JP4166600B2 - 地中探知装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は地中探知装置に関し、更に詳しくは、広範囲の地中に埋設された金属物（地雷等）の探知に適用して好適なるバイスタティック方式の地中探知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地中に埋設された金属物を検出する方法としては、レーダ波を利用すると共に、地表に送受信アンテナを近づけ、電波エコーの戻ってくる時間や信号強度から調べる方法が知られている。また、地中を探査する形態としては、人が金属探知装置を携帯して探査する方法や、車両に金属探知装置を搭載して探査することが行われる。
【０００３】
係る状況の下、従来は、入射角θｉで路面に入射する垂直偏波（入射面に平行な偏波）の反射がブリュースター角を境にして逆位相になることを利用し、路面による反射と地中のレーンマーカ（Ａｌ金属）による反射とを区別するものが知られている（特許文献１）。以下、これを具体的に説明する。
【０００４】
図９は従来技術を説明する図で、図９（Ａ）に大地の断面図を示す。図において、今、路面（土壌）の比誘電率＝ε2（例えば５）とすると、入射面に平行な垂直偏波Ｅｉが入射角θｉ（＝反射角θｒ）で入射するときの路面の反射率Γは（１）式で与えられる。
【０００５】
【数１】
【０００６】
ブリュースター角θBは、反射率Γ＝０となる時の入射角と定義され、（２）式で与えられる。
【０００７】
【数２】
【０００８】
図９（Ｂ）に入射角θｉに対する反射率Γのグラフ図を示す。今、路面の比誘電率ε2＝５とすると、反射率Γの符号はブリュースター角θB＝６６°を境にして、図示の如く正から負に変化する。一方、地中のレーンマーカ（金属）の反射率Γはブリュースター角とは関係なく常にΓ＝−１である。
【０００９】
特許文献１では、この性質を利用し、円偏波の入射角θｉをブリュースター角θBよりも小さくなるように維持すると共に、路面中にレーンマーカが埋設されていない場所では反射波の旋回方向（位相）が反転せず、また路面中にレーンマーカ（金属）が埋設されている場所では反射波の旋回方向（位相）が反転することにより、路面の反射と区別して地中のレーンマーカを検出できる、とするものである。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−１０３９６４号公報（段落「００１６」、図１，図３）。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１の金属探知方式によると、レーンマーカ（金属）が埋設されている場所では、路面からの正位相の反射波）とレーンマーカからの負位相の反射波とが合波されるため、路面の状況（湿潤／乾燥等）や両干渉波の位相差によっては受信波の振幅が小さくなり、レーンマーカの検出に悪影響を与える問題がある。
【００１２】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなされたもので、その目的とする所は、広範囲の地中に埋設された地雷等の金属物を短時間で安全・確実に探知可能な地中探知装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明（１）の地中探知装置は、レーダ信号の送信手段１０及び受信手段２０を大地の目標点に関して互いに略ブリュースター角θBとなる位置に配置し、前記送信手段１０から目標点に向けて送信した入射面に平行な偏波Ｅｉについての大地からの反射波Ｅｒを前記受信手段２０で受信すると共に、該受信手段２０による受信信号の振幅が所定以上であることにより地中の目標物を探知する信号処理手段を備える地中探知装置であって、
前記送信手段及び又は受信手段は大地と垂直な方向に分散配置された複数のアンテナと、各アンテナの送信／受信信号を選択する選択手段とを備えるものである。
【００１４】
図１において、今、送信手段１０より入射面に平行なレーダ波Ｅｉを大地の状態（比誘電率ε2）に応じたブリュースター角θBで目標点に入射すると、該レーダ波Ｅｉは地中（Ｅｔ）の側に全透過するため、地中に金属が無い場所では受信手段２０の側に向かう反射波は生じないが、地中に金属１００がある場所では、該金属１００による反射波Ｅｒが受信手段２０で検出される。この関係は、大地の状態（比誘電率ε2）に応じたブリュースター角θBが維持される限りは成り立つため、よって大地の状態によらず金属の有無を確実に判定可能となる。
【００１５】
本発明（１）によれば、大地と垂直な方向に複数のアンテナを分散配置し、必要に応じてこれらを切り替えることにより、大地の状況（比誘電率）が多少変化しても、送信手段及び又は受信手段を移動させるまでも無く、アンテナの選択を変えるだけで、的確な地中探査を行える。
【００１６】
本発明（２）では、送信手段はパルス圧縮可能なレーダパルスを入射面と平行な方向にスキャンして送信すると供に、受信手段は前記送信手段に同期してパルス圧縮処理を行い、各受信パルスの信号振幅を時系列に検出し、信号処理手段は該検出された各信号振幅を時系列に比較することにより、入射面に平行な方向の地中探知を行うものである。
【００１７】
本発明（２）によれば、パルス圧縮可能なレーダパルスを入射面と平行な方向にスキャンして送信すると共に、その各反射波をパルス圧縮し、時系列に検出することにより、目標点を中心とする入射面に平行な方向の所定領域を細分割して効率よく探知できる。また、検出された各信号振幅を時系列に比較することにより、金属が埋設されているか否かの状態を的確に検出できる。
【００１８】
本発明（３）では、送信手段及び受信手段を入射面と垂直な方向に移動させつつ、信号処理手段は受信手段による受信信号を周波数分割して周波数毎の各受信信号振幅を時系列に比較することにより、入射面に垂直な方向の地中探知を行うものである。
【００１９】
本発明（３）によれば、送信手段及び受信手段を入射面と垂直な方向に移動させることで、目標点を中心とする入射面に垂直な方向の所定領域に照射されたレーダ波は±ｆｄのドプラシフトを受ける。この状態で、信号処理手段は受信信号を周波数分割して周波数毎の各受信信号振幅を時系列に比較することにより、目標点を中心とする入射面に垂直な方向の所定領域を細分割して効率よく探知できる。
【００２０】
本発明（４）では、受信手段の３次元位置を検出する受信位置検出手段を更に備え、信号処理手段は各検出された信号振幅が減少から上昇に転じる時点の受信位置を目標点に関するブリュースター角と認識するものである。従って、地中の金属等を確実に検出できると共に、受信手段が現在ブリュースター角上にいるか否かを容易に把握できる。
【００２１】
本発明（５）では、送信手段の３次元位置を検出する送信位置検出手段を更に備え、送信手段は信号処理手段が認識したブリュースター角に従って該送信手段からの送信電波を目標点に関するブリュースター角上に維持するものである。従って、レーダ波の送信手段及び受信手段を共に現在のブリュースター角上に容易に誘導し、維持できる。
本発明（６）では、探査領域の地図データを表示する表示手段と、信号処理手段により探知された目標物の像を前記表示された地図上に重ね合せて表示する情報処理手段とを備える。従って、金属（地雷等）の分布状況を把握しやすくなり、その後の地雷等の除去作業を効率よく行える。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に好適なる複数の実施の形態を詳細に説明する。なお 、全図を通して同一符号は同一又は相当部分を示すものとする。
【００２３】
図２は実施の形態によるバイスタティック地中探査装置のブロック図で、図において、１０はパルス圧縮可能なレーダ信号を送信する送信ユニット、２０は大地（地中）で反射したレーダ信号を受信しパルス圧縮を行う受信ユニット、３０は該受信されたレーダ信号を解析処理して地中の目標物（地雷１００等）を検出する信号処理ユニット、４０は該検出された目標物のマーカを画面にＢスコープ（２次元表示）で表示する情報処理ユニットである。
【００２４】
送信ユニット１０は、該ユニット１０の主制御を行う送信制御部１１と、パルス圧縮レーダ機能を有するレーダ送信部１２と、大地に対して垂直偏波（入射面に平行な偏波）となるレーダ信号を射出する送信アンテナ１３と、ジャイロなどを使用して送信ユニット１０についての３次元位置、速度、加速度、動揺（姿勢）等の情報を検出する慣性航法部１４と、後述の受信ユニット２０との間で測定の制御や同期を取るための各種情報のやりとりを行うデータ通信部１５と、その送受信アンテナ１６とを備える。なお、送信ユニット１０の３次元絶対位置の検出はディファレンシャルＧＰＳ（Gloqobal Positioning System）等を利用した受信機により行ってもよい。
【００２５】
パルス圧縮レーダ機能としては、例えば１０ＧＨｚ±５０ＭＨｚの範囲で直線状に周波数変調（チャープ）したレーダ信号波を射出し、受信側で周波数対遅延時間特性を有する回路で数ｎｓのパルスに圧縮し、急峻なインパルス状態にすることで、レーダパルスの高い送信電力と、高い距離分解能を得ている。
【００２６】
受信ユニット２０は、該ユニット２０の主制御を行う受信制御部２１と、大地（地中を含む）で反射したレーダ信号を受信するレーダ受信部２２と、受信したレーダ波をパルス圧縮するパルス圧縮部２２ａと、大地に対して垂直偏波となるレーダ信号を受信する受信アンテナ２３と、ジャイロなどを使用して受信ユニット２０についての３次元位置、速度、加速度、動揺（姿勢）等の情報を検出する慣性航法部２４と、前記送信ユニット１０との間で測定の制御や同期を取るための各種情報のやりとりを行うデータ通信部２５と、その送受信アンテナ２６とを備える。
【００２７】
信号処理ユニット３０は、レーダ受信波の合成開口処理を行う合成開口処理部３２と、処理後のレーダ信号に基き地中の地雷１００等を検出する地中検知処理部３３とを備える。
【００２８】
合成開口処理としては、本レーダ装置（送受信ユニット１０，２０等）が入射面と垂直な方向に高速で移動（飛行）することを利用して、該飛行方向に高い角度分解能が得られるところの所謂ビームシャープニング技術を利用している。ビームシャープニング技術としては、レーダ装置の移動に伴って時系列に得られる各レーダ受信信号を合成処理することで、飛行方向に細いビーム幅のレーダ信号を送出したと同等の角度分解能を得る方法、あるいは、レーダ装置の移動に伴ってレーダ受信波に含まれるドプラシフト成分を細分化して各周波数成分を解析することにより、飛行方向に細いビーム幅のレーダ信号を送出したと同等の角度分解能を得る方法を採用できる。
【００２９】
そして、情報処理ユニット４０は、地中探査結果についての画像処理を行うワークステーション４１と、その表示部４１ａと、地図情報を格納しているデータベース（ＤＢ）４２と、オペレータが操作をするマウス等のポインティングデバイス（ＰＤ）４３とを備える。
【００３０】
以上の構成により、好ましくは、２つの飛行体（有人／無人のヘリコプター等）に必要な機能ユニットのみをそれぞれ搭載し、目標エリアの上空を走査するように飛行することで、広範囲の地中に埋設された地雷１００を能率よく安全に探査する。
【００３１】
図３は実施の形態による地中探知原理を説明する図で、図３（Ａ）にレーダ波の入射面に平行な面の断面図を示す。図において、レーダ信号の送信アンテナ１３及び受信アンテナ２３を大地の目標点に関してそれぞれ入射角θｉ及び反射角θｒ（＝θｉ）となる位置に配置し、送信アンテナ１３から送信した入射面に平行な偏波（垂直偏波）を受信アンテナ２３で受信する状態を考える。
【００３２】
挿入図（ａ）に大地の典型的な状態における比誘電率ε2の例を示す。大地の比誘電率ε2は、池や水溜りではε2＝８１程度であり、また土壌の場合は、乾燥状態ではε2＝４〜６程度、また湿潤状態ではε2＝１５〜３０程度となることが知られている。
【００３３】
大地の反射率Γは、上記（１）式に示した如く入射角θｉ及び大地の比誘電率ε2の関数であり、図３（Ｂ）にいくつかの典型的な例について計算した結果のグラフ図を示す。該図の横軸は入射角θｉ、縦軸は反射率の絶対値｜Γ｜てある。ブリュースター角θBは、上記（２）式に示した如く比誘電率ε2の関数であり、土壌が乾燥状態か湿潤状態かによってブリュースター角θBは略５５°〜８０°の範囲で変化することがわかる。
【００３４】
今、例えば入射角θｉ＝３０°一定のところに着目すると、反射率｜Γ｜が略０．２〜０．８と変化するため、金属（｜Γ｜＝１）との識別が困難となるが、本実施の形態による地中探査では、レーダ信号の送受信間で、常に大地の状態（比誘電率ε2）に応じたブリュースター角θBが供に維持されるため、地中の金属(地雷）１００の有／無を確実に判別可能となる。以下、実施の形態による複数の地中探査動作を具体的に説明する。
【００３５】
図４，図５は第１の実施の形態による地中探査動作を説明する図（１）、（２）で、広範囲の地中を２次元的に探査する場合の基本的な構成を示している。図４（Ａ）にレーダ波の入射面に垂直な面の断面図を示す。飛行体Ａには送信ユニット１０を搭載し、飛行体Ｂには受信ユニット２０、信号処理ユニット３０及び情報処理ユニット４０を搭載する。飛行体Ａ,Ｂは、最初は地中探査領域の典型的（平均的）な状態（比誘電率ε2）に応じたブリュースター角となるように配置（操縦）されるが、その後は、飛行体Ａ,Ｂ間のデータ通信機能及び慣性航法機能を利用することで、飛行体Ａ,Ｂの位置，姿勢が各目標点の状態に応じたブリュースター角に維持されるように、操縦（又は自動操縦）される。以下，探査動作を具体的に説明する。
【００３６】
図４（Ａ）において、ａ１はレーダ信号の送信アンテナ（図２の送信アンテナ１３に相当）であり、この例では電子走査アンテナ（フェーズドアレーアンテナ）を採用すると供に、レーダ信号のパルス圧縮技術とフェーズドアレーアンテナの電子走査技術とを併用することで、入射面に平行な方向についての細いビーム幅のレーダパルス信号を生成している。飛行体Ａは、各送信パルスの入射角θｉを、その時点のブリュースター角θBを中心にしてθｊ（＜θB）〜θｋ（＞θB）の範囲内でスキャンして送信すると供に、飛行体Ｂではパルス圧縮された各レーダパルスの受信信号を時分割で処理する。これによって、入射面に平行な方向の探査幅ｈに渡る領域をｎ個の小領域幅（数十ｃｍ〜数ｍ程度）に細分化し、時分割で効率よく探知処理できる。
【００３７】
挿入図（ａ）に１回の探査幅ｈに対応する受信信号振幅のグラフ図を示す。地雷１００の無い場所では、ブリュースター角θBのところで反射率｜Γ｜が最小（図の点線で示す）となるため、飛行体Ｂは現在の自己の位置とブリュースター角θBとの関係を認識できる。また、この角度情報を逐次飛行体Ａにフィードバックすることで、飛行体Ａ，Ｂは常に自己のブリュースター角θBを維持できる。そして、この状態で、もし地雷１００に遭遇すると、その点で受信信号の振幅が大きくなるため、こうして地雷１００の存在を鮮明に検出できる。
【００３８】
図４（Ｂ）に飛行体Ａ，Ｂを上空から見た大地の平面図を示す。上記探査幅ｈの検出を行いながら、飛行体Ａ，Ｂが入射面と垂直な方向に飛行することで、１回の測定につき探査長ｖの領域の探知を同時に行う。以下、具体的に説明する。
【００３９】
今、飛行体Ａ，Ｂが地雷１００の真横を通過しているとすると、地雷１００の前後に分散するレーダビームはドプラシフトを受ける。レーダビームＳｉの中心周波数ｆｉ＝ｆ０とすると、レーダビームＳ１の周波数ｆ１＝ｆ０＋ｆｄ、レーダビームＳｍの周波数ｆｍ＝ｆ０−ｆｄとなる。ｆｄは各ビームが受けるドプラ周波数である。合成開口処理部３２では、レーダ受信信号のドプラシフト成分をドプラフィルタ等により細分化・分離して各周波数成分の振幅を求めることにより、１回の探査領域長ｖをｍ個の小領域長（数十ｃｍ〜数ｍ程度）に細分化し、地雷の有／無を能率よく判定可能となる。更に、この図４（Ｂ）の探査方法と上記図４（Ａ）の探査方法と組み合わせることで、１回の測定につきｎ×ｍ個の小領域の地中探査を効率よく行える。
【００４０】
挿入図（ｂ）にレーダビームＳ１／Ｓｍの受信信号振幅を示す。経路Ｓ１／Ｓｍには地雷１００が存在しないため、中間における反射波の振幅が小さい。なお、この振幅パターンは現在のブリュースター角の確認に利用できる．挿入図（ｃ）にレーダビームＳｉの受信信号振幅を示す。経路Ｓｉには地雷１００が存在するため、中間で反射波の振幅が大きくなっている。
【００４１】
図５は地雷探査の表示画面を示す図で、飛行中の飛行体Ｂ中で表示する場合を示している。予めワークステーション４１に探査領域の地図情報を表示し、予定領域の地雷探査を行う。好ましくは，最初は地図上のＰ１点から探査開始してＱ１点で探査終了する。その際には、飛行体Ａ，Ｂの絶対位置の正確な検出はＧＰＳを利用できる。また、飛行体Ａ，Ｂの操縦は、慣性航法制御情報をもとに、操縦士が行っても良いし、自動操縦を併用しても良い。
【００４２】
好ましくは、地雷１００の検出により表示画面４１ａ上に例えば●印をリアルタイムで表示する。また、検出結果が不確定の場合には例えば○印をリアルタイムで表示する。オペレータは、他に利用できる様々な状況データ（地上の視覚データ等）をもとに総合的に判断し、例えばカーソルＣで○印を指示し、これを●印に変えることも、逆にカーソルＣで●を指示し、これを○印に変えることも可能である。次に飛行体Ａ，Ｂを旋回させてＱ２点から探査開始してＰ２点で探査終了する。以下、同様にして進み、こうして予定のＰ１０／Ｑ１０点までの広範囲な地中探査を効率よく安全に行える。
【００４３】
図６，図７は第２の実施の形態による地中探査動作を説明する図（１），（２）で、少なくとも受信ユニット２０が複数の受信アンテナｂ１〜ｂ３を備える場合を示している。ブリュースター角は大地の状態（比誘電率ε2）により微妙に変化するため、これに素早く対応したい。しかし、これに飛行体Ａ，Ｂの操縦で対処するのには限界があるため、本実施の形態では少なくとも受信ユニット２０の側に例えば３つ受信アンテナｂ１〜ｂ３を大地と垂直となる方向に分散配置し、各時点の大地のブリュースター角θBに対応した最適の受信アンテナｂ１，ｂ２又はｂ３の使用を電子的に選択可能となっている。好ましくは、送信ユニット１０の側にも送信アンテナａ１〜ａ３を分散配置し、これらを電子的に選択可能とする。
【００４４】
図６（Ａ）は大地のブリュースター角がそれまでより広がったため、飛行体Ｂの位置が相対的に高くなった場合を示している。このとき、受信アンテナｂ１の受信振幅は中間部で最小となっており、新たなブリュースター角に対応している。これに対して、それまで使用していた受信アンテナｂ２の受信振幅はその最小となる点が中央よりも少し右方向にずれており、新たなブリュースター角よりも狭い角度に位置している。更に，受信アンテナｂ３は受信アンテナｂ２よりも更に狭い角度に位置しているため、受信振幅が最小となる点が認められない。この場合は、それまで使用していた受信アンテナｂ２の選択を受信アンテナｂ１の使用に切替える。
【００４５】
更に、飛行体Ｂはこの角度に関する情報を飛行体Ａに通知する。この通知を受けた送信ユニット１０では、自己の慣性航法処理部１４によって、それまでの送信ユニット１０が例えばそれまでの受信ユニット２０と同じ３次元位置に居たことを認識できるから、上記受信ユニット２０におけると同様にして，それまで使用していた送信アンテナａ２の選択を送信アンテナａ１の使用に切替える。更にまた、上記飛行体Ｂで検出された角度に関する情報に基き、飛行体Ａ，Ｂの飛行高度を変更しても良い。
【００４６】
図６（Ｂ）は上記とは逆に大地のブリュースター角がそれまでより狭くなったため、飛行体Ｂの位置が相対的に低くなった場合を示している。このとき、受信アンテナｂ３の受信振幅は中間部で最小となっており、新たなブリュースター角に対応している。これに対して、それまで使用していた受信アンテナｂ２の受信振幅はその最小となる点が中央よりも少し左方向にずれており、新たなブリュースター角よりも広い角度に位置している。更に，受信アンテナｂ１は受信アンテナｂ２よりも更に広い角度に位置しているため、受信振幅が最小となる点が認められない。この場合は、それまで使用していた受信アンテナｂ２の選択を受信アンテナｂ３の使用に切替える。以下、上記と同様である。こうして、大地のブリュースター角の変動によらず、常に最適の条件下で地中探査が行える。
【００４７】
上記の機能は飛行体Ａ，Ｂの飛行状態（高度）が微妙に変動した場合にも有効に働く。図７（Ａ）は飛行体Ｂの高度がそれまでよりも高くなった場合を示している。このとき、受信アンテナｂ１の受信振幅は中間部で最小となっており、飛行体Ｂの新たな高度に対応している。これに対して、それまで使用していた受信アンテナｂ２の受信振幅はその最小となる点が中央よりも少し右方向にずれており、現時点のブリュースター角よりも狭い角度に位置している。更に，受信アンテナｂ３は受信アンテナｂ２よりも更に狭い角度に位置しているため、受信振幅が最小となる点が認められない。この場合は、それまで使用していた受信アンテナｂ２の選択を受信アンテナｂ１の使用に切替える。
【００４８】
更に、飛行体Ｂはこの角度に関する情報を飛行体Ａに通知する。この通知を受けた送信ユニット１０では、自己の慣性航法処理部１４によって、それまで維持してきた送信アンテナａ２のブリュースター角（即ち、飛行体Ａの高度）には変更がないことを認識できるから、それまで使用していた送信アンテナａ２の選択をそのまま維持する。
【００４９】
図７（Ｂ）は上記とは逆に飛行体Ｂの高度がそれまでよりも低くなった場合を示している。このとき、受信アンテナｂ３の受信振幅は中間部で最小となっており、飛行体Ｂの新たな高度に対応している。これに対して、それまで使用していた受信アンテナｂ２の受信振幅はその最小となる点が中央よりも少し左方向にずれており、現時点のブリュースター角よりも広い角度に位置している。更に，受信アンテナｂ１は受信アンテナｂ２よりも更に広い角度に位置しているため、受信振幅が最小となる点が認められない。この場合は、それまで使用していた受信アンテナｂ２の選択を受信アンテナｂ３の使用に切替える。以下、上記と同様である。こうして、飛行体Ａ，Ｂの高度の変動によらず、常に最適の条件下で地中探査が行える。
【００５０】
なお、飛行体Ａ，Ｂはそれぞれにブリュースター角θBをなす線の延長上にあればよく、必ずしも高度が一致しなくても良いことは明らかである。この場合に、地雷１００などの危険物を探査する場合には目標点から十分な距離をとって探索し、また単なる金属やその他の埋設物を探査する場合には、目標点に近づいて探知深度や探知精度（分解能）を上げることが可能である。
【００５１】
図８は第３の実施の形態による地中探査動作を説明する図で、飛行体Ａ，Ｂにそれぞれ送受信ユニット１０，２０、信号処理ユニット３０及び情報処理ユニット４０からなるフルセットを搭載し、同一の目標点につき、入射面に平行な一方向と、その逆方向から複数回の地中探査を瞬時に切替えて行うことにより、地中探査の信頼性が向上する場合を示している。
【００５２】
まず、図８（Ａ）に示す如く、あるタイミングで飛行体Ａから目標点に向けてレーダパルスを送信すると共に、飛行体Ｂでは地中からの反射波を受信・解析して１回分の地中探査を行う。次に、図８（Ｂ）に示す如く、飛行体Ｂから同一の目標点に向けてレーダパルスを送信すると共に、飛行体Ａで地中からの反射波を受信・解析して１回分の地中探査を行う。上記１回分の地中探査は、飛行体Ａ，Ｂの飛行速度に比べて十分に短い時間で行えるため、実質同一の目標点に対して左右から２度の地中探査を行え、よって探査の信頼性が向上する。
【００５３】
なお、上記実施の形態では、異なる飛行体Ａ，Ｂに地中探査装置を分散配備し、かつこれらの協動によって地中探査を行ったが、これに限らない。探査対象が爆発物でないような場合には、地中探査装置を単一の飛行体に搭載し、目標領域に十分に接近して地中探査を行ってもよい。この場合は、地中探査装置を、飛行体以外の様々な移動手段（自動車等）に搭載して地中探査を行ってもよい。
【００５４】
更には、測定中には探知データを表示しないで、レーダ受信信号のみを取得し、メモリに蓄積し、後に基地でレーダ解析しても良い。又は、レーダ受信信号を飛行体で解析処理するのではなく、遠隔の基地に無線送信し、該基地で解析処理しても良い。
【００５５】
また、上記実施の形態では、地中の金属（地雷等）を探査する場合を述べたが、これに限らない。他にも、地中の比誘電率が大きく異なる地層等、レーダ波を反射するものであれば何でも本発明の探査対象となり得る。
【００５６】
また、上記実施の形態では、パルス圧縮レーダへの適用例を示したが、これに限らない。本発明の地中探査原理は連続するレーダ波で地中探査行う場合にも適用可能である。
【００５７】
また、上記実施の形態では、レ−ダ波の入射面に平行な偏波（直線偏波）を送受信する場合を述べたが、これに限らない。入射面に平行な偏波成分を有するものであるならば、円偏波を直線偏波に変換するポラライザを用いることにより円偏波のレ−ダ波を送受信してもよい。
【００５８】
また、上記本発明に好適なる複数の実施の形態を述べたが、本発明思想を逸脱しない範囲内で各部の構成、制御、処理及びこれらの組み合わせの様々な変更が行えることは言うまでも無い。
【００５９】
（付記１） レーダ信号の送信手段及び受信手段を大地の目標点に関して互いに略ブリュースター角となる位置に配置し、前記送信手段から目標点に向けて送信した入射面に平行な偏波についての大地からの反射波を前記受信手段で受信すると共に、該受信手段による受信信号の振幅が所定以上であることにより地中の目標物を探知することを特徴とする地中探知方法。
【００６０】
（付記２） レーダ信号の送信手段及び受信手段を大地の目標点に関して互いに略ブリュースター角となる位置に配置し、前記送信手段から目標点に向けて送信した入射面に平行な偏波についての大地からの反射波を前記受信手段で受信すると共に、該受信手段による受信信号の振幅が所定以上であることにより地中の目標物を探知する信号処理手段を備えることを特徴とする地中探知装置。
【００６１】
（付記３） 各飛行体に送信手段及び受信手段の双方を搭載し、同一の目標点に対してレーダ信号の送信位置と受信位置を切り替えることにより複数回探知することを特徴とする付記３記載の地中探知方法。従って、広範囲にわたる効率のよい地中探査が行えると共に、検出の信頼性が向上する。
【００６２】
（付記４） レーダ信号の送信手段及び受信手段を大地の目標点に関して互いに略ブリュースター角となる位置に配置し、前記送信手段から送信した入射面に平行な偏波を前記受信手段で受信すると共に、該受信手段による受信信号の振幅が所定以上であることにより地中の目標物を探知する信号処理手段を備えることを特徴とする地中探知装置。
【００６３】
（付記５） 送信手段はパルス圧縮可能なレーダパルスを入射面と平行な方向にスキャンして送信すると供に、受信手段は前記送信手段に同期してパルス圧縮処理を行い、各受信パルスの信号振幅を時系列に検出し、信号処理手段は該検出された各信号振幅を時系列に比較することにより、入射面に平行な方向の地中探知を行うことを特徴とする付記４記載の地中探知装置。
【００６４】
（付記６） 受信手段の３次元位置を検出する受信位置検出手段を更に備え、信号処理手段は各検出された信号振幅が減少から上昇に転じる時点の受信位置を目標点に関するブリュースター角と認識することを特徴とする付記５記載の地中探知装置。従って、地中の金属等を確実に検出できると共に、受信手段が現在ブリュースター角上にいるか否かを容易に把握できる。
【００６５】
（付記７） 送信手段の３次元位置を検出する送信位置検出手段を更に備え、送信手段は信号処理手段が認識したブリュースター角に従って該送信手段からの送信電波を目標点に関するブリュースター角上に維持することを特徴とする付記６記載の地中探知装置。従って、レーダ波の送信手段及び受信手段を共に現在のブリュースター角上に容易に誘導し、維持できる。
【００６６】
（付記８） 送信手段及び受信手段を入射面と垂直な方向に移動させつつ、信号処理手段は受信手段による受信信号を周波数分割して周波数毎の各受信信号振幅を時系列に比較することにより、入射面に垂直な方向の地中探知を行うことを特徴とする付記４又は５記載の地中探知装置。
【００６７】
（付記９） 送信手段及び又は受信手段は大地と垂直な方向に分散配置された複数のアンテナと、各アンテナの送信／受信信号を選択する選択手段とを備えることを特徴とする付記４記載の地中探知装置。
【００６８】
（付記１０） 探査領域の地図データを表示する表示手段と、信号処理手段により探知された目標物の像を前記表示された地図上に重ね合せて表示する情報処理手段とを備えることを特徴とする付記６記載の地中探知装置。従って、金属（地雷等）の分布状況を把握しやすくなり、その後の地雷等の除去作業を効率よく行える。
【００６９】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、広範囲の地中に埋設された地雷等の金属物を短時間で安全・確実に探知可能となり、金属探査の能率向上に寄与するところが極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明する図である。
【図２】実施の形態によるバイスタティック地中探査装置のブロック図である。
【図３】実施の形態による地中探知原理を説明する図である。
【図４】第１の実施の形態による地中探査動作を説明する図（１）である。
【図５】第１の実施の形態による地中探査動作を説明する図（２）である。
【図６】第２の実施の形態による地中探査動作を説明する図（１）である。
【図７】第２の実施の形態による地中探査動作を説明する図（２）である。
【図８】第３の実施の形態による地中探査動作を説明する図である。
【図９】従来技術を説明する図である。
【符号の説明】
１０ 送信ユニット
１１ 送信制御部
１２ レーダ送信部
１３ 送信アンテナ
１４ 慣性航法部
１５ データ通信部
１６ 送受信アンテナ
２０ 受信ユニット
２１ 受信制御部
２２ レーダ受信部
２２ａ パルス圧縮部
２３ 受信アンテナ
２４ 慣性航法部
２５ データ通信部
２６ 送受信アンテナ
３０ 信号処理ユニット
３２ 合成開口処理部
３３ 地中検知処理部
４０ 情報処理ユニット
４１ ワークステーション
４１ａ 表示部
４２ 地図データベース（ＤＢ）
４３ ポインティングデバイス（ＰＤ）
１００ 地雷（金属）
【発明の属する技術分野】
本発明は地中探知装置に関し、更に詳しくは、広範囲の地中に埋設された金属物（地雷等）の探知に適用して好適なるバイスタティック方式の地中探知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地中に埋設された金属物を検出する方法としては、レーダ波を利用すると共に、地表に送受信アンテナを近づけ、電波エコーの戻ってくる時間や信号強度から調べる方法が知られている。また、地中を探査する形態としては、人が金属探知装置を携帯して探査する方法や、車両に金属探知装置を搭載して探査することが行われる。
【０００３】
係る状況の下、従来は、入射角θｉで路面に入射する垂直偏波（入射面に平行な偏波）の反射がブリュースター角を境にして逆位相になることを利用し、路面による反射と地中のレーンマーカ（Ａｌ金属）による反射とを区別するものが知られている（特許文献１）。以下、これを具体的に説明する。
【０００４】
図９は従来技術を説明する図で、図９（Ａ）に大地の断面図を示す。図において、今、路面（土壌）の比誘電率＝ε2（例えば５）とすると、入射面に平行な垂直偏波Ｅｉが入射角θｉ（＝反射角θｒ）で入射するときの路面の反射率Γは（１）式で与えられる。
【０００５】
【数１】
ブリュースター角θBは、反射率Γ＝０となる時の入射角と定義され、（２）式で与えられる。
【０００７】
【数２】
図９（Ｂ）に入射角θｉに対する反射率Γのグラフ図を示す。今、路面の比誘電率ε2＝５とすると、反射率Γの符号はブリュースター角θB＝６６°を境にして、図示の如く正から負に変化する。一方、地中のレーンマーカ（金属）の反射率Γはブリュースター角とは関係なく常にΓ＝−１である。
【０００９】
特許文献１では、この性質を利用し、円偏波の入射角θｉをブリュースター角θBよりも小さくなるように維持すると共に、路面中にレーンマーカが埋設されていない場所では反射波の旋回方向（位相）が反転せず、また路面中にレーンマーカ（金属）が埋設されている場所では反射波の旋回方向（位相）が反転することにより、路面の反射と区別して地中のレーンマーカを検出できる、とするものである。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−１０３９６４号公報（段落「００１６」、図１，図３）。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１の金属探知方式によると、レーンマーカ（金属）が埋設されている場所では、路面からの正位相の反射波）とレーンマーカからの負位相の反射波とが合波されるため、路面の状況（湿潤／乾燥等）や両干渉波の位相差によっては受信波の振幅が小さくなり、レーンマーカの検出に悪影響を与える問題がある。
【００１２】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなされたもので、その目的とする所は、広範囲の地中に埋設された地雷等の金属物を短時間で安全・確実に探知可能な地中探知装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明（１）の地中探知装置は、レーダ信号の送信手段１０及び受信手段２０を大地の目標点に関して互いに略ブリュースター角θBとなる位置に配置し、前記送信手段１０から目標点に向けて送信した入射面に平行な偏波Ｅｉについての大地からの反射波Ｅｒを前記受信手段２０で受信すると共に、該受信手段２０による受信信号の振幅が所定以上であることにより地中の目標物を探知する信号処理手段を備える地中探知装置であって、
前記送信手段及び又は受信手段は大地と垂直な方向に分散配置された複数のアンテナと、各アンテナの送信／受信信号を選択する選択手段とを備えるものである。
【００１４】
図１において、今、送信手段１０より入射面に平行なレーダ波Ｅｉを大地の状態（比誘電率ε2）に応じたブリュースター角θBで目標点に入射すると、該レーダ波Ｅｉは地中（Ｅｔ）の側に全透過するため、地中に金属が無い場所では受信手段２０の側に向かう反射波は生じないが、地中に金属１００がある場所では、該金属１００による反射波Ｅｒが受信手段２０で検出される。この関係は、大地の状態（比誘電率ε2）に応じたブリュースター角θBが維持される限りは成り立つため、よって大地の状態によらず金属の有無を確実に判定可能となる。
【００１５】
本発明（１）によれば、大地と垂直な方向に複数のアンテナを分散配置し、必要に応じてこれらを切り替えることにより、大地の状況（比誘電率）が多少変化しても、送信手段及び又は受信手段を移動させるまでも無く、アンテナの選択を変えるだけで、的確な地中探査を行える。
【００１６】
本発明（２）では、送信手段はパルス圧縮可能なレーダパルスを入射面と平行な方向にスキャンして送信すると供に、受信手段は前記送信手段に同期してパルス圧縮処理を行い、各受信パルスの信号振幅を時系列に検出し、信号処理手段は該検出された各信号振幅を時系列に比較することにより、入射面に平行な方向の地中探知を行うものである。
【００１７】
本発明（２）によれば、パルス圧縮可能なレーダパルスを入射面と平行な方向にスキャンして送信すると共に、その各反射波をパルス圧縮し、時系列に検出することにより、目標点を中心とする入射面に平行な方向の所定領域を細分割して効率よく探知できる。また、検出された各信号振幅を時系列に比較することにより、金属が埋設されているか否かの状態を的確に検出できる。
【００１８】
本発明（３）では、送信手段及び受信手段を入射面と垂直な方向に移動させつつ、信号処理手段は受信手段による受信信号を周波数分割して周波数毎の各受信信号振幅を時系列に比較することにより、入射面に垂直な方向の地中探知を行うものである。
【００１９】
本発明（３）によれば、送信手段及び受信手段を入射面と垂直な方向に移動させることで、目標点を中心とする入射面に垂直な方向の所定領域に照射されたレーダ波は±ｆｄのドプラシフトを受ける。この状態で、信号処理手段は受信信号を周波数分割して周波数毎の各受信信号振幅を時系列に比較することにより、目標点を中心とする入射面に垂直な方向の所定領域を細分割して効率よく探知できる。
【００２０】
本発明（４）では、受信手段の３次元位置を検出する受信位置検出手段を更に備え、信号処理手段は各検出された信号振幅が減少から上昇に転じる時点の受信位置を目標点に関するブリュースター角と認識するものである。従って、地中の金属等を確実に検出できると共に、受信手段が現在ブリュースター角上にいるか否かを容易に把握できる。
【００２１】
本発明（５）では、送信手段の３次元位置を検出する送信位置検出手段を更に備え、送信手段は信号処理手段が認識したブリュースター角に従って該送信手段からの送信電波を目標点に関するブリュースター角上に維持するものである。従って、レーダ波の送信手段及び受信手段を共に現在のブリュースター角上に容易に誘導し、維持できる。
本発明（６）では、探査領域の地図データを表示する表示手段と、信号処理手段により探知された目標物の像を前記表示された地図上に重ね合せて表示する情報処理手段とを備える。従って、金属（地雷等）の分布状況を把握しやすくなり、その後の地雷等の除去作業を効率よく行える。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に好適なる複数の実施の形態を詳細に説明する。なお 、全図を通して同一符号は同一又は相当部分を示すものとする。
【００２３】
図２は実施の形態によるバイスタティック地中探査装置のブロック図で、図において、１０はパルス圧縮可能なレーダ信号を送信する送信ユニット、２０は大地（地中）で反射したレーダ信号を受信しパルス圧縮を行う受信ユニット、３０は該受信されたレーダ信号を解析処理して地中の目標物（地雷１００等）を検出する信号処理ユニット、４０は該検出された目標物のマーカを画面にＢスコープ（２次元表示）で表示する情報処理ユニットである。
【００２４】
送信ユニット１０は、該ユニット１０の主制御を行う送信制御部１１と、パルス圧縮レーダ機能を有するレーダ送信部１２と、大地に対して垂直偏波（入射面に平行な偏波）となるレーダ信号を射出する送信アンテナ１３と、ジャイロなどを使用して送信ユニット１０についての３次元位置、速度、加速度、動揺（姿勢）等の情報を検出する慣性航法部１４と、後述の受信ユニット２０との間で測定の制御や同期を取るための各種情報のやりとりを行うデータ通信部１５と、その送受信アンテナ１６とを備える。なお、送信ユニット１０の３次元絶対位置の検出はディファレンシャルＧＰＳ（Gloqobal Positioning System）等を利用した受信機により行ってもよい。
【００２５】
パルス圧縮レーダ機能としては、例えば１０ＧＨｚ±５０ＭＨｚの範囲で直線状に周波数変調（チャープ）したレーダ信号波を射出し、受信側で周波数対遅延時間特性を有する回路で数ｎｓのパルスに圧縮し、急峻なインパルス状態にすることで、レーダパルスの高い送信電力と、高い距離分解能を得ている。
【００２６】
受信ユニット２０は、該ユニット２０の主制御を行う受信制御部２１と、大地（地中を含む）で反射したレーダ信号を受信するレーダ受信部２２と、受信したレーダ波をパルス圧縮するパルス圧縮部２２ａと、大地に対して垂直偏波となるレーダ信号を受信する受信アンテナ２３と、ジャイロなどを使用して受信ユニット２０についての３次元位置、速度、加速度、動揺（姿勢）等の情報を検出する慣性航法部２４と、前記送信ユニット１０との間で測定の制御や同期を取るための各種情報のやりとりを行うデータ通信部２５と、その送受信アンテナ２６とを備える。
【００２７】
信号処理ユニット３０は、レーダ受信波の合成開口処理を行う合成開口処理部３２と、処理後のレーダ信号に基き地中の地雷１００等を検出する地中検知処理部３３とを備える。
【００２８】
合成開口処理としては、本レーダ装置（送受信ユニット１０，２０等）が入射面と垂直な方向に高速で移動（飛行）することを利用して、該飛行方向に高い角度分解能が得られるところの所謂ビームシャープニング技術を利用している。ビームシャープニング技術としては、レーダ装置の移動に伴って時系列に得られる各レーダ受信信号を合成処理することで、飛行方向に細いビーム幅のレーダ信号を送出したと同等の角度分解能を得る方法、あるいは、レーダ装置の移動に伴ってレーダ受信波に含まれるドプラシフト成分を細分化して各周波数成分を解析することにより、飛行方向に細いビーム幅のレーダ信号を送出したと同等の角度分解能を得る方法を採用できる。
【００２９】
そして、情報処理ユニット４０は、地中探査結果についての画像処理を行うワークステーション４１と、その表示部４１ａと、地図情報を格納しているデータベース（ＤＢ）４２と、オペレータが操作をするマウス等のポインティングデバイス（ＰＤ）４３とを備える。
【００３０】
以上の構成により、好ましくは、２つの飛行体（有人／無人のヘリコプター等）に必要な機能ユニットのみをそれぞれ搭載し、目標エリアの上空を走査するように飛行することで、広範囲の地中に埋設された地雷１００を能率よく安全に探査する。
【００３１】
図３は実施の形態による地中探知原理を説明する図で、図３（Ａ）にレーダ波の入射面に平行な面の断面図を示す。図において、レーダ信号の送信アンテナ１３及び受信アンテナ２３を大地の目標点に関してそれぞれ入射角θｉ及び反射角θｒ（＝θｉ）となる位置に配置し、送信アンテナ１３から送信した入射面に平行な偏波（垂直偏波）を受信アンテナ２３で受信する状態を考える。
【００３２】
挿入図（ａ）に大地の典型的な状態における比誘電率ε2の例を示す。大地の比誘電率ε2は、池や水溜りではε2＝８１程度であり、また土壌の場合は、乾燥状態ではε2＝４〜６程度、また湿潤状態ではε2＝１５〜３０程度となることが知られている。
【００３３】
大地の反射率Γは、上記（１）式に示した如く入射角θｉ及び大地の比誘電率ε2の関数であり、図３（Ｂ）にいくつかの典型的な例について計算した結果のグラフ図を示す。該図の横軸は入射角θｉ、縦軸は反射率の絶対値｜Γ｜てある。ブリュースター角θBは、上記（２）式に示した如く比誘電率ε2の関数であり、土壌が乾燥状態か湿潤状態かによってブリュースター角θBは略５５°〜８０°の範囲で変化することがわかる。
【００３４】
今、例えば入射角θｉ＝３０°一定のところに着目すると、反射率｜Γ｜が略０．２〜０．８と変化するため、金属（｜Γ｜＝１）との識別が困難となるが、本実施の形態による地中探査では、レーダ信号の送受信間で、常に大地の状態（比誘電率ε2）に応じたブリュースター角θBが供に維持されるため、地中の金属(地雷）１００の有／無を確実に判別可能となる。以下、実施の形態による複数の地中探査動作を具体的に説明する。
【００３５】
図４，図５は第１の実施の形態による地中探査動作を説明する図（１）、（２）で、広範囲の地中を２次元的に探査する場合の基本的な構成を示している。図４（Ａ）にレーダ波の入射面に垂直な面の断面図を示す。飛行体Ａには送信ユニット１０を搭載し、飛行体Ｂには受信ユニット２０、信号処理ユニット３０及び情報処理ユニット４０を搭載する。飛行体Ａ,Ｂは、最初は地中探査領域の典型的（平均的）な状態（比誘電率ε2）に応じたブリュースター角となるように配置（操縦）されるが、その後は、飛行体Ａ,Ｂ間のデータ通信機能及び慣性航法機能を利用することで、飛行体Ａ,Ｂの位置，姿勢が各目標点の状態に応じたブリュースター角に維持されるように、操縦（又は自動操縦）される。以下，探査動作を具体的に説明する。
【００３６】
図４（Ａ）において、ａ１はレーダ信号の送信アンテナ（図２の送信アンテナ１３に相当）であり、この例では電子走査アンテナ（フェーズドアレーアンテナ）を採用すると供に、レーダ信号のパルス圧縮技術とフェーズドアレーアンテナの電子走査技術とを併用することで、入射面に平行な方向についての細いビーム幅のレーダパルス信号を生成している。飛行体Ａは、各送信パルスの入射角θｉを、その時点のブリュースター角θBを中心にしてθｊ（＜θB）〜θｋ（＞θB）の範囲内でスキャンして送信すると供に、飛行体Ｂではパルス圧縮された各レーダパルスの受信信号を時分割で処理する。これによって、入射面に平行な方向の探査幅ｈに渡る領域をｎ個の小領域幅（数十ｃｍ〜数ｍ程度）に細分化し、時分割で効率よく探知処理できる。
【００３７】
挿入図（ａ）に１回の探査幅ｈに対応する受信信号振幅のグラフ図を示す。地雷１００の無い場所では、ブリュースター角θBのところで反射率｜Γ｜が最小（図の点線で示す）となるため、飛行体Ｂは現在の自己の位置とブリュースター角θBとの関係を認識できる。また、この角度情報を逐次飛行体Ａにフィードバックすることで、飛行体Ａ，Ｂは常に自己のブリュースター角θBを維持できる。そして、この状態で、もし地雷１００に遭遇すると、その点で受信信号の振幅が大きくなるため、こうして地雷１００の存在を鮮明に検出できる。
【００３８】
図４（Ｂ）に飛行体Ａ，Ｂを上空から見た大地の平面図を示す。上記探査幅ｈの検出を行いながら、飛行体Ａ，Ｂが入射面と垂直な方向に飛行することで、１回の測定につき探査長ｖの領域の探知を同時に行う。以下、具体的に説明する。
【００３９】
今、飛行体Ａ，Ｂが地雷１００の真横を通過しているとすると、地雷１００の前後に分散するレーダビームはドプラシフトを受ける。レーダビームＳｉの中心周波数ｆｉ＝ｆ０とすると、レーダビームＳ１の周波数ｆ１＝ｆ０＋ｆｄ、レーダビームＳｍの周波数ｆｍ＝ｆ０−ｆｄとなる。ｆｄは各ビームが受けるドプラ周波数である。合成開口処理部３２では、レーダ受信信号のドプラシフト成分をドプラフィルタ等により細分化・分離して各周波数成分の振幅を求めることにより、１回の探査領域長ｖをｍ個の小領域長（数十ｃｍ〜数ｍ程度）に細分化し、地雷の有／無を能率よく判定可能となる。更に、この図４（Ｂ）の探査方法と上記図４（Ａ）の探査方法と組み合わせることで、１回の測定につきｎ×ｍ個の小領域の地中探査を効率よく行える。
【００４０】
挿入図（ｂ）にレーダビームＳ１／Ｓｍの受信信号振幅を示す。経路Ｓ１／Ｓｍには地雷１００が存在しないため、中間における反射波の振幅が小さい。なお、この振幅パターンは現在のブリュースター角の確認に利用できる．挿入図（ｃ）にレーダビームＳｉの受信信号振幅を示す。経路Ｓｉには地雷１００が存在するため、中間で反射波の振幅が大きくなっている。
【００４１】
図５は地雷探査の表示画面を示す図で、飛行中の飛行体Ｂ中で表示する場合を示している。予めワークステーション４１に探査領域の地図情報を表示し、予定領域の地雷探査を行う。好ましくは，最初は地図上のＰ１点から探査開始してＱ１点で探査終了する。その際には、飛行体Ａ，Ｂの絶対位置の正確な検出はＧＰＳを利用できる。また、飛行体Ａ，Ｂの操縦は、慣性航法制御情報をもとに、操縦士が行っても良いし、自動操縦を併用しても良い。
【００４２】
好ましくは、地雷１００の検出により表示画面４１ａ上に例えば●印をリアルタイムで表示する。また、検出結果が不確定の場合には例えば○印をリアルタイムで表示する。オペレータは、他に利用できる様々な状況データ（地上の視覚データ等）をもとに総合的に判断し、例えばカーソルＣで○印を指示し、これを●印に変えることも、逆にカーソルＣで●を指示し、これを○印に変えることも可能である。次に飛行体Ａ，Ｂを旋回させてＱ２点から探査開始してＰ２点で探査終了する。以下、同様にして進み、こうして予定のＰ１０／Ｑ１０点までの広範囲な地中探査を効率よく安全に行える。
【００４３】
図６，図７は第２の実施の形態による地中探査動作を説明する図（１），（２）で、少なくとも受信ユニット２０が複数の受信アンテナｂ１〜ｂ３を備える場合を示している。ブリュースター角は大地の状態（比誘電率ε2）により微妙に変化するため、これに素早く対応したい。しかし、これに飛行体Ａ，Ｂの操縦で対処するのには限界があるため、本実施の形態では少なくとも受信ユニット２０の側に例えば３つ受信アンテナｂ１〜ｂ３を大地と垂直となる方向に分散配置し、各時点の大地のブリュースター角θBに対応した最適の受信アンテナｂ１，ｂ２又はｂ３の使用を電子的に選択可能となっている。好ましくは、送信ユニット１０の側にも送信アンテナａ１〜ａ３を分散配置し、これらを電子的に選択可能とする。
【００４４】
図６（Ａ）は大地のブリュースター角がそれまでより広がったため、飛行体Ｂの位置が相対的に高くなった場合を示している。このとき、受信アンテナｂ１の受信振幅は中間部で最小となっており、新たなブリュースター角に対応している。これに対して、それまで使用していた受信アンテナｂ２の受信振幅はその最小となる点が中央よりも少し右方向にずれており、新たなブリュースター角よりも狭い角度に位置している。更に，受信アンテナｂ３は受信アンテナｂ２よりも更に狭い角度に位置しているため、受信振幅が最小となる点が認められない。この場合は、それまで使用していた受信アンテナｂ２の選択を受信アンテナｂ１の使用に切替える。
【００４５】
更に、飛行体Ｂはこの角度に関する情報を飛行体Ａに通知する。この通知を受けた送信ユニット１０では、自己の慣性航法処理部１４によって、それまでの送信ユニット１０が例えばそれまでの受信ユニット２０と同じ３次元位置に居たことを認識できるから、上記受信ユニット２０におけると同様にして，それまで使用していた送信アンテナａ２の選択を送信アンテナａ１の使用に切替える。更にまた、上記飛行体Ｂで検出された角度に関する情報に基き、飛行体Ａ，Ｂの飛行高度を変更しても良い。
【００４６】
図６（Ｂ）は上記とは逆に大地のブリュースター角がそれまでより狭くなったため、飛行体Ｂの位置が相対的に低くなった場合を示している。このとき、受信アンテナｂ３の受信振幅は中間部で最小となっており、新たなブリュースター角に対応している。これに対して、それまで使用していた受信アンテナｂ２の受信振幅はその最小となる点が中央よりも少し左方向にずれており、新たなブリュースター角よりも広い角度に位置している。更に，受信アンテナｂ１は受信アンテナｂ２よりも更に広い角度に位置しているため、受信振幅が最小となる点が認められない。この場合は、それまで使用していた受信アンテナｂ２の選択を受信アンテナｂ３の使用に切替える。以下、上記と同様である。こうして、大地のブリュースター角の変動によらず、常に最適の条件下で地中探査が行える。
【００４７】
上記の機能は飛行体Ａ，Ｂの飛行状態（高度）が微妙に変動した場合にも有効に働く。図７（Ａ）は飛行体Ｂの高度がそれまでよりも高くなった場合を示している。このとき、受信アンテナｂ１の受信振幅は中間部で最小となっており、飛行体Ｂの新たな高度に対応している。これに対して、それまで使用していた受信アンテナｂ２の受信振幅はその最小となる点が中央よりも少し右方向にずれており、現時点のブリュースター角よりも狭い角度に位置している。更に，受信アンテナｂ３は受信アンテナｂ２よりも更に狭い角度に位置しているため、受信振幅が最小となる点が認められない。この場合は、それまで使用していた受信アンテナｂ２の選択を受信アンテナｂ１の使用に切替える。
【００４８】
更に、飛行体Ｂはこの角度に関する情報を飛行体Ａに通知する。この通知を受けた送信ユニット１０では、自己の慣性航法処理部１４によって、それまで維持してきた送信アンテナａ２のブリュースター角（即ち、飛行体Ａの高度）には変更がないことを認識できるから、それまで使用していた送信アンテナａ２の選択をそのまま維持する。
【００４９】
図７（Ｂ）は上記とは逆に飛行体Ｂの高度がそれまでよりも低くなった場合を示している。このとき、受信アンテナｂ３の受信振幅は中間部で最小となっており、飛行体Ｂの新たな高度に対応している。これに対して、それまで使用していた受信アンテナｂ２の受信振幅はその最小となる点が中央よりも少し左方向にずれており、現時点のブリュースター角よりも広い角度に位置している。更に，受信アンテナｂ１は受信アンテナｂ２よりも更に広い角度に位置しているため、受信振幅が最小となる点が認められない。この場合は、それまで使用していた受信アンテナｂ２の選択を受信アンテナｂ３の使用に切替える。以下、上記と同様である。こうして、飛行体Ａ，Ｂの高度の変動によらず、常に最適の条件下で地中探査が行える。
【００５０】
なお、飛行体Ａ，Ｂはそれぞれにブリュースター角θBをなす線の延長上にあればよく、必ずしも高度が一致しなくても良いことは明らかである。この場合に、地雷１００などの危険物を探査する場合には目標点から十分な距離をとって探索し、また単なる金属やその他の埋設物を探査する場合には、目標点に近づいて探知深度や探知精度（分解能）を上げることが可能である。
【００５１】
図８は第３の実施の形態による地中探査動作を説明する図で、飛行体Ａ，Ｂにそれぞれ送受信ユニット１０，２０、信号処理ユニット３０及び情報処理ユニット４０からなるフルセットを搭載し、同一の目標点につき、入射面に平行な一方向と、その逆方向から複数回の地中探査を瞬時に切替えて行うことにより、地中探査の信頼性が向上する場合を示している。
【００５２】
まず、図８（Ａ）に示す如く、あるタイミングで飛行体Ａから目標点に向けてレーダパルスを送信すると共に、飛行体Ｂでは地中からの反射波を受信・解析して１回分の地中探査を行う。次に、図８（Ｂ）に示す如く、飛行体Ｂから同一の目標点に向けてレーダパルスを送信すると共に、飛行体Ａで地中からの反射波を受信・解析して１回分の地中探査を行う。上記１回分の地中探査は、飛行体Ａ，Ｂの飛行速度に比べて十分に短い時間で行えるため、実質同一の目標点に対して左右から２度の地中探査を行え、よって探査の信頼性が向上する。
【００５３】
なお、上記実施の形態では、異なる飛行体Ａ，Ｂに地中探査装置を分散配備し、かつこれらの協動によって地中探査を行ったが、これに限らない。探査対象が爆発物でないような場合には、地中探査装置を単一の飛行体に搭載し、目標領域に十分に接近して地中探査を行ってもよい。この場合は、地中探査装置を、飛行体以外の様々な移動手段（自動車等）に搭載して地中探査を行ってもよい。
【００５４】
更には、測定中には探知データを表示しないで、レーダ受信信号のみを取得し、メモリに蓄積し、後に基地でレーダ解析しても良い。又は、レーダ受信信号を飛行体で解析処理するのではなく、遠隔の基地に無線送信し、該基地で解析処理しても良い。
【００５５】
また、上記実施の形態では、地中の金属（地雷等）を探査する場合を述べたが、これに限らない。他にも、地中の比誘電率が大きく異なる地層等、レーダ波を反射するものであれば何でも本発明の探査対象となり得る。
【００５６】
また、上記実施の形態では、パルス圧縮レーダへの適用例を示したが、これに限らない。本発明の地中探査原理は連続するレーダ波で地中探査行う場合にも適用可能である。
【００５７】
また、上記実施の形態では、レ−ダ波の入射面に平行な偏波（直線偏波）を送受信する場合を述べたが、これに限らない。入射面に平行な偏波成分を有するものであるならば、円偏波を直線偏波に変換するポラライザを用いることにより円偏波のレ−ダ波を送受信してもよい。
【００５８】
また、上記本発明に好適なる複数の実施の形態を述べたが、本発明思想を逸脱しない範囲内で各部の構成、制御、処理及びこれらの組み合わせの様々な変更が行えることは言うまでも無い。
【００５９】
（付記１） レーダ信号の送信手段及び受信手段を大地の目標点に関して互いに略ブリュースター角となる位置に配置し、前記送信手段から目標点に向けて送信した入射面に平行な偏波についての大地からの反射波を前記受信手段で受信すると共に、該受信手段による受信信号の振幅が所定以上であることにより地中の目標物を探知することを特徴とする地中探知方法。
【００６０】
（付記２） レーダ信号の送信手段及び受信手段を大地の目標点に関して互いに略ブリュースター角となる位置に配置し、前記送信手段から目標点に向けて送信した入射面に平行な偏波についての大地からの反射波を前記受信手段で受信すると共に、該受信手段による受信信号の振幅が所定以上であることにより地中の目標物を探知する信号処理手段を備えることを特徴とする地中探知装置。
【００６１】
（付記３） 各飛行体に送信手段及び受信手段の双方を搭載し、同一の目標点に対してレーダ信号の送信位置と受信位置を切り替えることにより複数回探知することを特徴とする付記３記載の地中探知方法。従って、広範囲にわたる効率のよい地中探査が行えると共に、検出の信頼性が向上する。
【００６２】
（付記４） レーダ信号の送信手段及び受信手段を大地の目標点に関して互いに略ブリュースター角となる位置に配置し、前記送信手段から送信した入射面に平行な偏波を前記受信手段で受信すると共に、該受信手段による受信信号の振幅が所定以上であることにより地中の目標物を探知する信号処理手段を備えることを特徴とする地中探知装置。
【００６３】
（付記５） 送信手段はパルス圧縮可能なレーダパルスを入射面と平行な方向にスキャンして送信すると供に、受信手段は前記送信手段に同期してパルス圧縮処理を行い、各受信パルスの信号振幅を時系列に検出し、信号処理手段は該検出された各信号振幅を時系列に比較することにより、入射面に平行な方向の地中探知を行うことを特徴とする付記４記載の地中探知装置。
【００６４】
（付記６） 受信手段の３次元位置を検出する受信位置検出手段を更に備え、信号処理手段は各検出された信号振幅が減少から上昇に転じる時点の受信位置を目標点に関するブリュースター角と認識することを特徴とする付記５記載の地中探知装置。従って、地中の金属等を確実に検出できると共に、受信手段が現在ブリュースター角上にいるか否かを容易に把握できる。
【００６５】
（付記７） 送信手段の３次元位置を検出する送信位置検出手段を更に備え、送信手段は信号処理手段が認識したブリュースター角に従って該送信手段からの送信電波を目標点に関するブリュースター角上に維持することを特徴とする付記６記載の地中探知装置。従って、レーダ波の送信手段及び受信手段を共に現在のブリュースター角上に容易に誘導し、維持できる。
【００６６】
（付記８） 送信手段及び受信手段を入射面と垂直な方向に移動させつつ、信号処理手段は受信手段による受信信号を周波数分割して周波数毎の各受信信号振幅を時系列に比較することにより、入射面に垂直な方向の地中探知を行うことを特徴とする付記４又は５記載の地中探知装置。
【００６７】
（付記９） 送信手段及び又は受信手段は大地と垂直な方向に分散配置された複数のアンテナと、各アンテナの送信／受信信号を選択する選択手段とを備えることを特徴とする付記４記載の地中探知装置。
【００６８】
（付記１０） 探査領域の地図データを表示する表示手段と、信号処理手段により探知された目標物の像を前記表示された地図上に重ね合せて表示する情報処理手段とを備えることを特徴とする付記６記載の地中探知装置。従って、金属（地雷等）の分布状況を把握しやすくなり、その後の地雷等の除去作業を効率よく行える。
【００６９】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、広範囲の地中に埋設された地雷等の金属物を短時間で安全・確実に探知可能となり、金属探査の能率向上に寄与するところが極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明する図である。
【図２】実施の形態によるバイスタティック地中探査装置のブロック図である。
【図３】実施の形態による地中探知原理を説明する図である。
【図４】第１の実施の形態による地中探査動作を説明する図（１）である。
【図５】第１の実施の形態による地中探査動作を説明する図（２）である。
【図６】第２の実施の形態による地中探査動作を説明する図（１）である。
【図７】第２の実施の形態による地中探査動作を説明する図（２）である。
【図８】第３の実施の形態による地中探査動作を説明する図である。
【図９】従来技術を説明する図である。
【符号の説明】
１０ 送信ユニット
１１ 送信制御部
１２ レーダ送信部
１３ 送信アンテナ
１４ 慣性航法部
１５ データ通信部
１６ 送受信アンテナ
２０ 受信ユニット
２１ 受信制御部
２２ レーダ受信部
２２ａ パルス圧縮部
２３ 受信アンテナ
２４ 慣性航法部
２５ データ通信部
２６ 送受信アンテナ
３０ 信号処理ユニット
３２ 合成開口処理部
３３ 地中検知処理部
４０ 情報処理ユニット
４１ ワークステーション
４１ａ 表示部
４２ 地図データベース（ＤＢ）
４３ ポインティングデバイス（ＰＤ）
１００ 地雷（金属）
Claims (6)
- レーダ信号の送信手段及び受信手段を大地の目標点に関して互いに略ブリュースター角となる位置に配置し、前記送信手段から目標点に向けて送信した入射面に平行な偏波についての大地からの反射波を前記受信手段で受信すると共に、該受信手段による受信信号の振幅が所定以上であることにより地中の目標物を探知する信号処理手段を備える地中探知装置であって、
前記送信手段及び又は受信手段は大地と垂直な方向に分散配置された複数のアンテナと、各アンテナの送信／受信信号を選択する選択手段とを備えることを特徴とする地中探知装置。 - 送信手段はパルス圧縮可能なレーダパルスを入射面と平行な方向にスキャンして送信すると供に、受信手段は前記送信手段に同期してパルス圧縮処理を行い、各受信パルスの信号振幅を時系列に検出し、信号処理手段は該検出された各信号振幅を時系列に比較することにより、入射面に平行な方向の地中探知を行うことを特徴とする請求項１記載の地中探知装置。
- 送信手段及び受信手段を入射面と垂直な方向に移動させつつ、信号処理手段は受信手段による受信信号を周波数分割して周波数毎の各受信信号振幅を時系列に比較することにより、入射面に垂直な方向の地中探知を行うことを特徴とする請求項２記載の地中探知装置。
- 受信手段の３次元位置を検出する受信位置検出手段を更に備え、信号処理手段は各検出された信号振幅が減少から上昇に転じる時点の受信位置を目標点に関するブリュースター角と認識することを特徴とする請求項２又は３記載の地中探知装置。
- 送信手段の３次元位置を検出する送信位置検出手段を更に備え、送信手段は信号処理手段が認識したブリュースター角に従って該送信手段からの送信電波を目標点に関するブリュースター角上に維持することを特徴とする請求項４記載の地中探知装置。
- 探査領域の地図データを表示する表示手段と、信号処理手段により探知された目標物の像を前記表示された地図上に重ね合せて表示する情報処理手段とを備えることを特徴とする請求項３記載の地中探知装置。
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