ポーラリメトリック・インターフェロメトリックレーダによる地雷検知に関する研究

ポーラリメトリック・インターフェロメトリックレ

ーダによる地雷検知に関する研究

著者

佐藤 源之

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はしがき

紛争終結地域での埋設地雷による被害は一般にもよ く知られた､重要な国際社会における問題であるD 埋 設された地雷を除去する活動は'#隊が活動を行うため に実施する軍事的地雷除去と､紛争終結後､地域住民 のために行なわれる人道的地雷除去に 二分されるD 軍 事的地雷除去では軍隊を速やかに通過させるため､検 知率はやや低くとも､短時間での地雷除去が求められ る､ - ))'､農耕地や生汗道路を確保するための人道的

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地雷除上は100%の地雷除ムが行われなければ意味が  一･-孟空曹 -._. ヽ叫一■■■止.._I 無く､効率を犠牲にしても検知率を上げることに主眼が置かれる,,両者で使用する地雷検知器や除去 機が同じの場合であっても､除去手法は児なる0')が普通である, 地雷被災同における人道的地雷除去活動は国の速やかな復雅､特に経済力の回復のために欠かせな い..国連機関やL]本を含む国々の援助により､多くの地雷被災同においては機械的地雷除去(Machlne Demlnlng)とよばれる､大型建設機械を改造した車両により地雷を踏みつぶしたりすることで爆竜さ せ処群する方法が導入されたo また多くの地雷検知よ金属探知機が埠入され､地雷除去括動が行われ た._,アフガニスタン､カンボジアなど紛争終了LEli後は多くの地′乱こよる住民/＼の事故が凝生していた 国々においても､都市の｢卜し､部やIf:要退路での頻繁な地雷による事故は急速に減少しているDしかし､ 農村部やL川同部など地域住民の農らす地域には多くの地雷が残されているのが規状である｡ 現状では金属探知機を利用した地雷除去析動が多くの国で行われているL.金属探知機は導電性物質 の有無を誘導電磁非によって検知する手法であるo プラスティック地雷など金属部分のきわめて小さ い地雷に対しても現状の地雷検知用金属探知機の性能は卜分に高く､深度20cm程度までの埋設地雷 を見逃す確率はきわめて低いo Lかし砲弾の破片や薬英など軍事行動に伴う金属片が多く散乱する地 雷原では地雷とこうした倫属片(デブリ)とを金属探知機だけで識別することは不可能であり､すべ ての金属片を千で蹴り汁.,すプロッテイング作業が行われる｡このため､現状での地雷除去活動は効率 がきわめて低いo こうした問題を解決することが期待されているのが地中レ-ダ(Ground Penetratlng Radar GPR)であるD本研究ではGPRをいかに効ヰ柏勺に人道的地雷除去に利用するかを最終的な目標 においているU しかし前述のように人道的地雷除去活動そのものは非常に速いペースで実施されなければならない｡ しかし傾斜地や密林地域などでは小JiLlの地雷検知機を利用した手動による地雷除ム活動が今後1()年 以上二継続する見込みであるo また今後､現在の紛争が終了することで地雷除去活動が開始される地域 も予想される｢,そこで木研究では新しいレ･-ダ技術であるポーラリメトリ､インターフェロメトリを 利用し､これまでのレ-ダイメージングに代わる技術としてレ-ダ物標認識法を原案することで､そ の総合的な技術開発と応用について研究するL,これにより､現在のレ-ダ技術では困難な地下に埋設 された地雷の認識技術を確立することを目的とするo そのために受信アンテナに小型･軽敦･無電淑 U)光電界センサを利用したバイスタティック型地雷検知用小型地rTlレ-ダシステムを開発し､地雷認 識アルゴリズムの開裾,実地検証を行う､ 開発するレ-ダ目標認識手法は地雷検知以外にも利用できる汎用技術である｡本研究では実用例と して地雷検知に加え地下き裂の構造推定､埋設管と地J弓が韓造の識別､更に航乍機･衛星搭載マイクロ 波レ-ダによる地表の樹穐判別など-の応用を検討するo 更にレ-ダ技術の応用としてボアホールレ -ダ開発とJR一証実験を行うn 本研究が採択された直後､ JST研究領域｢人道的観点からの対人地雷の探知.除去活動を支援するセ ンシング技術､アクセス･制御技術の研究開発｣において研究代表者が提案した｢地雷検知用ウエアラ プル･ SAR-GPRの開発｣に関する研究｣ 2002-2007年度(当初は2002-2005年度､中間評価によ り延長)が採択されたn JST研究プロジェクトでは開始から3年以内に地雷被災地で実用的に利用でき る人道的地雷検知装置の開発が目標として設定された.1科研費による研究とJSTによる研究は最終的な 目標が地雷の完全な除去にある点で同じではあるが､そこに至る方法､過程は明らかに異なる｡ 2つの 研究は互いに補完しながら進められたが､ JST研究では具体的なレ-ダシステムであるハント-ルド型 ALTSと車載型SAR-GPRが完成したLl一方､科研費ではこれらのシステムに使用される要素技術の一部

を開発したが､幸としてそU)地雷被災地での現地附肺実験の実施とそこから得られる技術的フィードバ ックを信号処兜アルゴリズムの開発､またインターフェロメトリ､ポー-ラリメトリU)応川に利用したり 史に現在のGPRあるいはテユア/レセンサ装節では本質的に超えることのできない技術的ブレークスル ーをバイスタティック型レ-ダに求めた｡両研究プロジェクトは研究開磯の卜で不可分な関係にあるた め､両者に跨る研究成果においては両研究の共同成果とした｡更に研究期間中外務省ODAの一環とし て､アフガニスタンにおける装置の評価実験が行われたL,現地での実験は､将束的な地雷検知器の理想 的な形について､多くの示唆を与える物であったn 最後に､木研究は5年間の計画で開始したが最終咋度前年の継続申請が誰められたため､研究計伸泊 体は4年間で終了し､引き続き新たな課題として開始された.,従って､主要な研究内省は継続してkJ-施 される事ならびに20()6年度における成果発表は､両研究課題の成果となることを付記する∩

研究租繊

佐藤 源之(研究代表者)研究総括､研究全般 火北大学･東北アジア研究センター 教授 卜井 信治   人道的地雷除去活動に関するアドバイス 東成高等1二業専門学校･機械T-.学科 助教授 方 広有    レ-ダシステム設計,信号処理アルゴリズム開凝 L]本学術振興会･外国人特別研究員､鹿北入学東北アジア研究センター.客員研究員 (硯)中国科学院 喜作研究員) テイモフェイ サバリエフ レーダシステム設計,信号処群アルゴリズム開哉 東北大学･鹿北アジア研究センター･助手､ (現)デルフトⅠ二科大学(オランダ)研究員 裾 晦     レ-ダ信P,一処稗 東北人学･鹿北アジア研究センター･非常勤研究員､助手､ (覗)吉林大学(中国)講師 伺 正好    ポーラ])メトリック信号処 東北大学･東北アジア研究センター･客員研究員､ (堤)アデレード大学(オーストラリア)研究員 高橋 一徳   システム開発 畑北大学･東北アジア研究センター･専門研究員､助手､ (現)トイツ連邦材料検査研究所(凸AM)研究員 園凹 潤    電磁波シミュレーション 仙台電波工巣高等専門学校･助手

研究に協力いただいた研究者ならびに学生

M.hammadFaz.eliBlnKamarudln､吉田 健太郎､演出 祐亮､ L日中亮TF･､高橋 正樹､ iT_代 啓､ 曽 昭発､逝 建国､藤原純､林直樹､大山忠之､佐久間洋 交付決定額(配分額)      (金額単位･千円) 直接経秤 亊I ｨﾆ N 合計 2002平成14年度 "ﾃs 6,810 津S 2003平成15年度 ｢ﾃ# 6,060 bﾃ#c 2004平成16年度 rﾃ 5,100 "ﾃ 2005平成17年度 湯ﾃ3 2,79() "ﾃ 総計 田津# 20,760 辰津田

Abstract

ThlS report Summar)I,CS the research project "Land MlnC DetccllOn by Polanmctnc and Tntcrfcromctnc Radar"

which was supported by JSPS (Japan SocICty for Promotion Of SclenCe) Grantlln-Ald for Sclentlfic Research (S)

14102O24 (2OO2120O5) ln thlS research, we developed a few advanced landmlne detect10rL Systems lnCludlng a

bIStatlC radar system uslng OPtlCal electrlC field sensor and ALIS(Advanced LandmlnC DctcctlOn System) ror

h umanltarl an demlnlng

At the same t】me, another research project -LDevelopment of SAR-GPR and wearable GPR for humanltarlan

dcmlnlng''was supported by JST (Japan Science and Technology Agency) (2002-2007) The rtnal aim Of thlS

research projcct lS dcvclop and complete sensor systems, whlCh can be deployed ln mlne affected courtlCrS ThlS IS

a clear task, but we must use cxISllng teChnologleS tO aChleVe the task,and have to collaborate wlth lndustrleS tO

fhbncatc prototypes The alm Or are dlqerent ln these proJeCtSっbut we conductedthem by sllppOrtlng each other

We made AuS, a hand-held dual sensor and SAR-GPR, a vchIcle mounted GPR The production Was done by

JST project, but fundamental development of the key lcchnlqueS Were CarrlCd out ln JSPS project The strong feed

back was obtalned ln SeVeralficld evaluatlOn tests uSlng the prototypes, butthey wュll be used Tor the dcvclopment

for the advances systems ln JSPS proJCCl

1. Ground clutter reduction by Array antenlla

Clutter due to ground surface and lnhomogeneous Boll always IS always scrlOuS Problem for GPR In order to reducethc clutter, We proposed migration Slgnal processlng and data acqulSltlOn by anarrayantenna We found

thatthe mlgraled Image Canalso reduce the clutler by averaglng eqeCI Jn order to obtain broad-band reflectlOn

slgnal, wc developed an optlmlXat10n algorltlmfor VIValdlantenna The charactenstlCS Of the broad bandantenna

lS lmpOTtant ln Slgnal proccsslng We demonstrated mythologleS tO evaluate antennas experlmCntally We thlnk this teChnlque Can widely be used for UWB antenna evaluatlOn

2. 1dentificatioTL algorithm for l且ndmines

2d or 3D Images are normally used for target ldentlrlCatlOn ln GPR However, more Information lS lnCluded lnthe onglnal radar trace In humanltanan demlnlng, SCannlng Onthe ground surface lS SOmetlmeS dlfrlCult and

metrologleS tO use a Slngle trace for ldcntlrlCatlOn Or burlCd targets wcrc dlSCuSSCd Tn lhlS Study we demonstrated

extTaCtlng target features from Tlme-frequency representatlOn Of a slnglc trace can be sued, and laboratory test

results were shown

3. Jlistatic mdar system us)ng optical electric field sensors

Tn the operation Ofsensors for humanltarlan, 1 e , metaldetector and/or GPR, the sensor head may not touch on the

round stdace to avold any danger However, scannlng a healγ Sensor head by hand lS not easy OpCratlOn Most or

the GPR systems are blStatlC radar, where the transmitter and the reccIVer lS located at the same poslt10n, Or ln One sensor head On the contrary, blStatlC radars have the transmltter and the rcccIVCr at Separated positions Tr we use

a transmltter at fixed posltlOn, and only a small recelVer lS scanned, the operatlOn Or GPR can be easler We

propose lnthlS research project tO use an OptlCalelectrlC field sensor forthe blStatic GPR system an optlCal electnc field serLSOr lS a paSSIVC, Small sensor and lt fits to GPR systems for humanltanan dcmlnlng WE

4. GPR usj叩mdAr POJarimetry

New radar concept such as radar polanmetry and lnterferometry should be adopted Tor advanced radar systems

Radar polarlmetry for ldentlfLCatlOn Wュll be useful, arLd we tested arrangcmenls or antenna arrays for thlS Purpose

The renectlOn fromthe ground surface can be reduced by controlllng the polanzatlOn Status Of the traJtSmltLer and recelVer We propose to use thlS tCChnlquC lrL the b10SIatlC GPR system

ln addltlOn 10 the GPR fわr humanltarlan demlnlng, We teStCd radar polarlmCtry tCChnlque tO Various radar

platforms Including borehole radar and Ground-Based SAR (GBISAR)

5. Evaluation ollandmine detection systems in mine affected cotJrtiers

We conducted cvaluat)On tests or the dcvclopcd sensor ln mlne aLTccted courtlerS lnCludlng AfghanlStan, Egypt,

Croatla and Cambodla The cxpcnencc ln the rleld lS qultC useful feedback for ftuther dcvclopment or Lhc sensor

Also, we could understandthe sltuat10n Of the humanltarlan demlnlng and nccds for technologleS qulLe clearly

6. Joirlt Seminar

Japan-The Netherlands Research CooperatlVe Program "Jolnt･Semlnar for evalua110n procedure or dual sensors

Tor landmlne detect10nll was 0rganlZ･ed and held ln DcILI UnlVerSltyof technology. The Netherland5 0n 4-5

December 2007

7. ApplicatjorL Ofthe research results arid the scope offuture

Wc condutcd evaluation test ln COOPerat10n Wlthlntemat10nal organl/atlOn Such as GTCHID (Geneva

InternatlOnal Centre for Humanltanan Demlnlng llttD二//､､′､n､.･尺1Chd.or撃/ ) and lTEP (IntcrnatlOrLal Test and

EvaluatlOn Program for Humanllarlan Demlnlng httD://www･lte_D･WS/ ) The results were reported through

ITEP The ALJS and SAR-GPR was llStCd ln the catalogue orGICHD

( httD : //WWW glChd･ or革/publ lCatlOnS/lndex一guldebook-on- detect Ion-teChnoloR leS -and- svstcms-for-humanltanan･de

mlmnE-marChl2006/ ) Sato JOlnted a worklng group ln CEN (European Commltlcc for StandardlJ:at10n

http://www.Gen.eu/cenormnlOmepa♀e･htm ) to complete the CWA 14747 part 2 Humanltarlan MlnC Act10n

-Test and evaluation - Metal detectors I Part 2 SoIJ characterlZat10n for metal detector and ground penetratlng

radarperformance

Sato was lnVlted Lo present on ALIS at The lntCrnatlOnal meetlng of mine action PrOgrammme directors and UN

advISOrS (May 2007, Geneva) whlCh was organl/JCd by UNMAS UN Mlne ActlOn ServICe The deployment of

the dcvelopcd technlqueS ln mlne affected countries for practlCaldcm)nlng lSthe final goal of the research

Provldlng lnformatlOn throughthere lnternatlOnal organ17:atlOnS Wlll be qultC lmpOrtantfor the research

Motoyukl Sato

Professor, Tohoku University Center for Northeast AsiAn Studies

Sen血i 980-8576 JapaTt

[email protected], http //cobalt cncas tohoku ac JP/users/sato/lndexIJ htm1

研究発表

ホ一一ムページ等

hup //cobalt cncas tohoku ac JP/users/sato/lndexIJ html

学術論文

lu lnvcstlgat10n OrTlme-Frequency Features for GPR Landmlne DISCrlmlnat10n lIEEE TransactlOnS On

GeosclenCe and Remote Senslng, 45 (1), (2007), 118-129], Timofby GngonevICh Savelyev, Luc van

Kempen, HIChcm Sahll, Juergcn Sacks, Motoyukl Sato

12)地中レ-ダ･波動情報処理の地雷検知-の応用l計測と制御, 45 (6), (2()()6), 491-4971,佐藤淋之,

FengXuan,小林敬生,高橋 徳

L31 r)ParamctrlC InverslOn Tcchnlque for LocatlOn Or CyllndrlCal Structtues by Cross-Hole Measurements

llEEE TraJISaCLIOnS On GeoscICnCC and Remote Senslng, 44 (1 1), (2006), 3348-3355】, Kazunorl Takahashl,

Motoyukl Sato

l4] Radar PolanmctryAnalysIS AppllCd to Slngle-Hole Fully Polanmctnc Borehole Radar lTEEE

Transact10nS On GeosclenCe and Remote Senslng, 44 (12), (2006), 3547-3554], Jlan-Guo Zhao,Motoyukl

Sato

(51 GPR development for landmlne detcet10n lMulll-Tamsa (Korean SEG), 8 (4), (2005), 2701280J, M Sato,

J FuJlWara, X Feng, Z Zhouand T Kobayashl

l6] MlgratlOn VclocltyAnalysIS and Prestack Mlgrat10n Or Common-Transmltter GPR Data lIEEE Trams

GeosclenCe and Remote Scnslng, 43 (I), (2O()5), 86-91】, Hul Zhou, Motoyukl Sato, Hon由umLlu

l7] GPR uslng an array antenna for landmlne detectlOn rNcar Surface GcophysICS, 2, (2004), 7113], Motoyuk･

Sato, Yusuke Hamada, Xuan Fcng, Fan-Nlan Kong,Zhaofa Zeng, Guangyou Fang

r81 Development of a Ground-Based Polanmetnc Broadband SAR System for NonllnvasIVe Ground-t.ruth

ValldatlOn ln VegetatlOn MonltOnng llEEE Trams GeosclenCeand Remote Senslng, 42 (9), (2()04),

1 803-1810】, Zhegn-Shu Zhou, WolfgarLg M Boerner, Motoyukl Sato

L91 AppllCatlOn Of borehole radar for subsurface physICa) mcasurcmcnt lJournal or GeophysICal Englneenng. Vol 1 , (2004), 22 I-227], SIXln Llu, Motoyukl Sato, Kaztmon TakaltaShl

L101 Pre-stack mlgrat10n applied to GPR for landmlnC dctcctlOn lInvcrsc problems, 20 (6), (2004), S99lSl 15],

Xuan Fens, Motoyukl Sato

国際会話(査読付き)

rll Devclopmcnt of hand-held dual sensor ALIS and Its eValuatlOn lDefense and Sectnb, Symposlum, (2006)],

Motoyuki Sato, Jun FuJIWara, XuanFeng, Ka/･unon Takahashl, Takao Kobayashl

L2] VehlCle mounted SAR-GPR and Its eValuatlOn lDefense and SecurltySymposlum, (2006)I, Motoyukl

Sato, Takao Kobayashl, KaztulOn Takahashl, Jun FuJIWara, XuanFeng

l3] Development of Japanese dualsensor systems for landmlne detect10n lHumanltanan Demlnlng 2006,

(2006)], Motoyukl Sato, Jun lshlkawa, KatsuhlSa Furuta

l41 QuantltatlVe analysts Of Po1-SAR for target feature extractlOn･ lEUSAR2006, (2006)], Motoyuk･ Sato,

KoIChl Irlbe, Tadashl Hamasakl,

r51 GPR-SAR slgnal processlng for Humanltanan Landmlne DetectlOn rEUSAR2006, (2006)I, Motoyukl

Sato, Xuan Fens, Takao Kobayashi

l61 Steppcd-Frequency Handheld Demlnlng dual sensor ALIS lProc 1 lth tnternat10nalGrotlnd Penetrating Radar Conference (GPR2006), (2OO6)】, Motoyukl Sato, Kazunon Tikahashl, Xuan Fens, Takao

Kobayashl

t7] A Novel Inversion Of Cross-Hole Radar Data for Location Of BtlnCd Pipes LProc llth lntemat10nal

Ground Penetratlng Radar Conference (GPR2006), (2006)】, Kal･unon Takahashl, Motoyukl Sato

r81 ANew DoAEstlmatlOn Algonthm for DlreCt10nal Borehole Radar lProc llthlnternat10nal GrourLd

Penetratlng Radar Conference (GPRIOO6), (2006)], Takuya Takayama and Motoyuki Sato

l9] PolarlmetnC 3D Imaglng RcconstructlOn by uslng Pl-SAR Square Loop Flights Data lAbstract

IGARSS2006, (2006)1, Tadashl Hamasakl, Motoyukl Sato, L Ferro-Famll, Enc Pottler

l101 Radar polanmetry applied to subsurface fracttJle CharactenzatlOn and classlficatlOn rAbstract

I 1 ll AnAlgontlmror 31D Imaglng Or Subsurface Fraclurcs ln DlreCt10nal Borehole Radar lAbslracts,

progrcss ln ElectromagnetlCS Research Symposium (PIERS2()()6), (2006), I 851, Takuya Takayama,

Motoyukl Sato

L121 A S.mplc lnverslOn Tcchnlque Of Cross-Hole Data for Location Or Buncd PIPCS LAbstracts, Progress ln

ElectromagnellCS Research SynlpOSlum (PIERS2OO6), (2006), 1 87L Kazunon Thkal1aShl, Moloyukl Sato

r13] PolarlZatlOn Onentat10n AngLeAnalysIS Of Pol-SAR Uslng MultlPle Flight Paths Datasct lAbstracts,

progress ln ElectromagnetlCS Research Symposium (PIERS2006), (2OO6), 3091, KoIChI Tnbc, Motoyukl

Sato

l 141 Evaluat10n Ofthe Scattenng CharactcnstlCS Of TrihedralCorncr Renector for PolarlnetnC SAR rAbstracts,

progress ln ElectromagnetlCS Research Symposlum (PTERS2006), (2006), 312I, Shun-lchl Kusano,

Motoy止i Sato

t151 Hand-held GPR MD sensor system (ALIS) and Its eValuatlOn test ln Croatla lAbstracts, Progress ln

ElectromagnetlCS Research SymposLum (PIERS2006), (2OO6), 467], Xuan Feng, QI Lu, Takao Kobayashl,

KaLZunOri Takahashl , Motoyukl Sato

l 1 61 0ptlmlZat10n and Evaluahon of Antenna Elements Attached to the OptlCal Electnc Field Sensor lAbstracts,

progress ln ElectromagnetlCS Research Symposlum (PIERS2006), (2OO6), 52 I ], Naokl Hayashl, Motoyukl

Sato

l17] Polanmetnc SAR observatlOn Of envlrOnment ln Mongolia by ALSOn'ALSAR IAslan Conference on

Remote Senslng, (2006)】, Motoyukl Sato, KoIChl lnbe, D Amarslkhan

l181 QuantllatlVe DetermlnatiOn of Hydrocarbon ContammatlOn by GPR lProc The 8thSEGJ IntcmatlOnal

symposlum, (2006), 1 ()5-1 08 1, QI Lu, KazumoriTakahashl, Motoyukl Sato

l191 Fleld evaluatlOn Of handheld landmlne detectlOn GPR system ln Croatla lProc The 8th SEGJ

IntematlOnal Symposlum, (2006), 177-1811, Kazunori Takahashl, Fens Xuan, Takao Kobayashl, QI Lu,

Motoyukl Sato

l201 SeismlC Data Compress10n Uslng Unlted TransformMethod lProc The SthSEGJ International

symposlum, (2006), 249-2541, Cal Llu, PelmaO Wane, Gao Ru, Llu Yang, Motoyukl Sato

l21】 The Postack Random NoISe ReductlOn Applylng AdaptlVe Wlener Fllter lProc The 8thSEGJ

InternatlOnal Symposlum, (2006), 2551258], Cal Llu, DlanWang, Llu Yang, BaoJun Yang, PclmaO Wnag,

Motoy6ukl Sato

l221 A Modlfied Gnd Raytraclng Method lProc The SthSEGJ InternatlOnal Symposlum, (2006), 64-66], LlguO Ham, DIZutml Llu, Cat Llu, Yang Llu, Motoyukl Sato

l231 Development of a hand-held GPR MD sensor system (ALTS) lProc Defense and SecurltySymposlum 2OO5, (2005)1, Motoyukl Sato, Jun FuJIWara, XuarL Fens, Zheng-Shu Zhou, Takao Kobayashl

r241 Development ofanaTray-antenna GPR system (SAR-GPR) lProc Defenseand SecWltySymposlum

2OO5, (2005)], Motoyukl Sato, Xuan Feng, Takao Kobayashl, Zheng-Shu Zhou,TlmOfel G Savelyev, Jun

FuJlWara

l251 PreparatlOn Of GPR+MD sensors evaluation tests ln JapaJl aJtd AlghanlStan lProc Dcfcnsc and

secuntysymposlum 20O5, (2005)1, Motoyukl Sato, Xuan Feng, Tikao Kobayashl, Zheng-Shu Zhou, TlmOfel G Savelyev, Jun FuJlWara

l26] Optlmal GPR bandwldth for landmlne dlSCnmlnatlOn lProc Defenseand Sectnty Symposlum 2OO5,

(2005)】, TG Savelyev, M Sato

l27] Estlmat10n Of ground surface topography aJtd velocltymodel by SAR-GPRand Its aPPllCat10n tO landmlne detect10n lProc Defense and SecuntySymposlum 2OO5, (2OO5)I, X Fens, Z Zhou, T Kobayashl, T G Savelyev, J FuJlWara, M Sato

l281 EvaluatlOn Of an a-y-antenna GPR system (SARIGPR)･ [Proc･HUDEM2005, (2005), 15-20], Motoyukl

Sato, Xuan Fens" Takao Kobayashl, Zheng-Shu Zhou, TlmOfel G･ Savelyev, Jtm FuJIWara

l29] EvaluatlOn Or a Hand-held GPR MD sensor system (ALTS) lProcHUDEM2005, (2005), 21-261, Motoyukl Sato, Jun FuJIWara, Xuan Fens"Zheng-Shu Zhou, Takao Kobayashl

l30] GPR mlgratlOnalgonthJn for landmlneS buned lrL lnhomogeneous soll lPru TEEEAntennasand

propagatlOn Tnt. Symp (Washington D C ), 1B, (2005), 206-209], M Sato, X Feng

l31] Handheld GPR and MD sensor for landmine detection lProc IEEEAntennas and Propagat10n Tnt Symp CWashlngtOn D C ), 3B, (2OO5), 10411071, Motoyukl Sato, XuaA Fens, Jun FuJIWara

l32] BIStatlC GPR by uslng an OPtlCalelectrlC field sensor lProc IGARSS2005, (2005)], Seong-Jut Cho, Ryohel Tanaka, Motoyukl Sato

l33] Estlmat10n Of a Buned PIPe Location by Borehole Radu lProc IGARSS2005, (2005)], Kaztmon

Takahashl, Motoyukl Sato

r34l Evaluation Of an Array Type DlrCCt10nal Borehole Radar System lProc IGARSS2005, (2OO5)I, Takuya Tbkayama, Motoyukl Sato

l351lmage ReconstnlCt10n by a Ground-Based SAR System lProc IGARSS2005, (20O5)), Ralf Herrmann,

Motoyl止l Sato

L36J LandmlnC lmaglng by a Hand-held GPR and metaldetector sensor (AuS) FProc TGARSS2OO5, (2005)],

Xuan Fens, Motoyukl Sato

L371 Dcvclopmcnt ora borehole radar system uslng a OPtlCalelectnc oled sensor lProc Jnt Symp. Antennas

and PropagatlOn (ISAP2005), (2005), 12731 1 276), Takuya Thkayama, Motoyukl Sato

L38] Radar polarlmetry analysts aPPlled to Slngle-hole full PolarlmetnC Borehole Radar. lProc llth

FormatlOn Evaluation Symposium of Japan, (2005)), Jlan-Guo Zhao, Motoyukl Sato

L39J Subsurface fracture charactenzat10n based on radar polarlmetry by borehole radar lProc of the 8th

Workshop on Subsurface ElectromagnetlC Measurement, (2005)], Jlan-Guo Zhao, Motoyukl Sato

l40] Development of ALtSandthe evaluation tests ln AfghanlStan and Egypt lProceedlngS Or the 8th

Workshop on sllbsurfacc ElectromagnetlC Measurement, (2005)], X Fens, M Sato

L41 ] BIStatlC radar lmaglng Of landmlneS by optical electnc oeld sensor for landmlnC dctect10n lDerense & SecurltySymposlum, (2004)1, Motoyukl Salo, Ryohel Tanaka, Kentaro Yoshlda

l42] ComparatlVe analysts Of UWB deconvolut10n and feature cxtractlOn algorlthms for GPR landmlnC dctectlOn LDcfhse & SectJrlty Symposlum, (2004)],Timofel G Savelyev, Motoyukl Sato

r431 The appllCatlOn Of pre-stack mlgratlOn tO SAR-GPR system for lmaglng Of obllquely btmed landmlne

lDefense & Sectlrlty Symposium, (2004), I 0 19- I 026], Xuan Fens, Motoyukl Sato

l44]lmaglng Ofbtlrled LandmlneS by SARIGPR LProc 2004 URSJ EMTS, (2004), 215-217), Motoyukl Sato,

Takao Kobayashl, Xuan Fcng

l45] A GPR System uslng a PassIVe OptlCal ElectrlC Fleld Sensor lProc GPR2004, (2()O4), 17日74],

Motoyuki Sato, Ryohel Tanaka

L461 Borehole Radar SlmulatlOn for MlnCral Dctcct10n by FDTD lProc GPR2OO4, (2004), 209-2121, SIXln Llu, Motoyukl Sato

r47】 Development and evaluatlOn Of an lnterferometnc borehole radar system LGPR2004, (20()4)I, KazurLOrl

Takahashl, Motoyukl Sato

l48] Broad-band Antenna CharactenzatlOn for Landmlne detect10n lBook of Abstracts EUROEM 2004, (2004), 1 48L Motoyukl Sato, TlmOfel Savelyev, Takao Kobayashl

l49l SARIGPR system for landmlne detection and Its eValuat"n lBook ol Abstracts EUROEM 2004, (2004), 1931, Takao Kobayashl, Xuan Fens, TlmOfel Savelycv, Motoyukl Sato

r501 Robust Target DISCnmlnatlOn WlthUWB GPR lUItra-Wldeband, Short Pulse ElectromagnetlCS 7thbook,

EUROEM 2004, (2()04)I, TlmORcI G Savelyev, Takao Kobayashl, Xuan Fens, Motoyukl Sato

l5 1] Incident angle dependence of Pl-SAR polarImetrlC SCattenng CharacterlStlCS lProc ISAP20O4, (2()04),

1289-1292], KoIChl lnbc, Motoyukl Sato

l521 A GPR for landmlne detectlOn uSlng an array antenna rProc TSAP2OO4, (2004), 513-516], Thkao

Kobayashl, Xuan Fens, Motoytikl Sato

l5 3 ]芦t;mEaa0:ntOefm3aE ovne!?芸tym,m.osIueL?首2S.蒜二号opSR_.a.n,dl ,ltiuaiplIceantg?nMt.Ot三ymudkT;na;odetectlOn LProceedlngS 0 r

L541 UWB GPR target tdentlficatIOn for landmlne detectlon rlmaglng Technology, Proc SEGJ, (2004),

1 24- I 291, TlmOfel G Savelyev, Motoyukl Sato

L551 GPR DeLcctIOn Of Landmlne by Wavelet Transform rProceedlngS Ofthe 6th SEGJ International

Symposlum･Imaglng Technology, (2003), 449-454], G FaJlg, M Sato

l56] EstlmatlOn Of subsurface structtlre by borehole radar uslng radar lntCrfbrometry lProc 6thSEGJ,

(2003), 466-471 1, Kazunorl Takahashl, June-Ho Klm, MotoyukI Sato

l57] BIStatlC GPR system uslng a paSSIVe OptlCalsensor for landmlne detectlOn lDetectlOn and remedlat10n technologleS for mlneS and mlnellke targets VIII, (2003), 161-166], M Sato

L58] Stepped-frequency GPR system for Land皿.ne detcctlOn LDetcctlOn and remedlat10n teClmologleS for

mlnCS and mlnCllkc targets Vlll, (2OO3), 179-184], Moloyukl Sato, Zhaofa Zeng, Guangyou Fang, Xuan

Fcng

l59] A mew BIStatlC GPR syslcm uslng a paSSIVe OptlCalsensor lbr landmlne delectlOn lProc or2ndlmt WS on Advanced Ground Penetrating Radar, (2003), I 64･ 1677, Motoytikl Sato

r601Antenma development and a Stcppcd-Rrcquency GPR system for LandmlnC detectlOn lProc of 2nd tnt.

WS on Advanced Ground Penetratlng Radar, (2003), 168-171 ), Motoyul'l Sato, Fan-Nlan Kong, Zhaofa ZENG, Guangyou Fang

r611 Ground-based polarlmetrlC SAR systems for environment Study LProc IEEE APIS, vot I, (20(u), 2O2･205 [･ zheng-Shu Zhou, Motoyukl Sato

r621 BIStatlC GPR System for Landmlne Detccl10n uSlng OptlCal EIcctrlC FICld lProc IEEE AP-S, Vol ll, (2003), 207-2101, M Sato

r63] Landmlne detection by a broadband GPR system lProcIEEE tnt Symp GeosclCnCe and Remote

senslng, lGARSS2003, (2003)J, Motoyukl Sato, Guangyou Fang, Zhaora Zeng

r641 HlghresolutlOn GPR system for landmlne detect10n lProceedlngS Of tnt Conf RequlrCmentS and

TechnologleS forthe DetectlOn, Removal and NeutrallZat10n Of Landmlne and UXO, (2OO3), 5481553], M

salo, T Kobayashl, Z Zeng, G Fiulg, X Fens

L651 GPR uslng OptlCal Electncal Fleld Sensor for Landmlne Detection lProceedlngS OHnt Con√

RequlrementS and TechnologleS forthe DetectlOn, Removal and NeutrallZatlOn Of LandmlnC and UXO,

(2003), 561-567], M Sato

r66] FDTD slmulatlOn On array antenna SAR-GPR for land mlne dctect10n lProceedlngS Or SSR2O()3 1st tnt symp on systems and Human SclenCe, (2003), 279-2831, T Kobayashl, M Salo

l671 A GPR system uslng PaSSIVe OptlCal sensor LTeclmlCa DlgeSt, 16th lnt ConfOptlCal Flbcr Sensors, (20O3),

420-423】, M Sato

l681 0ptlmlZatlOn Of VIValdl antenna for dcmlnlng by GPR lProceedlngS Ofthe 2002 1ntenm

htematlOnal Symposium OnAnterLnaS and Propagation, (2002), 263-2661, Fang Guangyou, Sato Motoyukl

紀要 lll FDTDシミュレーションによる地雷探知地中レ-ダ用アレイアンテナ間隔の最適化[SENAC,vo135, No4 , (2004)],小林敬生,佐藤源之 解説論文 【11レ-ダ技術と地雷検知順去そして豊かな環境を守るために【東北大学まなびの杜35,(2006),4-51,

佐藤源之

L21地中レ-ダシステムの開発と地雷検知-の応用【検査技術, ll (6),(2006),40-481,佐藤源之 r3]人道的地雷検知･除去技術と国際貢献-の道L文部科学省科学技術動向研究, (2005), 22-32],佐藤 源之 学会口頭発表(査読なし) 11】矧以性評価による地中レ-ダのクラッタ除去手法【電7-情報通信学会電磁界理論研究会信学技 報,EMTO2(50),(2002),27132], ),一 広有,佐藤淑之 I21地中レ-ダによる地雷検知に関する基礎研究昨学技報,APl2002(59),(2OO2), 191241,佐藤源之, 方 広有,曽 昭発

L31AmlysIS Of Balanced AmtlpOdalVIValdl Antenna and Its AppllCatlOn for Mlne-llke Targets DetcctlOn L電

子情報通信学会 アンテナ伝播研究会 信号技報, AP2002-13 (SAT2002), (20O2), 13-181, Zeng, Z ,

Fang, G, Sato, M

l41 Development ofWearablc-GPR and SAR-GPR for landmlne detectlOn l物理探鹿学会第106鵬術講

演会論文集, (2002), 17-2O], Zeng Zhaofa, Motoyukl Sato

l5】レーダポーラリメトリによる地表面散乱体分類法のPl-SAR -の適用【SAR Workshop 2002

報告書(CD),(2002), 1-51,村t和^,佐藤 源之

(61 Ground Penetratlng Radar(GPR) for Landmlne Dctect10n ThroughSlgnal Processlng Methods

lproceedlngS Of the 20O2 1EICE General Conference, (2002)1, Fang Guangyou, Sato Motoyukl

171インターフェロメトリ機能を有したボアホールレ-ダによる地F計測に関する検札l信学技報,

12 (48,AP2002-14), (2002)I,高橋一徳,佐藤源之

r81ポーラIJメトリックSARによる森林城植生分類lJE,羊全総,(2OO3)】,小批紙佐藤源之

L9】 Development of Ul廿a-wldcbamd G-ound-Based P1-SAR Systems for EnvlrOnment Study rl言学全総,

(2003)], Zheng-Shu Zhou, Motoyukl Sato

l101 ReductlOn Of surface cluuer by anarray antenna GPR system for detectlOn Oflandmlne l物理探査学会第

107回学術講演会論文集, (2003), 167-1701, Feng XuaJl, FarLg Guangyou, Motoyukl Sato

llll 3次元FDTD法による地雷探査用地中レ-ダの解析l信′117'･抜取AP2OO3 (117), (2003), 7111],小

林敬生,佐藤源之

L12J アレイアンテナを用いたSAR-GPRの開発l信学技報, SANE2003 (60), (2OO3), 41145】,小林敬生,

鵜 晩佐藤源之

(131 The appllCatlOn Of mlgratlOn tO SAR-GPR system for landmlne detection lTETCE

TechnlCal report, SANE2003 (66), (2()()3), 77182], Xuan Fens, Motoyoyukl Sato

L141地雷探査用地中レ-ダのアンテナ配置に関する検討 r信学技報, SANE2003 (67), (2003), 83-87J, 篠田祐亮,偶 垣,小林敬生,佐藤源之 日51地中レ-ダ 波動情報処坪の地雷検知-の/･Lこ用IH本学術会議(電波科学研究連絡委員会)シン ポジウム｢奄波科学の歩みと将来展望｣ ,(2005),25-34】,佐藤 源之 r161地裁設筒型合成開｡レ-タによる斜面､環境計測【物兜探奄学会第112 L叶学術講演会論文集, (2005), 230-233】,佐藤源之,浜崎考, RalrHemann l171 SAR-GPRによる地雷検知検証実験l物確探奄学会第112回学術講演会論文集, (2OO5), 238-2411, 佐藤源之,小林岳/i:"高橋一徳,漏 出,T サバリエフ,藤原純 L181 -ンド-ルトGPR(ALIS)を用いたアフガニスタンにおける地雷検知検証実験 L物理探査学会第 112回学術講演会論文集,(2005),24212451,佐藤淋之,鵜謬,藤娘純,一二浦秀敏

L 191Antenna charactenstlC COmpCnSatlOn teChnlqueS and polarlmetry Image reCOnStruCtlOn for slngle-hole

polar1mCtry borehole radar system l物兜探査学会第112 lH]学術講演会論文集, (2OO5), 58-61】, Zhao

JlanguO, Motoytlkl Sato

L201 GPR lmaglng algorlthm by ALIS and SAR-GPR for landmlne detect10n l物理探査学会第113 LLTT'll'-一術 講演会論文集, (2005)】, Xuan Fens, Takao Kobayashl, Motoyukl Sato

r211初動定時を用いたクロスホールレ-ダによる地卜空洞位置推定【電磁界理論シンポジウム,

EMT-O5-6ls82,(2005), 105-108J,高橋 億,金存俊,佐藤源之

｢221人道的地雷除去のための地中レ-ダ 金属探知器複合センサの開発【表面探傷シンポジュウム,

(2()06)】,佐藤 源之

[23】 Landmlne detectlOn CValuatlOn tests Of SAR-GPR and ALIS ln Croatla. [物理探査学会春季学術講演会,

(2006)], Xuan FerL, Takao Kobayashl, Kazunon Tal'ahashl and Motoyukl Sato

l241光電界用アンテナ素子の最適化設計と評価【信学抜取AP2006･96,(2OO6)1,林 良風佐藤源之 報道 2006年2月1日 2()()6年川月14日 2006年10j18日 2()06年11月17日 2007年1月8日 一般向け講演会 2O()4年8月 地雷効率よく探知(朝日新聞) 地雷除去技術(仙台放送テレビ) かがく Cari (地雷探知で人道支援を) (日本経済新聞) 地雷探知の性能向上 東北大佐藤教授カンボジアで試験(河北新報) 学び究めて(先進的な地雷検知器開発) (fF.(北新報) みやぎ県民大学 (仙台戦災復興会館) 2005年10月  アンTjツテクノプラザセミナー (品川インターシティ) 2006年8月   東北大学百周年記念セミナー(日経ホール) 2006年12月  鹿北アジア研究センター 公開講演会 (仙台国際センター) 2007年2月   東北大学イノベーションフェア セミナー(赤坂プリンスホテル) 東北大学出前授菓 2002-2007 仙台市内小中学校において毎年1 , 2校において地雷検知機の仕組みと､人道的地雷除去活動に関 する授業を実施｡

研究成果

1.アレイアンテナを利用するグラウンドクラック抑圧法 地雷検知を必要とする現場は､一般に非常に粗い地表面をもっているo従って地中レ-ダ信号に は地表面粗さと地中に含まれる砂磯などに起因する媒質不均質性による強いグランドクラックが 含まれる｡地雷検知ではグランドクラッタが､地表面から数cmに埋設されている地雷からのレ-ダ反射波をマスクするため､これを適切に除去する必要がある｡ 本研究では､アンテナアレイを使用し･ CMP手法を応用し､地雷からの反射波が有する空間相 関性を利用したグラウンドクラッタ抑圧アルゴリズムの開発と高精度イメージング技術を開発し たoまたキルヒホフマイグレーションが3次元イメージの再構成に有効なことを示したDマイグレ Iシヨンは電波の散乱の影響を除去し､散乱物体の元の形状を推定するのに有効なだけでなく･土 壌中の不均質によるクラックを軽減する効果もあることを兄いだしたo開発した手法の有効性を実 験室における実験で実証したうえで･車載型GPRであるSARIGPRの信号処理に本手法を利用した｡ 一方GPR用のアンテナには広帯域性が求められ､特に地雷検知用としては100mhz-6GHz程度 の帯域での動作を目標とした○これを実現するために広帯域アンテナとして知られているビバルデ ィァンテナの最適設計を行った｡ビバルディアンテナは平面構造であるためアレイ型にする場合同 一特性のアンテナを製作しやすく､またモーメント法を利用した特性解析との照合性も良いため設 計を効率的に行えるo GPRを含む広帯域型レ-ダは近年UWB通信技術の開発に伴い､多くの応用が提案されている｡ こうしたレ-ダシステムにおいては､アンテナを含むシステムの特性評価が従来のレ-ダ以上に重 要な役割を果たす｡本研究においては･広帯域アンテナの例としてビバルディアンテナ､バックキ ャビイティスパイラルアンテナなどについて､実験によるアンテナ評価法を提案した｡ここではア ンテナの周波数特性･受信応答波形と信号処理によるパルス圧縮技術が重要な評価点である0 2.地雷常識手法 地雷検知では爆弾や建造物の破片が地雷と同時に検知され､地雷だけを認識するための方法が強 く求められている｡ GPRでは通常2次元あるいは3次元のイメージより埋設物の検知･認識を行う が､受信信号に含まれる情報を直接利用して反射体の同定を行う手法も提案されている0本研究で はレ-ダ波の時間一周波

数解析に対して特異値分

解を適用し､固有ベクトル から反射体の特徴を抽出 する方法を提案したD右図

は実験で取得した2種類

の模擬地雷､同一形状の発 泡スチロール､金属缶から

の反射信号を3次元特徴

値空間にプロットしたも のであるo同一形状を有す る地雷モデルと発泡スチ ロールモデルを識別する など､有効性が確認できた. 本研究では､物体の識別 は地表面反射と物体から の反射波が完全に分離さ れ､アンテナ校正が正確に

行われた場合上記手法が

適用可能なことを示した｡ WD w什h deconvol ution 時間_周波数分解の特徴量を利用した埋設物体の識別 10

3.光電界センサを利用したバイスタティックレ-ダシステム 地雷検知作業はセンサが地表面に接触することで地雷を誘爆する恐れがあり､センサの′j､型軽量 化が効率的な検知につながるD本研究では軽量･小型で電気的に受動素子である光電界センサを利 用し､バイスタティック型のレ-ダを構成することを提案した｡システムを試作し､評価実験にお いて､砂に埋設された模擬地雷のイメージングに成功した｡下図は実験室に設置した大型土樽で砂 に埋設した模擬地雷をイメージングした結果である｡実験はネットワークアナライザを用いた連続 波システムと､パルス発生器と高速オシロスコープを組み合わせた時間領域システムの2種類を用 いて行ったB連続波システムは高SN比のデータを取得できる反面､計測時間が極端に長い欠点を 有する｡時間領域システムはセンサを移動しながら連続測定が可能であり､信号の質がやや劣って も高速取り込みによる平均化により､十分な質のイメージングも可能であることを確認した｡ 更に容量性の入力インピーダンスをもつ光電界センサに対するアンテナの設計を行った｡特にバ イスタティックレ-ダでの利用を考え､強い入射波が周囲の電磁界を強く散乱しないように最適化 する方法を提案したoこの結果､従来のアンテナで起きていた共振に起因する特定の周波数でのア ンテナ効率の極端な落ち込みを避けることが可能となり､逆フィルタなどのパルス圧縮アルゴリズ ムと併用することで､解像度の高いレ-ダイメージングが可能なことを示したb y lcm] (a)時間領域システム

TM PMN2 AS40V6CNS51 2 Y〟ⅥFOp 1 a sufh閉Z=4cITI

y lem]

(b)連続波システム

バイスタティックレ-ダによる砂に埋設された模擬地雷PMN-2のイメージ

4.偏波特性を利用する地中レ-ダシステム 地雷識別の新たな手法として､レ-ダポーラリメトリの応用を検討しているB地雷からの電磁波 散乱の基本的な特性を知るために砂に埋設した地雷のレ-ダ反射を系統的に測定した｡また同時に 任意の偏波組み合わせを測定可能な地中レ-ダシステムを実現するために各種のアンテナの開発 と評価実験を行った｡下図に偏波計測を可能とするビバルディアンテナを基本とした偏波組み合わ せアンテナの試作例を示す｡ ビバルディアンテナによるポーラリメトリ計測が可能なアレイの構成 また前記のバイスタティックレ-ダにおいては､入射偏波面によって地表面散乱の抑圧も可能で あり､送受信偏波を調整することで最適化を図ることを提案した｡ ポーラリメトリの利用は地雷検知にとどまらず､より汎用的なレ-ダ信号処理に応用する ことで従来のレ-ダ解析では不可能だった解析を可能にする｡本研究ではポーラリメトリを 応用したレ-ダシステムとしてボアホールレ-ダと地表設置型SAR(GBISAR)をとりあげた｡ 岬叫:111I也 ■■-■ →       ■●■-ポーラリメトリックボアホールレ-ダ信号を用いた地下き裂性状の分類 上図は我々の開発したポーラリメトリック･ボアホールレ-ダを用いて計測した地下き裂 からの散乱電磁波を､衛星リモートセンシングで実用性が証明されてきたポーラリメトリッ ク情報を利用する手法の一つであるα-エントロビ解析によって､ 2次元平面上で表現したも のである0 2つの図面は深度の異なる2つの別個の地下き裂のデータを示している｡明らか なパラメータの分布の違いは､地下き裂の電波散乱メカニズムの違いを表していると考えて いる｡地下媒質の減衰のため､ボアホールレ-ダでは高い周波数が利用できず､ここでは 30MHzが使われている｡このとき､地下き亀裂の開口幅は数mm程度と予想しており､波長に 比べて造かに小さいため､形状の違いをレ-ダ画像から直接知ることは不可能である｡しか し､ポーラリメトリ技術を利用することで､ここに示したような判定も可能となる｡ 12

5.地雷被災国における地雷検知装置の評価試験 本科研費ならびにJSTプロジェクトとして開発を行った金属探知器と地中レ-ダの複合セン サALISは2004年度末には初期プロトタイプが完成し､その後も引き続きシステムの改良が行わ れた｡この間､ 2004年にアフガニスタン､ 2005年にエジプト､ 2006年にクロアチアにおいて現 地試験が行われたo また2006年にカンボジアでも評価試験を実施したo 開発したシステムは当初予定通りの検知性能を発揮したD システムのうち､特にレ-ダ取得波形か ら3次元構造を再構成するマイグレーションアルゴリズム､ならびに3次元データから地雷を自動的に 検知するためのアルゴリズムを本研究で開発した｡ I.‥= 吋 '... TI ! ;･ = ゆ B.. ≠ i ▲ =T T カンボジア現地試験   金属探知器      地中レ-ダ 6.セミナ一 本研究課題に関して､日本学術振興会｢オランダとのセミナー:次世代地雷検知装置の評価法に関 する共同セミナー｣が採択され､ 2006年12月4,5日オランダ･デルフト工科大学において関係する研 究者を集めてセミナーを主催したD人道的対人地雷検知技術に関して研究活動が活発な東北大学とデル フト工科大学が共同セミナーを主催したことによる成果は大きい｡特に2006年10月から12月にかけ て､日本の外務省ODAの一環としてカンボジアで実施された対人地雷検知センサの評価試験プロジェ クトには東北大学が参加しており､同試験の中間報告を行うと共に､今後の見通しを検討するために､ 非常に適したタイミングでセミナーが開催できたo また日本側参加者は科学技術振興機構(JST)によ る対人地雷検知･除去研究プロジェクトにも参加しており､これまでの成果の技術的報告も行われたo 研究成果報告･話題提供ではカンボジアの成果を含む日本側､オランダ側の研究内容の初回が行われ た｡またヨーロッパにおける人道的対人地雷検知除去技術に関する動向の紹介がなされた｡ 1日目の発表をふまえ､ 2 日目には参加者による総合討論を行ったb 具体的には現状の地中レ-ダ並 びに金属探知機とその複合型センサについて､ ● 今後どのような研究開発がされるべきか､ ｡ 開発したセンサを現地で実際に使用するために行われる評価試験をどのように計画すべきか . 特にその中に含まれる技術的要因は何か の項目にしぼり討論を行なったo座長は佐藤振之が務め､討論の内容を項目ごとにまとめた上､技術 的に重要な内容について記述を加えたo 現在欧州標準委員会(CEN)として対人地雷検知用複合型センサの評価方法に関する標準策定のワーク ショップ(cENworkshop7ver.2)が組織されており､佐藤源之およびオランダ1名､ベルギー2名の本セ ミナー参加者が本ワークショップメンバーとなっている｡本セミナーでまとめた内容は既にワークショ ップに参考資料として提供され､今後のワークショップ作業の技術資料として使用されていく｡

JApn-The Netherlands Research Cooperative Progmm

JoitLt-SemiTLarfor evaluation procedure of dual sensors for landmine detection

4 aJId 5 December 2006, IRCTR DeLft tJniyersity oI TechologyI CNEAS TohoktL University

DraLt by Motoyuki Sato

I Scope

htroduction

sensor development for Humanitanan Demining has started in 1990S･ and most of the projects have

already fhished, aJld severaloutputs丘omthesc projects areunder way to dq'loyment･Any new sensors

have to be evaluated carefully, before itwill be deployed by localdemining teams･ htemational

orgamizdtion including rrEP orgaJuZed evaluation campalgnS Of such sensors･ which wereminly metal

detectors. Rccedy more advaJICed sensors including GPR aJld Dualsensors (MD+OPR) were introduced,

butthere is no fixed procedure to evaluatethese sensors･ Establishing techmiCalstaJldardsforthese new

advanced sensors are qulte impoぬntfor l血oducingthese scnsorsfor realDemining operatlOn･

Atthc same time,the new CEN workshop on soil chracterizzLtion for metal detector aJld GPR has started

one of the alms Ofthe workshop is to summa血eand agree On Which physicalproperties of the soil must

be taken into account when studying and predicting the performaJICe Of metaldetcctors aJld ground

penetrating radars (GPR)･lfpossible a classification of soils w,threspect totheir influence on detection could be agreed upon. Finally protocols for meaBuringthese properties could be proposed.

Inthis seminar, researchers who have been engaged in development of GPR sensorswill meetand discuss

technlCalissues for evaluation. Tbefinalalm Ofthe seminaris establishing a prOpOSalon a teclmical

protocolfor evaluation of the advanced demimig sensor which includes GPR

Report of the seminar

we plan to summize a technicalreport onthe state-of-ar"f humanitarian landmlne detection with

advanced sensors including GPR, and teclmicalproposalto CEN,and other organlZat10nS Which plan to

evaluate sensors. CWA (CEN workshop agreement) to be edited bythe CEN workshop 7 ver･ 2 wlll be for

users ofdualseTuOrS. However,inthis semlnar We try tO make a report more in detail for GPR rescarchers･

In this report, we try to

/ summi2:e the latest GPR technologies for humanitanan deminlng･

/ LISt uP teClmicalissuesand problems丘omthe experience in the realevaluation ofdualsensors / Give technlCalinformation to CEN workshop 71

CEN Workshop 7 for soil characterization for MD and GPR performance, Chair YaJu Yvinec

working Group ･･D-itionand measurement of soil properties for GPRH

Editor: Olga Lucia Lopera

II Proposed items in the report

1. Soil-Direct properties

I.1 Conductivity

1.2. Pemittivity

1.3. Pemeability

Less sensitive to GPR

can be rehted to water content?

1 4. Spalialdistribution (Rouglmess, homogeneity) of the above parameters

RcallStlC SOll condltlOn and parameters to be consldercd

Thcse are basIC CharactenstlC, but soll condlt10n Can be changed by other factors, and have to bethlnk lt

lS tlmC-Varylng CharactenstlCS These parameters arc alsofrequcncy dependent

Soll texture, have to be consldered even average propcrtled do not change This Causes Clutter Spatla)

dlStnbutlOn Of water would be Important factor Soi1-Indirect properties

I Rclat10n between parameters

2 Watercontent 3 Temperature

4 Gcology

What klnds oflnformatlOn WllI be useful for GPR evaluation

Vertical distribution of water is important information.

3. MethodoLogleS tO determine the soil properties

3 1 TDR(perml仙vlty andconductlVlty)

TDR IS tyPICally time-domain equipment and operation frequency cannot be determined, but the results can

be applicable ln Wlder frequency range

TDR measurement should be camed out ln multlple polntSand averaged value should be adopted

Water content-PcrmlttlVltyrelatlOn lS not unlque(Toppls cquatlOn lS apPlled to sandy sol上?) We have to know

lt depends onthe soil type

WrN-TDR ,for example, CanglVe dlreCt lnformatlOn

TDR probes have to be selected onthe soll propertleS

32 Coaxlalllne

Maklng COaXlal sample lS dltrlCult

33 UseofGPR 4. GPRSystem 41 Impulse 42 Stcpped斤equency 43 PshcdonoISe - LIStuPSenSOrS GPR ATItenrLa Type of GPR antennas DlpOle antcma Bow-tlC antena Splral antenna VIValdl antena Hom antena Impedance Loadmg AdaptlVe antenna

- LISt uP types Ofantenna used ln the systems

5 2 GPRantennaevaluatlOn 5 2 1 Parameterstobemeasured

- Foot pnnt, Retum Loss, Radlat10n efrlClenCy

- We shou)a show the foot prlnt OfGPR to demlnerS SOthatthey can undcrstandthe perfomlanCe OfGPR

5 2 2 Measurementtechnlque

- Free space, InteractlOn Wlth matenal, Reflect10m mCaSurCment

- Tlme domain, Frequency domaln, aneChoIC Chamber, Tlme-gatlng method

6. EMC

Generally lnnuenCe from EM noISefrom outslde lS Small, but sometlmeS Cellar phone may effect Objects On ground surface such as trees and bulldlngS Can be GPR object

Metal shoes or other obJccts should bc apart kom GPR lnterferences between GPR IS Icssthan MD

7. GPRFrequency

7 1 Frequency range and advantage / disadvantage

tn general, &equency of GPR must be selected consldenngthc two factors, namely penetratIOn depth and

resolution However, hIgher resolut10n reduces thepenetrat10n depthand lower frequency reduces the

resolut10n Therefore, We have to 伝nd the optlmum frequency for the spcclfic soll and target condltlOn ln

addltlOn, higher frequency (>10GHz) GPR measurements wlll glVC Information On SOIL They wlll also

enable target and clutter dlStlnCtlOn based on the 5011 1nformatlOn Such as renect10n texture

7 2 Rough estlmate Ofthe performance 7 3 Soll condlt10n and selectlOn Offrequency 7 4 Targettype and selection Offrequency

8. GPR signal process)ng algorithm

8 1 CallbratlOnOfsystem

- PermlttlVlty f♭r lmaglng

- SensltlVlty/perfomance

8 2 Reduction ofsurlace clutter

8 3 ImaglngAlgonthm (B,CISCan, 3D)

- LISt up known algonthm and new algorlthm

- Categonze the algonthmand show advantage and dlSadvantage

8 4 Feature extraction and ldentlficat10n (A,B,C-scan, 3D)

- LISt uPknown algonthms and newalgonthms

- CategorlZe the algonthmand show advantage and dlSadvaJltage - Textural feature ln SPaCe +frequency domaln

- ComplexIValued self10rganlZlng map

9. GPR new technologleS

9 1 Polanmetry 9 2 Interferometry 9 3 1nverseScatt6-g

10. Dual Sensor Evaluation methods

MD evaluation Protocol was determined ln CWA 14747 part I We need a new protocol for GPR,and

comblnlng two Ofthem, We can have a protocol for dual sensors

Maln purpose Of GPR in currently avallablc dual sensors IS COn丘rmatlOn, but not detectlOn Therefore the

evaluation scheme for GPR should be dlfferentfrom metal detectors

10 I Laboratorytest 10 I I Typesoftargets

Shape, OrlentatlOn

ReallStlC mlne model lnCludlng alr-gap, metal content Radar cross sectlOn

5typICaltypeS OfmlneS

10 I 2 Typcsofclutter

Mctal plCCCS, magnetlZed stone

smal1crthan I 5cm2

Not more than 3plCCCS ln Imユ

Smaller than 60mm ln dlameter

10 1 3 McdlumtyPC, COndltlOn t0 2 0utdoor faclIlty 102 1 LanccondltlOn 10 2 2 CallbratlOn Lane 1023 BllndLane 102 4 Typesofclutter

MetalpleCeS, magnetlZed stone Not morethan 3pleCeS ln lm2

10 2 5 TypeS of targets 10 2 6 Target dlStnbt10n

ll. Data exchnge

1 1 1 Expcnmcntal data sets avallable

I 1 2 Slgnalprocesslngalgorlthm avallabJe 12. Sensor fusion 12 1 Mllllmeter radar 12 2 In&ared sensors

セミナー参加者

佐藤 源之   東北大学･教授 山目 方雄   新潟大学･教授 高橋  一徳   東北大学･助手 鹿瀬 明    東京大学･助教授 石川 潤    (独)科学技術振興機構･技術参与 Alnl10a Gonttl  東北大学専門研究員 Leo LLgthart Evert Slob Alex Yarovoy Seヽ′a Kovalemko TlmOfey Savelyev Pascal Aubry Ad deRldder デルフト⊥科大学･教授 デルフト工科大学･研究員 デルフト上科大学･研究員 デルフト工科大学･研究員 デルフト工科大学･研究員 デルフト工科大学･研究員 デルフト工科大学･職員

Amold Schooldeman TNO (オランダ応用科学研究機関)研究員

Jam Rhebergen TNO (オランダ(,L=用科学研究機関)研究員 Alex KelJZer  オランダ防衛祈 研究員

01ga Lopera   ベルギー王立防衛大学 Yam YvlneC   ベルギー王立防衛大 DICrter Guellc  ドイツ連邦標準試験研究所

7.研究の成果の応用と今後の展望

この他､地雷検知器を評価する国際機関としてGICHID (Geneva lnternatlOnal Centre for Humanltarlan

Demlnlng h上lp://lvww.Richd.ord )やITEP (hternatlOnal Test and Eva)uatlOn Program Tor Humanltar･an

Demlnlng http://www.lteD.WS/)と共同した評価rR･験を行った.｢評価結果はTTEPを通じて世肘こ公表さ

れている.またJSTならびに本研究を通じて開発した地雷検知張置AuSとSAR-GPRはlTEPの地雷検

知器カタログ

( http : //www.革1Chd. ore/DubllCatlOnS/1 ndex-糾ldebook-on-detectlOn-tCChnoloEICS- and-svstcms-for-humanltan an-de

mlnlnR-march-2OO6/ )に掲載されたo

更に欧州標準化委員会 CEN (European Commlllec for StandardlZat10m

http=//ww.Gen,eu/cenorm仙omet)age.htm )において､テユアルセンサの評価方法を定めるワーキング

グループが CWA 14747 part 2 Hu皿anltananMlne ActlOn - Test and evalllatlOn - Metal detectors I Part 2

Soll characterlZatlOn for metal detector and ground pcnctrallng radarperformance として活動を開始したo佐

藤 源之は本委員会メンバーとして本研究を通じて得られた知見を評価方法の標準に描かすペく活動

している｡

人道的地雷除去活動は､援助国からの資金を地域的に効率よく分配しながら､適切な手法で実施され

なければならないo 現地での人道的地雷除去活動の主体は非軍事政府機関やNGOが担っているo こう

した活動主体と資金源は国連pKO局地雷対策サービス部(UNMAS UN Mlne ActlOn ServICe)などが

各国の政府関係者､ NGO団体との連携を進めているo我々が開発したALISは実用化に近いハンド-ル

ド型デュアルセンサとして､ The lntematlOnalmcellng Or mlne aCllOn prOgrammme dlrCCtOrS and UN advISOrS

(2007年3月､ジュネーブ)で各国地雷除去活動グループと国連地雷除去アドバイザ､また資愈援助L司の 代衣が集まる会議で招待講演を行ったn こうした一一連の国際機関-の情報准供は開発した技術を実際に地雷除去or)現場で利用して行く上で 非常に毛要なステップであると認識している0 本研矧ま2006年より2期日として継続が認可された｡今後の5年間では､地雷検知技術の高度化と 実用的な展開を更に推進するnまた上記国際機関と連携しながら地雷被災国での実言正実験を引き続き実 施する｡ また地雷検知技術開発に加え､開葡したレ一一ダ技術を他分野の計刺-I:Lこ用することを進める亡r 18