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JP6637592B2 - Signal processing system, signal processing method, signal processing device, and program - Google Patents
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Signal processing system, signal processing method, signal processing device, and program Download PDF

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Description

本発明は、信号処理システム、信号処理方法、信号処理装置、及びプログラムに関し、特に地震探査等の振動に基づく信号を処理する技術に関する。   The present invention relates to a signal processing system, a signal processing method, a signal processing device, and a program, and more particularly to a technique for processing a signal based on vibration such as seismic exploration.

地盤調査、及び既存構造物内部の損傷調査等においては、調査対象となる媒質を破壊しないで媒質の特性を計測する非破壊計測が行われている。特許文献1には、複数の発震器を媒質に接するように設置し、これらの発震器から送出された信号を受信器で受信して解析することにより、媒質の特性を計測する方法が開示されている。この方法においては、夫々の発震器が異なるパターンの疑似ランダムコード信号に基づく震動波を送出し、受信器において、複数の発震器から送出された震動波が合波された合成震動波を受信する。発震器が送出した震動波と受信器が受信した合成震動波との相関性を用いることで、特定の震動波に関する情報が分離される。   2. Description of the Related Art In ground surveys and damage surveys inside existing structures, nondestructive measurement is performed to measure the characteristics of a medium to be investigated without destroying the medium. Patent Literature 1 discloses a method of measuring a characteristic of a medium by installing a plurality of exciters so as to be in contact with a medium and receiving and analyzing signals transmitted from these exciters by a receiver. ing. In this method, each oscillator transmits a vibration wave based on a pseudo-random code signal having a different pattern, and a receiver receives a combined vibration wave obtained by multiplexing vibration waves transmitted from a plurality of oscillators. . By using the correlation between the vibration wave transmitted from the oscillator and the synthetic vibration wave received by the receiver, information on a specific vibration wave is separated.

このような手法は、複数の震源から同時に送出した信号を受信後に弁別する技術である。特に、連続する複数の送信信号を受信後に送信周期で加算処理する、いわゆるスタッキングと呼ばれる技術は、理論的に優れた相関性を得ることができる。この技術は長時間の測定時間を要する。   Such a technique is a technique of discriminating after simultaneously receiving signals transmitted from a plurality of epicenters. In particular, a technique called stacking, in which a plurality of continuous transmission signals are added in a transmission cycle after reception, can obtain theoretically excellent correlation. This technique requires a long measurement time.

特開2004−163322号公報JP 2004-163322 A

しかしながら、スタッキングと呼ばれる技術においては、スタック回数が少ない場合、発震器が送出した震動波と受信器が受信した合成震動波との相関性が悪化する。これを防止するため、あらかじめダミーの送信信号を送信する方法も提案されているが、例えば送信元源が頻繁に移動する場合などは弁別精度を上げられない問題があった。   However, in the technique called stacking, when the number of times of stacking is small, the correlation between the vibration wave transmitted from the oscillator and the combined vibration wave received by the receiver deteriorates. In order to prevent this, a method of transmitting a dummy transmission signal in advance has been proposed, but there has been a problem that the accuracy of discrimination cannot be increased, for example, when the transmission source moves frequently.

本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、複数の発震器から同時に送出した信号を受信後に弁別する際の弁別精度を高めることを目的とする。   The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to improve the discrimination accuracy when discriminating signals received from a plurality of exciters simultaneously after reception.

本発明の第1の態様は、信号処理システムである。このシステムは、媒質に震動波を送出するN個(Nは1以上の整数)の発震器と、前記N個の発震器のそれぞれが送出して前記媒質を伝搬した震動波の合波を受信する受信器と、前記受信器が受信した合波の時系列データの末尾から所定の長さDのデータを切り出して、前記時系列データの先頭から前記所定の長さDまでの時系列データに加算した修正時系列データを生成する修正データ生成部と、前記N個の発震器がそれぞれ送出したN個の震動波の時系列データのそれぞれと、前記修正時系列データとの相関を示すデータを算出する相関算出部と、を備える。   A first aspect of the present invention is a signal processing system. This system receives N (N is an integer of 1 or more) oscillators that transmit a vibration wave to a medium, and receives a combined wave of the vibration waves transmitted from each of the N oscillators and propagated through the medium. And a receiver that cuts out data of a predetermined length D from the end of the multiplexed time series data received by the receiver, and converts the data into time series data from the beginning of the time series data to the predetermined length D. A correction data generation unit that generates the corrected time series data that has been added; and a data indicating a correlation between each of the time series data of the N vibration waves transmitted by the N pieces of the shakers and the corrected time series data. And a correlation calculating unit for calculating.

前記N個の発震器のそれぞれは、前記所定の長さDの範囲内において互いに無相関な疑似ランダム信号に基づく震動波を送出してもよい。   Each of the N oscillators may transmit a vibration wave based on a pseudo-random signal that is uncorrelated with each other within the range of the predetermined length D.

前記N個の発震器のそれぞれは互いに同期して前記震動波を送出してもよく、前記受信器は、前記N個の発震器のそれぞれによる前記震動波の送出と同期して前記時系列データの受信を開始してもよい。   Each of the N oscillators may transmit the vibration wave in synchronization with each other, and the receiver may control the time-series data in synchronization with the transmission of the vibration wave by each of the N oscillators. May be started.

前記N個の発震器のそれぞれは、前記所定の長さDにN+1を乗じた長さ以上の周期を有する疑似ランダム信号を、前記所定の長さのM倍(Mは0以上N−1以下の整数であって前記N個の発震器のそれぞれで異なる)の長さだけ循環的にシフトして得られた信号に基づく震動波を送出してもよい。   Each of the N vibrators outputs a pseudo-random signal having a period equal to or longer than the predetermined length D multiplied by N + 1 by M times the predetermined length (M is 0 or more and N-1 or less) (Different for each of the N oscillators), and a vibration wave based on a signal obtained by cyclically shifting by a length is transmitted.

前記相関算出部は、前記修正時系列データを0から前記所定の長さDにNを乗じた長さに至るまで循環的にシフトしながら、順番に前記疑似ランダム信号との自己相関係数を算出してもよい。   The correlation calculating section sequentially shifts the corrected time-series data from 0 to a length obtained by multiplying the predetermined length D by N, and sequentially calculates an autocorrelation coefficient with the pseudo-random signal. It may be calculated.

前記相関算出部が算出したデータを解析して、前記N個の発震器がそれぞれ前記震動波を送出してから前記受信器に到達するまでに要した時間であるそれぞれの震動波の遅延時間を算出する遅延時間算出部をさらに備えてもよい。   The data calculated by the correlation calculation unit is analyzed, and the delay time of each vibration wave, which is the time required for each of the N oscillators to transmit the vibration wave and reach the receiver, is calculated. The computer may further include a delay time calculating unit for calculating the delay time.

前記N個の発震器はそれぞれ、前記震動波それぞれの遅延時間の最大値の時間が経過するまでの間に送出する震動波の長さが、前記所定の長さD以下となるように、前記震動波を送出してもよい。   Each of the N oscillators is configured such that the length of the vibration wave to be transmitted until the time of the maximum value of the delay time of each of the vibration waves elapses is equal to or less than the predetermined length D. A vibration wave may be transmitted.

本発明の第2の態様は、信号処理方法である。この方法は、媒質にN個(Nは1以上の整数)の震動波を送出するステップと、前記媒質を伝搬した前記N個の震動波の合波を受信して受信波の時系列データを生成するステップと、前記時系列データの末尾から所定の長さDのデータを切り出して、前記時系列データの先頭から前記所定の長さDまでの時系列データに加算した修正時系列データを生成するステップと、送出した前記N個の震動波の時系列データのそれぞれと、前記修正時系列データとの相関を示すデータを算出するステップと、をプロセッサが実行する。   A second aspect of the present invention is a signal processing method. The method comprises the steps of transmitting N (N is an integer of 1 or more) vibration waves to a medium, receiving a multiplex of the N vibration waves propagated through the medium, and converting time-series data of the received waves. Generating, and generating corrected time-series data by cutting out data of a predetermined length D from the end of the time-series data and adding it to time-series data from the beginning of the time-series data to the predetermined length D. And executing a step of calculating data indicating a correlation between each of the transmitted time series data of the N vibration waves and the corrected time series data.

本発明の第3の態様は、信号処理装置である。この装置は、媒質に震動波を送出するN個(Nは1以上の整数)の発震器のそれぞれが送出して前記媒質を伝搬した震動波の合波を受信して得られた受信波の時系列データを生成する時系列データ生成部と、前記時系列データの末尾から所定の長さDのデータを切り出して、前記時系列データの先頭から前記所定の長さDまでの時系列データに加算した修正時系列データを生成する修正データ生成部と、前記N個の発震器がそれぞれ送出したN個の震動波の時系列データのそれぞれと、前記修正時系列データとの相関を示すデータを算出する相関算出部と、を備える。   A third aspect of the present invention is a signal processing device. This device includes a plurality of N (N is an integer of 1 or more) oscillators that transmit a vibration wave to a medium, and each of the N oscillators transmits and transmits a vibration wave transmitted through the medium. A time-series data generation unit that generates time-series data, and cuts out data having a predetermined length D from the end of the time-series data, and converts the data into time-series data from the beginning of the time-series data to the predetermined length D. A correction data generation unit that generates the corrected time series data that has been added; and a data indicating a correlation between each of the time series data of the N vibration waves transmitted by the N pieces of the shakers and the corrected time series data. And a correlation calculating unit for calculating.

本発明の第4の態様は、プログラムである。このプログラムは、コンピュータに、媒質に震動波を送出するN個(Nは1以上の整数)の発震器のそれぞれが送出して前記媒質を伝搬した震動波の合波を受信して得られた受信波の時系列データを生成する機能と、前記時系列データの末尾から所定の長さDのデータを切り出して、前記時系列データの先頭から前記所定の長さDまでの時系列データに加算した修正時系列データを生成する機能と、前記N個の発震器がそれぞれ送出したN個の震動波の時系列データのそれぞれと、前記修正時系列データとの相関を示すデータを算出する機能と、を実現させる。   A fourth aspect of the present invention is a program. This program is obtained by receiving, by a computer, each of N (N is an integer of 1 or more) vibrators that transmit a vibration wave to a medium and receives a combined wave of the vibration waves transmitted through the medium. A function of generating time-series data of a received wave, extracting data of a predetermined length D from the end of the time-series data, and adding the data to the time-series data from the head of the time-series data to the predetermined length D A function of generating corrected time-series data, and a function of calculating data indicating a correlation between each of the N time-series data of the N vibration waves transmitted by each of the N oscillators and the corrected time-series data. To realize.

本発明によれば、複数の発震器から同時に送出した信号を受信後に弁別する際の弁別精度を高めることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the discrimination precision at the time of discriminating after receiving the signal simultaneously transmitted from the several shaking devices after receiving can be improved.

実施の形態に係る信号処理システムの概要を説明するための図である。FIG. 1 is a diagram for describing an overview of a signal processing system according to an embodiment. 実施の形態に係る発震器及び受信器の配置例を示す図である。It is a figure which shows the example of arrangement | positioning of the vibrator and receiver which concerns on embodiment. 実施の形態に係る発震器及び受信器の機能構成を模式的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a functional configuration of a vibrator and a receiver according to the embodiment. 実施の形態に係る疑似乱数生成部及び乱数シフト部が生成する疑似ランダム信号の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a pseudo-random signal generated by a pseudo-random number generation unit and a random number shift unit according to the embodiment. 実施の形態に係る震動波発生部が生成する震動波を説明するための図である。It is a figure for explaining a vibration wave which a vibration wave generation part concerning an embodiment generates. 実施の形態に係る発震器が送出し、媒質を伝搬して受信器が受信した震動波の波形を模式的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a waveform of a vibration wave transmitted by the oscillator according to the embodiment, transmitted through the medium, and received by the receiver. 実施の形態に係る修正データ生成部による修正時系列データの生成処理を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for describing a process of generating correction time-series data by a correction data generation unit according to the embodiment. 第1発震器が送出した震動波の受信波形に関する修正時系列データを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the correction | amendment time series data regarding the received waveform of the vibration wave which the 1st vibration generator sent. 実施の形態に係る相関算出部が算出した自己相関係数の時間変化のグラフを例示する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a graph of a time change of an autocorrelation coefficient calculated by a correlation calculation unit according to the embodiment. 比較例に係る自己相関係数の算出方法を説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining a method of calculating an autocorrelation coefficient according to a comparative example. 比較例に係る自己相関係数の算出方法を用いて算出した自己相関係数の時間変化のグラフを例示する図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a graph of a time change of an autocorrelation coefficient calculated using an autocorrelation coefficient calculation method according to a comparative example. 地震探査における自己相関関数の実測データの例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the actual measurement data of the autocorrelation function in seismic survey.

図1は、実施の形態に係る信号処理システム100の概要を説明するための図である。信号処理システム100は、N個(Nは1以上の整数)の発震器1と、少なくとも一つの受信器2とを有する。図1に示す例ではNの値は4であり、第1発震器1aから第4発震器1dまでの4つの発震器1が図示されている。   FIG. 1 is a diagram for describing an overview of a signal processing system 100 according to an embodiment. The signal processing system 100 includes N (N is an integer of 1 or more) oscillators 1 and at least one receiver 2. In the example shown in FIG. 1, the value of N is 4, and four exciters 1 from the first exciter 1a to the fourth exciter 1d are illustrated.

複数の発震器1のそれぞれは、所定の長さDの範囲内において互いに無相関な疑似ランダム信号を生成し、生成した信号に基づいて生成した震動波を、媒質中に送出する。なお、発震器1は互いに同期しており、震動波を同時に送出する。   Each of the plurality of oscillators 1 generates a pseudo-random signal that is uncorrelated with each other within a range of a predetermined length D, and transmits a vibration wave generated based on the generated signal into a medium. The exciters 1 are synchronized with each other, and simultaneously transmit the vibration waves.

「所定の長さD」とは、「所定の時間T」が経過するまでの間に各発震器1が送出する震動波の長さである。詳細は後述するが、「所定の時間T」とは、N個の発震器1のそれぞれが送出した震動波が、測定対象の媒質を伝搬して受信器2に至るまでに要する時間として見込まれる時間のうち最大の時間である。所定の時間Tは、いわば発震器1が震動波を送出してから受信器2に至るまでに要する時間として定義される「遅延時間」の最大値の見込みである。   The “predetermined length D” is the length of the vibration wave transmitted by each exciter 1 until the “predetermined time T” elapses. Although the details will be described later, the “predetermined time T” is expected as the time required for the vibration waves transmitted by each of the N oscillators 1 to propagate through the medium to be measured and reach the receiver 2. This is the largest time of the day. The predetermined time T is, as it were, the expectation of the maximum value of the “delay time” defined as the time required from the transmission of the vibration wave by the oscillator 1 to the arrival at the receiver 2.

N個の発震器1はそれぞれ、所定の時間Tが経過するまでの間に送出する震動波の長さが所定の長さD以下となるように、震動波を送出する。なお、所定の時間Tは遅延時間における最大値以上の長さであれば、最大値と同じ長さでなくてもよい。   Each of the N oscillators 1 transmits a vibration wave such that the length of the vibration wave to be transmitted until the predetermined time T elapses becomes less than or equal to the predetermined length D. Note that the predetermined time T may not be the same as the maximum value as long as it is longer than the maximum value in the delay time.

受信器2は、媒質中を伝搬した震動波を受信する。受信器2は、N個の発震器1のそれぞれによる震動波の送出と同期して、発震器1が震動波を送出するのと同時に震動波の受信を開始する。ここで受信器2は、各発震器1が震動波の送出を終了してから少なくとも所定の長さDの震動波を受信するまでの間は受信を継続する。   The receiver 2 receives the vibration wave propagated in the medium. The receiver 2 starts receiving the vibration wave at the same time that the vibration generator 1 transmits the vibration wave in synchronization with the transmission of the vibration wave by each of the N number of the vibration generators 1. Here, the receiver 2 continues receiving from the time when each of the oscillators 1 has finished transmitting the vibration wave until at least the vibration wave having the predetermined length D is received.

各発震器1は同じ媒質に対して同時に震動波を送出するため、受信器2は、複数の発震器1が発震することにより生成される複数の震動波が合成された合成震動波を受信する。受信器2が受信した合成振動は、信号処理装置3(例えば、コンピュータ)において合成震動波に対応する時系列データに変換され、解析される。   Since each of the oscillators 1 simultaneously transmits a vibration wave to the same medium, the receiver 2 receives a combined vibration wave in which a plurality of vibration waves generated by the plurality of vibration generators 1 are combined. . The synthetic vibration received by the receiver 2 is converted into time-series data corresponding to the synthetic vibration wave in the signal processing device 3 (for example, a computer) and analyzed.

信号処理装置3は、受信器2が受信した合成震動波を時系列データに変換する。信号処理装置3はさらに、時系列データの末尾から所定の長さDに対応する長さのデータを切り出す。信号処理装置3は、切り出したデータを、時系列データの先頭から所定の長さDに対応する長さまでの時系列データに加算した修正時系列データを生成する。   The signal processing device 3 converts the synthetic vibration wave received by the receiver 2 into time-series data. The signal processing device 3 further cuts out data having a length corresponding to the predetermined length D from the end of the time-series data. The signal processing device 3 generates corrected time-series data by adding the cut-out data to time-series data from the beginning of the time-series data to a length corresponding to a predetermined length D.

信号処理装置3は、修正時系列データと、N個の受信器2がそれぞれ送出したN個の震動波それぞれとの相関を算出する。これにより、信号処理装置3は、受信器2が受信した合成震動波に基づく受信信号から、特定の発震器1が送出した震動波に基づく成分を分離することができ、N個の発震器1の夫々との間の媒質の特性を特定することができる。   The signal processing device 3 calculates a correlation between the corrected time-series data and each of the N vibration waves transmitted from the N receivers 2. As a result, the signal processing device 3 can separate the component based on the vibration wave transmitted from the specific vibrator 1 from the received signal based on the synthetic vibration wave received by the receiver 2, and the N vibration generators 1 The characteristics of the medium between them can be specified.

より具体的には、信号処理装置3は、算出した相関値がピークとなるタイミングと、ピークにおける相関係数の大きさとを特定する。相関係数がピークになるタイミングは上述した遅延時間に対応し、この遅延時間から媒質における震動波の伝達速度が推定できる。また、相関係数のピークの大きさから、媒質を伝搬したことによる震動波の減衰量が推定できる。これらの結果から、信号処理装置3は、特定の発震器1と受信器2との間の媒質の特性を特定できる。   More specifically, the signal processing device 3 specifies the timing at which the calculated correlation value reaches a peak and the magnitude of the correlation coefficient at the peak. The timing at which the correlation coefficient reaches a peak corresponds to the above-described delay time, from which the transmission speed of the vibration wave in the medium can be estimated. Also, from the magnitude of the peak of the correlation coefficient, it is possible to estimate the amount of attenuation of the vibration wave due to propagation through the medium. From these results, the signal processing device 3 can specify the characteristics of the medium between the specific oscillator 1 and the receiver 2.

以上が、実施の形態に係る信号処理システム100における信号処理装置3が実行する信号処理の概要である。信号処理装置3は、受信器2が受信した合成震動波の末尾から所定の長さDの信号を切り出し、その信号を合成震動波の先頭に加算して生成される信号を相関算出の対象とすることが、実施の形態に係る信号処理システム100の一つの特徴である。
以下、信号処理システム100についてより詳細に説明する。
The above is the outline of the signal processing executed by the signal processing device 3 in the signal processing system 100 according to the embodiment. The signal processing device 3 cuts out a signal having a predetermined length D from the end of the synthetic vibration wave received by the receiver 2 and adds the signal to the head of the synthetic vibration wave to generate a signal as a correlation calculation target. This is one feature of the signal processing system 100 according to the embodiment.
Hereinafter, the signal processing system 100 will be described in more detail.

図2は、実施の形態に係る発震器1及び受信器2の配置例を示す図である。図2においては、4つの発震器1(第1発震器1a〜第4発震器1d)、及び受信器2が示されている。夫々の発震器1が送出した震動波は、媒質Mの一例である地中を伝搬し、地中の物質の特性に応じて反射及び散乱をした後に受信器2に到達する。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the arrangement of the oscillator 1 and the receiver 2 according to the embodiment. In FIG. 2, four exciters 1 (first to fourth exciters 1a to 1d) and a receiver 2 are shown. The vibrating waves transmitted by the respective exciters 1 propagate through the ground, which is an example of the medium M, and reach the receiver 2 after being reflected and scattered according to the characteristics of the substance in the ground.

衛星Sは、例えばGPS(Global Positioning System)等の航法衛星である。各発震器1及び受信器2は衛星Sが送信する電波を受信し、受信電波に含まれる時刻情報を利用することで互いに同期することができる。   The satellite S is a navigation satellite such as a GPS (Global Positioning System). Each of the oscillator 1 and the receiver 2 can receive the radio wave transmitted by the satellite S and synchronize with each other by using time information included in the received radio wave.

受信器2はケーブル又は無線回線を介して信号処理装置3に接続されており、受信器2は受信した震動波に基づく信号を信号処理装置3に送る。信号処理装置3は、受信器2から受信した信号を解析することにより、媒質Mの特性を特定する。   The receiver 2 is connected to the signal processing device 3 via a cable or a wireless line, and the receiver 2 sends a signal based on the received vibration wave to the signal processing device 3. The signal processing device 3 specifies the characteristics of the medium M by analyzing the signal received from the receiver 2.

図3は、実施の形態に係る発震器1及び受信器2の機能構成を模式的に示す図である。
発震器1は、疑似乱数生成部11、乱数シフト部12、震動波発生部13、クロック生成部14、及び震動波記憶部15を備える。発震器1は、例えばバイブロサイスである。
FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a functional configuration of the oscillator 1 and the receiver 2 according to the embodiment.
The oscillator 1 includes a pseudo random number generation unit 11, a random number shift unit 12, a vibration wave generation unit 13, a clock generation unit 14, and a vibration wave storage unit 15. The exciter 1 is, for example, vibroseis.

クロック生成部14は、衛星Sから受信した電波に基づいてクロックを生成する。クロック生成部14は、生成したクロックを疑似乱数生成部11に出力する。クロック生成部14が生成するクロックは、衛星Sから受信した電波に含まれる時刻情報に同期しているので、信号処理システム100が有するすべての発震器1は同期して動作することができる。   The clock generation unit 14 generates a clock based on a radio wave received from the satellite S. The clock generation unit 14 outputs the generated clock to the pseudo random number generation unit 11. Since the clock generated by the clock generation unit 14 is synchronized with the time information included in the radio wave received from the satellite S, all the oscillators 1 included in the signal processing system 100 can operate in synchronization.

疑似乱数生成部11は、クロック生成部14から入力されたクロックに基づいて、所定の周期Pの長さを有する疑似ランダム信号を生成する。より具体的には、疑似乱数生成部11は、所定の周期Pの長さを有するM系列信号より選択された、自己相関性疑似乱数パターンを生成する。このような、自己相関性疑似乱数パターンを適切な変調方式で表現した疑似ランダム信号は、ラグタイム0において1であり、ラグタイムが0以外の場合に−1/Pとなる。   The pseudo-random number generator 11 generates a pseudo-random signal having a predetermined period P based on the clock input from the clock generator 14. More specifically, the pseudo-random number generation unit 11 generates an auto-correlation pseudo-random number pattern selected from an M-sequence signal having a predetermined period P. Such a pseudo-random signal expressing the autocorrelation pseudo-random pattern in an appropriate modulation scheme is 1 at a lag time of 0, and becomes -1 / P when the lag time is other than 0.

ここで所定の周期Pは、上述した所定の長さDに、信号処理システム100が備える発震器1の数N+1を乗じた長さ以上の値である。すなわち、
P≧(N+1)D (1)
を満たす長さである。
Here, the predetermined period P is a value equal to or greater than the length obtained by multiplying the predetermined length D described above by the number N + 1 of the oscillators 1 included in the signal processing system 100. That is,
P ≧ (N + 1) D (1)
Is the length that satisfies

乱数シフト部12は、疑似乱数生成部11が生成した疑似ランダム信号を、所定の長さDのM倍の長さだけ循環的にシフトした信号を生成する。ここでMは0以上N−1以下の整数であって、N個の発震器1のそれぞれで異なる。実施の形態に係る信号処理システム100の場合、第1発震器1a〜第4発震器1dに、それぞれM=0〜3が割り当てられる。   The random number shift unit 12 generates a signal obtained by cyclically shifting the pseudo random signal generated by the pseudo random number generation unit 11 by a length M times the predetermined length D. Here, M is an integer equal to or greater than 0 and equal to or less than N−1, and differs for each of the N oscillators 1. In the case of the signal processing system 100 according to the embodiment, M = 0 to 3 are assigned to the first shaker 1a to the fourth shaker 1d, respectively.

図4(a)−(b)は、実施の形態に係る疑似乱数生成部11及び乱数シフト部12が生成する疑似ランダム信号の一例を示す図である。より具体的には、図4(a)は、各発震器1の疑似乱数生成部11が共通に生成する疑似ランダム信号の一例を示しており、図4(b)は、第1発震器1a、第2発震器1b、第3発震器1c、及び第4発震器1dのそれぞれの乱数シフト部12が出力する疑似ランダム信号S1〜S4を示している。   FIGS. 4A and 4B are diagrams illustrating an example of a pseudo random signal generated by the pseudo random number generation unit 11 and the random number shift unit 12 according to the embodiment. More specifically, FIG. 4A shows an example of a pseudo-random signal commonly generated by the pseudo-random number generation units 11 of the respective oscillators 1, and FIG. 4B illustrates the first oscillator 1a. , The second shaker 1b, the third shaker 1c, and the fourth shaker 1d show pseudo-random signals S1 to S4 output from the random number shift units 12 respectively.

詳細は後述するが、震動波発生部13は、疑似ランダム信号の値が1のとき正の振幅、0のとき負の振幅となるような震動波を、1ビット当たり0.1[s]=100[ms]の間隔で生成する。   Although the details will be described later, the vibration wave generator 13 generates a vibration wave having a positive amplitude when the value of the pseudo-random signal is 1 and a negative amplitude when the value of the pseudo random signal is 0 at 0.1 [s] = 1 [bit]. Generated at intervals of 100 [ms].

実施の形態に係る信号処理システム100において、発震器1が震動波を送出してから受信器2に至るまでに要する時間として定義される「遅延時間」における最大値は、10[s]と見込まれている。このため、所定の時間Tも10[s]に設定されており、結果として所定の長さDは100ビット(10[s]/0.1[s]=100)となる。   In the signal processing system 100 according to the embodiment, the maximum value of the “delay time” defined as the time required for the oscillator 1 to transmit the vibration wave to reach the receiver 2 is expected to be 10 [s]. Have been. Therefore, the predetermined time T is also set to 10 [s], and as a result, the predetermined length D is 100 bits (10 [s] /0.1 [s] = 100).

実施の形態に係る信号処理システム100が備える発震器1の数は4つであるから、式(1)より所定の周期Pは、
P≧(4+1)×100=500 (2)
を満たす値として設定される。
Since the number of the vibrators 1 included in the signal processing system 100 according to the embodiment is four, the predetermined period P is obtained from Equation (1) as
P ≧ (4 + 1) × 100 = 500 (2)
Is set as a value that satisfies.

図4(a)において、記号A〜Eで示される矩形内には、それぞれ100ビットの長さの信号、すなわち所定の長さDと同じ長さの信号が含まれる。また記号Fで示される矩形内には、11ビットの信号が含まれる。発震器1が生成する信号は、記号A〜Fで示される矩形内に含まれる信号をつなげた511ビットの長さを持つ信号である。震動波発生部13は1ビット当たり0.1[s]の間隔で震動波を生成するため、発震器1が生成する信号は51.1[s]の長さの信号となる。   In FIG. 4 (a), the rectangles indicated by symbols A to E each include a signal having a length of 100 bits, that is, a signal having the same length as a predetermined length D. The rectangle indicated by the symbol F includes an 11-bit signal. The signal generated by the oscillator 1 is a signal having a length of 511 bits obtained by connecting signals included in rectangles indicated by symbols A to F. Since the vibration wave generation unit 13 generates vibration waves at intervals of 0.1 [s] per bit, the signal generated by the vibrator 1 is a signal having a length of 51.1 [s].

ここで、疑似乱数生成部11が発生するM系列の周期は511ビット以上に設定されている。このため、第1発震器1aが生成する信号の相関は、ラグタイム0において1であり、それ以外はほぼ0となる。したがって、第1発震器1aが生成する信号は式(2)を満たす。   Here, the period of the M-sequence generated by the pseudo random number generation unit 11 is set to 511 bits or more. Therefore, the correlation of the signal generated by the first shaker 1a is 1 at a lag time of 0, and becomes almost 0 at other times. Therefore, the signal generated by the first shaker 1a satisfies Expression (2).

以下説明の便宜のため、記号A〜Fで示される矩形内に含まれる信号を、それぞれ信号A〜Fと記載することがある。また、疑似乱数生成部11が生成し、乱数シフト部12が出力する疑似ランダム信号の長さである511ビットを、信号長Lと記載することがある。   Hereinafter, for convenience of description, signals included in rectangles indicated by symbols A to F may be described as signals A to F, respectively. Further, 511 bits, which is the length of the pseudo random signal generated by the pseudo random number generation unit 11 and output by the random number shift unit 12, may be described as a signal length L.

各発震器1における乱数シフト部12の図示しない記憶部には、上述したMの値があらかじめ設定されている。例えば第1発震器1aの乱数シフト部12に設定されたMの値は0であるため、第1発震器1aの乱数シフト部12は疑似乱数生成部11が生成した疑似ランダム信号をシフトしない。結果として第1発震器1aの乱数シフト部12が出力する疑似ランダム信号S1は、疑似乱数生成部11が生成した疑似ランダム信号と同一となり、図4(b)に示すように信号A〜Fがこの順でつながった信号となる。   The above-described value of M is set in advance in a storage unit (not shown) of the random number shift unit 12 in each shaker 1. For example, since the value of M set in the random number shift unit 12 of the first oscillator 1a is 0, the random number shift unit 12 of the first oscillator 1a does not shift the pseudo random signal generated by the pseudo random number generator 11. As a result, the pseudo random signal S1 output from the random number shift unit 12 of the first shaker 1a becomes the same as the pseudo random signal generated by the pseudo random number generation unit 11, and as shown in FIG. The signals are connected in this order.

第2発震器1bの乱数シフト部12には、M=1が設定されている。このため第2発震器1bの乱数シフト部12は、疑似乱数生成部11が生成した疑似ランダム信号を、所定の長さDだけ循環的にシフトして得られた信号を出力する。このため図4(b)に示すように、第2発震器1bの乱数シフト部12が出力する疑似ランダム信号S2は、信号B〜F、及び信号Aがこの順でつながった信号となる。   M = 1 is set in the random number shift unit 12 of the second shaker 1b. For this reason, the random number shift unit 12 of the second oscillator 1b outputs a signal obtained by cyclically shifting the pseudo random signal generated by the pseudo random number generation unit 11 by a predetermined length D. Therefore, as shown in FIG. 4B, the pseudo random signal S2 output from the random number shift unit 12 of the second shaker 1b is a signal in which the signals B to F and the signal A are connected in this order.

同様に、第3発震器1cの乱数シフト部12及び第4発震器1dの乱数シフト部12には、それぞれM=2及び3が設定されている。このため、第3発震器1cの乱数シフト部12が出力する疑似ランダム信号S2は、信号C〜F、及び信号A、Bがこの順でつながった信号となり、第4発震器1dの乱数シフト部12が出力する疑似ランダム信号S2は、信号D〜F、及び信号A〜Cがこの順でつながった信号となる。   Similarly, M = 2 and 3 are set in the random number shift unit 12 of the third oscillator 1c and the random number shift unit 12 of the fourth oscillator 1d, respectively. Therefore, the pseudo random signal S2 output from the random number shift unit 12 of the third oscillator 1c becomes a signal in which the signals C to F and the signals A and B are connected in this order, and the random number shift unit of the fourth oscillator 1d. The pseudo random signal S2 output by the signal 12 is a signal in which the signals D to F and the signals A to C are connected in this order.

このように、疑似ランダム信号S1〜S4は、信号長L以上の周期を持つ同一の疑似ランダム信号を少なくとも所定の長さDだけ循環的にシフトして生成された信号である。したがって、疑似ランダム信号S1〜S4は、少なくとも所定の長さDの範囲内において互いに無相関な疑似ランダム信号となっている。   As described above, the pseudo-random signals S1 to S4 are signals generated by cyclically shifting the same pseudo-random signal having a period equal to or longer than the signal length L by at least a predetermined length D. Therefore, the pseudo-random signals S1 to S4 are pseudo-random signals that are uncorrelated with each other at least within a range of a predetermined length D.

図5(a)−(c)は、実施の形態に係る震動波発生部13が生成する震動波を説明するための図である。震動波発生部13は、乱数シフト部12が出力した疑似ランダム信号に基づいて、図示しない油圧駆動のアクチュエータを駆動し、震動波を生成する。   FIGS. 5A to 5C are diagrams for explaining a vibration wave generated by the vibration wave generation unit 13 according to the embodiment. The vibration wave generator 13 drives a hydraulically driven actuator (not shown) based on the pseudo random signal output from the random number shifter 12 to generate a vibration wave.

図5(a)は、信号の値が「1」の場合における、アクチュエータの送油量とアクチュエータの変位との関係を示す図である。図5(a)において横軸は時間の経過を示し、縦軸はアクチュエータの変位又は送油量を示す。また図5(a)において破線はアクチュエータを駆動するための送油量の時間変動を示し、実線はアクチュエータの変位の時間変動を示す。   FIG. 5A is a diagram illustrating a relationship between the amount of oil supplied to the actuator and the displacement of the actuator when the value of the signal is “1”. In FIG. 5A, the horizontal axis indicates the passage of time, and the vertical axis indicates the displacement of the actuator or the amount of oil supply. In FIG. 5A, the broken line indicates the time variation of the oil supply amount for driving the actuator, and the solid line indicates the time variation of the displacement of the actuator.

震動波発生部13は、時刻0[ms]の時点でアクチュエータに送油を開始し、時刻25[ms]に至るまでは送油量を増加する。震動波発生部13は時刻25[ms]を過ぎると送油量を減少させ、時刻50[ms]の時点で送油量を0とする。その後、震動波発生部13は時刻75[ms]に至るまで送油量の減少を継続し、時刻75[ms]を過ぎた後は再び送油量を増加させる。時刻100[ms]において、震動波発生部13は送油量を0とする。以上が信号の値が「1」の場合において震動波発生部13が実行するアクチュエータの送油量とアクチュエータの変位の制御である。震動波発生部13は、信号1ビットにつき100[ms]の時間でアクチュエータを駆動する。   The vibration wave generator 13 starts oil supply to the actuator at time 0 [ms], and increases the oil supply amount until time 25 [ms]. The vibration wave generator 13 reduces the amount of oil supply after time 25 [ms], and sets the amount of oil supply to 0 at time 50 [ms]. Thereafter, the vibration wave generating unit 13 continues to reduce the oil supply amount until the time 75 [ms], and after the time 75 [ms], increases the oil supply amount again. At time 100 [ms], the vibration wave generation unit 13 sets the oil supply amount to 0. The above is the control of the amount of oil supplied to the actuator and the displacement of the actuator performed by the vibration wave generation unit 13 when the value of the signal is “1”. The vibration wave generator 13 drives the actuator at a time of 100 [ms] per signal bit.

ここで、アクチュエータの変位は、アクチュエータを駆動するための送油量を時間積分した値となる。このため図5(a)に示すように、震動波発生部13は、時刻50[ms]で変位が最大となり、時刻0[ms]及び100[ms]では変位の速度が0(すなわち、図5(a)における実線の傾きが0)となる。このように、震動波発生部13がアクチュエータの変位の開始時と終了時とにおいて変位の速度を0とすることにより、アクチュエータにかかる負荷を低減し、バイブロサイスの故障率を低減することができる。   Here, the displacement of the actuator is a value obtained by time-integrating the oil supply amount for driving the actuator. For this reason, as shown in FIG. 5A, the displacement of the vibration wave generating unit 13 becomes maximum at the time 50 [ms], and the displacement speed is 0 at the times 0 [ms] and 100 [ms] (that is, FIG. 5 (a) is 0). As described above, the vibration wave generator 13 sets the displacement speed to 0 at the start and end of the displacement of the actuator, thereby reducing the load on the actuator and reducing the failure rate of the vibrosize. .

図5(b)は、第1発震器1aの乱数シフト部12が生成した疑似ランダム信号S1の最初の5ビットに基づいて震動波発生部13が生成した震動波の概形を模式的に示す図である。疑似ランダム信号S1の最初の5ビットは「10001」であるため、図5(b)に示すように、震動波発生部13は正の振幅の震動波を発生させた後に、3回続けて負の振幅の震動波を発生させ、その後再び正の振幅の震動波を発生させている。このように、震動波発生部13は疑似ランダム信号に基づいてアクチュエータを駆動して震動波を発生させることにより、離散信号である疑似ランダム信号を連続的な信号である震動波に変換する。   FIG. 5B schematically shows the outline of the vibration wave generated by the vibration wave generator 13 based on the first 5 bits of the pseudo random signal S1 generated by the random number shifter 12 of the first oscillator 1a. FIG. Since the first 5 bits of the pseudo-random signal S1 are "10001", as shown in FIG. 5 (b), the vibration wave generator 13 generates a vibration wave having a positive amplitude three times in succession. A vibration wave having a positive amplitude is generated, and then a vibration wave having a positive amplitude is generated again. As described above, the vibration wave generating unit 13 drives the actuator based on the pseudo random signal to generate a vibration wave, thereby converting the pseudo random signal which is a discrete signal into a continuous vibration wave.

図5(c)は、震動波発生部13が疑似ランダム信号に基づいて発生させた震動波の自己相関関数の概形を示す図である。図5(c)に示すように、震動波発生部13が発生させる震動波は良好な自己相関性を有している。   FIG. 5C is a diagram illustrating an outline of an autocorrelation function of the vibration wave generated by the vibration wave generation unit 13 based on the pseudo random signal. As shown in FIG. 5C, the vibration wave generated by the vibration wave generator 13 has good autocorrelation.

震動波記憶部15は、震動波発生部13が発生させた震動波をサンプリングして震動波の時系列データを生成して記憶する。震動波記憶部15は、既知のADコンバータ及び記憶装置によって実現される。   The vibration wave storage unit 15 samples the vibration wave generated by the vibration wave generation unit 13 and generates and stores time-series data of the vibration wave. The vibration wave storage unit 15 is realized by a known AD converter and storage device.

より具体的には、震動波記憶部15は、震動波発生部13が発生させた震動波を6.25[ms]のサンプリングインターバルでサンプリングし、64ビットの浮動小数点形式で時系列的に蓄積する。震動波発生部13は乱数シフト部12が出力する疑似ランダム信号を1ビットあたり100[ms]の長さで震動波を生成する。このため、結果として震動波記憶部15が記憶するデータは511×(100/6.25)=511×16=8176個の要素を持つデータとなる。以下本明細書において、震動波発生部13が記憶した時系列データを、送信信号配列S(j)、(j=0,・・・,8175)と記載することがある。   More specifically, the vibration wave storage unit 15 samples the vibration waves generated by the vibration wave generation unit 13 at a sampling interval of 6.25 [ms], and accumulates them in time series in a 64-bit floating point format. I do. The vibration wave generation unit 13 generates a vibration wave with a length of 100 [ms] per bit of the pseudo random signal output from the random number shift unit 12. Therefore, as a result, the data stored in the vibration wave storage unit 15 is data having 511 × (100 / 6.25) = 511 × 16 = 8176 elements. Hereinafter, in this specification, the time-series data stored by the vibration wave generator 13 may be described as a transmission signal array S (j), (j = 0,..., 8175).

図6(a)−(e)は、実施の形態に係る発震器1が送出し、媒質Mを伝搬して受信器2が受信した震動波の波形を模式的に示す図である。発震器1の震動波発生部13が生成した震動波は、発震器1と受信器2との間に存在する媒質Mを伝搬する距離及び媒質Mにおける震動波の速度に応じて遅延及び減衰して受信器2に到達する。なお図6(a)−(e)は、シミュレーションにより生成した振動波の波形を示す図である。以下、図7及び図9に示す図も同様に、シミュレーションによる計算結果を示す。   FIGS. 6A to 6E are diagrams schematically illustrating waveforms of vibration waves transmitted by the oscillator 1 according to the embodiment, propagated through the medium M, and received by the receiver 2. The vibration wave generated by the vibration wave generator 13 of the vibrator 1 is delayed and attenuated according to the distance that the medium M existing between the vibrator 1 and the receiver 2 propagates and the velocity of the vibration wave in the medium M. And reaches the receiver 2. FIGS. 6A to 6E are diagrams showing waveforms of vibration waves generated by simulation. Hereinafter, the figures shown in FIGS. 7 and 9 similarly show calculation results by simulation.

図6(a)−(d)は、それぞれ第1発震器1a〜第4発震器1dが送出した震動波における受信波形Sr1〜Sr4を示している。図6(a)−(d)において、横軸は時間、縦軸は受信器2に到達したときの震動波の振幅を示している。図6(a)−(d)において、τ1〜τ4はそれぞれ第1発震器1a〜第4発震器1dが媒質Mに送出した震動波が受信器2に到達するまでの時間、すなわち上述した遅延時間を示している。   FIGS. 6A to 6D show received waveforms Sr1 to Sr4 of the vibration waves transmitted from the first to fourth oscillators 1a to 1d, respectively. 6A to 6D, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the amplitude of the vibration wave when the vibration wave reaches the receiver 2. 6 (a) to 6 (d), τ1 to τ4 are time periods until the vibration wave transmitted from the first oscillator 4a to the fourth oscillator 1d to the medium M reaches the receiver 2, that is, the delay described above. Indicates time.

図2に示すように、各発震器1が送出した震動波が受信器2に到達するまでに媒質Mを伝搬する経路は互いに異なる。図2に示す例では、各発震器1が送出した震動波が受信器2に到達するまでに媒質Mを伝搬する経路の長さは、第1発震器1a、第2発震器1b、第3発震器1c、及び第4発震器1dの順に短い。このため、遅延時間もτ1、τ2、τ3、及びτ4の順に短くなっている。また震動波は媒質Mを伝搬するうちに減衰する。このため、受信器2に到達したときの震動波の受信波形Sr1〜Sr4の振幅はこの順に小さくなっている。   As shown in FIG. 2, the paths through which the vibration waves transmitted by the respective exciters 1 propagate through the medium M until reaching the receiver 2 are different from each other. In the example shown in FIG. 2, the length of the path through which the vibration wave transmitted from each oscillator 1 propagates through the medium M until it reaches the receiver 2 is the first oscillator 1a, the second oscillator 1b, and the third oscillator. The first and fourth exciters 1c and 1d are shorter in this order. Therefore, the delay time is also shortened in the order of τ1, τ2, τ3, and τ4. The vibration wave is attenuated while propagating through the medium M. For this reason, the amplitudes of the received waveforms Sr1 to Sr4 of the vibration wave when reaching the receiver 2 decrease in this order.

各発震器1は同期しており、各発震器1は媒質M中に震動波を同時に送出する。このため受信器2は、図6(a)−(d)に示す震動波を個別に受信するのではなく、各発震器1のそれぞれが送出して媒質Mを伝搬した震動波の合波である合成震動波を受信する。   Each of the oscillators 1 is synchronized, and each of the oscillators 1 simultaneously transmits a vibration wave into the medium M. For this reason, the receiver 2 does not individually receive the vibration waves shown in FIGS. 6A to 6D, but combines the vibration waves transmitted from each of the oscillators 1 and propagated through the medium M. Receive a synthetic vibration wave.

図6(e)は、受信器2が受信した合成震動波の波形を示す図である。図6(e)に示すように、受信器2が受信する合成震動波は図6(a)−(d)に示す受信波形Sr1〜Sr4の重ね合わせであり、一見しただけでは図6(a)−(d)に示す震動波を分別することはできない。信号処理装置3は、疑似ランダム信号S1〜S4が備える統計的な性質を利用して、合成震動波から遅延時間もτ1〜τ4と各震動波の振幅を示す情報を抽出する。   FIG. 6E is a diagram illustrating a waveform of the synthetic vibration wave received by the receiver 2. As shown in FIG. 6 (e), the synthetic vibration wave received by the receiver 2 is a superposition of the received waveforms Sr1 to Sr4 shown in FIGS. 6 (a) to 6 (d). )-The vibration wave shown in (d) cannot be separated. The signal processing device 3 uses the statistical properties of the pseudo-random signals S1 to S4 to extract information indicating the delay time τ1 to τ4 and the amplitude of each vibration wave from the synthetic vibration wave.

図3の説明に戻る。信号処理装置3は、受信部31、時系列データ生成部32、震動波再生部33、クロック生成部34、修正データ生成部35、相関算出部36、及び遅延時間算出部37を備える。
クロック生成部34は、クロック生成部14と同等の機能を有しており、衛星Sから受信した電波に基づいてクロックを生成する。クロック生成部34は、生成したクロックを受信部31に出力する。受信部31は、クロック生成部34から取得したクロックに同期して受信器2が生成した合成震動波の受信信号を受信する。
Returning to the description of FIG. The signal processing device 3 includes a reception unit 31, a time-series data generation unit 32, a vibration wave reproduction unit 33, a clock generation unit 34, a correction data generation unit 35, a correlation calculation unit 36, and a delay time calculation unit 37.
The clock generator 34 has a function equivalent to that of the clock generator 14 and generates a clock based on radio waves received from the satellite S. The clock generator 34 outputs the generated clock to the receiver 31. The receiver 31 receives the received signal of the synthetic vibration wave generated by the receiver 2 in synchronization with the clock acquired from the clock generator 34.

ここで、受信部31が受信器2から受信信号を受信することを含めて信号の受信と考える。この場合、各発震器1のクロック生成部14と受信器2のクロック生成部34とは、いずれも衛星Sの時刻情報に同期しているため、共通の時間軸でクロック信号を出力できる。結果として、各発震器1が震動波を送出するのと同時に、信号処理装置3は信号の受信を開始することができる。   Here, it is considered that the receiving unit 31 receives a signal including receiving a received signal from the receiver 2. In this case, since the clock generator 14 of each oscillator 1 and the clock generator 34 of the receiver 2 are both synchronized with the time information of the satellite S, they can output a clock signal on a common time axis. As a result, the signal processing device 3 can start receiving signals at the same time as each of the oscillators 1 sends out a vibration wave.

発震器1が震動波の送出を開始してから受信器2に到達するまではいくらかの時間を要するため、受信器2が受信を開始した直後にはまだ震動波は計測できない。そのため、クロック生成部34が受信器2からの信号の受信を開始し、震動波の送出時間である51.1[s]受信を継続した時点では、発震器1が送出した震動波をすべて受信しきることができない。   Since it takes some time from the start of the vibration of the oscillator 1 to the arrival of the vibration wave to the arrival at the receiver 2, the vibration wave cannot be measured immediately after the receiver 2 starts the reception. Therefore, when the clock generation unit 34 starts receiving the signal from the receiver 2 and continues receiving the vibration wave transmission time of 51.1 [s], it receives all the vibration waves transmitted by the vibration generator 1. I can't do it.

ここで最大遅延時間は10[s]と見込まれているため、クロック生成部34は、受信器2からの信号の受信を開始してから51.1[s]+10[s]=61.1[s]=61100[ms]受信を継続すれば、発震器1が送出した震動波をすべて受信しきることができる。   Here, since the maximum delay time is expected to be 10 [s], the clock generation unit 34 starts receiving a signal from the receiver 2 and then 51.1 [s] +10 [s] = 61.1. [S] = 61100 [ms] If the reception is continued, all the vibration waves transmitted by the exciter 1 can be completely received.

時系列データ生成部32は、受信部31が受信した合成震動波の時系列データを生成する。時系列データ生成部32は既知のADコンバータであり、25[ms]のサンプリングインターバルで合成震動波をデジタルデータに変換する。結果として、時系列データ生成部32が生成するデータは61100[ms]/25[ms]=2444個の要素を持つデータとなる。このデータは最終的に64ビットの浮動小数点形式のデータに変換され、64ビット×2444レコードのデータとなる。以下本明細書において、時系列データ生成部32が生成した時系列データを、受信信号配列R(j)、(j=0,・・・,2443)と記載することがある。   The time-series data generation unit 32 generates time-series data of the synthetic vibration wave received by the reception unit 31. The time-series data generation unit 32 is a known AD converter, and converts a synthetic vibration wave into digital data at a sampling interval of 25 [ms]. As a result, the data generated by the time-series data generator 32 is data having 61100 [ms] / 25 [ms] = 2444 elements. This data is finally converted to 64-bit floating-point format data, and becomes 64-bit × 2444 record data. Hereinafter, in this specification, the time-series data generated by the time-series data generation unit 32 may be referred to as a received signal array R (j), (j = 0,..., 2443).

修正データ生成部35は、時系列データ生成部32が生成した受信信号配列R(j)の末尾から所定の長さDに相当する長さの信号を切り出す。修正データ生成部35は、受信信号配列R(j)の先頭から所定の長さDに相当する長さまでの時系列データに、切り出した信号を加算した修正時系列データCd(j)、(j=0,・・・,2043)を生成する。   The correction data generation unit 35 cuts out a signal having a length corresponding to a predetermined length D from the end of the reception signal array R (j) generated by the time-series data generation unit 32. The correction data generating unit 35 adds correction time-series data Cd (j), (j) obtained by adding the cut-out signal to time-series data from the beginning of the received signal array R (j) to a length corresponding to the predetermined length D. = 0,..., 2043).

ここで、疑似乱数生成部11が生成する疑似ランダム信号において所定の長さDは100ビットに相当する。時系列データ生成部32は震動波発生部13が1ビット分の震動波を生成する間に4回サンプリングするため、修正時系列データCd(j)において所定の長さDは400個のデータ数に相当することになる。以上より、修正時系列データCd(j)は、以下の式(3)で表現できる。
Here, the predetermined length D in the pseudo random signal generated by the pseudo random number generation unit 11 corresponds to 100 bits. The time series data generation unit 32 performs sampling four times while the vibration wave generation unit 13 generates a 1-bit vibration wave. Therefore, the predetermined length D of the corrected time series data Cd (j) is 400 data numbers. Would be equivalent to As described above, the corrected time-series data Cd (j) can be expressed by the following equation (3).

図7(a)−(b)は、実施の形態に係る修正データ生成部35による修正時系列データCd(j)の生成処理を説明するための図である。図7(a)は、修正データ生成部35による受信信号配列R(j)の修正処理を説明するための図である。また図7(b)は、修正データ生成部35が修正処理の結果生成した修正時系列データCd(j)を示す図である。図7に示すように、修正データ生成部35は受信信号配列R(j)の末尾の400個分のデータを受信信号配列R(j)の先頭に加算した修正時系列データCd(j)を生成する。最終的に、修正時系列データCd(j)の要素数は2044個となる。   FIGS. 7A and 7B are diagrams illustrating a process of generating the correction time-series data Cd (j) by the correction data generating unit 35 according to the embodiment. FIG. 7A is a diagram illustrating a process of correcting the received signal array R (j) by the correction data generation unit 35. FIG. 7B is a diagram illustrating the correction time-series data Cd (j) generated by the correction data generation unit 35 as a result of the correction processing. As shown in FIG. 7, the correction data generation unit 35 adds the correction time-series data Cd (j) obtained by adding the last 400 data of the reception signal array R (j) to the head of the reception signal array R (j). Generate. Finally, the number of elements of the corrected time-series data Cd (j) is 2044.

図8(a)―(b)は、第1発震器1aが送出した震動波の受信波形Sr1に関する修正時系列データCd(j)を説明するための模式図である。図8(a)に示すように、受信波形Sr1は、クロック生成部34が受信信号配列R(j)の生成を開始してから遅延時間τ1経過した後に、受信器2に到達する。このため、クロック生成部34が受信信号配列R(j)の生成を開始してから遅延時間τ1が経過するまでは、受信波形Sr1には第1発震器1aが送出した震動波に由来する信号は含まれない。修正データ生成部35が受信信号配列R(j)の末尾の400個分のデータを受信信号配列R(j)の先頭に加算することにより、修正時系列データCd(j)は、全域にわたって第1発震器1aが送出した震動波に由来する信号を含むことになる。   FIGS. 8A and 8B are schematic diagrams for explaining the modified time-series data Cd (j) relating to the received waveform Sr1 of the vibration wave transmitted by the first vibration generator 1a. As shown in FIG. 8A, the reception waveform Sr1 reaches the receiver 2 after a delay time τ1 has elapsed since the clock generation unit 34 started generating the reception signal array R (j). Therefore, until the delay time τ1 elapses after the clock generation unit 34 starts generating the reception signal array R (j), the reception waveform Sr1 includes a signal derived from the vibration wave transmitted by the first oscillator 1a. Is not included. The correction data generation unit 35 adds the last 400 pieces of data of the reception signal array R (j) to the head of the reception signal array R (j), so that the correction time-series data Cd (j) can be obtained over the entire area. This includes a signal originating from the vibration wave transmitted from one shaker 1a.

発震器1が送出した震動波は、媒質Mを伝搬しても基本的には震動波発生部13が発生させた震動波の形状を保っている。このため、図8(b)に示すように、修正時系列データCd(j)と震動波の波形を表す送信信号配列S(j)とを相対的に循環シフトしながら相関を算出することにより、遅延時間τを求めることができる。   The vibration wave transmitted by the oscillator 1 basically keeps the shape of the vibration wave generated by the vibration wave generation unit 13 even when the vibration wave propagates through the medium M. Therefore, as shown in FIG. 8B, the correlation is calculated while relatively cyclically shifting the corrected time-series data Cd (j) and the transmission signal array S (j) representing the waveform of the vibration wave. , The delay time τ.

図3の説明に戻る。震動波再生部33は、震動波記憶部15が記憶した送信信号配列S(j)を取得する。震動波再生部33は、例えば震動波記憶部15から有線通信又は無線通信によって送信信号配列S(j)を取得してもよいし、持ち運び可能な記録媒体にコピーされた送信信号配列S(j)を記録媒体から読み出すことによって取得してもよい。   Returning to the description of FIG. The vibration wave reproducing unit 33 acquires the transmission signal array S (j) stored in the vibration wave storage unit 15. The vibration wave reproducing unit 33 may acquire the transmission signal array S (j) from the vibration wave storage unit 15 by wire communication or wireless communication, for example, or transmit the transmission signal array S (j) copied to a portable recording medium. ) May be obtained by reading out from the recording medium.

相関算出部36は、N個の発震器1がそれぞれ送出したN個の震動波の送信信号配列S(j)それぞれと、修正時系列データCd(j)との相関を示すデータを算出する。より具体的には、相関算出部36は、修正時系列データCd(j)を0から所定の長さDにNを乗じた長さに至るまで、循環的にシフトしながら、順番に送信信号配列S(j)との自己相関係数を算出する。すなわち、相関算出部36は修正時系列データCd(j)送信信号配列S(j)との自己相関係数の時間変化を算出する。   The correlation calculation unit 36 calculates data indicating a correlation between each of the transmission signals S (j) of the N vibration waves transmitted by the N oscillators 1 and the corrected time-series data Cd (j). More specifically, the correlation calculator 36 sequentially shifts the transmission time series of the corrected time series data Cd (j) while cyclically shifting the corrected time series data Cd (j) from 0 to a length obtained by multiplying the predetermined length D by N. An autocorrelation coefficient with the array S (j) is calculated. That is, the correlation calculation unit 36 calculates a time change of the autocorrelation coefficient with the corrected time-series data Cd (j) and the transmission signal array S (j).

より具体的には、相関算出部36は、遅延時間が0のときにおける自己相関係数ρ(0)を、以下の式(4)にしたがって算出する。
More specifically, the correlation calculator 36 calculates the autocorrelation coefficient ρ (0) when the delay time is 0 according to the following equation (4).

式(4)において送信信号配列S(j)のインデックスに4が乗じられているのは、送信信号配列S(j)は修正時系列データCd(j)の4倍のサンプリングレート(すなわち、サンプリング間隔は4分の1)でサンプリングされているからである。また、Cavは修正時系列データCd(j)の時間平均を表し、Savは送信信号配列S(j)の時間平均を表す。すなわち、Cav及びSavは、それぞれ以下の式(5)及び式(6)にしたがって算出される。
In Equation (4), the index of the transmission signal array S (j) is multiplied by 4 because the transmission signal array S (j) has a sampling rate (ie, the sampling rate) four times that of the modified time-series data Cd (j). This is because the interval is sampled at 1/4). Cav represents the time average of the corrected time series data Cd (j), and Sav represents the time average of the transmission signal array S (j). That is, Cav and Sav are calculated according to the following equations (5) and (6), respectively.

続いて相関算出部36は、送信信号配列S(j)を以下の式(7−1)及び式(7−2)にしたがって1データ分だけ循環的にシフトする。
S(0)←S(8175) (7−1)
S(j)←S(j−1)、(j=1,・・・,8175) (7−2)
Subsequently, the correlation calculator 36 cyclically shifts the transmission signal array S (j) by one data according to the following equations (7-1) and (7-2).
S (0) ← S (8175) (7-1)
S (j) ← S (j−1), (j = 1,..., 8175) (7-2)

相関算出部36は、式(7−1)及び式(7−2)にしたがって循環的にシフトされた送信信号配列S(j)を式(4)に代入することにより、送信信号配列S(j)の1サンプリング分である6.25[ms]の遅延時間における自己相関係数ρ(1)を算出できる。   The correlation calculation unit 36 substitutes the transmission signal array S (j) cyclically shifted according to the equations (7-1) and (7-2) into the equation (4) to obtain the transmission signal array S ( The autocorrelation coefficient ρ (1) at a delay time of 6.25 [ms] corresponding to one sampling of j) can be calculated.

実施の形態に係る信号処理システム100において、発震器1が震動波を送出してから受信器2に至るまでに要する時間として定義される遅延時間における最大値は10[s]=10000[ms]と見込まれている。このため、送信信号配列S(j)においては、10000[ms]/6.25[ms]=1600個分のデータが所定の長さDに相当する。   In the signal processing system 100 according to the embodiment, the maximum value in the delay time defined as the time required for the oscillator 1 to transmit the vibration wave to reach the receiver 2 is 10 [s] = 10000 [ms]. It is expected. Therefore, in the transmission signal array S (j), the data of 10,000 [ms] /6.25 [ms] = 1600 corresponds to the predetermined length D.

相関算出部36は式(7−1)及び式(7−2)にしたがって送信信号配列S(j)を1データずつ循環的にシフトしながら式(4)の自己相関係数ρを1600回算出し、ρ(0)〜ρ(1599)を得る。ρ(0)〜ρ(1599)が、発震器1の送信開始から所定の長さDに対応する時間までの自己相関係数ρの時間変化である。相関算出部36が算出した自己相関係数ρ(0)〜ρ(1599)のうち、第1発震器1aが送出した震動波が受信器2に到達した時間である遅延時間τ1に対応する自己相関係数ρにおいて、自己相関係数ρは急峻なピークを発生する。   The correlation calculating section 36 cyclically shifts the transmission signal array S (j) one data at a time according to the equations (7-1) and (7-2), and increases the autocorrelation coefficient ρ of the equation (4) 1600 times. Ρ (0) to ρ (1599) are obtained. ρ (0) to ρ (1599) are time changes of the autocorrelation coefficient ρ from the start of transmission of the exciter 1 to the time corresponding to the predetermined length D. Of the autocorrelation coefficients ρ (0) to ρ (1599) calculated by the correlation calculation unit 36, the self-correlation coefficient corresponding to the delay time τ1, which is the time when the vibration wave transmitted from the first oscillator 1a arrives at the receiver 2, is used. In the correlation coefficient ρ, the autocorrelation coefficient ρ generates a steep peak.

図4を参照して説明したように、第1発震器1aの乱数シフト部12が出力した疑似ランダム信号S1を所定の長さDだけ循環的にシフトすると、第2発震器1bの乱数シフト部12が出力した疑似ランダム信号S2と一致する。同様に、第2発震器1bの乱数シフト部12が出力した疑似ランダム信号S2を所定の長さDだけ循環的にシフトすると、第3発震器1cの乱数シフト部12が出力した疑似ランダム信号S3と一致する。また第3発震器1cの乱数シフト部12が出力した疑似ランダム信号S3を所定の長さDだけ循環的にシフトすると、第4発震器1dの乱数シフト部12が出力した疑似ランダム信号S4と一致する。   As described with reference to FIG. 4, when the pseudo random signal S1 output from the random number shift unit 12 of the first oscillator 1a is cyclically shifted by a predetermined length D, the random number shift unit of the second oscillator 1b is shifted. 12 coincides with the output pseudo-random signal S2. Similarly, when the pseudo random signal S2 output from the random number shift unit 12 of the second oscillator 1b is cyclically shifted by a predetermined length D, the pseudo random signal S3 output from the random number shift unit 12 of the third oscillator 1c is output. Matches. When the pseudo random signal S3 output by the random number shift unit 12 of the third oscillator 1c is cyclically shifted by a predetermined length D, the pseudo random signal S4 coincides with the pseudo random signal S4 output by the random number shift unit 12 of the fourth oscillator 1d. I do.

このことは、相関算出部36が式(7−1)及び式(7−2)にしたがって送信信号配列S(j)を1600回循環的にシフトして得られる送信信号配列S(j)は、第2発震器1bの震動波発生部13が送出した震動波の送信信号配列S(j)となることを意味する。このため相関算出部36が式(7−1)、式(7−2)、及び式(4)にしたがって自己相関係数ρ(1600)〜ρ(3199)を算出することにより、第2発震器1bが送出した震動波における送信信号配列S(j)と、修正時系列データCd(j)との自己相関係数ρの時間変化を算出することができる。   This means that the transmission signal array S (j) obtained by the correlation calculator 36 cyclically shifting the transmission signal array S (j) 1600 times according to the equations (7-1) and (7-2) is , The transmission signal array S (j) of the vibration wave transmitted by the vibration wave generation unit 13 of the second oscillator 1b. Therefore, the correlation calculation unit 36 calculates the autocorrelation coefficients ρ (1600) to ρ (3199) according to the equations (7-1), (7-2), and (4), thereby obtaining the second quake. It is possible to calculate the time change of the autocorrelation coefficient ρ between the transmission signal array S (j) and the corrected time-series data Cd (j) in the vibration wave transmitted by the detector 1b.

同様に、相関算出部36は自己相関係数ρ(3200)〜ρ(4799)を算出することにより、第3発震器1cが送出した震動波における送信信号配列S(j)と、修正時系列データCd(j)との自己相関係数ρの時間変化を算出することができる。また、相関算出部36は自己相関係数ρ(4800)〜ρ(6399)を算出することにより、第4発震器1dが送出した震動波における送信信号配列S(j)と、修正時系列データCd(j)との自己相関係数ρの時間変化を算出することができる。結果として、相関算出部36は、式(7−1)、式(7−2)、及び式(4)にしたがって自己相関係数ρ(0)〜ρ(6399)を計算することにより、第1発震器1a〜第4発震器1dのそれぞれが送出した震動波における送信信号配列S(j)と、修正時系列データCd(j)との自己相関係数ρの時間変化を一度に算出することができる。   Similarly, the correlation calculation unit 36 calculates the autocorrelation coefficients ρ (3200) to ρ (4799), thereby obtaining the transmission signal array S (j) in the vibration wave transmitted from the third oscillator 1c and the corrected time series The time change of the autocorrelation coefficient ρ with the data Cd (j) can be calculated. Further, the correlation calculating unit 36 calculates the autocorrelation coefficients ρ (4800) to ρ (6399), whereby the transmission signal array S (j) in the vibration wave transmitted by the fourth oscillator 1d and the corrected time-series data The time change of the autocorrelation coefficient ρ with Cd (j) can be calculated. As a result, the correlation calculation unit 36 calculates the autocorrelation coefficients ρ (0) to ρ (6399) according to Expressions (7-1), (7-2), and (4), thereby obtaining The time change of the autocorrelation coefficient ρ between the transmission signal array S (j) and the corrected time-series data Cd (j) in the vibration wave transmitted by each of the first to fourth oscillators 1a to 1d is calculated at once. be able to.

図9は、実施の形態に係る相関算出部36が算出した自己相関係数ρの時間変化のグラフを例示する図である。図9に示すように、自己相関係数ρの時間変化は、横軸の値がT1、T2、T3及びT4の位置において急峻なピークが認められる。これは、第1発震器1a〜第4発震器1dがそれぞれ送出した震動波の遅延時間であるτ1〜τ4に対応する位置である。   FIG. 9 is a diagram illustrating a graph of a time change of the autocorrelation coefficient ρ calculated by the correlation calculator 36 according to the embodiment. As shown in FIG. 9, a steep peak is recognized in the time change of the autocorrelation coefficient ρ at the positions of T1, T2, T3, and T4 on the horizontal axis. This is a position corresponding to τ1 to τ4, which are the delay times of the vibration waves transmitted by the first oscillator 1a to the fourth oscillator 1d, respectively.

図9において、T1は、第1発震器1aが送出した震動波の遅延時間τ1そのものを示す。T2は、第2発震器1bが送出した震動波の遅延時間τ2に、送信信号配列S(j)における1600個分のデータに対応する時間、すなわち所定の長さDに対応する所定の時間T=10[s]のバイアスが乗っている。このため、T2=τ2+Tである。また、T3は、第3発震器1cが送出した震動波の遅延時間τ3に所定の長さDの2倍に対応する20[s]のバイアスが乗っており、T3=τ3+2Tとなっている。同様にT4=τ4+3Tである。   In FIG. 9, T1 represents the delay time τ1 itself of the vibration wave transmitted by the first vibrator 1a. T2 is a time corresponding to 1600 data in the transmission signal array S (j), that is, a predetermined time T corresponding to a predetermined length D in the delay time τ2 of the vibration wave transmitted from the second oscillator 1b. = 10 [s]. Therefore, T2 = τ2 + T. At T3, a bias of 20 [s] corresponding to twice the predetermined length D is applied to the delay time τ3 of the vibration wave transmitted by the third oscillator 1c, and T3 = τ3 + 2T. Similarly, T4 = τ4 + 3T.

遅延時間算出部37は、相関算出部36が算出したデータである自己相関係数ρを解析してピークを特定し、各発震器1がそれぞれ震動波を送出してから受信器2に到達するまでに要した時間であるそれぞれの震動波の遅延時間を算出する。これにより、各発震器1が送出した震動波の伝搬経路となった媒質Mにおけるそれぞれの震動波の速度が推定できる。信号処理システム100のユーザは、推定された震動波の速度に基づいて、震動波が伝搬した媒質Mの特性を推定することができる。   The delay time calculation unit 37 analyzes the autocorrelation coefficient ρ, which is the data calculated by the correlation calculation unit 36, identifies a peak, and each of the oscillators 1 transmits a vibration wave before reaching the receiver 2. Calculate the delay time of each quake wave, which is the time required until. This makes it possible to estimate the velocity of each vibration wave in the medium M that has become the propagation path of the vibration wave transmitted from each of the exciters 1. The user of the signal processing system 100 can estimate the characteristics of the medium M through which the vibration wave has propagated, based on the estimated velocity of the vibration wave.

<比較例>
図10は、比較例に係る自己相関係数の算出方法を説明するための図である。比較例に係る自己相関係数の算出方法においては、受信器2が受信した合成震動波の末尾から所定の長さDの信号を切り出し、その信号を合成震動波の先頭に加算して生成される信号を相関算出の対象とすることはしない。その代わり、受信器2が受信した合成震動波を修正処理することなく、自己相関係数を算出する。
<Comparative example>
FIG. 10 is a diagram for explaining a method of calculating the autocorrelation coefficient according to the comparative example. In the method of calculating the autocorrelation coefficient according to the comparative example, a signal having a predetermined length D is cut out from the end of the synthetic vibration wave received by the receiver 2, and the signal is generated by adding the signal to the head of the synthetic vibration wave. This signal is not used for correlation calculation. Instead, the autocorrelation coefficient is calculated without correcting the synthetic vibration wave received by the receiver 2.

図10に示すように、第1発震器1aが送出した震動波は、遅延時間τ1において受信器2に到達したとする。この場合、時系列データ生成部32が受信波形Sr1の生成を開始してから遅延時間τ1経過した後に、第1発震器1aが送出した震動波に由来する信号が到達することになる。   As shown in FIG. 10, it is assumed that the vibration wave transmitted by the first vibration generator 1a arrives at the receiver 2 at the delay time τ1. In this case, a signal derived from the vibration wave transmitted by the first oscillator 1a arrives after a lapse of the delay time τ1 from the start of the generation of the reception waveform Sr1 by the time-series data generation unit 32.

比較例に係る自己相関係数の算出方法においては、送信信号配列S(j)を単にシフトさせながら受信波形Sr1との相関係数を算出する。この場合、図10に示すように、送信信号配列S(j)を遅延時間τ1に相当する量だけシフトした場合には、受信波形Sr1と送信信号配列S(j)とをそれぞれ構成する信号が一致する。しかしながら、それ以外の場合には、送信信号配列S(j)が相関係数を算出する対象となる信号には、S(j)の情報が一部含まれていないため、相関係数が零となるとは限らない。このため、算出した相関係数の時間変化には、遅延時間を示す各ピークのほか、微細なダミーのピークが発生しうる。   In the calculation method of the autocorrelation coefficient according to the comparative example, the correlation coefficient with the reception waveform Sr1 is calculated while simply shifting the transmission signal array S (j). In this case, as shown in FIG. 10, when transmission signal array S (j) is shifted by an amount corresponding to delay time τ1, signals constituting reception waveform Sr1 and transmission signal array S (j) are different. Matches. However, in other cases, the signal for which the transmission signal array S (j) calculates the correlation coefficient does not partially include the information of S (j), and thus the correlation coefficient is zero. Is not always the case. Therefore, in the temporal change of the calculated correlation coefficient, in addition to each peak indicating the delay time, a fine dummy peak may occur.

図11は、比較例に係る自己相関係数の算出方法を用いて算出した自己相関係数の時間変化のグラフを例示する図である。図11は、図9に示す実施の形態に係る相関算出部36が算出した自己相関係数ρの時間変化のグラフと比較すると、遅延時間を示す各ピークのほか微細なダミーのピークが発生していることを示している。   FIG. 11 is a diagram illustrating a graph of a time change of the autocorrelation coefficient calculated by using the autocorrelation coefficient calculation method according to the comparative example. FIG. 11 shows that, in comparison with the time change graph of the autocorrelation coefficient ρ calculated by the correlation calculator 36 according to the embodiment shown in FIG. It indicates that.

図12は、地震探査における自己相関関数の実測データの例を示すグラフである。地中を伝搬する信号は、途中の地下構造を反映し、位相の反転も含む複数の遅延時間を示すピークが含まれる。図12において、破線で示す楕円E1に出現している微小なピークは地震探査で特に重視されるいわゆる初動で、受信器に最初に到達する振動を示すピークである。破線で示す楕円E2に出現している各ピークは、直接到達する振動のうち、地中のインピーダンス界面で屈折または反射により遅延した振動、さらに、楕円E3に出現している反射を複数回繰り返して到達した信号を示す各ピークが続く。   FIG. 12 is a graph showing an example of measured data of the autocorrelation function in the seismic survey. The signal propagating underground includes a plurality of peaks indicating a plurality of delay times reflecting the underground structure in the middle and including phase inversion. In FIG. 12, a minute peak appearing in an ellipse E1 indicated by a broken line is a so-called initial movement that is particularly important in seismic exploration, and is a peak indicating a vibration that reaches a receiver first. The peaks appearing in the ellipse E2 indicated by the broken line indicate that among the vibrations that arrive directly, the vibrations delayed by refraction or reflection at the impedance interface underground and the reflections appearing in the ellipse E3 are repeated a plurality of times. Followed by each peak indicating the signal reached.

このように、石油等の探査における地質構造調査、あるいは土木分野における地盤調査や既存構造物内部の損傷調査等において震動波の初動のような小さなピークを検出することは重要である。また、地震探査分野で活用が期待されるフルウェーブインバージョンなどの手法では微細なピークの検知がより重視される。実施の形態に係る自己相関係数の算出方法はこの初動も含め、全てのピークが出現する領域においても遅延時間を示すピーク以外のノイズが抑制されるため、比較例に係る自己相関係数の算出方法と比べてピークの検出精度を高めることもできる。   As described above, it is important to detect a small peak such as the initial motion of a seismic wave in a geological survey in the exploration of petroleum or the like, a ground survey in the civil engineering field, and a damage survey in an existing structure. In addition, in methods such as full wave inversion which are expected to be used in the field of seismic exploration, detection of minute peaks is more important. The calculation method of the autocorrelation coefficient according to the embodiment includes the initial movement, and also suppresses noise other than the peak indicating the delay time in the region where all peaks appear. The accuracy of peak detection can be increased as compared with the calculation method.

<実施の形態の効果>
以上説明したように、実施の形態に係る信号処理システム100によれば、複数の発震器から同時に送出した信号を受信後に弁別する際の弁別精度を高めることができる。特に地震探査で重視される初動(送信器から受信機に最初に到達する振動)はそれに続く振動より、極めて小さいことが多いが、本発明は、サイドローブが極めて小さいため、はこのような初動も含め、微少な信号を容易に弁別することが可能になる。
<Effects of Embodiment>
As described above, according to the signal processing system 100 according to the embodiment, it is possible to improve the discrimination accuracy when discriminating after simultaneously receiving signals transmitted from a plurality of shakers. In particular, the initial motion (the vibration that first arrives at the receiver from the transmitter), which is important in seismic exploration, is often much smaller than the subsequent vibration. In addition, it is possible to easily discriminate a small signal.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、例えば、自己相関係数の算出に、タイムドメインによる処理に替え、周波数ドメインによる解析を使用するなど、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。   As described above, the present invention has been described using the embodiments, but the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. It is apparent to those skilled in the art that various changes or improvements can be made to the above-described embodiment, for example, using the analysis in the frequency domain instead of the processing in the time domain to calculate the autocorrelation coefficient. It is. It is apparent from the description of the appended claims that embodiments with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.

<変形例>
上記の説明では、信号処理システム100が1つの受信器2を含む場合について説明したが、受信器2は複数あってもよい。地震探査等においては、複数地点において測定を実施するのが一般的である。このため、異なる地点に複数の受信器2を展開して測定を実施する。仮に受信器2の数が足りなければ、受信器2を移動して測定を繰り返す。複数の受信器2を用いることにより、測定時間を短縮することができる。
<Modification>
In the above description, the case where the signal processing system 100 includes one receiver 2 has been described, but a plurality of receivers 2 may be provided. In seismic surveys, etc., it is common to make measurements at multiple points. Therefore, the measurement is performed by deploying the plurality of receivers 2 at different points. If the number of the receivers 2 is not enough, the receiver 2 is moved and the measurement is repeated. By using a plurality of receivers 2, the measurement time can be reduced.

上記では、信号長Lやサンプリング間隔100[ms]、25[ms]、6.25[ms]等、具体的な数値を用いて説明したが、これらに限定されるものではない。これらの具体的な値は、信号処理システム100が測定の対象とする媒質Mの事前情報や実際の測定結果等を考慮して、実験により適宜定めればよい。   In the above description, specific numerical values such as the signal length L and the sampling intervals 100 [ms], 25 [ms], 6.25 [ms] have been described, but the present invention is not limited to these. These specific values may be appropriately determined by experiments in consideration of prior information of the medium M to be measured by the signal processing system 100, actual measurement results, and the like.

1・・・発震器
2・・・受信器
3・・・信号処理装置
11・・・疑似乱数生成部
12・・・乱数シフト部
13・・・震動波発生部
14・・・クロック生成部
15・・・震動波記憶部
31・・・受信部
32・・・時系列データ生成部
33・・・震動波再生部
34・・・クロック生成部
35・・・修正データ生成部
36・・・相関算出部
37・・・遅延時間算出部
100・・・信号処理システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Exciter 2 ... Receiver 3 ... Signal processing apparatus 11 ... Pseudo random number generation part 12 ... Random number shift part 13 ... Vibration wave generation part 14 ... Clock generation part 15 ··· Vibration wave storage unit 31 ··· Receiving unit 32 ··· Time series data generation unit 33 ··· Vibration wave reproduction unit 34 ··· Clock generation unit 35 ··· Correction data generation unit 36 ··· Correlation Calculator 37 ... Delay time calculator 100 ... Signal processing system

Claims (10)

媒質に震動波を送出するN個(Nは1以上の整数)の発震器と、
前記N個の発震器のそれぞれが送出して前記媒質を伝搬した震動波の合波を受信する受信器と、
前記受信器が受信した合波の時系列データの末尾から所定の長さDのデータを切り出して、前記時系列データの先頭から前記所定の長さDまでの時系列データに加算した修正時系列データを生成する修正データ生成部と、
前記N個の発震器がそれぞれ送出したN個の震動波の時系列データのそれぞれと、前記修正時系列データとの相関を示すデータを算出する相関算出部と、
を備え
前記所定の長さDは、前記N個の発震器がそれぞれ前記震動波を送出してから前記受信器に到達するまでに要した時間である遅延時間の最大値の時間が経過するまでの間に前記発震器が送出する震動波の長さであることを特徴とする信号処理システム。
N (N is an integer of 1 or more) oscillators for transmitting a vibration wave to a medium;
A receiver for receiving a combined vibration wave transmitted by the N oscillators and transmitted through the medium;
A modified time series obtained by cutting out data of a predetermined length D from the end of the multiplexed time series data received by the receiver and adding it to the time series data from the beginning of the time series data to the predetermined length D. A correction data generation unit that generates data;
A correlation calculation unit that calculates data indicating a correlation between each of the time series data of the N vibration waves transmitted by each of the N oscillators and the corrected time series data;
Equipped with a,
The predetermined length D is a time period between the time when the maximum value of the delay time, which is the time required for each of the N oscillators to transmit the vibration wave and reach the receiver, elapses. the signal processing system of the length der wherein Rukoto seismic waves the focal unit is sent to.
前記N個の発震器のそれぞれは、前記所定の長さDの範囲内において互いに無相関な疑似ランダム信号に基づく震動波を送出する、
ことを特徴とする請求項1に記載の信号処理システム。
Each of the N oscillators transmits a vibration wave based on a pseudo-random signal that is uncorrelated with each other within the range of the predetermined length D.
The signal processing system according to claim 1, wherein:
前記N個の発震器のそれぞれは互いに同期して前記震動波を送出し、
前記受信器は、前記N個の発震器のそれぞれによる前記震動波の送出と同期して前記時系列データの受信を開始する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の信号処理システム。
Each of the N oscillators transmits the vibration wave in synchronization with each other;
The receiver starts receiving the time-series data in synchronization with transmission of the vibration wave by each of the N oscillators.
The signal processing system according to claim 1 or 2, wherein:
前記N個の発震器のそれぞれは、前記所定の長さDにN+1を乗じた長さ以上の周期を有する疑似ランダム信号を、前記所定の長さのM倍(Mは0以上N−1以下の整数であって前記N個の発震器のそれぞれで異なる)の長さだけ循環的にシフトして得られた信号に基づく震動波を送出する、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の信号処理システム。
Each of the N vibrators outputs a pseudo-random signal having a period equal to or longer than the predetermined length D multiplied by N + 1 by M times the predetermined length (M is 0 or more and N-1 or less) , Different from each of said N generators), and transmits a vibration wave based on a signal obtained by cyclically shifting by a length.
The signal processing system according to claim 1, wherein:
前記相関算出部は、前記修正時系列データを0から前記所定の長さDにNを乗じた長さに至るまで循環的にシフトしながら、順番に前記疑似ランダム信号との自己相関係数を算出する、
ことを特徴とする請求項4に記載の信号処理システム。
The correlation calculating section sequentially shifts the corrected time-series data from 0 to a length obtained by multiplying the predetermined length D by N, and sequentially calculates an autocorrelation coefficient with the pseudo-random signal. calculate,
The signal processing system according to claim 4, wherein:
前記相関算出部が算出したデータを解析して、前記N個の発震器それぞれの前記遅延時間を算出する遅延時間算出部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の信号処理システム。
Data were analyzed by the correlation calculation unit has calculated, further comprising a delay time calculation section for calculating the N focal vessel their Re respectively the delay time of,
The signal processing system according to claim 1, wherein:
前記N個の発震器はそれぞれ、前記震動波それぞれの遅延時間の最大値の時間が経過するまでの間に送出する震動波の長さが、前記所定の長さD以下となるように、前記震動波を送出する、
ことを特徴とする請求項6に記載の信号処理システム。
Each of the N oscillators is configured such that the length of the vibration wave to be transmitted until the time of the maximum value of the delay time of each of the vibration waves elapses is equal to or less than the predetermined length D. Sending out a tremor wave,
The signal processing system according to claim 6, wherein:
プロセッサが実行する信号処理方法であって、
N個(Nは1以上の整数)の発震器のそれぞれで媒質に震動波を送出するステップと、
前記媒質を伝搬した前記震動波の合波を受信器で受信して受信波の時系列データを生成するステップと、
前記時系列データの末尾から所定の長さDのデータを切り出して、前記時系列データの先頭から前記所定の長さDまでの時系列データに加算した修正時系列データを生成するステップと、
送出した前記N個の震動波の時系列データのそれぞれと、前記修正時系列データとの相関を示すデータを算出するステップと、
含み、
前記所定の長さDは、前記N個の震動波それぞれが送出されてから前記受信器に到達するまでに要した時間である遅延時間の最大値の時間が経過するまでの間に前記発震器が送出する震動波の長さであることを特徴とする信号処理方法。
A signal processing method executed by a processor,
A step of transmitting a seismic Doha the medium in each of the N focal instrument (N is an integer of 1 or more),
And generating time-series data of the received and the received wave at the receiver a multiplexed of relaxin Doha before propagating through said medium,
Cutting out data of a predetermined length D from the end of the time-series data, and generating corrected time-series data added to the time-series data from the beginning of the time-series data to the predetermined length D;
Calculating data indicating a correlation between each of the transmitted time series data of the N vibration waves and the corrected time series data;
Including
The predetermined length D is equal to or less than the maximum value of the delay time, which is the time required from when each of the N vibration waves is transmitted to when the vibration waves reach the receiver. signal processing method but which is characterized in length der Rukoto seismic waves to be sent.
媒質に震動波を送出するN個(Nは1以上の整数)の発震器のそれぞれが送出して前記媒質を伝搬した震動波の合波を受信器で受信して得られた受信波の時系列データを生成する時系列データ生成部と、
前記時系列データの末尾から所定の長さDのデータを切り出して、前記時系列データの先頭から前記所定の長さDまでの時系列データに加算した修正時系列データを生成する修正データ生成部と、
前記N個の発震器がそれぞれ送出したN個の震動波の時系列データのそれぞれと、前記修正時系列データとの相関を示すデータを算出する相関算出部と、
を備え
前記所定の長さDは、前記N個の発震器がそれぞれ前記震動波を送出してから前記受信器に到達するまでに要した時間である遅延時間の最大値の時間が経過するまでの間に前記発震器が送出する震動波の長さであることを特徴とする信号処理装置。
For each of the N (N is an integer of 1 or more) oscillators that transmit a vibration wave to a medium , the receiver receives a combined wave of the vibration waves transmitted by the receiver and received by the receiver. A time-series data generation unit that generates series data,
A correction data generation unit that cuts out data of a predetermined length D from the end of the time-series data, and generates corrected time-series data added to the time-series data from the beginning of the time-series data to the predetermined length D When,
A correlation calculation unit that calculates data indicating a correlation between each of the time series data of the N vibration waves transmitted by each of the N oscillators and the corrected time series data;
Equipped with a,
The predetermined length D is a time required for the N number of oscillators to transmit the vibration wave and reach the receiver until the maximum value of the delay time elapses. signal processing apparatus according to claim length der Rukoto seismic waves the focal unit is sent to.
コンピュータに、
媒質に震動波を送出するN個(Nは1以上の整数)の発震器のそれぞれが送出して前記媒質を伝搬した震動波の合波を受信器で受信して得られた受信波の時系列データを生成する機能と、
前記時系列データの末尾から所定の長さDのデータを切り出して、前記時系列データの先頭から前記所定の長さDまでの時系列データに加算した修正時系列データを生成する機能と、
前記N個の発震器がそれぞれ送出したN個の震動波の時系列データのそれぞれと、前記修正時系列データとの相関を示すデータを算出する機能と、
を実現させ
前記所定の長さDは、前記N個の発震器がそれぞれ前記震動波を送出してから前記受信器に到達するまでに要した時間である遅延時間の最大値の時間が経過するまでの間に前記発震器が送出する震動波の長さであることを特徴とするプログラム。
On the computer,
For each of the N (N is an integer of 1 or more) oscillators that transmit a vibration wave to a medium , the receiver receives a combined wave of the vibration waves transmitted by the receiver and received by the receiver. The ability to generate series data,
A function of cutting out data of a predetermined length D from the end of the time-series data and generating corrected time-series data added to the time-series data from the beginning of the time-series data to the predetermined length D;
A function of calculating data indicating a correlation between each of the N time-series data of the N vibration waves transmitted by each of the N number of oscillators and the corrected time-series data;
To achieve,
The predetermined length D is a time required for the N number of oscillators to transmit the vibration wave and reach the receiver until the maximum value of the delay time elapses. program characterized lengths der Rukoto seismic waves the focal unit is sent to.
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