JPH0427511B2 - - Google Patents

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JPH0427511B2
JPH0427511B2 JP59075618A JP7561884A JPH0427511B2 JP H0427511 B2 JPH0427511 B2 JP H0427511B2 JP 59075618 A JP59075618 A JP 59075618A JP 7561884 A JP7561884 A JP 7561884A JP H0427511 B2 JPH0427511 B2 JP H0427511B2
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JP
Japan
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antenna
signal
waveform
pulse
circularly polarized
Prior art date
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JP59075618A
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Japanese (ja)
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JPS60219577A (en
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Keiichi Ueno
Noryoshi Oosumi
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Publication of JPH0427511B2 publication Critical patent/JPH0427511B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/0209Systems with very large relative bandwidth, i.e. larger than 10 %, e.g. baseband, pulse, carrier-free, ultrawideband
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/885Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for ground probing

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、電波を用いて地下埋設管の探査を行
う装置に関するものである。更に詳細には、地中
からの反射情報の収集において、広帯域な電気的
パルス信号で駆動される円偏波アンテナを用いた
埋設管の探査装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION "Field of Industrial Application" The present invention relates to an apparatus for exploring underground pipes using radio waves. More specifically, the present invention relates to a buried pipe exploration device that uses a circularly polarized antenna driven by a broadband electrical pulse signal to collect reflection information from underground.

「従来技術」 従来のこの種の装置としては、第1図に示すよ
うなものがある。これは空中で各種の用途に用い
られているパルスレーダの原理に基づくものであ
るが、埋設物までの距離が近いため、空中のレー
ダに比較して、距離測定の分解能がより高い必要
があるので、空中のレーダよりもはるかにパルス
巾のせまい、高々数nsecのパルス巾を持つベース
バンドのインパルス信号が用いられる。インパル
ス信号は、周知のように極めて広い周波数帯域を
もつている。このように極めて広い周波数帯域を
有することが、距離分解能を高めることに寄与し
ていることはよく知られている。ここで、周波数
帯域と距離分解能との関係について説明する。
"Prior Art" A conventional device of this type is shown in FIG. This is based on the principle of pulse radar, which is used in the air for various purposes, but because the distance to the buried object is short, it requires higher distance measurement resolution than airborne radar. Therefore, a baseband impulse signal is used, which has a much narrower pulse width than airborne radar, with a pulse width of several nanoseconds at most. As is well known, impulse signals have an extremely wide frequency band. It is well known that having such an extremely wide frequency band contributes to improving distance resolution. Here, the relationship between frequency band and distance resolution will be explained.

例えば、探査空間に物体が1つある場合を想定
すると、送信された電波信号は、物体で反射され
て戻つてくる。この反射波を検出し、送受間の時
間の経過を計測することにより、物体までの距離
を知るのがレーダの基本原理である。次に、距離
分解能の定義は、通常次のように考えられてい
る。まず、探査空間に2つの物体が、測定装置か
ら距離r1、r2にある場合を想定する。この時、そ
れぞれの物体からの反射信号が分離して検出でき
れば、2つの物体の識別および各々の物体までの
距離の計測が可能である。しかし、探査に使用す
る電波信号は、有限の継続時間Tを有するため、
2つの物体を分離して識別できる距離には限界
(最小間隔Δr=r2−r1)がある。即ち、継続時間
Tの短い信号ほど小さい距離の差まで識別でき
る。電波信号の往復時間を考慮するとΔrはTに
比例する。
For example, assuming that there is one object in the exploration space, the transmitted radio signal is reflected by the object and returns. The basic principle of radar is to determine the distance to an object by detecting this reflected wave and measuring the elapsed time between transmission and reception. Next, the definition of distance resolution is usually considered as follows. First, assume that two objects are located in the exploration space at distances r 1 and r 2 from the measurement device. At this time, if the reflected signals from each object can be detected separately, it is possible to identify the two objects and measure the distance to each object. However, since the radio signal used for exploration has a finite duration T,
There is a limit to the distance at which two objects can be separated and identified (minimum distance Δr=r 2 −r 1 ). That is, the shorter the duration T of the signal, the smaller the difference in distance can be identified. Considering the round trip time of the radio signal, Δr is proportional to T.

即ち、電波信号の伝搬速度をvとして、Δr>
v・T/2だけの距離差があるならば2つの物体
を分離、識別できる。
That is, if the propagation speed of the radio signal is v, Δr>
Two objects can be separated and identified if there is a distance difference of v·T/2.

ところで、ある電波信号u(t)が、物体探査
のためにアンテナから送信されたとする。この
時、信号のもつ周波数成分(スペクトル)は、u
(t)をフーリエ変換することによつて計算する
ことができる。これによれば、ある特定の周波数
f1が時間的に無限に連続する正弦波の場合には、
f=f1にだけ周波数成分をもち、他の成分はゼロ
である。一方、最も短いパルス(数字的にδ関数
で表される)の場合には、全ての周波数成分を等
しく含んでいる。このように、フーリエ変換をす
ることにより任意の波形u(f)について同様にスペ
クトルが求められる。また、スペクトル振幅が最
大値より3dB小さくなる時の周波数の幅によつ
て、その信号の周波数帯域幅が定義される。
By the way, suppose that a certain radio signal u(t) is transmitted from an antenna for object exploration. At this time, the frequency component (spectrum) of the signal is u
It can be calculated by Fourier transforming (t). According to this, a certain frequency
If f1 is an infinitely continuous sine wave, then
It has a frequency component only at f=f1, and the other components are zero. On the other hand, the shortest pulse (numerically represented by the δ function) contains all frequency components equally. In this way, the spectrum of any waveform u(f) can be similarly determined by Fourier transformation. Further, the frequency bandwidth of the signal is defined by the frequency width when the spectral amplitude becomes 3 dB smaller than the maximum value.

以上の関係を要約すると、電波信号(パルス)
の継続時間Tとそのスペクトルが含む周波数帯域
幅Δfには、反比例の関係がある。
To summarize the above relationship, radio signal (pulse)
There is an inversely proportional relationship between the duration T and the frequency bandwidth Δf included in the spectrum.

また、上述した説明とは逆に、周波数帯域幅
Δfをもつ電波信号があるとき、これを逆フーリ
エ変換すると、電波信号の継続時間Tが求まる。
そして、継続時間Tが求まると、その電波信号に
より識別できる2つの物体の最小間隔Δrが決ま
る。すなわち、ΔfとTは、上述したように反比
例の関係にあるので、Δfが大きい(広帯域であ
る)程、継続時間Tが短くなり、僅かな距離差
Δrを識別できる(距離分離能が高くできる)よ
うになる。
Further, contrary to the above explanation, when there is a radio wave signal having a frequency bandwidth Δf, the duration time T of the radio wave signal can be found by performing inverse Fourier transform on this signal.
Once the duration T is determined, the minimum distance Δr between two objects that can be identified by the radio signal is determined. In other words, since Δf and T are in an inversely proportional relationship as mentioned above, the larger Δf (broadband), the shorter the duration T becomes, making it possible to distinguish between small distance differences Δr (higher distance resolution can be achieved). ) becomes like this.

第1図において、パルス送信機1で発生したイ
ンパルス状のきわめて広い周波数帯域を持つ電気
信号が送信状態と受信状態を切替る機能を有する
T/Rスイツチ2を通り、単一の広帯域アンテナ
3に給電され、広帯域アンテナ3は、地中に向け
てインパルス状の電波信号4を放射する。電波信
号4は地中の埋設管5で反射され、広帯域アンテ
ナ3で検出されて再び電波信号に変換され、受信
状態に切替られたT/Rスイツチ2を通つて受信
機7に導かれ、増巾等を施こさないで、波形デー
タとしてデータレコーダ8に記録される。さらに
必要に応じてグラフイツクレコーダ9に表示され
る。アンテナを移動して、各測定位置までの波形
データを収集することによつて探査が行われる。
T/Rスイツチ2を使用せずに、第2図に示すよ
うにアンテナ部10を送信専用のアンテナ11と
受信専用のアンテナ12とに分離する方式もある
が、本質的に同様のものである。
In FIG. 1, an impulse-like electrical signal with an extremely wide frequency band generated by a pulse transmitter 1 passes through a T/R switch 2 which has the function of switching between a transmission state and a reception state, and is transmitted to a single wideband antenna 3. Powered, the broadband antenna 3 radiates an impulse-like radio signal 4 toward the ground. The radio wave signal 4 is reflected by the underground pipe 5, detected by the broadband antenna 3, converted into a radio wave signal again, and guided to the receiver 7 through the T/R switch 2 switched to the receiving state, where it is amplified. It is recorded in the data recorder 8 as waveform data without applying width or the like. Furthermore, it is displayed on the graphics recorder 9 as necessary. Exploration is performed by moving the antenna and collecting waveform data to each measurement location.
There is also a method of separating the antenna section 10 into an antenna 11 dedicated to transmission and an antenna 12 dedicated to reception, as shown in FIG. 2, without using the T/R switch 2, but they are essentially the same. .

上記の従来装置では、送信用および受信用のア
ンテナ3は、第2図に示すようなダイポールアン
テナまたはこれを広帯域な特性をもたせるべく変
形したものなどのいわゆる直線偏波を発生するも
のに限られていた。なぜなら、比較的近距離にあ
る物体を探知するのに好適な距離分解能を得るた
めには、インパルス状の広帯域な電気信号を印加
したときアンテナから放射される電波信号も、イ
ンパルス状のパルス巾のせまいものである必要が
あるからで、このような条件を満たすためには、
アンテナによるパルスの変形の少ない、いわゆる
分散の影響の少ないアンテナを用いる必要があ
り、ダイポール系のアンテナが好適とされていた
からである。
In the above-mentioned conventional device, the transmitting and receiving antennas 3 are limited to those that generate so-called linearly polarized waves, such as dipole antennas as shown in FIG. was. This is because, in order to obtain distance resolution suitable for detecting objects at relatively short distances, the radio wave signal emitted from the antenna when an impulse-like broadband electric signal is applied must also have an impulse-like pulse width. This is because it needs to be small, and in order to meet this condition,
This is because it is necessary to use an antenna with less deformation of pulses due to the antenna, that is, less influence of dispersion, and dipole antennas have been considered suitable.

ところが、第1図で説明したような装置におい
ては、埋設管からの反射のほかに、地表、地層や
探査したい埋設物以外の石などからの反射もノイ
ズとして受信されるため、埋設管からの信号をと
りだすことが困難な場合が多いという問題があつ
た。
However, with the device explained in Figure 1, in addition to reflections from the buried pipes, reflections from the ground surface, strata, and stones other than the buried object to be explored are also received as noise, so it is difficult to detect noise from the buried pipes. There was a problem in that it was often difficult to extract the signal.

この問題を解決するため、第3図に示すように
アンテナ部13を送信アンテナ14と受信アンテ
ナ15を直交して配置させたクロスダイポールア
ンテナを用い、反射体により生じた直交偏波成分
のみを受信するという構成の装置が提案されてい
る。これは、地表や地層などの平面的な反射体か
らの反射信号は直交する直線偏波成分をほとんど
生じず、一方埋設管のような異方性の強い物体で
は、とくに管の長手方向と送信する直線偏波の偏
波面とが45゜の角度をなすときに最大の直交偏波
成分を生ずるという原理により、不要なノイズの
低減を計り、埋設管のみを効果的に探知使用とす
るものであつた。しかしながら、この種の装置に
よつて埋設管を探査しようとすると、もともと埋
設物体の位置や方位が未知な状況に探査を行おう
とするわけであるから、アンテナの偏波面を予め
45゜の角度に合わせることは不可能であり、必ず
しも有効な探査方法となりえない。とくに送信ま
たは受信アンテナが埋設管と平行な状態にある場
合には、それぞれ受信または送信アンテナが管と
直角の状態に成り、受信した波形中に反射信号が
生じないことになり、このような埋設管が見逃さ
れることになるという欠点があつた。予め偏波の
方位を埋設管に対し適切な方向に合わせなければ
ならないという問題に対しては、クロスダイポー
ルアンテナを機械的に回転しながら最大の信号が
生ずる方向を探しつつ探査を行つたり、あるい
は、ダイポールアンテナを複数本放射状に配置し
て順次電気的に切替えて偏波面を回転させて克服
を計るという手段は、当業者なら容易に考えつく
所であるが、前者には構造が複雑になるとともに
能率的な探査が行えないという欠点があり、後者
には、アンテナの構造が複雑になるとともに近傍
に多数の素子が配列されるためアンテナ特性が劣
化するという問題があり、有効な装置が構成でき
ない。
In order to solve this problem, as shown in Fig. 3, the antenna unit 13 is a cross dipole antenna in which the transmitting antenna 14 and the receiving antenna 15 are arranged orthogonally, and only the orthogonal polarized wave components generated by the reflector are received. A device configured to do this has been proposed. This is because reflected signals from planar reflectors such as the earth's surface or strata produce almost no orthogonal linearly polarized components, while objects with strong anisotropy, such as buried pipes, are particularly susceptible to transmission in the longitudinal direction of the pipe. Based on the principle that the maximum orthogonal polarization component is generated when the polarization plane of linearly polarized waves makes an angle of 45 degrees, unnecessary noise can be reduced and only buried pipes can be used for effective detection. It was hot. However, when attempting to explore a buried pipe with this type of device, the location and orientation of the buried object are unknown, so the plane of polarization of the antenna must be determined in advance.
It is impossible to adjust to a 45° angle and is not necessarily an effective exploration method. In particular, if the transmitting or receiving antenna is parallel to the buried pipe, the receiving or transmitting antenna, respectively, will be perpendicular to the pipe and no reflected signal will occur in the received waveform. The drawback was that the tubes were often overlooked. To solve the problem of having to align the polarization direction in advance with respect to the buried pipe, we can mechanically rotate the cross dipole antenna while searching for the direction in which the maximum signal is generated. Alternatively, a person skilled in the art could easily think of a way to overcome this by arranging multiple dipole antennas radially and sequentially electrically switching them to rotate the plane of polarization, but the former requires a complicated structure. However, the latter has the disadvantage of not being able to conduct efficient exploration, and the latter has the problem that the structure of the antenna becomes complex and the antenna characteristics deteriorate due to the arrangement of many elements in the vicinity, making it difficult to configure an effective device. Can not.

「発明の目的」 本発明の目的は、以上のような問題を解決し、
埋設管のような異方性の強い埋設物に対してその
埋設物の方位によらず分解能良く探査しうる埋設
管の探査装置を提供することにある。また、本発
明の他の目的は、ノイズを低減し、能率的な埋設
管の探査を行いうる埋設管の探査装置を提供する
ことにある。
“Object of the invention” The object of the present invention is to solve the above problems,
It is an object of the present invention to provide a buried pipe exploration device capable of searching a buried object having strong anisotropy such as a buried pipe with good resolution regardless of the direction of the buried object. Another object of the present invention is to provide a buried pipe exploration device that can reduce noise and efficiently explore buried pipes.

「発明の構成」 アンテナを機械的に回転させたり、多数の方向
の異なるダイポールアンテナを放射状に配置した
りしてアンテナ部分の構造を徒らに複雑化させた
り、あるいは探査の能率を低下させたりすること
なしに、かつアンテナを未知の方向の埋設管に対
して特定の方位に設置しなければならないという
矛盾なしに埋設管の方位に依らず探査できる探査
装置を構成するためには、偏波面が自ずと回転す
るような信号を用いれば良い。たとえば、一般に
楕円偏波はこのような性質をもつている。ここで
は、振巾が方位によらず一定に楕円偏波の中でも
探査に好適と考えられる円偏波を用いるものとし
て説明すると、円偏波が時間的に偏波面の回転す
る偏波であり、偏波面の回転方向により互いに直
交する右施性および左施性の偏波があること、お
よび円偏波の反射特性が反射物体の形状に強く依
存することはよく知られている。すなわち、地中
からの反射には、埋設管以外にもいくつかの不可
避的なものがあり、円偏波によれば、直線偏波に
よるよりもこのような不要な反射成分を低減・抑
圧できる。例えば、代表的な不要信号には、地層
や舗装面の様な平面的な構造からの反射、または
石等のほぼ球状の物体からの反射などがある。こ
のような方向性が少ないか、あるいは全くないよ
うな物体からの反射信号の検出において、送受信
が同一のアンテナ、または平行なアンテナペアに
よつて送受される通常の直線偏波では、常に同じ
大きさの振幅の反射を返す。すなわち、直線偏波
では、埋設物の形状の違いによる反射信号も、前
述した管の方位による反射信号も全て振幅変化
(大小)によつてのみ表されるため、管からの信
号とその他からの信号(雑音)とをより分ける能
力がない。したがつて、直線偏波では、この不要
な雑音のために、管の明瞭な探査が行いにくくな
る。
"Structure of the Invention" Mechanically rotating the antenna or radially arranging dipole antennas in many different directions may unnecessarily complicate the structure of the antenna or reduce the efficiency of exploration. In order to construct an exploration device that can explore the buried pipe regardless of its direction without having to do so and without the contradiction that the antenna must be installed in a specific direction with respect to the buried pipe in an unknown direction, it is necessary to set the polarization plane. It is sufficient to use a signal that causes the to rotate on its own. For example, elliptically polarized waves generally have such properties. Here, we will explain using circularly polarized waves whose amplitude is constant regardless of direction and which is considered suitable for exploration among elliptical polarized waves.Circularly polarized waves are polarized waves whose plane of polarization rotates over time. It is well known that there are right-handed and left-handed polarized waves that are perpendicular to each other depending on the direction of rotation of the plane of polarization, and that the reflection characteristics of circularly polarized waves strongly depend on the shape of the reflecting object. In other words, there are some unavoidable reflections from underground other than buried pipes, and circularly polarized waves can reduce and suppress these unnecessary reflected components better than linearly polarized waves. . For example, typical unwanted signals include reflections from planar structures such as geological formations or paved surfaces, or reflections from approximately spherical objects such as stones. In detecting reflected signals from objects with little or no directionality, normal linearly polarized waves transmitted and received using the same antenna or a pair of parallel antennas always have the same magnitude. Returns the amplitude of the reflection. In other words, with linearly polarized waves, reflected signals due to differences in the shape of buried objects and reflected signals due to the orientation of the pipe mentioned above are all expressed only by amplitude changes (large and small), so the signal from the pipe and the signal from other sources are different. There is no ability to separate signals (noise). Therefore, with linear polarization, this unwanted noise makes clear exploration of the tube difficult.

さらに、前述したクロスダイポールアンテナの
使用には、上記のような不要反射を低減する効果
があることを述べたが、同時にその技術の限界
(即ち、未知の方向性を有する物体に対し予め偏
波の向きを45度に向けることはできないので、探
査を効果的に行うのは困難であり、探査を行うに
しても時間がかかる。)も指摘している。
Furthermore, as mentioned above, the use of the cross-dipole antenna has the effect of reducing unnecessary reflections as mentioned above, but at the same time, there are limitations of this technology (i.e. It is difficult to conduct an effective exploration because it is not possible to orient the object at a 45-degree angle, and it takes time to conduct an exploration.)

これに対して、円偏波を用いると、管のような
方向性のある物体の場合と上述した方向性のない
反射体から信号では、明らかな反射の違いが利用
できる。例えば、平らな層では、反射の前後で偏
波の回転方向が反転する(右施性の偏波が左施性
に変換される)といつた変化が起きる。また、偏
波面が自動的に回転走査されるため、埋設管のよ
うな異方性の強い物体に対しても、予め方向合わ
せをしないでも管の探査が行えるばかりでなく、
管とそれ以外の不要な反射とを信号検出の段階で
選り分けることが可能になり、それだけ信号SN
比をあげて管路のみを明瞭に探査できることにな
り、埋設管の探査装置として好適である。
On the other hand, when circularly polarized waves are used, a clear difference in reflection can be utilized between a signal from a directional object such as a tube and a signal from a non-directional reflector as described above. For example, in a flat layer, a change occurs in which the direction of rotation of polarized waves is reversed before and after reflection (right-handed polarized waves are converted to left-handed polarized waves). In addition, since the plane of polarization is automatically rotated and scanned, it is not only possible to investigate objects with strong anisotropy such as buried pipes without having to adjust the direction in advance.
It becomes possible to distinguish between tubes and other unnecessary reflections at the signal detection stage, which reduces the signal SN.
This increases the ratio and makes it possible to clearly explore only the pipeline, making it suitable as a buried pipe exploration device.

円偏波の使用には上記のような利点が考えられ
るけれども、広帯域なパルス信号で円偏波アンテ
ナを駆動することは、分解能の点で利点がないた
め、従来物体の探査には不適とされていた。この
点を明ら涙にするために、直線偏波アンテナと円
偏波アンテナとを比較して、各々のアンテナを広
帯域駆動した場合について説明する。
Although the use of circularly polarized waves has the above-mentioned advantages, driving a circularly polarized antenna with a broadband pulse signal has no advantage in terms of resolution, so it has traditionally been considered unsuitable for object exploration. was. In order to clarify this point, we will compare a linearly polarized antenna and a circularly polarized antenna, and explain the case where each antenna is driven in a wide band.

まず、直線偏波アンテナの基本的かつ代表的な
例として、ダイポールアンテナを考える。アンテ
ナ素子に、給電点から電圧パルスを印加すると、
信号電流は素子に沿つてアンテナの端部に向かつ
て流れる。この信号電流は、流れながら、アンテ
ナ周囲の空間に電波を放射する。この際、供給さ
れた電気エネルギを空間に放射波として送り出す
時の、アンテナとの空間の結合の効率が一定にな
るまでに要する素子の電気的な長さは、周波数に
よつて異なる。すなわち、空間に電波として現れ
る信号を周波数毎に見ると、電気信号を印加した
時点は同時でも、電波として放射される信号は一
般には位相のずれを持つことになる。ところで、
通常のダイボールアンテナ(素子長が、周波数成
分の1/2波長のもので、半波長ダイボールと呼ば
れる)では、この素子が比較的短く、かつ狭帯域
の共振器として働くため、この周波数に依存した
位相の遅延による波形の歪はあまり大きくは観測
されない。むしろ広帯域な印加信号を用いた時
は、狭帯域なアンテナ特性によるリンギングと呼
ばれる歪が現れ、探査の分解能を劣化させる。こ
の問題の克服がおおきな課題と成つていた。
First, consider a dipole antenna as a basic and typical example of a linearly polarized antenna. When a voltage pulse is applied to the antenna element from the feeding point,
A signal current flows along the element toward the end of the antenna. This signal current radiates radio waves into the space around the antenna while flowing. At this time, when the supplied electrical energy is sent into space as a radiation wave, the electrical length of the element required until the efficiency of coupling between the antenna and the space becomes constant varies depending on the frequency. That is, if we look at the signals that appear as radio waves in space for each frequency, even if the electrical signals are applied at the same time, the signals that are radiated as radio waves will generally have a phase shift. by the way,
In a normal dieball antenna (the element length is 1/2 wavelength of the frequency component and is called a half-wavelength dieball), this element is relatively short and acts as a narrowband resonator, so it depends on this frequency. Waveform distortion due to phase delay is not observed to be very large. Rather, when a wideband applied signal is used, distortion called ringing appears due to narrowband antenna characteristics, deteriorating the resolution of exploration. Overcoming this problem has become a major challenge.

これに対して、円偏波アンテナの典型的な例と
して、導体を渦巻状の形状としたスパイラルアン
テナがあるので、これを例として説明する。スパ
イラルアンテナは、円偏波放射素子として螺旋状
の比較的長いアンテナ素子を用いたアンテナであ
るため、周知のように進行波型アンテナとして広
帯域特性をを持たせることができる反面、上記の
周波数依存型の位相遅延の影響が顕著に現れる
(この様な特性をアンテナの持つ分散特性とい
う)。このため、広帯域なパルスによつて上記ス
パイラルアンテナを駆動すると、放射および受信
される信号波形は、印加波形に比べて、著しく継
続時間が長いものに変形されてしまう。
On the other hand, a typical example of a circularly polarized antenna is a spiral antenna in which the conductor has a spiral shape, so this will be explained as an example. A spiral antenna is an antenna that uses a relatively long spiral antenna element as a circularly polarized wave radiating element.As is well known, a spiral antenna can have broadband characteristics as a traveling wave antenna. The influence of the phase delay of the antenna becomes noticeable (this characteristic is called the dispersion characteristic of the antenna). For this reason, when the spiral antenna is driven by a wideband pulse, the radiated and received signal waveforms are modified to have significantly longer durations than the applied waveforms.

この悪影響によつて、従来、スパイラルアンテ
ナのようなアンテナは、高分解能な探査装置や近
距離のレーダには不適とされてきた。
Due to this negative effect, antennas such as spiral antennas have traditionally been considered unsuitable for high-resolution exploration devices and short-range radars.

例えば、上記の説明に対応したダイポールアン
テナとスパイラルアンテナによる受信信号の例
を、それぞれ第4図a,bに示す。この図におい
て、第4図bはスパイラルアンテナに1nsec程度
のインパルスを印加して電波を送信し、円偏波ア
ンテナで受信した場合の受信波形30を例示して
いる。これに対して、従来の装置で使用されてい
るダイポールアンテナのような直線偏波アンテナ
では、第4図aの波形29に例示するようにパル
ス巾が広がらず、分解能の点で優つていると考え
られてきた。
For example, examples of received signals by a dipole antenna and a spiral antenna corresponding to the above explanation are shown in FIGS. 4a and 4b, respectively. In this figure, FIG. 4b illustrates a received waveform 30 when a radio wave is transmitted by applying an impulse of about 1 nsec to a spiral antenna and received by a circularly polarized antenna. On the other hand, linearly polarized antennas such as dipole antennas used in conventional devices do not widen the pulse width, as shown in waveform 29 in Figure 4a, and are superior in terms of resolution. has been considered.

しかるに、もし円偏波アンテナを使用して得た
受信波を受信後にパルス圧縮して巾のせまいパル
スを得るように構成すれば、円偏波のもつ特徴を
活かしながら分解能の良い探査装置が構成できる
ことになる。
However, if the received wave obtained using a circularly polarized antenna is configured to compress the pulse after receiving it to obtain a narrow pulse, an exploration device with good resolution can be constructed while taking advantage of the characteristics of circularly polarized waves. It will be possible.

本発明はかかる着想のもとになされたものであ
り、広帯域なパルス状の信号を発生する送信機
と、該送信機からのパルス状の信号を受けて広帯
域な周波数成分をもつ円偏波性の探査信号を発生
する送信用のアンテナと、上記探査信号による埋
設物からの反射信号を検出する受信用の円偏波ア
ンテナと、該円偏波アンテナで収集した反射信号
を受信・増幅する受信機と、上記反射信号をパル
ス圧縮して継続時間の短い波形に整形する波形整
形部とを備えてなるものである。
The present invention was made based on this idea, and includes a transmitter that generates a wideband pulse-like signal, and a circularly polarized wave having a wideband frequency component that receives the pulse-like signal from the transmitter. a transmitting antenna that generates an exploration signal; a receiving circularly polarized antenna that detects reflected signals from buried objects caused by the aforementioned exploration signals; and a receiver that receives and amplifies the reflected signals collected by the circularly polarized antenna. and a waveform shaping section that pulse-compresses the reflected signal and shapes it into a waveform with a short duration.

この発明の一態様では、上記送信用の円偏波ア
ンテナと受信用の円偏波アンテナとを移動する機
構と、該アンテナの位置を示す信号を発生する位
置信号発生器を備えた構成である。波形整形部
は、受信された反射信号をデイジタル化してパル
ス圧縮し、継続時間の短いパルス波形に整形する
もの、受信された反射信号を表面弾性波素子など
のアナログ素子を用いたパルス圧縮器でパルス圧
縮して継続時間の短いパルス波形に整形するも
の、あるいは受信された反射信号を周波数領域に
変換・逆変換する機能、ならびに周波数成分の位
相および振幅を等価して、分散が小さくかつ該反
射信号波形よりも広帯域な周波数分布を形成する
機能をもち、これによつて該反射信号をパルス圧
縮して継続時間の短いパルス波形に整形するもの
等である。送受信アンテナの組合せは、偏波特性
が直交する送信アンテナと受信アンテナの組合せ
でもよいし、偏波特性が等しい送信アンテナと受
信アンテナの組合せでもよい。
In one aspect of the invention, the configuration includes a mechanism for moving the transmitting circularly polarized antenna and the receiving circularly polarized antenna, and a position signal generator that generates a signal indicating the position of the antenna. . The waveform shaping section digitizes and pulse-compresses the received reflected signal, shaping it into a pulse waveform with a short duration, or converts the received reflected signal into a pulse compressor using an analog element such as a surface acoustic wave element. A function that compresses pulses and shapes them into a pulse waveform with a short duration, or converts and inversely transforms the received reflected signal into the frequency domain, and equalizes the phase and amplitude of the frequency component to reduce dispersion and generate the reflected signal. It has a function of forming a frequency distribution wider than the signal waveform, and thereby pulse-compresses the reflected signal and shapes it into a pulse waveform with a short duration. The combination of transmitting and receiving antennas may be a combination of transmitting antennas and receiving antennas with orthogonal polarization characteristics, or a combination of transmitting antennas and receiving antennas with equal polarization characteristics.

「実施例」 第5図は本発明の一実施例を示すものである。
この図において、送信機16は、広帯域の電気信
号、すなわち典型的な一例として、インパルス信
号17を発生し、送信用の円偏波アンテナ18を
励信する。円偏波アンテナ18からは、円偏波信
号19が地中に向けて送信される。円偏波アンテ
ナとして、たとえば具体的に前述のスパイラルア
ンテナを用いたとすると、放射された信号19は
アンテナの特性の影響を受けて、電気信号17と
異なつた波形となつて地中を進行する。信号19
は、地表や地中にある層状の構造21によつて一
部を反射されるとともに、透過して物体20に到
達し、反射または散乱されて受信用の円偏波アン
テナ23を通して検出される。この時好適には、
信号はサンプリング検出されて、あとの処理が容
易なように時間伸長された低周波信号に変換され
るが、サンプリング検出装置は、アンテナ23の
部分に設けられても、あるいは23と24を結ぶ
ケーブルを十分短くとるようにすれば受信機24
の部分に設けられても良い。受信機24において
波形信号は、増巾や地中からの信号とは著しく帯
域の異なつたノイズ成分を減少させるためのフイ
ルタリングなどを施され、AD変換されてメモリ
25に蓄積される。メモリ25に蓄えられた信号
は順次読だされて、波形整形部26でパルス圧縮
される。波形整形部26は、予め使用された送信
用および受信用の円偏波アンテナ18および23
の伝達関数をメモリに蓄えてもつており、これと
24から送られてきた波形信号の間で演算を行つ
て、アンテナによる波形歪みの効果を補償して、
パルス巾の短い分解能の良いインパルスの合成を
行う。具体的なパルス圧縮については、たとえば
発明者らによる先願特願昭56−136060号(特開昭
58−38878号)に述べられるようなパルス圧縮方
法などの公知の方法によつて行うことも可能であ
る。以下にその構成例と動作原理を述べる。
"Embodiment" FIG. 5 shows an embodiment of the present invention.
In this figure, a transmitter 16 generates a broadband electrical signal, typically an impulse signal 17, to excite a circularly polarized antenna 18 for transmission. A circularly polarized signal 19 is transmitted underground from the circularly polarized antenna 18 . If, for example, the above-mentioned spiral antenna is specifically used as the circularly polarized antenna, the radiated signal 19 will be affected by the characteristics of the antenna and will travel underground with a waveform different from that of the electrical signal 17. signal 19
A portion of the light is reflected by the layered structure 21 on the earth's surface or underground, and also passes through and reaches the object 20, where it is reflected or scattered and detected through the receiving circularly polarized antenna 23. At this time, preferably,
The signal is sampled and detected and converted into a time-stretched low frequency signal to facilitate subsequent processing. If you make it sufficiently short, the receiver 24
It may be provided in the section. In the receiver 24, the waveform signal is subjected to amplification and filtering to reduce noise components whose band is significantly different from that of the signal from underground, and then AD converted and stored in the memory 25. The signals stored in the memory 25 are sequentially read out and pulse-compressed by the waveform shaping section 26. The waveform shaping unit 26 includes circularly polarized antennas 18 and 23 for transmission and reception that have been used in advance.
It has a transfer function stored in memory, and calculates between this and the waveform signal sent from 24 to compensate for the effect of waveform distortion caused by the antenna.
Synthesizes impulses with short pulse width and good resolution. Regarding specific pulse compression, for example, the inventors' earlier patent application No. 136060/1983
It is also possible to perform this by known methods such as the pulse compression method as described in No. 58-38878). An example of its configuration and its operating principle are described below.

パルス圧縮は、言い換えると、受信信号をv
(t)、そのスペクトルをV(f)としたとき、任意の
歪のある波形を、継続時間の短い(δ関数に近
い)波形に変換するフイルタリング処理である。
Pulse compression, in other words, compresses the received signal by
(t), where the spectrum is V(f), is a filtering process that converts an arbitrary distorted waveform into a waveform with a short duration (close to the δ function).

このフイルタリング処理に用いるパルス圧縮フ
イルタH(f)の一例は、上記の引用文献において、
信号に対する理論的な考察を踏まえて、 H(f)=V*(f)/(1−λ)+λ・|V(f)|2 *は複素共役を示す。
An example of the pulse compression filter H(f) used in this filtering process is given in the above cited document.
Based on theoretical considerations regarding signals, H(f)=V * (f)/(1−λ)+λ·|V(f)| 2 * indicates a complex conjugate.

の数式で与えられている。It is given by the formula.

この式は、λ=1のときは、良く知られたイン
バースフイルタとなり、λ=0のときはマツチト
フイルタとなる。インバースフイルタが、入力波
形をδ関数に変換する特性をもつ事、しかしなが
ら一般には完全な形を実現することが困難な事
は、信号処理の理論でよく知られている。一方、
マチツトフイルタは、ランダムな雑音が存在する
場合の最適な検出(SN比極大の信号検出)を行
う特性を持つことも良く知られている。
This equation becomes a well-known inverse filter when λ=1, and a matched filter when λ=0. It is well known in signal processing theory that an inverse filter has the characteristic of converting an input waveform into a δ function, but it is generally difficult to realize a perfect form. on the other hand,
It is also well known that the matched filter has the characteristic of optimal detection (signal detection with maximum S/N ratio) in the presence of random noise.

上記のフイルタは、第1の例として、これらを
含んでさらに広いクラスの信号に適用できる一般
的なフイルタを提案したものである。λを1に近
い値に設定するほど、波形V(t)は先鋭な継続
時間の短いパルスW(t)になる。実際には、検
出すべき信号の雑音特性を考慮してλを決め、雑
音除去とパルス圧縮の度合の最適となる条件で動
作させる。
The above filter is a first example of a general filter that includes these filters and can be applied to a wider class of signals. As λ is set to a value closer to 1, the waveform V(t) becomes a sharper pulse W(t) with a shorter duration. In practice, λ is determined in consideration of the noise characteristics of the signal to be detected, and the device is operated under conditions that optimize the degree of noise removal and pulse compression.

また、実際には、受信機からの出力波形V(t)
のなかから、物体の応答を含むある波形V1(t)
に着目して、これをFFT(高速フーリエ変換)し
てV1(f)を求め、これをもとにまずフイルタH(f)
を作成する。そして、各波形V(t)をこのフイ
ルタH(f)に通す。即ち、W(f)=H(f)V(f)がつくら
れる。ここでV(f)は、振幅及び位相がH(f)で変調
されたことになる。さらに逆FFTして時間領域
の波形W(t)に戻せば、パルス圧縮された分解
能の高い波形が得られる。
Moreover, in reality, the output waveform V(t) from the receiver
A certain waveform V1(t) containing the response of the object
Focusing on this, we perform FFT (fast Fourier transform) on this to obtain V1(f), and based on this, we first create a filter H(f).
Create. Then, each waveform V(t) is passed through this filter H(f). That is, W(f)=H(f)V(f) is created. Here, V(f) is modulated in amplitude and phase by H(f). Further, by performing inverse FFT to restore the waveform W(t) in the time domain, a pulse-compressed waveform with high resolution can be obtained.

圧縮された波形のスペクトルを吟味すると、こ
のフイルタの機能は、周波数毎にずれている位
相を等価すること、および振幅の周波数特性を
補正して等しい振幅レベルに近付け、もとの波数
より広帯域なスペクトルの信号とすること、以上
の2点であることが、明確に確認できる。
Examining the spectrum of the compressed waveform, the function of this filter is to equalize the phase shift for each frequency, correct the frequency characteristics of the amplitude to approach equal amplitude levels, and create a waveband with a wider band than the original wave number. It can be clearly confirmed that it is a spectral signal and that the above two points are true.

また、受信信号V(t)と、逆FFTで求めたパ
ルス圧縮フイルタの応対関数h(t)とのコンボ
リユーシヨン演算を行つても、数学的に等価な結
果を得る。上記の特性はソフトウエアで容易に実
現できるし、この特性をもつデジタルフイルタを
構成することも可能である。
Further, even if a convolution operation is performed between the received signal V(t) and the response function h(t) of the pulse compression filter obtained by inverse FFT, a mathematically equivalent result is obtained. The above characteristics can be easily realized by software, and it is also possible to configure a digital filter having these characteristics.

別に、第2の例として、次のような構成も可能
である。
Alternatively, as a second example, the following configuration is also possible.

波形の大きな歪は、スパイラルアンテナの特性
によるものであるから、予め計算あるいは実験に
よつて、該アンテナに与えた印加電圧波形と放射
電波波形の関係、すなわち信号変換特性A(f)を求
めて置き、A(f)の振幅と位相の周波数特性とをメ
モリに蓄えておく。受信機からの信号のFFTし
たものをV(f)として、V(f)に含まれるA(f)の位相
と振幅(実際はスパイラルアンテナでは、位相の
ずれによる波形歪が大きいことが分かつている)
を打ち消すだけ、位相をずらし振幅を増減させれ
ば、印加信号に近い、継続時間の短いインパルス
状の波形を得ることができる。
Since large distortions in the waveform are due to the characteristics of the spiral antenna, the relationship between the voltage waveform applied to the antenna and the radiated waveform, that is, the signal conversion characteristic A(f), must be determined by calculation or experiment in advance. The amplitude and phase frequency characteristics of A(f) are stored in memory. Let the FFT of the signal from the receiver be V(f), and calculate the phase and amplitude of A(f) included in V(f) (Actually, it is known that in a spiral antenna, waveform distortion due to phase shift is large. )
By shifting the phase and increasing/decreasing the amplitude by canceling out, it is possible to obtain an impulse-like waveform with a short duration that is close to the applied signal.

この方法は、単純ではあるが、アンテナ自身に
起因する歪だけを補正する限定的な効果を有する
ものである。一方、第1の方法は、地中伝搬等に
起因する歪をも含めてパルス圧縮する、より広い
結果を有するものである。
Although this method is simple, it has a limited effect of correcting only the distortion caused by the antenna itself. On the other hand, the first method compresses pulses including distortion caused by underground propagation, and has broader results.

以上、2つの例において、パルス圧縮の手段の
構成例を説明し、その構成がデジタルフイルタと
して実現できることを説明した。これらの基本機
能を要約すると、(1)受信波形に於いて、周波数毎
にずれている位相を等価する機能、および(2)振幅
の周波数特性を補正して等しい振幅レベルに近付
け、もとの波形より広帯域なスペクトルとする機
能、そして(3)波形を周波数領域及び時間領域の両
方で取り扱う必要性から受信波形を周波数領域に
変換・逆変換する機能(通常FFTが用いられる)
が不可欠である。
In the above two examples, configuration examples of the pulse compression means have been explained, and it has been explained that the configuration can be realized as a digital filter. To summarize these basic functions, (1) a function that equalizes the phase shift for each frequency in the received waveform, and (2) a function that corrects the frequency characteristics of the amplitude to bring it closer to the same amplitude level and restore the original (3) A function to convert and inversely transform the received waveform into the frequency domain due to the need to handle the waveform in both the frequency domain and the time domain (FFT is usually used)
is essential.

この場合、パルス圧縮を実施する前に、複数個
の波形を用いて、加算平均などのノイズ低減のた
めの処理を行う機能をメモリ25の部分に付加し
ておくこともできる。
In this case, a function for performing noise reduction processing such as averaging using a plurality of waveforms may be added to the memory 25 before performing pulse compression.

一方、アンテナを移動する機構22に備えられ
た位置信号発生器によつて、位置座標信号を発生
させ、これを受信機24で受信し、地中からの反
射信号と対応ずけてメモリ25に蓄えておくこと
にする。パルス圧縮された波形は、位置座標の順
に並べられてグラフイツクレコーダまたはCRT
27に断面図状に表示されたり、あるいはさらに
高度な信号処理や解折表示のためにデータレコー
ダ28に蓄えたりされる。
On the other hand, a position signal generator provided in the mechanism 22 for moving the antenna generates a position coordinate signal, which is received by the receiver 24 and stored in the memory 25 in correspondence with the reflected signal from underground. I plan to save it. The pulse-compressed waveform is arranged in the order of position coordinates and recorded on a graphics recorder or CRT.
27, or stored in a data recorder 28 for more advanced signal processing or resolution display.

上記の説明では、反射信号をAD変換してデイ
ジタル信号としてメモリに蓄積し、デイジタル信
号処理を行つてパルス圧縮を行う実施例をとりあ
げたが、たとえば表面弾性波デバイスなどを用い
てパルス圧縮演算部をアナログ素子で構成するこ
とにすれば、予めデイジタル信号に変換して処理
するという過程を経ずに実時間の処理を行う波形
整形部を構成できることは明らかで、このような
構成の装置も本発明の精神を逸脱せずに実施でき
ることは明らかである。
In the above explanation, we have taken up an example in which the reflected signal is AD converted, stored as a digital signal in memory, and digital signal processing is performed to perform pulse compression. It is clear that if it is configured with analog elements, it is possible to configure a waveform shaping section that performs real-time processing without going through the process of converting it into a digital signal and processing it in advance. It is clear that the invention can be practiced without departing from the spirit of the invention.

次に、本発明において用いるアンテナ部分につ
いてより具体的な実施例の説明を行う。第6図
は、第5図に示した実施例のアンテナ部分の詳細
を示す図で、アンテナ31は、送信用のアンテナ
32と受信用のアンテナ33とから成り、いずれ
も円偏波を送受信するのに好適な、たとえばスパ
イラルアンテナの形状をなしており、32,33
は偏波特性が互いに直交するような渦巻きをなし
ている。送信アンテナ32から放射された円偏波
は地中で反射されるが、地表や第5図の21に示
すたとえば地層のような異方性の小さい反射体に
おいては、反射により入射波と同じ偏波成分に比
べて、入射波と偏波の直交する成分が大きくな
り、また、20に示すような埋設管などの異方性
の強い線状の反射体においては、その方位によら
ず入射波にほぼ等しい大きさの直交する偏波成分
と入射波と同じ偏波成分の反射を生ずる。受信ア
ンテナ33は、これらの反射信号を検出すること
ができ、異方性の物体を含めて見おとしのない探
査が実行される。
Next, a more specific embodiment of the antenna portion used in the present invention will be described. FIG. 6 is a diagram showing the details of the antenna portion of the embodiment shown in FIG. 5. The antenna 31 consists of a transmitting antenna 32 and a receiving antenna 33, both of which transmit and receive circularly polarized waves. For example, it has the shape of a spiral antenna suitable for
form a spiral whose polarization characteristics are orthogonal to each other. The circularly polarized wave radiated from the transmitting antenna 32 is reflected underground, but on a reflector with low anisotropy such as the earth's surface or a geological layer shown at 21 in FIG. Compared to the wave component, the component that is orthogonal to the incident wave and the polarized wave is large, and in the case of a linear reflector with strong anisotropy such as a buried pipe as shown in 20, the incident wave This results in the reflection of orthogonal polarization components with a magnitude approximately equal to that of the incident wave, and a reflection of the same polarization component as the incident wave. The receiving antenna 33 can detect these reflected signals, and a comprehensive search including anisotropic objects is performed.

第7図は、とくに埋設管のような異方性の強い
物体からの信号に着目した探査を実行するための
他の実施例を示すもので、アンテナ31′は、円
偏波を送受信するのに好適なたとえばスパイラル
アンテナの形状をなす32′,33′から成るが、
32′,33′は偏波特性が等しい形状となつてい
る点で第6図の実施例と異なつている。この構成
をとると、第5図における異方性の強い物体20
からの反射は、第6図の場合と同様に検出される
が、アンテナ33′と反射波の偏波状態が直交す
るため地表や第5図の21のような異方性の小さ
い反射体からの信号は減少し、埋設管を強調した
探査が実行できる。
FIG. 7 shows another embodiment for carrying out exploration focusing on signals from objects with strong anisotropy, such as buried pipes. For example, it consists of 32' and 33' in the shape of a spiral antenna, which is suitable for
32' and 33' differ from the embodiment shown in FIG. 6 in that they have shapes with equal polarization characteristics. When this configuration is adopted, the object 20 with strong anisotropy in FIG.
The reflection from the ground is detected in the same way as in Fig. 6, but since the polarization state of the reflected wave is perpendicular to that of the antenna 33', it is detected from the ground surface or a reflector with small anisotropy such as 21 in Fig. 5. signal is reduced, and exploration with emphasis on buried pipes can be carried out.

まお、第7図の場合には、32′,33′の形状
が等しいので、送信状態と受信状態をT/Rスイ
ツチで切替え、一つのアンテナで共用される構成
をとるという変形も可能である。また、送信用と
受信用のアンテナを分離する構成の場合、両アン
テナを一定の間隔だけ離して設置しても良い。上
記説明ではスパイラルアンテナを例にひいたが、
勿論これのみに限定するものではない。
Well, in the case of Fig. 7, since the shapes of 32' and 33' are the same, it is also possible to switch the transmitting state and receiving state with a T/R switch and adopt a configuration in which one antenna is shared. . Furthermore, in the case of a configuration in which the transmitting and receiving antennas are separated, both antennas may be installed with a certain distance apart. The above explanation uses a spiral antenna as an example, but
Of course, it is not limited to this only.

また、上記の説明では、印加する広帯域なパル
ス信号として、インパルスを例にとつたが、異な
る形態たとえばトランケートされた正弦波やチヤ
ープパルスのような広帯域パルス波形を用いて
も、本発明の精神を逸脱することなく本発明が適
用できることは明らかである。
In addition, in the above explanation, an impulse was used as an example of a wideband pulse signal to be applied, but it is also possible to use a different form of a wideband pulse waveform, such as a truncated sine wave or a chirp pulse, without departing from the spirit of the present invention. It is clear that the present invention can be applied without doing so.

「発明の効果」 以上説明したように、本発明では、円偏波アン
テナを用いて広帯域なインパルス信号で反射信号
を収集し、かつ円偏波アンテナの特性に内在する
波形の著しい歪を信号処理で補償しうるように構
成しているので、従来不可能であつた円偏波アン
テナによる分解能の良い探査が可能になるととも
に、埋設管のような異方性の強い物体がその方位
に依らず検出できるという利点を両立させうる。
さらに、円偏波の作用により、埋設管のような異
方性強い物体のみを、地表や地層のような異方性
の小さい反射体からの信号を抑制して検出できる
装置を提供することも可能となる。
"Effects of the Invention" As explained above, in the present invention, a circularly polarized antenna is used to collect reflected signals as a broadband impulse signal, and signal processing is performed to eliminate significant waveform distortion inherent in the characteristics of the circularly polarized antenna. Since it is configured so that it can be compensated for by It is possible to achieve both the advantages of detectability.
Furthermore, by the action of circularly polarized waves, it is also possible to provide a device that can detect only objects with strong anisotropy, such as buried pipes, while suppressing signals from reflectors with low anisotropy, such as the ground surface or strata. It becomes possible.

また、アンテナのサイズを一定とすると通常の
直線偏波用のダイポールアンテナよりもはるかに
導体長の長いアンテナが使用できるため、比較的
小形のアンテナによつて通常のダイポールアンテ
ナを用いるよりも広帯域な特性が得られ、広帯域
な信号を用いた分解能の良い探査装置を構成する
上で有利である。さらに、複雑なアンテナの構成
や機械的なアンテナの回転などの機構を用いるこ
となく、物理的な偏波の回転現象をうまく取り入
れているため、アンテナを移動させながら能率良
く探査を行いうるという利点がある。
Furthermore, if the size of the antenna is fixed, an antenna with a much longer conductor length than a normal linearly polarized dipole antenna can be used, so a relatively small antenna can provide a wider band than a normal dipole antenna. This is advantageous in constructing a high-resolution exploration device using broadband signals. Furthermore, the advantage is that exploration can be carried out efficiently while moving the antenna because it successfully incorporates the physical polarization rotation phenomenon without using complicated antenna configurations or mechanisms such as mechanical antenna rotation. There is.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、直線偏波アンテナを用いる従来の埋
設管探査装置の概略構成図、第2図は、従来の埋
設管探査装置に用いられる直線偏波アンテナの概
念図、第3図は、従来の装置に用いられるクロス
ダイポールアンテナの概念図、第4図aは、直線
偏波アンテナの受信波形の一例を示す図、第4図
bは、円偏波アンテナの受信波形の一例を示す
図、第5図は、本発明の一実施例の概略構成図、
第6図および第7図は、いずれも本発明装置に使
用されるアンテナ部の構成例を示す概略構成図で
ある。 16……送信機、18……送信用円偏波アンテ
ナ、20……埋設管、22……アンテナを移動す
る機構(位置信号発生器)、23……受信用円偏
波アンテナ、24……受信機、26……波形整形
部。
Figure 1 is a schematic configuration diagram of a conventional buried pipe exploration device using a linearly polarized antenna, Figure 2 is a conceptual diagram of a linear polarized antenna used in a conventional buried pipe exploration equipment, and Figure 3 is a conventional A conceptual diagram of a cross dipole antenna used in the device, FIG. 4a is a diagram showing an example of a received waveform of a linearly polarized antenna, FIG. 4b is a diagram showing an example of a received waveform of a circularly polarized antenna, FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an embodiment of the present invention,
FIG. 6 and FIG. 7 are both schematic configuration diagrams showing configuration examples of the antenna section used in the device of the present invention. 16... Transmitter, 18... Circularly polarized wave antenna for transmission, 20... Buried pipe, 22... Mechanism for moving the antenna (position signal generator), 23... Circularly polarized wave antenna for reception, 24... Receiver, 26...waveform shaping section.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 電波を用いて地中の埋設物からの情報を収集
し、地下埋設管の探査を行う装置において、広帯
域なパルス状の信号を発生する送信機と、該送信
機からのパルス状の信号を受けて広帯域な周波数
成分をもつ円偏波性の探査信号を発生する送信用
のアンテナと、前記探査信号による埋設物からの
反射信号を検出する受信用の円偏波アンテナと、
該円偏波アンテナで収集した反射信号を受信・増
幅する受信機と、前記反射信号をパルス圧縮して
継続時間の短い波形に整形する波形整形部とを備
えた埋設管の探査装置。 2 前記送信用の円偏波アンテナと前記受信用の
円偏波アンテナとを移動する機構と、前記送信
用、受信用の各円偏波アンテナの位置を示す信号
を発生する位置信号発生器を備えた請求項1記載
の埋設管の探査装置。 3 前記反射信号をデイジタル化してパルス圧縮
し、継続時間の短い波形に整形する波形整形部を
備えることを特徴とする請求項1または請求項2
記載の埋設管の探査装置。 4 前記反射信号を表面弾性波素子などのアナロ
グ素子を用いたパルス圧縮器でパルス圧縮して継
続時間の短い波形に整形する波形整形部をそなえ
ることを特徴とする請求項1項または請求項2記
載の埋設管の探査装置。 5 前記反射信号を周波数領域に変換・逆変換す
る機能、ならびに周波数成分の位相および振幅を
等価して、分散が小さくかつ該反射信号波形より
も広帯域な周波数分布を形成する機能を持ち、こ
れによつて該反射信号をパルス圧縮して継続時間
の短いパルス波形に整形する波形整形部を備えた
請求項1または請求項2記載の埋設管の探査装
置。 6 偏波特性が直交する送信アンテナと受信アン
テナの組合せを備えた請求項1または請求項2記
載の埋設管の探査装置。 7 偏波特性が等しい送信アンテナと受信アンテ
ナの組合せを備えた請求項1または請求項2記載
の埋設管の探査装置。
[Claims] 1. A device that uses radio waves to collect information from underground objects and explore underground pipes, comprising: a transmitter that generates a broadband pulse-like signal; a transmitting antenna that receives a pulse-like signal and generates a circularly polarized exploration signal having a broadband frequency component; and a receiving circularly polarized antenna that detects a reflected signal from a buried object caused by the exploration signal. and,
A buried pipe exploration device comprising: a receiver that receives and amplifies a reflected signal collected by the circularly polarized antenna; and a waveform shaping section that pulse-compresses the reflected signal and shapes it into a waveform with a short duration. 2. A mechanism for moving the transmitting circularly polarized antenna and the receiving circularly polarized antenna, and a position signal generator that generates a signal indicating the position of each of the transmitting and receiving circularly polarized antennas. A buried pipe exploration device according to claim 1. 3. A waveform shaping section that digitizes and pulse-compresses the reflected signal and shapes it into a waveform with a short duration.
The underground pipe exploration device described above. 4. A waveform shaping section for shaping the reflected signal into a waveform with a short duration by pulse-compressing the reflected signal using a pulse compressor using an analog element such as a surface acoustic wave element. The underground pipe exploration device described above. 5. It has a function of converting and inversely converting the reflected signal into the frequency domain, and a function of equalizing the phase and amplitude of the frequency components to form a frequency distribution with small dispersion and a wider band than the reflected signal waveform, and 3. The buried pipe exploration device according to claim 1, further comprising a waveform shaping section that pulse-compresses the reflected signal and shapes it into a pulse waveform with a short duration. 6. The buried pipe exploration device according to claim 1 or 2, comprising a combination of a transmitting antenna and a receiving antenna whose polarization characteristics are orthogonal. 7. The buried pipe exploration device according to claim 1 or 2, comprising a combination of a transmitting antenna and a receiving antenna with equal polarization characteristics.
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