JPH0933661A

JPH0933661A - 相関型探知方法及び装置

Info

Publication number: JPH0933661A
Application number: JP18898495A
Authority: JP
Inventors: Hideki Hayakawa; 秀樹早川; Masaru Amisaki; 勝網崎; Hiromasa Nakauchi; 啓雅中内; Takashi Kikuta; 隆菊田
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1995-07-25
Filing date: 1995-07-25
Publication date: 1997-02-07

Abstract

(57)【要約】【課題】検査対象媒体内に多数の周波数の送信信号を
入射するとともに、この媒体内から出てくる受信信号を
捕らえて、送信信号と受信信号との相関を採ることによ
り、監査対象媒体のインパルス応答波形を得て、探知を
おこなう相関型探知方法にあって、例えば信号減衰が大
きい場合にあっても、所定部位の検査を良好に行える探
知方法を得る。【解決手段】送信信号と受信信号との相関を取る場合
に、送信信号に対して一定時間遅延した相関信号を形成
し、この相関信号が存する時間域で受信される受信信号
との間で相関を取って、インパスル応答波形を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所要の検査対象媒
体に電磁波もしくは音波などの波動信号を入射して、そ
の透過波、反射波を多地点から多数とらえ、これらの振
幅、伝搬時間などを計測し、これを解析処理することに
より検査対象媒体の内部構造や物質情報を得る相関型探
知方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の探知方法及び装置には反
射型と透過型とがある。反射型探知装置としては、電磁
波の反射により陸地状況・船舶航行状況・相対距離状況
などを探知する船舶用レーダや地表面下の埋設物状況・
地層変化状況・相対距離状況などを探知する地中探査用
レーダなど、音波また超音波の反射波により水中物状況
・空中物状況・相対距離状況などを探知する魚群探知機
・ソナーや検査対象媒体中の欠陥状況・層状構造などを
探知する超音波探傷装置などがある。透過型探知装置と
しては、電磁波の透過波により所要地点間の地中経路に
おける埋設物状況・地層変化状況などを探知する送受対
向探知レーダ・ボアホールレーダなど、音波や超音波の
透過波により水中物状況、空中物状況などを探知する送
受対向ソナーや欠陥状況・層状構造などを探知する送受
対向超音波探傷装置などがある。

【０００３】この種の探知装置においては、探知能力を
増大するために、各探知周期に得られる受信信号の複数
回分を重ね合わせて相関をとる手法が知られている。電
磁波の透過・屈折率を用いて地中にある空洞、埋設物及
び地質構造などを探査する分野では、効率的な相関結果
を得るための一手段として、特開平６−３２４１６２
「地中レーダトモグラフィ方法及び装置」、物理探査学
会第８８回学術講演会論文集「連続波を用いた電磁波伝
搬実験」（１９９３年６月）ならびに川崎地質株式会社
技術資料「１．連続波レーダ反射法・２．連続波レーダ
トモグラフィー」（１９９３年１１月）に開示されてい
る手法が採られる。この手法で採用される検出系の概略
構成をブロック図で図２３に示した。検出にあたって
は、発振器１０から所定の形態の入力波動信号が発生さ
れ、これが送信アンテナ１１から検査対象媒体１２であ
る土中に入射されるとともに、その透過波が受信信号と
して受信アンテナ１３で受信される。ここで、入力波動
信号Ｓ２は、図２４（イ）（ロ）に示すように、異なっ
た周波数の送信信号Ｓ１が一定の時間間隔ずつ連続して
存在するステップ式連続波が使用される。図２４（イ）
は、ステップ式連続波の掃引方式を示しており、図２４
（ロ）は、このステップ式連続波の具体的な波形（所謂
チャープ送信波形である）を示している。そして検出系
側にあっては、入力波動信号Ｓ２を構成する個々の送信
信号Ｓ１に対して、これら送信信号Ｓ１と同相及び９０
°位相のずれた一対の直交信号が形成され、これら一対
の直交信号と受信信号との相関が掛算器１４で取られる
とともに、積分器１５により積分処理され、受信信号の
複素フーリエ変換成分が各周波数について求められる。
そしてさらに、得られた複素フーリエ変換に基づいて、
これらを逆フーリエ変換器１６で逆フーリエ変換するこ
とにより、検査対象媒体１２である土中のインパルス応
答波形を得る。このインパルス応答波形の振幅や伝播時
間等の情報から、土中にある物体、空洞等の状況が把握
される。この手法によって得られる受信信号のスペクト
ルとインパルス応答波形の例を図２５（イ）（ロ）に示
した。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術は、
透過型のものであるが、特開平６−３２４１６２に記述
されているとおり、図２６に示すような反射型でも適応
可能である。図２６は適応対象の模式的な構成を示して
おり、同図に示す対象物１〜６の検出性を問題とする。
一例として、図２４のようなステップ式連続波を例に取
って説明する。ここで、ステップ式連続波は、単一周波
数のブロック長Ｌ３（Ｔ_i+1−Ｔ_i）を１００ｎｓ、使
用周波数を１０ＭＨｚから１０ＭＨｚ毎に６４０ＭＨｚ
までの６４ブロックとする。この時のチャープ送信波形
の一部（１０ＭＨｚから５０ＭＨｚの５ブロック）を図
２７に示す。また図２６において、前述の送信アンテナ
１１、受信アンテナ１３に対応する送受信器１７から地
表など境界面９までの波動の往復伝搬時間が５ｎｓ、同
様に対象物１〜６までの往復伝搬時間が、それぞれ１５
ｎｓ、２５ｎｓ、３５ｎｓ、４５ｎｓ、５５ｎｓ、６５
ｎｓであるとする。検査対象媒体中を伝搬する波動の減
衰が無視できる場合には、図２８のような良好なインパ
ルス応答波形を得ることができる。図の横軸目盛１２８
は時間１００ｎｓに相当しており、往復伝搬時間に対応
する７つの位置に明瞭なピークが出ていることが分か
る。一方、検査対象媒体中を伝搬する波動の減衰が大き
い場合として、境界面９における反射強度を１とした時
に、対象物１、２、３、４、５、６の反射強度が０．
１、０．０１、０．００１、０．０００１、０．０００
０１、０．０００００１であるとすると、この場合得ら
れるインパルス応答波形は、図２９のようになる。結
果、対象物１までがかろうじて検出できる程度で、他の
対象物２〜６は検出できないことが分かる。即ち、対象
物の反射強度が弱かったり、波動が伝播する媒質（検査
対象媒体）による減衰が大きい場合、さらには、反射強
度が大きい障害物等が、反射型の場合、手前側にある場
合は、良好な検出をおこなうことができない。従って、
本発明はこのような問題点を解決するものであり、その
目的は、検査対象媒体中を伝搬する波動の減衰が大きい
場合でも、反射型では手前の強反射対象物の向こう側の
遠方の対象物が検出できる、透過型では回り込み波の強
度振幅より十分小さな透過波を検出できるなど、内部構
造や物質情報を良好に探知する相関型探知方法及び装置
を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明による請求項１に係わる相関型探知方法の特徴
手段は以下のとおりである。即ち、異なった周波数の複
数の送信信号を異なった時間域に備えた入力波動信号
を、検査対象媒体内に入射して、前記検査対象媒体内か
ら出てくる受信信号を捕らえ、前記各周波数の送信信号
について、位相が０°及び９０°異なった一対の直交信
号を得て、前記直交信号夫々と前記受信信号との相関を
取って前記受信信号の複素フーリエ成分を得、前記各周
波数毎に得られる前記複素フーリエ成分に基づいて、そ
れらを逆フーリエ変換してインパルス応答波形を得て、
前記検査対象媒体の内部検査をおこなう相関型探知方法
を採るに、前記直交信号夫々と前記受信信号との相関を
取るに、前記直交信号として、前記各周波数の送信信号
に関して、各送信信号の送信継続時間より長い遅延時間
だけ、前記各送信信号の送信時点から遅延させた遅延処
理済の前記直交信号を得て、処理済の前記直交信号と、
この直交信号と同時的に受信される受信信号との間で相
関を求め、前記周波数毎に前記複素フーリエ成分を得る
とともに、前記逆フーリエ変換をおこなって前記インパ
ルス応答波形を得て、前記検査対象媒体の内部を検査す
る。前記請求項１に係わる相関型探知方法において、前
記遅延時間に応じて前記受信信号の増幅度を変化させる
ことが好ましい。これが請求項２に係わる相関型探知方
法の特徴手段である。前記請求項１または２に係わる相
関型探知方法において、前記入力波動信号を、時間領域
に於ける前記送信信号間に信号が無い無信号時間域を備
えた間欠型入力波動信号とすることが好ましい。これが
請求項３に係わる相関型探知方法の特徴手段である。前
記請求項１〜３のいずれか１項に係わる相関型探知方法
において、周波数領域において分布する前記複素フーリ
エ成分の包絡線分布を、ハニング窓もしくはハミング窓
の窓関数分布に補正し、逆フーリエ変換して前記インパ
ルス応答波形を得ることが好ましい。これが請求項４に
係わる相関型探知方法の特徴手段である。前記請求項１
〜４のいずれか１項に係わる相関型探知方法において、
前記入力波動信号の伝播方向に於ける前記検査対象媒体
内の特定検査位置に応じて前記所定の遅延時間を変化さ
せることが好ましい。これが請求項５に係わる相関型探
知方法の特徴手段である。

【０００６】さらに、上記の目的を達成するための請求
項６に係わる相関型探知装置の特徴構成は以下のとおり
である。即ち、異なった周波数の複数の送信信号を異な
った時間域に備えた入力波動信号を、検査対象媒体内に
入射する波動信号入射手段と、前記検査対象媒体内から
出てくる受信信号を捕らえる受信手段と、前記各周波数
の前記送信信号に対して、位相が０°及び９０°異なっ
た一対の直交信号を得る直交信号形成手段と、前記直交
信号夫々と前記受信信号との相関を取って、前記受信信
号の複素フーリエ成分を得るとともに、前記周波数毎に
得られる前記複素フーリエ成分に基づいて、それらを逆
フーリエ変換してインパルス応答波形を得るインパルス
応答導出手段とを備え、前記検査対象媒体の内部検査を
おこなう相関型探知装置にあって、前記直交信号形成手
段として、前記各周波数の送信信号に関して、前記各送
信信号の送信継続時間より長い遅延時間だけ、前記各送
信信号の送信時点から遅延させた遅延処理済の前記直交
信号を得る遅延直交信号形成手段を備え、前記インパル
ス応答導出手段において、前記遅延処理済の直交信号と
前記受信信号との間で相関を求めて、前記周波数毎に前
記複素フーリエ成分を得るとともに、前記逆フーリエ変
換をおこなって前記インパルス応答波形を得て、前記検
査対象媒体の内部を検査することにある。前記請求項６
に係わる相関型探知装置において、前記遅延時間に応じ
て、前記送信信号もしくは前記受信信号の増幅度を変化
させる遅延対応増幅手段を備えることが好ましい。これ
が請求項７に係わる相関型探知装置の特徴構成である。
前記請求項６または７に係わる相関型探知装置におい
て、前記波動信号入射手段が、時間領域に於ける前記周
波数の送信信号間に信号が無い無信号時間域を備えた間
欠型入力波動信号を入射することが好ましい。これが請
求項８に係わる相関型探知装置の特徴構成である。前記
請求項６〜８のいずれか１項に係わる相関型探知装置に
おいて、前記インパルス応答導出手段が、周波数領域に
おいて分布する前記複素フーリエ成分の包絡線分布を、
ハニング窓もしくはハミング窓の窓関数分布に補正し、
逆フーリエ変換して前記インパルス応答波形を得ること
が好ましい。これが、請求項９に係わる相関型探知装置
の特徴構成である。

【０００７】そして、請求項１〜５に係わる相関型探知
方法の作用を従来技術との比較において説明する。請求
項１に係わる相関型探知方法にあっては、従来手法と同
様に検査対象媒体内に入力波動信号が入射され、この検
査対象媒体から出てくる受信信号が捕らえられる。そし
て、この受信信号と一対の直交信号との関係から複素フ
ーリエ変換成分が求められ、その逆変換によりインパル
ス応答が得られるのであるが、この一連の処理に使用さ
れる受信信号の時間域が、入力波動信号の入射時点に対
して遅れた時間域のもの（入力波動信号は送信信号の組
み合わせとして構成されるため、結果的に、個々の送信
信号の送信時点から遅れた時間域にあるもの）となって
いる。従って、本願の方法にあっては、一連の処理に供
せられる基礎データとして、例えば反射型構成の場合
は、入射位置から遅延時間に対応した分、離間した内部
側位置に関する情報を優先的に処理することとなり、結
果的に、例えば表面側に障害物がある場合にあっても、
この影響を除去して検出をおこなうことができる。この
状況は、透過型にあっても同様である。請求項２に係わ
る相関型探知方法にあっては、前述の遅延時間に応じて
受信信号の増幅度を変化させる。先に、請求項１に係わ
る方法に関して説明したように、先の遅延時間は、検査
対象媒体内において特に詳細な情報（具体的にはインパ
ルス応答）を得たい部位の位置に関係する。即ち、反射
型の場合は、より入射位置から遠い位置にある特定部位
を検出したい場合に、この遅延時間が大きくなるととも
に、検査対象媒体にあっては、入力波動信号は減衰され
る。従って、一連の処理に供せられる受信信号が弱い場
合が多い。そこで、その有用な受信信号を増幅処理する
と、識別性のある良好なインパルス応答波形を得ること
ができる。請求項３に係わる相関型探知方法にあって
は、前記入力信号波形が、図８、１３に示すような各送
信信号間に信号の無い無信号時間域を備えた間欠型の信
号とされる。このように構成すると、複素フーリエ成分
の導出に際して、異なった周波数の送信信号に起因して
検査対象媒体内から出てくる信号を混同して、処理する
確率が低くなり、良好なインパルス応答を得ることがで
きる。後述するように、図２は間欠信号でないものの一
例を、さらに、図９は、同一条件下の出力であって間欠
信号としたものの例を示している。図２と図９のインパ
ルス応答波形を比較すると、後者のものの方が、信号振
幅が大きく検出性能が向上しているとともに、ダウンシ
ュート（振幅が負値をとる部位）が少なく、真のインパ
スル応答に近い結果が得られていることが判る。請求項
４に係わる相関型探知方法にあっては、各周波数に対し
て得られる複素フーリエ成分の包絡線分布を、窓関数分
布に補正することにより、高周波成分を適切に削除され
た複素フーリエ成分の包絡線分布からインパルス応答波
形を得ることにより、有用な情報が比較的明確に現れた
インパルス応答波形を得ることができる。後述するよう
に、図３は補正をおこなわないものの一例を、さらに、
図６は、同一条件下の出力であって補正をおこなったも
のの例を示している。図３においては、高周波成分が残
っているため、検出可能な対象物は２までであるが、図
６においては、対象物３、４まで識別可能となってい
る。請求項５に係わる相関型探知方法にあっては、検査
対象内にある特定検査位置に応じて、その遅延時間を選
択する。このような方法を採ることが有用な理由を以下
説明する。例えば、土中に埋設されているガス管等の位
置を地上から特定したい場合（反射型の使用例である）
がある。地上側で、本願のような相関型探知装置を移動
させて、そのインパルス応答波形振幅の最も強い部位
を、ガス管の埋設部位と特定するのであるが、このよう
な場合に、ガス管の埋設位置より地表面側に障害物が埋
まっている場合がある。あるいは地表面の反射強度が、
ガス管による反射強度に対して比較的大きい場合があ
る。このような場合に、この項に係わる手法をとって、
遅延時間を特定することにより、その探知位置を特定で
き、所定の目的に応じた良好な検査をおこなうことがで
きる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本願の相関型探知装置１００を概
略構成を図１に示した。この図面は、先に説明した図２
６に対応するものである。装置１００の作動をさらに正
確に説明するために、発振器１０に対して、この発振器
１０から発生される信号の態様を決定制御する入力波動
信号形成制御器１８、本願発明の特徴である遅延器１９
を備えた構成を示している。ここで、入力波動信号形成
制御器１８から、夫々の積分器１５へは、周波数を異に
する各送信信号Ｓ１に対応した積分操作を行うに必要な
情報、逆フーリエ変換器１６へは、逆フーリエ変換をお
こなうために必要な情報が送られるように構成されてい
る。さらに同図に、装置１００を構成する機能部（各部
位を手段と呼ぶ）を破線で囲って示した。装置１００
は、異なった周波数の複数の送信信号Ｓ１を異なった時
間域に備えた入力波動信号Ｓ２を、検査対象媒体１２内
に入射する波動信号入射手段１０１と、前記検査対象媒
体１２内から出てくる受信信号を捕らえる受信手段１０
２と、前記各周波数の前記送信信号Ｓ１に対して、位相
が０°及び９０°異なった一対の直交信号を得る直交信
号形成手段１０３と、前記直交信号夫々と前記受信信号
との相関を取って、前記受信信号の複素フーリエ成分を
得るとともに、前記周波数毎に得られる前記複素フーリ
エ成分に基づいて、それらを逆フーリエ変換して前記検
査対象媒体１２のインパルス応答波形を得るインパルス
応答導出手段１０４とを備えて構成されている。ここ
で、前記波動信号入射手段１０１は、前述の入力波動信
号形成制御器１８と発振器１０と送受信器１７の送信側
作動機器から構成される。発振器１０は、入力波動信号
形成制御器１８による制御指令に従って、先に説明した
ようなステップ式連続波等の異なった周波数の複数の送
信信号Ｓ１を異なった時間域に備えた信号を発振し、送
受信器１７を介して、検査対象媒体１２に入力波動信号
Ｓ２を入射する。前記受信手段１０２は、前述の送受信
器１７の受信側作動機器から構成され、検査対象媒体か
ら反射して帰ってくる受信信号を受信する。前記直交信
号形成手段１０３は、前述の入力波動信号Ｓ２をそのま
ま掛算器１４ａに伝達する回路２０ａと、９０°移相器
２１を介して別の掛算器１４ｂに伝達する回路２０ｂと
から構成されている。前記インパルス応答導出手段１０
４は、前記一対の掛算器１４と、これらの掛算器１４に
対応する積分器１５と、これらの積分器１５の出力とし
て得られ、且つ周波数毎に得られる受信信号の複素フー
リエ成分ｅ_R、ｅ_Iから、それらを逆フーリエ変換して得
られる検査対象媒体のインパルス応答波形を得る逆フー
リエ変換器１６から構成されている。従って、この手段
により、インパルス応答波形を得ることができる。

【０００９】本願の装置１００にあっては、発振器１０
の下手側に遅延器１９が備えられている。即ち、前記直
交信号形成手段１０３は、各周波数の送信信号Ｓ１に関
して、各送信信号Ｓ１の送信継続時間より長い遅延時間
だけ、各送信信号Ｓ１の送信時点から遅延させた遅延処
理済の直交信号を得るように構成されている。これを遅
延直交信号形成手段１０３Ａと呼ぶ。この遅延時間は、
本願の目的である検査対象媒体中を伝搬する波動の減衰
が大きい場合でも、手前の強反射対象物（例えば境界面
９）の向こう側の遠方の対象物（例えば対象物１〜６）
が検出できるようにするためのものである。即ち、この
構成にあっては、受信信号に対する同期検波が、この遅
延時間分だけ、遅れた受信信号に対して掛けられる。即
ち、インパルス応答導出手段１０４においては、遅延処
理済の直交信号とこの遅延時間だけ遅れて帰って来る受
信信号との間で相関が求められ、周波数毎に複素フーリ
エ成分が得られるとともに、逆フーリエ変換が行われイ
ンパルス応答波形が得られ、検査対象媒体１２の内部を
検査の用に供される。

【００１０】装置１００の働きの概略を先ず説明する。
発振器１０からの送信信号Ｓ１を遅延器１９で遅延した
ものを第１相関信号Ｓ４、遅延器１９で遅延したものを
さらに９０°移相器２１で９０°移相したものを第２相
関信号Ｓ５とする。これら第１相関信号Ｓ４、第２相関
信号Ｓ５が、これまで説明している直交信号である。発
振器１０から発生される入力波動信号Ｓ２を送受信器１
７により検査対象媒体１２内に送出し、その反射波を送
受信器１７により受信して電気信号に変換したものを受
信信号Ｓ６とする。送受信器１７で受信された受信信号
Ｓ６は分岐され、第１相関信号Ｓ４および第２相関信号
Ｓ５と各々掛算器１４ａ、１４ｂにより処理がなされ、
第１相関信号Ｓ４および第２相関信号Ｓ５の各単一周波
数のブロック長Ｌ３ごとに積分器１５により積分され
る。従って、積分器１５の出力は、受信信号Ｓ６のフー
リエ変換における複素フーリエ成分の実数部ｅ_Rと虚数
部ｅ_Iとに対応し、これらは単一周波数のブロック数の
組だけ出力される。そこで、これらを、逆フーリエ変換
器１６により逆フーリエ変換すると、インパルス応答波
形が得られ、この振幅、伝搬時間を計測し、これを解析
処理すれば、検査対象媒体１２の内部構造や物質情報を
知ることができる。

【００１１】以下本願の装置１００を使用して、検査を
おこなう場合の例について説明する。説明にあたって
は、発明が解決しようとする課題の項で説明したと同様
な、対象物１〜６の検出をおこなう場合を例にとって説
明する。これら対象物１〜６の条件を以下の表１に整理
して記載する。

【００１２】

【表１】１送受信器１７から地表など境界面９までの往復伝搬時間５ｎｓ２対象物１、２、３、４、５、６までの往復伝搬時間それぞれ１５ｎｓ、２５ｎｓ、３５ｎｓ、４５ｎｓ、５５ｎｓ、６５ｎｓ３境界面９における反射強度１４対象物１、２、３、４、５、６の反射強度それぞれ０．１、０．０１、０．００１、０．０００１、０．００００１、０．０００００１

【００１３】以下に説明する三つの実施の形態につい
て、その概略を説明すると、第１の実施の形態におい
て、遅延処理の効果および、得られる複素フーリエ成分
の包絡線分布を所謂窓関数に変換した後にインパルス応
答波形を得る効果、さらに、遅延処理に伴って受信信号
を増幅する処理をおこなった場合の効果を説明し、第２
の実施の形態において、入力波動信号をステップ式連続
波に代えて間欠ステップ式連続波にした場合の効果を、
さらに、第３の実施の形態において、単一周波数のブロ
ック長Ｌ３（Ｔ_i+1−Ｔ_i）、間欠時間を変化させた場
合の効果について説明する。

【００１４】〔第１の実施の形態〕入力波動信号Ｓ２
は、図２４のようなステップ式連続波を用い、単一周波
数のブロック長Ｌ３（Ｔ_i+1−Ｔ_i）を１００ｎｓ、使
用周波数を１０ＭＨｚから１０ＭＨｚ毎に６４０ＭＨｚ
までの６４ブロックとする（図２７参照）。この発明で
は遅延器１９を設けており、所要の遅延時間を得ること
ができる。まず遅延時間を１００ｎｓとして、インパル
ス応答波形を計算すると、図２のようになる。なお、図
の横軸目盛１２８は時間１００ｎｓに相当している。図
２９のインパルス応答波形が対象物１までしか検出でき
ていないのに比べて、対象物１及び対象物２が検出でき
ることが分かる。遅延時間を１０５ｎｓとした場合に
は、図３のように境界面９での反射波が消えるため、対
象物１及び対象物２の検出は容易となる。なお、観測さ
れる伝搬時間は、遅延時間から単一周波数の送信信号の
長さ（ブロック長Ｌ３）を差し引いた分だけ左方向にシ
フトしている。さらに、図３のインパルス応答波形が計
算されるもとの複素フーリエ成分の実数部ｅ_Rと虚数部
ｅ_Iは図４のような分布をしており、周波数打ち切りに
よる悪影響が出やすい。このような場合には、得られた
複素フーリエ振幅をハニング窓やハミング窓などの窓関
数の分布になるように振幅補正することによって（図５
に処理後の分布波形を示す）、図６のような良好なイン
パルス応答波形を得ることが可能である。この場合に
は、対象物１、対象物２、対象物３及び対象物４が検出
できる。即ち、インパルス応答導出手段１０４が、周波
数領域において分布する前記複素フーリエ成分の包絡線
分布を、ハニング窓もしくはハミング窓の窓関数分布に
補正し、逆フーリエ変換して前記インパルス応答波形を
得る構成としておくことにより、検出能力を格段に向上
できる。以上の結果では、図２、図３と遅延時間が大き
くなるにつれ、インパルス応答波形に於ける得られる絶
対的な強度振幅は小さくなってしまう。この問題への対
応としては、遅延時間に応じて、送信信号もしくは受信
信号の増幅度を変化させる遅延対応増幅手段を備えるこ
とが好ましい。即ち、図７のように、発振器１０と送受
信器１７の間及び送受信器１７と各掛算器１４との間に
増幅器２２を備え、所要の遅延時間で減衰量に応じた増
幅をおこなう（例えば、遅延時間を長く設定する場合
は、対応して同時的に受け取られる受信信号の増幅度を
上げる）と、十分な振幅値を得ることができる。また、
これらの増幅器２２や遅延器１９は、可変のものを用い
たり、これらを時間的に連動させたりすることも可能で
あり、検出確度を向上させることができる。

【００１５】〔第２の実施の形態〕次に第２実施の形態
について説明する。回路構成は図１もしくは図７と全く
同一であるが、ここでは入力波動信号Ｓ２として、間欠
ステップ式連続波を用いる。即ち、前述の前記波動信号
入射手段１０１が、時間領域に於ける異なった周波数の
送信信号間に信号が無い無信号時間域を備えた間欠型入
力波動信号を入射するものとして構成される。さらに、
具体的には、前述の送信信号形成制御器１８内に格納さ
れる制御ソフトが、この型の信号を発振器１０で発振す
るように構成される。単一周波数の信号長Ｌ１を１００
ｎｓ、間欠時間Ｌ２を２００ｎｓ、ブロック長Ｌ３（Ｔ
_i+1−Ｔ_i）を３００ｎｓ、使用周波数を１０ＭＨｚか
ら１０ＭＨｚ毎に６４０ＭＨｚまでの６４ブロックとす
る。この時のチャープ送信波形の一部（１０ＭＨｚから
４０ＭＨｚの４ブロック）を図８に示す。検査対象媒体
１２の状況は、先に説明した表１に示すものと同様のも
のとする。この実施の形態においても遅延器１９を設け
ており、所要の遅延時間を得ることができる。まず遅延
時間を１００ｎｓとして、インパルス応答波形を得る
と、図９のようになり、対象物１〜３が検出できること
が分かる（この例にあっては、複素フーリエ振幅を窓関
数分布になるように振幅補正した場合で示す）。なお、
図の横軸目盛１２８は時間１００ｎｓに相当しており、
観測される伝搬時間は、遅延時間から単一周波数の長さ
（ブロック長Ｌ３）を差し引いた分だけ左方向にシフト
している。また、遅延時間を１０５ｎｓとした場合に
は、図１０のように境界面９での反射波が消えるため、
対象物１〜３の検出は容易となり、さらに対象物４もか
ろうじて検出できる。遅延時間を１１５ｎｓとした場合
には、図１１のように境界面９及び対象物１での反射波
が消えるため、対象物２〜４の検出は容易となり、さら
に対象物５もかろうじて検出できる。最後に、遅延時間
を１４５ｎｓとした場合には、図１２のように境界面
９、対象物１〜４での反射波が消えるため、対象物５及
び対象物６の検出が可能となる。以上の結果も、図９、
図１０、図１１、図１２と遅延時間が大きくなるにつ
れ、得られる絶対的な振幅は小さくなってしまうが、図
７のように所要の遅延時間における減衰量に応じた増幅
器２２を用いれば十分な振幅値を得ることができる。ま
たこれらの増幅器２２や遅延器１９は、可変のものを用
いたり、これらを時間的に連動させたりすることも可能
である。

【００１６】〔第３の実施の形態〕次に第３実施の形態
について説明する。回路構成は図１もしくは図７と全く
同一であるが、ここでは入力波動信号Ｓ２として、間欠
ステップ式連続波を用い、単一周波数の信号長Ｌ１を２
０ｎｓ、間欠時間Ｌ２を８０ｎｓ、ブロック長Ｌ３（Ｔ
_i+1−Ｔ_i）を１００ｎｓ、使用周波数を５０ＭＨｚか
ら５０ＭＨｚ毎に８００ＭＨｚまでの１６ブロックとす
る。この時のチャープ送信波形の一部（５０ＭＨｚから
１５０ＭＨｚの３ブロック）を図１３に示す。検査対象
媒体１２の状況は、先に説明した表１に示すものと同様
のものとする。遅延を与えずに（遅延時間０ｎｓ）処理
を行った場合、図１４のようになり、境界面９による反
射に比べて対象物１の反射はかなり弱いことが分かる。
なお、図の横軸目盛３２は時間２０ｎｓに相当してい
る。一方、この実施の形態においても遅延器１９を設け
ているため、処理の際に所要の遅延時間を得ることがで
きる。まず遅延時間を２０ｎｓとして、インパルス応答
波形を計算すると、図１５のようになり、対象物１の反
射は境界面の反射と同じオーダーで検出できることが分
かる（この例では複素フーリエ振幅をそのまま使った場
合のみを示す）なお、観測される伝搬時間は、遅延時間
から単一周波数の送信信号の長さ（ブロック長Ｌ３）の
整数倍を差し引いた分だけ左方向にシフトしている。ま
た、遅延時間を３０ｎｓとした場合には、図１６のよう
に境界面９での反射波が消えるため、対象物１、対象物
２が検出可能である。遅延時間を４０ｎｓとした場合に
は、図１７のように境界面９及び対象物１での反射波が
消えるため、対象物２、対象物３が検出可能である。遅
延時間を５０ｎｓとした場合には、図１８のように境界
面９、対象物１及び対象物２での反射波が消えるため、
対象物３、対象物４が検出可能である。遅延時間を６０
ｎｓとした場合には、図１９のように境界面９、対象物
１〜３での反射波が消えるため、対象物４、対象物５が
検出可能である。遅延時間を７０ｎｓとした場合には、
図２０のように境界面９、対象物１〜４４での反射波が
消えるため、対象物５、対象物６が検出可能である。以
上の結果も、図１５、図１６、図１７、図１８、図１
９、図２０と遅延時間が大きくなるにつれ、得られる絶
対的な振幅は小さくなってしまうが、図７のように所要
の遅延時間における減衰量に応じた増幅器２２を用いれ
ば、十分な振幅値を得ることができる。またこれらの増
幅器２２や遅延器１９は、可変のものを用いたり、これ
らを時間的に連動させたりすることも可能である。

【００１７】〔別の実施の形態〕この発明は次のように
して変形して実施することができる。（１）各ブロックにおいて単一周波数の信号となる送信
信号として、コサイン波の変わりにサイン波を使うこと
も可能である。（２）図１、図７の回路の応用例として図２１、図２２
のような回路を用いることも可能である。ここで、複数
並列となっている解析回路部分２００の数は三つである
が、この数は任意である。以下、図２１と図２２に示す
回路の使用目的について説明する。前者のものと後者の
ものとの差異は、増幅器２２の有無にある。さて、本願
技術においては、送信信号と受信信号との相関を取る場
合に、遅延操作がなされ、この遅延操作により、受信信
号であっても後の解析で使用される受信信号の時間域に
おける部分が変えられる。即ち、図２１、図２２に示す
ような反射型の構成にあっては、遅延量の増加に伴っ
て、受信信号のうち、深い部位から帰って来る信号がフ
リーエ変換処理、逆変換処理されることとなる。従っ
て、これまで説明してきたように、例えば表面側に障害
物がある場合にあっても、この障害物を越えて、さらに
深い位置にある対象の検出をおこなうことができる。即
ち、遅延操作は、検査対象媒体内において、特に情報を
得たい部位からの信号を選択的に処理することを可能と
しているのである。このような状況から、図２１、図２
２の回路のように、遅延を伴った解析回路部分２００
（遅延器１９より処理下手側の部分）を、複数個並列に
備えるとともに、この解析回路部分２００間で、遅延時
間を夫々異ならせておくと、夫々の解析回路部分２００
が対象とする部位（反射型の場合は深度の異なった検査
対象媒体の各部位）が異なることとなる。従って、図２
１、図２２に示す回路構成を取ると、位置の異なった複
数の各部位の状況を検出精度良好に把握することができ
るようになる。さらに、図２２の回路に示すように、解
析回路部分２００を複数並列に備えるとともに、回路間
に増幅器２２を備えておくと、図２１の回路で説明した
効果を得られるとともに、信号強度も強いものとするこ
とができる。図２１、図２２に示す回路においては、遅
延器１９に設定される遅延時間は上部側に位置するもの
程長いものとされ、図２２に示すものでは上部側に位置
するもの程、受信信号の増幅度が高いものとされる。従
って、送受信器１７に近接する部位を図面上、下側に配
設される解析回路部２００ａで検出し、順次上側に位置
する解析回路部２００ｂ、２００ｃで離間する部位にあ
る対象物まで、比較的強い信号強度で、良好な検出を行
える。（３）さらに、上記の実施例では反射型の構成につい
て主に説明したが、透過型にあっても同様に適応でき
る。透過型の場合は、遅延操作に伴って、不要な強い廻
り込み波等を避けて、透過波の到着予想時刻付近のみを
検出することができる。（４）上記の実施の対応においては、検査対象媒体とし
ては例えば土を、対象物としては土中に埋まっている任
意の物体、空洞等の任意のものとできるが、さらに具体
的な使用例としては、土中に埋設されているガス管の位
置探査が相応しく、この場合、入力波動としては電磁波
が挙げられ、遅延時間の設定基準としては、一般的なガ
ス管の埋設深度に対する電磁波の行き、帰りの伝播時間
が挙げられる。この場合、地表側に障害物がある場合に
おいても、正確な探査を迅速に行える。

【００１８】

【発明の効果】従って、検査対象媒体中を伝搬する波動
の減衰が大きい場合でも、反射型では手前の強反射対象
物の向こう側の遠方の対象物が検出できる。透過型では
回り込み波の強度振幅より十分小さな透過波を検出でき
るなど、媒体の内部構造や物質情報を良好に探知でき
る。

【００１９】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態のブロック構成図

【図２】この発明の第１の実施の形態によるインパルス
応答波形図

【図３】この発明の第１の実施の形態によるインパルス
応答波形図

【図４】この発明の第１の実施の形態による受信スペク
トル波形図

【図５】この発明の第１の実施の形態の振幅補正による
受信スペクトル波形図

【図６】この発明の第１の実施の形態の振幅補正による
インパルス応答波形図

【図７】この発明の第１の実施の形態の増幅器を用いた
ブロック構成図

【図８】この発明の第２の実施の形態のチャープ送信波
形図

【図９】この発明の第２の実施の形態によるインパルス
応答波形図

【図１０】この発明の第２の実施の形態によるインパル
ス応答波形図

【図１１】この発明の第２の実施の形態によるインパル
ス応答波形図

【図１２】この発明の第２の実施の形態によるインパル
ス応答波形図

【図１３】この発明の第３の実施の形態のチャープ送信
波形図

【図１４】この発明の第３の実施の形態によるインパル
ス応答波形図

【図１５】この発明の第３の実施の形態によるインパル
ス応答波形図

【図１６】この発明の第３の実施の形態によるインパル
ス応答波形図

【図１７】この発明の第３の実施の形態によるインパル
ス応答波形図

【図１８】この発明の第３の実施の形態によるインパル
ス応答波形図

【図１９】この発明の第３の実施の形態によるインパル
ス応答波形図

【図２０】この発明の第３の実施の形態によるインパル
ス応答波形図

【図２１】この発明の変形実施のブロック構成図

【図２２】この発明の変形実施の増幅器を用いたブロッ
ク構成図

【図２３】透過型の従来技術のブロック構成図

【図２４】従来技術の掃引方法とチャープ送信波形図

【図２５】従来技術の受信スペクトル波形とインパルス
応答波形図

【図２６】反射型の参考技術のブロック構成図

【図２７】図２６の構成で使用するチャープ送信波形図

【図２８】図２６の構成のインパルス応答波形図

【図２９】図２６の構成のインパルス応答波形図

【符号の説明】

１２検査対象媒体１０１波動信号入射手段１０２受信手段１０３直交信号形成手段１０３Ａ遅延直交信号形成手段１０４インパルス応答導出手段Ｓ１送信信号Ｓ２入力波動信号Ｓ３直交信号Ｓ６受信信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者菊田隆大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】異なった周波数の複数の送信信号（Ｓ
１）を異なった時間域に備えた入力波動信号（Ｓ２）
を、検査対象媒体（１２）内に入射して、前記検査対象
媒体（１２）内から出てくる受信信号（Ｓ６）を捕ら
え、前記各周波数の送信信号（Ｓ１）について、位相が０°
及び９０°異なった一対の直交信号（Ｓ３）を得て、前
記直交信号（Ｓ３）夫々と前記受信信号（Ｓ６）との相
関を取って前記受信信号（Ｓ６）の複素フーリエ成分を
得、前記各周波数毎に得られる前記複素フーリエ成分に
基づいて、それらを逆フーリエ変換してインパルス応答
波形を得て、前記検査対象媒体（１２）の内部検査をお
こなう相関型探知方法であって、前記直交信号（Ｓ３）夫々と前記受信信号（Ｓ６）との
相関を取るに、前記直交信号（Ｓ３）として、前記各周
波数の送信信号（Ｓ１）に関して、各送信信号（Ｓ１）
の送信継続時間より長い遅延時間だけ、前記各送信信号
（Ｓ１）の送信時点から遅延された遅延処理済の前記直
交信号を得て、処理済の前記直交信号と、この直交信号
と同時的に受信される受信信号（Ｓ６）との間で相関を
求め、前記周波数毎に前記複素フーリエ成分を得るとと
もに、前記逆フーリエ変換をおこなって前記インパルス
応答波形を得て、前記検査対象媒体（１２）の内部を検
査する相関型探知方法。
【請求項２】前記遅延時間に応じて前記受信信号（Ｓ
６）の増幅度を変化させる請求項１記載の相関型探知方
法。
【請求項３】前記入力波動信号（Ｓ２）を、時間領域
に於ける前記送信信号（Ｓ１）間に信号が無い無信号時
間域を備えた間欠型入力波動信号とする請求項１または
請求項２に記載の相関型探知方法。
【請求項４】周波数領域において分布する前記複素フ
ーリエ成分の包絡線分布を、ハニング窓もしくはハミン
グ窓の窓関数分布に補正し、逆フーリエ変換して前記イ
ンパルス応答波形を得る請求項１〜３のいずれか１項に
記載の相関型探知方法。
【請求項５】前記入力波動信号（Ｓ２）の伝播方向に
於ける前記検査対象媒体内の特定検査位置に応じて前記
所定の遅延時間を変化させる請求項１〜４のいずれか１
項に記載の相関型探知方法。
【請求項６】異なった周波数の複数の送信信号（Ｓ
１）を異なった時間域に備えた入力波動信号（Ｓ２）
を、検査対象媒体（１２）内に入射する波動信号入射手
段（１０１）と、前記検査対象媒体（１２）内から出てくる信号を受信信
号（Ｓ６）として捕らえる受信手段（１０２）と、前記各周波数の前記送信信号（Ｓ１）に対して、位相が
０°及び９０°異なった一対の直交信号（Ｓ３）を得る
直交信号形成手段（１０３）と、前記直交信号（Ｓ３）夫々と前記受信信号（Ｓ６）との
相関を取って、前記受信信号（Ｓ６）の複素フーリエ成
分を得るとともに、前記周波数毎に得られる前記複素フ
ーリエ成分に基づいて、それらを逆フーリエ変換してイ
ンパルス応答波形を得るインパルス応答導出手段（１０
４）とを備え、前記検査対象媒体（１２）の内部検査を
おこなう相関型探知装置であって、前記直交信号形成手段（１０３）として、前記各周波数
の送信信号（Ｓ１）に関して、前記各送信信号（Ｓ１）
の送信継続時間より長い遅延時間だけ、前記各送信信号
（Ｓ１）の送信時点から遅延させた遅延処理済の前記直
交信号を得る遅延直交信号形成手段（１０３Ａ）を備
え、前記インパルス応答導出手段（１０４）において、前記
遅延処理済の直交信号と、前記受信信号（Ｓ６）との間
で相関を求めて、前記周波数毎に前記複素フーリエ成分
を得るとともに、前記逆フーリエ変換をおこなって前記
インパルス応答波形を得て、前記検査対象媒体（１２）
の内部を検査する相関型探知装置。
【請求項７】前記遅延時間に応じて、前記受信信号
（Ｓ６）の増幅度を変化させる遅延対応増幅手段を備え
た請求項６記載の相関型探知装置。
【請求項８】前記波動信号入射手段（１０１）が、時
間領域に於ける前記周波数の送信信号（Ｓ１）間に信号
が無い無信号時間域を備えた間欠型入力波動信号を入射
する請求項６または請求項７記載の相関型探知装置。
【請求項９】前記インパルス応答導出手段（１０４）
が、周波数領域において分布する前記複素フーリエ成分
の包絡線分布を、ハニング窓もしくはハミング窓の窓関
数分布に補正し、逆フーリエ変換して前記インパルス応
答波形を得る請求項６〜８のいずれか１項に記載の相関
型探知装置。