JP2002131424A - レーダ探査方法およびこれを用いるレーダ型探査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーダ探査において、媒質境界面の凹凸形状
や操作者の手ぶれに起因するエアギャップ長の変動があ
る場合でも、高精度な対象物反射波成分及び探査対象物
位置の特定を行う。 【解決手段】 あらかじめ、センサ部２の送波アンテナ
２４から電波を自由空間に放射した状態の受波アンテナ
２５による受信波形信号を参照波形信号として信号処理
部３の参照信号波形格納部３２に格納しておく。次い
で、探査対象物２７の探査を行うために、送波アンテナ
２４を走査して電波の反射波を受波アンテナ２５で受信
して受信波形信号取得部３１で取得する。そのときの受
信波形信号に基づいて、境界面反射波成分の判別基準と
なるテンプレートを作成してテンプレート格納部３３に
格納する。波形データ処理部３４で、探査時の受信波形
信号から、背景成分としての参照波形信号を特定すると
ともに、テンプレートを基準として境界面反射波成分を
特定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電波の送受信によ
って、媒質中の対象物を探査するレーダ探査方法および
これを用いるレーダ型探査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーダ型地中探査装置およびレーダ型構
造探査装置（以下、「レーダ型探査装置」と総称する）
は、地表面や構造物表面のような、探査対象物が隠れて
いる媒質の表面（以下、「媒質境界面」と称する）を走
査しながら、媒質境界面に向けて電波を送信し、媒質内
の探査対象物で反射される反射波を検出することによっ
て、対象物を探査するものである。上記レーダ型探査装
置は、電波の送信から対象物反射波を検出するまでの時
間を解析することによって、探査対象物の存在有無だけ
ではなく、探査対象物までの距離をも測定することがで
きる。

【０００３】例えば、レーダ型探査装置の送信及び受信
アンテナを、媒質境界面に沿って移動させながら対象物
反射波を検出する場合、横軸に上記アンテナの移動距
離，縦軸に電波の送信から対象物反射波の受信までの時
間をプロットすると、軌跡は双曲線形状を描くことが知
られている。この双曲線軌跡のピーク位置検出処理や、
複数の双曲線軌跡を合成開口処理等で解析することによ
り、媒質中の探査対象物の水平位置や深さ位置を特定す
ることが可能である。

【０００４】上記送信アンテナから媒質境界面に向けて
送信された電波は、一部は媒質境界面を透過して媒質中
の探査対象物により反射されるが、大部分は媒質境界面
にて反射されて上記受信アンテナに受信される。また、
送波アンテナから送信された電波自体（以下、「送波」
と称する）も、まわりこんで受信アンテナに直接受信さ
れる。この結果、受波アンテナは、送波，境界面反射
波，対象物反射波の３種類の電波成分を受信することに
なる。対象物を探査するという目的上、上記３種類の電
波成分のうち、対象物反射波成分のみが重要であり、送
波成分や境界面反射波成分は不要である。むしろ、送波
成分や境界面反射波成分の存在によって、対象物反射波
成分の特定が困難になるおそれがある。

【０００５】上記反射波成分のうち、境界面反射波成分
については、送信及び受信アンテナを媒質境界面に密着
走査させながら探査を行えば、受信電波から境界面反射
波成分を除去できるはずである。

【０００６】しかし、媒質境界面が平坦でなく草地面や
凹凸形状である場合や、媒質境界面が流体面であるよう
な場合には、上記のような密着走査は困難である。さら
に、探査対象物が地中の地雷や不発弾であるような場合
には、送信及び受信アンテナを媒質境界面に接触させる
ことすら許されない。

【０００７】このため、一般には、送信及び受信アンテ
ナと媒質境界面とを離した状態で対象物の探査が行わ
れ、代わりに、各種信号処理によって受波アンテナの受
信波形信号から上記送波および境界面反射波成分を除去
して、対象物反射波成分のみが抽出される。

【０００８】上記信号処理の一例として、従来、レーダ
型探査装置を移動させながら受信した電波の全波形を平
均化することによって、標準波形を算出し、実際の測定
波形から上記標準波形を差し引くことによって、定常的
な送波および境界面反射波成分を除去する手法〔参照：
２０００年度 次世代デジタル応用基板技術開発事業論
文集 ２２６〜２２７頁〕や、電波送信後の所定時間に
受信を遮断することにより、送波および境界面反射波成
分を除去する手法〔参照：特開平１１−６４５１０号公
報〕が提案されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来手法
には次のような問題点が存在する。

【００１０】前述のように、対象物の探査は、一般に送
信アンテナと媒質境界面とを離した状態で行われる。し
たがって、媒質境界面が凹凸形状である場合や、操作者
がレーダ型探査装置を保持しながら移動させる場合に
は、上記凹凸形状や操作者の手ぶれに起因するエアギャ
ップ長の変動、すなわち送信アンテナと境界面との間隔
変動は免れない。

【００１１】このようなエアギャップ長の変動が大きい
と、送信アンテナと探査対象物との距離変動や電波伝播
経路長の変動に起因して、測定ポイント毎の測定波形は
大きくばらつく。この結果、上記測定波形の平均波形と
しての上記標準波形は、定常的な送波および境界面反射
波成分を正確に反映せず、実際の測定波形から上記標準
波形を差し引く前記従来手法では、的確な送波および境
界面反射波成分の除去や、対象物反射波成分の抽出は困
難である。同様に、電波送信後の所定時間に受信を遮断
する前記従来手法でも、画一的な遮断時間によって、的
確な送波および境界面反射波成分を除去したり、対象物
反射波成分を抽出することは難しい。

【００１２】また、上記エアギャップ長の変動は、対象
物反射波成分の時間軸位置および振幅の変動を引き起し
て、前記双曲線軌跡にゆらぎや乱れを生じ、前記双曲線
軌跡のピーク位置検出や、これに基づいて特定される探
査対象物位置の誤差要因となる。

【００１３】上記の問題点を解決するために、空気圧を
適度に調整したタイヤを付けた台車でレーダ型探査装置
を移動させることによってエアギャップ長の変動自体を
抑制する手法〔参照：特開平８−１７８６００号公報〕
や、送信アンテナを回転ドラムに牽引手段で接続し、境
界面が凹凸形状であっても、上記回転ドラムの回転量で
送信アンテナの移動距離や位置を正確に計測することに
よって他の誤差要因を抑制する手法〔参照：特開平６−
２３５６３８号公報〕などが提案されている。

【００１４】しかし、現在まで、前記エアギャップ長の
変動に起因する、送波および境界面反射波成分の除去精
度並びに対象物反射波成分の抽出精度の悪化や、対象物
反射波成分の時間軸位置および振幅の変動による探査対
象物位置特定の誤差を直接的に解決する手法に関する有
力な提案はなされていない。

【００１５】本発明は、以上のような従来手法の問題点
を解決するためになされたもので、その目的は、媒質境
界面の凹凸形状や操作者の手ぶれに起因するエアギャッ
プ長の変動がある場合でも、高精度な対象物反射波成分
及び探査対象物位置の特定を行うレーダ探査方法および
これを用いるレーダ型探査装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係るレ
ーダ探査方法は、上記の課題を解決するために、電波を
媒質境界面に送信する送信段階と、上記送信電波の反射
波を受信する受信段階と、規定距離の上記媒質境界面に
電波を送信したときの受信波形信号に基づいて、境界面
反射波成分の判別基準となるテンプレートを作成するテ
ンプレート作成段階と、上記テンプレートを基準とし
て、探査時の受信波形信号から境界面反射波成分を特定
する境界面反射波特定段階とを備えることを特徴として
いる。

【００１７】上記の構成によれば、電波の送受信手段と
媒質との距離を既知とした状態で、受信波形信号からテ
ンプレートが作成され、該テンプレートを基準として境
界面反射波成分の物理的特性を特定することにより、探
査時の受信波形信号から境界面反射波成分が特定され
る。本発明は、上記テンプレートを基準として境界面反
射波成分を判別及び特定するものであり、上記受信波形
信号から境界面反射波成分を除去するか否かは任意であ
る。

【００１８】これにより、媒質境界面の凹凸形状や操作
者の手ぶれに起因するエアギャップ長の変動がある場合
でも、境界面反射波成分の特定は的確に行われ、この結
果高精度な対象物反射波成分及び探査対象物位置の特定
を行うことができる。

【００１９】請求項２の発明に係るレーダ探査方法は、
上記の課題を解決するために、請求項１の構成におい
て、上記テンプレートは、上記境界面反射波成分の時間
軸位置−振幅特性に関する情報であることを特徴として
いる。

【００２０】上記の構成によれば、電波の送受信手段と
媒質との距離が既知の状態における受信波形信号から作
成される前記テンプレートは、上記境界面反射波成分の
時間軸位置−振幅特性に関する情報であるので、このテ
ンプレートを用いることにより、各測定ポイント単独の
探査時受信波形信号の時間軸位置と振幅との相関に基づ
いて、探査時の受信波形信号から境界面反射波成分が特
定される。

【００２１】これにより、請求項１の作用効果に加え
て、各測定ポイント単独の探査時受信波形信号の時間軸
位置と振幅との相関に基づいて、境界面反射波成分の特
定が的確に行われ、高精度かつ簡便に、対象物反射波成
分及び探査対象物位置の特定を行うことができる。

【００２２】請求項３の発明に係るレーダ探査方法は、
上記の課題を解決するために、請求項１または２の構成
において、上記境界面反射波特定段階では、上記受信波
形信号を上記テンプレートに応じた利得で増幅し、増幅
後の波形信号としきい値とを比較することを特徴として
いる。

【００２３】上記の構成によれば、上記受信波形信号を
上記テンプレートに応じた利得で増幅することによっ
て、例えば、前記境界面反射波成分を相対的に小さく、
前記対象物反射波成分を相対的に大きくするような利得
制御が行われる。この場合、増幅後の波形信号における
振幅値と所定のしきい値とを比較することにより、上記
受信波形信号及び上記増幅後波形信号における、媒質境
界面反射波成分と対象物反射波成分とが分離される。

【００２４】これにより、請求項１または２の作用効果
に加えて、しきい値調整によって、前記対象物反射波成
分及び探査対象物位置の特定精度を自在に調節すること
が可能であり、環境に応じた検出感度を設定できる。

【００２５】請求項４の発明に係るレーダ探査方法は、
上記の課題を解決するために、請求項１乃至３のいずれ
か１項の構成において、自由空間に電波を送信したとき
の上記受信波形信号を参照波形信号として取得する参照
波形信号取得段階と、上記参照波形信号を基準として、
探査時の受信波形信号から背景成分を特定する背景特定
段階とを備えることを特徴としている。

【００２６】上記の構成において、自由空間とは、上記
送信電波を反射する構成が何ら存在しない空間をいい、
背景成分とは、上記受信波形信号において、前記対象物
反射波成分や境界面反射波成分を特定する際の背景成分
となる前記送波成分や定常的なノイズ成分をいう。

【００２７】上記の構成によれば、自由空間に電波を送
信したときの上記受信波形信号、つまり反射波成分を含
まない受信波形信号が参照波形信号と取得され、この参
照波形信号を基準として、背景成分、すなわち送信手段
から送信され直接的に受信手段に受信される送波成分や
定常的なノイズ成分が特定される。本発明は、上記受信
波形信号から背景成分を特定するものであり、上記受信
波形信号から背景成分を除去するか否かは任意である。

【００２８】これにより、請求項１乃至３のいずれか１
項の作用効果に加えて、受信波形信号から境界面反射波
成分だけでなく、背景成分の特定も行われるため、受信
波形信号から対象物反射波成分及び探査対象物位置の特
定をより高精度に行うことができる。

【００２９】請求項５の発明に係るレーダ探査方法は、
上記の課題を解決するために、電波を媒質に送信する送
信段階と、上記送信電波の反射波を受信する受信段階
と、高さ基準からの高さと媒質境界面からのエアギャッ
プ長との少なくとも一方を検出する検出段階と、上記検
出結果に基づいて、対象物探査時における上記受信波形
信号の時間軸位置を補正する補正段階とを備えることを
特徴としている。

【００３０】上記の構成において、高さとは高さ基準か
ら送受信手段までの距離情報をあらわし、エアギャップ
長とは媒質境界面から送受信手段までの距離情報をあら
わす。

【００３１】上記の構成によれば、上記高さとエアギャ
ップ長との少なくとも一方に基づいて、上記受信段階で
受信された受信波形信号における、媒質境界面の凹凸形
状や操作者の手ぶれに起因する時間軸位置の乱れが補正
される。例えば、上記高さに基づけば、上記操作者の手
ぶれに起因する時間軸位置の乱れを補正できる一方、上
記エアギャップ長に基づけば、上記操作者の手ぶれと上
記媒質境界面の凹凸形状とのいずれかに起因する時間軸
位置の乱れを補正できる。また、上記高さ及びエアギャ
ップ長に基づけば、上記操作者の手ぶれと上記媒質境界
面の凹凸形状とが併存する場合であっても、これらに起
因する時間軸位置の乱れを補正可能である。このような
補正の結果、横軸に送受信手段の移動距離，縦軸に電波
の送信から対象物反射波成分の受信までの時間をプロッ
トすると、軌跡は正確な双曲線形状を描くようになる。

【００３２】これにより、媒質境界面の凹凸形状や操作
者の手ぶれに起因するエアギャップ長の変動がある場合
でも、上記双曲線軌跡を解析して、高精度な対象物反射
波成分及び探査対象物位置の特定を行うことができる。

【００３３】請求項６の発明に係るレーダ探査方法は、
上記の課題を解決するために、請求項５の構成におい
て、上記エアギャップ長の検出は、上記電波の送受信結
果に基づいて行われることを特徴としている。

【００３４】上記の構成によれば、特別の構成を用いる
ことなく、対象物を探査するための電波の送受信結果自
体によって、上記エアギャップが検出される。例えば、
電波の送信から前記境界面反射波が受信されるまでの経
過時間と、電波の伝播速度とに基づいて上記エアギャッ
プを算出することができる。

【００３５】これにより、請求項５の作用効果に加え
て、レーダ探査手段は、エアギャップ長を検出するため
の特別の構成を備える必要がないため、その構成を簡易
かつ安価なものとすることができる。

【００３６】請求項７の発明に係るレーダ型探査装置
は、上記の課題を解決するために、請求項１乃至６のい
ずれか１項に記載のレーダ探査方法を用いて、媒質中の
対象物を探査することを特徴としている。

【００３７】これにより、上記レーダ型探査装置は、請
求項１乃至６に記載と同様の作用効果を奏するものであ
り、例えば、媒質境界面の凹凸形状や操作者の手ぶれに
起因するエアギャップ長の変動がある場合でも、高精度
な対象物反射波成分及び探査対象物位置の特定を行うこ
とができる。

【００３８】請求項８の発明に係るレーダ型探査装置
は、上記の課題を解決するために、請求項７の構成にお
いて、手持ち走査可能な携帯型であることを特徴として
いる。

【００３９】これにより、請求項７の作用効果に加え
て、手持ち走査時における操作者の手ぶれに起因するエ
アギャップ長の変動がある場合でも、高精度な対象物反
射波成分及び探査対象物位置の特定を行うことができ
る。

【００４０】

【発明の実施の形態】〔実施の形態１〕本発明の実施の
一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通
りである。

【００４１】図１は、本発明の一実施形態に係るレーダ
システム１（レーダ型探査装置）の基本構成を示すブロ
ック図である。レーダシステム１は、手持ち走査可能な
携帯型の構成であり、図１に示されるように、センサ部
２，信号処理部３，位置演算・表示部４から構成されて
いる。

【００４２】センサ部２には、レーダ２１，センサ部２
の水平位置情報を得る水平位置情報取得部２２，高さ基
準からセンサ部２までの高さ情報を得る高さ取得部２３
ａ，センサ部２と媒質境界面２６との間隔情報を得るエ
アギャップ長取得部２３ｂが備えられている。

【００４３】また、センサ部２のレーダ２１には、送波
アンテナ２４及び受波アンテナ２５が備えられており、
送波アンテナ２４から送信される電波は、周波数２ＭＨ
ｚ（メガヘルツ），周期５００ｎｓのパルス波である。
送波アンテナ２４及び受波アンテナ２５は、媒質境界面
２６の面積１ｃｍ² あたり５００発の上記パルス波を送
信する走査速度で水平に走査される。媒質境界面２６や
探査対象物２７にて反射された上記電波は受波アンテナ
２５により受信される。受波アンテナ２５で受信された
受信波はデジタル信号に変換された後、信号処理部３の
受信波形信号取得部３１に伝送される。

【００４４】高さ取得部２３ａとしては、前記高さ基準
に設置された送信機から送信される磁気，電波，光，超
音波等の各種信号を受信する距離センサや、内蔵するジ
ャイロや加速度センサにてセンサ部２の移動量を自律的
に検知することにより、上記高さ基準からのセンサ部２
の高さを検出する検出回路など、任意の構成を採用する
ことができる。

【００４５】また、エアギャップ長取得部２３ｂとして
は、送波アンテナ２４から送信する電波と別に、光，電
波，超音波等を発してセンサ部２と媒質境界面２６との
距離を測定する各種距離センサの他、レーダ２１から送
信された電波の送受信結果に基づいて、例えば、送波ア
ンテナ２４による電波の送信から受波アンテナ２５で前
記境界面反射波が受信されるまでの経過時間と、電波の
伝播速度とに基づいて、上記エアギャップ長を算出する
構成を採用することができる。後者のエアギャップ長取
得部２３ｂを採用すれば、レーダシステム１は、エアギ
ャップ長を検出するための特別の構成を備える必要がな
いため、その構成を簡易かつ安価なものとすることがで
きる。

【００４６】信号処理部３には、デジタル信号化され
た、各測定ポイントにおける受信波形信号を格納する受
信波形信号取得部３１，該受信波形信号から送波成分を
特定するための参照波形信号（以下、「参照波形信号Ｒ
ｅｆ」と称する）を取得及び格納する参照波形信号格納
部３２，上記受信波形信号から境界面反射波成分を特定
するためのテンプレート（以下、「テンプレートＴｅｍ
（ｔ）」と称する）を作成及び格納するテンプレート格
納部３３，参照波形信号Ｒｅｆ及びテンプレートＴｅｍ
（ｔ）に基づいて、探査時の上記受信波形信号を加工処
理する波形データ処理部３４が備えられている。本実施
形態において、テンプレートＴｅｍ（ｔ）は、境界面反
射波成分の時間軸位置−振幅特性に関する情報である。

【００４７】位置演算・表示部４には、複数の測定ポイ
ントにおける上記受信波形信号を配列データとして生成
及び格納する波形データアレイ生成部４１，波形データ
アレイ生成部４１に格納された受信波形信号を解析及び
処理することにより探査対象物の位置を算出する対象物
位置演算部４２，上記受信波形信号や上記算出位置を表
示する表示部４３が備えられている。対象物位置演算部
４２は、波形データアレイ生成部４１に格納された受信
波形信号を、横軸に送波アンテナ２４及び受波アンテナ
２５の移動距離，縦軸に電波の送信から対象物反射波成
分の受信までの時間を図略のメモリ上にプロットして双
曲線形状の軌跡を特定し、この双曲線軌跡のピーク位置
検出処理や、複数の双曲線軌跡を合成開口処理等で解析
することにより、媒質中の探査対象物２７の水平位置や
深さ位置を特定する任意の公知構成である。

【００４８】次に、本発明に係るレーダシステム１の信
号処理例について説明する。本信号処理例は、図２に示
されるように、５段階のステップ（Ｓ１〜Ｓ５）から構
成されており、図１の部材番号を用いて、上記ステップ
の処理内容を順に説明する。

【００４９】Ｓ１では、参照波形信号格納部３２は、送
波アンテナ２４（図１参照）の電波送信先を自由空間、
すなわち反射物が何ら存在しない空間とした状態の受波
アンテナ２５による受信波形信号を参照波形信号Ｒｅｆ
として取得する。また、テンプレート格納部３３は、送
波アンテナ２４が媒質境界面２６から規定距離だけ離さ
れたときの受波アンテナ２５による受信波形信号に基づ
いてテンプレートＴｅｍ（ｔ）を作成及び格納する。参
照波形信号格納部３２及びテンプレート格納部３３が、
あらかじめ参照波形信号Ｒｅｆ及びテンプレートＴｅｍ
（ｔ）を固定データとして格納済の場合、測定時には本
ステップＳ１を省略しても良い。なお、テンプレート格
納部３３によるテンプレートＴｅｍ（ｔ）の作成処理の
詳細については後述する。

【００５０】Ｓ２では、レーダシステム１は、送波アン
テナ２４を走査しながら対象物の探査を行い、対象測定
ポイントにおける受波アンテナ２５の受信波形信号を受
信波形信号取得部３１に格納する。受信波形信号取得部
３１に格納された受信波形信号（以下、「受信波形信号
ｆ_a （ｔ）」と称する）は、送波アンテナ２４から送信
された電波そのものである送波成分，送波アンテナ２４
から送信された電波が媒質境界面２６で反射された境界
面反射波成分，送波アンテナ２４から送信された電波が
探査対象物２７で反射された対象物反射波成分を含んで
いる。

【００５１】また、Ｓ２では、高さ取得部２３ａによっ
て、適宜設定された高さ基準からセンサ部２までの高さ
を、エアギャップ長取得部２３ｂによってセンサ部２と
媒質境界面２６との間隔情報を、水平位置情報取得部２
２によってセンサ部２の水平位置情報や水平移動距離情
報をそれぞれ取得する。

【００５２】上記高さとは、高さ基準からセンサ部２ま
での距離情報をあらわし、上記エアギャップ長とは、媒
質境界面２６からセンサ部２までの距離情報をあらわ
す。すなわち、上記高さは媒質境界面２６の凹凸形状に
依存せず、上記エアギャップ長は媒質境界面２６の凹凸
形状によって変動する。一方、上記高さ，上記エアギャ
ップ長共に、レーダシステム１及びセンサ部２を保持す
る操作者の手ぶれに起因して変動する。

【００５３】Ｓ３では、波形データ処理部３４は、Ｓ１
で取得した参照波形信号Ｒｅｆを差し引くことにより、
受信波形信号ｆ_a （ｔ）から背景成分を特定及び除去す
る。背景成分とは、受信波形信号ｆ_a （ｔ）において、
前記対象物反射波成分や境界面反射波成分を特定する際
の背景成分となる前記送波成分や定常的なノイズ成分を
いう。上記背景成分除去後の受信波形信号（以下、「受
信波形信号ｆ_b （ｔ）」と称する）には、前記境界面反
射波成分および対象物反射波成分のみが含まれることに
なる。

【００５４】Ｓ４では、Ｓ１で取得したテンプレートＴ
ｅｍ（ｔ）を用いて、各測定ポイントに対応する受信波
形信号ｆ_b （ｔ）から境界面反射波成分を特定し、受信
波形信号ｆ_b （ｔ）から境界面反射波成分を除去した受
信波形信号（以下、「受信波形信号ｆ_c （ｔ）」と称す
る）を作成する。この結果、受信波形信号ｆ_c （ｔ）に
は対象物反射波成分のみが含まれることになる。

【００５５】これにより、媒質境界面２６の凹凸形状や
操作者の手ぶれに起因するエアギャップ長の変動がある
場合でも、境界面反射波成分の特定は的確に行われ、こ
の結果、高精度な対象物反射波成分及び探査対象物位置
の特定を行うことができる。なお、受信波形信号ｆ
_b （ｔ）から境界面反射波成分を特定及び除去する処理
の詳細については後述する。

【００５６】Ｓ５では、受信波形信号ｆ_c （ｔ）の時間
軸位置を、Ｓ２で取得した前記高さ，エアギャップ長に
基づいて補正する。補正後の受信波形信号（以下、「受
信波形信号ｆ_d （ｔ）」と称する）は、対象物反射波成
分のみを含み、該対象物反射波成分の時間軸上の位置
は、探査対象物２７との距離に正確に対応する。なお、
上記時間軸位置補正の詳細については後述する。

【００５７】レーダシステム１は、測定ポイントを順次
走査しながら、波形信号処理フローとして、前記Ｓ２〜
Ｓ５の処理を繰り返す。なお、上記信号処理例では、前
記Ｓ２における受信波形信号ｆ_a （ｔ）の格納後に、前
記Ｓ３〜Ｓ５の各処理を行うものとしたが（図２のフロ
ーチャートにおける）、１測定ポイントについてＳ２
における受信波形信号ｆ_a （ｔ）の格納によるデータ取
得が行われる毎に前記Ｓ３〜Ｓ５の各処理を繰り返すよ
うにしてもよい（図２のフローチャートにおける）。
また、前記Ｓ３〜Ｓ５の処理は、図３に示されるよう
に、信号処理部３で行われる。

【００５８】前記Ｓ２〜Ｓ５の終了後、波形データアレ
イ生成部４１は、受信波形信号ｆ_d（ｔ）をＳ２で取得
した前記水平位置情報に対する配列データとして生成及
び格納し、対象物位置演算部４２は、上記配列データを
用いて、探査対象物２７の位置演算を行う。

【００５９】このように、前記Ｓ２〜Ｓ５の処理が施さ
れた結果、媒質境界面２６の凹凸形状や操作者の手ぶれ
に起因するエアギャップ長の変動がある場合でも、対象
物反射波成分の特定は容易となる。また、横軸に前記Ｓ
２で取得したセンサ部２の水平移動距離，縦軸に受信波
形信号ｆ_d （ｔ）に含まれる対象物反射波成分の時間軸
位置、すなわち電波の送信から対象物反射波成分受信ま
での時間をプロットすると、軌跡は正確な双曲線形状を
描くようになる。これにより、対象物位置演算部４２
は、媒質境界面２６の凹凸形状や操作者の手ぶれに起因
するエアギャップ長の変動があっても、上記双曲線軌跡
を解析して、高精度な対象物反射波成分及び探査対象物
２７の位置を特定することができる。

【００６０】次に、前記Ｓ１におけるテンプレートＴｅ
ｍ（ｔ）の作成処理，前記Ｓ４における境界面反射波成
分の特定及び除去処理，前記Ｓ５における受信波形信号
ｆ_c（ｔ）の時間軸位置補正処理について順に詳述す
る。

【００６１】第１に、前記Ｓ１におけるテンプレートＴ
ｅｍ（ｔ）の作成処理の詳細について説明する。

【００６２】前述の通り、本実施形態において、境界面
反射波成分を特定するためのテンプレートＴｅｍ（ｔ）
は、境界面反射波成分の時間軸位置−振幅特性に関する
情報から構成されている。

【００６３】テンプレートＴｅｍ（ｔ）は、境界面反射
波の物理的特性に基づいて次のように定められる。媒質
境界面２６で反射される境界面反射波は、全方位に均等
に拡散するため、その振幅Ｅは媒質境界面２６からの距
離Ｒの４乗に反比例する。また、空気中における境界面
反射波の速度は一定であるので、媒質境界面２６からの
距離Ｒは反射されてからの経過時間ｔに比例し、結局、
境界面反射波の振幅Ｅは、反射からの経過時間ｔの４乗
に反比例することになる。これを数式で表現すれば、次
の（１）式となり、（１）式の２曲線によって挟まれた
領域を、境界面反射波を特定するためのテンプレートＴ
ｅｍ（ｔ）とすることができる。

【００６４】Ｅ（ｔ）＝±ｋ／ｔ⁴ ・・・ （１） （１）式において、ｋは媒質境界面２６の物性値である
反射率に依存する比例定数である。（１）式を書き換え
れば、次の（２）式が得られる。

【００６５】ｋ＝±Ｅ（ｔ）×ｔ⁴ ・・・ （２） （２）式より、比例定数ｋは、反射からの経過時間ｔ
と、経過時間ｔにおける境界面反射波の振幅Ｅ（ｔ）と
から算出されることがわかる。前述の通り、比例定数ｋ
は媒質境界面２６の物性値に依存するため、本実施形態
では、実測定、具体的には規定距離の媒質境界面２６に
電波を送信したときの受信波形信号（以下、「受信波形
信号ｆ_t 」と称する）に基づいて算出する。

【００６６】図４（ａ）（ｂ）を用いて、比例定数ｋの
具体的算出手順を説明する。

【００６７】まず、同図（ａ）に示されるように、送波
アンテナ２４を媒質境界面２６から所定距離Ｈ_c だけ離
した状態で、送波アンテナ２４から媒質境界面２６に電
波を送信して、受波アンテナ２５により同図（ｂ）に示
される受信波形信号ｆ_t を取得する。次に、前記Ｓ３と
同様の手順により、受信波形信号ｆ_t から背景成分を特
定及び除去する。

【００６８】背景成分除去後の受信波形信号ｆ’_t にお
いて、時間軸上最初に現れる振幅ピーク値（以下、「１
ｓｔピーク値」と称する）Ｅ_P （ｔ_P ）を検出する。受
信波形信号ｆ’_t における、１ｓｔピーク値Ｅ
_P （ｔ_P ）を含む波形成分は媒質境界面２６により反射
された境界面反射波成分であり、その１ｓｔピーク値Ｅ
_P （ｔ _P ）及びその時間軸位置ｔ_P を（２）式に代入す
ることにより、比例定数ｋの具体値が算出される。算出
された比例定数ｋの具体値を（１）に代入することによ
り、テンプレートＴｅｍ（ｔ）が具体的に作成される。

【００６９】このようにして作成されたテンプレートＴ
ｅｍ（ｔ）を用いることにより、各測定ポイント単独の
受信波形信号ｆ_b （ｔ）の時間軸位置と振幅との相関に
基づいて、受信波形信号ｆ_b （ｔ）から境界面反射波成
分が特定される。

【００７０】第２に、前記Ｓ４における、テンプレート
Ｔｅｍ（ｔ）を用いて、受信波形信号ｆ_b （ｔ）から境
界面反射波成分を特定及び除去する処理の詳細について
説明する。図５は、上記処理手順の一例を説明する信号
処理フローを示す説明図である。

【００７１】まず、前記Ｓ３にて背景成分を除去された
受信波形信号ｆ_b （ｔ）の１ｓｔピーク値Ｅ_P （ｔ_P ）
を検出する。その後、１ｓｔピーク値Ｅ_P （ｔ_P ）とテ
ンプレートＴｅｍ（ｔ）の範囲値とを比較する。

【００７２】上記比較の結果、図６（ａ）に示されるよ
うに、１ｓｔピーク値Ｅ_P （ｔ_P ）がテンプレートＴｅ
ｍ（ｔ）の範囲内であれば、１ｓｔピーク値Ｅ
_P （ｔ_P ）を含む波形成分を境界面反射波成分とみなし
て、１ｓｔピーク値Ｅ_P （ｔ_P ）に対応するピーク時間
ｔ_P の前後ｗの時間幅領域（ｔ_P −ｗ≦ｔ≦ｔ_P ＋ｗ）
の受信波形信号ｆ_b （ｔ）をマスク、つまり０にするこ
とにより、対象物反射波成分のみが含まれる受信波形信
号ｆ_c （ｔ）を生成する。換言すれば、上記テンプレー
トＴｅｍ（ｔ）を基準として、境界面反射波成分が特定
された場合に、上記境界面反射波成分のピーク時間ｔ_P
を中心とした、残響が継続する時間幅ｗの上記受信波形
信号ｆ_b （ｔ）に０を代入する。

【００７３】一方、上記比較の結果、図６（ｂ）に示さ
れるように、受信波形信号ｆ_b （ｔ）の１ｓｔピーク値
がテンプレートＴｅｍ（ｔ）の範囲外であれば、媒質境
界面２６またはその近傍に探査対象物２７が位置してお
り、１ｓｔピーク値Ｅ_P （ｔ _P ）を含む波形成分は対象
物反射波成分であるとみなして、受信波形信号ｆ
_b （ｔ）をそのまま受信波形信号ｆ_c （ｔ）とする。こ
の場合、受信波形信号ｆ_c （ｔ）において、１ｓｔピー
ク値を含む波形成分は対象物反射波成分として特定され
る。

【００７４】次に、図７を用いて、前記Ｓ４における、
テンプレートＴｅｍ（ｔ）を用いた境界面反射波成分の
特定及び除去処理の更なる例について説明する。

【００７５】まず、前記Ｓ３にて背景成分を除去された
受信波形信号ｆ_b （ｔ）を、次の（３）式であらわされ
る利得Ｇ（ｔ）で増幅する。

【００７６】 Ｇ（ｔ）＝Ａ−Ｔｅｍ（ｔ） ・・・ （３） 式（３）において、Ａは基準利得の大きさを、Ｔｅｍ
（ｔ）は時間ｔに対するテンプレートの大きさをあらわ
すため、利得Ｇ（ｔ）はテンプレートＴｅｍ（ｔ）に応
じたものとなっている。受信波形信号ｆ_b （ｔ）を利得
Ｇ（ｔ）で増幅することにより、前記境界面反射波成分
を相対的に小さく、前記対象物反射波成分を相対的に大
きくするような利得制御が行われる。

【００７７】増幅後の受信波形信号ｆ_b ’（ｔ）では、
境界面反射波成分は０に近い微小レベルであるから、ｆ
_b ’（ｔ）の振幅値と適宜設定するしきい値Ｔｈとを比
較して、しきい値Ｔｈ以下の信号を切り捨てる、つまり
０とすることにより、対象物反射波成分のみが含まれる
受信波形信号ｆ_c （ｔ）が得られる。本利得制御手法に
よれば、しきい値Ｔｈの調整によって、前記対象物反射
波成分及び探査対象物２７の位置の特定精度を自在に調
節することが可能であり、環境に応じた検出感度を設定
できる。

【００７８】ただし、媒質境界面２６またはその近傍に
探査対象物２７が位置する場合には、境界面反射波成分
はしきい値Ｔｈ以下とならず、上記切り捨て処理後も、
受信波形信号ｆ_c （ｔ）に境界面反射波成分が残存する
ことがある。

【００７９】第３に、前記Ｓ５における、受信波形信号
ｆ_c （ｔ）の時間軸位置補正処理について詳細に説明す
る。

【００８０】前述のように、前記Ｓ１〜Ｓ４（図２参
照）の各処理によって、受信波形信号ｆ_c （ｔ）は、対
象物反射波成分のみを含んでいる。しかし、受信波形信
号ｆ_c（ｔ）及び対象物反射成分の時間軸位置は、媒質
境界面２６の凹凸形状やレーダシステム１及びセンサ部
２を保持する操作者の手ぶれに起因する前記エアギャッ
プ長及び電波伝搬経路長の変動によって、測定ポイント
毎に変動している。前記Ｓ５では、このような受信波形
信号ｆ_c （ｔ）及び対象物反射成分の時間軸位置の変動
を消去するように、前記Ｓ２で取得した前記高さ，エア
ギャップ長に基づいて補正する。

【００８１】図８を用いて、具体的補正方法を説明すれ
ば次の通りである。

【００８２】まず、位置Ａで静止させた状態のセンサ部
２及びの前記高さ基準からの高さを静止時高さＨ₀ ，媒
質境界面２６から探査対象物２７までの距離を深さｄと
する。レーダシステム１及びセンサ部２を支持及び走査
する操作者の手ぶれに起因する高さ変化量をΔＨとし
て、前記高さ基準からセンサ部２までの高さは、位置Ａ
のＨ₀ から位置Ｂの（Ｈ₀ ＋ΔＨ）に変化するものとす
る。位置Ａの直下においては、媒質境界面２６と上記高
さ基準とは一致しているが、位置Ｂの直下においては、
媒質境界面２６は凹凸形状によって、上記高さ基準より
Δｈだけ高くなっている。

【００８３】位置Ａのセンサ部２から送信された電波が
探査対象物２７に反射されて、センサ部２に帰るまでの
時間をＴ_a ，空中の電波伝搬速度をＶ₁ ，媒質中の電波
伝搬速度Ｖ₂ とすれば、次の（４）式が成立する。

【００８４】 Ｔ_a ＝２（Ｈ₀ ／Ｖ₁ ＋ｄ／Ｖ₂ ） ・・・ （４） 同様に、位置Ｂのセンサ部２から送信された電波が探査
対象物２７に反射されて、センサ部２に帰るまでの時間
をＴ_b とすれば、次の（５）式が成立する。

【００８５】 Ｔ_b ＝２［（Ｈ₀ ＋ΔＨ−Δｈ）／Ｖ₁ ＋（ｄ＋Δｈ）／Ｖ₂ ］・・・（５） したがって、レーダシステム１及びセンサ部２を保持す
る操作者の手ぶれによって、センサ部２が位置Ａから位
置Ｂに移動する場合、センサ部２から送信された電波が
探査対象物２７に反射されてセンサ部２に帰るまでの時
間は、次の（６）式であらわされるΔＴだけ変化するこ
とになる。

【００８６】 ΔＴ＝Ｔ_b −Ｔ_a ＝２［（ΔＨ−Δｈ）／Ｖ₁ ＋Δｈ／Ｖ₂ ］・・・（６） 媒質境界面２６を境界面とする媒質が土の場合、Ｖ₂ ≒
Ｖ₁ ／３であることが知られており、Ｖ₂ ＝Ｖ₁ ／３を
（６）式に代入すると、次の（７）式が得られる。

【００８７】 ΔＴ＝２（ΔＨ＋２Δｈ）／Ｖ₁ ・・・ （７） したがって、前記Ｓ２で取得する高さ測定値Ｈ（＝Ｈ₀
＋ΔＨ），エアギャップ長測定値ｈ（＝Ｈ−Δｈ）を用
いて（７）式を変形すれば、媒質境界面２６の凹凸形状
やレーダシステム１及びセンサ部２を保持する操作者の
手ぶれに起因する受信時間のずれΔＴは、次の（８）式
であらわせる。

【００８８】 ΔＴ＝２（３Ｈ−２ｈ−Ｈ₀ ）／Ｖ₁ ・・・ （８） すなわち、媒質境界面２６の凹凸形状やレーダシステム
１及びセンサ部２を保持する操作者の手ぶれによって、
センサ部２が位置Ａから位置Ｂに移動する場合、受信波
形信号ｆ_c （ｔ）の時間軸位置はΔＴだけずれることに
なる。したがって、受信波形信号ｆ_c （ｔ）及び対象物
反射成分の時間軸位置の変動を消去するように補正する
には、ｆ_c （ｔ）の時間軸位置を−ΔＴずらせばよい。
この結果、補正後の受信波形信号ｆ_d （ｔ）＝ｆ_c （ｔ
−ΔＴ）及びこれに含まれる対象物反射波成分の時間軸
位置は、センサ部２と探査対象物２７との距離に正確に
対応したものになる。

【００８９】これにより、前述の通り、横軸に前記Ｓ２
で取得したセンサ部２の水平移動距離，縦軸に受信波形
信号ｆ_d （ｔ）に含まれる対象物反射波成分の時間軸位
置をプロットすると、軌跡は正確な双曲線形状を描くよ
うになる。この結果、対象物位置演算部４２は、媒質境
界面２６の凹凸形状や操作者の手ぶれに起因するエアギ
ャップ長の変動がある場合も、上記双曲線軌跡を解析す
ることにより、探査対象物２７の位置を高精度に特定す
ることができる。

【００９０】なお、上記説明では、前記Ｓ２で取得する
高さ測定値Ｈとエアギャップ長測定値ｈとの両者に基づ
いて、操作者の手ぶれ及び媒質境界面２６の凹凸形状に
起因する時間軸位置の乱れを補正する場合を説明した
が、本発明の時間軸補正はこれに限られるものではな
い。

【００９１】例えば、媒質境界面２６が完全に平坦であ
る場合には、高さ測定値Ｈとエアギャップ長測定値ｈと
のいずれかのみに基づいて、上記操作者の手ぶれに起因
する時間軸位置の乱れを補正できる。この場合、（７）
式においてΔｈ＝０であるから、前記受信時間のずれΔ
Ｔは、次の（９）式であらわせる。

【００９２】 ΔＴ＝２（Ｈ−Ｈ₀ ）／Ｖ₁ ・・・ （９） （９）式では、前記受信時間のずれΔＴを高さ測定値Ｈ
を用いてあらわしたが、媒質境界面２６が完全に平坦で
ある場合、高さ測定値Ｈとエアギャップ長測定値ｈとは
一致するか、一定の差のみを有する。したがって、エア
ギャップ長測定値ｈを用いて、前記受信時間のずれΔＴ
を算出することもできる。

【００９３】一方、例えば、機械式走査によって、前記
手ぶれが全く生じない場合には、エアギャップ長測定値
ｈのみに基づいて、上記操作者の手ぶれに起因する時間
軸位置の乱れを補正できる。この場合、（７）式におい
てΔＨ＝０であるから、前記受信時間のずれΔＴは、次
の（１０）式であらわせる。

【００９４】ΔＴ＝４Δｈ／Ｖ₁ ・・・ （１０） （１０）式において、前記手ぶれが全く生じない場合に
は、Δｈはエアギャップ長測定値ｈの変化量をあらわす
から、エアギャップ長測定値ｈを用いて、前記受信時間
のずれΔＴが算出される。

【００９５】次に、図９乃至１１を用いて、レーダシス
テム１の信号処理部３による信号処理の結果について説
明する。

【００９６】まず、図９（ａ）〜（ｄ）を用いて、いわ
ゆる均一スキャン時における信号処理の結果について説
明する。

【００９７】図９（ｂ）〜（ｄ）は、同図（ａ）に示さ
れるように、媒質境界面２６の凹凸形状と、レーダシス
テム１及びセンサ部２を保持する操作者の手ぶれとがい
ずれもない状態、いわゆる均一スキャンの状態で測定ポ
イントＰ₁ 〜Ｐ₅ を走査しながら、媒質中の探査対象物
２７を探査する場合の受信波形信号ｆ_a （ｔ），ｆ
_b（ｔ），ｆ_d （ｔ）をそれぞれ示す説明図である。こ
の場合、各測定ポイントにおける前記高さ及びエアギャ
ップ長は共に一定である。

【００９８】図９（ｂ）には、横軸を時間軸，縦軸を振
幅軸として、測定ポイントＰ₁ 〜Ｐ ₅ における、前記Ｓ
２で受信波形信号取得部３１に格納された受信波形信号
ｆ_a（ｔ）が上記測定ポイント毎に列挙されている。前
述のように、受信波形信号ｆ _a （ｔ）は、３種類の波形
成分を含んでおり、図中左すなわち時間軸上早い位置か
ら前記送波成分，境界面反射波成分，対象物反射波成分
である。

【００９９】図９（ｂ）によれば、前記送波成分及び境
界面反射波成分の時間軸位置は、等間隔に並ぶ全測定ポ
イントＰ₁ 〜Ｐ₅ で同一であるのに対し、前記対象物反
射波成分の時間軸位置は、探査対象物２７上の測定ポイ
ントＰ₃ を対称点として変化していることがわかる。こ
の変化は、同図（ａ）に示されるように、前記エアギャ
ップ長及び高さ共に一定の状態で媒質境界面２６を走査
する場合であっても、センサ部２の送波アンテナ２４か
ら送信された電波が受波アンテナ２５で受信されるまで
に通過する伝搬経路長は、センサ部２が測定ポイントＰ
₁ から測定ポイントＰ₅ まで水平移動するに従って変化
することに対応したものである。

【０１００】図９（ｃ）には、横軸を時間軸，縦軸を振
幅軸として、測定ポイントＰ₁ 〜Ｐ ₅ における、前記Ｓ
３で受信波形信号ｆ_a （ｔ）から背景成分を除去された
受信波形信号ｆ_b （ｔ）が上記測定ポイント毎に列挙さ
れている。前述のように、境界面反射波成分を除去され
た受信波形信号ｆ_b （ｔ）には、境界面反射波成分，対
象物反射波成分の２種類の波形成分のみが含まれてい
る。

【０１０１】図９（ｄ）には、横軸を時間軸，縦軸を振
幅軸として、測定ポイントＰ₁ 〜Ｐ ₅ における、前記Ｓ
５で受信波形信号ｆ_c （ｔ）の時間軸位置を前記高さ，
エアギャップ長に基づいて補正された受信波形信号ｆ_d
（ｔ）が上記測定ポイント毎に列挙されている。前述の
ように、受信波形信号ｆ_d （ｔ）には、時間軸位置を補
正された対象物反射波成分のみが含まれている。

【０１０２】図９（ｄ）と同図（ｂ）（ｃ）とを比較す
ると、各測定ポイント間における、対象物反射波成分の
時間軸位置の差は、本発明のレーダシステム１の信号処
理部３の信号処理に殆ど影響を受けないことがわかる。
これは、図９（ａ）〜（ｄ）は、いわゆる均一スキャン
の状態で測定ポイントＰ₁ 〜Ｐ₅ を走査しながら、媒質
中の探査対象物２７を探査する場合をあらわしており、
各測定ポイント間における、対象物反射波成分の時間軸
位置の差は、センサ部２の水平移動量にのみ依存するか
らである。

【０１０３】図９（ｄ）では、等間隔に並ぶ測定ポイン
トＰ₁ 〜Ｐ₅ における受信波形信号ｆ_d （ｔ）を上から
順に列挙しており、各対象物反射波成分の時間軸位置、
特にその振幅ピークの時間軸位置は双曲線形状を描くこ
とがわかる。各測定ポイントの間隔を一般化した場合で
も、横軸に前記Ｓ２で取得したセンサ部２の水平移動距
離，縦軸に受信波形信号ｆ_d （ｔ）に含まれる対象物反
射波成分の時間軸位置をプロットすると、軌跡は正確な
双曲線形状を描く。このことは、受信波形信号ｆ
_d （ｔ）に含まれる対象物反射波成分の時間軸上の位置
は、探査対象物２７との距離に正確に対応することを示
している。これにより、対象物位置演算部４２は、上記
双曲線軌跡を解析して、探査対象物２７の位置を高精度
に特定することができる。

【０１０４】次に、図１０（ａ）〜（ｄ）を用いて、い
わゆる手ぶれスキャン時における信号処理の結果につい
て説明する。

【０１０５】図１０（ｂ）〜（ｄ）は、同図（ａ）に示
されるように、媒質境界面２６の凹凸形状はないが、レ
ーダシステム１及びセンサ部２を保持する操作者の手ぶ
れが生じている状態、いわゆる手ぶれスキャンの状態に
おいて、測定ポイントＰ₁ 〜Ｐ₅ を走査しながら、媒質
中の探査対象物２７を探査する場合の受信波形信号ｆ _a
（ｔ），ｆ_b （ｔ），ｆ_d （ｔ）をそれぞれ示す説明図
である。この場合、各測定ポイントにおける前記高さ及
びエアギャップ長は共に不均一となる。

【０１０６】図１０（ｂ）には、横軸を時間軸，縦軸を
振幅軸として、測定ポイントＰ₁ 〜Ｐ₅ における受信波
形信号ｆ_a （ｔ）が上記測定ポイント毎に列挙されてい
る。前述のように、受信波形信号ｆ_a （ｔ）は、３種類
の波形成分を含んでおり、図中左すなわち時間軸上早い
位置から前記送波成分，境界面反射波成分，対象物反射
波成分である。

【０１０７】図１０（ｂ）によれば、前記送波成分及び
境界面反射波成分の時間軸位置は、等間隔に並ぶ全測定
ポイントＰ₁ 〜Ｐ₅ で同一であるのに対し、前記対象物
反射波成分の時間軸位置は、測定ポイント毎に変化して
いる。この変化は、同図（ａ）に示されるように、セン
サ部２が測定ポイントＰ₁ から測定ポイントＰ₅ まで水
平移動するに従って、電波の伝搬経路長が変化すること
に対応したものである。

【０１０８】しかし、図９（ｂ）に示された均一スキャ
ンの場合と異なり、等間隔に並ぶ測定ポイントＰ₁ 〜Ｐ
₅ における受信波形信号ｆ_a （ｔ）の対象物反射波成分
の時間軸位置は正確な双曲線形状を描いていない。これ
は、前記手ぶれ現象のため、図１０（ａ）に示されるよ
うに、センサ部２の送波アンテナ２４から送信された電
波が、受波アンテナ２５で受信されるまでに通過する伝
搬経路長は、センサ部２の水平移動だけでなく、不均一
な前記高さ及びエアギャップ長にも依存しているからで
ある。

【０１０９】図１０（ｃ）には、横軸を時間軸，縦軸を
振幅軸として、測定ポイントＰ₁ 〜Ｐ₅ における受信波
形信号ｆ_b （ｔ）が上記測定ポイント毎に列挙されてい
る。前述のように、境界面反射波成分を除去された受信
波形信号ｆ_b （ｔ）には、境界面反射波成分，対象物反
射波成分の２種類の波形成分のみが含まれている。

【０１１０】図１０（ｄ）には、横軸を時間軸，縦軸を
振幅軸として、測定ポイントＰ₁ 〜Ｐ₅ における受信波
形信号ｆ_d （ｔ）が上記測定ポイント毎に列挙されてい
る。前述のように、受信波形信号ｆ_d （ｔ）には、時間
軸位置を補正された対象物反射波成分のみが含まれてい
る。

【０１１１】図１０（ｄ）と同図（ｂ）（ｃ）とを比較
すると、同図（ｂ）（ｃ）では、測定ポイントＰ₁ 〜Ｐ
₅ の受信波形信号ｆ_a （ｔ），ｆ_b （ｔ）に含まれる対
象物反射波成分の時間軸位置は正確な双曲線形状を描い
ていないのに対し、同図（ｄ）では、前記Ｓ５における
前記高さ，エアギャップ長に基づいた補正処理の結果、
測定ポイントＰ₁ 〜Ｐ₅ の受信波形信号ｆ_d （ｔ）に含
まれる対象物反射波成分の時間軸位置、特にその振幅ピ
ークの時間軸位置は正確な双曲線形状を描いている。ま
た、各測定ポイントの間隔を一般化した場合でも、横軸
に前記Ｓ２で取得したセンサ部２の水平移動距離，縦軸
に受信波形信号ｆ_d （ｔ）に含まれる対象物反射波成分
の時間軸位置をプロットすると、軌跡は正確な双曲線形
状を描く。

【０１１２】このことは、受信波形信号ｆ_d （ｔ）に含
まれる対象物反射波成分の時間軸上の位置は、探査対象
物２７との距離に正確に対応することを示している。こ
れにより、対象物位置演算部４２は、レーダシステム１
及びセンサ部２を保持する操作者の手ぶれが生じている
状態、いわゆる手ぶれスキャンの状態においても、上記
双曲線軌跡を解析することにより、探査対象物２７の位
置を高精度に特定することができる。

【０１１３】最後に、図１１（ａ）〜（ｄ）を用いて、
媒質境界面２６に凹凸形状がある場合における信号処理
の結果について説明する。

【０１１４】図１１（ｂ）〜（ｄ）は、同図（ａ）に示
されるように、レーダシステム１及びセンサ部２を保持
する操作者の手ぶれはないが、媒質境界面２６の凹凸形
状が存在する状態において、測定ポイントＰ₁ 〜Ｐ₅ を
走査しながら、媒質中の探査対象物２７を探査する場合
の受信波形信号ｆ_a （ｔ），ｆ_b （ｔ），ｆ_d （ｔ）を
それぞれ示す説明図である。この場合、各測定ポイント
における前記高さは一定であるが、前記エアギャップ長
は不均一となる。

【０１１５】図１１（ｂ）には、横軸を時間軸，縦軸を
振幅軸として、測定ポイントＰ₁ 〜Ｐ₅ における受信波
形信号ｆ_a （ｔ）が上記測定ポイント毎に列挙されてい
る。前述のように、受信波形信号ｆ_a （ｔ）は、３種類
の波形成分を含んでおり、図中左すなわち時間軸上早い
位置から前記送波成分，境界面反射波成分，対象物反射
波成分である。

【０１１６】図１１（ｂ）によれば、前記送波成分及び
境界面反射波成分の時間軸位置は、等間隔に並ぶ全測定
ポイントＰ₁ 〜Ｐ₅ で同一であるのに対し、前記対象物
反射波成分の時間軸位置は、測定ポイント毎に変化して
いる。この変化は、同図（ａ）に示されるように、セン
サ部２が測定ポイントＰ₁ から測定ポイントＰ₅ まで水
平移動するに従って、電波の伝搬経路長が変化すること
に対応したものである。

【０１１７】しかし、図９（ｂ）に示された均一スキャ
ンの場合と異なり、等間隔に並ぶ測定ポイントＰ₁ 〜Ｐ
₅ における受信波形信号ｆ_a （ｔ）の対象物反射波成分
の時間軸位置は正確な双曲線形状を描いていない。これ
は、媒質境界面２６の凹凸形状のため、図１１（ａ）に
示されるように、センサ部２の送波アンテナ２４から送
信された電波が、受波アンテナ２５で受信されるまでに
通過する伝搬経路長は、センサ部２の水平移動だけでな
く、不均一な前記エアギャップ長にも依存しているから
である。

【０１１８】図１１（ｃ）には、横軸を時間軸，縦軸を
振幅軸として、測定ポイントＰ₁ 〜Ｐ₅ における受信波
形信号ｆ_b （ｔ）が上記測定ポイント毎に列挙されてい
る。前述のように、境界面反射波成分を除去された受信
波形信号ｆ_b （ｔ）には、境界面反射波成分，対象物反
射波成分の２種類の波形成分のみが含まれている。

【０１１９】図１１（ｄ）には、横軸を時間軸，縦軸を
振幅軸として、測定ポイントＰ₁ 〜Ｐ₅ における受信波
形信号ｆ_d （ｔ）が上記測定ポイント毎に列挙されてい
る。前述のように、受信波形信号ｆ_d （ｔ）には、時間
軸位置を補正された対象物反射波成分のみが含まれてい
る。

【０１２０】図１１（ｄ）と同図（ｂ）（ｃ）とを比較
すると、同図（ｂ）（ｃ）では、測定ポイントＰ₁ 〜Ｐ
₅ の受信波形信号ｆ_a （ｔ），ｆ_b （ｔ）に含まれる対
象物反射波成分の時間軸位置は正確な双曲線形状を描い
ていないのに対し、同図（ｄ）では、前記Ｓ５における
前記高さ，エアギャップ長に基づいた補正処理の結果、
測定ポイントＰ₁ 〜Ｐ₅ の受信波形信号ｆ_d （ｔ）に含
まれる対象物反射波成分の時間軸位置、特にその振幅ピ
ークの時間軸位置は正確な双曲線形状を描いている。ま
た、各測定ポイントの間隔を一般化した場合でも、横軸
に前記Ｓ２で取得したセンサ部２の水平移動距離，縦軸
に受信波形信号ｆ_d （ｔ）に含まれる対象物反射波成分
の時間軸位置をプロットすると、軌跡は正確な双曲線形
状を描く。

【０１２１】このことは、受信波形信号ｆ_d （ｔ）に含
まれる対象物反射波成分の時間軸上の位置は、探査対象
物２７との距離に正確に対応することを示している。こ
れにより、対象物位置演算部４２は、レーダシステム１
及びセンサ部２を保持する操作者の手ぶれが生じている
状態、いわゆる手ぶれスキャンの状態においても、上記
双曲線軌跡を解析することにより、探査対象物２７の位
置を高精度に特定することができる。

【０１２２】

【発明の効果】請求項１の発明に係るレーダ探査方法
は、以上のように、電波を媒質境界面に送信する送信段
階と、上記送信電波の反射波を受信する受信段階と、規
定距離の上記媒質境界面に電波を送信したときの受信波
形信号に基づいて、境界面反射波成分の判別基準となる
テンプレートを作成するテンプレート作成段階と、上記
テンプレートを基準として、探査時の受信波形信号から
境界面反射波成分を特定する境界面反射波特定段階とを
備える構成である。

【０１２３】それゆえ、電波の送受信手段と媒質との距
離を既知とした状態で、受信波形信号からテンプレート
が作成され、該テンプレートを基準として、探査時の受
信波形信号から境界面反射波成分が特定される。

【０１２４】これにより、媒質境界面の凹凸形状や操作
者の手ぶれに起因するエアギャップ長の変動がある場合
でも、境界面反射波成分の特定は的確に行われ、この結
果高精度な対象物反射波成分及び探査対象物位置の特定
を行うことができるという効果を奏する。

【０１２５】請求項２の発明に係るレーダ探査方法は、
以上のように、請求項１の構成において、上記テンプレ
ートは、上記境界面反射波成分の時間軸位置−振幅特性
に関する情報である構成である。

【０１２６】それゆえ、前記テンプレートと、各測定ポ
イント単独の探査時受信波形信号の時間軸位置と振幅と
の相関とに基づいて、探査時の受信波形信号から境界面
反射波成分が特定される。

【０１２７】これにより、請求項１の作用効果に加え
て、各測定ポイント単独の探査時受信波形信号の時間軸
位置と振幅との相関に基づいて、境界面反射波成分の特
定が的確に行われ、高精度かつ簡便に、対象物反射波成
分及び探査対象物位置の特定を行うことができるという
効果を奏する。

【０１２８】請求項３の発明に係るレーダ探査方法は、
以上のように、請求項１または２の構成において、上記
境界面反射波特定段階では、上記受信波形信号を上記テ
ンプレートに応じた利得で増幅し、増幅後の波形信号と
しきい値とを比較する構成である。

【０１２９】それゆえ、例えば、前記境界面反射波成分
を相対的に小さく、前記対象物反射波成分を相対的に大
きくするような利得制御が行われ、増幅後の波形信号に
おける振幅値と所定のしきい値とを比較することによ
り、媒質境界面反射波成分と対象物反射波成分とが分離
される。

【０１３０】これにより、請求項１または２の作用効果
に加えて、しきい値調整によって、前記対象物反射波成
分及び探査対象物位置の特定精度を自在に調節すること
が可能であり、環境に応じた検出感度を設定できるとい
う効果を奏する。

【０１３１】請求項４の発明に係るレーダ探査方法は、
以上のように、請求項１乃至３のいずれか１項の構成に
おいて、自由空間に電波を送信したときの上記受信波形
信号を参照波形信号として取得する参照波形信号取得段
階と、上記参照波形信号を基準として、探査時の受信波
形信号から背景成分を特定する背景特定段階とを備える
構成である。

【０１３２】それゆえ、自由空間に電波を送信したとき
の参照波形信号を基準として、背景成分、すなわち送信
手段から送信され直接的に受信手段に受信される送波成
分や定常的なノイズ成分が特定される。

【０１３３】これにより、請求項１乃至３のいずれか１
項の作用効果に加えて、受信波形信号から境界面反射波
成分だけでなく、背景成分の特定も行われるため、受信
波形信号から対象物反射波成分及び探査対象物位置の特
定をより高精度に行うことができるという効果を奏す
る。

【０１３４】請求項５の発明に係るレーダ探査方法は、
以上のように、電波を媒質に送信する送信段階と、上記
送信電波の反射波を受信する受信段階と、高さ基準から
の高さと媒質境界面からのエアギャップ長との少なくと
も一方を検出する検出段階と、上記検出結果に基づい
て、対象物探査時における上記受信波形信号の時間軸位
置を補正する補正段階とを備えることを特徴としてい
る。

【０１３５】それゆえ、上記高さとエアギャップ長との
少なくとも一方に基づいて、上記受信段階で受信された
受信波形信号における、媒質境界面の凹凸形状や操作者
の手ぶれに起因する時間軸位置の乱れが補正され、横軸
に送受信手段の移動距離，縦軸に電波の送信から対象物
反射波成分の受信までの時間をプロットすると、軌跡は
正確な双曲線形状を描くようになる。

【０１３６】これにより、媒質境界面の凹凸形状や操作
者の手ぶれに起因するエアギャップ長の変動がある場合
でも、上記双曲線軌跡を解析して、高精度な対象物反射
波成分及び探査対象物位置の特定を行うことができると
いう効果を奏する。

【０１３７】請求項６の発明に係るレーダ探査方法は、
請求項５の構成において、上記エアギャップ長の検出
は、上記電波の送受信結果に基づいて行われる構成であ
る。

【０１３８】それゆえ、対象物を探査するための電波の
送受信結果自体によって、上記エアギャップが検出され
る。

【０１３９】これにより、請求項５の作用効果に加え
て、レーダ探査手段は、エアギャップ長を検出するため
の特別の構成を備える必要がないため、その構成を簡易
かつ安価なものとすることができるという効果を奏す
る。

【０１４０】請求項７の発明に係るレーダ型探査装置
は、以上のように、請求項１乃至６のいずれか１項に記
載のレーダ探査方法を用いて、媒質中の対象物を探査す
る構成である。

【０１４１】これにより、上記レーダ型探査装置は、請
求項１乃至６に記載と同様の作用効果を奏するものであ
り、例えば、媒質境界面の凹凸形状や操作者の手ぶれに
起因するエアギャップ長の変動がある場合でも、高精度
な対象物反射波成分及び探査対象物位置の特定を行うこ
とができるという効果を奏する。

【０１４２】請求項８の発明に係るレーダ型探査装置
は、以上のように、請求項７の構成において、手持ち走
査可能な携帯型の構成を採用している。

【０１４３】これにより、請求項７の作用効果に加え
て、手持ち走査時における操作者の手ぶれに起因するエ
アギャップ長の変動がある場合でも、高精度な対象物反
射波成分及び探査対象物位置の特定を行うことができる
という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るレーダシステム（レ
ーダ型探査装置）の基本構成を示すブロック図である。

【図２】上記レーダシステムの信号処理手順を示すフロ
ーチャートおよびこのフローチャートの各ステップに対
応する信号処理波形を示す波形図である。

【図３】上記レーダシステムの信号処理部が行う信号処
理フローを示す説明図である。

【図４】（ａ）（ｂ）は、テンプレート算出に用いる比
例定数の具体的算出手順を示す説明図である。

【図５】受信波形信号から境界面反射波成分を特定及び
除去する処理手順の一例を説明する信号処理フローであ
る。

【図６】上記処理手順において、（ａ）は、１ｓｔピー
ク値がテンプレートの範囲内である場合、（ｂ）は、１
ｓｔピーク値がテンプレートの範囲外である場合の処理
を示す説明図である。

【図７】テンプレートを用いた境界面反射波成分の特定
及び除去処理の更なる例を示す説明図である。

【図８】高さ，エアギャップ長に基づいた受信波形信号
の補正処理方法を示す説明図である。

【図９】（ａ）は、均一スキャンの様子を示す説明図、
（ｂ）〜（ｄ）は、信号処理の施された各受信波形信号
を示す説明図である。

【図１０】（ａ）は、手ぶれスキャンの様子を示す説明
図、（ｂ）〜（ｄ）は、信号処理の施された各受信波形
信号を示す説明図である。

【図１１】（ａ）は、媒質境界面に凹凸形状がある場合
におけるスキャンの様子を示す説明図、（ｂ）〜（ｄ）
は、信号処理の施された各受信波形信号を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１ レーダシステム（レーダ型探査装置） ２ センサ部 ３ 信号処理部 ４ 位置演算・表示部 ２１ レーダ ２２ 水平位置情報取得部 ２３ａ 高さ取得部 ２３ｂ エアギャップ長取得部 ２４ 送波アンテナ ２５ 受波アンテナ ２６ 媒質境界面 ２７ 探査対象物 ３１ 受信波形信号取得部 ３２ 参照波形信号格納部 ３３ テンプレート格納部 ３４ 波形データ処理部 ４１ 波形データアレイ生成部 ４２ 対象物位置演算部 ４３ 表示部 Ｒｅｆ 参照波形信号 Ｔｅｍ（ｔ） テンプレート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J070 AB01 AC01 AD02 AE11 AF02 AF10 AH04 AH14 AH19 AH31 AK02 AK28

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電波を媒質境界面に送信する送信段階と、 上記送信電波の反射波を受信する受信段階と、 規定距離の上記媒質境界面に電波を送信したときの受信
   波形信号に基づいて、境界面反射波成分の判別基準とな
   るテンプレートを作成するテンプレート作成段階と、 上記テンプレートを基準として、探査時の受信波形信号
   から境界面反射波成分を特定する境界面反射波特定段階
   とを備えることを特徴とするレーダ探査方法。
2. 【請求項２】上記テンプレートは、上記境界面反射波成
   分の時間軸位置−振幅特性に関する情報であることを特
   徴とする請求項１に記載のレーダ探査方法。
3. 【請求項３】上記境界面反射波特定段階では、上記受信
   波形信号を上記テンプレートに応じた利得で増幅し、増
   幅後の波形としきい値とを比較することを特徴とする請
   求項１または２に記載のレーダ探査方法。
4. 【請求項４】自由空間に電波を送信したときの上記受信
   波形信号を参照波形信号として取得する参照波形信号取
   得段階と、 上記参照波形信号を基準として、探査時の受信波形信号
   から背景成分を特定する背景波特定段階とを備えること
   を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレ
   ーダ探査方法。
5. 【請求項５】電波を媒質に送信する送信段階と、 上記送信電波の反射波を受信する受信段階と、 高さ基準からの高さと媒質境界面からのエアギャップ長
   との少なくとも一方を検出する検出段階と、 上記検出結果に基づいて、対象物探査時における上記受
   信波形信号の時間軸位置を補正する補正段階とを備える
   ことを特徴とするレーダ探査方法。
6. 【請求項６】上記エアギャップ長の検出は、上記電波の
   送受信結果に基づいて行われることを特徴とする請求項
   ５に記載のレーダ探査方法。
7. 【請求項７】請求項１乃至６のいずれか１項に記載のレ
   ーダ探査方法を用いて、媒質中の対象物を探査すること
   を特徴とするレーダ型探査装置。
8. 【請求項８】手持ち走査可能な携帯型であることを特徴
   とする請求項７に記載のレーダ型探査装置。