JPS60142285A - レ−ダ−装置 - Google Patents
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- JPS60142285A JPS60142285A JP58247689A JP24768983A JPS60142285A JP S60142285 A JPS60142285 A JP S60142285A JP 58247689 A JP58247689 A JP 58247689A JP 24768983 A JP24768983 A JP 24768983A JP S60142285 A JPS60142285 A JP S60142285A
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- G01S13/00—Systems 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
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/06—Systems determining position data of a target
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
- G01V3/12—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with electromagnetic waves
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- G—PHYSICS
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- G01S13/00—Systems 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
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- G01S13/885—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for ground probing
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、測定対象の有無と速度及び測定対象までの距
離を検知する物体探査レーダーに係シ、特に測定対象ま
での距離を精度良く検知するのに好適なレーダー装置に
関する。
離を検知する物体探査レーダーに係シ、特に測定対象ま
での距離を精度良く検知するのに好適なレーダー装置に
関する。
従来、探査物体の有無、距離、及び速度の情報を得るた
めのレーダー装置では、電磁波を放射し、探査物体から
の反射信号の有無、信号送信から反射波受信までの経過
時間、及び探査物体の移動に起因した受信信号のドツプ
ラーシフトから物体の有無、距離、及び速度の情報を得
ている。
めのレーダー装置では、電磁波を放射し、探査物体から
の反射信号の有無、信号送信から反射波受信までの経過
時間、及び探査物体の移動に起因した受信信号のドツプ
ラーシフトから物体の有無、距離、及び速度の情報を得
ている。
例えば、飛行する航空機の位置を判別するだめの航空機
探査レーダーでは、第１図に示すように、周波数がおよ
そＩＧＩ（Ｚ程度の電磁波をパラボラアンテナ１から放
射し、航空機２からの反射電磁波の有無、および送信か
ら反射波受信までの時間遅れから、航空機の有無、航空
機まで距離をめている。この場合、電磁波の伝搬速度を
ｖ、ｔｍ波送信から反射電磁波受信までの時間をｔとす
ると、第１図に示した探査レーダー装置から航空機まで
の距離ｄは次のように表わせる。
探査レーダーでは、第１図に示すように、周波数がおよ
そＩＧＩ（Ｚ程度の電磁波をパラボラアンテナ１から放
射し、航空機２からの反射電磁波の有無、および送信か
ら反射波受信までの時間遅れから、航空機の有無、航空
機まで距離をめている。この場合、電磁波の伝搬速度を
ｖ、ｔｍ波送信から反射電磁波受信までの時間をｔとす
ると、第１図に示した探査レーダー装置から航空機まで
の距離ｄは次のように表わせる。
２ｄ＝ｖｔ ・・・・・・・・・・・・（１）電磁波の
伝搬速度■は、Ｍａｘｗｅｌｌの方程式を解いた次式に
よシ与えられる。
伝搬速度■は、Ｍａｘｗｅｌｌの方程式を解いた次式に
よシ与えられる。
ここで ω：電磁波角周波数
ε：媒質誘電率
μ：媒質透磁率
σ：媒質導電率
航空機探査レーダーのように、電磁波伝搬媒質が大気の
場合、誘電率εと透磁率μは、真空中と同一の値で、ε
−８，８５Ｘ１０−五２Ｆ／ｍ、 μ＝１．２６ Ｘ
１０−６Ｈ／ｍである。大気は、絶縁物と見なせ、σ＝
Ｑである。その結果、大気中での電磁波伝搬速１ｉｖは
、光速と等しく 、３Ｘ１０８ｍ ／ ｓｐとなる。従
って、媒質が大気の場合は、反射波受信時間のみから探
査物体までの距離を得ることができた。
場合、誘電率εと透磁率μは、真空中と同一の値で、ε
−８，８５Ｘ１０−五２Ｆ／ｍ、 μ＝１．２６ Ｘ
１０−６Ｈ／ｍである。大気は、絶縁物と見なせ、σ＝
Ｑである。その結果、大気中での電磁波伝搬速１ｉｖは
、光速と等しく 、３Ｘ１０８ｍ ／ ｓｐとなる。従
って、媒質が大気の場合は、反射波受信時間のみから探
査物体までの距離を得ることができた。
一方、近年、エネルギー資源探索のため、地中の石油や
鉱物の探査の必要性や、地下埋設物調査のだめの地中探
査の必要性が生じて来ている。電磁波は、大気中だけで
なく、土中においても伝搬可能で、従来のような受信周
波数り種類のレーダー装置を用いた場合でも、反射信号
レベルから目標探索物を検知することが可能である。し
かし、土は、主にシリカ８１０２＋アルミナ（ばん土）
Ａ ｌ ２０ ｇ ＋及び水Ｈ２０から構成されておシ
、これらの組成比は、土質によっては、５ｉＯｚが６０
〜８５重量％、ＡＬ２０ｇが１０〜３０重量％、Ｈ２０
が１〜１０重量襲になり得ることが知られている。
鉱物の探査の必要性や、地下埋設物調査のだめの地中探
査の必要性が生じて来ている。電磁波は、大気中だけで
なく、土中においても伝搬可能で、従来のような受信周
波数り種類のレーダー装置を用いた場合でも、反射信号
レベルから目標探索物を検知することが可能である。し
かし、土は、主にシリカ８１０２＋アルミナ（ばん土）
Ａ ｌ ２０ ｇ ＋及び水Ｈ２０から構成されておシ
、これらの組成比は、土質によっては、５ｉＯｚが６０
〜８５重量％、ＡＬ２０ｇが１０〜３０重量％、Ｈ２０
が１〜１０重量襲になり得ることが知られている。
電磁波の伝搬速度Ｖは、（２）式に示したように伝搬媒
質の誘電率ε、透磁率μ、導電率σによって決まり、土
中のε、μ、σは、媒質を構成する物質とその組成比で
決まる。例えば、転地（ＳｉＯｚ：８５％、Ａ７−ｚ０
３：１０％、Ｈ２Ｏ：１％）では、誘電率εが真空の誘
電率のおよ−ｔ４倍、導電率σが１０−’ 〜１０−５
８／ｍで、湿地（ＳｉＯ２：６０％、Ａ７．＋０３：３
０％、 Ｈ２０： １０％）では、εが真空の場合のお
よそ８〜３０倍、導電率がおよそ１０−’ 〜１０−３
ｓ／ｍである。透磁率μは、真空の値とほぼ同一である
が、ε、σは上記のように組成比等で大きく変化する。
質の誘電率ε、透磁率μ、導電率σによって決まり、土
中のε、μ、σは、媒質を構成する物質とその組成比で
決まる。例えば、転地（ＳｉＯｚ：８５％、Ａ７−ｚ０
３：１０％、Ｈ２Ｏ：１％）では、誘電率εが真空の誘
電率のおよ−ｔ４倍、導電率σが１０−’ 〜１０−５
８／ｍで、湿地（ＳｉＯ２：６０％、Ａ７．＋０３：３
０％、 Ｈ２０： １０％）では、εが真空の場合のお
よそ８〜３０倍、導電率がおよそ１０−’ 〜１０−３
ｓ／ｍである。透磁率μは、真空の値とほぼ同一である
が、ε、σは上記のように組成比等で大きく変化する。
湿地でεが真空の場合のおよそ３０倍、導電率が１ｏ−
３ｓ／ｍの場合、周波数Ｉ Ｇ Ｉ−Ｉ Ｚの電磁波の
速度Ｖは、（２）式から、大気中の場合のおよそ１１５
の５．５Ｘ１０’ｍ／歌となる。
３ｓ／ｍの場合、周波数Ｉ Ｇ Ｉ−Ｉ Ｚの電磁波の
速度Ｖは、（２）式から、大気中の場合のおよそ１１５
の５．５Ｘ１０’ｍ／歌となる。
地中探査にレーダーを用いる場合、一般に土中の物質、
組成比等は不明であり、従来方式のレーダーでは、地中
探査物の有無を知ることはできるが、媒質中の電磁波伝
搬速度が不明で、探査物までの距離の正確な情報を得る
ことができなかった。
組成比等は不明であり、従来方式のレーダーでは、地中
探査物の有無を知ることはできるが、媒質中の電磁波伝
搬速度が不明で、探査物までの距離の正確な情報を得る
ことができなかった。
例えば、電磁波伝搬速度が５．５ Ｘ １０’ ｍ／１
Ｉｅｅの上記の湿地の場合、電磁波伝搬速度を大気中と
同一と仮定して探査物までの距離をめると、真の距離の
およそ５倍と誤算する。また、探査物体の移動速度Ｖは
、受信信号角周波数をω、ドツプラーシフトをΔω、及
び電磁波伝搬速度をＶとして、Δω＝−４π■・ω／Ｖ
・・・・・・（３）と表わされる（（３）式の負号は
、測定系から物体が離れる場合）ため、移動速度Ｖをめ
る場合にも電磁波伝搬速度Ｖを知る必要がある。
Ｉｅｅの上記の湿地の場合、電磁波伝搬速度を大気中と
同一と仮定して探査物までの距離をめると、真の距離の
およそ５倍と誤算する。また、探査物体の移動速度Ｖは
、受信信号角周波数をω、ドツプラーシフトをΔω、及
び電磁波伝搬速度をＶとして、Δω＝−４π■・ω／Ｖ
・・・・・・（３）と表わされる（（３）式の負号は
、測定系から物体が離れる場合）ため、移動速度Ｖをめ
る場合にも電磁波伝搬速度Ｖを知る必要がある。
従って、誘電率ε、透磁率μ、導電率σが未知の媒質中
の物体までの距離、及び物体移動速度をめるのに際し、
従来のレーダー装置をそのまま適用することは困難であ
った。
の物体までの距離、及び物体移動速度をめるのに際し、
従来のレーダー装置をそのまま適用することは困難であ
った。
本発明の目的は、媒質の物質及びその組成比が未知の場
合にも、探査物体までの距離及び物体の移動速度等を高
精度で検知算出するのに好適な物体探査レーダー装置を
提供することである。
合にも、探査物体までの距離及び物体の移動速度等を高
精度で検知算出するのに好適な物体探査レーダー装置を
提供することである。
本発明は、放射器から発射した電磁波が探査物体で反射
されて戻って来る反射波によシ物体の有無と速度及び物
体までの距離を測定するに際し、２種類以上の周波数を
用いて距離等を算出することを特徴としている。
されて戻って来る反射波によシ物体の有無と速度及び物
体までの距離を測定するに際し、２種類以上の周波数を
用いて距離等を算出することを特徴としている。
本発明では、未知数の数に応じて２種類以上の周波数の
電磁波を受信し、伝搬媒質中の誘電率ε。
電磁波を受信し、伝搬媒質中の誘電率ε。
透磁率μ、導電率σをめる。具体的には、これらの定数
ε、μ、σの全てが未知の場合に４種類以上の周波数の
受信電磁波を用い、ε、μ、σのうち２種が未知の場合
に３種類以上の周波数の受信電磁波を用い、ε、μ、σ
のうち１種が未知の場合に２種類以上の周波数の受信電
磁波を用いるものである。
ε、μ、σの全てが未知の場合に４種類以上の周波数の
受信電磁波を用い、ε、μ、σのうち２種が未知の場合
に３種類以上の周波数の受信電磁波を用い、ε、μ、σ
のうち１種が未知の場合に２種類以上の周波数の受信電
磁波を用いるものである。
こうしてめられた結果から探査物体までの距離とその媒
質中での信号伝搬速度とを得ることができ、物体が移動
しているときは速度も決まる。
質中での信号伝搬速度とを得ることができ、物体が移動
しているときは速度も決まる。
以下・ ε、μ、σの全てが未知の場合について、４種
類の周波数の受信電磁波を用いるとして、本発明を説明
する。４種類の受信電磁波の角周波数をω１．ω２．ω
３．ω４（ωｌ〉ω２〉ω３＞ω４）とし、第２図の如
く送信後に探査物体まで伝搬し反射して受信されるまで
の時間を各々、’Ｉ＋’２＋’３ ＋ ’４とする。ま
た各周波数の電磁波の土中伝搬速さをｖｌ ＋ ｖ２
＊ ｖ３ ＋ ｖ４とし、探査レーダーから探査物体ま
での距離をｄとすると次式が成立する。
類の周波数の受信電磁波を用いるとして、本発明を説明
する。４種類の受信電磁波の角周波数をω１．ω２．ω
３．ω４（ωｌ〉ω２〉ω３＞ω４）とし、第２図の如
く送信後に探査物体まで伝搬し反射して受信されるまで
の時間を各々、’Ｉ＋’２＋’３ ＋ ’４とする。ま
た各周波数の電磁波の土中伝搬速さをｖｌ ＋ ｖ２
＊ ｖ３ ＋ ｖ４とし、探査レーダーから探査物体ま
での距離をｄとすると次式が成立する。
２ｄ＝ｖｌｔｌ ・・・・・・・・・・・・（４）２
ｄ ＝ ｖ ２ ｔ ２ −−−＝−−−−−−・・（
５）２ｄ＝ｖ３ｔ３ ・・・・・・・・・・・・（６）
２ｄ＝ｖ４ｔ４ ・・・・・・・・・・・・（７）一方
、Ｖ＋ （１＝１＋ ２＋ ３＋ ４）はとなシ、（４
）〜（７）式は、ｉ＝１．２，３．４とした（２）式を
用いて書き直せる。未知の値は、ｄ、ε。
ｄ ＝ ｖ ２ ｔ ２ −−−＝−−−−−−・・（
５）２ｄ＝ｖ３ｔ３ ・・・・・・・・・・・・（６）
２ｄ＝ｖ４ｔ４ ・・・・・・・・・・・・（７）一方
、Ｖ＋ （１＝１＋ ２＋ ３＋ ４）はとなシ、（４
）〜（７）式は、ｉ＝１．２，３．４とした（２）式を
用いて書き直せる。未知の値は、ｄ、ε。
μ、σであシｔｌ、ωＩ （＋””１．２＋ ３＋ ４
）は既知であるから、（４）、 （５）、 （６）、
（７）式を解くことにより、ｄの他にε、μ、σも得る
ことができる。
）は既知であるから、（４）、 （５）、 （６）、
（７）式を解くことにより、ｄの他にε、μ、σも得る
ことができる。
従って、探査物体までの距離ｄだけでなく、ドツプラー
シフトΔωから探査物体移動速度を算出するのに必要な
電磁波伝搬速度を決定できる。ここでは、４釉類の周波
数の受信電磁波を用いた場合について述べだが、５種類
以上の周波数の受信電磁波からｄ、ε、μ、σを算出ず
れば、ｄ、ε。
シフトΔωから探査物体移動速度を算出するのに必要な
電磁波伝搬速度を決定できる。ここでは、４釉類の周波
数の受信電磁波を用いた場合について述べだが、５種類
以上の周波数の受信電磁波からｄ、ε、μ、σを算出ず
れば、ｄ、ε。
μ、σの精度をさらに向上させることができる。
同様に、ε、μ、σのうち２抽類が未知の場合は３種類
以上の周波数の受信電磁波を、１種類が未知の場合には
２種類以上の周波数の受信電磁波を用いれば、ｄ及びε
、μ、σの未知の定数が得られる。
以上の周波数の受信電磁波を、１種類が未知の場合には
２種類以上の周波数の受信電磁波を用いれば、ｄ及びε
、μ、σの未知の定数が得られる。
本発明の探査レーダーでは、電磁波放射は、必要な受信
周波数に応じて強度が正弦波状に変化する交流電流を放
射器に与えて放射する方法の他、１種類のパルス電流を
放射器に加える方法でも実現できる。後者は、放射され
るパルス電磁波の広い周波数範囲のフーリエ成分を用い
るもので、１種類のパルスによシ種々の周波数成分が発
射され、本発明に用いる２種類以上の周波数の反射電磁
波が受信でき、装置構成が容易で低コストであるから極
めて有利である。
周波数に応じて強度が正弦波状に変化する交流電流を放
射器に与えて放射する方法の他、１種類のパルス電流を
放射器に加える方法でも実現できる。後者は、放射され
るパルス電磁波の広い周波数範囲のフーリエ成分を用い
るもので、１種類のパルスによシ種々の周波数成分が発
射され、本発明に用いる２種類以上の周波数の反射電磁
波が受信でき、装置構成が容易で低コストであるから極
めて有利である。
本発明では、単一のアンテナを放射と受信に共用する場
合にも、また別々のアンテナを各々、送信と受信に使用
する場合にも適用できる。前述のように、探査レーダー
から探査物体までの距離は本発明により得るととができ
るが、探査物体の方位角方向の広がりや大きさ等につい
ての情報が必要なときは、送受ビーム幅の小さなアンテ
ナを用い、アンテナを移動させ各個所での受信波レベル
、及び受信遅れ時間等からそれらの情報を得ればよい。
合にも、また別々のアンテナを各々、送信と受信に使用
する場合にも適用できる。前述のように、探査レーダー
から探査物体までの距離は本発明により得るととができ
るが、探査物体の方位角方向の広がりや大きさ等につい
ての情報が必要なときは、送受ビーム幅の小さなアンテ
ナを用い、アンテナを移動させ各個所での受信波レベル
、及び受信遅れ時間等からそれらの情報を得ればよい。
以下、第３図〜第６図に示した実施例により本発明を更
に詳細に説明する。
に詳細に説明する。
本実施例では、地中に埋設された長尺物体、例えばガス
管や水道管等を探査するレーダー装置について述べる。
管や水道管等を探査するレーダー装置について述べる。
ガス管や水道管等の埋設物は、通常、地下３ｍ−１，で
の深さに埋設されており、この範囲では、土はＳ ｉｏ
２ 、 ｈ１２０３． Ｈ２０から構成され、透磁率
は真空中の値と同一と見なせる。
の深さに埋設されており、この範囲では、土はＳ ｉｏ
２ 、 ｈ１２０３． Ｈ２０から構成され、透磁率
は真空中の値と同一と見なせる。
そこで、本実施例では、探査物体までの距１ｒｔｈ ｄ
と防電率ε、導電率σを未知として、周波数ｆｌ＋ｆ２
．ｆｓ （ｆｓ ＞ｆｚ＞ｆ３）の３種の受信電磁波を
用いる。送信波としては、パルス波を繰り返し放射する
。
と防電率ε、導電率σを未知として、周波数ｆｌ＋ｆ２
．ｆｓ （ｆｓ ＞ｆｚ＞ｆ３）の３種の受信電磁波を
用いる。送信波としては、パルス波を繰り返し放射する
。
本発明の物体探査レーダーのブロック図を第３図に示す
。第３図において、３はパルス送信機、４は送受切換器
、５は周波数ｆｘ 、 ｆｚ 、 ｆ３の信号を受信す
る受信機、６は探査物体までの距離ｄ及び誘電率ε、導
電率σを算出する装置、７は演算処理結果を表示する装
置、８は送受共用のアンテナである。
。第３図において、３はパルス送信機、４は送受切換器
、５は周波数ｆｘ 、 ｆｚ 、 ｆ３の信号を受信す
る受信機、６は探査物体までの距離ｄ及び誘電率ε、導
電率σを算出する装置、７は演算処理結果を表示する装
置、８は送受共用のアンテナである。
第３図のアンテナ８から放射される送信ノクルスの時間
的変化を第４図に示す。ノくルスの基本周期Ｔは、およ
そ０５μ（８）以下とする。これは、誘電率が真空中の
値のおよそ１００倍で導電率がＯの媒質中を電磁波が１
０！ｎ伝搬後に反射して来た場合の反射波受信までの時
間に相当する。土中の伝搬速度は、上記の場合に比べ遅
いことを考慮すると、ｎ（１，２・・・）番目に発射さ
れたノくルスを受信する時刻が、（ｎ＋１）番目のノク
ルス発射時刻より遅れることはなく、前のノくルスにつ
いての処理が後のパルスについての処理と重ならないの
で、探査物体までの距離ｄの算出においてもあいまいさ
は生じない。また、パルス幅ｔ ａ ｆ：ｔ ａ≦１ｎ
派以下にすれば、１００Ｏ１００Ｏ以下のフーリエ周波
数成分について十分大きな送信信号が得られることが確
認されている。
的変化を第４図に示す。ノくルスの基本周期Ｔは、およ
そ０５μ（８）以下とする。これは、誘電率が真空中の
値のおよそ１００倍で導電率がＯの媒質中を電磁波が１
０！ｎ伝搬後に反射して来た場合の反射波受信までの時
間に相当する。土中の伝搬速度は、上記の場合に比べ遅
いことを考慮すると、ｎ（１，２・・・）番目に発射さ
れたノくルスを受信する時刻が、（ｎ＋１）番目のノク
ルス発射時刻より遅れることはなく、前のノくルスにつ
いての処理が後のパルスについての処理と重ならないの
で、探査物体までの距離ｄの算出においてもあいまいさ
は生じない。また、パルス幅ｔ ａ ｆ：ｔ ａ≦１ｎ
派以下にすれば、１００Ｏ１００Ｏ以下のフーリエ周波
数成分について十分大きな送信信号が得られることが確
認されている。
本実施例では、受信周波数ｆ、、 ｆｚ、ｆｓはｆｉ
＝５ ００Ｍ）１２． ｆｚ ＝９ ０Ｍｌ−１ｚ 、
ｆｓ −６０Ｍ）１ｚとする。最高周波数ｆ！を５００
ＭＩ（Ｚとしたのは、周波数がおよそ１０００Ｍ１００
Ｏになると、土中の水分による電磁波吸収の効果が極め
て大きくなり、十分な反射波強度が得られなくなるため
である。一方、最低周波数１３を６０ＭＩＩｚとしたの
は、埋設物探査の目的上、アンテナが容易に移動できる
程度の大きさで、しかも電磁波波長の１ｚ３程度（６０
Ｍ ｌ−Ｌ Ｚで番よ波長５ ｍ ）は必要であること
を考慮した結果である。
＝５ ００Ｍ）１２． ｆｚ ＝９ ０Ｍｌ−１ｚ 、
ｆｓ −６０Ｍ）１ｚとする。最高周波数ｆ！を５００
ＭＩ（Ｚとしたのは、周波数がおよそ１０００Ｍ１００
Ｏになると、土中の水分による電磁波吸収の効果が極め
て大きくなり、十分な反射波強度が得られなくなるため
である。一方、最低周波数１３を６０ＭＩＩｚとしたの
は、埋設物探査の目的上、アンテナが容易に移動できる
程度の大きさで、しかも電磁波波長の１ｚ３程度（６０
Ｍ ｌ−Ｌ Ｚで番よ波長５ ｍ ）は必要であること
を考慮した結果である。
第３図のアンテナ８には、直径１．５ｍのノくラボラア
ンテナをイＫｍする。パラボラアンテナの開口面直径を
Ｄとし、電磁波波長をλとするとアンテナゲインＧ（半
波長ダイポールアンテナとの相対比）は、次式で表わせ
る。
ンテナをイＫｍする。パラボラアンテナの開口面直径を
Ｄとし、電磁波波長をλとするとアンテナゲインＧ（半
波長ダイポールアンテナとの相対比）は、次式で表わせ
る。
従って、ｆ１＝５００ＭＩ（Ｚの場合は、およそＧ−６
０、ｆ３＝６０ＭＩ−（Ｚの場合はおよそＧ−１のゲイ
ンとなる。
０、ｆ３＝６０ＭＩ−（Ｚの場合はおよそＧ−１のゲイ
ンとなる。
地中埋設物を探査するためのパラボラアンテナ８の開口
面を地面に接触する寸前まで近づけパルス信号を送信す
る。パルス信号を送ると同時に受信を開始し、ｆｉ 、
ｆｚ、ｆｓを受信する。アンテナから送信された電磁波
は、地表面で反射があるために、送信電力のおよそ６０
％が地中に入射することになる。
面を地面に接触する寸前まで近づけパルス信号を送信す
る。パルス信号を送ると同時に受信を開始し、ｆｉ 、
ｆｚ、ｆｓを受信する。アンテナから送信された電磁波
は、地表面で反射があるために、送信電力のおよそ６０
％が地中に入射することになる。
土の誘電率εが真空のおよそ８倍、導電率σがおよそｉ
ｏ−’ｓ／ｍの場合に地下３．５ ｍに埋設管があった
とすると、周波数ｆ！、ｆｚ、ｆ３の各受信信号は第４
図のように時間変化する。周波数ｆ、、ｆ２．ｆ３の各
信号は、第５図に示す本発明の受信器５内の各周波数ｆ
ｔ 、ｆｚ、ｆｓに対するバンドパスフィルタ９を通過
させて受信できる。
ｏ−’ｓ／ｍの場合に地下３．５ ｍに埋設管があった
とすると、周波数ｆ！、ｆｚ、ｆ３の各受信信号は第４
図のように時間変化する。周波数ｆ、、ｆ２．ｆ３の各
信号は、第５図に示す本発明の受信器５内の各周波数ｆ
ｔ 、ｆｚ、ｆｓに対するバンドパスフィルタ９を通過
させて受信できる。
ｆｉ ＝５００ＭＩ４ｚの電磁波の受信遅れｔｌは一番
小さくおよそ６５μ％で、周波数ｆ２＝９０Ｍｌｌ Ｚ
、 ｆ ｓ −＝６０ＭＬＩＺの反射波の遅れｔ２
＋ｔ３は各々１２０ｎ籾、１５３ｎ８Ｅ１０でわる。以
上の結果を用い、第３図の演算装置６により次の３つの
連立方程式を解く。
小さくおよそ６５μ％で、周波数ｆ２＝９０Ｍｌｌ Ｚ
、 ｆ ｓ −＝６０ＭＬＩＺの反射波の遅れｔ２
＋ｔ３は各々１２０ｎ籾、１５３ｎ８Ｅ１０でわる。以
上の結果を用い、第３図の演算装置６により次の３つの
連立方程式を解く。
ｉ＝１，２．３
μ＝１．２６Ｘ１０＝Ｈ／ｍ（既知）
その結果、誘電率ε、導電率σ及び探査９勿体までの距
離ｄを自動的に算出し、表示装置７ＯＣＲ’Ｌ”上に表
示する。
離ｄを自動的に算出し、表示装置７ＯＣＲ’Ｌ”上に表
示する。
第６図に、直径３０ ｃｍの金属管を地中深さ２．５Ｉ
ｌｌ及び３．５ｍに埋めである例について、本発明装置
を使用した場合の送信信号電力に対する受信信号電力を
それぞれ曲線１０．１１として示した。
ｌｌ及び３．５ｍに埋めである例について、本発明装置
を使用した場合の送信信号電力に対する受信信号電力を
それぞれ曲線１０．１１として示した。
埋設物深さ３．５ｍの場合、送信電力に対する受信′電
力の相対強度は、５００ＭＨｚで１０’−６，６０ＭＨ
ｚで１０−７であるが、既存の高感度受信（幾では、１
０ ” Ｗ程度の電力の電磁波を受信できるため、送信
波としてＩＷ以上の電力の電磁波を放射すれば、十分な
強度の受信信号を得ることができる。
力の相対強度は、５００ＭＨｚで１０’−６，６０ＭＨ
ｚで１０−７であるが、既存の高感度受信（幾では、１
０ ” Ｗ程度の電力の電磁波を受信できるため、送信
波としてＩＷ以上の電力の電磁波を放射すれば、十分な
強度の受信信号を得ることができる。
以上のようにして、探査物体までの距離ｄを得ることが
できるが、さらに、パラボラアンテナの電磁波放射方向
を鉛直方向に向けたまま、パラボラアンテナを水平方向
に移動させ、各地点での反射波の受信強度を比較すれば
、探査物体の形状や広がり等を知ることができる。
できるが、さらに、パラボラアンテナの電磁波放射方向
を鉛直方向に向けたまま、パラボラアンテナを水平方向
に移動させ、各地点での反射波の受信強度を比較すれば
、探査物体の形状や広がり等を知ることができる。
また、ダイポールアンテナ等の直線状アンテナを複数個
用いて受信強度を比較する場合においても本発明の原理
は適用可能で、媒質のε、μ、σ及び探査物体までの距
離ｄを算出することができる。
用いて受信強度を比較する場合においても本発明の原理
は適用可能で、媒質のε、μ、σ及び探査物体までの距
離ｄを算出することができる。
本発明によれば、従来のレーダー機能を備えているのは
勿論のこと、探査物体までの電磁波伝搬媒質の構成物質
とその組成比とが未知の場合でも、２種類以上の周波数
の受信電磁波から媒質の誘電率、透磁率、導電率を決定
し、探査物体までの距離をめることが可能で、誤差がな
く、特にエネルギー資源探索のだめの鉱物探査や地下埋
設物探査での労力と探査コストとを十分低減できるレー
ダー装置が得られる。
勿論のこと、探査物体までの電磁波伝搬媒質の構成物質
とその組成比とが未知の場合でも、２種類以上の周波数
の受信電磁波から媒質の誘電率、透磁率、導電率を決定
し、探査物体までの距離をめることが可能で、誤差がな
く、特にエネルギー資源探索のだめの鉱物探査や地下埋
設物探査での労力と探査コストとを十分低減できるレー
ダー装置が得られる。
第１図は航空機探査レーダーの概念図、第２図は異なる
周波数の電磁波レベルの時間的変化を示す図、第３図は
本発明レーダー装置のブロック図、第４図は本発明で用
いた電磁波の送信レベルと受信レベルの時間的変化を示
す図、第５図は受信機内のバンドパスフィルタを示す図
、第６図は受信電磁波周波数と受信強度との関係を示す
図である。 ■・・・アンテナ、２・・・探査対象航空機、３・・・
送信機、４・・・送受切換機、５・・・受信機、６・・
・演算装置、７・・・表示装置、８・・・送受共用パラ
ボラアンテナ、９・・・バンドパスフィルタ、１０・・
・深さ２．５ Ｉｎの配管からの反射波強度、１１・・
・深さ３．５ｍの配管からの反射波強度。 代理人 弁理士 鵜沼辰之 千６図 受１８＠瓜志彫劃数（Ｍ Ｈｔ ）
周波数の電磁波レベルの時間的変化を示す図、第３図は
本発明レーダー装置のブロック図、第４図は本発明で用
いた電磁波の送信レベルと受信レベルの時間的変化を示
す図、第５図は受信機内のバンドパスフィルタを示す図
、第６図は受信電磁波周波数と受信強度との関係を示す
図である。 ■・・・アンテナ、２・・・探査対象航空機、３・・・
送信機、４・・・送受切換機、５・・・受信機、６・・
・演算装置、７・・・表示装置、８・・・送受共用パラ
ボラアンテナ、９・・・バンドパスフィルタ、１０・・
・深さ２．５ Ｉｎの配管からの反射波強度、１１・・
・深さ３．５ｍの配管からの反射波強度。 代理人 弁理士 鵜沼辰之 千６図 受１８＠瓜志彫劃数（Ｍ Ｈｔ ）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、放射器から発射した電磁波が探査物体で反射されて
戻って来る反射波によυ物体の有無と速度及び物体まで
の距離を測定するレーダー装置において、２種類以上の
周波数の受信信号を用いて距離等を算出する装置を含む
ことを特徴とするレーダー装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、距離等を算出する
装置が、２種類以上の周波数の受信信号を用いて伝搬媒
質の誘電率、透磁率、導電率をめ、その結果から信号伝
搬速度と探査物体までの距離を算出する装置であること
を特徴とするレーダー装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58247689A JPS60142285A (ja) | 1983-12-29 | 1983-12-29 | レ−ダ−装置 |
| DE8484116096T DE3480732D1 (de) | 1983-12-29 | 1984-12-21 | Mehrfrequenzradargeraet zur untergrunduntersuchung. |
| EP84116096A EP0147829B1 (en) | 1983-12-29 | 1984-12-21 | Multi-frequency radar for underground investigation |
| US06/687,862 US4691204A (en) | 1983-12-29 | 1984-12-31 | Radar apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58247689A JPS60142285A (ja) | 1983-12-29 | 1983-12-29 | レ−ダ−装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60142285A true JPS60142285A (ja) | 1985-07-27 |
Family
ID=17167175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58247689A Pending JPS60142285A (ja) | 1983-12-29 | 1983-12-29 | レ−ダ−装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4691204A (ja) |
| EP (1) | EP0147829B1 (ja) |
| JP (1) | JPS60142285A (ja) |
| DE (1) | DE3480732D1 (ja) |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0619471B2 (ja) * | 1984-03-30 | 1994-03-16 | 株式会社日立製作所 | 地中物体の識別方法および装置 |
| EP0289623B1 (en) * | 1986-11-08 | 1993-09-29 | Osaka Gas Co., Ltd | Radar-type underground prospecting apparatus |
| DE3787474T2 (de) * | 1986-11-17 | 1994-01-13 | Komatsu Mfg Co Ltd | Gerät zur aufspürung von in der erde eingebetteten materialien. |
| CA1310389C (en) * | 1987-03-11 | 1992-11-17 | Masaaki Ito | System for detecting underground objects |
| US5264795A (en) * | 1990-06-18 | 1993-11-23 | The Charles Machine Works, Inc. | System transmitting and receiving digital and analog information for use in locating concealed conductors |
| US5231355A (en) * | 1990-06-18 | 1993-07-27 | The Charles Machine Works, Inc. | Locator transmitter having an automatically tuned antenna |
| US5361029A (en) * | 1990-06-18 | 1994-11-01 | The Charles Machine Works, Inc. | System for locating multiple concealed underground objects |
| US5180969A (en) * | 1992-02-04 | 1993-01-19 | Southwest Research Institute | Detection of reinforcing steel corrosion in concrete structures using non-linear harmonic and intermodulation wave generation |
| US5357253A (en) * | 1993-04-02 | 1994-10-18 | Earth Sounding International | System and method for earth probing with deep subsurface penetration using low frequency electromagnetic signals |
| US5592170A (en) * | 1995-04-11 | 1997-01-07 | Jaycor | Radar system and method for detecting and discriminating targets from a safe distance |
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| US7450052B2 (en) * | 1999-05-25 | 2008-11-11 | The Macaleese Companies, Inc. | Object detection method and apparatus |
| US7167123B2 (en) * | 1999-05-25 | 2007-01-23 | Safe Zone Systems, Inc. | Object detection method and apparatus |
| US6496137B1 (en) * | 1999-09-19 | 2002-12-17 | Mala Geoscience Ab | Ground penetrating radar array and timing circuit |
| JP4298524B2 (ja) * | 2004-01-09 | 2009-07-22 | 富士通テン株式会社 | レーダ装置 |
| US20090183917A1 (en) * | 2005-11-16 | 2009-07-23 | The Charles Machine Works, Inc. | System and apparatus for locating and avoiding an underground obstacle |
| US20090045808A1 (en) * | 2006-01-29 | 2009-02-19 | Eli Mano | System for testing concealed conduits |
| US20080284636A1 (en) * | 2007-03-07 | 2008-11-20 | The Macaleese Companies, Inc. D/B/A Safe Zone Systems | Object detection method and apparatus |
| SE534215C2 (sv) * | 2009-10-15 | 2011-06-07 | Totalfoersvarets Forskningsins | Anordning och metod för detektering av vattenflöde |
| SE535666C2 (sv) | 2011-03-11 | 2012-10-30 | Totalfoersvarets Forskningsins | Metod och anordning för genomsökning av rasmassor |
| WO2021077234A1 (en) * | 2019-10-25 | 2021-04-29 | Alberta Centre For Advanced Mnt Products | Underground localization using ground penetrating radar |
| CN113253301B (zh) * | 2021-07-05 | 2021-10-01 | 中国人民解放军国防科技大学 | 多频脉冲激光雷达信号处理方法及测风雷达系统 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3123767A (en) * | 1964-03-03 | Uator | ||
| US2077707A (en) * | 1933-08-01 | 1937-04-20 | Melton Benjamin Starr | Electromagnetic prospecting method |
| US3212087A (en) * | 1961-11-24 | 1965-10-12 | Maxson Electronics Corp | Range detection system |
| US3351936A (en) * | 1966-01-10 | 1967-11-07 | Texas Instruments Inc | Method and apparatus for exploring the earth with electromagnetic energy |
| GB1239953A (en) * | 1967-06-06 | 1971-07-21 | Rech S Geol Et Minieres Bureau | Improvements in or relating to methods and apparatus for determining the electrical resistance of the sub-soil |
| US3831173A (en) * | 1969-12-17 | 1974-08-20 | Massachusetts Inst Technology | Ground radar system |
| US3911435A (en) * | 1970-06-01 | 1975-10-07 | Austin Mardon | Dual frequency radiometer |
| FR2220797B1 (ja) * | 1973-03-06 | 1977-09-02 | Thomson Csf | |
| US3891916A (en) * | 1973-08-27 | 1975-06-24 | Texaco Inc | Dual radio frequency measurement of dielectric constant and resistivity of borehole media |
| US4218678A (en) * | 1979-05-11 | 1980-08-19 | Ensco, Inc. | Synthetic pulse radar including a microprocessor based controller |
| DE3137012A1 (de) * | 1981-09-17 | 1983-03-24 | Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim | Verfahren und vorrichtung zum orten von veschuetteten |
| US4504833A (en) * | 1981-12-09 | 1985-03-12 | Xadar Corporation | Synthetic pulse radar system and method |
-
1983
- 1983-12-29 JP JP58247689A patent/JPS60142285A/ja active Pending
-
1984
- 1984-12-21 DE DE8484116096T patent/DE3480732D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1984-12-21 EP EP84116096A patent/EP0147829B1/en not_active Expired
- 1984-12-31 US US06/687,862 patent/US4691204A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0147829A3 (en) | 1987-04-15 |
| DE3480732D1 (de) | 1990-01-18 |
| EP0147829B1 (en) | 1989-12-13 |
| US4691204A (en) | 1987-09-01 |
| EP0147829A2 (en) | 1985-07-10 |
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