JPH0227286A - 地中レーダのサンプリング方法とサンプリング装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電波を用いて地中の埋設物等を探査する地中レ
ーダのサンプリング方法とその装置に係り、特に探査深
度の向上と合せて分解能の向上が計れる地中レーダのサ
ンプリング方法とその装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の地中レーダはアンテナから目標までの距離が非常
に短いため、送信信号は数＋１秒程度の幅をもつパルス
またはモノサイクル波等が用いられる。また１反射波の
存在時間が非常に短いため、１回の送信毎に受信波の一
部をサンプリングし、送信のたびにサンプリング位置を
移動させ何回もの送受信を繰り返すことにより、受信波
を再生していた。この種装置として関連するものは（例
えば、特開昭６１−１１６８２号公報等が挙げられる。

）〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術に用いられているモノサイクルの送信波に
より探査深度を深くするためには、送信波の周波数を低
くしなければならない、しかし周波数を低くすると、送
信波の幅が長くなり、分解能が低下してしまう、また、
送信波の周波数を高くして探査深度を深くするには送信
電力を大きくすれば良いが、受信のダイナミックレンジ
は限られているため、浅い深度からの大きい反射電力を
持つ反射波は飽和してしまい目標を識別することが出来
なくなってしまう。

本発明は探査深度の向上と合せて分解能の向上を計り得
る地中レーザのサンプリング方法とその装置を提供する
ことを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は１つの探査位置において、一定の送信周期を
もつ送信波の周波数を、段階的または連続的なチャープ
波等を用いて変化させ、地中へ向けて放射する。地中か
らの反射波のサンプリングは、送信周期ごとに１回のサ
ンプリングを行ない、送信周波数が高い時は、浅い深度
に相当する部分を短いサンプル間隔でサンプルを行ない
、送信周波数が低い時は、深い浅度に相当する部分を長
いサンプル間隔でサンプルを行なう、このサンプル間隔
の変化を送信周波数の変化に比例させ、サンプル後の出
力信号周波数を一定周波数に変換することにより、達成
される。

〔作用〕

本発明の地中レーダのサンプリング方法では、１つの探
査位置ごとに高い周波数から低い周波数の送受波を放射
し、高い周波数から低い周波数への変化に合わせ、反射
波の浅い深度から深い深度部分へサンプル位置を移動さ
せることにより浅い深度はど分解能が向上し、高い周波
数の送信波では減衰して反射波が得られなくても、低い
周波数での反射波が得られ、探査深度も向上する。

受信される反射波は、時間と共に周波数が変化するが、
受信波のサンプリング間隔を、サンプル時の送信周波数
の変化に比例して変化することにより１周波数変化は１
つの周波数に圧縮され、低周波信号となる。これにより
サンプリング後は特別な回路を付加する必要がなく、容
易に探査深度の向上した地中レーダを提供することがで
きる。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を添付図面を用いて説明図する。

第１図は本実施例の地中レーダのブロック図である。こ
の地中レーダは第１図に示すように、基準パルス発生器
１．高周波発生器２．バラントランス３、送信アンテナ
４、受信アンテナ５、バラントランス６、サンプル回路
７．ホールド回路８、高速鋸歯状波発生器９、遅延電圧
発生器１０、およびサンプルパルス発生器１１とで構成
されている。

次にこの各構成の個々の動作について説明する。

基準パルス発生器１で、周期Ｔｒの基準パルスＰｒを出
力し、それに同期して高周波発生器２が周期Ｔｒの高周
波信号を発生し、バラントランス３により不平衡−平衡
変換され、送信アンテナ４から地中へ電波を放射する。

高周波発生器２で発生する高周波信号の周波数は、遅延
電圧発生器１０からの電圧により周期的に変化する。地
中からの反射波は受信アンテナ５で受信され、受信信号
Ｓｒを得る。受信信号Ｓｒはバラントランス６により平
衡−不平衡変換され、サンプル回路７でサンプリングさ
れる。サンプリングされパルス状となった受信信号Ｓｓ
１は、ホールド回路８によりホールドされ、出力信号Ｓ
、を得る。

送信に用いる高周波信号は、モノサイクル波又はチャー
プ波が考えられるが、本実施例ではモノサイクル波を用
いた場合を示す。

送信波は、基準パルスに同期した一定周期で発生し、遅
延電圧発生器からの電圧により周波数が段階的又は連続
的に変化するが、例として第２図に示す如く変化するも
のとする。このような周波数変化の送信波を地中へ向け
放射し、送信周波数がｆｌの時、第３図に示す受信波Ｓ
ｒ工のごとく送信後ｔ１の時間に現われた部分を短いサ
ンプル間隔Δｔ１でサンプルされ、ｔ、の時間で受信ア
ンテナ５へ達した受信信号はサンプルされない、送信周
波数がｆ、での受信波Ｓｒ、は、ｔＬの時間で受信アン
テナ５へ達した受信信号はサンプルされず、時間ｔ、で
達した受信波を長いサンプル間隔でサンプルする。この
サンプルは、１回の送信ごとに１回のサンプルを行ない
サンプル位置が送信周波数がｆｌの時Δｔ１ずつ遅れて
行き、送信周波数がｆ、に達した時はΔｔ、ずつ遅れ、
３００回の送信で１つの受信波のサンプルを完了する。

第４図に基準パルスＰｒのタイミングとホールド回路８
の出力信号ｓＨの例を示す。

周波数とサンプル間隔の関係は第３図のサンプル例に示
すごとく、サンプル時の送信周波数における１サイクル
あたりのサンプル数が同じになる様に設定することによ
り、送信周波数の変化は、サンプリング後は第４図に示
すように同一周波数に圧縮され、周波数変換される。

サンプルパルスＰｓの発生は、遅延電圧発生器１０から
の電圧と、高速鋸歯状波発生器９からの電圧との交点で
パルスを発生するコンパレータで構成されたサンプルパ
ルス発生器１１により行なわれる。遅延電圧発生器１０
からのサンプル遅延電圧は、第５図に示す波形例である
。この周期Ｔ０は１つの探査位置の受信波サンプリング
が行なわれる時間である。サンプル遅延電圧変化は基準
パルスＰｒに同期し、基準パルスＰｒのｎ回をもって１
周期となり、Ｔ、：ｎＴｒの関係となる。高速鋸歯状波
も基準パルスＰｒと同期し、サンプル遅延電圧との交点
でサンプルパルス発生１１１１がサンプルパルスＰｓを
発生する。遅延パルス電圧は送信周波数がｆ１〜ｆ、へ
低くなるにしたがって変化量の傾きが大きくなり、サン
プルパルスＰｓの基準パルスの遅延時間ｔｄｎの変化量
であるΔｔ＝ｔｄｎ＋１−ｔｄｎも大きくなる。

各送信周波数ｆ□〜ｆ、における受信波Ｓｒをサンプリ
ングにより周波数変換するためには、各周波数における
サンプル遅延電圧の傾きにより、各サンプル間隔Δｔを
、サンプル時の送信周波数１サイクルあたりの時間に比
例させる。

第６図において、送信周波数がｆ工〜ｆ３へ変化した時
における地中０．２５＋＋からの反射波Ｐ□、地中０．
５ｍからの反射波Ｐａｔ地中Ｌ５ｍからの反射波Ｐ３、
地中４．５ｍからの反射波Ｐ４を例とし、ホールド回路
８からの出力信号Ｓ、は同図のように同一周波数に変換
され、Ｐ　１′Ｐ　２’　Ｐ　３’　Ｐ　４′なる出力
を得る。

以上のように深度の違いが、各パルスＰ□′〜Ｐ、′の
遅延量の違いｔ□Ｔ　ｔｕｔ　ｔｅｌ　ｔ４となって、
時間差測定回路１２により遅延量ｔを測ることにより、
反射物体までの深度を知ることができる。

〔発明の効果〕

請求項１および２記載の本発明によれば、１つの位置あ
たりの探査で送信周波数を変化させても、サンプル受信
後は同一周波数に周波数変換できる。

このため、高い周波数を送信した時に、その周波数で得
られる探査深度まで分解能よく探査でき、高い周波数で
は探査できない深度に対しては、低い周波数の送信時に
サンプルすることにより探査が可能となり、探査深度を
深くできる。１つの受信波での全サンプリング数も必要
以上のサンプリングを行なわず、効率の良いデータ取得
が行なえる。さらに、サンプリング後の信号周波数が一
定であるため、信号処理回路が安価で容易に構成できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図。 第２図は実施例に用いた送信周波数の変化を示すグラフ
、第３図はサンプリングによる周波数変換の動作を示す
波形図、第４図はホールド後の出力信号の波形例を示す
図、第５図はサンプルパルス発生の動作と、ホールド後
の出力信号を得るまでの動作を示した波形図、第６図は
受信波と出力信号の例を示す波形図である。 １・・・基準パルス発生器、２・・・高周波発生器、３
・・バラントランス、４・・・送信アンテナ、訃・・受
信アンテナ、６・・・バラントランス、７・・・サンプ
ル回路、８・・・ホールド回路、９・・・高速鋸歯状波
発生器、１０・・・遅延電圧発生器、１１・・・サンプ
ルパルス発生器、１２・・・時間差測定回路。 特許出願人　　日立湘南電子株式会社 代理人弁理士　　秋　　本　　正　　実（外１名） 纂 図 纂 図 ！ 十 ご

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、マイクロ波を地中へ向け送信し、地中からの反射波
   をサンプリング受信し、地中の埋設物や地中の状態を映
   像化する地中レーダにおいて、浅い位置の探査を行なう
   時には送信周波数を高くして、サンプリング受信のサン
   プリング周期を上げ、深い位置の探査を行なう時には送
   信周波数を低くしてサンプリング受信のサンプリング周
   期を下げ、このサンプリング周期の変化を送信周波数の
   変化と比例させることにより、サンプリング受信の出力
   は送信周波数が変化しても一定の周波数となるようにし
   た地中レーダのサンプリング方法。 ２、基準パルスを出力する基準パルス発生器と、前記基
   準パルスに同期して高周波信号を発生する高周波発生器
   と、前記高周波信号を地中に放射する送信アンテナと、
   前記高周波信号の周波数を周期的に変化させる遅延電圧
   発生器と、地中からの反射波を受信する受信アンテナと
   、前記アンテナで受信された受信信号をサンプリングす
   るサンプリング回路と、前記サンプリング回路の出力を
   ホールドするホールド回路と前記サンプリング回路にサ
   ンプリング信号を供給する高周波鋸歯状波発生回路とサ
   ンプルパルス発生回路と、前記基準パルス発生器の基準
   パルスとホールド回路からの出力信号との遅延量の違い
   を表示する時間差測定回路とを具備してなる地中レーダ
   のサンプリング装置。