JPH02126176A - 埋設物探査装置の深度方向分解能改善方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、パルス状電磁波を使用して地中埋設物や、コ
ンクリート構造物内の鉄筋等を探査する技術に関し、特
に深度方向の分解能を向上する方法に係る。

（従来技術） パルス状電磁波を使用したこの種の装置は、−般に以下
のように構成されている。

第１図に本体装置の構成ブロック図を示す。ここで、１
は送信アンテナ、２は受信アンテナ、３はパルス状電磁
波を作成するパルス送信器、４は受信器、５はトリガ回
路、６はサンプリング回路、７は３７０回路、８はＡ／
Ｄ変換器、９はＣＰＵ、１０はメモリ、１１はビデオメ
モリ、１２はＣＲＴ等の表示装置、１３は探査物体表面
、１４は探査物体、１５は探査対象物標である。

装置を動作させるには、トリガ回路５からの信号に同期
したパルス状電磁波をパルス送信器３で発生させ、探査
物体表面１３上の送信アンテナｌより探査物体１４へ発
射する。探査物体１４中に探査対象物標１５が存在すれ
ば、それによって反射されたエコーが受信アンテナ２に
より受信機４に受信される。受信された反射波形はサン
プリング回路６により低周波へ変換され、ＳＴＣ回路７
で深度による電磁波減衰の補正をされた後、Ａ／Ｄ変換
器８によりデジタル信号に変換される。デジタル信号と
なった受信波は、ＣＰＵ９によりメモリ１０に記憶され
、測定者の必要に応じた表示形式で、ビデオメモリ１１
に書き込まれ、表示装力波形を、（ｂ）に受信された反
射信号の振幅へ一時間軸−にへの一表示例を示す、１６
は探査物体表面１３からの反射波、１７は探査対象物標
１５からの反射波である。一般にこの種の装置は、至近
距離の物標を測定対象としているため、送信されるパル
ス状電磁波は（ａ）に示すように半値幅数ナノ秒程度で
ある。このため送信波の持つ周波数帯域は、数十メガヘ
ルツから数百メガヘルツ程度と広く分布している。また
同時に、深度方向に接近して存在する二つの探査対象物
標を分離して判断できる最少分解能力も、送信されるパ
ルス状電磁波の幅により決定される。

しかし、実際に受信される波形は、送信アンテナ１や受
信アンテナ２の特性や、探査物体１４内部での減衰によ
り帯域制限されたものであり、ｆｂｌのようにリンギン
グを伴って受信される。このリンギングによって送信波
形の幅が充分に狭いものであっても、実際の時間軸方向
最小分解能力は低下してしまう、つまり探査物体１４内
部の深度方向に接近した２物標を分離、判断できない欠
点が生じてしまうのである。

従来よりこの欠点を解決するために、多くのリンギング
除去方法が考案されてきた。例えば、受信される反射波
形は、送信アンテナｌからの送信波形と探査物体１４内
部の反射係数を時間軸上で積和演算した結果であり、こ
れは周波数軸上で扱うと互いの積算となることを利用し
て、周波数帯域で除算を行い反射係数のみを取り出す方
法である。

また一方では、時間軸」二の理想波形に対するフィルタ
特性を最小２乗法により算出する方法なども考案されて
いる。

（発明が解決しようとする課題） しかし、いずれの方法においても、時間軸上から周波数
軸上への変換や、求めたフィルタと受信波形の積和演算
には膨大な演算時間を必要とするため、強力な演算能力
を持たないこの種の装置では実現が困難である。

（課題を解決するための手段） 本発明はこれらの欠点を解決するため、受信波形とその
差分波形及び移動平均波形を使用して受信波形の処理を
行う。即ちサンプリングされた受信波形とそのサンプリ
ング信号間の差分波形、及び最少１０点程度から最大で
も反射波形長程度の範囲での移動平均に対して、各々受
信波形とピーク値を同一にするために必要な値の１７５
倍から５倍程度の波形倍率と、最大でも反射波形長以内
の遅れ、または進み位相差を持たせて加算することによ
り、反射波形に付随するリンギングを除去するようにし
たもので以下実施例につき図面により詳細に説明する。

（実施例） 第２図山）に示したサンプリングされた受信波形より、
対象物標からの反射エコーのみを取り出した波形ｆ　（
ｔ）を第３図ｔａｌに、その各サンプリング点の変化量
を示すため下記の式で求めた差分波形ｒ　’　（ｔ）を
（ｂｌに、 ｆ　’（ｔ）＝ｆ（ｔ）ｌ（ｔ＋１）　　　・・・・・
・・・・（１）下記の式で求めた、Ｎ区間内での移動平
均波形Ｆ（ｔ）をｔｅｌに示す。

ここで、第３図に示した波形は、各々最大値で正規化し
て示している。

つぎに、上記で求めた３種の波形を各々適度な係数倍し
、適度な位相差を持たせて加算すると（４）に示すよう
な波形Ｇ　（ｔ）を得ることができる。

Ｇ（ｔ）＝ｆ（ｔ）＋α−ｆ　’　（ｔ＋　ｒ）　＋β
・ＦＭ　（ｔ＋φ）・・・・・・（３） ここで、ｔはサンプリング時間、α、βは波形倍率、τ
、φは位相差、Ｎは移動平均範囲である。

希望する波形Ｑ　（ｔ）を算出する各係数の探索は、全
ての組合せについて一定の評価関数のもとで良否の度合
を判定しても良いし、例えば最急傾斜法等の最適化アル
ゴリズムを使用して高速に算出することも可能である。

その結果求められた波形Ｇ　（ｔ）をｆｄ＋に示すが、
明らかに元受信波形（ａ）に比較して時間軸つまり探査
深度方向の最小分解能が向上している。この実施例の場
合、反射波形の極性判定性を重視した評価関数によって
各係数を探索したため（ｄｉの波形となっているが、他
の目的に応じた評価関数を使用して最適な他の変形倍率
、位相差を探索することも可能である。

ここで、移動平均波形の計算範囲Ｎは最少１０点程度か
ら最大でも反射波形製程度の範囲、差分波形、移動平均
波形の倍率係数α、βは、受信波形とピーク値を同一に
するために必要な値の１７５倍から５倍程度、同様に位
相差Ｔ、φは、最大遅れ、進みとも反射波形製程度の値
である。

本発明の他の実施例として、上記実施例のように差分波
形、移動平均波形のみに倍率係数を持たせるだけでなく
、 十 Ｇ（ｔ）＝α−ｆ（ｔ）＋β−ｆ’（ｔ＋ｒ）＋ｙ−Ｆ
（ｔＸφ）　　−（４１上式のように、反射波形自体に
も倍率係数を設けることも当然可能である。これは、前
記の（３）式の演算と等価であるが、係数を三波形に設
けることでそれらの係数α、β、γを整数値としても圧
縮の度合があまり悪化しないことがわかっている。

そこで、受信波形の入力源となるＡ／Ｄ変換器８の出力
が一般に整数値であることから、全乗算が整数計算のみ
で実行できる特徴を持つ。このことは、大きな演算能力
を必要とする小数乗算を使用せず、より小さな演算能力
の装置上での実現性を高める事となる。

本発明の効果を示すために、第４図（ａｌに反射係数値
、ｆｂｌにその場合の受信波形、ｆｃ）に第３図（ｄ）
を算出したものと同一の係数Ｎ、α、β、γ、τ。

φを使用して処理を行った結果を示す。ここで、第３図
（ａｔは３個の反射物体の位置及び反射係数を示してい
るが、各反射物体の距離間隔１８が第４図ｔａ＋で示し
た単独の受信波形の継続時間と比較して短いために、単
独の受信波形第３図（ａｌと反射係数（ａｌの積和演算
結果である受信波形中）では、三個の物体からの反射波
形１９が一塊となってしまい、分離した三個の反射波形
の合成であるとは判断できない。しかし、本処理の実行
後ｔｅｌでは、三個の物体からの反射波形２０が、反射
極性の正逆をも含めて正確に判断できる。

さらに、リンギング除去効果は低下するが、受信波形に
よっては、対雑音性を高めるために、雑音の影響が比較
的大きい差分波形を用いないで実行することも可能であ
る。

また、以上の実施例記載は、ディジタルサンプリングさ
れた波形より、差分波形と移動平均波形を求めることで
実施されているが、アナログ信号に対して微分回路と積
分回路、遅延回路、増幅器、アナログ加算器等により実
現しても本発明の請求範囲を越えるものではない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明は、主として加算と常数の
積算を中心とした演算で受信波形のリンギング除去が行
えるため、従来同様の効果を得るために必要であった膨
大な演算時間を大幅に短縮し、より筒便小型な装置への
搭載も可能となり、この種の探査装置の深度方向の最小
分解能を向上させ、近接した物標に対しての誤った判定
を防止し、瞬時に適切な判定を下せる利点を持つ。

【図面の簡単な説明】

第１図は−・船釣なパルス状電磁波を使用した本第３図
（ａｌは第２図中）に示したサンプリングされた受信波
形より、対象物標からの反射エコーのみを取り出したも
の、山）はその各サンプリング点の変化量を示した差分
波形、（Ｃ１は適度な区間内での移動平均を示した移動
平均波形、（ｄ）は（ａ）の反射波形に対し、■）の差
分波形、（Ｃ）の移動平均波形を各々適度な係数倍して
適度な位相差を持たせて加算した結果、第４図（δ）は
反射係数値、（ｂｌはその場合の受信波形、ｔｃ＋は処
理を行った結果を示す。 ｌ・・・送信アンテナ、２・・・受信アンテナ、３・・
・パルス状電磁波を作成するパルス送信器、４・・・受
信器、５・・・トリガ回路、６・・・サンプリング回路
、７−５　Ｔ　Ｃ回路、８−Ａ　／　Ｄ変換器、９−Ｃ
Ｐ　Ｕ　。 １０・・・メモリ、１１・・・ビデオメモリ、１２・・
・ＣＲＴ等の表示装置、１３・・・探査物体表面、１４
・・・探査物体、１５・・・探査対象物標、１６・・・
探査物体表面１３からの反射波、１７・・・探査対象物
標１５からの反射波形、１８・・・各反射物体の距離間
隔、１９・・・受信時の三個の物体からの反射波形、２
０・・・本処理の実行後の三個の物体からの反射波形。 第４図 （ａ） （ｃ） ３図 （ｂ） （ｄ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）パルス状電磁波を使用した埋設物探査装置におい
   て、サンプリングされた受信波形と、そのサンプリング
   信号間の差分波形、及び最小１０点程度から最大でも反
   射波形長程度の範囲での移動平均波形に対して、各々受
   信波形とピーク値を同一にするために必要な値の１／５
   倍から５倍程度の波形倍率と、最大でも反射波形長以内
   の遅れ、または進み位相差を持たせて加算することによ
   り、反射波形に付随するリンギングを除去するようにし
   た埋設物探査装置の深度方向分解能改善方法。
2. （２）前記波形倍率を受信波形に対しても決定し、各波
   形倍率を整数値とした請求項（１）記載の埋設物探査装
   置の深度方向分解能改善方法。
3. （３）前記差分波形と移動平均波形を共にあるいは一方
   を、差分波形を微分波形により、移動平均波形を積分波
   形によってリンギングを除去した請求項（１）、（２）
   記載の埋設物探査装置の深度方向分解能改善方法。
4. （４）前記差分波形を使用せずにリンギングを除去した
   請求項（１）、（２）記載の埋設物探査装置の深度方向
   分解能改善方法。