JP6000280B2 - 地球表面の構造体における局所的な歪み測定のためのパッシブ型電磁波反射体 - Google Patents

Description

本発明は、地球の表面に設置された構造体（structure）の局所的な歪み（local strain）を測定するためのパッシブ型電磁波反射体（Passive electromagnetic wave reflectors）に関する。

また、レーダ反射体（radar reflectors）又は永久的散乱体（permanent scatterers）と呼ばれるパッシブ型電磁波反射体は、地球の表面上に設置された土壌（soils）や対象物（objects）の歪みを測定するために使用される。

電磁波は、衛星（satellite）から地球表面に設置されたレーダ反射体に送られる。レーダ反射体によって反射された電磁波は、その後、衛星に戻される。歪みの測定は、衛星の観察している方向において、連続する日（successive dates）に撮影された画像を用いて実行される。歪みの測定はサブミリメートルの精度を得ることができる。

衛星の４つの異なる観察モードが歪みの測定に用いられる。図１乃至４はこれらの４つのモードを示す：
− 図１は右側の観察における上昇モード（ascending mode）を示し、
− 図２は左側の観察における上昇モードを示し、
− 図３は右側の観察における下降モード（descending mode）を示し、
− 図４は左側の観察における下降モードを示す。

図１−４に示すように、上昇又は下降モードは衛星Ｓの経路（path）が地球Ｔの北極−南極軸を「上昇する」か、又は「下降する」か、によって定義され、右側又は左側の観察は、衛星が衛星の経路によって定義される面に対して電波で信号を送るビームＦの向きによって定義される。

レーダ反射体は自然状態（natural state）または人工状態（artificial state）で存在する。自然状態において、レーダ反射体はほとんどの場合は人間のインフラストラクチャ（infrastructures）に遭遇（encounter）する。人間のインフラストラクチャが欠けた、又は、そのようなインフラストラクチャが不十分な領域では、人工状態におけるレーダ反射体は歪みを測定するために特別に設計される。

もっともよく知られているレーダ反射体は一般的に立方体の角形状（cube corner shape）を有し、立方体の角は衛星によって撮影された画像に適合される方法で位置決めされる。この目的のために、立方体の角の主対角線（diagonal）は、好ましくは、衛星の方向に向けられる。この立方体の角の衛星に対する方向は、衛星の経路のアカウント（account）と衛星の画像撮影モードのアカウントとの両方に有用な画像の撮影を制限する。このように、これらの反射体は、一つの衛星の上昇又は下降の一方の観察モードの専用となる。

半発明のレーダ反射体はこの欠点を有さない。

実際に、地球の表面に設置され、構造体の局所的な歪みを測定するためのパッシブ型電磁波反射体に関する発明は、地球周回軌道の衛星に、衛星から受信した電磁波を反射することができる。パッシブ反射体は：
− 地球表面に設置された地球の両極の軸（地軸：Earth’s poles）と一直線に配列された構造体に接し、直線的な辺（rectilinear side）を有する地球表面に対して実質垂直の平面要素（planar element）と、
− 平面要素に固定され、平面要素の第１辺に設置された第１部と、第１辺と対向する、平面要素の第２辺に設置された第２部と、を有する機械的構造体と、を含み、機械的構造体は、平面要素の両側に直線的な端部（rectilinear edge）を形成し、直線的な端部と直線的な辺とは、実質的に平面要素によって定義される面に垂直な面上に設置され、反射体を構造体上の適切な位置に保持する手段を形成し、機械的構造体の第１部と機械的構造体の第２部とは、それぞれが衛星から受信した電磁波を衛星の方向へ反射することができる。

既存のパッシブ型レーダ反射器とは異なり、本発明のパッシブ型レーダ反射器は、衛星の画像撮影モードによらず、すべての衛星によって観察され得る。これは衛星の観察軸に沿って垂直方向と水平方向の歪みを測定することを可能にする。

本発明の他の特徴および利点は、添付の間の図面を参照して実施形態に照らして明らかになるであろう。

歪みを測定するために用いられる衛星の異なる４つの観察モードを示す図である。 歪みを測定するために用いられる衛星の異なる４つの観察モードを示す図である。 歪みを測定するために用いられる衛星の異なる４つの観察モードを示す図である。 歪みを測定するために用いられる衛星の異なる４つの観察モードを示す図である。 本発明の好適な実施形態及び構成要素の結合によって得られた反射体に係る反射体の構成要素を示す図である。 本発明の好適な実施形態及び構成要素の結合によって得られた反射体に係る反射体の構成要素を示す図である。 本発明の好適な実施形態及び構成要素の結合によって得られた反射体に係る反射体の構成要素を示す図である。 本発明の好適な実施形態に係る反射体の特別な実施形態を表す図である。 本発明の好適な実施形態に係る反射体の特別な実施形態を表す図である。 本発明の好適な実施形態に係る反射体の特別な実施形態を表す図である。

本発明の好適な実施形態に係る反射体は、３つの平坦な要素又はプレートＰ１、Ｐ２、Ｐ３を備えている。図５は、プレートＰ１と図６プレートＰ２とＰ３を表している。

プレートＰ１は直線的な辺ａ１と、直線的な辺ａ１と対向（opposite）する平面角区域（flat angular sector）を区切る任意の形状の辺ａ２と、を有する。二つの直線的な開口部（openings）であるスリット（slits）ｆ１，ｆ２は辺ａ１上に設置された同じポイントＭからプレートＰ１に形成される。好適な方法において、スリットは互いに９０度であり、互いに辺ａ１と４５度の角度を形成する。しかしながら、より一般的な方法においては、スリットｆ１，ｆ２がそれぞれ辺ａ１と形成する角度θ１，θ２は、３５度と５５度との間で自由に設置される（「自由に」はスリットｆ１，ｆ２は、それらの間の９０度の角度で結合する）。スリットｆ１は長さｌ１を有し、スリットｆ２は長さｌ２を有する。

図６はプレートＰ２とＰ３とを示す。Ｐ２，Ｐ３は、それぞれ平面角区域を区切る任意の形状の直線的な辺ａ３と辺ａ４とを有する。一つの直線的な開口部であるスリットｆは辺ａ４からプレートＰ２，Ｐ３にそれぞれ形成される。スリットｆの軸は直線的な辺ａ３と垂直である。プレートＰ２に対して、直線的な辺ａ３からスリットｆを隔てる距離ｄ１はスリットｆ１の長さｌ１と等しい。同様に、プレートＰ３に対して、直線的な辺ａ３からスリットｆを隔てる距離ｄ２はスリットｆ２の長さｌ２と等しい。

図７は、プレートＰ１，Ｐ２，Ｐ３の組み立てによって得られる本発明の反射体を示す。プレートＰ１，Ｐ２はプレートＰ１，Ｐ３と同様に互いに交互配置（interleaved）される。目的を達成するために、プレートＰ２のスリットｆとプレートＰ１のスリットｆ１は、それらの端部まで他方が位置し、並べられ、プレートＰ３のスリットｆとプレートＰ１のスリットｆ２も、それらの端部まで他方が位置し、並べられる。プレートＰ２，Ｐ３の二つの直線的な辺ａ３が互いに接して、辺ａ１と組み合わさって、地上の反射体を適切な位置に保持するための手段を形成する端部を定義する。本発明の反射体はこのように自立する点において有利である。地面に置かれた本発明の反射体は、特別なインフラストラクチャが必要ない。歪みが観察（monitored）された地面の位置は、辺ａ１，ａ３によって定義されるものと等しい表面領域を有する。反射体が地面に置かれたとき、プレートＰ１は実質的に垂直である。反射体は、すべての衛星から見えるようにするために、辺ａ１は、地理極（geographic poles）と一直線に配列している。

プレートＰ１，Ｐ２，Ｐ３は、プレートＰ１の両側に設置された二つの、衛星から受信した電磁波をそれぞれの衛星の方向へ反射することができるキャビティ（cavities）を形成する機械的構造体を定義する。

本発明の改良によれば、切込み（notch）ｅはそれぞれのプレートＰ２，Ｐ３の端部ａ３上に、実質的にはそれぞれのキャビティの下部に現れる穴（orifice）に装着された反射体のように、スリットｆの一列に形成される。これは、例えば、雨水を排出することができるという効果を奏する。

図８乃至１０は、本発明の好適な実施形態に係る反射体の特別な実施形態を表す。

この特別な実施形態によると、プレートＰ１は長辺と短辺を有する長方形であり、二つの長辺の一方が辺ａ１を形成し、プレートＰ１とＰ２とは、底部が辺ａ３を形成する二等辺三角形を形成する。スリットｆ１とｆ２とは同じ長さｌを有する。それらは互いに９０度で位置し、辺ａ１に対して互いに４５度で位置している。三角形の底部からスリットｆを隔てる距離ｄはスリットｆ１，ｆ２の長さｌと等しい。

他の改良によると、必要性がある場合には、地面に反射体を結合することで固定することができる二つの貫通穴ｉ１，ｉ２がプレートＰ１上に供給される。他の改良によると、反射体は環境の攻撃からプレートを保護するため、プレートＰ１，Ｐ２，Ｐ３を囲む、電磁波に対して透明な構造体を含む。

本発明の反射体は多くの利点を有する、すなわち：
− パッシブ型で自立しており、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信体のケースのように、いかなる電気的エネルギー源の供給も必要とせず、
− 特に維持費を必要とせず、数年間は観察するために配置されてもよく、
− 恒久的で、光学的な観察やＧＰＳアンテナを用いた地形技術（topographic techniques）の場合のように、アクセスすることがしばしば困難で、各測定ポイントの追跡が必要なく、
− 自立しており、その結果、地形技術やＧＰＳ技術のように固有の安定した柱（pillars）の建設が必要なく、
− 雪、氷又は軟弱基盤のような柔らかい塊を観察する状況で使用されてもよく、
− アクセスが難しい場所に容易に輸送可能であり、独立して設置可能であり、
− 高価でなく、同じ地帯において多くのデバイスを設置することが可能となり、それによって、その地帯で多くの測定を実施することを可能にし、
− その頻度によらず、いかなるタイプの衛星からも見ることができ、それによって：
ａ）非常に正確な歪み測定（Ｘ帯（８−１２ＧＨｚ）衛星と共にサブミリメートルの精度を得ることができる）を実行することと、
ｂ）歪みが急速に変化するケース（地上の同じ基準と共に解析された異なる衛星によって得られた同じ地帯の画像の全て）において有利である、重要な循環（important recurrence）を伴って動作することと、
を可能にし、
− 素朴であり、結果として、通行人によって悪意のある行為（劣化や盗難）につながる可能性の好奇心の対象とならない。

その発明は、例えば土木と地球科学のような多数の分野に適用することができる。

土木工学の応用は、例えば以下のものである：
− ダム、ブリッジ、建物、堤防、人工島、凸道、鉄道などのような構造の観察と、
− 海岸の崖、海岸、深い穴の安定した観察と、
− かつての採掘現場の表面進化に応用することができる。

地球科学の応用は、例えば以下のものである：
− 地震によるその前後における歪みの測定と、
− 火山、大陸又は地殻沈下（continental or tectonic subsidence）、断層や地滑りの変化の歪みの観察と、
− 氷河や永久的な積雪と山塊上の万年雪（firns）の変化の進歩の観察と、
− ポート（ports）におけるハイドロゼロ（hydro zero）を計算するための安定した基準点の形成と、
− 海底（衛星技術によるレーダ画像の置き換え）にレーダ反射体を置くことによる海底に関する研究に応用することができる。

Claims (6)

1. 地球表面に設置される構造体の局所的な歪みを測定するために、前記地球周回軌道の衛星に、前記衛星から受信した電磁波を反射することができるパッシブ型電磁波反射体において、
   前記地球表面に設置された構造体に接すると共に地球の両極の軸に沿って配列された直線的な辺（ａ１）を有し、前記地球表面に対して実質垂直になるように構成されたプレート（Ｐ１）と、
   前記地球表面に対して実質垂直になるように構成された前記プレート（Ｐ１）に固定され、前記地球表面に対して実質垂直になるように構成された前記プレートに挿入された第１プレート（Ｐ２）と第２プレート（Ｐ３）を有し、前記地球表面に実質垂直になるように構成された前記プレートの両側に広がる各々の直線的な辺（ａ３）を有する機械的構造体（Ｐ２，Ｐ３）と、を含み、
   前記第１プレートの前記直線的な辺は、前記第２プレートの前記直線的な辺と接して前記地球表面に実質垂直になるように構成された前記プレートの両側に広がる前記機械的構造体の直線的な端部（ａ３）を形成し、
   前記第１プレート（Ｐ２）と前記第２プレート（Ｐ３）と前記地球表面に実質垂直になるように構成された前記プレート（Ｐ１）とは、前記地球表面に実質垂直になるように構成された前記プレートの両側に、前記衛星から受信した前記電磁波を前記衛星の方向へ反射することができるキャビティを形成し、
   前記機械的構造体の直線的な端部（ａ３，ａ３）と前記地球表面に実質垂直になるように構成された前記プレートの前記直線的な辺（ａ１）とは、実質的に前記地球表面に実質垂直になるように構成された前記プレートによって定義される面に垂直な面上に設置され、前記地球表面上で所定の場所に支持される手段を形成することを特徴とするパッシブ型電磁波反射体。
2. 前記地球表面に対して実質垂直になるように構成された前記プレート（Ｐ１）は、
   前記直線的な辺に垂直な軸の両側の前記地球表面に実質垂直になるように構成された前記プレートの前記直線的な辺（ａ１）に設置され、同じポイント（Ｍ１）から形成されたスリット（ｆ１，ｆ２）形状の二つの開口部を含み、
   各々のスリットは、前記垂直な軸に対して３５度以上５５度以下を含む角度をなす軸に一直線に配列し、
   第１スリット（ｆ１）は第１の長さ（ｌ１）を有し
   第２スリット（ｆ２）は第２の長さ（ｌ２）を有し、
   前記第１プレート（Ｐ２）は、前記第１プレートの前記直線的な辺と対向する平面角区域を区切る辺を含み、
   前記第２プレート（Ｐ３）は、前記第２プレートの前記直線的な辺と対向する平面角区域を区切る辺を含み、
   スリット（ｆ）形状の直線的な開口部は、各々のプレート（Ｐ２，Ｐ３）において、平面角区域を区切る辺から形成され、
   各々のスリット（ｆ）の軸は、前記プレートの前記直線的な辺に垂直な各々のプレートに形成され、
   前記第１プレートに形成され、前記第１プレートの前記直線的な辺の前記スリットを分離する距離は、前記地球表面に実質垂直になるように構成された前記プレートに形成された前記第１スリットの長さに等しく、
   前記第２プレートに形成され、前記第２プレートの前記直線的な辺の前記スリットを分離する距離は、前記地球表面に実質垂直になるように構成された前記プレートに形成された前記第２スリットの長さに等しく、
   前記第１プレートに形成された前記スリットは、前記地球表面に実質垂直になるように構成された前記プレートの前記第１スリットに、前記第１スリットの端部まで位置し、前記第１スリットと一直線に配列され、
   前記第２プレートに形成された前記スリットは、前記地球表面に実質垂直になるように構成された前記プレートの前記第２スリットに、前記第２スリットの端部まで位置し、前記第２スリットと一直線に配列されることを特徴とする請求項１に記載の反射体。
3. 前記第１スリット（ｆ１）の前記軸と前記第２スリット（ｆ２）の前記軸とは、前記地球表面に実質垂直になるように構成された前記プレートの直線的な辺に垂直な軸と４５度の角度を形成し、第１及び第２スリットの長さ（ｌ１，ｌ２）は実質同じであることを特徴とする請求項２に記載の反射体。
4. ノッチ（ｅ）は前記各々のプレートの直線的な辺上に、実質的に前記プレートに形成された前記スリット（ｆ）の前記軸の一列上に形成されることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の反射体。
5. 貫通穴（ｉ１，ｉ２）が前記反射体の固定を可能にするための前記地球表面に実質垂直になるように構成された前記プレート（Ｐ１）に供給されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の反射体。
6. 電磁波に対して透明な構造体が前記地球表面に実質垂直になるように構成された前記プレートと環境から前記反射体を保護するための機械的構造体とを囲むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載の反射体。

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