(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コード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、互いに符号がほぼ直交する関係にある２個の擬似ランダム２値符号のいずれかによって振幅を変調されていることにより、外乱を克服した高い精度を実現することができる。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
2004125558.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、互いに符号がほぼ直交する関係にある２個の擬似ランダム２値符号のいずれかによって振幅を変調された信号磁界を発生するものであり、
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受信信号を出力する磁界検出手段と、
前記２個の擬似ランダム信号に対応する前記受信信号の時間相関値を相関信号として出力する２個の信号相関手段と、
該２個の信号相関手段の所定の期間の出力を記憶する信号記憶手段と、
該信号記憶手段に記憶された所定の時刻と時間長の信号を入力信号とし該入力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、
該信号記憶手段に記憶された該２個の信号相関手段の出力する相関信号から通知された同期時刻の２個の相関信号を選択した２個の相関信号から該２個の擬似ランダム信号のいずれであるかを判定する情報回復手段と、
前記同期検出手段により通知された同期時刻と該情報回復手段により通知された判定結果をもとに、該信号記憶手段に記憶された該２個の相関信号から、判定された擬似ランダム信号に対する相関信号の通知された同期時刻近傍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前記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２個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
コード化信号を用いた掘削位置測定装置。
【請求項２】
該信号磁界送信手段が発生する信号磁界は、キャリア信号を該擬似ランダム信号で変調したものであり、該信号磁界受信手段は該信号磁界がキャリア信号を検波してベースバンド信号に変換する機能を有する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。
【請求項３】
該信号相関手段は、前記信号磁界送信手段と前記信号磁界受信手段の周波数応答によってひずみを受けた受信信号に基づく信号と入力信号の相関をとるものである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。
【請求項４】
該同期検出手段は、次の同期時刻を推定する機能を備え、
前記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前記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の処理を行う機能とを備える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。
【請求項５】
該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有し、
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有し、
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有し、
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６３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、その信号強度から受信コイル７１により信号磁界６４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装置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。
【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コード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、本発明によるコード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、互いに符号がほぼ直交する関係にある２個の擬似ランダム２値符号のいずれかによって振幅を変調された信号磁界を発生するものであり、
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受信信号を出力する磁界検出手段と、
前記２個の擬似ランダム信号に対応する前記受信信号の時間相関値を相関信号として出力する２個の信号相関手段と、
該２個の信号相関手段の所定の期間の出力を記憶する信号記憶手段と、
該信号記憶手段に記憶された所定の時刻と時間長の信号を入力信号とし該入力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、
該信号記憶手段に記憶された該２個の信号相関手段の出力する相関信号から通知された同期時刻の２個の相関信号を選択した２個の相関信号から該２個の擬似ランダム信号のいずれであるかを判定する情報回復手段と、
前記同期検出手段により通知された同期時刻と該情報回復手段により通知された判定結果をもとに、該信号記憶手段に記憶された該２個の相関信号から、判定された擬似ランダム信号に対する相関信号の通知された同期時刻近傍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前記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２個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】
該信号磁界送信手段が発生する信号磁界は、キャリア信号を該擬似ランダム信号で変調したものであり、該信号磁界受信手段は該信号磁界がキャリア信号を検波してベースバンド信号に変換する機能を有するように構成することができる。
該信号相関手段は、前記信号磁界送信手段と前記信号磁界受信手段の周波数応答によってひずみを受けた受信信号に基づく信号と入力信号の相関をとるように構成することができる。
該同期検出手段は、次の同期時刻を推定する機能を備え、
前記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前記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の処理を行う機能とを備えるように構成することができる。
【０００８】
該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有し、
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有し、
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有し、
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有し、
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保たれるように構成することができる。
【０００９】
【原理】
本発明の原理は、従来技術と対比して、次のように要約することができる。
従来の掘削位置測定法において平均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ため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νｎ　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】
2004125558.tif 000003
【００１０】
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】
2004125558.tif 000004
で与えられる。
またＥ｛νｍ　２　｝の分散は
【数３】
2004125558.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σ０　を求めることはできない。
【００１１】
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、その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】
2004125558.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。
【００１２】
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。
【００１３】
また、外乱磁界が存在する場合にＦＳＫ信号の復調が困難であるのは、信号磁界の位相が未知であるために外乱磁界を有効に除去する平均化の手段がないことによるが、本発明で用いている相関処理によれば符号化に用いている擬似ランダム信号と同相な雑音成分以外の雑音を有効に除去することができる。これによって掘削先端の情報が得られない問題をも軽減することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
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。
信号磁界送信手段１は符号がほぼ直交する関係にある２個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系列の中から直交性が高く、平均値が“０”に近いものを２個選べばよい。これら２個の符号のいずれかに２値情報の“１”を割り当て、他方に“０”を割り当てる。
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、増幅してコイルを印加すればよい。これにより信号磁界３が発生する。
【００１５】
信号磁界受信手段２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。次に：２個の擬似ランダム符号のそれぞれと受信信号５との相関値を求める。相関は指定された時刻と時間長の受信信号５に対して行われる。図では第１の信号相関手段６−１と第２の信号相関手段６−２がこの処理を行う。本例では２個の信号相関手段を用いるようになっているが１個の信号相関手段６で行うことも可能である。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。
【００１６】
信号磁界３の強度は信号相関手段６が出力する相関信号中のピーク値によって得られる。例えば、信号磁界３が第１の擬似ランダム信号によって符号化されている場合には、ピーク値が第１の信号相関手段６−１が出力する第１の相関信号７−１中に現れ、信号磁界３が第２の擬似ランダム信号によって符号化されている場合には、ピーク値が第２の信号相関手段６−２が出力する第２の相関信号７−２中に現れるものとすれば、これらいずれの相関信号中にピーク値があった場合でもそのピーク値を信号磁界３の強度とする。磁界レベル検出手段８は、上記のように相関信号のピーク値から信号磁界３の信号強度の値を求める機能と、必要に応じて求めた値の平均化を行う機能を備えている。
同期検出手段９は第１の信号記憶手段１０−１と第２の信号記憶手段１０−２に記憶された相関信号を基に、擬似ランダム符号の開始時刻である同期時刻を推定する。本発明では、この同期確立に関して、同期検出手段９は特に以下のような動作が可能である。
【００１７】
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できていないときは、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と第２の記憶手段１０−２に記憶する第２の相関信号７−２を擬似ランダム符号の複数周期分Ｔ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の信号記憶手段１０−１および第２の記憶手段１０−２に記憶された相関信号を消去する。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と第２の相関信号７−２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と第２の信号相関手段６−２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。
【００１８】
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と第２の信号相関手段６−２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と第２の相関信号７−２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と第２の相関信号７−２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と第２の相関信号７−２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と第２の信号相関６−２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】
2004125558.tif 000007
で与えられる。
【００１９】
以上の処理を行うために、図１では同期検出手段９から第１の信号相関手段６−１と第２の信号相関手段６−２に相関処理指定信号１１が送られている。
情報回復手段１２は相関信号のいずれかがピーク値をとる時刻の第１の相関信号７−１と第２の相関信号７−２の値を比較するか，あるいはいずれの相関信号中にピーク値が現れたか等を基にして信号磁界３が担ってきた情報を回復する。
第１の信号記憶手段１０−１および第２の信号記憶手段１０−２は、磁界レベル検出手段８、情報回復手段１２が必要な時刻の相関信号を取り出すことができるように相関信号を一時的に記憶する。また、以下に説明する同期検出手段９が同期時刻を確立するための処理を行うために相関信号を記憶するのにも使用される。
【００２０】
ところで、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
（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などが可能である。
【００２１】
第１の方法は、第１の相関信号７−１と第２の相関信号７−２を入力とし、そのいずれかがしきい値以上の値であった場合に相関信号を通過させるようなゲートを設ける方法である。
【００２２】
第２の方法は、図の実施例で用いている方法で同期検出手段９がその機能を担う。信号磁界３（あるい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３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。
【００２３】
さらに具体的な方法としては、次のような方法をとることができる。
▲１▼　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。
▲２▼　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。
【００２４】
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。
【００２５】
ベースバンド信号による実施例
図３は、ベースバンド信号を用いる場合の本発明のさらに具体的実施例を示している。
まず、信号磁界送信手段１の構成について説明する。信号磁界送信手段１は、符号化手段１−１、コード信号発生手段１−２、磁界発生手段１−３により構成されている。符号化手段１−１は１掘削先端の情報１−０を例えば、“０”と“１”の２値符号化された符号化情報１−４に変換する。コード信号発生手段１−２は符号化情報１−４が“０”であるか“１”であるかに従って２個の擬似ランダム符号のいずれかを発生し、磁界発生手段１−３に送る。磁界発生手段１−３は信号磁界３を発生する。
【００２６】
次に、信号磁界受信手段２の動作を説明する。磁界検出手段４が検知した磁界３を受信信号５に変換する。受信信号５は利得可変信号増幅手段１３によって振幅を適当な値に増幅される。第１の信号相関手段６−１と第２の信号相関手段６−２は２種類の擬似ランダム符号と各々受信信号の相関を行い、それぞれ第１の相関信号７−１と第２の相関信号７−２を出力する。第１の相関信号７−１と第２の相関信号７−２はそれぞれ第１の信号記憶手段１０−１および第２の信号記憶手段１０−２に記憶される。
【００２７】
同期検出手段９の機能については既に説明したが、同期検出手段９が２個の相関信号を同時に処理できるように信号総合手段１４を備えている。信号総合手段１４は２個の相関信号を適切に統合するもので、例えば、同時刻の相関信号のうちの大きい方のものを出力する。同期検出手段９は第１の信号相関手段６−１と第２の信号相関手段６−２に相関処理指定信号１１、第１の信号選択手段１５−１と第２の信号選択手段１５−２に同期時刻Ｔｍｓを与えている。
【００２８】
第１，第２の信号相関手段６−１，６−２は、相関処理指定信号１１を基に処理の内容を決定する。例えば、連続的な相関処理を行ったり、所定の時刻間の受信信号に対して相関処理を行う。
第１の信号選択手段１５−１と第２の信号選択手段１５−２は、同期時刻Ｔｍｓによって与えられた同期時刻の信号をそれぞれピークレベル１６−１、ピークレベル１６−２として出力する。
符号判定手段１７はピークレベル１６−１、ピークレベル１６−２を比較して受信信号５が担ってきた符号を判定し、判定信号１８として出力する。
【００２９】
第３の信号選択手段１５−３は判定信号１８に基づきピークレベル１６−１、ピークレベル１６−２のうちの受信信号５が担ってきた符号に対応するものを選択する。信号平均手段２０は、第３の信号選択手段１５−３の出力を平均して信号磁界強度として信号強度２１を出力する。信号強度２１は利得可変信号増幅手段１３が適切な利得を保つのに利用される。
復号手段２２は、判定信号１８を蓄積、解読して元の情報１−０ａを取り出す。
【００３０】
相関処理について
信号相関手段６が元の擬似ランダム符号あるいはそれから作られた信号と受信信号の相関処理を行うものとして説明してきた。実際に受信される受信信号５は、磁界発生手段１−３の伝送特性および磁界検出手段４の伝送特性、あるいは途中の媒質の伝送特性によって歪みを受けて、元の擬似ランダム符号、すなわち符号化信号１−５とはかなり異なるものになっている場合がある。歪みがかなり大きい場合でも元の擬似ランダム符号あるいはそれから作られた信号との相関信号は同期時刻に鋭いピーク値を取るが、歪みが極端に大きな場合には、それぞれの擬似ランダム符号を担う信号磁界３を受信した場合の受信信号５を記録しておき、これと受信信号５との相関を行うことができる。
【００３１】
キャリア信号による実施例
図４は、キャリア信号を用いる場合の符号化信号１−５をキャリア信号１−８に乗せた場合の本発明の実施例である。信号磁界送信手段１Ｂでは、信号発生手段１−７で発生したキャリア信号１−８を変調器１−９を用いて符号化信号１−５により変調して送信信号１−６ａとしている。変調方式としては、振幅変調（ＡＳＫ：Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　Ｓｈｉｆｔ　Ｋｅｙｉｎｇ）およびＦＳＫが可能である。
信号磁界受信手段２Ｂでは信号検波手段２３を用いて受信信号をベースバンド信号に変換している。
【００３２】
同期時刻の微調整が可能な実施例
図５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はないが、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わず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１−５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、サンプリングプ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。
【００３３】
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２４が遅延サンプリングクロック２５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２５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が発生するサンプリングクロック２７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。第３の信号選択手段１５−３が出力する瞬時信号強度３１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３１を同期検波する。同期検波出力が所定の値になるように遅延時間調整信号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２４が受信信号５をサンプリングしてから第３の信号選択手段１９が瞬時信号強度３１を出力するまでの遅延時間によって決まる。
【００３４】
【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１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、符号化に用いている擬似ランダム信号と同相の雑音成分以外の雑音を有効に除去することができるので、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】ベースバンド信号を用いた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４】符号化信号をキャリア信号に乗せた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】同期時刻の微細な調整を可能とす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】
１，１Ａ，１Ｂ　信号磁界送信手段（掘削先端）
１−０，１−０ａ　情報
１−１　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　符号化信号
１−６，１−６ａ　送信信号
１−８　キャリア信号
１−９　変調器
２，２Ｂ，２Ｃ　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　信号相関手段
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
１０−１　第１の信号記憶手段
１０−２　第２の信号記憶手段
１１　相関処理指定信号
１２　情報回復手段
１３　利得可変信号増幅手段
１４　信号統合手段
１５−１　第１の信号選択手段
１５−２　第２の信号選択手段
１５−３　第３の信号選択手段
１６−１　第１のピークレベル
１６−２　第２のピークレベル
１７　符号判定手段
１８　判定信号
２０　信号平均手段
２１　信号強度
２２　復号手段
２３　信号検波手段
２４　信号サンプリング手段
２５　遅延サンプリングクロック
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
３１　瞬時信号強度
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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