JPH058992B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はパルス状電波を用いた埋設物探査装置
に係り、特に探査する深さを向上させ、しかも地
表付近の探査不能域を低減させるに好適な埋設物
探査装置に関する。

〔従来技術〕

パルス状電波を用いた埋設物探査装置として
は、従来は電子通信学会論文誌′836 Vol.J66−Ｂ
No.６に記載された装置が知られている。この装置
は雑音やクラツタ信号を簡単な信号処理回路で除
去して、深さ約３ｍまでの地中埋設鋼管などを探
知できるようにしたものである。この種の装置で
は電波が土中伝播に伴つて減衰するための探査可
能な深さの限界を向上させることが課題となる。
この課題を解決するために前記提案では、センシ
テイブ・タイム・コントロール（STC）、または
タイム・バリング・ゲイン・コントロール
（TVG）と呼ばれる手法が用いられている。これ
らの手法は観測深さ、すなわちパルス電波放射か
ら反射波を検知するまでの時間が長くなるに従つ
て増幅器の利得を増加させるものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら前記手法によると、反射波の強度
を増加させることはできるが、増幅器などの雑音
成分も増幅させるため信号対雑音比を改善するこ
とはできないという問題点があつた。この問題を
解決するために深い部分を観測するときの使用周
波数を低くする方法も考えられる。このことは例
えばジヤーナル・オブ・ジオフイジカル・リサー
チの1974年４月10日号の1699頁乃至1708頁に記載
されているように、土中の電波伝播に伴う減衰
が、周波数が高い程大きいという理由による。し
かしながらパルスレーダでは一般に最初に地表部
分の反射波が大きな強度で検出されるため、低い
周波数、すなわちパルス幅が大きい電波を使用す
ると、この地表反射波が検知される時間が長くな
り、地表近くに物標反射があつても識別不能とな
る問題があつた。この結果探査物標の深さが不明
の場合、地表近くの物標を見逃すという重大な欠
点があつた。

本発明は上述した問題に鑑みてなされたもので
あり、地表付近の探査不能域を減少させ、しかも
探査深さを増大させることのできる埋設物探査装
置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記の目的を達成するために、パル
ス幅とパルス振幅を順次異ならしてなる複数のパ
ルスからなるパターンのパルス状電波を発振する
発振器と、この発振器から発振された前記電波を
地中埋設物に向けて放射する送信用アンテナと、
前記地中埋設物からの反射波を受信する受信用ア
ンテナと、この受信された電波を増幅する増幅器
と、この増幅された電波を前記複数のパルスに対
応させて複数点でサンプリングするサンプラと、
このサンプリングされた電波を映像信号に変換す
る映像処理装置と、この映像信号により大地の断
面を画像表示する表示装置とを具備した埋設物探
査装置において、前記映像処理装置に前記映像信
号に基づいて埋設物が確認できるか否かを判定す
る判定手段を設けるとともに、前記パルス状電波
の各パルスのパルス幅とパルス振幅を異ならして
なる複数のパターンを予め記憶しておき、選択し
た１つのパターンに従つて前記発振器の各パルス
のパルス幅とパルス振幅を制御し、このパターン
に対応する前記判定手段から出力される判定結果
に基づいて、埋設物が確認できない場合はパルス
幅の大きなパターンに変更し、埋設物が確認でき
た場合はパルス幅の小さなパターンに変更して、
前記発振器の各パルスのパルス幅とパルス振幅を
繰返し制御する制御信号発生装置を設けたことを
特徴とする。

〔作用〕

上記の構成によると、深い部分の観測時にはパ
ルス幅の広い大きい振幅の電波を放射して、伝播
距離が長い部分からの反射強度の減衰を防ぎ効率
よく映像化し、浅い部分にはパルス幅の狭い小さ
い振幅の電波を放射して、微弱な物標反射波が地
表反射波に隠蔽される時間幅を小さくして物標検
出不能域を低減できる。

〔実施例〕

以下、本発明に係る埋設物探査装置の一実施例
を図面を参照して説明する。

第１図に本実施例の基本的構成を示す。１は送
信用の広帯域アンテナ、２は受信用の広帯域アン
テナである。これらの広帯域アンテナ１，２は、
抵抗装荷ダイポール型アンテナなどの公知のもの
が使われており、台車３に搭載されていて移動可
能である。送信用アンテナ１からパルス状電波を
放射し、探査物標４からの反射波を受信アンテナ
２で受信する。送信用アンテナ１へは発振器５か
らのパルス信号が印加され、この発振器５は制御
信号発生装置６により発振されらパルス信号の振
幅及び周波数が制御されるようになつている。受
信アンテナ２で受信した信号は増幅器７で増幅さ
れ、さらにサンプラ８でサンプリングされる。こ
のサンプリングされた信号は映像処理装置９に導
かれ、ここでこの信号が映像化されて表示装置１
０で表示される。また映像処理装置９には前記台
車３の位置、すなわちアンテナ１，２の位置も入
力されるようになつている。この位置検出は位置
検出装置１１によつてなされる。

次に前記各部を第２図に示す各部の信号波形を
参照して詳細に説明する。本実施例でサンプラ８
が１波形を形成するのに８個のサンプル点が設け
られた場合について説明するが、通常は100個以
上のサンプル点が設けられている。発振器５から
はパルス出力が発振されるほかに、パルス出力に
同期した信号を時分割するトリガパルスも発振さ
れている。そしてパルス出力は送信用アンテナ１
に、トリガパルスはサンプラ８と制御信号発生装
置６，８へ導かれる。トリガパルス１乃至８に同
期して信号サンプリングが繰り返され、８点のサ
ンプリングデータによつて１波形が形成される。
第２図に示すように制御信号発生装置６により発
振器５から発振されるパルスの振幅及びパルス幅
は制御されており、サンプリング位置がトリガパ
ルスの番号が大きい位置に移るほど振幅及びパル
ス幅が大きくなるようになつている。ここでトリ
ガパルスの番号が小さい程観測する深さは浅い。
すなわちサンプラ８におけるサンプルゲートと発
振器５のトリガパルスとの時間間隔が、トリガパ
ルスの番号が大きくなる程大きくなる。また観測
する深さが浅い程、すなわちサンプリング番号が
小さい程パルス幅が短かく、その波高も小さい。
そして観測深さが深くなるに従つてパルス幅が広
くなり低周波側に移行し、かつパルス出力も大き
くなる。このようなパルス信号が送信用アンテナ
１から放射され、物標で反射された信号を受信用
アンテナ２で受信し、増幅器７で増幅すると第２
図の増幅器７の出力波形となる。増幅器７の出力
には、最初に発振器５の出力に類似の地表反射ｒ
が検出され、その後時間的に遅れて物標４の反射
波Ｒが検出される。サンプラ８の内部では、発振
器５から発振されるトリガパルスから一定時間ず
つ遅れた位置にサンプリングゲートを設けて、こ
のサンプリングゲートにおいて増幅器７の出力値
を次のタイミングまでサンプルホールドする。こ
れらのサンプリング手段は従来のサンプリングオ
シロスコープなどで公知のものである。発振器５
のトリガパルスからサンプラ８のゲートまでの時
間遅れは、制御信号発生装置６の制御信号と連動
し、第２図の例ではサンプリングの番号が１のと
き最小で８のとき最大となる。各サンプリングゲ
ートで増幅器７の出力をサンプリング・ホールド
した波形、すなわちサンプラ８の出力は、増幅器
７の出力波形を時間的に引き延ばした波形にな
る。そしてこの波形はサンプリング番号が大なる
程低い周波数に移行した波形となる。この波形を
映像処理装置９で映像処理する。以上、各部の波
形について説明した。

次に第３図により発振器５の具体的内容を説明
する。第４図は発振器５の各部の波形を示す図で
ある。５０１は発振器であり、この発振器５０１
から発振される波形は鋭い立上りを持ち緩かに減
衰する。５０２はバンドパスフイルタであり、後
述する制御信号発生装置６の出力値でその周波数
帯域が制御される公知のものである。バンドパス
フイルタではまず低減フイルタを、次に高域フイ
ルタを信号が通過する。低減フイルタを通ると第
４図に示すように、立上りの鋭い部分の立上り時
間が大となる。さらに高域フイルタによつて先端
部分が微分された波形となつてバンドパスフイル
タ５０２から出力される。このバンドパスフイル
タ５０２の帯域を低周波数側へ動くように制御す
ると、第４図に破線で示すようにバンドパスフイ
ルタ５０２の出力波形はパルス幅の大きい、低周
波成分の多い波形となる。５０３は電圧制御型の
減衰器であり、後述する制御信号発生装置６の出
力値でその減衰量が制御される。

次に制御信号発生装置６の出力値、すなわちパ
ルス２の周波数成分とパルス振幅の制御について
説明する。第２図に示したように、深い部分を観
測する程低周波へ移行させ、必要に応じて振幅を
増加させる。制御信号発生装置６の出力波形によ
つてこの制御を行なう。すなわち制御信号発生装
置６は第２図において番号を付したサンプル番号
１乃至８までに同期したサンプラ８から受ける信
号を受けて、あらかじめ設定した関数状の制御電
圧を出力する。例えば第２図のサンプル番号１に
同期した信号はサンプラ８において１波形を採取
したという意味の信号であり、この信号によつて
関数発生器が出力を開始し、この動作をくり返
す。

これにより、基本的には、観測部分が深くなる
程使用周波数を低域側に移行でき、必要に応じて
使用パルスの振幅も大きくできる。この場合物標
の深さは一定であるので送信から受信までの時間
は一定となり、受信波のレベルは観測部分が深く
なる程増大する。このことは送信波の波高を増加
させ周波数を低周波側に移行して伝播時の減衰を
減少させるために達成できる。この結果物標が深
い部分にあり電波の伝播距離が長い場合でも、伝
播に伴なう信号減衰を低下させることができ、深
い部分までの物標反射波を得ることができ、その
映像化が可能となる。

次に第５図及び第６図を参照して本実施例の特
徴部を説明する。本実施例の特徴は、映像処理装
置９の出力により制御信号発生装置６を介して発
振器５を制御するようにしたものである。本実施
例ではあらかじめメモリに入力される制御パター
ンを複数個用意し、そのうちの１個を選定してア
ンテナ１，２を走査して埋設物を映像化するよう
にした。この映像化された結果により、より画質
を向上させるように他のパターンを選別する。す
なわち映像化した結果埋設物が確認できない場
合、使用したパターンを使用パルス波形がより低
周波側へ、またパルス振幅がより大きい制御パタ
ーンへ移行させる。逆に物標の映像が得られた場
合、この映像の精度を高めるためにより高周波側
の制御パターンへ移行させる。このような制御を
行なう制御信号発生装置６の構成を第５図に示
す。６１０はマイクロコンピユータ、６１１，６
１２はそれぞれ記憶素子、６１３，６１４はそれ
ぞれデイジタル・アナログ変換素子である。記憶
素子６１２，６１２には複数の制御パターンをあ
らかじめ記憶させてある。映像処理装置９からの
画像処理結果をもとに、マイクロコンピユータ６
１０は制御パターンのうちの１つを選定し、この
パターンに対する記憶データを記憶素子６１１、
６１２から順次デイジタル・アナログ変換素子６
１３，６１４に送る。これらの変換されたアナロ
グ信号は制御信号としてバンドパスフイルタ５０
２、減衰器５０３に送られる。

例えば第２図に示した１つの波形に対して８サ
ンプルの例の場合の処理を、第６図に示すフロー
チヤートによりマイクロコンピユータ６１０の動
作について説明する。ステツプ701において最初
にあらかじめ設定したパターンを選定してデータ
を採取する。次にステツプ702において、サンプ
ラ８からの信号を受けてサンプルの最初の位置、
すなわちサンプル番号１が検出されるまで待つ。
次にステツプ703においてサンプル番号１が検出
され、選定パターンの先頭アドレスを設定する。
次にステツプ704において発振器５０１からのト
リガパルスを検出し、ステツプ705においてトリ
ガパルスを検出する都度アドレスを更新する。最
終アドレス、すなわちサンプル番号８に達すると
ステツプ706でこれを確認し、ステツプ707で走査
終了か否かを判定する。終了でなければ再度パタ
ーン先頭アドレスにもどつて上記の動作を繰り返
す。ステツプ707で走査終了と判定されれば、映
像が得られたのであるからステツプ708でパター
ンを変えて再度映像化するか否かの判定結果の入
力を得て、ステツプ709でこの入力が終了か否か
の判定を行なう。そして終了でなければステツプ
710でパターンを更新し、再度データの採取から
映像化までのステツプをくりかえす。

本実施例によれば、物標が精度よく観測される
ようにくりかえし制御パターンを変えているの
で、アンテナ走査をくりかえすことにより最も良
好な画質の物標像を得ることができる。

上述した各実施例では、パルスの周波数成分を
変えるためにステツプ状の発振器とバンドパスフ
イルタの組合せを用いた場合について説明した
が、外部からの電気的制御信号でパルス内の周波
数成分を制御してもよい。この場合は発振器の発
振効率が向上しパルス振幅の変化範囲を大きくす
ることが可能となり、さらに探査深さの限界距離
を増すことができる。

〔発明の効果〕

上述したように本発明によれば、観測する深さ
に応じて発振する電波のパルス幅、すなわち周波
数とパルス振幅を変化させ、地表付近の観測時で
はパルス幅を短くできるようにしたので、地表反
射による探知不能域を縮小することができる。ま
た深い探査物標からの反射波の減衰量を小さくで
きるため、明瞭な物標映像が得られ、さらに探査
深さの限界を大幅に向上させることができる。上
記基本的効果に加え、本発明によれば、パルス幅
と振幅を異ならしてなる複数のパターンを予め用
意しておき、探査の結果に基づいてそのパターン
を変更するようにしていることから埋設物の深さ
に応じて自動的に探査精度と検出感度とが向上さ
れ、大幅に検出範囲を広げ、検出対象の幅が向上
されるという効果がある。

また、探査作業を極めて簡単化できるという効
果が有る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る埋設物探査装置の一実施
例を示す構成図、第２図は第１図に示す各部の波
形を示す図、第３図及び第４図は第１図の要部の
それぞれ構成及び波形を示す図、第５図は第１図
実施例の特徴部の制御信号発生装置の構成図、第
６図はその動作を示すフローチヤートである。 １……送信用アンテナ、２……受信用アンテ
ナ、４……探査物標、５……発振器、６……制御
信号発生装置、７……増幅器、８……サンプラ、
９……映像処理装置、１０……表示装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ パルス幅とパルス振幅を順次異ならしてなる
   複数のパルスからなるパターンのパルス状電波を
   発振する発振器と、この発振器から発振された前
   記電波を地中埋設物に向けて放射する送信用アン
   テナと、前記地中埋設物からの反射波を受信する
   受信用アンテナと、この受信された電波を増幅す
   る増幅器と、この増幅された電波を前記複数のパ
   ルスに対応させて複数点でサンプリングするサン
   プラと、このサンプリングされた電波を映像信号
   に変換する映像処理装置と、この映像信号により
   大地の断面を画像表示する表示装置とを具備した
   埋設物探査装置において、前記映像処理装置に前
   記映像信号に基づいて埋設物が確認できるか否か
   を判定する判定手段を設けるとともに、前記パル
   ス状電波の各パルスのパルス幅とパルス振幅を異
   ならしてなる複数のパターンを予め記憶してお
   き、選択した１つのパターンに従つて前記発振器
   の各パルスのパルス幅とパルス振幅を制御し、こ
   のパターンに対応する前記判定手段から出力され
   る判定結果に基づいて、埋設物が確認できない場
   合はパルス幅の大きなパターンに変更し、埋設物
   が確認できた場合はパルス幅の小さなパターンに
   変更して、前記発振器の各パルスのパルス幅とパ
   ルス振幅を繰返し制御する制御信号発生装置を設
   けたことを特徴とする埋設物探査装置。