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Geological structure investigating device

阅读:175发布:2020-11-24

专利汇可以提供Geological structure investigating device专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且PURPOSE:To shorten transmission time by using a QAM modulating system in the case of converting electric signals, which are provided from a geophone, to digital data by an A/D converter at a measuring instrument and transmitting these data to a recorder by radio. CONSTITUTION:Waves reflecting seismic waves, which are generated on the ground by an artifical hypocenter device such as a vibrator, under the ground and transmitting them to the surface of the ground are converted into electric signals and inputted to a measuring instrument 2 by a geophone 1. Inside this instrument 2, these signals are converted into the observation data of digital signals by an A/D converter 3 and inputted to a QAM converting circuit 4 later. At this circuit 4, carrier signals generated by an oscillator are modulated by using the observation data, and the modulated signals are supplied to a transmission circuit 5 and transmitted from an antenna 6. On the other hand, at a recorder 7, the transmitted signals are received by an antenna 8 and a receiver circuit 9 and supplied to a QAM demodulating/decoding circuit 10. The data demodulated by the circuit 10 are inputted to a CPU 11, processed, recorded in a magnetic recorder 12 and displayed 13.,下面是Geological structure investigating device专利的具体信息内容。

【特許請求の範囲】
  • 【請求項1】 人工震源発生装置が発生する地震波を観測してこれをアナログ電気信号に変換する受振器と、 前記アナログ電気信号をデジタル信号の観測データに変換するA/Dコンバータと、 前記観測データを用いてキャリア信号を直交振幅変調(QAM)方式により変調してQAM信号を得る変調回路と、 前記変調回路により変調されたQAM信号を送信する送信回路と、 前記送信回路により送信されたQAM信号を受信する受信回路と、 前記受信回路により受信されたQAM信号を復調及び識別して識別信号を作成し、これより前記観測データを復元した復号データを得る復調回路及び復号回路と、 前記復号データを処理する信号処理手段と、 前記復号データ及び前記信号処理手段で処理されたデータを記録する記録手段と、 前記信号処理手段で処理されたデータを表示する表示手段と、 を含む地質構造調査装置。
  • 【請求項2】 人工震源発生装置の動作状態を監視するため前記人工震源発生装置に取り付けられたセンサーが出力するアナログ信号をデジタル信号の観測データに変換するA/Dコンバータと、 前記観測データを用いてキャリア信号を直交振幅変調(QAM)方式により変調してQAM信号を得る変調回路と、 前記変調回路により変調されたQAM信号を送信する送信回路と、 前記送信回路により送信されたQAM信号を受信する受信回路と、 前記受信回路により受信されたQAM信号を復調及び識別して識別信号を作成し、これより前記観測データを復元した復号データを得る復調回路及び復号回路と、 前記復号データを処理する信号処理手段と、 前記信号処理手段で処理されたデータを記録する記録手段と、 前記信号処理手段で処理されたデータを表示する表示手段と、 を含む地質構造調査装置。
  • 【請求項3】 前記変調回路及び前記復調回路が、16
    値以上の多値QAM方式により変復調を行うことを特徴とする、請求項1又は2に記載の地質構造調査装置。
  • 【請求項4】 前記変調回路が、フェージングひずみを補償するために、一定期間毎に前記観測データに所定の固定データをその成分とするQAM直交座標上の既知シンボルを挿入する手段を含み、 前記復調回路が、 互いに直交する位相を有する2つのアナログ信号を発生する数値制御発振手段であって、前記2つのアナログ信号の位相は入力される数値データに基づいて決定される前記数値制御発振手段と、 前記受信回路により受信されたQAM信号と前記2つのアナログ信号とをそれぞれ乗算する2つの乗算回路と、 前記2つの乗算回路の出力がそれぞれ入力される2つのローパスフィルタと、 前記2つのローパスフィルタの出力をそれぞれA/D変換する2つのA/Dコンバータと、 前記2つのA/Dコンバータから前記一定の期間毎に出力される2つの復調信号から得られたQAM直交座標上の信号点を前記既知シンボルと比較することにより、前記送信回路の局部発振器と前記受信回路の局部発振器との間の位相差を含むフェージングひずみ量を表す数値データを算出し、この数値データを平均化することによって位相データを得る手段と、 前記位相データを前記数値制御発振手段に印加して、前記数値制御発振手段が発生する2つのアナログ信号の位相を制御する手段と、 を含むことを特徴とする、請求項1又は2又は3に記載の地質構造調査装置。
  • 【請求項5】 前記復調回路が、前記2つのA/Dコンバータから前記一定の期間毎に出力される2つの復調信号を識別して得られた識別信号を用いて、前記既知シンボルが送信されたことを判断することを特徴とする、請求項4に記載の地質構造調査装置。
  • 【請求項6】 前記変調回路が、シリアルデータを第1
    の数N個毎の組に区切って(N≧4)、そのデータの組を表す直交する2軸の成分を有するQAM直交座標上のシンボルを連続的に得る第1の手段と、 前記第1の手段によって得られた連続する第1及び第2
    のシンボルが所定の関係である場合に、前記シリアルデータを第2の数M個の組に区切って(2≦M<N)、そのデータの組を表す直交する2軸の成分を有する第3のシンボルを作成する第2の手段であって、前記第3のシンボルの直交する2軸の成分の少なくとも1つは、前記第1又は第2のシンボルの各成分が取り得る値とは異なる値をとる前記第2の手段と、 前記第2のシンボルと前記第3のシンボルの順番を入れ替える第3の手段と、を含み、 前記復調回路が、 QAM信号空間における(N 2 +M 2 )個の識別点を識別する識別手段と、 前記第3のシンボルが表すデータと前記第2のシンボルが表すデータの順番を入れ替える手段と、 を含むことを特徴とする、請求項1から5までのいずれかに記載の地質構造調査装置。
  • 【請求項7】 前記第2の数Mは、前記第1の数Nの半分であることを特徴とする、請求項6に記載の地質構造調査装置。
  • 【請求項8】 前記受信回路が、 受信されたQAM信号の大きさを検出する信号強度検出手段と、 前記信号強度検出手段の検出結果に基づいて制御信号を作成する手段と、 前記制御信号を前記送信回路に送信する手段と、 を含み、 前記送信回路が、 送信された前記制御信号を受信する手段と、 受信された前記制御信号に基づいて送信出力を制御する手段と、 を含むことを特徴とする、請求項1から7までのいずれかに記載の地質構造調査装置。
  • 说明书全文

    【発明の詳細な説明】

    【0001】

    【産業上の利用分野】本発明は、地下の地質構造を観測してその観測データを無線で伝送する、主に石油探査を目的とした地質構造調査装置に関する。

    【0002】

    【従来の技術】陸上で用いられる主に石油探査を目的とした地質構造調査装置は、一般に地震探鉱装置とも呼ばれており、陸上域では、バイブレータあるいはダイナマイト等の人工震源装置によって起震された地震波が地中で反射し地表に伝わる波を、数km〜10数kmの範囲に渡って地表に多数設置した受振器と計測装置によって電気信号に変換し、さらにアナログ信号からディジタル信号の観測データに変換した後、主にツイストペア線の電気ケーブルを用いて、これらの観測データを計測装置から観測車に搭載した中央データ収録装置へ伝送し、磁気記録テープに収録するものであり、そのデータレートは一般に1.2Mビット/秒〜6Mビット/秒程度である。 しかし、この地質構造調査装置によれば、ケーブルの本数が多いので設置が大変であると共に、川や沼地においては調査が困難であった。

    【0003】そこで、地質構造調査が比較的困難とされる、深20m〜30mから陸上にまたがる海岸部分、
    湖沼、湿地等の地域の調査用に用いられる地質構造調査装置においては、ウォーターガン、エアーガン、バイブレータ、ダイナマイト等の人工震源装置によって起震された地震波が地中で反射し海面等に伝わる波を、海面、
    水面、湿地、あるいは陸上に多数設置した受振器と計測装置によって電気信号に変換し、さらにアナログ信号からディジタル信号の観測データに変換した後、主に無線手段を用いて、これらの観測データを計測装置から観測車又は船に搭載した中央データ収録装置へ伝送し、磁気記録テープに収録するものであり、そのデータレートは一般に128kビット/秒〜768kビット/秒程度である。 この場合の観測作業には、実際の地震波観測の他に、地震波観測の前後において海面等の予定位置に受振器と計測装置を船を用いて設置し撤収する作業が含まれる。

    【0004】以上述べた様な地質構造調査装置においては、大量の観測データを伝送する必要があるが、このための変調方式として従来一般にFSK又はMSK方式が用いられていた。

    【0005】

    【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様な地質調査は天候に左右され易く、特に海上における作業には船を使用するので、データの品質や作業の安全のためには短時間に集中して作業を完了させる必要がある。

    【0006】さらに、従来の無線によるデータ伝送を行う地質構造調査装置は、送受信点が陸地、海域、湖沼、
    湿地と広範囲に渡り移動して使用される場合に、主にマルチパスの影響による電界強度の変動(フェージング)
    によってデータ伝送品質の劣化を受け易いという問題を有していた。 特に石油探査を目的とする調査においては、前記したように、送受信点が広範囲に渡り、かつ、
    取り扱うデータ量も大きいことから、これまで無線によるデータ伝送はあまり用いられず、この方式は発展的に活用されなかった。

    【0007】また、上記バイブレータは、車体と一体になっており作業効率が優れていること、建物等への影響が少ない低エネルギー型の震源であること、安全性に優れていることから、地質構造調査における非爆薬震源として広く用いられている人工震源発生装置であるが、数km以上の深層部構造の把握を目的とする石油探査においては1台のバイブレータでは十分なエネルギーを供給することができないので、4〜8台のバイブレータを同時稼働することが多い。 この場合、同時稼働する複数台のバイブレータには、発生する振動が互いに同相であることが要求される。 さらに、今後の石油探査においては、より深層部の地下構造が目標になることや3次元探査法による調査が多くなること等から、リアルタイムQ
    Cモニター機能等を有することが強く要望される。

    【0008】しかしながら、従来の地質構造調査装置においては、観測作業の開始前または終了後に、バイブレータの動作状態を個別に事前または事後確認することはできても、それらをリアルタイムに集中管理することはできなかった。

    【0009】本発明の第1の目的は、上記の点に鑑み、
    計測装置から中央データ収録装置への観測データの伝送時間を短縮する高能率データ伝送を可能とした地質構造調査装置を提供することである。

    【0010】さらに、本発明の第2の目的は、そのような高能率データ伝送を行う場合に、無線によるデータ伝送の技術的課題の一つであるフェージングを補償することにより、データ伝送品質を改善することであり、また、本発明の第3の目的は、そのような高能率データ伝送を行う場合に、伝送信号のエンベロープの変化を低減させることによりサイドローブ(伝送スペクトラムの拡散)を抑圧することである。

    【0011】また、本発明の第4の目的は、上記高能率データ伝送を用いることで、震源発生と平行し、各バイブレータの動作状態を、一か所において、リアルタイムに波形監視等できる集中管理能を有する地質構造調査装置を提供することである。

    【0012】

    【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するため、本発明に係る第1の地質構造調査装置は、地中からの反射波を観測してこれをアナログ電気信号に変換する受振器と、このアナログ電気信号をデジタル信号の観測データに変換するA/Dコンバータと、観測データを用いてキャリア信号を直交振幅変調(QAM)方式により変調してQAM信号を得る変調回路と、QAM信号を送信する送信回路と、送信されたQAM信号を受信する受信回路と、受信されたQAM信号を復調及び識別して識別信号を作成し、これより観測データを復元した復号データを得る復調回路及び復号回路と、復号データを処理する信号処理手段と、信号処理手段で処理されたデータ等を記録する記録手段と、前記処理結果を表示する表示手段と、を含んでいる。

    【0013】さらに、QAM方式を用いて無線による伝送を行う場合に障害となるフェージングを補償するために、本発明に係る第2の地質構造調査装置においては、
    変調回路が、一定期間毎に観測データに所定の既知シンボルを挿入する手段を含み、復調回路が、互いに直交する位相を有する2つのアナログ信号を発生する数値制御発振手段と、受信されたQAM信号と前記2つのアナログ信号とをそれぞれ乗算する2つの乗算回路と、2つの乗算回路の出力がそれぞれ入力される2つのローパスフィルタと、2つのローパスフィルタの出力をそれぞれA
    /D変換する2つのA/Dコンバータと、2つのA/D
    コンバータから一定の期間毎に出力される2つの復調信号から得られたQAM直交座標上の信号点を既知シンボルと比較することにより、送受信間の位相差を含むフェージングひずみ量を表す数値データを算出し、この数値データを平均化することによって位相データを得る手段と、位相データを数値制御発振手段に印加して数値制御発振手段が発生する2つのアナログ信号の位相を制御する手段と、を含んでいる。

    【0014】一方、増幅器の直線性の要求を緩和することで電力効率の向上を図り、また、QAM信号のサイドローブを小さくすることで周波数利用効率の向上を図るために、本発明に係る第3の地質構造調査装置においては、変調回路が、シリアルデータを第1の数N個毎の組に区切って(N≧4)そのデータの組を表す直交する2
    軸の成分を有するQAM信号のシンボルを連続的に得る手段と、連続する第1及び第2のシンボルが所定の関係である場合にシリアルデータを第2の数M個の組に区切って(2≦M<N)そのデータの組を表す直交する2軸の成分を有する第3のシンボルを作成する手段と、第2
    のシンボルと第3のシンボルの順番を入れ替える手段と、を含み、復調回路が、QAM信号空間における(N
    2 +M 2 )個の識別点を識別する識別手段と、第3のシンボルが表すデータと第2のシンボルが表すデータの順番を入れ替える手段と、を含んでいる。

    【0015】また、バイブレータ等の動作状態をリアルタイムに集中管理するために、本発明に係る第4の地質構造調査装置は、人工震源発生装置に取り付けられたセンサーの、人工震源発生装置の動作状態を示す出力信号をデジタル信号の観測データに変換するA/Dコンバータと、観測データを用いてキャリア信号を直交振幅変調(QAM)方式により変調してQAM信号を得る変調回路と、変調されたQAM信号を送信する送信回路と、送信されたQAM信号を受信する受信回路と、受信されたQAM信号を復調及び識別して識別信号を作成し、これより観測データを復元した復号データを得る復調回路及び復号回路と、復号データを処理する信号処理手段と、
    信号処理手段で処理されたデータを記録する記録手段と、前記処理結果を表示する表示手段と、を含んでいる。

    【0016】

    【作用】以上の様に構成した本発明に係る第1の地質構造調査装置によれば、受振器で得られた電気信号をA/
    Dコンバータによりディジタルデータに変換し、これを集録装置に無線で送信する際に、ディジタルデータの変調方式として伝送効率が非常に優れたQAM方式を用いるため、伝送時間を短縮できる。

    【0017】一般に、無線通信の変調技術において、周波数利用効率即ち伝送効率とS/Nに対する誤り率特性は相反するものと言えるが、本発明に係る第2の地質構造調査装置は、フェージングを補償することによりS/
    Nに対する誤り率特性を改善することができる。 即ち、
    変調回路において、受振器からA/Dコンバータを介して得られた観測データに一定期間毎に所定の既知シンボルを挿入してQAM変調を行い、復調回路において、復調信号をこの既知シンボルと比較して得られた数値制御発振手段(ローカル・オシュレータ)の位相誤差を平均化することによって位相データを得、この位相データに基づいて数値制御発振手段を制御することにより、フェージングの補償を行う。

    【0018】さらに、本発明に係る第3の地質構造調査装置によれば、変調回路において、連続する2つのシンボルの関係がデータの遷移期間においてQAM信号のエンベロープを減少させる場合に、これらのシンボルの間に新たなシンボルを挿入することにより、エンベロープの落ち込みを防いで伝送スペクトラムの拡散を抑圧する。 これにより、増幅器の直線性の要求が緩和されて電力効率の向上が実現でき、また、QAM信号のサイドローブが小さくなり隣接チャンネル間干渉が低減されて、
    周波数利用効率が向上する。 尚、移動体通信装置の電源にはバッテリーを用いるのが一般的であり、低消費電力化は重要な技術的課題の一つといえる。

    【0019】また、本発明に係る第4の地質構造調査装置によれば、バイブレータ等の人工震源発生装置に取り付けられたセンサーの、人工震源発生装置の動作状態を示す出力信号をディジタルデータに変換し、これをQA
    M方式により変調して集録装置に送信することにより、
    集録装置においてリアルタイムに集中管理することが出来る。

    【0020】

    【実施例】以下、図面に基いて本発明の実施例について説明する。

    【0021】図1は、本発明に係る地質構造調査装置の一実施例を示すブロック図である。 受振器1は、バイブレータ等の人工震源装置によって地上で起こされる地震波が地中で反射し地表に伝わる波を電気信号に変換して、計測装置2に入力する。 計測装置2の中では、A/
    Dコンバータ3がこれをディジタル信号の観測データに変換した後、QAM変調回路4に入力する。 QAM変調回路4では、発振器が発生するキャリア信号を観測データを用いて変調し、変調された信号を送信回路5に供給して、アンテナ6から送信する。 一方、集録装置7においては、送信された信号をアンテナ8と受信回路9で受けて、QAM復調/復号回路10に供給する。 QAM復調回路10で復調されたデータは、CPU11に入力されて処理され、磁気記録装置12に記録されるとともに、CRT等の表示装置13によって表示される。

    【0022】図2は、一般的なQAM変調方式における信号空間ダイアグラムの例であり、送信シンボルが振幅と位相において取り得る組合せを示している。 QAM変調方式は、互いに独立に生成された2つのデータ系列によって互いに直交する2つの搬送波をそれぞれ振幅変調した後に加え合わせることにより実現され、変調過程から復調過程までを通して同相チャンネル(Iチャンネル)及び直交チャンネル(Qチャンネル)の完全な独立チャンネルが設定される。 同相及び直交の各チャンネルの振幅が2値である場合のQAMは4相PSKと一致する。 同相及び直交の各チャンネルの振幅に4値を与えたものが図2(a)に示す16QAMであり、8値を与えたものが図2(b)に示す64QAMである。

    【0023】QAM変調方式は優れた周波数利用効率を有する技術であるが、これまで無線通信の分野ではマイクロ回線以外においては使用されず、特に移動通信においては実用化されていなかった。 これは、変復調の複雑さ、及び、伝送路で発生するフェージングによる波形ひずみ補償の困難さに起因していたものと考えられる。

    【0024】図3は、本実施例におけるQAM方式の変調回路の構成である。 図1のA/Dコンバータから出力された観測データは、IチャンネルとQチャンネルの2
    系統に分けられてD/Aコンバータ31a,31bに入力される。 そして、LPF32a,32bで帯域制限し、±1または±3(相対値)の振幅を有する信号d
    1 (t) とd 2 (t) が得られる。 これらは、リング変調器等により構成される乗算器33a,33bにそれぞれ入力され、ここで、発振器34で発生したキャリア信号またはその位相をπ/2移相器35によって遅らせた信号と乗算して2つの信号d 1 (t) ・cosω c tとd 2 (t)
    ・sinω c tを得、両者を加算器36によってベクトル合成してQAM信号を得る。 QAM信号は次式で表される。

    【数1】

    【0025】QAM変調方式は、図2及び図3から判る様に、位相と振幅の両パラメータを利用した高能率変調方式である。 例えば、16QAM変調方式においては、
    入力されたディジタルデータの情報ビット列4ビットを、Iチャンネルの2ビットa 1 ,a 2と、Qチャンネルの2ビットb 1 ,b 2とに分けて変調を行う。 そして、4ビット列のそれぞれが“0”であるか“1”であるかに応じて、例えば、4ビット列が“0011”の場合には送信シンボルの信号点が図2(a)の“001
    1”の位置になるように、位相φ(t) を45°に、振幅

    【外1】

    (相対値)に、制御する。 この様に、16QAM変調方式は、伝送する情報ビット列4ビットの“0”または“1”の状態によって定まる送信シンボルの信号点が予め定められた信号空間ダイアグラムの位置になる様に位相と振幅を変化させることで、1つのシンボルの伝送毎に4ビットの情報を伝送することのできる、非常に周波数利用効率の高い変調方式である。

    【0026】ただし、16値以上の多値QAM変調方式は、図2の信号空間ダイアグラムから明らかな様に、信号点間隔が4相PSK等の変調方式に比べ狭いことから、フェージングによる波形ひずみや符号間干渉によるデータ伝送品質の劣化を受け易い。 従って、多値QAM
    変調方式の実用化に当たっては、フェージング補償技術と符号間干渉の補償技術が重要となってくる。

    【0027】図4は、本実施例におけるQAM方式の復調回路の構成である。 QAM受信信号は2つの位相検波器41a,41bに入力され、これらの検波出力はそれぞれLPF42a,42bを介してA/Dコンバータ4
    3a,43bに供給されて復調信号を表すディジタルデータに変換され、さらに識別された後、個々のパラレルデータa 1 〜a n 、b 1 〜b nとして出力される。 ここで、位相検波器41a,41bにおいては、受信信号の搬送波と位相同期した局部発振波及びこれをπ/2移相器45に通して得られる直交波を用いて検波を行う必要があるが、その位相同期の必要性を以下に説明する。

    【0028】受信信号S(t)は、

    【数2】

    で表されるので、LPFの出力I(t)信号とQ(t)


    信号は、受信信号の搬送波と局部発振波との間で位相同期が取れている場合には、

    【数3】

    となる。 これら2つのアナログ信号I(t)とQ(t)


    をA/D変換器でディジタル信号に変換することにより、図2(a) に示す様な送信情報(ディジタル・データ)を復元することができる。 しかし、実際の通信システムでは、送信側と受信側で独立した発振器を用いるため、搬送波と局部発振波との間には、ある位相差θ


    (t)が存在する。 またこのθ(t)は、フェージングの影響によっても変動し、その値は時間とともに変化する。 この場合のI(t)とQ(t)は、

    【数4】

    となり、I−チャンネルとQ−チャンネル間で直交チャンネル間干渉が生じ、θ(t)によって、I(t)信号とQ(t)信号の振幅と位相が変動することになる。 このことは、送信情報を正しく復元することを困難にする結果となる。

    【0029】このθ(t) を打ち消すために、受信信号の搬送波と位相同期の取れた局部発振波を作成するのが、
    搬送波再生回路44である。 搬送波再生回路の代表的なものとしてコスタス法が知られている。 しかしながら、
    多値QAM方式の場合には、コスタス法搬送波再生回路は複雑で規模が大きくなり実用的でない。 これを解決したのが、図5に示す選択制御型搬送波再生回路である。

    【0030】図5において、変調成分除去回路52は4
    相PSKにおける変調成分除去と同じ動作で変調成分θ
    (t) を除去する機能を有している。 しかし、多値QAM
    信号は4相PSK信号に存在しないシンボルをも含んでいるので、位相判定回路51によって、復調されたベースバンドの多値QAM信号I(t) とQ(t) から4相PS
    K信号相当の位相成分、即ち、16QAMの場合には図2(a)に示す信号点0000,0011,1111,
    1100,1000,1011,0111,0100のシンボルのみを選び、これに基づいてサンプルホールド回路53において、これらの信号が復調されたときに検出した位相差θ(t) をサンプリングすることにより、正確な位相同期制御を行っている。 尚、この方式を、選択制御型搬送波再生方式と呼ぶ。

    【0031】次に、本発明に係る地質構造調査装置に使用するQAM変調回路の第2の実施例について、図6に基づいて説明する。 このQAM変調回路は16QAM方式に対応したもので、装置の小型化や調整箇所の削減等による製造の容易化、動作の安定化、低価格化を目的とし、また、64QAM、256QAM方式等への対応も考慮し、変調部をディジタル回路で構成している。 その動作の特徴は、入力されたディジタルデータの情報ビット列4ビットの状態に応じて、信号点の位相と振幅の関係表(表1)に示す様な位相数値データと振幅数値データを作り、ディジタル乗算器で2つのデータの乗算を行うことによって16QAMディジタル信号を作成し、次に、このディジタル信号をD/Aコンバータでアナログ信号に変換することにより、16QAM信号を得ている。 ここで、4ビット列の各ビットは、1ビット目がQ
    軸の極性、2ビット目がI軸の極性に対応しており、共に“0”が極性+、“1”が極性−であり、3ビット目がQ軸のレベル、4ビット目がI軸のレベルに対応しており、共に“0”がレベル1、“1”がレベル3である。

    【表1】

    【0032】以下に、その動作を詳細に説明する。 位相用ディジタル信号処理回路(位相用DSP)63は、入力されたディジタルデータの情報ビット列4ビットの状態に応じて定まる送信シンボルの極性とレベルを算出し、それを基に表1において対応する位相数値データφ
    (t) を算出して、次段の数値制御変調発振器(NCM
    O)64に出力する。 NCMO64は、クロック(32
    MHz)毎に、周波数指定データ(f I =2.05MH
    z)に基づくサイン波と位相用DSP63からの位相数値データとの合成信号の合成位相数値データθ I (t) +
    φ(t)を求め、次段の波形ROM65に出力する。 さらに、波形ROM65は、NCMO64から入力された合成位相数値データθ I (t) +φ(t)を位相変調数値データ cos(θ I (t) +φ(t))に変換し、次段のディジタル乗算器67に出力する。

    【0033】一方、振幅用DSP66は、入力されたディジタルデータの情報ビット列4ビットの状態に応じて定まる送信シンボルの極性とレベルを算出し、それを基に表1において対応する振幅数値データA(t) を求め、
    次段のディジタル乗算器67に出力する。 ただし、A
    (t) は、

    【外2】

    を表しており、振幅用DSP66においては、データ波形に対し、ロールオフ率50%のコサイン・ロールオフ特性を持たせている。

    【0034】ディジタル乗算器67では、振幅数値データA(t) と位相変調数値データcos(θ I (t) +φ(t))
    とを乗算することにより、16QAMディジタル信号A
    (t)・cos(θ I (t) +φ(t))を作成し、次段のD/A
    コンバータ68に出力する。 D/Aコンバータ68では、16QAMディジタル信号をアナログ信号に変換して16QAM信号A(t)・cos(ω I t+φ(t))とし、
    さらに、後段のミキサ回路(図示せず)において任意の搬送周波数f cに変換することにより、送信信号A(t)
    ・cos(ω c t+φ(t)) を得ている。

    【0035】尚、切換回路61とタイミング制御回路6
    2は、後述するフェージング補償のために、一定の期間毎に観測データに所定の固定データを挿入している。

    【0036】本発明に係る地質構造調査装置に使用するQAM復調回路の第2の実施例について、図7に基づいて説明する。 数値制御発振手段79に含まれる数値制御変調発振器(NCMO)76は、周波数設定データの2.05MHzを、32MHzのクロックでサンプリングした位相数値データを次段の波形ROM(cos) 77a
    と波形ROM(sin) 77bに出力する。 波形ROM(co
    s) と波形ROM(sin) は、それぞれに入力される位相数値データをcos 波形の数値データとsin 波形の数値データに変換し、次段のD/A変換器78a、78bに出力する。 D/A変換器は、cos 波形とsin 波形の数値データをアナログ信号のcos ω I t とsin ω I t に変換し、位相検波器71a、71bに出力する。 次に本実施例のフェージングなどの影響で生じる符号間干渉の補償方法について説明する。 位相検波器71a、71bで1
    6QAM受信信号とD/A変換器出力cos ω I t 及びsi
    n ω I tを乗算し、LPF通過後のI(t)信号とQ
    (t)信号は(数4)で表されるように、フェージングの影響などにより、直交チャンネル間干渉が生じ、Iチャンネルにd 2 (t) ・sin θ(t) 、Qチャンネルにd 1
    (t) ・sin θ(t) の干渉成分を含んだ信号となる。 そこで、図7に示す本実施例の等化器75は、符号間干渉を補償するIチャンネルとQチャンネルそれぞれ1ステージの計2ステージと、IチャンネルとQチャンネル間での直交チャンネル間干渉を補償する2ステージの計4ステージで構成された、フェージングなどにより生じるチャンネル内符号間干渉と直交チャンネル間干渉を補償する判定帰還・適応形トランスバーサル等化器である。

    【0037】次に本実施例のフェージングによる波形ひずみ補償を考慮した搬送波再生方法について説明する。
    フェージングの影響を受けた16QAM信号は、図8に示すように、フェージングの包絡線変動と位相変動によって、信号空間ダイヤグラム上の大きさと位相が変化する。 ただし信号配置の関係は相似形を保って変化する。
    このことは、受信信号の空間ダイヤグラム上のある1つのシンボル点(例えばA点)の位置が識別できれば、フェージングによる振幅及び位相ひずみが推定でき、フェージングによる影響が補償できることを示している。

    【0038】そこで本実施例では、2msec毎に図2
    (a)に示す信号空間ダイヤグラム上のA点に相当する既知シンボルを送信し、また、この既知シンボルを受信する間は、図7のトランスバーサル等化器の識別信号出力を用い、コスタスDSP74で、図2(a)に示す信号空間ダイヤグラム上の識別信号の位置と復調信号の位置を比較することにより、数値制御発振手段79が出力するアナログ信号のうちの1つと受信されたQAM信号に含まれるキャリア成分との位相差を求め、位相差の平滑化データから偏量を算出し、その偏量をNCMOに入力し、位相検波器の入力信号cos ω I t とsin ω I t の周波数を制御することにより、位相差θ(t) を打ち消し、受信信号の空間ダイヤグラム上の位置が常に図2
    (a)に示す信号空間ダイヤグラム上の基準点に近くなるように制御している。

    【0039】これまで、石油探査分野の無線データ伝送に於ては、扱うデータ量が比較的大きいことから、高能率変調方式による伝送法の実用化が待望されていた。 しかし、石油探査分野で用いられる無線データ伝送の運用形態から、フェージングひずみによるデータ伝送品質劣化を受けやすいことで、今日に至るまで、最も高能率な変調方式である多値QAMは実用化されなかった。

    【0040】本実施例では、フェージングひずみ補償にDSPを用い、2msec間隔に伝送データに挿入された既知データとトランスバーサル等化器の識別信号出力を用いて、図2(a)に示す信号空間ダイヤグラム上における識別信号と復調信号の位相差の平滑化データの偏量を算出し、受信信号の空間ダイヤグラム上の位置が、
    図2(a)に示す信号空間ダイヤグラムの基準点に近くなるように局部発振波を制御するフェージングひずみ補償法と、フェージングひずみなどによって生じるチャンネル内符号間干渉と直交チャンネル間干渉を補償する4
    ステージのトランスバーサル等化器によるフェージングひずみ補償法を併用した適応・複合形フェージングひずみ補償技術を用いることによって、石油探査分野に於ける高能率16QAM方式の無線データ伝送を実用化した。 なお、本実施例の16QAMについて説明したが、
    本実施例は、16QAMのみならず、64QAM及び2
    56QAMへの拡張性を考慮し、トランスバーサル等化器は16QAM、64QAM及び256QAMに対応できるものであり、またプログラム対応で拡張可能なように、変調回路はDSPを含むディジタル回路で構成され、復調回路にもフェージングひずみ補償にDSPを用いている。

    【0041】ところで、一般的な16QAM信号の空間ダイアグラム上の遷移の模様は、図9(a)に示す様になっている。 ただし、図9における各点の座標や記号は図2のものと異なっている。 ここで、例えば、送信情報が“0000”から“1100”へ変わるときに、QA
    M信号の軌跡は原点を通っており、これは、QAM信号のエンベロープがくびれて最小値のゼロまで減少していることを表している。 また、エンベロープの変動が大きければ、サイドローブ(スペクトルの拡散)が大きくなる。

    【0042】本発明に係る地質構造調査装置の第2の実施例は、このエンベロープの変動を低減することを目的としている。 図9(b)で説明すると、本実施例においては、通常のQAM信号の空間ダイアグラム上で取り得るシンボルの他に新たなシンボルA、B、C、Dを加えることにより、QAM信号のエンベロープが小さくなることを防いでいる。 即ち、ある時刻に第2ブロックのシンボルFを送信し、次の時刻に第1ブロック、第2ブロック、また第3ブロックの内いずれかのシンボル、すなわち第4ブロック以外のシンボルを送信する場合には、
    該当するシンボルを送信し、もし第2ブロックのいずれかのシンボルを送信した次の時刻の送信が第4ブロックのいずれかのシンボルである場合には、第4ブロックの送るべきシンボルにあたる4ビットの後に続く送信情報ビット列の2ビットの状態に応じて、シンボルA、B、
    C、Dの内いずれかのシンボルを第2ブロックのシンボルの次の時刻に送信し、その次の時刻に先の第4ブロックのシンボルを送信する。 これは、シンボルの信号点が第1ブロックから第3ブロックへ、第4ブロックから第2ブロックへ、また第3ブロックから第1ブロックへ移る場合も、説明した第2ブロックから第4ブロックへシンボルの信号点が移る場合と同様に、シンボルA、B、
    C、Dの内いずれかのシンボルを経由して移る。

    【0043】本実施例のこれまでの説明を、送信情報ビットを用いて以下に説明する。 例えば、送信情報ビットの時系列が“0100 1100 0100 0000
    0100 1000 00 1100 0100”
    で、シンボルE、F、G及びHのそれぞれのビット構成が図9(b)に示すように、E=0000、F=010
    0、G=1100、H=1000の場合の信号点の遷移は、F→G→F→E→F→A→H→G→Fとなる。

    【0044】本実施例の地質構造調査装置の主要部は、
    図10に示すリモート局と、図11に示すマスター局を含んでおり、それぞれリモート局は図10に示すように、データをマスター局へ高速伝送するための高速通信回線用の送信装置100〜106と、マスター局から伝送される制御命令を受信するための低速通信回線用の受信装置107〜110からなり、またマスター局は図1
    1に示すように、リモート局から高速伝送されるデータを受信するための高速通信回線用の受信装置111〜1
    19と、制御命令をリモート局へ伝送するための低速通信回線用の送信装置120a〜120cで構成されている。

    【0045】本実施例の高速通信回線では、高速・高品質・高能率化無線通信伝送を実現するために、伝送ビットレートの高速化、すなわち高速伝送に伴う選択性フェージングひずみの対策として、フェージングが、搬送波当たりの占有帯域幅を狭くすることで、受信信号のスペクトル成分が帯域内で一様にフェージングを受けるフラットフェージングになり、かつ複数のリモート局から同時送信が可能な周波数分割マルチキャリア(FDM)方式と、波形ひずみによる符号間干渉と隣接チャンネル間干渉を補償する適応等化器を用い、高品質化として、スペースダイバーシチと、BCH誤り訂正技術を用い、また、周波数利用効率や低消費電力化の向上を図る高能率化として、送信時に情報シンボルに定期的に既知シンボル(パイロットシンボル)を挿入し、フェージングひずみを推定、補償した図9(b)に示す20シンボル配置(20QAM:16QAM方式の16シンボル+4シンボル)の直交多値変調法と、送信出力制御を用いた回路構成となっている。 本実施例の低速通信回線は、マスター局からリモート局へ送信周波数、送信開始、送信出力等の制御命令の伝送を目的とするものであり、従って、
    伝送速度は低速でよい。 そこで低速通信回線用の送受信機の変調・復調には、FSK方式を用いている。

    【0046】 リモート局装置の説明図10に基づいて、リモート局の各装置の説明を行う。
    本実施例において、QAM変調回路は、シリアル/パラレル変換部100、既知シンボル挿入部101、信号点制御部102、直交多値変調部103と発振器104から構成される。 まず、シリアル/パラレル変換部100
    で、A/Dコンバータ(図示せず)から出力された観測データのシリアルビット列を4ビット毎に区切り、既知シンボル挿入部101で、定期的に情報シンボルN−1
    個毎に1つの既知シンボルを挿入する。 ここで、既知シンボルとしては、振幅が最大になる図9(b)に示すシンボルEを用いているが、伝送効率を考え既知シンボルの前後の情報シンボルに応じ、図9(b)に示す4つのシンボルE、F、G、Hのうちの1つを選ぶ方法もある。 例えば、既知シンボルの前後の情報シンボルが図9
    (b)に示す第4ブロックと第2ブロックにある場合には、既知シンボルとしてEを選ぶ。 次に、信号点制御部102は、連続する2つの4ビットシンボルが所定の関係である場合に、シリアルデータを2ビットに区切って、そのデータに基づいて新たな2ビットシンボル(図9(b)に示すA、B、C、Dのうちの1つ)を作成し、2番目の4ビットシンボルと新たな2ビットシンボルの順番を入れ替える。 さらに、直交多値変調部103
    で、送信シンボルに応じたQAM変調をキャリアに施す。 変調回路から出力されたQAM信号は、送信回路1
    05で増幅され、アンテナ106からマスター局へ向け送信される。 また、本実施例では、送信周波数と送信出力は、FM受信機108を介して受信されたマスター局からの命令によって制御できる様に設計されている。

    【0047】 マスター局装置の説明図11に基づいて、マスター局の各装置の説明を行う。
    本実施例において、復調回路は、周波数変換器113
    a、113b、BPF114a、114b、AGC11
    5a、115b、直交検波部116a、116b、LP
    F117a、117b、フェージング補償部118a、
    118b、復号/最尤判定部119から構成される。 本実施例は、フェージング補償部118a、118bまでの回路が2重となったスペースダイバーシチが適用され、3つのリモート局の送信信号が同時に受信できるように、さらにそれぞれが3重構成となっている。 まず、
    スペースダイバーシチの各ブランチ毎に、BPFで、受信波の帯域外雑音及び隣接チャンネル干渉を抑圧し、周波数変換器で、受信信号の周波数をRFからIFに変換して、AGC回路により平均受信レベルの適性化の後、
    直交検波回路及びLPFで、受信信号をベースバンド信号に復調する。 次にフェージング補償部で、ベースバンド信号をA/D変換後、送信側に於て定期的に挿入された既知シンボルからフェージングひずみを推定し、直交検波回路の局部発振周波数の調整と、適応等化器による符号間干渉や隣接チャンネル干渉の抑圧によってフェージングの影響を補償する。 送信情報の復号は、ダイバーシチの各ブランチ毎の復調信号と送信信号系列候補との距離を求め、両ブランチの距離の和が最小となる信号系列を送信信号系列として推定する最尤推定法により、送信情報を再現する回路で構成された高速伝送・高品質・
    高能率化無線伝送装置を本実施例では実現している。 ここで、復調信号の識別を行う際に、通常の16QAM方式の空間ダイアグラムにおける16の識別点ではなく、
    図9(b)のシンボルA、B、C、Dの各点を加えた2
    0の識別点による識別を行っている。 さらに、受信されたQAM信号がシンボルA、B、C、Dのいずれかに相当すると判断された場合には、これらのシンボルが表すデータをその直後のシンボルが表すデータと入れ替えることにより、変調回路で行われた操作と逆の操作を行って、正常な観測データを再現できる様にしている。 なお、送信機は、伝送速度が低速でよいことから、一般的なFSK変調方式による無線機を用いている。 また本実施例の受信機では、スペースダイバーシチの各ブランチの受信回路が3重となっているが、同時受信できるリモート局数は、受信回路数を増やすことで、それに比例して大きくすることが可能である。

    【0048】本実施例における信号点の遷移の模様は、
    図9(a)に示す従来方式とは異なり、図9(c)に示すように、原点近傍に大きな穴が空いている。 従って、
    信号がある信号点から別の信号点に移る際に原点近傍を通らないことがわかる。 シンボルの変わり目で信号の振幅が最も小さくなって原点に近づくのは、図9(d)に示す場合である。 従来方式では、信号はシンボルの変わり目で原点を通過するから、包絡線のくびれは最小値の0まで落ち込むが、本実施例の場合には、図9(d)で示す振幅以下には包絡線がくびれない。 従って、従来方式に較べて増幅器の直線動作範囲が狭くてよい。 すなわち狭い範囲で線形動作する増幅器の使用が可能になる。
    このことから本実施例の送信回路等で使用する増幅器には、従来方式で用いられているA級増幅器より、電力効率の優れたAB級増幅器を用いることが可能になる。 またこのことは、電力効率がさらに優れたリニアライザを用いた増幅器の使用を容易に可能にするものである。

    【0049】地質構造調査等の移動体通信装置の電源には、通常バッテリが用いられる。 従って移動体通信装置では、低消費電力化は大きな技術的課題の1つになっている。 本実施例の地質構造調査装置は、送信機で消費する電力の大きな部分をなす増幅器の電力効率を良くすることで、結果として、装置の低消費電力化をもたらす。
    もう1つの効果は、信号の包絡線変動が従来方式に比べ小さいことで、増幅器等の非直線に起因する搬送波のサイドローブが抑圧される。 この結果、隣接チャンネルへの干渉妨害が低減される。 この隣接チャンネルへの干渉妨害の低減は、送信機の送信出力制御と組み合わせて用いることによって、より大きな効果が得られる。 また、
    チャンネル間干渉の影響が低減されることにより、チャンネル間に設ける情報伝送に用いない周波数領域(デッドスペース)が小さくてすみ、周波数利用効率の大きな向上をもたらす。

    【0050】さらに、バイブレータの動作状態を一か所においてリアルタイムに波形監視等できる集中管理能力を有する、本発明に係る地質構造調査装置の別の実施例について、図12に基づいて説明する。 各バイブレータ121は、各バイブレータで観測された動作状態などを示すセンサー信号を計測装置122に入力する。 計測装置122の中では、A/Dコンバータ123がこの信号をディジタルデータに変換し、QAM変調回路124に入力する。 QAM変調回路124では、このデータを用いてキャリア信号に変調をかけ、変調された信号を送信回路125に供給して、アンテナ126から送信する。
    一方、観測車に搭載された中央監視装置127においては、送信された信号をアンテナ128と受信回路129
    で受けて、QAM復調回路130に供給する。 復調されたデータはCPU131に入力されて処理され、さらに、磁気記録装置132に記録されるとともに、CRT
    等の表示装置133によって表示される。

    【0051】

    【発明の効果】本発明に係る第1の地質構造調査装置によれば、計測装置において受振器から得られた電気信号をA/Dコンバータによりディジタルデータに変換し、
    これを集録装置に無線で送信する際に、ディジタルデータの変調方式として伝送効率が非常に優れたQAM方式を用いるため、伝送時間を短縮できる。

    【0052】本発明に係る第2の地質構造調査装置によれば、受振器から得られたディジタルデータを一定期間毎に所定の固定データに切り換えてQAM方式により集録装置に送信し、集録装置内の復調回路において、復調された固定データを所定の基準データと比較してフェージングを補償することにより、S/Nに対する誤り率特性を改善することが出来る。

    【0053】さらに、本発明に係る第3の地質構造調査装置によれば、QAM信号のエンベロープの変動を低減することにより増幅器の負担を軽くし、その結果、低消費電力を実現するとともに、スペクトラムの拡散を抑圧して隣接チャンネルへの妨害を低減することが出来る。

    【0054】また、本発明に係る第4の地質構造調査装置によれば、地質構造調査装置がバイブレータ等の人工震源発生装置を含む場合に、それらの動作を示す信号をQAM方式を用いて中央監視装置に送信することにより、中央監視装置においてこれらのバイブレータ等をリアルタイムに集中管理することが出来る。

    【図面の簡単な説明】

    【図1】本発明に係る地質構造調査装置の一実施例を示すブロック図である。

    【図2】一般的なQAM信号の空間ダイアグラムの例を表す図である。

    【図3】図1に示す地質構造調査装置におけるQAM変調回路の詳細を示すブロック図である。

    【図4】図1に示す地質構造調査装置におけるQAM復調回路の詳細を示すブロック図である。

    【図5】図4に示すQAM復調回路における搬送波再生回路として用いることができる選択制御型搬送波再生回路を示すブロック図である。

    【図6】本発明に係る地質構造調査装置に使用するQA
    M変調回路の第2の実施例を示すブロック図である。

    【図7】本発明に係る地質構造調査装置に使用するQA
    M復調回路の第2の実施例を示すブロック図である。

    【図8】フェージングの影響を受けた16QAM受信信号の空間ダイアグラムにおける様子を表す図である。

    【図9】(a)は、一般的な16QAM信号の空間ダイアグラム上の遷移の模様を表す図である。 (b)は、本発明に係る地質構造調査装置の第3の実施例による16
    QAM信号の空間ダイアグラム上のシンボル位置を表す図である。 (c)は、本発明に係る地質構造調査装置の第3の実施例による16QAM信号の空間ダイアグラム上の遷移の模様を表す図である。 (d)は、本発明に係る地質構造調査装置の第3の実施例による16QAM信号の空間ダイアグラム上の遷移において、QAM信号の軌跡が原点に最も近づく点を表す図である。

    【図10】本発明に係る地質構造調査装置の第3の実施例におけるリモート局の構成を示す図である。

    【図11】本発明に係る地質構造調査装置の第3の実施例におけるマスター局の構成を示す図である。

    【図12】本発明に係る地質構造調査装置の第4の実施例を示すブロック図である。

    【符号の説明】

    1 受振器 2、122 計測装置 3、43a、43b、73a、73b、123 A/D
    コンバータ 4、124 QAM変調回路 5、105、125 送信回路 6、8、106、107、111a、111b、120
    c、126、128 アンテナ 7 集録装置 9、129 受信回路 10、130 QAM復調/復号回路 11、131 CPU 12、132 磁気記録装置 13、133 表示装置 31a、31b、68、78a、78b D/Aコンバータ 32a、32b ローパスフィルタ 33a、33b リング変調器 34 発振器 35、55 π/2移相器 36 加算器 41a、41b、71a、71b 位相検波器 42a、42b、72a、72b、117a、117b
    ローパスフィルタ 44 搬送波再生回路 51 位相判定回路 52 変調成分除去回路 53 サンプルホールド 54 ループフィルタ 55 VCO 61 切換回路 62 タイミング制御回路 63 位相用DSP 64、76 数値制御変調発振器 65、77a、77b 波形ROM 66 振幅用DSP 67 ディジタル乗算器 74 コスタスDSP 75 4ステージトランスバーサル等化器 79 数値制御発振手段 100 シリアル/パラレル変換部 101 パイロットシンボル挿入部 102 信号点制御部 103 直交多値変調部 104 発振器 108 FM受信機 109 復号回路 110 制御回路 112a、112b、114a、114b バンドパスフィルタ 113a、113b 周波数変換器 115a、115b AGC 116a、116b 直交検波回路 118a、118b フェージング補償部 119 復号/最尤判定部 120a 制御回路/インタフェース 120b FM送信機 121 バイブレータ 127 中央監視装置

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