送受信アレイを用いた超解像イメージング法による地下電磁計測の新たな展開

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14750344
• 研究機関: 電気通信大学
• 研究代表者: 三輪 空司 電気通信大学, 電気通信学部, 助手 (30313414)
• キーワード: MUSIC法 / 送受信アレイ / トモグラフィ / 地雷探査 / 地中レーダ

研究概要

現在、直径十数cm程度の坑井(ボアホール)を利用した坑井間レーダ計測等では、トモグラフィ法(直接波を使用)、マイグレーション法(反射波を使用)により、おおまかな地質構造の把握が行われている。しかし、従来手法の拡張だけでは、埋設管などの孤立した反射体の高分解能イメージングは望めない。これまで、申請者は超解像法の一つであるMUSIC法に着目し、送受信アンテナを独立に移動させる坑井間レーダ計測法によって、アレイ近傍の孤立反射体に対しMUSIC法を適用可能なアルゴリズムを独自に開発した。本手法では、媒質の適切なモデル化が重要な要素となる。
本研究では、送受信アレイMUSIC法の実験的有効性を確認し、さらに、媒質の不均質を考慮した送受信アレイMUSIC法を開発した。この手法は直達波と反射波を分離し、直達波の情報を用いて媒質の不均質を推定し、反射波の情報を用いて反射体位置を推定する手法である。そこで、本手法を、作成したミニフィールドにおける杭井間埋設管探査計測に適用し、本手法の実フィールドでの適応性を検討した。その結果、従来法では推定困難な埋設管の検出が行えた。
また、地表間での送受信アレイ計測の一例として、地雷探査を目的とし、従来行われていた直線状受信アレイを移動させる手法に対し、受信アレイを円状に配置したアンテナ配置について、MUSIC法を適用した。その結果、従来法であるマイグレーション法に比べ帯域幅が半分程度であっても、ほぼ同等の分解能を実現できることがわかった。
また、地表面のクラッター抑圧のために、最適なアンテナ間距離や偏波の検討を行った。その結果、鉛直方向のダイポールを送信アンテナとし、周方向に配置した4つの受信ダイポールアンテナアレイを送信アンテナ方向に軸を向けた配置が地表面のクラッター抑圧に有効であることを示した。

研究成果

• [文献書誌] T.Miwa, I.Arai: "Application of MUSIC algorithm to localization of cylindrical targets using cross borehole radar measurement"IEICE Trans. on Communications. (掲載予定). (2004)
• [文献書誌] T.Miwa, I.Arai: "Super-resolution imaging for point reflectors near transmitting and receiving array"IEEE Trans.Antennas and Propagation. vol.52,no.1. 220-229 (2004)
• [文献書誌] T.Miwa, I.Arai: "FDTD Analysis of Optimum Antenna Arrangement for Surface Clutter Rejection in Landmine Detection"Proc.Int.Symposium on Antennas and Propagations. (発表予定). (2004)
• [文献書誌] 三輪, 荒井: "トモグラフィとMUSIC法を組み合わせた不均質媒質中の媒質定数と孤立反射体位置の推定"電子情報通信学会技術報告. SANE2003-73. 117-122 (2003)
• [文献書誌] 三輪, 荒井: "送受信アレイを用いた超解像法による不均質媒質中の円柱の位置と半径の同時推定について"電磁界理論研資. EMT-03-22. 13-18 (2003)