【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、地中埋設物を地上か
ら探査する地中埋設物探査レーダに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an underground buried object detection radar for detecting an underground buried object from the ground.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、地中の埋設物を探査する方法とし
て各種の方法が提案されているが、基本的には電磁波ま
たは超音波等のパルス波を地中に放射し、埋設物から反
射されてきた反射波を検出する方法によっている。2. Description of the Related Art Conventionally, various methods have been proposed as a method for exploring a buried object in the ground, but basically, a pulse wave such as an electromagnetic wave or an ultrasonic wave is radiated into the ground and reflected from the buried object. It depends on the method of detecting the reflected wave.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な従来の方法はアンテナから放射される電磁波の偏波方
向が固定されているため、埋設物の埋設方向と偏波方向
が異なっている場合は反射波が弱く、場合によっては検
出できないこともあるという課題があった。However, in such a conventional method, since the polarization direction of the electromagnetic wave radiated from the antenna is fixed, if the buried direction of the buried object is different from the polarization direction, the reflected light is reflected. There was a problem that the waves were weak and could not be detected in some cases.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】このよう課題を解決する
ため第１の発明は、アンテナ外のある点を中心としてそ
れぞれの偏波方向が互いに１２０席をなす位置に配設し
た第１〜第３の３つのアンテナエレメントとを設けて、
第１のアンテナエレメントから送信した電波の反射波を
第３のアンテナエレメントで受信して得られる第１の検
出成分と、第３のアンテナエレメントから送信した雷波
の反射波を第１のアンテナエレメントで受信して得られ
る第２の検出成分と、第２のアンテナエレメントから送
信した電波の反射波を第１のアンテナエレメントで受信
して得られる第３の検出成分とをそれぞれ検出し、これ
ら第１〜第３の検出成分に基づき、所定の座標系上の直
交するｘ，ｙ軸のうち、ｘ軸方向偏波の電波を送信した
場合にその反射波から得らわるｘ軸方向偏波の成分を示
すｘｘ検出成分と、ｘ軸方向偏波の電波を送信した場合
にその反射波から得られるｙ軸方向偏波の成分を示すｘ
ｙ検出成分と、ｙ軸方向偏波の電波を送信した場合にそ
の反射波から得られるｘ軸方向偏波の成分を示すｙｘ検
出成分と、ｙ軸方向偏波の電波を送信した場合にその反
射波から得られるｙ軸方向偏波の成分を示すｙｙ検出成
分とを散乱行列として出力するようにしたものである。
また第２の発明は第１の発明によって所定の座標系にて
求めたｘｘ，ｘｙ，ｙｘ，ｙｙの各検出成分からなる散
乱行列を任意の角度だけ回転させた成分を求めて、座標
系から所定角度だけ軸が回転した新たな座標系における
ｘｘ，ｘｙ，ｙｘ，ｙｙの各検出成分として出力するよ
うにしたものである。In order to solve the above-mentioned problems, the first aspect of the present inventionfocuses on a point outside the antenna.
Each polarization direction is placed at 120 seats with each other.
And first to third three antenna elements,
The reflected wave of the radio wave transmitted from the first antenna element
The first detection obtained by reception by the third antenna element
Outgoing component and lightning waves transmitted from the third antenna element
Received by the first antenna element
And a second detection component transmitted from the second antenna element.
The reflected wave of the received radio wave is received by the first antenna element
And a third detection component obtained by
Based on the first to third detection components,
Of the intersecting x- and y-axes, radio waves of x-axis polarization were transmitted
In this case, the component of the x-axis polarization obtained from the reflected wave is shown.
Xx detection component and x-axis polarized wave transmitted
X represents the y-axis polarization component obtained from the reflected wave
When the y-detection component and the y-polarized radio wave are transmitted,
Yx detection showing the component of the x-axis polarization obtained from the reflected wave of
Outgoing component and its counterpart when transmitting y-axis polarized waves.
Yy detection component indicating the component of y-axis polarization obtained from the radiation
Is output as a scattering matrix .
The second invention is based onthe first invention and uses apredetermined coordinate system.
The scatter consisting of the detected components xx, xy, yx, and yy
Find the component obtained by rotating the random matrix by an arbitrary angle, and calculate the coordinates
In a new coordinate system whose axis is rotated by a predetermined angle from the system
xx, xy, yx, yy
Thosewere Unishi.
【０００５】[0005]
【作用】アンテナが１２０度ずつ異なった方向を向いて
おり、使用されるアンテナが順次切換えられるので偏波
方向が刻々と変更し、第１の発明は得られるデータから
ｘｘ，ｘｙ，ｙｘ，ｙｙ検出成分からなる散乱行列を求
めているので、１回の検出測定で特定の異なる方向成分
を持つ埋設物をそれぞれ一括して感度良く検出でき、第
２の発明は第１の発明で得られた散乱行列の座標軸を回
転させたので、新たに検出測定することなく任意の座標
系上にて特定の方向成分を持つ埋設物を感度良く検出で
きる。[Action] antennas faces a different direction by 120 degrees, the polarization direction since the antenna is sequentially switched to be used every second change,from the data first invention isobtained
Find a scattering matrix composed of xx, xy, yx, yy detection components
So that a single detection measurement can specify
In the second invention, since the coordinate axes of the scattering matrix obtained in the first invention are rotated, the coordinate axes canbe detected without newly detecting and measuring.
Buried objects with specific direction components can be detected with high sensitivity on the system
I can .
【０００６】[0006]
【実施例】図１はこの装置に使用するアンテナの構成を
示す平面図である。図において１〜３は三角状の金属板
をエレメントとし、その頂点を対向させることで構成し
たダイポールアンテナであり、それぞれのダイポールア
ンテナは矢印で示す偏波面を有し、アンテナ外の点Ａを
中心としてその偏波面が図のように１２０度ずつずらせ
て回転した状態で配設されている。FIG. 1 is a plan view showing the configuration of an antenna used in this device. In the figures, reference numerals 1 to 3 denote dipole antennas each having a triangular metal plate as an element and having their vertexes opposed to each other. Each dipole antenna has a polarization plane indicated by an arrow, and is centered on a point A outside the antenna. As shown in the figure, the plane of polarization is rotated and shifted by 120 degrees.
【０００７】図２はこのアンテナを介して電波を送受信
するレーダ装置である。図において１１はロータリーエ
ンコーダであり、所定距離走行する度に図３（ａ）に示
すような距離パルスを発生するようになっている。１２
は全体の制御を行うレーダコントローラ、１３は電波を
送信する送波回路、１４は地中からの反射波を復調する
受波回路、１５はレーダコントローラ１２と受波回路１
４の双方から供給された信号をもとに所定の信号処理を
行い地中埋設物に関する情報を収集する信号処理器、１
６はアンテナ１〜３のうち、後述する方法で一つを送波
回路１３に、他の一つを受波回路１４に接続する偏波切
換回路、１７は車輪である。FIG. 2 shows a radar device for transmitting and receiving radio waves via this antenna. In the figure, reference numeral 11 denotes a rotary encoder which generates a distance pulse as shown in FIG. 3A every time the vehicle travels a predetermined distance. 12
Is a radar controller for controlling the whole, 13 is a transmitting circuit for transmitting radio waves, 14 is a receiving circuit for demodulating a reflected wave from the ground, 15 is a radar controller 12 and a receiving circuit 1
A signal processor for performing predetermined signal processing on the basis of signals supplied from both of them to collect information on underground objects;
Reference numeral 6 denotes a polarization switching circuit that connects one of the antennas 1 to 3 to the transmitting circuit 13 and the other to the receiving circuit 14 by a method described later, and 17 denotes a wheel.
【０００８】このように構成された装置の動作は次の通
りである。この装置の走行に伴い、車輪１７に取り付け
たロータリーエンコーダ１１が図３（ａ）に示すような
距離パルスを発生する。距離パルスはレーダコントロー
ラ１２に供給されその周期Ｔがある値より長い条件のも
とに、その周期の間に第２図（ｂ）に示すように３つの
偏波切換用パルスを順次発生させる。このパルスは偏波
切換回路１６に供給され、偏波切換回路１６は第１表に
示すように、アンテナ１〜３のうち２つのアンテナを順
次選択し、一つを受信用、他の一つを送信用とする。[0008] The operation of the device configured as described above is as follows. As the device travels, the rotary encoder 11 attached to the wheel 17 generates a distance pulse as shown in FIG. The distance pulse is supplied to the radar controller 12, and under the condition that the period T is longer than a certain value, three polarization switching pulses are sequentially generated during the period as shown in FIG. 2 (b). This pulse is supplied to the polarization switching circuit 16, and the polarization switching circuit 16 sequentially selects two antennas from among the antennas 1 to 3, receives one, and receives the other one as shown in Table 1. For transmission.
【０００９】[0009]
【表１】表１において送信用および受信用アンテナは相互に逆に
なっても良い。また、送信用に用いなかった他の２つの
アンテナを同時に用いてその２つの信号を合成しても良
い。[Table 1] In Table 1, the transmitting and receiving antennas may be reversed. Alternatively, the other two antennas not used for transmission may be simultaneously used to combine the two signals.
【００１０】したがって切換パルスが発生する都度、送
信アンテナと受信アンテナが切換えられる。そしてレー
ダコントローラ１２は切換パルスが発生してから所定時
間だけ図３（ｃ）に示すように送波回路１３を制御して
電波を送信させる。そして電波の送信と同時に受波回路
１４を制御して、所定時間だけ受波回路１４を動作させ
る。この送信および受信の時間は次の切換パルスが発生
するまでの時間より短く設定されている。Therefore, each time a switching pulse is generated, the transmitting antenna and the receiving antenna are switched. Then, the radar controller 12 controls the transmission circuit 13 for a predetermined time after the generation of the switching pulse, as shown in FIG. Then, the receiving circuit 14 is controlled simultaneously with the transmission of the radio wave, and the receiving circuit 14 is operated for a predetermined time. The transmission and reception times are set shorter than the time until the next switching pulse is generated.
【００１１】このように送信の偏波が１２０度おきに回
転し、受信の偏波もこれと１２０度の位相差をもって１
２０度おきに回転するので、あらゆる方向に電波が送出
されまたあらゆる方向から反射波が受信されることにな
る。したがって、従来のものは偏波方向が固定されてい
たので埋設方向によっては検出が難しい場合があった
が、この装置は偏波方向が刻々と変わるので、どのよう
な埋設方向の埋設物でも検出することができる。As described above, the transmission polarization rotates every 120 degrees, and the reception polarization also has a phase difference of 120 degrees from this.
Since the motor rotates every 20 degrees, radio waves are transmitted in all directions and reflected waves are received from all directions. Therefore, in the conventional device, the polarization direction was fixed, so it was sometimes difficult to detect depending on the buried direction.However, this device detects the buried object in any buried direction because the polarization direction changes every moment. can do.
【００１２】受波回路１４で復調された信号とロータリ
ーエンコーダ１１からの距離パルスは信号処理器１５に
供給され、距離に対応する埋設物の情報が検出される。
このように受信アンテナから得られる信号をそのまま利
用しても、偏波方向が回転するので所望の目的を達成す
ることができるが、所定座標系上の直交するｘ，ｙ軸に
ついて、送信する電波の偏波方向とその反射波を検出す
る場合の偏波方向とを組み合わせた後述する４つの検出
成分Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２からなる行列を散
乱行列と定義し、実際に受信アンテナから得られた信号
に基づいて信号処理器１５にて散乱行列を求めることに
よって、受信アンテナの方向とは異なる埋設方向の埋設
物を効率良く検出可能とした点が本願の要旨である。The signal demodulated by the wave receiving circuit 14 and the distance pulse from the rotary encoder 11 are supplied to a signal processor 15, and information on an embedded object corresponding to the distance is detected.
Thus, even if the signal obtained from the receiving antenna is used as it is, the desired purpose can be achieved because the polarization direction rotates, butthe orthogonal x and y axes on the predetermined coordinate system can be achieved.
The direction of polarization of the transmitted radio wave and its reflected wave.
Detection described later combining the polarization direction when
Amatrix composed ofcomponents S11, S12, S21and S22is scattered.
Defined as a random matrix, the signal actually obtained from the receiving antenna
To calculate the scattering matrix in the signal processor 15 based on
Therefore, embedding in a different embedding direction from the direction of the receiving antenna
The gist of the present applicationis that an object can be detected efficiently .
【００１３】地表面に直交するｘ，ｙ軸を想定するとレ
ーダの送信および受信信号は次の散乱行列の関係にあ
る。なお以下に記載する式中で、アンダーラインを付し
たものは行列、アンダーラインの付していないものはス
カラ量を表している（本来、行列はアンダーラインでは
表さないが、電子出願の書式との関係で変則的であるは
がアンダーラインを付して記載する）。Assuming the x and y axes orthogonal to the ground surface, the transmitted and received signals of the radar have the following scattering matrix relationship. In the formulas described below, the underlined expression indicates a matrix, and the non-underlined expression indicates a scalar quantity. (Originally, a matrix is not represented by an underline. Although it is anomalous in relation to, it is described with an underline.)
【００１４】Ｓ ＝Ｓij（ｔ）・・・・・・・・・・・・・・・（１） ここで、ｉ，ｊはｘまたはｙ方向の成分であり、（１）
式は（２）式のように展開できる。S =Sij (t) (1) where i and j are components in the x or y direction, and (1)
The expression can be expanded as in expression (2).
【００１５】[0015]
【数１】ここでＳ１１はｘ方向偏波の電波を出しｘ方向偏波の反
射波を検出した成分（ｘｘ検出成分）、Ｓ１２はｘ方向
偏波の電波を出しｙ方向偏波の反射波を検出した成分
（ｘｙ検出成分）、Ｓ２１はｙ方向偏波の電波を出しｘ
方向偏波の反射波を検出した成分（ｙｘ検出成分）、Ｓ
２２はｙ方向偏波の電波を出しｙ方向偏波の反射波を検
出した成分（ｙｙ検出成分）である。(Equation 1) Here S11 the component detected reflected wave in the x direction polarization emitting radio waves in the x-direction polarization(xx detection component), S12 is detecting the reflected waves in the y direction polarization emitting radio waves in the x-direction polarization Ingredients
(Xy detectioncomponent), S 21 issues aconductive wavesin the y direction polarization x
A component(yx detection component) that detects a reflected wave of directional polarization, S
Reference numeral22 denotes a component(yy detection component) that emits a y-polarized wave and detects a reflected wave of the y-polarization.
【００１６】このＳ１１からＳ２２の成分はレーダ受信
信号から求める必要がある。煩雑になるのでその誘導課
程の記載は省略するが、結論としてモード１、２、３に
おけるレーダ受信信号をそれぞれｆ１（ｔ）（第１の検
出成分）、ｆ２（ｔ）（第２の検出成分）、ｆ３（ｔ）
（第３の検出成分）とすると信号処理器１５によって
（３）式から（６）式の演算を行えば良い。 Ｓ１１（ｔ）＝−｛ｆ１（ｔ）＋ｆ３（ｔ）｝・・・・・・・・・・・ （３） Ｓ１２（ｔ）＝−｛ｆ１（ｔ）＋４ｆ２（ｔ）＋ｆ３（ｔ）｝／３・・ （４） Ｓ２１（ｔ）＝Ｓ１２（ｔ）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ （５） Ｓ２２（ｔ）＝｛ｆ１（ｔ）−ｆ３（ｔ）｝／３１／２・・・・・・・・（６）The componentsS 22 from theS 11, it is necessary to determine from the radar received signals. Although the description of the guidance process is omitted because it becomes complicated, the radar reception signals in modes 1, 2, and 3 are concluded as f1 (t)(first detection
Outgoing component) , f2 (t)(second detection component) , f3 (t)
Assuming that (third detection component) , the signal processor 15 may calculate the expressions (3) to (6). S11 (t) = − ｛f1 (t) + f3 (t)｝ (3) S12 (t) = − ｛f1 (t) + 4f2 (t ) + F3 (t)｝ / 3 (4) S21 (t) = S12 (t) (5) S22 ( t) = {f1 (t) −f3 (t)} / 31/2 (6)
【００１７】このようにして求められた散乱行列の各成
分のうち送信と受信電波の偏波方向が同じであるＳ１１
（ｔ）、Ｓ２２（ｔ）は地中において埋設物がそれぞれ
ｘ軸、ｙ軸とほぼ平行する方向成分を有する埋設管のよ
うなものの測定に適している。また、送信と受信電波の
偏波方向が直交するＳ１２（ｔ）、Ｓ２１（ｔ）は地中
における埋設物がｘ軸と４５゜、１３５゜の方向成分を
有する埋設管のようなものの測定に適している。[0017] S11 the polarization direction of the received radio wave transmission of the respective components of the thus the obtained scattering matrix is the same
(T), S 22 (t ) is buried object in the ground,each
A buried pipe having a direction component substantially parallel to the x-axis and y-axis
Suitable for measurement ofstuff . S12 (t) and S21 (t), in which the transmission and reception radio waves have orthogonal polarization directions, indicate that the buried object in the ground has thex-axis and 45 ° and 135 ° directional components.
It is suitable for measuringsuch things as buried pipes .
【００１８】埋設管を調査する場合、埋設管はどのよう
な方向に埋設されているか不定であり、例えば送信電波
の偏波方向と埋設管の埋設方向が直交するような状態で
は送信された電波が埋設管から反射しないので、反射波
を検出することができない。また、送信電波の偏波方向
と埋設管の埋設方向が平行な場合、受信電波の偏波方向
が電波受信方向が反射波と直交するのでやはり反射波を
検出することができない。このためには電波の偏波方向
と埋設管の埋設方向を４５度に保てば受信レベルは最大
値が得られることになる。When investigating a buried pipe, the direction in which the buried pipe is buried is unknown. For example, if the direction of polarization of the transmitted radio wave is orthogonal to the buried direction of the buried pipe, the transmitted radio wave Does not reflect from the buried pipe, so that reflected waves cannot be detected. Further, when the polarization direction of the transmission radio wave is parallel to the embedding direction of the buried tube, the reflected wave cannot be detected because the polarization direction of the received radio wave is orthogonal to the radio wave reception direction. For this purpose, if the polarization direction of the radio wave and the burying direction of the buried pipe are maintained at 45 degrees, the maximum reception level can be obtained.
【００１９】このためには散乱行列を座標変換させれば
良い。すなわち、（７）式の演算をすれば良い。For this purpose, the scattering matrix may be subjected to coordinate transformation. That is, the calculation of the equation (7) may be performed.
【数２】(Equation 2)
【００２０】このように、受信した散乱ベクトルデータ
を任意の角度θだけ回転させたデータを得ることによっ
て埋設管の埋設方向に関わらず受信データを得ることが
できる。従って測定するときは埋設管の埋設方向を考慮
すること無く受信データを収集し、解析時に角度θを変
えながら得られる信号が最大となるような角度を探せ
ば、Ｓ／Ｎ比の良い信号を得られる。As described above, by obtaining the data obtained by rotating the received scattering vector data by an arbitrary angle θ, the received data can be obtained regardless of the embedding direction of the embedding pipe. Therefore, when measuring, collect the received data without considering the burial direction of the buried pipe, and search for an angle that maximizes the signal obtained while changing the angle θ during analysis, to obtain a signal with a good S / N ratio. can get.
【００２１】図４は以上の処理をコンピュータで行うと
きの動作を示すフローチャートである。図４において、
ステップ１００においてデータを入力し、ステップ１０
１において、式（３）〜（６）による散乱行列Ｓの計算
を行い、ステップ１０２において式（７）における角度
θだけ回転した座標系での散乱行列Ｓ（θ）の計算を行
う。そしてステップ１０３においてその処理結果を標示
し、それで十分な場合はステップ１０４において終了処
理が行われる。しかし、それでは不十分な場合は終了処
理は行われず、ステップ１０５において新たな角度θが
入力され、再びステップ１０２以後の処理が行われる。FIG. 4 is a flowchart showing the operation when the above processing is performed by a computer. In FIG.
In step 100, data is input, and in step 10
In step 1, the scattering matrixS is calculated according to the equations (3) to (6). In step 102, the scattering matrixS (θ) in the coordinate system rotated by the angle θ in the equation (7) is calculated. Then, in step 103, the processing result is indicated, and if that is sufficient, termination processing is performed in step 104. However, if that is not enough, the end processing is not performed, a new angle θ is input in step 105, and the processing after step 102 is performed again.
【００２２】[0022]
【発明の効果】以上説明したようにこの発明は、１２０
度ずつずらせて回転させた３つのアンテナエレメントの
２つを順次選択して電波の送受信を行ったので、送信お
よび受信される電波の偏波面は刻々変わり、このデータ
に基づいて第１の発明は得られるデータから散乱行列要
素を求めているので、１回の検出測定で特定の界なる方
向成分を持つ埋設物をそれぞれ一括して感度良く検出で
き、第２の発明は第１の発明で得られた散乱行列の座標
軸を回転させたので、新たに検出測定することなく任意
の座標系上にて特定の方向成分を持つ埋設物を感度良く
検出できるという効果を有する。As described above, according to the present invention, 120
Since the radio waves are transmitted and received by sequentially selecting two of the three antenna elements rotated by degrees, the polarization plane of the transmitted and received radio waves changes every moment. Since the scattering matrix element is obtained from the obtained data, the specific field can be determined by one detection measurement.
Buried objects with directional components can be detected together with high sensitivity.
In the second invention, the coordinate axes of the scattering matrix obtained in the first invention are rotated, sothat any
Buried object with a specific direction component on the coordinate system
This has the effect of beingdetectable .
【図１】本発明に使用するアンテナの平面図FIG. 1 is a plan view of an antenna used in the present invention.
【図２】本装置の一実施例を示すブロック図FIG. 2 is a block diagram showing one embodiment of the present apparatus.
【図３】図２の装置の各部波形図FIG. 3 is a waveform diagram of each part of the apparatus of FIG. 2;
【図４】計算をＣＰＵで行うときの処理を示すフローチ
ャートFIG. 4 is a flowchart showing processing when calculation is performed by a CPU;
１１ ロータリーエンコーダ １２ レーダコントローラ １３ 送波回路 １４ 受波回路 １５ 信号処理器 １６ 偏波切換回路 １７ 車輪 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Rotary encoder 12 Radar controller 13 Transmitting circuit 14 Receiving circuit 15 Signal processor 16 Polarization switching circuit 17 Wheel
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小西 益生 岡山県玉野市３丁目１番１号 三井造船 株式会社玉野事業所内 (56)参考文献 特開 昭61−90070（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−180170（ＪＰ，Ａ) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (72) Inventor Masio Konishi 3-1-1, Tamano-shi, Okayama Mitsui Engineering & Shipbuilding Co., Ltd. Tamano Works (56) References JP-A-61-90070 (JP, A) JP-A Sho 61-180170 (JP, A)
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| JP3201147AJP2649879B2 (en) | 1991-07-17 | 1991-07-17 | Underground exploration radar |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP3201147AJP2649879B2 (en) | 1991-07-17 | 1991-07-17 | Underground exploration radar |
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|---|---|
| JPH0527024A JPH0527024A (en) | 1993-02-05 |
| JP2649879B2true JP2649879B2 (en) | 1997-09-03 |
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