JP3361183B2 - 相関検出型伝送路探査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、所定の２つ定点間に
ある伝送路の状態を探査するために、伝送路を通過して
得られる受信信号を相関検出することにより探査信号を
得る相関型伝送路探査装置、例えば、地中の地点間にお
ける地質状況を電磁波の通過特性により探査する相関検
出型伝送路探査装置、つまり、相関検出型のボアホール
レーダなどに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の装置としては、伝送路をケーブ
ル、誘電体、地中などとし、探査のための送信信号を電
気信号、超音波信号、電磁波などとするものが挙げられ
るが、ここでは、説明を簡単にするために、伝送路を地
中とし、探査のための送信信号を電磁波の透過波（通過
波ともいう）として所要の２箇所の間における埋設物状
況・地層変化状況などの地質状況を探査するボアホール
レーダを例にとって具体例を説明する。

【０００３】この種のボアホールレーダでは、探査能力
を向上するために、所要の探知周期で繰り返す約束波形
の信号を送信信号として地中に送信し、地中を透過させ
て得られる受信信号を被相関信号とし、探知周期の各回
ごとに、約束波形と同一の信号を相関信号として相関を
とることにより所要の検出信号を得るように構成したも
のがある。

【０００４】こうしたボアーホールレーダの配置構成
は、例えば、図９のボアホールレーダ１００のようにな
っている。図９において、２箇所に設けた探査穴２０３
・２０４は、探査を行うための伝送路に相当する地中２
０２に鉛直方向に掘削した穴である。

【０００５】そして、一方の探査穴２０３には送信アン
テナ４０３を、他方の探査穴２０４には受信アンテナ６
０１を配置しておき、地上２０１に配置した制御処理／
表示部３０１から約束波形信号４０１ａを所定の探知周
期で繰り返しながら送信用導線４０１を介して送信部４
０２に与えることにより、約束波形の信号をもつ電磁波
５０１を所定の探知周期で地中２０２に送波する。

【０００６】地中２０２を伝送路として透過した電磁波
５０１を受信アンテナ６０１で受波して得られる受信信
号７０１ａを受信部６０２から受信用導線７０１を介し
て地上２０１の制御処理／表示部３０１に与える。

【０００７】つまり、電磁波５０１は地中２０２を探査
するための送信信号に相当し、送信部４０２と送信アン
テナ４０３は地中２０２を探査するための送信部分に、
また、受信アンテナ６０１と受信部６０２は地中２０２
を探査するための受信部分に相当する。

【０００８】そして、受信信号７０１ａを被相関信号と
し、約束波形の信号４０１ａを相関信号として、所定の
周期ごとに、制御処理／表示部３０１内に設けた相関処
理機能により相関を行って検出した目的の探査信号を制
御処理／表示部３０１内に設けた表示機能により表示す
る構成になっており、送信アンテナ４０３と受信アンテ
ナ６０１とを上下に移動しながら探査することにより、
各地中深度における地質などを調査し得るようにしてい
る。

【０００９】探査穴２０３・２０４間の距離は５０ｍ程
度、また、探査穴２０３・２０４の深さは３００〜１０
００ｍにも及ぶものであり、伝送路の特性を詳しく探査
するには、上記の約束波形信号４０１ａを多数の周波数
成分をもつ信号にして、各周波数に対する受信信号７０
１ａの変化の差異を検出する必要がある。

【００１０】このため、直線状連続周波数変調または階
段状連続周波数変調を行った信号（この発明において、
掃引形連続ＦＭ信号という）を約束信号４０１ａとして
用いている。

【００１１】直線状連続周波数変調による掃引形連続Ｆ
Ｍ信号は、図１０の周波数変化のように、時間０から時
間Ｔまでの間に、周波数ｆ₀ から周波数（ｆ₀ ＋△ｆ）
まで直線的に変化する可変周波数ｆ₄₀を繰り返す信号で
あり、階段状連続周波数変調による掃引形連続ＦＭ信号
は、図１１の周波数変化のように、時間０から時間Ｔま
での間に、周波数ｆ₀ から時間△ｔ毎に周波数が僅かず
つ階段状に変化して周波数（ｆ₀ ＋△ｆ）まで変化する
可変周波数ｆ₄₀を繰り返す信号である。

【００１２】こうした掃引形連続ＦＭ信号による約束波
形信号を用いる相関検出型伝送路探査装置１００におい
て、相関信号として、約束波形信号４０１ａのほかに、
約束波形信号４０１ａをπ／２移相、つまり、９０°移
相した約束波形信号を作り、これらの２つの相関信号、
つまり、２相の相関信号と受信信号７０１ａとを掛算し
て得た２つの掛算相関信号をフーリエ逆変換して目的と
する探査信号、つまり、伝送路の特性による振幅成分の
変化や位相成分の変化などを求める信号を得る構成が、
本願出願人の出願にもとづく特開平４−１５２２８６な
どにより開示されている。

【００１３】こうした２相の相関信号を用いて掛算相関
を行うことにより、検出信号のＳ／Ｎを向上するととも
にフーリエ変換による展開によって振幅変化や位相変化
を精細に検出する操作を直交関数展開による相関検出と
もいっている。

【００１４】上記の構成では、掛算相関によって振幅変
化や位相変化を検出するものであるが、この発明におい
て、相関とは、こうした掛算相関以外の構成により上記
と同様に、振幅変化や位相変化を検出する構成、例え
ば、相関信号をパルス化した信号で被相関信号をサンプ
リングする相関構成をも含めていうものである。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術におい
て、約束波形信号として掃引型連続ＦＭ信号を用いるも
のでは、一般に、なるべく広い周波数範囲にわたって掃
引する掃引型連続ＦＭ信号を用いる必要があり、伝送路
の状況、特に、地中の地質状況を探査する場合には、な
るべく低い周波数帯で極力広い周波数範囲にわたって掃
引する掃引型連続ＦＭ信号とするのが望ましいことが多
い。

【００１６】このため、第１には、相関処理が連続ＦＭ
された広い周波数帯にわたるので、種々の高調波成分が
生じ、この高調波成分が他の構成部分に不必要で複雑な
干渉を与えるという不都合がある。

【００１７】第２には、約束波形信号として掃引型連続
ＦＭ信号を用いるとともに、約束波形信号を２相の相関
信号にして２相の相関処理を行う構成のものでは、単相
の相関処理、つまり、１つの相関信号による相関処理を
行う場合に比べて、２つの相関検出信号にもとづく処理
では振幅の大きい相関結果が得られるので、伝送路での
減衰が多く、雑音信号が多いような状況の場合には、Ｓ
／Ｎの良い測定が得られるが、一方、２相の相関信号を
得るための９０°移相回路における移相動作が連続ＦＭ
された広い周波数帯にわたって安定に、かつ、正確に９
０°移相動作しないことによる測定誤差が生ずるという
不都合がある。

【００１８】第３には、相関処理を行う部分から送信部
と受信部とに接続する導線部分の長さが長く、特に、ボ
アホールレーダのような相関検出型伝送路探査装置で
は、非常に長くなるため、相関検出によって検出される
検出信号中の位相変化成分には、目的とする伝送路の状
況、例えば、地中の地質状況の差異にもとづく位相変化
成分よりも、これらの導線の長さにもとづく位相変化成
分の方が非常に大きく含まれてしまうので、伝送路の状
況にもとづく位相変化成分を精度よく検出し得ないとい
う不都合がある。

【００１９】このため、こうした不都合のない簡便安価
な構成による装置の提供が望まれているという課題があ
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の相関
検出型のボアホールレーダのような伝送路の２箇所の一
方に送信部分を配置して他方に受信部分を配置するとと
もに、送信部分から掃引型連続ＦＭ信号、つまり、第１
の掃引型連続ＦＭ信号を送信して受信部分で得られる受
信信号にもとづく信号を被相関信号とし、この被相関信
号を所定の相関信号により相関処理を行って得られる信
号にもとづいて所要の探査信号を得る相関検出型伝送路
探査装置において、一定周波数信号を上記の所定の相関
信号として相関処理を行う相関手段と、上記の相関信号
またはこの相関信号にもとづく一定周波数信号を、上記
の第１の掃引型連続ＦＭ信号の可変周波数範囲よりも高
い可変周波数範囲をもつ第２の掃引型連続ＦＭ信号によ
って周波数変換を行うことにより上記の第１の掃引型連
続ＦＭ信号を得る周波数変換手段と、上記の受信信号を
上記の周波数変換とは逆の周波数変換を行うことにより
上記の相関信号と同程度の周波数をもつ被相関信号を得
る逆周波数変換手段とを設ける第１の構成と、

【００２１】この第１の構成における相関処理を２相の
相関処理によって行う相関検出型伝送路探査装置におい
て、上記の第１の構成における相関手段に代え、一定周
波数信号とこの一定周波数信号を９０°移相して得られ
る移相信号とを所定の相関信号として上記の２相の相関
処理を行う相関手段を設ける第２の構成と、

【００２２】上記の第１の構成または第２の構成におけ
る周波数変換手段の部分を、上記の相関信号にもとづく
一定周波数信号として、上記の相関信号の周波数よりも
高く、かつ、上記の第１の掃引型連続ＦＭ信号の最高周
波数よりも高い一定周波数の信号、つまり、高一定周波
数信号を用いるとともに、上記の第２の掃引型連続ＦＭ
信号として上記の高一定周波数信号の周波数より高い可
変周波数範囲をもつ信号を用いる周波数変換手段を設け
る第３の構成と、

【００２３】この第３の構成における周波数変換手段の
部分を、上記の第１の掃引型連続ＦＭ信号として、１つ
の可変周波数発生回路では安定に発生し得ない程度に広
い可変周波数範囲、つまり、広可変周波数範囲をもつ信
号を用い、また、上記の相関信号として前記広可変周波
数範囲内の周波数をもつ信号を用いるとともに、上記の
第２の掃引型連続ＦＭ信号として、１つの可変周波数発
生回路により安定に発生し得る程度の可変周波数範囲を
もつ信号を用いる周波数変換手段を設ける第４の構成
と、

【００２４】上記の第１〜第４の構成において、上記の
相関処理を行う側で得られる第１の掃引型連続ＦＭ信号
を光信号に変換して導光線、つまり、送信側導光線によ
り前記送信部分に与える送信用導線手段と、上記の受信
信号を光信号に変換して導光線、つまり、受信側導光線
により上記の相関処理を行う側に与える受信用導線手段
と、上記の周波数変換を行うための第２の掃引型連続Ｆ
Ｍ信号を、少なくとも、上記の送信側導光線の部分にお
ける第１の掃引型連続ＦＭ信号の伝送時間と上記の受信
側導光線の部分における上記の受信信号の伝送時間とを
加算した時間量に対応する時間量を遅延する遅延手段と
を設ける第５の構成と、

【００２５】この第５の構成において、上記の遅延を、
少なくとも上記の送信側導光線の長さと上記の受信側導
光線の長さとを加算した長さに対応する長さをもつ導光
線によって得る上記の遅延手段を設ける第６の構成と、

【００２６】上記の第１〜第４の構成において、上記の
周波数変換手段の一部または全部を上記の受信部分側に
配置する周波数変換部分配置手段を設ける第７の構成
と、

【００２７】この第７の構成において、上記の遅延を、
少なくとも上記の送信側導光線の長さに対応する長さを
もつ導光線によって得る上記の遅延手段を設ける第８の
構成などを提供するなどにより、上記の課題を解決し得
るようにしたものである。

【００２８】

【作用】第１の構成によれば、伝送路を広い可変周波数
をもつ信号で探査するので地質状況などの細密な変化に
対応する情報を含む受信信号を得ることができるととも
に、この受信信号から探査信号を得る部分では、受信信
号を一定周波数、つまり、単一の周波数程度の信号に変
換するので、極めて狭い帯域幅の濾波回路を通すことが
できるため、被相関信号とする受信信号のＳ／Ｎを大幅
に改善し得る。

【００２９】また、このように受信信号を一定周波数化
した被相関信号と一定周波数信号の相関信号とによる掛
算相関を行うので、相関機能部分を単一周波数同士の掛
算動作と同様にし得るため、掛算動作によって生ずる高
調波信号成分を少なくすることができ、他の構成部分に
与える不必要な干渉を激減し得るように作用する。

【００３０】第２の構成では、第１の構成における作用
に加えて、地質状況などの細密な探査を行い易くするた
めの２相の掛算相関に用いる２相の相関信号を一定周波
数信号の移相によって行い得るので、移相側の相関信号
を正確な移相信号にできるため、相関動作における誤差
原因を低減して探査信号中の探査情報を精度の高いもの
にし得るように作用する。

【００３１】第３の構成と第４の構成では、第１の構成
と第２の構成とにおける作用に加えて、相関信号に用い
る一定周波数信号から送信信号に用いる掃引型連続ＦＭ
信号を得るまでの間に、一旦、１桁以上高い周波数に上
げた後に、低い周波数帯に戻すという２つの周波数変換
を介在しているので、低い周波数帯では、１つの可変周
波数発生回路では安定に発生し得ない程度に広い可変周
波数範囲でも、一般に、高い周波数帯では１つの可変周
波数発生回路で安定に発生し得るため、探査に用いる送
信信号を低い周波数帯において極めて広い可変周波数範
囲にすることができるので、探査を広範囲の周波数にわ
たって細密に行い得るとともに、この探査のための掛算
相関を一定周波数信号によって行い得るように作用す
る。

【００３２】第５の構成と第６の構成では、第１〜第４
の構成における作用に加えて、相関処理を行う部分と送
信部との間ならびに相関処理を行う部分と受信部との間
で伝達し合う各信号を光に変換して導光線により伝達す
るため、掃引型連続ＦＭ信号の可変周波数成分に伴う群
遅延を正確に容易に遅延し得るとともに、遅延量を処理
する部分を導光線の長さのみで簡単に処理し得るように
作用する。

【００３３】第７の構成と第８の構成では、市販の補強
索入り導光線が補強索を芯にして複数の導光線、例え
ば、４本程度の導光線を１つに束ねたものになっている
ので、そのうちの１本を遅延用導線とし、他の１本を受
信用導線として用いることができるため、実質的な構造
を簡便化し得るとともに、同一の市販の導光線を送信用
導線として用いることにより、送信用導線と遅延用導線
とを同一特性のものにできるため、導線の長さを同一に
するのみで送信用導線による遅延量と遅延用導線による
遅延量とを正確に一致できるので、送信用導線による遅
延量の打ち消しを確実にし得るように作用する。

【００３４】

【実施例】以下、実施例を図１〜図８により説明する。
図１〜図８の構成において図９〜図１１における符号と
同一符号で示す部分は、図９〜図１１で説明した同一符
号の部分と同一機能の部分を示す。また、図１のと
の部分は図２のとに接続して一体に構成されるもの
である。

【００３５】〔第１実施例〕以下、図１〜図４により第
１実施例を説明する。図１の制御処理／表示部３０１に
おいて、第１局部信号発生回路１は、相関信号として用
いる第１の一定周波数信号１ａ、例えば、１０ＭＨｚの
信号を作り、第１変換回路２と掛算回路３１とに与え
る。

【００３６】第２局部信号発生回路３は、周波数変換信
号として用いる第１の一定周波数信号１ａよりも１桁以
上高い周波数をもつ第２の一定周波数信号３ａ、例え
ば、２７０ＭＨｚの信号を作り、第１変換回路２と第４
変換回路３０とに与える。

【００３７】第１変換回路２は、第１の一定周波数信号
１ａと第２の一定周波数信号３ａとによる周波数変換を
行って、第１の一定周波数信号１ａの周波数と第２の一
定周波数信号３ａの周波数との和の周波数、例えば、２
８０ＭＨｚの信号を第３の一定周波数信号２ａとして作
り、第２変換回路４に与える。

【００３８】可変周波数発生回路５は、探査のための送
信信号に相当する後記の第１の掃引型連続ＦＭ信号４ａ
の可変周波数範囲よりも高い周波数範囲であって、１つ
の可変周波数発生回路により安定に発生し得る程度の可
変周波数をもつ信号を第２の掃引型連続ＦＭ信号５ａと
して発生する回路、例えば、ＰＬＬシンセサイザー構
成、または、可変容量素子、例えば、バリキャプなどを
用いた可変周波数発振回路によるＶＣＯ回路であり、発
生した第２の掃引型連続ＦＭ信号５ａを第２変換回路４
と遅延回路２９とに与える。

【００３９】ここで、第１の掃引型連続ＦＭ信号４ａ
は、例えば、図１０におけるｆ₀ ＝１ＭＨｚからｆ₀ ＋
△ｆ＝８１ＭＨｚまでの可変周波数ｆ₄₀をもつ信号、つ
まり、１〜８１ＭＨｚの可変周波数をもつとともに、図
３のように、周期Ｔで繰り返す波形の信号であり、ま
た、第２の掃引型連続ＦＭ信号５ａは、例えば、第１の
掃引型連続ＦＭ信号４ａの周波数と第３の一定周波数信
号２ａの周波数との和の周波数、つまり、２８１〜３６
１ＭＨｚの可変周波数をもつ信号である。

【００４０】第２変換回路４は、第３の一定周波数信号
２ａと第２の掃引型連続ＦＭ信号５ａとによる周波数変
換を行って、第３の一定周波数信号２ａの周波数と第２
の掃引型連続ＦＭ信号５ａの周波数との差の周波数、例
えば、上記の１〜８１ＭＨｚの信号を第１の掃引型連続
ＦＭ信号４ａとして作り、前置増幅回路６に与える。前
置増幅回路６は、第１の掃引型連続ＦＭ信号４ａ、つま
り、伝送路とする地中に与えるための送信信号とする信
号を、送信部４０２に伝送し得る程度に増幅するための
前置増幅を行って、増幅した増幅信号６ａを電／光変換
回路７に与える。

【００４１】電／光変換回路７は、電気的信号による第
１の掃引型連続ＦＭ信号４ａを光信号に変換する回路で
あり、例えば、レーザーダイオードにより目的の光信号
を得る回路であって、変換した第１の掃引型連続ＦＭ信
号を光信号７ａにして送信用導線４０１に与える。

【００４２】動作用電源３８は、制御処理／表示部３０
１の各回路を動作させるための電源であって、例えば、
蓄電池または商用電源から所要の電圧を得る電源回路で
ある。

【００４３】送信用導線４０１は、導光線、例えば、光
ファイバーによる導光線であって、第１の掃引型連続Ｆ
Ｍ信号を光に変換した光信号７ａを遠隔配置された送信
部４０２の光／電変換回路８に与える導線である。ここ
で、光信号７ａを送信用導線４０１の長さＬ₁ だけ伝送
するのに要する伝送時間をτ₁ とする。

【００４４】光／電変換回路８は、光信号７ａを電気信
号に変換する回路であり、例えば、ホトトランジスタに
より目的の電気信号を得る回路であって、変換して得ら
れた電気信号による第１の掃引型連続ＦＭ信号４ａに相
当する第１の掃引型連続ＦＭ信号８ａを送信回路９に与
える。

【００４５】送信回路９は、第１の掃引型連続ＦＭ信号
８ａを送信に必要な所要電力に増幅する電力増幅回路で
あって、例えば、トランジスタによる増幅回路であり、
増幅して得られた送信出力信号９ａを整合トランス１０
に与える。また、電池１１は、送信回路９を含む送信部
４０２に配置した各回路の動作用として独立に設けた電
源であって、例えば、アルカリマンガン乾電池である。

【００４６】整合トランス１０は、例えば、回路の不平
衡／平衡間を整合する高周波トランス、つまり、バラン
であって、不平衡側を送信回路９に、平衡側を送信アン
テナ４０３に接続してあり、送信出力信号９ａの電力
を、送信アンテナ４０３から第１の掃引型連続ＦＭ信号
をもつ電磁波５０１を送信信号として、伝送路とする地
中２０２に送波する。

【００４７】送信アンテナ４０３は、一種のダイポール
アンテナであり、各アンテナ素子を２つの中空の円筒体
４０３ａ・４０３ｂの導体に形成したもので、例えば、
アルミニウム材の円形パイプの端部に整合トランス１１
からの導線をネジ止めしたものであり、上下の配置間隔
Ｌ₁₁を給電インピーダンスに合わせるとともに、各円筒
体４０３ａ・４０３ｂの長さＬ₁₂・Ｌ₁₃を、送信信号９
ａの周波数、つまり、第１の掃引型連続ＦＭ信号の周波
数帯域の最高周波数８１ＭＨｚよりも僅かに高い周波
数、例えば、９０ＭＨｚ程度の波長に共振する長さにす
ることにより、第１の掃引型連続ＦＭ信号に含まれる各
周波数成分をなるべく一様な電力の電磁波で送波し得る
ようにしてある。

【００４８】送信アンテナ４０３を形成する円筒体４０
３ａ・４０３ｂの内部、つまり、中空部分には、一方の
円筒体４０３ａの内部に光／電変換回路８・送信回路９
などの送信部４０２を構成する部分を収納して配置し、
他方の円筒体４０３ｂの内部に送信部４０２の電源用電
池、つまり、電池１１を収納して配置してある。

【００４９】外覆１２は、送信アンテナ４０３の外側を
覆う高周波絶縁材で形成した防水覆であって、例えば、
上下を閉じた円筒体をＦＲＰ樹脂材で形成したものであ
り、上方に、送信用導線４０１を防水貫通するためのグ
ランドパッキン１２ａを設けたものである。

【００５０】外覆１２の内部に送信アンテナ４０３など
を収納した構成は、例えば、探査穴２０３内の深い深度
における水圧などに耐える構成とするため、必要に応じ
て、内部に高周波絶縁性のある絶縁油またはシリコンゴ
ムなどを充填してある。

【００５１】伝送路を探査するための送信信号に相当す
る電磁波５０１は、探査の目的に見合った伝送距離ｄを
離した箇所にある探査穴２０４まで到達し得る電力にし
てあり、ここで、電磁波５０１を伝送距離ｄだけ伝送す
るのに要する伝送時間をτ2とする。

【００５２】受信アンテナ６０１は、送信アンテナ４０
３と同様の構成をもつダイポールアンテナであって、２
つの中空の円筒体６０１ａ・６０１ｂの導体で形成した
ものであり、送信アンテナ４０３と材質を同一にし、配
置間隔Ｌ₁₄と長さＬ₁₅と長さＬ₁₆とを、配置間隔Ｌ₁₁と
長さＬ₁₂と長さＬ₁₃と同一にして構成したものであっ
て、伝送路の地中２０２を介して到達した電磁波５０１
を受波して得られた受信信号を、整合トランス２２を介
して受信回路２３に与える。

【００５３】整合トランス２２は、整合トランス１０と
同様の高周波トランス、例えば、バランであって、平衡
側を受信アンテナ６０１に、不平衡側を受信回路２３に
接続してあり、受信アンテナ６０１の受波出力を整合ト
ランス２２から第１の掃引型連続ＦＭ信号を伝送路とす
る地中２０２に透過させた波形をもつ受波信号２２ａと
して受信回路２３に与える。

【００５４】受信回路２３は、受波信号２２ａを、制御
処理／表示部３０１に伝送し得る程度に増幅するための
前置増幅を行った受信信号２３ａを電／光変換回路２４
に与える。また、電池２１は、受信回路２３を含む受信
部６０２に配置した各回路の動作用として独立に設けた
電源であって、例えば、アルカリマンガン乾電池であ
る。

【００５５】電／光変換回路２４は、電気的信号による
受信信号２３ａを光信号に変換する回路であり、例え
ば、レーザーダイオードにより目的の光信号を得る回路
であって、受信信号２３ａを光に変換した光信号２４ａ
を受信用導線７０１に与える。

【００５６】受信用導線７０１は、導光線、例えば、光
ファイバーによる導光線であって、約束波形の光信号２
４ａを遠隔配置された制御処理／表示部３０１の光／電
変換回路２６に与える導線である。ここで、光信号２４
ａを受信用導線７０１の長さＬ₃ だけ伝送するのに要す
る伝送時間をτ₃ とする。

【００５７】受信アンテナ６０１を形成する円筒体６０
１ａ・６０１ｂの内部、つまり、中空部分には、一方の
円筒体６０１ａの内部に電／光変換回路２４・受信回路
２３などの受信部６０２を構成する部分を収納して配置
し、また、他方の円筒体６０１ｂの内部に受信部６０２
の電源用電池、つまり、電池２１を収納して配置してあ
る。

【００５８】外覆２５は、受信アンテナ６０１の外側を
覆う高周波絶縁材で形成した防水覆であって、例えば、
上下を閉じた円筒体をＦＲＰ樹脂材で形成したものであ
り、上方に、受信用導線７０１を防水貫通するためのグ
ランドパッキン２５ａを設けたものである。

【００５９】外覆２５の内部に受信アンテナ６０１など
を収納した構成は、例えば、外覆１２の内部に送信アン
テナ４０３などを収納した構成と同様の構成にしてあ
る。

【００６０】光／電変換回路２６は、受信信号の光信号
２４ａを電気信号に変換する回路であり、例えば、ホト
トランジスタにより目的の電気信号を得る回路であっ
て、変換して得られた電気信号による受信信号２６ａを
後段増幅回路２７に与える。

【００６１】後段増幅回路２７は、受信信号２６ａを、
後記の第３変換回路２８における周波数変換を行うため
に必要な所要電圧に増幅する増幅回路であって、例え
ば、トランジスタによる増幅回路であり、増幅した受信
信号２７ａを第３変換回路２８に与える。

【００６２】ここで、この第１実施例では、受信信号２
７ａから得られる後記の第２の変換受信信号３０ａを被
相関信号とし、第１局部信号発生回路１で発生した第１
の一定周波数信号１ａを相関信号とする掛算相関を、一
種のビート検波によって行い、この掛算相関によって得
られた相関検出信号、つまり、ビート検波信号をフーリ
エ変換してパワースペクトルから、ビート周波数ｆ_b を
求めることにより、伝送路に相当する地中２０２での送
信信号に相当する電磁波５０１の伝送時間τ₂の変化を
知ることによって、伝送路の状況、つまり、地中２０２
の地質状況を判別するようにしているものである。

【００６３】このため、掛算回路３１の一方の掛算入力
として受信信号２７ａから周波数変換して得られる後記
の第２の変換受信信号３０ａを与えることになるが、単
に、ビート検波を行うのみであれば、受信信号２７ａ
を、単に、周波数変換して得られる信号を掛算入力とし
て与えれば、目的が達せられるわけである。

【００６４】しかしながら、このようにしたのでは、ビ
ート成分には、伝送時間τ₁ と伝送時間τ₂ と伝送時間
τ₃ との総和の時間量τ₁₁ τ₁₁＝τ₁ ＋τ₂ ＋τ₃ と、第１の掃引型連続ＦＭ信号４ａに関連する可変周波
数信号が上記の第２変換回路４・前置増幅回路６・電／
光変換回路７・光／電変換回路８・送信回路９・受信回
路２３・電／光変換回路２４・光／電変換回路２６・後
段増幅回路２７の各回路と、後記の第３変換回路２８の
各回路とによって遅延を受ける各遅延時間の総和の時間
量τ₁₂との和の時間、つまり、総合遅延時間τ₁₃ τ₁₃＝τ₁₁＋τ₁₂ による成分が含まれてしまう。

【００６５】このため、伝送路内、つまり、地中２０２
内での伝送時間τ₂ の変化によるビート成分の変化の変
化率を、この総合遅延時間τ₁₃に対する変化率によって
検出することになるので、結局、検出する変化比率が低
下してしまうことになるわけである。

【００６６】そこで、第１の掃引型連続ＦＭ信号４ａを
遅延した信号と受信信号２７ａとを掛算回路で相関処理
することにより、この遅延分を相殺することが考えられ
る。そして、この遅延は理想的には、上記の総合遅延時
間τ₁₃から伝送路内での伝送時間、つまり、地中２０２
内での伝送時間τ₂ を差し引いた時間量τ₁₄ τ₁₄＝τ₁₃−τ₂ だけ第１の掃引型連続ＦＭ信号４ａを遅延することにな
るが、この発明では、相関処理を一定周波数で行い得る
ようにするために、第２の掃引型連続ＦＭ信号５ａを遅
延回路２９に与えて、遅延時間量τ_s を遅延した遅延掃
引型連続ＦＭ信号２９ａを第３変換回路２８に与えるこ
とにより、第１の掃引型連続ＦＭ信号４ａを遅延したも
のと同様の効果を得るように構成してある。

【００６７】この遅延時間量τ_s は、少なくとも、伝送
時間τ₁ と伝送時間τ₃ を加算した時間量τ₁₅ τ_s ＝τ₁ ＋τ₃ ＝τ₁₅ の時間とし、好ましくしは、上記の時間量τ₁₄までの時
間を遅延する。しかし、ここでは、簡単に、伝送時間τ
₁ と伝送時間τ₃ を加算した時間量τ₁₅の時間だけ遅延
しているものである。

【００６８】遅延回路２９は、例えば、電／光変換回路
７・送信用導線４０１・光／電変換回路８との構成によ
る伝送線路と同様の光ファイバーによる導光線を用いた
遅延線路であり、導光線の長さを、送信用導線４０１の
長さＬ₁ と受信用導線７０１の長さＬ₃ とを加算した長
さのものにすることによって、時間量τ₁₅に相当する遅
延時間量を得るようにしたものである。つまり、遅延回
路２９に用いる導光線、送信用導線４０１に用いる導光
線および受信用導線７０１に用いる導光線を全て同一材
質または同一規格の導光線、つまり、同一材質または同
一規格の光ファイバーで構成することにより、単に、そ
の長さを所定の長さにするだけで、各伝送時間と遅延時
間とを容易に一致し得るようにしている。

【００６９】第３変換回路２８は、受信信号２７ａと遅
延掃引型連続ＦＭ信号２９ａとによる周波数変換を行っ
て、受信信号２７ａの周波数と遅延掃引型連続ＦＭ信号
２９ａの周波数との和の周波数をもつ第１の変換受信信
号２８ａを作り、第４変換回路３０に与える。

【００７０】ここで、受信信号２７ａは、第１の掃引型
連続ＦＭ信号７ａにもとづく送信信号を伝送路とする地
中２０２に伝送して得られる信号なので、伝送路での伝
送状況により多少の周波数変化を与えられたとしても、
第１の掃引型連続ＦＭ信号７ａとほぼ同程度の周波数、
つまり、１〜８１ＭＨｚ程度の周波数をもつ信号になっ
ており、遅延掃引型連続ＦＭ信号２９ａは２８１〜３６
１ＭＨｚの周波数をもつ信号になっているので、第１の
変換受信信号２８ａは２８０ＭＨｚ程度の周波数をもつ
信号になって現れることになる。

【００７１】第４変換回路３０は、第２の一定周波数信
号３ａと第１の変換受信信号２８ａとによる周波数変換
を行って、第２の一定周波数信号３ａの周波数と第１の
変換受信信号２８ａの周波数との差の周波数をもつ第２
の変換受信信号３０ａを作り、掛算回路３１に与える。

【００７２】ここで、第２の一定周波数信号３ａは２７
０ＭＨｚの周波数をもつ信号、また、第１の変換受信信
号２８ａは２８０ＭＨｚ程度の周波数をもつ信号になっ
ているので、第２の変換受信信号３０ａは、第１の一定
周波数信号１ａの周波数、つまり、１０ＭＨｚと同程度
の周波数をもつ信号になって現れることになる。

【００７３】掛算回路３１は、例えば、ダブルバランス
ミキサ（ＤＢＭ）による掛算回路（ダブルバランス形掛
算回路ともいう）であり、一方の掛算入力の振幅値と他
方の掛算入力の振幅値とを掛算して得られる振幅値の信
号を掛算信号として出力する回路であり、被相関信号に
相当する第２の変換受信信号３０ａと、相関信号に相当
する第１の一定周波数信号１ａとを掛算して得られる掛
算信号３１ａを低域濾波回路３２に与える。

【００７４】低域濾波回路３２は、相関信号、つまり、
第１の一定周波数信号１ａと、被相関信号、つまり、第
２の変換受信信号３０ａとによるビート検波出力として
予測される最高周波数よりも高い周波数、つまり、例え
ば、１ｋＨｚ以下の周波数を通過周波数として濾波する
濾波回路であり、濾波して得られる掛算相関信号３２ａ
を処理プロセッサ３３に与える。

【００７５】処理プロセッサ３３は、例えば、マイクロ
コンピュータによりフーリエ変換を行うプロセッサであ
り、掛算相関信号３２ａをサンプリングして得られるデ
ィジタル値のデータにもとづいてフーリエ変換を行うこ
とにより、掛算相関信号３２ａの主周波数成分、つま
り、ビート検波によって得られたビート周波数ｆ_b を求
めることにより、伝送時間τ₂ の実質的な変化量に対応
する算定値を求めるものであり、この算定値にもとづい
て得られる信号を算定値信号３３ａとして表示器３４に
与える。

【００７６】ウインチ８０１は、伝送路、つまり、地中
２０２に配置した探査のための送信部分と受信部分を上
下に移動するものであり、外覆１２と外覆２５とを移動
することによって、この移動を行うために外覆１２と外
覆２５に結び付けたケーブル８０２（図示せず）または
送信用導線４０１と受信用導線７０１とを巻き上げ、ま
たは、巻き下ろしするとともに、ケーブル８０２または
送信用導線４０１と受信用導線７０１との移動量を検出
した検出量にもとづいて、送信部分と受信部分との位
置、つまり、送信アンテナ４０３と受信アンテナ６０１
の深度を表す深度信号８０１ａを処理プロセッサ３３に
与える。

【００７７】表示器３４は、処理プロセッサ３３からの
深度信号８０１ａにもとづく深度値のデータと、算定値
信号３３ａにもとづく伝送時間τ₂ の実質的な変化量に
対応する算定値のデータとを、文字表示によるディジタ
ル表示を行うとともに、グラフ状の図形表示によるアナ
ログ表示を行う。

【００７８】以下、処理プロセッサ３３においてフーリ
エ変換により伝送時間τ₂ の実質的な変化量に対応する
算定値を求める演算処理の処理過程を説明する。

【００７９】ここで、演算処理を簡単に分かり易くする
ため、第１変換回路２・第２変換回路４・前置増幅回路
６・電／光変換回路７・光／電変換回路８・送信回路９
・受信回路２３・電／光変換回路２４・光／電変換回路
２６・後段増幅回路２７の各回路と、後記の第３変換回
路２８・第４変換回路３０の各回路とにおける各信号遅
延時間の総和の時間量τ₁₂を無視して、第１の一定周波
数信号１ａから第２の変換受信信号３０ａまでにおける
遅延時間を、伝送時間τ₁ と伝送時間τ₂ と伝送時間τ
₃ との総和の時間量τ₁₁として考え、固定遅延回路２９
の遅延時間τ_sを、伝送時間τ₁ と伝送時間τ₃ とを加
算した時間量τ₁₅に設定したことにする。

【００８０】したがって、

【数１】 であるとする。

【００８１】そして、相関信号とする第１の一定周波数
信号１ａをｅ₁ 、第２の一定周波数信号３ａをｅ₂ 、第
３の一定周波数信号２ａをｅ₃ 、第２の掃引型連続ＦＭ
信号５ａをｅ₄ 、制御処理／表示部３０１から送り出す
送信信号に相当する信号、つまり、第１の掃引型連続Ｆ
Ｍ信号４ａをｅ₅ 、送信部４０２から出力される信号、
つまり、送信回路９から出力される送信出力信号をｅ
₆ 、受信部６０２から出力される信号、つまり、受信回
路２３から出力される受信信号２３ａをｅ₇ 、制御処理
／表示部３０１が受け入れた受信信号に相当する受信信
号２７ａをｅ₈ 、遅延掃引型連続ＦＭ信号２９ａをｅ
₉ 、第１の変換受信信号２８ａをｅ₁₀、第２の変換受信
信号３０ａをｅ₁₁で表すとすると、各信号は次式のよう
に表すことができる。

【００８２】なお、ω₄₀は第１の掃引型連続ＦＭ信号４
ａ、つまり、ｅ₅ の角周波数を、ω₅₀は第２の掃引型連
続ＦＭ信号５ａ、つまり、ｅ₄ の角周波数を、ω₁ は第
１の一定周波数信号１ａ、つまり、ｅ₁ の角周波数、ω
₂ は第２の一定周波数信号３ａ、つまり、ｅ₂ の角周波
数を表し、また、ＢＰＦ〔 〕は帯域濾波回路の出力を
表すものとする。

【００８３】

【数２】 ここで、ω₁ 、ω₂ 、ω₄₀、ω₅₀の関係は、

【数３】 に設定してあるので、

【数４】 式（１）から

【数５】 式（１）・式（２）・式（３）から

【数６】

【００８４】ここで、掛算相関信号３１ａをＥ₁ で表
し、低域濾波回路３２で低域濾波する関数をＬＰＦ〔
〕で表すとすると、

【数７】 ここで、（４）式における〔 〕内の第２項は低域濾波
回路３２の濾波によって無くなるので、結局、低域濾波
回路３２から出力される掛算相関信号３２ａは、

【数８】 として表すことができる。

【００８５】第１の掃引型連続ＦＭ信号４ａのω₄₀を、
図１０の周波数変化のような可変周波数ｆ₄₀をもつ掃引
型連続ＦＭ信号、例えば、具体的な波形で示すと、図３
の波形ような信号にしてあるとすれば、式（４）のω₄₀
は、次式のように表すことができる。

【００８６】

【数９】 ただし、０≦ｔ≦Ｔとする。

【００８７】ここで、（５）式の位相項に着目し、

【数１０】 とおくと、掛算相関信号３２ａとして出力される周波数
信号Ｅ₁ は、

【数１１】 となる。

【００８８】そして、式（６）と式（７）から、

【数１２】 が得られる。

【００８９】ここで、

【数１３】 は、時間ｔを含まないので、固定の移相量を表している
ため、無視し得るものである。

【００９０】したがって、周波数信号Ｅ₁ のビート周波
数成分ｆ_b 、つまり、伝送路の状況、つまり、地中２０
２の地質状況の変化に伴って生ずる伝送時間τ₂ の変化
によって変化するビート周波数成分は、式（９）から

【数１４】 のように表すことができ、この式（１０）のビート周波
数成分が、掛算相関信号３２ａの周波数信号Ｅ₁ に含ま
れていることになるわけである。

【００９１】以上における各式の展開は、掛算相関信号
３２ａとして出力される周波数信号Ｅ1 、つまり、式
（８）の信号を、処理プロセッサ３３でＡ／Ｄ変換した
ディジタル値のデータにもとづいて、フーリエ変換して
パワースペクトル、つまり、周波数電力分布を演算する
とビート周波数ｆ_b を求めることができることを意味し
ている。

【００９２】ここで、フーリエ変換を

【数１５】 とし、パワースペクトルを

【数１６】 とすると、

【数１７】 の関係になるので、この式（１１）の関係をグラフで表
すと、例えば、図４のようになるため、パワースペクト
ルが最大になる周波数または位相変化率を求めることに
よって、現在、探査している送信部分と受信部分との間
の伝送路の箇所、つまり、送信アンテナ４０３と受信ア
ンテナ６０１とを位置づけた地中２０２の深度における
地質状況に対応するビート周波数ｆ_b 、つまり、ビート
信号の周波数またはその位相変化を表す値を求めること
ができることになる。

【００９３】ところで、上記の演算において、固定遅延
回路２９での遅延時間値τ_s は、

【数１８】 であり、また、

【数１９】 に設定してあるため、ビート周波数ｆ_b の変化を、この
τ₂ に対応する周波数に対する変化率として見ることが
できるわけである。

【００９４】これに対して、固定遅延回路２９を設けな
かった場合には、このτ₂ の値が、

【数２０】 になってしまうので、ビート周波数ｆ_b の変化は、この
τ₁₁に対応する周波数に対する変化率として見ることに
なる。

【００９５】したがって、上記のように、τ_s を遅延さ
せた場合には、遅延させなかった場合に比べて、

【数２１】 の比率だけ拡大した比率で見ることになるので、伝送路
の状況の変化、つまり、地中２０２の地質状況の変化に
よる伝送時間τ₂ の変化を式（１２）の比率だけ精度を
上げて探査し得ることになるわけである。

【００９６】〔第２実施例〕以下、図５により第２実施
例を説明する。図５における図１〜図４の符号と同一符
号の部分は、図１〜図４により説明した同一符号の部分
と同一の機能をもつ部分である。

【００９７】そして、送信部分と受信部分は、第１実施
例における図２の構成と全く同一のものに構成してある
もので、つまり、図５におけるとの部分は図２の
とに接続して一体に構成されるものである。

【００９８】また、第１実施例と異なる構成部分は、第
１実施例における相関処理部分を、直交２相の掛算相
関、つまり、９０°の位相差をもつ２相の相関信号によ
る掛算構成に変形したものであり、図１の第１実施例の
構成に対して、第１の一定周波数信号１ａを９０°移相
回路３５で９０°移相した９０°移相信号３５ａを相関
信号とし、変換受信信号３０ａを被相関信号として掛算
回路３６で掛算した掛算信号３６ａを低域濾波回路３７
で濾波した９０°掛算相関信号３７ａを得る構成を増設
したものである。

【００９９】９０°掛算相関信号３７ａは、式（５）の
信号Ｅ₁ に対して９０°位相の異なる信号Ｅ₂ になるの
で、この９０°掛算相関信号３７ａによる信号Ｅ₂ と掛
算相関信号３２ａによる信号Ｅ₁ とを処理プロセッサ３
３に与えることにより、処理プロセッサ３３におけるフ
ーリエ変換を直交関数展開によるフーリエ変換の形態に
して行わせるようにしたものである。

【０１００】〔第３実施例〕以下、図６・図７により第
３実施例を説明する。図６・図７における図１〜図５の
符号と同一符号の部分は、図１〜図５で説明した同一符
号の部分と同一の機能をもつ部分である。

【０１０１】そして、送信部分は、第１実施例における
図２の構成における左側部分の送信部分と全く同一のも
のに構成し、つまり、図６におけるの部分を図２の
に接続して構成するものであり、また、受信部分は、図
７のように構成し、つまり、図６におけるとの部分
を図７のとに接続して構成するものである。

【０１０２】また、第１実施例の構成と異なる構成部分
は、第１実施例では、制御処理／表示部３０１に配置し
ていた遅延回路２９を無くするとともに、周波数変換部
分のうちの一部に相当する前段部分、つまり、第３変換
回路２８を、図７の受信部６０２の側に移設して配置し
た箇所と、この移設に伴い、第２の掃引型連続ＦＭ信号
５ａを遅延用導線１８２で遅延した遅延掃引型連続ＦＭ
信号２９ａ′を第３変換回路２８に与えるように変更し
た箇所である。

【０１０３】以下、図６・図７の構成における図１の構
成と異なる構成部分を具体的に説明する。第３変換回路
２８は、受信部６０２と一体にして配置し、電源用電池
２１によって動作するようにしてあり、受信回路２３は
受信信号２３ａを第３変換回路２８に与える。

【０１０４】周波数変換を行うために与える遅延掃引型
連続ＦＭ信号２９ａ′は、第２の掃引型連続ＦＭ信号５
ａを電／光変換回路１８１で光に変換して光信号１８１
ａにした後に、遅延用導線１８２により遅延して、受信
部６０２と一体にして配置した光／電変換回路１８３・
増幅回路１８４に与えることにより得るようにしてあ
る。

【０１０５】遅延する時間量τ_s を得る部分は、電／光
変換回路１８１・光／電変換回路１８３を電／光変換回
路７・光／電変換回路８と同一のもので構成するととも
に、遅延用導線１８２を送信用導線４０１と同一材質ま
たは同一規格で同一の長さＬ₁ にして構成することによ
って、送信用導線４０１における光信号７ａの伝送時間
τ₁ と同じにしてある。

【０１０６】また、増幅回路１８４は、光信号１８１ａ
を光／電変換回路１８３で変換した遅延信号１８３ａ
を、第３変換回路２８における周波数変換を行うための
入力として適する振幅値に増幅する回路である。

【０１０７】しかし、遅延する時間量τ_s は、理想的に
は、第１実施例で述べたと同様の理由で、伝送時間τ₁
と、前置増幅回路６・電／光変換回路７・光／電変換回
路８・送信回路９・受信回路２３による遅延時間との和
の時間量に設定するのが好ましい。

【０１０８】したがって、この第３実施例では、第３変
換回路２８での周波数変換動作においては、第１の掃引
型連続ＦＭ信号４ａが送信用導線４０１によって遅延し
た遅延量τ₁ と第２の掃引型連続ＦＭ信号５ａが遅延用
導線１８２によって遅延した遅延量τ₁ と同じ遅延量に
なっているため、第１の変換受信信号２８ａに含まれる
第１の掃引型連続ＦＭ信号４ａの遅延による遅延量は、
第１の掃引型連続ＦＭ信号４ａが伝送路に相当する地中
２０２を伝送するのに要した伝送時間τ₂ に相当する遅
延量のみなっていることになる。

【０１０９】第１の変換受信信号２８ａは、電／光変換
回路２４′で光に変換した光信号２４ａ′にした後に、
受信用導線７０１′に与えて、相関処理を行う側、つま
り、制御処理／表示部３０１側に伝達し、光信号２４
ａ′を光／電変換回路２６′で電気信号による第１の変
換受信信号２６ａ′を後段増幅回路２７′に与える。後
段増幅回路２７′は、第１の変換受信信号２６ａ′を第
４変換回路３０における周波数変換動作に必要な振幅値
に増幅した第１の変換受信信号２７ａ′を第４変換回路
３０に与えるようにしている。

【０１１０】ここで、第３変換回路２８で得られた第１
の変換受信信号２８ａは、電／光変換回路２４′・受信
用導線７０１′・光／電変換回路２６′・後段増幅回路
２７′を経由して第４変換回路３０に与えるまでの間に
おける遅延量による固定的な遅延を受けているが、第１
の変換受信信号２８ａは一定周波数信号であるため、こ
の固定的な遅延量は、式（５）の信号Ｅ₁ で表される掛
算相関信号３２ａの処理プロセッサ３３によるフーリエ
変換動作では、単なる直流成分になって現れるので、相
関処理の結果として得るビート周波数ｆ_b には全く無関
係な遅延量になるわけである。

【０１１１】したがって、送信用導線４０１による伝送
時間τ₁ が遅延用導線１８２による伝送時間τ₁ によっ
て打ち消された残りの地中２０２による伝送時間τ₂ に
対応するビート周波数ｆ_b を直接的に求め得るようにな
るわけである。また、受信用導線７０１′の長さは、探
査性能には全く無関係に、任意の長さにすることができ
る。

【０１１２】なお、この第３実施例の構成は、受信側の
周波数変換部分の全体、つまり、第３変換回路２８と第
４変換回路３０とによる周波数変換部分を受信部６０２
側に移設するとともに、第２の一定周波数信号３ａを上
記の第２の掃引型連続ＦＭ信号５ａを受信部６０２側に
導いた構成と同様の構成を用いて受信部６０２側に導く
ように変形して構成し得る。

【０１１３】そして、第２の一定周波数信号３ａを受信
部６０２側に導くための導線の長さなどによる遅延量
は、第２の一定周波数信号３ａが一定周波数なので、受
信用導線７０１′などによる遅延量と同様に、相関処理
の結果として得るビート周波数ｆb には全く無関係な遅
延量ということなる。

【０１１４】〔第４実施例〕以下、図８により第４実施
例を説明する。図８における図１〜図７の符号と同一符
号の部分は、図１〜図７で説明した同一符号の部分と同
一の機能をもつ部分である。

【０１１５】そして、送信部分と受信部分は、第３実施
例における構成と全く同一のものに構成してあるもの
で、つまり、図８におけるの部分は図７の
に接続して一体に構成されるものである。

【０１１６】また、第４実施例の構成において第３実施
例と異なる構成部分は、相関処理部分を２相の相関処理
に変更したものであり、具体的に異なる構成部分は、第
２実施例の項で説明した第１実施例の構成と第２実施例
の構成とにおける差異と全く同じなので、ここでは、具
体的な動作の説明を省略する。

【０１１７】なお、各実施例における第１変換回路２・
第２変換回路４・第３変換回路２８・第４変換回路３０
の各変換回路は、入力する２つの周波数を混合して増幅
する混合回路と出力する周波数を濾波する濾波回路との
組み合わせによる回路、または、入力する２つの周波数
を掛算する掛算回路、例えば、ダブルバランスミキサに
よる掛算回路と出力する周波数を濾波する増幅素子付き
の濾波回路、例えば、第１変換回路２・第３変換回路２
８では高域濾波回路、第２変換回路４では低域濾波回
路、第４変換回路３０では帯域濾波回路との組み合わせ
による回路によって構成する。

【０１１８】〔各実施例の構成の要約〕上記の各実施例
の構成を要約すると、第１実施例と第３実施例との各構
成では、伝送路の２箇所、例えば、探査穴２０３・２０
４の一方に送信部分、例えば、送信部４０２・送信アン
テナ４０３を配置して、他方に受信部分、例えば、受信
アンテナ６０１・受信部６０２を配置するとともに、送
信部分から掃引型連続ＦＭ信号、つまり、第１の掃引型
連続ＦＭ信号４ａを送信して受信部分で得られる受信信
号２３ａにもとづく信号を被相関信号とし、この被相関
信号を所定の相関信号により相関処理、例えば、掛算回
路３１による掛算相関を行って得られる信号にもとづい
て所要の探査信号、例えば、算定値信号３３ａを得る相
関検出型伝送路探査装置、例えば、ボアホールレーダ１
００において、

【０１１９】一定周波数信号、例えば、第１の一定周波
数信号１ａを上記の所定の相関信号として相関処理を行
う相関手段と、上記の相関信号、つまり、第１の一定周
波数信号１ａまたはこの相関信号にもとづく一定周波数
信号、例えば、第２の一定周波数信号３ａを、上記の第
１の掃引型連続ＦＭ信号の可変周波数範囲よりも高い可
変周波数範囲をもつ第２の掃引型連続ＦＭ信号５ａによ
って周波数変換を行うことにより上記の第１の掃引型連
続ＦＭ信号４ａを得る周波数変換手段と、上記の受信信
号２３ａを上記の周波数変換とは逆の周波数変換を行う
ことにより上記の相関信号、つまり、第１の一定周波数
信号１ａと同程度の周波数をもつ被相関信号を得る逆周
波数変換手段とを設ける第１の構成を構成していること
になるものである。

【０１２０】第２実施例と第４実施例との各構成では、
上記の第１の構成における相関処理を２相の相関処理、
例えば、掛算回路３１・３６による掛算相関によって行
う相関検出型伝送路探査装置、例えば、ボアホールレー
ダ１００において、上記の第１の構成における相関手段
に代え、一定周波数信号、例えば、第１の一定周波数信
号１ａと、この一定周波数信号１ａを、例えば、９０°
移相回路３５によって、９０°移相して得られる移相信
号３５ａとを所定の相関信号として上記の２相の相関処
理を行う相関手段を設ける第２の構成を構成としている
ことになるものである。

【０１２１】第１実施例・第２実施例・第３実施例・第
４実施例の各構成では、上記の第１の構成または第２の
構成における周波数変換手段の部分を、上記の相関信
号、例えば、第１の一定周波数信号１ａにもとづく一定
周波数信号、例えば、第２の一定周波数信号３ａとし
て、上記の相関信号の周波数、例えば、１０ＭＨｚより
も高く、かつ、上記の第１の掃引型連続ＦＭ信号の最高
周波数、例えば、８１ＭＨｚよりも高い一定周波数、例
えば、２８０ＭＨｚの信号、つまり、高一定周波数信号
を用いるとともに、上記の第２の掃引型連続ＦＭ信号５
ａとして上記の高一定周波数信号の周波数、つまり、２
８０ＭＨｚよりも高い可変周波数範囲、例えば、２８１
〜３６１ＭＨｚをもつ信号を用いる周波数変換手段を設
ける第３の構成と、

【０１２２】この第３の構成における周波数変換手段の
部分を、上記の第１の掃引型連続ＦＭ信号４ａとして、
１つの可変周波数発生回路、例えば、ＰＬＬ構成による
ＶＣＯ回路では安定に発生し得ない程度に広い可変周波
数範囲、つまり、広可変周波数範囲、例えば、１〜８１
ＭＨｚをもつ信号を用い、また、上記の相関信号、例え
ば、第１の一定周波数信号１ａとして前記広可変周波数
範囲、つまり、１〜８１ＭＨｚ内の周波数、例えば、１
０ＭＨｚをもつ信号を用いるとともに、上記の第２の掃
引型連続ＦＭ信号５ａとして、１つの可変周波数発生回
路、例えば、ＰＬＬシンセサイザー構成によるＶＣＯ回
路により安定に発生し得る程度の可変周波数範囲、例え
ば、２８１〜３６１ＭＨｚをもつ信号を用いる周波数変
換手段を設ける第４の構成を構成としていることになる
ものである。

【０１２３】また、第１実施例と第２実施例との各構成
では、上記の第１〜第４の構成において、上記の相関処
理を行う側で得られる第１の掃引型連続ＦＭ信号４ａを
光信号に変換して導光線、つまり、送信側導光線、例え
ば、送信用導線４０１により上記の送信部分、例えば、
送信部４０２と送信アンテナ４０３に与える送信用導線
手段と、上記の受信信号２３ａを光信号に変換して導光
線、つまり、受信側導光線、例えば、受信用導線７０１
により上記の相関処理を行う側、例えば、制御処理／表
示部３０１側に与える受信用導線手段と、上記の周波数
変換を行うための第２の掃引型連続ＦＭ信号５ａを、少
なくとも、上記の送信側導光線、つまり、送信用導線４
０１の部分における第１の掃引型連続ＦＭ信号４ａの伝
送時間と上記の受信側導光線、つまり、受信用導線７０
１の部分における受信信号２３ａの伝送時間とを加算し
た時間量に対応する時間量を遅延する遅延手段とを設け
る第５の構成と、

【０１２４】この第５の構成において、上記の遅延を、
少なくとも上記の送信側導光線の長さ、例えば、送信用
導線４０１の長さＬ₁ と上記の受信側導光線の長さ、例
えば、受信用導線７０１の長さＬ₃ とを加算した長さに
対応する長さ、例えば、Ｌ₁ ＋Ｌ₃ の長さをもつ導光線
によって得る上記の遅延手段を設ける第６の構成を構成
としていることになるものである。

【０１２５】さらに、第３実施例と第４実施例との各構
成では、上記の第１〜第４の構成において、上記の周波
数変換手段の一部、例えば、第３変換回路２８による周
波数変換部分、または、全部、例えば、第３変換回路２
８と第４変換回路３０とによる周波数変換部分を上記の
受信部分側、例えば、受信部６０２に配置する周波数変
換部分配置手段を設ける第７の構成と、この第７の構成
において、上記の遅延を、少なくとも上記の送信側導光
線の長さ、例えば、送信用導線４０１の長さＬ₁ に対応
する長さ、例えば、長さＬ₁ をもつ導光線によって得る
上記の遅延手段を設ける第８の構成を構成としているこ
とになるものである。

【０１２６】〔変形実施〕この発明は次のように変形し
て実施することを含むものである。 （１）第１の掃引型連続ＦＭ信号４ａを、図１１の階段
状連続周波数変調による掃引形連続ＦＭ信号に変更して
構成する。

【０１２７】（２）第１の掃引型連続ＦＭ信号４ａを、
図１２に太い実線で示すのように、周期ＴＡの期間中の
短い時間Ｔａの間に、図１０の直線状の可変周波数ｆ₄₀
と同様の信号、または、図１１の階段状の可変周波数ｆ
₄₀と同様の信号を配置した信号に変更して構成する。さ
らに、図１２に太い点線で示すように、周波数変調しな
い期間を一定周波数、例えば、周波数ｆ₀ に保持するよ
うにした信号に変更して構成する。

【０１２８】（３）第１実施例・第２実施例における遅
延回路２９の全部または一部を、弾性表面波素子による
固定遅延回路、または、電気的な分布定数回路による固
定遅延回路などによって構成する。

【０１２９】（４）第２実施例・第４実施例における２
相の相関信号は、一方の相関信号とする第１の一定周波
数信号１ａをｓｉｎ波とすると、他方の相関信号とする
９０°移相信号３５ａはｃｏｓ波になるので、掛算相関
信号３２ａと９０°掛算相関信号３７ａとは、式（１
０）におけるビート周波数成分ｆｂにもとづく位相角度
を極座標で表した場合のＸ軸値とＹ軸値とで表している
ことになるので、掛算相関信号３２ａと９０°掛算相関
信号３７ａとから極座標上の位相角度を演算して得られ
る算定信号を目的の探査信号として出力するように構成
する。

【０１３０】（５）掛算回路３１・３６と低域濾波回路
３２・３７とによる２相の相関構成部分を、図１３のよ
うな周知の２相のサンプルホールド回路１０１・１０２
による相関構成に変更するとともに、サンプルホールド
信号１０１ａ・１０２ａとをＡ／Ｄ変換回路１０５・１
０６に与えて得たディジタル信号を上記（４）の構成に
おけるＸ軸値・Ｙ軸値として得るように構成する。つま
り、図１４のように、２相の相関信号とする第１の一定
周波数信号１ａと９０°移相信号３５ａとを位相が９０
°ずれたサンプルホールドを行うためのサンプル時点信
号１０３ａ・１０４ａを、例えば、図１３のように、パ
ルス化回路１０３・１０４により各信号のゼロクロス点
をパルス化した各パルス信号を作っておき、このサンプ
ル時点信号１０３ａ・１０４ａにより被相関信号とする
変換受信信号３０ａをサンプルホールドして得られるサ
ンプルホールド信号１０１ａ・１０２ａの各Ａ／Ｄ変換
値ｅｘ・ｅｙを極座標のＸ軸値・Ｙ軸値として位相角度
を求める演算を行うように構成する。

【０１３１】（６）処理プロセッサ・表示器を、プリン
タを付加したパーソナルコンピュータで構成し、処理結
果を印字して保存し得るように構成する。

【０１３２】（７）送信用導線４０１、受信用導線７０
１・遅延用導線１８２を構成する導光線の巻き上げと巻
き下ろしをするためのウインチ８０１の回転ドラムの回
転中心部分に、これらの導光線を回転側と固定側とに分
けて中継接続するとともに、この中継接続部分に光学的
回転結合器、例えば、光ファイバー用ロータリージョイ
ントを設けて構成する。

【０１３３】（８）伝送路を、真水などの誘電体により
構成した伝送路、例えば、河川・ダムなどにするととも
に、送信信号を電磁波にすることにより、水量変化や汚
濁度などを検出し得るように構成する。

【０１３４】（９）伝送路を、電気的分布定数の連続
体、例えば、通信用ケーブルなどにするとともに、送信
信号を電気信号にして、伝送信号の歪予測などを行い得
るように構成する。

【０１３５】（１０）第１実施例〜第４実施例におい
て、各信号を動作上必要な信号振幅にするために所要の
箇所に増幅回路を増設し、または、十分な信号振幅が得
られる箇所での増幅回路を削除して構成する。

【０１３６】（１１）掃引型連続ＦＭ信号を高い周波数
から低い周波数に移行するように掃引した信号、つま
り、図１０・図１１・図１２の可変周波数ｆ₄₀を、時間
０の時に周波数ｆ₀ ＋△ｆとし、時間の経過とともに周
波数ｆ₀ に向かって掃引する信号にして構成する。

【０１３７】

【発明の効果】この発明によれば、第１には、受信信号
から探査信号を得る部分において、受信信号を一定周波
数程度の信号に変換するため、受信信号を極めて狭い帯
域幅の濾波を行なえるようにして、受信信号のＳ／Ｎを
大幅に改善し得るとともに、この一定周波数に変換した
受信信号を一定周波数信号の相関信号により相関処理す
るので、相関機能部分を一定周波数間の掛算動作にし得
るため、掛算動作にもとづく高調波信号成分を少なくし
得るので、他の構成部分に与える不必要な干渉を激減し
得る。

【０１３８】第２には、２相の掛算相関に用いる２相の
相関信号を得る部分を、一定周波数信号のみの移相で済
ませ得るため、移相による相関信号の歪みなどによる不
正確さを除去できるので、相関動作の誤差原因が低減し
て探査信号中の探査情報を精度の高いものにし得る。

【０１３９】第３には、送信信号に用いる掃引型連続Ｆ
Ｍ信号を、一旦、１桁以上高い周波数で得た後に、低い
周波数帯に戻すという２つの周波数変換を行って得てい
るため、一般に、高い周波数帯では比較的広い周波数範
囲を１つの可変周波数発生回路で安定に発生し得るた
め、探査に用いる送信信号を低い周波数帯において極め
て広い可変周波数の信号にし得るので、探査を広範囲の
周波数にわたって細密に行い得る。

【０１４０】第４には、相関処理を行う部分と送信部と
受信部との間で伝達し合う各信号を光に変換して導光線
により伝達しているため、掃引型連続ＦＭ信号の可変周
波数成分に伴う群遅延を正確に容易に遅延でき、また、
遅延量を導光線の長さのみで調整し得る。

【０１４１】第５には、周波数変換部分の要部が受信部
側に設け得るように構成しているため、複数本を束ねた
市販の導光線を用いることにより遅延量の打ち消しを単
なる長さの一致のみで行い得るほか、受信側における周
波数変換部分が送信側における周波数変換部分と干渉し
あって生ずる誤差を無くして、精度の高い探査信号を得
ることができるなどの特長がある。

【図面の簡単な説明】

図面中、図１〜図８はこの発明の実施例を、また、図９
〜図１４は従来技術を示し、各図の内容は次のとおりで
ある。

【図１】全体ブロック構成地上配置部分図

【図２】全体ブロック構成地中配置部分図

【図３】要部信号波形図

【図４】要部信号波形図

【図５】地上配置部分の要部ブロック構成図

【図６】地上配置部分の要部ブロック構成図

【図７】地中配置部分の要部ブロック構成図

【図８】地上配置部分の要部ブロック構成図

【図９】全体ブロック構成図

【図１０】要部信号波形図

【図１１】要部信号波形図

【図１２】要部信号波形図

【図１３】要部ブロック構成図

【図１４】要部信号波形図

【符号の説明】

１ 第１局部信号発生回路 １ａ 第１の一定周波数信号 ２ 第１変換回路 ２ａ 第３の一定周波数信号 ３ 第２局部信号発生回路 ３ａ 第２の一定周波数信号 ４ 第２変換回路 ４ａ 第１の掃引型連続ＦＭ信号 ５ 可変周波数発生回路 ５ａ 第２の掃引型連続ＦＭ信号 ６ 前置増幅回路 ６ａ 増幅信号 ７ 電／光変換回路 ７ａ 光信号 ８ 光／電変換回路 ８ａ 第１の掃引型連続ＦＭ信号 ９ 送信回路 ９ａ 送信出力信号 １０ 整合トランス １１ 電池 １２ 外覆 １２ａ グランドパッキン ２２ 整合トランス ２２ａ 受波信号 ２３ 受信回路 ２３ａ 受信信号 ２４ 電／光変換回路 ２４′ 電／光変換回路 ２４ａ 光信号 ２４ａ′ 光信号 ２５ 外覆 ２６ 光／電変換回路 ２６′ 光／電変換回路 ２６ａ 受信信号 ２６ａ′ 第１の変換受信信号 ２７ 後段増幅回路 ２７′ 後段増幅回路 ２７ａ 受信信号 ２７ａ′第１の変換受信信号 ２８ 第３変換回路 ２８ａ 第１の変換受信信号 ２９ 遅延回路 ２９ａ 遅延掃引型連続ＦＭ信号 ２９ａ′ 遅延掃引型連続ＦＭ信号 ３０ 第４変換回路 ３０ａ 第２の変換受信信号 ３１ 掛算回路 ３１ａ 掛算信号 ３２ 低域濾波回路 ３２ａ 掛算相関信号 ３３ 処理プロセッサ ３３ａ 算定値信号 ３４ 表示器 ３５ ９０°移相回路 ３５ａ ９０°移相信号 ３６ 掛算回路 ３６ａ 掛算信号 ３７ 低域濾波回路 ３７ａ 掛算相関信号 ３８ 動作用電源 １００ ボアホールレーダ １０１ サンプルホールド回路 １０１ａ サンプルホールド信号 １０２ サンプルホールド回路 １０２ａ サンプルホールド信号 １０３ パルス化回路 １０３ａ サンプル時点信号 １０４ パルス化回路 １０４ａ サンプル時点信号 １０５ Ａ／Ｄ変換器 １０６ Ａ／Ｄ変換器 １８１ 電／光変換回路 １８１ａ 光信号 １８２ 遅延用導線 １８３ 光／電変換回路 １８３ａ 遅延信号 １８４ 増幅回路 ２０１ 地上 ２０２ 地中 ２０３ 探査穴 ２０４ 探査穴 ３０１ 制御処理／表示部 ４０１ 送信用導線 ４０２ 送信部 ４０３ 送信アンテナ ４０３ａ 円筒体 ４０３ｂ 円筒体 ５０１ 電磁波 ６０１ 受信アンテナ ６０１ａ 円筒体 ６０１ｂ 円筒体 ６０２ 受信部 ７０１ 受信用導線 ７０１′ 受信用導線 ８０１ ウインチ ８０１ａ 深度信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−288834（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−130294（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−80684（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−152286（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−324162（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01V 3/30 G01S 7/292 G01S 13/32

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 伝送路の２箇所の一方に送信部分を配置
   して他方に受信部分を配置するとともに、前記送信部分
   から掃引型連続ＦＭ信号（以下、第１の掃引型連続ＦＭ
   信号という）を送信して前記受信部分で得られる受信信
   号にもとづく信号を被相関信号とし、前記被相関信号を
   所定の相関信号により相関処理を行って得られる信号に
   もとづいて所要の探査信号を得る相関検出型伝送路探査
   装置であって、 一定周波数信号を前記所定の相関信号として前記相関処
   理を行う相関手段と、 前記相関信号または前記相関信号にもとづく一定周波数
   信号を、前記第１の掃引型連続ＦＭ信号の可変周波数範
   囲よりも高い可変周波数範囲をもつ第２の掃引型連続Ｆ
   Ｍ信号によって周波数変換を行うことにより前記第１の
   掃引型連続ＦＭ信号を得る周波数変換手段と、 前記受信信号を前記周波数変換とは逆の周波数変換を行
   うことにより前記相関信号と同程度の周波数をもつ前記
   被相関信号を得る逆周波数変換手段とを具備することを
   特徴とする相関検出型伝送路探査装置。
2. 【請求項２】 伝送路の２箇所の一方に送信部分を配置
   して他方に受信部分を配置するとともに、前記送信部分
   から掃引型連続ＦＭ信号（以下、第１の掃引型連続ＦＭ
   信号という）を送信して前記受信部分で得られる受信信
   号にもとづく信号を被相関信号とし、前記被相関信号を
   所定の相関信号により２相の相関処理を行って得られる
   信号にもとづいて所要の探査信号を得る相関検出型伝送
   路探査装置であって、 一定周波数信号と前記一定周波数信号を９０°移相して
   得られる移相信号とを前記所定の相関信号として前記２
   相の相関処理を行う相関手段と、 前記相関信号または前記相関信号にもとづく一定周波数
   信号として、前記第１の掃引型連続ＦＭ信号の可変周波
   数範囲よりも高い可変周波数範囲をもつ第２の掃引型連
   続ＦＭ信号によって周波数変換を行うことにより前記第
   １の掃引型連続ＦＭ信号を得る周波数変換手段と、 前記受信信号を前記周波数変換とは逆の周波数変換を行
   うことにより前記相関信号と同程度の周波数をもつ前記
   被相関信号を得る逆周波数変換手段とを具備することを
   特徴とする相関検出型伝送路探査装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２の相関検出型伝
   送路探査装置であって、 前記相関信号にもとづく一定周波数信号として、前記相
   関信号の周波数よりも高く、かつ、前記第１の掃引型連
   続ＦＭ信号の最高周波数よりも高い一定周波数の信号
   （以下、高一定周波数信号という）を用いるとともに、
   前記第２の掃引型連続ＦＭ信号として前記高一定周波数
   信号の周波数より高い可変周波数範囲をもつ信号を用い
   る前記周波数変換手段を具備する相関検出型伝送路探査
   装置。
4. 【請求項４】 請求項３の相関検出型伝送路探査装置で
   あって、 前記第１の掃引型連続ＦＭ信号として、１つの可変周波
   数発生回路では安定に発生し得ない程度に広い可変周波
   数範囲（以下、広可変周波数範囲という）をもつ信号を
   用い、また、前記相関信号として前記広可変周波数範囲
   内の周波数をもつ信号を用いるとともに、前記第２の掃
   引型連続ＦＭ信号として、１つの可変周波数発生回路に
   より安定に発生し得る程度の可変周波数範囲をもつ信号
   を用いる前記周波数変換手段を具備する相関検出型伝送
   路探査装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜請求項４の相関検出型伝送路
   探査装置であって、 前記相関処理を行う側で得られる前記第１の掃引型連続
   ＦＭ信号を光信号に変換して導光線（以下、送信側導光
   線という）により前記送信部分に与える送信用導線手段
   と、 前記受信信号を光信号に変換して導光線（以下、受信側
   導光線という）により前記相関処理を行う側に与える受
   信用導線手段と、 前記周波数変換を行うための前記第２の掃引型連続ＦＭ
   信号に対して、少なくとも、前記送信側導光線の部分に
   おける前記第１の掃引型連続ＦＭ信号の伝送時間と前記
   受信側導光線の部分における前記受信信号の伝送時間と
   を加算した時間量に対応する時間量の遅延を行う遅延手
   段とを具備する相関検出型伝送路探査装置。
6. 【請求項６】 請求項５の相関検出型伝送路探査装置で
   あって、 前記遅延を、少なくとも前記送信側導光線の長さと前記
   受信側導光線の長さとを加算した長さに対応する長さを
   もつ導光線によって得る前記遅延手段を具備する相関検
   出型伝送路探査装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜請求項４の相関検出型伝送路
   探査装置であって、 前記周波数変換手段の一部または全部を前記受信部分側
   に配置する周波数変換部分配置手段と、 前記周波数変換を行うための前記第２の掃引型連続ＦＭ
   信号に対して、少なくとも、前記送信側導光線の部分に
   おける前記第１の掃引型連続ＦＭ信号の伝送時間に対応
   する時間量の遅延を行う遅延手段とを具備する相関検出
   型伝送路探査装置。
8. 【請求項８】 請求項７の相関検出型伝送路探査装置で
   あって、 前記遅延を、少なくとも前記送信側導光線の長さに対応
   する長さをもつ導光線によって得る前記遅延手段を具備
   する相関検出型伝送路探査装置。