(57)【要約】【課題】外乱磁界が存在する場合にも掘削位置と掘削先端の情報を得ることができる誤り訂正符号化信号を用いた掘削位置測定装置を提供する。【解決手段】非開削掘削装置の掘削先端に収納された信号磁界送信手段が発生する信号磁界を地上の信号磁界受信手段で検出し、受信信号の大きさから掘削先端の位置を推定する。信号磁界を発生する送信信号は、擬似ランダム２値符号より振幅変調され、さらに２値符号であり誤り訂正符号である送信情報符号に従って周波数シフトキーイングで所定の位相から信号が開始するように変調されていることにより、外乱を克服した高い測定精度を有する。送信信号を検知するために利用される相関機能は、長時間の相関信号中から最初の同期時刻を推定し、以後はこの最初の同期時刻から次の同期時刻を推定することによって同期時刻の探索範囲を狭めて相関処理をする。【選択図】　　　図１
2004125563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非開削掘削装置の掘削先端の位置を測定するために、掘削先端に収納された信号磁界送信手段が発生する信号磁界を地上の信号磁界受信手段で検出し、受信信号の大きさから掘削先端の位置を推定する掘削位置測定装置であって、
該信号磁界送信手段は、送信信号に従って前記信号磁界を発生するものであり、
該送信信号は、１個の有限長の擬似ランダム２値符号を繰り返し使用することによって周期的に、かつ該２値符号の第１の値に対しては振幅が０になり、第２の値に対しては有限振幅になるように振幅が変調されたものであり、かつ、該擬似ランダム２値符号の第２の値に対応する個々の時間区間を単位として、同時間区間における該送信信号が２値符号である送信情報符号に従って周波数シフトキーイングで所定の位相から信号が開始するように変調されたものであり、かつ前記送信情報符号は誤り訂正符号により符号化されたものであり、
該信号磁界受信手段は、
該信号磁界の強度で決まるレベルの信号をサンプリングして数値化して前記受信信号として出力する磁界検出手段と、
与えられた時間期間の前記受信信号を記憶する第３の信号記憶手段と、
前記受信信号の指定された時刻と時間長における該受信信号の絶対値の時間相関値を第１の相関信号として出力する第１の信号相関手段と、
所定の期間の該第１の相関信号を記憶する第１の信号記憶手段と、
前記第１の信号記憶手段に記憶された所定の時間長の前記第１の相関信号がピーク値をとる時刻である同期時刻を推定する同期検出手段と、
前記受信信号を受けとり、前記同期時刻から推定した所要個数の時刻における該受信信号の周波数を弁別することにより周波数シフトキーイング信号を復調して、弁別２値符号として出力する周波数シフトキーイング復調手段と、
該弁別２値符号に誤り訂正処理を施して得られる受信情報符号を解読して前記送信信号により送られてきた情報を回復する情報回復手段と、
前記受信情報符号と該擬似ランダム符号の前記同期時刻をもとに再構成した該再構成送信信号と指定された期間の前記受信信号の相関値を第２の相関信号として出力する第２の信号相関手段と、
指定された期間の該第２の相関信号を記憶する第２の信号記憶手段と、
該第２の信号記憶手段に記憶された該第２の相関信号を受けとり、前記同期検出手段により通知された同期時刻近傍における当該第２の相関信号の最大値を選択磁界レベルとして選択し、該選択磁界レベルに処理を施すことにより信号磁界レベルを推定する磁界レベル検出手段とを備え、
さらに、長時間の相関処理を指示することにより信号記憶手段に記憶された長時間の相関信号から同期時刻を推定する第１の処理と、該第１の処理により推定した同期時刻から次の同期時刻を推定し、該次の同期時刻の前後の短期間の相関処理を信号相関手段に指示することにより前記信号記憶手段に記憶された短時間の相関処理を前記第１，第２の信号相関手段に指示することにより前記信号記憶手段に記憶された短時間の相関信号から同期時刻を推定する第２の処理を行う機能を備えることにより、
まず、長時間の相関信号中から最初の同期時刻を推定し、以後はこの最初の同期時刻から次の同期時刻を推定することによって同期時刻の探索範囲を狭めて相関処理をするように構成された
誤り訂正符号化信号を用いた掘削位置測定装置。
【請求項２】
該同期検出手段は、前記同期時刻の次の同期時刻を推定する機能を備え、
前記第１の信号相関手段に長時間の相関処理を指示することにより前記第１の信号記憶手段に記憶された長時間の前記第１の相関信号から該同期時刻を推定する第１の処理と、
第１の処理により推定した当該同期時刻から前記次の同期時刻を推定し、該次の同期時刻の前後の短期間の相関処理を前記第１信号相関手段に指示することにより前記第１信号記憶手段に記憶された短時間の前記第１の相関信号から該同期時刻を推定する第２の処理を行う機能を備えるものであることを特徴とする第１項記載の誤り訂正符号化信号を用いた掘削位置測定装置。
【請求項３】
前記信号磁界受信手段は、
前記受信信号をサンプリングして数値化する信号サンプリング手段と、
クロック遅延手段と、
前記信号サンプリング手段に該クロック遅延手段を介してサンプリングロックを供給するクロック発生手段と、
クロック変調信号発生手段と、
同期検波手段とを備え、
前記クロック遅延手段は、外部からの入力により決まる遅延時間をもって前記サンプリングクロックを遅延させる機能を持つものであり、
前記クロック変調信号発生手段は、前記クロック発生手段のクロック周波数を変調するためのクロック変調信号を発生する機能を持つものであり、
前記クロック発生手段は、該クロック変調信号に従って発生するクロックの周期を変える機能を持つものであり、
前記同期検波手段は、該磁界レベル検出手段が得た該選択磁界レベルに対して前記クロック変調信号を半周期遅延させた信号を参照信号として同期検波を行い、遅延時間調整信号として出力する機能を持つものであって、
該遅延時間調整信号により前記クロック遅延手段の遅延時間を調節することにより、該磁界レベル検出手段が得る選択磁界レベルが最大になるように保つ機能を有することを特徴とする第１項記載の誤り訂正符号化信号を用いた掘削位置測定装置。
【請求項４】
該選択磁界レベルの値と過去の選択磁界レベルの値の平均値との差が所定の値よりも大きい場合には、前記磁界レベル検出手段では該選択磁界レベルを信号磁界レベルの推定に用いないことと、前記情報回復手段では該同選択磁界レベルに対応する受信情報符号を信号磁界送信手段から送られてきた情報回復に使用しないことの少なくとも一方を行うことを特徴とする第１項記載のコード化信号を用いた掘削位置測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中に非開削で管路等を形成する非開削掘削工法における掘削位置の測定装置に関し、特に、水平ドリリング工法のように掘削先端の直径が細く、掘削先端中に掘削−測定のための高精度な測定手段を収納できない小口径非開削掘削工法のための掘削位置測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、水平ドリリング工法で従来使用されている掘削位置測定装置の構成の概略である。同工法の掘削先端は直径が細いために、もっぱら図６の構成の装置が使用されている。
図６の掘削位置測定装置では、掘削先端中にプローブ６０と呼ばれるものを収納しておく。プローブ６０中には送信コイル６１が入っている。図の例ではＦＳＫ信号源６２が掘削先端の状態（掘削ヘッドの傾斜角，回転角，温度等）の情報を担ったＦＳＫ信号を発生し、送信コイル６１に供給し、信号磁界６４を発生する。信号磁界６４の周波数は１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲に選ばれる。この信号磁界６４を地上のレシーバ７０と呼ばれる装置で検出し、その信号強度から送信コイル６１すなわち掘削ヘッドの位置を推定するとともに、ＦＳＫ復調器７２によりＦＳＫ信号を復調して情報を取り出す。信号強度の推定は受信信号の絶対値あるいは電力を平均することにより行われる。図の例では絶対値回路７３で絶対値をとり平均化回路７４で平均化している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
受信信号の絶対値あるいは電力の平均化による信号磁界３の強度の推定は、干渉する外乱磁界がない場合には有効である。しかし、信号磁界の近傍の周波数の外乱磁界が存在する場合、外乱磁界の強度あるいは電力をこの方法で取り除くことはできない。よって、従来の掘削位置測定法では外乱磁界が存在する場合、外乱磁界の強度に応じて掘削位置の測定精度が劣化することになる。さらに、信号磁界の周波数の近傍に周波数成分を有する外乱磁界が存在する場合には、良好なＦＳＫ復調ができないために掘削先端に関する情報も得ることができないからである。
【０００４】
近年、特に市街地等において電力線等の地中化工事が進められているために、都市部ではこれら地中化された電力線の周辺で工事が行われる機会が多くなっている。ところが、これらの電力線には電動機やインバータなどへの電流が流れているために著しい高調波成分を含む。この場合の高調波成分は上記の信号磁界の周波数帯に十分な電力を持っているため、地中化電力線の近傍では水平ドリリング工法による工事を満足に行えない状況が頻発している。
【０００５】
本発明の目的は、外乱磁界が存在する場合に掘削位置が測定できない問題を解決し、また、掘削先端の情報を得ることができないという上記の問題を解決することができる誤り訂正符号化信号を用いた掘削位置測定装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明による誤り訂正符号化信号を用いた掘削位置測定装置は、非開削掘削装置の掘削先端の位置を測定するために、掘削先端に収納された信号磁界送信手段が発生する信号磁界を地上の信号磁界受信手段で検出し、受信信号の大きさから掘削先端の位置を推定する掘削位置測定装置であって、
該信号磁界送信手段は、送信信号に従って前記信号磁界を発生するものであり、
該送信信号は、１個の有限長の擬似ランダム２値符号を繰り返し使用することによって周期的に、かつ該２値符号の第１の値に対しては振幅が０になり、第２の値に対しては有限振幅になるように振幅が変調されたものであり、かつ、該擬似ランダム２値符号の第２の値に対応する個々の時間区間を単位として、同時間区間における該送信信号が２値符号である送信情報符号に従って周波数シフトキーイングで所定の位相から信号が開始するように変調されたものであり、かつ前記送信情報符号は誤り訂正符号により符号化されたものであり、
該信号磁界受信手段は、
該信号磁界の強度で決まるレベルの信号をサンプリングして数値化して前記受信信号として出力する磁界検出手段と、
与えられた時間期間の前記受信信号を記憶する第３の信号記憶手段と、
前記受信信号の指定された時刻と時間長における該受信信号の絶対値の時間相関値を第１の相関信号として出力する第１の信号相関手段と、
所定の期間の該第１の相関信号を記憶する第１の信号記憶手段と、
前記第１の信号記憶手段に記憶された所定の時間長の前記第１の相関信号がピーク値をとる時刻である同期時刻を推定する同期検出手段と、
前記受信信号を受けとり、前記同期時刻から推定した所要個数の時刻における該受信信号の周波数を弁別することにより周波数シフトキーイング信号を復調して、弁別２値符号として出力する周波数シフトキーイング復調手段と、
該弁別２値符号に誤り訂正処理を施して得られる受信情報符号を解読して前記送信信号により送られてきた情報を回復する情報回復手段と、
前記受信情報符号と該擬似ランダム符号の前記同期時刻をもとに再構成した該再構成送信信号と指定された期間の前記受信信号の相関値を第２の相関信号として出力する第２の信号相関手段と、
指定された期間の該第２の相関信号を記憶する第２の信号記憶手段と、
該第２の信号記憶手段に記憶された該第２の相関信号を受けとり、前記同期検出手段により通知された同期時刻近傍における当該第２の相関信号の最大値を選択磁界レベルとして選択し、該選択磁界レベルに処理を施すことにより信号磁界レベルを推定する磁界レベル検出手段とを備え、
さらに、長時間の相関処理を指示することにより信号記憶手段に記憶された長時間の相関信号から同期時刻を推定する第１の処理と、該第１の処理により推定した同期時刻から次の同期時刻を推定し、該次の同期時刻の前後の短期間の相関処理を信号相関手段に指示することにより前記信号記憶手段に記憶された短時間の相関処理を前記第１，第２の信号相関手段に指示することにより前記信号記憶手段に記憶された短時間の相関信号から同期時刻を推定する第２の処理を行う機能を備えることにより、
まず、長時間の相関信号中から最初の同期時刻を推定し、以後はこの最初の同期時刻から次の同期時刻を推定することによって同期時刻の探索範囲を狭めて相関処理をするように構成されている。
【０００７】
該同期検出手段は、前記同期時刻の次の同期時刻を推定する機能を備え、
前記第１の信号相関手段に長時間の相関処理を指示することにより前記第１の信号記憶手段に記憶された長時間の前記第１の相関信号から該同期時刻を推定する第１の処理と、
第１の処理により推定した当該同期時刻から前記次の同期時刻を推定し、該次の同期時刻の前後の短期間の相関処理を前記第１信号相関手段に指示することにより前記第１信号記憶手段に記憶された短時間の前記第１の相関信号から該同期時刻を推定する第２の処理を行う機能を備えるように構成することができる。
【０００８】
前記信号磁界受信手段は、
前記受信信号をサンプリングして数値化する信号サンプリング手段と、
クロック遅延手段と、
前記信号サンプリング手段に該クロック遅延手段を介してサンプリングロックを供給するクロック発生手段と、
クロック変調信号発生手段と、
同期検波手段とを備え、
前記クロック遅延手段は、外部からの入力により決まる遅延時間をもって前記サンプリングクロックを遅延させる機能を持つものであり、
前記クロック変調信号発生手段は、前記クロック発生手段のクロック周波数を変調するためのクロック変調信号を発生する機能を持つものであり、
前記クロック発生手段は、該クロック変調信号に従って発生するクロックの周期を変える機能を持つものであり、
前記同期検波手段は、該磁界レベル検出手段が得た該選択磁界レベルに対して前記クロック変調信号を半周期遅延させた信号を参照信号として同期検波を行い、遅延時間調整信号として出力する機能を持つものであって、
該遅延時間調整信号により前記クロック遅延手段の遅延時間を調節することにより、該磁界レベル検出手段が得る選択磁界レベルが最大になるように保つ機能を有するように構成することができる。
【０００９】
該選択磁界レベルの値と過去の選択磁界レベルの値の平均値との差が所定の値よりも大きい場合には、前記磁界レベル検出手段では該選択磁界レベルを信号磁界レベルの推定に用いないことと、前記情報回復手段では該同選択磁界レベルに対応する受信情報符号を信号磁界送信手段から送られてきた情報回復に使用しないことの少なくとも一方を行うように構成することができる。
【００１０】
【作用】
従来の掘削位置測定法において、平均化により外乱磁界の影響を除去できない原因は、従来の掘削位置測定法で用いている信号磁界が平均値ゼロの交流信号であるから、信号磁界の強度を得るには信号の絶対値をとるかあるいは２乗するかしなければならないことによる。例えば、受信信号νｍ　が信号成分νｓ　と雑音成分νｎ　とが重畳したものであるとする。
【数１】
2004125563.tif 000003
【００１１】
このとき受信信号νｍ　の平均Ｅ｛νｍ　２　｝の期待値は、信号の分散をσｓ　、雑音の分散σｎ　を用いて
【数２】
2004125563.tif 000004
で与えられる。
【００１２】
またＥ｛νｍ　２　｝の分散は
【数３】
2004125563.tif 000005
程度となるので、仮に雑音の分散σｎ　が既知であっても信号レベルσｓ　を求めることはできない。
【００１３】
本発明では第１の課題を解決するために、信号磁界を擬似ランダム２値符号化し、同擬似ランダム符号と受信磁界の相関により信号磁界のレベルを求めている。すなわち、信号が“０”でない平均値を有し、雑音の平均値が“０”の場合、式（１）の受信信号の平均は信号磁界の平均値ｍｓ　になる。
【数４】
2004125563.tif 000006
特に、信号が一定値であるとνｍ　の分散は雑音の分散σｎ　になり、良く知られているように平均するデータ数の平方根に比例して分散が減少する。２値符号化した信号とその２値符号の時間相関は、両者のタイミングが一致したときに式（４）の計算と同じ効果を持つ。
【００１４】
一方、受信した全信号に対して時間相関を計算することは膨大な計算量を要する。本発明では、信号相関手段に長時間の相関処理を指示することにより信号記憶手段に記憶された長時間の相関信号から同期時刻を推定する第１の処理と、第１の処理により推定した同期時刻から次の同期時刻を推定し、該次の同期時刻の前後の短期間の相関処理を信号相関手段に指示することにより信号記憶手段に記憶された短時間の相関処理を信号相関手段に指示することにより信号記憶手段に記憶された短時間の相関信号から同期時刻を推定する第２の処理を行う機能を備えることにより、まず、長時間の相関信号中から最初の同期時刻を推定し、以後はこの最初の同期時刻から次の同期時刻を推定することによって同期時刻の探索範囲を狭めて相関処理のための計算量を減らしている。
【００１５】
次に、本誤り訂正符号を用いることにより周波数シフトキーイング復調時の誤りを訂正して、誤り訂正によって得られた正しい符号データに基づき、送信信号と同じ信号を作り出し、この信号と受信信号の相関をとる処理を再度行うことにより、干渉磁界の影響をさらに低減している。
【００１６】
また、再度の相関をとることにより得られた相関値の最大値と過去の相関値の最大値の平均値に比べて所定の値より大きい場合に、その最大値を信号磁界レベルの推定に用いないこと、及びその最大値に対応する受信情報を信号磁界送信手段から送られてきた情報として採用しないことにより、信号磁界レベルの測定精度と掘削先端に関する情報の確実性をさらに向上させている。
これにより、同時に情報伝送の確実性を向上させている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態の１例
図１は本発明の基本的な実施形態における処理の流れを示すブロック図である。ブロックは信号磁界送信手段１と信号磁界受信手段２に大きく２つに分かれる。
【００１８】
信号磁界送信手段１は所定の擬似ランダム符号で符号化された信号磁界３を発生する。擬似ランダム符号は２値である。信号磁界３は周波数が１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲の磁界であるから静磁界を含まない。従って、２値としては例えば“１”と“−１”を用いる。擬似ランダム符号としては、例えばＧｏｌａｙ符号やＭ系列の中から平均値が“０”に近いものを選べばよい。
【００１９】
さらに、具体的な装置では、例えば、Ｄ／Ａ変換器、シフトレジスタ等でこれらの符号に対応する２値信号電圧を発生させ、増幅してコイルに印加すればよい。これにより信号磁界３が発生する。
【００２０】
信号磁界受信手段２では、磁界検出手段４で信号磁界３を検出して、受信信号５に変換する。
【００２１】
第１の信号相関手段６−１は、擬似ランダム符号と受信信号５の絶対値との時間相関値を求める。以下、第１の信号相関手段６−１に関して相関処理というときは、絶対値をとった信号と擬似ランダム符号との相関を意味するものとする。時間相関をとる時間範囲は、後述するように指定された動作に従って決まる。具体的な装置では、受信信号５を数値化しデジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）で処理する方法やＤＳＰによる処理をデジタル集積回路としておく方法が簡便で有効である。第１の信号相関手段６−１が出力する第１の相関信号７−１中のピーク値は信号磁界３の強度に対応している。受信信号５の代わりに、後述の第３の信号記憶手段１０−３の出力を用いてもよい。
【００２２】
第１の相関信号７−１を第１の記憶手段１０−１に記憶する。同期検出手段９は、第１の記憶手段１０−１に記憶された第１の相関信号７−１から擬似ランダム符号の開始時刻（同期時刻Ｔｍｓ）を推定する。本発明では、この周期確立に関して、同期検出手段９は特に以下のような動作が可能である。
【００２３】
受信信号５との同期が確立されていないとき、すなわち、擬似ランダム符号の開始時刻が特定されていないときは、同期時刻Ｔｍｓを推定する精度を上げるために、図２のように第１の記憶手段１０−１に記憶する第１の相関信号７−１を擬似ランダム符号の複数周期分として、第１の相関信号７−１の複数のピークの時刻Ｔ１　，Ｔ２　，Ｔ３　，Ｔ４　，Ｔ５　から推定する。同期時刻Ｔｍｓが推定できたら、第１の記憶手段１０−１に記憶された第１の相関信号７−１を消去する。同期時刻Ｔｍｓが良好に推定できているかどうかは、第１の相関信号７−１がピーク値をとる時刻の間隔の変動から推定する。もし、この変動が大きい場合には、ピーク値を選択するしきい値を大きくするか、又は新たな受信信号５から相関値を求めるなどの処理を行えばよい。この場合、第１の信号相関手段６−１は同期検出手段９が指定した時間期間で連続的に時間相関値を求める。
【００２４】
この方法により同期時刻Ｔｍｓが確立した後は、その同期時刻Ｔｍｓと擬似ランダム符号の周期から将来の同期時刻を予測する。このときは、第１の信号相関手段６−１は予測された同期時刻の前後の短期間の受信信号５についてのみ相関処理を行う。この相関処理の結果である第１の相関信号７−１のピーク値の位置から実際の同期時刻Ｔｍｓを求める。以後はこの処理で得られた同期時刻Ｔｍｓから将来の同期時刻を予想し、同様な処理を繰り返す。求めた第１の相関信号７−１中にしきい値以上のピーク値がなかった場合など、同期時刻の推定に失敗した場合には、前記の長時間の第１の相関信号７−１から同期時刻Ｔｍｓを推定する処理に戻る。本処理の場合、第１の信号相関手段６−１が相関を行うべき受信信号５の範囲は、与えられた同期時刻Ｔｍｓをｔ、相関を行うべき時間長をΔｔ、擬似ランダム符号の１周期の長さをτ、とすると、
【数５】
2004125563.tif 000007
で与えられる。
【００２５】
以上の処理を行うために、図では同期検出手段９から第１の信号相関手段６−１に相関処理指定信号１１が送られている。
【００２６】
受信信号５は第１の信号相関手段６−１に入力されると同時に第３の信号記憶手段１０−３に送られる。周波数シフトキーイング復調手段１２は、第３の信号記憶手段１０−３に記憶された受信信号５を入力として、その受信信号５を周波数シフトキーイング復調して、弁別２値符号９ａとして出力する。なお、周波数シフトキーイング復調手段１２は同期検出手段９から送られてくる同期時刻Ｔｍｓと受信信号５の変調速度から周波数シフトキーイング復調手段１２が復調のための判定を行う時刻を決定する。
【００２７】
情報回復手段１３は、周波数シフトキーイング復調手段１２が復調した弁別２値符号９ａから信号磁界３が担ってきた情報を回復する。本発明では情報は誤り訂正符号で送られてきているので、所定の誤り訂正を行う。これによって、掘削先端に関する情報を回復する。また、誤り訂正後の符号である誤り訂正後符号１４を第２の信号相関手段６−２に送る。
【００２８】
第２の信号相関手段６−２は、誤り訂正後符号１４と擬似ランダム符号の同期時刻Ｔｍｓを基に、送信信号１−５と同じ時間変化の信号である再構成送信信号を構成する。この際、信号磁界３の伝達媒体を除く信号磁界送信手段１中の磁界発生手段１−３への入力から信号受信手段２中の磁界検出手段４の出力までの信号伝達特性を予め測定しておき、この信号伝達特性によって補正した上記再構成送信信号を改めて再構成送信信号としても良い。この処理は必ずしも必要ではないが、周波数シフトキーイングで使用する２個の周波数間で、伝達特性、特に位相遅れに大きな差がある場合には有効である。第２の信号相関手段６−２は、再構成送信信号と第３の信号記憶手段１０−３中に記憶された受信信号５との時間相関処理を行う。相関は、同期時刻Ｔｍｓの前後の短期間の時間長に対して行う。相関を行う受信信号５の時間は式（５）と同様な手順で与えられる。第２の信号相関手段６−２の出力である第２の相関信号７−２は第２の信号記憶手段１０−２に記憶される。
【００２９】
磁界レベル検出手段８は、第２の信号記憶手段１０−２に記憶された第２の相関信号７−２中から、所定のしきい値以上のピーク値を探索して、瞬時信号強度１８を得てこの瞬時信号強度１８を平均化等の適当な処理により得られる選択磁界レベル１８ａから信号磁界３の強度である信号磁界強度２１の値を求める。
【００３０】
ところで、相関信号中のピーク値を探索する方法としては、本発明では、
（１）しきい値を設けて、しきい値以上の相関信号を選び出す方法、及び、
（２）信号磁界３との同期をとり、同期時刻における相関信号を選び出す方法を用いる。
【００３１】
第１の方法は、同期時刻前後の短い時間長の第１の相関信号７−１および第２の相関信号７−２を入力として、しきい値以上の値である最大値をピーク値とする方法である。
【００３２】
第２の方法は、短い時間長の第１の相関信号７−１に対して行う方法である。信号磁界３（又は同じことであるが受信信号５）と同期するような短時間の相関信号から最大値を選び出す方法である。このためには、まず信号磁界５との同期を確立する必要がある。本発明では、例えば図２に示すように擬似ランダム符号長以上の期間における相関信号がしきい値以上の値をとる時刻から同期時刻を推定する。
【００３３】
さらに、具体的に説明すると、次の通りである。
▲１▼まず、第１の方法と同様に、相関信号が所定のしきい値以上のピーク値をとる時刻を選び出す。次いで、同時刻の近傍の最大値と最大値を取る時刻を求める。
▲２▼最初の時刻Ｔ１　を基準として以後の時刻を信号磁界が担う情報の伝送速度から決まる周期から推定し、この推定値と以降の時刻Ｔ２　，Ｔ３　，Ｔ４　，Ｔ５　の差の平均を求めて各時刻Ｔ１　，Ｔ２　，Ｔ３　，Ｔ４　，Ｔ５　を補正して同期時刻とする。
【００３４】
あるいは、第２ステップとして図３に示すように、
「時刻Ｔ１　，Ｔ２　，Ｔ３　，Ｔ４　，Ｔ５　における相関信号の値を１個置きに符号を反転して同時刻における値とし、時刻Ｔ１　〜Ｔ５　間の値を例えば補間（図では線形補間）した信号を作る。この信号のフーリエ変換を求めて、絶対値が最大になる周波数におけるフーリエ変換値の位相から同期時刻を推定する。」
とする方法などが可能である。
同期が確立すれば、予定される次の同期時刻の前後の短時間の受信信号に対して相関信号を求めれば必要な情報を得ることができるようになる。
【００３５】
同期時刻の微調整が可能な実施例
図４は同期時刻の微細な調整が可能な本発明の実施例の構成である。信号相関手段による相関処理は、信号が連続である場合には問題ないが、信号がサンプリングされた離散時間信号である場合には同期時刻の僅かな差が相関信号のピーク値に大きな影響を与える。符号化情報の１ビットを表現する符号化信号ＣＤＳは擬似ランダム符号で決まる“−１”と“１”の時系列となる。同期時間のずれの比の、この時系列の単位時間の半分の時間に対する比に反比例してピーク値が減少する。従って、サンプリングレートが十分に高い場合には問題は生じないが、サンプリングレートを高くすると信号処理に要する時間が増大するために、サンプリングレートをあまり高くすることは実用上不可能である。
【００３６】
本実施例ではこの問題を解決するために、受信信号５をサンプリングする時刻を動的に変えられるようにしている。
信号サンプリング手段１７が遅延サンプリングクロック１９に従って受信信号５をサンプリングし、第１，第２の信号相関手段６−１，６−２に送る。遅延サンプリングクロック１９はクロック発生手段２６が発生するサンプリングクロック２７をクロック遅延手段２８によって遅延させて作られる。一方、クロック発生手段２６が発生する遅延サンプリングクロック１９は、クロック変調信号発生手段２９が発生するクロック変調信号３０に従って、周期が変調されている。変調は周期的であり、矩形波的にあるいは正弦波的に周期が変調される。信号選択手段１５が出力する瞬時信号強度１８は同期検波手段３２に入力される。また、クロック変調信号３０は半周期遅延手段３３によって半周期遅延されて同期検波手段３２に入力されている。同期検波手段３２は半周期遅延されたクロック変調信号３０を参照信号として瞬時信号強度１８を同期検波する。同期検波出力が所定の値になるように、同期検波手段３２の出力である遅延時間調整信号３４でクロック遅延手段２８の遅延時間を調整することにより、受信信号５に対する正確な同期を維持することができる。同期検波出力が保つべき所定の値は、信号サンプリング手段１７が受信信号５をサンプリングしてから信号選択手段１５が瞬時信号強度１８を出力するまでの遅延時間によって決まる。
【００３７】
本発明は、ＳＮ比が低い環境で有効であることを目的としている。従って、誤り訂正符号による誤り訂正符号を施しても誤りを回復できない場合を考慮する必要がある。明らかに誤り訂正に失敗している場合、当該選択磁界レベルを信号磁界強度として採用しないことは簡単である。しかし、ＳＮ比が低い場合には、あたかも誤り訂正が適切に行われたかのように見えても、実際には誤り訂正が正しく行われていない場合が生ずる。このような場合、誤り訂正の結果からだけでは誤り訂正が正しく行われたのかを判定することはできないから、選択磁界レベルが適切なものであるかを判定する別の方法が必要になる。
【００３８】
誤り訂正が正しく行われていない場合、相関が低くなる可能性が高くなるから、過去の信号磁界強度の平均値（移動平均を含む）との差が大きな選択磁界レベルは、上記のような状況が発生している可能性が高い。そこで、本発明では過去の信号磁界強度の平均値あるいは移動平均と比較して、所定の値より差が大きければ、信号磁界強度として採用しないようにすることが可能である。
【００３９】
図５はこのような機能を有する磁界レベル検出手段８の１例である。磁界強度記憶手段２３は過去の信号磁界強度を平均あるいは移動平均して記憶する。信号比較手段２２はこの記憶された平均信号磁界強度と信号選択手段１５の出力とを比較して、差が所定の値より小さければ信号平均手段２０に出力する。信号比較手段２２の機能を信号選択手段１５に持たせることも可能である。この場合、磁界強度記憶手段２３に記憶された平均信号磁界強度を信号選択手段１５に与える。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、長時間の相関信号から最初の同期時刻を指定し、以後はこの最初の同期時刻から次の同期時刻を次の同期時刻を推定することによって、同期時刻の探索範囲を狭めて相関処理のための計算量を減らし、装置構成を簡易化，効率化している。また、誤り訂正符号を用いた誤り訂正により得られた正しい符号データに基づき送信信号と同じ信号を作りだし、この信号と受信信号との相関をとる処理を再度行うことにより、干渉磁界の影響を有効に除去することができる。さらに、この再度の相関処理により得られた相関値が過去の相関値の最大値の平均値に比べて所定の値より大きい場合には、その最大値に対応する受信信号は採用しないことにより、測定精度と確実性を向上させている。これにより、掘削先端の情報を容易かつ確実に入手し、水平ドリリング工法を精度よく安定して実施することが可能である。よって、本発明の実用的効果は極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の基本的実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明装置における同期時刻を説明するための波形図である。
【図３】本発明装置における同期時刻を説明するための波形図である。
【図４】同期時刻の微調整が可能な場合における本発明装置の詳細な構成例を示すブロック図である。
【図５】図４の構成例に用いられている磁界レベル検出手段の他の例を示すブロック図である。
【図６】水平ドリリング工法による従来の掘削位置測定法を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
１　信号磁界送信手段（掘削先端）
１−０　情報
１−１　誤り訂正符号化手段
１−２　コード信号発生手段
１−３　磁界発生手段
１−４　符号化情報
１−５　送信信号
１−６　２値ランダム符号
２　信号磁界受信手段
３　信号磁界
４　磁界検出手段
５　受信信号
６−１　第１の信号相関手段
６−２　第２の信号相関手段
７−１　第１の相関信号
７−２　第２の相関信号
８　磁界レベル検出手段
９　同期検出手段
９ａ　弁別２値符号
１０−１　第１の信号記憶手段
１０−２　第２の信号記憶手段
１０−３　第３の信号記憶手段
１１　相関処理指定信号
１２　周波数シフトキーイング復調手段
１３　情報回復手段
１４　誤り訂正後符号
１５　信号選択手段
１６　利得可変信号増幅手段
１７　信号サンプリング手段
１８　瞬時信号強度
１８ａ　選択磁界レベル
１９　遅延サンプリングクロック
２０　信号平均手段
２１　信号磁界強度
２２　信号比較手段
２３　磁界強度記憶手段
２６　クロック発生手段
２７　サンプリングクロック
２８　クロック遅延手段
２９　クロック変調信号発生手段
３０　クロック変調信号
３２　同期検波手段
３３　半周期遅延手段
３４　遅延時間調整信号
６０　プローブ
６１　送信コイル
６２　ＦＳＫ信号源
６３　情報
７１　受信コイル
７２　ＦＳＫ復調器
７３　絶対値回路
７４　平均化回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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