JPH10318941A - パルス状信号の送受信装置及び送受信方法 - Google Patents
パルス状信号の送受信装置及び送受信方法Info
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- JPH10318941A JPH10318941A JP9144671A JP14467197A JPH10318941A JP H10318941 A JPH10318941 A JP H10318941A JP 9144671 A JP9144671 A JP 9144671A JP 14467197 A JP14467197 A JP 14467197A JP H10318941 A JPH10318941 A JP H10318941A
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- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】受信波形上のどのような特徴的な点が出現した
ことをもって受信の時点と定め、しかもこのような特徴
的な点をどのようにして高精度かつ高確度で検出するか
を解決する。 【解決手段】所定周期のパルス状信号を発生し出力する
送信回路2，3と、送信アンテナ5 と、受信アンテナ6
と、受信信号の波形から受信時点を検出する受信回路8
〜14 とを備えており、上記受信回路は, 受信信号の時
間軸を伸長するサンプル・ホールド回路9 と、受信信号
を増幅する可変利得増幅回路12と、Ａ／Ｄ変換回路13
と、ディジタル信号の振幅が所定の比率の閾値に最初に
達した時点を上記受信時点として検出する検出部1とを
備える。
ことをもって受信の時点と定め、しかもこのような特徴
的な点をどのようにして高精度かつ高確度で検出するか
を解決する。 【解決手段】所定周期のパルス状信号を発生し出力する
送信回路2，3と、送信アンテナ5 と、受信アンテナ6
と、受信信号の波形から受信時点を検出する受信回路8
〜14 とを備えており、上記受信回路は, 受信信号の時
間軸を伸長するサンプル・ホールド回路9 と、受信信号
を増幅する可変利得増幅回路12と、Ａ／Ｄ変換回路13
と、ディジタル信号の振幅が所定の比率の閾値に最初に
達した時点を上記受信時点として検出する検出部1とを
備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、盛土の内部の電波
の伝播速度を測定してこの盛土の締め固め具合を検出し
たり、地中に電気信号を送信しその反射波を受信して地
中の埋設物を調査したりする目的などに利用される地中
へのパルス状電気信号の送受信装置及び送受信方法など
に関するものであり、特に、地中を伝播したあとのリン
ギング波形状の電気信号の受信時点の検出を高精度化す
ることにより計測精度の向上を図った送受信装置及び送
受信方法に関するものである。
の伝播速度を測定してこの盛土の締め固め具合を検出し
たり、地中に電気信号を送信しその反射波を受信して地
中の埋設物を調査したりする目的などに利用される地中
へのパルス状電気信号の送受信装置及び送受信方法など
に関するものであり、特に、地中を伝播したあとのリン
ギング波形状の電気信号の受信時点の検出を高精度化す
ることにより計測精度の向上を図った送受信装置及び送
受信方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、本出願人の先願に係わる「土の締
め固め度の測定方法及び装置」と題する特許出願（特開
平９ー８９８０７号公報）などに開示されているよう
に、盛土の密度、従って締め固め具合を測定する測定装
置が知られている。この測定装置は、盛土の比誘電率が
その含水率（水分含有率）と密度の増大につれて増加
し、この結果、電波の伝播速度が盛土の含水率と密度の
増大につれて低下するという原理を利用したものであ
る。
め固め度の測定方法及び装置」と題する特許出願（特開
平９ー８９８０７号公報）などに開示されているよう
に、盛土の密度、従って締め固め具合を測定する測定装
置が知られている。この測定装置は、盛土の比誘電率が
その含水率（水分含有率）と密度の増大につれて増加
し、この結果、電波の伝播速度が盛土の含水率と密度の
増大につれて低下するという原理を利用したものであ
る。
【０００３】この測定装置によれば、測定しようとする
盛土の内部にパルス状の電気信号が伝播せしめられ、こ
のパルス状の電気信号の送信時点と、地中伝播後の受信
信号の受信時点との時間差（伝播所要時間）からこの盛
土の内部の電波の伝播速度が測定され、この伝播速度
と、別途測定ないしは推定されたこの盛土の含水率とか
らこの盛土の乾燥密度や締め固め具合が測定される。
盛土の内部にパルス状の電気信号が伝播せしめられ、こ
のパルス状の電気信号の送信時点と、地中伝播後の受信
信号の受信時点との時間差（伝播所要時間）からこの盛
土の内部の電波の伝播速度が測定され、この伝播速度
と、別途測定ないしは推定されたこの盛土の含水率とか
らこの盛土の乾燥密度や締め固め具合が測定される。
【０００４】また、本出願人が先に出願した「地中探査
装置」と題する特許出願（特公平３ー４７４７４号公
報）には、地中にパルス状の電気信号を送信し、地中の
埋設物で生じた反射波を受信することにより、地中の埋
設物を探査する地中レーダ装置が開示されている。
装置」と題する特許出願（特公平３ー４７４７４号公
報）には、地中にパルス状の電気信号を送信し、地中の
埋設物で生じた反射波を受信することにより、地中の埋
設物を探査する地中レーダ装置が開示されている。
【０００５】上述した盛土の締め固め度の測定や、地中
埋設物の探査などを目的としてパルス状の電気信号を地
中に送受信する電気信号の送受信装置は、船舶などに設
置されるレーダ装置と根本的に異なる次のような特徴を
有する。第１に、地中を伝播する電波が１メートル当た
り10dBもの大きな減衰を受けるため、測定範囲をあまり
長くはできず、高々数メートル程度に限定されるという
点である。第２に、地中を伝播する電波は、周波数成分
によって伝播経路や速度が異なると見られる点である。
埋設物の探査などを目的としてパルス状の電気信号を地
中に送受信する電気信号の送受信装置は、船舶などに設
置されるレーダ装置と根本的に異なる次のような特徴を
有する。第１に、地中を伝播する電波が１メートル当た
り10dBもの大きな減衰を受けるため、測定範囲をあまり
長くはできず、高々数メートル程度に限定されるという
点である。第２に、地中を伝播する電波は、周波数成分
によって伝播経路や速度が異なると見られる点である。
【０００６】第１の特徴である測定可能範囲が狭いとい
う点から、電波の送信から受信までの時間的間隔が極め
て短くなり、例えば、地中の比誘電率が16程度であれ
ば、１メートルの伝播所要時間はほぼ13ｎsec となる。
このように、この種の測定装置では、送信から受信まで
の時間間隔が短くなるため、必要な分解能を確保するう
えで、送信対象の孤立パルスは半値幅１ｎsec 程度の極
めて鋭いものが必要になる。
う点から、電波の送信から受信までの時間的間隔が極め
て短くなり、例えば、地中の比誘電率が16程度であれ
ば、１メートルの伝播所要時間はほぼ13ｎsec となる。
このように、この種の測定装置では、送信から受信まで
の時間間隔が短くなるため、必要な分解能を確保するう
えで、送信対象の孤立パルスは半値幅１ｎsec 程度の極
めて鋭いものが必要になる。
【０００７】上述のような半値幅が１ｎsec 程度の鋭い
孤立パルスには、直流から最高２GHz 程度にまでにわた
る極めて広範囲の周波数成分が含まれる。ところで、上
記本出願人の先願に係わる特許出願（特開平９ー８９８
０７号公報）によれば、周波数成分が高くなるにつれて
伝播経路の地表からの侵入深さが減少するという表皮効
果と類似の現象が開示されている。
孤立パルスには、直流から最高２GHz 程度にまでにわた
る極めて広範囲の周波数成分が含まれる。ところで、上
記本出願人の先願に係わる特許出願（特開平９ー８９８
０７号公報）によれば、周波数成分が高くなるにつれて
伝播経路の地表からの侵入深さが減少するという表皮効
果と類似の現象が開示されている。
【０００８】すなわち、図３に例示するように、地表Ｇ
にほぼ平行に配置された送信アンテナＴＸと、受信アン
テナＲＸとの間に地表近傍の地中を通して形成される電
波の伝播経路としては、高周波成分、低周波成分及びこ
れらの中間の周波数成分のそれぞれについて、ｆｈ、ｆ
ｌ及びｆｍのように深さと経路長が異なるいわゆるマル
チパス（多重伝播路）が形成される。このように、周波
数成分ごとに異なる伝播経路長のマルチパスが形成され
るため、図２に例示するように、受信信号の波形（Ｂ）
は、送信信号の波形（Ａ）に含まれる各種の周波数成分
が異なる伝播路を経た異なる遅延時間のもとに合成され
ることにより、大きな歪みが生じたリンギング波形にな
る。
にほぼ平行に配置された送信アンテナＴＸと、受信アン
テナＲＸとの間に地表近傍の地中を通して形成される電
波の伝播経路としては、高周波成分、低周波成分及びこ
れらの中間の周波数成分のそれぞれについて、ｆｈ、ｆ
ｌ及びｆｍのように深さと経路長が異なるいわゆるマル
チパス（多重伝播路）が形成される。このように、周波
数成分ごとに異なる伝播経路長のマルチパスが形成され
るため、図２に例示するように、受信信号の波形（Ｂ）
は、送信信号の波形（Ａ）に含まれる各種の周波数成分
が異なる伝播路を経た異なる遅延時間のもとに合成され
ることにより、大きな歪みが生じたリンギング波形にな
る。
【０００９】また、土に含まれる大きな比誘電率の水分
が土の比誘電率を増加させることになる。この水の比誘
電率は直流成分については80程度の大きな値を示すが、
GHz帯では高周波になるにつれて水の誘電緩和周波数に
接近してゆくため、この比誘電率は高周波成分になるに
つれて低下してゆくと推定される。このことは、地中の
電波の伝播速度は高周波成分ほど早くなることを示唆し
ている。
が土の比誘電率を増加させることになる。この水の比誘
電率は直流成分については80程度の大きな値を示すが、
GHz帯では高周波になるにつれて水の誘電緩和周波数に
接近してゆくため、この比誘電率は高周波成分になるに
つれて低下してゆくと推定される。このことは、地中の
電波の伝播速度は高周波成分ほど早くなることを示唆し
ている。
【００１０】また、本出願人の先願に係わる「レーダア
ンテナ」と題する特許出願（特願平９ー１１６１８９
号）によれば、半値幅１ｎsec 程度の鋭いパルス状の電
気信号を送受信する地中レーダにおいては、アンテナの
周波数帯域の制限からも埋設物で反射されて受信される
反射電気信号の波形が図２の受信波形（Ｂ）と同様にリ
ンギング波形となることも開示されている。
ンテナ」と題する特許出願（特願平９ー１１６１８９
号）によれば、半値幅１ｎsec 程度の鋭いパルス状の電
気信号を送受信する地中レーダにおいては、アンテナの
周波数帯域の制限からも埋設物で反射されて受信される
反射電気信号の波形が図２の受信波形（Ｂ）と同様にリ
ンギング波形となることも開示されている。
【００１１】地中ではなく空中を伝播するレーザ光線な
どの電磁波の送受信装置では、受信された反射波の波形
は鈍化するものの依然として送信波形との相似形状のパ
ルス状を保つ。本出願人の先願に係わる「レーザレー
ダ」と題する特許出願 (特開平6ー２１４０２５号公報)
に、ほぼ一定値となるように増幅した受信パルスのピ
ーク値の出現時点を受信時点として検出する構成が開示
されている。また、本出願人の先願に係わる「レーザレ
ーダ」と題する他の特許出願 (特開平 6ー２３５７６５
号公報) には、受信パルスのピーク値を検出してこのピ
ーク値に対する一定の比率、例えば1/2 の値を閾値とし
て動的に設定し、受信パルスの振幅がこの閾値を越えた
時点を受信時点とする構成が開示されている。
どの電磁波の送受信装置では、受信された反射波の波形
は鈍化するものの依然として送信波形との相似形状のパ
ルス状を保つ。本出願人の先願に係わる「レーザレー
ダ」と題する特許出願 (特開平6ー２１４０２５号公報)
に、ほぼ一定値となるように増幅した受信パルスのピ
ーク値の出現時点を受信時点として検出する構成が開示
されている。また、本出願人の先願に係わる「レーザレ
ーダ」と題する他の特許出願 (特開平 6ー２３５７６５
号公報) には、受信パルスのピーク値を検出してこのピ
ーク値に対する一定の比率、例えば1/2 の値を閾値とし
て動的に設定し、受信パルスの振幅がこの閾値を越えた
時点を受信時点とする構成が開示されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、地中
へのパルス状の電気信号の送受信装置では、地中の透過
波や反射波の受信波形が、表皮効果と類似の現象による
マルチパスの形成や、伝播速度の周波数依存性や、アン
テナの帯域制限特性などの各種の原因に基づき、図２の
（Ｂ）に例示するような大きな歪みを受けたリンギング
波形となる。この場合、このような波形上のどのような
特徴的な点が出現したことをもって受信の時点と定め、
しかもこのような特徴的な点が出現したことをどのよう
にして精度良く検出すべきかが問題となる。
へのパルス状の電気信号の送受信装置では、地中の透過
波や反射波の受信波形が、表皮効果と類似の現象による
マルチパスの形成や、伝播速度の周波数依存性や、アン
テナの帯域制限特性などの各種の原因に基づき、図２の
（Ｂ）に例示するような大きな歪みを受けたリンギング
波形となる。この場合、このような波形上のどのような
特徴的な点が出現したことをもって受信の時点と定め、
しかもこのような特徴的な点が出現したことをどのよう
にして精度良く検出すべきかが問題となる。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記従来技術の課題を解
決する本発明に係わる地中への電気信号の送受信装置及
び送受信方法によれば、受信回路は、所定の送信周期よ
りも僅かに長いサンプリング周期で受信電波をサンプル
ホールドしてゆくことによりこの受信電波の時間軸を伸
長するサンプルホールド回路と、この時間軸が伸長され
た受信電波を増幅する可変利得増幅回路と、この増幅さ
れた受信電波の波形をディジタル波形信号に変換するＤ
／Ａ変換回路と、このディジタル波形信号中に最初に出
現する振幅の極大値を所定値に保つように前記可変利得
増幅回路の増幅利得を制御すると共に、このディジタル
信号の振幅が前記所定値に対する所定の比率の閾値に最
初に達した時点を前記受信時点として検出する制御・検
出部とを備えている。
決する本発明に係わる地中への電気信号の送受信装置及
び送受信方法によれば、受信回路は、所定の送信周期よ
りも僅かに長いサンプリング周期で受信電波をサンプル
ホールドしてゆくことによりこの受信電波の時間軸を伸
長するサンプルホールド回路と、この時間軸が伸長され
た受信電波を増幅する可変利得増幅回路と、この増幅さ
れた受信電波の波形をディジタル波形信号に変換するＤ
／Ａ変換回路と、このディジタル波形信号中に最初に出
現する振幅の極大値を所定値に保つように前記可変利得
増幅回路の増幅利得を制御すると共に、このディジタル
信号の振幅が前記所定値に対する所定の比率の閾値に最
初に達した時点を前記受信時点として検出する制御・検
出部とを備えている。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の好適な実施の形態によれ
ば、上記所定の閾値は、上記所定値の３乃至４％の値に
設定される。
ば、上記所定の閾値は、上記所定値の３乃至４％の値に
設定される。
【００１５】
【実施例】図１は、本発明の一実施例の盛土の乾燥密度
の測定装置の構成を示す機能ブロック図であり、１はデ
ィジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＰＳ）、２はタイ
ミング制御回路、３は送信回路、４はバラントランス、
５は送信アンテナである。更に、６は受信アンテナ、７
はバラントランス、８は高周波増幅回路、９はサンプル
・ホールド回路、１０は帯域通過濾波回路、１１は低域
通過濾波回路、１２は可変利得増幅回路、１３はＡ／Ｄ
変換回路、１４はＤ／Ａ変換回路、１５はγ線や中性子
線などを用いた含水率の測定部である。
の測定装置の構成を示す機能ブロック図であり、１はデ
ィジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＰＳ）、２はタイ
ミング制御回路、３は送信回路、４はバラントランス、
５は送信アンテナである。更に、６は受信アンテナ、７
はバラントランス、８は高周波増幅回路、９はサンプル
・ホールド回路、１０は帯域通過濾波回路、１１は低域
通過濾波回路、１２は可変利得増幅回路、１３はＡ／Ｄ
変換回路、１４はＤ／Ａ変換回路、１５はγ線や中性子
線などを用いた含水率の測定部である。
【００１６】タイミング制御回路２は、ディジタル・シ
グナル・プロセッサ１から起動されて動作を開始する
と、一定周期Ｔ（この実施例では20μsec ）の送信トリ
ガパルスを送信回路３に供給すると共に、この送信トリ
ガパルスの周期Ｔよりも微小量τ（τ≪Ｔ、この例で
は、0.1 ｎsec ) だけ大きな周期（Ｔ＋τ）のサンプリ
ングパルスを、最初の送信トリガパルスよりも（Ｔ＋
τ）だけ遅延させてサンプルホールド回路９に供給す
る。
グナル・プロセッサ１から起動されて動作を開始する
と、一定周期Ｔ（この実施例では20μsec ）の送信トリ
ガパルスを送信回路３に供給すると共に、この送信トリ
ガパルスの周期Ｔよりも微小量τ（τ≪Ｔ、この例で
は、0.1 ｎsec ) だけ大きな周期（Ｔ＋τ）のサンプリ
ングパルスを、最初の送信トリガパルスよりも（Ｔ＋
τ）だけ遅延させてサンプルホールド回路９に供給す
る。
【００１７】送信回路３は、タイミング制御回路２から
供給された送信トリガパルスを受けると、大電力の鋭い
孤立パルス( この実施例では、半値幅約１ｎsec 、ピー
ク値約200 volt の孤立パルス) を送信パルスとして発
生する。この送信パルスは、２線を４線に変換するバラ
ントランス４を通して、ボータイアンテナなどと称され
る平面型の送信アンテナ５に供給される。この送信パル
スは、図３を参照すれば、地面とほぼ平行に保持されて
いる送信アンテナ５（ＴＸ）から、これと地面との間の
狭い空隙を介して地中に放射される。
供給された送信トリガパルスを受けると、大電力の鋭い
孤立パルス( この実施例では、半値幅約１ｎsec 、ピー
ク値約200 volt の孤立パルス) を送信パルスとして発
生する。この送信パルスは、２線を４線に変換するバラ
ントランス４を通して、ボータイアンテナなどと称され
る平面型の送信アンテナ５に供給される。この送信パル
スは、図３を参照すれば、地面とほぼ平行に保持されて
いる送信アンテナ５（ＴＸ）から、これと地面との間の
狭い空隙を介して地中に放射される。
【００１８】地中に放射された送信パルスは、図３を参
照すれば、地表を地面とほぼ平行に伝播したのち、地面
とほぼ平行に保持されている受信アンテナ６（ＲＸ）と
地面との間の狭い空隙を介して、この受信アンテナ６
（ＲＸ）に受信される。受信アンテナ６に受信された受
信信号は、４線を２線に変換するバラントランス７を通
過し、高周波増幅回路８による増幅を受けたのち、サン
プル・ホールド回路９に供給され、タイミング制御回路
２から供給される周期（Ｔ＋τ）サンプリングパルスに
同期してホールドされる。
照すれば、地表を地面とほぼ平行に伝播したのち、地面
とほぼ平行に保持されている受信アンテナ６（ＲＸ）と
地面との間の狭い空隙を介して、この受信アンテナ６
（ＲＸ）に受信される。受信アンテナ６に受信された受
信信号は、４線を２線に変換するバラントランス７を通
過し、高周波増幅回路８による増幅を受けたのち、サン
プル・ホールド回路９に供給され、タイミング制御回路
２から供給される周期（Ｔ＋τ）サンプリングパルスに
同期してホールドされる。
【００１９】受信波形信号は、上記サンプリング・ホー
ルドされることにより、その時間軸が（Ｔ／τ）倍（こ
の実施例では、20μsec ／ 0.1ｎsec ＝２×105 ＝20万
倍）に伸長された受信信号波形となる。なお、送信パル
スが上述した一定の送信周期( この実施例では20μsec)
で所定個数 (この実施例では2000個) 連続して送出され
ることにより、時間軸伸長された1 個の受信信号波形が
得られる。従って、このような時間軸伸長された受信波
形を１個得るのための所要間は40ｍsec であり、受信信
号の検出範囲は、送信パルスの送出から 200ｎsec(＝0.
1 ｎsec/個×2000個）の範囲である。
ルドされることにより、その時間軸が（Ｔ／τ）倍（こ
の実施例では、20μsec ／ 0.1ｎsec ＝２×105 ＝20万
倍）に伸長された受信信号波形となる。なお、送信パル
スが上述した一定の送信周期( この実施例では20μsec)
で所定個数 (この実施例では2000個) 連続して送出され
ることにより、時間軸伸長された1 個の受信信号波形が
得られる。従って、このような時間軸伸長された受信波
形を１個得るのための所要間は40ｍsec であり、受信信
号の検出範囲は、送信パルスの送出から 200ｎsec(＝0.
1 ｎsec/個×2000個）の範囲である。
【００２０】20万倍の時間軸伸長を受けることにより、
数ｋHzの周波数帯域の低周波信号に変換された受信信号
波形は、低域通過濾波回路１０を通過し、低周波増幅回
路１１で固定された増幅利得の低周波増幅を受けたの
ち、可変利得増幅（ＡＧＣ）回路１２に供給され、ここ
で、ディジタル・シグナル・プロセッサ１によって制御
される可変利得の増幅を受ける。この可変利得の増幅を
受けた時間軸伸長されたディジタル受信信号波形は、Ａ
／Ｄ変換回路１３に供給され、ここで、５μsecの周期
でサンプリングされながらディジタル信号に変換され、
ディジタル・シグナル・プロセッサ１３に供給される。
数ｋHzの周波数帯域の低周波信号に変換された受信信号
波形は、低域通過濾波回路１０を通過し、低周波増幅回
路１１で固定された増幅利得の低周波増幅を受けたの
ち、可変利得増幅（ＡＧＣ）回路１２に供給され、ここ
で、ディジタル・シグナル・プロセッサ１によって制御
される可変利得の増幅を受ける。この可変利得の増幅を
受けた時間軸伸長されたディジタル受信信号波形は、Ａ
／Ｄ変換回路１３に供給され、ここで、５μsecの周期
でサンプリングされながらディジタル信号に変換され、
ディジタル・シグナル・プロセッサ１３に供給される。
【００２１】ディジタル・シグナル・プロセッサ１は、
Ｄ／Ａ変換回路１３から供給される時間軸伸長されてデ
ィジタル化された受信信号波形を受取る。この受信信号
波形は、図２の（Ｃ）に例示するようなものであり、デ
ィジタル・シグナル・プロセッサ１は、このような受信
信号波形中に出現する最初の極大値Ｖpfを検出する。具
体的な一例として、ディジタル・シグナル・プロセッサ
１は、受信波形信号の振幅が正の閾値Ｖthを越えてから
再びこの閾値Ｖth未満となるまでの区間内の最大値を、
この波形中に出現する最初の極大値Ｖpfとして検出す
る。
Ｄ／Ａ変換回路１３から供給される時間軸伸長されてデ
ィジタル化された受信信号波形を受取る。この受信信号
波形は、図２の（Ｃ）に例示するようなものであり、デ
ィジタル・シグナル・プロセッサ１は、このような受信
信号波形中に出現する最初の極大値Ｖpfを検出する。具
体的な一例として、ディジタル・シグナル・プロセッサ
１は、受信波形信号の振幅が正の閾値Ｖthを越えてから
再びこの閾値Ｖth未満となるまでの区間内の最大値を、
この波形中に出現する最初の極大値Ｖpfとして検出す
る。
【００２２】ディジタル・シグナル・プロセッサ１は、
上記最初に出現した極大値Ｖpfと、入力回路（ＩＮ）１
ａを介して予め設定中の所定のピーク値Ｖpp（この実施
例では、１volt）とを比較する。ディジタル・シグナル
・プロセッサ１は、可変利得増幅回路１２に新たに設定
する増幅利得を比較結果がＶpf＜Ｖppの場合には増加さ
せ、比較結果がＶpf＞Ｖppの場合には減少させるための
利得制御信号を出力する。この利得制御信号は、Ｄ／Ａ
変換回路１４でアナログ信号に変換され、可変利得制御
回路１２に設定される。
上記最初に出現した極大値Ｖpfと、入力回路（ＩＮ）１
ａを介して予め設定中の所定のピーク値Ｖpp（この実施
例では、１volt）とを比較する。ディジタル・シグナル
・プロセッサ１は、可変利得増幅回路１２に新たに設定
する増幅利得を比較結果がＶpf＜Ｖppの場合には増加さ
せ、比較結果がＶpf＞Ｖppの場合には減少させるための
利得制御信号を出力する。この利得制御信号は、Ｄ／Ａ
変換回路１４でアナログ信号に変換され、可変利得制御
回路１２に設定される。
【００２３】ディジタル・シグナル・プロセッサ１は、
上記可変利得の制御によってＶpfとＶppとがほぼ等しく
なると、具体的には、両者の差の絶対値が所定の微小量
よりも小さくなると、利得制御信号の変更を停止する。
ディジタル・シグナル・プロセッサ１は、この状態にお
いて、時間軸伸長されディジタル化された受信信号波形
の立ち上がり部分の振幅が、ピーク値Ｖppの３〜４％値
として設定されている閾値Ｖth( 30ｍvolt〜40ｍvolt )
にほぼ等しくなった時点を受信パルスの出現時点ｔr と
して検出する。
上記可変利得の制御によってＶpfとＶppとがほぼ等しく
なると、具体的には、両者の差の絶対値が所定の微小量
よりも小さくなると、利得制御信号の変更を停止する。
ディジタル・シグナル・プロセッサ１は、この状態にお
いて、時間軸伸長されディジタル化された受信信号波形
の立ち上がり部分の振幅が、ピーク値Ｖppの３〜４％値
として設定されている閾値Ｖth( 30ｍvolt〜40ｍvolt )
にほぼ等しくなった時点を受信パルスの出現時点ｔr と
して検出する。
【００２４】ディジタル・シグナル・プロセッサ１は、
送信パルスの送信時点と受信パルスの出現時点ｔr との
時間差で、図３に示すように、予め定められている送信
アンテナ５（ＴＸ）の中心と受信アンテナ６（ＲＸ）の
中心との間の距離ｄを除算することにより、送信パルス
の地中における伝播時間を算定する。ディジタル・シグ
ナル・プロセッサ１は、この算定した伝播速度と、含水
率測定部１５で測定された地表の含水率とから、地表の
乾燥密度と、締め固め度とを算定し、表示装置などで構
成される出力回路（ＯＵＴ）１b に出力する。
送信パルスの送信時点と受信パルスの出現時点ｔr との
時間差で、図３に示すように、予め定められている送信
アンテナ５（ＴＸ）の中心と受信アンテナ６（ＲＸ）の
中心との間の距離ｄを除算することにより、送信パルス
の地中における伝播時間を算定する。ディジタル・シグ
ナル・プロセッサ１は、この算定した伝播速度と、含水
率測定部１５で測定された地表の含水率とから、地表の
乾燥密度と、締め固め度とを算定し、表示装置などで構
成される出力回路（ＯＵＴ）１b に出力する。
【００２５】以上、本発明に係わる地中への電気信号の
送受信装置及び方法を土の乾燥密度と締め固め度の測定
装置及び方法を例にとって説明した。しかしながら、地
中にパルス状の電気信号を送信し、地中の埋設物によっ
て生じた反射波を受信し、受信時点と送信時点との差か
ら地中の埋設物の深さを形成する地中レーダに対しても
本発明の送受信装置を適用できる。
送受信装置及び方法を土の乾燥密度と締め固め度の測定
装置及び方法を例にとって説明した。しかしながら、地
中にパルス状の電気信号を送信し、地中の埋設物によっ
て生じた反射波を受信し、受信時点と送信時点との差か
ら地中の埋設物の深さを形成する地中レーダに対しても
本発明の送受信装置を適用できる。
【００２６】また、上記本出願人の先願に係わる「レー
ダアンテナ」と題する特許出願（特願平９ー１１６１８
９号）に関連して既に説明したように、半値幅１ｎsec
程度の鋭いパルス状の電気信号を送受信する場合、アン
テナの周波数帯域の制限から受信信号がリンギング波形
となる場合がある。このような点を考慮すれば、本発明
に係わるパルス状信号の送受信装置の適用対象は、地中
レーダなど地中を伝播路とするパルス状電気信号の送受
信装置に限定されるものではなく、空中を伝播路とする
パルス状電気信号の送受信装置や、空中の伝播路にパル
ス状のレーザビームを送受信する接岸速度計などに適用
することにより、精度の向上を図ることができる。
ダアンテナ」と題する特許出願（特願平９ー１１６１８
９号）に関連して既に説明したように、半値幅１ｎsec
程度の鋭いパルス状の電気信号を送受信する場合、アン
テナの周波数帯域の制限から受信信号がリンギング波形
となる場合がある。このような点を考慮すれば、本発明
に係わるパルス状信号の送受信装置の適用対象は、地中
レーダなど地中を伝播路とするパルス状電気信号の送受
信装置に限定されるものではなく、空中を伝播路とする
パルス状電気信号の送受信装置や、空中の伝播路にパル
ス状のレーザビームを送受信する接岸速度計などに適用
することにより、精度の向上を図ることができる。
【００２７】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
わるパルス状信号の送受信装置及び方法は、受信波形信
号のピーク値を基準とする代わりに、最初に出現する振
幅の極大値を基準としてこれを一定値に保つように増幅
利得を制御しながら受信時点を検出する構成であるか
ら、受信波形中に真先に出現する高周波の成分に基づき
高い測定精度を実現できる。
わるパルス状信号の送受信装置及び方法は、受信波形信
号のピーク値を基準とする代わりに、最初に出現する振
幅の極大値を基準としてこれを一定値に保つように増幅
利得を制御しながら受信時点を検出する構成であるか
ら、受信波形中に真先に出現する高周波の成分に基づき
高い測定精度を実現できる。
【００２８】すなわち、地中を伝播路とする場合には、
低周波成分ほど地表から離れた深く長い伝播経路を経
て、あるいは小さな伝播速度で遅れて受信アンテナに到
達するため、時間の経過に伴ってこのような低周波成分
の合成によって形成される受信信号の波形は複雑化し、
信号波形の最初の立ち上がりから遅れて出現するピーク
値はその出現時点や振幅に関して大きな変動が生ずる。
従って、このような大きな変動を伴うピーク値を基準値
とする代わりに、早期に出現する最初の極大値を基準値
とすることにより、受信時点の検出精度を高めることが
できる。
低周波成分ほど地表から離れた深く長い伝播経路を経
て、あるいは小さな伝播速度で遅れて受信アンテナに到
達するため、時間の経過に伴ってこのような低周波成分
の合成によって形成される受信信号の波形は複雑化し、
信号波形の最初の立ち上がりから遅れて出現するピーク
値はその出現時点や振幅に関して大きな変動が生ずる。
従って、このような大きな変動を伴うピーク値を基準値
とする代わりに、早期に出現する最初の極大値を基準値
とすることにより、受信時点の検出精度を高めることが
できる。
【００２９】また、可変利得増幅回路の制御をディジタ
ル・シグナル・プロセッサなどで実現される制御・検出
部で行う構成であるから、受信波形信号中に出現するピ
ーク値ではなくて最初の極大値をほぼ所定値に保つよう
に増幅利得を制御するという込み入った機能を簡易な構
成のもとに容易に実現できる。
ル・シグナル・プロセッサなどで実現される制御・検出
部で行う構成であるから、受信波形信号中に出現するピ
ーク値ではなくて最初の極大値をほぼ所定値に保つよう
に増幅利得を制御するという込み入った機能を簡易な構
成のもとに容易に実現できる。
【図１】本発明の一実施例の盛土の乾燥密度の測定装置
の構成を示す機能ブロック図である。
の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】送信アンテナから地中に送出される送信パルス
波形と、地中を伝播したのち受信アンテナに受信される
受信波形を例示する波形図である。
波形と、地中を伝播したのち受信アンテナに受信される
受信波形を例示する波形図である。
【図３】送信パルス信号に含まれる各周波数成分に応じ
て地中への侵入深さと、伝播経路長が異なることを説明
するための概念図である。
て地中への侵入深さと、伝播経路長が異なることを説明
するための概念図である。
1 ディジタル・シグナル・プロセッサ 2 タイミング制御回路 3 送信回路 5 送信アンテナ 6 受信アンテナ 9 サンプル・ホールド回路 12 可変利得増幅回路 15 含水率測定部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｓ 13/88 Ｇ０１Ｓ 13/88 Ｇ Ｇ０１Ｖ 3/12 Ｇ０１Ｖ 3/12 Ｂ
Claims (6)
- 【請求項１】所定の送信周期のパルス状電気信号を発生
し出力する送信回路と、この送信回路から出力されたパ
ルス状電気信号を地中に送信する送信アンテナと、地中
を伝播した電気信号を受信する受信アンテナと、この受
信アンテナに受信された受信電気信号の波形から受信時
点を検出する受信回路とを備えた地中へのパルス状電気
信号の送受信装置において、 前記受信回路は、 前記所定の送信周期よりも僅かに長いサンプリング周期
で前記受信信号をサンプルホールドしてゆくことにより
この受信信号の時間軸を伸長するサンプルホールド回路
と、 この時間軸が伸長された受信信号を増幅する可変利得増
幅回路と、 この増幅された受信信号の波形をディジタル波形信号に
変換するＤ／Ａ変換回路と、 このディジタル波形信号中に最初に出現する振幅の極大
値をほぼ所定値に保つように前記可変利得増幅回路の増
幅利得を制御すると共に、このディジタル信号の振幅が
前記所定値に対する所定の比率の閾値に最初に達した時
点を前記受信時点として検出する制御・検出部とを備え
たことを特徴とする地中へのパルス状電気信号の送受信
装置。 - 【請求項２】 請求項１において、 前記所定の閾値は、前記所定値の３乃至４％の値に設定
されたことを特徴とする地中へのパルス状電気信号の送
受信装置。 - 【請求項３】所定の送信周期のパルス状電気信号を発生
し出力する送信回路と、この送信回路から出力されたパ
ルス状電気信号を地中に送信する送信アンテナと、地中
を伝播した電気信号を受信する受信アンテナと、この受
信アンテナに受信された受信電気信号の波形から受信時
点を検出する受信回路と、前記電気信号の送信から受信
時点までの経過時間から地中の電気信号の伝播速度を算
定する算定手段を備えた地中のパルス状電気信号の伝播
速度の測定装置において、 前記受信回路は、 前記所定の送信周期よりも僅かに長いサンプリング周期
で前記受信電気信号をサンプルホールドしてゆくことに
よりこの受信電気信号の時間軸を伸長するサンプルホー
ルド回路と、 この時間軸が伸長された受信電気信号を増幅する可変利
得増幅回路と、 この増幅された受信電気信号の波形をディジタル波形信
号に変換するＤ／Ａ変換回路と、 このディジタル波形信号中に最初に出現する振幅の極大
値をほぼ所定値に保つように前記可変利得増幅回路の増
幅利得を制御すると共に、このディジタル波形信号の振
幅が前記所定値に対する所定の比率の閾値に最初に達し
た時点を前記受信時点として検出する制御・検出部とを
備えたことを特徴とする地中の電気信号の伝播速度の測
定装置。 - 【請求項４】所定の送信周期のパルス状電気信号を地中
に送信し、地中を伝播した電気信号を受信し、この受信
された受信電気信号の波形から受信時点を検出する地中
へのパルス状電気信号の送受信方法において、 前記地中を伝播した電気信号を受信する際に、 前記所定の送信周期よりも僅かに長いサンプリング周期
で前記受信電気信号をサンプルホールドしてゆくことに
よりこの受信電気信号の時間軸を伸長し、 この時間軸が伸長された受信電気信号を可変利得増幅回
路で増幅し、 この増幅された受信電気信号の波形をディジタル波形信
号に変換し、 このディジタル波形信号中に最初に出現する振幅の極大
値をほぼ所定値に保つように前記可変利得増幅回路の増
幅利得を制御すると共に、このディジタル波形信号の振
幅が前記所定値に対する所定の比率の閾値に最初に達し
た時点を前記受信時点として検出することを特徴とする
地中へのパルス状電気信号の送受信方法。 - 【請求項５】所定の送信周期のパルス状信号を発生し出
力する送信回路と、この送信回路から出力されたパルス
状信号を外部に送信する送信アンテナと、外部を伝播し
た信号を受信する受信アンテナと、この受信アンテナに
受信された受信信号の波形から受信時点を検出する受信
回路とを備えたパルス状信号の送受信装置において、 前記受信回路は、 前記所定の送信周期よりも僅かに長いサンプリング周期
で前記受信信号をサンプルホールドしてゆくことにより
この受信信号の時間軸を伸長するサンプルホールド回路
と、 この時間軸が伸長された受信信号を増幅する可変利得増
幅回路と、 この増幅された受信電波の波形をディジタル波形信号に
変換するＤ／Ａ変換回路と、 このディジタル波形信号中に最初に出現する振幅の極大
値をほぼ所定値に保つように前記可変利得増幅回路の増
幅利得を制御すると共に、このディジタル信号の振幅が
前記所定値に対する所定の比率の閾値に最初に達した時
点を前記受信時点として検出する制御・検出部とを備え
たことを特徴とするパルス状信号の送受信装置。 - 【請求項６】所定の送信周期のパルス状信号を外部に送
信し、外部を伝播した電波を受信し、この受信された受
信信号の波形から受信時点を検出するパルス状信号の送
受信方法において、 前記外部を伝播した信号を受信する際に、 前記所定の送信周期よりも僅かに長いサンプリング周期
で前記受信信号をサンプルホールドしてゆくことにより
この前記受信信号の時間軸を伸長し、 この時間軸が伸長された受信信号を可変利得増幅回路で
増幅し、 この増幅された受信信号の波形をディジタル波形信号に
変換し、 このディジタル波形信号中に最初に出現する振幅の極大
値をほぼ所定値に保つように前記可変利得増幅回路の増
幅利得を制御すると共に、このディジタル波形信号の振
幅が前記所定値に対する所定の比率の閾値に最初に達し
た時点を前記受信時点として検出することを特徴とする
パルス状信号の送受信方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14467197A JP3558491B2 (ja) | 1997-05-19 | 1997-05-19 | 地中へのパルス状信号の送受信装置及び送受信方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14467197A JP3558491B2 (ja) | 1997-05-19 | 1997-05-19 | 地中へのパルス状信号の送受信装置及び送受信方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10318941A true JPH10318941A (ja) | 1998-12-04 |
| JP3558491B2 JP3558491B2 (ja) | 2004-08-25 |
Family
ID=15367539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14467197A Expired - Lifetime JP3558491B2 (ja) | 1997-05-19 | 1997-05-19 | 地中へのパルス状信号の送受信装置及び送受信方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3558491B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006220595A (ja) * | 2005-02-14 | 2006-08-24 | Univ Of Electro-Communications | 生物検出装置 |
-
1997
- 1997-05-19 JP JP14467197A patent/JP3558491B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006220595A (ja) * | 2005-02-14 | 2006-08-24 | Univ Of Electro-Communications | 生物検出装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3558491B2 (ja) | 2004-08-25 |
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| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040322 |
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