JPH02297089A - 地中レーダトモグラフィ方法及び装置 - 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］ 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・土質の分布を断面情報として
得る地中レーダトモグラフィ方法及びその装置に関し、
特に地中を伝播して減衰した微弱信号の検出に関する。

［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
。

電磁波を用いた地中トモグラフィの従来技術を大別する
と、連続波の振幅検出法と地中レーダトモグラフィがあ
る。両者とも得られたデータに演算処理を施し、地質構
造を断面状の画像として表示する目的は同じであるが、
そのもとになるデータの取得方法に次のような違いがあ
る。

（１）連続波の振幅検出法 この方法は、連続波状の電磁波を地中に伝播させ、その
透過波の減衰を計測する事により、岩盤の減衰率分布を
求め、岩盤の状況を推定する方法である。例えば、文献
ｒＤ、Ｌ、Ｌａｇｅｒ　ａｎｄ　Ｒ，Ｊ、Ｌｙｔｌｅ、
　’Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ　ａ　５ｕｂｓｕｒｆ’ａ
ｃｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｌａｇｎｅｔｌｃＰｒｏｆｉｌ
ｅ　ｆｒｏｍ　ｈｌｇｈ−ｆ’ｒｅｑｕｅｎｅｙ　ｍｅ
ａｓｕｒ　ｅａ＋ｅｎｔｓ　ｂｙａｐｐｌｙｉｎｇ　ｒ
ｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ−ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ａ
ｌｇｏｒｌｔｈｓ、’　Ｒａｄｌｏ　５ｅｔｅｎｃｅ　
、　ｖｏｌ、１２．　ｎｏ、２．ｐｐ、２４９．Ｍａｒ
。

−Ａｐｒ、１９７７　Ｊに開示されている。

（２）地中レーダトモグラフィ いわゆる地中レーダトモグラフィは３、パルス状の電磁
波を地中に発射してその反射波、透過波、又は回折波の
強度及びその伝播時間を計測するものである。例えば、
文献「長田正樹・坂出利彦著“岩盤調査における電磁波
探査の利用”　日本応用地質学会昭和６１年研究回発表
会予稿集、ｐ９５゜（１９８６）Ｊ及び「大友秀夫著“
ジオトモグラフィ技術の現況”、物理探査、第３９巻、
第６号（昭和６１年１２月）」に開示されている。

［発明が解決しようとする課題〕 （１）連続波の振幅検出法の課題 この方式は、医療用のＸ線トモグラフィと同じ原理によ
るものであるが、地中探査の場合には測定点数が限られ
、振幅情報だけでを利用しているため十分な精度が得ら
れない欠点がある。また、地中における電磁波の減衰は
大きいため受信信号の強度が十分得られず、探査領域の
広さが極端に制限される。

（２）地中レーダトモグラフィの課題 この方式は、地中の減衰特性と伝播時間特性の情報を利
用するため詳細な地層構造を推定できるので近年注目さ
れている。しかし、パルス状の電磁波を使用しているた
め、土中の減衰を受けやすく受信すべき信号強度が著し
く小さくなるので、−度に探査できる領域の広さが制限
される。また、送信電力の増加も、デバイス上の制約及
び電磁環境悪化のため、困難な状況にある。特に、日本
では関東ローム層のような土壌の地層が厚い場所では、
土中の水分が多く電磁波の減衰が大きいため、従来のレ
ーダトモグラフィのように土中の減衰の影響を受は易い
方式では、探査領域に対する実用上の制約が大きくなる
。

この発明は、上記の問題点を解決するためになされたも
ので、地中の減衰特性と伝播時間特性の情報を得ること
ができ、かつ、減衰して微弱となった電磁波を高感度に
検出でき、その結果、広い範囲を一度にしかも詳細に探
査できる地中レーダトモグラフィ方法及びその装置を得
ることを目的とする。

［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方法は、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方法において次の工程を有
する。　（ａ）土中を伝播し減衰した微弱信号を高感度
に検出するために、第１の疑似ランダム信号を発生し、
かつこれと符号のパターンが同じで周期のわずかに異な
る第２の疑似ランダム信号を発生する工程。

（ｂ）第１の疑似ランダム信号と第２の疑似ランダム信
号とを乗算して得られる乗算値の第１の時系列パターン
を発生する工程。

（Ｃ）第１の疑似ランダム信号を送信アンテナを介して
土中へ送信しその反射波又は透過波又は回折波を受信ア
ンテナを介して受信した受信信号と第２の疑似ランダム
信号とを乗算して得られる乗算値の第２の時系列パター
ンを発生する工程。

（ｄ）第１の時系列パターンと第２の時系列パターンの
時間差及び信号強度を測定し、この時間差及び信号強度
の情報を処理して地中の地層・土質の断面情報をとして
得る工程。

また、この発明に係る地中レーダトモグラフィ装置は、
地中に電磁波を入射して、その透過波、反射波又は回折
波の振幅及びその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のクロック発信器と、第１のクロック発信器によっ
て駆動される第１の疑似ランダム信号を出力する第１の
疑似ランダム信号発生器と、第１のクロック発信器の周
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
振器と、第１の疑似ランダム信号発生器と同じ回路構成
からなり、該第２のクロック発振器によって駆動されて
第２の疑似ランダム信号を出力する第２の疑似ランダム
信号発生器とを有する。

更に、第１の疑似ランダム信号と第２の疑似ランダム信
号とを乗算する第１の乗算器と、第１の疑似ランダム信
号を送信する送信アンテナと、送信アンテナから地中へ
発射される信号の反射波、透過波又は回折波を受信する
受信アンテナと、受信アンテナで受信された信号と第２
の疑似ランダム信号とを乗算する第２の乗算器と、第１
の乗算器の出力信号と前記第２の乗算器の出力信号との
時間差を測定する時間差測定器と、第１の乗算器の出力
信号の信号強度を測定する第１の信号強度測定器と、第
２の乗算器の出力信号の信号強度を測定する第２の信号
強度測定器と、時間差測定器、第１の信号強度測定器及
び前記第２の信号強度測定器によって得られた時間差並
びに信号強度の情報を処理して地中の地層・土質の断面
情報を得る演算器とを有する。

また、この発明に係る地中レーダトモグラフィ装置は、
時間差測定器、第１の信号強度測定器及び第２の信号強
度測定器として、第１の乗算器の出力を入力し帯域制限
を行なう第１のローパスフィルタと、第２の乗算器の出
力を入力し帯域制限を行なう第２のローパスフィルタと
、第１のローパスフィルタの出力信号の極大値が発生す
る時刻と第２のローパスフィルタの出力信号の極大値が
発生する時刻との間の時間を計測する時間計測器と、第
１のローパスフィルタの出力の極大値の値を計測する第
１の極大値計測器と、第２のローパスフィルタの出力の
極大値を計測する第２の極大値計測器とを備えている。

また、この発明に係る地中レーダトモグラフィ方法及び
装置においては、第１及び第２の疑似ランダム信号とし
て、Ｍ系列信号、ゴールド（Ｇｏｌｄ）符号系列信号又
はＪＰＬ符号系列信号が用いられる。

［作　用コ この発明における特徴は、周期はわずかに異なるが、符
号パターンは同一の２つの疑似ランダム信号を使用して
いる点にあり、この信号の作用を中心に次に説明する。

上記の２つの疑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つの疑似ランダム信号の相関はなくなる。

２つの疑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つの疑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つの疑似ランダム信号
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お
こなわれる。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の良好な信号処理がなされる。

例えば第１のＭ系列信号が直接箱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。

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
信器の周波数をｆｌ、第２のクロック発信器の周波数を
ｆ２とすると、出力信号に於ける時間差Ｔ、は、次式で
表わされるように大きく拡大される。

Ｔ−τΦｆ　　／（ｆ　　−ｆ　　）　　　　　・・・
（１）Ｄ　　　　　１　　　１　２ 伝播時間τはｆ　　／（ｆ　　−ｆ２）倍だけ時間目 的に拡大され、或いは低速化されたＴ、として計測され
る。

このようにして計測された時間差Ｔ、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。

［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はクロック発信器、２は第１の疑似ラン
ダム信号発生器としてのＭ系列信号発生器である。３は
クロック発信器、４は第２の疑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は乗算器、６は送信
アンテナである。７は受信アンテナ、８は乗算器である
（、９゜ＩＯはローパスフィルタで、そのカットオフ周
波数は４００ＫＨ２とした。１１は時間計測器、１２．
１３は極大値計測器である。１４は演算器であり、マイ
クロコンピュータを使用して後述する演算により地中の
断面像を求めて表示器１５に表示させる。

１６は送信用ボアホール、１７は受信用ボアホールであ
る。送信用ボアホール１６及び受信用ボアホール１７は
クロスボア方式であり、通常はこれらのボアホールの間
隔は１０ｍから５０ｍで、その深さはｌＯｍから１００
ｍである。そして、送信アンテナ６及び受信アンテナ７
は、小型のダイポールアンテナに防水を施してワイヤで
ボアホール１６．１７内に吊し、位置を変化させながら
計測する。１８は地中、１９は送信用増幅器、２０は受
信用増幅器である。

次に、第１図の装置の動作を説明する。

クロック発生器１は周波数ｆ１のクロック信号を、また
クロック発生器３は周波数ｆ２のクロック信号を発生す
る。この発明の特徴の１つは、この第１のクロック信号
の周波数ｆ１と第２のクロック信号の周波数ｆ２とが、
きわめて近接した周波数でその周波数差がわずかなこと
である。いまｆ　　＝　１００．００４ＭＨｚ、、ｆ　
２−９９．９９６ＭＨｚとして、その差ｆ１−ｆ２−８
ＫＨｚの場合につき説明をする。

クロック発生器１から出力される周波数ｆ１のクロック
信号はＭ系列信号発生器２に、クロック発生器２から出
力される周波数ｆ２のクロック信号はＭ系列信号発生器
４にそれぞれＭ系列信号発生用の同期信号として供給さ
れる。

Ｍ系列信号発生器２，４は擬似ランダム信号発生手段の
１つと採用されたものであり、Ｍ系列信号の代りに例え
ばパー力符号（Ｂａｋｅｒ　Ｃｏｄｅ）発生器を用いて
もよい。この実施例では７ビツトのＭ系列符号を使用し
、第２図にその構成図を示した。

第２図は７ビツトのＭ系列信号発生器２，４の構成図で
あり、３１は７段構成のシフトレジスタ、３２は排他的
論理和回路である。このＭ系列信号発生器２，４により
符号長周期１２７ビツトの信号を発生する。即ちクロッ
ク信号に同期したフリップフロップ７段構成によるシフ
トレジスタ３１を設け、その６段目と７段目のフリップ
フロップの出力信号を排他的論理和回路３２を介して１
段目のフリップフロップに入力する。そして、図示され
ていないクロック信号をフリップフロップの各段に供給
し、７段目のフリップフロップから出力信号を得るよう
にして、クロック信号に同期したＭ系列符号を発生させ
ることができる。このようにして発生されたＭ系列符号
は、符号“１゛と“０″又は＋　と　−“の組み合せに
よる周期性循環符号である。

第３図はＭ系列信号発生器の出力波形図である。

この実施例では、符号“１゛は正電圧（＋Ｅ）。

“０”は負電圧（−Ｅ）の信号を発生している。

このＭ系列信号を循環して発生させた場合の周期は、こ
の例の場合７ビツトなので２７−１−１２７個の信号を
発生すると１周期が完了する。そして、次の１２８番目
の信号から前の周期と同一信号を発生し、この周期を繰
り返し循環することになる。

一般に、このＭ系列信号は部分的にみるとランダムな信
号であるが、自己相関関数を利用する信号として用いら
れ、従来装置の説明ではパルス圧縮レーダに応用されて
いる。

Ｍ系列信号発生器２及び４は、入力されるクロック信号
の周波数ｆ　とｆ２がわずかに異ってい■ るのみで、７ビツトの同−Ｍ系列信号を発生する全く同
一の回路により構成される。また、クロック周波数が１
００ＭＨｚ程度のシフトレジスタは、例えばＥＣＬ　（
エミッタ・カップル・ロジック）素子により容易に実現
が可能である。Ｍ系列信号発生器２，４はそれぞれ１周
期１２７個の電圧＋Ｅ及び−ＥよりなるＭ系列信号Ｍ　
及びＭ２を循環して出力する。しかし、入力されるクロ
ック信号の周波数がわずかに異っているため、２つのＭ
系列信号Ｍ　及びＭ２の１″周期はわずかに異っている
。

■ いま、２つのＭ系列信号Ｍｌ及びＭ２の周期を求ると、 Ｍｌの周期−１２７Ｘ　ｌ／１００．００４ＭＨｚ　−
１２８９，９４９２ｎｓＭ２の周期−１２７Ｘ　１／９
９．９９８ＭＨｚ　＝　１２７０．０５０８ｎｓとなる
。即ち２つのＭ系列信号Ｍ　及びＭ２は約１２７Ｑｎｓ
　（ＬＯ＝秒）の周期を有すが、両者の周期には約０．
ｉｎｓの時間差がある。それ故この２つのＭ系列信号Ｍ
　及びＭ２を循環して発生させ、ある時刻ｔ　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Ｉｏｎｓ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１Ｏｎｓである。

従って、２つのＭ系列信号Ｍ　及びＭ２間にｌＯｎｓ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４図に示
している。

第４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　ｓ　１００周期で１Ｏｎｓ短時間
であること、及び時刻ｔ　において２つのＭ系列信号Ｍ
　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Ｍ　とＭ２はあす 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。この例の場合はぼＭ系列信号Ｍ　の１
２６．７７７周期とＭ２の１２６，７８７周期毎、時間
で約１ｔｌｆ、ｌｌｌ５毎にこの２つのＭ系列信号Ｍ　
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。

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Ｍ　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５に入力される。

乗算器５及び８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５及び８の出力には正又は
負の電圧信号が得られる。

従って、いま２つのＭ系列信号Ｍ　及びＭ２の■ パターンが一致した時刻ｔ　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ｔ　より１００周期後には
２つのＭ系列信号Ｍ１及びＭ２の間にはＬＯｎｓ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５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５の
出力波形が第４図（ｅ）に示されている。

乗算器５の出力信号はローパス・フィルタ９に供給され
直流電圧に変換される。ローパス・フィルタ９及び■０
はそれぞれカットオフ周波数ｆ　を有し、カットオフ周
波数ｆ　よりも高波数の人力成分を減衰させ、入力信号
の平滑化を行なう機能ヲ有する。ローパス・フィルタ９
の出力信号は、２つのＭ系列信号Ｍ　及びＭ２のパター
ンが一致した時刻ｔ　において最大値となり、時刻ｔ　
よａ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　ａすＭ系列信号Ｍ２が１００周
期前後にずれた時刻、即ちｔ　±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４図
（ｆ）にこのローパスφフィルタ９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系列の同期状態が発生する１８．１ｎｓ毎にロー
パス争フィルり９から出力される。

ローパス・フィルタ９からの出力信号は極大値計測器１
２に入力される。極大値計測器１２及び１３はローパス
・フィルタ９及びｌＯから入力される三角波の電圧信号
の最大値、即ち三角波の頂点の電圧を検出し、その最大
電圧値を検出した時刻にパルス信号を１個出力する機能
を有するものである。

最大電圧値の発生時刻を検出する方法としては例えば、
Ａ−Ｄ変換器とデジタル・データ比較器とを設け、高速
のサンプリング信号により入力される三角波のアナログ
信号を逐次デジタルデータに変換し、常に１つ前のサン
ツブリング信号により得られたデジタルデータと、現在
のサンプリング信号により得られたデジタルデータとを
デジタル・データ比較器により大小関係を比較し、入力
信号の時簡に対する増加状態から減少状態に反転する時
刻を検出すればよい。同様にサンプリングされたアナロ
グ信号を逐次比較することにより同一の機能を実現する
こともできる。なお、ノイズ等により小さなピークが現
れるおそれのある場合は、しきい値を定め、このしきい
値を越えた信号についてのみピーク値を検出するように
すればよい。

極大値計測器１２は、入力信号の最大値検出時刻にパル
ス出力を計測開始信号として時間計測器１１に供給する
。時間計測器１５は極大値計測器１２より計測開始信号
が入力されると、時間の計測を開始する。この状態が第
４図（１）に示される。

Ｍ系列信号発生器２から出力され２つに分岐された他方
のＭ系列信号Ｍ１は、送信用増幅器１９に入力され出力
電力が５００１１Ｗ程度に電力増幅される。

電力増幅器１９からのＭ系列出力信号は送信アンテナ６
に給電される。送信アンテナ６は、Ｍ系列信号の電磁波
を伝播媒体に放射する。この放射された電磁波は導電率
又は誘電率が伝播媒体の値と異なる値を有する地中１８
を透過して、透過波又は反射波又は回折波が受信アンテ
ナ７により検出される。

例えば受信アンテナ７により検出された信号は、受信用
増幅器２０に入力され、信号増幅及び波形整形が行われ
る。この受信用増幅器２０の出力信号Ｍ　゛は、Ｍ系列
信号Ｍ１が送信用アンテナ６から電磁波として放射され
、受信用アンテナ７に到達する電磁波の伝播時間だけ遅
延した信号と同一である。厳密には送信用増幅器１９、
受信用増幅２０等に固定の信号遅延時間が存在するが、
これらの固定遅延時間は計測処理の段階で除去されたり
、Ｍ系列信号発生器２からの出力信号Ｍ１を乗算器５に
供給するときに、同等の遅延時間を有する遅延回路を介
して信号を供給する等の方法により計測上除去すること
が可能である。

このように送信用６アンテナと受信用アンテナ７との間
の伝播時間に比例した遅延時間を有するＭ系列信号Ｍ　
′が受信用増幅器２０から出力され（第４図（ｄ））、
乗算器８の一方の入力に供給される。

また、Ｍ系列信号発生器４から出力され２つに分岐され
た他方のＭ系列信号Ｍ２は乗算器８の他方の入力に供給
される。乗算器８では乗算器５と同様に２つのＭ系列信
号Ｍ　′及びＭ２の乗算が行われる。乗算器８は２つの
Ｍ系列信号Ｍ１−及びＭ２の乗算結果（第４図（（ｇ）
）をローパス・フィルタ１０に供給する。ローパス・フ
ィルタＩＯは２つのＭ系列信号Ｍ　′及びＭ２のパター
ンが一致した時を頂点とする三角波の電圧信号を発生し
く第４図（ｈ））、この電圧信号を極大値計測器１３に
供給する。

以上の動作は乗算器５及びローパス・フィルタ９におい
て説明した動作と全く同一である。相違する点は２つの
Ｍ系列信号Ｍ　′及びＭ２のパタ−ンが一致する時刻の
みである。極大値計測器１３の動作は前述の極大値計１
３器１２と同様であり、発生したパルス出力を今回は計
測停止信号として時間計測器１１に供給する（第４図（
ｊ））。時間計測器１１は計測開始信号の入力された時
刻ｔ　から計測停止信号の入力される時刻ｔ５までの時
間を計測する。時間計測法としては、例えば計測開始時
刻から停止時刻までの時間ゲートを設けて、この時間ゲ
ート内におけるクロック信号を計数する等の方法でよい
。

この発明が一般のレーダ装置と大きく相違する点は計測
時間が実質的に著しく拡大されている点にある。即ち一
般のレーダで例えば空中の３メートルの距離を計測する
のは２０ｎｓ　（２０Ｘ　１ｏ−９秒）の時間を計測す
ることになる。しかるに、この発明によれば３メートル
の距離ゑ計測するのは２５４μｓ　　（２５４Ｘ　１Ｏ
−６秒）を計１１）Ｊすることになる。即ち時間軸で１
２，７００倍に拡大され、きわめて低速化された信号を
計測すればよいことになる。従って、この発明のレーダ
装置は従来の装置に比較して、短距離の計測精度が向上
すること並びに安価な低速素子により装置が簡易に構成
できることに大きな特徴を有する。時間ｎ１定器１５に
よる時間測定は、前述のｌＢ、１ａｓ毎の計測開始信号
が入力される度に行われる。

時間計測器１１、極大値計測器１２及び極小値計測器１
３により透過波、反射波又は回折波の振幅並びに伝播時
間を同時が同時に測定され、それらは演算器１４に入力
され、そこで地中の断面像が演算され、その断面像が表
示器１５に表示される。演算器１４において断面像を得
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ＡＩｇｅｂｒａｌｃ　Ｒｅｃｏｓｔｒｕｃｔｔｏ
ｎ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　％　　５１１ｕｌｔａｎｅＯ
ｕＳ　Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ　Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉ
ｏｎＴｅｃｈｎｉｑｕｅ及びＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎＴ
ｏｍｏｇｒａｐｈｙも使用できるが、ここではいわゆる
反復法を適用した。

第５図は反復法の説明図であり、図示のように送信点か
ら成る受信点に至る波線Ｒｋに沿った伝播遅延時間ｔｋ
又は振幅ａｋを測定するが、それぞれ次の（２）　、　
（３）式で表現される。

なお、上式において、Ｖ（ｘ、ｙ）は断面内の速度分布
であり、α（ｘ、ｙ）は減衰パラメータの分布である。

第６図は演算器１４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Ｖｇ　　（ｘ、ｙ）、　　αｏ　　（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ａ、を求
め、実測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。

［発明の効果］ この発明によれば、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その伝播時間を同時に
高精度に測定できるようにしたので、詳細の地中断面情
報を得ることができる。また、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
、広い領域を一度に探査することができる。特に、関東
ローム層が厚く土壌中の水分が多く電磁波の減衰が大き
い地方でも、地中探査の効率をあげることができる。

【図面の簡単な説明】

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図は第１図の装置の動作を示すタイム
チャート、第５図は反復法の説明図、第６図は反復法の
演算動作を示すフローチャートである。 図において、１は第１のクロック発信器、２は第１の疑
似ランダム信号発生器、３は第２のクロック発信器、４
は第２の疑似ランダム信号発生器、５は第１の乗算器、
６は送信アンテナ、７は受信アンテナ、８は第２の乗算
器、９は第１のローパスフィルタ、１０は第２のローパ
スフィルタ、１１は時間計測器、１２は極大値計測器、
１３は極大値計測器、１４は演算器、１５は表示器、１
６は送信用ボアホール、１７は受信用ボアホール、１８
は地中、１９は送信用増幅器、２０は受信用増幅器、３
１はシフトレジスタ、３２は排他的論理和回路である。 代理人　弁理士　佐　々　木　宗　治 第 図 第 図 第 図 柩 ６図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （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方法において
   、 土中を伝播し減衰した微弱信号を高感度に検出するため
   に、第１の疑似ランダム信号を発生し、かつこれと符号
   のパターンが同じで周期のわずかに異なる第２の疑似ラ
   ンダム信号を発生する工程と、 前記第１の疑似ランダム信号と第２の疑似ランダム信号
   とを乗算して得られる乗算値の第１の時系列パターンを
   発生する工程と、 また、前記第１の疑似ランダム信号を送信アンテナを介
   して土中へ送信しその反射波、透過波又は回折波を受信
   アンテナを介して受信した受信信号と前記第２の疑似ラ
   ンダム信号とを乗算して得られる乗算値の第２の時系列
   パターンを発生する工程と、 前記の第１の時系列パターンと前記の第２の時系列パタ
   ーンの時間差及び信号強度を測定し、この時間差及び信
   号強度の情報を処理して地中の地層・土質の断面情報を
   として得る工程と を有することを特徴とする地中レーダトモグラフィ方法
   。
2. （２）前記第１及び第２の疑似ランダム信号として、Ｍ
   系列信号、ボールド符号系列信号又はＪＰＬ符号系列信
   号を用いることを特徴とする請求項１記載の地中レーダ
   トモグラフィ方法。
3. （３）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のクロック発信器と、該第１のクロック発信器によ
   って駆動される第１の疑似ランダム信号を出力する第１
   の疑似ランダム信号発生器と、該第１のクロック発信器
   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
   ク発振器と、前記第１の疑似ランダム信号発生器と同じ
   回路構成からなり、該第２のクロック発振器によって駆
   動されて第２の疑似ランダム信号を出力する第２の疑似
   ランダム信号発生器と、 前記第１の疑似ランダム信号と第２の疑似ランダム信号
   とを乗算する第１の乗算器と、前記第１の疑似ランダム
   信号を送信する送信アンテナと、該送信アンテナから地
   中へ発射される信号の反射波、透過波又は回折波を受信
   する受信アンテナと、該受信アンテナで受信された信号
   と前記第２の疑似ランダム信号とを乗算する第２の乗算
   器と、前記第１の乗算器の出力信号と前記第２の乗算器
   の出力信号との時間差を測定する時間差測定器と、前記
   第１の乗算器の出力信号の信号強度を測定する第１の信
   号強度測定器と、前記第２の乗算器の出力信号の信号強
   度を測定する第２の信号強度測定器と、 前記時間差測定器、前記第１の信号強度測定器及び前記
   第２の信号強度測定器によって得られた時間差及び信号
   強度の情報を処理して地中の地層・土質の断面情報を得
   る演算器と を備えた地中レーダトモグラフィ装置。
4. （４）前記時間差測定器、第１の信号強度測定器及び第
   ２の信号強度測定器として、 第１の乗算器の出力を入力し帯域制限を行なう第１のロ
   ーパスフィルタと、第２の乗算器の出力を入力し帯域制
   限を行なう第２のローパスフィルタと、第１のローパス
   フィルタの出力信号の極大値が発生する時刻と第２のロ
   ーパスフィルタの出力信号の極大値が発生する時刻との
   間の時間を計測する時間計測器と、第１のローパスフィ
   ルタの出力の極大値の値を計測する第１の極大値計測器
   と、第２のローパスフィルタの出力の極大値を計測する
   第２の極大値計測器とを備えた請求項３記載の地中レー
   ダトモグラフィ装置。
5. （５）前記第１及び第２の疑似ランダム信号として、Ｍ
   系列信号、ゴールド符号系列信号又はＪＰＬ符号系列信
   号を用いることを特徴とする請求項３又は請求項４記載
   の地中レーダトモグラフィ装置。