JP7787683B2 - Ground-penetrating radar device - Google Patents
Ground-penetrating radar deviceInfo
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Description
本発明は、地中に電磁波を照射して反射波を計測し、埋設物や内部構造物を探査する地中レーダ装置に関する。 The present invention relates to an underground radar device that irradiates electromagnetic waves into the ground and measures the reflected waves to detect buried objects and internal structures.
従来、地中レーダ装置の受信回路方式として、サンプラー方式が多く用いられている(例えば特許文献1参照)。この方式では、短時間のパルス性もしくはバースト性のレーダ受信信号を時間伸長した相似波形として受信する。 Conventionally, the sampler method has been widely used as the receiving circuit method for underground radar devices (see, for example, Patent Document 1). With this method, short-duration pulse or burst radar reception signals are received as time-expanded similar waveforms.
サンプラー方式は、サンプリング点数と参照信号の繰り返し時間間隔によって、1回のAスコープ信号(地点計測情報)の取得が決まる。例えば、実時間で100nsのレーダ信号を1ns間隔で100点サンプリングしようとすると、参照信号の繰り返し時間間隔が1μsの場合、「100ns/1ns×1μs=100μs」の時間を要する。また、Aスコープ信号の取得を行うタイミングは、レーダの移動距離に応じたトリガによるものが一般的である。 In the sampler method, the acquisition of one A-scope signal (point measurement information) is determined by the number of sampling points and the repetition time interval of the reference signal. For example, if you try to sample 100 points of a 100 ns radar signal in real time at 1 ns intervals, and the repetition time interval of the reference signal is 1 μs, it will take 100 ns / 1 ns x 1 μs = 100 μs. Furthermore, the timing of acquiring the A-scope signal is generally triggered by the distance traveled by the radar.
ところで、通常、1回のAスコープ信号の取得動作Taは、レーダの移動トリガ発生間隔Tdに対して十分に短く時間設計される(Ta<Td)。
しかし、参照信号の繰り返し時間は、レーダの出力電力や受信感度に影響するため、設定の自由度が比較的低い。その上、例えばレーダを車載して走行するなど、レーダの移動トリガ発生間隔が短くなるにつれて、「Ta>Td」となる場合が生じ得る。
Incidentally, the time required for one A-scope signal acquisition operation Ta is usually designed to be sufficiently short compared with the radar movement trigger generation interval Td (Ta<Td).
However, the repetition time of the reference signal has a relatively low degree of freedom in setting it because it affects the output power and reception sensitivity of the radar. Furthermore, as the interval between radar movement triggers becomes shorter, for example, when the radar is mounted on a vehicle and traveling, there may be cases where "Ta >Td".
この場合、次の2通りの動作が考えられる。第1は、Aスコープ信号の取得中に次の移動トリガが入力された時点で、それ以降のサンプリングを中断して、Aスコープの取得を最初のサンプリングから行うことである。第2はAスコープ信号の取得中に、次の移動トリガが入力された場合でも、Aスコープ信号の取得を継続し、当該のトリガを無効とすることである。
何れにしても探査データの欠損が発生し、Bスコープデータの生成に不都合が生じることになる。
In this case, the following two types of operation are possible. The first is to interrupt subsequent sampling when the next movement trigger is input during acquisition of the A-scope signal, and to resume A-scope acquisition from the first sampling. The second is to continue acquisition of the A-scope signal even when the next movement trigger is input during acquisition of the A-scope signal, and to disable the trigger in question.
In either case, a loss of the search data occurs, which causes problems in generating B-scope data.
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、高速移動時のレーダ信号と探査位置の整合性を確保できる地中レーダ装置を提供することにある。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to provide an underground radar device that can ensure consistency between radar signals and the search position when moving at high speeds.
本発明の一態様に係る地中レーダ装置は、探査用の電磁波を地中に送信する送信機と、地中で反射した電磁波を受信する受信機と、前記受信機から出力されるAスコープ信号を処理する処理装置とを備え、前記処理装置は、位置情報をトリガにして前記受信機からAスコープ信号をランダムにサンプリングし、サンプリングした各データに対して位置情報を付与し、これら位置情報をもとにAスコープ信号を再構成する、ことを特徴とする。 An underground radar device according to one aspect of the present invention comprises a transmitter that transmits electromagnetic waves for exploration underground, a receiver that receives the electromagnetic waves reflected underground, and a processing device that processes an A-scope signal output from the receiver, wherein the processing device randomly samples the A-scope signal from the receiver using position information as a trigger , assigns position information to each sampled data, and reconstructs the A-scope signal based on this position information.
本発明では、Aスコープ信号のサンプリングデータの1点ごとにレーダの移動と位置に関する情報を付与し、それをもとに所望の位置におけるAスコープ信号を再構成するので、Aスコープ信号のサンプリングデータ取得時間と、移動距離によるトリガ時間間隔の大小関係に依らず、欠損のない探査データ(Bスコープデータ)の生成が可能となる。
従って、本発明によれば、高速移動時のレーダ信号と探査位置の整合性を確保できる地中レーダ装置を提供できる。
In the present invention, information about radar movement and position is added to each point of sampling data of the A-scope signal, and the A-scope signal at a desired position is reconstructed based on this information. This makes it possible to generate exploration data (B-scope data) without any loss, regardless of the time required to acquire sampling data of the A-scope signal and the length of the trigger time interval due to the movement distance.
Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an underground radar device that can ensure consistency between the radar signal and the search position when moving at high speed.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係る地中レーダ装置の概略構成を示している。この地中レーダ装置は、車輪や駆動機構を持った台車などの移動体に搭載されて、移動しつつ地中探査を行うものである。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First embodiment]
1 shows a schematic configuration of an underground radar device according to a first embodiment of the present invention. This underground radar device is mounted on a mobile object such as a carriage with wheels and a drive mechanism, and performs underground exploration while moving.
すなわち、処理装置10は、位置情報処理部11、タイミング制御部12、相関処理部13、A/D処理部14及び再構成処理部15等を備えている。具体的には、例えば地中探査用のプログラムを搭載したパーソナルコンピュータで構成され、ユーザは計測結果を表示部16によって観察できるとともに、各種計測パラメータの設定、信号処理に関する条件設定、計測結果の表示のためのデータ処理方法の選択等を、入力部17の操作で指示可能になっている。 That is, the processing device 10 comprises a position information processing unit 11, a timing control unit 12, a correlation processing unit 13, an A/D processing unit 14, and a reconstruction processing unit 15. Specifically, it is configured, for example, by a personal computer equipped with an underground exploration program, and the user can observe the measurement results on the display unit 16, and can also operate the input unit 17 to set various measurement parameters, set conditions related to signal processing, select a data processing method for displaying the measurement results, etc.
位置情報取得部18は、GPS受信機(あるいはエンコーダ)、速度計、加速度計等を備えており、測定点である探査位置を計測して位置情報として位置情報処理部11に出力する。位置情報処理部11は、この位置情報を処理してタイミング制御部12に出力する。タイミング制御部12は、Tx信号発生部19及びLo信号発生部(参照信号発生部)20の動作タイミングを、位置情報に基づいて制御する。 The position information acquisition unit 18 is equipped with a GPS receiver (or encoder), a speedometer, an accelerometer, etc., and measures the exploration position, which is the measurement point, and outputs this as position information to the position information processing unit 11. The position information processing unit 11 processes this position information and outputs it to the timing control unit 12. The timing control unit 12 controls the operation timing of the Tx signal generation unit 19 and the Lo signal generation unit (reference signal generation unit) 20 based on the position information.
Tx信号発生部19で発生された送信信号は、送信アンプ部21に入力されて増幅され、送信アンテナ22から地中に送信される。Tx信号発生部19、送信アンプ部21及び送信アンテナ22は、探査用の電磁波の送信機として働く。地中からの反射波は、受信アンテナ23で受信され、受信信号が受信アンプ部24で増幅される。受信アンテナ23と受信アンプ部24は、地中で反射した電磁波を受信する受信機の一部として機能する。 The transmission signal generated by the Tx signal generator 19 is input to the transmission amplifier 21, where it is amplified, and transmitted into the ground from the transmission antenna 22. The Tx signal generator 19, transmission amplifier 21, and transmission antenna 22 function as a transmitter of electromagnetic waves for exploration. Waves reflected from the ground are received by the receiving antenna 23, and the received signal is amplified by the receiving amplifier 24. The receiving antenna 23 and receiving amplifier 24 function as part of a receiver that receives electromagnetic waves reflected from the ground.
この受信アンプ部24で増幅された受信信号とLo信号発生部20で発生された参照信号はそれぞれ、相関処理部13に入力されて相関が取られる。相関処理部13の出力は、A/D処理部14に入力されてアナログ/デジタル変換され、サンプリング信号として再構成処理部15に入力される。この再構成処理部15には、タイミング制御部12から出力される位置情報が入力されており、取得したサンプリング信号と位置情報を照合して再構成処理されたAスコープ信号(地点計測情報)が表示部16に表示されるようになっている。 The received signal amplified by the receiving amplifier unit 24 and the reference signal generated by the Lo signal generator unit 20 are each input to the correlation processor unit 13, where they are correlated. The output of the correlation processor unit 13 is input to the A/D processor unit 14, where it is converted from analog to digital, and then input as a sampling signal to the reconstruction processor unit 15. The reconstruction processor unit 15 also receives the position information output from the timing controller unit 12, and the acquired sampling signal is compared with the position information to produce a reconstructed A-scope signal (point measurement information) that is displayed on the display unit 16.
Aスコープ信号は、特定測定点での探査によって得た検出信号の受信強度を、電波の送信から受信までに経過した遅延時間又は反射時間の関数として表した波形パターンである。また、Bスコープデータ(経路断面計測情報)は、検出信号の受信強度を、遅延時間と移動距離との関数で表したチャートである。具体的には、Aスコープ信号は、検出信号の強度分布を、一方の軸を反射時間(又は深さ方向の距離)とし他方の軸を信号強度として表した強度波形である。また、Bスコープデータは、移動体の移動経路に沿った多数の測定点で収集した検出信号の強度分布を、一方の軸を反射時間(又は深さ方向の距離)とし、他方の軸を経路方向の距離として、2軸方向の位置の関数として2次元的強度分布として表示する2次元画像データである。 An A-scope signal is a waveform pattern that represents the received strength of a detection signal obtained by exploration at a specific measurement point as a function of the delay time or reflection time elapsed between the transmission and reception of the radio wave. Furthermore, B-scope data (path cross-section measurement information) is a chart that represents the received strength of a detection signal as a function of delay time and travel distance. Specifically, an A-scope signal is an intensity waveform that represents the intensity distribution of a detection signal, with one axis representing reflection time (or distance in the depth direction) and the other axis representing signal strength. Furthermore, B-scope data is two-dimensional image data that displays the intensity distribution of a detection signal collected at multiple measurement points along the travel path of a moving object as a two-dimensional intensity distribution as a function of position in two axial directions, with one axis representing reflection time (or distance in the depth direction) and the other axis representing distance in the path direction.
図2は、図1における再構成処理部15の動作を示すもので、レーダの1ラインを生成するフローチャートである。再構成処理部15は、A/D処理部14から出力されるサンプリング信号を取得し(ステップS1)、タイミング制御部12から出力される位置情報と照合する(ステップS2)。
次のステップS3で、既定のサンプリング数を取得したか否か判定し、取得したと判定されるとAスコープ構成処理を実施する(ステップS4)。
Fig. 2 is a flowchart showing the operation of the reconstruction processing unit 15 in Fig. 1 to generate one line of radar. The reconstruction processing unit 15 acquires the sampling signal output from the A/D processing unit 14 (step S1) and compares it with the position information output from the timing control unit 12 (step S2).
In the next step S3, it is determined whether or not the predetermined number of samples has been acquired, and if it is determined that the number has been acquired, A-scope construction processing is carried out (step S4).
一方、ステップS3で、既定のサンプリング数を取得ていないと判定されると、位置情報が変化したか否か判定し(ステップS5)、位置情報が変化したと判定された場合には、不足分の構成に必要なサンプリング数を取得したか否か判定する(ステップS6)。
そして、必要なサンプリング数を取得したと判定されると、ステップS4に移動してAスコープ構成処理を実行する。ステップS5で位置情報が変化していないと判定された場合、ステップS6で必要なサンプリング数を取得していないと判定された場合には、ステップS1に戻ってサンプリング信号の取得を行う。
On the other hand, if it is determined in step S3 that the specified number of samples has not been obtained, it is determined whether the location information has changed (step S5), and if it is determined that the location information has changed, it is determined whether the number of samples required to configure the missing part has been obtained (step S6).
If it is determined that the required number of samples has been acquired, the process proceeds to step S4, where an A-scope configuration process is executed. If it is determined in step S5 that the position information has not changed, or if it is determined in step S6 that the required number of samples has not been acquired, the process returns to step S1, where a sampling signal is acquired.
図3は、上述したような地中レーダ装置におけるサンプリング点の位置情報と深度との関係を示している。ここで、○印はサンプリング点であり、一点鎖線で囲んだサンプリング群をAスコープと呼ぶ。これらサンプリング群には、位置情報が紐付いている。地中レーダ装置は移動しているので、サンプリングの最初と最後で位置情報のずれがあるが、この誤差は非常に小さいものなので無視するものとする。 Figure 3 shows the relationship between the position information of sampling points and depth in an underground radar device such as the one described above. Here, circles represent sampling points, and the group of samples enclosed by the dashed line is called the A-scope. Position information is associated with these sampling groups. Because the underground radar device moves, there is a discrepancy in the position information between the start and end of sampling, but this error is so small that it can be ignored.
地中レーダ装置が所定間隔移動すると、タイミング制御部12からトリガを発生し、このトリガに連動してAスコープを測定する。地中レーダ装置が横方向の矢印で示すように移動すると、トリガから順次深度が深くなるサンプリング群(Aスコープ)が得られる。 When the underground radar device moves a predetermined distance, a trigger is generated from the timing control unit 12, and A-scope measurements are taken in conjunction with this trigger. As the underground radar device moves as indicated by the horizontal arrow, a group of samples (A-scopes) with progressively deeper depths are obtained from the trigger.
図4は、地中レーダの移動速度が超過した場合のサンプリングの位置情報と深度との関係を参考例として示している。「位置=1」の測定が終了する前に、「位置=2」のトリガが発生すると、×印で示すように「位置=1」の測定が中断され、正常なデータを取得することができない。 Figure 4 shows an example of the relationship between sampling position information and depth when the underground radar's movement speed exceeds the limit. If a trigger for "Position = 2" occurs before the measurement for "Position = 1" is completed, the measurement for "Position = 1" will be interrupted, as indicated by the cross, and normal data will not be obtained.
そこで、本発明においては、地中レーダ装置の移動によるトリガとは無関係に、Aスコープ信号取得のサンプリング動作を連続的に行うようにしている。各サンプリング点のデータに対し、地中レーダ装置の移動(位置)に関する情報を付与し、サンプリングデータ単位で地中レーダ装置の位置を結びつける。そして、Bスコープデータ生成時において必要となる位置間隔に応じて、サンプリング点に付与された情報をもとにAスコープ信号を再構成する。 Therefore, in this invention, the sampling operation for acquiring the A-scope signal is performed continuously, regardless of triggers caused by the movement of the underground radar device. Information regarding the movement (position) of the underground radar device is added to the data at each sampling point, and the position of the underground radar device is linked to each sampling data unit. The A-scope signal is then reconstructed based on the information added to the sampling points, according to the position interval required when generating the B-scope data.
この際、求める地中レーダ装置の位置に結びつけられたサンプリングデータが不足している場合には、その隣接する前後位置に結びつけられたサンプリングデータから必要なデータを補間して生成する。 At this time, if there is insufficient sampling data associated with the desired underground radar device position, the necessary data is generated by interpolating from sampling data associated with adjacent positions before and after it.
図5は、図1に示した地中レーダ装置の動作を説明するための模式図であり、上述した説明の具体例を示している。まず、暫定のAスコープ信号を一定時間間隔で連続的に取得する。このとき、各サンプリング点に対して位置情報を付与しておく。その後、各サンプリング点に紐づけられた位置情報をもとに最終的なAスコープ信号を再構成する。 Figure 5 is a schematic diagram for explaining the operation of the underground radar device shown in Figure 1, and shows a specific example of the above explanation. First, provisional A-scope signals are continuously acquired at regular time intervals. At this time, position information is assigned to each sampling point. After that, the final A-scope signal is reconstructed based on the position information associated with each sampling point.
地中レーダ装置が矢印方向に移動するとトリガが発生し、このトリガとは無関係にAスコープ信号取得のサンプリング動作が連続的に実行される。すなわち、時刻t1にトリガが発生するとサンプリング群1が取得され、時刻t2にトリガが発生するとサンプリング群2が取得され、時刻t3にトリガが発生するとサンプリング群3が取得される。同様に、時刻t4にトリガが発生するとサンプリング群4が取得され、時刻t5にトリガが発生するとサンプリング群5が取得される。 When the underground radar device moves in the direction of the arrow, a trigger is generated, and sampling operations for acquiring A-scope signals are performed continuously regardless of this trigger. That is, when a trigger occurs at time t1, sampling group 1 is acquired, when a trigger occurs at time t2, sampling group 2 is acquired, and when a trigger occurs at time t3, sampling group 3 is acquired. Similarly, when a trigger occurs at time t4, sampling group 4 is acquired, and when a trigger occurs at time t5, sampling group 5 is acquired.
そして、二点鎖線で示す「位置=2」のサンプリング群を中心にAスコープ信号を生成する。「位置=2」のサンプリングだけでAスコープ信号を生成できない場合は、周辺からデータを補間(または推定)する。図5では、破線で囲んで示すサンプリング点SP1とSP2のデータが欠損するので、周辺のサンプリング点からデータを補間または推定する。そして、各サンプリング点の位置情報をもとにAスコープ信号を再構成する。 Then, an A-scope signal is generated centered on the sampling group at "position 2," indicated by the two-dot chain line. If an A-scope signal cannot be generated using only the sampling at "position 2," data is interpolated (or estimated) from the surrounding areas. In Figure 5, data is missing from sampling points SP1 and SP2, indicated by the dashed line, so data is interpolated or estimated from the surrounding sampling points. The A-scope signal is then reconstructed based on the position information of each sampling point.
このように、サンプラー方式を用いる地中レーダ装置において、Aスコープ信号のサンプリングデータの1点ごとにレーダの移動と位置に関する情報を付与し、それをもとに所望の位置におけるAスコープ信号を再構成することによって、Aスコープのサンプリングデータ取得時間と、移動距離によるトリガ時間間隔の大小関係に依らず、欠損のない探査データ(Bスコープデータ)の生成が可能となる。
従って、本発明によれば、高速移動時のレーダ信号と探査位置の整合性を確保できる。
In this way, in an underground radar device using the sampler method, by adding information about the radar movement and position to each point of sampling data of the A-scope signal and reconstructing the A-scope signal at the desired position based on this information, it becomes possible to generate exploration data (B-scope data) without any loss, regardless of the relationship between the time for acquiring the A-scope sampling data and the length of the trigger time interval due to the movement distance.
Therefore, according to the present invention, it is possible to ensure consistency between the radar signal and the search position during high speed movement.
<変形例>
図6は、図1に示す地中レーダ装置の動作の変形例を示している。本変形例が上述した例と異なるのは、Aスコープのサンプリング群を、時間軸(深度軸)に対して時系列ではなくランダムに行う点にある。これは、サンプリング点の欠損が一律とならないようにすることで、補間部の精度低下を抑制するためである。
但し、一定の取得時間内において取得されるデータは、サンプリング点に対して一律とする。
<Modification>
Fig. 6 shows a modified example of the operation of the underground radar device shown in Fig. 1. This modified example differs from the above-mentioned example in that the A-scope sampling groups are performed randomly rather than in chronological order along the time axis (depth axis). This is to prevent a decrease in the accuracy of the interpolation unit by preventing the loss of sampling points from becoming uniform.
However, data acquired within a certain acquisition time is uniform for each sampling point.
すなわち、一点鎖線で囲んで示すように、Aスコープ(「時間=1」、「時間=2」、「時間=3」、…)のサンプリングを深度順ではなく、ランダムに実行する。そして、二点鎖線で囲んで示すように、「位置=2」のサンプリング点を中心にAスコープ信号を生成する。「位置=2」のサンプリングだけでAスコープを生成できない場合は、周辺からデータを補間(または推定)する。 That is, as shown by the dashed-dotted line, A-scope sampling ("Time = 1," "Time = 2," "Time = 3," ...) is performed randomly, rather than in depth order. Then, as shown by the dashed-dotted line, an A-scope signal is generated centered around the sampling point at "Position = 2." If an A-scope cannot be generated using only sampling at "Position = 2," data is interpolated (or estimated) from the surrounding area.
図6では、サンプリング点SP3とSP4のデータが欠損するので、周辺のサンプリング点からデータを補間または推定し、各サンプリング点の位置情報をもとにAスコープ信号を再構成する。
図示しないが、「位置=3」、「位置=4」のサンプリングもランダムに実行することで、データの欠損位置が分散し、補間位置が同じ深さに集中するのを抑制できる。これによって、補間性能を向上させることができる。
In FIG. 6, data is missing at sampling points SP3 and SP4, so data is interpolated or estimated from surrounding sampling points, and the A-scan signal is reconstructed based on the position information of each sampling point.
Although not shown, random sampling at "position = 3" and "position = 4" also distributes the positions of missing data, preventing interpolation positions from concentrating at the same depth. This improves interpolation performance.
[第2実施形態]
図7は、本発明の第2実施形態に係る地中レーダ装置の概略構成を示しており、サンプリング点の異なる複数系統の受信回路を設けたものである。処理装置10’は、位置情報処理部11、タイミング制御部12、相関処理部13-1、A/D処理部14-1、相関処理部13-2、A/D処理部14-2及び再構成処理部15等を備えている。具体的には、第1実施形態と同様に、例えば地中探査用のプログラムを搭載したパーソナルコンピュータで構成され、ユーザは計測結果を表示部16によって観察できるとともに、各種計測パラメータの設定、信号処理に関する条件設定、計測結果の表示のためのデータ処理方法の選択等を、入力部17の操作で指示可能になっている。
Second Embodiment
7 shows a schematic configuration of an underground radar device according to a second embodiment of the present invention, which includes multiple receiving circuits with different sampling points. The processing device 10' includes a position information processing unit 11, a timing control unit 12, a correlation processing unit 13-1, an A/D processing unit 14-1, a correlation processing unit 13-2, an A/D processing unit 14-2, and a reconstruction processing unit 15. Specifically, as in the first embodiment, the processing device 10' is configured with, for example, a personal computer running an underground exploration program. The user can observe the measurement results on the display unit 16, and can also operate the input unit 17 to set various measurement parameters, signal processing conditions, and select a data processing method for displaying the measurement results.
位置情報取得部18は、GPS受信機(あるいはエンコーダ)、速度計、加速度計等を備えており、測定点である探査位置を計測して位置情報として位置情報処理部11に出力する。位置情報処理部11は、この位置情報を処理してタイミング制御部12に出力する。タイミング制御部12は、Tx信号発生部19、Lo信号発生部(参照信号発生部)20-1、及びLo信号発生部(参照信号発生部)20-2の動作タイミングを、位置情報に基づいて制御する。 The position information acquisition unit 18 is equipped with a GPS receiver (or encoder), a speedometer, an accelerometer, etc., and measures the exploration position, which is the measurement point, and outputs the position information to the position information processing unit 11. The position information processing unit 11 processes this position information and outputs it to the timing control unit 12. The timing control unit 12 controls the operation timing of the Tx signal generation unit 19, Lo signal generation unit (reference signal generation unit) 20-1, and Lo signal generation unit (reference signal generation unit) 20-2 based on the position information.
Tx信号発生部19で発生された送信信号は、送信アンプ部21に入力されて増幅され、送信アンテナ22から地中に送信される。Tx信号発生部19、送信アンプ部21及び送信アンテナ22は、探査用の電磁波の送信機として働く。地中からの反射波は、受信アンテナ23で受信され、受信信号が受信アンプ部24で増幅される。受信アンテナ23と受信アンプ部24は、地中で反射した電磁波を受信する受信機の一部として機能する。 The transmission signal generated by the Tx signal generator 19 is input to the transmission amplifier 21, where it is amplified, and transmitted into the ground from the transmission antenna 22. The Tx signal generator 19, transmission amplifier 21, and transmission antenna 22 function as a transmitter of electromagnetic waves for exploration. Waves reflected from the ground are received by the receiving antenna 23, and the received signal is amplified by the receiving amplifier 24. The receiving antenna 23 and receiving amplifier 24 function as part of a receiver that receives electromagnetic waves reflected from the ground.
この受信アンプ部24で増幅された受信信号は、相関処理部13-1と相関処理部13-2に入力される。相関処理部13-1では、受信アンプ部24から入力された受信信号とLo信号発生部20-1から入力された参照信号との相関が取られる。相関処理部13-2では、受信アンプ部24から入力された受信信号とLo信号発生部20-2から入力された参照信号との相関が取られる。このように、本第2実施形態では、サンプリング点の異なる複数の受信系(第1、第2の処理経路)を設けている。 The received signal amplified by the receiving amplifier unit 24 is input to the correlation processing unit 13-1 and the correlation processing unit 13-2. The correlation processing unit 13-1 calculates the correlation between the received signal input from the receiving amplifier unit 24 and the reference signal input from the Lo signal generating unit 20-1. The correlation processing unit 13-2 calculates the correlation between the received signal input from the receiving amplifier unit 24 and the reference signal input from the Lo signal generating unit 20-2. In this way, in the second embodiment, multiple receiving systems (first and second processing paths) with different sampling points are provided.
相関処理部13-1の出力は、A/D処理部14-1に入力されてアナログ/デジタル変換され、サンプリング信号として再構成処理部15に入力される。また、相関処理部13-2の出力は、A/D処理部14-2に入力されてアナログ/デジタル変換され、サンプリング信号として再構成処理部15に入力される。再構成処理部15には、タイミング制御部12から出力される位置情報が入力されており、取得したサンプリング信号と位置情報を照合して再構成処理されたAスコープ信号が表示部16に表示されるようになっている。 The output of the correlation processing unit 13-1 is input to the A/D processing unit 14-1, where it is converted from analog to digital, and then input to the reconstruction processing unit 15 as a sampling signal. The output of the correlation processing unit 13-2 is input to the A/D processing unit 14-2, where it is converted from analog to digital, and then input to the reconstruction processing unit 15 as a sampling signal. The reconstruction processing unit 15 receives the position information output from the timing control unit 12, and the acquired sampling signal is compared with the position information to display the reconstructed A-scope signal on the display unit 16.
図8は、図7に示す地中レーダ装置の動作について説明するための模式図である。本第2実施形態では、深度が異なる2系統のサンプリング回路を設け、それぞれの系統のサンプリングを行っている。
このように、サンプリング回路を2経路有する地中レーダ装置においても、各サンプリングに位置情報を設けることで適切なデータ生成と再構成が可能となる。
Fig. 8 is a schematic diagram for explaining the operation of the underground radar device shown in Fig. 7. In the second embodiment, two sampling circuits for different depths are provided, and sampling is performed for each of the two systems.
In this way, even in an underground radar device having two paths of sampling circuits, by providing position information for each sampling, appropriate data generation and reconstruction becomes possible.
本第2実施形態によれば、高速移動時のレーダ信号と探査位置の整合性を確保できるだけでなく、Aスコープのサンプリングデータ取得時間と、移動距離によるトリガ時間間隔の大小関係に依らず、欠損のない探査データ(Bスコープデータ)の生成が可能となる。
なお、系統ごとサンプリング点の分割は、時間軸(深度軸)でまとまって分割されてもよいし、交互にずらした分割としてもよい。
According to the second embodiment, not only can the consistency between the radar signal and the search position be ensured during high-speed movement, but it is also possible to generate search data (B-scope data) without any loss, regardless of the time required to acquire A-scope sampling data and the length of the trigger time interval due to the movement distance.
The division of the sampling points for each system may be performed in a group on the time axis (depth axis), or may be performed in an alternating manner.
以上の第1、第2実施形態と変形例で説明された回路構成や動作手順等については、本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものに過ぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。 The circuit configurations, operating procedures, etc. described in the first and second embodiments and variations above are merely schematic diagrams intended to enable the present invention to be understood and implemented. Therefore, the present invention is not limited to the described embodiments, and can be modified in various forms without departing from the scope of the technical concept set forth in the claims.
10,10’…処理装置、11…位置情報処理部、12…タイミング制御部、13,13-1,13-2…相関処理部、14,14-1,14-2…A/D処理部、15…再構成処理部、16…表示部、17…入力部、18…位置情報取得部、19…Tx信号発生部、20,20-1,20-2…Lo信号発生部(参照信号発生部)、21…送信アンプ部、22…送信アンテナ、23…受信アンテナ、24…受信アンプ部 10, 10'... Processing device, 11... Position information processing unit, 12... Timing control unit, 13, 13-1, 13-2... Correlation processing unit, 14, 14-1, 14-2... A/D processing unit, 15... Reconstruction processing unit, 16... Display unit, 17... Input unit, 18... Position information acquisition unit, 19... Tx signal generation unit, 20, 20-1, 20-2... Lo signal generation unit (reference signal generation unit), 21... Transmitting amplifier unit, 22... Transmitting antenna, 23... Receiving antenna, 24... Receiving amplifier unit
Claims (5)
前記処理装置は、位置情報をトリガにして前記受信機からAスコープ信号をランダムにサンプリングし、サンプリングした各データに対して位置情報を付与し、これら位置情報をもとにAスコープ信号を再構成する、ことを特徴とする地中レーダ装置。 The system comprises a transmitter that transmits electromagnetic waves for exploration into the ground, a receiver that receives the electromagnetic waves reflected from the ground, and a processing device that processes an A-scope signal output from the receiver,
The processing device is characterized in that it randomly samples the A-scope signal from the receiver using position information as a trigger , assigns position information to each sampled data, and reconstructs the A-scope signal based on this position information.
前記処理装置は、位置情報をトリガにして前記受信機からAスコープ信号を所定の時間間隔で時系列にサンプリングし、サンプリングした各データに対して位置情報を付与し、これら位置情報をもとにAスコープ信号を再構成し、
前記処理装置は、前記位置情報をトリガにしたサンプリングが終了する前に、次の位置情報によるAスコープ信号取得のトリガが発生した場合に、欠損したサンプリングデータを周辺のサンプリングデータから補間または推定する、ことを特徴とする地中レーダ装置。 The system comprises a transmitter that transmits electromagnetic waves for exploration into the ground, a receiver that receives the electromagnetic waves reflected from the ground, and a processing device that processes an A-scope signal output from the receiver,
The processing device samples the A-scope signal from the receiver in time series at predetermined time intervals using the position information as a trigger , assigns position information to each sampled data, and reconstructs the A-scope signal based on this position information;
The processing device is characterized in that, when a trigger for A-scope signal acquisition based on the next position information occurs before the sampling triggered by the position information is completed, the processing device interpolates or estimates the missing sampling data from surrounding sampling data .
前記送信機及び前記参照信号発生部の動作タイミングを、位置情報に基づいて制御するタイミング制御部とを更に備え、
前記処理装置は、前記受信機からのAスコープ信号と前記参照信号発生部からの参照信号との相関を処理する相関処理部と、この相関処理部の出力信号をアナログ/デジタル変換するA/D処理部と、このA/D処理部から出力されるサンプリング信号と前記タイミング制御部から出力されるタイミング信号とに基づいて、前記Aスコープ信号を再構成する再構成処理部とを備える、ことを特徴とする請求項1に記載の地中レーダ装置。 a reference signal generating unit that generates a reference signal corresponding to the electromagnetic wave for exploration;
a timing control unit that controls operation timings of the transmitter and the reference signal generation unit based on position information,
2. The underground radar device according to claim 1, wherein the processing device comprises: a correlation processing unit that processes the correlation between the A-scope signal from the receiver and the reference signal from the reference signal generating unit; an A/D processing unit that performs analog/digital conversion on an output signal of the correlation processing unit; and a reconstruction processing unit that reconstructs the A-scope signal based on the sampling signal output from the A/D processing unit and the timing signal output from the timing control unit.
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| Title |
|---|
| 小林 允、中野 和司,地中レーダ受信信号のノイズ解析とその除去手法,電気学会論文誌D,Vol.132, No.6 ,2012年,pp.631-641 |
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