上電磁波検出部の電界センサーにより検出された信号が地中電磁波を検出する電界センサーにより検出された信号より強い場合に到来方位の探知を行わないようにしてもよく、地中電磁波の磁界成分を検出する各磁界センサーと同等の磁界センサーを備え、地上電磁波検出部の各磁界センサーにより検出された信号が地中電磁波を検出する各磁界センサーにより検出された信号より強い場合に到来方位の探知を行わないようにしてもよく、電界センサーと磁界センサーの両方を備え、そのいずれかにより検出された信号が地中電磁波の検出部において検出された信号より強い場合に到来方位の探知を行わないようにしてもよい。
【００１４】
また、請求項３または請求項４に記載の発明において、周波数分析手段により求められた周波数スペクトルが所定の周波数範囲に下限カットオフを有しない場合に到来方位の演算を行わないようにしてもよい。また、請求項４に記載の発明において、周波数間同一位相差抽出手段により抽出されたデータが群遅延特性を有しない場合に到来方位の演算を行わないようにしてもよい。地中起源の電磁波パルスは前述のように導波管モードにより伝播すると推定され、その場合には所定の周波数範囲に下限カットオフ特性を有することから、所定の周波数範囲に下限カットオフが見られる場合または群遅延特性を有する場合にのみ到来方位を演算することで誤検出を抑制することが可能となり、より安定に地中起源の電磁波パルスの到来方位を探知することができる。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、検出部に、観測用ボアホールに挿入した際の磁界センサーの水平面の方位を検出する地磁気センサーを備え、信号処理部に、地磁気センサーにより検出された方位によって電磁波パルスの到来方位を絶対方位に変換する機能を有する地中起源電磁波パルス到来方位探知装置である。
探知された到来方位から電磁波パルスの発生源を特定するためには到来方位を絶対方位として検出する必要がある。しかしながら、地中起源の電磁波パルスを検出するには検出部を狭隘な観測用ボアホールの相当深い地点に挿入する必要があり、挿入位置で検出部を特定の水平方位に設定するような機構を設けることは極めて困難である。
この発明によれば、検出部に備えられた地磁気センサーにより観測用ボアホールに挿入した磁界センサーの水平方位を検出し、これにより到来方位を絶対方位に変換するので、観測用ボアホールに挿入した検出部を特定の水平方位に設定する機構を設けることなく地中起源電磁波パルスの絶対的な到来方位を探知することができる。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の地中起源電磁波パルス到来方位探知装置を地理的に離れた複数の観測点に設置し、各観測点に設置された地中起源電磁波パルス到来方位探知装置により探知された電磁波パルスの到来方位と各観測点の位置とから地中起源電磁波パルスの発生位置を演算する電磁波パルス発生位置演算手段を備えた地中起源電磁波パルス発生位置特定システムである。
この発明によれば、地理的に離れた複数の観測点に本願発明の地中起源電磁波パルス到来方位探知装置を設置し、電磁波パルス発生位置演算手段により各地中起源電磁波パルス到来方位探知装置により探知された電磁波パルスの到来方位と各観測点の位置とを用いて地中起源電磁波パルスの発生位置を特定することができる。
【００１７】
また、水平面における２以上の異なる方向の磁界を検出する磁界センサーと、垂直面における電界を検出する電界センサーとを有する検出部と、前記各磁界センサーからの各磁界信号と前記電界センサーからの電界信号の各時系列データを順次シフトしながら周波数スペクトルを求める周波数分析手段と、前記周波数分析手段により求められた周波数スペクトルについて周波数別に周波数間の位相差が一定範囲内にあるデータを抽出する周波数間同一位相差抽出手段と、前記周波数間同一位相差抽出手段により抽出されたデータについて周波数別に各磁界信号の振幅と位相および電界信号の位相から電磁波パルスの到来方位を演算する到来方位演算手段とを有する信号処理部とを備えた電磁波パルス到来方位探知装置を地理的に異なる複数の観測点に設置し、前記各地中起源電磁波パルス到来方位探知装置により探知された周波数別の到来方位から発生位置推定アルゴリズムを用いて複数の波源の周波数別の発生位置を求め、統計処理によって各波源の発生位置を特定するようにしてもよい。これにより、地中起源電磁波パルスが単一の波源でなく複数の波源から同時に発生したものであっても電磁波パルスの発生位置を特定できる。尚、発生位置推定アルゴリズムとしては、例えば相関行列の固有値解析により発生位置を推定するＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）法等を用いることができる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、地中起源の電磁波パルスを検出し、その到来方位を探知して発生源を特定できるという効果がある。
【００１９】
この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための最良の形態の説明から一層明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１にこの発明の一実施形態にかかる地中起源電磁波パルス到来方位探知装置の検出部の概略構成図を示す。図において、１０は観測用ボアホールに挿入する検出部であり、１２は電磁波パルスの水平Ｘ方向の磁界成分を検出するＸ軸サーチコイル、１４は電磁波パルスの水平Ｙ方向の磁界成分を検出するＹ軸サーチコイル、１６は電磁波パルスの垂直Ｚ方向の電界成分を検出する同軸ダイポールセンサーである。
また、１３，１５はそれぞれＸ軸サーチコイル１２とＹ軸サーチコイル１４に誘起された磁界成分を増幅する電流駆動型のプリアンプである。
同軸ダイポールセンサー１６は、検出素子１６ａ，１６ｂと、差動増幅器１６ｃと、信号ケーブル１６ｄとから構成されるが、前述のように、信号ケーブル１６ｄを一方の検出素子１６ａ内に通したことによる電気的不平衡を補償するため、他方の検出素子１６ｂ内に補償用ケーブル１６ｅを設け、差動増幅器１６ｃの出力を反転増幅器（図示省略）で反転して補償用ケーブルに給電することで電気的に不平衡を補償し、低雑音の電界センサーとしている。
この検出部１０は、観測用ボアホール３に挿入され，プリアンプ１３，１５と差動増幅器１６ｃにより検出された電磁波信号は信号ケーブル１６ｄを介して地上に引出される。
【００２１】
図２にこの発明の一実施形態にかかる地中起源電磁波パルス到来方向位探知装置の原理図を示す。この図は、平面電磁波が左側から到来した場合を例示したものである。磁界ベクトルＨは水平面において到来方向と直交する方向の振動ベクトルを有し、電界ベクトルＥは磁界ベクトルＨと直交する垂直方向の振動ベクトルを有する。また、平面電磁波は電界ベクトルＥから磁界ベクトルＨの方向に回転するとき、右ねじの進む方向（Ｅ×Ｈ）に伝播する。従って、Ｘ軸サーチコイル１２により検出される磁界成分Ｈｘと、Ｙ軸サーチコイル１４により検出される磁界成分Ｈｙと、同軸ダイポールセンサー１６により検出される電界成分Ｅは、それぞれ図のような位相関係を有し、これらの位相関係から平面電磁波がいずれの象限から到来したかを判定できる。すなわち、ＨｘとＨｙが逆相でＥがＨｙと同相であれば第１象限から、ＨｘとＨｙが同相でＥがそれらに対して逆相のときは第２象限から、ＨｘとＨｙが逆相でＥがＨｘと同相のときは第３象限から、ＨｘとＨｙとＥの全てが同相のときは第４象限からそれぞれ到来した電磁波である。また、到来した平面電磁波の磁界ベクトルＨとＸ軸のなす角度をθとすると、サーチコイル１２，１４により検出される磁界成分Ｈｘ，Ｈｙは、Ｈｘ＝ＨCOSθ、Ｈｙ＝ＨSINθであるから、θは
θ＝ARCTAN（Ｈｙ／Ｈｘ）
によって求まる。
このように、各磁界成分Ｈｘ，Ｈｙの振幅と位相および電界成分Ｅの位相とによって平面電磁波の到来方位を探知することができる。
【００２２】
以上述べた電磁波の到来方位の探知原理は連続正弦波を対象としたものであるが、前述のように実際の地中起源の電磁波はパルス状の信号であって広帯域の周波数成分を含んでいる。そこで、以下に述べる実施形態では、各磁界成分と電界成分をフーリエ変換して周波数スペクトルを求め、各周波数成分別に到来方位を演算し、統計処理によって到来方位を決定するようにした。尚、通常のフーリエ変換では時間分解能がなく、地中起源の電磁波パルスの時間変動を解析できないことから、所定の時間幅の解析窓を順次シフトしながらフーリエ変換する短時間フーリエ変換（Short-Time Fourier Transform;STFT）を用いて周波数分析（ダイナミックスペクトル解析）を行うこととした。
図３に地上に設置した検出部１０のサーチコイル１４により検出された電磁波パルスの磁界成分Ｈｙのダイナミックスペクトル解析例を示す。図において、上段は磁界成分Ｈｙの電圧波形であり、下段はそのダイナミックスペクトルである。ここで、ダイナミックスペクトル解析条件は、サンプリング周波数が１６，３８４Ｈｚ、解析データ件数が５１２件、シフト件数が３件である。図のように、ダイナミックスペクトルは解析窓が電磁波パルスにかかっている間は帯状のスペクトルが観察されているが、１．６ＫＨｚ付近と３．２ＫＨｚ付近に群遅延が見られることから電磁波パルスは導波管モードで伝播していると推定される。このように分散性を有する電磁波パルスから到来方位を求めるには、周波数毎の伝播遅延を考慮し、対応する周波数成分を抽出して解析することが望ましい。そのため、ここでは以下に述べるように周波数スペクトルから周波数間位相差が一定範囲内にあるデータを抽出する周波数間同一位相差抽出方式を用いてデータを抽出し、周波数別に到来方位を演算するようにした。
【００２３】
ここで、上記周波数間同一位相差抽出方式についてその原理を説明する。
今、時刻ｔ0において、波高値Ａ、パルス幅Δdの矩形パルスが入力したとすると、その周波数スペクトルは解析的には
F（ω）＝ＡΔd｛sin (ωΔd/２)/（ωΔd/２）｝exp[-jω(t0＋Δd)]
で表されるが、このアナログ連続信号をサンプリング周期Ts でＡＤ変換し、データ数Ｎのデータセットを周波数解析した時、最低周波数（周波数分解能）Δｆは１/NTsであり、n番目（n = 0, 1, 2, ・・・・, N/2）の周波数fn (= n /NTs )の位相項φ(fn) は、ωn = 2πfnであるので、
φ(fn) = 2πfn (τ＋Δd)
で表される。ここでτはデータセットの先頭からパルスが現れるまでの時間である。
そこで周波数fn とfn+1 との位相差をΔφとすると、
Δφ＝φ(fn+1)−φ(fn) = 2πΔf (τ＋Δd )
で表される。今、パルス幅Δdが極めて小さい（Δd≒0）とし、Ｎ個からなるデータセット内でパルスが現れる位置がデータセットの中央（N/2番目）であるとすると、τ= NTs/2となり、その時の位相差は
Δφ= 2π（1/NTs）・NTs/2 = π
となり、周波数とは無関係に一定（同一）値になる。
この関係により、パルスがデータセットの最後尾にある時は τ= NTsであるので、Δφ＝2πとなり、パルスが先頭にある時はτ= ０であるからΔφ= ０となる。このようにデータセット内でパルスの位置が決まれば、解析後の隣接する全周波数間の位相差が決まる。
このように、この解析方法では周波数間位相差を０から2πまで任意に選択して解析できるので、この解析方法を「周波数間同一位相差抽出方式」と呼ぶ。
ここでは、パルスが解析データの中央にあるように設定しており、周波数間位相差Δφがπとなり、それを満足する周波数成分のみを有効な解析結果として抽出するようにしている（これを「周波数間位相差π抽出方式」と呼ぶ）。
パルス波が分散性媒質中を通過してきた場合は、それが含むある周波数成分に遅延が生じる場合がある。そのような場合にこの解析方法を適用すると、データセットを幾らか後へシフトしてから解析すると、周波数間位相差πを満足する周波数成分が現れてくる。このようにデータセットをシフトしながら位相差πを満足する周波数成分のみを抽出し、それらをダイナミックスペクトル上にプロットしていけば、時間と共に遅延している周波数成分の変化状況を認識する事ができる。
尚、データセットの最後尾から最初までＮ個の位置があり、その間を位相差2πから０まで変化しているので、位相差分解能Δφsの最大は2π/Nであり、１回でシフトするデータ個数をＭとするとその時の位相差分解能はΔφs＝2πM / Nとなる。
ゆえに周波数間位相差をπと決めた時、条件を満足させる位相差Δφの範囲は
π−Δφs/２＜Δφ＜π＋Δφs/２
であり、隣接周波数間の位相差が上記範囲内にあれば条件を満足したものとして抽出し、ダイナミックスペクトルにプロットさせている。
【００２４】
図４に前述の地上に設置した検出部１０のサーチコイル１４により検出された磁界成分Ｈｙのダイナミックスペクトルについて周波数間位相差π抽出方式により抽出されたデータをプロットした解析例を示す。図のように、１．６ＫＨｚ付近に群遅延を有し、電磁波パルスが分散性を有していることを明瞭に捉えられている。
図５に周波数間位相差π抽出方式により抽出されたデータについて周波数別の到来方位を演算した検出例を示す。図のように、周波数別の到来方位が一定の角度範囲にあり、その中心方向が電磁波パルスの到来方位であると推定される。
【００２５】
図６にこの発明の一実施形態にかかる電磁波パルス到来方位探知装置のシステム構成図を示す。図において、１０は観測用ボアホール３に挿入される検出部であり、水平面における直交する２方向の磁界成分を検出するＸ軸サーチコイル１２とＹ軸サーチコイル１４と、垂直面における電界成分を検出する同軸ダイポールセンサー１６とを備える。
Ｘ軸サーチコイル１２とＹ軸サーチコイル１４は、いずれも５ｍｍ角の断面を有する長さ８０ｍｍのパーマロイ合金をコアとし、線径０．２ｍｍの導線を１００００回巻いたものを使用した。Ｘ軸サーチコイル１２とＹ軸サーチコイル１４により検出された電磁波パルスの磁界成分は、それぞれプリアンプ１３，１５で増幅されて取出される。尚、ここでは便宜上、検出部１０が観測用ボアホール３に挿入された際のＸ軸サーチコイル１２による磁界成分の検知方向が東西方向に、Ｙ軸サーチコイル１４による磁界成分の検知方向が南北方向に設定されるものとする。
また、同軸ダイポールセンサー１６は、長さが５ｍの検出素子１６ａ，１６ｂと、検出素子１６ａおよび１６ｂからの信号の差分をとる差動増幅器１６ｃとから構成され、前述のように信号ケーブル１６ｄを検出素子１６ａ内に通したことによる電気的不平衡を補償するため、検出素子１６ｂ内に補償用ケーブルを設けるとともに、差動増幅器１６ｃの出力を反転して補償用ケーブルに印加する反転増幅器とを備える（図示省略）。
２０は検出部１０からの各磁界信号と電界信号を信号処理する信号処理部であり、検出部１０からの各センサー信号をサンプリングする際の折り返し歪（エリアジング）を防止するためのＬＰＦ（低域濾波器）２２と、ＬＰＦ２２を通過した信号に対して設定された条件で電磁波パルスを切出してサンプリングするＡＤ変換器２４と、ＡＤ変換器２４によりサンプリングされた信号を取り込んで周波数別の到来方位を演算し、統計処理により到来方位を決定するコンピュータ２６と、コンピュータによる探知結果を表示する表示器２８とを備える。
尚、ここで使用したＡＤ変換器２４は最大サンプリング周波数が１６ＫＨｚであることから、ＬＰＦ２２は標本化定理を満たすようにカットオフ周波数が５．５ＫＨｚのものを用いた。
【００２６】
図７にこの発明の一実施形態のかかる電磁波パルス到来方位探知装置の信号処理部２０における処理フロー図を示す。図のように、最初にＡＤ変換器２４によるサンプリング条件とトリガー条件を設定する（Ｓ１０）。サンプリング条件は、ここではサンプリング周波数を１６ＫＨｚ、サンプリング件数を１６Ｋワードに設定した。トリガー条件は、ここではトリガー信号として電界信号を用い、トリガーレベルは商用電源周波数等の雑音レベルを考慮して±１Ｖに設定した。トリガー信号として電界信号を用いたのは、磁界信号は電磁波の到来方位によっていずれかの磁界信号が極端に小さくなるのに対して電界信号は指向性を有しないため、電磁波がいずれの方向から到来しても安定に検出できるからである。しかしながら、電界信号が検出されても磁界信号が検出されない場合があり、それによる誤検出を防止するために後述のように磁界成分の振幅の絶対値を求め、それが一定レベルに達していない場合は解析しないようにするソフトウェアトリガーを併用した。尚、検出された電磁波パルスの波形を確実に捉えるためプリトリガーディレイを用いている。
次に、電圧波形切出条件、ダイナミックスペクトル解析条件、到来方位演算条件、センサー較正データ等を設定する（Ｓ１２）。電圧波形切出条件としては、信号波形の切出時間と解析窓を設定する。長期に亘る観測データを分析した結果、ほとんどの電磁波パルスの時間幅が５〜１５ｍＳｅｃであることから、ここでは切出時間は２０ｍＳｅｃとした。また、電圧波形を切出したことによる不連続性によるエラーを回避するために解析窓としてハニングウィンドウを採用した。また、到来方位演算条件としては、到来方位を決定する際の統計処理のモード、絶対方位に変換するための較正角度等を設定する。統計処理のモードは、周波数別の到来方位の単純平均をとる「一定」と、各周波数成分の振幅値による加重平均をとる際の重み付けを行うものとして「線形」「対数」「指数」から選択するようにした。較正角度については、図６においては、検出部１０を観測用ボアホール３に挿入したときのＸ軸サーチコイルの検出軸が東西方向、Ｙ軸サーチコイルの検出軸が南北方向に設定されるものとしたため、説明を省略したが、検出部１０にはＹ軸サーチコイル１４の水平方位を南北方位として検出する地磁気センサーを備えており、検出部１０を観測用ボアホール３の観測位置に挿入したときの方位を検出し、これを較正角度として取り込む。センサー較正データは、各センサーの周波数特性を補償するものであり、あらかじめ各センサーについて伝達関数を測定してあるので、それを基にセンサー較正用データとして設定するようにした。
以上の設定を行った後、ＡＤ変換器２４によるサンプリングを開始する（Ｓ１４）。サンプリングが開始されると、サンプリング停止条件が成立するまでサンプリングを繰り返す（Ｓ１６）。ここで、電界信号にトリガーイベントが検出されると（Ｓ１８）、取り込み処理に移行する。
【００２７】
取り込み処理においては、ＡＤ変換器２４からデータを取得し（Ｓ２０）、そのディジット値を±５Ｖの範囲内の電圧値に変換する（Ｓ２２）。ここで、前述のように磁界信号Ｈｘ，Ｈｙから磁界成分の絶対値Ｈ（Ｈ＝ＳＱＲＴ（Ｈｘ＊Ｈｘ＋Ｈｙ＊Ｈｙ））を求め、これがトリガーレベルを超えた場合にのみ解析を行うソフトウェアトリガー処理を行う（Ｓ２４）。尚、検出された電磁波パルスによっては電界信号がトリガーレベルを超えた時刻において磁界成分の絶対値がトリガーレベルを超えていない場合があるので、電界信号がトリガーレベルを超えた時刻の前後一定時間内に磁界信号の絶対値がソフトウェアトリガーレベルを超えた場合に次の解析処理に移行するようにした。
【００２８】
解析処理においては、取得された電圧波形を切り出す電圧波形切出処理（Ｓ３０）を行い、切出された信号のダイナミックスペクトルを求めるダイナミックスペクトル演算処理（Ｓ３２）を行い、求められたダイナミックスペクトルのデータから到来方位を演算する到来方位演算処理（Ｓ３４）を行う。
電圧波形切出処理（Ｓ３０）では、取得された電圧波形からトリガーディレイ時刻を中心とする前後１０ｍＳｅｃのデータ以外を０とする０パディング処理を行い、窓関数を掛ける。
ダイナミックスペクトル演算処理（Ｓ３２）では、切出された各電圧波形について高速フーリエ変換（ＦＦＴ）演算によって周波数スペクトルを求め、得られた各センサーの周波数スペクトルをセンサー較正用の伝達関数で割り算することで、センサー入力端における電圧値および位相値に較正された周波数スペクトルを求める。この較正された周波数スペクトルについて前述の周波数間同一位相差抽出処理によって周波数間の位相差が一定範囲内にある周波数のデータを抽出する。そして、全周波数範囲について周波数間同一位相差抽出処理を終了したら、データセット内のデータを所定のデータシフト件数だけシフトし、ＦＦＴ演算に戻って繰り返す。切出された信号データの全区間でのシフトが完了したら、次の到来方位演算処理に移行する。
また、到来方位演算処理（Ｓ３４）では、周波数間同一位相差抽出方式により抽出されたデータについて、周波数別に磁界成分Ｈｘと磁界成分Ｈｙの振幅と位相および電界成分Ｅの位相を求め、前述のようにＨｘとＨｙの振幅から磁界ベクトルの水平方向θを算出し、磁界成分Ｈｘと磁界成分Ｈｙと電界成分Ｅの位相とから到来象限を判定して到来方位を演算する。これを全周波数について行い、得られた周波数別到来方位について統計処理により到来方位を決定する。
統計処理の一例としては、ここでは周波数別到来方位ＤＯＡ（ｉ）と周波数別重み係数Ｗｐ（ｉ）とから、次式により平均到来方位ＤＯＡaveを決定する。
ＤＯＡave＝Σ（ＤＯＡ（ｉ）＊Ｗｐ（ｉ））／ΣＷｐ（ｉ）
ここで重み係数Wp (i)は、各周波数成分の振幅値を点数化したもので、その点数化の方法として、「一定」：振幅値の大小を考慮しない場合、「線形」：振幅値に比例した値、「対数」：振幅値の対数を取った値、「指数」：振幅値の指数を取った値があり、信号の性質により上記いずれかを選んで用いられる。
【００２９】
解析処理が終わると、解析結果の表示処理（Ｓ４０）を行い、経時変化の分析のために解析結果の保存処理（Ｓ４２）を行った後、サンプリング（Ｓ１４）に戻る。
解析結果の表示処理（Ｓ４０）は、各磁界成分Ｈｘ，Ｈｙと電界成分Ｅについての電圧波形と周波数間同一位相差抽出方式のよるダイナミックスペクトルを表示する「解析画面」と、各電磁波パルスについての到来方位図または到来方位の時間変化、到来方位の日変化等を表示する「到来方位画面」を選択的に表示する。
【００３０】
以上のように構成された電磁波パルス到来方位探知装置によって探知される電磁波パルスの到来方位精度を評価するため、検出部１０を京都産業大学の屋上に設置して観測実験を行った。
図８に２００３年１０月８日に検出された電磁波パルスについて到来方位を演算した結果を示す。図において、左側の図は電磁波パルスを捉えたときの電圧波形であり、上から順に電界成分Ｅ、Ｘ軸磁界成分Ｈｘ、Ｙ軸磁界成分Ｈｙを示す。また、右側の図は演算された到来方位線群を地図上に描画したものである。図のように、南東方向からの電磁波パルスが検出されていることを描いているが、中部電力から提供されている雷雲位置を同地図上にプロットすると雷雲の位置（矩形ピクセルの集合）と検出された到来方位検出結果とが一致していることがわかり、この雷雲による雷放電からの電磁波パルスであると推定される。検出された平均到来方位は１３４．７°、雷情報では雷雲の中心は１３１．６°であり、方位誤差は３．１°である。
また、図９に２００３年１１月１１日から２００３年１１月１２日にかけて検出された電磁波パルスの到来方位（縦軸上からN(北),E(東),S(南),W(西),N(北)）の時間変化を示す。図のように、１２時頃から１３時３０分頃にかけて東南東と南南東に電磁波パルスが検出され、(1)(2)(3)(4)と東方向に移動していることが観測された。図１０に(1)(2)(3)(4)の各時刻における電磁波パルスの到来方位と同時刻における雷雲位置を地図上にプロットしたものを示す。図のように、１２時頃に東南東と南南東に雷雲群が観測され、それが時間とともに東方向に移動しており、検出された到来方位が雷雲群の位置と合致していることが確認された。更に、雷雲群は１３時頃から縮小して１４時頃には消失しているが、それに伴い電磁波パルス到来方位も描画されなくなっていることから、極めてよい精度で電磁波パルスが検出されていることが確認された。
【００３１】
地上での観測により電磁波パルスの到来方位の探知性能が検証されたので、次に検出部１０を観測用ボアホール３に挿入し、地下９５ｍでの電磁波パルスの観測実験を行った。
図１１に２００４年１月２日に観測された地中起源の電磁波パルスの周波数間位相差π抽出方式によるダイナミックスペクトルを示す。図のように、２００Ｈｚ付近にカットオフが見られ、２００〜３００Ｈｚにおいて群遅延が観測されており、地中において導波管モードによって伝播された電磁波パルスが検出されたものと推定される。
図１２に２００４年１月６日の１４時４９分５４秒での観測結果を示す。図のように、電界成分Ｅ、磁界成分Ｈｘ，Ｈｙのいずれも強いパルスが検出され、検出された到来方位は南東１３２．６°であった。このとき観測点において震度２の地震があり、日本気象庁の発表では、地震の発現時刻２００４年１月６日１４時５０分、震源地は北緯３４．２°、東経１３６．７°の熊野灘、震源の深さは４０Ｋｍ、地震の規模はマグニチュード５．２であった。この震源地を観測点からの方位に換算すると１３８°であり、本観測による方位誤差は約６°である。
また、図１３に２００４年１月４日から２００４年１月９日までの６日間の平均到来方位をプロットしたものを示す。図のように、１月４日頃から南東方向に地中起源の電磁波パルスが現れ始め、時間の経過とともに頻度が高くなり、地震の直後に検出されなくなり、その数時間後に再び増加を始めている。そして翌日にかけてピークを迎え、翌々日の１月８日に一旦ほとんど検出されなくなるという現象が見られている。このような現象は地殻変動により生じたのではないかと考えられ、このような地中起源の電磁波パルスの到来方位を探知することで地震の予知が行える可能性が示された。
【００３２】
上記実施形態では、磁界センサーは水平面において直交する２方向の磁界成分を検出するようにしたが、本願発明はこれに限定されるものではなく、異なる方向の磁界成分を検出するものであれば、そのベクトル合成によって到来方位を演算できる。
また、水平面において異なる３方向以上の磁界成分を検出する磁界センサーを設けてもよく、例えば６０°間隔で３方向の磁界センサを備えてそのベクトル合成によって到来方位を求めてもよい。直交する２方向の磁界センサーを用いて到来方位を演算した場合には、いずれかの磁界センサーの検出方向に沿って電磁波パルスが到来してきた場合に、その方向の磁界センサーでは信号が検出されないため、その成分のＳＮ比が極めて悪くなり、到来方位決定に大きな誤差を生じる。これに対して、６０°間隔で３方向に磁界センサーを設けて到来方向を演算すると、いずれかの磁界センサーの検出方向に沿って電磁波パルスが到来した場合でも、残りの２方向の信号を用いて到来方位を演算処理するため、到来方位決定誤差は極めて小さくなる。
【００３３】
また、上記実施形態では、地中媒質における電磁波の伝播特性が周波数依存性を有するものとして、到来方位を周波数別に求めて統計処理により到来方位を決定するようにしたが、地中媒質における電磁波の伝播特性の周波数依存性が小さい場合や高い方位精度を必要としない場合には、電磁波パルスの磁界成分Ｈｘ，Ｈｙの電圧波形から対応するパルスの波高値を検出し、２つの波高値から磁界ベクトルの水平方向を求め、パルス波高値を検出したときの磁界成分Ｈｘ，Ｈｙと電界成分Ｅの位相とから到来象限を判定して、到来方位を決定するようにしてもよい。図１４にこのようなこの発明の他の実施形態にかかる地中起源電磁波パルス到来方位探知装置の到来方位演算原理を示す。図において、（ａ）はＸ軸サーチコイル１２により検出された磁界成分Ｈｘの振動波形であり、（ｂ）はＹ軸サーチコイル１４により検出された磁界成分Ｈｙの振動波形である。図のように、各磁界成分のパルス波高値を検出してベクトル合成することで磁界ベクトルの水平方向を求めることができ、磁界成分のパルス波高値を検出したときの同軸ダイポールセンサー１６による電界成分Ｅの振動波形の極性を検出することで到来象限を判定でき、これらにより電磁波パルスの到来方位を決定できる。
【００３４】
また、上記実施形態では、地中媒質における電磁波の伝播特性が分散性を有するものとして、高精度で到来方位を探知できるように、各センサー信号の周波数スペクトルについて周波数間の位相差が一定範囲内にあるデータを抽出して到来方位を演算する周波数間同一位相差抽出方式を採用したが、地中媒質における電磁波の伝播特性の分散性が小さい場合や高い方位精度を必要としない場合には、電磁波パルスを検出した際に、データをシフトすることなく、そのパルスを含む所定時間内のデータセットから各センサーの周波数スペクトルを求め、得られた周波数スペクトルから周波数別に各磁界成分の振幅により磁界ベクトルの水平方向を、各磁界成分と電界成分の位相関係から到来象限を求めて周波数別の到来方位を演算し、統計処理により到来方位を決定するようにしてもよい。
【００３５】
尚、上記実施形態では、電磁波パルスが一定のレベルを超えるものについてすべて到来方位を演算するものとして説明したが、前述のように地中を伝播する電磁波は導波管モードにより伝播していると推定されるので、周波数スペクトルが所定の下限カットオフ特性を有することや、周波数間同一位相差抽出方式により抽出されたデータが所定の群遅延を有している場合にのみ地中起源の電磁波パルスとして到来方位を演算するようにしてもよい。これにより、地中起源の電磁波パルス以外による誤検出を抑制して地中起源の電磁波パルスをより信頼性よく検出できる。
【００３６】
また、上記実施形態では、検出部を観測用ボアホールに挿入して地中の電磁波パルスのみを検出して到来方位を演算するものとして説明したが、同時に地上の電磁波パルスを検出する検出部を設け、地中の電磁波パルスが検出された際に、同時に地上の電磁波パルスを取得し、地中で検出される電磁波パルスのほうが地上で検出される電磁波パルスよりも大きい場合にのみ到来方位を演算するようにしてもよい。これにより、地上起源の電磁波パルスが地中に浸透して伝播されることによる誤検出を抑制でき、地中起源の電磁波パルスの到来方位をより信頼性よく検出できる。
【００３７】
次に、上記地中起源電磁波パルス到来方位探知装置を用いて地中起源電磁波パルスの発生位置を特定する地中起源電磁波パルス発生位置特定システムについて説明する。
図１５にこの発明の一実施形態にかかる地中起源電磁波パルス発生位置特定システムのシステム構成図を示す。これは、上記地中起源電磁波パルス到来方位探知装置を地理的に離れた２つの観測点に設置し、両地中起源電磁波パルス到来方位探知装置により検出された到来方位から３角法により電磁波パルスの発生位置を特定するものである。図において、１１０は第１観測点に設けられた観測用ボアホールに挿入する第１検出部、１２０は第１検出部１１０からの信号を処理して電磁波パルスの第１到来方位を演算する第１信号処理部、２１０は第２観測点に設けられた観測用ボアホールに挿入する第２検出部、２２０は第２検出部２１０からの信号を処理して電磁波パルスの第２到来方位を演算する第２信号処理部、３００は第１観測点の第１信号処理部１２０および第２観測点の第２信号処理部２２０とＬＡＮで接続され、第１信号処理部１２０により検出された第１到来方位と第２信号処理部２２０により検出された第２到来方位から電磁波パルスの発生位置を演算する電磁波パルス発生位置演算部である。第１検出部１１０と第２検出部２１０および第１信号処理部１２０と第２信号処理部２２０は、それぞれ前述の地中起源電磁波パルス到来方位演算装置の検出部１０および信号処理部２０と同一構成のものを用いることができる。電磁波パルス発生位置演算部３００は、第１観測点で観測された電磁波パルスと第２観測点で観測された電磁波パルスが対応するものであるときに、第１信号処理部１１０で検出された第１到来方位と第１観測点の位置および第２信号処理部２２０で検出された第２到来方位と第２観測点の位置とから電磁波パルスの発生位置を３角法により演算し、それを地図上にプロットする。
【００３８】
上記実施形態では、２つの観測点での電磁波パルスの到来方位から発生位置を特定するものとして説明したが、３箇所以上の観測点を設け、各観測点で検出した電磁波パルスの到来方位と各観測点の位置から総合的に電磁波パルスの発生位置を特定するようにしてもよい。これにより、電磁波パルスの発生位置をより精度良く特定できるようになる他、複数箇所で連続的に電磁波パルスが発生したときに、各観測点で検出された到来方位をつき合わせ処理することにより、異なる発生源の電磁波パルスから誤って発生位置を演算することを抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上述べたように、この発明によれば、水平面に設けた複数の磁界センサーと垂直面に設けた電界センサーとを備えた検出部を観測用ボアホールに挿入し、各磁界センサーにより検出された電磁波パルスの各磁界成分の強度および各磁界センサーと電界センサーの位相から電磁波パルスの到来方位を演算するので、地中起源の電磁波パルスの到来方向を探知でき、その発生源を特定することができる。これにより、例えば地殻変動によって発生する電磁波パルスの発生源を特定することが可能となり、今後の地震の予知等に貢献できるものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明の一実施形態にかかる地中起源電磁波パルス到来方位探知装置の検出部の概略構成図である。
【図２】この発明の一実施形態にかかる地中起源電磁波パルス到来方位探知装置の原理図である。
【図３】この発明の一実施形態にかかる地中起源電磁波パルス到来方位探知装置によるダイナミックスペクトル解析例を示す図である。
【図４】この発明の一実施形態にかかる地中起源電磁波パルス到来方位探知装置による周波数間位相差π抽出方式によるダイナミックスペクトル解析例を示す図である。
【図５】この発明の一実施形態にかかる地中起源電磁波パルス到来方位探知装置による到来方位の検出例を示す図である。
【図６】この発明の一実施形態にかかる地中起源電磁波パルス到来方位探知装置のシステム構成図である。
【図７】この発明の一実施形態にかかる地中起源電磁波パルス到来方位探知装置の信号処理部の処理フロー図である。
【図８】この発明の一実施形態にかかる地中起源電磁波パルス到来方位探知装置による雷放電による地上電磁波パルスの到来方位の検出例を示す図である。
【図９】この発明の一実施形態にかかる地中起源電磁波パルス到来方位探知装置による雷放電による地上電磁波パルスの到来方位の時間変化を示す図である。
【図１０】この発明の一実施形態にかかる地中起源電磁波パルス到来方位探知装置による雷放電による地上電磁波パルスの到来方位と雷雲群との位置関係を示す図である。
【図１１】この発明の一実施形態にかかる地中起源電磁波パルス到来方位探知装置による地中起源電磁波パルスの周波数間位相差π抽出方式によるダイナミックスペクトル解析例を示す図である。
【図１２】この発明の一実施形態にかかる地中起源電磁波パルス到来方位探知装置による地震発生時の地中起源電磁波パルスの到来方位検出結果を示す図である。
【図１３】この発明の一実施形態にかかる地中起源電磁波パルス到来方位探知装置による地震発生前後の地中起源電磁波パルスの到来方位の日変化を示す図である。
【図１４】この発明の他の実施形態にかかる地中起源電磁波パルス到来方位探知装置の原理図である。
【図１５】この発明の一実施形態にかかる地中起源電磁波パルス発生位置特定システムのシステム構成図である。
【図１６】従来の地中電磁波検出システムのシステム構成図である。
【図１７】従来の地中電磁波検出システムにより検出された雷放電の周波数スペクトル解析例を示す図である。
【図１８】従来の地中電磁波検出システムにより検出された地中起源電磁波の周波数スペクトル解析例を示す図である。
【図１９】従来の地中電磁波検出システムによる地中起源電磁波パルスの長期観測結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
３    観測用ボアホール
１０  検出部
１２  Ｘ軸サーチコイル（水平Ｘ軸磁界センサー）
１３  Ｘ軸プリアンプ
１４  Ｙ軸サーチコイル（水平Ｙ軸磁界センサー）
１５  Ｙ軸プリアンプ
１６  同軸ダイポールセンサー（垂直電界センサー）
２０  信号処理部
２２  低域濾波器
２４  ＡＤ変換器
２６  コンピュータ
１１０  第１検出部
１２０  第１信号処理部
２１０  第２検出部
２２０  第２信号処理部
３００  電磁波パルス発生位置演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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