(57)【要約】本発明に係る調査方法は、複数の発震器の夫々において、所定の周期で同一のパターンを繰り返す搬送波を、前記所定の周期の１／ｍ倍（ｍは自然数）であって、夫々の前記発震器ごとに異なる周期の変調信号で振幅変調することにより第１振幅変調信号を生成する工程と、第１振幅変調信号に基づく震動波を送出する工程と、一以上の受信器において、複数の発震器のいずれか１つが生成する第１振幅変調信号と同一の第２振幅変調信号を生成する工程と、一以上の受信器の夫々において、複数の発震器が発生した複数の震動波が合成された合成震動波を受信して受信信号を生成する工程と、受信信号と第２振幅変調信号との相関値を算出する工程と、相関値に基づいて媒質の特性を解析する工程と、を有する。【選択図】図２
2016170676.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒質に震動波を送出する複数の発震器と、前記複数の発震器が発生した複数の前記震動波を、前記媒質を介して受信する一以上の受信器と、を用いて前記媒質を調査する方法であって、
前記複数の発震器の夫々において、所定の周期で同一のパターンを繰り返す搬送波を、前記所定の周期の１／ｍ倍（ｍは自然数）であって、夫々の前記発震器ごとに異なる周期の変調信号で振幅変調することにより第１振幅変調信号を生成する工程と、
前記第１振幅変調信号に基づく前記震動波を送出する工程と、
前記一以上の受信器において、前記複数の発震器のいずれか１つが生成する前記第１振幅変調信号と同一の第２振幅変調信号を生成する工程と、
前記一以上の受信器の夫々において、前記複数の発震器が発生した複数の前記震動波が合成された合成震動波を受信して受信信号を生成する工程と、
前記受信信号と前記第２振幅変調信号との相関値を算出する工程と、
前記相関値に基づいて、前記媒質の特性を解析する工程と、
を有することを特徴とする、調査方法。
【請求項２】
前記震動波を送出する工程において、疑似ランダム信号に基づいて前記搬送波を生成することを特徴とする、
請求項１に記載の調査方法。
【請求項３】
前記震動波を送出する工程において、時間の経過とともに振幅が変化するスイープ信号に基づいて前記搬送波を生成することを特徴とする、
請求項１に記載の調査方法。
【請求項４】
前記所定の周期は、前記発震器から前記受信器までの伝搬遅延時間よりも長いことを特徴とする、
請求項１から３のいずれか１項に記載の調査方法。
【請求項５】
媒質に震動波を送出する発震器であって、
所定の周期で同一のパターンを繰り返す搬送波を生成する搬送波生成部と、
前記所定の周期の１／ｍ倍（ｍは自然数）の周期の変調信号を生成する変調信号生成部と、
前記変調信号により前記搬送波を振幅変調した第１振幅変調信号を生成する第１変調部と、
前記第１振幅変調信号に基づいて前記震動波を発生する震動波発生部と、
を有することを特徴とする発震器。
【請求項６】
媒質に震動波を送出する複数の発震器と、前記媒質を介して前記複数の発震器が発生した複数の前記震動波が合成された合成震動波を受信する一以上の受信器と、前記一以上の受信器が受信した前記合成震動波に基づく受信信号を解析する信号解析装置と、を備える調査システムであって、
前記複数の発震器の夫々は、
所定の周期で同一のパターンを繰り返す第１搬送波を生成する第１搬送波生成部と、
前記所定の周期の１／ｍ倍（ｍは自然数）の周期の第１変調信号を生成する第１変調信号生成部と、
前記第１変調信号により前記第１搬送波を振幅変調した第１振幅変調信号を生成する第１変調部と、
前記第１振幅変調信号に基づいて前記震動波を発生する震動波発生部と、
を有し、
前記信号解析装置は、
前記第１搬送波生成部が生成する前記第１搬送波と同一の第２搬送波を生成する第２搬送波生成部と、
前記複数の発震器の前記第１変調信号生成部が生成する前記第１変調信号の少なくとも一つと同一の一以上の第２変調信号を生成する第２変調信号生成部と、
前記一以上の第２変調信号により前記搬送波を振幅変調した一以上の第２振幅変調信号を生成する第２変調部と、
前記受信信号と前記一以上の第２振幅変調信号との相関値を算出する算出部と、
前記算出部が算出した前記相関値に基づいて前記媒質の特性を解析する解析部と、
を有することを特徴とする、調査システム。
【請求項７】
前記第２変調部は、夫々周期が異なる複数の第２振幅変調信号を生成し、
前記信号解析装置は、前記第２変調部が生成する前記第２振幅変調信号から前記一以上の第２振幅変調信号を選択する制御部を有し、
前記算出部は、前記受信信号と前記制御部が選択した前記一以上の第２振幅変調信号との相関値を算出することを特徴とする、
請求項６に記載の調査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、媒質の特性を調査する方法、媒質の特性の調査に用いられる発震器、及び媒質の特性を調査するための調査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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することにより、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成された合成震動波から、特定の震動波が分離される。【０００３】
このような手法では、震源の送信エネルギーがダイナマイトなどの震源に比較して小さいため、背景のランダムなノイズと震源からの信号とを区別するため、複数回、同一信号を送受信する、いわゆるスタックと呼ばれる処理が用いられる。このような用途では、長時間の測定時間を要するため、特許文献１のような、複数の震源から同時に震動波を出力する技術は、作業の合理化のため、有望視されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１６３３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の方法においては、受信器が、発震器が使用する疑似ランダムコード信号と同一の疑似ランダムコード信号と、媒質を介して複数の発震器から受信する震動波が合成された合成震動波に基づく受信信号との間の相関値を算出することにより、受信信号に含まれている、所望の発震器から送出された震動波の成分を特定する。受信器は、異なるパターンの疑似ランダムコード信号間の相互相関値は、同一の疑似ランダムコード信号間の自己相関値に比べて小さいという性質を利用することにより、受信した受信信号から、特定の発震器から送出された震動波に対応する受信信号を分離することができる。疑似ランダムコード信号は、疑似ランダムコードの符号を正弦波の位相で表現したもので、疑似ランダムコードの符号０及び符号１は、夫々０から３６０度の正弦波、−１８０から１８０度の正弦波で表現される。【０００６】
しかし、地震探査にこの技術を適用すると、パターンによる疑似ランダムコード信号の弁別が十分にできないことが判明した。相互相関値には、自己相関値のピーク値に対して２〜３％程度の大きさのノイズが含まれているなどの要因が考えられる。このため、このような手法を用いる場合、複数の発震器を用意しても、同時に発震波を出力することは困難であり、すべての発震器からの信号を受信しようとすると、長い測定時間が必要となるため、高いＳ／Ｎ比を得ることが難しいという問題があった。【０００７】
そこで、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送出される震動波を用い、受信された信号の弁別を高精度で行えるようにすることで、媒質調査の精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様に係る調査方法は、媒質に震動波を送出する複数の発震器と、前記複数の発震器が発生した複数の前記震動波を、前記媒質を介して受信する一以上の受信器と、を用いて前記媒質を調査する方法であって、前記複数の発震器の夫々において、所定の周期で同一のパターンを繰り返す搬送波を、前記所定の周期の１／ｍ倍（ｍは自然数）であって、夫々の前記発震器ごとに異なる周期の変調信号で振幅変調することにより第１振幅変調信号を生成する工程と、前記第１振幅変調信号に基づく前記震動波を送出する工程と、前記一以上の受信器において、前記複数の発震器のいずれか１つが生成する前記第１振幅変調信号と同一の第２振幅変調信号を生成する工程と、前記一以上の受信器の夫々において、前記複数の発震器が発生した複数の前記震動波が合成された合成震動波を受信して受信信号を生成する工程と、前記受信信号と前記第２振幅変調信号との相関値を算出する工程と、前記相関値に基づいて、前記媒質の特性を解析する工程と、を有する。【０００９】
前記震動波を送出する工程においては、例えば、疑似ランダム信号に基づいて前記搬送波を生成する。前記震動波を送出する工程において、時間の経過とともに振幅が変化するスイープ信号に基づいて前記搬送波を生成してもよい。前記所定の周期は、例えば、前記発震器から前記受信器までの伝搬遅延時間よりも長い。このように所定の周期が設定されることで、確実に伝搬の終了を検知することができ、同一波形の送信信号を繰り返し送信しても、受信された信号の順番を確実に弁別することができる。【００１０】
本発明の第２の態様に係る発震器は、媒質に震動波を送出する発震器であって、所定の周期で同一のパターンを繰り返す搬送波を生成する搬送波生成部と、前記所定の周期の１／ｍ倍（ｍは自然数）の周期の変調信号を生成する変調信号生成部と、前記変調信号により前記搬送波を振幅変調した第１振幅変調信号を生成する第１変調部と、前記第１振幅変調信号に基づいて前記震動波を発生する震動波発生部と、を有する。【００１１】
本発明の第３の態様に係る調査システムは、媒質に震動波を送出する複数の発震器と、前記媒質を介して前記複数の発震器が発生した複数の前記震動波が合成された合成震動波を受信する一以上の受信器と、前記一以上の受信器が受信した前記合成震動波に基づく受信信号を解析する信号解析装置と、を備える調査システムであって、前記複数の発震器の夫々は、所定の周期で同一のパターンを繰り返す第１搬送波を生成する第１搬送波生成部と、前記所定の周期の１／ｍ倍（ｍは自然数）の周期の第１変調信号を生成する第１変調信号生成部と、前記第１変調信号により前記第１搬送波を振幅変調した第１振幅変調信号を生成する第１変調部と、前記第１搬送波生成部が生成する前記第１搬送波と同一の第２搬送波を生成する第２搬送波生成部と、前記複数の発震器の前記第１変調信号生成部が生成する前記第１変調信号の少なくとも一つと同一の一以上の第２変調信号を生成する第２変調信号生成部と、前記一以上の第２変調信号により前記搬送波を振幅変調した一以上の第２振幅変調信号を生成する第２変調部と、前記受信信号と前記一以上の第２振幅変調信号との相関値を算出する算出部と、前記算出部が算出した前記相関値に基づいて前記媒質の特性を解析する解析部と、を有する。【００１２】
前記第２変調部は、夫々周期が異なる複数の第２振幅変調信号を生成し、前記信号解析装置は、前記第２変調部が生成する前記第２振幅変調信号から前記一以上の第２振幅変調信号を選択する制御部を有し、前記算出部は、前記受信信号と前記制御部が選択した前記一以上の第２振幅変調信号との相関値を算出してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数の発震器から送出される震動波を用いた媒質調査の精度を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】調査システムの概要を説明するための図である。
【図２】調査システムにおける発震器及び受信器の配置例を示す図である。
【図３】調査システムの構成を示す図である。
【図４Ａ】搬送波生成部が生成する搬送波について説明するための図である。
【図４Ｂ】搬送波生成部が生成する搬送波について説明するための図である。
【図５】変調信号及び震動波を模式的に示す図である。
【図６】震動波の周波数スペクトルを示す図である。
【図７】スイープ信号に基づく搬送波を変調信号で振幅変調することにより生成された振幅変調信号の波形を示す図である。
【図８】複数の発震器から震動波を送出し、複数の受信器で震動波を受信する実験システムＴの模式図である。
【図９】受信器において受信した震動波に対して相関値を算出した結果の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る調査システムＳの概要を説明するための図である。調査システムＳは、複数の発震器１（発震器１−１〜発震器１−３）と、複数の受信器２（受信器２−１〜受信器２−３）とを有する。複数の発震器１は、夫々異なる周波数の変調信号で搬送波を振幅変調して振幅変調信号を生成し、生成した振幅変調信号に基づいて媒質を震動させる震動波を媒質中に送出する。搬送波においては、所定の周期で同一のパターンが繰り返される。変調信号の周期は、搬送波に含まれる繰り返しパターンの周期の１／ｍ倍（ｍは自然数）であり、夫々の発震器１には、異なるｍが割り当てられている。
【００１６】
搬送波は、所定の周期の同一パターンの周期性信号をＬ回（Ｌは自然数）繰り返すことで得られる。周期性信号としては、疑似ランダムコードの符号を正弦波の位相で表現した信号、あるいは、正弦波の周波数を一定時間内に連続的に変化させる所謂ＳＷＥＥＰ波信号が例示される。なお、ｍとＬの関係は、２Ｌ＞ｍであることが好ましく、さらにＬを奇数とすることで、所定の周期内に最大数の変調波を重畳させることが可能になる。
【００１７】
複数の受信器２は、媒質中を伝搬した震動波を受信する。受信器２は、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し、受信した合成震動波に対応する受信信号を生成する。受信信号は、信号解析装置３（例えば、コンピュータ）において解析される。
【００１８】
信号解析装置３は、複数の受信器２の夫々から入力された受信信号と、複数の発震器１の夫々が送出した震動波に対応する振幅変調信号との相互相関値を算出する。信号解析装置３は、相互相関値を算出することで、複数の受信器２の夫々が受信した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により、複数の発震器１の夫々との間の媒質の特性を特定することができる。具体的には、信号解析装置３は、算出した相関値がピークになるタイミングと相関値の大きさとを特定することで、特定の発震器１と受信器２との間の媒質の特性を特定することができる。
【００１９】
震動波は、発震器１ごとに異なる、搬送波の繰り返しパターンの周期の１／ｍ倍の周期の変調信号で振幅変調されている。したがって、信号解析装置３が、発震器１−１が送出した震動波に基づいて媒質の特性を解析する場合、例えば、発震器１−２が送出した震動波との相互相関値は、正の値と負の値とが打消し合うことにより、０になる。その結果、信号解析装置３が、発震器１−１が送出した震動波に基づいて媒質の特性を解析する際に、他の発震器１が送出した震動波の影響を受けない点が、本実施形態の調査システムＳの特徴である。
【００２０】
図２は、調査システムＳにおける発震器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、複数の発震器１（発震器１−１〜発震器１−４）、及び複数の受信器２（受信器２−１、受信器２−２）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。
【００２１】
受信器２−１及び受信器２−２は、ケーブル又は無線回線を介して信号解析装置３に接続されており、夫々が受信した震動波に基づく信号は信号解析装置３に送られる。信号解析装置３は、受信器２−１及び受信器２−２から受信した信号を解析することにより、地質の特性を特定する。
【００２２】
図３は、調査システムＳの構成を示す図である。
発震器１は、クロック生成部１１と、搬送波生成部１２と、制御部１３と、変調信号生成部１４と、変調部１５と、震動波発生部１６とを有する。発震器１は、例えばバイブロサイスである。
【００２３】
クロック生成部１１は、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星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１１は、生成したクロックを搬送波生成部１２へと出力する。クロック生成部１１が生成するクロックは、ＧＰＳ衛星から受信した電波に同期しているので、調査システムＳが有する全ての発震器１は、同期して動作する。
【００２４】
搬送波生成部１２は、クロック生成部１１から入力されたクロックに基づいて、所定の周期で同一のパターンを繰り返す搬送波を生成する。搬送波生成部１２は、例えば、１周期の長さがＮ＝２ｎ−１のＭ系列のような疑似ランダムコードから構成される乱数を用いて搬送波を生成する。具体的には、搬送波生成部１２は、乱数に応じて単一周波数の位相を反転させることにより、１周期の長さがＮ＝２ｎ−１（ｎは自然数）の疑似ランダムコードに基づく疑似ランダム波を生成し、生成した疑似ランダム波を繰り返すことで搬送波を生成する。Ｍ系列符号の自己相関関数は、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／Ｎとなる。
【００２５】
同一のパターンを繰り返す搬送波を使用することにより、受信器２において、受信した震動波を重合することで、Ｓ／Ｎを向上させることができる。例えば、受信器２において、１００回のパターンを重合することにより、Ｓ／Ｎが√１００倍になる。
【００２６】
ここで、同一のパターンの１周期の長さは、発震器１から受信器２までの震動波の伝搬遅延時間よりも長く設定される。このようにすることで、信号解析装置３において、疑似ランダム波の相関特性を利用して、複数の発震器１が送出した震動波が合成された合成震動波から、特定の発震器１が送出した震動波を分離することが可能になる。
【００２７】
図４は、搬送波生成部１２が生成する搬送波について説明するための図である。図４Ａ（ａ）は、搬送波生成部１２内で生成される疑似ランダムコードに基づき生成される、疑似ランダム波の一例である。この疑似ランダム波は、１５ｂｉｔのＭ系列疑似ランダムコードの一例であるパターン（１０００１１１１０１０１１００）に対して、符号０をｓｉｎ（θ）、符号１をｓｉｎ（１８０°＋θ）（ただし、０≦θ＜３６０°）で表現した疑似ランダム波の一例である。
【００２８】
図４Ａ（ａ）に示すように、搬送波生成部１２が生成する疑似ランダム波においては、位相がランダムに反転している。図４Ａ（ｂ）は、図４Ａ（ａ）に示す搬送波の自己相関関数である。横軸はラグタイムであり、縦軸は相関値を示している。図４Ａ（ｂ）に示すように、ラグタイム０において鋭いピークが表れている。
【００２９】
図４Ｂ（ａ）は疑似ランダムコードの符号を振幅の方向で表現したものである。図４Ｂ（ｂ）は、４０９５ビットの疑似ランダムコードをこの方式で表現した場合の自己相関関数で、この場合、より鋭いピークが現れる。
【００３０】
図３に戻って、制御部１３は、例えばＣＰＵ及びメモリにより構成されている。制御部１３は、変調信号生成部１４が生成する変調信号の周波数を制御する。制御部１３は、例えば、外部から設定値の入力操作を受けて、入力された設定値に基づく周波数の変調信号を生成するように変調信号生成部１４を制御する。
【００３１】
変調信号生成部１４は、制御部１３による制御に基づいて、変調信号を生成する。変調信号は、搬送波生成部１２が生成する搬送波を変調するために用いられる信号であり、搬送波の周波数よりも低い周波数の正弦波である。変調信号生成部１４は、制御部１３から入力される設定値に基づいて、変調信号の周波数又は周期を決定する。調査システムＳにおいては、夫々の発震器１における変調信号生成部１４が、互いに異なる周波数の変調信号を生成するように調整され、上述のように、搬送波における繰り返しパターンの周期の１／ｍ倍である。
【００３２】
変調部１５は、変調信号生成部１４から入力される変調信号に基づいて、搬送波生成部１２から入力される搬送波を振幅変調することにより、振幅変調信号を生成する。調査システムＳにおいては、夫々の発震器１における変調部１５が、互いに異なる周期で振幅が変化する振幅変調信号を生成する。
震動波発生部１６は、変調部１５が生成した振幅変調信号に同期して震動することにより、地中に震動波を送出する。
【００３３】
図５は、発震器１−１、１−２、１−３における変調信号生成部１４が生成する変調信号と、夫々における震動波発生部１６から送出される震動波を模式的に示す図である。図５に示すように、クロック生成部１１の変調信号の周波数をＦ１とすると、搬送波生成部１２の変調信号の周波数Ｆ２は、Ｆ２＝２×Ｆ１であり、制御部１３の変調信号の周波数Ｆ３は、Ｆ３＝３×Ｆ１である。発震器ｍ（ｍは自然数）の変調信号の周波数Ｆｍは、Ｆｍ＝ｍ×Ｆ１により表される。
【００３４】
搬送波は上記疑似ランダム波をＬ回繰り返すことで生成される。図６は、４０９５ビットのＭ系列疑似ランダムに基づく疑似ランダム波を７回繰り返して生成された搬送波を３種類の変調信号で振幅変調することにより生成された震動波の周波数スペクトルを示す図である。図６（ａ）は、周波数がＦ１、Ｆ２＝２×Ｆ１、Ｆ３＝３×Ｆ１の３種類の周波数の変調信号により振幅変調されて生成された震動波の周波数スペクトルを模式的に示している。図６（ｂ）は、周波数がＦ１、Ｆ２＝２×Ｆ１、Ｆ３＝３×Ｆ１の３種類の周波数の変調信号により振幅変調されて生成された震動波の周波数スペクトルの実測例を示している。このように、夫々の震動波は、同時に地中に送出されたとしても、夫々を分離可能であることがわかる。
【００３５】
図６に示すように、周波数領域においては、７チャネルごとに繰り返されるスペクトルが表れる。３種類の変調された震動波のスペクトルは、夫々の変調周期に応じて、振幅変調されていない震動波のスペクトルから±ｍ／Ｔ＝±ｍΔＦだけ離れた２本のチャネルに含まれる。ただし、ｍ＝１、２、３は変調周期、Ｔは７回繰り返した波形の総時間長、ΔＦは離散フーリエ変換後の周波数インクリメントである。疑似ランダム波の繰り返し数を７回とした場合、振幅変調されていない震動波のスペクトル及び３種類の振幅変調された震動波の各２本のスペクトルから構成される７本のスペクトルが繰り返される。疑似ランダム波の繰り返し数を増やすことにより、より多くの震動波を使用することが可能になる。
【００３６】
図３に戻って、震動波発生部１６が送出した震動波は、地中を伝搬して受信器２（図３においては、受信器２−１及び受信器２−２）に到達する。受信器２−１及び受信器２−２は、複数の発震器１が送出した震動波が合成された合成震動波を受信する。受信器２−１及び受信器２−２は、受信した合成震動波に基づく受信信号（例えば、電気信号）を信号解析装置３へと送信する。
【００３７】
信号解析装置３は、受信部３１と、クロック生成部３２と、搬送波生成部３３と、制御部３４と、変調信号生成部３５と、変調部３６と、相関値算出部３７と、解析部３８とを有する。受信部３１は、受信器２が生成した受信信号を受信する。受信部３１は、夫々の受信器２から受信した受信信号を相関値算出部３７へと出力する。
【００３８】
クロック生成部３２は、クロック生成部１１と同等の機能を有しており、ＧＰＳ衛星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３２は、生成したクロックを搬送波生成部３３へと出力する。
搬送波生成部３３は、搬送波生成部１２と同等の機能を有しており、クロック生成部３２から入力されたクロックに基づいて、搬送波生成部１２が生成する搬送波と同一の搬送波を生成する。
【００３９】
制御部３４は、制御部１３と同等の機能を有しており、例えばＣＰＵ及びメモリにより構成される。制御部３４は、外部から設定値の入力操作を受けて、入力された設定値に基づく周波数の変調信号を生成するように変調信号生成部３５を制御する。制御部３４は、例えば、解析する対象となる地中の部位を伝搬される震動波を送出した発震器１が用いている変調信号の周波数と同一の周波数の変調信号を生成するように変調信号生成部３５を制御する。
【００４０】
変調信号生成部３５は、複数の発震器１の変調信号生成部１４が生成する変調信号の少なくとも一つと同一の一以上の変調信号を生成する。
変調部３６は、搬送波生成部３３から入力される搬送波を、変調信号生成部３５から入力される変調信号を用いて振幅変調することにより一以上の振幅変調信号を生成する。変調部３６は、生成した一以上の振幅変調信号を相関値算出部３７へと出力する。変調部３６は、変調信号生成部３５が生成した一以上の変調信号のうち、制御部３４によって選択された一の変調信号を用いて振幅変調することにより、一の振幅変調信号を生成してもよい。
【００４１】
相関値算出部３７は、受信部３１から入力された受信信号と、変調部３６から入力された一以上の振幅変調信号のうち、制御部３４によって選択された振幅変調信号との相関値を算出する。相互相関関数は、以下の式（１）により表される。
2016170676.tif 000003
式（１）において、ｘｔは、解析の対象となる発震器１が送出した震動波に基づく受信信号の離散データ、ｙｔは振幅変調信号の離散データ、τはラグタイム、ｔは時間サンプルである。上述のとおり、相互相関値の算出においては、解析の対象となる発震器１以外の発震器１が送出した震動波の影響を受けない。したがって、本実施形態における振幅変調信号は、受信信号と同等の信号であると考えられ、受信信号と振幅変調信号との相互相関値を算出することは、受信信号の自己相関値を算出することと等価である。
【００４２】
振幅変調信号は、変調周期に応じてコサインを乗じた信号となるので、自己相関関数は、式（２）により表される。
2016170676.tif 000004
式（２）において、Ｔは変調信号の時間長である。
【００４３】
ここで、ｘｔ＝ｘｋｔ’（ただし、ｋは同一パターンの繰り返し数）とすると、各サンプルｔ’に対するｋ個のコサインの乗算と足し算から、整数ｍ（ｍ≠ｋ／２、０＜ｍ＜ｋ）で変調された自己相関波形はｍによらず、式（３）により表される。
2016170676.tif 000005
【００４４】
解析部３８は、上記のようにして相関値算出部３７により算出された相関値に基づいて、相関値を算出した対象となる震動波を送出した発震器１と、当該震動波に対応する受信信号を出力した受信器２との間の地中の特性を解析する。具体的には、解析部３８は、算出した相関値が最大となるラグタイムに基づいて伝搬遅延時間を特定するとともに、相関値の大きさにより減衰特性を特定することができる。
【００４５】
（変形例）
上記の説明において、搬送波は、振幅が一定の疑似ランダム波であるものとしたが、搬送波生成部１２及び搬送波生成部３３は、時間の経過とともに振幅が変化するスイープ信号に基づいて搬送波を生成してもよい。時間の経過とともに振幅が変化するスイープ信号に基づいて生成された搬送波は、発震器１と受信器２との間の伝搬遅延時間が大きい場合に有利である。
【００４６】
図７は、スイープ信号に基づく搬送波を変調信号で振幅変調することにより生成された振幅変調信号の波形を示す図である。図７においては、変調信号の周波数に応じて、異なる色で表されている。
【００４７】
（実験例）
図８は、複数の発震器１から震動波を送出し、複数の受信器２で震動波を受信する実験システムＴの模式図である。実験においては、音速の異なる媒体Ａ、媒体Ｂからなる積層体を貫通するように２本の貫通坑を設け、水を満たした状態で、一方にピエゾ素子からなる２０個の発震器１を設置し、他の一方に２０個の受振器を設置した。発震器１はその中から任意の５個を選択し、夫々に異なる変調信号で変調した振幅変調信号を供給できるようにセットする。なお、図８において、発震器１及び受信器２は○により示されている。
【００４８】
選択された複数の発震器１からは、５種類の振幅変調信号を夫々送信し、２０個の受信器２において受信した震動波が合成された合成震動波に基づく受信信号をコンピュータで解析した。なお、実験例では、４０９５ビットの疑似ランダムコードを図４Ａ（ａ）と同様の変調方式で７８ｋＨｚの正弦波で疑似ランダム波を生成し、これを１１回繰り返す搬送波を生成し、これを１、２、３、４、５分割する正弦波（夫々０．５７８、１．１５５、１．７３３、２．３１０、２．８８８Ｈｚ）を重畳し生成した振幅変調信号を使用した。
【００４９】
図９は、複数の受信器２のうちの一つにおいて受信した合成震動波に対して相関値を算出した結果の一例を示す図である。図９において、変調していない震動波の相関値は、変調した震動波の相関値の１／２の振幅となっている。相関値のピークに対応するラグタイムは６００ミリ秒となっている。
【００５０】
このようにして、複数の発震器１の夫々から送出された震動波に基づく相関値を算出して解析することで、媒体Ａ及び媒体Ｂの音速の違いを反映した音響トモグラフィ像を得ることができた。なお、本実験例では、疑似ランダム波による搬送波で、送受信器間の媒質の状態を解析する手法について述べたが、疑似ランダム波をスイープ波形とし、図２のような地下の地層界面その他からの反射波による地震探査、海中その他への応用においても同様に適用できる。
【００５１】
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、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、請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００５２】
１  発震器
２  受信器
３  信号解析装置
１１  クロック生成部
１２  搬送波生成部
１３  制御部
１４  変調信号生成部
１５  変調部
１６  震動波発生部
３１  受信部
３２  クロック生成部
３３  搬送波生成部
３４  制御部
３５  変調信号生成部
３６  変調部
３７  相関値算出部
３８  解析部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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