【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は測定データの雑音を抑制する雑音抑制装置に関し、更に詳しくは１トレース時間に対して持続時間の短い雑音を除去するために有効な雑音抑制装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】入力データに種々の雑音が含まれている場合、そのままでは正確なデータを収集することができないため、雑音を除去する必要がある。

【０００３】図８はデータ収集システムの一例を示す概念図である。 起震車１内にはデコーダ１ａとバイブレータ１ｂとが設けられている。 バイブレータ１ｂから地表面２を震動させると、その震動が地層Ｌ１〜Ｌ３に伝わる。 各地層面からは反射波が出る。

【０００４】この反射波は、地表面２の所定の地点に設けられた複数のセンサ３で検出される。 検出された信号は、センサ３の所定数毎に設けられた計測ステーションユニット４で収集される。 収集されたデータは、観測車５内に設けられたレコーダ５ｂに送られる。

【０００５】このようにして、バイブレータ１ａからの震動による地層変化面からの反射波は、レコーダ５ｂに収集される。 起震車１の発生する震源波の記録と、計測ステーションユニット４が測定した反射波の記録とを相互相関演算することにより、インパルス状の反射波形に変換することができ、反射の存在を明確に知ることができる。

【０００６】ところで、放出された信号（源信号）がトレースデータとして測定される時、測定される信号分のパワーは源信号が通過する媒体によって変化する。 源信号のパワーが一定で媒体も不変ならば受信される信号は一定であるから、全体のパワーが大きければ、そのトレースデータ中には雑音を多く含んでいることになる。 また、雑音のパワーが一定で受信される時には、全体のパワーが大きければ源信号の受信パワーが増大したことになる。 ここで、トレースデータとは、例えば図８の場合を例にとると、バイブレータ１ａから起震して各センサ３で反射信号を検出した時のデータをいう。 つまり、１
回の収集データのことをいう。

【０００７】そこで、同一周期でサンプリングしたトレースデータに対し、アベレージング処理を施す前に源信号と雑音の関係に合わせて、前者であればその時ののトレースデータが他のトレースデータに与える影響を少なくするように、また後者であればその時のトレースデータの影響を大きくするように重み付けを行って、他のトレースデータに対する雑音を多く含んだデータの影響を排除している。

【０００８】ここで、アベレージング処理について説明する。 アベレージング処理は雑音除去のための一手法である。 この方法は、同一周期でサンプリングしたデータ（トレースデータ）を重畳し、重畳した回数で全体を割って全レコードの各サンプル値の平均値を求めることにより、毎回のサンプリング開始トリガ信号に対して不定のパターンをもつ成分（雑音）を一定のパターンをもつ成分（信号）に対して相対的に抑制することができる方法である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来方式では、風，雨等のような１トレース全般に渡って測定される雑音は比較的良く除去することができる。 しかしながら、車等の交通機関や、人，動物等が発生するような短期間で発生する雑音の除去能力は劣っている。 そのため、測定中にそれらの雑音が発生したために、データの測定をやり直さなければならないこともある。

【００１０】一例を挙げて具体的に説明する。 源信号のパワーがそのまま測定でき、測定されたトレースデータの全体のパワーが大きければ、そのトレースデータ中には雑音を多く含んでいるという場合を考える。 重みの計算方法としては、１／（トレースデータの実効値または実効値の整数乗などもあるが、以降の説明では単に重みを１／（｜トレースデータ｜の総和）とする。

【００１１】この時、図９に示すように、１トレース周期の前１／４の雑音が残りの３／４よりも９倍発生していたものとする。 雑音の量を図９に示すように単純な数字で表すものとする。 この場合、雑音の総和は１２である。 これを区画数である４で割ると、各区間の雑音の量は１２／４＝３となって、重みとしては全体に後半部の３倍の雑音が発生していたものとして計算されてしまい、前１／４部の雑音が全体に影響してしまう。 更に、
本来雑音が多い部分の雑音が除去できないという問題があった。

【００１２】本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、１トレース時間に対して短期間に発生している雑音の除去能力を高めると共に、短期間に発生した有効信号を多く含んだ部分の他への影響を高めることができる雑音抑制装置を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理ブロック図である。 図において、１０はトレースデータをウインドウ単位に分割し、ウインドウ単位にサンプリングデータを入力して記憶するデータ入力部、１１は前記データ入力部１０から入力されるサンプリングデータから重みを求めて記憶する重み演算部、１２は前記データ入力部１０及び重み演算部１１から読み出したデータを基に入力データと重みとの乗算を行って記憶するスタックデータ演算部、１３は前記重み演算部１１のトレース毎の重みを加算して記憶する重み加算値演算部、１４は前記スタックデータ演算部１２に記憶されているスタックデータを前記重み加算値演算部１３に記憶されている重み加算値で割って元のサンプリングデータを復元してデータとして出力する等化処理演算手段である。

【００１４】

【作用】トレースデータをウインドウ単位に分割し、ウインドウ単位に重みを求めてアベレージング処理を行う。 つまり、従来技術でトレース毎に処理をしていた重みの計算や、アベレージング処理をトレースを任意に分割したウインドウ単位に処理するものである。 つまり、
データ入力部１０でウインドウ単位にデータを入力し、
重み演算部１１はウインドウ単位に重みを演算し、スタックデータ演算部１２で入力データと重みの乗算を行い、等化処理演算手段１４で元のデータの復元処理を行う。

【００１５】一例を挙げて説明する。 源信号のパワーがそのまま測定でき、測定されたトレスデータの全体のパワーが大きければ、そのトレースデータ中には雑音を多く含んでいるものとする。 単に重みを１／（｜トレースデータ｜の総和）とする。 この時、トレースデータ中で前１／５部（つまりウインドウＷ１）の雑音が残りの９
倍発生していたとする。

【００１６】ウインドウ数が図２に示すように５の場合、トレースデータ中で前１／５部の重みはノイズ成分をＤ _Ｎ ，信号成分をＤ _Ｓとすれば、１／（９Ｄ _Ｎ ＋
Ｄ _Ｓ ）となり、残りの部分は１／（Ｄ _Ｎ ＋Ｄ _Ｓ ）となる。 従って、雑音を多く含んでいるデータのトレース内の他のデータに対する影響は減少する。 即ち、ウインドウのとりかたによってトレース時間に対して持続時間の短い雑音を十分に抑制することが可能となる。

【００１７】このように、雑音により特に振幅が大きくなった場合でも、その振幅によるアベレージング処理はそのウインドウ内で行うので、突出した振幅の部分がトレースデータ全体に影響を与えることがなくなる。 従って、１トレース時間に対して短期間に発生している雑音の除去能力を高めることができる。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

【００１９】図２は本発明の動作概念図である。 図に示す例は、データのトレースを、トレース１からトレースＭまでＭ回行った例を示している。 各トレース毎に１トレースをＷ１〜Ｗ５までの５つのウインドウに分けている。 図では５つのウインドウに分けた例を示すが、サンプリングデータ数及び雑音の幅等に応じて任意の数のウインドウに分けることができる。

【００２０】１個のウインドウはＮ個のサンプリングデータで構成されている。 そして、重み付け演算と等化処理はウインドウ単位に行う。 図の場合には、Ｍ回のトレースによるアベレージング処理をウインドウ毎に行うことになる。

【００２１】図３は本発明の一実施例を示す構成ブロック図である。 図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。 データ入力部１０は、データ入力手段１０ａと入力したウインドウ毎のデータを記憶する第１記憶手段１
０ｂとで構成されている。 重み演算部１１は、重みの加算演算を行う重み演算手段１１ａと該重み演算手段１１
ａの出力を記憶する第２記憶手段１１ｂとで構成されている。

【００２２】スタックデータ演算部１２は、第１記憶手段１０ｂに格納されている入力サンプリングデータと第２記憶手段１１ｂに格納されている重みとの乗算を行うスタックデータ演算手段１２ａと、その出力を記憶する第３記憶手段１２ｂとで構成されている。 １５は等化処理演算手段１４の出力をデータとして出力するデータ出力手段である。 このように構成された装置の動作を図４
のフローチャートを参照して説明すれば、以下のとおりである。

【００２３】先ず、波動等の外部からの入力データをデータ入力部１０が入力し、データ収集を行う（Ｓ１）。
具体的には、データ入力手段１０ａがセンサ等によって装置内に取り込み、メモリ等の第１記憶手段１０ｂに記憶させる。 以上の動作を、入力データ数がウインドウ内データ数Ｎに達するまで繰り返す（Ｓ２）。

【００２４】１ウインドウ分のデータが収集されたら、
重み演算手段１１ａが重みを算出し、結果を第２記憶手段１１ｂに記憶させる（Ｓ３）。 次に、重みは算出する度に各トレースの同一ウインドウに位置するデータが重み加算値演算手段１３ａにより加算され、結果を第４記憶手段１３ｂに記憶させる（Ｓ４）。 次に、１トレース分のデータ処理が終了したかどうかチェックする（Ｓ
５）。

【００２５】１トレース分のデータ処理が終了していなかったら、ステップＳ１に戻って、残りのウインドウのデータ収集，重み算出，重み加算等の処理を続行する。
１トレース分のデータ処理が終了した時点で、全てのウインドウについての（Ｗ１〜Ｗ５）データ収集，重み算出，重み加算処理が終了したことになる。 図２で示すとトレース１が終了したことになる。

【００２６】１トレース分のデータ処理が終了したら、
スタックデータ演算手段１２ａによりスタックデータの算出を行う（Ｓ６）。 具体的には、第１記憶手段１０ｂ
に記憶されている各サンプリングデータを読み出し、一方、第２記憶手段１１ｂに記憶されているデータを読み出し、（入力データ×重み）の演算を行う。 この（入力データ×重み）がスタックデータとなり、各サンプリングデータ毎に第３記憶手段１２ｂに格納される。

【００２７】ここで、第３記憶手段１２ｂにスタックデータを記憶させる時、各トレース毎の同一位置のデータを加算して記憶させる（Ｓ７）。 図５は本発明の動作説明図である。 同一ウインドウ内の動作を示している。 １
回目のサンプリングデータが、図に示すようにａ１１，
ａ１２，…ａ１ｎであったものとすると、重み演算手段１１ａで演算される重みは １／（｜ａ１１｜＋｜ａ１２｜＋…＋｜ａ１ｎ｜） （１） となる。 これを簡単のために１／Ａ１とする。 スタックデータは、ａ１１／Ａ１，ａ１２／Ａ１，…ａ１ｎ／Ａ
１となる。 この１トレース分のスタックデータが第３記憶手段１２ｂに記憶される。

【００２８】ステップＳ７にいう各トレース毎の同一位置のデータを加算するとは、第１発めのサンプリングデータのトレース１のデータがａ１１，トレース２のデータがａ２１，…トレースＭのデータがａｍｎとすると、
図５に示すように （ａ１１／Ａ１）＋（ａ２１／Ａ２）＋… を加算演算することを示している。 ここで、Ａ２はトレース２での重みである。

【００２９】次に、全トレース分のデータ収集が終了したかどうかチェックする（Ｓ８）。 ここでは、トレースＭまでのトレースが終了したかどうかをチェックしている。 終了していない場合には、ステップＳ１に戻って全てのトレースについてデータ収集，スタックデータ算出，各トレースの同一位置のデータ加算を繰り返す。 この結果、第３記憶手段１２ｂには （ａ１１／Ａ１）＋（ａ２１／Ａ２）＋…＋（ａｍ１／Ａｍ） （２） なるデータが格納される。 但し、このデータは第１発目のデータであり、Ｎ個のデータについて（２）式で示されるデータが格納されることになる。 このような一連の演算処理において、重み加算値演算手段１３ａはウインドウ毎に （１／Ａ１）＋（１／Ａ２）＋…＋（１／Ａｍ） （３） なる値を演算して、第４記憶手段１３ｂに格納する。

【００３０】次に、等化処理演算手段１４は、第３記憶手段１２ｂに記憶されているスタックデータと、第４記憶手段１３ｂに記憶されている重み加算値を用いて等化処理演算を行う（Ｓ９）。 ここで、等化処理演算とは、
（２）式で示されるデータの状態を（３）式で示される重み加算値で割って元のデータを再生する処理をいう。
従って、等化処理演算の式は、１個のサンプルデータについて

【００３１】

【数１】

【００３２】となる。 実際にはＮ個のデータにつき（４）式で示される演算を行うことになる。 等化処理が終了したデータについてはデータ出力手段１５から出力する（Ｓ１０）。

【００３３】図６は本発明の他の実施例を示す構成ブロック図である。 図３と同一のものは、同一の符号を付して示す。 図において、２０はトレースデータを複数のウインドウに分割した時の、各ウインドウ間のウインドウ端の重みをなめらかにつなぐために重みをなめらかに変化させるスムージング処理部である。 該スムージング処理部２０は、スタックデータ演算手段１２ａと等化処理演算手段１４と接続されている。 その他の構成は、図３
と同じである。

【００３４】このように構成された装置において、スムージング処理部２０は、スタックデータ演算手段１２ａ
により（入力データ×重み）演算を行う時に、ウインドウ端のデータをスムーズにつなぐために重みを徐々に変化させる。 図７はスムージング処理の説明図である。 ウインドウＷ１とＷ２の重みがそれぞれＡ１，Ａ２であったものとする。

【００３５】Ａ１＜Ａ２であるということは、ウインドウＷ１に多量の雑音が重畳されていたことを示している。 そこで、各ウインドウの端部ＷＳについては、重みを図に示すように徐々に変化させ、ウインドウ間の歪みを除去する。 同様のスムージング処理は、等化処理演算手段１４で（３）式を演算する時にも、第４記憶手段１
３ｂに記憶されている重み加算値を補正する時にも行う。

【００３６】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明によれば１トレースを複数のウインドウに分割して、各ウインドウ毎に重み演算，等化処理演算を行うため、１トレース時間に対して短期間の雑音が発生しても、その雑音の幅に合わせてウインドウを作成することにより、ウインドウ単位にデータの有効性を判断して重み付けを行うため、雑音の除去能力は向上する。

【００３７】逆に、雑音が常に一定の場合にもウインドウを源信号に合わせて作成すれば、源信号の有効性は向上する。 更に、ウインドウ端のスムージング処理を行うことにより、ウインドウ間におけるデータの歪みは補正される。 以上のことにより、データの測定中に車等の交通機関や、人，動物等が発生する短期間の雑音に対して雑音の除去能力が向上し、データの測定をやり直す必要はなくなる。

【００３８】このように、本発明によれば１トレース時間に対して短期間に発生している雑音の除去能力を高めると共に、短期間に発生した有効信号を多く含んだ部分の他への影響を高めることができる雑音抑制装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理ブロック図である。

【図２】本発明の動作概念図である。

【図３】本発明の一実施例を示す構成ブロック図である。

【図４】本発明の動作を示すフローチャートである。

【図５】本発明の動作説明図である。

【図６】本発明の他の実施例を示す構成ブロック図である。

【図７】スムージング処理の説明図である。

【図８】データ収集システムの一例を示す概念図である。

【図９】雑音の重畳のようすを示す図である。

【符号の説明】

１０ データ入力部 １１ 重み演算部 １２ スタックデータ演算部 １３ 重み加算値演算部 １４ 等化処理演算手段 ２０ スムージング処理部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 康廣 東京都日野市富士町１番地 富士ファコム 制御株式会社内 (72)発明者 大久保 博 東京都日野市富士町１番地 富士ファコム 制御株式会社内 (72)発明者 岩城 弓雄 東京都港区赤坂２丁目17番22号 株式会社 地球科学総合研究所内 (72)発明者 橋田 功 東京都港区赤坂２丁目17番22号 株式会社 地球科学総合研究所内