JP2803007B2

JP2803007B2 - 不可視物体探査方法

Info

Publication number: JP2803007B2
Application number: JP40621890A
Authority: JP
Inventors: ▲吉▼田浩隆; 永島裕二; 有岡良祐
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1990-12-07
Filing date: 1990-12-07
Publication date: 1998-09-24
Anticipated expiration: 2013-09-24
Also published as: JPH04213088A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁波を送信しこの電
磁波の物体による反射波を受信して所定の物体、例えば
不可視物体を探査する不可視物体探査方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来技術】

【０００３】従来のこの種の方法として、地下埋設物探
査の方法を例にとり説明する。この地下埋設物探査方法
には、大別して次の２方法、すなわち合成開口法および
パターン認識法がある。（ａ）合成開口法ここではその代表例としてゼロクロス点合成開口法につ
いて述べる。図１４に示すように、地中に埋設されてい
る管路１を探査するために、送信アンテナおよび受信ア
ンテナ５を地表面９に沿って一定のピッチで走査させ、
パルス発生装置３から出力されるパルス信号を送信アン
テナ４を介して電磁波として地中２に向けて放射する。
この電磁波は、地中２に埋設されている管路１および地
表面や地層、掘削壁等で反射され受信アンテナ５で受信
される。受信アンテナ５で受信された電磁波は、サンプ
リング装置６により所定のピッチ毎にサンプリングさ
れ、振幅値対時間の反射波データとして記憶装置１０に
記憶される。上記アンテナの走査終了後、記憶装置１０
に記憶された反射波データは、演算装置７に送られここ
でデータの規格化およびその規格化データに対する合成
開口が行われる。その結果、表示装置８には管路１の埋
設位置および埋設深度が表示される。

【０００４】次に、図１５は、記憶装置１０に記憶され
た反射波データの一例を示す図であり、縦軸は電磁波を
受信するまでの時間、横軸は受信した電磁波の電圧レベ
ルをを示している。また、図１６は、演算装置７によっ
て図１５に示した反射波データを波形の振幅値が「０」
になる点（ゼロクロス点）に代表させた規格化データを
示す図であり、縦軸は電磁波を受信するまでの時間、横
軸は規格値を示している。また、図１７は、この規格化
データをサンプリング順にアンテナ走査方向に並べた２
次元データ（以下、画像データ）を示す図であり、縦軸
は電磁波を受信するまでの時間、横軸はアンテナ走査距
離を示している。このように、反射波データを規格化す
る理由は、情報を単純化することで合成開口の分解能を
向上させることにある。

【０００５】また、図１８は、管路１で反射した電磁波
が画像データの中で双曲線状に分布することを説明する
ための模式図であり、縦軸は電磁波を受信するまでの時
間、横軸はアンテナ走査距離を示している。図１８にお
いて、送信アンテナ４と受信アンテナ５との間の距離ｙ
は、地表と管路１までの最短距離ｚ₀ と比較して小さい
値であるため、送信アンテナ４から管路１を経て受信ア
ンテナ５に至る電磁波の伝搬距離はアンテナ中心部から
管路１までの距離Ｌの２倍と近似する。管路１の位置座
標を（ｘ₀ ，ｔ₀ ）、土の比誘電率をε_r 、真空中の電
磁波の伝搬速度をｃ₀ すると、水平位置ｘにおける管路
１からの反射電磁波が戻るまでの時間は

【０００６】

【数１】

【０００７】の関係がある。この数式１は

【０００８】

【数２】

【０００９】と変形することができ、これは

【００１０】

【数３】

【００１１】を頂点とし、

【００１２】

【数４】

【００１３】を漸近線とする双曲線となる。そこで、演
算装置７は、図１７の画像データ中から上記双曲線を抽
出すべく、ε_r を所定の刻みで変化させ、かつ画像デー
タの中の全ての座標を順次、双曲線の頂点座標（ｘ₀ ，
ｔ₀ ）（以下、集積点）として設定してゆき、これによ
って一元的に求まる数式４の双曲線上に存在する画像デ
ータ中の座標点（以下、合成開口加算点または単に加算
点）の数をカウントし、その総数（以下、集積度）を集
積点に付与してゆき、この結果、集積度が一定値以上に
なる集積点（ｘ₀ ，ｔ₀ ）のみを抽出する。そして、表
示装置８にはこの集積度が一定値以上になる集積点の座
標のみが管路位置として表示される。また、この時のε
_r の値から縦軸スケールは時間のディメンションから距
離のディメンションに変換される。

【００１４】（ｂ）パターン認識法ここではその代表例として周波数領域でのパターン認識
を利用したものについて述べる。図２０に示すように、
地中に埋設されている管路１を探知するために送信アン
テナ４および受信アンテナ５を地表面９に沿って一定の
ピッチで走査させ、パルス発生装置３から出力されるパ
ルス信号を送信アンテナ４を介して電磁波として地中２
に向けて放射する。この電磁波は、地中２に埋設されて
いる管路１および地表面や地層、掘削壁等で反射され受
信アンテナ５によりその振幅値対時間の反射波データと
して受信される。受信アンテナ５で受信された電磁波
は、サンプリング装置６により所定のピッチ毎にサンプ
リングされ、振幅値対時間の反射波データとして記憶装
置１０に記憶される。上記アンテナの走査終了後、記憶
装置１０に記憶された反射波データは、周波数解析装置
１１に送られ、ここで高速フーリエ変換処理による周波
数解析後、演算装置７で合成開口処理が行われる。

【００１５】その結果、表示装置８には管路１の埋設位
置および埋設深度が表示される。周波数解析装置１１
は、記憶装置１０から送られる反射波データを所定の時
間毎に分割する。この処理は図１５に示す反射波データ
が、管路１からの反射波以外に地表面や地層、掘削壁等
からの反射波形を含んでおり、これらが異なる時間位置
で重畳されているものであるので、これらの種々の反射
波形を個別に分離するために行うものである。

【００１６】この分割方法としては、種々の方法がある
が、ここではゼロクロス法による１周期相当の時間毎に
分割する例について説明する。図２１は、周波数解析装
置１１に供給される反射波データを上記ゼロクロス法で
分割した１例を示す図であり、矢印で示す，，，
・・・，がゼロクロス法による１周期相当の時間間隔
を示している。この図は、縦軸に受信した電磁波の電圧
レベルを示し、横軸に電磁波を受信するまでの時間を示
している。図２２の上側は、上記したように分割した反
射波形の１つ、すなわち図２１において第番目の反射
波形を分離して示し、下側は分離した反射波形のスペク
トル分布を示している。このように所定の時間毎に分割
された反射波形は、周波数解析装置１１において高速フ
ーリエ変換処理により周波数領域に変換され、図２２の
下側に示すスペクトル分布から最大強度（ピーク）のス
ペクトルを検出し、ピークのスペクトル周波数、すなわ
ちスペクトルピーク周波数ｆ_p 、このスペクトルピーク
周波数ｆ_p に対するスペクトル強度Ｉ_p 、直流成分強度
Ｉ_dc、および半値幅ｗを読み取る。

【００１７】そして数式５に示すように、直流成分強度
Ｉ_dcおよびスペクトル強度Ｉ_p から直流成分比Ｒ_dcを算
出する。

【００１８】

【数５】

【００１９】表１は、図２１に示すような分割された各
反射波形に対するスペクトル周波数ｆ_p 、直流成分比Ｒ
_dcおよび半値幅ｗを示している。

【００２０】

【表１】

【００２１】そして、スペクトルピーク周波数ｆ_p ，直
流成分比Ｒ_dc，半値幅ｗの値は、埋設媒体の電気的特性
が一定であればそれぞれ反射物体の固有の値を持つた
め、これらの値を分析することにより、反射物体が管路
１であるのか、または、その他のものであるのかを識別
することができる。表２は管路１からの反射波形が有す
るスペクトル分布の特性の一例を示すものである。

【００２２】

【表２】

【００２３】表１から上記３条件を満たしている反射波
形は、第番目の反射波形のみであり、これが管路１か
らの反射波形と考えられる。図２３は、記憶装置１に記
憶される反射波データをサンプリング順にアンテナ走査
方向に並べた２次元データ（以下、地中断面図）であ
り、縦軸は電磁波を受信するまでの時間、横軸はアンテ
ナ走査距離を示している（実際の地中断面図は電磁波の
電圧レベルに応じて色変調している）。また、図２４
は、図２３から表２に示す３条件を満たす反射波形のみ
を抽出した地中断面図であり、この地中断面図が演算装
置７に送られる。なお、図１７において縦軸，横軸は図
２３と同様である。演算装置７はこの地中断面図中の反
射波形が描く双曲線の形状を利用して合成開口処理を行
い、管路１が埋設されている土２の比誘電率の算出を行
う。また、この比誘電率の値を用いて地中断面図縦軸の
スケールを時間軸から距離軸へ変換しこの結果が表示装
置８へ表示される。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
合成開口法は、単純に双曲線の形だけを評価しているだ
けであるので、例えば図１９に示す画像データ中に１０
１，１０２，１０３，のような管路１以外からの反射波
データで、かつ、双曲線状に分布するものが存在してい
る場合、管路１か否かを判別する手段がなかった。ま
た、管路１以外の双曲線に集積することにより、誤った
土２の比誘電率を算出するという欠点があった。

【００２５】また、従来のパターン認識法は、以下のよ
うな２つの問題点があった。すなわち、その第１の問題
として、管路１からの反射波形が持つ周波数領域の情報
は、管路１の埋設深度や土の電気的特性（比誘電率）に
よって変わるため、表２に示した３条件を探知場所の埋
設条件に応じた適宜、埋設し直さなければならない点で
ある。この作業はオペレータの熟練を要し、設定誤りに
より管路１の識別が困難になる欠点がある。また、第２
の問題として、周波数解析装置１１に供給される反射波
形の増幅値が許容のレベルを越える場合、あるいは、許
容のレベルを下回る場合、波形の正確なスペクトル分布
が算出できなくなるため、２つのパラメータのうち
Ｒ_DC，ｗの値は信頼性のない値となる。これを防止する
ためには受信アンテナ５に受信される電磁波の電圧レベ
ルが最適になるような感度設定を行う必要があるが、こ
の作業はオペレータの熟練を必要とし、設定誤りにより
管路１の識別が困難になるという欠点があった。

【００２６】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明に係る不可視物体探査方法は、探査場所
で採取した反射波データに対し、まず仮の比誘電率を用
いて合成開口を行うことで双曲線状に点在している反射
波の群を地中断面図の中から抽出し、これらを目標物体
からの反射波の候補としてみなし、次にこれら反射波の
群の波長，もしくは．周波数を算出してこれら反射波間
に上述した波長、または、スペクトルピーク周波数にず
れが発生する場合のみ目標物体からの反射波であると判
定することにより、目標物体の位置およびその位置にお
ける媒体の比誘電率を同時に検出できるようにした方法
である。

【００２７】

【作用】従って、本発明の不可視物体探査方法を用いれ
ば、目標物体の埋設媒体の種類や目標物体認識に関わる
オペレータの判定技術が一切不要となり、目標物体の反
射波位置と埋設媒質の比誘電率を的確に検出できる。

【００２８】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は、本発明に係る不可視物体探査方法の一実施
例を説明するブロック図である。同図に示す物体の探査
装置は、図１４，図２０に示す従来の探査装置と同一部
分は同一符号を付してその概略の説明を省略する。図１
に示す物体の探査装置は、その１例として、地中２に埋
設されている直接見ることができない管路１のような不
可視物体を探査するために、送信アンテナ４および受信
アンテナ５を地表面９に沿って一定のピッチで走査さ
せ、パルス発生装置３から出力されるパルス信号を送信
アンテナ４を介して電磁波として地中２へ向けて放射
し、地中２に埋設されている管路１やその他のもの、例
えば地表面や地層，掘削壁等で反射する電磁波を受信ア
ンテナ５により受信する。受信した電磁波は、サンプリ
ング装置６により所定のピッチ毎にサンプリングされ、
受信電圧レベル対時間に反射波データとして記憶装置１
０に記憶される。

【００２９】なお、上記したように、図１５は、反射波
データの１例であり、縦軸は電磁波を受信するまでの時
間、横軸は電磁波の電圧レベルを示している。上記アン
テナの走査終了後、記憶装置１０に記憶された反射波デ
ータ群は、演算装置７に送られここでデータの規格化、
図１５に示す反射波データに対し波形の振幅値が「０」
になる点（ゼロクロス点）を「１」に、その他の点を
「０」に代表させる作業が行われる。図１６は図１５の
反射波データを規格化したデータであり、縦軸は電磁波
を受信するまでの時間、横軸は規格値を示している。

【００３０】また、図１７は、この規格化データをサン
プリング順にアンテナ走査方向に並べた画像データを示
す図であり、縦軸は電磁波を受信するまでの時間、横軸
はアンテナ走査距離を示している。演算装置７は、画像
データに対し、仮の比誘電率を所定の刻みで変化させな
がら合成開口処理を行い、一定値以上の集積度を持つ集
積点に座標（双曲線の頂点位置に相当）およびその時の
比誘電率ε_r を抽出する。

【００３１】なお、演算装置７では上記合成開口の計算
において以下に手法を用いて計算時間の大幅な短縮を達
成している。すなわち従来、図１７に示すような画像デ
ータに対して仮の比誘電率を所定の刻みで変化させなが
ら合成開口を行う場合、仮の集積点を全ての座標にわた
り変化させていたので、１画面を構成する座標点数（本
実施例では１７８ピッチ×３３２ドットを採用）×比誘
電率の設定値だけ合成開口の計算を行う必要があった
が、本発明においては、図１７のデータのうち規格値が
「１」の点についてのみ集積点候補とみなし、合成開口
の処理を行う。図１６からわかるように、規格値が
「１」の点（ゼロクロス点）の数は、１ピッチにつきお
よそ１０点程度であるため、合成開口の計算を行う回数
は、１７８ピッチ×比誘電率の設定数となり、従来の方
法に比べて約３０倍速い計算速度を実現できる。

【００３２】そして、波形解析装置１２では、抽出され
た集積点座標を頂点とする双曲線が波形のゼロクロス
点、すなわち波形の立ち上がり点の抱絡線であることを
利用し、双曲線から所定の時間分だけ各反射波データを
切り出す（反射波データから所定の時間だけ切り出した
データを波形データという）。この切り出した時間は半
周期，１周期，複数周期が考えられるが、本実施例では
１周期時間の切り出しの場合について説明する。なお、
他の時間についても同様な効果が得られることは言うま
でもない。

【００３３】図２は、サンプリング順にアンテナ走査方
向に反射波データを並べたもので、縦軸は電磁波を受信
するまでの時間、横軸はアンテナ走査距離を示してい
る。図３は、図２から上記の方法で反射波データを１周
期時間だけ切り出した波形データ群で縦軸，横軸は図２
と同様である。

【００３４】そして、波形解析装置１２では、切り出さ
れた波形データ群全てに対して高速フーリエ変換（ＦＦ
Ｔ）処理を行い、波形データそれぞれのスペクトルピー
ク周波数ｆ_p を算出し、更に双曲線の頂点（合成開口の
集積点）に存在する波形データのスペクトルピーク周波
数をｆ_po，受信時間をｔ₀ ，加算点に点在する波形デー
タ群のスペクトルピーク周波数をｆ_pi（ｉ＝１〜波形デ
ータ数），受信時間をｔ_i （ｉ＝１〜波形データ数），
電磁波の真空中における伝搬速度をｃ₀ （ｃ₀ ＝３×１
０⁸ ｍ／ｓ）としたとき、双曲線の構成要素である全て
の波形データ群に対して、

【００３５】

【数６】

【００３６】を計算する（以下、このＰ_i を特徴パラメ
ータという）。また、本発明の第２の実施例では、スペ
クトルピーク周波数ｆ_p のかわりに波形データの１周期
分に相当する波長λを算出し、双曲線の頂点（合成開口
の集積点）に存在する波形データの波長をλ₀ ，受信時
間をｔ₀ ，加算点に点在する波形データ群の波長をλ_i
（ｉ＝１〜波形データ数），受信時間をｔ_i （ｉ＝１〜
波形データ数），電磁波の真空中における伝搬速度をｃ
₀ としたとき、双曲線の構成要素である全ての波形デー
タ群に対して、

【００３７】

【数７】

【００３８】を計算する（以下、このＰ_i を特徴パラメ
ータという）。図４において、上側は双曲線から一定周
期時間だけ切り出した波形データを示し、下側は切り出
した波形データのスペクトル分布を示している。そし
て、図中に示したｆ_p ，λの値を用いて上述した特徴パ
ラメータを算出する。図５は、上記した特徴パラメータ
Ｐ_i を理解するための模式図であり、縦軸は電磁波を受
信するまでの時間、横軸は各波形データの受信位置を示
している。図中において、双曲線の頂点は波形データ受
信位置がｘ₀ ，電磁波受信時間ｔ₀ の点である。この点
における波形データの地中伝搬距離は地中伝搬速度×片
道の電磁波受信時間の関係より、

【００３９】

【数８】

【００４０】である。同様にして反射波受信位置ｘ_i ，
電磁波受信時間ｔ_i に位置する任意の波形データの地中
伝搬距離は、

【００４１】

【数９】

【００４２】である。図５から明らかなように、Ｌ_i ＞
Ｌ₀ であるから、電磁波の性質より両波形データのスペ
クトルピーク周波数の関係は、ｆ_p0＞ｆ_piとなる。図６
は、電磁波が管路１で反射することでできる双曲線の頂
点に位置する波形データと双曲線上の任意の点に位置す
る波形データとの間の地中伝搬距離の差ΔＬ、および、
両波形データのスペクトルピーク周波数の差Δｆ_p の関
係の１例を示している。この図から明らかなように、Δ
ｆ_p はΔＬにほぼ正比例することがわかる。すなわち、

【００４３】

【数１０】

【００４４】

【００４５】

【数１１】

【００４６】の関係を得る。図７は、電磁波が管路１以
外の物体で反射することでできる双曲線の頂点に位置す
る波形データと双曲線上の任意の点に位置する波形デー
タとの間の地中伝搬距離の差ΔＬ、および、両波形デー
タのスペクトルピーク周波数の差Δｆ_p の関係の１例を
示している。この図からΔｆ_p とΔＬとの関係には、数
式１０のような関係が存在しないことがわかる。従っ
て、特徴パラメータＰ_i （ｉ＝１〜波形データ数）が一
定値となるような波形データ群を選ぶようにすれば良
い。

【００４７】そして、判定装置１３は、演算装置７で抽
出した双曲線に対して、その双曲線を構成する波形デー
タ群に特徴パラメータＰ_i の値が一定の値をとる波形デ
ータの数をカウントし、この総数を元の双曲線に頂点に
付与した３次元のデータ列を作成し、この中から所定の
レベルを越える座標を検出する。

【００４８】図８は、演算装置７による合成開口の結果
を３次元表示したもので、Ｌ軸はアンテナ走行距離，ｔ
軸は電磁波受信時間，ｓ軸は合成開口集積度をそれぞれ
表している。また、図９は、判定装置１３による演算結
果を示したもので、Ｌ軸はアンテナ走査距離，ｔ軸は電
磁波受信時間、Ｊ軸は特徴パラメータＰ_i の値が所定の
範囲内にある波形データの総数をそれぞれ示している。
このように、特徴パラメータＰ_i を利用した判定処理に
より、合成開口処理では区別できない管路１からの反射
による双曲線と、それ以外の物体からの反射による双曲
線（図中１０１，１０２，１０３で示す）との違いを認
識することができる。

【００４９】そして表示装置８は、演算装置７により算
出された土の比誘電率を用いて電磁波受信時間から埋設
深度へとスケール変換を行い、判定装置１３により検出
された座標位置に管路１を表すシンボルを表示する。図
１０は、表示装置８により表示される本発明の最終結果
の１例であり、縦軸は埋設深度，横軸はアンテナの水平
移動距離を示している。

【００５０】次に図１１〜図１３は、図１の本発明の不
可視物体探査装置の動作を示すフローチャートである。
このフローチャートに従って不可視物体探査方法の処理
を説明する。まず、パルス発生装置３から出力される高
出力のインパルス（モノパルス）信号が、指向性を有す
る送信アンテナ４に供給され、送信アンテナ４でインパ
ルス信号から電磁波に変換され、地中２に埋設されてい
る種々の物体から反射されてくる電磁波が受信アンテナ
５により受信される（ステップＳＴ１）。この電磁波
は、サンプリング装置６により順次サンプリングされ
て、記憶装置１０に反射波データとして記憶され、ここ
で電磁波の電圧レベルが零の点、すなわちゼロクロス点
を「１」に、その他の点を「０」に、規格化した画像デ
ータが作成される（ステップＳＴ２）。

【００５１】そして演算装置７は、上記画像データに対
して合成開口処理を行う。すなわち、ステップＳＴ３〜
５では、仮の比誘電率の初期値の設定および仮定する双
曲線頂点の初期座標の設定を行う。本発明では、合成開
口の処理速度を高めるために、画像データの規格値が
「０」の座標点、すなわち反射波データのゼロクロス点
以外の座標点では合成開口を行わないが、この合成開口
処理の有無をステップＳＴ６で判断し、合成開口を行う
と判定された場合は合成開口処理を行い、仮定する双曲
線の頂点に重みずけをしてゆく（ステップＳＴ７〜１
０）。すなわち、本発明の合成開口処理は、画像データ
において横軸（アンテナ走査距離）をｘ，縦軸（受信時
間）をｔ，土２の比誘電率をε_r ，真空中の電磁波の伝
搬速度をｃ₀ ，処理を行おうとする点（集積点）の座標
を（ｘ₀ ，ｔ₀ ）とするとき、双曲線

【００５２】

【数１２】

【００５３】上にある規格値が「１」の点（加算点）を
数え、その総数（合成開口の集積度）を集積点に代表さ
せる処理である。この処理を、仮定する全ての比誘電率
および全ての座標について行うべくε_r ，ｘ，ｙの値を
順次ずらしてゆく（ステップＳＴ１１〜１６）。

【００５４】以上の処理により、演算装置７に図８の如
き、座標位置とその位置における集積度の関係を表す３
次元のデータ列が比誘電率毎に作成される。この中か
ら、集積度が所定のレベル以上に達した座標を抽出する
（ステップＳＴ１７，１８）

【００５５】そして波形解析装置１２では、抽出された
座標を頂点とする双曲線を構成する各点をゼロクロス点
とする１周期分の反射データの切り出しを行った（ステ
ップＳＴ１９）後、本発明の第１実施例の場合には、切
り出した反射波データのスペクトルピーク周波数ｆ_p を
（ステップＳＴ２０，２１）、また、第２実施例の場合
には、切り出した反射波データの波長λを（ステップＳ
Ｔ２２）、それぞれ算出し、双曲線を構成する全ての波
形データに対して特徴パラメータを求める（ステップＳ
Ｔ２３）。

【００５６】そして判定装置１３では、上記特徴パラメ
ータの値が一定の値をとる波形データの数をカウント
し、その総数を求める（ステップＳＴ２４）。この結
果、判定装置１３には図９の如き、座標位置と特徴パラ
メータの値が一定の値をとる波形データの総数の関係を
表す３次元のデータ列が作成されるので、この中から総
数が所定のレベル以上に達した座標を検出する（ステッ
プＳＴ２５）。以上の処理により、最終的に検出された
座標およびその時の比誘電率から管路１の埋設位置およ
び埋設深度が表示装置に表示される（ステップＳＴ２
６，２７）。

【００５７】すなわち、電磁波を用いて不可視物体を探
査する場合、送信アンテナに指向性があることから電磁
波は放射状に媒体中を伝搬する。このためパルスレーダ
ー法により得られる地中断面図中において、管路１から
の反射波は双曲線状に点在する。これは受信アンテナ５
が管路に対して真上に位置しなくても管路１からの反射
波は、斜め経路を経て受信アンテナに到達するからであ
る。他方、電磁波はその高周波成分程地中への浸透能力
が弱いため、媒体を伝搬する距離が長い程その波長が長
い方へ（スペクトルピーク周波数は低い方へ）シフトす
る傾向があるが、上記双曲線状に点在する反射波群のう
ち頂点付近に点在する反射波と、裾野付近に点在する反
射波とでは、媒質中の伝搬距離が異なる（直角２等辺３
角形の斜辺の長さは、高さの１．４倍もあることからこ
の差は無視できない）ため、これら反射波間には伝搬距
離差に応じた波長のずれ，もしくは，スペクトルピーク
周波数のずれが発生する。このため本発明は、探査場所
で採取した反射波データに対し、まず仮の比誘電率を用
いて合成開口を行うことで双曲線状に点在している反射
波の群を地中断面図の中から抽出し、これらを目標物体
からの反射波の候補としてみなし、次にこれら反射波の
群の波長，もしくは．周波数を算出してこれら反射波間
に上述した波長、または、スペクトルピーク周波数にず
れが発生する場合のみ目標物体からの反射波であると判
定することにより、目標物体の位置およびその位置にお
ける媒体の比誘電率を同時に検出できるようにしたの
で、媒質中物体からの反射像の幾何学的形状（双曲線）
に着目するだけでは識別できなかった目標物体の位置検
出が電磁波の伝搬過程に起こる電磁波の減衰現象を検出
することで可能となり、この結果、埋設条件にかかわら
ず的確かつ高精度の探査が可能となる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る不可
視物体探査方法は、探査場所で採取した反射波データに
対し、まず仮の比誘電率を用いて合成開口を行うことで
双曲線状に点在している反射波の群を地中断面図の中か
ら抽出し、これらを目標物体からの反射波の候補として
みなし、次にこれら反射波の群の波長，もしくは．周波
数を算出してこれら反射波間に上述した波長、または、
スペクトルピーク周波数にずれが発生する場合のみ目標
物体からの反射波であると判定することにより、目標物
体の位置およびその位置における媒体の比誘電率を同時
に検出できるようにしたので、目標物体の埋設媒体の種
類や目標物体認識に関わるオペレータの判定技術が一切
不要となり、目標物体の反射波位置と埋設媒質の比誘電
率を的確に検出できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す不可視物体探査方法に
おける測定系の説明図である。

【図２】記憶装置に記憶された反射波データをサンプリ
ング順に並べた波形図である。

【図３】双曲線状に分布する反射波データだけを取り出
した波形図である。

【図４】反射波データの１つとそのスペクトル分布を示
す波形図である。

【図５】特徴パラメータを説明する説明図である。

【図６】各反射波データ間の伝搬距離差とスペクトル周
波数差との関係を示す分布特性図である。

【図７】各反射波データ間の伝搬距離差とスペクトル周
波数差との関係の他の例を示す分布特性図である。

【図８】合成開口の結果を示す３次元の分布特性図であ
る。

【図９】演算の結果を示す３次元の分布特性図である。

【図１０】目標物体を示す地中断面図である。

【図１１】本発明を適用した装置の動作を説明するフロ
ーチャートである。

【図１２】本発明を適用した装置の動作を説明するフロ
ーチャートである。

【図１３】本発明を適用した装置の動作を説明するフロ
ーチャートである。

【図１４】従来の不可視物体探査方法における測定系の
説明図である。

【図１５】記憶装置に記憶された反射波データの一例を
示す波形図である。

【図１６】規格化したデータの一例を示す説明図であ
る。

【図１７】画像データの一例を説明する説明図である。

【図１８】反射した電磁波が画像データの中で双曲線に
分布することを説明する説明図である。

【図１９】画像データの他の例を説明する説明図であ
る。

【図２０】パターン認識を利用した測定系の説明図であ
る。

【図２１】記憶装置に記憶される反射波データとその分
割状態を示す波形図である。

【図２２】分割された反射波データとそのスペクトル分
布を示す波形図である。

【図２３】記憶装置に記憶された地中断面図である。

【図２４】地中断面図から目標物体だけを抽出した地中
断面図である。

【符号の説明】

１管路２土３パルス発生装置４送信アンテナ５受信アンテナ６サンプリング装置７演算装置８表示装置９地表面１０記憶装置１２波形解析装置１３判定装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平３−261888（ＪＰ，Ａ) 特開平３−225289（ＪＰ，Ａ) 特開平２−54191（ＪＰ，Ａ) 特開平１−280275（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−305274（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−307375（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01S 7/00 - 7/42 G01S 13/00 - 13/95 G01V 3/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】送信アンテナと受信アンテナを備え、媒
体表面に沿って前記アンテナを一定のピッチで移動させ
ながら送信アンテナから媒体に向けて発信した電磁波を
受信アンテナで受信し、その振幅値対時間の反射波デー
タを一定のピッチ毎に求めて媒質中の所定の物体を探査
する不可視物体探査方法において、前記反射波データの
振幅値が零の時間位置を「１」に、その他の時間位置を
「０」に規格化した規格化データを作成する規格化工程
と、前記規格化データをサンプリング順にアンテナ走査
方向に並べた画像データを作成する作成工程と、前記画
像データの中で規格値が「０」の点については合成開口
処理を省略する工程と、前記画像データの中で規格値が
「１」の点に対して仮の土の比誘電率を所定の刻みで、
かつ、推定される土の比誘電率の範囲で変化させながら
順次設定してゆき仮の土の比誘電率の各設定値毎に合成
開口処理を行う合成開口工程と、この合成開口工程の結
果、集積度が一定値以上となる集積点を抽出する抽出工
程と、集積点を頂点とする双曲線を波形の立ち上がり時
点としその時点から１波長程度の時間だけ反射波データ
を切り出す切り出し工程と、切り出した反射波データを
周波数領域に変換してスペクトルピーク周波数の値を算
出する算出工程と、集積点に位置する反射波データの時
間位置およびスペクトルピーク周波数の値をそれぞれｔ
₀ ，ｆ_p0、双曲線上の各加算点に位置する反射波データ
の時間位置およびスペクトルピーク周波数の値をそれぞ
れｔ_i ，ｆ_pi、土の比誘電率をε_r 、真空中の電磁波の
伝搬速度をｃ₀ とすると、集積点に位置する反射波デー
タと加算点に位置する反射波データとのスペクトルピー
ク周波数の差ｆ_pi−ｆ_p0，および集積点に位置する反射
波データと加算点に位置する反射波データとの伝搬距離
の差ｃ₀ （ｔ_i −ｔ₀ ）／２・ε_r ^1/2から、両者の比の
値を示す特徴パラメータ２・ε_r ^1/2（ｆ_pi−ｆ_p0）／ｃ
₀ （ｔ_i −ｔ₀ ）を計算する計算工程と、この特徴パラ
メータの値が所定の範囲内にある反射波データの数を前
記抽出工程で抽出した集積点毎にカウントし、その総数
が一定のレベル以上に達する集積点を目標物体からの反
射像と判定する判定工程と、判定した集積点の座標位置
に目標物体を表すシンボルを表示する表示工程と、判定
した集積点の比誘電率の値を用いてシンボルの時間位置
を距離位置に変換する変換工程とを備えたことを特徴と
する不可視物体探査方法。
【請求項２】送信アンテナと受信アンテナを備え、媒
体表面に沿って前記アンテナを一定のピッチで移動させ
ながら送信アンテナから媒体に向けて発信した電磁波を
受信アンテナで受信してその振幅値対時間の反射波デー
タを一定のピッチ毎に求め、媒質中の所定の物体を探査
する不可視物体探査方法において、前記反射波データの
振幅値が零の時間位置を「１」に、その他の時間位置を
「０」に規格化した規格化データを作成する規格化工程
と、前記規格化データをサンプリング順にアンテナ走査
方向に並べた画像データを作成する作成工程と、前記画
像データの中で規格値が「０」の点については合成開口
処理を省略する工程と、前記画像データの中で規格値が
「１」の点に対して仮の土の比誘電率を所定の刻みで、
かつ、推定される土の比誘電率の範囲で変化させながら
順次設定してゆき仮の土の比誘電率の各設定値毎に合成
開口処理を行う合成開口工程と、この合成開口工程の結
果、集積度が一定値以上となる集積点を抽出する抽出工
程と、集積点を頂点とする双曲線を波形の立ち上がり時
点としその時点から１波長程度の時間だけ反射波データ
を切り出す切り出し工程と、切り出した反射波データの
波長を計測する計測工程と、集積点に位置する反射波デ
ータの時間位置および波長の値をそれぞれｔ₀ ，λ₀ 、
集積点を頂点とする双曲線上の各加算点に位置する反射
波データの時間位置および波長の値をそれぞれｔ_i ，λ
_i 、土の比誘電率をε_r 、真空中の電磁波の伝搬速度を
ｃ₀ とすると、集積点に位置する反射波データと加算点
に位置する反射波データとの波長の差λ_i −λ₀ ，およ
び集積点に位置する反射波データと加算点に位置する反
射波データとの伝搬距離の差ｃ₀ （ｔ_i −ｔ₀ ）／２・
ε_r ^1/2から、両者の比の値を示す特徴パラメータ２・ε
_r ^1/2（λ_i −λ₀ ）／ｃ₀ （ｔ_i −ｔ₀）を計算する計
算工程と、この特徴パラメータの値が所定の範囲内にあ
る反射波データの数を前記抽出工程で抽出した集積点毎
にカウントし、その総数が一定のレベル以上に達する集
積点を目標物体からの反射像と判定する判定工程と、判
定した集積点の座標位置に目標物体を表すシンボルを表
示する表示工程と、判定した集積点の比誘電率の値を用
いてシンボルの時間位置を距離位置に変換する変換工程
とを備えたことを特徴とする不可視物体探査方法。