小林 允

小林, 允

C-RECS （Creative Repository of Electro-Communications)

修 士 論 文 の 和 文 要 旨  研究科・専攻 大学院  電気通信学研究科      電子工学専攻  博士前期課程 氏    名 小林 允 学籍番号 ０９３２０３２ 論 文 題 目  地中レーダ受信信号におけるノイズ除去と 埋設管反射波の強調に関する研究  要  旨 道路工事などで舗装された地面を掘り起こす際，水道管，下水管，ガス管などの埋設管を破損しないよう注意しなければならない．行政の資料で埋設管の配置を知ることは可能であるが，信号柱設置などの目的で舗道を掘ると，実際の配置と資料の記載が異なっていることが多いという．現場では，資料を過信せずに慎重に掘り起こす必要があり，この手間を地中レーダ（GPR）で解消したい，というアイデアが本研究の動機になっている．本研究では，GPR から得られた受信信号に対し，信号処理の立場からこの目的の達成を目指す．  GPR は，地中に向かって電磁波を放射し，埋設物からの反射を受信する探査装置であり，地中を直接掘り起こす必要がない．本研究では，金属管が埋設された環境において，台車にGPRを積み，その上を横切ることで得られる受信信号を原信号と考える．受信信号には，地中を進むことによる減衰に加え，いくつかのノイズが観測される．本研究では，GPR 受信信号のノイズ解析手順および除去手法の提案と，研究対象の信号（反射波）を強調する手法の提案をおこなう．本研究が提案する解析・除去・強調の技術のいずれにも共通する方針として，利用者の経験に左右されないこと，すなわち“利用者依存の小さい手法”を目指した．  ノイズの解析では，主にガボールウェーブレット変換(GWT)を用い，ノイズと反射波の周波数帯域を特定した．ノイズの除去においては，直線位相を保ち，受信信号に歪みが起きないようなフィルタの設計方法を提案した．また，受信信号の特徴に注目した減衰の修正や，反射波の周波数特性に注目した2次元フィルタリングによって，受信信号における反射波の“見やすさ”を向上させることに成功した．反射波の強調では，受信信号の特徴を利用して大まかにその位置を特定し，GWT によって精密に解析し，その過程で得られた複数の候補点をクラスタリングによってまとめることで実現した．クラスタリングでは，統計的検定の技術を組み合わせて，反射波が強調されやすくなるよう工夫した．  利用者依存を小さくする方針のもと，GPR 受信信号における解析・除去・強調の方法を提案し，良好な成果が得られた．また，ノイズ除去手法は，MATLABスクリプトによる実装で1秒を切る処理速度を，強調手法は同環境で1分を切る処理速度を実現しており，実用に耐える技術を確立できた．さらに，アルゴリズムは並列化が可能な設計となっており，計算機の対応によって，容易に高速化を図ることができる．  

地中レーダ受信信号におけるノイズ除去と埋設管反射波の強調に関する研究

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