JP4609742B2

JP4609742B2 - Subsurface radar exploration device and exploration data collection method

Info

Publication number: JP4609742B2
Application number: JP2000236031A
Authority: JP
Inventors: 光彦小山; 喜英出口; 恭二土井; 憲明木村; 康成森; 孝佳弓井
Original assignee: Chubu Electric Power Co Inc; Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Chubu Electric Power Co Inc; Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Priority date: 2000-08-03
Filing date: 2000-08-03
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2020-08-03
Also published as: JP2002048865A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中レーダ探査装置および探査データ収集方法に係り、特に、埋設深さの異なる地中内の配管、ケーブルを地表面上より１回の探査により容易に検出できる地中レーダ探査装置および探査データ収集方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電波を利用して地中に存在する埋設物を、非破壊的に地上から探知し、分解能良く高精度に可視画像化するレーダ技術が各国で盛んに研究されていることは一般的に知られている。特に、地中には、通信・電力用ケーブル・ガス・水道の管路等が多数埋設されているので、地上を走行しながらレーダで地中を探知する地中レーダ探査機が良く使用されている。この地中レーダ探査機の探査システムとしては、例えば、高周波の送信信号を等間隔に区切ってパルス状にして発射するパルス変調レーダ（パルスレーダ）を用いたものと、周波数が、例えば、正弦波、三角波、あるいはノコギリ波のように周期的に変化されて発信される周波数変調レーダ（ＦＭ−ＣＷレーダ）を用いたものとがある。一例として、図５には、パルス変調レーダ（パルスレーダ）を用いたブロック構成図の波形観測システムを示す。図６はその波形観測システムを用いた地中レーダ探査機の外観図の一例である。図５あるいは図６において、波形観測システムの信号源としては、トリガ信号発生器７１からの指令により、インパルス、あるいは、モノサイクルパルスがインパルス発生器７３より発信している。このパルス信号が送信アンテナ７５に印加され、送信アンテナ７５より放射された電磁波パルスが地中７７の埋設物７９を照射する。この電波の一部は、埋設物７９によって反射されて、受信アンテナ８１で検出される。受信信号はサンプリング検出器８３で、低周波信号により変換されて、計測器のＡ／Ｄ変換器８５でディジタル化されて、計算機の信号処理装置８７にメモリとして蓄積される。信号処理装置８７では、背景雑音除去、パルス圧縮、あるいは、２値化処理等されてディスプレイ８９に表示される。送信アンテナ７５および受信アンテナ８１は、走行装置９１に一定の間隔を保って取り付けられており、走行装置９１が一定距離移動する間に送信アンテナ７５から電波を発信し、地中７７に埋設している埋設物７９から反射した電波を受信アンテナ８１で受信し、その探査した信号を信号処理装置８７に送信している。観測位置の情報は、走行装置９１に付設された位置検出器９３から発生し、走行制御装置９５を経て、信号処理装置８７に入力され、Ａ／Ｄ変換器８５からの観測波形と対応づけて記録される。
【０００３】
また、周波数変調レーダ（ＦＭ−ＣＷレーダ）を用いたものは、送信信号に周波数変調（ＦＭ）を施して送信信号の占有周波数帯域幅を広げて連続波（ＣＷ）を送信しつつ、同時に埋設物７９からの反射信号を受信して埋設物７９を探査している。受信信号は基準信号と混合されてドプラ周波数だけずれた中間周波数（ＩＦ信号）に変換され、次の信号処理器に供給される。この周波数変調レーダ（ＦＭ−ＣＷレーダ）を用いた地中レーダ探査機は、図６に示す外観図と同様に、パルス発生器、信号処理部、送信アンテナ７５および受信アンテナ８１が、走行装置９１に取り付けられており、走行装置９１が一定距離移動する間に送信アンテナ７５から電波を発信し、地中７７に埋設している埋設物７９から反射した電波を受信アンテナ８１で受信し、その探査した信号を信号処理部に送信している。観測位置の情報は、走行装置９１に付設された位置検出器９３から発生し、走行制御装置９５を経て、信号処理部に入力され、Ａ／Ｄ変換器８５からの観測波形と対応づけて記録される。
【０００４】
この種の地中レーダ探査機では、送信アンテナ７５を出た電波は大半が地表面で反射し、受信アンテナ８１へ直接回り込んで入ってくるので、これを的確に除去することで精度の高い探査ができる。浅い深度の埋設物７９ａからのエコーは比較的強いので、受信信号のゲインを全体的に抑制することで対処できるが、深い深度にある埋設物からのエコーは微弱であるためゲインを大きくする必要がある。深い深度の埋設物７９ｂに合わせてゲインを設定してしまうと、受信機が飽和して検出ができなくなるという問題がある。これを防ぐため、ＳＴＣ（Sensitivity Time Control）の機能を使って地表面からの反射波が混じらないように受信の作動を遅らせ、深い埋設物７９ｂの探査の際に感度を上げて探査することが考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、通常の地中レーダ探査機においては、探査機の単位移動距離毎にエンコーダのパルスを発生させ、このパルスの入力に伴って信号の送受信が行われ、一つのエンコーダ入力に対して一種類のデータを得る構成となっている。したがって、ＳＴＣ機能を有する地中レーダ探査機の場合では、深い地点にある埋設物を検出するときにはＳＴＣ機能を作動させる必要があるが、浅い地点にある埋設物を検出するときにはＳＴＣ機能を作動させない方が有利となる。このため、従来のＳＴＣ機能を有する地中レーダ探査機でデータを収集する場合には、ＳＴＣ機能を作動させて深い地点の埋設物の計測を行うと共に、更に、ＳＴＣ機能を作動させないで浅い地点の埋設物をもう一度計測する必要がある。このため、少なくとも浅い地点と深い地点との二回の計測が必要となり、計測に手間がかかるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点に着目し、深い地点からの信号を計測する際に効果のあるＳＴＣ機能を作動させたデータと、浅い地点からの信号を計測する際に強い信号を得るようにＳＴＣ機能を作動させないデータとを１回の走査によって一度に取り込むことにより、計測時の工数を省くことができる地中レーダ探査装置および探査データ収集方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る地中レーダ探査装置は、ＦＭ−ＣＷレーダを用いた地中レーダ探査装置であって、探査装置の位置移動単位距離毎にパルスを発生させるエンコーダを有し、このエンコーダによるエンコーダパルス間隔の中間で別途に第１および第２のパルスを発生させるパルス発生器を有し、前記第１パルスと、第２パルスとを交互に出力可能としておき、送受信アンテナと信号処理部との間に、送信アンテナによる送信に遅れて受信アンテナによる受信が行われるように送受信タイミングを制御するＳＴＣ機能を有するＳＴＣモジュールを備え、前記第１パルスと第２パルスによりこのＳＴＣモジュールの前記ＳＴＣ機能を動作させるオン動作と、前記送信アンテナによる送信と前記受信アンテナによる受信とが同時に行われるオフ動作とを切り替えるスイッチ手段により深い位置にある埋設物と浅い位置にある埋設物とを１回の走査により探査可能としてなる構成とした。
【０００８】
上記構成において、前記ＳＴＣモジュールの前段もしくは後段にゲイン調整手段を設け、前記パルス発生器による切替パルス毎に前記ＳＴＣのオン・オフ動作に同期して前記ゲイン調整手段によるゲイン切替調整をなすようにすればよく、また、前記ゲイン調整手段は多段に分割したレシーブアンプと、短絡スイッチ回路とを有し、前記ＳＴＣモジュールのＳＴＣオンオフ切替タイミングに合わせて前記短絡スイッチを作動させてＳＴＣ機能を作動させないときにレシーブアンプを短絡させてゲインを抑え、ＳＴＣ機能を作動させたときにゲインを大きくするようコントローラを備えた構成とすることが望ましい。
【０００９】
本発明に係る地中レーダ探査データ収集方法は、ＦＭ−ＣＷレーダを用い地表面に面している送信アンテナから電波を発信し、地中に埋設している埋設物から反射した電波を受信アンテナで受信し、埋設物を地表面上から探査する地中レーダ探査装置によるデータ収集方法において、
【００１０】
探査装置の位置移動単位距離毎に発生するパルス間の中間で、送信アンテナによる送信に遅れて受信アンテナによる受信が行われるように送受信タイミングを制御するＳＴＣ機能を有するＳＴＣモジュールのＯＮ動作とＯＦＦ動作とを切り替えることにより、ＳＴＣ機能の作動および前記送信アンテナによる送信と前記受信アンテナによる受信とが同時に行われる非作動とを交互に切り替え、ＳＴＣ作動時データとＳＴＣ非作動時データを収集して、１回の走査で深浅埋設物を同時探査可能としたことを特徴としている。
【００１１】
この場合において、探査装置の位置移動単位距離毎にパルスを発生させるエンコーダから一つのエンコーダパルス信号を受けたパルス発生器で第１および第２パルス信号を発生し、前記第１パルス信号でＳＴＣ機能を作動あるいは非作動のいずれかにさせるとともに、第２パルス信号ではＳＴＣ機能を第１パルス信号の反対に作動させ、かつ、ＳＴＣ機能の作動および非作動を交互に出力するようにＳＴＣ用コントローラで制御するようにすればよい。また、受信アンテナからの電波を多段に分割したレシーブアンプを介して信号処理回路を経て表示器に送信するとき、ＳＴＣ機能を作動させないときにレシーブアンプを短絡させてゲインを抑え、ＳＴＣ機能を作動させたときにゲインを大きくするよう制御することが望ましい。
【００１２】
【作用】
上記構成によれば、地中レーダ探査装置が移動する単位距離毎にエンコーダがパルスを発生するが、このエンコーダによるエンコーダパルス間隔の中間で別途に第１および第２のパルスを発生させる。これにより、エンコーダパルスによる第１パルスと、パルス発生器の第２パルス信号とが交互に出力するようになる。
【００１３】
二つのパルス信号の列は、例えば、奇数番がＳＴＣモジュールをＯＮ（作動）の状態に、偶数番がＯＦＦ（非作動）の状態になるようにＳＴＣ用コントローラで制御する。ここで、以下に用いるＳＴＣ機能のＳＴＣ−ＯＮ（作動時の機能あり）およびＳＴＣ−ＯＦＦ（非作動の機能なし）について、図４を用いて説明する。図４はＳＴＣ−ＯＮの作動を示している。図４（ａ）では、送信アンテナ７５を出た電波はその大半が地表面で反射し、受信アンテナ８１へと入ってくる。しかし、受信アンテナ８１の後段に設けられたＳＴＣスイッチ４５が「開」であるため出力信号は現われない。一方、送信アンテナ７５を出た電波の一部は地中へと進入し、埋設物へと向かって行く。図４（ｂ）では、送信アンテナ７５前段に設けられたＳＴＣスイッチ３３を「開」にすることによりその直後から発信を停止する。一方、地中に侵入した電波はまだ受信アンテナ８１に届かず、しかも受信アンテナ８１後段のスイッチ４５も「開」のままであるため出力信号は現われないままである。図４（ｃ）では、受信アンテナ８１後段のスイッチ４５が閉じられるため埋設物からの反射信号を受信し、出力が現われる。一方送信アンテナ７５前段のスイッチ３３は「開」のままであるため地表面からの反射はない。したがって、埋設物からの反射のみを選別して受信できる。これにより、ＳＴＣ−ＯＮの作動では、受信信号のゲインを大きくすることが可能となり、深い位置にある埋設物の検出を精度良く行うことができる。ＳＴＣ−ＯＦＦ（非作動）については、図示しないが、図４に示す、送信アンテナ７５前段のＳＴＣスイッチ３３、および、受信アンテナ８１後段のＳＴＣスイッチ４５は閉じられたままの状態であり、両方のＳＴＣスイッチは導通状態に固定されている。このために、ＳＴＣ−ＯＦＦの作動では、地表面からの反射波を弱くするため送信アンテナ７５からの受信信号のゲインを小さくする必要がある。これにより、地表面からの反射も弱くすることが可能となり、浅い位置にある埋設物の検出ができるようになっている。このようなＳＴＣスイッチ３３，４５の切替は、周波数を例えば２５６段階に分割して送信する場合に、分割周波数の送信毎に行なわせるようにすればよい。
【００１４】
前記のように、ＳＴＣ用コントローラによる制御の結果、レーダ信号の列は、ＳＴＣモジュールをＯＮ−ＯＦＦ−ＯＮ−ＯＦＦ……のように、ＳＴＣ−ＯＮとＳＴＣ−ＯＦＦとの状態が交互に並んだデータ列となる。したがって、奇数番のみのデータを処理すると深い地点に強いＳＴＣ−ＯＮ状態の出力が得られ、偶数番のみのデータを処理すると浅い地点に強いＳＴＣ−ＯＦＦ状態の出力が得られる。こうして１回の計測で二種類のデータを収集することができる。このデータを解析することにより、深い位置にある埋設物と、浅い位置にある埋設物を１回の走査により探査することができる。
【００１５】
また、受信アンテナで受信した電波は多段に分割したレシーブアンプで調整して信号処理回路に出力している。この電波は、ＳＴＣ機能をＯＦＦにした場合には、後段のレシーブアンプを短絡させて作動しないようにしてゲインを抑え、ＳＴＣ機能をＯＮにした場合には、両方のレシーブアンプを作動させてゲインを大きくしている。このように、ＳＴＣタイミング調整モジュールのパルス発生器は、レシーブアンプのゲインを調整するために出力側スイッチの作動を切り替え、ＳＴＣ機能有り（ＯＮ）では多段のレシーブアンプで調整することにより深い地点にある埋設物の検出を、また、ＳＴＣ機能無し（ＯＦＦ）では１段のレシーブアンプで調整することによりレシーブアンプが飽和することがない最大範囲にして浅い地点にある埋設物の検出を精度良く検出している。もちろん、ゲイン調整は段階的ではなく、連続的に調整できるようなものでもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る地中レーダ探査装置および探査データ収集方法の好ましい実施の形態を添付図面に従って詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係る地中レーダ探査システムの構成ブロック図、図２は地中レーダ探査システムのタイムチャート図、図３は地中レーダ探査システムの具体的な一例の全体構成ブロック図である。なお、従来例と同一部品には同一符号を付して説明は省略する。
【００１７】
図１において、地中レーダ探査装置１は、走行装置９１（図６参照）と連動したエンコーダ１１から図２（ａ）に示すように一定の間隔Ｌａ毎に一つのエンコーダパルスＥａを発生している。このパルスは機器の動作開始トリガとなっているとともに、このエンコーダパルスＥａは探査装置１の単位移動距離毎に発生している。本実施例の場合には、１ｃｍ移動毎にエンコーダパルスＥａが出ているとともに、エンコーダ１１の出力側にバッファを介在させ、最初のパルスが入ってきたら、バッファで遅らせた時間差で第２パルスを発生するようにしている。
【００１８】
図１のブロック図に示すように、エンコーダ１１からパルスＥａが発生するが、これを受けてパルス発生器１３はエンコーダパルスＥａに同期する第１パルスＥｂと、設定された時間差Ｔａをおいて第２パルスＥｃを発生させるようにしている。エンコーダ１１が一定の間隔Ｌａ毎にエンコーダパルスＥａを発生すると、パルス発生器１３ではエンコーダパルスＥａに同期する第１パルスＥｂ（＝Ｅａ）と、これに時間差をおいて第２パルスＥｃを発生させることを繰り返す。この第１パルスＥｂによって、図２（ｃ）に示すように、ＳＴＣ−ＯＮ動作させ、第２パルスＥｃによってＳＴＣ−ＯＦＦ動作させる。これがエンコーダパルスＥａの発生毎に繰り返すことにより、図２（ｄ）に示すように、ＳＴＣ−ＯＮ動作と、ＳＴＣ−ＯＦＦ動作とが交互に切り替えられる。なお、この順次は不同であり、第１パルスＥｂ（Ｅａ）によってＳＴＣ−ＯＦＦ動作させ、第２パルスＥｃによってＳＴＣ−ＯＮ動作させるようにしても良い。
【００１９】
以上のように、エンコーダ１１とパルス発生器１３とは、エンコーダ１１により発生されるエンコーダパルスＥａによって、図２（ａ）に示される一定の間隔Ｌａの間に、図２（ｂ）に示すようにＳＴＣモジュールの切替パルスＥｂ、Ｅｃが発生され、二つの第１、第２パルス間隔ＴａがＳＴＣ−ＯＮとなり、第２パルスと次の第１パルスとの間隔ＬｂがＳＴＣ−ＯＦＦとなる。
【００２０】
この二つの第１パルスＥｂと第２パルスＥｃとは、ＳＴＣ用コントローラ１５とサンプルパルス発生器１７とに出力されている。ＳＴＣ用コントローラ１５は、二つの第１パルスＥｂと第２パルスＥｃを受けて、図２（ｃ）に示すように、第１パルスＥｂではＳＴＣ用スイッチ１９にＳＴＣ−ＯＮ（ＳＴＣ機能有り）とし、第２パルスＥｃではＳＴＣ−ＯＦＦ（ＳＴＣ機能無し）との指令を出力している。これにより、図２（ｄ）に示すように、第１パルスＥｂのＳＴＣ−ＯＮと、第２パルスＥｃのＳＴＣ−ＯＦＦとの信号が交互に並べられて出力するようにしている。なお、第１パルスＥｂから第２パルスＥｃまでの時間Ｔａはバッファにより設定されるが、これは発信周波数を分割したデータ数だけ受信できる間隔に設定する。周波数を２５６個に分割した場合にはこの２５６個のデータ数を受信できる時間に設定すれば良く、必要に応じて１２８個でもよく、分割数に応じて設定する。したがって、第１パルスＥｂから第２パルスＥｃまでは一定時間であるが、エンコーダパルスの一定の間隔Ｌａは、移動距離に応じるため、ＳＴＣ−ＯＦＦ（ＳＴＣ機能無し）の期間が実際上は変動する。バッファ時間は、第１パルスＥｂが出てからデータ収集が終わるまでの時間を見て、プラスアルファの時間の余裕を見て第２パルスＥｃが出るように設定されている。
【００２１】
ＳＴＣ用スイッチ回路１９は、電圧制御発信器（ＶＣＯ）２１と送信アンテナ７５との間に挿入されて送信アンテナ７５からの発信電波の伝達と遮断、および、受信アンテナ８１とＡ／Ｄ変換器２５との間に挿入されて受信アンテナ８１からの反射電波受信の伝達と遮断を行っている。サンプルパルス発生器１７は、ＳＴＣ用コントローラ１５と同様に、第１パルスＥｂと第２パルスＥｃの信号を受けて、データを取り込むための信号をサンプルパルスとしてＡ／Ｄ変換器２５に出力している。
【００２２】
送信アンテナ７５および受信アンテナ８１は、送信アンテナ７５から電波を発信し、埋設物７９からの反射の電波を受信アンテナ８１で受けているが、ＳＴＣ用スイッチ１９によりＳＴＣ−ＯＮと、ＳＴＣ−ＯＦＦとの指令を交互に受けて、ＳＴＣ−ＯＮで深い地点にある埋設物７９ａと、ＳＴＣ−ＯＦＦで浅い地点にある埋設物７９ｂの検出を行っている。これにより深い地点にある埋設物７９ａと、浅い地点にある埋設物７９ｂの二種類のデータを１回の計測で収集することを行っている。また、受信アンテナ８１とＳＴＣ用スイッチ１９との間にはゲイン調整器２７が配設されており、深い地点にある埋設物７９ａ、あるいは、浅い地点にある埋設物７９ｂのいずれかを探査するかに応じて、受信アンテナ８１からの受信信号のゲインを調整している。このゲイン調整器２７は、ＳＴＣ用スイッチ１９とＡ／Ｄ変換器２５との間に配設しても良い。
【００２３】
信号処理部としての計算機２９は、ＳＴＣ−ＯＮと、ＳＴＣ−ＯＦＦとの交互に並べられたデータを受けて、深い地点にある埋設物７９ａ、および、浅い地点にある埋設物７９ｂの位置を演算して求めて、後述する表示器５１に表示している。このとき、本実施例では、ＳＴＣ−ＯＮの信号データと、ＳＴＣ−ＯＦＦの信号データとは、共に２５６個のデータ数に設定している。これにより、ＳＴＣ−ＯＮの信号データと、ＳＴＣ−ＯＦＦの信号データとの峻別は、データの数をカウントすれば明確に区別できる。この峻別は、ＳＴＣ−ＯＮの信号データ、あるいは、ＳＴＣ−ＯＦＦの信号データのいずれかが入った後に、リセットして次のデータが来るのを待機するようにして区分している。本実施例での２５６個のデータ数は、周波数を２５６段階に分割して各周波数のデータを収集するようにしていることから設定された数字であり、ＦＭ−ＣＷのレーダの手法であり、このデータ数は、１２８個あるいは６４個のいずれでも良い。
【００２４】
図３は、地中レーダ探査装置の一例の全体構成図である。図３において、地中レーダ探査装置１は、電圧制御発信器（ＶＣＯ）２１から発信された電圧が方向性結合器３１で入力側ＦＥＴスイッチ（ＳＴＣスイッチ）３３と、その一部がミキサ３５に分離されて出力される。入力側ＦＥＴスイッチ３３はＳＴＣ用スイッチ回路１９の一部であり、ＳＴＣ用コントローラ１５からの指令により開閉の制御が行われている。入力側ＦＥＴスイッチ３３からの電波は出力アンプ３７、アンテナ切り替えスイッチ３９を経て送受信アンテナ４１に送信される。送受信アンテナ４１は、アンテナ切り替えスイッチ３９により送信アンテナ７５および受信アンテナ８１とに切り替えられ、前記のように送信アンテナ７５から電波を発信し、埋設物７９からの反射の電波を受信アンテナ８１で受けている。
【００２５】
受信アンテナ８１で受けた電波は、２段で構成されるレシーブアンプ２３と出力側スイッチ４３のゲイン調整器２７から出力側ＦＥＴスイッチ（ＳＴＣスイッチ）４５を経てミキサ３５に送信される。出力側ＦＥＴスイッチ４５はＳＴＣ用スイッチ回路１９の一部であり、ＳＴＣ用コントローラ１５からの指令により開閉の制御が行われている。ＳＴＣ用コントローラ１５、入力側ＦＥＴスイッチ３３、および、出力側ＦＥＴスイッチ４５は、ディジタルＳＴＣモジュールＤｍを構成している。
【００２６】
ミキサ３５では、方向性結合器３１から分離されて出力されて電波と、出力側ＦＥＴスイッチ４５を経た埋設物７９の反射電波とを掛算処理（検波）してＩＦ信号（中間周波数信号）を得る。ＩＦアンプ４７では内蔵されたフィルタにより高周波成分を除去し信号を増幅してＡ／Ｄ変換器２５に出力している。また、Ａ／Ｄ変換器２５では、受信アンテナ８１からＩＦアンプ４７を経た信号と、サンプルパルス発生器１７からのサンプルパルスによりＡ／Ｄを行い信号処理回路４９に送る。表示器５１は、信号処理回路４９で処理された結果を表示する。この表示器５１には、断面表示モード（Ｂモード）、あるいは、平面表示モード（Ｃモード）等により埋設物７９が表示される。
【００２７】
出力側スイッチ４３は、エンコーダ１１に接続されるＳＴＣタイミング調整モジュール５３からの指令により開閉の制御が行われている。ＳＴＣタイミング調整モジュール５３は、パルス発生器１３を含み、バーストクロック５５、出力側スイッチ４３、および、入力側ＦＥＴスイッチ３３と出力側ＦＥＴスイッチ４３とに接続され、ＳＴＣ機能に必要なタイミングの調整を行っている。バーストクロック５５は、サンプルパルス発生器１７、アンテナ切り替えタイミングパルス発生器５７、および、周波数掃引用露圧発生器５９とに接続され、タイミングを調整する際の基準となる。アンテナ切り替えタイミングパルス発生器５７は、アンテナ切り替えスイッチ３９に接続されており、送受信アンテナ４１の送信アンテナ７５および受信アンテナ８１との切り替えを行っている。周波数掃引用露圧発生器５９は、電圧制御発信器（ＶＣＯ）２１に接続されており、電圧制御発信器（ＶＣＯ）２１からの発信周波数を調整している。
【００２８】
なお、上記実施例において、２段で構成されるレシーブアンプ２３と出力側スイッチ４３のゲイン調整器２７は、アンテナ切り替えスイッチ３９と出力側ＦＥＴスイッチ４５との間に配設しているが、ゲイン調整器２７は、出力側ＦＥＴスイッチ４５とミキサ３５との間に配設しても良い。
【００２９】
上記のごとく構成した地中レーダ探査装置１の作用は、次の通りである。地中レーダ探査装置１は、ディジタルＳＴＣモジュールＤｍの作動によりＳＴＣ用スイッチ回路１９の入力側ＦＥＴスイッチ３３と出力側ＦＥＴスイッチ４５を制御して、図２に示すように、ＳＴＣ−ＯＮ（ＳＴＣ機能あり）と、ＳＴＣ−ＯＦＦ（ＳＴＣ機能無し）との指令を交互に出力し、ＳＴＣ−ＯＮで深い地点にある埋設物７９ｂと、ＳＴＣ−ＯＦＦで浅い地点にある埋設物７９ａとの検出を行っている。これにより深い地点にある埋設物７９ａと、浅い地点にある埋設物７９ｂの二種類のデータを一回の走査による計測で収集することを行っている。二種類のデータは計算機２９としての信号処理器４９で演算することにより地中７７の埋設物７９の位置を一回の走査によって探査することができるとともに、表示器５１に表示することが行なっている。
【００３０】
また、図３の地中レーダ探査装置１では、埋設物７９から反射された電波を受ける２段で構成されるレシーブアンプ２３と出力側スイッチ４３とが設けられており、この２段のレシーブアンプ２３と出力側スイッチ４３とは次のように作動する。ＳＴＣ−ＯＦＦにされた場合には、ディジタルＳＴＣモジュールＤｍの入力側ＦＥＴスイッチ３３と出力側ＦＥＴスイッチ４３とが両方とも導通状態に接続固定されている。このため、従来の場合には前記のごとく、送信アンテナ７５からの電波が受信アンテナ８１で直接受信されるとともに、地表面からの電波も受信される。この電波信号は、地中からの埋設物７９の反射電波信号に比べて、その強度が圧倒的に大きいため、レシーブアンプ２３が飽和してしまい正確な信号が得られなくなる。また、ＳＴＣ−ＯＮにされた場合には、ディジタルＳＴＣモジュールＤｍの入力側ＦＥＴスイッチ３３と出力側ＦＥＴスイッチ４５とが両方とも導通状態にないため、送信アンテナ７５からの電波が受信アンテナ８１で直接受信されることが無くなるとともに、地表面からの電波も受信されることがなくなり、レシーブアンプ２３のゲインを大きくとることが可能となる。
【００３１】
したがって、上記の要求を満足するために、本実施形態では、前記のように、レシーブアンプ２３を２段に分割し、ＳＴＣ−ＯＦＦにした場合には、ゲイン調整器２７の２つのスイッチ４３を短絡させて、後段のレシーブアンプ２３を作動しないようにしてゲインを抑えている。また、ＳＴＣ−ＯＮにした場合には、両方のゲイン調整器２７のレシーブアンプ２３を作動させてゲインを大きくしている。このように、ＳＴＣタイミング調整モジュール５３は、入力側ＦＥＴスイッチ３３と出力側ＦＥＴスイッチ４５のディジタルＳＴＣモジュールＤｍにエンコーダからのパルス信号を出力しＳＴＣ機能を制御するとともに、レシーブアンプ２３のゲインを調整するために出力側スイッチ４３の作動を切り替えている。これにより、ＳＴＣ−ＯＮで深い地点にある埋設物７９ｂと、ＳＴＣ−ＯＦＦで浅い地点にある埋設物７９ａの検出が精度良く検出されるようになっている。また、深い地点にある埋設物７９ａと、浅い地点にある埋設物７９ｂの二種類のデータを１回の走査により計測できるとともに、ゲインを調整することにより正確に収集することができる。
【００３２】
上記に記載したように本発明は、地表面に面している送信アンテナから電波を発信し、地中に埋設している埋設物から反射した電波を受信アンテナで受信し、埋設物を地表面上から探査するに際して、深い地中の位置に埋設している埋設物はＳＴＣ機能を作動させて検出し、かつ、浅い地中の位置に埋設している埋設物はＳＴＣ機能を作動させないで検出するとともに、ＳＴＣ機能の作動および非作動とを交互に切り替えて１回の走査で埋設物を探査する構成としているため、深い地点からの信号を計測する際に効果のあるＳＴＣ機能を作動させたデータと、浅い地点からの信号を計測する際に強い信号を得るようにＳＴＣ機能を作動させないデータとを一回の走査で一度に取り込むことにより、計測時の工数を省くことができる。
上記実施形態では、第１パルスをパルス発生器１３で発生させるようにしているが、エンコーダパルスを直接用いるようにしてもよいのはもちろんである。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、探査装置の単位移動距離毎に発生するエンコーダからエンコーダパルス信号を受け、パルス発生器で第１および第２パルスを発生し、第１パルスと第２パルスとを交互に出力するとともに、第１パルスと第２パルス信号の列は、ＳＴＣ−ＯＮ（作動）と、ＳＴＣ−ＯＦＦ（非作動）とになるようにＳＴＣ用コントローラで制御する構成としているため、深い地点にある埋設物と、浅い地点にある埋設物とを一度に取り込むことにより、計測時の工数を省くことができる。
【００３４】
また、受信アンテナからの電波を多段に分割し、ＳＴＣ機能を作動させない状態のときに一つのレシーブアンプを短絡させて作動しないようにしてゲインを抑え、ＳＴＣ機能を作動させた状態のときに両方のレシーブアンプを作動させてゲインを大きくするようパルス発生器で制御するようにしている。このため、ＳＴＣ機能有り（ＯＮ）では２段のレシーブアンプを作用させゲインを上げることにより深い地点にある埋設物を、また、ＳＴＣ機能無し（ＯＦＦ）では１段のレシーブアンプのみを作用させレシーブアンプが飽和しない最大範囲にすることにより浅い地点にある埋設物の検出を精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る地中レーダ探査システムの構成ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る地中レーダ探査システムのタイムチャート図である。
【図３】本発明の実施形態に係る地中レーダ探査システムの具体的な一例の全体構成ブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に係る地中レーダ探査システムのＳＴＣ−ＯＮの機能と、ＳＴＣ−ＯＦＦの機能とを説明するための図である。
【図５】従来の地中レーダ探査システムの構成ブロック図である。
【図６】従来の地中レーダ探査システムの外観構成図である。
【符号の説明】
１………地中レーダ探査システム、１１………エンコーダ、
１３………パルス発生器、１５………ＳＴＣ用コントローラ、
１７………サンプルパルス発生器、１９………ＳＴＣ用スイッチ回路、
２１………電圧制御発信器（ＶＣＯ）、２３………レシーブアンプ、
２５………Ａ／Ｄ変換器、３１………方向性結合器、
３３………入力側ＦＥＴスイッチ、３５………ミキサ、３７………出力アンプ、
３９………アンテナ切り替えスイッチ、４１………送受信アンテナ、
４３………出力側スイッチ、４５………出力側ＦＥＴスイッチ、
４７………ＩＦアンプ、４９………信号処理回路、５１………表示器、
７５………送信アンテナ、７９………埋設物、８１………受信アンテナ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an underground radar exploration apparatus and an exploration data collection method, and more particularly to an underground radar exploration apparatus that can easily detect underground pipes and cables having different embedment depths from the ground surface by a single exploration. And an exploration data collection method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, radar technology that uses radio waves to detect buried objects in the ground non-destructively from the ground and visualize visible images with high resolution and high accuracy is generally studied in various countries. Are known. In particular, there are a lot of communication, power cables, gas, water pipes, etc. buried in the ground, so underground radar probes that use the radar to detect the ground while running on the ground are often used. Yes. As the exploration system of this underground radar probe, for example, a system using a pulse modulation radar (pulse radar) that divides a high-frequency transmission signal into equal pulses and emits it, and a frequency is, for example, a sine wave. In some cases, a frequency modulation radar (FM-CW radar) that is periodically changed and transmitted like a triangular wave or a sawtooth wave is used. As an example, FIG. 5 shows a waveform observation system of a block configuration diagram using a pulse modulation radar (pulse radar). FIG. 6 is an example of an external view of a ground penetrating radar probe using the waveform observation system. In FIG. 5 or FIG. 6, as a signal source of the waveform observation system, an impulse or monocycle pulse is transmitted from the impulse generator 73 in response to a command from the trigger signal generator 71. This pulse signal is applied to the transmission antenna 75, and the electromagnetic wave pulse radiated from the transmission antenna 75 irradiates the buried object 79 in the ground 77. A part of this radio wave is reflected by the buried object 79 and detected by the receiving antenna 81. The received signal is converted by the sampling detector 83 into a low-frequency signal, digitized by the A / D converter 85 of the measuring instrument, and stored as a memory in the signal processor 87 of the computer. In the signal processing device 87, background noise removal, pulse compression, or binarization processing is performed and displayed on the display 89. The transmission antenna 75 and the reception antenna 81 are attached to the traveling device 91 at a constant interval. The traveling antenna 91 emits radio waves from the transmission antenna 75 and embeds it in the ground 77 while the traveling device 91 moves a certain distance. The radio wave reflected from the buried object 79 is received by the receiving antenna 81, and the searched signal is transmitted to the signal processing device 87. The information on the observation position is generated from a position detector 93 attached to the traveling device 91, is input to the signal processing device 87 through the traveling control device 95, and is associated with the observation waveform from the A / D converter 85. To be recorded.
[0003]
Also, those using frequency modulation radar (FM-CW radar) are embedded simultaneously while transmitting the continuous wave (CW) by applying frequency modulation (FM) to the transmission signal to widen the occupied frequency bandwidth of the transmission signal. The reflected signal from the object 79 is received and the buried object 79 is searched. The received signal is mixed with the reference signal, converted to an intermediate frequency (IF signal) shifted by the Doppler frequency, and supplied to the next signal processor. The underground radar probe using this frequency modulation radar (FM-CW radar) includes a pulse generator, a signal processing unit, a transmission antenna 75, and a reception antenna 81, as in the external view shown in FIG. The radio wave is transmitted from the transmission antenna 75 while the traveling device 91 moves a certain distance, and the radio wave reflected from the buried object 79 buried in the ground 77 is received by the reception antenna 81, and the search is performed. The transmitted signal is transmitted to the signal processing unit. Information on the observation position is generated from a position detector 93 attached to the traveling device 91, input to the signal processing unit via the traveling control device 95, and recorded in association with the observation waveform from the A / D converter 85. Is done.
[0004]
In this type of subsurface radar probe, most of the radio waves emitted from the transmitting antenna 75 are reflected from the ground surface and enter directly into the receiving antenna 81, so that it is highly accurate by removing this accurately. Exploration is possible. Since the echo from the shallow buried object 79a is relatively strong, it can be dealt with by suppressing the gain of the received signal as a whole. However, since the echo from the buried object at a deep depth is weak, it is necessary to increase the gain. There is. If the gain is set in accordance with the buried object 79b at a deep depth, there is a problem that the receiver is saturated and cannot be detected. In order to prevent this, it is possible to use the STC (Sensitivity Time Control) function to delay the reception operation so that the reflected waves from the ground surface are not mixed, and increase the sensitivity when searching for the deep buried object 79b. Conceivable.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a normal ground penetrating radar probe, an encoder pulse is generated for each unit movement distance of the probe, and a signal is transmitted and received along with the input of this pulse. It is the structure which obtains the data of. Therefore, in the case of a subsurface radar probe having an STC function, it is necessary to activate the STC function when detecting a buried object at a deep point, but the STC function is not activated when detecting a buried object at a shallow point. Is more advantageous. For this reason, when collecting data with a conventional underground radar probe having an STC function, the STC function is operated to measure a buried object at a deep point, and further, a shallow point without operating the STC function. It is necessary to measure the buried object once again. For this reason, it is necessary to measure at least twice at a shallow spot and a deep spot, and there is a problem that it takes time and effort.
[0006]
The present invention pays attention to the above-mentioned conventional problems, and obtains a strong signal when measuring the data from the STC function which is effective when measuring a signal from a deep point and a signal from a shallow point. It is an object of the present invention to provide a ground penetrating radar exploration apparatus and exploration data collection method that can save the man-hours during measurement by capturing data that does not activate the STC function at once by one scan.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a ground penetrating radar exploration apparatus according to the present invention is a ground penetrating radar exploration apparatus using FM-CW radar, and includes an encoder that generates a pulse for each position movement unit distance of the exploration apparatus. A pulse generator that separately generates a first pulse and a second pulse in the middle of an encoder pulse interval by the encoder, and enables the first pulse and the second pulse to be output alternately, Between the antenna and the signal processor Control transmission / reception timing so that reception by reception antenna is performed after transmission by transmission antenna An STC module having an STC function is provided, and the first pulse and the second pulse of the STC module Operate the STC function on Operation and transmission by the transmitting antenna and reception by the receiving antenna are performed simultaneously. OFF operation When The switch means that switches between the buried object in the deep position and the buried object in the shallow position can be searched by one scan.
[0008]
In the above configuration, a gain adjusting means is provided at the front stage or the rear stage of the STC module, and each switching pulse by the pulse generator is provided. Synchronously with the ON / OFF operation of the STC The gain adjustment means may be configured to perform gain switching adjustment, and the gain adjustment means includes a receive amplifier divided into multiple stages and a short-circuit switch circuit, in accordance with the STC on / off switching timing of the STC module. It is desirable that a controller is provided to suppress the gain by short-circuiting the receive amplifier when the STC function is not operated by operating the short-circuit switch and to increase the gain when the STC function is operated.
[0009]
The underground radar exploration data collection method according to the present invention includes: Using FM-CW radar By a ground penetrating radar probe that transmits radio waves from a transmitting antenna facing the ground surface, receives radio waves reflected from buried objects buried in the ground with a receiving antenna, and searches the buried objects from above the ground surface In the data collection method,
[0010]
In the middle between pulses generated every unit movement distance of the probe Control transmission / reception timing so that reception by reception antenna is performed after transmission by transmission antenna By switching between the ON operation and the OFF operation of the STC module having the STC function, the operation of the STC function and Transmission by the transmitting antenna and reception by the receiving antenna are performed simultaneously. It is characterized by alternately switching between non-operation and collecting data during STC operation and data during STC non-operation so that a deep buried object can be simultaneously explored by one scan.
[0011]
In this case, one encoder is used to generate a pulse for each position movement unit distance of the exploration device. Encoder A pulse generator that receives a pulse signal First and A second pulse signal is generated, and the STC function is activated or deactivated by the first pulse signal, and the STC function is activated opposite to the first pulse signal by the second pulse signal, and the STC function The STC controller may be controlled so that the operation and non-operation are alternately output. In addition, when the radio wave from the receiving antenna is transmitted to the display via the signal processing circuit via the receive amplifier divided into multiple stages, the gain is suppressed by short-circuiting the receive amplifier when the STC function is not activated, and the STC function is activated. To increase the gain when To control Is desirable.
[0012]
[Action]
According to the above configuration, the encoder generates a pulse for each unit distance that the underground radar exploration device moves. Encoder Separately in the middle of the pulse interval First and A second pulse is generated. As a result, the first pulse by the encoder pulse and the second pulse signal of the pulse generator are alternately output.
[0013]
The two pulse signal trains are controlled by the STC controller so that, for example, the odd number turns the STC module on (operated) and the even number turns off (inactive). Here, STC-ON (with a function during operation) and STC-OFF (without a non-operation function) of the STC function used below will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows the operation of STC-ON. In FIG. 4A, most of the radio wave emitted from the transmission antenna 75 is reflected by the ground surface and enters the reception antenna 81. However, the output signal does not appear because the STC switch 45 provided in the subsequent stage of the receiving antenna 81 is “open”. On the other hand, a part of the radio wave exiting the transmitting antenna 75 enters the ground and goes toward the buried object. In FIG. 4B, the transmission is stopped immediately after the STC switch 33 provided at the front stage of the transmission antenna 75 is opened. On the other hand, the radio wave that has entered the ground has not yet arrived at the receiving antenna 81, and the switch 45 at the rear stage of the receiving antenna 81 remains "open", so that the output signal does not appear. In FIG.4 (c), since the switch 45 after the receiving antenna 81 is closed, the reflected signal from an embedded object is received and an output appears. On the other hand, the switch 33 in the front stage of the transmission antenna 75 remains “open”, so there is no reflection from the ground surface. Therefore, only the reflection from the buried object can be selected and received. Thereby, in the operation of STC-ON, the gain of the received signal can be increased, and the buried object in the deep position can be detected with high accuracy. Although STC-OFF (non-operation) is not shown, the STC switch 33 in front of the transmitting antenna 75 and the STC switch 45 in the rear of the receiving antenna 81 shown in FIG. The STC switch is fixed in a conductive state. For this reason, in the operation of STC-OFF, it is necessary to reduce the gain of the received signal from the transmitting antenna 75 in order to weaken the reflected wave from the ground surface. As a result, reflection from the ground surface can be weakened, and a buried object at a shallow position can be detected. Such switching of the STC switches 33 and 45 may be performed for each transmission of the divided frequency when the frequency is divided into 256 stages and transmitted, for example.
[0014]
As described above, as a result of the control by the STC controller, the STC module is turned ON / OFF-ON-OFF... And the STC-ON and STC-OFF states are alternately arranged. It becomes a data string. Therefore, if only odd-numbered data is processed, a strong STC-ON state output is obtained at a deep point, and if only even-numbered data is processed, a strong STC-OFF state output is obtained at a shallow point. In this way, two types of data can be collected in one measurement. By analyzing this data, it is possible to search the buried object in the deep position and the buried object in the shallow position by one scan.
[0015]
The radio wave received by the receiving antenna is adjusted by a receive amplifier divided into multiple stages and output to a signal processing circuit. When this STC function is turned off, the gain is suppressed by short-circuiting the receiving amplifier at the subsequent stage so that it does not operate. When the STC function is turned on, both receive amplifiers are operated to gain. Has increased. In this way, the pulse generator of the STC timing adjustment module switches the operation of the output side switch in order to adjust the gain of the receive amplifier, and when the STC function is present (ON), it is adjusted to a deeper point by adjusting with a multistage receive amplifier. Detection of a buried object is adjusted to the maximum range where the receive amplifier will not saturate by adjusting with a single-stage receive amplifier without the STC function (OFF). is doing. Of course, the gain adjustment may not be stepwise but can be continuously adjusted.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of a ground penetrating radar exploration apparatus and exploration data collection method according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a configuration block diagram of a ground penetrating radar exploration system according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a time chart diagram of the ground penetrating radar exploration system, and FIG. 3 is an entire configuration block of a specific example of the ground penetrating radar exploration system. FIG. The same parts as those in the conventional example are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0017]
In FIG. 1, the ground penetrating radar exploration device 1 includes a traveling device 91 ( See FIG. As shown in FIG. 2 (a), one encoder pulse Ea is generated at a constant interval La from the encoder 11 interlocked with (). This pulse serves as an operation start trigger for the device, and this encoder pulse Ea is generated for each unit movement distance of the exploration device 1. In the case of the present embodiment, an encoder pulse Ea is output every 1 cm of movement, and a buffer is interposed on the output side of the encoder 11. When the first pulse comes in, the second pulse is output with a time difference delayed by the buffer. It is trying to occur.
[0018]
As shown in the block diagram of FIG. 1, a pulse Ea is generated from the encoder 11, and the pulse generator 13 receives the pulse Ea from the first pulse Eb synchronized with the encoder pulse Ea and the set time difference Ta. Two pulses Ec are generated. When the encoder 11 generates an encoder pulse Ea at a constant interval La, the pulse generator 13 generates a first pulse Eb (= Ea) synchronized with the encoder pulse Ea and a second pulse Ec with a time difference therebetween. Repeat that. As shown in FIG. 2C, the STC-ON operation is performed by the first pulse Eb, and the STC-OFF operation is performed by the second pulse Ec. By repeating this every time the encoder pulse Ea is generated, the STC-ON operation and the STC-OFF operation are alternately switched as shown in FIG. Note that this order is not the same, and the STC-OFF operation may be performed by the first pulse Eb (Ea) and the STC-ON operation may be performed by the second pulse Ec.
[0019]
As described above, the encoder 11 and the pulse generator 13 are generated by the encoder 11. Encoder By the pulse Ea, the switching pulses Eb and Ec of the STC module are generated during a certain interval La shown in FIG. 2 (a), as shown in FIG. 2 (b), and two first and second pulse intervals are generated. Ta becomes STC-ON, and the interval Lb between the second pulse and the next first pulse becomes STC-OFF.
[0020]
The two first pulses Eb and second pulse Ec are output to the STC controller 15 and the sample pulse generator 17. The STC controller 15 receives the first pulse Eb and the second pulse Ec and receives the first pulse Ec as shown in FIG. Eb Then, the STC switch 19 is set to STC-ON (with STC function), and the second pulse Ec Then, a command of STC-OFF (no STC function) is output. As a result, as shown in FIG. Eb STC-ON and second pulse Ec The STC-OFF signals are alternately arranged and output. The time Ta from the first pulse Eb to the second pulse Ec is set by a buffer. This is set to an interval at which the transmission frequency can be received by the number of divided data. In the case where the frequency is divided into 256, the number of 256 data may be set to a time during which the data can be received, or may be set to 128 as necessary, and set according to the number of divisions. Therefore, although the first pulse Eb to the second pulse Ec is a constant time, the constant interval La of the encoder pulse depends on the moving distance, and therefore the STC-OFF (no STC function) period actually varies. . Buffer time is the first pulse Eb The second pulse Ec is set so that the time from when the error occurs until the data collection is completed and the time for plus alpha is taken into account.
[0021]
The STC switch circuit 19 is inserted between the voltage controlled oscillator (VCO) 21 and the transmission antenna 75 to transmit and block the transmission radio wave from the transmission antenna 75, and the reception antenna 81 and the A / D converter 25. Inserted in between, and reception and reception of reflected radio waves from the receiving antenna 81 are performed. Similar to the STC controller 15, the sample pulse generator 17 receives the signals of the first pulse Eb and the second pulse Ec, and outputs a signal for capturing data to the A / D converter 25 as a sample pulse. Yes.
[0022]
The transmission antenna 75 and the reception antenna 81 transmit radio waves from the transmission antenna 75 and receive the radio waves reflected from the embedded object 79 by the reception antenna 81. The STC switch 19 performs STC-ON and STC-OFF. Are alternately received, and STB-ON detects the buried object 79a at a deep point and STC-OFF detects a buried object 79b at a shallow point. Thereby, two types of data of the buried object 79a at a deep point and the buried object 79b at a shallow point are collected by one measurement. Further, a gain adjuster 27 is disposed between the receiving antenna 81 and the STC switch 19, and it is searched whether one of the buried object 79 a located at a deep point or the buried object 79 b located at a shallow point is searched. Accordingly, the gain of the reception signal from the reception antenna 81 is adjusted. The gain adjuster 27 may be disposed between the STC switch 19 and the A / D converter 25.
[0023]
The computer 29 as a signal processing unit receives the alternately arranged data of STC-ON and STC-OFF, and calculates the positions of the buried object 79a at the deep point and the buried object 79b at the shallow point. Thus, it is displayed on the display 51 described later. In this embodiment, the STC-ON signal data and the STC-OFF signal data are both set to 256 data numbers. Thus, the distinction between STC-ON signal data and STC-OFF signal data can be clearly distinguished by counting the number of data. This distinction is classified by resetting and waiting for the next data after either STC-ON signal data or STC-OFF signal data is input. The number of 256 data in this embodiment is a number that is set because the frequency is divided into 256 stages and data of each frequency is collected, and is an FM-CW radar technique. The number of data may be either 128 or 64.
[0024]
FIG. 3 is an overall configuration diagram of an example of the underground radar exploration apparatus. In FIG. 3, the ground penetrating radar exploration apparatus 1 is configured such that the voltage transmitted from the voltage control oscillator (VCO) 21 is a directional coupler 31, an input side FET switch (STC switch) 33, and a part thereof to the mixer 35. Separated and output. The input-side FET switch 33 is a part of the STC switch circuit 19, and opening / closing is controlled by a command from the STC controller 15. The radio wave from the input side FET switch 33 is transmitted to the transmission / reception antenna 41 through the output amplifier 37 and the antenna changeover switch 39. The transmission / reception antenna 41 is switched to the transmission antenna 75 and the reception antenna 81 by the antenna changeover switch 39, transmits radio waves from the transmission antenna 75 as described above, and receives the radio waves reflected from the embedded object 79 by the reception antenna 81. Yes.
[0025]
The radio wave received by the receiving antenna 81 is transmitted from the receive amplifier 23 configured in two stages and the gain adjuster 27 of the output side switch 43 to the mixer 35 via the output side FET switch (STC switch) 45. The output-side FET switch 45 is a part of the STC switch circuit 19, and opening / closing is controlled by a command from the STC controller 15. The STC controller 15, the input side FET switch 33, and the output side FET switch 45 constitute a digital STC module Dm.
[0026]
The mixer 35 multiplies (detects) the radio wave separated and output from the directional coupler 31 and the reflected radio wave of the buried object 79 via the output side FET switch 45 to obtain an IF signal (intermediate frequency signal). . The IF amplifier 47 removes high frequency components by a built-in filter, amplifies the signal, and outputs the amplified signal to the A / D converter 25. In the A / D converter 25, A / D is performed by the signal from the reception antenna 81 through the IF amplifier 47 and the sample pulse from the sample pulse generator 17 and sent to the signal processing circuit 49. The display 51 displays the result processed by the signal processing circuit 49. The display unit 51 displays the embedded object 79 in a cross-section display mode (B mode), a flat display mode (C mode), or the like.
[0027]
The output side switch 43 is controlled to be opened and closed by a command from the STC timing adjustment module 53 connected to the encoder 11. The STC timing adjustment module 53 includes the pulse generator 13 and is connected to the burst clock 55, the output side switch 43, and the input side FET switch 33 and the output side FET switch 43, and adjusts the timing necessary for the STC function. Is going. The burst clock 55 is connected to the sample pulse generator 17, the antenna switching timing pulse generator 57, and the frequency reference dew pressure generator 59, and serves as a reference when adjusting the timing. The antenna switching timing pulse generator 57 is connected to the antenna switching switch 39 and performs switching between the transmission antenna 75 and the reception antenna 81 of the transmission / reception antenna 41. The frequency sweeping dew pressure generator 59 is connected to the voltage control oscillator (VCO) 21 and adjusts the transmission frequency from the voltage control oscillator (VCO) 21.
[0028]
In the above embodiment, the gain amplifier 27 of the two-stage receive amplifier 23 and the output side switch 43 is disposed between the antenna changeover switch 39 and the output side FET switch 45. The regulator 27 may be disposed between the output side FET switch 45 and the mixer 35.
[0029]
The operation of the ground penetrating radar exploration apparatus 1 configured as described above is as follows. The underground radar exploration apparatus 1 controls the input-side FET switch 33 and the output-side FET switch 45 of the STC switch circuit 19 by the operation of the digital STC module Dm, and as shown in FIG. And STC-OFF (without STC function) are alternately output, and STC-ON detects a buried object 79b at a deep point and STC-OFF detects a buried object 79a at a shallow point. ing. Thereby, two types of data of the buried object 79a at a deep point and the buried object 79b at a shallow point are collected by measurement by one scan. The two types of data are calculated by the signal processor 49 as the computer 29, whereby the position of the buried object 79 in the ground 77 can be searched by one scan and displayed on the display 51. Yes.
[0030]
3 is provided with a two-stage receive amplifier 23 and an output-side switch 43 that receive radio waves reflected from the buried object 79, and this two-stage receive amplifier. 23 and the output side switch 43 operate as follows. When STC-OFF is set, the input side FET switch 33 and the output side FET switch 43 of the digital STC module Dm are both connected and fixed in a conductive state. Therefore, in the conventional case, as described above, the radio wave from the transmission antenna 75 is directly received by the reception antenna 81 and the radio wave from the ground surface is also received. Since this radio signal is overwhelmingly higher in intensity than the reflected radio signal of the buried object 79 from the ground, the receive amplifier 23 is saturated and an accurate signal cannot be obtained. When STC-ON is selected, the input side FET switch 33 and the output side FET switch 45 of the digital STC module Dm are not both in a conductive state, so that radio waves from the transmission antenna 75 are directly received by the reception antenna 81. As a result, no radio waves are received from the ground surface, and the gain of the receive amplifier 23 can be increased.
[0031]
Therefore, in order to satisfy the above requirement, in the present embodiment, as described above, when the receive amplifier 23 is divided into two stages and turned to STC-OFF, the two switches 43 of the gain adjuster 27 are turned on. The gain is suppressed by short-circuiting so that the receiving amplifier 23 at the subsequent stage is not operated. When STC-ON is selected, the receive amplifiers 23 of both gain adjusters 27 are operated to increase the gain. Thus, the STC timing adjustment module 53 outputs the pulse signal from the encoder to the digital STC module Dm of the input side FET switch 33 and the output side FET switch 45 to control the STC function and adjust the gain of the receive amplifier 23. Therefore, the operation of the output side switch 43 is switched. As a result, the detection of the buried object 79b at a deep point by STC-ON and the buried object 79a at a shallow point by STC-OFF can be detected with high accuracy. Further, two types of data of the buried object 79a at the deep point and the buried object 79b at the shallow point can be measured by one scan, and can be accurately collected by adjusting the gain.
[0032]
As described above, the present invention transmits a radio wave from a transmitting antenna facing the ground surface, receives a radio wave reflected from a buried object buried in the ground with a receiving antenna, and transmits the buried object to the ground surface. When exploring from above, buried objects buried in deep underground positions are detected by operating the STC function, and buried objects buried in shallow underground positions are detected without operating the STC function. At the same time, the STC function is activated and deactivated alternately to search the buried object in one scan, so the STC function effective when measuring signals from deep points was activated. By capturing the data and the data that does not operate the STC function so as to obtain a strong signal when measuring a signal from a shallow point, the man-hours during measurement can be saved.
In the above embodiment, the first pulse is generated by the pulse generator 13, but it goes without saying that the encoder pulse may be directly used.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, from the encoder generated for each unit movement distance of the exploration device. Encoder Receive the pulse signal and use the pulse generator First and Generate a second pulse, First pulse and second pulse Since the first pulse and the second pulse signal sequence are controlled by the STC controller so that they are STC-ON (operation) and STC-OFF (non-operation) while being output alternately, By taking the buried object at the point and the buried object at the shallow point at a time, the man-hour at the time of measurement can be saved.
[0034]
In addition, the radio wave from the receiving antenna is divided into multiple stages, and when the STC function is not activated, one receive amplifier is short-circuited so as not to be activated, thereby suppressing the gain and both when the STC function is activated. The receive amplifier is operated to control the pulse generator to increase the gain. For this reason, when there is an STC function (ON), a two-stage receive amplifier is actuated to increase the gain, and when there is no STC function (OFF), only one-stage receive amplifier is actuated. By setting the maximum range in which the amplifier does not saturate, it is possible to detect a buried object at a shallow point with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration block diagram of a ground penetrating radar exploration system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a time chart of the underground radar exploration system according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an overall configuration block diagram of a specific example of a ground penetrating radar search system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining an STC-ON function and an STC-OFF function of the ground penetrating radar exploration system according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a configuration block diagram of a conventional underground radar search system.
FIG. 6 is an external configuration diagram of a conventional underground radar exploration system.
[Explanation of symbols]
1 ... Ground radar exploration system, 11 ... Encoder,
13 ... Pulse generator, 15 ... STC controller,
17 ......... Sample pulse generator, 19 ......... Switch circuit for STC,
21 ......... Voltage controlled oscillator (VCO), 23 ......... Receive amplifier,
25 ... A / D converter, 31 ... Directional coupler,
33 ......... Input side FET switch, 35 ......... Mixer, 37 ......... Output amplifier,
39 ......... antenna selector switch, 41 ......... transmit / receive antenna,
43 ......... output side switch, 45 ......... output side FET switch,
47 ... IF amplifier, 49 ... Signal processing circuit, 51 ... Display,
75 ......... Transmitting antenna, 79 ......... Embedded object, 81 ......... Receiving antenna

Claims

A ground penetrating radar exploration device using FM-CW radar, which has an encoder that generates a pulse for each position movement unit distance of the exploration device, and separately includes a first and a second in the middle of an encoder pulse interval by the encoder. A pulse generator for generating the first pulse and the second pulse so that the first pulse and the second pulse can be alternately output, and the reception antenna is delayed between the transmission and reception antennas and the signal processing unit after transmission by the transmission antenna. An STC module having an STC function for controlling transmission / reception timing so as to be received by the receiver, and an ON operation for operating the STC function of the STC module by the first pulse and the second pulse , transmission by the transmission antenna, deep-position by a switch means for switching off operation and that the reception by the receiving antenna is carried out at the same time It is made as a possible exploration by one scan and objects buried in buried objects and a shallow position in the GPR apparatus according to claim.

Gain adjustment means is provided in the preceding stage or subsequent stage of the STC module, and gain switching adjustment by the gain adjustment means is performed in synchronization with on / off operation of the STC for each switching pulse by the pulse generator. Item 1. The underground radar exploration device according to item 1.

The gain adjusting means includes a receive amplifier divided into multiple stages and a short circuit switch circuit, and shorts the receive amplifier when the STC function is not activated by operating the short circuit switch in accordance with the STC on / off switching timing of the STC module. The ground radar exploration apparatus according to claim 2, further comprising a controller that suppresses the gain and increases the gain when the STC function is activated.

Radio waves are transmitted from the transmitting antenna facing the ground surface using FM-CW radar, and the radio waves reflected from the buried objects buried in the ground are received by the receiving antenna, and the buried objects are searched from above the ground surface. In the data collection method by the underground radar exploration device,
ON / OFF operation of an STC module having an STC function for controlling transmission / reception timing so that reception by a reception antenna is performed behind transmission by a transmission antenna in the middle between pulses generated for each position movement unit distance of the search device Are switched alternately between the operation of the STC function and the non-operation in which the transmission by the transmission antenna and the reception by the reception antenna are performed at the same time , and the STC operation data and the STC non-operation data are collected, An underground radar exploration data collection method characterized by enabling simultaneous exploration of deep and shallow buried objects by one scan.

First and second pulse signals are generated by a pulse generator that receives one encoder pulse signal from an encoder that generates a pulse for each position movement unit distance of the exploration device, and the STC function is activated or not by the first pulse signal. In the second pulse signal, the STC function is activated opposite to the first pulse signal, and the STC controller is controlled so as to alternately output the activation and deactivation of the STC function. 5. The method of collecting ground penetrating radar survey data according to claim 4.

When the radio wave from the receiving antenna is transmitted to the display device via the signal processing circuit through the receive amplifier divided into multiple stages, the gain is suppressed by short-circuiting the receive amplifier when the STC function is not activated, and the STC function is activated. 6. The method for collecting ground penetrating radar survey data according to claim 4 or 5, wherein the gain is controlled to increase occasionally.