JPH0527024A - 地中埋設物探査レーダ - Google Patents
地中埋設物探査レーダInfo
- Publication number
- JPH0527024A JPH0527024A JP3201147A JP20114791A JPH0527024A JP H0527024 A JPH0527024 A JP H0527024A JP 3201147 A JP3201147 A JP 3201147A JP 20114791 A JP20114791 A JP 20114791A JP H0527024 A JPH0527024 A JP H0527024A
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- Japan
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- buried object
- polarization
- antenna
- scattering matrix
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 埋設物の方向に関わらず検出可能な装置を提
供する。 【構成】 アンテナエレメント１〜３が１２０度ずつ異
なった方向を向いており使用されるアンテナエレメント
が順次切換えられるので偏波方向が刻々と変更され、第
１の発明は得られるデータから信号検出器１５で散乱行
列要素を求めているので、方向性のある埋設物と方向性
の無い埋設物を区別して検出でき、第２の発明は第１の
発明で得られた散乱行列の座標軸を信号検出器１５によ
って回転させたので、方向性のある埋設物でも最良の状
態で検出できる。
供する。 【構成】 アンテナエレメント１〜３が１２０度ずつ異
なった方向を向いており使用されるアンテナエレメント
が順次切換えられるので偏波方向が刻々と変更され、第
１の発明は得られるデータから信号検出器１５で散乱行
列要素を求めているので、方向性のある埋設物と方向性
の無い埋設物を区別して検出でき、第２の発明は第１の
発明で得られた散乱行列の座標軸を信号検出器１５によ
って回転させたので、方向性のある埋設物でも最良の状
態で検出できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、地中埋設物を地上か
ら探査する地中埋設物探査レーダに関するものである。
ら探査する地中埋設物探査レーダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、地中の埋設物を探査する方法とし
て各種の方法が提案されているが、基本的には電磁波ま
たは超音波等のパルス波を地中に放射し、埋設物から反
射されてきた反射波を検出する方法によっている。
て各種の方法が提案されているが、基本的には電磁波ま
たは超音波等のパルス波を地中に放射し、埋設物から反
射されてきた反射波を検出する方法によっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な従来の方法はアンテナから放射される電磁波の偏波方
向が固定されているため、埋設物の埋設方向と偏波方向
が異なっている場合は反射波が弱く、場合によっては検
出できないこともあるという課題があった。
な従来の方法はアンテナから放射される電磁波の偏波方
向が固定されているため、埋設物の埋設方向と偏波方向
が異なっている場合は反射波が弱く、場合によっては検
出できないこともあるという課題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】このよう課題を解決する
ため第１の発明は、アンテナ外のある点を中心として１
２０度ずつずらした位置に配設した３個のアンテナエレ
メントと、アンテナエレメントの一つを送信用に順次選
択すると共に送信用以外のアンテナエレメントを受信用
に順次選択する偏波切換回路と、順次選択されるアンテ
ナエレメントから得られるデータに基づいて所定の演算
を行い散乱行列要素を求める信号処理器とを備えたもの
である。第２の発明は第１の発明によって得られた散乱
行列の座標軸を回転させたものである。
ため第１の発明は、アンテナ外のある点を中心として１
２０度ずつずらした位置に配設した３個のアンテナエレ
メントと、アンテナエレメントの一つを送信用に順次選
択すると共に送信用以外のアンテナエレメントを受信用
に順次選択する偏波切換回路と、順次選択されるアンテ
ナエレメントから得られるデータに基づいて所定の演算
を行い散乱行列要素を求める信号処理器とを備えたもの
である。第２の発明は第１の発明によって得られた散乱
行列の座標軸を回転させたものである。
【０００５】
【作用】アンテナが１２０度ずつ異なった方向を向いて
おり、使用されるアンテナが順次切換えられるので偏波
方向が刻々と変更し、第１の発明は得られるデータから
散乱行列要素を求めているので、方向性のある埋設物と
方向性の無い埋設物を区別して検出でき、第２の発明は
第１の発明で得られた散乱行列の座標軸を回転させたの
で、方向性のある埋設物でも最良の状態で検出できる。
おり、使用されるアンテナが順次切換えられるので偏波
方向が刻々と変更し、第１の発明は得られるデータから
散乱行列要素を求めているので、方向性のある埋設物と
方向性の無い埋設物を区別して検出でき、第２の発明は
第１の発明で得られた散乱行列の座標軸を回転させたの
で、方向性のある埋設物でも最良の状態で検出できる。
【０００６】
【実施例】図１はこの装置に使用するアンテナの構成を
示す平面図である。図において１〜３は三角状の金属板
をエレメントとし、その頂点を対向させることで構成し
たダイポールアンテナであり、それぞれのダイポールア
ンテナは矢印で示す偏波面を有し、アンテナ外の点Ａを
中心としてその偏波面が図のように１２０度ずつずらせ
て回転した状態で配設されている。
示す平面図である。図において１〜３は三角状の金属板
をエレメントとし、その頂点を対向させることで構成し
たダイポールアンテナであり、それぞれのダイポールア
ンテナは矢印で示す偏波面を有し、アンテナ外の点Ａを
中心としてその偏波面が図のように１２０度ずつずらせ
て回転した状態で配設されている。
【０００７】図２はこのアンテナを介して電波を送受信
するレーダ装置である。図において１１はロータリーエ
ンコーダであり、所定距離走行する度に図３（ａ）に示
すような距離パルスを発生するようになっている。１２
は全体の制御を行うレーダコントローラ、１３は電波を
送信する送波回路、１４は地中からの反射波を復調する
受波回路、１５はレーダコントローラ１２と受波回路１
４の双方から供給された信号をもとに所定の信号処理を
行い地中埋設物に関する情報を収集する信号処理器、１
６はアンテナ１〜３のうち、後述する方法で一つを送波
回路１３に、他の一つを受波回路１４に接続する偏波切
換回路、１７は車輪である。
するレーダ装置である。図において１１はロータリーエ
ンコーダであり、所定距離走行する度に図３（ａ）に示
すような距離パルスを発生するようになっている。１２
は全体の制御を行うレーダコントローラ、１３は電波を
送信する送波回路、１４は地中からの反射波を復調する
受波回路、１５はレーダコントローラ１２と受波回路１
４の双方から供給された信号をもとに所定の信号処理を
行い地中埋設物に関する情報を収集する信号処理器、１
６はアンテナ１〜３のうち、後述する方法で一つを送波
回路１３に、他の一つを受波回路１４に接続する偏波切
換回路、１７は車輪である。
【０００８】このように構成された装置の動作は次の通
りである。この装置の走行に伴い、車輪１７に取り付け
たロータリーエンコーダ１１が図３（ａ）に示すような
距離パルスを発生する。距離パルスはレーダコントロー
ラ１２に供給されその周期Ｔがある値より長い条件のも
とに、その周期の間に第２図（ｂ）に示すように３つの
偏波切換用パルスを順次発生させる。このパルスは偏波
切換回路１６に供給され、偏波切換回路１６は第１表に
示すように、アンテナ１〜３のうち２つのアンテナを順
次選択し、一つを受信用、他の一つを送信用とする。
りである。この装置の走行に伴い、車輪１７に取り付け
たロータリーエンコーダ１１が図３（ａ）に示すような
距離パルスを発生する。距離パルスはレーダコントロー
ラ１２に供給されその周期Ｔがある値より長い条件のも
とに、その周期の間に第２図（ｂ）に示すように３つの
偏波切換用パルスを順次発生させる。このパルスは偏波
切換回路１６に供給され、偏波切換回路１６は第１表に
示すように、アンテナ１〜３のうち２つのアンテナを順
次選択し、一つを受信用、他の一つを送信用とする。
【０００９】
【表１】
表１において送信用および受信用アンテナは相互に逆に
なっても良い。また、送信用に用いなかった他の２つの
アンテナを同時に用いてその２つの信号を合成しても良
い。
なっても良い。また、送信用に用いなかった他の２つの
アンテナを同時に用いてその２つの信号を合成しても良
い。
【００１０】したがって切換パルスが発生する都度、送
信アンテナと受信アンテナが切換えられる。そしてレー
ダコントローラ１２は切換パルスが発生してから所定時
間だけ図３（ｃ）に示すように送波回路１３を制御して
電波を送信させる。そして電波の送信と同時に受波回路
１４を制御して、所定時間だけ受波回路１４を動作させ
る。この送信および受信の時間は次の切換パルスが発生
するまでの時間より短く設定されている。
信アンテナと受信アンテナが切換えられる。そしてレー
ダコントローラ１２は切換パルスが発生してから所定時
間だけ図３（ｃ）に示すように送波回路１３を制御して
電波を送信させる。そして電波の送信と同時に受波回路
１４を制御して、所定時間だけ受波回路１４を動作させ
る。この送信および受信の時間は次の切換パルスが発生
するまでの時間より短く設定されている。
【００１１】このように送信の偏波が１２０度おきに回
転し、受信の偏波もこれと１２０度の位相差をもって１
２０度おきに回転するので、あらゆる方向に電波が送出
されまたあらゆる方向から反射波が受信されることにな
る。したがって、従来のものは偏波方向が固定されてい
たので埋設方向によっては検出が難しい場合があった
が、この装置は偏波方向が刻々と変わるので、どのよう
な埋設方向の埋設物でも検出することができる。
転し、受信の偏波もこれと１２０度の位相差をもって１
２０度おきに回転するので、あらゆる方向に電波が送出
されまたあらゆる方向から反射波が受信されることにな
る。したがって、従来のものは偏波方向が固定されてい
たので埋設方向によっては検出が難しい場合があった
が、この装置は偏波方向が刻々と変わるので、どのよう
な埋設方向の埋設物でも検出することができる。
【００１２】受波回路１４で復調された信号とロータリ
ーエンコーダ１１からの距離パルスは信号処理器１５に
供給され、距離に対応する埋設物の情報が検出される。
このように受信アンテナから得られる信号をそのまま利
用しても、偏波方向が回転するので所望の目的を達成す
ることができるが、信号処理器１５で以下のように散乱
行列を求めることによって、更に効率の良い検出が行
え、この部分が本願の要旨である。
ーエンコーダ１１からの距離パルスは信号処理器１５に
供給され、距離に対応する埋設物の情報が検出される。
このように受信アンテナから得られる信号をそのまま利
用しても、偏波方向が回転するので所望の目的を達成す
ることができるが、信号処理器１５で以下のように散乱
行列を求めることによって、更に効率の良い検出が行
え、この部分が本願の要旨である。
【００１３】地表面に直交するｘ，ｙ軸を想定するとレ
ーダの送信および受信信号は次の散乱行列の関係にあ
る。なお以下に記載する式中で、アンダーラインを付し
たものは行列、アンダーラインの付していないものはス
カラ量を表している（本来、行列はアンダーラインでは
表さないが、電子出願の書式との関係で変則的であるは
がアンダーラインを付して記載する）。
ーダの送信および受信信号は次の散乱行列の関係にあ
る。なお以下に記載する式中で、アンダーラインを付し
たものは行列、アンダーラインの付していないものはス
カラ量を表している（本来、行列はアンダーラインでは
表さないが、電子出願の書式との関係で変則的であるは
がアンダーラインを付して記載する）。
【００１４】Ｓ
＝Ｓij （ｔ）・・・・・・・・・・・・・・・（１）
ここで、ｉ，ｊはｘまたはｙ方向の成分であり、（１）
式は（２）式のように展開できる。
式は（２）式のように展開できる。
【００１５】
【数１】
ここでＳ11はｘ方向偏波の電波を出しｘ方向偏波の反射
波を検出した成分、Ｓ12はｘ方向偏波の電波を出しｙ方
向偏波の反射波を検出した成分、Ｓ21はｙ方向偏波のに
電波を出しｘ方向偏波の反射波を検出した成分、Ｓ22は
ｙ方向偏波の電波を出しｙ方向偏波の反射波を検出した
成分である。
波を検出した成分、Ｓ12はｘ方向偏波の電波を出しｙ方
向偏波の反射波を検出した成分、Ｓ21はｙ方向偏波のに
電波を出しｘ方向偏波の反射波を検出した成分、Ｓ22は
ｙ方向偏波の電波を出しｙ方向偏波の反射波を検出した
成分である。
【００１６】このＳ11からＳ22の成分はレーダ受信信号
から求める必要がある。煩雑になるのでその誘導課程の
記載は省略するが、結論としてモード１、２、３におけ
るレーダ受信信号をそれぞれｆ1（ｔ）、ｆ2（ｔ）、ｆ
3（ｔ）とすると信号処理器１５によって（３）式から
（６）式の演算を行えば良い。 Ｓ11（ｔ）＝−｛ｆ1（ｔ）＋ｆ3（ｔ）｝・・・・・・・・・・・（３） Ｓ12（ｔ）＝−｛ｆ1（ｔ）＋４ｆ2（ｔ）＋ｆ3（ｔ）｝／３・・ （４） Ｓ21（ｔ）＝Ｓ12（ｔ）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５） Ｓ22（ｔ）＝｛ｆ1（ｔ）−ｆ3（ｔ）｝／３1/2・・・・・・・・ （６）
から求める必要がある。煩雑になるのでその誘導課程の
記載は省略するが、結論としてモード１、２、３におけ
るレーダ受信信号をそれぞれｆ1（ｔ）、ｆ2（ｔ）、ｆ
3（ｔ）とすると信号処理器１５によって（３）式から
（６）式の演算を行えば良い。 Ｓ11（ｔ）＝−｛ｆ1（ｔ）＋ｆ3（ｔ）｝・・・・・・・・・・・（３） Ｓ12（ｔ）＝−｛ｆ1（ｔ）＋４ｆ2（ｔ）＋ｆ3（ｔ）｝／３・・ （４） Ｓ21（ｔ）＝Ｓ12（ｔ）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５） Ｓ22（ｔ）＝｛ｆ1（ｔ）−ｆ3（ｔ）｝／３1/2・・・・・・・・ （６）
【００１７】このようにして求められた散乱行列の各成
分のうち送信と受信電波の偏波方向が同じであるＳ
11（ｔ）、Ｓ22（ｔ）は地中において埋設物が特定方向
成分を持たないもの、すなわち地層または空洞のように
全方向成分を有するものの測定に適している。また、送
信と受信電波の偏波方向が直交するＳ12（ｔ）、Ｓ
21（ｔ）は地中における埋設物が特定の方向成分を有す
るもの、すなわち埋設管のようなものの測定に適してい
る。
分のうち送信と受信電波の偏波方向が同じであるＳ
11（ｔ）、Ｓ22（ｔ）は地中において埋設物が特定方向
成分を持たないもの、すなわち地層または空洞のように
全方向成分を有するものの測定に適している。また、送
信と受信電波の偏波方向が直交するＳ12（ｔ）、Ｓ
21（ｔ）は地中における埋設物が特定の方向成分を有す
るもの、すなわち埋設管のようなものの測定に適してい
る。
【００１８】埋設管を調査する場合、埋設管はどのよう
な方向に埋設されているか不定であり、例えば送信電波
の偏波方向と埋設管の埋設方向が直交するような状態で
は送信された電波が埋設管から反射しないので、反射波
を検出することができない。また、送信電波の偏波方向
と埋設管の埋設方向が平行な場合、受信電波の偏波方向
が電波受信方向が反射波と直交するのでやはり反射波を
検出することができない。このためには電波の偏波方向
と埋設管の埋設方向を４５度に保てば受信レベルは最大
値が得られることになる。
な方向に埋設されているか不定であり、例えば送信電波
の偏波方向と埋設管の埋設方向が直交するような状態で
は送信された電波が埋設管から反射しないので、反射波
を検出することができない。また、送信電波の偏波方向
と埋設管の埋設方向が平行な場合、受信電波の偏波方向
が電波受信方向が反射波と直交するのでやはり反射波を
検出することができない。このためには電波の偏波方向
と埋設管の埋設方向を４５度に保てば受信レベルは最大
値が得られることになる。
【００１９】このためには散乱行列を座標変換させれば
良い。すなわち、（７）式の演算をすれば良い。
良い。すなわち、（７）式の演算をすれば良い。
【数２】
【００２０】このように、受信した散乱ベクトルデータ
を任意の角度θだけ回転させたデータを得ることによっ
て埋設管の埋設方向に関わらず受信データを得ることが
できる。従って測定するときは埋設管の埋設方向を考慮
すること無く受信データを収集し、解析時に角度θを変
えながら得られる信号が最大となるような角度を探せ
ば、Ｓ／Ｎ比の良い信号を得られる。
を任意の角度θだけ回転させたデータを得ることによっ
て埋設管の埋設方向に関わらず受信データを得ることが
できる。従って測定するときは埋設管の埋設方向を考慮
すること無く受信データを収集し、解析時に角度θを変
えながら得られる信号が最大となるような角度を探せ
ば、Ｓ／Ｎ比の良い信号を得られる。
【００２１】図４は以上の処理をコンピュータで行うと
きの動作を示すフローチャートである。図４において、
ステップ１００においてデータを入力し、ステップ１０
１において、式（３）〜（６）による散乱行列Ｓの計算
を行い、ステップ１０２において式（７）における角度
θだけ回転した座標系での散乱行列Ｓ（θ）の計算を行
う。そしてステップ１０３においてその処理結果を標示
し、それで十分な場合はステップ１０４において終了処
理が行われる。しかし、それでは不十分な場合は終了処
理は行われず、ステップ１０５において新たな角度θが
入力され、再びステップ１０２以後の処理が行われる。
きの動作を示すフローチャートである。図４において、
ステップ１００においてデータを入力し、ステップ１０
１において、式（３）〜（６）による散乱行列Ｓの計算
を行い、ステップ１０２において式（７）における角度
θだけ回転した座標系での散乱行列Ｓ（θ）の計算を行
う。そしてステップ１０３においてその処理結果を標示
し、それで十分な場合はステップ１０４において終了処
理が行われる。しかし、それでは不十分な場合は終了処
理は行われず、ステップ１０５において新たな角度θが
入力され、再びステップ１０２以後の処理が行われる。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明は、１２０
度ずつずらせて回転させた３つのアンテナエレメントの
２つを順次選択して電波の送受信を行ったので、送信お
よび受信される電波の偏波面は刻々変わり、このデータ
に基づいて第１の発明は得られるデータから散乱行列要
素を求めているので、方向性のある埋設物と方向性の無
い埋設物を区別して検出でき、第２の発明は第１の発明
で得られた散乱行列の座標軸を回転させたので、方向性
のある埋設物でも最良の状態で検出できるという効果を
有する。
度ずつずらせて回転させた３つのアンテナエレメントの
２つを順次選択して電波の送受信を行ったので、送信お
よび受信される電波の偏波面は刻々変わり、このデータ
に基づいて第１の発明は得られるデータから散乱行列要
素を求めているので、方向性のある埋設物と方向性の無
い埋設物を区別して検出でき、第２の発明は第１の発明
で得られた散乱行列の座標軸を回転させたので、方向性
のある埋設物でも最良の状態で検出できるという効果を
有する。
【図１】本発明に使用するアンテナの平面図
【図２】本装置の一実施例を示すブロック図
【図３】図２の装置の各部波形図
【図４】計算をＣＰＵで行うときの処理を示すフローチ
ャート
ャート
１１ ロータリーエンコーダ
１２ レーダコントローラ
１３ 送波回路
１４ 受波回路
１５ 信号処理器
１６ 偏波切換回路
１７ 車輪
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 小西 益生
岡山県玉野市３丁目１番１号 三井造船株
式会社玉野事業所内
Claims (2)
- 【請求項１】 送信アンテナから地中に電波を送信し、
地中から反射されてくる信号により地中の状態を検出す
る地中埋設物探査レーダにおいて、 アンテナ外のある点を中心として１２０度ずつずらした
位置に配設した３個のアンテナエレメントと、 前記アンテナエレメントの一つを送信用に順次選択する
と共に送信用以外のアンテナエレメントを受信用に順次
選択する偏波切換回路と、 順次選択されるアンテナエレメントから得られるデータ
に基づいて所定の演算を行い散乱行列要素を求める信号
処理器とを備えたことを特徴とする地中埋設物探査レー
ダ。 - 【請求項２】 請求項１において、信号処理器は１つの
固定した座標系において求まった散乱行列を他の任意の
座標系へ座標軸の回転により変換することを特徴とする
地中埋設物探査レーダ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3201147A JP2649879B2 (ja) | 1991-07-17 | 1991-07-17 | 地中埋設物探査レーダ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3201147A JP2649879B2 (ja) | 1991-07-17 | 1991-07-17 | 地中埋設物探査レーダ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0527024A true JPH0527024A (ja) | 1993-02-05 |
| JP2649879B2 JP2649879B2 (ja) | 1997-09-03 |
Family
ID=16436175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3201147A Expired - Lifetime JP2649879B2 (ja) | 1991-07-17 | 1991-07-17 | 地中埋設物探査レーダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2649879B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002048865A (ja) * | 2000-08-03 | 2002-02-15 | Chubu Electric Power Co Inc | 地中レーダ探査装置および探査データ収集方法 |
| JP2003185758A (ja) * | 2001-09-26 | 2003-07-03 | Hilti Ag | 強磁性体又は非鉄導電体を探知する誘導性センサ装置及び方法 |
-
1991
- 1991-07-17 JP JP3201147A patent/JP2649879B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002048865A (ja) * | 2000-08-03 | 2002-02-15 | Chubu Electric Power Co Inc | 地中レーダ探査装置および探査データ収集方法 |
| JP4609742B2 (ja) * | 2000-08-03 | 2011-01-12 | 中部電力株式会社 | 地中レーダ探査装置および探査データ収集方法 |
| JP2003185758A (ja) * | 2001-09-26 | 2003-07-03 | Hilti Ag | 強磁性体又は非鉄導電体を探知する誘導性センサ装置及び方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2649879B2 (ja) | 1997-09-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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