JPH0480684A - 地中レーダトモグラフィ装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 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
「Ｄ１几ａｇｅｒ　ａｎｄ　Ｒ，Ｊ、Ｌｙｔｌｅ、　”
Ｄｅｔｅｒｓ＋ｉｎｉｎｇ　ａ　５ｕｂｓｕｒｆ’ａｃ
ｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｐｒｏｆｉｌｅ　
ｆｒｏｍ　ｈｉｇｈ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　５ｅａｓｕ
ｒ　ｅｓ＋ｅｎｔｓｂｙａｐｆ）Ｉ’ｙｌｎｇ　ｒｅｃ
ｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ−ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ａｌｇ
ｏｒｌｔｈｍ、”　Ｒａｄｉｏ　５ｃｉｅｎｃｅ、　　
ｖｏｌ、１２．ｎｏ、２．ｐｐ、２４ｇ、ｍａｒ。

−八ｐｒ；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、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、（１９８８）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。

（３）特願平１−１１７２８３号の出願に係る発明本出
願人によって提案された発明であり、土中で減衰した微
弱な電磁波を検出するために、擬似ランダム信号を送信
波として感度を高める方式のひとつとして、周期のわず
かに異なる２つのＭ系列信号を用いる発明を出願してい
る（以下先願発明という）。

［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という問題点がある。

（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
という問題点がある。

（３）先願発明の課題 この発明では、地中で減衰した微弱な電磁波が検知でき
る程感度が高いので、地上部の送信信号発生部からボア
ホール中アンテナへの電線あるいは地上の受信信号処理
部からボアホール中のアンテナまでの電線からの放射電
磁波、外来電磁波、誘導電流等の影響によるノイズも検
出され、所望の地中を経由してきた電磁波の検出能力を
悪化せるという問題点がある。

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、しかも、外来ノイズの影響を無くすことがで
きる。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
幅又は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、 （１）第１のクロック発生器と第１のクロック発生器の
出力によって駆動される第１の擬似ランダム信号を出力
する第１の擬似ランダム信号発生器と、第１のクロック
発生器の周波数とわずかに異なる周波数を有する第２の
クロック発生器と、第１の擬似ランダム信号発生器と同
じ回路構成からなり、第２のクロック発生器の出力によ
って駆動される第２の擬似ランダム信号を出力する第２
の擬似ランダム信号発生器と、 第１の擬似ランダム信号と第２の擬似ランダム信号とを
乗算する第１の乗算器と、乗算器の出力を積分する第１
の積分器と、 （２）第１の擬似ランダム信号を光信号に変換して伝送
するための第１の電気／光変換器と第１の光ファイバと
、 （３）第１の光ファイバの光信号を電磁波に変換して地
中へ放射する送信ゾンデと、 （４）第２の擬似ランダム信号を光信号に変換して伝送
するための第２の電気／光変換器と第２の光ファイバと
、 （５）地中からの電磁波を受信し、この受信信号と前記
第２光フアイバの信号を電気信号に変換した信号と乗算
し、この乗算結果を積分し、この積分結果を光信号とし
て出力する受信ゾンデと、（６）該受信ゾンデから出力
される光信号を伝送するための第３の光ファイバと第３
の光／電気変換器と、 （７）前記第１の積分器の出力と前記第３の光／電気変
換器の出力から得られた情報を処理して地中の地層・土
質の断面情報を得る信号処理器とを備でいる。

更に、この発明に係る地中レーダトモグラフィ装置は、
第１のクロック発生器と第２のクロック発生器の出力の
クロック周波数をＩ　Ｍ　Ｈｚから１ＧＨｚの範囲に設
定している。

また、この発明に係る地中レーダトモグラフィ置は、第
１及び第２の擬似ランダム信号発生器として、Ｍ系列信
号、ゴールド符号系列信号、バーカーコード又はＪＰＬ
符号系列信号を発生させる方式の擬似ランダム信号発生
器を使用する。

［作　用］ この発明の特徴は、（ａ）周期がわずかに異なる２つの
擬似ランダム信号によって高感度に検出することと、（
ｂ）高感度化に伴なうノイズ対策として上記信号処理に
適した光伝送系を提供する点にある。（ａ）に関しては
、先願発明に詳細が記しであるが、まず、（ａ）につい
て次に説明する。

上記の２つの擬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つの擬似ランダム信号の相関はなくなる。

２つの擬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つの擬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つの擬似ランダム信号
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行
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系列信号が直接節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　―τ・　ｆ’、　／　（ｆ、　−ｆ２）　　　　　
・・・（１）伝播時間τはｆ／（ｆｌ−ｆ２）倍だけ時
間的に拡大され、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。

次に、本発明のもう一つの特徴である（ａ＞について説
明する。

レーダ本体において、符号パターンは同じで、周期がわ
ずかに異なる２つのＭ系列信号を発生させ、その一方の
信号を光信号に変換して、光ケーブルにより遠方の送信
ゾンデに伝送するので、本体と送信ゾンデの間のケーブ
ルから電磁波等の放射をなくすことができる。勿論この
光ケーブルには、芯線、テンションメンバ、外被の材料
として金属は一切使用しない。送信ゾンデ内では、光信
号を電気信号に変換して、これをアンテナに供給して地
中に電磁波を放射する。

レーダ本体の他方のＭ系列信号を光信号に変換し、光ケ
ーブルで遠方の受信ゾンデに伝送し、受信ゾンデでは、
これを電気信号に変換し、地中からの電磁波を受信アン
テナで受信して得た信号と乗算し、これを積分器により
積分し、この様にして相関演算処理された検出信号を光
信号に変換し、光ケーブルでレーダ本体に伝送し、レー
ダ本体ではこの光信号を電気信号に変換して検出信号を
得る。

したがって、レーダ本体と遠方の受信ゾンデとの間は、
非金属の光ケーブルで結合されることになり、電磁誘導
ノイズの影響を受けない。

［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はクロック発生器、２は第１の擬似ラン
ダム信号発生器としてのＭ系列信号発生器である。３は
クロック発生器、４は第２の擬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。５．６はそれぞれ電気
信号／光信号変換器である。７は乗算器である。

８は光信号／電気信号変換器、９は送信ゾンデ内の増幅
器、１０は送信ゾンデ内の電源用のバッテリ、１１は送
信アンテナである。

１２は受信ゾンデ内の増幅器、１３は乗算器としてのダ
ブルバランスミキサ、１４は電気信号／光信号変換器、
１５は積分器としてのローパスフィルタ、１６は光信号
／電気信号変換器、１７は受信ゾンデ内の電源用のバッ
テリ、１８は受信アンテナである。

１９は光信号／電気信号変換器、２０は検出信号の極大
部の振幅を計測するための振幅値計測器、２１は検出信
号と基準信号の時間差から伝播時間を求めるための時間
計測器、２２は積分器としてのローパスフィルタ、２３
は検出信号の強度又は伝播時間の情報からトモグラフィ
の演算をするための演算とその演算結果を表示するため
の演算表示器である。

２４．２５．２６はそれぞれ光フアイバーケーブルであ
る。２７は送信ゾンデ、２８は受信ゾンデである。２９
゜３０はそれぞれボアホールである。３１は地中である
。

３２はレーダ本体である。

次に、第１図の装置の構成を説明する。

クロック信号発生器１及び３の周波数は１ＭＨｚから１
ＧＨｚまで高精度に可変できるシンセサイザを使用して
、土中の電波透過性と検出分解能を勘案して、周波数を
選択する。以下ではクロック周波数も１００ＭＨｚとし
た場合について説明する。

クロック信号発生器１は周波数１００．００４Ｍ　Ｈｚ
　。

クロック発生器３は周波数９９．９９６Ｍ　Ｈｚとして
、それぞれＭ系列信号発生器２とＭ系列信号発蛋器４を
駆動する。Ｍ系列信号発生器２とＭ系列信号発生器４は
、擬似ランダム信号発生手段のひとつとして採用された
もので、Ｍ系列信号の代わりにたとえば、バーカコード
、ゴールド符号系列信号、ＪＰＬ符号系列信号を用いて
もよい。この実施例では、その構成を第２図に示すよう
に、７ビツトのシフトレジスタから構成されたＭ系列信
号発生器を使用した。

第２図において、４１は７段構成のシフトレジスタ、４
２は排他的論理和であり、周期１２７ビツドでこの周期
のなかではランダムな２値信号の周期性循環符号である
Ｍ系列信号を発生する。

第３図はＭ系列信号発生器の出力波形の一部である。同
図（ａ）は、論理“１”が電圧十Ｅに、論理“０°が電
圧−Ｅに対応させたＮＲＺ（ＮｏｎＲｅｔｕｒｎ　Ｚｅ
ｒｏ）　　波形の例であり、同図（ｂ）は、論理“１′
が電圧＋Ｅから−Ｅに変化する波形に、論理“０”が電
圧−Ｅから＋Ｅに変化する波形に対応させたＰ　Ｓ　Ｋ
　（Ｐｈａｓｏ　５ｈｉｆｔ　Ｋｅｙｉｎｇ）波形の例
であり、電磁波放射効率としては後者の方が良好なので
、本実施例ではＰＳＫ波形を使用した。

電気信号／光信号変換器５及び６、光フアイバケーブル
２４及び２５、光信号／電気信号変換器８及び１６には
、高速ディジタル信号伝送用の光通信器を用い、レーダ
本体で発生させた高速なＭ系列信号を送信ゾンデど受信
ゾンデに伝送する。増幅器９はＭ系列信号を電力増幅し
てアンテナを励振させるための３Ｗの広帯域電力増幅器
を使用した。

バッテリｌＯ及び１７としては、小型で長時間使用可能
なニッケルカドミウム電池を使用した。アンテナ１１及
び１８はともに円筒状のアルミ管できたダイポールアン
テナで中央部にパランコイルを設は電気的なマツチング
を行っている。

アンテナの外側はプラスチックで絶縁及び防水処理を施
している。電気信号／光信号変換器１４、光フアイバケ
ーブル２５、光信号／電気信号変換器１９は低速用のア
ナログ信号伝送用の光信号器を使用した。本発明では、
受信ゾンデ内で後述するようなＭ系列信号の信号処理を
行い、その結果十分低速となって、Ｓ／Ｎも向上した信
号を光通信器でレーダ本体へ伝送するので、波形歪みや
Ｓ／Ｎの低下が少ない。

光フアイバケーブル２４はテンションメンバなどの補強
材や外覆はすべて非金属で構成され、送信ゾンデ２７を
ボアホール内で吊るす役割もある。また、光フアイバケ
ーブル２５．２６は、１条の非金属ケーブル内に非金属
のテンションメンバと供に格納され、受信ゾンデをボア
ホール内で吊るす役割もはたしている。

受信ゾンデ内の増幅器１２は、高感度広帯域の増幅器で
入力信号の大きさに応じて適切な受信感度となるように
対数増幅器を使用している。また、この増幅器はその入
り口に可変減衰器が内蔵されており、感度を任意に変え
られる。第１図には記していないが、もうひとつの光通
信器をレーダ本体と受信ゾンデの間に追加して、この増
幅器内の可変減衰器の調整をレーダ本体から行わせるこ
ともできる。

次に、本実施例の動作について説明する。

Ｍ系列信号発生器２とＭ系列信号発生器４は同一の回路
構成であるが、駆動されるクロック信号がわずかに異な
るので、２つのＭ系列信号の周期の時間はそれぞれ１２
８９．９４９２ｎｓと１２７０．０５０８ｎｓとわずか
に異なる。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ｔ１　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　ａ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．ｉｎｓ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１
２７個の信号を発生するので、１信号の発生時間はＩｏ
ｎｓである。

従って、２つのＭ系列信号Ｍ　及びＭ２間に１０ｎｓ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が一１００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Ｍ　がＭ２と比較して
１周期に０．１ｎｓ、　１００周期でｔｏｎｓ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Ｍｌ
とＭ２が同期シテ、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Ｍ１とＭ
２はあ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１２８．７７７周期とＭ２の１２６．７６７周期毎
、時間で約１６．ｉｎｓ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７に入力される。

乗算器７及び１３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７及び１３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Ｏ，ｉｎｓ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Ｍ　及びＭ２の間にはＩｏｎｓ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７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７の
出力波形が第４図（ｅ）に示されている。

乗算器７の出力信号はローパス・フィルタ２２に供給さ
れ直流電圧に変換される。ローパス・フィルタ２２及び
１５はそれぞれカットオフ周波数ｆ、をｌ 有し、カットオフ周波数ｆ　よりも高波数の入力成分を
減衰させ、入力信号の平滑化を行う機能を有スる。ロー
パス・フィルタ２２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　よりａ　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　ａＭ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ｎ 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
スフィルタ２２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系列の周期状
態が発生する１６．ｉｎｓ毎にローパス・フィルタ２２
から出力される。

ローパスフィルタ２２からの出力信号は時間計測器２１
へ入力され、三角波発生時刻からレーダ内部の固定遅延
時間を補正して、電磁波の地中伝播時間を測定するため
の基準時刻となる。Ｍ系列信号発生器２から出力された
Ｍ系列信号Ｍ１は前述の光通信器等を介して、送信アン
テナ１１に供給され、電磁波として地中に放射される。

この放射された電磁波は地中３１を介して受信アンテナ
１８に到達する。このとき、受信されたＭ系列信号は、
送信されたＭ系列信号より電磁波の伝播時間だけ遅延し
た信号となる。

Ｍ系列信号発生器４から出力されたＭ系列信号Ｍ２は、
前述の光通信器を介して、受信ゾンデ内の乗算器１３に
供給され、受信されたＭ系列信号と乗算され、その結果
がローパスフィルター５を通過する。以上の動作は、乗
算器７、ローパスフィルタ２２において先に説明した動
作と同じである。相違する点は、２つのＭ系列信号Ｍ　
とＭ２のパタ−ンが一致する時刻が異なる点である。厳
密には、受信されたＭ系列信号が伝播により若干の波形
歪みを受けているが、これは本発明の動作には影響を与
えない。

ローパスフィルター５により積分され低速化された検出
信号は前述した光通信器によりレーダ本体内の時間計測
器２１と振幅値計測器２０に入力される。

時間計測器２１では、前述した基準時刻に対して検出信
号の極大値が発生した時刻を計ることにより電磁波の伝
播時間を求めることができる。ここで、時間計測器内で
伝播時間を計測する場合に注目すべき点は、時間軸が、
実際の電磁波の伝播時間に比べて、拡大されている点で
ある。例えば、地中の伝播時間２０ｎｓの場合には、時
間計測器では２５μｓを計測することになり、すなわち
時間軸が１２．７００倍に拡大されて、極めて低速な信
号を計測すればよいことになる。

また、振幅値計測器２３では、検出信号の極大部の振幅
を計ることにより電磁波の減衰を計測することができる
。

以上により、演算表示器２３には、電磁波の地中の伝播
時間と減衰に関する情報が入力され、これに基づいて地
中の断面像が演算され表示される。

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Ａｌｅｇｅｂｒａｉｃ　Ｒｅｃｏｓｔ
ｒｕｃｔｉｏｎ　　ＴｅｃｈｎｉｑｕｅＳ　Ｓｉｍｕｌ
ｔａｎｅｏｕｓ　　Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ　　Ｒｅｃｏｎ
ｓｔｒｕｃｔｌｏｎＴｅｃｈｉｑｕｅ及びＤｊｆ’ｆｒ
ａｃｔｉｏｎ　Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ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破線Ｒｋに沿った伝播遅延時間ｔ　
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、ａ　（ｘ、ｙ）は減衰パラメータの分布であ
る。

第６図は演算表示器２３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Ｖ　　（ｘ、ｙ）　、ａｏ　（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ａｋを求め、実施
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。

［発明の効果コ この発明によれば、周波数がわずかに異なる２つの擬似
ランダム信号を使用して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伝播時間又は減衰を高精度に
測定できるようにし、また、光ファイバを使用した光伝
送系を使用して、レーダ本体と送信ゾンデ、受信ゾンデ
との間にノイズが混入しないようにしたので、高感度に
地中の断面情報を得ることができるようになった。特に
、関東ローム層のように土壌中の水分が多く電磁波の減
衰が大きい地域でも、Ｓ／Ｎの良好な信号が得られ、広
い領域を一度に効率良く探査することができるようにな
った。

【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。 代理人　弁理士　佐々木　宗　治 第 図 （号の２） 第 図 第 図 第 図

Claims (3)

【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
   は回折波の振幅又は伝播時間を多点にわたって計算し、
   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のクロック発生器と該第１のクロック発生器の出力
   によって駆動される第１の擬似ランダム信号を出力する
   第１の擬似ランダム信号発生器と、該第１のクロック発
   生器の周波数とわずかに異なる周波数を有する第２のク
   ロック発生器と、前記第１の擬似ランダム信号発生器と
   同じ回路構成からなり、該第２のクロック発生器の出力
   によって駆動される第２の擬似ランダム信号を出力する
   第２の擬似ランダム信号発生器と、 前記第１の擬似ランダム信号と前記第２の擬似ランダム
   信号とを乗算する第１の乗算器と、該乗算器の出力を積
   分する第１の積分器と、前記第１の擬似ランダム信号を
   光信号に変換する第１の電気／光変換器と、 該第１の電気／光変換器で変換された光信号を伝送する
   第１の光ファイバと、 該第１の光ファイバで伝送されてきた光信号を電磁波に
   変換して地中へ放射する送信ゾンデと、前記第２の擬似
   ランダム信号を光信号に変換する第２の電気／光変換器
   と、 該第２の電気／光変換器で変換された光信号を伝送する
   第２の光ファイバと、 地中からの電磁波を受信し、この受信信号と前記第２の
   光ファイバの信号とを乗算し、この乗算結果を積分し、
   この積分結果を光信号として出力する受信ゾンデと、 該受信ゾンデから出力される光信号を伝送する第３の光
   ファイバと、 該第３の光ファイバで伝送されてきた光信号を電気信号
   に変換する第３の光／電気変換器と、前記第１の積分器
   の出力と前記第３の光／電気変換器の出力から得られた
   情報を処理して地中の地層・土地の断面情報を得る信号
   処理器と を備えたことを特徴とする地中レーダトモグラフィ装置
   。
2. （２）前記第１のクロック発生器と前記第２のクロック
   発生器の出力のクロック周波数を１ＭＨｚから１ＧＨｚ
   の範囲内で設定す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装置。
3. （３）前記第１の擬似ランダム信号発生器及び第２の擬
   似ランダム信号発生器は、Ｍ系列信号、ゴールド符号系
   列信号、バーカーコード又はＪＰＬ符号系列信号を発生
   する方式のものである請求項１又は２記載の地中レーダ
   トモグラフィ装置。