JPS60263880A - 地下埋設物探査方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、広帯域信号を地中に放射し、地下埋設物から
の反射波を利用して埋設物を探査する地下埋設物探査方
法に関するものである、〔従来技術〕 アンテナまたは他の波動源を地表上で走査して、反射波
を収集し、得られた反射波をそれぞ些の測定点に対応す
る座標点毎に時間原点をそろえて、描き並べる方法全パ
ルスエコー法と言う。簡便なため従来より、よく地下埋
設物や地中の探査に用匹られる方法であシ、物体像がそ
の反射波形のある位置に観察でき、物体の有無の判別が
なしうる、しか１７．物体がどの深さに埋まっているか
はこの才までは判断できないうこれを知るためには、受
信波形の時間スケールを深度スケールに変換してやらな
ければならないが、従来は、経験的な知識や、後述する
ような別種の測定で得た値に工って適当な変換ファクタ
を観測者が設定するという精度の低い方法に頼らざるを
得なかった、〔発明が解決しょうとする問題点〕 ここで、従来の変換ファクタの設定方法およびその欠点
についてよシ詳細に述べる。まず、時間スケールを深度
スケールに変換するためには、地中の波動伝播速度を知
らなければならない。しかし、土の波動伝播速度は、水
の含有量等の要因によってかなシ変動するため、種々の
測定に工って伝播速度を推定することが必要となるが、
従来の方式では、この点に問題があった。すなわち、従
来性われてきた方法は大別すると２通りになるが、その
一つは、測定者がその土地の平均的な速度データを知っ
て、これで代表してしまうやり方である。しかし、伝播
速度は、かなシ狭い領域でも変化するのが常識であシ、
また、同じ測定点でも時刻によって土の状態が変化すれ
ば速度も変化してしまう。従って、この工うなやシ方で
は精度の良い推定ができないのは明らかである。

第二は、土中の水の含有量や土の静電容量など伝播速度
と関係する物理量を測定して、これらの量から間接的に
速度を推定する方法である。この場合、土そのものを定
置的に測定するには、かなり煩雑な手続きが必要である
から、多くの場合、測定現場において行なうことは能率
的でない。また、土のサンプルが必要であるため、非破
壊的な非接触測定というわけにはいかず、さらにサンプ
ルされた土の試料は状態かもとの状態とは変化してしま
う場合があるため、これから得られた速度の推定値が現
場の土が持つ伝搬速度と一致しているという保ｎ：はな
い。また、地表に電極を置いたり、地中にｔｍを差し込
んだりして静電容量等を測定し、速度推定する場合には
、パルスエコー法と異なる測定糸が必要となる。また、
非破壊的に測定するためには地表に電極を置かなければ
ならないが、この場合には、主に表層の部分が測定され
るだけであり、埋設物のある深度までの精度の良い速度
推定が行えないという欠点があった。

本発明はこれらの欠点を解決するため になされたもので、他の測定系に依らず、探査現場にお
いてパルスエコー法で測定されたデータに基づき、地中
の波動伝搬速度を推定し、さらに物体探度までも高精度
に推定することを目的としている。

また、パルス圧縮法と、推定された速度に基づいた合成
開口法とを組み合わせることによって高分解能に地下埋
設物の画像化探査を行うようにしている。

〔問題点を解決するための手段〕

送波源から探査対象となる物体が存在 する地中に向けて送信波を発射し、　前記物体からの反
射波を、地表上で受信機により検知して、前記物体を探
査するに際し、　広帯域な送信波を用いるとともに、前
記反射波を受信平面上の多数の測定点において受信し、
さらに、前記多数の測定点についての位置情報と、これ
らの測定点における受信波形から、前記物体の深度及び
地中の波動伝搬速度を算出する工うにしている。

〔実施例〕

以下、図面を参照してこの発明の実施例について説明す
る。なお、以下においては、レーダに裏って探査を行う
場合を例にとって説明を進めるが、音波などの波動を甲
いても本発明による探査方法を実施することは可能であ
る。

第１図は、本発明の一実施例の構成を示すブロック図で
ある。

図において、送受信制御装置ｌは、主に送受信機間のタ
イミングの制御を行なう装置である。送信機２は測定用
のインパルス信号を発生し、これが、送信アンテナ３に
工っで電波に変換され、地中に放射される。物体から反
射してきた波は受信アンテナ４に把えられ、受信機５に
送られる。受信機５はサンプルホールド回路等を具備し
ておシ、サンプリングした受信信号を後の信号処理が行
−易ｌＡ裏うに時間伸張しく例えば時間スケールをａ倍
に拡大し）この時間伸張された受信信号をＡ／Ｄ変換器
８ａに供給する、一方、アンテナ移動装置６は、送受信
アンテナ３．４および送受信機２゜５を滅せてこれらを
移動させるものであυ、このアンテナ移動装置６には、
地表上の位置情報（反射波形を収集する測定位置の情報
）を測定する位置測定器７が積載されている。この位置
測定器７の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器８ｂに工ってディ
ジタル信号に変換される。また、Ａ／Ｄ変換器８ａに裏
ってデジタル信号に変換された受信信号は、信号処理装
置９によって処理され、ここでＳ／Ｎ比等の改善が行わ
れた後にＡ／Ｄ変換器８ｂから構成される装置信号と対
になってメモリ】０に記憶される。表示装置】１はメモ
リ１０内の位置信号と受信信号とからパルスエコー像を
形成し、また、深度速度推定装置１２はパルス主コー像
から物体の深度及び、地中の電波伝搬速度を推定する。

次に、この実施例の動作を説明するが、深度・速度推定
装置１２以外の動作については、図お工び前述の説明か
ら容易に理解できるので、これらの動作説明は省略し、
深度・速度推定装置１２の動作についてのみ説明する。

始めに、測定原理について説明する、今、第２図の工う
に送受信アンテナ間の距離をＬｌその中点の座標をＸ１
地表上の測定間隔をＸ　、受信体号の地表に相当する時
間点をｔ　＝　ｏとしたとき、ある物体ｍ（理想的には
点または線状物体）から図に示されるような双曲線状の
レスポンス勇カ測定されたとするう簡単のために、曲線
の頂点のＸ座標（物体ｍのＸ座標に一致）　’）　ｘ　
＝　ｏとし、Ｘ＝０におけるトレース（走査）の前Ｍ本
、後Ｎ本全１セツトとして選ぶことにする。各トレース
に含まれる物体からのレスポンス部分から、双曲線状の
曲線を形成する時間点を選び、各時間点をｔｏ（ｘｎ）
、ｘｎ＝ｎｘｏ（Ｉｎ＊４〜Ｎ）−−−−−一−−ｈｌ
−ａ）と表わす。

これらの時間点からの物体深度ｚ０、伝搬速度ｖ１＆−
推定するわけである。原理的には、三角測量の原理から
２つの時間点とトレース間間隔Ｘ。を使って上記のパラ
メータを推定できるが、時間点の変動による推定結果の
ばらつきが一般に非常に大きいため、２時間点のみから
推定するのは危険である。特に、地中を対象にするよう
なばあ込、土の不均一性などの要因から時間点の変動が
大きいだめ、上記のような三角測量の原理は不適当であ
る。従って、多くの時間点を使用することによって、よ
り安定に推定するのかここに述べる方法である。

さて、Ｘ＝Ｘｎにおいて、パルスが物体で反射されてア
ンテナに受信される寸での時間′ｆｔ（ｘｎ）とすると
、送、受信アンテナと物体間の距離及び速度Ｖから、次
式が成シ立っ。

ｔ（ｘｏ）−６Ｃｌ７ｘｎ−Ｉ７２１　＋Ｚ’　＋−−
−−−−−−−一（ｌｂｌ そして、ｘ＝ｘｎにおいて、測定から得られた時間は、
上述の：うにｔｏ（７：ｎ）である。したがって、正確
なＺ。お工びＶをめるために、式（１ｂ）のＺｏ、Ｖに
課される条件は、ｘ＝ｘ　（ｎ＝−Ｍ−Ｎ）における時
間点との誤差の２乗和を最小にすることである〜すなわ
ち、 とすることである。この式（２）のＥを最小にするため
には、ｚｏ　とＶに対する測微係数Ｉｎにする、θＦ、
／ａＺ　＝０　、δＥ／ａＶ　＝０−−−−−−−−１
３１そして、式（３）から、ｚｏ　とＶに関する連立方
程式ができる。

この式（４）から、■を消去すると２゜に関する方程式
ができる。すなわち、 −−−−−−−−−−＋５１ この方程式分解くことに１って、物体深度２　がめられ
る。この方程式はＮｅｗｔｏｎ−Ｒａｐｈｅ。ｎ法等に
工っで高速に解くことができる。しかも、Ｚｏ　の範囲
が探査条件によって特定できる場合が多いので、初期値
の設定が比較的容易である。

ｚｏがめられれば、式（４）がらＶが計算できる。

すなわち、 となる。

ところで、この実施例の場合は、受信機５において時間
スケールがａ倍に拡大されているが、この場合でも前述
した式（５）は、 ｆ　（Ｚｏ　）　／　ａ−０−−−−−−−−−−−−
−（カとなるだけであ請求められる２゜の値は不変に保
たれる。また式（６）から、速度はＶ、／ａになるが、
元々時間がａｔ　として測定されているので、時間スケ
ールから深度スケールへα変換速度Ｘ片道伝搬時間）も
、 Ｚ＝Ｖ／ａ　−ａｔ／２＝Ｖｔ／２　−−一−−−−（
８）となＦ）、　ａｌｃ工らず不変である。従って、個
々のシステムにおいて、各々固有の時間スケールを用い
て測定しても差し支えないことが判る。

そして、深度推定装置１２は上述した各式に基づいぞ物
体深度ｚ０お工び伝搬速度Ｖを算出する。

第３図は上述した実施例の一変形例の構成を示すブロッ
ク図である。この変形例は、前述した実施例にパルス圧
縮フィルタ１３及び合成開口装置１４を付は加えたもの
である。パルス圧縮フィルタ１３は物体からの反射波形
の継続時間を短縮する工うに構成され、深度分解能を向
上させる働きをし、合成開口装置１４はメモリ１０内の
位置信号と受信信号とから、地中の画像金構成し、水平
分解能を向上させる働きをする。したがって、この変形
例におい七は高分解能の像再生を行うことができる。し
かも、合成開口処理を効果的に行うためには、地中の波
動伝搬速度を精度よく知る必要があるが、この発明にお
いては、前述のように、測定場所の物体の埋設位置に到
るまでの伝搬時間の平均速度を極めて正確に推定するこ
とができるので、像再生処理の分解能お工び信頼性を著
しく向上させることができる。なお、パルス圧縮フィル
タ１３と合成開口装置１４の動作、作用についてはすで
に公知技術であり、例えば、発明者らが先に出願した特
願昭５６−１３６０６０などにおいても述べられている
ので、詳細は省略する。

〔発明の効果〕

以上説明した工うに、この発明によれば、探査しだい場
所において収集された反射信号から得られるデータに基
づめで、その場所における波動伝搬速度と物体深度とを
直接算出するようにしたので、以下に述べる利点が得ら
れる。■測定場所の土の特性がいかに変化しても、精度
の良い探査が可能となシ、深度を含めた物体位置を決定
することができる。■速度全測定するための特別な測定
器を使用しないで済み、非破壊的な能率的な探査を行い
うる、また、■パルス圧縮法と合成開口法とを組み合わ
せ、推定された速度情報に基づいて画像化することにニ
ジ、高分解能で信頼性の高い地下埋設物の再生像を得る
ことができ、人間が埋設物の状況を判断する上で極めて
有用となる、

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の鋪４一実施例を示すブロック図、第２
図は、パルスエコー法における物体からの応答を示す線
図、第３図は同実施例の・−１変形例を示すブロック図
である。 １・・・・・・送受信制御装置、２・・・・・・送信機
、３・・・・・・送信アンテナ、４・・・・・・受信ア
ンテナ、５・・・・・・受信機、６・・・・・・アンテ
ナ移＠装置、７・・・・・・位置測定器、８ａ。 ８ｂ・・・・・・Ａ／Ｄ変換装置、９・・・・・・信号
処理装置、１０・・・・・・メモ！Ｊ、１１・・・・・
・表示装置、１２・・・・・・深度速度推定装置、１３
・・・・・・パルス圧縮フィルタ、１４・・・・・・合
成開口装行。 出願人　日本電信電話公社 第２図　区 Ｏつ 派

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１，）送波源から探査対象となる物体が存在する地中
   に向けて送信波を発射し、前記物体からの反射波を、地
   表上で受信機にニジ検知して、前記物体を探査するに際
   し、広帯域な送信波を用いるとともに、前記反射波を受
   信平面上の多数の測定点において受信し、さらに、前記
   多数の測定点についての位置情報と、これらの測定点に
   おける受信波形から、前記物体の深度及び地中の波動伝
   搬速度を算出することを特徴とする地下埋設物探査方法
   。 （２，ン前記多数の測定点の位置情報、これらの測定点
   における受信波形及び算出された波動の伝搬連層から、
   パルス圧縮と合成開口を行って数値的に前記物体の像再
   生を行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   地下埋設物探査方法。