JP2528148B2 - 地下埋設物の探知方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は電磁波を送信し、被探知物体からの反射波
を受信して、地中埋設物を探知することのできる方法及
び装置に関する。

（従来の技術） 第１図に従来の電磁波を用いた被探知物体としての地
中埋設物探知のための測定系の概略例を示す。パルス発
生装置１から送られた電気パルスが送信アンテナ２に送
られ、電磁波が地中に放射される。放射された電磁波は
地中と電気定数の異なる水の層17、石18、埋設管路５、
13等に当たり反射し受信アンテナ６に送られる。（実際
の測定装置においては、送受信アンテナを１つの器にま
とめている。これをアンテナ装置14とする）つぎに、サ
ンプリング装置７を経た後演算部９に送られ、その演算
結果が表示装置10に表示される。埋設管路５の真上で受
信アンテナ６に入射する観測信号の例を第２図に示す。
第２図では、横軸を時間単位で表現しているが、埋設深
度を測定するためには距離に換算する必要がある。従っ
て、地中電波伝播速度ｖを計算する必要がある。ｖは次
式で与えられる。

ここで、ｃは真空中での電磁波の速度、ε_ｓは土の比
誘電率である。（したがって、測定現場での土のε_ｓを
測定する必要がある。一般的に土のε_ｓは４〜20であ
る。）第２図の横軸は、電磁波の地表−物体間の往復時
間であるため、深度Ｌは次式で与えられる。

Ｌ＝T/2・ｖ …（２） ここで、Ｔは電磁波の往復時間である。

実際の測定に際しては送信アンテナ２、及び受信アン
テナ６を収容したアンテナ装置14を第１図に示される矢
印105の方向に走査させ、ア．テナの移動距離が2cmとな
る毎に観測信号を演算部９に記憶させる。走査が完了し
た後、演算部９において（２）式により深度に換算した
後、第３図に示すように横軸を走査距離、縦軸を深度に
とり、観測信号をその収集順ごとに並べてゆき、さら
に、その振幅の大きさにより段階的に区別し（通常は色
別）地中断面図を形成する。第３図は第１図の表示装置
10で表示される地中断面図の一例である。横軸は距離、
縦軸は深度（探知対象域の土の比誘電率は測定の結果16
であったため、比誘電率は16として計算）であり、第２
図の観測信号は第３図のＡ−Ａ間に相当する。第３図の
地中断面図では、各観測信号の内、振幅が30mV以上であ
る時間位置を斜線で、それ以下の時間位置を白で表して
いる。つまり、30mVが観測信号の最小識別振幅Iminとな
る。

埋設管路、水の層等の探知したい物体（以下被探知物
体と記す）による反射波を、様々な反射波の重畳である
観測信号から識別するためには、従来、観測信号の振幅
の大、小をその識別基準としていた。例えば、「アプラ
イド サイエンス センタフォ アーキアラジイ−マス
カ ニュースレーター」11巻No.2、12月1975年「Applie
d Science Center for Archseology−MASCA Newslette
r」Vol 11 No.2 December 1975つまり第２図に示される
ように最小識別幅Iminより大きい振幅の反射波11を被探
知物体による反射波として識別してきた。（同図の波形
12は地表面反射波である） または、アンテナ走査方向に平行に多数回測定して得
ることができる多数の地中断面図（以下、多断面と称す
る）の相関から埋設物の存在を認識する場合や、地中断
面図の分解能を向上させるため合成開口処理を地中断面
図に施す場合もある。また、観測信号全体の周波数スペ
クトルの特徴を利用して埋設物の認識を行う方法も提案
されている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上述した従来の方法及び装置では例えば、第
１図に示される様に、地中に石18等の電磁波を強く反射
する要因が被探知物体以外に存在する場合、地中断面図
には第３図に示されるように複数の反射エコー19、20が
現れる。これら複数の反射エコーの内から被探知物体に
よる反射波を識別することは困難であった。

また、観測信号全体の周波数スペクトルの特徴を利用
して埋設物の認識を行う場合、地中の土質は測定場所毎
に、また、同一の測定場所でも降雨等により変化するた
め、観測信号全体のスペクトルの特徴も様々に変化する
ことにより埋設物の認識が困難となる、という問題点が
あった。また、多断面の相関を利用する場合は、測定者
の判断が必要となり、しかも地中断面図に多数の不要反
射波が含まれている場合は探知目的である埋設物体の存
在の認識が困難である、という問題点があった。また、
合成開口処理によって画像の分解能を向上させる場合、
埋設管路からの反射波の近辺に存在している不要反射波
のため十分な効果が得られない、という問題点があっ
た。

この発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、そ
の目的とするところは、地中の土質が変化する場合にお
いても、地中断面図に多数の不要反射波が含まれている
場合でも、被探知物体の存在および埋設位置を適確かつ
高精度・高分解能、さらに操作者の判断を必要とせず自
動的に探知できる地下埋設物の探知方法及び装置を提供
することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記問題を解決するため、この発明の地下埋設物の探
知方法は時間毎に分割された分割波形を周波数領域に変
換しスペクトル分布を求め、その所定の範囲のパラメー
タ値から被探知物体からの反射波のみを抽出する。この
反射波に対応する地中断面図において、双曲線形状を計
算し、この計算された双曲線上の波形振幅を双曲線の頂
点の振幅に加算する合成開口処理が施される。

これは又、多断面情報として得られた反射波に対する
相関処理後に合成開口処理を施すことにより、被探知物
体が直線構造を有する埋設管路である場合にも水平方向
の分解能を向上させ得た被探知物体の検出ができる。ま
たこの発明の物体の探知装置は、電磁波を送信し、物体
からの前記電磁波の反射波を観測信号として受信する送
信−受信手段と； 前記観測信号をサンプリングするサンプリング手段
と； 前記サンプリング手段によってサンプリングされた信
号をA/D変換した後、所定の時間毎に分割する信号分割
手段と； 前記分割された分割波形を周波数領域に変換し、スペ
クトル分布を算出する手段と； 前記算出されたスペクトル分布からスペクトルピーク
周波数f_p、直流成分比R_dc及び半値幅Ｗなどのスペクト
ル分布のパラメータ値を読みとり、前記パラメータ値の
うち所定の周波数範囲内にある前記スペクトル周波数
f_p、所定の直流成分比範囲内にある前記直流成分比R_dc
及び所定の半値幅範囲内にある前記半値幅Ｗの値を有す
る分割波形を被探知物体からの反射波として抽出する手
段と； 前記被探知物体からの反射波のみを抽出する手段によ
り抽出された反射波が対応する地中断面において（X₀,Z
₀）を頂点とする双曲線形状を計算する手段と、計算さ
れた前記双曲線上の波形振幅を双曲線の頂点（X₀,Z₀）
の振幅に加算する手段とより成る合成開口処理手段と； 前記合成開口処理された反射波を、被探知物体の水平
方向の分解能を向上させた断面図として表示する表示手
段とより構成される。

更に又、この発明の物体の探知装置は物体からの複数
の観測信号を多断面情報としてとらえ、これら多断面情
報間で相関演算を行い、直線構造を有する被探知物体か
らの反射波のみを抽出する手段とこれら抽出された反射
波が対応する地中断面の各地点に対して合成開口処理を
行う手段とを含むことにより直線構造を有する被探知物
体に対しても水平方向の分解能を向上させ得る。

（作 用） この発明の地下埋設物の探知方法及びその装置は、地
中断面図に多数の不要反射波が含まれている場合でも、
地中の土質が変化する場合においても、目的とする埋設
物の存在、および埋設位置を探知することができる。さ
らに、双曲線形状として得られた反射波に対し双曲線上
の振幅値を加算する合成開口処理を施すことにより埋設
管路からの反射波の近辺に不要反射波が存在していて
も、水平方向の分解能を向上させることができ、これは
又、多断面情報として得られる直線構造を有する埋設管
路からの反射波に対しても合成開口処理を施すことによ
り、アンテナから放射される電磁波の水平方向の広がり
を逆に利用し被探知物体の埋設位置の信号振幅を強調す
ることができ、操作者の判断を必要とせず自動的に、か
つ、信頼性の高い物体の探知ができる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を図面を参照し被探知物体とし
て地下埋設物、例えば埋設管路を対象とした場合につい
て説明する。

本発明の物体の探知方法及び装置は地中のさまざまな
反射波の重畳として得られる観測信号に対し周波数解析
を行なった後、被探知物体からの反射波のみを抽出し、
これに合成開口処理もしくは、多断面の相関処理及び合
成開口処理を施すことにより水平方向の分解能を向上さ
せ、埋設物の存在及びその位置を得るものであるが説明
の便宜上周波数解析から順に以下説明する。

1.被探知物体探知方法 地中のさまざまな反射波の重畳として得られる観測信
号から、分割波の周波数領域の情報を用いて、不要反射
波を観測信号から除去し被探知物体からの反射波のみを
検出し被探知物体を探知することに関して以下に詳細に
説明する。

第４図は、本発明による物体の探知方法を説明するた
めに示したフローチャートである。以下、このフローチ
ャートにそって説明を行う。

観測信号の取り込み 観測信号を取り込むに到るまでの段階は、第１図に示
した従来の技術と同様、パルスレーダ法の原理に基づい
ている。

まず、パルス発生装置から電気パルスを送信アンテナ
に送る。送信アンテナでは送られた電気パルスを電磁波
に変換し地中に放射する。放射された電磁波は、地中と
誘電率等電気定数の異なる物体に当たり反射し、受信ア
ンテナで捕えられる。受信アンテナでは反射し返ってき
た電磁波を再び電気信号に変換し、その後サンプリング
装置によりサンプリングし、その結果、観測信号が得ら
れる。観測信号の例を第５図に示す。そして、送信アン
テナ及び受信アンテナを一方向に走査する事によって、
走査方向に沿った地中断面図が形成される。具体的に
は、送信アンテナ及び受信アンテナを一方向に移動さ
せ、移動距離2cm毎に観測信号を収集する。この観測信
号を前述した（２）式により深度単位に換算した後、横
軸を移動距離、縦軸を深度の座標系に観測信号を並べて
いけば、地中断面図が形成できる。

観測信号の分割 観測信号は、地中のあらゆる不連続点での反射波の重
畳である。したがって、被探知物体からの反射波も、観
測信号のいずれかの時間位置に重畳している。そこで、
まず、この観測信号をある時間毎に分割する。分割方法
としては、以下の２種の方法がある。

（１）一定時間分割 観測信号をある一定時間幅ΔＴで
分割する。

（２）ゼロ・クロス分割 観測信号をゼロ・クロス法に
より１周期相当の時間毎に分割する。

本実施例ではゼロクロス法による一周期相当の時間毎
に分割する例を説明する。

前述の第５図は、第４図のステップS1で得られる観測
信号、およびステップS2でのゼロクロス法による波形分
割の例である。第５図に示された矢印の区間がゼロクロ
ス法による一周期相当の時間間隔であり、分割波形毎に
波形No.が表示されている。波形No.1〜８に対応する分
割波形の何れかが埋設管路からの反射波であり、それ以
外の分割波形は、地層界面等からの反射波、若しくは、
土による散乱波等である。ここでは波形No.1を分離した
例を第６図上部に示す。

周波数領域への変換 分離した分割波形を周波数解析部内のFFT（高速フー
リエ変換）処理を利用し周波数領域に変換し、スペクト
ル分布をもとめる。（ステップS3）（第６図下部） 特徴の読み取り 得られたスペクトル分布の中から強度最大（ピーク）
のスペクトルを見つけ、そのスペクトル周波数（スペク
トルピーク周波数）f_p,f_pに対するスペクトル強度I_p、
直流成分強度I_dc及び半値幅Ｗを読み取る。（ステップS
4） 直流成分比R_dcの算出 さらに、直流成分比R_dc（直流成分強度I_dcの、スペク
トルピーク強度I_pに対する比率）を次式により算出す
る。（ステップS5） R_dc＝I_dc/I_p …（３） 第６図の上部に、観測信号から分離した分割波形を、
下部に分離した分割波形のスペクトル分布図、及びその
スペクトルのピーク周波数f_p、スペクトルピーク強度
I_p、直流成分強度I_dc、及び半値幅Ｗを示した。

不要反射波の除去 以上の過程を観測信号の分割波形すべてに対して行い
（ステップS3,S4,S5の繰り返し）、その結果得られるス
ペクトルピーク周波数f_p、直流成分比R_dc及び半値幅Ｗ
に対し、第7,8図の特性を利用して、f_p1＜f_p＜f_p2,R_dc1
＜R_dc＜R_dc2,W₁＜Ｗ＜W₂以外の値を有する分割波形を不
要反射波とし、除去する。

ここで、第７図，第８図は、数々の実験より得られた
観測信号から導かれた、各種分割波形のf_p−R_dc,f_p−Ｗ
分布を示したグラフである。同図の黒丸が埋設管路によ
る反射波の特性、白丸が不要反射波の特性である。埋設
管路による反射波の特性は明らかにある範囲、すなわち
f_p1＜f_p＜f_p2,R_dc1＜R_dc＜R_dc2,W₁＜Ｗ＜W₂の範囲に集
中して分布していることがわかる。f_p1,f_p2,R_dc1,R_dc2,
W₁,W₂の値の一例を表１に示す。

なお、分割波形には、中心周波数f_p、直流成分比
R_dc、半値幅Ｗのフィルタリング条件のいずれかを満た
す波形も複数存在するが、表２に示される様に、観測信
号の内で３条件を同時に満たす分割波形は一つ（波形N
o.4）であり、この分割波形が埋設管路による反射波と
考えられこの分割波形のみ抽出する。ここで表２は第５
図に示された分割波形毎に計算された中心周波数f_p、直
流成分比R_dc、半値幅Ｗの値を示す。

以上述べた不要反射波の除去及び埋設管路による反射
波の抽出から成る信号処理（ステップS6）を、第５図の
観測信号に施すと第９図に示す波形が得られる。

アンテナ走査距離2cm毎に記録した観測信号全てにつ
いて上述した信号処理を施せば、埋設管からの反射波の
みを抽出できる。上記方法により処理した観測信号を横
軸を走査距離、縦軸を深度の座標系に再構成した断面図
を第10図に示す。第10図のＡ−Ａの位置に相当する波形
が第９図に示す波形である。第10図では、波形の存在す
る位置を斜線で表わしている。（ステップS7）さらに、
図９、図10に示されているように、抽出した反射波の分
割開始位置T_zから容易に埋設深度を求めることができ
る。本実施例では、深度0.75（ｍ）である。

このように、ある特定の地中埋設物（本実施例ではス
チィール管）を表１の特性を利用して探知することが可
能である。

なお、表１に示した境界条件は被探知物体（本実施例
では埋設物がスチール管の場合の境界条件値を示す）固
有の値であるため、他の埋設物体の場合、表１に示した
境界条件の値は変化する。そこで、被探知物体が他の物
体（例えば塩化ビニル管、空洞、地層等）であった場
合、さらに地中埋設物に限らず電波透過媒質中の物体
（例えばコンクリート中の鉄骨、亀裂等）であっても、
予め被探知物体による反射波の特徴（f_p,R_dc,W）を実験
的に求めておけば、被探知物体を本発明により探知する
ことができる。

多断面処理 上述の実施例では第４図のステップS6における演算処
理は被探知物体の長さ形状を考慮せずにその反射波を抽
出する処理（第4A図ステップS6a）として説明したが、
実際の埋設状況は、地層、水の層等が複雑に存在してい
るため、場合によっては、上記した埋設管路からの反射
波の抽出方法では、完全に不要反射波を除去出来ない可
能性がある。そこで、被探知物体が直線構造を有する埋
設管路である場合は被探知物体による反射波の抽出後
（ステップS6a）管路埋設方向と垂直な方向で収集した
多断面情報に対して相関演算を行なう（第4B図のステッ
プS6b）ことにより完全に不要反射波を除去でき、探知
精度を高めることができる。

以下に多断面情報の処理方法について説明する。第11
図に示すように、図示矢印の走査方向のアンテナ走査ラ
インに平行に送信アンテナ及び受信アンテナを移動させ
複数の地中断面情報を記録する。被探知物体がこのアン
テナ走査方向に垂直な直線構造の埋設管路５である場合
には、複数の反射波の夫々を信号処理し、その結果例え
ば第12図で測定断面１から測定断面ｎまでに相当する複
数の断面図を得ることできる。同図に示されているよう
に、埋設管路からの反射波11以外に不要反射波16が僅か
に存在している。

そこで、信号処理され得られた多断面情報から同一の
水平位置及び垂直位置に存在する波形を直線構造の埋設
管５からの反射波と認識し、それ以外の波形を除去す
る。このような多断面情報の相関演算を行った結果、先
きに示した第10図のような断面図を得ることができる。

合成開口処理 ところで第10図に示されるように、被探知物体からの
反射波は双曲線形状となる。これは、アンテナから放射
される電磁波が、ある角度で広がるためである。その模
様を第13図に示す。アンテナと被探知物体との距離をＬ
とし、被探知物体とアンテナとが第13図のような相対位
置関係にある場合、アンテナ位置X1においてはアンテナ
直下Ｌの地点に被探知物体があるかのように観測され
る。第13図の矢印の方向にアンテナ装置14を走査すれば
アンテナと被探知物体との距離Ｌが小さくなり、電磁波
の往復時間Ｔはみじかくなる。そして、アンテナ装置14
が被探知物体の真上の地点X₀にある時に得られる反射波
が、上述した双曲線形状の頂点に表示される。そのた
め、地中断面図において被探知物体からの反射波群は双
曲線形状となり、水平方向の分解能が著しく損なわれ
る。そのため、上述した方法により処理した地中断面情
報に対して水平方向の分解能向上のため合成開口処理を
施すことが効果的である。このため演算処理（ステップ
S6）において被探知物体による反射波を抽出するステッ
プ（S6a）に続いて第4c図に示すように合成開口処理ス
テップ（S6c）を行う。

第14図に、合成開口処理の原理図を示す。同図におい
て、地表面Ｘ軸、深度方向をＺ軸とした。（X₀,Z₀）地
点に物体が存在した場合、アンテナをＸ軸上で走査する
と、その反射波の前縁は 上に配置される。従って（X₀,Z₀）地点における被探知
物体の像を得るためには、（４）式上の波形の振幅値を
（X₀,Z₀）地点の波形の振幅値に加えればよく、その結
果（X₀,Z₀）地点の振幅が成長する。実際には反射波はZ
₀位置から反射波長ΔＬだけ振動しているので、（X₀,
Z₀）Ｚ＝Z₀〜Z₀＋ΔＬにおいて振幅は成長する事にな
る。以上の処理を地中断面図のすべての座標位置（X,
Z）において施せば、（X,Z）＝（X₀,Z₀）と成った場合
に、振幅が最大の像が（X₀,Z₀）地点に得られる。

本処理の先きの第10図の地中断面図に施した例を第15
図に示す。このように、本処理により水平方向の分解能
を向上させることができる。

処理結果の表示 走査断面データ及び本発明により処理したデータを出
力し表示装置10に表示する。

上記合成開口処理（ステップS6c）は被探知物体が直
線構造を有する埋設管路である場合にも行なうことがで
きる。この場合は第4D図に示すように、被探知物体によ
る反射波の抽出ステップ（S6a）を、管路埋設方向と垂
直な方向に平行に収集した多断面情報に対して施し、そ
の後多断面の相関演算を行い（ステップS6b）、最後に
相関演算の結果に対して合成開口処理を行う（ステップ
S6c）ことにより直線構造の埋設管路に対して水平方向
の分解能を向上させることができる。尚、第4D図に示す
各ステップS6a,S6b,S6cは第4A図から第4C図において説
明したと同様であり、個々の説明は省略する。

2.被探知物体探知装置 上述したこの発明の地下埋設物の地方法を実施するた
めの、物体探知装置の実施例を以下に説明する。第16図
は本発明である物体探知装置の一実施例の概略を示すブ
ロック図である。第16図において、１は高出力のインパ
ルス（モノパルス）信号を発生するパルス発生装置、２
はパルス発生装置から送られたパルス信号を電磁波に変
換し地中に放射する、広帯域な周波数特性を有する送信
アンテナ、３は地表面、４は地中、５は埋設管路、６は
被探知体に当たり反射してきた電磁波を捕らえ電気信号
に変換する広帯域な周波数特性を有する受信アンテナ、
（本実施例ではアンテナを送信用と受信用に分割してい
るが、送受一体型アンテナでも本発明に適用でき
る。）、14は送信アンテナ２及び受信アンテナ６を搭載
するアンテナ装置、７は受信アンテナから送られる信号
をサンプリングするサンプリング装置、15はFFT（高速
フーリエ変換）処理可能なコンピューティングユニット
であり、後述するように本装置において観測信号をある
時間間隔に分割し、この各分割波形毎にFFT処理を施す
ものである。10は表示装置である。

次に、この発明の物体の反地装置の動作について説明
する。

広帯域な送信アンテナ２、及び受信アンテナ６を地表
面近傍に設定し、パルス発生装置１から高出力電気パル
スを送信することによって電磁波を送信アンテナ２から
地中に放射する。電磁波は地中４を伝搬し、誘電率等電
気定数の異なる種々の物体に当たり反射する。反射し返
ってくるこれら電磁波を再び受信アンテナ６で捕らえ電
気信号に変換する。変換した信号をサンプリング装置７
においてサンプリングし、コンピューティングユニット
15へ観測信号として送る。コンピューティングユニット
15は例えば第16A図に示すような周波数解析部15aを含
む。この周波数解析部15aでは （ａ）まず、アナログ信号である観測信号をデジタル信
号に変換する。そして、このデジタル化された観測信号
をある時間毎に分割する。ここではゼロクロス法による
一周期相当の分割方法が採用される。

（ｂ）この分割された分割波形を周波数解析部15a内のF
FT（高速フーリエ変換）処理により周波数領域に変換す
る。ここでは、各周波数成分のエネルギーの大きさを示
すパワースペクトルを求める。

（ｃ）得られたスペクトル分布の中から強度最大（ピー
ク）のスペクトルを見つけ、そのスペクトル周波数（ス
ペクトルピーク周波数）f_p、直流成分比R_dc（式（３）
参照）、半値幅Ｗを算出する。

（ｄ）次に、上述した1.被探知物体探知方法の項におい
て述べた不要反射波の除去を行う。すなわち、（ｃ）の
過程で算出したf_p,R_dc,Wの値が、f_p1＜f_p＜f_p2,R_dc1＜R
_dc＜R_dc2,W₁＜Ｗ＜W₂の範囲内であれば、その分割波形
を埋設管路による反射波と判断する。範囲外であれば、
その分割波形を不要反射波として除去する。

（ｅ）不要反射波を除去した観測信号及び地中断面図を
第16図に示す表示装置10に出力する。又、コンピューテ
ィングユニット15は第16B図に示すように、周波数解析
部15aと、多断面相関処理部15bとで構成される。この構
成では周波数解析部15aで得られた複数の断面情報に対
して多断面相関処理部15bで相関演算を行い、信号処理
された多断面情報から同一水平位置及び垂直位置に存在
する波形を直線構造の埋設管路からの反射波と認識しそ
れ以外の波形を除去することができる。又、この発明の
コンピューティングユニット15は第16C図に示すよう
に、周波数解析部15aと合成開口処理部15cとで構成され
る。周波数解析部15aで得られた埋設管路５からの反射
波は双曲線形状となり埋設管路が近接している場合双曲
線同志が重なるため水平方向の分解能が著しく損なわれ
る。そこで合成開口処理部15cで双曲線形状に存在する
波形の振幅値を、頂点に存在する波形の振幅値に足し合
せることにより、振幅が最大の像が頂点に得られ、水平
方向の分解能を向上させることができる。

更に、又この発明のコンピューティングユニット15
は、第16D図に示すように周波数解析部15aと多断面処理
部15bと合成開口処理部15cとで構成される。

被探知物体が直線構造を有する埋設管路である場合に
は周波数解析部15aで得られた複数の断面情報に対して
多断面相関処理部15bで相関演算を行い直線構造の埋設
管路からの反射波以外の反射波を除去した後、更に、得
られた反射波に対して合成開口処理部15cで合成開口処
理を行う。その結果、直線構造を有する埋設管路に対し
ても水平方向の分解能を向上させた断面図を得ることが
できる。

以上述べたようにこの発明による断面図を用いれば、
埋設管路の存在、及びその位置を明確に認識することが
出来る。

又電磁波の地中減衰が激しく、観測信号から埋設管路
からの反射波を時間領域で識別出来ない場合でも、上述
した方法を使用すれば高精度、高分解能で識別する事が
可能である。

また、石等による不要反射波の振幅が大きく、目的と
する埋設物による反射波を区別できない場合でも、ま
た、複数の物体が近接している場合でも、目的とする埋
設物の存在を検知することができる。

また本方法は地中探知としては空洞、地層探査等に適
用可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の地下埋設物の探知方
法及び装置は、電磁波の地中減衰率が大きく、時間領域
の振幅情報では目的とする埋設物による反射波を識別で
きない場合でも、さらに、例えば石等による不要反射波
の振幅が大きく、目的とする埋設物による反射波を区別
できない場合でも、又、複数の物体が近接している場合
でも、目的とする被探知物体の存在及び埋設位置を適確
かつ高精度で、かつ操作者の判断を必要とせず自動的に
探知することができる。

特に、観測信号を分割し、これら個々の分割波形をそ
れぞれ評価することにより、以下に示す効果が得られ、
探知目的である埋設物を確実に探知することができる。

抽出した分解波形の分割開始位置T_zから、容易に埋設
深度を求めることができる。

観測信号に探知目的である埋設物以外の物体からの反
射波が多数重畳している場合でも、探知目的である埋設
物からの反射波とこれら不要反射波とを別々に評価でき
るため、両者の識別が可能である。

観測信号に探知目的である複数の埋設物からの反射波
が重畳している場合でも、これら反射波を個々に評価で
きるため、探知目的である複数の埋設物の存在・埋設位
置をそれぞれ知ることができる。

土質が変化した場合でも、探知目的である埋設物から
の反射波と、土質によって引き起こされる散乱波形とを
個々に評価できるため、両者の識別が可能である。

さらに、探知目的である埋設物からの反射波を抽出し
た後に多断面の相関処理を行うことにより、以下に示す
効果が得られ、探知目的である直線構造を有する埋設物
を確実に探知することができる。即ち従来の多断面の相
関処理では、収集した多断面情報をそのままの状態で使
用しているため、探知目的である直線構造を有する埋設
物の存在を知るためには操作者の判断が必要であった。
一方、本発明では、多断面情報から不要反射波の殆ど全
てを除去した後に多断面の相関処理を行うため多断面情
報に不要反射波が多数含まれている場合でも、操作者の
判定を必要とせず自動的に埋設物の存在・位置を知るこ
とができる。

さらに、探知目的である埋設物からの反射波を抽出し
た後に合成開口処理を行うことにより、以下に示す効果
が得られ、探知目的である埋設物を高分解能に探知する
ことができる。即ち、従来技術では、地中断面図から探
知目的である埋設物からの反射波を抽出せずに合成開口
処理を行っていたため、探知目的である埋設物からの反
射波の近辺に不要反射波が存在した場合は、高分解能な
処理画像が得られない問題点があり、また、その不要反
射波の位相が探知目的である埋設物からの反射波の位相
と異なっていた場合、両者の振幅値を加算することによ
り逆に頂点座標での加算値が減少する、という問題点が
あった。一方、本発明では、地中断面図から探知目的で
ある埋設物からの反射波を抽出し、不要反射波を除去し
た後に合成開口処理を行っているため、上記問題点の全
てが解決できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の地下埋設物の探知方法及びその装置を
特明するブロック図； 第２図は、第１図に示す演算部に入力される観測信号例
を示す波形図； 第３図は、第１図においてアンテナ装置を図示矢印方向
に走査したときに表示装置で表示される地中の埋設物に
対応して得られる断面図を示す図； 第４図は、この発明の地下埋設物の探知方法の各ステッ
プ及び地下埋設物の探知装置の作用を説明するためのフ
ローチャート； 第4A図から第4D図は第４図に示す演算処理段階の異なる
演算内容を示すフローチャート； 第５図は観測信号の波形分割を説明するための図； 第６図は第５図から分離された分割波形及びそのスペク
トル分布を示す図； 第７図は分割波形のスペクトル分布から得られた直流成
分比と中心周波数との関係を示すグラフ； 第８図は分割波形のスペクトル分布から得られた半値幅
と中心周波数との関係を示すグラフ； 第９図は第５図に示す観測信号から抽出した被探知物体
からの反射波を示す波形図； 第10図は第９図に示す反射波に対応する被探知物体を示
す断面図； 第11図は複数の断面情報を検出する際の説明に要する構
成図； 第12図は多断面情報１からｎの処理結果から得られた被
探知物体を示す断面図； 第13図は、被探知物体からの反射波が双曲線形状として
得られることを説明する模式図； 第14図は合成開口処理の原理図； 第15図は合成開口処理の結果得られた被探知物体を示す
断面図； 第16図はこの発明の一実施例を示す地下埋設物を探知す
る方法及びその装置を説明するためのブロック図； 第16A図から第16D図は、第16図に示すコンピューティン
グユニットの夫々異なる内部構造をブロックダイヤフラ
ムで示す図である。 ７……サンプリング装置、10……表示装置、14……アン
テナ装置、15……コンピューティングユニット、15a…
…周波数解析部、15b……多断面相関処理部、15c……合
成開口処理部。

フロントページの続き (72)発明者 増田 順一 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 永井 英二 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 有田 紀史雄 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−30782（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−263485（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−220888（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−263880（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−123787（ＪＰ，Ａ) 計測と制御，Ｖｏｌ．20，Ｎｏ．８ （Ｓ56年８月），Ｐ．24〜34，”電波に よる地中・水中の探査"

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パルスレーダ法を用いた地下埋設物の探知
   方法において、地下埋設物からの反射波である電磁波
   を、振幅の時間変化としてとらえることのできる観測信
   号として受信するステップと； 前記観測信号を所定の時間毎に分割するステップと； 前記分割された分割波形を周波数領域に変換しスペクト
   ル分布を求めるステップと； 前記スペクトル分布からスペクトルピーク周波数f_p、直
   流成分比R_dc、及び半値幅Ｗの値を読みとるステップ
   と； 前記スペクトル分布のパラメータ値のうち、所定の周波
   数範囲内にある前記スペクトルピーク周波数f_p、所定の
   直流成分比範囲内にある前記直流成分比R_dc又は所定の
   半値幅範囲内にある前記半値幅Ｗの値を有する分割波形
   を被探知物体からの反射波として抽出するステップと； 前記被探知物体からの反射波のみを抽出するステップに
   より処理された地中断面において（X₀,Z₀）を頂点とす
   る双曲線形状を計算するステップと、計算された前記双
   曲線上の波形振幅を双曲線の頂点（X₀,Z₀）の振幅に加
   算するステップとより成る合成開口処理ステップと； 合成開口処理された信号を被探知物体の、水平方向の分
   解能を向上させた断面図として表示するステップとより
   成る物体の探知方法。
2. 【請求項２】電磁波を送信し、物体からの前記電磁波の
   反射波を観測信号として受信する送信−受信手段と； 前記観測信号をサンプリングするサンプリング手段と； 前記サンプリング手段によってサンプリングされた信号
   をA/D変換した後、所定の時間毎に分割する信号分割手
   段と； 前記分割された分割波形を周波数領域に変換し、スペク
   トル分布を算出する手段と； 前記算出されたスペクトル分布からスペクトルピーク周
   波数f_p、直流成分比R_dc及び半値幅Ｗなどのスペクトル
   分布のパラメータ値を読みとり、前記パラメータ値のう
   ち所定の周波数範囲内にある前記スペクトル周波数f_p、
   所定の直流成分比範囲内にある前記直流成分比R_dc及び
   所定の半値幅範囲内にある前記半値幅Ｗの値を有する分
   割波形を被探知物体からの反射波として抽出する手段
   と； 前記被探知物体からの反射波のみを抽出する手段により
   処理された地中断面において（X₀,Z₀）を頂点とする双
   曲線形状を計算する手段と、計算された前記双曲線上の
   波形振幅を双曲線の頂点（X₀,Z₀）の振幅に加算する手
   段とより成る合成開口処理手段と； 前記合成開口処理された信号を、被探知物体の水平方向
   の分解能を向上させた断面図として表示する表示手段と
   より成る物体の探知装置。
3. 【請求項３】物体からの反射波である電磁波を、振幅の
   時間変化としてとらえることのできる複数の観測信号と
   して受信し、多断面情報を得るステップと； 複数の観測信号の夫々を、所定の時間毎に分割するステ
   ップと； 前記分割された複数の分割波形の夫々を周波数領域に変
   換し、スペクトル分布を求めるステップと、複数の分割
   波形の夫々に対応するスペクトル分布の夫々からスペク
   トルピーク周波数f_p、直流成分比R_dc、及び半値幅Ｗの
   値を読みとるステップと； 前記夫々のスペクトル分布のパラメータ値のうち所定の
   周波数範囲内にある前記スペクトルピーク周波数f_p、所
   定の直流成分比範囲内にある前記直流成分比R_dc又は所
   定の半値幅範囲内にある前記半値幅Ｗの値を有する分割
   波形を被探知物体からの反射波として抽出するステップ
   と； 前記抽出された反射波に対応する前記多断面情報間で相
   関演算を行い直線構造を有する被探知物体からの反射波
   のみを抽出するステップと； 前記抽出された反射波が対応する地中断面において
   （X₀,Z₀）を頂点とする双曲線形状を計算するステップ
   と、計算された前記双曲線上の波形振幅を双曲線の頂点
   （X₀,Z₀）の振幅に加算するステップとより成る合成開
   口処理ステップと； 前記多断面情報間の相関演算を行い、且つ合成開口処理
   された信号を、水平方向の分解能を向上させた、直線構
   造の被探知物体の断面図として表示するステップとより
   成る物体の探知方法。
4. 【請求項４】電磁波を送信し、物体からの反射波である
   電磁波を振幅の時間変化としてとらえることのできる複
   数の観測信号として受信し、多断面情報を得る送信−受
   信手段と； 複数の前記観測信号をサンプリングするサンプリング手
   段と； 前記サンプリング手段によってサンプリングされた信号
   を夫々A/D変換した後、所定の時間毎に分割する信号分
   割手段と； 前記分割された複数の分割波形の夫々を周波数領域に変
   換し、スペクトル分布を算出する手段と； 複数の分割波形の夫々に対応するスペクトル分布の夫か
   らスペクトルピーク周波数f_p、直流成分比R_dc、及び半
   値幅Ｗの値を読みとり、前記パラメータ値のうち所定の
   周波数範囲内にある前記スペクトルピーク周波数f_p、所
   定の直流成分比範囲内にある直流成分比R_dc又は所定の
   半値幅範囲内にある前記半値幅Ｗの値を有する分割波形
   を被探知物体からの反射波として抽出する手段と； 前記抽出された反射波に対応する前記多断面情報間で相
   関演算を行い、直線構造を有する被探知物からの反射波
   のみ抽出する手段と； 前記抽出された直線構造を有する被探知物体からの反射
   波が対応する地中断面の各地点を頂点とする双曲線形状
   を計算する手段と、計算された前記双曲線上の波形振幅
   を双曲線の各頂点の振幅に加算する手段とより成る合成
   開口処理手段と； 前記多断面情報間の相関演算を行い、且つ合成開口処理
   された信号を、水平方向の分解能を向上させた直線構造
   の被探知物体の断面図として表示する手段とより成る物
   体の探知装置。