マイクロアレー型ボアホールレーダによる地下き裂の3次元位置・形状と粗さの計測

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11750802
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 海老原 聡 東北大学, 東北アジア研究センター, 助手 (20301046)
• キーワード: 光電界センサ / ボアホールレーダ / 指向性アンテナ / アレーアンテナ

研究概要

本研究では、坑井から数十m以内に存在する地下き裂、断層などの物体を10〜300MHzの電磁波により、3次元的に位置・形状を計測することを目的とする。このため、光電界センサを用いたアレー型ボアホールレーダを開発する。手法としては、送信アンテナ1個に対し、光電界センサをアレー化した受信アンテナを使用することで、波の到来方向の推定を可能にする。光電界センサはアンテナ受信電圧により光に外部変調をかけ、アンテナ受信信号を光伝送するものである。本センサでは、小型で、無誘導、無電源で電界が測定可能となる。本研究では、光電界センサを坑井内に3次元的に配列することで、波の到来方向の推定を可能にする。本年度の課題は「光電界センサを用いたアレー型ボアホールレーダの設計と超解像的アレー信号処理法の開発」とした。レーダシステムの設計・試作とレーダ信号処理、レーダ計測法はそれぞれ独立に検討することはできず、両者を並行して行うことが超解像ボアホールレーダを完成させるために重要である。
今年度初めにはレーダシステムの設計を行い、光電界センサ製作業者の協力のもと、レーダ試作を進めた。2000年12月には光電界センサ3台が完成し、その特性を電波暗室内で測定し、センサ間で比較した。その結果、センサ間で感度差と時間遅延差が存在することを確認した。このセンサ間で生じる特性差の補正方法に関し、検討した。一方、今年度初めには既に製作済みであった光電界センサ1台を使用し、光電界センサを坑井内で使用した場合のアンテナ特性の測定を行った。さらに、モーメント法を用いた理論解析の結果と実験結果を比較することで、坑井内にある光電界センサの特性は理論解析結果を使用し予測可能なことを示した。レーダシステムが完成した際には、モーメント法による理論解析の結果を使用し、アレー信号処理が行えるものと考えられる。最後に、実際のボアホールレーダ計測では複数の地中散乱体からの散乱波が光電界センサアレーに入射するため、その複数の散乱波の分離法に関する検討を行った。アレー信号処理には、これまであまり使用されなかった時間-周波数表現をアレー信号処理に導入することを検討した。

研究成果

• [文献書誌] S.Ebihara,M.Sato and H.Niitsuma: "Super-resolution of Coherent Targets by a Directional Borehole Radar"IEEE Transactions on Geoscinence and Remote Sensing. Vol.38,NO.4,Part 1. 1125-1732 (2000)
• [文献書誌] S.Ebihara and M.Sato: "Electromagnetic analysis and experiments for directional borehole radar using optical electric field sensors"Proceedings of the Sixth Well Logging Symposium of Japan, Chiba, Japan, September 27-28,2000. 1-8 (2000)
• [文献書誌] S.Ebihara and M.Sato: "Directional borehole radar using a dipole antenna array"Proceedings of the eighth international conference on ground penetrating radar, Gold Coast, Australia,23-26 May,2000.. 718-722 (2000)