JP4498875B2 - 探査システム - Google Patents
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Description
図1は、この発明の実施の形態に係る探査システムの構成を示す図である。本実施の形態に係る探査システムは、例えば、グランドソース型空中電磁探査法を用いて地下探査を行う探査システムである。図1に示されるように、地表に設置された送信器11には2本の送信線が直線状に接続されており、それぞれの端には電極8,9が設けられている。電極8,9は、その一部が地中に埋められている。そして空中にはヘリコプタ1が、「バード」と呼ばれる空中曳航体7を吊り下げた状態で飛行している。従って、空中曳航体7はヘリコプタ1によって空中で曳航される。本実施の形態では、空中曳航体7には後述する受信センサー25が搭載されており、当該受信センサー25によって、送信器11から送信された電磁波により地殻に発生した誘導電磁場を受信する。
本実施の形態に係る空中曳航体7は、本体部71と、その尾部71bを取り囲む筒状の安定翼90とを備えている。図2は空中曳航体7の本体部71の構造を示す側面図であって、図3は図2中の矢視A−Aにおける断面図である。また図4は、空中曳航体7の本体部71を上方から見た際の平面図である。図2〜4に示されるように、本実施の形態に係る本体部71の形状は、後方に向かって、つまり空中曳航体7の曳航方向(進行方向)200とは反対方向に向かって細くなる水滴型である。そして、図3に示されるように、本体部71では、曳航方向200に垂直な上下方向に沿った断面形状は左右方向に長い紡錘形である。なお本実施の形態では、上面視上において曳航方向200を時計回りに90°回転して得られる方向を右方向とし、反時計回りに90°回転して得られる方向を左方向とする。
図7は本体部71に取り付けられた状態でのセンサー台100の構造を示す斜視図であって、図8はセンサー台100に取り付けられるセンサーの構成を示す図である。頭部71aを形成する上半分のハウジングは本体部71から取り外すことが可能であり、図7では当該ハウジングが取り外された状態での本体部71が示されている。
図9は、この発明の飛行物体に搭載する機器の構成図である。ヘリコプタ1内には増幅器2が搭載され、受信センサー25、姿勢計23及び方位計24の出力はそれぞれ当該増幅器2で増幅される。増幅器2の出力はアナログ信号であるため、A/D変換装置3によってデジタル信号に変換される。デジタル化された各信号は、コンピュータ4に入力され、記録及び解析が行われる。また、コンピュータ4には、地表に設置された送信器11と同期させるために、受信側水晶時計5が接続されている。また、先述のGPS受信機21及び高度計22もヘリコプタ1に搭載されており、必要に応じてコンピュータ4に接続される。
図10は、この発明において地表に設置する機器の構成図である。送信器11には2本の送信線10が接続されており、その他端には電極8,9が設けられている。図に示すように電極8,9の一部は地中に埋められている。また、送信器11には、昇圧トランス13が接続され、さらに、昇圧トランス13には発電機14が接続されており、電力供給源となっている。すなわち、発電機14により発生した電気を、昇圧トランス13により高電圧にする。そして、送信線10及び電極8,9を通じて大地に対し、高電圧の電流を流すことにより遠方まで届く電磁波を発生させることができる。そしてさらに、送信器11には、飛行物体に設置された機器と同期を得るための送信側水晶時計12が接続されている。なお、送信側(地表)と受信側(飛行物体)を同期させるために、それぞれの水晶時計を予め同一に設定しておく。
本実施の形態では、A/D変換装置3は複数台のA/D変換器を備えており、それらを交互に使用することによって、アナログ入力信号の全波形をデジタル信号に変換することができる。例えば、A/D変換装置3が2台のA/D変換器を備えている場合、コンピュータ4は、一方のA/D変換器が入力信号をA/D変換している間に、他方のA/D変換器から出力されるデジタルデータをメモリ内に記憶し、他方のA/D変換器が入力信号をA/D変換している間に、一方のA/D変化器から出力されるデジタルデータをメモリ内に記憶する。これにより、入力信号を途切れなくA/D変換処理することができる。従って、コンピュータ4は、受信センサー25での受信信号や、姿勢計23から出力されるピッチ角α、ロール角β及び回転角γの信号についての全波形情報を用いて、解析処理を行うことができる。
送信器11により電磁波が送信され地下内部の地殻によって誘導電磁場が発生するが、ヘリコプタ1より吊り下げられた空中曳航体7内の受信センサー25によって観測されるのは、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の3つの磁場成分である。このうち、解析にはZ軸方向の磁場成分、つまり垂直磁場を利用し、図11に示すような地下構造を導く。図11は、地下構造が水平層構造である場合の地下断面図であるが、観測対象は水平層構造に限られない。図11において、ρ1,ρ2,ρ3はそれぞれA層,B層,C層の比抵抗であり、その単位は[Ωm]である。また、H1,H2,H3は、それぞれA層,B層,C層の厚さ(深さ)を示している。時刻tに観測される垂直磁場をHZ(t)とすると、一般に、垂直磁場HZ(t)は以下の式(1)で表される。
上記の処理において、GPS受信機21よび高度計22を使用した座標値xi,yi,zi(i=0,1,…)の算出の方法の例について説明する。
上述の特許文献1では、揺れノイズ信号を除去するために、傾斜計で得られた受信センサーの傾斜情報に基づいて受信信号の補正を行っている。例えば、傾斜計が検出する受信センサーの傾斜が水平面からの傾きθで表される場合、受信した垂直磁場信号をcosθで除算することによって補正している。しかしながら、この方法では、傾斜計での測定ノイズを除去するために補正後の垂直磁場信号に対してフィルタリング処理を実行しようとすると、当該垂直磁場信号に含まれる、探査情報を含む信号の波形を歪めてしまい、探査精度が劣化する可能性がある。
次に、上記ステップs2における揺れノイズ信号の予測値の算出方法について詳細に説明する。図16は、揺れノイズ信号の予測値の算出方法を説明するための図である。図16において、座標軸Xo,Yo,Zoで表される直交座標系は基準となる固定座標系(以後、「基準座標系」と呼ぶ)であり、座標軸Xt,Yt,Ztで表される直交座標系は、時刻tにおける受信センサー25での受信磁場の各成分を表す座標系(以後、「受信センサー座標系」と呼ぶ)である。
次に、図15のステップs3における周波数特性補正方法について説明する。コンピュータ4は、空中曳航体7が探査領域の上空に到達すると、地下探査を開始する前に、式(5)〜(7)を用いて、送信器11からパルス信号が出力されていない状態でのhaxn(t)、hayn(t)及びhazn(t)を求める。同時に、この状態において、受信センサー25での受信信号を取得する。このときの受信信号のXYZ成分を、それぞれhrx(t)、hry(t)及びhrz(t)とする。
これまでは、飛行物体がヘリコプタの場合について説明したが、これに限らず、先述の受信に必要な機器を搭載して飛行することが可能なその他の飛行物体でもよい。好ましくは、低速飛行や空中停止が可能なヘリコプタや飛行船が使用される。また、無人機も使用可能である。
Claims (8)
- 飛行物体と、
探査対象に関する情報を含む信号を受信する受信センサーを有し、前記飛行物体に空中で曳航される空中曳航体と
を備える探査システムであって、
前記空中曳航体は、
曳航方向とは反対方向に向かって細くなる形状の本体部と、
前記本体部の尾部を取り囲み、前記曳航方向とは反対方向に向かって細くなる筒状の安定翼と
を備える、探査システム。 - 請求項1に記載の探査システムであって、
前記空中曳航体の前記本体部では、前記曳航方向に垂直な方向に沿った断面形状が紡錘形である、探査システム。 - 請求項1及び請求項2のいずれか一つに記載の探査システムであって、
前記空中曳航体における前記本体部の頭部内には、
前記受信センサーが搭載され、その揺れを抑制するジンバル構造を有するセンサー台が設けられている、探査システム。 - 請求項3に記載の探査システムであって、
前記頭部内には、前記受信センサーの姿勢を検出する姿勢計が設けられており、
前記姿勢計は、前記ジンバル構造の上面に取り付けられており、
前記受信センサーは、前記ジンバル構造の下面に取り付けられている、探査システム。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一つに記載の探査システムであって、
前記空中曳航体における前記本体部の頭部内には、前記受信センサーの姿勢を計測する姿勢計が設けられており、
前記受信センサーの揺れによって前記受信センサーでの受信信号に含まれるノイズ信号の予測値を、前記姿勢計での計測結果に基づいて求める揺れノイズ予測部と、
前記予測値を前記受信信号から差し引いて得られる信号に基づいて、前記探査対象に関する情報を取得する探査情報取得部と
を更に備える、探査システム。 - 請求項5に記載の探査システムであって、
前記予測値の周波数特性を前記受信センサーでの周波数特性に補正する、周波数特性補正部を更に備え、
前記探査情報取得部は、前記周波数特性補正部で補正された前記予測値を前記受信信号から差し引いて得られる信号に基づいて、前記探査対象に関する情報を取得する、探査システム。 - 請求項6に記載の探査システムであって、
前記周波数特性補正部は、前記予測値と、前記受信センサーで測定された前記ノイズ信号との関係を示す伝達関数に基づいて、前記予測値を前記受信センサーでの周波数特性に補正する、探査システム。 - 請求項6に記載の探査システムであって、
前記周波数特性補正部は、適応フィルタを用いて前記予測値を前記受信センサーでの周波数特性に補正する、探査システム。
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