(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用するボアホールレーダ装置の周囲の地表下における変化を指向性感度をもって位置決定するボアホールレーダ装置であって、このボアホールレーダ装置は、１０ＭＨｚと２００ＭＨｚとの間の周波数を有する電磁放射を発生する発生アセンブリと、受信した電磁放射を処理する信号処理手段と、実質的に円筒形の壁体と中心軸とを有するハウジング（２）であって、少なくとも、
発生アセンブリが発生した電磁放射を発射する送信アンテナアセンブリ（６）であって、送信アンテナと導電性反射体（１０）とを有する送信アンテナアセンブリと、
周囲の地表下から反射された電磁放射を受信する受信アンテナアセンブリ（７）であって、受信アンテナと導電性反射体（１０）とを有する受信アンテナアセンブリと、
を収容しているハウジングと、を備えているのであり、送信アンテナおよび受信アンテナの両方がハウジング（２）の軸に平行に延在しており、両方がダイポールアンテナ（８）を備えており、各反射体（１０）は、各ダイポールアンテナ（８）に並んで平行に離れて延在する反射表面を備えており、当該反射表面は、ハウジング（２）の軸方向から見た場合に実質的にハウジング（２）の内径の半分に等しい半径を有する少なくとも円の一部分を実質的に形成している実質的に滑らかに曲った表面であり、反射体（１０）によって形成される角度が４５°と１８０°との間であり、各反射表面と、その反対側に位置するハウジング（２）のその部分との間の空間（１２）は、誘電率が少なくとも１０である媒質で充満されているボアホールレーダ装置において、送信アンテナおよび受信アンテナがハウジング（２）の壁体の近くに延在しており、送信アンテナおよび受信アンテナのそれぞれに対して直径方向反対側に位置する反射体（１０）の少なくともその部分が、同様にハウジング（２）の壁体の近くに延在し、これによって、反射体とハウジング（２）の壁体の間に、発射された電磁放射による干渉を受け易い要素を収容するための空間が残されていることを特徴とするボアホールレーダ装置。
【請求項２】
反射体（１０）の少なくとも一方がハウジング（２）の壁体の一部分を形成していることを特徴とする請求項１に記載のボアホールレーダ装置。
【請求項３】
反射体（１０）の少なくとも一方が薄板を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のボアホールレーダ装置。
【請求項４】
反射体（１０）の少なくとも一方によって形成される角度が１４５°と１５５°との間であることを特徴とする請求項１に記載のボアホールレーダ装置。
【請求項５】
反射表面と、その反対側に位置するハウジング（２）の壁体のその部分との間の空間（１２）にある誘電体が２０と１００との間の誘電率を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載のボアホールレーダ装置。
【請求項６】
反射表面と、その反対側に位置するハウジング（２）の壁体のその部分との間の空間（１２）にある誘電体が６０と１００との間の誘電率を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載のボアホールレーダ装置。
【請求項７】
誘電体が実質的に水を備えていることを特徴とする請求項５または６に記載のボアホールレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、その第１の観点では、使用中のボアホールレーダ装置の周囲の地表下における変化を指向性感度をもって位置決定するボアホールレーダ装置であって、このボアホールレーダ装置は、１０ＭＨｚと２００ＭＨｚとの間の周波数を有する電磁放射を発生する発生アセンブリと、受信した電磁放射を処理する信号処理手段と、実質的に円筒形の壁体と中心軸とを有するハウジングであって、少なくとも、
発生アセンブリが発生した電磁放射を発射する送信アンテナアセンブリであって、送信アンテナと導電性反射体とを有する送信アンテナアセンブリと、
周囲の地表下から反射された電磁放射を受信する受信アンテナアセンブリであって、受信アンテナと導電性反射体とを有する受信アンテナアセンブリと、
を収容しているハウジングと、を備え、
送信アンテナおよび受信アンテナの両方がハウジングの軸に平行に延在しており、両方がダイポールアンテナを備えており、各反射体は、各ダイポールアンテナに並んで平行に離れて延在する反射面を備えており、各反射面と、その反対側に位置するハウジングのその部分との間の空間は、誘電率が少なくとも１０である媒質で充満されているボアホールレーダ装置に関する。
【０００２】
このボアホールレーダ装置はＷＯ−Ａ−８９／０３０５３に記載されている。この文献には、地層の断裂を位置決定するためのボアホール（ボーリング穴）で使用するレーダ装置であって、指向性感度を有する送信アンテナおよび受信アンテナを備えたレーダ装置が記載されている。発射手段が、３０ＭＨｚと３００ＭＨｚとの間の周波数範囲で出力されるパルスレーダ信号を発生する。この信号は、反射体、より詳しくはＶ．Ａ受信アンテナの形状に配置された２つの導電性板から成る反射体、を介して放射されるのであり、また、類似の反射体を用いて、地層から反射されたレーダ信号が捕捉される。ハウジング内で放射が伝播する空間はチタン酸バリウム粉末／空気の混合物で満たされている。その誘電率は周囲の誘電率と整合しており、より詳しくは、その値は約８０である。
【０００３】
この型式のボアホールレーダ装置を用いれば、ある程度の指向性感度を達成できる。多くの用途では、可能な最大の指向性感度を得ることと、可能な限り多くの放射を地表下に侵入させることとの両方の必要性がある。好ましい直径が最大２０ｃｍであることや調査する地表下の電磁的特性を含めたボアホールレーダ装置に対する制約によって、従来は、指向性感度を向上できることは示されていなかった。
【０００４】
本発明の第１の観点の目的は上述の問題を解決することである。この観点では、その目的のために、送信アンテナおよび受信アンテナがハウジングの壁体の近くに延在しており、送信アンテナおよび受信アンテナのそれぞれに対して直径方向反対側に位置する反射体の少なくともその部分が、同様にハウジングの壁体の近くに延在していることを特徴とする。
【０００５】
この型式のボアホールレーダ装置を用いれば、地表下へ侵入する放射のより高いパワーと共に、より高い指向性感度を達成できる。この文脈では２つのパラメータを考慮しなければならない。第１のパラメータは、ターゲット方向での発射パワーと、その他の方向での発射パワーとの比である。この比は可能な限り大きいことが必要である。第２のパラメータは、ターゲット方向に発射される全パワーである。明らかに、これも可能な限り大きいことが必要である。これは、可能な最大の侵入パワーを達成するために必要である。こうして、費用の掛かるボアホールの数を可能な限り少なくして地表下の良好な画像が得られる。
【０００６】
本発明の第１の観点に係る構成は満足できるレベルで機能することが分かっている。このような構成では反射体はある程度の表面積を持たなければならない。実際には、反射体には最適な寸法が存在する。これはハウジングの寸法制約に大きく依存する。
【０００７】
本発明の第１の観点では、更に、送信アンテナおよび／または受信アンテナから反射面までの距離が可能な限り大きくなる。これは、本発明の第１の観点に係るボアホールレーダ装置によって達成される。この文脈での「距離」という用語は、反射面と送信アンテナまたは受信アンテナとの間の平均距離を意味する。
【０００８】
この文脈での「ハウジングの壁体の近く」という用語は、反射体の関係部分、または送信アンテナおよび／または受信アンテナのそれぞれの中心、がハウジングの内壁から最大でもハウジングの内径の１／４の距離に位置していることを意味する。より詳しくは、ハウジングの内壁と反射体の関係部分、または送信アンテナおよび／または受信アンテナのそれぞれ、との間の距離は最大で２ｃｍ、好ましくは１ｃｍ未満である。したがって、簡単な方法によってアンテナと反射面との間の距離を可能な限り大きくできる。特別な条件、たとえば非常に高い周波数の場合やこの装置が非常に高い誘電率を有する誘電体で満たされている場合には、その距離を２ｃｍより大きくできる。
【０００９】
或る特定の実施例では、たとえば、ハウジングをプラスチック等の非導電性材料の円筒として構成できる。この円筒の一部分は、金属などで製作した反射部で形成されている。
【００１０】
別の実施例では、反射体の少なくとも一方が薄板を備えている。この実施例では、反射体とハウジングとの間に狭い空間が存在して、この空間には例えば送信アンテナおよび／または受信アンテナへのケーブル配線が収容される。反射面と、その反対側に位置するハウジングの壁体のその部分との間の空間に存在する電磁放射からこのケーブル配線を遮蔽することが重要である。反射体がその遮蔽物として機能できる。
【００１１】
反射体、より詳しくは反射面、の形状は特に制約を受けない。好適な形状は、たとえば、一端で相互に接触する２つの真直ぐな板である。この両方の板の各端はハウジングの壁体の近くに位置しており、これがＶ字型反射体を構成している。
【００１２】
好適には、少なくとも１つの反射面は、ハウジングの軸方向から見た場合に少なくとも実質的には円錐曲線の一部分を形成している実質的に滑らかに曲った表面である。このような形状の反射面を用いれば、反射面がハウジングの壁体の形状を少なくとも大まかに沿うことができて、反射体から送信アンテナおよび／または受信アンテナまでの平均距離を可能な限り大きくできる。
【００１３】
この文脈での「実質的に滑らかに曲った」という用語は、反射面の形状からのずれの寸法が使用波長より充分に小さければ、より詳しくは電磁放射の波長の最大１／１０より小さければ、よいことを意味する。電磁放射の波動の性質によって、この反射面は滑らかに曲っているように見える。このような形状のずれの例としては、配線用の穴や平面形状の反射体の折れ曲り端部などが挙げられる。
【００１４】
円錐曲線は可能な限り有利なものを選ぶことが好ましい。好適には、円錐曲線は、ハウジングの内径の半分に実質的に等しい半径を有する円である。この方法では、反射面と送信アンテナおよび／または受信アンテナとの間の平均距離がその最大値となることが保証される。反射面がハウジングの内壁で形成される場合には、その円の半径はハウジングの内径の半分に等しい。反射体がハウジングの内壁の近くにある薄板である場合には、その円の半径はハウジングの内径の半分から板の厚さを引き、更に、板とハウジングの内壁との間の距離を引いたものに等しい。より詳しくは、この最後の距離は２ｃｍ未満であり、好適には１ｃｍ未満である。
【００１５】
好ましくは、反射体の少なくとも一方によって形成される角度が４５°と１８０°との間である。角度がこの限度の間にある場合には、反射面が充分に大きくて、所望の方向以外の方向で発射される放射や遮られる放射の反射によって失われる放射が大きくないので、満足できる発射特性が得られる。
【００１６】
より好ましくは、反射体の少なくとも一方によって形成される角度が１４５°と１５５°との間である。これらの角度では、より良好な発射特性、すなわちより良好な指向性感度、が得られる。
【００１７】
別の好適な実施例では、円錐曲線が放物線である。より詳しくは、放物線の焦点距離が、ハウジングの内径の０．５倍と０．７５倍との間である。多くの場合には、送信アンテナおよび／または受信アンテナの中心が放物線の焦点に位置する。しかし、反射面と送信アンテナおよび／または受信アンテナとの間の距離が可能な限り大きいことの方がより重要であることが分っている。
【００１８】
本発明の第１の観点に係るボアホールレーダ装置では、反射面と、その反対側に位置するハウジングの壁体のその部分との間の空間が誘電体で満たされている。誘電体の機能は、一方では、アンテナと反射面との間の領域での電磁放射の波長を短縮することである。これによって、反射面の平行化特性が向上す  る。この目的から、誘電体の誘電率は原理的には可能な限り高く選択される。
【００１９】
他方では、誘電体の誘電率の値は、周囲の地表下に対する変化部分において、その地表下の誘電率の値と整合する必要がある。たとえば、オランダにおける地表下の誘電率は、±５（乾燥砂地）と±４０（湿潤砂地、粘土）との間で変化し、水に対しては±８０（たとえば地下水）である。地表下と誘電体との誘電率の差異が小さいほど、発生させた電磁放射が実際に地表下に侵入する割合が高くなる。これは、１回の測定で、より大きな地表下の部分をサンプルできるようになるので好ましい。侵入パワーが大きくなれば測定をより長い距離で行うことができ、したがって、費用の掛かるボアホールが比較的少数で済む。このような構成では、ハウジングの壁体に隣接する上述の空間の一部分を適切な誘電体で満たすことができる。実際に、反射面と、その反対側に位置するハウジングの壁体のその部分との間の空間を１つの誘電体で満たすことができる。
【００２０】
好ましくは、反射面と、その反対側に位置するハウジングの壁体のその部分との間の空間にある誘電体が２０と１００との間の誘電率を有するのであり、より好ましくは６０と１００との間であり、最も好ましくは約８０である。誘電率のこれらの値では、良好な平行化特性を得るために波長を適切に短縮することと、放射の大部分が地表下に侵入するようにすることとが満足できるレベルで両立する。
【００２１】
本発明第１の観点に掛かるボアホールレーダ装置の或る特定の実施例では、誘電体が実質的に水を備えている。約８０の誘電率を有する全ての誘電体材料の中で水が特に適切である。しかし、ＷＯ−Ａ−８９／０３０５３に記載されているチタン酸バリウム粉末／空気の混合物なども同様に満足のいくものである。
【００２２】
本発明は、その第２の観点では、一般に、物体の電磁的コントラスト情報を決定することに関する。
【００２３】
電磁的コントラスト情報を用いれば、地点の電磁的性質の変化を決定できる。このような変化は、たとえば、その地点の地層構造内の断層、不連続、異なる電磁的性質を有する材料の存在、その他の変化を示している。
【００２４】
本発明の第２の観点の範囲内で言及する地点は、その用語の本質以外には何らの制約をも受けない。しかし、より詳しくいえば、ここでの地点は、大地（の一部分）、または、少なくとも部分的に金属製であるパイプラインを意味する。大地である場合には、観測される電磁的コントラスト情報は、埋設されている物体や、たとえば石油のような、鉱物の位置を決定するために利用できる。パイプラインの場合には、この情報を用いて、たとえば腐食部位の位置や厚さを決定したり、パイプ部のジョイントの位置を決定することができる。
【００２５】
電磁的コントラスト情報の決定は、通常、地球物理学的画像化法を用いて行われる。地球物理学的画像化法には、通常、いわゆる地表下測定装置が用いられる。この文脈での地表下測定装置とは、周囲の地表下に侵入する、電磁場を発生したり電磁放射を発射できる装置である。この文脈での電磁場は、純粋な電場であるか純粋な磁場であると理解すべきである。地表下によって、特にそこに位置する電磁的変化によって反射され、又は電磁場の場合には、地表下の電磁的変化または物体での誘導によって発生され発射された放射の電磁場の部分は、地表下測定装置により捕捉されていくつかの出力信号の形で記録される。いくつかの出力信号が収集された後、これらを処理することによって大地の調査部分のコントラスト特性の画像が得られる。地表下測定装置の例としては、既知の、地表下レーダ、ボアホールレーダ装置、いわゆるナノＴＥＭ測定装置、が挙げられる。
【００２６】
このようにして得られた測定データは２つのグループに分けられる。第１のグループを「波動データ」と呼ぶことがある。これは、電磁場すなわち電磁放射が周囲の地表下を波動のように伝播することに起因している。この場合には、電磁エネルギーは波動の特性を有している。
【００２７】
第２のグループは「拡散データ」と呼ぶことがある。これは、たとえば熱の場合のように、電磁場が媒質中を拡散することに起因している。この場合には、電磁エネルギーは場の特性を有している。この場は、地表下に位置する電磁的変化または物体が放射を反射すること、または、誘導によって放射を発射する、言い換えると、二次的な場や放射の源を形成することを確かにする。
【００２８】
波動データまたは拡散データの処理では、同様に２つのグループに分けられるアルゴリズムを使用するが、これらは、原理的には波動データと拡散データの両方に適用できる。
【００２９】
アルゴリズムの第１のグループは「反転」アルゴリズムという名前で呼べる。アルゴリズムのこのグループは、物体の形状および位置または地表下の変化と、未知の電磁的パラメータの同時決定を取扱う。
【００３０】
アルゴリズムの第２のグループは、実際には「画像化」アルゴリズムと呼ばれる。アルゴリズムのこのグループでは、電磁的変化の形状および位置を再生することのみが可能である。特に、これを拡散データに適用した場合に実際に決定されるものは二次的な場や放射の源の形状および位置であって、これらが、地表下の電磁的変化の徴候を示唆することになる。画像化アルゴリズムの処理速度および数学的安定性は反転アルゴリズムより優れている。したがって、画像化アルゴリズムが大規模に利用されている。
【００３１】
本発明の第２の観点は、より詳しくは、明細書末尾記載の発明１２〜３４のうち発明１２の前文に係る、地点の電磁的コントラスト情報を決定するために使用されるアルゴリズムに関する。
【００３２】
この種のアルゴリズムは、通常、「逆射影」アルゴリズムという名前で呼ばれ、たとえば、ＵＳ−Ａ−６００５９１６に記載されている。
【００３３】
逆射影アルゴリズムは波動データの処理における画像化アルゴリズムとして広く利用されている。逆射影アルゴリズムは、本質的には、ボルン近似で線形化した随伴積分演算子を測定データに適用することから成っている。
【００３４】
このアルゴリズムは単純であり、したがって効率的である。しかし、これを修正せずに拡散データに適用した場合には正しくない画像化が起こる。物体の位置が正しく再生されないのである。特に、地点の表面に近すぎる位置、すなわち、たとえば、地表面やパイプラインの外表面に近すぎる位置、に表示される。
【００３５】
したがって拡散データに対しては、逆射影アルゴリズムを従来の形式では適用できない。コンピュータを集約的に使用する反転アルゴリズムを用いることが必要である。このような反転アルゴリズムを用いる画像化はノイズに対して、より敏感であり、また、コンピュータの容量の理由から、３次元では（すぐには）利用できない。
【００３６】
したがって、本発明の第２の観点の目的は、上述の問題を解決することである。この目的は、発明１２に記載のアルゴリズムを用いて達成される。
【００３７】
発明１２〜１９に記載のＥ関数は複素伝播関数γ（ωj）のグリーン関数である。伝播関数は、（角）周波数ωjの関数として（場の）強度と位相角の両方に関して電磁場がどのように変化するかを記述する。上述の定数Ｃ１は、通常、１／（１６・π2）に等しく設定される。
【００３８】
荷重因子を適切に使用すれば画像化収差の大部分を補正できる。したがって、拡散データに基づく画像化の場合に逆射影アルゴリズムを使用することによって初めて正確な画像化が可能になる。
【００３９】
荷重因子Ｗは、これを用いて見出される変化または物体（実際には、二次的な場や放射の源）の形状および位置が実際の変化および物体の形状および位置に対応するように選択しなければならない。これを達成する手順は後述する。
【００４０】
ｘsm、ｘrn、ｘ'、ωjに対する値の組合せの各々に対して異なる値の荷重因子Ｗを使用しなければならないことがあり得る。言い換えれば、Ｗはこれらの変数の関数である。ｘsm、ｘrn、ｘ'、ωjの関数としての荷重因子Ｗの数学的依存性は、原理的には、達成すべき目的によってのみ制約される。更に、荷重因子Ｗは、使用する測定装置の種類や調査地点の基盤物質やその他の条件にも依存し得る。
【００４１】
本発明のアルゴリズムに係る或る特定の実施例では、少なくともｘsm、ｘrn、ｘ'、ωjのいくつかの値に対して、荷重因子Ｗは
Ｗ（ｘsm、ｘrn、ｘ'、ωj）＝Ｃ２・（│ｘsm−ｘ'│・│ｘ'−ｘrn│）nd・（γ（ωj））nγ、
の形を取る。ここで、
Ｃ２は定数であり、
ｎｄは−２と＋５との間の実数であり、
ｎγは−４と＋４との間の実数である。
【００４２】
実験からは、荷重関数の数学的形式は測定装置にのみ依存し、実験データの特性には依存しないことが分かっている。したがって、測定装置の各々に対して、詳細は後述する少数の簡単な実験を行って、上述の形の荷重関数Ｗを適切な方法で決定できる。
【００４３】
好適な実施例では、ｎdが２．５と３．５との間であり、ｎγが１．５と２．５との間である。より好ましくは、ｎdが３に等しく、ｎγが２に等しい。この形の荷重関数は、たとえば、いわゆるナノＴＥＭ装置に適している。同様にして、他の測定装置に対しても適切な荷重因子Ｗを選択できる。
【００４４】
本発明は、また、本発明の第２の観点に係るアルゴリズムを用いて、電磁場すなわち電磁放射を用いた測定によって地点の電磁的コントラスト情報を決定することに関する。この目的のため、アルゴリズムは、コンパイルされた形式またはコンパイルされない形式で電子的演算装置のメモリ上に保持でき、または、ディスケット、磁気テープ、ハードディスク装置、等のデジタルデータ記憶装置に記録できる。電子的演算装置以外の手段によって、たとえば手動によって、データを処理することも可能である。効率の観点からは、後者は推奨できない。
【００４５】
第２の観点では、本発明は更に、発明１６に記載した、地点の電磁的コントラスト情報を決定する方法に関する。
【００４６】
本発明の第２の観点に係る方法の好適な実施例は発明１７および１８に記載してある。
【００４７】
更に、第２の観点に係る本発明は、発明１９に記載したように、測定装置に適用可能な荷重因子Ｗを決定する方法に関する。この測定装置という用語は、地表下測定装置やパイプライン測定装置などの、電磁的コントラスト情報を決定するための測定装置を意味する。
【００４８】
実際には、たとえば、地表下測定装置を調整する際には既知の物体を試験地の既知の位置に埋設する。または、先行技術における別の既知の方法で土壌の電磁的特性が分かっている試験地を用いる。本発明の第２の観点に係るこの方法は、まず第１に、試験地の土壌の電磁的実験値を地表下測定装置を用いて決定することを含んでいる。次いで、実測または予測に基づいて荷重因子Ｗの数ｎｄおよびｎγに対する値を選択する。このようにして選択した荷重因子Ｗを用いて実験値を処理し、コントラスト情報、したがって埋設物体の形状および位置を含む土壌の画像を作成する。
【００４９】
埋設物体の形状および位置に対する観測値は実際の状況に対応しない。すなわち、所望の精度を有しない。荷重因子Ｗは、数ｎｄおよびｎγに対して別の、より適切な値を選択することによって実際のものに調整される。次いで、実験値を再び処理して、コントラスト情報、したがって土壌の画像を作成する。この画像は再び実際と比較される。
【００５０】
観測画像が未だに所望の精度で実際と対応しない場合には、所望の精度が達成されるまで、ｎｄおよびｎγの値を再び調整し、測定値を処理する、等を行う。この手続きで達成できる精度には限度があることに留意すべきである。実際には、その地点で調査すべき各々の点、各々の源の位置、各々の受信器位置、各々の使用周波数、に対して別の荷重因子を決定することになり、これらの荷重因子全体は極度に複雑な関数となる。実際上からは、これは利用できない。本発明の第２の観点に係るここで述べる方法は、簡単なやり方でこの荷重関数に対する良い近似を見出す方法を提供する。
【００５１】
類似のやり方によって、この種の方法を、たとえば、少なくとも部分的に金属製であるパイプラインにおける腐食部位やその他の不連続の位置や厚さを決定するために利用できる。この目的のためには、パイプラインにおける腐食部位の位置や厚さ、すなわち電磁的コントラスト特性、を先行技術における別の既知の方法で事前に決定しておく。次いで、埋設されていても埋設されていなくても良いパイプラインを測定装置で調査して、観測されたコントラスト特性すなわち腐食部位が既知のものと対応するまで荷重因子Ｗを調整するプロセスを行う。
【００５２】
第２の観点では、本発明は更に、発明２０および２１に記載したように、電磁放射すなわち電磁場を用いて地点の電磁的コントラスト情報を決定する測定装置を提供する。
【００５３】
本発明の第２の観点に係る測定装置の好適な実施例では、この測定装置で使用される荷重因子Ｗは、本発明の第２の観点に係る適切な方法を用いて決定される。見出された荷重因子Ｗは、別の電子的演算装置を用いて、測定装置によって決定された測定データを処理するために適用することができる。または、荷重因子を用いて測定データを処理することは、測定装置に内蔵された電子的演算装置によって行うこともできる。これによって、補足的な測定が必要かどうかの判定がその場でできる。結果として、システム全体がより柔軟で、より効率的になる。
【００５４】
本発明の第２の観点は更に、コンピュータ内にロードされ得るコンピュータプログラムであって、このようにしてプログラムされたコンピュータが本発明に係るアルゴリズムを実行するのに適しているコンピュータプログラムに関する。
【００５５】
更に、第２の観点に係る本発明は、コンピュータ内にロードされ得るコンピュータプログラムであって、このようにしてプログラムされたコンピュータが本発明の第２の観点に係る電磁的コントラスト情報を決定する方法を実行するのに適しているコンピュータプログラムに関する。
【００５６】
この文脈では、観測データを同様に更に処理することは、この目的に適したコンピュータプログラムのモジュールを用いて実行できる。したがって、観測データを、モニタに適した形式、または印刷の形式で表現できる。
【００５７】
第２の観点では、本発明は更に、発明２５または２６に記載のコンピュータプログラム製品に関する。これは、本発明の第２の観点に係る電磁的コントラスト情報を決定するアルゴリズムまたは方法を実行するコンピュータプログラムを記録したコンピュータプログラム製品を含んでいる。このコンピュータプログラム製品は、たとえば、磁気テープ、ディスケット、ハードディスク装置、ＣＤ−ＲＯＭを備えることができる。別の実施例では、このコンピュータプログラム製品は、コンピュータまたは地表下測定装置の読出専用で消去不可のメモリ部の一部分を構成している。この１つの可能なオプションは、いわゆるプラグインカードである。
【００５８】
第２の観点では、本発明は更に、本発明の第２の観点に係るコンピュータプログラムの使用に関する。１つの可能なオプションは、コンピュータまたは地表下測定装置に本発明の第２の観点に係るコンピュータプログラムをロードし、次いで使用することを含んでいる。
【００５９】
考えられる別の可能性は、未処理の測定データを或る特定の場所から、本発明の第２の観点に係るコンピュータプログラムをコンピュータにロードしてある別の場所に送ることである。これによって、未処理の測定データが、本発明の第２の観点に係るコンピュータプログラムを用いて処理され、次いで、処理済みデータを必要な場所まで送ることができる。
【００６０】
未処理データおよび／または処理済データの伝送は様々な方法で実行できる。たとえば、データを、磁気テープ、ディスケット、またはＣＤ−ＲＯＭ等の情報担体に記録でき、次いで、これを送ることができる。また、電話回線やインターネット等のネットワークを介して、デジタル形式またはその他の形式でデータを送ることもできる。
【００６１】
本発明の第３の観点は、地表下調査を行う方法であって、１以上の電磁的パルス信号を発生するステップと、この１以上のパルス信号を地表下に発射するステップと、各パルス信号に対応する１以上の応答信号を受信するステップと、  １以上の応答信号をサンプリングするステップと、応答信号ワードを取得するために各応答信号サンプルをデジタル形式に変換するステップと、応答信号ワードを処理して地表下の構造の画像を取得するステップと、を備えている方法に関する。本発明の第３の観点は更に、この方法を実施する装置に関する。
【００６２】
この種の方法は先行技術、たとえば国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ８８／０３１９６、において知られている。アナログ応答信号値をデジタル応答信号値に変換する機器（Ａ／Ｄ変換器）の速度の限界によって、また、デジタル応答信号ワードを処理する機器の速度の限界によって、既知の方法ではサブサンプリングが行われている。このサブサンプリングは、連続する一連の応答信号の各応答信号から１つのサンプルが取得されることを意味する。そのサンプリング周期は応答信号周期より若干長い。このようにして得られた一連の応答信号サンプルは、応答信号の１つの完全なサンプルを形成して、オリジナルのアナログ応答信号を忠実に再生する。このサブサンプリングによって、高周波数の信号を低周波数でサンプリングできる。これによって、利用可能な機器の技術的容量内で応答信号ワードを処理できる。
【００６３】
原理的には、電磁的パルス信号は、表面（水面上または水面下）からでも地表下の穴からでも地表下に発射できる。応答信号は、同様に、表面（水面上または水面下）でも地表下の穴でも受信できる。
【００６４】
この既知の方法にはいくつかの欠点がある。
【００６５】
第１の欠点は、完全な一連の応答信号サンプルは、時間とエネルギーとの点で比較的高いコストを掛けて、多数の応答信号に基づいて得られるだけであるということである。これは、各応答信号サンプルに対して、応答信号を生じるパルス信号を地表下に発射することが必要だからである。
【００６６】
更なる欠点は、各々から各時点で１サンプルを取得する連続した応答信号が高いレベルで同一でなければならないことである。したがって、一連の応答信号サンプルを取得するに必要な時間中に地表下の特性が変化しないと仮定しても、応答信号を生じるパルス信号の一様性に対して高いレベルでの要求が生じる。同時に、パルス信号の反復周波数が高いレベルで一定であるか、少なくともサンプリング周波数に同期していなければならない。
【００６７】
もう１つの欠点は、既知の装置のＡ／Ｄ変換器が、応答信号の振幅とは独立のサンプリングを行うことである。したがって、振幅が小さい場合には、得られる振幅精度が比較的低い。したがって、最終的な目的である地表下構造画像の品質が劣化する。
【００６８】
一般に当てはまることであるが、より高い精度（たとえば１６ビット、または３２ビット）を望む場合には、この目的に使用できるＡ／Ｄ変換器の変換速度は低下する。したがって、上述のサブサンプリングの必要性が生じる。逆に、比較的高い変換速度を求める場合には比較的低い精度（たとえば８ビット）となる。
【００６９】
本発明の第３の観点の目的は、上述の欠点を解消するか、少なくとも著しく軽減することである。この目的は、発明２７で特徴づけられるような上述の種類の方法で達成できる。本発明の第３の観点に係る装置は発明３１で特徴づけられる。
【００７０】
本発明の第３の観点に係る方法および装置では、各応答信号に対して複数のサンプリング操作が行われる。したがって、応答信号を適切に記述する完全な一連のサンプルを得るために必要な応答信号の数がより少なくて済む。好ましくは、これらの全ての応答信号サンプルは、応答信号を実質的に完全に特徴づけるに必要な各応答信号から取得される。これによって、時間およびエネルギーが非常に高いレベルで節約される。更に、パルス信号が互いに対して一様である必要がなく、また、パルス信号の反復周波数が一定であるまたはサンプリング周波数に同期するなどの必要がない。
【００７１】
高いサンプリング速度を選択したにも拘らず応答信号ワードを低い速度で処理できるように、いくつかの連続した応答信号ワードをバッファリングしてデータワードを形成する。次いで、データワードを処理して地表下の構造の画像を得る。
【００７２】
本発明の第３の観点に係る方法および装置の好適な実施例では、受信時の各応答信号の振幅が、そのサンプルに適用可能な最大振幅に調整される。これによって、高い変換速度であっても、および／または、Ａ／Ｄ変換器が比較的小振幅に対して低い精度を有する場合であっても、良好な振幅精度が達成される。
【００７３】
【発明の実施の形態】
本発明の様々な観点を、図面を参照しながら、以下の図面の説明を参照してより詳細に説明する。
【００７４】
様々な図において、同一の参照符号は、同一の要素、または同一の機能を有する要素を意味する。
【００７５】
図１において、１は本発明の第１の観点に係るボアホールレーダ装置である。これは、その上部および下部で密封要素３を用いて密封されたハウジング２を備えている。密封要素３は、ボアホール内にボアホールレーダを設置する際のガイドとなる、たとえば車輪１３を備えている。上部密封要素３はつり上げ耳１４を備えており、これによって、ボアホールレーダ装置１が上下に移動できる。
【００７６】
４は、その詳細は示さないが、たとえば、制御電子回路や、アンテナ要素をハウジング内で回転させる手段や、アンテナ要素の配向を決定するジャイロを備えた部分である。
【００７７】
５は、送信アンテナアセンブリ６および受信アンテナアセンブリ７がそれぞれ回転できる軸である。この回転によって、ボアホールレーダ装置が所望の方向で測定を行える。
【００７８】
本発明の第１の観点に係るボアホールレーダ装置１を用いれば、測定は、たとえば以下のように行える。ボアホールレーダ装置１がボアホールに導入される。これは、地上から制御できるようにする制御手段に接続されている。特定の深さで、地球に対するボアホールレーダ装置１の配向が決定される。次いで、電磁放射を発射し、反射された放射を捕捉し、これを信号の形で記録することによって、測定サイクルが開始される。これに続いて、送信アンテナアセンブリ６および受信アンテナアセンブリ７が小さな角度、たとえば２°ないし３°、だけ回転され、次の測定が行われる。全ての所望の方向で測定が完了するまで、以上のステップが反復される。次いで、ボアホールレーダ装置１が別の深さに移動され、上述の全てのステップが反復される。
【００７９】
しかし、これとは別に、ボアホールレーダ装置は自律的に測定と移動とを行う機能を備えることもできる。そのためには、たとえば、電池などのエネルギー源と、電動ケーブルリール等の推進手段と、制御および測定プログラム等の内蔵制御手段とを設けることが必要である。
【００８０】
これによって、ボアホールの周囲の特定の地域の電磁的プロファイルを決定できる。このプロファイルには、地表下で電磁的特性が変化するいくつかの変化が含まれている。これは、地表下の断層や、組成の変化（たとえば、瀝青炭や石油）を示していることもあり、また、不発弾などの物体の存在を示すこともある。データの評価と解釈は引続いて行える。
【００８１】
本発明の第１の観点に係るボアホールレーダ装置１は、様々な分野で使用できる。たとえば、鉱物の採掘や、地表下に存在する不発爆弾や不発砲弾などの物体の追跡、等の目的でボアホールの周囲を調査することなどに使用できる。ボアホールレーダ装置の設置は、所望の用途や、測定を行う地表下に応じて行うことができる。
【００８２】
この一例は、発射される電磁放射について、異なる周波数範囲を選択する可能性である。たとえば、より低い周波数ではより大きな侵入パワーが得られるが、解像度が低下する。侵入パワーは地表下の特性にも依存する。地下水面上の砂のように地表下が高いレベルで侵入可能であれば、解像度を上げるために周波数を上げるという選択が可能である。しかし、実際にはボアホールの費用の点から、まず、侵入パワーが優先される。したがって、特別な場合に限って周波数を上げる。結論として、使用周波数は、好ましくは２０ＭＨｚと２００ＭＨｚとの間である。
【００８３】
更に、適切ならば、水以外の誘電体を選択できる。たとえば、地下水面上の砂質土壌（乾燥砂）の誘電率は水で飽和した砂より著しく低い。したがって、充分な発射パワーを維持するためには、充満させる誘電体の誘電率を、より低い値に選択しなければならい。これによって、ハウジング内の電磁放射の波長が増大し、反射体の平行化特性に悪影響が及ぶ。これは、たとえば、より高い周波数を用いることによって解消できる。電磁放射の侵入パワーは周波数の増大に伴って一般に減少するが、この効果は、砂質土壌のより良好な侵入特性によって補償される。別の選択は、反射体の形状および／または寸法を調整することである。
【００８４】
図２には、アンテナ要素の模式断面図を示す。ハウジング２に沿っているのはダイポールアンテナ８である。その直径方向反対側にあるのは反射体１０であり、ほぼ半円形の導電性板の形式である。反射体１０とアンテナ８との間の空間は水で満たされている。
【００８５】
このアンテナ８は反射体１０の焦点に位置していない。したがって、実質的に平行な放射は得られない。この文脈では、円筒形反射体の場合には、その中心が焦点と見なされることに留意されたい。厳密にいえば、これは、反射体の小部分についてのみ、また、近似によってのみ成立つ。しかし、ボアホールレーダ装置の大部分では、使用波長はボアホールレーダ装置の直径、すなわち反射体の寸法、と同程度である。アンテナ８と反射体１０との間の距離が、送信器が反射体１０の焦点に位置する場合のその距離より大きいことの結果として、焦点位置にないことによる悪影響は、距離の増加によって、十二分に補償される。
【００８６】
好ましくは、送受信部の反射体は、それぞれ接地されていない。これによって、特に受信部は、送信部との結合が最小となるので問題が最小になる。
【００８７】
図３には、ボアホールレーダ装置１の送信アンテナ要素の模式断面図を示す。ダイポールアンテナ８はハウジング２の壁体に（ほぼ）沿っている。アンテナ８は２つの吊り腕１５によって正しい位置に保持されている。アンテナ８はケーブル９を介して駆動され得る。このケーブル９は、送信アンテナ８に対して直径方向反対側にある反射体１０と、ハウジング２の壁体との間に位置する。１１は、送信アンテナから受信アンテナに向かって直接放射された電磁放射を吸収する絶縁材料である。同時に、材料１１は吊り腕１５を固定している。反射体１０と送信アンテナ８との間の空間１２は誘電体材料、この場合は水、で満たされている。
【００８８】
この実施例では、反射体１０は、ハウジング２の壁体に完全には載っていない。これによって、発射された電磁放射による干渉を受け易いケーブル９やその他の要素のための空間が確保されるという利点が得られる。しかし、送信アンテナ８と反射体１０との間の距離を可能な限り大きく保つことはやはり重要である。同じ要件が受信アンテナに対しても等しく適用される。
【００８９】
図４ａおよび図４ｂには、いわゆるナノＴＥＭ機器を用いた測定を模式的に示してある。２１は地表面であり、２２は、給電および制御機器２４に接続された同調コイルである。同調コイル２２は、たとえば、１辺が数メートルから１００メートルまでの正方形であるが、原理的には、所望の如何なる形状や寸法にすることができる。２３は、処理装置２６に接続できる測定装置２５に接続された測定コイルである。
【００９０】
図４ａおよび図４ｂ、およびこれに附随する説明によって、本発明の第２の観点をナノＴＥＭ機器を用いた大地の調査に適用する状況が示されている。本発明の第２の観点を、少なくとも部分的に金属製であるパイプラインにおける腐食部位の調査に適用する場合には、同様のセットアップを用いることができるが、同調コイルおよび／または測定コイルの寸法は、調査すべきパイプラインに合わせて調整される。この場合には、同調コイルをパイプ上に置くことができ、測定コイルをパイプラインの外部または内部に沿って移動する。
【００９１】
２７は、同調コイルによって発生され発射された磁場の力線である。位置ｘ'にある物体２８での誘導によって、これが電磁場２９の二次的な源となる。
【００９２】
概略としては、ここに示した地表下測定装置は以下のように動作する。たとえば３２Ｈｚの比較的低い周波数ωjで給電および制御機器２４は同調コイル２２に矩形波電流を発生させる。その結果、同調コイル２２に磁場２７が発生する。この場２７は同調コイル２２の下の大地に侵入する。
【００９３】
電流の方向、したがって磁場２７の方向、が反転する瞬間には、地下の物体２８での誘導により、この物体２８に電磁場２９が発生する。言い換えれば、物体２８は（二次的な）場の源となる。この二次的な電磁場２９は、原理的には全ての方向に放射される。この場の一部分は、位置ｘrに中心を有する測定コイル２３によって捕捉される。同調コイル２２の中心Ｍは、源の位置ｘsと仮定される。捕捉された場は、測定装置２５によって出力信号の形で記録され、オプションとして、これに内蔵されてもよく内蔵されなくてもよい処理装置２６によって更に処理される。
【００９４】
測定の過程では、磁場２７の鉛直成分に対して特定の強度が設定される。全体が実質的に同調コイル２２の面内にある測定コイル２３は、原理的には、戻った場２９の鉛直成分のみを測定する。その他の成分も、たとえば測定コイル２３の配向を変えることによって、測定できる。
【００９５】
この種のセットアップを、たとえば領域ＤSCと呼ぶ大地の未知の部分を調査するために使用できる。使用する測定方法の目的に合わせて、領域ＤSCは、通常、同調コイル２２で区切られた大地の部分として定義され、機器の感度によって下方に区切られている。または、荷重関数を決定するためには、大地の既知の部分も調査できる。
【００９６】
一連の測定は、たとえば以下のように行われる。最初に、同調コイル２２すなわち送信器と、測定コイル２３すなわち受信器とが、それぞれ位置ｘs1およびｘr1に置かれる。ここで、磁場２７が送信器２２によって発生され、１以上の周波数ωjで発射される。この場合の周波数は実際には角周波数であって、ωj＝２・π・ｆであり、ｆは毎秒の振動数である「実際の」周波数であることに留意されたい。
【００９７】
大地と、特にその中にある何らかの物体２８とが二次的な放射すなわち場２９を発生させる。原理的には全ての方向から受信器２３によって捕捉される電磁放射すなわち電磁場２９は、いくつかの周波数ωjで測定され、同調コイル２２に対する測定コイル２３の位置データと共に処理装置２６に伝送される。
【００９８】
次いで、受信器２３が異なる位置に移動され、測定ステップが反復される。領域ＤSCに対する所望の数の測定データが決定されるまで、以上のステップが何度か反復される。次いで、本発明の第２の観点に係るアルゴリズムまたは方法を用いて、処理装置２６によって測定データが処理できて、たとえばモニタ上に地表下の画像として再生できる電磁的コントラスト情報が得られる。
【００９９】
この文脈では、電磁的コントラスト情報は、１つの位置すなわち１つのステップでの測定によって正確に決定できるのではないことに留意されたい。これは、収集された情報は、球体表面上に位置する領域ＤSCの多数の、理論的には全ての、位置から潜在的な影響を受けているからである。したがって、特定の位置ｘ'に関する情報は、ｘ'があるのと同じ球体表面上の領域に位置する全てのその他の位置の情報に依存しており、それとの関連においてのみ決定可能である。受信された出力信号、たとえばこの場合には受信された場の強度すなわち放射強度の鉛直成分、を用いれば、（二次的な）場の源すなわち放射源の形状および位置を決定でき、したがって所望の電磁的コントラスト情報を決定できる。
【０１００】
この不正確さは、異なる角度でその領域の位置ｘ'を調査すれば著しく改善できる。これは、たとえば、測定コイルおよび／または同調コイルの位置を変えて測定することによって実行できる。したがって、位置ｘ'のコントラスト情報は多数の重複する測定から決定されることになり、誤差は平均化される。
【０１０１】
図５には、荷重因子Ｗを用いて電磁的コントラスト情報を決定するための本発明の第２の観点に係る方法のフロー図を示す。これは１組の測定データｆsc（ｘsm、ｘrn、ωj）から開始される。この測定データは、上述のナノＴＥＭ機器などの既知の地表下測定装置を用いて、送信器２２および受信器２３のいくつかの位置ｘsm、ｘrnと、使用する電磁放射すなわち電磁場のいくつかの周波数ωjとに対して決定されたものである。
【０１０２】
次いで、各測定データに、数Ｅ（ｘsm、ｘrn、ωj、ｘ'）と、適用可能な荷重関数Ｗ（ｘsm、ｘrn、ωj、ｘ'）とを乗じる。
【０１０３】
次のステップは、全ての、使用した送信器位置ｘsm、使用した受信器位置ｘrn、使用した放射周波数ωj、に渡って得られた積を加算することから成る。これが、領域ＤSC（ｘ'）における大地の電磁的コントラスト情報Ｘ（ｘ'）を与える。次いで、この電磁的コントラスト情報を、解釈のために、たとえばモニタやプリンタ装置に送ることができる。
【０１０４】
図６には、フロー図として、測定装置に対して適用可能な荷重関数を決定するための本発明の第２の観点に係る方法を示す。
【０１０５】
最初に、電磁的コントラスト特性が既知である測定環境すなわち測定セットアップを用意しなければならない。これは、たとえば、１以上の既知の物体を所定の方法で地下に埋設することによって得られる。別の可能性は、基準測定を行って調査大地の電磁的コントラスト特性を決定するための、別の、正確な、しかし高価で処理が遅い機器を用いることである。
【０１０６】
以下のステップでは、調整すべき測定装置を用いて、一連の測定結果ｆscを決定するために測定環境の測定を行う。
【０１０７】
次いで、ｎｄおよびｎγの値を、本発明に規定する限度内で選択する。これらの値は、測定を行うところの調整すべき測定装置に関連している。
【０１０８】
次いで、観測された測定結果は本発明の第２の観点に係るアルゴリズムを用いて処理される。荷重関数Ｗは選択されたｎｄおよびｎγの値に基づいて決定され、次いで、この荷重関数は、本発明の第２の観点に係る一連の測定データを処理する際に使用される。こうして、一連の処理済み測定データの結果が得られる。これに基づいて、調査した測定セットアップの電磁的コントラスト特性が決定できる。
【０１０９】
次いで、観測された電磁的コントラスト特性が、事前に分かっているコントラスト特性と比較される。観測されたコントラスト特性が、事前に分かっているコントラスト特性に所望の精度内で整合する場合には、この手続きは完了する。そうでない場合には、ｎｄおよびｎγに対して新たな変更された値を選択し、これを用いて処理ステップと比較ステップとを反復しなければならない。
【０１１０】
このループは、測定された電磁的コントラスト情報が、事前に分かっているものと所望の精度内で一致するまで反復される。
【０１１１】
次いで、このようにして見出されたｎｄおよびｎγの値は測定装置に記憶できる。これらの値は、１度だけ設定され、測定装置にのみ依存し、選択した測定環境（調査すべき地点の種類や配置する物体など）には依存しない。
【０１１２】
図７ａには、たとえば１ｍｓの周期Ｔで発射されたパルス信号を示す。各パルスの期間は、たとえば１〜５０ｎｓであり、立上り時間は１〜３ｎｓである。パルス信号は、たとえば５０〜６００ＭＨｚの中心周波数を有する。図７ｂには、図７ａのパルス信号に対する応答として受信される応答信号を図７ａと同じ時間スケールで示してある。図７ｃには、図７ｂの応答信号のサンプリングを図７ａおよび図７ｂと同じ時間スケールで示してある。
【０１１３】
図８には、たとえば１ｋＨｚの周波数ｆsを有するクロック信号を発生すべく設計されたクロック発生器３２を示す。矢印４で記号化してあるように、クロック発生器３２によって発生されたクロック信号は、受信器３８からのアナログ応答信号をクロック信号周波数（サンプリング周波数とも呼ぶ）ｆsでサンプリングすべく設計されたＡ／Ｄ変換器３６に供給される。Ａ／Ｄ変換器３６はアナログ入力電圧をデジタル表現、たとえば８ビットの長さを有する応答信号ワード、に変換する。実用的な用途では、Ａ／Ｄ変換器３６はデマルチプレクサー（詳細は図示していない）を内蔵できる。これによって、いくつかの応答信号ワードをバッファリングでき、１度にｎ応答信号ワードがＡ／Ｄ変換器３６の出力に現れるようにできる。ここで、ｎは１に等しいかこれより大きい整数である。したがって、Ａ／Ｄ変換器３６がデジタル情報を供給する周波数ｆ0は、周波数ｆsとｎとの商である。図８の特定の実施例では、ｎ＝２である。
【０１１４】
Ａ／Ｄ変換器３６の出力４０はデマルチプレクサー回路４２に接続されている。これは、いくつかの（図８の特定の実施例では、５つの）デマルチプレクサーを備えており、この内の４つは、それぞれ、いくつかの応答信号ワード（図８の特定の実施例では、４つの応答信号ワードすなわち３２ビット）を連続してバッファリングできる。したがって、デマルチプレクサー４２の出力４４では、いくつかの（図８の特定の実施例では、１６の）応答信号ワードを含むデータワードが現れる。このデータワードは、周波数ｆsとデータワード当たりの応答信号ワード数との商に対応する周波数ｆdで得られる。図８の回路でサンプリング周波数ｆsが１５０ＭＨｚであると仮定すれば、データワード周波数ｆdは９．４ＭＨｚとなる。この周波数ｆdは、デマルチプレクサー４２に接続した処理回路４６で処理できる。
【０１１５】
Ａ／Ｄ変換器３６内またはその下流に１以上のデマルチプレクサーを使用して適切な周波数ｆdを選択すれば、データワードの長さを変更できることは明らかであろう。これによって、非常に高速のＡ／Ｄ変換器３６を採用し、これを用いて１周期以内でサンプリングを完了するという可能性が開ける。
【０１１６】
トリガー回路４８は、線５２で記号化してあるように、送信器５０に供給されるトリガー信号を発生し、地表下に発射されるパルス信号を発生する。送信器５０は、パルス信号を発生するパルス発生器（詳細は図示していない）を備えている。トリガー回路４８と送信器５０との間には、送信器５０の遅延を補償できるプログラム可能な遅延線（図示しない）を設けることができる。トリガー信号は、線５４で記号化してあるようにＡ／Ｄ変換器３６にも供給される。これは、好ましくは、受信器３８とＡ／Ｄ変換器３６とにおける遅延を補償できるように、プログラム可能な遅延線（図示しない）を介して行われる。このようにしてＡ／Ｄ変換器３６は、アナログパルス信号をデジタル応答信号サンプルに変換する命令を受取る。最後に、トリガー信号は、線５８で記号化してあるようにデマルチプレクサー５６に供給され、データワードの出力を処理回路４６に同期させる。
【０１１７】
図９に示したように、受信器３８は、入力回路６０と、前置増幅器６２と、帯域通過フィルタ６４と、「設定」入力を介して調整可能な利得調整回路６６と、出力増幅器６８とを備えている。好ましくは、受信器３８とＡ／Ｄ変換器３６との間に減衰器７０が設けてある。これは、「設定」入力を介して調整され、受信器３８からの信号に対して１つまたはいくつかの電圧範囲（たとえば０〜１０ｍＶ、０〜２０ｍＶ、０〜３０ｍＶ、０〜４０ｍＶ、０〜５０ｍＶ）を設定するものであり、これによって、Ａ／Ｄ変換器の精度が制限されているにも拘わらず、特に小振幅の応答信号に対して、可能な最大の振幅精度が得られる。
【０１１８】
以上、本発明について説明したが、本発明に関連して以下の発明１２〜３４（出願当初の請求羽１２〜３４）が提案される。
【０１１９】
［発明１２］
地点の電磁的コントラスト情報を決定するために使用するアルゴリズムであって、電磁場（２７）すなわち電磁放射が、１以上の異なる送信器位置ｘsmにおいて１以上の異なる離散周波数ωjで、これに適した１以上の装置（２２）を用いて発生されるのであり、前記電磁場すなわち電磁放射はその地点に侵入するのであり、１以上の異なる受信器位置ｘrnに戻った電磁放射（２９）が、これに適した測定装置（２３、２５）を用いて１以上の出力信号ｆsc（ｘsm、ｘrn、ωj）の型式で記録されるのであり、
前記アルゴリズムは、
ｆsc（ｘsm、ｘrn、ωj）の値に、対応する値Ｅ（ｘsm、ｘrn、ｘ'、ωj）を乗じるステップと、
これらの全ての積を加算するステップであって、ここで、ｍは、１から、使用する送信器位置の総数Ｍまでの両端を含む範囲で変化する整数であり、ｎは、１から、使用する受信器位置の総数Ｎまでの両端を含む範囲で変化する整数であり、ｊは、１から、使用する電磁放射の離散周波数の総数Ｊまでの両端を含む範囲で変化する整数であるステップと、を備えているのであり、ここで、
ｆsc（ｘsm、ｘrn、ωj）は、電磁放射すなわち電磁場（２７）の源（２２）が位置ｘsmにあり、電磁放射（２９）の受信器（２３）が位置ｘrnにあり、使用する電磁放射すなわち電磁場（２７）の角周波数がωjである場合に測定される電磁放射（２９）またはその成分であり、
【数１】
0004768203.tif 000002
は電磁場（２７、２９）に対する影響パラメータを表しており、ｘsm、ｘrn、ωjは上に定義した通りであり、ｘ'は調査地点における位置であり、Ｃ１は定数であり、
【数２】
0004768203.tif 000003
は周波数ωjでのその地点の伝播係数の複素共役であるアルゴリズムにおいて、
全てのｘsm、ｘrn、ｘ'、ωjについて１に等しくない荷重因子Ｗ（ｘsm、ｘrn、ｘ'、ωj）を、加算の前に各々の積ｆsc・Ｅ（ｘsm、ｘrn、ｘ'、ωj）に対して更に乗ずることを特徴とするアルゴリズム。
［発明１３］
発明１２に記載のアルゴリズムであって、ｘsm、ｘrn、ｘ'、ωjの少なくともいくつかの値に対して荷重因子Ｗが実質的に
Ｗ（ｘsm、ｘrn、ｘ'、ωj）＝Ｃ２・（│ｘsm−ｘ'│・│ｘ'−ｘrn│）nd・（γ（ωj））nγ
の形を取るのであり、ここで、
Ｃ２は定数であり、
ｎｄは−２と＋５との間の実数であり、
ｎγは−４と＋４との間の実数である、ことを特徴とするアルゴリズム。
【０１２０】
［発明１４］
ｎｄが２．５と３．５との間であり、ｎγが１．５と
２．５との間であることを特徴とする発明１３に記載のアルゴリズム。
【０１２１】
［発明１５］
電磁場すなわち電磁放射（２７）を測定することによって地点の電磁的コントラスト情報を決定する際の先行発明１２〜１４のいずれか記載のアルゴリズムの使用。
【０１２２】
［発明１６］
地点の電磁的コントラスト情報を決定する方法であって、電磁場すなわち電磁放射（２７）が、１以上の異なる送信器位置ｘsmにおいて１以上の異なる離散周波数ωjで、これに適した１以上の装置（２２）を用いて発生されるのであり、前記電磁場すなわち電磁放射はその地点に侵入するのであり、戻った電磁放射（２９）が、１以上の異なる受信器位置ｘrnにおいて、これに適した測定装置（２３、２５）を用いて１以上の出力信号ｆsc（ｘsm、ｘrn、ωj）の型式で記録されるのであり、
前記方法は、
ｆsc（ｘsm、ｘrn、ωj）の値に、対応する値Ｅ（ｘsm、ｘrn、ｘ'、ωj）を乗じるステップと、
これらの全ての積を加算するステップであって、ここで、ｍは、１から、使用する送信器位置の総数Ｍまでの両端を含む範囲で変化する整数であり、ｎは、１から、使用する受信器位置の総数Ｎまでの両端を含む範囲で変化する整数であり、ｊは、１から、使用する電磁放射の離散周波数の総数Ｊまでの両端を含む範囲で変化する整数であるステップと、を備えているのであり、ここで、
ｆsc（ｘsm、ｘrn、ωj）は、電磁放射すなわち電磁場（２７）の源（２２）が位置ｘsmにあり、電磁放射（２９）の受信器２３が位置ｘrnにあり、使用する電磁放射すなわち電磁場（２７）の角周波数がωjである場合に測定される電磁放射（２９）であり、発明１２の数式１が電磁場（２７、２９）に対する影響パラメータを表しており、ｘsm、ｘrn、ωjは上に定義した通りであり、ｘ'は調査地点における位置であり、Ｃ１は定数であり、発明１２の数式２は周波数ωjでのその地点の伝播係数の複素共役である方法において、
全てのｘsm、ｘrn、ｘ'、ωjについて１に等しくない荷重因子Ｗ（ｘsm、ｘrn、ｘ'、ωj）を、加算の前に各々の積ｆsc・Ｅ（ｘsm、ｘrn、ｘ'、ωj）に対して更に乗ずることを特徴とする方法。
【０１２３】
［発明１７］
発明１６に記載の方法であって、ｘsm、ｘrn、ｘ'、ωjの少なくともいくつかの値に対して荷重因子Ｗが
Ｗ（ｘsm、ｘrn、ｘ'、ωj）＝Ｃ・（│ｘsm−ｘ'│・│ｘ'−ｘrn│）nd・（γ（ωj））nγ
の形を取るのであり、ここで、
Ｃは定数であり、
ｎｄは−２と＋５との間の実数であり、
ｎγは−４と＋４との間の実数である、ことを特徴とする方法。
【０１２４】
［発明１８］
ｎｄが−２．５と３．５との間であり、ｎγが１．５と２．５との間であることを特徴とする発明１７に記載の方法。
【０１２５】
［発明１９］
発明１２、１３、１４、１６、１７または１８の何れか１に記載の測定装置に適用できる荷重因子Ｗを決定する方法であって、前記方法が、
ａ）所望の精度で電磁的コントラスト特性が分かっている地点を荷重因子を適用せずに調査するステップであって、少なくとも電磁場（２７）の源（２２）と電磁放射（２９）の受信器（２３）とを備えている測定装置を使用するのであり、一連の測定データｆsc（ｘsm、ｘrn、ωj）と、一連のＥ（ｘsm、ｘrn、ｘ'、ωj）に対する値とが決定できるのであり、ここで、
ｆsc（ｘsm、ｘrn、ωj）は、電磁放射すなわち電磁場（２７）の源（２２）が位置ｘsmにあり、電磁放射（２９）の受信器（２３）が位置ｘrnにあり、使用する電磁放射すなわち電磁場（２７）の角周波数がωjである場合に測定される電磁放射（２９）またはその成分であり、
Ｅ（ｘsm、ｘrn、ｘ'、ωj）は電磁場（２７、２９）に対する影響パラメータを表しており、ｘ'は調査地点における位置であるステップと、
ｂ）ｎｄおよびｎγに対する値の組を選択するステップと、
ｃ）ｎｄおよびｎγに対して選択した値に基づく荷重因子Ｗを使用して、ｆsc（ｘsm、ｘrn、ωj）およびＥ（ｘsm、ｘrn、ｘ'、ωj）の値から電磁的コントラスト情報を計算するステップと、
ｄ）このようにして求めた電磁的コントラスト情報が、所望の精度で既知の電磁的コントラスト情報に対応しない場合には、所望の精度が達成されるまでｎｄおよびｎγに対する値の組を調整してステップｃ）を反復するステップと、を備えている方法。
【０１２６】
［発明２０］
電磁放射すなわち電磁場（２７）を用いて地点の電磁的コントラスト情報を決定する測定装置であって、電磁場すなわち電磁放射（２７）の源（２２）と、電磁放射（２９）の受信器（２３）と、源（２２）を制御するための制御手段（２４）と、捕捉した電磁放射（２９）の測定データを決定するための少なくとも１つの測定器（２５）と、測定データを記録および処理するためのデータ処理手段（２６）とを備えている測定装置において、この測定装置が発明１１〜１４の何れか１に記載のアルゴリズムを用いたコントラスト情報の決定に適していることを特徴とする測定装置。
【０１２７】
［発明２１］
電磁放射すなわち電磁場（２７）を用いて地点の電磁的コントラスト情報を決定する測定装置であって、電磁場すなわち電磁放射（２７）の源（２２）と、電磁放射（２９）の受信器（２３）と、源（２２）を制御するための制御手段（２４）と、捕捉した電磁放射（２９）の測定データを決定するための少なくとも１つの測定器（２５）と、測定データを記録および処理するためのデータ処理手段（２６）とを備えている測定装置において、この測定装置が発明１６〜１８の何れか１に記載の方法を用いたコントラスト情報の決定に適していることを特徴とする測定装置。
【０１２８】
［発明２２］
測定装置で使用する荷重因子Ｗが発明１９に記載の方法を用いて決定されることを特徴とする発明２０または２１に記載の測定装置。
【０１２９】
［発明２３］
コンピュータ内にロードされ得るコンピュータプログラムであって、このようにしてプログラムされたコンピュータが発明１２〜１４の何れか１に記載のアルゴリズムを実行するのに適しているコンピュータプログラム。
【０１３０】
［発明２４］
コンピュータ内にロードされ得るコンピュータプログラムであって、このようにしてプログラムされたコンピュータが、発明１６〜１８の何れか１に記載の電磁的コントラスト情報を決定する方法を実行するのに適しているコンピュータプログラム。
【０１３１】
［発明２５］
コンピュータ可読媒体を備えたコンピュータプログラム製品であって、媒体上には発明２３または２４の何れか記載のコンピュータプログラムが記録されており、コンピュータがコンピュータプログラム製品を読取った後に、記録されたコンピュータプログラムを実行できるコンピュータプログラム製品。
【０１３２】
［発明２６］
発明２３または２４に記載のコンピュータプログラムの使用。
【０１３３】
［発明２７］
地表下調査を行う方法であって、
１以上の電磁的パルス信号を発生するステップと、
この１以上のパルス信号を地表下に発射するステップと、
各パルス信号に対応する１以上の応答信号を受信するステップと、
１以上の応答信号をサンプリングするステップと、
応答信号ワードを取得するために各応答信号サンプルをデジタル形式に変換するステップと、
応答信号ワードを処理して地表下の構造の画像を取得するステップと、を備えている方法において、
各応答信号から少なくとも２つの応答信号サンプルが取得されることを特徴とする方法。
【０１３４】
［発明２８］
応答信号の実質的に完全な特性評価のために必要な全ての応答信号サンプルが各応答信号から取得されることを特徴とする発明２７に記載の方法。
【０１３５】
［発明２９］
いくつかの連続した応答信号ワードがバッファリングされてデータワードを形成し、このデータワードが処理されて地表下の構造の画像が取得されることを特徴とする発明２７または２８に記載の方法。
【０１３６】
［発明３０］
受信時の各応答信号の振幅が、そのサンプルに適用可能な最大振幅に調整されることを特徴とする発明２７〜２９の何れか１に記載の方法。
【０１３７】
［発明３１］
地表下調査のための装置であって、
１以上の電磁的パルス信号を発生するパルス発生器と、
この１以上のパルス信号を地表下に発射する送信器（５０）と、
各パルス信号に対応する１以上の応答信号を受信する受信器（３８）と、
１以上の応答信号をサンプリングし、応答信号ワードを取得するために各応答信号サンプルをデジタル形式に変換するＡ／Ｄ変換器（３６）と、
地表下の構造の画像を取得するために応答信号ワードを処理する処理回路（４６）と、を備えている装置において、Ａ／Ｄ変換器（３６）が、各応答信号から少なくとも２つの応答信号サンプルを取得するように設計されていることを特徴とする装置。
【０１３８】
［発明３２］
応答信号の実質的に完全な特性評価のために必要な全ての応答信号サンプルを各応答信号から取得するようにＡ／Ｄ変換器（３６）が設計されていることを特徴とする発明３１に記載の方法。
【０１３９】
［発明３３］
Ａ／Ｄ変換器から供給されたいくつかの連続した応答信号ワードをバッファリングしてデータワードを形成して、このデータワードを処理回路（４６）に出力するためにＡ／Ｄ変換器（３６）と処理回路（４６）との間に設けたデマルチプレクサー回路（４２）を特徴とする発明３１または３２に記載の方法。
【０１４０】
［発明３４］
各応答信号の振幅をそのサンプルに適用可能な最大振幅に調整するために受信器（３８）とＡ／Ｄ変換器（３６）との間に設けた調整可能減衰器（７０）を特徴とする発明３１〜３３の何れか１に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】本発明の第１の観点に係るボアホールレーダ装置の模式断面図である。
【図２】本発明の第１の観点に係るボアホールレーダ装置の模式横断面図である。
【図３】本発明の第１の観点に係るボアホールレーダ装置の送信部の軸方向断面図である。
【図４ａ】大地の電磁的コントラスト情報を決定する方法を用いた装置の上面模式図である。
【図４ｂ】大地の電磁的コントラスト情報を決定する方法を用いた装置の側面模式図である。
【図５】電磁的コントラスト情報を決定するための本発明の第２の観点に係る改良されたアルゴリズムを用いた方法のフロー図である。
【図６】本発明の第２の観点に係る測定装置に適用可能な荷重関数を決定する方法のフロー図である。
【図７】（ａ）は本発明の第３の観点に係る発射パルス信号を時間ｔに渡って示した図、（ｂ）は同じく受信応答信号を示した図、（ｃ）は同じく応答信号サンプリングを示した図である。
【図８】本発明の第３の観点に係る方法を実施する電子回路のブロック図である。
【図９】図８の電子回路の一部分をより詳しく示した図である。
【符号の説明】
【０１４２】
１     ボアホールレーダ装置
２     ハウジング
３     密封要素
４     矢印
６     送信アンテナアセンブリ
７     受信アンテナアセンブリ
８     送信アンテナ（ダイポールアンテナ）
９     ケーブル
１０   反射体
１１   材料
１２   空間
１３   車輪
１４   耳
１５   吊り腕
２２   送信器（同調コイル）
２３   受信器（測定コイル）
２４   制御機器
２５   測定装置
２６   処理装置
２７   磁場
２８   物体
２９   電磁場
３２   クロック発生器
３６   変換器
３８   受信器
４０   出力
４２   デマルチプレクサー回路
４４   出力
４６   処理回路
４８   トリガー回路
５０   送信器
５２，５４    線
５６   デマルチプレクサー
５８   線
６０   入力回路
６２   前置増幅器
６４   帯域通過フィルタ
６６   利得調整回路
６８   出力増幅器
７０   減衰器
【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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