JPS59142491A - 地中探査レ−ダの信号処理方法 - Google Patents

地中探査レ−ダの信号処理方法

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JPS59142491A
JPS59142491A JP58016706A JP1670683A JPS59142491A JP S59142491 A JPS59142491 A JP S59142491A JP 58016706 A JP58016706 A JP 58016706A JP 1670683 A JP1670683 A JP 1670683A JP S59142491 A JPS59142491 A JP S59142491A
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JP
Japan
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signal
time
transmitting
antenna
cross
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JP58016706A
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Akio Kono
河野 明夫
Tsutomu Hiraoka
平岡 励
Masaru Tsunasaki
勝 綱崎
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Osaka Gas Co Ltd
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Osaka Gas Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/12Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with electromagnetic waves
    • 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

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  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

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】 この発明は地中探査レーダの信号処理方法に関するもの
である。
一般的な地中探査レーダは、第1図および第2図に示す
ように、地表1近くに設置された送信用ダイポールアン
テナ2に数口secのパルス状の電気的勢力を加えるこ
とにより送信用ダイポールアンテナ2に電流を流し、こ
れによシ生じる電波が地中3を経由し、地中3の物標4
で反射され、再び地中3を経由して地表1近くの前記送
信用ダイポールアンテナ2の近傍に設置された受信用ダ
イホールアンテナ5に達してこの受信用ダイポールアン
テナ5に発生する電気的勢力によシ、地中3の物標4を
探査するものである。
上記のような地中探査レーダでは、地中から反射してく
る電波の大きさと時間的変化が地中3の物標4の大きさ
とその位置を示すことになる。すなわち、反射電波の大
きさと時間変化にょシ地中の物標像が得られるから、送
信ダイポールアンテナ2および受信ダイポールアンテナ
5を地表に沿って移動させると地中3の断面の物標像が
得られる。
このようにして地中3の断面像を得るにあたってつぎの
ような問題が生じる。すなわち、送信用ダイポールアン
テナ2から放射される電波は、第3図矢印Aで示すよう
に拡がシをもっている。したがって、第4図に示すよう
に、地表の点00[おける距lidに相当する反射は、
送信用ダイポールアンテナ2の直下の深さdの位置に物
標4が存在する場合に現われるだけでなく送信用ダイポ
ールアンテナ2が位置する地表1の点00を中心として
半径距@dの円弧上にある場合にも現われることになる
今、送信用ダイポールアンテナ2および受信用ダイポー
ルアンテナ5を地表1に沿って水平方向に移動させ、ア
ンテナ位置を横軸とするとともに距離を縦軸とする断面
像で示すと、第5図に示すようになる。すなわち、物標
4の真上ではdの深さに相当する反射像P□が得られ、
物標4の真上から水平方向に距p@tだけ離れた位置で
はh=zの距離に相当する反射像P2が得られ、これを
連続的に表示すると断面像として双曲線が得られること
になる。
しかしながら、このような双曲線の反射像では、物標4
の位置を特定することが困難であるので、双曲線上の各
点P□、P2の反射像に対して、像の存在する点P□、
P2とその真上の地表1の点0□。0□との距離d、h
を半径とし、地表1のその点0□、02を中心とする円
弧上の各点に総和法による分配加算を行う、いわゆるC
T熱処理行うことによシ、第6図に示すように双曲線上
の各点P工eP20反射像を1点PIK集中させること
ができる。ところが、このCT熱処理行うにあたり、つ
ぎのことが問題となる。すなわち、周期数n5ecの正
弦波モノパルスを送信用ダイポールアンテナ2に加えた
ときに送信用ダイポールアンテナ2から放射される電波
は送信用ダイポールアンテナ2の特性により脈動現象を
生じることになる。まだ、このような脈動現象を有する
電波を受信用ダイポールアンテナ5で受信するとさらに
時間の良い脈動が生じ、したがって断面像は第7図に示
すように双曲線L工” L2’L3の重なったものとな
り、この像を集中化させる分配加算を行っても、脈動波
形のため、肚点の他にPP2. PP3点にも像が生ず
るとともに双曲線L工。
L2+I−,3どうしの干渉が生じ、P□点に鮮明な像
を得ることができず、物標4の位置を正確に検知するこ
とができなかった。
したがって、この発明は、地中の物標の位置を正確に検
知することができる地中探査レーダの信号処理方法を提
供することである。
この発明の地中探査レーダの信号処理方法は、地表近く
に設置したダイポール状の送信アンテナにパルス状の送
信電気的勢力を加えることにより地中に向けて電波を放
射しこの電波の地中の物標による反射電波を前記送信ア
ンテナに近接して設置したダイポール状の受信アンテナ
で受けたときに前記受信アンテナから得られる受信電気
的勢力と基準信号との相互相関を求めることによシ送信
電気的勢力の前記送信アンテナへの入力時を基準時とし
て地表上の送受信位置から前記物標までの距離に対応す
る時刻に一方のレベルのピークを有し、その前後が他方
のレベルとなる相互相関信号を得、この相互相関信号の
各時刻の振幅を平面上において前記地表上の送受信位置
を中心としその振幅の存在する時刻に対応する距離を半
径とする円周上に均等に分配して平面上の輝度レベルと
し、前記相互相関信号を前記送信アンテナおよび受信ア
ンテナを地表に沿って一方向に移動させながら地表上の
多数の位置において求め、求めた多数の相互相関信号に
ついての前記平面上の輝度レベルを加算すること1こよ
り、前記平面上に地中の断面像を得る方法である。
以下、この発明を図面に基づいて詳しく説明する。
ダイポール状の送信アンテナ上では、電流は波動の式に
従う。今、送信アンテナに正弦波形が加えられると、送
信アンテナの各部の電流は1 = 1oe (−α±j
β)xeejωt” l□ e−αxjam(t−+−
Lx)・ e       ω で表わされる。これは、送信アンテナ上を速度乃で減衰
度αで進行しな示ら進行する波動を示している。
ここで、 α中±(R〆r十G、+) 2    L    C β中ωV]=で− ただし、 I: 時刻t、場所Xでの電流値 ■o:  電流のピーク値 ω: 正弦波の周波数 X: 送信アンテナ上の位置 R: 単位長さ当りの分布抵抗 り二 単位長さ当りの分布インダクタンスG: 単位長
さ当シの分布リーカンス C: 単位長さ当りの分布静電容量 今、有限時間しか継続しないような任意のパルス波形に
ついて考えると、これは ’ F(tl= f  f(a+leJ” da+で表
わされる。dωに相当するΔF(tlはΔF (tl 
= f(a+l e J” da+衰度aで減衰しなが
ら進行する。ここで誉およびaがωに無関係であればも
とのパルス波形も送信アンテナ上を速度J!−9減衰度
aで減衰しながら進ω 行することとなる。このように、減衰しながら進行する
電流は、送信アンテナの開放端においては全反射されて
位相が反転し、送信アンテナの給電端においては一定の
減衰を受けて同相で反射される。
送信アンテナ上の減衰量は送信アンテナと地面との相対
位置に大きく影響され、送信アンテナが地面に近づくほ
ど減衰が大きい。
ここで、放射される電波は送信アンテナ上の全電流を長
さ方向に積分した値に比例する。そこで、加えられるパ
ルスを第8図に示すような周期5nsecの正弦波のモ
ノパルスとし、送信アンチオ上の減衰量をある値に仮定
して計算したものが第9図の波形である。すなわち、加
えられるパルスは、第8図のようなモノパルスであるの
に対し、送信アンテナから放射される電波が第9図のよ
うに脈動現象(リンギング)を生じている。
一般に、電波は、地中では指数的に減衰するが、物標か
らの反射を単純反射とすると、地中で反射して受信アン
テナまで達した電波の強さはつぎのようになる。
ER=Ete−γ’、Td ここで、 ER:  受信電波の強度 E、:  送信電波の強度 γ: 地中での電波の減衰度 d: 物標の深さ Td:  物標の反射能 さらに、受信アンテナに達した電波は、受信アンテナ上
の全長に起動力をもたらし、これによシミ流が発生する
。この電流は受電端と開放端に進行するが、送信アンテ
ナのときと同様に受信アンテナ上を減衰しながら進行し
、開放端では全反射されて位相が反転し、受電端では一
定の減衰を受けて同相で反射される。受信される電流は
、これら受信アンテナ各部に生じる電流に減衰を加味し
たものの和となる。受信電波は送信電波と同じ波形で第
9図のようになるとし、受信アンテナ上の反射や減衰を
送信の場合と同様になると仮定して計算した結果、受信
電流波形は第10図に示すように第9図の電流より長い
リンギングを生じる。
すなわち、送信電流が第8図のようなモノパルスであっ
ても受信電流の波形は第10図のように長いリンギング
を生じ、3番目ないし4番目のパルスに最大値が見られ
、あとのピーク値ははは一定の比率で減衰している。な
お、実際の測定波形も計算による波形とほぼ同じ波形で
あることがわかっている。
したがって、第10図の波形から同波形の半周期前の値
に一定比率を乗じたものを差引けば、リンギング部分は
第11図のようにほぼ消去される。
王妃のようKして得られた第11図の波形を基準波形と
する。
一方、受信アンテナに発生した測定波形に送信パルスの
送信から測定波形の受信までの送受信時間の指数関数に
比例する量を乗じることによシ、物標までの距離による
電波の減衰、すなわち遠いものからの反射はど反射勢力
が弱くなるのを補正する。しかし、このときに、雑音も
拡大されるので、これを防ぐために、地表の同一位置に
おける多数個の測定波形について減衰竜の補正後に同−
送信受信時間毎の平均を行うことによシ雑音除去を行う
つぎに、リンギングの影響を除くだめ、基準波形と同様
に雑音除去後の波形から同一波形の半周期前の値に一定
の比率を乗じたものを減じることによυリンギング除去
を行ない、その後、基準波形との相互相関を求める。こ
の相互相関を求めた結果は、第12図のようになシ、ピ
ークが正または負に1個だけ現われることになり、物標
の判別が容易になる。また、ピークが正方向か負方向で
あるかの判別も容易になる。なお、第12図の波形のピ
ークは送信時より送受信時間(地表上の送受信位置と物
標との距離に対応)だけ遅れた時間に生じるが、説明の
ため送受信時間だけ時間軸をずらしている。
つぎに、前記のように、送信アンテナからの電波が地中
に放射される状況は第3図のようにある拡がりをもって
進行する。すなわち、第4図に示しだように距#dから
の反射が認められたときは点00から半径dの円周上に
あると考えてもよいこととなる。逆に、第5図のように
P□点に対応する部分に物標が存在すると、アンテナを
地表で移動させたときの反射波形は双曲線状となシ、1
l=t2+dji!o関係がある。この双曲線状の反射
像を一点に集中させるには円変換を行えばよい。すなわ
ち、相互相関の処理を受けた相互相関信号の送受信時間
、すなわち物標の深さを縦軸とし、その時の送信アンテ
ナおよび受信アンテナの水平移動方向の位置(送受信位
置)を横軸とした平面を考える。相互相関の処理を受け
た相互相関信号が第12図のように零でないとすれば、
すなわち、何らかの反射があれば、その時間信号の変量
1iII(振幅)を上記平面上においてその相互相関信
号の地表に相当する位置を中心θ□* 02 e 03
とし、そこからその変量値の存在する時刻に相当する距
離r□、r2゜r3を半径とする円周上に第13図に示
すように均等に分配してその平面上の輝度レベルとし、
地表上の各送受信位置において求めた各相互相関信号に
対応する前記平面上の輝度レベルを加算する。
これによシ、第13図における双曲線の頂点P工の位置
ではすべての相互相関信号の変量値が加算される。しか
し、頂点Pからいくらか離れた部分Q(斜線部)では相
関値の負の部分(破線部分)の影響のため減算が加わり
、指示値が少くなる。
すなわち、円変換により双曲線L4の集中化が行われる
こととなるので、鮮明な物標像が得られることになる。
以上のように、この発明の地中探査レーダの信号処理方
法は、アンテナ自体の特性による波形の脈動を考慮して
基準波形を作成し、この基準波形と測定波形との相互相
関を求めることにより、送信時を基準時として送受信位
置と物標の距離に対応する時刻に一方のレベルのピーク
を有しその前後が他方のレベルとなる相互相関信号を得
、この相互相関信号の変量値をその信号の地表に相当す
る位置を中心とし、そこからその変量値の存在する場所
までの距離を半径とする円周上に均等に分配し各相互相
関信号について加算するようにしたため、鮮明な物標の
断面像が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は地中探査レーダのアンテナ部分の概略斜視図、
第2図は同じく概略断面図、第3図は電波の拡がシを示
す斜視図、第4図は探査状態を示す概略図、第5図は断
面像の説明図、第6図はCT熱処理説明図、第7図は問
題点の説明図、第8図ないし第12図は信号波形図、第
13図はこの発明によるCT熱処理説明図である。 1・・・地表、2・・・送信アンテナ、3・・・地中、
4・・・物標、5・・・受信アンテナ 第1図 第3図 第5図 第2図 第4図 第6図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  地表近くに設置したダイポール状の送信アン
    テナにパルス状の送信電気的勢力を加えることによシ地
    中に向けて電波を放射しこの電波の地中の物標による反
    射電波を前記送信アンテナに近接して設置したダイポー
    ル状の受信アンテナで受けたときに前記受信アンテナか
    ら得られる受信電気的勢力と基準信号との相互相関を求
    めることによシ送信電気的勢力の前記送信アンテナへの
    入力時を基準時として地表上の送受信位置から前記物標
    までの距#に対応する時刻に一方のレベルのピークを存
    しその前後が他方のレベルとなる相互相関信号を得、こ
    の相互相関信号の各時刻の振幅を平面上において前記地
    表上の送信位置を中心としその振幅の存在する時刻に対
    応する距離を半径とする円周上に均等に分配して平面上
    の輝度レベルとし、前記相互相関信号を前記送信アンテ
    ナおよび受信アンテナを地表に沿って一方向に移動させ
    ながら地表上の多数の位置において求め、求めた多数の
    相互相関信号についての前記平面上の輝度レベルを加算
    することによシ、前記平面上に地中の断面像を得る地中
    探査レーダの信号処理方法。
  2. (2)  前記受信電気的勢力は、送信時から受信時ま
    での送受信時間の指数関数に比例する量を乗じて第1の
    電気信号とし、この第1の電気信号からこの第1の電気
    信号の一定時間前の値に一定係数を乗じた第2の電気信
    号を減じて第3の電気信号とした後前記基準信号との相
    互相関を求める特許請求の範囲第(1)項記載の地中探
    査レーダの信号処理方法。
  3. (3)  前記基準信号は、前記送信電気的勢力を前記
    送信アンテナに入力したときに前記送信アンテナから放
    射される電波の波形を前記送信アンテナの特性にもとづ
    く演算によシ求め、この電波の波形と同じ波形の電波が
    前記受信アンテナに達したときに前記受信アンテナから
    得られる受信電気的勢力を前記受信アンテナの特性にも
    とづく演算によシ求め、この受信電気的勢力からこの受
    信電気的勢力の一定時間前の値に一定の係数を乗じた第
    4の電気信号を減じて得た第5の電気信号である特許請
    求の範囲第(2)項記載の地中探査レーダの信号処理方
    法。 +41  nil記受信電気勢力は地表上の同一の送受
    信位1硯で前記送信アンテナに前記送信電気勢力を順次
    複数個入力することによシ複数個得、各送信電気的勢力
    の前記送信アンテナへの入力時を基準時として同時刻毎
    に平均する特許請求の範囲第(2)項記載の地中探査レ
    ーダの信号処理方法。
JP58016706A 1983-02-02 1983-02-02 地中探査レ−ダの信号処理方法 Granted JPS59142491A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6175607A (ja) * 1984-09-21 1986-04-18 Tokyo Gas Co Ltd 埋設物探査用分離平行型アンテナ
US8915724B2 (en) 2012-03-29 2014-12-23 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Scroll compressor with control valve for controlling cooling capacity based on speed and centrifugal force

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