JPH1164510A

JPH1164510A - レーダ型地中探査装置

Info

Publication number: JPH1164510A
Application number: JP9229608A
Authority: JP
Inventors: Masaru Tsunasaki; 勝綱崎; Takashi Kikuta; 隆菊田
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1997-08-26
Filing date: 1997-08-26
Publication date: 1999-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】送受一体型の送受信部を採用することがで
き、さらに、受信信号処理部で増幅を伴った信号処理を
おこなう場合にも、飽和を発生しない良好な信号処理を
おこなうことができるレーダ型地中探査装置を提供す
る。【解決手段】所定の繰り返し周期でパルス波を発生す
るパルス発生器１２を備えるとともに、パルス発生器１
２からのパルス波を受け入れて地中へ放射し、地中より
戻ってきた反射波を受信する送受一体型の送受信部１３
を備え、送受信部１３で受信された反射波を受信信号処
理部２００へ送り、増幅処理を伴って有用な地中情報信
号を得るレーダ型地中探査装置を構成するに、受信信号
処理部２００に、パルス波による送受信部１３自体から
の反射信号である送受信部反射信号が入るのを遮断する
遮断手段５０を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地中埋設ガス導管
等の地中埋設物体を探査するレーダ型地中探査装置に関
する。このようなレーダ型地中探査装置は、所定の繰り
返し周期で発生されるパルス波を地中へ放射するととも
に、地中より戻ってきた反射波を受信する送受信部を備
え、送受信部で受信された反射波を受信信号処理部へ送
り、受信信号処理部において増幅処理を伴って有用な地
中情報信号を得る構成とされている。

【０００２】

【従来の技術】このような構成のレーダ型地中探査装置
の先行技術としては、特開平５−４５４４４「隠蔽場所
の断面画像形成方法及び装置」に開示されるもの、特開
昭４８−７９１０１「地質サーベイ方式」に開示される
ものがある。前者の技術は、送受信部に送信用のアンテ
ナと受信用のアンテナとを別個に備え、パルス波の送信
と受信波の受信とを別個のアンテナによっておこなうも
のであり、この構成が現行の一般的な手法である。一
方、後者のものは、送受一体型の構成が採られており、
送受信部に所謂方向性結合器、アンテナ等を備えて、こ
の部位を構成する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
送信、受信を別個のアンテナを使用しておこなうものに
あっては、装置が大きくなり、スペースの限られた現場
では操作が難しい。また、通常アンテナからの電磁漏洩
を防ぐために、アンテナ筐体の内部全体にフェライト板
を貼付するが、このフェライト板が重いため地中レーダ
全体の重量が６０〜８０ｋｇになり、一人で持ち運びす
ることが困難である。さらに、探査深度を改善するには
アンテナの大型化が有効であるが、上記課題に加えアン
テナ部の面積が大きくなると、現場で探査できないスペ
ース（デッドゾーン）が広がるといった問題があった。
従って、単一のアンテナを送受両方に兼用するほうが好
ましい。このような構成を提案しているのが、先に示し
た後者の技術であるが、この技術にあっても以下の問題
がある。即ち、送受信部を一体としたものにあっては、
振幅の大きい信号パルスがアンテンナの入口で一部反射
して、受信信号処理部に直接入ってしまい、受信用の増
幅器が飽和して埋設管からの微弱な反応信号を適切に増
幅できない問題があり、いまだ実用に供された例はな
い。図２（ハ）、図３（イ）に、このような送受一体型
の構成を採用する場合における受信信号処理部に送られ
る信号の状態を示す。この例にあって周期的に発生され
るパルス波は図２（ロ）に示すものである。図示するよ
うに、図２（ハ）にあって、この信号は、パルス波の発
生時点に近い時間域にある比較的大きな振幅を有する信
号Ａと、上記発生時点から比較的離れた時間域にある比
較的小さな振幅を有する信号Ｂとから構成される。ここ
で、Ａで示す信号が問題となる送受信部から直接反射し
て帰ってくる波である。一方、送受別体のアンテナ構成
を採用する場合は、図３（ロ）に示す様に、（イ）に示
すＡ内でその初期の大きな信号は認められない。この点
からは、送受別体型が好ましい。

【０００４】本発明の目的は、送受信部の重量、大きさ
等が大きくなることを避けることができる送受一体型の
構造を採用することができ、さらに、受信信号処理部で
増幅を伴った信号処理をおこなう場合に、飽和を発生し
ない良好な信号処理をおこなう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。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明による、所定の繰り返し周期で発生するパルス
発生器を備え、このパルス発生器からのパルス波を受け
入れて地中へ放射するとともに、地中より戻ってきた反
射波を受信する送受一体型の送受信部を備え、送受信部
で受信された反射波を受信信号処理部へ送り、受信信号
処理部において増幅処理を伴って有用な地中情報信号を
得るレーダ型地中探査装置の第１の特徴構成は、受信信
号処理部に、パルス波による送受信部自体からの反射信
号である送受信部反射信号が入るのを遮断する遮断手段
を備えることにある。この構成にあっては、遮断手段に
よって、送受信部反射信号が受信信号処理部に入るのが
遮断され、例え、受信信号処理部で増幅を伴った処理を
行う場合にあっても、振幅が大きく不必要な情報である
送受信部反射信号が除去されているため、飽和等の問題
を発生することなく、必要な地中からの反射波を抽出し
て、良好な処理を行える。

【０００６】次に、本願の第２の特徴構成は、上記、前
提部の構成にあって、送受信部と受信信号処理部との間
に高周波スイッチを備え、当該高周波スイッチによりパ
ルス発生器に於けるパルス波の発生時点から、所定の時
間域において、受信信号処理部へ信号が入るのを遮断す
る遮断手段が備えられていることにある。本願において
問題となるのは、送受信部からの直接の反射信号であ
り、例えば、送受信部が、方向性結合器、バラン、アン
テナ等を備えて構成されている場合は、これらの機器か
らの直接反射信号が問題となる。さらに、地中にある物
体の探査を行いたい場合、地表面からの反射は当然除去
されるべきである。ここで、このような反射波は、遮断
を伴わない場合、地中にあるものより早い時点（時間的
にパルス波の発生時点から比較的時間が経過していない
時間域）で、受信信号処理部へ入る。従って、送受信部
と受信信号処理部との間に高周波スイッチを備え、当該
高周波スイッチによりパルス発生器に於けるパルス波の
発生時点から、所定の時間域において、受信信号処理部
へ信号が入るのを遮断する遮断手段を備えておくと、遮
断終了時を、上記の方向性結合器、バラン、アンテナ、
さらには地表面反射を遮断・除去することとでき、たと
え、受信信号処理部で増幅を伴った処理を行う場合にあ
っても、振幅が大きく不必要な情報である送受信部反射
信号が除去されているため、飽和等の問題を発生するこ
となく、必要な地中からの反射波を抽出して、良好な処
理を行える。

【０００７】ここで、前記遮断手段による遮断操作が行
われる前記時間域が、パルス発生器に於ける前記パルス
波の発生時点から、当該パルス波に起因する送受信部に
備えられるアンテナ自体からの反射信号であるアンテナ
反射信号が、高周波スイッチに到達する時点までの時間
域であることが好ましい。本願において、送受信部から
の直接反射波で、最も遅く受信信号処理部へ向かうもの
は、アンテナからの反射波（主にはアンテナ端からの直
接反射波と考えられる）である。従って、この波までの
時間域の信号を遮断・除去することで、主要な問題とな
る信号を除去し、処理を進めることができる。

【０００８】さらに、このような構成にあって、遮断手
段による遮断操作が行われる時間域が、パルス発生器に
於けるパルス波の発生時点を遮断操作開始時点として、
遮断操作終了時点を可変に構成されていることが好まし
い。送受信部からの直接反射信号の受信信号処理部への
到達時点以後にあっても、その残存波が残っていたり、
地表面波を除去したい場合が発生する、従って、遮断操
作終了時点を可変に構成しておくと、この遮断操作終了
時点を状況に応じて適切に設定して、必要な信号のみを
取り出して良好な信号処理をおこなうことができる。

【０００９】本発明のその他の特徴及び利点は、以下図
面を用いた発明の実施の形態の説明とともに明らかにな
るだろう。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明によるレーダ型地
中探査装置の１つの実施形態における概略的な機能ブロ
ック図である。このレーダ型地中探査装置１の主要構成
要素は、マイクロ波領域のパルス状の電波を地表２に向
けて所定の繰り返し周波数で放射するとともに、地中に
存在する埋設物等の反射物体３によって反射されて、戻
ってきた反射波を受信する送受信ユニット１０と、受信
した反射波を増幅する増幅部２０と、順次受信され増幅
された反射波をサンプリングポイントをずらせながらサ
ンプリングするサンプリング部３０と、サンプリングさ
れた信号を合成して反射波を復元するとともに復元され
た反射波を評価・表示する信号評価部４０とから構成さ
れている。ここで、増幅部２０、サンプリング部３０及
び信号評価部４０とを合わせて、受信信号処理部２００
と呼ぶ。さらに、送受信ユニット１０と増幅部２０との
間には、その間に於ける信号の流れを制御する遮断手段
５０が備えられている。

【００１１】送受信ユニット１０には、設定された繰り
返し周波数に応じて送信トリガーパルスを生成する送信
トリガー発生部１１と、送信トリガーパルスに応答して
パルス状の電波を発生する第１パルス発生器１２が備え
られるとともに、この第１パルス発生器１２によって発
生されたパルス波を受けいれて、地中に放射するととも
に、地中の反射物体３で反射して戻ってきた反射波を受
ける送受信部１３とが備えられている。この送受信部１
３は、前記第１パルス発生器１２側から、同図に示すよ
うに、方向性結合器１３ａ、バラン１３ｂ、送受信アン
テナ１３ｃを、記載順に備えて構成されており、この方
向性結合器１３ａのパルス波入力端がパルス発生器１２
に、反射波出力端が、以降の回路である遮断手段５０を
介して増幅部２０に接続されている。

【００１２】増幅部２０はＳＴＣ（Sensitivity Time C
ontol ：感度時間制御）信号生成部２１と増幅器２２と
を備えており、ＳＴＣ信号生成部２１は送信トリガーパ
ルスの周期毎に増加するＳＴＣ信号を生成し、このＳＴ
Ｃ信号により増幅器２２はその増幅率を増加させてい
く。例えば、フルレンジで１００dBの増幅率を１０００
段階に分けて、送信トリガーパルスの周期毎に増加させ
ていく。この場合、１０００回の送信トリガーパルスを
受けると、再び増幅率を最低レベルに戻し、同様な増幅
率の増加を始めていく。このような増幅器２２の自動ゲ
イン制御が送信トリガーパルスの周期毎に変化するＳＴ
Ｃ信号によって行われる。よって、このＳＴＣ信号を調
節することにより、任意の時間的に変化する増幅率を作
り出すことができる。

【００１３】サンプリング部３０は、送信トリガーパル
スに応答してサンプリングのタイミングを決定するサン
プラー駆動部３１と、サンプラー駆動部３１からの命令
により増幅された反射波を所定の時間ポイントでサンプ
リングするサンプラー３２を備えている。このサンプリ
ング部３０では、前記繰り返し周期で増幅部２０から送
られてくる各反射波に対して、順次時間軸上でのサンプ
リングポイントをずらしたサンプリングゲートを用いて
サンプリングを行う。つまり、最初の送信波で受け取っ
た反射波からは１つのサンプリングポイントでサンプリ
ングし、次の送信波で受け取った反射波からは少し時間
を遅らせたサンプリングポイントでサンプリングし、こ
れを繰り返して、例えば１０００回行うことで所望の時
間領域での反射波全体のサンプリングが完了する。つま
り、順次受信した１０００個の反射波から１個の反射波
全体のサンプリング信号が得られる。

【００１４】信号評価部４０は、サンプリング部３０で
サンプリングされた信号から反射波を復元して地中探査
の評価を行う信号処理部４１や復元された反射波を表示
する表示部４２を備えている。

【００１５】遮断手段５０は、送受信部１３と増幅部２
０との間の信号線に介装された高周波スイッチ５１と、
送信トリガーパルスと同期して高周波スイッチ５１のた
めの所望のパルス幅をもった制御パルスを生成する第２
パルス発生器５２と、この第２パルス発生器５２に発生
したパルス波を成形する波形成形器５３と、生成された
制御パルスの時間軸上での遅延を行って反射波のカット
すべき時間軸の位置を決定する遅延回路５４とを備えて
いる。ここで、この遅延回路５４は、その遅延時間のボ
リーム設定により、その遅延時間を適宜変更設定可能に
構成されている。遮断手段５０は、パルス発生器１２、
５２に於けるパルス波の発生時点から、所定の時間域
（１５ｎｓ程度）において、受信信号処理部２００へ信
号が入るのを遮断するものであり、基本的には、受信信
号処理部２００に、パルス波による送受信部１３自体か
らの反射信号である送受信部反射信号が入るのを遮断す
る。従って、少なくとも、パルス発生器１２、５２に於
けるパルス波の発生時点から、当該パルス波に起因する
送受信部１３に備えられるアンテナ１３ｃ自体からの反
射信号であるアンテナ反射信号が高周波スイッチ５１に
到達する時点までの時間域において、遮断が行われる構
成が採用されている。必要な場合は、ボリーム調整によ
り、この遮断時間域を、地表面反射波をカバーする時間
まで伸ばすことも可能である。

【００１６】上述した構成のレーダ型地中探査装置１の
動作を図２のタイムチャートを用いて説明する。送信ト
リガー発生部１１で，図２（イ）に示すように、１μs
の周期で送信トリガーパルスが生成される。従って、こ
の送信トリガーパルスに応答して、第１パルス発生器１
２から図２（ロ）に示すようにパルス波が発生され、方
向性結合器１３ａを介して送受信アンテナ１３ｃから地
中へ放射される。送受信アンテナ１３ｃから放射される
送信電波の繰り返し周波数は1Mz となる。地中での電波
の伝播速度は地質によって異なるが、例えば１０cm／ns
とすれば、５ｍの深さからの反射波が戻るまでの時間は
１００nsとなる。通常、ガス導管等の探査領域は地下５
ｍ程度なので、1Mz の繰り返し周波数で十分である。こ
のようにして送られた波の地中からの反射波も、上記の
送受信アンテナ１３ｃによって受信され、方向性結合器
１３ａを介して下手側へ送られる。この状態にあって、
常時、方向性結合器１３ａからの出力は継続的に行われ
ており、この出力には、上記パルス波により発生される
方向性結合器１３ａからの直線反射信号、バラン１３ｂ
からの直接反射信号、さらにはアンテナ１３ｃからの直
接反射信号も出力される。このような信号を、図２
（ハ）に示した。同図に示すように、信号は、初期の比
較的振幅の大きな信号Ａと、比較的遅く到達し、比較的
振幅の小さい信号Ｂとを含んでいる。信号Ａは先に示し
た送受信部１３を構成する機器からの直接反射波および
地表面の反射波からなっている。一方、信号部Ｂは地中
の例えばガス管等からの信号である。

【００１７】遮断部遮断にあっては、送信トリガーパル
スに応答して第２パルス発生器５２で生成された制御パ
ルスが波形成形器５３により成形され、遅延回路５４に
よって送信トリガーパルスの立ち上がりから所定時間の
遅れをもって高周波スイッチ５１に送られる。そして、
送受信部１３と受信信号処理部２００との間に於ける信
号の、所定の遮断時間域に於ける遮断操作が行われる。
即ち、図２（ニ）に示すような、高周波スイッチ駆動ト
リガが形成され、これが高周波スイッチ５１に送られて
図２（ホ）に示すような状態で高周波スイッチ５１の開
閉操作が行われる。従って、受信信号処理部２００に
は、図２（ハ）に示すように状態となっている送受信部
１３からの出力のうち、その比較的初期の信号に対して
遮断・除去が完了した図２（へ）に示す状態の信号のみ
が送られる。

【００１８】受信信号処理部２００内に備えられる、図
２（ト）に示すＳＴＣ信号は、送信トリガーパルスのカ
ウントとともに段階的に増加する信号であり、この実施
形態では送信トリガーパルス１０００回のカウントで最
低レベルの戻る。このＳＴＣ信号の信号レベルに対応し
て増幅器２２の増幅率が変化するので、この増幅器２２
は１msの周期で最低レベルの増幅率から最高レベルの増
幅率までを繰り返すことになる。この段階にあっては、
図２（ハ）に示す信号部位にあって、その振幅の大きな
部分に関しては、その信号が除去されているため、最高
レベルの増幅率まで増幅をおこなっても、信号が飽和す
ることはない。従って、本願のように、送受一体型の送
受信部を備えた構成を採用しても、所望の信号を良好に
抽出するとともに、地中にある減衰の大きな情報を適宜
増幅して、有用な地中情報を得ることができる。

【００１９】サンプリングは、１μs の繰り返し周期で
受信されてくる反射波の受信信号１つに対して１つのサ
ンプリングゲートで行われる。最初のサンプリングゲー
トの時間位置は地表２に相当する時間軸の位置に設定さ
れており、以後送信電波の繰り返し周期毎に０．１nsず
つ遅れたポイントでサンプリングされる。つまり、ｎ回
目のサンプリングはｎ−１回目のサンプリングから１μ
s ＋0.1ns 後に行われる。このサンプリングは１０００
回行われる毎に再び最初のサンプリングポイントに戻
る。１０００回のサンプリングで１００nsの時間領域を
サンプリングしたことになり、これは地表２から５ｍの
深さの領域に対応し、ガス導管等の探査領域として十分
な領域である。また、サンプリング間隔が０．１nsであ
れば、マイクロは領域の反射波の波形を良好に復元する
ことができる。このように操作することにより、１００
０個の反射波から１カ所づつサンプリングした信号を合
成して復元された反射波が形成できるが、この反射波の
表示周期は１μs ＊１０００＝１msであり、時間軸は１
０００倍に引き延ばされる。このようにしておくと、低
分解能の表示部４２で表示可能である。この構成では、
地表２近くの反射体から反射された反射波も、地表２か
ら離れた反射体から反射された反射波も、電波の地中で
の大きな減衰率にもかかわらず、ＳＴＣ信号による時間
に依存した増幅率の変更により、ほぼ等しいレベルで表
示され、探査評価を容易にしている。

【００２０】これまでの説明において用いられた繰り返
し周波数やサンプリング間隔などの値に本発明は限定し
ているわけではなく、必要に応じて種々の値で実施可能
であることはいうまでもない。先に示した実施の形態で
は、増幅部５０に於ける増幅率に係わらず、常に、初期
の信号を遮断する構成としたが、増幅部５０に於ける増
幅率がある程度以上とあった場合にのみ、本願の遮断手
段を働かせる構成としてもよい。この場合にあっては、
増幅部５０からの増幅率信号と受け、この増幅率信号が
所定の値より高い場合のみ、先に示した遅延回路５４か
ら高周波スイッチ５１への信号入力を許す構成としてお
けばよい。この構成の場合は高周波スイッチ５１の負荷
を下げられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるレーダ型地中探査装置の一例を示
す機能ブロック図

【図２】図１によるレーダ型地中探査装置の動作を示す
タイムチャート図

【図３】送受一体型の送受信部を備えた場合の出力
（イ）と、送受別体型の送受信部を備えた場合の出力
（ロ）との比較図

【符号の説明】

１３送受信部１３ｃ送受信アンテナ２０増幅部５０遮断手段５１高周波スイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の繰り返し周期でパルス波を発生す
るパルス発生器を備え、前記パルス発生器からのパルス
波を受け入れて地中へ放射するとともに、地中より戻っ
てきた反射波を受信する送受一体型の送受信部を備え、
前記送受信部で受信された前記反射波を受信信号処理部
へ送り、前記受信信号処理部において増幅処理を伴って
有用な地中情報信号を得るレーダ型地中探査装置であっ
て、前記受信信号処理部に、前記パルス波による前記送受信
部自体からの反射信号である送受信部反射信号が入るの
を遮断する遮断手段が備えられているレーダ型地中探査
装置。
【請求項２】所定の繰り返し周期でパルス波を発生す
るパルス発生器を備え、前記パルス発生器からのパルス
波を受け入れて地中へ放射するとともに、地中より戻っ
てきた反射波を受信する送受一体型の送受信部を備え、
前記送受信部で受信された前記反射波を受信信号処理部
へ送り、前記受信信号処理部において増幅処理を伴って
有用な地中情報信号を得るレーダ型地中探査装置であっ
て、前記送受信部と前記受信信号処理部との間に高周波スイ
ッチを備え、当該高周波スイッチにより前記パルス発生
器に於ける前記パルス波の発生時点から、所定の時間経
過する遮断時間域において、前記受信信号処理部へ信号
が入るのを遮断する遮断手段が備えられているレーダ型
地中探査装置。
【請求項３】前記遮断手段による遮断操作が行われる
前記遮断時間域が、前記パルス発生器に於ける前記パル
ス波の発生時点から、当該パルス波に起因する前記送受
信部に備えられるアンテナ自体からの反射信号であるア
ンテナ反射信号が、前記高周波スイッチに到達する時点
までの時間域である請求項２記載のレーダ型地中探査装
置。
【請求項４】前記遮断手段による遮断操作が行われる
前記遮断時間域が、前記パルス発生器に於ける前記パル
ス波の発生時点を遮断開始時点とし、遮断終了時点を可
変に構成されている請求項２記載のレーダ型地中探査装
置。
【請求項５】前記遮断手段による遮断操作が、前記増
幅器に於ける増幅率が所定の値より大きい場合にのみ行
われる請求項１〜４のいずれか１項記載のレーダ型地中
探査装置。