光電界センサアレー型ボアホールレーダによる3次元イメージングのフィールド実証実験

• Project/Area Number: 15686037
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Earth system and resources enginnering
• Research Institution: Osaka Electro-Communication University
• Principal Investigator: 海老原 聡 大阪電気通信大学, 工学部, 講師 (20301046)
• Project Period (FY): 2003 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥28,080,000 (Direct Cost: ¥21,600,000、Indirect Cost: ¥6,480,000); Fiscal Year 2005: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2004: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2003: ¥18,720,000 (Direct Cost: ¥14,400,000、Indirect Cost: ¥4,320,000)
• Keywords: ボアホールレーダ / 3次元推定 / 地下計測 / アレーアンテナ / ブアホールレーダ

Research Abstract

本年度は最終年度にあたるので、本研究の総括を行った。本研究の目標とする地中物体を3次元的な「像」として推定可能であることをフィールドデータを用いて実証した。同時に、推定精度に冠する検討を実験と理論計算によって明らかにした。昨年度までの研究により、本学構内の坑井付近には断層が存在しており、レーダのターゲットとして最適でることが予想されていた。本年度は、この断層の3次元イメージングを試作アレー型ボアホールレーダで行った。さらには、クロスホール計測によるトモグラフィーによって、ターゲットの2次元イメージングを行い、アレー型ボアホールレーダの推定精度の検討を行う。
重要な開発項目は信号処理法の開発になった。ゾンデを一深度に設定するとアレー信号合成によって得られた物体上の3次元反射点位置推定結果を出力可能である。本年度はゾンデの位置を複数深度で変化させて得られたデータから3次元的な物体像を出力する信号処理法を開発した。この推定結果は3Dグラフィックによって、専門家以外の人にも容易に断層などの3次元形状を理解できるようにした。
当初の予定になかったが、研究を遂行していく上で問題点が浮上したため、以下について検討をした。受信アンテナへの入射電磁波は垂直偏波を仮定していた。しかし、地中のき裂や断層などからの反射波は水平偏波成分を含むことがわかった。この場合、受信アンテナで電磁波の到来方向推定が困難になることがわかった。これに対する対策として、直交ダイポールループアンテナを提案し、これまでの受信アンテナと併用することで、電磁波の偏波状態に対して補正を加えた上で電磁波の到来方向を推定できる可能性があることを実験的に明らかにした。

Research Products

• [Journal Article] Resonance Analysis of Circular Dipole Array Antenna in Cylindrically Layered Media (2006)
  • Author(s): S.Ebihara, T.Yamamoto
  • Journal Title: IEEE Transaction on Geoscience and Remote Sensing vol.44, no.1 Pages: 22-31
• [Journal Article] Experimental Studies for Monitoring Water-level by Dipole-antenna Array Radar Fixed in Subsurface (2006)
  • Author(s): S.Ebihara, K.Nagoya, N.Abe, M.Toida
  • Journal Title: Near Surface Geophysics vol.4 Pages: 89-96
• [Journal Article] 3-D Estimation of Multiple Scattering Centers with Directional Borehole Radar Scanned along a Borehole (2006)
  • Author(s): S.Ebihara, Y.Yamasaki, T.Yamaguchi
  • Journal Title: Proceeding of the 11h International Conference on Ground Penetrating Radar (掲載決定) Pages: 4-4
• [Journal Article] DESIGN OF DIPOLE ARRAY ANTENNA USING OPTICAL MODULATORS (2004)
  • Author(s): S.Ebihara
  • Journal Title: Proceedings of the 2004 INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON ANTENNAS AND PROPAGATION, August 17-21, 2004, Sendai, JAPAN Pages: 525-528
• [Journal Article] Experimental Studies for Monitoring Water Distribution by E-field Sensor Array Type Radar Fixed in Underground (2004)
  • Author(s): S.Ebihara
  • Journal Title: Proceeding of the Tenth International Conference on Ground Penetrating Radar, 21-24 June, 2004, Delft, The Netherlands. Pages: 175-178
• [Journal Article] MoM Analysis of Circular Array Resonance to Design Directional Borehole Radar (2004)
  • Author(s): S.Ebihara
  • Journal Title: Proceeding of the Tenth International Conference on Ground Penetrating Radar, 21-24 June, 2004, Delft, The Netherlands. Pages: 149-152
• [Journal Article] Frequency Spectrum Change of Borehole Radar Signals (2004)
  • Author(s): S.Ebihara
  • Journal Title: Proceeding of the Tenth International Conference on Ground Penetrating Radar, 21-24 June, 2004, Delft, The Netherlands. Pages: 257-260
• [Publications] S.Ebihara: "Directional borehole radar with dipole antenna array using optical modulators"IEEE Trans.Geoscience and Remote Sensing. vol.42, no.1. 45-58 (2004)
• [Publications] S.Ebihara: "Blind Separation for Estimation of Near-surface Interface by GPR with Time-Frequency Distribution"IEICE Trans.Communications. Vol.E86-B, No.10. 3071-3081 (2003)
• [Publications] S.EBIHARA, W.C.CHEW: "Calculation of Sommerfeld Integrals for Modeling Vertical Dipole Array Antenna for Borehole Radar"IEICE Trans.Electron.. Vol.E86-C, No.10. 2085-2096 (2003)
• [Publications] 海老原 聡, 名児耶 薫, 阿部 泰典, 戸井田 克: "地中埋設した光電界センサ型レーダによる水位モニタリングの検討"第7回地下電磁計測ワークショップ論文集. 95-100 (2003)