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

利用发射和接收阵列进行超分辨率成像的地下电磁测量的新进展

• 批准号: 14750344
• 负责人: 三輪 空司
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: The University of Electro-Communications
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750344/
• 关键词: MUSIC法; 送受信アレイ; トモグラフィ; 地雷探査; 地中レーダ; 地中探査; レーダ; アレイ信号処理; ボアホールレーダ計測

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。

目前，在使用直径约10cm以上的井（钻孔）的井间雷达测量中，采用层析成像法（使用直达波）和偏移法（使用反射波）来粗略地了解地质结构。正在进行中。然而，通过简单扩展传统方法无法实现诸如埋地管道等孤立反射体的高分辨率成像。迄今为止，申请人一直专注于超分辨率方法之一的MUSIC方法，并且通过使用井间雷达测量方法，使得将MUSIC方法应用于阵列附近的隔离反射器成为可能，在该方法中发射和接收天线是独立移动的。在这种方法中，适当的介质建模是一个重要因素。在本研究中，我们证实了发射器/接收器阵列MUSIC方法的实验有效性，并进一步开发了考虑介质异质性的发射器/接收器阵列MUSIC方法。该方法将直达波和反射波分开，利用直达波的信息来估计介质的不均匀性，并利用反射波的信息来估计反射体的位置。因此，我们将该方法应用于所创建的小油田桩井间埋管的勘探测量中，检验了该方法在实际现场的适用性。结果，我们能够检测到使用传统方法难以估计的埋地管道。此外，作为地球表面之间的发射/接收阵列测量的示例，为了探雷的目的，我们使用MUSIC方法进行天线布置，其中接收阵列布置成圆形，而不是传统方法移动线性接收阵列。结果发现，即使带宽约为传统偏移方法的一半，也能实现几乎相同的分辨率。此外，我们还研究了天线和极化之间的最佳距离，以抑制地面杂波。结果表明，采用垂直偶极子作为发射天线，并沿圆周方向布置四个接收偶极子天线阵列，且其轴线面向发射天线方向的布置，对于抑制地表杂波是有效的。

项目成果

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)

Miwa, Arai：“使用发射器-接收器阵列的超分辨率方法同时估计异质介质中圆柱体的位置和半径”EMT-03-18 (2003)。

T.Miwa, I.Arai: "Application of MUSIC algorithm for imaging point reflectors near transmitting and receiving array"Proceedings of International Conference on GPR2002. 508-513 (2002)

T.Miwa，I.Arai：“MUSIC算法在发射和接收阵列附近成像点反射体的应用”GPR2002国际会议论文集。

三輪, 荒井: "クロスボアホールレーダ信号を用いたMUSIC法による反射体位置推定の実験的検討"電子情報通信学会全国大会. (発表予定). (2003)

Miwa, Arai：“使用跨井雷达信号的 MUSIC 方法估计反射体位置的实验研究”IEICE 全国会议（预定报告）。

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)

T.Miwa、I.Arai：“使用跨井雷达测量的 MUSIC 算法对圆柱形目标的定位”IEICE Trans on Communications（即将出版）。

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)

Miwa, Arai：“结合断层扫描和 MUSIC 方法估计异质介质中的介质常数和隔离反射器位置” IEICE 技术报告 117-122 (2003)。