JPS63120271A

JPS63120271A - レ−ダ型地中探査装置

Info

Publication number: JPS63120271A
Application number: JP61266405A
Authority: JP
Inventors: Akio Kono; 河野　明夫; Masaru Tsunasaki; 勝綱崎
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1986-11-08
Filing date: 1986-11-08
Publication date: 1988-05-24

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〕この発明は地中埋設ガス導管等の地中埋設物体の有無お
よびその位百を非掘削で検知するためのレーダ型地中探
査装置に関するものである。

〔従来の技術〕

地中に埋設された物体の探査は、マイク０彼領域のパル
ス状の送信電波を地表面から地中に向かって放射し、地
中の物体で反射された電波を捉犬、この受信電波におけ
るピークの有無により地中の物体の有無を検知し、さら
に送信１１波放射時から受信電波のピークまでの時間に
よりその物体の深度を検知するものである。

従来のレーダ型地中探査装置は、第３図に示すように、
地表面１に送信アンテナ２および受信アンテナ３を並べ
て設置し、パルス発生部４で発生したマイクロ波領域の
パルス波を送信アンテナ２から地中５へ送信電波として
放射し、地中５の物体６，６′によって反射されて地表
面までもどる反射電波を受信アンテナ３で受け１．この
受（ｉｔｌｉ波を高周波増幅部７が取り込んで高周波増
幅し、この高周波増幅部７の出力をもとにして物体６，
６′の有無およびその深さを検知するようになっている
。

このようなレーダ型地中探査装置は、深さ数士備から数
ｍの物体６，６′を探査するものであるが、地中５の電
波の伝播速度は、土壌の誘電率を例えば９とすると、空
中の伝播速度（３０ｃｍ／ｎｓ）の１／Ｊ〒−１／３と
なり、１０ｃｍ／ｎｓである。

したがって、送信アンテナ２および受信アンテナ３と物
体６．６′との間を電波が往復する時間は、深さが５０
ｗ、１ｍ、　　２ｍのときはそれぞれ１０ｎｓ、　　２
０ｎｓ、　４０ｎｓと非常に短い時間となる。さらに、
空中の場合と異なり、地中５を伝播する場合は、電波が
深さの指数関数で大きく減衰し、１ｍで１／３〜１／１
０に減衰することもある。今、１ｍの１ｊｆｉ衰量を例
えば１／Ｊ〒０’−１，／３．１６とすると、５０ｅｓ
、１ｍ、２ｍを往復するときの１ｆｆｌ衰量４１ａソａ
　１　／ｆｉ、　　１　／　１０　、　１　／１００と
大きく変化する。すなわち、１ｍの深さの物体からの反
射電波が１／１０に減衰しているときは、２ｍの深さの
物体からの反射電波はｉ、’１ｏｏｘ：減衰することに
なり、２深部の物体の探査が困難であった。

そこで、電波の減衰による深部の物体６′の探査能の低
下を改善し、深部の物体６′の探査をも浅部の物体６の
探査と同じように行えるようにするために、高周波増幅
部７にセン・ンティビティ・タイム・コントロール回路
を内蔵して増幅度を時間の経過とともに、すなわち物体
６．６′の深さの増加とともに大きくし、浅部の物体６
の反射電波と深部の物体６′の反射電波の振幅がほぼ等
しくなるようにしている。

第４図は上記レーダ型地中探査装置の各部のタイミング
図を示している。同図（Ａ）は送信アンテナ２から放射
されるパルス状の送信電波の波形を示し、実線はパルス
ｌＮｉ３ｎｓ程度のベースバンド波であり、破線はモノ
パルス波である。同図（Ｂ）は受信アンテナ３を介して
高周波増幅部７に入力される受信電波の波形を示し、そ
の波形の第１ビークＰ、は地表面１での表面反射による
ものであり、第２ビークＰ２は反射時間ｔが１０ｎｇで
あって５０１の深さにある物体によるものであり、その
擾福は第１ピークＰ１の１／ｄ罰となっている。第３ピ
ークＰ３は反射時間ｔが２０ｖｓであって１ｍの深さに
ある物体によるものであり、その振幅は第１ビークＰ１
の１／ｌＯとなっている。

第４ビークＰ４は反射時間ｔが４０ｎｓであって２ｍの
深さにある物体によるものであり、その振幅は第１ピー
クの１／ｌ　ＯＯとなっている。同図（Ｃ）は高周波増
幅部７の増幅度の時間変化を示し、【が１０ｎｓ、　　
２０ｎｓ、　　４０ｎｓのときにそれぞれもが零のとき
のｆ１倍４０倍、１００倍となっている。同図（Ｄ）は
高周波増幅部７から出力される波形を示し、５０ｃｍ、
Ｉｎ、２ｍの深さからの反射波によるビークＰ１　′〜
Ｐ４′の高さがほぼ同じになっている。

受信電波は、前記したように、マイクロ波領域の高周波
信号であるが、地中探査のためには、第４図（Ｄ）にお
けるピークｐ、＋〜Ｐ４′の有無およびその出現時間を
知るだけで十分であるため、上記高周波信号を低周波変
換部８によって音声領域程度の低周波信号に変換し、こ
の低周波信号の波形をシンクロスコープ等の波形表示器
９に表示し、波形表示器９の時間軸を物体６，６′の深
さに対応させ、地中５の物体６．６′の探査（物体６．
６′の有無およびその深さ）を行えるようにしている。

上記の低周波変換部８は、サンプリングにより高周波信
号を低周波信号に変換するものであり、送信電波を周期
的に放射し、各送信電波に対する受信電波を各送信電波
の放射タイミングより順次一定時間ずつ遅れたタイミン
グで１回ずつサンプリングすることにより１個の受信電
波の時間軸を伸長した低周波信号を得るようになってい
る。

サンプリング動作を第５図により詳細に説明する。同図
（Ａ）は周期的に放射されるパルス状の送信電波の波形
を示し、同図（Ｂ）は同図（Ａ）の送信ｌｉ波に対応す
る受信電波の波形を示し、同図（Ｃ）は同図（Ｂ）の１
個の受信電波の時間軸を伸長した低周波信号の一部分の
波形を示している。第５図において、パルス状の送信電
波は周期Ｔで繰返し放射され、受信ｉｉ波もこれに応じ
た周期で生じる。今、受信電波の号・ンブリング周期を
Ｔ＋ΔＴとすると、ｔ−０，Ｔ十ΔＴ、　　２　（Ｔ＋
ΔＴ）、３　（Ｔ＋ΔＴ）、・・・でサンプリングが行
われ、これを各送信電波の放射時刻を基準にして考える
と、第１番目の受信ｌｉ波についてはｔ’−０でサンプ
リングされ、第２番目はｔ′−ΔＴ、第３番目はｔ′−
２ΔＴ、第４番目はｔ′−３ΔＴでそれぞれサンプリン
グされることになり、各受信電波が同じ波形であるとす
れば１個の受信電波をΔＴ毎にサンプリングしたのと同
じサンプリングデータがＴ＋ΔＴ毎に得られることにな
り、このサンプリングデータをローパスフィルタに通せ
ば！Ｒ５図（Ｂ）の１個の受信電波をＴ十へＴ／ΔＴ倍
に時間軸伸長した第５図（Ｃ）の低周波信号が得られる
ことになる。

上記のことを数字をあげて具体的に説明する。

探査時間（反射時間）は、土壌の誘電率によって異なる
が、誘電率が９のときに深さ５ｍ程度の探査を行うもの
とすると、１００ｎｓまでとすればよい。そして、送信
電波を５０μｓの周期で放射するものとし、探査時間内
のサンプル数を１０００個とすると、１個の低周波信号
を得るには、送信電波を１０００回送る必要があり、５
０ｍｓ　（ｂ５０μｓ　Ｘ９９９４１００ｎｓ）程度要
することになる。

つまり、１００ｎｓの長さの受信電波が５０ｍ５の長さ
の低周波信号に変換されることになる。したがって、低
周波信号を出力する周期は５０ｍ５以上に設定すればよ
い。

次表は送信ｔＩｉ波の番号とサンプルタイミングとの関
係を示している。

（以下余白）第　　　１　　　表＄３図において、１０は、パルス発生部４．高周波増幅
部７および低周波変換部８の動作タイミングを制御する
制御部である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような従来のレーダ型地中探査装置は、上記したよ
うに、数十ｎｓの短い時間内に増幅度を１０倍から１０
０倍に増加させる必要があり、受信波形に振動現象等の
歪が生じやす（なり、これが探査能および分解能の向上
を制限する一つの要因となっていた。

一方、低周波領域で、すなわちサンプリング後にセンシ
ティビティ・タイム・コントロールを行う方法もあるが
、この場合に別の問題点がある。

高周波を低周波に変換するには、前述のようにサンプリ
ングを行う必要があり、この変換にあたりサンプリング
ノイズが定常的に数ｍＶ前後発生する。今仮にサンプリ
ングノイズを５ｍＶとすると、低周波領域での増幅度を
１０とした時は５０ｍＶ。

１００とした時は５００ｍＶにサンプリングノイズが増
幅される。すなわち、地中の深い所から反射してきた弱
い電波を大きく増幅使用とするサンプリングノイズが大
きくなってしまい、検知能力を向上させることができな
いのである。

この発明の目的は、地中の物体の探査能および分解能を
高めることができるレーダ型地中探査装置を提供するこ
とである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明のレーダ型地中探査装置は、ピーク値が一定の
パルス波を周期的に発生するパルス発生器と、このパル
ス発生器から発生ずるパルス波を送信電波として地表面
から地中へ向かって放射する送信アンテナと、地表面ま
でもどる前記地中の物体からの反射波を捉える受信アン
テナと、この受信アユ／ナナで受信した受信電波の各々
をパルス放射毎に増大する増幅度で増幅する高周波増幅
器と、前記送信電波の各々の放射時タイミングを基準に
して順次一定時間ずつ遅れた反射時間で前記高周波増幅
器の出力をサンプリングすることにより前記受信ｉ４波
の時間軸を伸長した低周波信号を得るサンプラと、この
サンプラから出力される低周波信号の波形を表示する波
形表示器とを備え、前記低周波信号中の前記物体からの
反射によるピークの有無により前記物体の有無を検知す
るとともに、前記ピークの出現時間によって前記物体の
深さを検知するものである。

〔作用〕

この発明の構成によれば、送信電波を周期的に放射し、
これに対応する受信電波を、送信電波の放射毎に増幅度
がゆるやかに増大する高周波増幅器で増幅し、高周波増
幅４の出力を送信電波の各々の放射時タイミングを基準
にして順次一定時間通れた反射時間でサンプリングする
ことによって１個の受信電波の時間軸を伸長した低周ｆ
ｉ１．信号を得ているため、地中における７４波のｆｉ
衰を波形歪を生じさせることなく禎信することができ、
地中の物体の探査能および分解能を向コーさせることが
できる。

〔実施例〕

この発明の一実施例を第１図および第２図に基づいて説
明する。このレーダ型地中探査装置は、第１図に示すよ
うに、地表面１１に送信アンテナ１２および受信アンテ
ナ１３を並べて（近接して）設置し、ベースバンドパル
サなどのパルス発生器１４でベースバンドパルス波を発
生し、送信アンテナ１２を介し送信電波として地中１５
に放射するようになっている。この場合、パルス発生器
１４は５０μＳタイマ１６によって一定ピーク値のベー
スバンドパルス波を５０）ｔｓ毎に発生して地中１５に
放射させるようになっている。

そして、地中１５に放射された電波は、地中１５の物体
１８．１８′によって反射されて再び地表面１１にもど
り、受信アンテナ１３によって受信電波として捉えられ
る。この受信アンテナ１３によって捉えられた受信電波
は増幅度可変型の高周波場＠器１９に入力され、ここで
高周波増幅され、さらにサンプラ２１でサンプリングさ
れるとともに低域ろ波されて時間軸伸長した低周波信号
に変換され、シンクロスコープ等の波形表示器２２に表
示される。

この際、５０噛Ｓタイマ１７によって５０１１！＋毎に
起動されて指数開数等の組国増加関数を発生ずる関数発
生回路２３によって、高周波増幅器１９の増幅度が５（
１ｍｓの間において時間の経過とともに増大することに
なる。なお、増幅度は５０ｍ５の時間内では単調増加し
ているが、５０−３よりも長い時間で見れば略鋸歯状に
変化することになる。すなわち、関数発生回路２３は、
５０Ｉ１１９周期の略鋸歯状波を出力するということに
なる。

上記のサンプラ２１のサンプルタイミングは５０１１ｓ
タイマ１７，５０μＳタイマ１６．遅延時間発生回路２
０によって決定される。すなわち、遅延時間発生回路２
０は、５０ｍ５タイマ］７によす起動して５０μｓタイ
マ１６の出力が加えられた回数をカラン（・シ、５０ｍ
５タイマ１７の出力が加えられた時は遅延時間０でパル
スを出力し、５０μｓタイマ１６の出力が加えられた時
はその出方回数１に対応シ”’Ｃ（１００ｎｓＸ　Ｌ）
　／　１００００）遅延時間でパルスを出力してサンプ
ラ２１を動作させる。

次表は送信電波の番号とサンプルタイミングとの関係を
示している。

（以下余白）第　　　２　　　表第２図は上記第１図の各部の波形図を示している。同図
（Ａ）は高周波槽＠器１９の増幅度を示し、その増幅度
が時間の経過とともに５０ｍ３内に例えば指数関数的に
増大している。同図（Ｂ）は受信電波のサンプリングさ
れる前の波形図、すなわち高周波増幅器１９の出力の波
形図を示し、そのピーク値が高周波槽＠器１９の増幅度
変化と同じように指数関数的に増大している。同図（Ｃ
）は同［ｆｆｌ　（Ｂ）におけるｅ−Ｑ＋ｍｓ付近、す
なわちサンプルがｔ’＝Ｃ１ｎｓ付近で行われる受信７
ｆ波の波形の拡大図を示しく区間Ａの領域が順次サンプ
ルされる）、同図（Ｄ）は同図（Ｂ）における１−２５
＋ｍｓ付近、すなわちサンプルがｔ’−５Ｑｎｓ付近で
行われる受信ｌｉ波の波形の拡大図を示しく区間Ｂの領
域が１次サンプルされる）、同図（Ｅ）は同図ＣＢ）に
おけるｉ”５０ｍ５付近、すなわちサンプルがｔ’−１
０＜ｌｎｓ付近で行われる受信電波の波形の拡大図を示
しく区間Ｃの９Ａ域が順次サンプルされる）、各図を見
るとわかるように高周波槽＠器１９の増幅度の時間的な
増加によって同図（Ｃ）、　　（Ｄ）、　　（Ｅ）の各
サンプル点における受信電波の振幅がほぼ等しくなって
いることがわかる。この結果、同図（Ｆ）に示す低周波
信号は物体１８．１８’の埋設深さによる電波減衰が補
償されて深部の物体１８′からの反射によるピークが強
調されて物体１８．１８’からの反射によるピークの高
さが物体１８．１８’の深さにがかわらずほぼ同じにす
ることができる。

このように、この実施例のレーダ型地中探査装置は、送
信電波を周期的に放射し、これに対応する受信電波を、
送信電波の送信周期ＴよりΔＴ時間長いサンプル周期で
各受信電波を順次遅れたタイミングで１（ｌ！ずつサン
プリングすることによって１個の受信電波の時間軸を伸
長した低周波信号を得るものにおいて、高周波槽＠器１
９の増幅度を５０ｍ３の時間内において時間の経過とと
もに（パルス放射毎に）増大させるようにしたため、深
さによる電波減衰が補償されて低周波信号における深部
の物体１８’からの反射によるピークが＠渭され、物体
１８．１８’からの反射によるピークの高さを物体１８
．１８’の深さに関係なくほぼ同じ高さにすることがで
きる。また、高周波槽＠器１９の増幅度の変化周期は５
０ｍ５以上であり、従来例のように、１００ｎｓ内に増
幅度を変化させるのとは違って実施が容易である。

なお、送信アンテナ１２と受信アンテナ１３とはひとつ
のアンテナを共用することもできる。

〔発明の効果〕

この発明のレーダ型地中探査装置によれば、送信電波を
周期的に放射し、これに対応する受信電波を、送信１４
波の放射毎に増幅度がゆるやかｋｊ増大する高周波増幅
器で増幅し、高周波増幅器の出力を送信電波の各々の放
射時タイミングを基準にして順次一定時開運れた反射時
間でサンプリングすることによって１個の受信電波の時
間軸を伸長した低周波信号を得ているため、地中におけ
る電波の減衰を波形歪を生じさせることなく補償するこ
とができ、地中の物体の榛査能および分解能を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のブロック図、第２図はそ
の各部の波形図、第３図は従来のレーダ型地中探査装置
のブロック図、第４図はその各部のタイミング図、第５
図はサンプリング動作の説明図である。１１・・・地表面、１２・・・送信アンテナ、工３・・
・受信アンテナ、１４・・・パルス発生器、１５・・・
地中、１６・・・５０μＳタイマ、１７・・・５叶ｌタ
イマ、１８゜１８′・・・物体、１つ・・・高周波槽ｑ
器、２ｏ・・・遅延時間発生回路、２１・・・サンプラ
、２２・・・波形表示器、２３・・・関数発生回路辷Ｐ暎碍 ■２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ピーク値が一定のパルス波を周期的に発生するパ
ルス発生器と、このパルス発生器から発生するパルス波
を送信電波として地表面から地中へ向かって放射する送
信アンテナと、地表面までもどる前記地中の物体からの
反射波を捉える受信アンテナと、この受信アンテナで受
信した受信電波の各々をパルス放射毎に増大する増幅度
で増幅する高周波増幅器と、前記送信電波の各々の放射
時タイミングを基準にして順次一定時間ずつ遅れた反射
時間で前記高周波増幅器の出力をサンプリングすること
により前記受信電波の時間軸を伸長した低周波信号を得
るサンプラと、このサンプラから出力される低周波信号
の波形を表示する波形表示器とを備え、前記低周波信号
中の前記物体からの反射によるピークの有無により前記
物体の有無を検知するとともに、前記ピークの出現時間
によって前記物体の深さを検知するレーダ型地中探査装
置。
（２）前記送信アンテナと受信アンテナはひとつのアン
テナを共用している特許請求の範囲第（１）項記載のレ
ーダ型地中探査装置。