JP2000121746A - 媒体中の物体の探査方法 - Google Patents
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-
- G—PHYSICS
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- G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
- G01V3/12—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with electromagnetic waves
-
- G—PHYSICS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーダー原理に基づく探査方法により、コン
クリート、レンガ、石膏、モルタル又は木材等の固体媒
体や、空気、ガス、粘性流体等の媒体中に存在する金属
製物体、プラスチック製物体等の位置をより簡便に探査
可能とし、探査対象表面領域における壁面上でのアンテ
ナユニットの連続移動の必要性を緩和する。 【解決手段】 媒体中の物体をレーダーで探査するた
め、レーダー波を送受信ユニットから界面を経て媒体中
に放射し、媒体中で反射されたレーダー信号を検出し、
その検出信号について信号処理及び信号評価を行う。そ
の際、送受信ユニットを位置決めした状態で、検出すべ
き物体の特徴を、ディジタル化された検出信号を使用す
る所定のアルゴリズムに基づいて判別する。そのアルゴ
リズムは、例えばＡＲモデルやウェーブレット分析法に
基づいており、所定の比較値に対する信号形態の差異を
検知すると共に所定の閾値に対する信号評価を行うもの
である。
クリート、レンガ、石膏、モルタル又は木材等の固体媒
体や、空気、ガス、粘性流体等の媒体中に存在する金属
製物体、プラスチック製物体等の位置をより簡便に探査
可能とし、探査対象表面領域における壁面上でのアンテ
ナユニットの連続移動の必要性を緩和する。 【解決手段】 媒体中の物体をレーダーで探査するた
め、レーダー波を送受信ユニットから界面を経て媒体中
に放射し、媒体中で反射されたレーダー信号を検出し、
その検出信号について信号処理及び信号評価を行う。そ
の際、送受信ユニットを位置決めした状態で、検出すべ
き物体の特徴を、ディジタル化された検出信号を使用す
る所定のアルゴリズムに基づいて判別する。そのアルゴ
リズムは、例えばＡＲモデルやウェーブレット分析法に
基づいており、所定の比較値に対する信号形態の差異を
検知すると共に所定の閾値に対する信号評価を行うもの
である。
Description
【０００１】
【技術分野】本発明は媒体中の物体をレーダーで探査す
る方法に関し、特に、レーダー波を送受信ユニットから
界面を経て媒体中に放射し、媒体中で反射されたレーダ
ー信号を検出し、その検出信号について信号処理及び信
号評価を行う探査方法に関するものである。
る方法に関し、特に、レーダー波を送受信ユニットから
界面を経て媒体中に放射し、媒体中で反射されたレーダ
ー信号を検出し、その検出信号について信号処理及び信
号評価を行う探査方法に関するものである。
【０００２】
【背景技術】レーダー装置を測量に使用することは既知
である。また、建造物や構造物の壁に埋設された金属、
プラスチック等の物体をレーダー原理に基づいて探査す
ることは、ディー・ジェー・ダニエルス、「表面浸透型
レーダー」、ＩＥＥプレス発行（１９９６年）、に記載
されている。現在、市販されているレーダー装置は、い
ずれも、得られた測定データの「イメージ」をユーザに
対して表示するためのイメージ処理に基づいている。既
知のレーダー装置は比較的大型で高価であり、工事現場
等において日常的な機材として簡便に使用できるもので
はない。イメージデータを得るためには、手動で又は機
械的に制御される走査プロセスにおいて、アンテナユニ
ットを移動させて多量の測定データを採取する必要があ
る。米国特許第５５４１６０５号及び同第５５４３７９
９号明細書には、壁に埋設された物体を探査するための
比較的小型のレーダー装置が開示されているが、その場
合には走査プロセスで得られたデータが全く用いられな
いか、少なくとも最適には用いられていない。さらに、
米国特許第５５１２８３４号明細書には金属製又は非金
属製の物体を探査するための電磁センサが開示されてい
るが、この場合には限定された特定のパラメータについ
ての信号評価しか行えない。
である。また、建造物や構造物の壁に埋設された金属、
プラスチック等の物体をレーダー原理に基づいて探査す
ることは、ディー・ジェー・ダニエルス、「表面浸透型
レーダー」、ＩＥＥプレス発行（１９９６年）、に記載
されている。現在、市販されているレーダー装置は、い
ずれも、得られた測定データの「イメージ」をユーザに
対して表示するためのイメージ処理に基づいている。既
知のレーダー装置は比較的大型で高価であり、工事現場
等において日常的な機材として簡便に使用できるもので
はない。イメージデータを得るためには、手動で又は機
械的に制御される走査プロセスにおいて、アンテナユニ
ットを移動させて多量の測定データを採取する必要があ
る。米国特許第５５４１６０５号及び同第５５４３７９
９号明細書には、壁に埋設された物体を探査するための
比較的小型のレーダー装置が開示されているが、その場
合には走査プロセスで得られたデータが全く用いられな
いか、少なくとも最適には用いられていない。さらに、
米国特許第５５１２８３４号明細書には金属製又は非金
属製の物体を探査するための電磁センサが開示されてい
るが、この場合には限定された特定のパラメータについ
ての信号評価しか行えない。
【０００３】レーダー装置としては、パルスレーダー及
び段階付周波数型のレーダーを使用することが可能であ
るが、例示として前者の作動原理を図３について説明す
る。パルスレーダーにおいては、タイマで制御されるパ
ルス発生器１により、その長さ又は周期が１ｎｓ未満で
ある非常に短いパルスを連続的に発生する。このパルス
を送信アンテナ２により電磁波として、探査すべき媒体
（例えばコンクリート）中に放射する。誘電率の変化す
る位置、例えばコンクリートと鉄筋の界面及びコンクリ
ートとプラスチック配管の界面等において、電磁波は反
射される。この反射波を受信アンテナ３により受信し、
走査制御回路７で時間的に制御可能な高周波増幅器４に
よって増幅し、帯域リミッタ８を経てサンプル・ホール
ド回路５に供給した後、Ａ／Ｄ変換器６によりディジタ
ル処理を行い、引続いて所要の信号処理を行う。上述し
た回路全体、又は少なくとも送受信アンテナ２，３は、
手持ち式の構造ユニットとして構成されている。送受信
アンテナ２，３を探査すべき媒体上で移動させ、反射波
の持続時間及び振幅につき、走査位置に依存してグラフ
ィック処理を行う。このようなプロセスについては、例
えば、ヨット・フーゲンシュミット、「道路工事及び保
守におけるジオレーダー」、ＥＭＰＡレポート（１１０
／１０）、Ｎｏ．ＦＥ １６０６１７、９／９３−１１
／９３頁、に記載されている。したがって、パルスレー
ダーの取扱いに習熟した技術者はそのグラフィックイメ
ージに基づいて、探査すべき媒体中の異物の存否を判定
することが可能である。その詳細については、前掲論
文：「表面浸透型レーダー」に記載されている。
び段階付周波数型のレーダーを使用することが可能であ
るが、例示として前者の作動原理を図３について説明す
る。パルスレーダーにおいては、タイマで制御されるパ
ルス発生器１により、その長さ又は周期が１ｎｓ未満で
ある非常に短いパルスを連続的に発生する。このパルス
を送信アンテナ２により電磁波として、探査すべき媒体
（例えばコンクリート）中に放射する。誘電率の変化す
る位置、例えばコンクリートと鉄筋の界面及びコンクリ
ートとプラスチック配管の界面等において、電磁波は反
射される。この反射波を受信アンテナ３により受信し、
走査制御回路７で時間的に制御可能な高周波増幅器４に
よって増幅し、帯域リミッタ８を経てサンプル・ホール
ド回路５に供給した後、Ａ／Ｄ変換器６によりディジタ
ル処理を行い、引続いて所要の信号処理を行う。上述し
た回路全体、又は少なくとも送受信アンテナ２，３は、
手持ち式の構造ユニットとして構成されている。送受信
アンテナ２，３を探査すべき媒体上で移動させ、反射波
の持続時間及び振幅につき、走査位置に依存してグラフ
ィック処理を行う。このようなプロセスについては、例
えば、ヨット・フーゲンシュミット、「道路工事及び保
守におけるジオレーダー」、ＥＭＰＡレポート（１１０
／１０）、Ｎｏ．ＦＥ １６０６１７、９／９３−１１
／９３頁、に記載されている。したがって、パルスレー
ダーの取扱いに習熟した技術者はそのグラフィックイメ
ージに基づいて、探査すべき媒体中の異物の存否を判定
することが可能である。その詳細については、前掲論
文：「表面浸透型レーダー」に記載されている。
【０００４】従来技術の実用に際しての基本的な難点
は、レーダー装置の使用者が大面積領域に亙る走査プロ
セスを綿密に、しかも連続的に実行することにより、ど
の位置で媒体中の異物に由来する反射信号が発生してい
るかを特定する必要がある点である。得られたイメージ
を分析するためには、相応の習熟と技術的な基礎理解力
とが必要である。さらに、従来のレーダー装置は、前述
したとおり、空間的に大型で高価である。
は、レーダー装置の使用者が大面積領域に亙る走査プロ
セスを綿密に、しかも連続的に実行することにより、ど
の位置で媒体中の異物に由来する反射信号が発生してい
るかを特定する必要がある点である。得られたイメージ
を分析するためには、相応の習熟と技術的な基礎理解力
とが必要である。さらに、従来のレーダー装置は、前述
したとおり、空間的に大型で高価である。
【０００５】
【発明の課題】したがって、本発明が解決しようとする
課題は、レーダー原理に基づく改良された探査方法及び
装置を提案することにより、コンクリート、レンガ、石
膏、モルタル又は木材等の固体媒体や、空気、ガス、粘
性流体等の「軟質」の媒体中に存在する金属製物体、プ
ラスチック製物体等の位置をより簡便に探査可能とする
ことである。特に、本発明は、従来必要とされていた走
査プロセス、すなわち探査対象の表面領域における壁面
上でのアンテナユニットの連続移動の必要性を緩和しよ
うとするものである。
課題は、レーダー原理に基づく改良された探査方法及び
装置を提案することにより、コンクリート、レンガ、石
膏、モルタル又は木材等の固体媒体や、空気、ガス、粘
性流体等の「軟質」の媒体中に存在する金属製物体、プ
ラスチック製物体等の位置をより簡便に探査可能とする
ことである。特に、本発明は、従来必要とされていた走
査プロセス、すなわち探査対象の表面領域における壁面
上でのアンテナユニットの連続移動の必要性を緩和しよ
うとするものである。
【０００６】
【課題の解決手段】このような課題を解決するため、本
発明は、媒体中の物体をレーダーで探査するに当たり、
レーダー波を送受信ユニットから界面を経て媒体中に放
射し、媒体中で反射されたレーダー信号を検出し、その
検出信号について信号処理及び信号評価を行う探査方法
において、送受信ユニットを位置決めした状態で、検出
すべき物体の特徴を、ディジタル化された検出信号を使
用する所定のアルゴリズムに基づいて判別し、そのアル
ゴリズムは、所定の比較値に対する信号形態の差異を検
知すると共に所定の閾値に対する信号評価を行うもので
あることを特徴とする。
発明は、媒体中の物体をレーダーで探査するに当たり、
レーダー波を送受信ユニットから界面を経て媒体中に放
射し、媒体中で反射されたレーダー信号を検出し、その
検出信号について信号処理及び信号評価を行う探査方法
において、送受信ユニットを位置決めした状態で、検出
すべき物体の特徴を、ディジタル化された検出信号を使
用する所定のアルゴリズムに基づいて判別し、そのアル
ゴリズムは、所定の比較値に対する信号形態の差異を検
知すると共に所定の閾値に対する信号評価を行うもので
あることを特徴とする。
【０００７】また、本発明の特に好適な実施形態は、従
属請求項に記載したとおりである。
属請求項に記載したとおりである。
【０００８】パルスレーダーを使用する場合を例示とし
て説明すると、本発明の基本概念は、送信アンテナに非
常に短いパルスを励起して、電磁波を、周波数領域にお
ける異なる振幅及び位相をもって種々の送信方向に放射
する点にある。送受信アンテナから所定の観測角度にお
いて媒体中の物体による反射波が検出されると、その反
射波はアンテナ直下の直接反射波とは異なる信号形態を
呈する。本発明による信号処理は、その詳細について後
述するとおり、異なる振幅及び／又は位相をもって電磁
波を放射することにより、反射波の信号形態を適切に区
別することが可能である。
て説明すると、本発明の基本概念は、送信アンテナに非
常に短いパルスを励起して、電磁波を、周波数領域にお
ける異なる振幅及び位相をもって種々の送信方向に放射
する点にある。送受信アンテナから所定の観測角度にお
いて媒体中の物体による反射波が検出されると、その反
射波はアンテナ直下の直接反射波とは異なる信号形態を
呈する。本発明による信号処理は、その詳細について後
述するとおり、異なる振幅及び／又は位相をもって電磁
波を放射することにより、反射波の信号形態を適切に区
別することが可能である。
【０００９】本発明の上述した基本概念は、段階付周波
数型のレーダーを使用する場合でも同様である。この場
合には、上述した利点に加え、評価対象としての信号の
Ｓ／Ｎ比をより向上することが可能である。
数型のレーダーを使用する場合でも同様である。この場
合には、上述した利点に加え、評価対象としての信号の
Ｓ／Ｎ比をより向上することが可能である。
【００１０】
【実施の形態】以下、本発明を図示の実施形態について
更に詳述する。
更に詳述する。
【００１１】図1のフローチャートは、図３のデータ出
力端における出力信号についての信号処理方法を示すも
のである。ステップＳ１において信号を読取り、ステッ
プＳ２においてディジタル・バンドパスフィルタ処理が
施された後、ステップＳ３において有意な反射が存在す
るか否かを判別する。所要に応じて、ステップＳ４で探
査すべき媒体における特定の物性、例えば比誘電率εｒ
の近似値を求める。比誘電率εｒは、湿ったレンガやコ
ンクリートにおける値が、乾燥した媒体における値より
も通常は高いのが、当業者の常識である。
力端における出力信号についての信号処理方法を示すも
のである。ステップＳ１において信号を読取り、ステッ
プＳ２においてディジタル・バンドパスフィルタ処理が
施された後、ステップＳ３において有意な反射が存在す
るか否かを判別する。所要に応じて、ステップＳ４で探
査すべき媒体における特定の物性、例えば比誘電率εｒ
の近似値を求める。比誘電率εｒは、湿ったレンガやコ
ンクリートにおける値が、乾燥した媒体における値より
も通常は高いのが、当業者の常識である。
【００１２】ちなみに、周波数スペクトルの変更により
比誘電率εｒの近似値を求める手法の基本原理について
は、アイ・ジェー・パラダッツ外、「コンクリートにお
けるレーダーンテナの結合効果」、論文集「土木工学に
おける非破壊検査」、ＮＤＴ−ＣＥ‘９７、第１巻、２
３７−２４５頁に記載されている。
比誘電率εｒの近似値を求める手法の基本原理について
は、アイ・ジェー・パラダッツ外、「コンクリートにお
けるレーダーンテナの結合効果」、論文集「土木工学に
おける非破壊検査」、ＮＤＴ−ＣＥ‘９７、第１巻、２
３７−２４５頁に記載されている。
【００１３】比誘電率εｒの近似値を求めた後、その近
似値を使用してステップＳ５で次式により経過時間を算
出し、これに基づいて媒体中における探査すべき物体の
深度決定を行う。 ｖ＝ｃ／√εｒ （ただし、ｃは光速である。）
似値を使用してステップＳ５で次式により経過時間を算
出し、これに基づいて媒体中における探査すべき物体の
深度決定を行う。 ｖ＝ｃ／√εｒ （ただし、ｃは光速である。）
【００１４】さらに、本発明においては、ステップＳ６
で後述する時間領域又は周波数領域での信号処理を行う
と共に、ステップＳ７で特別な信号分析を行って探査し
た物体の特徴を決定する。最後に、ステップＳ８で、供
給された特徴（比較値Ｖ）に対して信号分析値を比較
し、その特徴は、予め設定されている走査位置について
事前に決定しておくものである。その比較結果に基づ
き、物体がアンテナの下方に存在するか否か、すなわ
ち、例えば壁の開口領域における禁止箇所に存在するか
否か、又はアンテナから角度的に離れた位置に存在する
か否かを判定することが可能である。
で後述する時間領域又は周波数領域での信号処理を行う
と共に、ステップＳ７で特別な信号分析を行って探査し
た物体の特徴を決定する。最後に、ステップＳ８で、供
給された特徴（比較値Ｖ）に対して信号分析値を比較
し、その特徴は、予め設定されている走査位置について
事前に決定しておくものである。その比較結果に基づ
き、物体がアンテナの下方に存在するか否か、すなわ
ち、例えば壁の開口領域における禁止箇所に存在するか
否か、又はアンテナから角度的に離れた位置に存在する
か否かを判定することが可能である。
【００１５】次に、本発明において適用することのでき
る信号処理方法の詳細につき、より具体的に説明する。
る信号処理方法の詳細につき、より具体的に説明する。
【００１６】フーリエ変換法による信号処理 アンテナ走査位置Ｏ（図４及び図５を参照。）で各種の
補強鉄筋やプラスチック配管等の、存在する可能性のあ
る物体について参照走査を実行する。走査間隔は、ある
実施例では合計１０２４の走査点を含むものとする。ま
た、走査時間は、例えば２ｎｓ〜２０ｎｓとする。図６
に示す曲線ａは、その参照走査の結果を示す。周波数分
析法、特に、カー・デー・カムマイヤー外著「ディジタ
ル信号処理」、ベー・ゲー・トイブナー発行（１９９８
年）、３２３−３２６頁に記載されているフーリエ変換
法（ウェルチ法）により、周波数領域で信号のパワース
ペクトル密度ＬＳＤを周波数領域で解析し（図７の曲線
ａ参照）、そのパワースペクトル密度ＬＳＤを参照スペ
クトルとする。参照スペクトルの平均スペクトルについ
ても解析を行う。図６の横軸方向に計測されたディジタ
ル値（サンプル）の数、本例では１０２４のサンプル数
を示し、これは１２ｎｓの走査時間に対応するものであ
る。縦軸方向には信号強度ＬＳＢを示し、その単位は観
測量（電圧値又は電流値）を２ｎで除したものであり、
ここにｎはＡ／Ｄ変換器の分解能である。
補強鉄筋やプラスチック配管等の、存在する可能性のあ
る物体について参照走査を実行する。走査間隔は、ある
実施例では合計１０２４の走査点を含むものとする。ま
た、走査時間は、例えば２ｎｓ〜２０ｎｓとする。図６
に示す曲線ａは、その参照走査の結果を示す。周波数分
析法、特に、カー・デー・カムマイヤー外著「ディジタ
ル信号処理」、ベー・ゲー・トイブナー発行（１９９８
年）、３２３−３２６頁に記載されているフーリエ変換
法（ウェルチ法）により、周波数領域で信号のパワース
ペクトル密度ＬＳＤを周波数領域で解析し（図７の曲線
ａ参照）、そのパワースペクトル密度ＬＳＤを参照スペ
クトルとする。参照スペクトルの平均スペクトルについ
ても解析を行う。図６の横軸方向に計測されたディジタ
ル値（サンプル）の数、本例では１０２４のサンプル数
を示し、これは１２ｎｓの走査時間に対応するものであ
る。縦軸方向には信号強度ＬＳＢを示し、その単位は観
測量（電圧値又は電流値）を２ｎで除したものであり、
ここにｎはＡ／Ｄ変換器の分解能である。
【００１７】この段階で、壁上の任意の位置において走
査を実行することが可能である。この走査で同様に１０
２４の測定値を得ることによりパワースペクトル密度を
求めることができ、例えばその際にもフーリエ変換法
（ウェルチ法）を用いることが可能である。この場合に
用いる分析法は、参照走査段階で用いる方法と同一とす
るのが特に好適である。
査を実行することが可能である。この走査で同様に１０
２４の測定値を得ることによりパワースペクトル密度を
求めることができ、例えばその際にもフーリエ変換法
（ウェルチ法）を用いることが可能である。この場合に
用いる分析法は、参照走査段階で用いる方法と同一とす
るのが特に好適である。
【００１８】ステップ７及び８において、例えば走査位
置＋３（図4及び図５を参照。）での走査により得られ
た信号の振幅スペクトルを、走査位置Ｏで得られた参照
スペクトルと相関分析法により比較する。次に、相関分
析法により得られた値を閾値と比較する。この閾値は例
えば図８では０．９８として表されている。閾値を超え
る相関係数ｋは、物体Ｈが禁止された角度範囲内に存在
することを意味している。他方、閾値よりも小さい相関
係数ｋは、アンテナユニット２が物体Ｈの上方には存在
しないことを意味するものである。
置＋３（図4及び図５を参照。）での走査により得られ
た信号の振幅スペクトルを、走査位置Ｏで得られた参照
スペクトルと相関分析法により比較する。次に、相関分
析法により得られた値を閾値と比較する。この閾値は例
えば図８では０．９８として表されている。閾値を超え
る相関係数ｋは、物体Ｈが禁止された角度範囲内に存在
することを意味している。他方、閾値よりも小さい相関
係数ｋは、アンテナユニット２が物体Ｈの上方には存在
しないことを意味するものである。
【００１９】自己回帰モデルによる信号処理 時間領域での走査プロセスにより得られた信号から、次
の式１に示す自己回帰モデル（ＡＲモデル）を生成す
る。
の式１に示す自己回帰モデル（ＡＲモデル）を生成す
る。
【数１】 このＡＲモデルは、パラメトリックスペクトル評価法の
範疇に属するものである。さらに、生成されたＡＲモデ
ルから周波数従属性を抽出する。このように算出された
係数ａｖは、式１におけるｚ平面（ディジタル信号の変
換表示である）内での関数Ｈ（ｚ）のポールに相当す
る。このポールは、次式によりｓ平面内で表され、ここ
にｓ＝σ＋ｊωはアナログ信号のフーリエ変換表示又は
ラプラス変換表示である。
範疇に属するものである。さらに、生成されたＡＲモデ
ルから周波数従属性を抽出する。このように算出された
係数ａｖは、式１におけるｚ平面（ディジタル信号の変
換表示である）内での関数Ｈ（ｚ）のポールに相当す
る。このポールは、次式によりｓ平面内で表され、ここ
にｓ＝σ＋ｊωはアナログ信号のフーリエ変換表示又は
ラプラス変換表示である。
【数２】 この表示において、異なる減衰量σ又は異なる周波数ω
によりポール位置が確定され、アンテナの下方における
物体の存否を判別することが可能である。さらに、物体
がいかなる素材のものであるかも、明確に検知すること
が可能である。
によりポール位置が確定され、アンテナの下方における
物体の存否を判別することが可能である。さらに、物体
がいかなる素材のものであるかも、明確に検知すること
が可能である。
【００２０】図２に示すｓ平面内での表示においては、
多数の補強鉄筋Iのポール位置を菱形プロットで、プラ
スチック配管Ｐの反射を矩形プロットで、さらに、アン
テナ軸線から所定の角度で離間した物体Ｈの反射を星型
プロットで、それぞれ表す。この表示から明らかなよう
に、補強鉄筋Iはω１からω２までの周波数領域内にお
けるσ１からσ２までの減衰として、また、プラスチッ
ク配管Ｐはω１からω ３までの周波数領域内におけるσ
１からσ２までの減衰として、それぞれ特徴付けられ
る。そのような反射が認められない箇所は、σ２におけ
る低い減衰量により特定可能である。鉄及びプラスチッ
クによる反射波形態の差異を一層明瞭に識別可能とする
ため、走査プロセスを異なる検出位置で、好適には互い
に９０°シフトさせた指向特性の下で実行するのが望ま
しい。しかし、より単純な指向特性を有するアンテナを
使用する場合であっても、物体がアンテナ下方のどの角
度位置で、どレーダーけ離れた箇所に存在するかを特定
することが可能である。
多数の補強鉄筋Iのポール位置を菱形プロットで、プラ
スチック配管Ｐの反射を矩形プロットで、さらに、アン
テナ軸線から所定の角度で離間した物体Ｈの反射を星型
プロットで、それぞれ表す。この表示から明らかなよう
に、補強鉄筋Iはω１からω２までの周波数領域内にお
けるσ１からσ２までの減衰として、また、プラスチッ
ク配管Ｐはω１からω ３までの周波数領域内におけるσ
１からσ２までの減衰として、それぞれ特徴付けられ
る。そのような反射が認められない箇所は、σ２におけ
る低い減衰量により特定可能である。鉄及びプラスチッ
クによる反射波形態の差異を一層明瞭に識別可能とする
ため、走査プロセスを異なる検出位置で、好適には互い
に９０°シフトさせた指向特性の下で実行するのが望ま
しい。しかし、より単純な指向特性を有するアンテナを
使用する場合であっても、物体がアンテナ下方のどの角
度位置で、どレーダーけ離れた箇所に存在するかを特定
することが可能である。
【００２１】上述したＡＲモデルに基づく信号処理手法
についても、前掲論文：「ディジタル信号処理」に記載
されている。
についても、前掲論文：「ディジタル信号処理」に記載
されている。
【００２２】上述した何れの方法も、時間的に離散した
信号のスペクトルを予測するための手法であり、僅かな
データ量であっても極めて良好な探査結果が得られる利
点を有している。
信号のスペクトルを予測するための手法であり、僅かな
データ量であっても極めて良好な探査結果が得られる利
点を有している。
【００２３】ウェルチ法では、時間領域で離散した信号
を、互いに重なる部分領域内で分析する。これらの部分
領域は所定の窓機能によって評価され、それぞれのピリ
オドグラムが決定される。この部分的ピリオドグラムか
ら、パワースペクトル密度のウェルチ予測値を得るもの
である。
を、互いに重なる部分領域内で分析する。これらの部分
領域は所定の窓機能によって評価され、それぞれのピリ
オドグラムが決定される。この部分的ピリオドグラムか
ら、パワースペクトル密度のウェルチ予測値を得るもの
である。
【００２４】フーリエ変換でバックアップされたウェル
チ法の利点は、窓機能で評価した部分的な評価結果の重
ね合わせにより、必要とされるデータ量を大幅に削減し
得ることである。また、周波数分解能も、部分的な評価
結果の長さ選択及び重ね合わせにより適切に調整可能で
あり、データ量が直接的な影響を及ぼすものではない。
さらに、ウェルチ法は、従来のピリオドグラム（窓機能
及び重ね合わせを適用しないパワースペクトル密度ＬＳ
Ｄ）と対比して、より高い周波数分解能を達成し得る利
点を有するものである。
チ法の利点は、窓機能で評価した部分的な評価結果の重
ね合わせにより、必要とされるデータ量を大幅に削減し
得ることである。また、周波数分解能も、部分的な評価
結果の長さ選択及び重ね合わせにより適切に調整可能で
あり、データ量が直接的な影響を及ぼすものではない。
さらに、ウェルチ法は、従来のピリオドグラム（窓機能
及び重ね合わせを適用しないパワースペクトル密度ＬＳ
Ｄ）と対比して、より高い周波数分解能を達成し得る利
点を有するものである。
【００２５】ＡＲモデルをスペクトル予測に適用する際
には、時間領域で離散した信号から帰納的差分方程式に
よりパラメータａｖを求め、このパラメータを用いて式
１で表されるフィルタ機能のポールを確定し、かつｓ平
面内で評価可能とする。したがって、ＡＲモデルは、帯
域幅の大きな基本周波数を有する信号を処理するのに特
に好適である。
には、時間領域で離散した信号から帰納的差分方程式に
よりパラメータａｖを求め、このパラメータを用いて式
１で表されるフィルタ機能のポールを確定し、かつｓ平
面内で評価可能とする。したがって、ＡＲモデルは、帯
域幅の大きな基本周波数を有する信号を処理するのに特
に好適である。
【００２６】パラメータモデルでバックアップされたス
ペクトル推定法は、非常に少ないデータ量でも良好な周
波数分解能を実現できる点で有利である。
ペクトル推定法は、非常に少ないデータ量でも良好な周
波数分解能を実現できる点で有利である。
【００２７】（ウェーブレット分析法による信号処理）
ウェーブレット分析法は、時間／尺度／振幅の三次元座
標系で信号を生成することを基本としている。この方法
の利点は、「窓機能」を周波数に適合させ、低域の周波
数に対しては広い窓を、広域の周波数に対しては狭い窓
を設定することである。ウェーブレット分析法によるス
ペクトル推定の手法については、ディー・イー・ニュー
ランド、「ランダム振動のスペクトル及びウェーブレッ
ト分析」、ロングマングループ発行、に記載されてい
る。
ウェーブレット分析法は、時間／尺度／振幅の三次元座
標系で信号を生成することを基本としている。この方法
の利点は、「窓機能」を周波数に適合させ、低域の周波
数に対しては広い窓を、広域の周波数に対しては狭い窓
を設定することである。ウェーブレット分析法によるス
ペクトル推定の手法については、ディー・イー・ニュー
ランド、「ランダム振動のスペクトル及びウェーブレッ
ト分析」、ロングマングループ発行、に記載されてい
る。
【００２８】レーダー測定データ分析を改善するため、
上述した三種類の評価方法を組み合わせることも可能で
ある。
上述した三種類の評価方法を組み合わせることも可能で
ある。
【００２９】上述した信号処理方法は、パルスレーダー
のみならず、他の形式のレーダーによっても実行可能で
ある。例えば、段階付周波数型のレーダーを使用する場
合には、前述した利点に加え、より良好なＳ／Ｎ比を達
成することが可能である。
のみならず、他の形式のレーダーによっても実行可能で
ある。例えば、段階付周波数型のレーダーを使用する場
合には、前述した利点に加え、より良好なＳ／Ｎ比を達
成することが可能である。
【００３０】より良好なＳ／Ｎ比を達成することは、よ
り深い位置に存在する物体を探査する上で特に重要であ
るが、そのために本発明では１箇所の測定位置について
多数回、例えば１２８回の測定を行い、その測定データ
の平均値を用いて引き続く信号処理を実行することがで
きる。
り深い位置に存在する物体を探査する上で特に重要であ
るが、そのために本発明では１箇所の測定位置について
多数回、例えば１２８回の測定を行い、その測定データ
の平均値を用いて引き続く信号処理を実行することがで
きる。
【００３１】上述したところから明らかなとおり、本発
明は、各種の媒体、例えば壁に埋設された金属製又は非
金属製の物体をレーダー原理に基づいて探査可能とする
ものであり、イメージ形成を必要とせず、小型で経済的
なユニットでも埋設物体を確実に探査することができ、
使い勝手を大幅に改善すると共に使用に際して特殊な専
門知識が必要とされない等の利点を有するものである。
明は、各種の媒体、例えば壁に埋設された金属製又は非
金属製の物体をレーダー原理に基づいて探査可能とする
ものであり、イメージ形成を必要とせず、小型で経済的
なユニットでも埋設物体を確実に探査することができ、
使い勝手を大幅に改善すると共に使用に際して特殊な専
門知識が必要とされない等の利点を有するものである。
【図１】 本発明による探査方法における信号処理を示
すフローチャートである。
すフローチャートである。
【図２】 所定の信号処理アルゴリズムに基づく信号評
価の結果を示すグラフである。
価の結果を示すグラフである。
【図３】 従来パルスレーダー装置におけるハードウェ
ア構成を例示するブロック線図である。
ア構成を例示するブロック線図である。
【図４】 比較値を得るための走査位置Ｏにおける送受
信アンテナユニットの位置決め方法を説明するための略
図である。
信アンテナユニットの位置決め方法を説明するための略
図である。
【図５】 図４と同様な略図である。
【図６】 時間領域における２箇所の反射信号を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図７】 図６の信号を時間領域で示すグラフである。
【図８】 探査すべき物体を含む走査窓に係る、図６及
び図７の曲線の相関分析結果を示すグラフである。
び図７の曲線の相関分析結果を示すグラフである。
１ パルス発生器 ２ 送信アンテナ ３ 受信アンテナ ４ 高周波増幅器 ５ サンプル・ホールド回路 ６ Ａ／Ｄ変換器 ７ 走査制御回路 ８ 帯域リミッタ
Claims (17)
- 【請求項１】 媒体中の物体をレーダーで探査する方法
であって、レーダー波を送受信ユニットから界面を経て
媒体中に放射し、媒体中で反射されたレーダー信号を検
出し、その検出信号について信号処理及び信号評価を行
う探査方法において、送受信ユニットを位置決めした状
態で、検出すべき物体の特徴を、ディジタル化された検
出信号を使用する所定のアルゴリズムに基づいて判別
し、そのアルゴリズムは、所定の比較値に対する信号形
態の差異を検知すると共に所定の閾値に対する信号評価
を行うものであることを特徴とする探査方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の探査方法において、供給
される比較値に対する信号形態の差異を、所定の基準位
置で検出されたモデル信号により確定することを特徴と
する探査方法。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載の探査方法におい
て、レーダー波を、少なくとも１個の送信アンテナから
異なる周波数帯域をもって媒体中に放射することを特徴
とする探査方法。 - 【請求項４】 請求項３記載の探査方法において、供給
する比較値を、送受信ユニットの主放射方向に対する物
体の設置角度に係る基準位置に基づいて定めることを特
徴とする探査方法。 - 【請求項５】 請求項４記載の探査方法において、検出
信号を時間領域内における多数の時点についての走査プ
ロセスに際して信号処理してパワースペクトル密度を確
定し、そのパワースペクトル密度を、供給される基準ス
ペクトルに対して相関分析法により分析し、得られた相
関値を所定の相関係数と比較することを特徴とする探査
方法。 - 【請求項６】 請求項１〜５の何れか一項に記載の探査
方法において、走査プロセスを異なる検出位置で、好適
には互いに９０°シフトさせた指向特性の下で実行する
ことを特徴とする探査方法。 - 【請求項７】 請求項３又は６に記載の探査方法におい
て、信号処理をフーリエ変換処理として実行することを
特徴とする探査方法。 - 【請求項８】 請求項１，２又は６に記載の探査方法に
おいて、検出すべき物体の特徴を判別するための信号処
理を、ｚ平面内又はｓ平面内への変換表示、ポール位置
の確定、並びに当該ポール位置での減衰量（δ）及び／
又は周波数（ω）の、所定値との比較を含む自己回帰モ
デルに基づくアルゴリズムで実行することを特徴とする
探査方法。 - 【請求項９】 請求項２，３又は６に記載の探査方法に
おいて、検出すべき物体の特徴を判別するための信号処
理を、ウェーブレット信号分析法に基づくアルゴリズム
で実行することを特徴とする探査方法。 - 【請求項１０】 請求項１〜９の何れか一項に記載の探
査方法において、信号評価に先立ち、予め求められてい
る媒体の誘電率と、送受信信号間の遅延時間とにより、
観察された反射層の深度を相関分析法に基づいて決定す
ることを特徴とする探査方法。 - 【請求項１１】 請求項１〜１０の何れか一項に記載の
探査方法において、信号評価の対象となる信号のＳ／Ｎ
比を向上するため、１箇所の測定位置で多数回の走査プ
ロセスを実行し、得られた信号の平均値を求め、その平
均値に基づいて信号評価を行うことを特徴とする探査方
法。 - 【請求項１２】 請求項１１記載の探査方法において、
信号評価の対象となる検出信号に、深度に応じた増幅処
理及び／又はフィルタ処理を施すことを特徴とする探査
方法。 - 【請求項１３】 請求項１〜１２の何れか一項に記載の
探査方法において、パルスレーダーを使用することを特
徴とする探査方法。 - 【請求項１４】 請求項１〜１２の何れか一項に記載の
探査方法において、段階付周波数型のレーダーを使用す
ることを特徴とする探査方法。 - 【請求項１５】 請求項１〜１４の何れか一項に記載の
探査方法において、該方法を適用して、コンクリート、
レンガ、石膏、モルタル又は木材等の、壁面で画成され
た固体媒体中の物体を検出することを特徴とする探査方
法。 - 【請求項１６】 請求項１〜１５の何れか一項に記載の
探査方法を実施するための電磁センサであって、コンク
リート、レンガ、石膏、モルタル又は木材等の、壁面で
画成された固体媒体中の物体を検出するものであること
を特徴とする電磁センサ。 - 【請求項１７】 請求項１〜１５の何れか一項に記載の
探査方法を実施するものであることを特徴とする位置セ
ンサ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19847688:4 | 1998-10-15 | ||
| DE19847688A DE19847688C2 (de) | 1998-10-15 | 1998-10-15 | Verfahren und Anwendung desselben in einem elektromagnetischen Sensor zur Entdeckung von Fremdkörpern in einem Medium mittels Radar |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000121746A true JP2000121746A (ja) | 2000-04-28 |
| JP4344050B2 JP4344050B2 (ja) | 2009-10-14 |
Family
ID=7884647
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29376799A Expired - Lifetime JP4271795B2 (ja) | 1998-10-15 | 1999-10-15 | コンクリートの比誘電率測定方法 |
| JP29376899A Expired - Lifetime JP4344050B2 (ja) | 1998-10-15 | 1999-10-15 | 媒体中の物体の探査方法 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29376799A Expired - Lifetime JP4271795B2 (ja) | 1998-10-15 | 1999-10-15 | コンクリートの比誘電率測定方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6366232B1 (ja) |
| JP (2) | JP4271795B2 (ja) |
| DE (1) | DE19847688C2 (ja) |
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| JP2010085100A (ja) * | 2008-09-29 | 2010-04-15 | Toto Ltd | 人体検知装置及びそれを備えた小便器 |
| JP2010185812A (ja) * | 2009-02-13 | 2010-08-26 | Toto Ltd | 人体検知装置及びそれを備えた小便器 |
| JP2019049430A (ja) * | 2017-09-08 | 2019-03-28 | オムロン株式会社 | センサ装置および測定方法 |
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| DE10213769A1 (de) * | 2002-03-27 | 2003-10-23 | Tracto Technik | Verfahren zur Bestimmung der Position eines Bohrkopfes im Erdreich |
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| SE530696C2 (sv) * | 2006-12-19 | 2008-08-19 | Radarbolaget I Gaevle Ab | Metod och anordning för detektering av rörelse hos ytan hos ett objekt |
| KR100972563B1 (ko) | 2009-08-14 | 2010-07-28 | 한국도로공사 | 유전율을 이용한 교량 슬래브의 상태 평가 장치 및 그 방법 |
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| JP6211113B2 (ja) * | 2016-02-03 | 2017-10-11 | 三菱電機株式会社 | 車両接近検出装置 |
| CN105954502B (zh) * | 2016-05-25 | 2018-10-23 | 中国林业科学研究院木材工业研究所 | 一种古建筑木柱内部缺陷的雷达波无损检测方法 |
| CN106405061B (zh) * | 2016-09-22 | 2018-09-04 | 北京林业大学 | 一种基于雷达波的木质体内部异常无损探测系统 |
| CN106442882B (zh) * | 2016-09-22 | 2018-12-21 | 北京林业大学 | 一种基于雷达波的树木内部结构无损探测成像装置 |
| KR101846504B1 (ko) * | 2016-11-23 | 2018-04-09 | 한국도로공사 | 교량의 콘크리트 층에 대한 열화 판별 시스템 및 그 방법 |
| CN111868511B (zh) | 2018-03-23 | 2023-05-16 | 松下控股株式会社 | 无线电波测量方法 |
| CN110161057B (zh) * | 2019-05-09 | 2023-07-25 | 浙江浙能数字科技有限公司 | 一种基于微波收发器的输煤皮带上异物的检测装置及方法 |
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