(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数変調信号を地中に送信する送信装置と、
この送信装置から送信され地中を伝播した前記周波数変調信号を受信して復調する受信装置と、
この受信装置で復調した信号に対してその周波数成分に応じた振幅の補正を行う波形補正部と、
前記補正前の前記復調信号を高速フーリエ変換したものを、保持中の基準信号を高速フーリエ変換したものまたは保持中の高速フーリエ変換した基準信号と比較し、保持中の基準信号を高速フーリエ変換したものまたは保持中の高速フーリエ変換した基準信号に近づけるように、前記波形補正部における周波数成分に応じた補正量を動的に定める補正制御部と
を備えたこととを特徴とする地中伝送システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記補正制御部は、ディジタル・フィルタで構成されたことを特徴とする地中伝送システム。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれかにおいて、
前記基準信号は、地中に送信され地中を伝播したのち受信された地中レーダ装置用パルス信号であることを特徴とする地中伝送システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記送信装置の搬送周波数は、数十kHz 乃至数百kHz の範囲に設定されることを特徴とする地中伝送システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記送信装置は地中掘削機に設置され、前記受信装置は地上に設置されたことを特徴とする地中伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、地中掘削機に搭載したレーダ装置と地上の受信装置との間のデータ伝送などに利用される地中伝送システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、地上からの開削を行うことなく地上からの操作によって地中に小径のトンネルを掘削するという非開削ドリリング工法が開発されている。このような非開削ドリリング工法では、ロッドと称される可撓性かつ継ぎ足し自在の長尺体の先端側に直径数ｃｍから数十ｃｍの地中掘削機が取付けられる。また、このロッドの根元側を地上に設置した駆動装置に取付け、このロッドに回転力と推進力とを与えることにより、トンネルの掘削が行われる。
【０００３】
このような非開削ドリリング工法では、地中に埋設されている水道管やガス管などの障害物との接触を回避するために、地中掘削機の先端部に地中レーダ装置を設置し、障害物の検出を行わせるという方法が開発されてきた。すなわち、地中掘削機の先端部分に取付けられたアンテナから前方や側方の地中にパルス信号が送信され、前方や側方の地中に存在する障害物で発生した反射パルスがアンテナに受信される。
【０００４】
アンテナに受信されたパルス信号は、ロッドの内部を先端部から地上の根元部分にまで引き出される信号線を通して地上の信号処理部に転送される。このような地中レーダ装置が設置された地中掘削機については、必要に応じて、本出願人の先願に係わる特願平１０−３１４１５１号や、特願平１１−２２８１６１号などを参照されたい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術の地中掘削機では、ロッド先端部の地中レーダ装置が受信した地中からの反射パルスを地上の信号処理部まで転送するために、ロッドの先端部分から地上の信号処理装置までロッドの内部にわたって信号線を設置する必要がある。しかしながら、このように内部に信号線が設置された状態では、ロッドの継ぎ足し作業が煩雑になる。何故ならば、ロッドどうしの接合箇所の地下水などに対する液密性を確保すると同時に、ロッドの回転に伴って信号線が捩じれないように配慮する必要があるからである。このようなロッドの継ぎ足し作業の煩雑化に伴って、掘削作業の能率と速度が低下するという問題がある。
【０００６】
このようなロッドの継ぎ足し作業の簡易化を図るために、ロッドの端面に非接触型の電磁結合器を形成し、これらを介して隣接ロッド間に信号伝送経路を形成する構成も考えられる。しかしながら、このような非接触型の電磁結合器を使用する方法は、ロッド個数の２倍の個数の電磁結合器を必要とするため部品の製造や取付けの費用がかさみ、掘削装置が高価になるという問題がある。
【０００７】
従って、本発明の一つの目的は、ロッドの継ぎ足し作業を容易・迅速に実施できると共に、比較的安価な掘削装置を実現できる地中伝送システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の課題を解決する本発明の地中伝送システムは、周波数変調信号を地中に送信する送信装置と、この送信装置から送信され地中を伝播した前記変調信号を受信して復調する受信装置とを備えることにより、信号の伝送速度を向上させ、地中埋設物の監視用などを目的とするリアルタイム処理を可能にするように構成されている。更に、本発明の地中伝送システムは、上記受信装置が復調した信号に対しその周波数成分に応じた振幅の補正を行う波形補正部を備えることにより、地中の伝送に伴って生じた歪みを補正し信号の再生品質を高めるように構成されている。
【０００９】
本発明によれば、補正前の受信信号を高速フーリエ変換したものを、保持中の基準信号を高速フーリエ変換したものまたは保持中の高速フーリエ変換した基準信号と比較し、保持中の基準信号を高速フーリエ変換したものまたは保持中の高速フーリエ変換した基準信号に近づけるように、波形補正部における周波数成分に応じた補正量を動的に定める補正制御部を更に備えている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施の形態によれば、上記補正部制御はディジタル・フィルタで構成される。また、基準信号波形として地中に送信され地中を伝播したのち受信された地中レーダ装置用パルス信号波形が使用される。
【００１１】
【実施例】
図１は、地中掘削機内に地中レーダ装置を設置し、この地中レーダ装置が受信した反射パルスを地上の受信装置に向けて地中を伝送する目的で、本発明の一実施例の地中伝送システムを適用した場合の構成を示す機能ブロック図である。この地中掘削機の先端近傍には、前方や側方の地中埋設物を検出するための地中レーダ装置ＲＤが設置されている。更に、この地中レーダ装置ＲＤに受信された反射パルスを周波数変調して地上に向けて地中に送信するために、各部１１〜１３から成るＦＭ送信装置１０が地中掘削機内に設置され、このＦＭ送信装置１０から地中に送信されたＦＭ信号を受信するために、各部２１〜２３から成るＦＭ受信装置２０と、各部２４〜３１から成る波形補正部４０が地上に設置される。
【００１２】
まず、地中レーダ装置ＲＤは、同期信号発生部ＳＹと、この同期信号発生部ＳＹで発生された一定周期の同期信号に同期した送信用のパルス信号を発生する送信部ＴＸと、この送信パルスを地中掘削機の前方や側方の地中に送信する送信アンテナＴＡと、前方や側方の埋設物などの障害物で発生された反射パルスを受信する受信アンテナＲＡと、この受信パルスを同期信号から一定量τずつ遅延したタイミングでサンプルホールドするサンプリング部ＳＰと、このサンプリングされた受信パルスを増幅する増幅部ＡＭとを備えている。
【００１３】
また、地中側に設置されたＦＭ送信装置１０は、ＦＭ変調部１１、送信部１２及び送信アンテナ１３を備えている。さらに、地上側に設置されたＦＭ受信装置２０は、受信アンテナ２１、増幅部２２、復調部２３とを備えている。また、波形補正部４０は、Ａ／Ｄ変換部２４、ディジタル・フィルタ２５、Ｄ／Ａ変換部２６、高速フーリエ変換部２７、２９、基準波形メモリ２８、レベル比較部３０及びＡ／Ｄ変換部３１を備えている。
【００１４】
まず、地中レーダ装置ＲＤの動作を図２の波形図を参照しながら説明する。同期信号発生部ＳＹは、図２の波形Ａに例示するような一定周期のトリガパルスを発生し、このトリガパルスに同期して送信部ＴＸで発生された図２の波形Ｂに例示するような送信パルスが送信アンテナＴＡから地中に送信される。この地中に送信された送信パルスは、地中の埋設物などの障害物で反射され、この反射パルスは受信アンテナＲＡに受信され、受信部ＲＸで増幅され、図２の波形Ｃに示すような受信反射パルスとなる。
【００１５】
この受信反射パルスは、サンプリング部ＳＰにおいて、同期信号から微小な一定量τずつ遅延してゆくサンプリングパルスに同期して反復して保持されることにより、時間軸がＴ／τ倍に拡大された受信反射パルスに変換される。ただし、Ｔは同期信号の周期である。この受信反射パルスは増幅部ＡＭを経てＦＭ送信装置１０に供給される。
【００１６】
ＦＭ送信装置１０のＦＭ変調部１１は、上記地中レーダ装置ＲＤの増幅部ＡＭから出力される受信反射パルスを受けて、これを周波数変調する。この周波数変調された受信反射パルスは、送信部１２で増幅され、送信アンテナ１３から地中に送信される。ＦＭ送信装置の搬送波周波数として、地中での電波伝播特性が考慮され、50kHz から500 kHz の範囲の値が選択させる。
【００１７】
図３は、ＦＭ受信装置の基準波形メモリ２８に保持される基準波形を生成する基準波形生成装置の構成ブロック図である。この基準波形生成装置は、図１中の地中レーダ装置と同一の構成を有しており、同期信号発生部ＳＹ、送信部ＴＸ、送信アンテナＴＡ、受信アンテナＲＡ、受信部ＲＸ及びサンプリング部ＳＰを備えている。この基準波形生成装置の動作は、前述した図１中の地中レーダ装置の動作と全く同一である。
【００１８】
図３の基準波形生成装置の受信部ＲＸで受信された受信パルスは、送信アンテナＴＡと受信アンテナＲＡのアンテナ利得及び地中の伝播減衰量の周波数特性が平坦でないことに起因して送信パルスからの歪みを生ずる。この歪んだ波形の受信パルスがサンプリング部ＳＰにおいてサンプリングによって時間軸が拡大され、基準波形として図１の受信装置内の基準波形メモリ２８に保存される。
【００１９】
再び図１を参照すると、ＦＭ送信装置１０の送信アンテナ１３から送信され地中を伝播したのちＦＭ受信装置２０の受信アンテナ２１に受信されたＦＭ信号は、増幅部２２で増幅され、ＦＭ信号復調部２３で復調され、この復調されたアナログ信号がＡ／Ｄ変換部２４でディジタル信号に変換される。このディジタル信号の振幅がディジタル・フィルタ２５で補正され、この振幅補正されたディジタル信号がＤ／Ａ変換部２６でアナログ信号に変換される。
【００２０】
一方、復調部２３で復調された信号が高速フーリエ変換部２７で高速フーリエ変換される。同時に、基準波形メモリ２８に保持中の基準波形が高速フーリエ変換部２９で高速フーリエ変換される。両高速フーリエ変換部２７，２９で変換された周波数成分どうしがレベル比較部３０で比較され、比較結果の差信号が出力される。このアナログ差信号がＡ／Ｄ変換部３１でディジタル差信号に変換され、ディジタル・フィルタ２５の各タップに供給される。
【００２１】
ディジタル・フィルタ２５は、ＦＩＲ（有限インパルス応答）フィルタや、ＩＩＲ（無限インパルス応答）フィルタで構成され、レベル比較部３０から出力される比較結果に応じて、復調部２３から出力される復調信号に対して周波数成分ごとに異なるタップ利得を付与することにより、基準波形と同じ周波数成分を有する復調信号を作成し、Ｄ／Ａ変換部２６に出力する。
【００２２】
すなわち、基準波形の周波数スペクトルＬｆが図４（Ａ）に例示するようになものであり、これに対して復調部２３から出力された復調信号の周波数スペクトルＬｆが同図（Ｂ）に例示するようなものとする。比較部３０から出力される各周波数スペクトルの差信号ΔＬｆは、図同（Ｃ）のようなものとなる。ディジタル・フィルタ２５の利得−周波数特性は、上記（Ｃ）に示すようなものとなるように各周波数成分のタップ利得が変更される。
【００２３】
この結果、ディジタル・フィルタ２５から出力される復調信号は、基準波形とほぼ同一の周波数スペクトルを有するものに補正される。すなわち、復調部２３から出力される復調された受信反射パルスのうち地中レーダ装置の増幅部ＡＭから出力される基準波形と異なる部分は、周波数変調と復調とに伴う振幅の歪みであると見做される。従って、復調された信号が基準波形と同一の波形でない場合には、同一の波形に近づくようにディジタル・フィルタ２５によって周波数成分ごとに振幅の補正が行われる。このようにして、周波数変調と復調とに伴って生じた受信反射パルスの波形の歪みが除去される。このように波形の歪みが除去された受信反射パルスは、その振幅と出現時点とを有為な情報として含むＡスコープ信号として処理される。
【００２４】
以上、基準波形をメモリに保存しておきこれを高速フーリエ変換する構成を例示したが、基準波形を予め高速フーリエ変換したものをメモリに保存しておき、レベル比較部に供給する構成とすることもできる。
【００２５】
また、地中レーダ装置の受信反射パルスを伝送する場合を例にとって本発明の地中伝送システムを説明したが、他の種々の信号を伝送する場合にも本発明を適用できる。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の地中伝送システムは、地中レーダ装置の受信パルス信号などの送信対象の信号を有線伝送路ではなく無線伝送路を介して地中から地上に伝送する構成であるから、ロッドの継ぎ足し作業が簡単になり、地中掘削作業の能率が大幅に向上するという利点がある。
【００２７】
また、本発明の地中伝送システムは、伝送対象の信号を周波数変調して伝送する構成であるから、信号に対して振幅の変動を引き起こす各種の雑音、妨害、干渉などの影響を受けにくく、高品質の伝送を実現できるという利点がある。
【００２８】
また、本発明の地中伝送システムは、伝送対象の信号を周波数変調して伝送する構成であるから、伝送対象の信号を一旦ディジタル信号に変換してＰＳＫやＦＳＫなどのディジタル伝送を行う場合に比べて、信号の処理と伝送とに必要な時間が短縮され、障害物との衝突防止を目的とする地中レーダ装置などに必須のリアルタイムの処理が可能になるという利点がある。
【００２９】
更に、本発明の地中伝送システムは、復調した信号に対して基準信号波形と高速・高精度の高速フーリエ変換を利用して周波数成分に応じた振幅の補正を行う構成であるから、歪みが除去されたＡスコープ信号などの高速・高精度の復調が可能となり、鮮明な画面のリアルタイム表示が実現できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の地中伝送システムを、地中掘削機内に設置した地中レーダ装置で受信した反射パルス信号を地上に無線伝送する場合に適用する際の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】上記地中レーダ装置の動作を説明するための波形図である。
【図３】図１中の基準波形メモリに保存する基準波形を生成するための装置の構成を例示する機能ブロック図である。
【図４】図１の高速フーリエ変換部と比較部とディジタル・フィルタによる復調信号の波形の補正動作を説明するための周波数スペクトルである。
【符号の説明】
RD    地中レーダ装置
10    ＦＭ送信装置
11    ＦＭ変調部
20    ＦＭ受信装置
23    ＦＭ復調部
25    ディジタル・フィルタ
28    基準波形メモリ
27,29 高速フーリエ変換部
30    振幅比較部
40    波形補正部
【図１】
0003810990.tif 000002
【図２】
0003810990.tif 000003
【図３】
0003810990.tif 000004
【図４】
0003810990.tif 000005