Antenna Engineering for Humanitarian Demining Radar in Colombia

• Project/Area Number: 19KK0102
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 佐藤 源之 東北大学, 東北アジア研究センター, 名誉教授 (40178778)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石川 潤 東京電機大学, 未来科学部, 教授 (10453797) ; 菊田 和孝 東北大学, 東北アジア研究センター, 助教 (70801249) ; 齋藤 龍真 東北大学, 東北アジア研究センター, 助手 (10967706) ; 泉 佑太 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 助教 (50915197)
• Project Period (FY): 2019-10-07 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000); Fiscal Year 2022: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2021: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2020: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2019: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
• Keywords: 人道的地雷除去 / コロンビア / 地中レーダ / GPR / ODA / 土壌 / 爆発物 / 電磁波散乱

Outline of Research at the Start

地中レーダと金属探知機を複合した地雷検知用「デュアルセンサ」ALISを利用し、コロンビア国立大学と協同し、レーダデータの効率的な取得法とCS法に代表される新しいレーダ画像再構成アルゴリズムを利用した近距離合成開口レーダの信号処理理論を発展させる。また媒質との相互作用を考慮したレーダ計測のため、土壌の性状評価手法と空間分布の統計的モデリングを提案し、その知見に基づき地雷検知センサ評価用のテストサイトを現地に設置する。地雷原とテストサイトで取得したデータを利用し検知対象に適合的なレーダ信号処理法を開発し、コロンビアで人道的地雷除去を実践によりODAによる本格的な導入を学術的に支援する。

Outline of Annual Research Achievements

ALISは電磁誘導センサ（EMI sensor,金属探知機）と地中レーダ(GPR)を組み合わせ、手動でセンサを走査し、位置情報と合わせて取得した2つのデータから地下の可視化を行うセンサである。GPRデータに対しては合成開口レーダ処理（SAR processing）を施すことで、3次元画像の再構成を行うとともに、クラッタ除去を行う。実際の地雷原は不均質性の高い土壌であるため、電波伝搬速度が一定ではないため再構成された画像データは埋設物の形状から歪むことは避けられない。この問題を解決する方法の一つが、特定の物体から散乱された電波が含む固有の共振周波数である。この手法はSEM(Singularity Expansion Method)などとして1970年代から知られているが、地雷検知に実際に利用された事例は非常に少なく、こうした手法を開発している国立大学（コロンビア）にALISで取得したデータを供与し、実データでの評価を進めた。

一方、コロンビア国内でのALISの実利用を進めるため、コロンビアのNGO組織CCCMと協力し、CCCMが実際に地雷除去を行う現場付近の土壌に、爆発物を模擬した物体を埋設し、ALISデータを取得した。このデータを解析し、ALISの土壌に対する適応性を調べた。

こうした一連のコロンビア現地における研究開発を、人道的地雷除去活動を行うコロンビア陸軍の工兵部隊に説明を何回か行ってきた。その結果、コロンビア陸軍からコロンビアにおける人道的地雷除去活動にALISを使用したいという要望があげられ、日本大使館などとも協議した結果、日本政府からの無償支援としてALISをコロンビア陸軍に供与することが決まった。これは科研費による研究活動がODAに結びついた極めて稀な事例と考えている。

Research Products

• [Int'l Joint Research] カンボジア地雷対策センター(カンボジア)
• [Int'l Joint Research] 国立大学/CCCM(コロンビア)
• [Int'l Joint Research] 市民保護庁(ボスニア・ヘルツェゴビナ)
• [Int'l Joint Research] 緊急事態庁(ウクライナ)
• [Int'l Joint Research] Federal ministration of Civil Protection(ボスニア・ヘルツェゴビナ)
• [Int'l Joint Research] 国立大学/Campa Colombiana Contra Minas(コロンビア)
• [Int'l Joint Research] TNO(オランダ)
• [Int'l Joint Research] Cambodian Mine Action Centre(カンボジア)
• [Int'l Joint Research] 国立大学(コロンビア）/Campa Colombiana Contra Minas(コロンビア)
• [Int'l Joint Research] コロンビア国立大学/COLOMBIAN CAMPAIGN TO BAN LANDMINES(コロンビア)
• [Journal Article] 3D Migration Depth Focus Velocity Analysis of Hand-Held Ground Penetrating Radar (2022)
  • Author(s): Zejun Dong, Xuan Feng, Haoqiu Zhou, Lilong Zou, Motoyuki Sato
  • Journal Title: Geosciences Volume: 12(4) Issue: 4 Pages: 178-178
  • DOI: 10.3390/geosciences12040178
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] カンボジア、コロンビアにおける人道的地雷除去活動のためのGPR (2021)
  • Author(s): 佐藤源之
  • Journal Title: IEICE Tech. Rep. Volume: vol.123、no.236 Pages: 30-35
• [Journal Article] Ground Surface Clutter Suppression for GPR (2021)
  • Author(s): Sato Motoyuki、Morita Yoshitada
  • Journal Title: [Proceedings, IEEE Int. Symp. Antennas and Propagation Volume: 1 Pages: 1525-1526
  • DOI: 10.1109/aps/ursi47566.2021.9703927
• [Journal Article] Ground Surface Reflection Compensation for Hand-Held GPR (2020)
  • Author(s): Kondo Tomohiro、Kikuta Kazutaka、Sato Motoyuki
  • Journal Title: IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters Volume: Early Acess Pages: 1-5
  • DOI: 10.1109/lgrs.2020.3036671
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Introduction of GPR sensor to Ukraine for Humanitarian Demining (2023)
  • Author(s): 佐藤 源之
  • Organizer: URSI GASS
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 物理探査技術を用いた地雷検知とウクライナ支援 (2023)
  • Author(s): 佐藤 源之
  • Organizer: 物理探査学会75周年シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] デュアルセンサによるウクライナでの人道的地雷除去支援 (2023)
  • Author(s): 佐藤 源之
  • Organizer: 物理探査学会
• [Presentation] Accelerating Mine Clearance by Introducing a User-Friendly and Cost-Effective Dual Sensor Detector in Humanitarian Demining Operations (2022)
  • Author(s): Motoyuki Sato, Sead Vrana, Arnold Schoolderman
  • Organizer: Mineaction 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Humanitarian Landmine Clearance by GPR in Mine Affected Countries (2022)
  • Author(s): Motoyuki Sato
  • Organizer: International Conference on GPR 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Image Reconstruction and Processing Algorithm of GPR for Humanitarian Demining Sensor ALIS (2019)
  • Author(s): 佐藤 源之
  • Organizer: International Workshop Advanced Technologies for Detection of Landmines and Improvised Explosive Devices
  • Invited
• [Presentation] ALIS Development and Activities Demonstration of Operation (2019)
  • Author(s): 佐藤 源之
  • Organizer: 第4回対人地雷禁止条約（オタワ条約）検討会議
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Book] 地中レーダ (2024)
  • Author(s): 佐藤 源之
  • Total Pages: 252
  • Publisher: コロナ社
  • ISBN: 9784339009897
• [Book] Explosives Detection (2019)
  • Author(s): 佐藤 源之(分担）
  • Total Pages: 331
  • Publisher: Springer
  • ISBN: 9789402417302
• [Remarks] 東北大学 佐藤 源之 研究室
  • URL: http://magnet.cneas.tohoku.ac.jp/satolab/satolab-j.html
• [Remarks] 地雷除去センサALIS
  • URL: http://magnet.cneas.tohoku.ac.jp/satolab/alis/
• [Funded Workshop] International Workshop Advanced Technologies for Detection of Landmines and Improvised Explosive Devices (2019)