JP2520042B2 - Underground radar tomography device - Google Patents

Underground radar tomography device

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JP2520042B2
JP2520042B2 JP25008290A JP25008290A JP2520042B2 JP 2520042 B2 JP2520042 B2 JP 2520042B2 JP 25008290 A JP25008290 A JP 25008290A JP 25008290 A JP25008290 A JP 25008290A JP 2520042 B2 JP2520042 B2 JP 2520042B2
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pseudo
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  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、地中に電磁波を入射してその透過波、反
射波又は回折波の振幅及び伝播時間を計測し、これに信
号処理を施して地中の地層・土質の分布或いは埋設物の
情報を断面情報として得る地中レーダトモグラフィ装置
に関し、特に地中を伝播して減衰した微弱信号の検出に
関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention measures the amplitude and propagation time of a transmitted wave, a reflected wave or a diffracted wave by injecting an electromagnetic wave into the ground and performing signal processing on the measured wave. The present invention relates to an underground radar tomography device that obtains information on the distribution of underground strata / soil or buried objects as sectional information, and particularly to detection of a weak signal propagated through the ground and attenuated.

[従来の技術] 岩盤を対象とした調査では、断層・破砕帯・亀裂など
の存否や分布形状などの詳細な情報を評価する必要が有
り、地質構造を断面的に解析し画像的に表示できるトモ
グラフィ技術の中でも、電磁波を用いた地中トモグラフ
ィは解像力、非破壊性などの点で有効性が期待されてい
る。
[Prior art] In the investigation of rock mass, it is necessary to evaluate detailed information such as the existence and distribution of faults, shatter zones, cracks, etc., and the geological structure can be analyzed in cross section and displayed graphically. Among the tomography techniques, underground tomography using electromagnetic waves is expected to be effective in terms of resolution and non-destructiveness.

電磁波による地中トモグラフィに関しては次のような
提案が既になされている。
The following proposals have already been made for underground tomography using electromagnetic waves.

(1) 特願平1-117263号の出願に係る発明 本出願人によって提案された発明であり、地中で減衰
した微弱な電磁波を検出するために、擬似ランダム信号
を送信波として感度を高める方式の一つとして、周期の
わずかに異なる2つのM系列信号を用いている。
(1) Invention according to the application of Japanese Patent Application No. 1-117263 It is an invention proposed by the present applicant, and in order to detect a weak electromagnetic wave attenuated in the ground, the sensitivity is increased by using a pseudo random signal as a transmission wave. As one of the methods, two M-sequence signals with slightly different periods are used.

(2) 特願平2-194083号の出願に係る発明 これも同じく、本出願人によって提案された発明であ
り、土中で減衰した微弱な電磁波を検出するために、擬
似ランダム信号を送信波として感度を高める方式の一つ
として、周期のわずかに異なる2つのM系列信号を用
い、更に、地上の送信信号発生部からボアホール内の送
信ゾンデまでの伝送路及び地上の受信信号処理部からボ
アホール内の受信ゾンデまでの伝送路をそれぞれ光ファ
イバによって構成し、放射電磁波、外来電磁波、誘導電
流などの影響によるノイズを無くしている。
(2) Invention related to the application of Japanese Patent Application No. 2-194083 This is also an invention proposed by the present applicant, and a pseudo random signal is transmitted to detect weak electromagnetic waves attenuated in the soil. As one of the methods for increasing the sensitivity, two M-sequence signals with slightly different periods are used, and further, the transmission path from the transmission signal generator on the ground to the transmission sonde in the borehole and the reception signal processor on the ground from the borehole. The transmission path to the receiving sonde inside is composed of optical fibers, respectively, to eliminate noise due to the effects of radiated electromagnetic waves, external electromagnetic waves, and induced currents.

[発明が解決しようとする課題] 地中トモグラフィにおいては、土質の電気的特性によ
って電磁波の減衰が大きく変化し、検出される電磁波の
信号の強度が大きく変化するため、この信号検出のため
に必要となる感度も大きく変化させる必要がある。
[Problems to be Solved by the Invention] In underground tomography, the attenuation of electromagnetic waves greatly changes depending on the electrical characteristics of the soil, and the signal strength of the detected electromagnetic waves greatly changes. The required sensitivity also needs to be changed significantly.

このため、上述の発明においては、受信部の増幅率を
適宜変化させて適切な感度になるよう調整するようにし
ている。ノイズレベル以上の信号の強度変化に対しては
この方法が有効である。しかし、増幅率を上げても、ノ
イズレベル以下の微弱信号に対しては、ノイズも信号と
ともに増幅してしまい、信号/ノイズ比(S/N比)の向
上にはならない。すなわち、土中トモグラフィでは、S/
N比も大きく変化させる必要があるのに対して、上述の
発明ではそれが出来なかった。
Therefore, in the above-mentioned invention, the amplification factor of the receiving unit is appropriately changed to adjust the sensitivity to an appropriate level. This method is effective for a change in signal intensity above the noise level. However, even if the amplification factor is increased, the noise is also amplified together with the signal for a weak signal below the noise level, and the signal / noise ratio (S / N ratio) is not improved. That is, in soil tomography, S /
While it is necessary to change the N ratio largely, the invention described above could not do so.

[課題を解決するための手段] この発明に係る地中レーダトモグラフィ装置は、第1
のクロック発生器(1)と、第1のクロック発生器の出
力によって駆動され、第1の擬似ランダム信号を出力す
る第1の擬似ランダム信号発生器(2)と、第1のクロ
ック発生器の周波数とわずかに異なる周波数を有する第
2のクロック発生器(3)と、第1の擬似ランダム信号
発生器と同じ回路構成からなり、第2のクロック発生器
の出力によって駆動され、第2の擬似ランダム信号を出
力する第2の擬似ランダム信号発生器(4)と、第1の
擬似ランダム信号と第2の擬似ランダム信号とを乗算す
る第1の乗算器(7)と、第1の乗算器の出力を帯域制
限するための第1のローパスフィルタ(22)と、第1の
擬似ランダム信号を土中へ送信する送信手段(11)と、
送信手段によって送信された信号を土中を介して受信す
る受信手段(18)と、この受信信号と第2の擬似ランダ
ム信号とを乗算する第2の乗算器(13)と、第2の乗算
器の出力を受信信号を帯域制限するための第2のローパ
スフィルタ(51)と、第1のローパスフイルタの出力及
び第2のローパスフイルタの出力を入力し、これらの信
号に信号処理を施して地中の地層・土質の断面情報を求
める演算装置(20,21,22)とを有し、特に次の点が考慮
されている。なお、上記の各構成には、後述する実施例
において対応する構成の符号を参考のため付記した。
[Means for Solving the Problems] The ground-penetrating radar tomography device according to the present invention is
Of the first clock generator (2), which is driven by the output of the first clock generator, and which outputs the first pseudo-random signal, and A second clock generator (3) having a frequency slightly different from the frequency and a circuit configuration identical to that of the first pseudo random signal generator, driven by the output of the second clock generator, A second pseudo random signal generator (4) that outputs a random signal, a first multiplier (7) that multiplies the first pseudo random signal and the second pseudo random signal, and a first multiplier. A low-pass filter (22) for band limiting the output of, and a transmitting means (11) for transmitting a first pseudo-random signal into the soil,
Receiving means (18) for receiving the signal transmitted by the transmitting means through the soil, a second multiplier (13) for multiplying the received signal by a second pseudo random signal, and a second multiplication A low-pass filter (51) for band limiting the output of the receiver and the output of the first low-pass filter and the output of the second low-pass filter, and performing signal processing on these signals. It has a computing device (20, 21, 22) that obtains cross-sectional information of underground strata and soil properties, and the following points are considered in particular. In addition, the reference numerals of the corresponding configurations in the examples described later are added to the above configurations for reference.

イ) クロック周波数が可変できるような発振器を、第
1のクロック発生器及び第2のクロック発生器のいずれ
か一方又は双方に対して使用している。
B) An oscillator having a variable clock frequency is used for either one or both of the first clock generator and the second clock generator.

ロ) ローパスフィルタ(第1のローパスフイルタ及び
第2のローパスフィルタの内、少なくとも第2のローパ
スフィルタ)は、そのカットオフ周波数が第1のクロッ
ク発生器のクロック周波数と第2のクロック発生器のク
ロック周波数との差の周波数の1から20倍程度の範囲で
可変できるものである。
(B) The low-pass filter (at least the second low-pass filter of the first low-pass filter and the second low-pass filter) has a cutoff frequency of that of the clock frequency of the first clock generator and that of the second clock generator. It can be varied within a range of about 1 to 20 times the frequency difference from the clock frequency.

ハ) 擬似ランダム信号の符号長が可変できるようにし
た擬似ランダム信号発生器を、第1の擬似ランダム信号
発生器と第2の擬似ランダム信号発生器として使用して
いる。
C) A pseudo random signal generator in which the code length of the pseudo random signal is variable is used as the first pseudo random signal generator and the second pseudo random signal generator.

ニ) レーダ本体と送信ゾンデとの間の信号伝送路と、
レーダ本体と受信ゾンデとのの間の信号伝送路のいずれ
か一方、或いは両方に光ファイバケーブルによる光伝送
路を使用している。
D) A signal transmission path between the radar body and the transmitting sonde,
An optical transmission line using an optical fiber cable is used for one or both of the signal transmission lines between the radar main body and the reception sonde.

[作用] この発明においては、(a)周期がわずかに異なる2
つの擬似ランダム信号によって高感度に検知する方法に
おいて、(b)2つのクロック周波数を可変とし、且つ
ローパスフィルタのカットオフ周波数を可変とし、
(c)更に、擬似ランダム信号の符号長を可変とするこ
とにより、受信信号のノイズ除去比を変化させてS/N比
を変化させ、(d)信号伝送路を光ファイバケーブルに
より構成している。
[Operation] In the present invention, (a) the cycle is slightly different.
In a method of detecting with high sensitivity by using one pseudo-random signal, (b) two clock frequencies are made variable, and a cutoff frequency of a low-pass filter is made variable,
(C) Furthermore, by varying the code length of the pseudo-random signal, the noise removal ratio of the received signal is changed to change the S / N ratio, and (d) the signal transmission line is configured by an optical fiber cable. There is.

前記(a)についての説明の詳細は上述の出願に記し
てあるが、次に説明する。
The details of (a) are described in the above-mentioned application, but will be described next.

上記の2つの擬似ランダム信号は符号パターンは同一
であるから、ある時点において、両信号の位相が一致す
るが、時間が経過するにしたがって位相がずれ、1符号
以上ずれると2つの擬似ランダム信号の相関はなくな
る。
Since the code patterns of the two pseudo random signals are the same, the phases of the two signals match at a certain point in time, but the phases shift as time passes, and when the phase shifts by one code or more, the two pseudo random signals become There is no correlation.

2つの擬似ランダム信号の位相が一致しているときこ
れらを乗算すると正の信号が連続的に発生し、これをロ
ーパスフィルタに通すと、積分され大きな値が得られ
る。一方、2つの擬似ランダム信号の位相がずれている
ときには、これらの乗算結果は正と負の値をランダムに
とるので、これをローパスフィルタに通すと平均されて
零となる。更に、時間が経過すると、再び2つの擬似ラ
ンダム信号の位相が一致してローパスフィルタの出力に
はパルス状の信号が発生する。そして、これらの動作は
繰り返し行なわれる。このとき、元の信号にノイズが重
畳されていてもローパスフィルタによりこのノイズは制
御されるので、S/Nの良好な信号処理かなされる。
When the two pseudo-random signals are in phase with each other, they are multiplied to generate a positive signal continuously. When this is passed through a low-pass filter, it is integrated and a large value is obtained. On the other hand, when the two pseudo random signals are out of phase with each other, positive and negative values are randomly obtained from these multiplication results, and when these are passed through a low pass filter, they are averaged to zero. Further, when time passes, the phases of the two pseudo random signals again coincide with each other, and a pulsed signal is generated at the output of the low pass filter. Then, these operations are repeated. At this time, even if noise is superimposed on the original signal, this noise is controlled by the low-pass filter, so signal processing with good S / N is achieved.

例えば第1のM系列信号が直接第2のM系列信号と乗
算されローパスフィルタを通過した信号の最大値と比較
して、第1のM系列信号が送信アンテナ、地中、受信ア
ンテナを介してから、第2のM系列信号と、乗算され、
ローパスフィルタを通過した信号の最大値は、地中伝播
時間に相当する時間差だけ遅れて発生し、その振幅は地
中の伝播にともなう減衰に相当して減少するので、これ
らの時間差及び振幅を計測することにより、レーダトモ
グラフィとして断面画像を得るのに必要な情報が得られ
ることになる。このとき、前述のごとく、地中の伝播に
よる信号の減衰が大きくても、S/Nの良好な信号が得ら
れるので、広い領域を探査することができる。
For example, the first M-sequence signal is directly multiplied by the second M-sequence signal and compared with the maximum value of the signal passed through the low-pass filter, and the first M-sequence signal is transmitted through the transmitting antenna, the ground, and the receiving antenna. From the second M-sequence signal,
The maximum value of the signal passed through the low-pass filter is delayed by the time difference corresponding to the underground propagation time, and its amplitude decreases corresponding to the attenuation due to the underground propagation. By doing so, the information necessary for obtaining a cross-sectional image as radar tomography can be obtained. At this time, as described above, even if the signal attenuation due to propagation in the ground is large, a signal with a good S / N can be obtained, so that a wide area can be searched.

また、この発明によれば、以下に説明するように、地
中における電磁波の実際の伝播時間よりも低速化された
信号として出力が得られるので、この出力信号の取扱が
容易になる。すなわち、伝播時間をτ、第1のクロック
発振器の周波数をf1、第2のクロック発振器の周波数を
f2とすると、出力信号に於ける時間差TDは、次式で表わ
されるように大きく拡大される。
Further, according to the present invention, as will be described below, an output can be obtained as a signal whose speed is slower than the actual propagation time of the electromagnetic wave in the ground, so that the output signal can be handled easily. That is, the propagation time is τ, the frequency of the first clock oscillator is f 1 , and the frequency of the second clock oscillator is
When f 2 is set, the time difference T D in the output signal is greatly expanded as represented by the following equation.

TD=τ・f1/(f1−f2) …(1) 伝播時間τはf1/(f1−f2)倍だけ時間的に拡大さ
れ、或いは低速化されたTDとして計測される。
T D = τ ・ f 1 / (f 1 −f 2 )… (1) Propagation time τ is expanded as time f 1 / (f 1 −f 2 ) times, or measured as T D slowed down To be done.

このようにして計測された時間差TD及び信号強度の情
報を処理して地中の地層・土質の断面情報が得られる。
Information on the time difference T D and the signal strength measured in this way is processed to obtain cross-sectional information on the underground strata and soil.

次に、前記(b)について説明する。前記(a)にお
いて、S/N比を良好に決定する方法には例えば、受信器
にノイズフィギュアの良好な増幅器を使用することが容
易に考えられる。しかし、理想的な低ノイズアンプを使
用しても、絶対に避けられないのが熱雑音である。熱雑
音は、物質を構成する分子の熱振動に依存して発生する
雑音で温度がある限り必ず発生する。
Next, the above (b) will be described. In (a) above, for example, it is easily conceivable to use an amplifier with a good noise figure for the receiver as a method for satisfactorily determining the S / N ratio. However, even if an ideal low noise amplifier is used, thermal noise cannot be avoided. Thermal noise is noise that occurs depending on thermal vibrations of molecules that form a substance, and is always generated as long as there is temperature.

この熱雑音の大きさNpは、絶対温度をT、周波数帯域
をB、ボルツマン定数をkとすると、次式で与えられ
る。
The magnitude Np of this thermal noise is given by the following equation, where T is the absolute temperature, B is the frequency band, and k is the Boltzmann constant.

Np=kTB …(2) 送信信号の持つ周波数帯域Btは、2つのクロック周波
数をf1とf2(f1>f2)とし、f1で駆動されるM系列信号
を送信すると、 Bt≒5・f1 …(3) である。一方、受信波形にf2のクロック周波数で駆動さ
れるM系列信号を乗算して、ローパスフィルタを通過し
て得られる検知信号の持つ周波数帯域Brはローパスフィ
ルタのカットオフ周波数で決定される。この際、検出信
号の持つ情報が欠落しないようにカットオフ周波数f cu
tを決める必要がある。検出波形では、M系列信号の相
関関数の持つ周波数帯域5・f1が式(1)で示したよう
にf1/(f1−f2)だけ低速化されているのでその周波数
帯域Brは Br=5・(f1−f2) …(4) となるので、ローパスフィルタのカットオフ周波数は、
次式のように設定するのが合理的である。
Np = kTB (2) The frequency band Bt of the transmission signal has two clock frequencies f 1 and f 2 (f 1 > f 2 ), and when the M-sequence signal driven by f 1 is transmitted, Bt≈ 5 · f 1 (3) On the other hand, the frequency band Br of the detection signal obtained by passing the low-pass filter by multiplying the received waveform by the M-sequence signal driven at the clock frequency of f 2 is determined by the cut-off frequency of the low-pass filter. At this time, cut-off frequency f cu
You need to decide t. In the detected waveform, the frequency band 5 · f 1 of the correlation function of the M-sequence signal is slowed down by f 1 / (f 1 −f 2 ) as shown in equation (1), so the frequency band Br is Since Br = 5 · (f 1 −f 2 ) (4), the cutoff frequency of the low-pass filter is
It is rational to set as the following formula.

(f1−f2)<f cut<20(f1−f2) …(5) 回路構成を単純化するためのローパスフィルタのカッ
トオフ周波数は固定し、検出信号を取り込んだ後続の信
号処理装置で、デジタル的な信号処理でノイズを減らす
方法と、ローパスフィルタのカットオフ周波数をいつも f cut=5・(f1−f2) …(6) とする方法が考えられる。いずれの方法にしても、この
場合のノイズ抑制効果N supは、式(2),(3)を勘
案して、次式となる。
(F 1 −f 2 ) <f cut <20 (f 1 −f 2 ) ... (5) The cutoff frequency of the low-pass filter for simplifying the circuit configuration is fixed, and the subsequent signal processing in which the detection signal is captured is fixed. in the apparatus, a method of reducing noise in a digital signal processing method for a usual f cut = 5 · the cut-off frequency of the low-pass filter (f 1 -f 2) ... ( 6) can be considered. Whichever method is used, the noise suppression effect N sup in this case is given by the following equation in consideration of the equations (2) and (3).

N sup=f1/(f1−f2) …(7) すなわち、Δf=f1−f2を小さくすると大きなノイズ
抑制効果が得られる。しかし、Δfを小さくすると2つ
のM系列信号がずれる速度が遅くなるので測定時間は長
くなる。よって、必要に応じてΔfを小さくしてS/Nを
改善できるように周波数を可変にしておくことが有効と
なる。
N sup = f 1 / (f 1 −f 2 ) ... (7) That is, when Δf = f 1 −f 2 is reduced, a large noise suppressing effect can be obtained. However, if Δf is decreased, the speed at which the two M-sequence signals are displaced becomes slower, and the measurement time becomes longer. Therefore, it is effective to make the frequency variable so that Δf can be reduced as necessary to improve the S / N.

次に、前記(c)について説明する。クロック周波数
を変化させると、測定可能な距離範囲も変化する。すな
わち、測定可能な伝播距離Lは、伝播速度をv、擬似ラ
ンダム信号の周期をN ranとすると次式となる。
Next, the above (c) will be described. When the clock frequency is changed, the measurable distance range also changes. That is, the measurable propagation distance L is given by the following equation, where v is the propagation velocity and N ran is the period of the pseudo-random signal.

L=N ran・v/f1 …(8) したがって、要求される測定距離が決められた場合、
周波数を変化させたら、擬似ランダム信号の周期も式
(8)に従って変化させる必要がある。
L = N ran · v / f 1 (8) Therefore, when the required measurement distance is determined,
When the frequency is changed, the period of the pseudo random signal needs to be changed according to the equation (8).

次に、前記(d)について説明する。レーダ本体と送
信ゾンデの間の信号伝送路及びレーダ本体と受信ゾンデ
の間の信号伝送路のいずれか一方、或いは両方が光ファ
イバケーブルにより構成されており、電磁誘電ノイズの
影響を受けない。
Next, the above (d) will be described. One or both of the signal transmission path between the radar main body and the transmission sonde and the signal transmission path between the radar main body and the reception sonde are configured by optical fiber cables, and are not affected by electromagnetic dielectric noise.

[実施例] 第1図はこの発明の一実施例を示すブロック図であ
る。図において、1はクロック発生器、2は第1の擬似
ランダム信号発生器としてのM系列信号発生器である。
3はクロック発生器、4は第2の擬似ランダム信号発生
器としてのM系列信号発生器である。5,6はそれぞれ電
気信号/光信号変換器である。7は乗算器である。
[Embodiment] FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a clock generator and 2 is an M-sequence signal generator as a first pseudo-random signal generator.
Reference numeral 3 is a clock generator, and 4 is an M-sequence signal generator as a second pseudo random signal generator. Reference numerals 5 and 6 are electric signal / optical signal converters. 7 is a multiplier.

8は光信号/電気信号変換器、9は送信ゾンデ内の増
幅器、10は送信ゾンデ内の電源用のバッテリ、11は送信
アンテナである。
Reference numeral 8 is an optical signal / electrical signal converter, 9 is an amplifier in the transmitting sonde, 10 is a battery for a power source in the transmitting sonde, and 11 is a transmitting antenna.

12は受信ゾンデ内の増幅器、13は乗算器としてのダブ
ルバランスミキサ、14は電気信号/光信号変換器、15は
積分器としてのローパスフィルタ、16は光信号/電気信
号変換器、17は受信ゾンデ内の電源用のバッテリ、18は
受信アンテナである。
12 is an amplifier in the reception sonde, 13 is a double balance mixer as a multiplier, 14 is an electric signal / optical signal converter, 15 is a low-pass filter as an integrator, 16 is an optical signal / electrical signal converter, and 17 is a receiving A battery for power supply in the sonde, and 18 is a receiving antenna.

19は光信号/電気信号変換器、51はカットオフ周波数
が可変のローパスタフィルタである。20は検出信号の極
大部の振幅を計測するための振幅値計測器、21は検出信
号と基準信号の時間差から伝播時間を求めるための時間
計測器、22は積分器としてのローパスフィルタ、23は検
出信号の強度又は伝播時間の情報からトモグラフィの演
算をするための演算とその演算結果を表示するための演
算表示器である。
Reference numeral 19 is an optical signal / electrical signal converter, and 51 is a low pasta filter whose cutoff frequency is variable. 20 is an amplitude value measuring device for measuring the amplitude of the maximum part of the detection signal, 21 is a time measuring device for obtaining the propagation time from the time difference between the detection signal and the reference signal, 22 is a low-pass filter as an integrator, and 23 is It is an operation display for displaying an operation for performing a tomographic operation from the information on the intensity of the detection signal or the propagation time and the result of the operation.

24,25,26はそれぞれ光ファイバケーブルである。27は
送信ゾンデ、28は受信ゾンデである。29,30はそれぞれ
ボアホールである。31は地中である。32レーダ本体であ
る。
Reference numerals 24, 25 and 26 are optical fiber cables. 27 is a transmitting sonde and 28 is a receiving sonde. 29 and 30 are boreholes. 31 is underground. 32 This is the radar body.

次に、第1図の装置の構成を説明する。 Next, the configuration of the apparatus shown in FIG. 1 will be described.

クロック信号発生器1及び3の周波数は1MHZから1GHZ
まで高精度に可変できるシンセサイザを使用して、土中
の電波透過性と検出分解能を勘案して周波数を選択す
る。本実施例では、2つのクロック信号発生器のクロッ
ク周波数の差を1HZ、100HZ、8KHZと設定できるように
した。これらの差の周波数を安定性良く保つために、シ
ンセサイザ内の基準発振器は一方のものを共通に使用す
る方法を取っている。
Clock signal frequency of the generator 1 and 3 1GH from 1 MH Z Z
Using a synthesizer that can vary with high accuracy, the frequency is selected in consideration of radio wave permeability and detection resolution in the soil. In this embodiment, the difference in clock frequencies of the two clock signal generators IH Z, 100H Z, can be set with 8KH Z. In order to keep the frequency of these differences stable, the reference oscillator in the synthesizer uses one of them in common.

ここではクロック周波数を100MHZ程度とした場合につ
いて説明する。
Here will be described a case where the clock frequency of about 100 MHz Z.

例えば、クロック信号発生器1は周波数100.004MHZ
クロック発生器3は周波数99.996MHZとして、それぞれ
M系列信号発生器2とM系列信号発生器4を駆動する。
M系列信号発生器2とM系列信号発生器4は、擬似ラン
ダム信号発生手段のひとつとして採用されたもので、M
系列信号の代わりにたとえば、バーカコード、ゴールド
符号系列信号、JPL符号系列信号を用いてもよい。
For example, the clock signal generator 1 frequency 100.004MH Z,
Clock generator 3 as a frequency 99.996MH Z, drives the M-sequence signal generator 2 and the M-sequence signal generator 4, respectively.
The M-sequence signal generator 2 and the M-sequence signal generator 4 are adopted as one of the pseudo-random signal generating means.
For example, a Barker code, a Gold code sequence signal, or a JPL code sequence signal may be used instead of the sequence signal.

本実施例においては、第2図に示したように、9ビッ
トのシフトレジスタ41を用いて、排他的論理和回路42〜
44により構成されるフィードバック回路をスイッチ45で
切換えることにより、M系列信号の符号長(周期)を変
化できるようにした。すなわち、シフトレジスタ41の段
数nを9.75と切換えることにより、それぞれにおけるM
系列信号の符号長を29−1=511、27−1=127、25−1
=31とそれぞれ切換えられる。このことにより、上記の
クロック周波数においては、土中の伝播速度をv=0.6
×108m/sとすると、式(8)から土中の測定範囲をL=
307m、76m、19mと変化させることができる。
In this embodiment, as shown in FIG. 2, a 9-bit shift register 41 is used, and the exclusive OR circuit 42 ...
The code length (cycle) of the M-sequence signal can be changed by switching the feedback circuit constituted by 44 with the switch 45. That is, by switching the number of stages n of the shift register 41 to 9.75,
Set the code length of the sequence signal to 2 9 −1 = 511, 2 7 −1 = 127, 2 5 −1
= 31 can be switched respectively. Therefore, at the above clock frequency, the propagation velocity in soil is v = 0.6.
Assuming × 10 8 m / s, the measurement range in soil from equation (8) is L =
It can be changed to 307m, 76m, 19m.

このようにして、上記の可変符号長内でランダムな2
値信号の周期性循環符号であるM系列信号を発生する。
In this way, the random 2 within the variable code length is
Generate an M-sequence signal that is a cyclic cyclic code of the value signal.

第3図はM系列信号発生器の出力波形の一部である。
同図(a)は、論理“1"が電圧+Eに、論理“0"が電圧
−Eに対応させたNRZ(Non Return Zero)波形の例であ
り、同図(b)は、論理“1"が電圧+Eから−Eに変化
する波形に、論理“0"が電圧−Eから+Eに変化する波
形に対応させたPSK(Phaso Shift Keying)波形の例で
あり、電磁波放射効率としては後者の方が良好なので、
本実施例ではPSK波形を使用した。
FIG. 3 shows a part of the output waveform of the M-sequence signal generator.
FIG. 10A shows an example of an NRZ (Non Return Zero) waveform in which a logic “1” corresponds to the voltage + E and a logic “0” corresponds to the voltage −E, and FIG. "Is a waveform that changes from + E to -E, and" 0 "is a waveform that changes from -E to + E when PSK (Phaso Shift Keying) is an example of the waveform. Is better, so
In this example, a PSK waveform was used.

電気信号/光信号変換器5及び6、光ファイバケーブ
ル24及び25、光信号/電気信号変換器8及び16には、高
速ディジタル信号伝送用の光通信器を用い、レーダ本体
で発生させた高速なM系列信号を送信ゾンデと受信ゾン
デに伝送する。増幅器9はM系列信号を電力増幅してア
ンテナを励振させるための3Wの広帯域電力増幅器を使用
した。バッテリ10及び17としては、小型で長時間使用可
能なニッケルカドミウム電池を使用した。アンテナ11及
び18はともに円筒状のアルミ管できたダイポールアンテ
ナで中央部にパランコイルを設け電気的なマッチングを
行っている。
The optical signal / optical signal converters 5 and 6, the optical fiber cables 24 and 25, and the optical signal / electrical signal converters 8 and 16 are optical communication devices for high-speed digital signal transmission. The M-sequence signal is transmitted to the transmitting sonde and the receiving sonde. As the amplifier 9, a 3 W wide band power amplifier for power amplifying the M-sequence signal to excite the antenna is used. As the batteries 10 and 17, small nickel cadmium batteries that can be used for a long time were used. The antennas 11 and 18 are both dipole antennas made of a cylindrical aluminum tube and are provided with a paran coil in the center for electrical matching.

アンテナの外側はプラスチックで絶縁及び防水処理を
施している。電気信号/光信号変換器14、光ファイバケ
ーブル25、光信号/電気信号変換器19は低速用のアナロ
グ信号伝送用の光信号器を使用した。本実施例では、受
信ゾンデ内で後述するようなM系列信号の信号処理を行
い、伝送上必要な帯域制限を施こした信号を光通信器で
レーダ本体へ伝送するので、波形歪みやS/Nの低下が少
ない。
The outside of the antenna is made of plastic and is insulated and waterproofed. The electrical signal / optical signal converter 14, the optical fiber cable 25, and the optical signal / electrical signal converter 19 used optical signal transmitters for analog signal transmission for low speed. In the present embodiment, signal processing of an M-sequence signal as described later is performed in the reception sonde, and the signal subjected to band limitation necessary for transmission is transmitted to the radar main body by the optical communication device. There is little decrease in N.

レーダ本体へ伝送された検出信号は、ローパスフィル
タ51を通過して必要十分な帯域制御を受け、ノイズが抑
制され大きなS/N比を得る。ここでは、ローパスフィル
タ51は第4図に示すように可変インダクタンス52及び可
変キャパシタンス53で構成され、カットオフ周波数は可
変であり、前述の2つのクロック周波数の差の周波数の
約5倍とした。
The detection signal transmitted to the radar main body passes through the low-pass filter 51 and undergoes necessary and sufficient band control, noise is suppressed, and a large S / N ratio is obtained. Here, the low-pass filter 51 is composed of a variable inductance 52 and a variable capacitance 53 as shown in FIG. 4, the cutoff frequency is variable, and it is set to about 5 times the frequency of the difference between the two clock frequencies.

光ファイバケーブル24はテンションメンバなどの補強
材や外覆はすべて非金属で構成され、送信ゾンデ27をボ
アホール内で吊るす役割もある。また、光ファイバケー
ブル25,26は、1条の非金属ケーブル内に非金属のテン
ションメンバと共に格納され、受信ゾンデをボアホール
内で吊るす役割もはたしている。
The optical fiber cable 24 has a reinforcing member such as a tension member and an outer cover made of non-metal, and also has a role of suspending the transmitting sonde 27 in the borehole. Further, the optical fiber cables 25 and 26 are stored together with a non-metallic tension member in a single non-metallic cable, and also serve to suspend the reception sonde in the borehole.

受信ゾンデ内の増幅器12は、高感度広帯域の増幅器で
入力信号の大きさに応じて適切な受信感度となるように
対数増幅器を使用している。また、この増幅器はその入
り口に可変減衰器が内蔵されており、感度を任意に変え
られる。第1図には記していないが、もうひとつの光通
信器をレーダ本体と受信ゾンデの間に追加して、この増
幅器内の可変減衰器の調整をレーダ本体から行わせるこ
ともできる。
The amplifier 12 in the reception sonde is a high-sensitivity wide-band amplifier and uses a logarithmic amplifier so that the reception sensitivity is appropriate according to the magnitude of the input signal. Also, this amplifier has a variable attenuator built in at the entrance thereof, so that the sensitivity can be arbitrarily changed. Although not shown in FIG. 1, another optical communication device can be added between the radar main body and the reception sonde to adjust the variable attenuator in this amplifier from the radar main body.

また、送信電力を高め、その為の電源が送信ゾンデ内
のバッテリでは十分供給できない場合には、レーダ本体
から送信ゾンデへ金属ケーブルで電源供給する方式も考
えられる。この場合には、送信された電波が金属ケーブ
ルを伝わって伝播することのないように、ケーブル外側
にトロイダルコアを付けて、表面インピーダンスを高め
る対策が必要である。
Further, when the transmission power is increased and the power supply for that purpose cannot be sufficiently supplied by the battery in the transmission sonde, a method of supplying power from the radar main body to the transmission sonde with a metal cable is also considered. In this case, it is necessary to attach a toroidal core to the outside of the cable to increase the surface impedance so that the transmitted radio wave does not propagate through the metal cable.

次に、本実施例の動作について説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.

M系列信号発生器2とM系列信号発生器4は同一の回
路構成であるが、駆動されるクロック信号がわずかに異
なるので、2つのM系列信号の周期の時間はそれぞれ12
69.9492nsと1270.0508nsとわずかに異なる。それ故この
2つのM系列信号M1及びM2を循環して発生させ、ある時
刻taで2つのM系列信号のパターンが一致したとする
と、1周期の時間経過毎に0.1nsのずれが両信号間に生
じ、100周期後には10nsのずれが両信号間に生ずる。こ
こでM系列信号は1周期1270nsに127個の信号を発生す
るので、1信号の発生時間は10nsである。
The M-sequence signal generator 2 and the M-sequence signal generator 4 have the same circuit configuration, but the clock signals to be driven are slightly different, and therefore the period time of the two M-sequence signals is 12 each.
Slightly different from 69.9492ns and 1270.0508ns. Thus is generated by circulating the two M-sequence signals M 1 and M 2, when the patterns of the two M-sequence signal at a certain time t a match, the deviation of 0.1ns for each time of one period A difference of 10 ns occurs between the two signals after 100 cycles. Here, since the M-sequence signal generates 127 signals in one cycle of 1270 ns, the generation time of one signal is 10 ns.

従って、2つのM系列信号M1及びM2間に10nsのずれが
生ずるということは、M系列信号が1個分ずれたことに
相当する。これらのタイミング関係を第5図に示してい
る。
Therefore, the occurrence of the deviation of 10 ns between the two M-sequence signals M 1 and M 2 corresponds to the deviation of one M-sequence signal. The timing relationship between them is shown in FIG.

第5図は第1図の装置の動作を説明するための波形図
である。同図において、(a)は基準となるM系列信号
発生器4の1周期分の出力が127個の信号を含み、その
周期が1270nsであることを示し、(b)はM系列信号発
生器4からの出力M2が−100番から300番の周期まで循環
して発生されている状態を示し、(c)はM系列信号発
生器3からの出力M1がM2と比較して1周期に0.1ns、100
周期で10ns短時間であること、及び時刻taにおいて2つ
のM系列信号M1とM2が同期して、両方の信号のパターン
が一致したことを示している。また、この2つのM系列
信号M1とM2はある時刻において両信号のパターンが一致
すると、以後ずれが次第に増大し一定時間経過すると再
び両信号のパターンが一致する。この例の場合ほぼM系
列信号M1の126.777周期とM2の126.767周期毎、時間で約
16.1ms毎にこの2つのM系列信号M1及びM2のパターン一
致が繰り返して発生することになる。
FIG. 5 is a waveform diagram for explaining the operation of the apparatus shown in FIG. In the figure, (a) shows that the output of one cycle of the reference M-sequence signal generator 4 includes 127 signals and the cycle is 1270 ns, and (b) shows the M-sequence signal generator. 4 shows the state in which the output M 2 from 4 is cyclically generated from the −100 to the 300th cycle, and (c) shows that the output M 1 from the M-sequence signal generator 3 is 1 compared with M 2. 0.1 ns in cycle, 100
Period by a short 10 ns, and the two M-sequence signals M 1 and M 2 are synchronized at time t a, the pattern of both signal indicates that a match. Further, when the patterns of the two M-sequence signals M 1 and M 2 match at a certain time, the shift gradually increases thereafter, and the patterns of the two signals match again after a lapse of a certain time. In the case of this example, approximately 126.777 cycles of the M-sequence signal M 1 and 126.767 cycles of M 2 are approximately every time.
The pattern matching of the two M-sequence signals M 1 and M 2 is repeatedly generated every 16.1 ms.

M系列信号発生器2及び4からそれぞれ出力されるM
系列信号M1及びM2は2つに分岐され、その一方の信号は
それぞれ乗算器7に入力される。乗算器7及び13は、例
えば広帯域のダブル・バランスド・ミキサ(DBM)が使
用され、2つのM系列信号の乗算が行われる。M系列信
号は前述の如く正又は負の電圧信号であり、同符号の乗
算結果は正電圧、異符号の乗算結果は負電圧となり、乗
算器7及び13の出力には正又は負の電圧信号が得られ
る。
M output from the M-sequence signal generators 2 and 4, respectively
The series signals M 1 and M 2 are branched into two, and one of the signals is input to the multiplier 7. As the multipliers 7 and 13, for example, a wide band double balanced mixer (DBM) is used, and multiplication of two M-sequence signals is performed. The M-sequence signal is a positive or negative voltage signal as described above, the multiplication result with the same sign is a positive voltage, the multiplication result with a different sign is a negative voltage, and the positive or negative voltage signal is output to the multipliers 7 and 13. Is obtained.

従って、いま2つのM系列信号M1及びM2のパターンが
一致した時刻taの近傍では乗算器5の出力信号は直流正
電圧又は正電圧のパルス列となる。しかし、この2つの
M系列信号M1及びM2の周期がわずかに異なり、1周期の
時間経過毎に0.1nsのずれが両信号間に生ずる。そし
て、時刻taより100周期後には2つのM系列信号M1及びM
2の間には10nsのずれ即ち信号1個分のずれを生じる。
この状態においては、両信号間の相関は無くなり乗算器
7の出力には正及び負のパルス列信号がランダムに発生
する。この乗算器7の出力波形が第5図(e)に示され
ている。
Therefore, the output signal of the multiplier 5 in the vicinity of the time t a which now has two M-sequence signals M 1 and M 2 of the pattern was consistent is a pulse train of DC positive voltage or a positive voltage. However, the periods of the two M-sequence signals M 1 and M 2 are slightly different, and a deviation of 0.1 ns occurs between the two signals every time one period elapses. Then, the two after 100 cycles to the time t a M-sequence signal M 1 and M
A deviation of 10 ns, that is, a deviation of one signal occurs between the two .
In this state, there is no correlation between the two signals, and positive and negative pulse train signals are randomly generated at the output of the multiplier 7. The output waveform of the multiplier 7 is shown in FIG.

乗算器7の出力信号はローパス・フィルタ22に供給さ
れ直流電圧に変換される。ローパス・フィルタ22はカッ
トオフ周波数fc=40KHZを有し、カットオフ周波数fc
りも高波数の入力成分を減衰させ、入力信号の平滑化を
行う機能を有する。このローパスフィルタ22のカットオ
フ周波数fcも可変としても良い。
The output signal of the multiplier 7 is supplied to the low pass filter 22 and converted into a DC voltage. The low-pass filter 22 has a cutoff frequency f c = 40 KH Z, and has a function of attenuating an input component having a wave number higher than the cutoff frequency f c and smoothing the input signal. The cutoff frequency f c of the low pass filter 22 may also be variable.

ローパス・フィルタ22の出力信号は、2つのM系列信
号M1及びM2のパターンが一致した時刻taにおいて最大値
となり、時刻taよりM系列信号M2が100周期前後にずれ
た時刻、即ちtan±127μsの時刻に最小値となる。そし
てこの最大値を頂点として前後の最小値に直線的に減少
する三角波の電圧信号となる。第5図(f)にこのロー
パス・フィルタ22の出力波形が示されている。また、こ
の三角波の電圧信号は、前述の如く2つのM系列の周期
状態が発生する16.1ms毎にローパス・フィルタ22から出
力される。
The output signal of the lowpass filter 22 becomes a maximum value at time t a two M-sequence signals M 1 and M 2 of the pattern matches, the time of M-sequence signal M 2 from time t a is shifted back and forth 100 cycles, That is, it becomes the minimum value at the time of t an ± 127 μs. Then, the triangular wave voltage signal linearly decreases from this maximum value to the minimum value before and after. The output waveform of the low-pass filter 22 is shown in FIG. The triangular wave voltage signal is output from the low-pass filter 22 every 16.1 ms in which two M-series periodic states occur as described above.

ローパスフィルタ22からの出力信号は時間計測器21へ
入力され、三角波発生時刻からレーダ内部の固定遅延時
間を補正して、電磁波の地中伝播時間を測定するための
基準時刻となる。M系列信号発生器2から出力されたM
系列信号M1は前述の光通信器等を介して、送信アンテナ
11に供給され、電磁波として地中に放射される。この放
射された電磁波は地中31を介して受信アンテナ18に到達
する。このとき、受信されたM系列信号は、送信された
M系列信号より電磁波の伝播時間だけ遅延した信号とな
る。
The output signal from the low-pass filter 22 is input to the time measuring device 21, which serves as a reference time for measuring the underground propagation time of the electromagnetic wave by correcting the fixed delay time inside the radar from the triangular wave generation time. M output from the M-sequence signal generator 2
The sequence signal M 1 is transmitted to the transmitting antenna through the above-mentioned optical communication device or the like.
It is supplied to 11 and is radiated into the ground as an electromagnetic wave. This radiated electromagnetic wave reaches the receiving antenna 18 via the underground 31. At this time, the received M-series signal becomes a signal delayed from the transmitted M-series signal by the propagation time of the electromagnetic wave.

M系列信号発生器4から出力されたM系列信号M2は、
前述の光通信器を介して、受信ゾンデ内の乗算器13に供
給され、受信されたM系列信号と乗算さ、その結果がロ
ーパスフィルタ15を通過する。ローパスフィルタ15のカ
ットオフ周波数は100KHZであり、これは検出信号の伝送
に必要なだけの帯域を制限するためのものである。ロー
パスフィルタ15を通過した検出信号は前述した光通信器
によりレーダ本体に伝送される。レーダ本体では伝送さ
れてきた検出信号をローパスフィルタ51に通過させる。
このローパスフィルタでの動作は乗算器7、ローパスフ
ィルタ22において先に説明した動作と同じである。相違
する点は、2つのM系列信号M1とM2のパターンが一致す
る時刻が異なる点である。厳密には、受信されたM系列
信号が伝播により若干の波形歪みを受けているが、これ
は本実施例の動作には影響を与えない。ローパスフィル
タ51のカットオフ周波数はM1とM2のクロック周波数の差
Δfの5倍になるように可変して調整できるようになっ
ているので、最適なノイズ抑制効果が得られる。
The M-sequence signal M 2 output from the M-sequence signal generator 4 is
It is supplied to the multiplier 13 in the reception sonde via the above-described optical communication device, is multiplied by the received M-sequence signal, and the result is passed through the low-pass filter 15. Cut-off frequency of the low-pass filter 15 is 100KH Z, which is intended to limit the bandwidth as needed to transmit the detection signal. The detection signal passed through the low-pass filter 15 is transmitted to the radar main body by the above-mentioned optical communication device. The radar main body passes the transmitted detection signal to the low-pass filter 51.
The operation of this low-pass filter is the same as that of the multiplier 7 and the low-pass filter 22 described above. The difference is that the times at which the patterns of the two M-sequence signals M 1 and M 2 match are different. Strictly speaking, the received M-sequence signal is slightly distorted due to propagation, but this does not affect the operation of this embodiment. Since the cutoff frequency of the low-pass filter 51 can be variably adjusted to be 5 times the difference Δf between the clock frequencies of M 1 and M 2 , the optimum noise suppression effect can be obtained.

このようにして、ローパスフィルタ51を通過して得ら
れた検出信号は時間計測器21と振幅値計測器20に入力さ
れる。時間計測器21では、前述した基準時刻に対して検
出信号の極大値が発生した時刻を計ることにより電磁波
の伝播時間を求めることができる。ここで、時間計測器
内で伝播時間を計測する場合に注目すべき点は、時間軸
が、実際の電磁波の伝播時間に比べて、拡大されている
点である。例えば、地中の伝播時間20nsの場合には、時
間計測器では25μsを計測することになり、すなわち時
間軸が12,700倍に拡大されて、極めて低速な信号を計測
すればよいことになる。
In this way, the detection signal obtained by passing through the low-pass filter 51 is input to the time measuring device 21 and the amplitude value measuring device 20. The time measuring device 21 can obtain the propagation time of the electromagnetic wave by measuring the time when the maximum value of the detection signal occurs with respect to the reference time described above. Here, a point to be noted when measuring the propagation time in the time measuring device is that the time axis is expanded as compared with the actual propagation time of the electromagnetic wave. For example, when the propagation time is 20 ns in the ground, the time measuring device measures 25 μs, that is, the time axis is expanded by 12,700 times and an extremely low speed signal may be measured.

また、振幅値計測器23では、検出信号の極大部の振幅
を計ることにより電磁波の減衰を計測することができ
る。
Further, the amplitude value measuring device 23 can measure the attenuation of the electromagnetic wave by measuring the amplitude of the maximum portion of the detection signal.

以上により、演算表示器23には、電磁波の地中の伝播
時間と減衰に関する情報が入力され、これに基づいて地
中の断面像が演算され表示される。
As described above, the information about the propagation time and attenuation of the electromagnetic wave in the ground is input to the calculation display 23, and the sectional image of the ground is calculated and displayed based on the information.

断面像を得る信号処理アルゴリズム自体は従来から知
られており、例えばAlegebraic Recostruction Techniq
ue、Simultaneous lterative ReconstructionTechique
及びDiffraction Tomographyも使用できるが、ここでは
いわゆる反復法を適用した。
The signal processing algorithm itself for obtaining a cross-sectional image is conventionally known, and for example, Alegebraic Recostruction Techniq
ue, Simultaneous lterative ReconstructionTechique
Although so-called and Diffraction Tomography can also be used, the so-called iterative method was applied here.

第6図は反復法の説明図であり、図示のように送信点
から或る受信点に至る破線Rkに沿った伝播遅延時間tk
は振幅ak,を測定するが、それぞれ次の(2),(3)
式で表現される。
FIG. 6 is an explanatory diagram of the iterative method. As shown in the figure, the propagation delay time t k or the amplitude a k along the broken line Rk from the transmission point to a certain reception point is measured. ), (3)
Expressed as an expression.

なお、上式において、V(x,y)は断面内の速度分布
であり、a(x,y)は減衰パラメータの分布である。
In the above equation, V (x, y) is the velocity distribution in the cross section, and a (x, y) is the distribution of damping parameters.

第7図は演算表示器23における反復法の演算動作を示
したフローチャートである。走時データを入力した後、
初期モデルV0(x,y)、a0(x,y)を設定し、(2)式又
は(3)式に従って測定データと同じ送信点−受信点の
組についてtk又はakを求め、実施値との残差を低減させ
るように、モデルを修正し、近付けていく。
FIG. 7 is a flow chart showing the operation of the iterative method on the operation display 23. After entering the travel time data,
Initial models V 0 (x, y) and a 0 (x, y) are set, and t k or a k is calculated for the same transmission point-reception point pair as the measurement data according to equation (2) or equation (3). , Modify the model so as to reduce the residual from the actual value, and bring it closer.

[発明の効果] 以上のようにこの発明によれば、周波数がわずかに異
なる2つの擬似ランダム信号を使用して地中に電磁波を
入射してその透過波、反射波又は回折波の振幅(減衰)
及び伝播時間を高精度に測定できるようにし、また、よ
り大きなS/N比が必要な場合には、応答速度は遅くなる
が、2つのクロック周波数の差の周波数を小さくするこ
とによりS/Nが改善できるようになった。また測定時間
に制約があり、より速い計測時間としたい場合には、S/
Nは悪くなるが、2つのクロック周波数の差の周波数を
大きくすれば良いようになった。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, two pseudo-random signals having slightly different frequencies are used to inject an electromagnetic wave into the ground, and the amplitude (attenuation) of a transmitted wave, a reflected wave, or a diffracted wave thereof is attenuated. )
And the propagation time can be measured with high accuracy, and the response speed becomes slower when a larger S / N ratio is required, but the S / N ratio can be reduced by reducing the difference between the two clock frequencies. Can be improved. In addition, there is a limit to the measurement time, and if you want a faster measurement time, use S /
N becomes worse, but it has become possible to increase the frequency of the difference between the two clock frequencies.

また、クロック周波数を変化させることによって、変
化を受ける測定範囲についても、M系列信号の符号長を
変化できるようなM系列信号発生器を使用することによ
って、適切な測定範囲が設定できるようになった。
Also, by using an M-sequence signal generator capable of changing the code length of the M-sequence signal, it is possible to set an appropriate measurement range for the measurement range that is changed by changing the clock frequency. It was

また、光ファイバを使用した光伝送系を使用したの
で、レーダ本体と送信ゾンデとの間及び受信ゾンデとレ
ーダ本体との間に電磁誘導ノイズが混入しないようにな
った。
Further, since the optical transmission system using the optical fiber is used, electromagnetic induction noise is prevented from being mixed between the radar main body and the transmitting sonde and between the receiving sonde and the radar main body.

以上の如く、関東ローム層のように土壌中の水分が多
く電磁波の減衰が大きい地域でも、S/Nの良好な信号が
得られ、広い領域を一度に効率良くしかも、検査条件の
変化にも柔軟な対応ができ、実用的な探査ができるよう
になった。
As described above, even in areas such as the Kanto loam layer where the soil has a large amount of water and the electromagnetic waves are greatly attenuated, a good S / N signal can be obtained, and a wide area can be efficiently processed at a time and even when the inspection conditions change. It was possible to respond flexibly and to conduct practical exploration.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図はこの発明の一実施例による地中レーダトモグラ
フィ装置の構成を示すブロック図、第2図は第1図のM
系列信号発生器の回路図、第3図はM系列信号発生器の
出力波形図、第4図はカットオフ周波数が可変のローパ
スフィルタ回路図、第5図は第1図の装置の動作を示す
タイムチャート、第6図は反復法の説明図、第7図は反
復法の演算動作を示すフローチャートである。
FIG. 1 is a block diagram showing the structure of an underground radar tomography apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an M of FIG.
Circuit diagram of the sequence signal generator, FIG. 3 is an output waveform diagram of the M sequence signal generator, FIG. 4 is a circuit diagram of a low-pass filter with a variable cutoff frequency, and FIG. 5 shows the operation of the apparatus of FIG. A time chart, FIG. 6 is an explanatory diagram of the iterative method, and FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the iterative method.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】地中に電磁波を入射して、その透過波、反
射波又は回折波の振幅及び伝播時間を多点にわたって計
測し、これに信号処理を施して、地中の地層・土質の分
布を断面情報として得る地中レーダトモグラフィ装置に
おいて、 第1のクロック発生器と、 該第1のクロック発生器の出力によって駆動され、第1
の擬似ランダム信号を出力する第1の擬似ランダム信号
発生器と、 該第1のクロック発生器の周波数とわずかに異なる周波
数を有する第2のクロック発生器と、 前記第1の擬似ランダム信号発生器と同じ回路構成から
なり、該第2のクロック発生器の出力によって駆動さ
れ、第2の擬似ランダム信号を出力する第2の擬似ラン
ダム信号発生器と、 前記第1の擬似ランダム信号と前記第2の擬似ランダム
信号とを乗算する第1の乗算器と、 該第1の乗算器の出力を帯域制限するための第1のロー
パスフィルタと、 前記第1の擬似ランダム信号を土中へ送信する送信手段
と、 前記送信手段によって送信された信号を土中を介して受
信する受信手段と、 この受信信号と前記第2の擬似ランダム信号とを乗算す
る第2の乗算器と、 該第2の乗算器の出力を受信信号を帯域制限するための
第2のローパスフィルタと、 前記第1のローパスフイルタの出力及び前記第2のロー
パスフイルタの出力を入力し、これらの信号に信号処理
を施して地中の地層・土質の断面情報を求める演算装置
とを有し、そして、 前記第1のクロック発生器及び前記第2のクロック発生
器はそのいずれか一方又は両方のクロック周波数が可変
できるものであり、前記第2のローパスフィルタは、第
1のクロック発生器のクロック周波数と第2のクロック
発生器のクロック周波数との差の周波数の1倍から20倍
程度の周波数をカットオフ周波数となるように可変でき
るものであることを特徴とする地中レーダトモグラフィ
装置。
1. An electromagnetic wave is injected into the ground to measure the amplitude and propagation time of a transmitted wave, a reflected wave or a diffracted wave at multiple points, and signal processing is applied to this to measure the formation of underground layers and soils. In a ground-penetrating radar tomography device that obtains a distribution as cross-sectional information, a first clock generator and a first clock generator driven by an output of the first clock generator,
A pseudo-random signal generator for outputting the pseudo-random signal, a second clock generator having a frequency slightly different from the frequency of the first clock generator, and the first pseudo-random signal generator A second pseudo-random signal generator having the same circuit configuration as the above, driven by an output of the second clock generator, and outputting a second pseudo-random signal; the first pseudo-random signal and the second pseudo-random signal; A first multiplier for multiplying the pseudo random signal by the first low pass filter for band limiting the output of the first multiplier, and a transmission for transmitting the first pseudo random signal into the soil. Means, receiving means for receiving the signal transmitted by the transmitting means through soil, a second multiplier for multiplying the received signal by the second pseudo-random signal, and the second multiplication A second low-pass filter for band limiting the output of the received signal, the output of the first low-pass filter and the output of the second low-pass filter, and subjecting these signals to signal processing And a computing device that obtains cross-sectional information of the stratum and soil, and the first clock generator and the second clock generator are capable of varying either or both clock frequencies, The second low-pass filter changes a frequency about 1 to 20 times the difference frequency between the clock frequency of the first clock generator and the clock frequency of the second clock generator to be the cutoff frequency. A ground-penetrating radar tomography device characterized by being capable.
【請求項2】前記第1の擬似ランダム信号発生器及び前
記第2の擬似ランダム信号発生器は、発生する擬似ラン
ダム信号の符号長が可変できる擬似ランダム信号発生器
を用いていることを特徴とする請求項1記載の地中レー
ダトモグラフィ装置。
2. The first pseudo random signal generator and the second pseudo random signal generator use a pseudo random signal generator capable of varying a code length of a generated pseudo random signal. The underground radar tomography apparatus according to claim 1.
【請求項3】レーダ本体には前記第1のクロック発生
器、前記第1の擬似ランダム信号発生器、前記第2のク
ロック発生器、前記第2の擬似ランダム信号発生器、前
記第1の乗算器、前記第1のローパスフィルタ、前記第
2の乗算器、前記第2のローパスフィルタ、及び前記演
算装置が装備され、送信ゾンデには前記送信手段が装備
され、受信ゾンデには前記受信手段が装備され、そし
て、前記レーダ本体と前記送信ゾンデとの間の信号伝送
路と、前記レーダ本体と前記受信ゾンデとの間の信号伝
送路のいずれか一方或いは両方を光ファイバケーブルに
よる光伝送路としたことを特徴とする請求項1又は2記
載の地中レーダトモグラフィ装置。
3. The radar main body includes the first clock generator, the first pseudo random signal generator, the second clock generator, the second pseudo random signal generator, and the first multiplication. Unit, the first low-pass filter, the second multiplier, the second low-pass filter, and the arithmetic unit, and a transmitting sonde is equipped with the transmitting means, and a receiving sonde is equipped with the receiving means. And a signal transmission path between the radar main body and the transmission sonde, and an optical transmission path using an optical fiber cable for either or both of the signal transmission path between the radar main body and the reception sonde. The ground-penetrating radar tomography device according to claim 1 or 2, characterized in that.
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