JP5506214B2 - 地中レーダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、地中の埋設物を探知するための地中レーダ装置に関し、特に、計測結果に含まれる不要成分を抑制して、計測結果における所望信号と不要成分の比（Ｓ／Ｎ比）の向上を図るようにした地中レーダ装置に関する。

この種の地中レーダ装置としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。この地中レーダ装置は、地上に設置したレーダ装置の送信アンテナから地中に向かって電波を送出し、地中からの反射波をレーダ装置の受信アンテナで受信することにより、地中の埋設物を探知するものである。

特許第３０３９５０９号公報

ところで、地中に向かって送出した電波の一部は地中に透過するが、大部分は地表面で反射するため、地表面からの反射波の強い影響により、地中の埋設物からの反射波を検出することが困難となる。このため、従来では、地表面反射波の影響を低減するためにＳＴＣ（Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ Ｔｉｍｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）処理を行っている。しかし、埋設物が深い位置にありその反射波が微弱な場合には、測定結果において、不要成分の影響により埋設物からの反射波が覆い隠され、深い位置の埋設物の探知精度が十分とは言えなかった。

探知精度を向上するため、計測結果に含まれる不要成分を抑制して測定結果におけるＳ／Ｎ比（所望信号と不要成分の比）を向上させるとよい。地中レーダ装置の測定結果に含まれる不要成分としては、外部からの到来波、回路内で発生する熱雑音等に起因する非定常的な不要成分と、地表面や地中の小石や空洞等、本来探知の対象としない物体からの反射等に起因する定常的な不要成分とがある。前者の非定常的な不要成分は、一般的に測定毎に変化する成分であるため、複数回の測定で得られる受信信号を積算し平均化する平均化処理によって抑制可能である。一方、後者の定常的な不要成分は、同じ条件での測定の繰返しでは変化しない成分であり、前記平均化処理によって抑制することが難しいという問題がある。

ここで、定常的な不要成分について詳述する。
地中レーダ装置の測定結果は、一般的に、波形の中で主体となるメインローブとこのメインローブの両側に付随するサイドローブ（若しくはリンギング）からなるパルス状の波形として捉えられる。このパルス状波形におけるサイドローブ部分が、計測結果に含まれる定常的な不要成分である。例えば、地表面からの反射波、地中の小石や空洞からの反射波及び探知対象の埋設物からの反射波がそれぞれ時間差をもって受信された場合を考える。この計測結果は、図２１に示すように３つのパルス状の波形が重畳されたものが現れる。この場合、図示のように、一般的に地中からの反射波の振幅に比べて地表面からの反射波の振幅は極めて大きい。このため、探知対象の埋設物が深くその反射波が微弱な場合には、地表面からの反射波のサイドローブ部分によって埋設物からの反射波のメインローブ部分が埋もれてしまい探知精度が大きく劣化することになる。このサイドローブ部分の波形は、送信信号の特性、信号伝搬経路の特性、受信信号からの計測結果への処理方法に拠るものであり、同じ条件での測定の繰返しでは変化しない。このため、定常的な不要成分としてのサイドローブ部分は、前述の平均化処理によって抑制することが難しい。

本発明は上記問題点に着目してなされたもので、測定結果に含まれる定常的な不要成分を効果的に抑制して計測結果における所望信号と不要成分の比（Ｓ／Ｎ比）の向上を図るようにした地中レーダ装置を提供することを目的とする。

このため、本発明では、電磁波送信部から地中に向けて電磁波を送出し、電磁波受信部で前記電磁波に基づく反射波を受信し、前記電磁波受信部の受信信号に基づいて地中に埋設された埋設物を探知する地中レーダ装置において、前記電磁波送信部の送信アンテナ位置と前記電磁波受信部の受信アンテナ位置をそれぞれ可変制御する構成とし、異なる送受信アンテナ配置毎に前記電磁波送信部から送出した複数の電磁波に基づいて、電磁波送出毎に前記電磁波受信部で受信される複数の受信信号について前記電磁波送信部の電磁波送信信号と同期する相互相関処理用の参照信号との相互相関処理を行ってサイドローブ形状の異なる複数のパルス圧縮波信号を生成する信号生成部と、該信号生成部で生成されたサイドローブ形状の異なる複数のパルス圧縮波信号を積算する積算処理部と、を備えて構成したことを特徴とする。

かかる構成では、電磁波送信部の送信アンテナ位置と電磁波受信部の受信アンテナ位置をそれぞれ可変制御し、異なる送受信アンテナ配置毎に電磁波送信部から地中に向けて電磁波を送出し、電磁波受信部で前記電磁波に基づく反射波を受信する。信号生成部は、電磁波送信部から複数回送出した電磁波に基づいて電磁波受信部で受信される複数の受信信号について電磁波送信部の電磁波送信信号と同期する相互相関処理用の参照信号との相互相関処理を行ってサイドローブ形状の異なる複数のパルス圧縮波信号を生成する。積算処理部は、信号生成部で生成されたサイドローブ形状の異なる複数のパルス圧縮波信号を積算処理する。これにより、積算処理部の積算処理で得られるパルス圧縮波信号の波形における不要成分であるサイドローブ部分の振幅が抑制されたパルス圧縮波信号が得られ、計測結果のＳ／Ｎ比が向上するようになる。

請求項２のように、前記信号生成部で、相関処理部の相互相関処理で得られたサイドローブ形状の異なる複数のパルス圧縮波信号をディジタル信号に変換し、各パルス圧縮波信号の前記ディジタル信号データを信号記憶部に格納し、前記積算処理部で、前記信号記憶部に格納した信号データを積算する構成とするとよい。

また、請求項３のように、前記電磁波送信部の前記電磁波送信信号、前記電磁波受信部の受信信号及び前記参照信号の少なくとも１つの信号の周波数特性を可変制御し、前記周波数特性を可変する毎に電磁波信号を送出させ、電磁波信号送出毎に得られる各受信信号について前記信号生成部でそれぞれ相互相関処理を行って前記複数のパルス圧縮波信号を生成する構成としてもよい。

また、請求項３の構成において、請求項４のように、前記電磁波送信部の電磁波送信信号と前記参照信号の周波数特性を可変制御する構成としてもよく、また、請求項５のように、前記参照信号の周波数特性を可変制御する構成としてもよい。

また、請求項６の発明では、電磁波送信部から地中に向けて電磁波を送出し、電磁波受信部で前記電磁波に基づく反射波を受信し、前記電磁波受信部の受信信号に基づいて地中に埋設された埋設物を探知する地中レーダ装置において、前記電磁波送信部の送信アンテナ位置と前記電磁波受信部の受信アンテナ位置をそれぞれ可変制御する構成とし、異なる送受信アンテナ配置毎に前記電磁波送信部から送出された複数のパルス状波形の信号に基づく反射波の受信により信号送出毎に前記電磁波受信部から出力されるパルス状受信信号をサイドローブ形状の異なる複数のパルス状信号として生成する信号生成部と、該信号生成部で生成されたサイドローブ形状の異なる複数のパルス状信号を積算する積算処理部と、を備えて構成したことを特徴とする。

また、請求項６の構成において、請求項７のように、前記信号生成部で、前記電磁波受信部から出力されるサイドローブ形状の異なる複数のパルス状受信信号をディジタル信号に変換し、各パルス状受信信号の前記ディジタル信号データを信号記憶部に格納し、前記積算処理部で、前記信号記憶部に格納した信号データを積算する構成とするとよい。また、請求項８のように、前記電磁波送信部の前記電磁波送信信号及び前記電磁波受信部の受信信号の少なくとも１つの信号の周波数特性を可変制御し、前記周波数特性を可変する毎に電磁波を送出させ、電磁波送出毎に前記電磁波受信部からパルス状受信信号を出力する構成とするとよい。

請求項３又は８の構成において、請求項９のように、前記電磁波送信信号の周波数特性を可変制御する構成としてもよく、また、請求項１０のように、前記電磁波受信部の受信信号の周波数特性を可変制御する構成としてもよい。

本発明の地中レーダ装置によれば、複数の受信信号に基づいてサイドローブ形状の異なる複数のパルス状信号を生成し、生成したサイドローブ形状の異なる複数のパルス状信号を積算することにより、送信した電磁波の地中からの反射波に基づく受信信号から得られたパルス状信号のサイドローブレベルを抑制できる。これにより、地表面の反射に代表される大きな反射波に起因する定常的な不要成分が抑制され、且つ、非定常的な不要成分も低減されることで、計測結果のＳ／Ｎ比を向上できる。従って、地中の埋設物からの反射波を精度よく検出できるようになり、地中レーダの埋設物探査精度を向上できる。

本発明に係る地中レーダ装置の参考例を示す構成図 相関処理により得られるパルス圧縮波信号の例を示す図 地中に埋設物がある場合の受信信号の一例を示す図 元のパルス圧縮波と位相をずらしたパルス圧縮波を重ね合わせた様子を示す図 図４の各パルス圧縮波を積算したときのパルス圧縮波波形を示す図 本発明に係る地中レーダ装置の第１実施形態を示す構成図 サイドローブ形状の異なるパルス圧縮波を重ね合わせた様子を示す図 図７の各パルス圧縮波を積算したときのパルス圧縮波波形を示す図 本発明に係る地中レーダ装置の第２実施形態を示す構成図 波源選択部の構成例を示す図 波源選択部の別の構成例を示す図 フィルタ選択部の構成例を示す図 フィルタ選択部の別の構成例を示す図 送信信号の周波数特性のみを可変制御する例の要部構成図 送信信号の周波数特性のみを可変制御する例の別の要部構成図 参照信号の周波数特性のみを可変制御する例の要部構成図 参照信号の周波数特性のみを可変制御する例の別の要部構成図 受信信号の周波数特性のみを可変制御する例の要部構成図 本発明に係る地中レーダ装置の別の参考例を示す構成図 本発明に係る地中レーダ装置の更に実施形態を示す構成図 地中レーダ装置の計測結果における定常的な不要成分の説明図

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る地中レーダ装置の参考例を示す構成図である。
図１において、本参考例の地中レーダ装置１は、受信信号から得られたパルス状信号に基づいてこのパルス状信号と位相をずらしたパルス状信号パターンを生成し、受信信号から得られたパルス状信号と位相をずらしたパルス状信号とを積算処理して不要成分を抑制して、計測結果のＳ／Ｎ比を向上するようにしたもので、パルス状信号として受信信号からパルス圧縮波を得る構成としたものであり、レーダ本体２と、該レーダ本体２に取付けた車輪部３とを備え、探査エリア内でレーダ本体２を移動できる構成としている。尚、レーダ本体２に必ずしも車輪部３を設けなくともよい。この場合は、例えば車輪を有する別体の移動手段にレーダ本体２を載置してレーダ本体２を移動させるようにすればよい。

前記レーダ本体２は、電磁波送信部４と、電磁波受信部５と、信号処理部６と、画像処理部７と、表示部８とを備えて構成される。

前記電磁波送信部４は、地中に向けて例えばチャープ波やＦＭ−ＣＷ波等の電磁波を送出するもので、電磁波送信信号を発生する波源部１１と、該波源部１１からの送信信号をアンプ１３と後述する信号処理部６内の相関処理部３１に分配する分配部１２と、該分配部１２からの送信信号を増幅する前記アンプ１３と、該アンプ１３で増幅した送信信号を地中に向けて送出する送信アンテナ１４とを備える。

前記電磁波受信部５は、地中から反射された電磁波を受信して受信信号を出力するもので、地中からの反射波を受信する受信アンテナ２１と、該受信アンテナ２１からの受信信号を増幅するアンプ２２とを備える。

前記信号処理部６は、電磁波受信部５からの受信信号と前述した分配部１２から送信信号と同期する相互相関処理用の参照信号として分配された送信信号との相互相関処理を行ってパルス圧縮波を生成し、このパルス圧縮波についてノイズ低減処理を行うもので、相関処理部３１と、Ａ／Ｄコンバータ３２と、時間軸補正処理部３３と、メモリ３４と、積算処理部３５と、を備える。

前記相関処理部３１は、電磁波受信部５からの受信信号と電磁波送信部４の分配部１２からの前記参照信号との相互相関処理を行って図２に示すような形状のパルス圧縮波を生成する。

前記Ａ／Ｄコンバータ３２は、相関処理部３１から出力されるアナログのパルス圧縮波を所定のサンプリング周期でサンプリングしてディジタル信号に変換する。

前記時間軸補正処理部３３は、後述するメモリ３４に格納されるＡ／Ｄコンバータ３２からのディジタル信号データを基に、当該ディジタル信号データを時間軸上でずらしたディジタル信号を少なくとも１つ以上作成し、Ａ／Ｄコンバータ３２から出力されるパルス圧縮波に対して位相をずらしたパルス圧縮波信号パターンを生成する。

前記メモリ３４は、Ａ／Ｄコンバータ３２からのディジタル信号データと時間軸補正処理部３３で生成した信号パターンデータをそれぞれ格納する。本参考例では、相関処理部３１、Ａ／Ｄコンバータ３２、時間軸補正処理部３３及びメモリ３４で、信号生成部が構成される。

前記積算処理部３５は、メモリ３４内に格納された元のディジタル信号と時間軸補正処理部３３で生成した位相をずらしたディジタル信号とを積算し、積算結果を平均化して画像処理用データを生成して画像処理部７に出力する。

前記画像処理部７は、信号処理部６からの画像処理用データに基づいて表示部８で表示する表示データを生成する。前記表示部８は、画像処理部７からの表示データを表示する。

次に、本参考例の地中レーダ装置１による埋設物の探査動作について説明する。
波源部１１から、例えばチャープ波等の電磁波送信信号を発生し、分配部１２を介してアンプ１３で増幅し、送信アンテナ１４から真下の地中に向けて電磁波を送出する。また、電磁波の送出と共にレーダ本体２を移動させる。電磁波は、送信アンテナ１４を中心として扇状に広がって地中を伝播して行く。

受信アンテナ２１で、送信アンテナ１４から送出された電磁波に基づく反射波を受信し、その受信信号を信号処理部６の相関処理部３１に送出する。例えば、図１に示すように地中に埋設物９があれば、図３のような受信信号が得られる。図３の受信信号で、受信初期の高レベル部分は地表面からの反射波に基づくもので、その後の高レベル部分は埋設物９からの反射波に基づくものである。

相関処理部３１では、電磁波受信部５から受信信号が入力すると、電磁波送信部４の分配部１２で分配された前記参照信号を用いて、この参照信号と前記受信信号との相互相関処理を行って、図２に示すようなパルス圧縮波を生成する。このパルス圧縮波は、主に埋設物９からの反射部分を示すメインローブの両側に、送信信号の特性、信号伝搬経路の特性等に拠るサイドローブが付随する。

相関処理部３１からのパルス圧縮波信号は、Ａ／Ｄコンバータ３２でディジタル信号に変換されてメモリ３４に格納される。そして、この格納されたディジタル信号データを基に、時間軸補正処理部３３で、ディジタル信号データを時間軸上でずらす補正処理を行って、図４に示すように、元のディジタル信号（図中、実線で示す）に対して位相のずれた補正ディジタル信号（図中、破線と一点鎖線で示す）を１個以上生成する。尚、本参考例では、図４に示すように補正ディジタル信号を２個生成した例を示した。生成した補正ディジタル信号データは、メモリ３４に格納する。

積算処理部３５では、メモリ３４に格納された元のディジタル信号と補正ディジタル信号を加算し平均化する。この積算処理部３５の処理によって、図５に示すような形状のパルス圧縮波信号が生成される。このパルス圧縮波信号は、元のパルス圧縮波信号と比較してメインローブの先鋭さは無くなるが、サイドローブ部分の振幅が抑制されており、パルス圧縮波信号のＳ／Ｎ比が向上している。尚、積算処理部３５において、加算後の平均化処理は必ずしも行わなくてもよい。

そして、画像処理部７は、積算処理部３５からの図５に示す信号に基づいて表示部８で表示する表示データを生成し、表示部８で表示する。

かかる参考例の地中レーダ装置１によれば、受信信号から生成したパルス圧縮波信号に対してサイドローブの位相をずらすように時間軸上でシフトしたパルス圧縮波信号パターンをソフト的に生成し、元のパルス圧縮波信号と生成した位相のずれたパルス圧縮波信号を積算することにより、パルス圧縮波信号のサイドローブを抑制した。これにより、外部からの到来波、回路内で発生する熱雑音等に起因する非定常的な不要成分も含めて、地表面からの反射波や地中の小石や空洞等、本来探知の対象としない物体からの反射波に起因する定常的な不要成分も抑制でき、画像処理部７に送出する計測結果におけるＳ／Ｎ比を向上できる。従って、表示部８で表示される画像において、従来、存在する不要成分に基づく縞状の模様が低減され、埋設物９からの反射波を示す映像部分の視認性を向上できるようになり、地中の埋設物からの反射波を精度よく検出でき、地中レーダの埋設物探査精度を向上できる。

次に、本発明の第１実施形態について説明する。
図６は、本発明の第１実施形態を示す構成図である。尚、参考例と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
図６において、本実施形態の地中レーダ装置４０は、パルス圧縮波の信号波形におけるサイドローブ形状を異ならせるように複数回測定を行って、サイドローブ形状が互いに異なる複数のパルス圧縮波信号を生成し、これら複数のパルス圧縮波信号を積算処理して非定常的及び定常的な各不要成分を抑制して、計測結果のＳ／Ｎ比を向上するようにしたものである。

具体的には、本実施形態の地中レーダ装置４０は、送信アンテナ１４と受信アンテナ２１の位置を可変制御可能なアンテナ位置可変機構４１を備える構成である。尚、その他の構成は、図１の参考例の時間軸補正処理部３３がないことを除いて参考例と同じ構成である。本実施形態では、前記相関処理部３１、Ａ／Ｄコンバータ３２、メモリ３４及びアンテナ位置可変機構４１で、信号生成部が構成される。

次に、第１実施形態の埋設物探査動作をについて説明する。
波源部１１からチャープ等の送信信号を発生してから、反射波の受信信号に基づいたパルス圧縮波信号をディジタル信号に変換してメモリ３４に格納するまでの動作は参考例と同様である。本実施形態では、上記の動作を、アンテナ位置可変機構４１により送信アンテナ１４と受信アンテナ２１の位置を変えて複数回繰返す。送信アンテナ１４と受信アンテナ２１の位置を可変することにより、送受信信号の周波数に対するアンテナ感度等が変化し、信号波形、特にそのサイドローブ形状の異なるパルス圧縮波信号が生成される。

従って、メモリ３４には、図7に示すような測定回数に対応する数（図では実線、破線及び一点鎖線で示す３つの例を示す）のサイドローブ形状の異なるパルス圧縮波信号のディジタル信号データが格納される。積算処理部３５で、メモリ３４に格納された全てのパルス圧縮波信号データを加算し、平均化することにより、図８に示すようなサイドローブの振幅が抑制されたパルス圧縮波信号が生成される。尚、測定回数は、本実施形態の３回に限らず、２回や４回以上でもよいことは言うまでもない。

かかる本実施形態の地中レーダ装置４０によれば、送信アンテナ１４と受信アンテナ２１の位置を可変して複数回測定を行うことにより、サイドローブ形状の異なるパルス圧縮波信号を複数生成し、全てのパルス圧縮波信号を加算することにより、パルス圧縮波信号のサイドローブを抑制するようにした。これにより、参考例と同様に、外部からの到来波、回路内で発生する熱雑音等に起因する非定常的な不要成分も含めて、地表面からの反射波や地中の小石や空洞等、本来探知の対象としない物体からの反射波に起因する定常的な不要成分も抑制でき、画像処理部７に送出する計測結果におけるＳ／Ｎ比を向上できる。

尚、送信アンテナ１４と受信アンテナ２１の位置の変化は、送受信アンテナ１４，２１の間隔を変えるようにしてもよく、送信号アンテナ１４及び受信アンテナ２１の地表面に対する間隔を変えるようにしてもよい。

次に、第１実施形態と同様に、パルス圧縮波の信号波形におけるサイドローブ形状を異ならせるように複数回測定を行って、サイドローブ形状が互いに異なる複数のパルス圧縮波信号を生成し、これら複数のパルス圧縮波信号を積算処理して定常的な不要成分を抑制して、計測結果のＳ／Ｎ比を向上する別の実施形態について以下に説明する。

図９は、本発明の第２実施形態を示す構成図である。尚、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
図９において、本実施形態の地中レーダ装置５０は、予め設定した送信信号のみ発生する第１実施形態の波源部１１に代えて、例えば、ガウシアン波やインパルス波、チャープ波、ＦＭ―ＣＷ波等のように広域の周波数成分を持った異なる送信信号を選択的に発生可能な波源選択部５１と、該波源選択部５１から発生する送信信号の特定の周波数域を減衰するフィルタ特性を選択的に可変可能なフィルタ選択部５２とからなる波源及びフィルタ選択部５３を設ける。また、アンテナ位置可変機構４１はなく、送信アンテナ１４及び受信アンテナ２１は、参考例と同様に固定状態である。その他の構成は、第１実施形態と同じである。本実施形態では、相関処理部３１、Ａ／Ｄコンバータ３２、メモリ３４、及び、波源及びフィルタ選択部５３で、信号生成部が構成される。

前記波源選択部５１は、図１０に示すように、例えば、ガウシアン波、インパルス波、チャープ波、ＦＭ―ＣＷ波等をそれぞれ発生するｎ個の波源１〜ｎからなる波源群５１Ａと、該波源群５１Ａの各波源１〜ｎを選択的に切替え可能なスイッチング回路５１Ｂと、該スイッチング回路５１Ｂの切替え動作を制御するコントローラ５１Ｃとを備えて構成される。尚、波源選択部５１の構成は、図１１に示すように、波源を１つにしてコントローラからのパラメータ変更指令により変調器を用いて波源のパラメータを可変制御して波源からの送信波を選択的に可変するような構成でもよい。

前記フィルタ選択部５２の構成は、図１２に示すように、減衰する周波数域を互いにずらしたｎ個のフィルタ１〜ｎにフィルタなしの経路も含めたフィルタ群５２Ａと、該フィルタ群５２Ａの各フィルタ１〜ｎを選択的に切替え可能なスイッチング回路５２Ｂと、該スイッチング回路５２Ｂの切替え動作を制御するコントローラ５２Ｃとを備えて構成される。尚、フィルタ選択部５２の構成は、図１３に示すように、１つのパッケージ化されたフィルタを用い、このフィルタの構成素子の定数や配置等をコントローラにより可変制御してフィルタ特性を選択的に可変するような構成でもよい。

次に、第２実施形態の地中レーダ装置５０の動作を説明する。
本実施形態の地中レーダ装置５０は、電磁波送信信号と相互相関用の参照信号の両方の周波数特性を可変制御して、サイドローブ形状が互いに異なる複数のパルス圧縮波信号を生成する構成である。

具体的には、波源選択部５１のｎ個の波源１〜ｎの中から１つを選択して送信信号を発生させる。また、フィルタ選択部５２のフィルタを含まない経路も含めてフィルタ１〜ｎを介装した経路の中から１つの経路を選択する。これにより、波源選択部５１から発生した送信信号は、フィルタ選択部５２の選択された経路を介して分配部１２に入力する。その後は、第１実施形態と同様にして、送信アンテナ１４から送信される送信波に基づいた反射波を受信アンテナで受信し、分配部１２からの参照信号と受信信号との相互相関処理により得られるパルス圧縮波信号をディジタル信号に変換してメモリ３４に格納する。上記の測定動作を、波源選択部５１とフィルタ選択部５２で波源とフィルタを切替える毎に繰返し実行する。

このようにして、送信信号と参照信号の両方の周波数特性を可変制御して、サイドローブ形状が互いに異なる複数のパルス圧縮波信号のディジタル信号データをメモリ３４に格納する。そして、メモリ３４に格納した全てのパルス圧縮波信号を加算すれば、パルス圧縮波信号のサイドローブが抑制され、前述した不要成分の少ないパルス圧縮波を生成でき、計測結果のＳ／Ｎ比を向上できる。

尚、波源及びフィルタ選択部５３の構成は、分配部１２に送信する送信信号の周波数特性を可変可能な構成であればよく、図９の構成に限定されない。例えば、図９の波源選択部５１のみの構成でもよく、また、１つの波源と図９のフィルタ選択部５２とで構成してもよい。前者の構成によれば、波源を選択的に切替えれば送信信号の周波数特性が可変でき、後者の構成によれば、フィルタ特性を選択的に切替えれば送信信号の周波数特性が可変できる。

上記第２実施形態では、サイドローブ形状が互いに異なる複数のパルス圧縮波信号を生成するために、電磁波送信信号と参照信号の両方の周波数特性を可変制御する構成としたが、電磁波送信信号のみ、参照信号のみそれぞれ周波数特性を可変制御する構成でもよい。

図１４及び図１５に、電磁波送信信号のみ周波数特性を可変制御する場合の要部構成例を示す。尚、上述の各実施形態の構成要素と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
図１４では、電磁波送信部４に、図９に示す第２実施形態の波源及びフィルタ選択部５３からの送信信号を、分配部１２を省略して直接アンプ１３に供給する一方、同期信号発生部６１と、特定の参照信号用の波源部１１を設ける構成である。本実施形態も、相関処理部３１、Ａ／Ｄコンバータ３２、メモリ３４、及び、波源及びフィルタ選択部５３で、信号生成部が構成される。

図１４の構成によれば、同期信号発生部６１の同期信号により、波源及びフィルタ選択部５３と波源部１１から送信信号が互いに同期して電磁波送信信号と相互相関処理用の参照信号をそれぞれ発生する。電磁波送信信号側は、波源及びフィルタ選択部５３により測定毎に送信信号の周波数特性を可変とする。これにより、送信信号の周波数特性だけを可変して、サイドローブ形状が互いに異なる複数のパルス圧縮波信号を生成することができる。

図１５では、図９の地中レーダ装置５０において、電磁波送信部４に、波源及びフィルタ選択部５３に代えて参考例の波源部１１を設け、更に、分配部１２とアンプ１３との間にフィルタ選択部５２を設ける構成である。本実施形態は、相関処理部３１、Ａ／Ｄコンバータ３２、メモリ３４及びフィルタ選択部５２で、信号生成部が構成される。

図１５の構成も図１４の場合と同様で、分配部１２からの送信信号の周波数特性だけを測定毎にフィルタ選択部５２により可変することで、サイドローブ形状が互いに異なる複数のパルス圧縮波信号を生成することができる。

図１６及び図１７に、参照信号のみ周波数特性を可変制御する場合の要部構成例を示す。尚、上述の各実施形態の構成要素と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
図１６では、図１４の波源及びフィルタ選択部５３と波源部１１とを置き換えた構成である。本実施形態は、相関処理部３１、Ａ／Ｄコンバータ３２、メモリ３４、及び、波源及びフィルタ選択部５３で、信号生成部が構成される。

図１６の構成によれば、同期信号発生部６１の同期信号により、波源及びフィルタ選択部５３と波源部１１から送信信号が互いに同期して電磁波送信信号と相互相関処理用の参照信号をそれぞれ発生する。参照信号側は、波源及びフィルタ選択部５３により測定毎に参照信号の周波数特性を可変とする。これにより、参照信号の周波数特性だけを可変して、サイドローブ形状が互いに異なる複数のパルス圧縮波信号を生成することができる。

図１７では、図１５のフィルタ選択部５２を、分配部１２とアンプ１３との間ではなく、分配部１２と相関処理部３１との間に設ける構成である。本実施形態は、相関処理部３１、Ａ／Ｄコンバータ３２、メモリ３４及びフィルタ選択部５２で、信号生成部が構成される。

図１７の構成も図１６の場合と同様で、分配部１２からの参照信号の周波数特性だけを測定毎にフィルタ選択部５２により可変することで、サイドローブ形状が互いに異なる複数のパルス圧縮波信号を生成することができる。

また、サイドローブ形状が互いに異なる複数のパルス圧縮波信号を生成するために、受信信号のみ周波数特性を可変制御する構成としてもよい。

図１８に、受信信号のみ周波数特性を可変制御する場合の要部構成例を示す。尚、上述の各実施形態の構成要素と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
図１８では、図１７のフィルタ選択部５２を、電磁波送信部４ではなく、電磁波受信部５のアンプ２２の後段に配置する構成である。本実施形態も、相関処理部３１、Ａ／Ｄコンバータ３２、メモリ３４及びフィルタ選択部５３で、信号生成部が構成される。

図１８の構成によれば、電磁波受信部５で受信した反射波に基づいてアンプ２２から出力される受信信号を、測定毎にフィルタ選択部５２により可変することにより、受信信号の周波数特性だけを可変して、サイドローブ形状が互いに異なる複数のパルス圧縮波信号を生成することができる。

次に、電磁波受信部から出力される受信信号をパルス状信号となるよう構成した本発明に係る地中レーダ装置の実施形態について説明する。
図１９は、電磁波受信部から出力される受信信号がパルス状信号である本発明の地中レーダ装置の参考例を示す構成図である。尚、図１の参考例と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。

図１９において、本参考例の地中レーダ装置６０は、電磁波送信部４からパルス状波形の信号を送信することで、電磁波受信部５から出力される受信信号がパルス状信号となる構成のものにおいて、パルス状受信信号から当該受信信号と位相をずらしたパルス状信号パターンを生成し、受信部から出力されるパルス状受信信号と位相をずらしたパルス状信号とを積算処理して不要成分を抑制するようにしたものである。
この地中レーダ装置６０は、図１に示す参考例の分配部１２及び相関処理部３１がなく、波源部１１からパルス状波形の送信信号を送信すること以外は、図１の参考例と同じ構成である。

次に、本参考例の地中レーダ装置６０による埋設物の探査動作について説明する。
波源部１１から、パルス状波形の送信信号を発生し、アンプ１３で増幅し、送信アンテナ１４から真下の地中に向けて電磁波を送出する。受信アンテナ２１は、送信アンテナ１４から送出されたパルス状波形の送信信号に基づくパルス状波形の反射波を受信し、パルス状の受信信号を出力し、このパルス状受信信号は、信号処理部６のＡ／Ｄコンバータ３２でディジタル信号に変換されてメモリ３４に格納される。その後は、図１の参考例と同様にして、ディジタル信号データを基に、時間軸補正処理部３３で元のディジタル信号に対して位相のずれた補正ディジタル信号を生成してメモリ３４に格納し、積算処理部３５で、メモリ３４に格納された元のディジタル信号と補正ディジタル信号を加算し平均化処理する。これにより、図１の参考例と同じように、図５に示すようなパルス状受信信号が得られるので、第１実施形態と同様、外部からの到来波、回路内で発生する熱雑音等に起因する非定常的な不要成分も含めて、地表面からの反射波や地中の小石や空洞等、本来探知の対象としない物体からの反射波に起因する定常的な不要成分も抑制でき、画像処理部７に送出する計測結果におけるＳ／Ｎ比を向上でき、地中の埋設物からの反射波を精度よく検出でき、地中レーダの埋設物探査精度を向上できる。

図２０には、電磁波受信部５からパルス状受信信号を得る構成のものにおいて、パルス状受信信号におけるサイドローブ形状を異ならせるように複数回測定を行って、サイドローブ形状が互いに異なる複数のパルス状受信信号を得て、これら複数のパルス状受信信号を積算処理するようにした地中レーダ装置の実施形態の構成例を示す。

図２０において、本実施形態の地中レーダ装置７０は、図６に示す第１実施形態の分配部１２及び相関処理部３１がなく、波源部１１からパルス状波形の送信信号を送信すること以外は、第１実施形態と同じ構成である。尚、第１実施形態と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。

次に、本実施形態の地中レーダ装置７０の埋設物探査動作をについて説明する。
波源部１１からパルス状波形の送信信号を発生してから、反射波の受信信号に基づいた電磁波受信部５からのパルス状受信信号をディジタル信号に変換してメモリ３４に格納するまでの動作は図１９の実施形態と同様である。本実施形態では、その後、図６の第１実施形態と同様に、上記の動作をアンテナ位置可変機構４１により送信アンテナ１４と受信アンテナ２１の位置を変えて複数回繰返し、サイドローブ形状の異なる複数のパルス状受信信号を得て、メモリ３４に格納し、積算処理部３５で、メモリ３４に格納された全てのパルス状受信信号データを加算・平均化する。これにより、サイドローブの振幅が抑制されたパルス状受信信号が生成され、外部からの到来波、回路内で発生する熱雑音等に起因する非定常的な不要成分も含めて、地表面からの反射波や地中の小石や空洞等、本来探知の対象としない物体からの反射波に起因する定常的な不要成分も抑制でき、画像処理部７に送出する計測結果におけるＳ／Ｎ比を向上でき、地中の埋設物からの反射波を精度よく検出でき、地中レーダの埋設物探査精度を向上できる。

尚、電磁波送信部からパルス状波形の送信信号を送信して電磁波受信部からパルス状受信信号を出力する構成において、サイドローブ形状が互いに異なる複数のパルス状受信信号を得る構成としては、電磁波送信部４に、図９のように波源及びフィルタ選択部５３を設けたり、図１４のように波源及びフィルタ選択部５３を設けたり、図１５のようにフィルタ選択部５２を設けたりすることにより、送信信号の周波数特性を可変制御する構成、また、図１８のように電磁波受信部にフィルタ選択部５２を設けて受信信号の周波数特性を可変制御する構成、及び、これらを組合わせた構成も適用できる。

尚、上述の各実施形態では、Ａ／Ｄコンバータ３２から表示部８までの部分も、レーダ本体２内に設ける構成を示したが、Ａ／Ｄコンバータ３２から表示部８までの部分を、レーダ本体２と電気的に接続可能な外部装置として構成してもよい。

４０、５０、７０ 地中レーダ装置
２ レーダ本体
４ 電磁波送信部
５ 電磁波受信部
６ 信号処理部
１１ 波源
１２ 分配部
１４ 送信アンテナ
２１ 受信アンテナ
３１ 相関処理部
３４ メモリ
３５ 積算処理部
４１ アンテナ位置可変機構
５１ 波源選択部
５２ フィルタ選択部
５３ 波源及びフィルタ選択部
６１ 同期信号発生部

Claims (10)

1. 電磁波送信部から地中に向けて電磁波を送出し、電磁波受信部で前記電磁波に基づく反射波を受信し、前記電磁波受信部の受信信号に基づいて地中に埋設された埋設物を探知する地中レーダ装置において、
   前記電磁波送信部の送信アンテナ位置と前記電磁波受信部の受信アンテナ位置をそれぞれ可変制御する構成とし、
   異なる送受信アンテナ配置毎に前記電磁波送信部から送出した複数の電磁波に基づいて、電磁波送出毎に前記電磁波受信部で受信される複数の受信信号について前記電磁波送信部の電磁波送信信号と同期する相互相関処理用の参照信号との相互相関処理を行ってサイドローブ形状の異なる複数のパルス圧縮波信号を生成する信号生成部と、
   該信号生成部で生成されたサイドローブ形状の異なる複数のパルス圧縮波信号を積算する積算処理部と、
   を備えて構成したことを特徴とする地中レーダ装置。
2. 前記信号生成部で、相関処理部の相互相関処理で得られたサイドローブ形状の異なる複数のパルス圧縮波信号をディジタル信号に変換し、各パルス圧縮波信号の前記ディジタル信号データを信号記憶部に格納し、前記積算処理部で、前記信号記憶部に格納した信号データを積算する構成とした請求項１に記載の地中レーダ装置。
3. 前記電磁波送信部の前記電磁波送信信号、前記電磁波受信部の受信信号及び前記参照信号の少なくとも１つの信号の周波数特性を可変制御し、前記周波数特性を可変する毎に電磁波を送出させ、電磁波送出毎に得られる各受信信号について前記信号生成部でそれぞれ相互相関処理を行って前記複数のパルス圧縮波信号を生成する構成とした請求項１又は２に記載の地中レーダ装置。
4. 前記電磁波送信部の電磁波送信信号と前記参照信号の周波数特性を可変制御する構成である請求項３に記載の地中レーダ装置。
5. 前記参照信号の周波数特性を可変制御する構成である請求項３に記載の地中レーダ装置。
6. 電磁波送信部から地中に向けて電磁波を送出し、電磁波受信部で前記電磁波に基づく反射波を受信し、前記電磁波受信部の受信信号に基づいて地中に埋設された埋設物を探知する地中レーダ装置において、
   前記電磁波送信部の送信アンテナ位置と前記電磁波受信部の受信アンテナ位置をそれぞれ可変制御する構成とし、
   異なる送受信アンテナ配置毎に前記電磁波送信部から送出された複数のパルス状波形の信号に基づく反射波の受信により信号送出毎に前記電磁波受信部から出力されるパルス状受信信号をサイドローブ形状の異なる複数のパルス状信号として生成する信号生成部と、
   該信号生成部で生成されたサイドローブ形状の異なる複数のパルス状信号を積算する積算処理部と、
   を備えて構成したことを特徴とする地中レーダ装置。
7. 前記信号生成部で、前記電磁波受信部から出力されるサイドローブ形状の異なる複数のパルス状受信信号をディジタル信号に変換し、各パルス状受信信号の前記ディジタル信号データを信号記憶部に格納し、前記積算処理部で、前記信号記憶部に格納した信号データを積算する構成とした請求項６に記載の地中レーダ装置。
8. 前記電磁波送信部の前記電磁波送信信号及び前記電磁波受信部の受信信号の少なくとも１つの信号の周波数特性を可変制御し、前記周波数特性を可変する毎に電磁波を送出させ、電磁波送出毎に前記電磁波受信部からパルス状受信信号を出力する構成とした請求項６又は７に記載の地中レーダ装置。
9. 前記電磁波送信信号の周波数特性を可変制御する構成である請求項３又は８に記載の地中レーダ装置。
10. 前記電磁波受信部の受信信号の周波数特性を可変制御する構成である請求項３又は８に記載の地中レーダ装置。

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