JPH03259779A

JPH03259779A - 地中レーダの情報処理方法及びその装置

Info

Publication number: JPH03259779A
Application number: JP2059234A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Sakanishi; 坂西　昇一; Tetsuya Shinpo; 新保　哲也; Tomoyuki Abe; 阿部　友行; Yasuhiko Ichimura; 市村　泰彦; Yasuo Kanemitsu; 保雄金光
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1990-03-08
Filing date: 1990-03-08
Publication date: 1991-11-19

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ｒｌｒＦ］本発明は地中状況を探査する地中ｌ／−ダの情報処理方
法及びその装置に係わり、特には、広い範囲を精度よく
探査することのできる地中レーダの情報処理方法及びそ
の装置に関する。

［従来の技術］周知のように、地中の状況を調査し、或いは地中埋設物
を非破壊的に検知する方法としてパルス状の電磁波を地
面に向かって放射し、該電磁波が地中に存在する物体や
土質の変化境界から反射されてくる反射電磁波の戻り時
間や反射強度を観察解析するレーダ法が、電磁波によっ
て地中を探査する台車に装備する移動式の地中レーダや
、地下建設機械に装備して、掘削ずへき外部地山状況を
探査する地中１７−タとして活用されている。

前記地中レーダに用いられる送信および受信アンテナは
、多くの場合、比較的広帯域、高利得の得られる第５図
に示すような板状双扇形半波長クイボールアンテナであ
る。

第５図は煙準的板状駅用形半波長ダ、イボールアンテナ
を示していて、（Ａ）ＩＥＩは該ダイポールアンテリ〜
を上から見た図、（Ｂ）図は該タイボールアンテリーを
横から見た図を示している。

１図において、５１八、５１Ｂによって該ダイポールア
ンテナが構成されていて、該５］−八と５１１３それぞ
れの端部間の長さが放射電磁波の１／２波長に等しいか
、１／２波長よりも若干短くなるような寸法に形成され
ている。また、５２は該ダイポールアンテナに結合され
ている電気装置を示している。

従来、地下建設機械であるシールド機械等には、−１−
述したアンテナを該シールド機械外筺の適切な場所に装
備した地中レーダが一式装着されている９［発明が解決しようとする課題］地下建設機械によって地下Ｉ・ンネル等を掘削する場合
、該掘削すべき他山全体の状況を把握する必要がある９
しかしながら、」二連したような地中を探査する地中レ
ーダや地下建設機械の外部他山状況を探査するレーダ（
以下地中レーダと記す）に於いては測定対象である地面
の電気的特性や、必要とする探査深度に対応して適切な
電磁波の波長が決まり、また、該波長に対応して適切な
゛アンテナ寸法が決まる。また、シールド機械周辺に渡
っての他山情報を探査する必要があっても一つのアンテ
ナによって探査出来る範囲か限られている。

しかしながら、建設機械の条件からアンテナの収り付は
面積が限られるために、必要とする複数のアンテナを装
（ｉｉｉｉすることは困難であって、地中の状況によっ
ては該装着レーダの条件によって探査精度や範囲に限度
かあった。

本発明は上記従来の問題を解決して、各種地中の−」−
質状況に対応し、との様な地質や範囲に対しても精度よ
く探査か出来る地中レーダの実現を可ｆｊトにするため
に必要な地中レークの情報処理方法及びその装置を提供
することを目的としている。

［Ｂ！ｌ！題を解決する）２めの手段］−Ｉｒ、記１」
的を達成するために本発明に係わる地中ｌノーダの情報
処理方法においては、地中に向（すて所定の信号を送信
し、該送信信号の反射信号によ−）で地中状況を探査す
る地中レーダの情報処理方法において、少なくとも二組
以」二のアンテナを配設し、それぞれのアンテナに於（
′）る反射信号をデジタル信号に変換するとともに、各
アンテナに対してそれぞれ予め定めたコードを該信号に
イマ１加し、該コード信号に対応して予め定めた表示手
段に該コー１くがイ・１加された反射信４じを表示する
ようにした。また、地中レーダの情報処理装置において
は、地中に向けて所定の信号を送信し、該送信信号の反
射信号によって地中状況を探査する地中１ノ−ダの情報
処理装置において、それぞれが、電磁波作成手段と、該
作成手段に接続する送信アンテナと、受信アンテナと、
該受信アンテナに接続する高周波信号処理手段と、アナ
ログデジタル変換手段と、弁別記号付加手段とを備える
少なくとも二組以−にのアンテナ部と、該受なくとも二
組以」二のアンテナ部から稼動アンテナを選択する前記
弁別記号判別手段と、を含めるようにしな。

［作用］上記方法と構成によれば、少なくとも二組み以上のアン
テナ部からの探査信号を弁別表示出来るようにしなので
、広い範囲の地中情報を明確に表示出来るようになった
。

また、土質の条件、探査すべき方向、或いは使用電磁波
の周波数に対応して適切なアンテナを切り替え稼動出来
るので、探査の深さや土質、或いは方向に応した精度の
良い地中探査を行うことができる。

［実施例］以下本発明に係る地中レーダの実施例について第１図、
第２図、第３図、第４図を参照して詳細に説明する。

第１図（Ａ）は本発明に係る地中レーダを装着したトン
ネル掘削用シール１く機械を側面からみた一実施例図で
あって、２０がシールド機械本体、２０ａがトンネル掘
削用掘削装置であって、２０ｂは該掘削装置が掘削しな
ズリ出し用のコンベアである。また、１が地中レーダの
アンテナ部、５は該地中レーダの制御監視部である。ま
た、アンテナ部１と制御監視部５は混合分配回路４を経
由して信号伝送ケーブル６によって接続されている。

また、３０は、シールド機械周囲の他山を示している。

図においては、アンテナ部は一個のみを示しているが、
該シールド機械の外筺に沿って適切な間隔をおいて複数
個配設されており、また、該シールド機械等の地下建設
機械の形状条件や土質条件に対応して適切な場所に配備
することができる。

例えば、（Ｂ）図には、シールド機械外筐の周囲に渡っ
てアンテナ部を１１乃至１１の複数配設した状況の断面
概要を示している。

第２図は従来の板状双扇形半波長ダイポールアンテナに
比べて装着表面積を小さくした小型アンテナの一例であ
る折り曲げ式板状双扇形半波長ダイポールアンテナを示
している。

（Ａ）Ｉｌは該ダイポールアンテナを上から見た図、（
Ｂ）図は該ダイポールアンテナを横から見た図を示して
いる。

該折り曲げ式板状双扇形半波長ダイポールアンテナは、
図に示すごとく、同一寸法で対称な１１Δと１１Ｂによ
って構成されている。前記１１ΔとＩＩＢそれぞれの折
り曲げ部の長さがｄであって、該折り曲げ部による影響
を加味した該アンテナの等価波長が放射電磁波の１／２
波長に等しいか、１／２波長よりも若干短くなるような
寸法に形成されている。

図において、１５は該ダイポールアンテナに結合されて
いる電気装置を示している。

第３図は、上記第１図に於ける回路の概要構成を示す図
であって、第４図は本発明の動作を示す詳細説明用の回
路構成を示す図である。

第３図及び第４図において、２０は本発明を適用した上
述したトンネル掘削用のシールド機械であって２０ａは
その先端に装着された掘削装置である。１１乃至１１は
、第１図で前述した複数のアンテリ一部であって、各ア
ンテナ部は同一の要素、装置によって構成されているの
で第１のアンテナ部を代表して説明する。

アンテナ部］ｌには、送信アンテナ１１１ａと受信アン
テナ１１１ｂ、および、アンテナ制御回路１２１、パル
サー１３１、反射信号処理回路１４１からなる電子回路
を含んでいて、その他のアンテナ部も同一の回路構成を
なしている。

また、４は前記各アンテナ部に近接して設けた混合分配
回路である。

送信アンテナ１１１ａと受信アンテナ１１市は、それぞ
れ同一寸法の、第２図によって前述した、小型アンテナ
の折り曲げ式板状双扇形半波長ダイポールアンテナであ
る。

ただし、該アンテナを装着する機械の条件によっては、
従来の標準的板状双肩形半波長ダイポールアンテナを用
いても良く、また、その他の型式のアンテナを用いても
良い。

又、図において、１ａは送信アンテナ１１１ａから送信
される放射電磁波、１．１１は反射電磁波を示していて
該反射電磁波１ｂは受信アンテナ１１１１：）で受信さ
れる。

上述したアンテナｆｌｉｌ制御回路１２１乃、至１２＋
はそれぞれ混合分配回路４を経由して伝送ケーブル６ｂ
に順次接続し、伝送ケーブル６ｂの反対側の端末は制御
監視部５の内部にあるコンピュータ７に含まれるインタ
フェース回路に接続している。

また、制御監視部５は」二連したコンピュータ７の他に
、探査結果その他を表示し出力する前記アンテナ部に対
応したＣＲＴ表示装置９１ａ乃１　〇　− 至９　ｉａとプリンタ９ｂ及び記憶装置８と操作パネル
］０によって構成されている。

各アンテナ部に対してＣＲＴ表示装置がそれぞれ対応し
て装備されている時は、」１記のごとく、各アンテナ部
１１乃至１１に対応した９　１ａ乃至９　ｉａのＣｆｌ
　Ｔ表示装置が設けられるが、それぞれの地中レーダの
使用条件に対応して、各アンテナ部とＣＩ（Ｔ表示装置
とか一対−・の対応をしているとは限らないので、図に
おいては９ａで代表して記している。

また、コンピュータ７から各アンテナ部にｌ＼の制御信
号を伝送する伝送ケーブル６ａがコンピュータ７に含ま
れるインタフェース回路と混合分配回路４を経由して各
アンテナ部のアンテナ制御回路］２１乃至１２ｉに接続
している９上述の説明における、伝送ケーブルは、制御
信号伝送用ケーブル６ａと、反則した受信信号の伝送用
ケーブル６ｂを区別して設（すて記しているか、制御信
号伝送用ケーブルと受信信号の伝送用ケーブルは同一ケ
ーブルを両方向の伝送用に用いても良い。

また、図においては、伝送ケーブル６がら各アンテナ部
に対しては、混合分配回路４を設（す、該混合分配回路
４がら分岐して接続しているように記しているが、信号
の伝送形態は、該地下建設機械の構造、例えは、設置ア
ンテナ部の数及びアンテナ部と制御監視部の設置場所と
の間の距離や条件に対応して、例えば、各アンテナ部を
繋くループ状に設ける等、それぞれの方式に対応したイ
ンタフェース回路を構成することによって任意の方式を
とることができる。

また、混合分配回路４、或いは、アンテナ制御回路１２
１乃至１２＋及びコンピュータ７に含まれるインタフェ
ース回路の構成によって電気ケーブルにしてもよくまた
、光ファイバーによって伝送しても良い９また、ＣＲＴ表示装置とプリンタを備えるように説明し
たが、いずれが一つにしても、その他の表示機能を設（
Ｊるようにしても良いし、プリンタの型式も任意の型式
のものが、該レーダの使用目的や条件に対応して選択す
ることができる。

また、前述したごとく、ｃｎ”「表示装置の数は、該ｌ
ノー夕の使用条件に合わせて任意の数にし、探査用アン
テナ部と表示用ＣＩＩ　Ｔ表示装置をそれぞれ選択１↓
１み合わせて用いるようにしても良い９第４図においては各種表示装置を総合して表示装置つと
して示している。

次に−に連の構成にお（する動作を、第３図と第４図に
３Ｌっで説明する。

オペレータか他山探査の為に該地中レーダの操作パネル
１０によって探査に使用するアンテナ部をｉａ択し、起
動操作をすると、コンピュータ７は一定のタイミンクで
トリガパルス信号を発生発信する。該パルス信号は、伝
送ケーブル６．３および、混合分配回路４に含まれる分
配回路を経由して各アンテナ部のアンテナ制御回路１２
１乃至］、２ｔに含まれるインタフェース回路（図示せ
ず）で受信され、各バルザー１３１乃至］、　３　ｉに
おいて適性なパルス発振周波数成分および電力となるよ
うに制御してそれぞれ送信用アンテナ１］１ａ乃至］］
＋ａに伝送される。

送信用アンンテナ１１１ａから放射された電磁波１ａは
他山等の媒体境界面で反射され、反射電磁波１　ｂとし
て受信アンテナ］］市に受信される。

受信アンテナ１１１１）で受信された反射電磁波１ｂは
反射信号処理回路１４１において適切な反射情報を含ん
だ信号に弁別され、さらにアナロクデジタル変換回路に
よってデジタル信号に変換されるとともに、各アンテナ
部に対応して設すなデジタルコードを、該デジタル信号
の予め定めた一定の単位毎、例えば、トリガパルス毎に
付加する。

その他のアンテナ部の送信アンテナから送信された各電
磁波もそれぞれの電子回路において上述と同様の処理が
為され、それぞれの信号に対して予め定められたデジタ
ルコードが付加される。

　３４上記少なくとも二組み以」二のアンテナ部からの前記デ
ジタルデータは混合分配回路４に含まれる混合回路にお
いて直列信号に変換されて、伝送ケーブル６ｂを経由し
て制御監視部５に伝送される９伝送ケーブル６ｂを経由して送出された前記信号は、制
御監視部５において、演算処理を行うコンピュータ７に
含まれるインタフェース回路（図示せず）で受信される
。コードをイ（１加された反射波の情報を含んだ信号を
受信したコンピュータ７においては、該コードを弁別し
、トリガパルス発信時刻と、該反射波１　ｂの到達時間
及びその強度から測定対象の状況を算出し、それぞれの
コーＩくに対応して予め定めた複数の表示装置９の表示
位置に分配表示し、あるいはプ゛」ントアウトする。ま
た、算出された情報は記憶装置８に送って記憶され、必
要な時に再生して新しい情報と比較し、或いは事後の参
考情報として活用する。

各アンテナ部の表示は、各アンテナ部に対応して設けた
それぞれのＣＲＴ表示装置に表示させるようにしても良
いし、同一表示画面に予め定めた順序で連続して並べて
表示するようにしても良い９また、アンテナ部からの反射情報に付加したコードを用
いて、任意の表示装置の任意の表示位置に表示させるこ
とも出来る。

上述の説明ては、トリガパルスをコンピュータ７で作成
伝送するように説明したが、共通的なアンテナ制御部を
設の、該共通的なアンテナ制御部でトリガパルスを作成
するとともに、受信した反射信号の受信時刻と該トリガ
パルスの発信時刻との間の時間情報を前記受信信号の情
報に付加して制御監視部５に伝送するようにしても良い
。

また、各アンテナ制御回路でトリガパルスを作成して、
受信した反射信号の受信時刻と該トリガパルスの発信時
刻との間の時間情報を前記受信信号の情報に付加して制
御監視部５に伝送するようにしても良い。この方式の場
合は各アンテナ部からのタイミングを合わせるための操
作を、必要に応じて、コンピュータフで実施する。

［発明の効果］以」二説明したように本発明によれば、少なくとも二組
み以上のアンテナ部がらの探査信号を弁別表示出来るよ
うにしたので、広い範囲の地中情報を明確に表示出来る
。また、土質の条件、探査すべき方向、或いは使用電磁
波の周波数に対応して適切なアンテナを明り替え稼動出
来るので、探査の深さや土質、或いは方向に応じた精度
の良い地中探査を行うことができるというすぐれた効果
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る地中レーダを装着したトンネル掘
削用シールド機械の一実施例図。第２図は本発明に係る地中レーダに用いる小型アンテナ
の一実施例図９第３図は本発明に係る地中レータ用制御装置回路の概要
構成を示す一実施例図。第４図は本発明に係る地中レーダ用制御装置の動作を示
す回路構成の一実施例図。第５図は従来の凛準板状双扇形ダイポールアンテナの構
造図である。１．１１．１＋・・・アンテナ部、１ａ・・・放射電磁波、１ｂ−・・反射電磁波、４・・・・・・・・・・・・混合分配回路、５・・・・
・・・・・・・・・・制御監視部、６・・・・・・・・
・・・・・伝送ケーブル、６ｂ・・・・・・・・・・制
御信号伝送用ケーブル、６ｂ・・・・・・・・・・・受
信信号の伝送用ケーブル、７・・・・・・・・・・・・
・・・コンピュータ、８・・・・・・・・・・・・・記
憶装置、９・・・・・・・・・・・・・・・表示装置、
９ａ・・・・・・・ＣＲＴ表示装置、９ｂ・・・・・・・・・・・・プリンタ、１０・・・・
・・・・・・・・・操作パネル、１１Ａ・１１Ｂ・−・
小型タイボールアンテナ、１１１ａ、１１１ａ−・・・
送信アンテナ、　７８− １、１　ｌｂ、１　］　ｔｂ・・・−受信アンテナ、１
２ｉ　、］、２１・・アンテナ制御回路、１３１−１３
＋・・・バルザー、１’１１、］、４．＋・・・反射信号処理回路、］５・
・・・・・・・・・電気装置、２０・−・・・・・・シールド機械本体、２０ａ・・・
・・・　１〜ンネル掘削用掘削装置、２０１〕・・・・
・・・コンヘア、３０・・・・・・・・・・地山、５１Δ・５１Ｂ・・・・・タイボールアンテナ、５２・
・・・・・電気装置。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）地中に向けて所定の信号を送信し、該送信信号の
反射信号によって地中状況を探査する地中レーダの情報
処理方法において、少なくとも二組以上のアンテナを配
設し、それぞれのアンテナに於ける反射信号をデジタル
信号に変換するとともに、各アンテナに対してそれぞれ
予め定めたコードを該信号に付加し、該コード信号に対
応して予め定めた表示手段に該コードが付加された反射
信号を表示するようにしたことを特徴とする地中レーダ
の情報処理方法。
（２）地中に向けて所定の信号を送信し、該送信信号の
反射信号によって地中状況を探査する地中レーダの情報
処理装置において、それぞれが、電磁波作成手段と、該
作成手段に接続する送信アンテナと、受信アンテナと、
該受信アンテナに接続する高周波信号処理手段と、アナ
ログデジタル変換手段と、弁別記号付加手段とを備える
少なくとも二組以上のアンテナ部と、該少なくとも二組
以上のアンテナ部から稼動アンテナを選択する前記弁別
記号判別手段と、を含めたことを特徴とする地中レーダ
の情報処理装置。