JPS59102177A - 地中埋設物検知方法及び装置 - 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】 末完Ｆ３Ａは地中埋設物の検知方法及びその実施に使用
する装置に関し、更に詳述すれば複数の埋設物が存在す
る場合にもこれらを分離識別できるＦＭレーグ法及び装
置を提案するものである。

ガス管等の各種管体或は不発爆弾等地中埋設物を管設置
工事等のために検知する必要があることが多々ある。

従来の検知方法としては特開昭５６−１４０２７６号、
特ＩＪ１４昭５７−５６７６９号に示された如く、地中
埋設物に電流を通じそれによって発生する磁界を地上で
コイルによって検出し、その埋設位置の標定を行う方法
が知られているが、この方法は検知対象の存在自体が明
らかであること、電流を通流できるものであること等の
条件があって適用対象に限界があり、また複数の埋設物
が存在する場合にはそれらの分離識別が不可能である。

また地表面上から電磁誘導の原理を利用して地中埋設物
を検知する方法も公知であるが、検知対象が導電性物で
ある必要がある゛こと、複数の埋設物の分離識別が不可
能であるという欠点がある。

これに対して特公昭５７−１７２７３号等に示されだ如
＜ＦＭレーダの原理を用いる場合は検知対象物の制約は
無いが、複数の同種（電波伝播定数が同じ）埋設物が存
在するときにこれらを分離識別するためには特別の工夫
を必要とする。

本発明はこのようなＦ　Ｍレーダ法において、複数の埋
設物の存否検知及び位置標定を分離して高分解能で行う
ことができる地中埋設物の検知方法及びその実施に使用
する装置を提供することを目的とする。

本発明に係る地中埋設物の検知方法は、周波数変調され
た電波を地中へ向けて投射し、投射波と地中からの反射
波との混合によってうなり波信号をｔｌす、該うなり波
信号のレベルを表す時系列データを有限個数サンプリン
グし、サンプリングデータを最大エントロピー法によっ
て周波数解析し、この解析結果に基き地中埋設物を検知
することを特徴とする。

本発明はこのようにうなり波信号（ビート信号）を用い
るのであるが、これは基本的にはうなり波信号の周波数
は埋設物とアンテナとの間の距離、即ち埋設物の深さに
対応するという原理を利用している。埋設物が複数であ
る場合は夫々の深さに応じた周波数を有する信号が重畳
したうなり波信号が得られることになる。本発明方法は
このような重畳による複雑なう々り波信号についての周
波数解析を分解能が高い最大エントロピー法によって行
い、周波数スペクトルの分布状態により埋設物筒々の存
否、位置（深さ）を検知せんとするものである。

以下本発明をその実施例を示す図面に基き具体的に説明
する。第１図は本発明の装置の模式図であって、１は周
波数変調（以下ＦＭ変調という）を施した信号を発する
発振器であＩｌｌ、ＦＭ変調制御装置２からＦＭ変調用
信号を受けている。発振器ｌ出力は方向性結合器３ａを
介して送信用アンテナ（空中線）４ａに至り、ここから
地表９に向けて投射される。アンテナ４ａから投射され
た電波Ｈ１ｔｌｌ中の埋設物１０ａ、　１０ｂにて反射
され、アンテナ４ａと並設した受イｙ用アンテナ４ｂに
イ４足えられる。アンテナ４ｂにて捉えられた反射波は
方向性結合器３ｂへ与えられ、ここで前記方向性結合器
３ａからこの方向性結合器３ｂへ与えられた一部の投射
信号と混合され、混合信号は検波器５に与えられて検波
され、うなり波信号となる。該うなり波借りはサンプリ
ング回路６に入力され、ここで所要のサンプリングが行
われる。第２図（イ）はうなり波信号を示し、サンプリ
ング回路６はΔｔをサンプリング周期としてそのレベル
を表すデータＹ、、Ｙ２・・・ＹＮ−１、ＹＮを得、こ
れをアナログ／ディジクル変換して演算器７に読込ませ
る。第２図（ロ）はＦＭ変調制御装置２が出力する鋸歯
状波のＦＭ変調用信号であって、サンプリング回路６は
この信号に基いてサンプリングタイミングを決定し、そ
の１周期に得られたデータを１組の処理対象データとし
て演算器７に読込′止せる。そして演算器７による周波
数解析の結果を記録器８に記録させる。

次に演算器７での周波数解析について説明する。

うなり波信号の振幅Ｅ（ｔ）は下記（１）式で表わされ
る。

・・・（１） 似し　Ｅ：比例定数 Ｆ（ｘ）　：深さ距離ｘからの反射波の振幅τ（Ｘ）：
深さ距離ｘからの反射波に対する遅れ時間 ｆ（ｔ）：投射波の瞬時周波数 なおＲｅ［］は［〕内複素数の実数部を示す。

ω−２πｆ（［） ｄ　ｘ−’　Ｃ（ｘ）ｄ　ｒ Ｅ　（ｔ）＝　Ｙ＋　（ω）（但しＹｉ（ω）はうなり
波の振幅の連敗的時系列データ。つま’）　Ｙ＋　、　
Ｙ２・・・ＹＨ−１，ＹＮ　） ｙ（τ）−！−Ｃ（ｘ）ｒ（ｘ） とおくことにより Ｙｌ（ω）−Ｅ−Ｒｅｌ：２／ｙ（ｒ）ｅｘｐ（−ｊω
ｒ）ｄｒ］　　　−（２）となる。従ってうなり波Ｙ、
（ω）＝　Ｅ（ｔ）を周波数解析することによりｙ（τ
）、すなわち深さ距ｉｔ　ｘにおける反射波の振幅Ｐ（
ｘ）の分布を知るこさができる。演算ば（７はこの目的
に従って周波数解析を行う。なオＹｉ（ω）をすべての
周波数について測定する場合ばＰ（ｘ）を正イ１ｍに求
めることが可能であるが実１祭にはＦ　Ｍ変１ｉ１ｔ’
ｉｌの帯域幅に制限される。

而して本発明方法においては周波数解析に最大エントロ
ピー法を用いる。これは次のよりな坩１由による。

周波数解析方法としてはＢｌａｃｋｍａｎｎ−Ｔｕｋｅ
ｙ法、高速フーリエ変換法が公知であるがこれらの両方
法は解析に使用する有限個数のデータは本来連続してい
るデータの一部であると考え、その後につづくデータを
Ｏと仮定して解析する方法であり、上述の如きうなり波
信り・からサンプリングされた有限個数のデータについ
て適用する場合は分解能が悪い。

これに対して最大エントロピー法（以下ＭＥＭ法という
）は上記有限個数のデータは、それだけであると考え、
未知部分の相関関数をスペクトルと自己相関の関係（Ｗ
ｉｅｎｅｒ−Ｋｈｉｎｔｃｈｉｎｅの関係）の制約の下
で時系列データのエントロピーを増加させないように推
定するものであり、少いデータによってもスペクトルの
推定が可能であり、またスペクトルの分解能が様めて高
いという利点を有しているのである。

以下演算器７における最大エン）ｏビー法の処理を第３
図のフローヂャートに従って説明する。

脣ずＹ、（ω）＝ｙ、、ｙ２・・・ＹＮ（ｉ＝１．２・
Ｎ）のデータに基き ２ Ｐｏ−ΣＹ１ １＝＋ ｂｏｉ　＝　１）ｏｉ　＝　Ｙｌ ｂ目＝　Ｙｉ ｂｌ　ｉ　＝　Ｙ１＋１ と初期設定し、捷たｍ＝１と初期設定する。

次にγ１１を下式のように算出する。

γ＋＋＝”Σｂ１□・ｂ＋ｔ／、Σ（ｂ＋ｔ　＋ｌ）＋
ｉ　）ｉ　＝　Ｉ　　　　　　　　　　　　（＝　１次
いでＰ。、γ１．を用いてＰ、を計算するｐ、　＝　Ｐ
ｏ（１−γ１：） 次にＦＰＥ　（Ｆｉｎａｌ　　Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　
　Ｅｒｒｏｒ　）を算出する。こｈけ、標本Ｙ、、Ｙ２
・・・ＹＮから推定される係数γに′を用いて、時系列
が火別の標本の予測を行う場合の予測誤差のＪＬ７１待
値である。

Ｎ＋２　２ （ＦＰＥ）１−　　　””ｒ −２ Ｓｌ　−Σ　（Ｙ、　＋γ、、　　ＹＩ−＋　　）ノ１
＝ｚ そして下式に従いスペクトルＰ　（ｆ）を算出する。

次いでｍをインクリメントしてｍ＋１（−２）としてγ
ｍｍ　（１１ｒ！Ｉ＃ＡＲγ２．）を前回のｂｍ−１，
ｌ　＋　　１）ｒｎ−１，＋　＋γｍ−１、ｍ−１を用
いて下式により算出する。

１）ｍｉ　＝　Ｉ）ｍ−１，ｉ　＋７ｍ−１，ｂ次いで
上記γｍｍと前回求めである７ｍ−１，ｋから７ｍｋ（
今回けγ７，１）を算出する。

Ｔｍ　ｋ−γ＋ｙｌ、に＋γｍｍ°γｍ−１．ｍ−に但
しに＝１．２・・・ｍ−１ なおｍ＝２である場合のＴｍ−１，には７＋１である。

次に先に求めであるＰ、Ｉと今回求めたγｍｍとによっ
て九を計算する。

ｐｍ−Ｐｍ−１（１−弊） Ｓｍ−Σ　（ｙｔ＋γ、、　ＹＩ−＋＋γｍ２Ｙｌ−２
＋・・・＋γｍｍＹ１−、ＴＩ）２１”ｍ＋１ として今回のＦＰＥを計算する・ Ｖ、Ｋ　４　回のスペクトルＰ（ｆ）を下式により計算
する０ このようにしてＰＩ、（ＦＰＥ）Ｉ、　　Ｐ２．　（Ｆ
ＰＥ）２．　Ｐ３．（ＦＰＥ）３・・・とｍをインクリ
メントして計算を反復して順次係数γの数を増していき
、ＦＰＥ、つまり次の予測を行う場合の予測誤差の期待
値が最小になったところでその時の氏、γｍｋ　（ｋ＝
１．２・・・ｍ）を用いてスペクトルＰ（ｆ）を最大エ
ントロピー法にて算出したスペクトルとして出力し、こ
れを記録器８に記録せしめる。このスペクトルは深さ距
Ｎｔ　ｘにおける反射波の振幅Ｆ（ｘ）の分布に相当し
ており、例えば第４図のように表わせる。

第４図においては３つのピーク値を認め得るが、Ｘ値が
最も小さいＡの部分は地表面での反射、Ｂ。

Ｃの部分はＡに近いＢの方が地表に近い坤役物１０ａで
の反射、Ｃの方が地表に遠い埋設物１０ｂでの反射に基
因スるものである。従ってＡ、Ｂ、Ｃのピーク間距離よ
り地表〜埋設物１０ａ、　１０ｂ間の各距離を個々に求
めることができる。

以上のように本発明による場合は導電性物販外のものに
ついてもその存否、位置を検知でき、しかも複数のｆＪ
！、役物が存在する場合であってもそれらを夫々に分離
検知できることとなり、しかも分解能が高い。従って種
々の骨休が錯綜埋設されている部分においてもそれらの
存在、位置を明確に区別することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置を示す模式図、第２図（イ）。 （ロ）はサンプリングの説明のだめの波形図、第３図は
演算器の処理内容を示すフローチャート、第４図は深さ
距離と振幅との開係を示す分布図である。 １・・・発振器　２・・・ＦＭ変調制御装置　３ａ、　
３ｂ・・・方向性結合器　４ａ、４ｂ・・・アンテナ　
５・・・検波器　６・・・サンプリング回路　７・・・
演算器　８・・・記録器 特　許　出　願　人　　　住友金属工業株式会社代理人
　弁理士　　河　野　登　夫

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、周波数変調された電波を地中へ向けて投射し、投射
   波と地中からの反射波との混合によってうなり波信号を
   得、該うなり波信号のレベルを表す時系列データを有限
   個数サンプリングし、サンプリングデータを最大エント
   ロピー法によって周波数解析し、この解析結果に基き地
   中埋設物を検知することを特徴とする地中埋設物検知方
   法。 ２、周波数変調した電波を発する発振器と、該電波を地
   中に向けて投射する送信用アンテナと、地中からの反射
   波を受信する受信用アンテナと、受信反射波と一部の投
   射波とからうなり波信号を得る装置と、該うなり波信号
   のレベルを表す時系列データを有限個数サンプリングす
   る装置と、サンプリングデータを最大エントロピー法を
   用いて周波数解析する演算器と、解析結果の表示手段と
   を具備することを特徴とする地中埋設物検知装置。