JP6416694B2 - 地中レーダ装置及び測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、地中レーダの技術に関する。

従来のレーダ探査技術として、例えば非特許文献１、２に記載される技術が知られている。図３７は従来のレーダ探査技術を説明する図である。図３７のレーダ探査技術は、センシング対象であるコンクリート壁１０００の表面ではなく内部を、レーダの電磁波における複数種類の偏波を使用して検出するレーダ装置に関する技術である。図３７には、レーダ装置の送受信アンテナ１００２を移動させる走査機構１００４，１００６が示される。走査機構１００４は送受信アンテナ１００２を水平方向に移動させるための機構である。走査機構１００６は送受信アンテナ１００２を垂直方向に移動させるための機構である。送受信アンテナ１００２は、走査機構１００４，１００６によって、コンクリート壁１０００の表面に沿って、水平（左右）方向と垂直（上下）方向とに移動する。図３７の構成により、コンクリート家屋に対してレーダ探査技術を適用する。

図３７において、コンクリート壁１０００は、鉄筋コンクリートの板であり、コンクリート内部に縦横方向の格子状に鉄筋を有する。また、コンクリート壁１０００はコンクリート壁を模した供試体である。この供試体には、事前に加力試験により損傷が加えられている。

図３８は、図３７の構成によるレーダ画像を示す。図３８（ａ）及び（ｂ）は共に同一深度のレーダ画像である。図３８（ａ）は同一偏波によるレーダ画像であり、図３８（ｂ）は直交偏波によるレーダ画像である。同一偏波では、レーダ装置の送受信アンテナ１００２から放射された電磁波が右旋円偏波の場合には反射波の受信も同じ右旋円偏波を使用し、レーダ装置の送受信アンテナ１００２から放射された電磁波が左旋円偏波の場合には反射波の受信も同じ左旋円偏波を使用する。直交偏波では、レーダ装置の送受信アンテナ１００２から放射された電磁波が右旋円偏波の場合には反射波の受信に左旋円偏波を使用し、レーダ装置の送受信アンテナ１００２から放射された電磁波が左旋円偏波の場合には反射波の受信に右旋円偏波を使用する。

図３８（ａ）の同一偏波によるレーダ画像では、コンクリート壁１０００の内部の鉄筋が強調される。他方、図３８（ｂ）の直交偏波によるレーダ画像では、コンクリート壁１０００の内部に存在する“き裂”が強調される。この“き裂”は、コンクリート壁１０００に対して事前に加力試験により加えられた損傷である。図３８（ａ）及び（ｂ）の各レーダ画像に示されるように、偏波フィルタを選択することにより、探査目的の対象としてコンクリート壁１０００の内部の鉄筋又は損傷（例えば“き裂”）を強調した検知を行うことができる。

このように、図３７の構成により、コンクリート壁１０００の全面に渡り鉄筋に対して平行の走査と直交の走査とを複数回繰り返しながら偏波を送受信することにより、コンクリート壁１０００の内部の状態を測定する。具体的には、同一偏波を使用して、コンクリート壁１０００の内部で格子状に存在する鉄筋の分布や位置を測定する。また、直交偏波を使用して、コンクリート壁１０００の内部のうち鉄筋の位置以外に“き裂”等の損傷を測定する。

佐藤源之、"基調講演「電波科学による・防災・減災への取り組み」"、災害・危機管理ICTシンポジューム2015、２０１５年２月６日、［平成２７年４月２８日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://ictfss.nict.go.jp/yokohama2015/＞ 高橋一徳、岡村菜花、佐藤源之、"偏波GB-SARによるコンクリート壁内部損傷の非破壊センシングのための基礎実験"、電気学会論文誌A、Vol.134、No.4、pp.166-172、２０１４年４月１日、［平成２７年４月２８日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：https://www.jstage.jst.go.jp/browse/ieejfms/134/4/_contents/-char/ja/＞ 羽渕裕真、解説論文"M系列を基に構成される系列とその通信への応用"、Fundamentals Review Vol.3 No.1，pp.32-42． 丸林元、中川正雄、河野隆二 著、"スペクトル拡散通信とその応用"、電子情報通信学会、コロナ社、平成１０年５月１０日発行、3.1.2 疑似雑音（PN）系列とはp.54-57、 3.3.1 LFSR系列（線形帰還シフトレジスタ系列）ｐ.69-82、（3）M系列ｐ.76-80、（4）Gold系列ｐ.80-82．

図３９は、上記の図３７の構成による送受信アンテナ１００２の移動（走査）の順路を示す。図３９（ａ）は水平方向の走査を示し、図３９（ｂ）は垂直方向の走査を示す。また、図４０は、コンクリート壁１０００の内部の鉄筋に対する走査の順路を示す。図３９（ａ）に示されるように水平方向の走査では、コンクリート壁１０００の壁面に対して、送受信アンテナ１００２を水平方向（Ｘ軸、実線矢印の方向）に移動させて測定する。このとき、水平方向の一つの走査毎に、垂直方向の移動（Ｙ軸、破線矢印の移動）を行う。他方、図３９（ｂ）に示されるように垂直方向の走査では、コンクリート壁１０００の壁面に対して、送受信アンテナ１００２を垂直方向（Ｙ軸、実線矢印の方向）に移動させて測定する。このとき、垂直方向の一つの走査毎に、水平方向の移動（Ｘ軸、破線矢印の移動）を行う。

したがって、上記の図３７の構成では、図４０に示されるコンクリート壁１０００の内部の鉄筋の方向に合わせて、水平方向の走査と垂直方向の走査とをコンクリート壁１０００の全面に渡り各々複数回実施する。この水平方向の走査と垂直方向の走査とは、上記の図３８（ａ）及び（ｂ）の各々に対応する同一偏波を使用した測定と直交偏波を使用した測定とのそれぞれに対して実施される。このように、従来のレーダ探査技術では、測定の手順が多かった。

上記事情に鑑み、本発明は、地中レーダを使用した測定の効率を向上させることができる技術の提供を目的としている。

本発明の一態様は、互いに直交する偏波成分を各々生成する偏波生成部と、前記偏波生成部により生成された前記偏波成分を有する電磁波を地中に向かって放射する送信アンテナと、前記電磁波の反射波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナで受信された前記反射波の受信信号から前記偏波成分を抽出する偏波成分抽出部と、前記偏波成分抽出部により抽出された前記偏波成分の各強度の比に基づいて、線状導体からなる埋設物の向きを判断する統合処理部と、を備える地中レーダ装置である。

本発明の一態様は、上記の地中レーダ装置において、前記統合処理部は、前記偏波成分抽出部により抽出された前記偏波成分の各強度の比に基づいて、前記偏波成分の座標系から前記埋設物の座標系に変換する座標回転角を取得する。

本発明の一態様は、上記の地中レーダ装置において、前記偏波生成部により生成された前記偏波成分に対して、直交する相手の成分とは異なる符号化変調コードを使用して符号化変調を行う符号化変調部をさらに備え、前記偏波成分抽出部は、前記符号化変調コードに基づく復調により、前記偏波成分の抽出を行う。

本発明の一態様は、偏波面が回転する偏波面回転波を生成する偏波面回転波生成部と、前記偏波面回転波生成部により生成された前記偏波面回転波を有する電磁波を地中に向かって放射する送信アンテナと、前記電磁波の反射波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナで受信された前記反射波の受信信号から特定の複数の各偏波角に沿う信号を抽出する信号抽出部と、前記信号抽出部により抽出された前記各偏波角に沿う信号の強度の比に基づいて、線状導体からなる埋設物の向きを判断する統合処理部と、を備える。

本発明の一態様は、上記の地中レーダ装置において、前記統合処理部は、前記信号抽出部により抽出された前記各偏波角に沿う信号の強度の比に基づいて、前記偏波角の座標系から前記埋設物の座標系に変換する座標回転角を取得する。

本発明の一態様は、上記の地中レーダ装置において、前記偏波面回転波生成部により生成された前記偏波面回転波に対して、偏波角毎に異なる符号化変調コードを使用して符号化変調を行う符号化変調部をさらに備え、前記信号抽出部は、前記符号化変調コードに基づく復調により、前記偏波角に沿う信号の抽出を行う。

本発明の一態様は、互いに直交する偏波成分を各々生成する偏波生成ステップと、前記偏波生成ステップにより生成された前記偏波成分を有する電磁波を送信アンテナから地中に向かって放射する送信ステップと、前記電磁波の反射波を受信アンテナで受信する受信ステップと、前記受信アンテナで受信された前記反射波の受信信号から前記偏波成分を抽出する偏波成分抽出ステップと、前記偏波成分抽出ステップにより抽出された前記偏波成分の各強度の比に基づいて、線状導体からなる埋設物の向きを判断する統合処理ステップと、を含む測定方法である。

本発明の一態様は、偏波面が回転する偏波面回転波を生成する偏波面回転波生成ステップと、前記偏波面回転波生成ステップにより生成された前記偏波面回転波を有する電磁波を送信アンテナから地中に向かって放射する送信ステップと、前記電磁波の反射波を受信アンテナで受信する受信ステップと、前記受信アンテナで受信された前記反射波の受信信号から特定の複数の各偏波角に沿う信号を抽出する信号抽出ステップと、前記信号抽出ステップにより抽出された前記各偏波角に沿う信号の強度の比に基づいて、線状導体からなる埋設物の向きを判断する統合処理ステップと、を含む測定方法である。

本発明によれば、地中レーダを使用した測定の効率を向上させることができる。

第１の実施形態の鉄筋コンクリート１００の測定方法を説明する図。 図１の受信アンテナ１０２で受信された反射波の各偏波成分の時間応答を示す図。 図１に示す鉄筋コンクリート１００の内部の鉄筋１０３，１０４の配置を示す図。 第１の実施形態の偏波角や位相による反射波の状況を示す図。 第１の実施形態の位相による反射波の状況を示す図。 第１の実施形態の位相による反射波の状況を示す図。 実施形態の適用例を示す図。 第１の実施形態の測定方法の実施例を示す図。 第１の実施形態の地中レーダの電磁波の例を示す図。 第１の実施形態の地中レーダの電磁波の例を示す図。 第１の実施形態の地中レーダ装置１３０の構成を示す図。 第１の実施形態の測定方法のフローチャート。 第１の実施形態の地中レーダの電磁波の他の例１を示す図。 第１の実施形態の地中レーダの電磁波の他の例２を示す図。 第２の実施形態の位相による反射波の状況を示す図。 第２の実施形態の位相による反射波の状況を示す図。 第２の実施形態の地中レーダ装置２２０の構成を示す図。 第２の実施形態の測定方法のフローチャート。 第２の実施形態の地中レーダの電磁波の他の例を説明する図。 第２の実施形態の地中レーダの電磁波の他の例を説明する図。 第２の実施形態の偏波面回転波による反射波の状況を示す図。 第２の実施形態の偏波面回転波による反射波の状況を示す図。 第２の実施形態の地中レーダ装置２６０の構成を示す図。 第２の実施形態の他の測定方法のフローチャート。 図２３に示す偏波面回転波生成部２７２及び送信アンテナ２６１の実施例を示す図。 第２の実施形態の偏波面回転波を生成する平衡変調波の例を示す図。 ボウタイアンテナの例を示す図。 クロススロットボウタイアンテナの例を示す図。 第３の実施形態の地中レーダ装置３１０の構成を示す図。 第３の実施形態の測定方法のフローチャート。 第３の実施形態の統合処理を説明する図。 第４の実施形態の符号化変調を施した偏波面回転波を示す図。 第４の実施形態の符号化変調を施した偏波面回転波による反射波の状況を示す図。 第４の実施形態の符号化変調を施した偏波面回転波による反射波の状況を示す図。 第４の実施形態の地中レーダ装置４１０の構成を示す図。 第４の実施形態の測定方法のフローチャート。 従来のレーダ探査技術を説明する図。 従来のレーダ画像を示す図。 従来の送受信アンテナの移動（走査）の順路を示す図。 従来のレーダの走査の順路を示す図。

以下、実施形態の地中レーダ装置及び測定方法を、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１から図１４を参照し、第１の実施形態について説明する。図１は、本実施形態の鉄筋コンクリート１００の測定方法を説明する図である。図１（ａ）は上面図であり、図１（ｂ）は側面図である。図１（ａ）に示されるように、鉄筋コンクリート１００の内部には縦横方向の格子状に鉄筋１０３，１０４が存在する。送信アンテナ１０１は地中レーダの電磁波を地中に向かって放射する。受信アンテナ１０２は、送信アンテナ１０１から放射された電磁波の反射波を測定するために、地中レーダの電磁波を受信する。送信アンテナ１０１と受信アンテナ１０２とは、鉄筋１０３に沿って配置される。送信アンテナ１０１から放射される電磁波の偏波成分のうち、鉄筋１０３に沿う方向の偏波成分をＨ偏波成分とし、鉄筋１０４に沿う方向の偏波成分をＶ偏波成分とする。Ｈ偏波成分に対してＶ偏波成分は垂直である。

図１（ｂ）に示されるように、鉄筋コンクリート１００は地中（土壌）に埋設されてある。送信アンテナ１０１から地中に向かって放射された電磁波は、図１（ｂ）中の実線矢印で示されるように、鉄筋コンクリート１００のコンクリート表面で反射され、反射波として受信アンテナ１０２で受信される。また、送信アンテナ１０１から地中に向かって放射された電磁波は、図１（ｂ）中の破線矢印で示されるように、鉄筋コンクリート１００の内部の鉄筋１０３，１０４で反射され、反射波として受信アンテナ１０２で受信される。また、送信アンテナ１０１から地中に向かって放射された電磁波は、図１（ｂ）中の一点鎖線矢印で示されるように、地中の不要散乱体で反射され、反射波として受信アンテナ１０２で受信される。地中の不要散乱体として、例えば、大きな石や空洞などがある。

図２は、図１の受信アンテナ１０２で受信された反射波の各偏波成分の時間応答を示す。図２（ａ）はＨ偏波成分の時間応答を示し、図２（ｂ）はＶ偏波成分の時間応答を示す。図２（ａ）及び（ｂ）のグラフにおいて、横軸は時間（ｔ）であり、縦軸は反射強度（Ｉ_Ｈ），（Ｉ_Ｖ）である。図２（ａ）において、鉄筋コンクリート１００のコンクリート表面による反射波は、その他の鉄筋や不要散乱体による反射波よりも、の反射強度（Ｉ_Ｈ）が強い。また、図２（ａ）のＨ偏波成分の時間応答では、Ｈ偏波成分と直交する関係にある鉄筋１０４による反射波は観測されない。他方、図２（ｂ）のＶ偏波成分の時間応答では、Ｖ偏波成分と平行な鉄筋１０４、つまり、Ｈ偏波成分と直交する関係にある鉄筋１０４による反射波が観測される。このように、各偏波成分の時間応答では、各偏波成分の方向に依存して、各鉄筋１０３，１０４による反射波が観測されたり、観測されなかったりする。

上記の図１及び図２を参照して説明したように、Ｈ偏波成分とＶ偏波成分との両方を使用して反射波を観測し比較することによって、鉄筋コンクリート１００の内部の鉄筋１０３，１０４と不要散乱体とを区別したり、各鉄筋１０３，１０４の配置方向（向き）の違いを判断したりすることができる。

なお、送信アンテナ１０１から放射する電磁波（偏波）としては、受信アンテナ１０２で受信された反射波のＨ偏波成分とＶ偏波成分とを検出できればよい。例えば、送信アンテナ１０１から放射する電磁波（偏波）として、同時に重ね合せた円偏波又は楕円偏波を使用してもよい。又は、送信アンテナ１０１から放射する電磁波（偏波）として、Ｈ偏波とＶ偏波とを短時間ずつ交互に放射してもよい。又は、送信アンテナ１０１から放射する電磁波（偏波）として、Ｈ偏波成分とＶ偏波成分の割合が違う偏波角３０°と偏波角６０°の各直線偏波を短時間ずつ交互に放射してもよい。又は、送信アンテナ１０１から放射する電磁波（偏波）として、偏波角が変わる偏波面回転波を使用してもよい。

図３は、図１に示す鉄筋コンクリート１００の内部の鉄筋１０３，１０４の配置を示す。図３の座標系（３軸：Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）において、鉄筋１０３はＸ軸方向に配置され、鉄筋１０４はＹ軸方向に配置される。これにより、鉄筋１０３，１０４は格子状に配置される。また、偏波のＸ軸方向成分がＨ偏波成分となり、偏波のＹ軸方向成分がＶ偏波成分となる。Ｚ軸は深さ方向の位置を示す。Ｚ軸に関して、アンテナの位置から地中の深さ方向（Ｚ軸のマイナス方向）へ順に、鉄筋コンクリート１００のコンクリート表面、Ｙ軸方向に配置された鉄筋１０４、Ｘ軸方向に配置された鉄筋１０３が存在する。

鉄筋コンクリート１００のコンクリート表面と各鉄筋１０３，１０４との間隔よりも、鉄筋１０３と鉄筋１０４との間隔の方が短い。このため、鉄筋１０３と鉄筋１０４とを、単に反射波の到達時間の違いで区別することは難しい。そこで、上記の図２（ａ），（ｂ）により説明したように、Ｈ偏波成分とＶ偏波成分とを使用して反射波を測定し、異なる偏波成分による“観測できる”又は“観測できない”の特徴を利用して各鉄筋１０３，１０４の配置方向を判断する。

図４は、偏波角や位相による反射波の状況を示す。図４に示した時間応答は、反射強度（Ｉ）が２軸（θが０°の軸と９０°の軸）となっている。この図４を参照して、鉄筋配置方向の判断方法を説明する。ここでは、ほぼ同時刻で且つほぼ同強度の反射波が存在する場合について説明する。図４において、３つの波形Ｇ１０１，Ｇ１０２，Ｇ１０３は、ほぼ同時刻で且つほぼ同強度の反射波の時間応答である。他方、波形Ｇ１００は、波形Ｇ１０１，Ｇ１０２，Ｇ１０３とは時間的又は強度的に大きく異なる反射波の時間応答である。具体的には、波形Ｇ１００の時刻ｔ_ａは、波形Ｇ１０１，Ｇ１０２，Ｇ１０３の各時刻ｔ_ｂ，ｔ_ｃ，ｔ_ｄよりも明らかに早いが、波形Ｇ１０１，Ｇ１０２，Ｇ１０３の各時刻ｔ_ｂ，ｔ_ｃ，ｔ_ｄには明らかな差がない。また、波形Ｇ１００の反射強度Ｉ_ａは、波形Ｇ１０１，Ｇ１０２，Ｇ１０３の各反射強度Ｉ_ｂ，Ｉ_ｃ，Ｉ_ｄよりも明らかに大きいが、波形Ｇ１０１，Ｇ１０２，Ｇ１０３の各反射強度Ｉ_ｂ，Ｉ_ｃ，Ｉ_ｄには明らかな差がない。

波形Ｇ１００については、到達時間の違い又は反射強度の違いに基づいて識別し分離することができる。波形Ｇ１００は、例えば鉄筋コンクリート１００のコンクリート表面による反射波の時間応答である。他方、波形Ｇ１０１，Ｇ１０２，Ｇ１０３については、到達時間も反射強度もほぼ同じであるために、到達時間の違い又は反射強度の違いに基づいて波形Ｇ１０１，Ｇ１０２，Ｇ１０３の各々を識別し分離することが難しい。波形Ｇ１０１，Ｇ１０２，Ｇ１０３は、例えば鉄筋コンクリート１００の内部の鉄筋１０３，１０４による反射波の時間応答である。

ここで、波形Ｇ１０１，Ｇ１０２，Ｇ１０３に対して、偏波角や位相を基に、希望反射波を抽出することを考える。波形Ｇ１０１，Ｇ１０２，Ｇ１０３のうち、波形Ｇ１０２は、他の波形Ｇ１０１，Ｇ１０３とは偏波角や位相が明らかに異なる。具体的には、波形Ｇ１０２の位相θ_ｃは、波形Ｇ１０１，Ｇ１０３の位相θ_ｂ，θ_ｄとは明らかに異なる。この位相の違いに基づいて、波形Ｇ１０２を識別し抽出することができる。

図５及び図６は、図１及び図３に示す鉄筋コンクリート１００に対する位相による反射波の状況を示す。図５は、Ｈ偏波成分とＶ偏波成分の各時間応答を示す。図６（ａ）は、時刻Ｔ_０でのＸ軸とＹ軸の各反射強度（Ｉ_Ｈ，Ｉ_Ｖ）を示す。図６（ｂ）は、時刻Ｔ_１でのＸ軸とＹ軸の各反射強度（Ｉ_Ｈ，Ｉ_Ｖ）を示す。時間は、位置に対応し、またアンテナからの距離に相当する。アンテナから比較的に近い位置（短い時間）に鉄筋コンクリート１００のコンクリート表面が存在し、アンテナから比較的に遠い位置（長い時間）にＸ軸方向に配置の鉄筋１０３とＹ軸方向に配置の鉄筋１０４とが存在する（この図５での反射の時間順序は、Ｘ軸方向に配置の鉄筋１０３に続きＹ軸方向に配置の鉄筋１０４とした。しかし図３に示す鉄筋コンクリート１００を対象にした正確な反射の時間では順序が逆になる。つまり、Ｙ軸方向に配置の鉄筋１０４が上にあるためこの鉄筋１０４の反射が時間的に先となり、Ｘ軸方向に配置の鉄筋１０３の反射が時間的に後になる）。また、地面から鉄筋コンクリート１００のコンクリート表面までの地中には、大きな石や空洞などの不要散乱体が存在することが想定される。

鉄筋コンクリート１００のコンクリート表面ではＸ軸とＹ軸の両方向に対して反射するため、図５（ａ），（ｂ）に示されるように、Ｈ偏波成分とＶ偏波成分とで各反射強度（Ｉ_Ｈ，Ｉ_Ｖ）が観測される。不要散乱体についても同様に、Ｈ偏波成分とＶ偏波成分とで各反射強度（Ｉ_Ｈ，Ｉ_Ｖ）が観測される。

鉄筋１０３，１０４は、不要散乱体や鉄筋コンクリート１００のコンクリート表面に比してアンテナから遠い位置（長い時間）に存在する。このため、図５（ａ），（ｂ）に示されるように、時間応答に基づいて、鉄筋１０３，１０４による反射波を不要散乱体による反射波や鉄筋コンクリート１００のコンクリート表面による反射波と区別することはできる。しかし、Ｘ軸方向に配置の鉄筋１０３とＹ軸方向に配置の鉄筋１０４とは、ほぼ同じ位置（ほぼ同じ時間）に存在するので、鉄筋１０３による反射波と鉄筋１０４による反射波とを時間応答で区別することは難しい。このため、Ｈ偏波成分とＶ偏波成分の各観測により、各偏波成分で反射波が観測されるか観測されないかに基づいて、Ｘ軸方向（Ｈ偏波成分の方向）に配置の鉄筋１０３による反射波であるか又はＹ軸方向（Ｖ偏波成分の方向）に配置の鉄筋１０４による反射波であるかを判断する。

図５（ａ）のＶ偏波成分のグラフでは、Ｘ軸方向に配置の鉄筋１０３についてはＶ偏波成分の方向と垂直に配置されるので鉄筋１０３による反射波が“観測されない（反射強度Ｉ_Ｖが閾値以上検出されない）”が、Ｙ軸方向に配置の鉄筋１０４についてはＶ偏波成分の方向と平行に配置されるので鉄筋１０４による反射波が“観測される（反射強度Ｉ_Ｖが閾値以上検出される）”。これとは逆に、図５（ｂ）のＨ偏波成分のグラフでは、Ｙ軸方向に配置の鉄筋１０４についてはＨ偏波成分の方向と垂直に配置されるので鉄筋１０４による反射波が“観測されない（反射強度Ｉ_Ｈが閾値以上検出されない）”が、Ｘ軸方向に配置の鉄筋１０３についてはＨ偏波成分の方向と平行に配置されるので鉄筋１０３による反射波が“観測される（反射強度Ｉ_Ｈが閾値以上検出される）”。

図６（ａ）には、時刻Ｔ_０において、地表のアンテナから地中の各位置までの位相の変化する方向を示す。この時刻Ｔ_０では、図６（ａ）に示されるように、鉄筋コンクリート１００の内部の鉄筋１０３，１０４が存在する位置（Ｚ軸）において、Ｙ軸方向の偏波つまりＶ偏波成分Ｙ＿１００となっている。他方、図６（ｂ）には、時刻Ｔ_１において、地表のアンテナから地中の各位置までの位相の変化する方向を示す。この時刻Ｔ_１では、図６（ｂ）に示されるように、鉄筋コンクリート１００の内部の鉄筋１０３，１０４が存在する位置（Ｚ軸）において、Ｘ軸方向の偏波つまりＨ偏波成分Ｘ＿１０１となっている。これらの反射波の違いを利用して、ほぼ同じ位置に存在するＸ軸方向に配置の鉄筋１０３とＹ軸方向に配置の鉄筋１０４のいずれによる反射波であるのかを区別することができる。

なお、不要散乱体による反射波では、Ｈ偏波成分とＶ偏波成分の各反射強度が弱く、また偏波の方向の特徴も有る。これにより、既知の設備である鉄筋コンクリート１００による反射波と不要散乱体による反射波とを区別することができる。

次に図７及び図８を参照して具体的な適用例を説明する。図７は、本実施形態の適用例を示す図である。本適用例では、道路に埋設されたインフラ設備のうちマンホールを測定対象にする。マンホールの天井は、図３に示される鉄筋コンクリート１００と同様の構成の鉄筋コンクリート製である。

図７（ａ）は、車両に搭載される地中レーダのアンテナ構成を示す概念図である。図７（ａ）において、地中レーダのアンテナは車両の後部に搭載される。図７（ａ）では、１つの送信アンテナ１０１と１つの受信アンテナ１０２とのアンテナ組が１組のみ車両の後部に搭載される。他方、図７（ｄ）には、複数の送信アンテナ１０１と複数の受信アンテナ１０２を、送信アンテナ１０１と受信アンテナ１０２を交互に並べて配置する構成が示される。図７（ｄ）のアンテナ構成では、車両の走行方向に対して垂直となる横断方向に、送信アンテナ１０１と受信アンテナ１０２が交互に並べて配置される。図７（ｄ）のアンテナ構成は、例えば車両の後部に搭載される。

車両に搭載される地中レーダのアンテナ構成として、図７（ａ），（ｄ）のいずれでもよい。但し、図７（ｄ）のアンテナ構成によれば、同時に複数のアンテナにより測定を行うことができる。このため、道路に埋設されたマンホールを測定（地中レーダの走査）するために車両が道路を走行する際、１度の走行で、複数のアンテナにより複数の測定データを取得できる。これにより、図７（ｄ）のアンテナ構成によれば、図７（ａ）のアンテナ構成に比して、より少ない車両の走行回数でより多くの測定データを取得できるので、効率よく且つ、きめの細かい高精度の測定を行うことができる。

図７（ｂ），（ｃ）は、マンホールの道路上の配置を示す。図７（ｂ）のケースＡでは、マンホールは道路の走行車線に埋設される。図７（ｃ）のケースＢでは、マンホールは、道路の交差点の中央部分において、交差する道路に沿って埋設される。

（ケースＡ）
図７（ｂ）のケースＡにおいて、車両の走行方向（長さ方向）をＸ軸とし、横断方向（幅方向）をＹ軸とする。このケースＡでは、マンホールの天井の鉄筋コンクリートの内部に格子状に存在する鉄筋が車両の走行方向（Ｘ軸方向）と横断方向（Ｙ軸方向）とに配置される。したがって、走行車両に搭載された地中レーダの送信アンテナ１０１と受信アンテナ１０２とが移動する方向（Ｘ軸方向）は、Ｘ軸方向に配置された鉄筋に対して平行に走査する方向になり、他方、Ｙ軸方向に配置された鉄筋に対して垂直に走査する方向になる。

（ケースＢ）
図７（ｃ）のケースＢにおいて、マンホールの天井の鉄筋コンクリートの内部に格子状に存在する鉄筋は、交差する各道路の方向に沿って配置される。ここで、マンホールが交差点の中央部分に埋設されることから、車両がマンホールの上を走行するために、車両は交差点を右折する。このため、車両の走行方向は、マンホールの天井の鉄筋コンクリートの内部に格子状に存在する鉄筋の配置方向に対して、図７（ｃ−１），（ｃ−２）に示されるように、斜めになる。

図７（ｃ−１）と図７（ｃ−２）との違いは、２軸（Ｘ軸とＹ軸）と車両の走行方向との関係が９０°異なる点である。図７（ｃ−１），（ｃ−２）のいずれの場合でも、車両の走行方向つまり地中レーダの走査方向は、マンホールの天井の鉄筋コンクリートの内部に格子状に存在する鉄筋の配置方向に対して、斜めになる。このとき、１つのマンホールにおいて、一方の軸として例えばＸ軸の方向に配置された鉄筋に対して斜めに走査すると、もう一方の軸であるＹ軸の方向に配置された鉄筋に対しても斜めに走査することになる。したがって、ケースＢでは、格子状に存在する鉄筋のいずれに対しても、斜め方向に走査が行われる。つまり、ケースＢでは、走行車両に搭載された地中レーダの送信アンテナ１０１と受信アンテナ１０２とが移動する方向は、測定対象のマンホールの天井の鉄筋コンクリートの内部に格子状に存在する鉄筋の配置方向に対して、同一方向でもなく垂直方向でもない、斜めに走査する方向になる。

上述したケースＡ，Ｂの各々に対して、地中レーダを搭載した走行車両による測定により、測定対象のマンホールの天井の鉄筋コンクリートの内部に格子状に存在する鉄筋を把握することを図る。上述の図１から図３を参照して説明した地中レーダによる測定方法では、鉄筋の配置方向に対して同一方向の偏波成分と垂直方向の偏波成分とを使い分けることにより、格子状に配置された鉄筋のＸ軸とＹ軸の構成をより的確に把握することができる。また、図４から図６を参照して説明した地中レーダによる測定方法では、Ｈ偏波成分とＶ偏波成分とが時間で変化する電磁波を使用することにより、格子状に配置された鉄筋のＸ軸とＹ軸の構成をより的確に把握することができる。Ｈ偏波成分とＶ偏波成分とが時間で変化する電磁波の例として、以下の例１から例４が挙げられる。
（例１）Ｈ偏波とＶ偏波とが短時間で交互に変化する電磁波。
（例２）Ｈ偏波成分とＶ偏波成分の割合が異なる偏波が短時間で交互に変化する電磁波。例えば、偏波角が３０°の直線偏波であればＨ偏波成分とＶ偏波成分の割合は“２：１”であり、偏波角が６０°の直線偏波であればＨ偏波成分とＶ偏波成分の割合は“１：２”である。その両方の直線偏波を短時間で交互に入れ替える。
（例３）円偏波の電磁波。
（例４）楕円偏波の電磁波。

また、偏波角が時間的に変化する電磁波を使用する場合には、図７に示す走行車両に搭載した地中レーダにより、図７（ｂ）のケースＡのように道路の走行車線に沿って埋設された地中埋設設備であるマンホールだけではなく、図７（ｃ）のケースＢのように道路の交差点の中央部分において交差する道路に沿って埋設されたマンホールも測定対象にし、走行しながら測定して各測定対象を把握することができる。偏波角が時間的に変化する電磁波として、例えば、円偏波、楕円偏波、又は偏波面回転波などの電磁波が挙げられる。

図８は、本実施形態の測定方法の実施例を示す。図８（ａ）は、測定対象の埋設物と複数の送信／受信アンテナを示す鳥瞰図である。図８（ｂ）は、測定対象と複数アンテナを示す平面図である。図８（ｃ）は、反射波の処理結果を示す図である。

図８（ａ）において、地面上には車載された複数の送信／受信アンテナを示す（走行車両は図示せず）。複数の送信／受信アンテナは車両の走行方向に移動する。この走行方向が複数の送信／受信アンテナの走査方向になる。地中には測定対象の埋設物（例えばマンホール）が存在する。ここでは、測定対象の埋設物はマンホールとする。このマンホールの天井は、図３に示される鉄筋コンクリート１００と同様の構成の鉄筋コンクリート製である。埋設されたマンホールの配置方向は、複数の送信／受信アンテナの走査方向に対して斜めの方向である。

図８（ｂ）の平面図に示されるように、測定対象のマンホールが車両の走行方向に対して斜めの方向に配置されている。また、複数の送信／受信アンテナについては、走行方向（走査方向）に対して垂直な横断方向に、送信アンテナと受信アンテナとが交互に並べて配置されている。このように車両の走行方向（走査方向）に対して垂直な横断方向に複数の送信／受信アンテナを配置することにより、車両が通過する路面上を漏れなく走査し測定することができる。

図８（ｃ）に示される反射波の処理結果は、図８（ａ），（ｂ）の構成により測定対象のマンホールの測定を行って取得された全ての反射波を統合処理した結果の画像例である。この統合処理では、各受信アンテナから得られた反射波を全て使用する。この全ての反射波の反射強度から、例えば鉄筋の深さ位置の情報と、互いに直交する偏波成分とを使用して、鉄筋と鉄筋の配置方向とを検知する。その検知した鉄筋の配置方向（鉄筋は格子状であるのでＸ軸とＹ軸）と走査方向（Ｘ’軸とＸ’軸に直交するＹ’軸）との座標回転をさせて鉄筋の分布図を作成する。このように作成した鉄筋の分布図である図８（ｃ）の画像においては、Ｘ’軸が走行方向であり、Ｙ’軸が複数の送信／受信アンテナの配置方向となる。また、図８（ｃ）の画像において、Ｘ軸とＹ軸とが、格子状に配置された鉄筋の方向となる。

次に図９及び図１０を参照して、地中レーダから放射する電磁波の例を説明する。図９（ａ）は、地中レーダから放射する電磁波の例を示す。図９（ｂ）は、図９（ａ）により放射された電磁波の反射波の例を示す。図９（ａ）に示されるように、Ｈ偏波の放射とＶ偏波の放射とが交互に切り換えられる。Ｈ偏波への切換えＡとＶ偏波への切換えＢとがある。Ｈ偏波及びＶ偏波は直線偏波である。Ｈ偏波とＶ偏波とは偏波面が９０°異なる。

なお、一般にＨ偏波とは、電場の振動方向が地面に対して水平な方向である偏波のことを言う。しかし、本実施形態では、Ｈ偏波とは、電場の振動方向が車両の走行方向（Ｘ軸方向）となる偏波のことを言う。また、一般にＶ偏波とは、電場の振動方向が地面に対して垂直な方向である偏波のことを言う。しかし、本実施形態では、Ｖ偏波とは、電場の振動方向が車両の走行方向（Ｘ軸方向）に対して垂直な横断方向（Ｙ軸方向）となる偏波のことを言う。

図１０（ａ）は、図９（ａ）の放射する電磁波の例を示す。図１０（ａ）には、Ｈ偏波への切換えＡのタイミングとＶ偏波への切換えＢのタイミングとが示される。Ｖ偏波として、偏波面がＹ軸方向のガウシアンパルスを送信する。Ｖ偏波の送信周期は、Ｖ偏波のガウシアンパルスを送信する時間ｔｖｏと、Ｖ偏波のガウシアンパルスの送信を休止する時間２Ｔｖとから成る。Ｖ偏波のガウシアンパルスを送信する時間ｔｖｏは、Ｖ偏波のガウシアンパルスの分散σに相当する時間幅である。Ｖ偏波のガウシアンパルスを送信してから時間Ｔｖが経過した後、Ｈ偏波への切換えＡを行い、Ｈ偏波のガウシアンパルスを送信する。Ｈ偏波のガウシアンパルスは、偏波面がＸ軸方向である。Ｈ偏波の送信周期は、Ｈ偏波のガウシアンパルスを送信する時間ｔｈｏと、Ｈ偏波のガウシアンパルスの送信を休止する時間２Ｔｈとから成る。Ｈ偏波のガウシアンパルスを送信する時間ｔｈｏは、Ｈ偏波のガウシアンパルスの分散σに相当する時間幅である。Ｈ偏波のガウシアンパルスを送信してから時間Ｔｈが経過した後、Ｖ偏波への切換えＢを行い、Ｖ偏波のガウシアンパルスを送信する。

Ｈ偏波への切換えＡとＶ偏波への切換えＢとは交互に繰り返される。Ｈ偏波への切換えＡは、Ｖ偏波の送信終了から時間Ｔｖが経過したＶ偏波の休止中に実行される。Ｖ偏波への切換えＢは、Ｈ偏波の送信終了から時間Ｔｈが経過したＨ偏波の休止中に実行される。このＨ偏波とＶ偏波の交互の送信の繰り返しに伴って、反射波の受信においてもＨ偏波成分とＶ偏波成分とがそれぞれ受信される。

図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示される電磁波の放射に対応する反射波の受信を示す。図１０（ｂ）には、地中レーダで受信された反射波の時間変化が示される。図１０（ｂ）において、Ｖ偏波成分もＨ偏波成分もＶ偏波とＨ偏波が送信されてからそれぞれ時間τ_１経過後と時間τ_２経過後とに受信される。これら受信されたＶ偏波成分とＨ偏波成分とは同一の伝搬時間τ_１とτ_２であるので、２つの対象物による反射波が存在していると考えられる。つまり、第１の対象物による反射波は伝搬時間τ_１で受信されたＶ偏波成分とＨ偏波成分とを有し、第２の対象物による反射波は伝搬時間τ_２で受信されたＶ偏波成分とＨ偏波成分とを有する。そして、図９（ｂ）に示すように、同一の伝搬時間で受信されたＶ偏波成分とＨ偏波成分をそれぞれＹ軸とＸ軸に当てはめて合成し、合成した結果の方向に基づいて当該反射波を反射した対象物の配置方向を判断することができる。

なお、図１０（ｂ）の例では、２つの対象物による反射波の各伝搬時間τ_１とτ_２がほぼ同じであるために、当該２つの対象物による反射波の各Ｖ偏波成分同士、各Ｈ偏波成分同士が重なっている。しかし、同じ車両に搭載された別の送信／受信アンテナ（同じ車両における設置場所が異なる他の送信／受信アンテナ）による反射波を使用したり、又は偏波面の変化の仕方を変えたりすることによって、それら２つの対象物による反射波の各Ｖ偏波成分同士、各Ｈ偏波成分同士の重なりが無い測定結果を得ることができれば、当該２つの対象物による反射波を分離することが可能となる。このように単純なＨ偏波とＶ偏波とを使用することにより、対象物の配置方向を検知することができる。
また図１０（ａ），（ｂ）では、Ｖ偏波とＨ偏波の送信間隔（休止する時間）２Ｔｖと２Ｔｈに対し、半分以下の時間（ＴｖとＴｈ）となる対象物による反射波の伝搬時間τ_１とτ_２（≦Ｔｖおよび≦Ｔｈ）の受信を示している。この受信タイミング（Ｖ偏波とＨ偏波が送信されてから対象物による反射波の受信までの経過時間τ_１とτ_２）は、Ｖ偏波とＨ偏波の送信間隔以内（≦２Ｔｖおよび≦２Ｔｈ）であれば許容される。

次に本実施形態に係る地中レーダの装置構成を説明する。図１１は、本実施形態の地中レーダ装置１３０の構成を示す図である。図１１に示す地中レーダ装置１３０は、上記の図７に示されるケースＡに適用される。図１１に示す地中レーダ装置１３０は、送信部１４０と、受信部１５０と、送信アンテナ１６１と、受信アンテナ１６２とを備える。送信アンテナ１６１は、Ｈ偏波とＶ偏波とを各々に送信することができる。受信アンテナ１６２は、Ｈ偏波とＶ偏波とを各々に受信することができる。送信部１４０は、切換え制御部１４１とＨ偏波生成部１４２＿ＨとＶ偏波生成部１４２＿Ｖとを備える。受信部１５０は、Ｈ偏波成分抽出部１５１＿ＨとＶ偏波成分抽出部１５１＿Ｖと統合処理部１５２と処理結果出力部１５３とを備える。

送信部１４０は、上記の図１０（ａ）に示されるようにＶ偏波とＨ偏波とが切換わる電磁波を送信アンテナ１６１へ出力する。切換え制御部１４１は、Ｖ偏波とＨ偏波の生成と生成休止とを制御する信号である切換え情報を、Ｈ偏波生成部１４２＿ＨとＶ偏波生成部１４２＿Ｖとに出力する。Ｈ偏波生成部１４２＿ＨとＶ偏波生成部１４２＿Ｖとは送信アンテナ１６１に接続される。Ｈ偏波生成部１４２＿Ｈは、切換え情報に従って、Ｈ偏波の生成と生成休止とを行う。Ｈ偏波生成部１４２＿Ｈによって生成されたＨ偏波は送信アンテナ１６１へ出力される。Ｖ偏波生成部１４２＿Ｖは、切換え情報に従って、Ｖ偏波の生成と生成休止とを行う。Ｖ偏波生成部１４２＿Ｖによって生成されたＶ偏波は送信アンテナ１６１へ出力される。これにより、上記の図１０（ａ）に示されるようにＶ偏波とＨ偏波とが切換る電磁波が、送信アンテナ１６１から地中に向かって放射される。Ｈ偏波生成部１４２＿ＨとＶ偏波生成部１４２＿Ｖとは、上記の図１０（ａ）に示されるようにＨ偏波への切換えＡとＶ偏波への切換えＢとを示す偏波切換え情報を、受信部１５０へ出力する。受信部１５０に入力された偏波切換え情報は、Ｈ偏波成分抽出部１５１＿ＨとＶ偏波成分抽出部１５１＿Ｖとに入力される。

送信アンテナ１６１から地中に向かって放射された電磁波は、地中の測定対象（例えばマンホール）の鉄筋で反射される。その地中の測定対象の鉄筋で反射された反射波は、受信アンテナ１６２で受信される。受信部１５０のＨ偏波成分抽出部１５１＿ＨとＶ偏波成分抽出部１５１＿Ｖとは受信アンテナ１６２に接続される。Ｈ偏波成分抽出部１５１＿Ｈは、受信アンテナ１０２の受信信号からＨ偏波成分を抽出する。Ｈ偏波成分抽出部１５１＿Ｈで抽出されたＨ偏波成分は統合処理部１５２へ出力される。Ｖ偏波成分抽出部１５１＿Ｖは、受信アンテナ１０２の受信信号からＶ偏波成分を抽出する。Ｖ偏波成分抽出部１５１＿Ｖで抽出されたＶ偏波成分は統合処理部１５２へ出力される。Ｈ偏波成分抽出部１５１＿ＨとＶ偏波成分抽出部１５１＿Ｖとは、偏波切換え情報に基づいて、Ｈ偏波への切換えＡとＶ偏波への切換えＢとを認識する。

統合処理部１５２は、Ｈ偏波成分抽出部１５１＿Ｈから入力されたＨ偏波成分と、Ｖ偏波成分抽出部１５１＿Ｖから入力されたＶ偏波成分とを使用して、統合処理を実行する。この統合処理では、上記の図９（ｂ）を参照して説明したように、同一の伝搬時間で受信されたＶ偏波成分とＨ偏波成分をそれぞれＹ軸とＸ軸に当てはめて合成し、合成した結果の方向に基づいて、当該反射波を反射した鉄筋がＸ軸方向に配置されるのか又はＹ軸方向に配置されるのかを判断する。統合処理部１５２の処理結果は処理結果出力部１５３へ出力される。処理結果出力部１５３は、統合処理部１５２の処理結果を出力する。統合処理部１５２の処理結果として、例えば、地中のマンホールの鉄筋の分布図が挙げられる。処理結果出力部１５３から出力された統合処理部１５２の処理結果は、表示装置の表示画面上に表示される。

なお、上記の図１１の構成では、１つの送信アンテナ１６１と１つの受信アンテナ１６２とから成る１組のアンテナ対を示したが、上記の図７（ｄ）に示されるように複数の送信アンテナ１６１と複数の受信アンテナ１６２とから成る複数組のアンテナ対を備えてもよい。この場合、受信部１５０において、Ｈ偏波成分抽出部１５１＿ＨとＶ偏波成分抽出部１５１＿Ｖとが、各対の測定データから、各々Ｈ偏波成分とＶ偏波成分とを抽出する。そして、統合処理部１５２が、各対の測定データから抽出されたＨ偏波成分とＶ偏波成分とを統合する処理を実行する。これにより、複数組のアンテナ対で測定された測定データを使用することができるので、より高精度の測定を行うことができる。また、複数の送信アンテナ１６１と複数の受信アンテナ１６２の中から、任意に、送信アンテナ１６１と受信アンテナ１６２の組合せを選択するように構成してもよい。

また、上記の図１１の構成では、Ｈ偏波とＶ偏波とで各々別個に、Ｈ偏波生成部１４２＿Ｈ、Ｖ偏波生成部１４２＿Ｖ、Ｈ偏波成分抽出部１５１＿Ｈ及びＶ偏波成分抽出部１５１＿Ｖを設けた。しかし、上記の図１０（ａ）に示されるように、Ｖ偏波とＨ偏波とが送信される時間は分離されるので、Ｈ偏波とＶ偏波とで共通の偏波生成部と偏波成分抽出部とを設け、共通の偏波生成部が切換え情報に従ってＨ偏波とＶ偏波とを出力し、共通の偏波成分抽出部が偏波切換え情報に従ってＨ偏波成分とＶ偏波成分とを抽出してもよい。また、共通の偏波生成部は、切換え情報に従って、送信アンテナ１６１のＨ偏波送信部とＶ偏波送信部との接続の切換えを行ってもよい。また、共通の偏波成分抽出部は、偏波切換え情報に従って、受信アンテナ１６２のＨ偏波受信部とＶ偏波受信部との接続の切換えを行ってもよい。

図１２を参照して、図１１に示される地中レーダ装置１３０の動作を説明する。図１２は、本実施形態の測定方法のフローチャートである。

（ステップＳ１０１）切換え制御部１４１が、Ｖ偏波とＨ偏波の生成と生成休止とを制御する信号である切換え情報を、Ｈ偏波生成部１４２＿ＨとＶ偏波生成部１４２＿Ｖとに出力する。

（ステップＳ１０２）Ｈ偏波生成部１４２＿Ｈが切換え情報に従ってＨ偏波を生成する。Ｈ偏波生成部１４２＿Ｈによって生成されたＨ偏波は送信アンテナ１６１へ出力される。Ｖ偏波生成部１４２＿Ｖが切換え情報に従ってＶ偏波を生成する。Ｖ偏波生成部１４２＿Ｖによって生成されたＶ偏波は送信アンテナ１６１へ出力される。Ｈ偏波とＶ偏波とが切換る電磁波が、送信アンテナ１６１から地中に向かって放射される。Ｈ偏波生成部１４２＿ＨとＶ偏波生成部１４２＿Ｖとが、Ｈ偏波への切換えＡとＶ偏波への切換えＢとを示す偏波切換え情報を、受信部１５０へ出力する。受信部１５０に入力された偏波切換え情報は、Ｈ偏波成分抽出部１５１＿ＨとＶ偏波成分抽出部１５１＿Ｖとに入力される。

（ステップＳ１０３）受信アンテナ１６２により地中レーダの電磁波である反射波を受信して、受信した信号はＨ偏波成分抽出部１５１＿ＨとＶ偏波成分抽出部１５１＿Ｖへ伝えられる。

（ステップＳ１０４）Ｈ偏波成分抽出部１５１＿Ｈが受信アンテナ１０２の受信信号からＨ偏波成分を抽出する。Ｖ偏波成分抽出部１５１＿Ｖが受信アンテナ１０２の受信信号からＶ偏波成分を抽出する。

（ステップＳ１０５）統合処理部１５２が、Ｈ偏波成分抽出部１５１＿Ｈにより抽出されたＨ偏波成分と、Ｖ偏波成分抽出部１５１＿Ｖにより抽出されたＶ偏波成分とを使用して、統合処理を実行する。

（ステップＳ１０６）処理結果出力部１５３が統合処理部１５２の処理結果を出力する。処理結果出力部１５３から出力された統合処理部１５２の処理結果は、表示装置の表示画面上に表示される。

次に図１３及び図１４を参照して、地中レーダから放射する電磁波の他の例を説明する。図１３は、地中レーダから放射する電磁波の他の例１を示す。図１４は、地中レーダから放射する電磁波の他の例２を示す。

（偏波面の異なるパルス）
図１３を参照して、地中レーダから放射する電磁波の他の例１を説明する。図１３には、地中レーダから放射する電磁波として、偏波面の異なるパルスが示される。図１３に示されるように、一定間隔Ｔでパルスが繰り返し送信される。送信されるパルスは、各々異なる偏波面を有する複数のガウシアンパルスである。図１３の例では、パルス送信区間では、Ｖ偏波成分（Ｙ軸）のガウシアンパルスとＨ偏波成分（Ｘ軸）のガウシアンパルスとが重ね合せられた電磁波が放射される。このとき、図１３に示されるように、ガウシアンパルスの分散σに相当する時間幅ｔｏの半分の時間「ｔｏ／２」だけズラして、Ｖ偏波成分（Ｙ軸）のガウシアンパルスとＨ偏波成分（Ｘ軸）のガウシアンパルスとを重ね合せる。具体的には、各ガウシアンパルスのピーク時間をパルス幅の１／２だけズラしたパルスとする。この理由を説明する。Ｈ偏波成分（Ｘ軸成分）のガウシアンパルスとＶ偏波成分（Ｙ軸成分）のガウシアンパルスとを同時に重ねた場合、４５°直線偏波になる。しかし、これではＨ偏波成分とＶ偏波成分とで反射が常に同じ割合となるので、上記の図９（ｂ）を参照して説明したＶ偏波成分とＨ偏波成分の合成結果に基づく方向検知ができないからである。

Ｈ偏波成分（Ｘ軸）のガウシアンパルスは、Ｖ偏波成分（Ｙ軸）のガウシアンパルスに対して、偏波面が９０°異なる。これにより、パルス送信間隔Ｔを、上記の図１０（ａ）のＨ偏波送信間隔やＶ偏波送信間隔の半分（Ｔ＝Ｔｖ＝Ｔｈ）にすることができる。

また、上記の図７に示されるように地中レーダのアンテナを搭載した車両を走行させて測定する場合において、上記の図１０（ａ）のようにＶ偏波とＨ偏波とを交互に切換えながら測定するときには、Ｖ偏波を送信した時間のアンテナ位置とＨ偏波を送信した時間のアンテナ位置とが異なる。このアンテナ位置（測定位置）のズレにより、上記の図９（ｂ）を参照して説明したＶ偏波成分とＨ偏波成分の合成結果に基づく方向検知などの統合処理に影響が生じる。しかし、図１３に示されるように、Ｖ偏波成分とＨ偏波成分とを重ね合せて使用する場合には、地中レーダのアンテナを搭載した車両を走行させて測定するときにも、測定位置のズレは生じない。これにより、上述の統合処理等の測定データの処理への影響もでないので、より詳細かつ精度の高い測定と測定データ処理が可能になる。

なお、図１３では、偏波面が９０°異なる一例としてＨ偏波とＶ偏波を示したが、偏波面が６０°異なる偏波など、他の偏波面であってもよい。但し、偏波面の角度差がないか又はその角度差が数度と小さい偏波は不適当である。このような偏波では、直線偏波又は直線に近い楕円偏波になるので、上述した４５°直線偏波の場合と同様に、上記の図９（ｂ）を参照して説明したＶ偏波成分とＨ偏波成分の合成結果に基づく方向検知ができないからである。

（円偏波としたＦＭ−ＣＷ方式）
図１４を参照して、地中レーダから放射する電磁波の他の例２を説明する。図１４には、地中レーダから放射する電磁波として、円偏波としたＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulated-Continuous Wave、周波数変調−連続波）方式が示される。ここでは、パルス圧縮処理として、代表的なチャープ（直線状周波数）変調方式を使用する。なお、送信信号の生成処理と受信信号の解析処理とではデジタルデータで処理すると都合が良いので、周波数の変調を直線状ではなく、不連続なステップ状に設定するステップ変調方式を使用してもよい。以下の説明では、説明を簡単にするため、チャープ変調方式を使用する。

図１４（ａ），（ｂ）に、円偏波に直線状の周波数変調を加えた送信パルスを示す。円偏波は、Ｙ軸の正弦波（Ｖ偏波成分）と、Ｙ軸の正弦波に対して９０°位相が異なるＸ軸の正弦波（Ｈ偏波成分）とを重ねた偏波である。この円偏波に対してさらに図１４（ａ）に示される周波数変調が加わることにより、図１４（ｂ）に示されるように低い周波数から高い周波数へと時間の経過に伴って正弦波の波長が短くなる。ここで周波数の変化の帯域幅（周波数帯域幅）がΔｆであり、周波数の変化の時間（パルス幅）がＴである。図１４（ｂ）に示される直線状ＦＭパルスを、地中レーダから放射する電磁波に使用する。図１４（ｂ）に示される直線状ＦＭパルスは、チャープ信号と呼ばれる。

図１４（ｂ）に示される直線状ＦＭパルスが地中レーダの送信アンテナから送信されて対象物で反射された反射波は、地中レーダの受信アンテナで受信される。この受信アンテナで受信された受信信号を、図１４（ｃ）に示される周波数遅延時間特性を有する受信信号処理回路に入力する。図１４（ｃ）に示される周波数遅延時間特性では、周波数の変化の帯域幅がΔｆであり、遅延時間の変化が０からＴまでである。図１４（ｃ）に示される周波数遅延時間特性を有する受信信号処理回路によって、受信信号の周波数成分のうち、低周波数成分には比較的大きな遅延が生じ、高周波数成分には比較的小さな遅延が生じる。つまり、図１４（ｂ）に示される送信パルス（直線状ＦＭパルス）の前半部分の低周波数成分には比較的大きな遅延が生じ、後半部分の高周波数成分には比較的小さな遅延が生じる。

図１４（ｃ）に示される周波数遅延時間特性を有する受信信号処理回路による受信信号の処理の結果として該受信信号処理回路から出力された信号は、パルス内に順番に分散された周波数成分が１点に集中されて急峻なインパルス状になる。この受信信号の処理をパルス圧縮と呼ぶ。

図１４（ｄ）は、パルス圧縮の結果の信号を示す。パルス圧縮前のパルス幅Ｔで帯域幅Δｆの信号に対し、パルス圧縮によって、信号波形のピーク出力を「√（ＴΔｆ）」倍に増大させる効果が得られる。またピークとなる時間は、図１４（ｂ）に示される直線状ＦＭパルスを送信アンテナから送信してから、受信アンテナで反射波を受信するまでの時間差Δｔに相当する。この時間差Δｔから対象物の距離ｒは、「ｒ＝ｃ・Δｔ／２」により算出できる。但し、ｃは光速である。図１４（ｄ）に示されるＦＭ−ＣＷ方式での周波数掃引を使用したパルス圧縮が、偏波成分の抽出方法である。

なお、ＦＭ−ＣＷ方式の周波数−連続変調は、休止時間なく、連続して繰り返される。また、図１４に示す円偏波としたＦＭ−ＣＷ方式において、Ｈ偏波成分とＶ偏波成分とは位相差が９０°である一例であり、他の例として位相差が７５°であってもよい。図１４に示す円偏波としたＦＭ−ＣＷ方式では、直線偏波及び直線に近い楕円偏波でなければ、楕円偏波でも構わない。
また、この図１４に示す円偏波のＦＭ−ＣＷ方式を用いる場合、図１１に示す地中レーダ装置１３０の構成において、切換え制御部１４１が切換え情報の代わりに連続して繰り返しに関する情報をＶ偏波生成部１４２＿Ｖ及びＨ偏波生成部１４２＿Ｈに伝えて、図１４（ｂ）のチャープ信号を送信する。また図１２のフローチャートでのステップＳ１０１もＶ／Ｈ偏波の切換え制御に代わり、チャープ信号を連続して繰り返し制御になる。

上述した第１の実施形態によれば、互いに直交する偏波成分を各々生成し、生成された偏波成分を有する電磁波を送信アンテナから地中に向かって放射する。その電磁波の反射波を受信アンテナで受信し、受信された反射波の受信信号から偏波成分を抽出する。次いで、抽出された偏波成分の各強度の比に基づいて、線状導体からなる埋設物の向きを判断する。これにより、地中に埋設された鉄筋などの線状導体の向きを識別することができる。さらに、互いに直交する偏波成分を使用することにより、地中レーダを使用した測定の効率の向上を図ることができる。なお、上述した鉄筋コンクリート１００の鉄筋１０３，１０４は、線状導体からなる埋設物の一例である。

（第２の実施形態）
図１５から図２８を参照し、第２の実施形態について説明する。本実施形態では、測定対象の一例として、図３に示される鉄筋コンクリート１００を挙げて説明する。図１５及び図１６は位相による反射波の状況を示す。図１５及び図１６では、上記の図１４を参照して説明したＦＭ−ＣＷ方式の周波数−連続変調による偏波面の異なる正弦波を、地中レーダから放射する電磁波に使用する。

図１５は、４つの時刻（Ｔ_０，Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３）を例に、各時刻Ｔ_０，Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３におけるＸ軸方向の電界強度ＩｘとＹ軸方向の電界強度Ｉｙとを示す。図１５に示されるように、時刻Ｔ_０，Ｔ_２，・・・，Ｔ_２ｎ（ｎ＝０，１，２，・・・）の時間スリットを通過させ、Ｘ軸の電界強度（Ｈ偏波成分）に比較的強く反応する対象物を検出する。また別の時刻Ｔ_１，Ｔ_３，・・・，Ｔ_２ｎ＋１（ｎ＝０，１，２，・・・）の時間スリットを通過させ、Ｙ軸の電界強度（Ｖ偏波成分）に比較的強く反応する対象物を検出する。このように、反射波に対して特定の時間スリットを通過させ、対象物の方向を検出することができる。

図１６（ａ）は、時刻Ｔ_０でのＸ軸とＹ軸の各反射強度（Ｉ_Ｈ，Ｉ_Ｖ）を示す。図１６（ｂ）は、時刻Ｔ_１でのＸ軸とＹ軸の各反射強度（Ｉ_Ｈ，Ｉ_Ｖ）を示す。図１６（ｃ）は、時刻Ｔ_２でのＸ軸とＹ軸の各反射強度（Ｉ_Ｈ，Ｉ_Ｖ）を示す。図１６（ｄ）は、時刻Ｔ_３でのＸ軸とＹ軸の各反射強度（Ｉ_Ｈ，Ｉ_Ｖ）を示す。図１６（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）において、Ｚ軸は深さを示す。

図１６（ａ）には、時刻Ｔ_０において、地表のアンテナから地中の各位置までの位相の変化する方向が示される。この時刻Ｔ_０では、図１６（ａ）に示されるように、鉄筋コンクリート１００の内部の鉄筋１０３，１０４が存在する位置（Ｚ軸）において、Ｘ軸方向の偏波つまりＨ偏波成分Ｘ＿２００が比較的強く、Ｙ軸方向の偏波つまりＶ偏波成分が比較的弱い。したがって、時刻Ｔ_０では、Ｘ軸方向の鉄筋１０３による反射波がＹ軸方向の鉄筋１０４による反射波よりも強く観測される。

図１６（ｂ）には、時刻Ｔ_１において、地表のアンテナから地中の各位置までの位相の変化する方向が示される。この時刻Ｔ_１では、図１６（ｂ）に示されるように、鉄筋コンクリート１００の内部の鉄筋１０３，１０４が存在する位置（Ｚ軸）において、Ｙ軸方向の偏波つまりＶ偏波成分Ｙ＿２０１が比較的強く、Ｘ軸方向の偏波つまりＨ偏波成分が比較的弱い。したがって、時刻Ｔ_１では、Ｙ軸方向の鉄筋１０４による反射波がＸ軸方向の鉄筋１０３による反射波よりも強く観測される。

図１６（ｃ）には、時刻Ｔ_２において、地表のアンテナから地中の各位置までの位相の変化する方向が示される。この時刻Ｔ_２では、図１６（ｃ）に示されるように、鉄筋コンクリート１００の内部の鉄筋１０３，１０４が存在する位置（Ｚ軸）において、Ｘ軸方向の偏波つまりＨ偏波成分Ｘ＿２０２が比較的強く、Ｙ軸方向の偏波つまりＶ偏波成分が比較的弱い。したがって、時刻Ｔ_２では、Ｘ軸方向の鉄筋１０３による反射波がＹ軸方向の鉄筋１０４による反射波よりも強く観測される。

図１６（ｄ）には、時刻Ｔ_３において、地表のアンテナから地中の各位置までの位相の変化する方向が示される。この時刻Ｔ_３では、図１６（ｄ）に示されるように、鉄筋コンクリート１００の内部の鉄筋１０３，１０４が存在する位置（Ｚ軸）において、Ｙ軸方向の偏波つまりＶ偏波成分Ｙ＿２０３が比較的強く、Ｘ軸方向の偏波つまりＨ偏波成分が比較的弱い。したがって、時刻Ｔ_３では、Ｙ軸方向の鉄筋１０４による反射波がＸ軸方向の鉄筋１０３による反射波よりも強く観測される。

なお、図１６（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）において、Ｘ−Ｙ軸での各位相についての反射強度が仮にＺ軸方向の全ての範囲で同じ場合には、Ｈ偏波成分とＶ偏波成分とが重ね合わさり円偏波となる。

上述したように、図１６（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）では各位相に対し反射波の反射強度が対応して分かる４つの時刻Ｔ_０，Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３を示した。これら各位相による反射波の反射強度の時間変化に対応するＸ軸方向とＹ軸方向の電磁界強度は、図１５に反映される。この図１５に示されるＸ軸方向とＹ軸方向の各電磁界強度Ｉｘ，Ｉｙのグラフから、Ｘ軸方向とＹ軸方向で各々強調される情報が得られる。なお、図１５及び図１６では代表的な４つの時刻Ｔ_０，Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３を例に挙げたが、実際の地中レーダ装置ではより多くの時間に分けた構成を実装することにより、より細かな測定データが得られるようにしてもよい。

次に図１７を参照して本実施形態に係る地中レーダの装置構成を説明する。図１７は、本実施形態の地中レーダ装置２２０の構成を示す図である。図１７に示す地中レーダ装置２２０は、上記の図７に示されるケースＡに適用される。図１７に示す地中レーダ装置２２０は、送信部２３０と、受信部２４０と、送信アンテナ２５１と、受信アンテナ２５２とを備える。送信アンテナ２５１は、Ｈ偏波とＶ偏波とを各々に送信することができる。受信アンテナ２５２は、Ｈ偏波とＶ偏波とを各々に受信することができる。送信部２３０は、入力制御部２３１とＨ偏波成分生成部２３２＿ＨとＶ偏波成分生成部２３２＿Ｖとを備える。受信部２４０は、Ｈ偏波成分抽出部２４１＿ＨとＶ偏波成分抽出部２４１＿Ｖと統合処理部２４２と処理結果出力部２４３とを備える。

入力制御部２３１は、Ｈ偏波成分とＶ偏波成分の生成を制御する信号である制御情報を、Ｈ偏波成分生成部２３２＿ＨとＶ偏波成分生成部２３２＿Ｖとに出力する。Ｈ偏波成分生成部２３２＿ＨとＶ偏波成分生成部２３２＿Ｖとは送信アンテナ２５１に接続される。Ｈ偏波成分生成部２３２＿Ｈは、制御情報に従って、Ｈ偏波成分の生成を行う。Ｈ偏波成分生成部２３２＿Ｈによって生成されたＨ偏波成分の偏波信号は送信アンテナ２５１へ出力される。Ｖ偏波成分生成部２３２＿Ｖは、制御情報に従って、Ｖ偏波成分の生成を行う。Ｖ偏波成分生成部２３２＿Ｖによって生成されたＶ偏波成分の偏波信号は送信アンテナ２５１へ出力される。送信アンテナ２５１は、Ｈ偏波成分の偏波信号とＶ偏波成分の偏波信号とから成る電磁波を地中に向かって放射する。Ｈ偏波成分生成部２３２＿ＨとＶ偏波成分生成部２３２＿Ｖとは、偏波信号の情報である偏波情報を受信部２４０へ出力する。受信部２４０に入力された偏波情報は、Ｈ偏波成分抽出部２４１＿ＨとＶ偏波成分抽出部２４１＿Ｖとに入力される。

Ｈ偏波成分の偏波信号とＶ偏波成分の偏波信号とが同一の強度かつ同一の周波数で位相差が９０°（π／２ラジアン）の正弦波である場合には、送信アンテナ２５１から放射される電磁波は円偏波になる。この円偏波の一例として、上記の図１４に示される円偏波としたＦＭ−ＣＷ方式が挙げられる。これにより、Ｈ偏波成分生成部２３２＿Ｈで生成されたＨ偏波成分の偏波信号と、Ｖ偏波成分生成部２３２＿Ｖで生成されたＶ偏波成分の偏波信号とから生成される電磁波においては、互いに直交するＨ偏波成分とＶ偏波成分とが送信アンテナ２５１から放射されて重ね合わさり円偏波となる。

送信アンテナ２５１から地中に向かって放射された電磁波は、地中の測定対象である鉄筋コンクリート１００の鉄筋で反射される。その地中の鉄筋コンクリート１００の鉄筋で反射された反射波は、受信アンテナ２５２で受信される。受信部２４０のＨ偏波成分抽出部２４１＿ＨとＶ偏波成分抽出部２４１＿Ｖとは受信アンテナ２５２に接続される。Ｈ偏波成分抽出部２４１＿Ｈは、受信アンテナ２５２の受信信号から、Ｘ軸方向に対応するＨ偏波成分を抽出する。Ｖ偏波成分生成部２３２＿Ｖは、受信アンテナ２５２の受信信号から、Ｙ軸方向に対応するＶ偏波成分を抽出する。Ｈ偏波成分抽出部２４１＿ＨとＶ偏波成分抽出部２４１＿Ｖとは、上記の図１４（ｃ），（ｄ）に示されるＦＭ−ＣＷ方式での周波数掃引を使用したパルス圧縮によって、各々に偏波成分を抽出する。

Ｈ偏波成分抽出部２４１＿Ｈは、偏波情報に基づいて、Ｈ偏波成分の偏波信号の送信タイミングを認識する。また、Ｖ偏波成分抽出部２４１＿Ｖは、偏波情報に基づいて、Ｖ偏波成分の偏波信号の送信タイミングを認識する。この送信タイミングから反射波の受信タイミングまでの時間が電磁波伝搬時間に相当し、この電磁波伝搬時間から、反射波を反射した対象物の位置（深さ）を計算することができる。

例えば、Ｘ軸方向（Ｈ偏波成分に対応）の鉄筋１０３による反射波の伝搬時間でＨ偏波成分が比較的強く観測された場合には、鉄筋１０３を検出できたことになる。他方、Ｙ軸方向（Ｖ偏波成分に対応）の鉄筋１０４による反射波の伝搬時間でＶ偏波成分が比較的強く観測された場合には、鉄筋１０４を検出できたことになる。

Ｈ偏波成分抽出部２４１＿Ｈで抽出されたＨ偏波成分の情報は統合処理部２４２へ出力される。Ｖ偏波成分抽出部２４１＿Ｖで抽出されたＶ偏波成分の情報は統合処理部２４２へ出力される。統合処理部２４２は、Ｈ偏波成分抽出部２４１＿Ｈから入力されたＨ偏波成分の情報と、Ｖ偏波成分抽出部２４１＿Ｖから入力されたＶ偏波成分の情報とを使用して、統合処理を実行する。この統合処理では、統合処理部２４２は、上記の図１５及び図１６を参照して説明したＸ軸成分を強調する処理とＹ軸成分を強調する処理とを実行し、この実行結果に基づいて、当該反射波を反射した鉄筋がＸ軸方向に配置されるのか又はＹ軸方向に配置されるのかを判断する。統合処理部２４２の処理結果は処理結果出力部２４３へ出力される。処理結果出力部２４３は、統合処理部２４２の処理結果を出力する。統合処理部２４２の処理結果として、例えば、上記の図７（ｂ）に示されるケースＡの場合の地中のマンホールの鉄筋の分布図が挙げられる。処理結果出力部２４３から出力された統合処理部２４２の処理結果は、表示装置の表示画面上に表示される。

なお、上記の図１７の構成では、１つの送信アンテナ２５１と１つの受信アンテナ２５２とから成る１組のアンテナ対を示したが、上記の図７（ｄ）に示されるように複数の送信アンテナ２５１と複数の受信アンテナ２５２とから成る複数組のアンテナ対を備えてもよい。この場合、受信部２４０において、Ｈ偏波成分抽出部２４１＿ＨとＶ偏波成分抽出部２４１＿Ｖとが、各対の測定データから、各々Ｈ偏波成分とＶ偏波成分とを抽出する。そして、統合処理部２４２が、各対の測定データから抽出されたＨ偏波成分とＶ偏波成分とを統合する処理を実行する。これにより、複数組のアンテナ対で測定された測定データを使用することができるので、より高精度の測定を行うことができる。また、複数の送信アンテナ２５１と複数の受信アンテナ２５２の中から、任意に、送信アンテナ２５１と受信アンテナ２５２の組合せを選択するように構成してもよい。

図１８を参照して、図１７に示される地中レーダ装置２２０の動作を説明する。図１８は、本実施形態の測定方法のフローチャートである。

（ステップＳ２０１）入力制御部２３１が、Ｈ偏波成分とＶ偏波成分の生成を制御する信号である制御情報を、Ｈ偏波成分生成部２３２＿ＨとＶ偏波成分生成部２３２＿Ｖとに出力する。

（ステップＳ２０２）Ｈ偏波成分生成部２３２＿Ｈが制御情報に従ってＨ偏波成分を生成する。Ｈ偏波成分生成部２３２＿Ｈによって生成されたＨ偏波成分の偏波信号は送信アンテナ２５１へ出力される。Ｖ偏波成分生成部２３２＿Ｖが制御情報に従ってＶ偏波成分を生成する。Ｖ偏波成分生成部２３２＿Ｖによって生成されたＶ偏波成分の偏波信号は送信アンテナ２５１へ出力される。これにより、Ｈ偏波成分の偏波信号とＶ偏波成分の偏波信号とから成る電磁波が、送信アンテナ２５１から地中に向かって放射される。Ｈ偏波成分生成部２３２＿ＨとＶ偏波成分生成部２３２＿Ｖとは、偏波信号の情報である偏波情報を受信部２４０へ出力する。受信部２４０に入力された偏波情報は、Ｈ偏波成分抽出部２４１＿ＨとＶ偏波成分抽出部２４１＿Ｖとに入力される。

（ステップＳ２０３）受信アンテナ２５２により地中レーダの電磁波である反射波を受信して、この受信した信号がＨ偏波成分抽出部２４１＿ＨとＶ偏波成分抽出部２４１＿Ｖへ伝えられる。

（ステップＳ２０４）Ｈ偏波成分抽出部２４１＿Ｈが受信アンテナ２５２の受信信号からＸ軸方向に対応するＨ偏波成分を抽出する。Ｖ偏波成分生成部２３２＿Ｖが受信アンテナ２５２の受信信号からＹ軸方向に対応するＶ偏波成分を抽出する。

（ステップＳ２０５）統合処理部２４２が、Ｈ偏波成分抽出部２４１＿Ｈにより抽出されたＨ偏波成分の情報と、Ｖ偏波成分抽出部２４１＿Ｖにより抽出されたＶ偏波成分の情報とを使用して、統合処理を実行する。

（ステップＳ２０６）処理結果出力部２４３が統合処理部２４２の処理結果を出力する。処理結果出力部２４３から出力された統合処理部２４２の処理結果は、表示装置の表示画面上に表示される。

次に図１９及び図２０を参照して、地中レーダから放射する電磁波の他の例を説明する。図１９及び図２０は偏波面回転波を示す。図１９は、偏波面回転波の偏波面をＸ−Ｙ軸の面とし、伝搬方向をＺ軸の方向とした図である。図２０は、偏波面回転波の偏波角を示す図であり、偏波面のＸ−Ｙ軸平面上である。図２０に示す偏波面回転波では、ある測定時間内での偏波面が８方向に各々存在する。以下に、図１９及び図２０に示す偏波面回転波を地中レーダに使用する場合を、図２１から図２８を参照して説明する。なお、円偏波と偏波面回転波との違いは、円偏波では偏波面が電磁波の基本周波数（搬送波周波数）で回転するのに対し、偏波面回転波では電磁波の搬送波周波数よりも低い任意の周波数で回転することである。

図２１及び図２２は偏波面回転波による反射波の状況を示す。図２１は、４つの時刻（Ｔ_０，Ｔ_１’，Ｔ_２’，Ｔ_３’）を例に、各時刻Ｔ_０，Ｔ_１’，Ｔ_２’，Ｔ_３’における各偏波角θ_０，θ_１，θ_２，θ_３の電界強度を示す。偏波角の例として、θ_０＝０°、θ_１＝４５°、θ_２＝９０°、θ_３＝１３５°である。なお、図２１中には、偏波角０°，４５°，９０°，１３５°の各々に対応する電界強度Ｉ_０，Ｉ_４５，Ｉ_９０，Ｉ_１３５のうち、電界強度Ｉ_０，Ｉ_４５，Ｉ_９０を示し、電界強度Ｉ_１３５については省略している。また、偏波角０°をＸ’軸方向とし、偏波角９０°をＹ’軸方向とする。

図２１に示されるように、反射波に対して特定の時間スリットを通過させ、対象物の方向を検出する。時間スリットは、各偏波角０°，４５°，９０°，１３５°に対応する。偏波角０°（Ｘ’軸）に対して、時刻Ｔ_０，Ｔ_４’，・・・，Ｔ_４ｎ（ｎ＝０，１，２，・・・）の時間スリットを通過させ、偏波角０°（Ｘ’軸）の電界強度Ｉ_０に比較的強く反応する対象物を検出する。偏波角４５°に対して、時刻Ｔ_１’，Ｔ_５’，・・・，Ｔ_４ｎ＋１（ｎ＝０，１，２，・・・）の時間スリットを通過させ、偏波角４５°の電界強度Ｉ_４５に比較的強く反応する対象物を検出する。偏波角９０°（Ｙ’軸）に対して、時刻Ｔ_２’，Ｔ_６’，・・・，Ｔ_４ｎ＋２（ｎ＝０，１，２，・・・）の時間スリットを通過させ、偏波角９０°（Ｙ’軸）の電界強度Ｉ_９０に比較的強く反応する対象物を検出する。偏波角１３５°に対して、時刻Ｔ_３’，Ｔ_７’，・・・，Ｔ_４ｎ＋３（ｎ＝０，１，２，・・・）の時間スリットを通過させ、偏波角１３５°の電界強度Ｉ_１３５に比較的強く反応する対象物を検出する。

図２２（ａ）は、時刻Ｔ_０でのＸ’軸とＹ’軸の各反射強度（Ｉ_Ｘ’，Ｉ_Ｙ’）を示す。図２２（ｂ）は、時刻Ｔ_１’でのＸ’軸とＹ’軸の各反射強度（Ｉ_Ｘ’，Ｉ_Ｙ’）を示す。図２２（ｃ）は、時刻Ｔ_２’でのＸ’軸とＹ’軸の各反射強度（Ｉ_Ｘ’，Ｉ_Ｙ’）を示す。図２２（ｄ）は、時刻Ｔ_３’でのＸ’軸とＹ’軸の各反射強度（Ｉ_Ｘ’，Ｉ_Ｙ’）を示す。図２２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）において、Ｚ軸は深さを示す。

図２２（ａ）には、時刻Ｔ_０において、地表のアンテナから地中の各位置までの位相の変化する方向が示される。この時刻Ｔ_０では、図２２（ａ）に示されるように、鉄筋コンクリート１００の内部の鉄筋１０３，１０４が存在する位置（Ｚ軸）において、Ｘ’軸方向つまり偏波角０°（Ｘ’軸）の反射強度Ｘ’＿２２０が比較的強く、Ｙ’軸方向つまり偏波角９０°（Ｙ’軸）の反射強度が比較的弱い。

図２２（ｂ）には、時刻Ｔ_１’において、地表のアンテナから地中の各位置までの位相の変化する方向が示される。この時刻Ｔ_１’では、図２２（ｂ）に示されるように、鉄筋コンクリート１００の内部の鉄筋１０３，１０４が存在する位置（Ｚ軸）において、Ｘ’軸方向つまり偏波角０°（Ｘ’軸）の反射強度とＹ’軸方向つまり偏波角９０°（Ｙ’軸）の反射強度との間には格別な差がない。

図２２（ｃ）には、時刻Ｔ_２’において、地表のアンテナから地中の各位置までの位相の変化する方向が示される。この時刻Ｔ_２’では、図２２（ｃ）に示されるように、鉄筋コンクリート１００の内部の鉄筋１０３，１０４が存在する位置（Ｚ軸）において、Ｙ’軸方向つまり偏波角９０°（Ｙ’軸）の反射強度Ｙ’＿２２２が比較的強く、Ｘ’軸方向つまり偏波角０°（Ｘ’軸）の反射強度が比較的弱い。

図２２（ｄ）には、時刻Ｔ_３’において、地表のアンテナから地中の各位置までの位相の変化する方向が示される。この時刻Ｔ_３’では、図２２（ｄ）に示されるように、鉄筋コンクリート１００の内部の鉄筋１０３，１０４が存在する位置（Ｚ軸）において、Ｘ’軸方向つまり偏波角０°（Ｘ’軸）の反射強度とＹ’軸方向つまり偏波角９０°（Ｙ’軸）の反射強度との間には格別な差がない。

図２２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の例では、偏波角０°（Ｘ’軸）の方向が鉄筋１０３のＸ軸方向に一致し、偏波角９０°（Ｙ’軸）の方向が鉄筋１０４のＹ軸方向に一致することが考えられる。なお、偏波角０°（Ｘ’軸）の方向と偏波角９０°（Ｙ’軸）の方向とが、鉄筋１０３，１０４のＸ軸，Ｙ軸の方向と一致しなくてもよい。

また、図２１及び図２２では代表的な４つの時刻Ｔ_０，Ｔ_１’，Ｔ_２’，Ｔ_３’を例に挙げたが、実際の地中レーダ装置ではより多くの時間に分けた構成を実装することにより、より細かな測定データが得られるようにしてもよい。また、図２１及び図２２では代表的な４つの偏波角θ_０＝０°、θ_１＝４５°、θ_２＝９０°、θ_３＝１３５°を例に挙げたが、実際の地中レーダ装置ではより多くの偏波角に分けた構成を実装することにより、走査の効率化を図ると共により細かな測定データが得られるようにしてもよい。

次に図２３を参照して本実施形態に係る地中レーダの他の装置構成を説明する。図２３は、本実施形態の地中レーダ装置２６０の構成を示す図である。図２３に示す地中レーダ装置２６０は、上記の図７に示すケースＡ及びケースＢに適用される。上記の図１７に示す地中レーダ装置２２０ではＨ偏波成分とＶ偏波成分とを重ね合わせた電磁波を使用するが、図２３に示す地中レーダ装置２６０では偏波面回転波を使用する。この偏波面回転波については、上記の図１９と図２０に一例を挙げ説明している。

図２３に示す地中レーダ装置２６０は、送信部２７０と、受信部２８０と、送信アンテナ２６１と、受信アンテナ２６２とを備える。送信アンテナ２６１は、偏波面回転波を送信することができる。受信アンテナ２６２は、偏波面回転波を受信することができる。送信部２７０は、入力制御部２７１と偏波面回転波生成部２７２とを備える。受信部２８０は、複数（図２３の例では「ｋ＋１」個）の信号抽出部２８１＿０〜ｋと統合処理部２８２と処理結果出力部２８３とを備える。

入力制御部２７１は、偏波面回転波の生成を制御する信号である制御情報を、偏波面回転波生成部２７２に出力する。偏波面回転波生成部２７２は送信アンテナ２６１に接続される。偏波面回転波生成部２７２は、制御情報に従って、偏波面回転波信号の生成を行う。この偏波面回転波信号の生成処理では、偏波面回転波生成部２７２は、上記の図１４に示されるＦＭ−ＣＷ方式の周波数−連続変調を、上記の図１９及び図２０に示す偏波面回転波に対して実行する。このＦＭ−ＣＷ方式の周波数−連続変調の実行の結果として、偏波面回転波信号が生成される。偏波面回転波生成部２７２によって生成された偏波面回転波信号は送信アンテナ２６１へ出力される。送信アンテナ２６１は、偏波面回転波信号から成る電磁波を地中に向かって放射する。偏波面回転波生成部２７２は、偏波面回転波信号の偏波角の情報である偏波角情報を受信部２８０へ出力する。受信部２８０に入力された偏波角情報は、信号抽出部２８１＿０〜ｋに入力される。

送信アンテナ２６１から地中に向かって放射された電磁波は、地中の測定対象である鉄筋コンクリート１００の鉄筋で反射される。その地中の鉄筋コンクリート１００の鉄筋で反射された反射波は、受信アンテナ２６２で受信される。受信部２８０の信号抽出部２８１＿０〜ｋは、受信アンテナ２６２に接続される。信号抽出部２８１＿０〜ｋは、受信アンテナ２６２の受信信号から、予め定められた偏波角θ_０〜θ_ｋに沿う信号を抽出する。具体的には、信号抽出部２８１＿ｎは、受信アンテナ２６２の受信信号から、偏波角θ_ｎに沿う信号を抽出する（ｎ＝０，１，・・・，ｋ）。この偏波角θ_ｎに沿う信号の抽出処理では、信号抽出部２８１＿ｎは、上記の図１４（ｃ），（ｄ）に示されるＦＭ−ＣＷ方式での周波数掃引を使用したパルス圧縮により、偏波角θ_ｎに沿う信号を抽出する。信号抽出部２８１＿ｎは、偏波角情報に基づいて、偏波面回転波信号のうち偏波角θ_ｎの信号を認識する。

各信号抽出部２８１＿０〜ｋで抽出された各偏波角θ_０〜θ_ｋに沿う信号は、統合処理部２８２へ出力される。統合処理部２８２は、各信号抽出部２８１＿０〜ｋから入力された各偏波角θ_０〜θ_ｋに沿う信号を使用して、統合処理を実行する。この統合処理では、統合処理部２８２は、上記の図２１及び図２２を参照して説明した各偏波角θ_０〜θ_ｋに沿う信号を強調する処理を実行し、この実行結果に基づいて、当該反射波を反射した鉄筋が偏波角θ_０〜θ_ｋのうちいずれの偏波角の方向に配置されるのかを判断する。

統合処理部２８２の処理結果は処理結果出力部２８３へ出力される。処理結果出力部２８３は、統合処理部２８２の処理結果を出力する。統合処理部２８２の処理結果として、例えば、上記の図７に示される地中のマンホールの鉄筋の分布図が挙げられる。処理結果出力部２８３から出力された統合処理部２８２の処理結果は、表示装置の表示画面上に表示される。

図２３に示す地中レーダ装置２６０は、上記の図７（ｂ）に示されるケースＡ及び図７（ｃ）に示されるケースＢのいずれのケースにも適用することができる。図７（ｂ）に示されるケースＡでは、図２３に示される地中レーダの走査における座標のＸ’軸とＹ’軸とが、鉄筋方向の座標のＸ軸とＹ軸とに一致する。したがって、偏波角θ_０〜θ_ｋのうちＸ’軸方向に一致する偏波角とＹ’軸方向に一致する偏波角とに基づいて、鉄筋の存在及び配置方向を容易に判断することができる。

他方、図７（ｃ）に示されるケースＢでは、図２３に示される地中レーダの走査における座標のＸ’軸とＹ’軸とが、鉄筋方向の座標のＸ軸とＹ軸とは一致しない。しかし、偏波角θ_０〜θ_ｋの中に鉄筋方向の座標のＸ軸又はＹ軸の方向に一致する偏波角が存在する場合、該一致する偏波角に基づいて、地中レーダの走査における座標のＸ’軸とＹ’軸とを鉄筋方向の座標のＸ軸とＹ軸とに合わせることができる。例えば、統合処理部２８２は、該一致する偏波角に基づいて、地中レーダの走査における座標のＸ’軸とＹ’軸とを鉄筋方向の座標のＸ軸とＹ軸とに合わせるための座標回転角φを判断し、座標回転角φにより統合処理の結果の測定データに対する座標回転を実行する。なお、偏波角θ_０〜θ_ｋの全てが鉄筋方向の座標のＸ軸及びＹ軸の方向から多少ずれていても、大凡の鉄筋方向を判断することはできる。

上述のように図２３に示す地中レーダ装置２６０は、地中レーダの走査方向と測定対象の鉄筋の方向とが一致する場合にも不一致する場合にも適用することができる。これにより、地中レーダの走査方向を任意に設定することができる。例えば、上記の図７（ｂ）に示されるケースＡのように、埋設されたマンホールの天井の鉄筋コンクリートの内部に格子状に存在する鉄筋が車両（地中レーダ）の走行方向（走査方向であるＸ’軸方向）と横断方向（走査方向に垂直なＹ’軸方向）とに配置される場合に、図２３に示す地中レーダ装置２６０を適用することができる。また、図７（ｃ）に示されるケースＢのように、マンホールが交差点の中央部分に埋設され、車両（地中レーダ）の走行方向（走査方向であるＸ’軸方向）が、マンホールの天井の鉄筋コンクリートの内部に格子状に存在する鉄筋の配置方向に対して、図７（ｃ−１），（ｃ−２）に示されるように斜めになる場合であっても、図２３に示す地中レーダ装置２６０を適用することができる。これにより、図７（ｃ）に示されるケースＢでは、図７（ｃ−１），（ｃ−２）のいずれの場合にも、地上レーダを搭載した車両が交差点を右折して交差点の中央部分を通過するタイミングで、地中のマンホールの天井の鉄筋コンクリートについての測定を行うことができる。

なお、上記の図２３の構成では、１つの送信アンテナ２６１と１つの受信アンテナ２６２とから成る１組のアンテナ対を示したが、上記の図７（ｄ）に示されるように複数の送信アンテナ２６１と複数の受信アンテナ２６２とから成る複数組のアンテナ対を備えてもよい。この場合、受信部２８０において、信号抽出部２８１＿０〜ｋが、各対の測定データから、各々の偏波角θ_０〜θ_ｋに沿う信号を抽出する。そして、統合処理部２８２が、各対の測定データから抽出された各偏波角θ_０〜θ_ｋに沿う信号を統合する処理を実行する。これにより、複数組のアンテナ対で測定された測定データを使用することができるので、より高精度の測定を行うことができる。また、複数の送信アンテナ２６１と複数の受信アンテナ２６２の中から、任意に、送信アンテナ２６１と受信アンテナ２６２の組合せを選択するように構成してもよい。

図２４を参照して、図２３に示される地中レーダ装置２６０の動作を説明する。図２４は、本実施形態の他の測定方法のフローチャートである。

（ステップＳ３０１）入力制御部２７１が、偏波面回転波の生成を制御する信号である制御情報を、偏波面回転波生成部２７２に出力する。

（ステップＳ３０２）偏波面回転波生成部２７２が制御情報に従って偏波面回転波信号を生成する。偏波面回転波生成部２７２によって生成された偏波面回転波信号は送信アンテナ２６１へ出力される。これにより、偏波面回転波信号から成る電磁波が、送信アンテナ２６１から地中に向かって放射される。偏波面回転波生成部２７２は、偏波面回転波信号の偏波角の情報である偏波角情報を受信部２８０へ出力する。受信部２８０に入力された偏波角情報は、信号抽出部２８１＿０〜ｋに入力される。

（ステップＳ３０３）受信アンテナ２６２により地中レーダの電磁波である反射波を受信して、この受信した信号は信号抽出部２８１＿０〜ｋへ伝えられる。

（ステップＳ３０４）信号抽出部２８１＿０〜ｋが、受信アンテナ２６２の受信信号から、予め定められた偏波角θ_０〜θ_ｋに沿う信号を抽出する。

（ステップＳ３０５）統合処理部２８２が、各信号抽出部２８１＿０〜ｋにより抽出された各偏波角θ_０〜θ_ｋに沿う信号を使用して、統合処理を実行する。

（ステップＳ３０６）処理結果出力部２８３が統合処理部２８２の処理結果を出力する。処理結果出力部２８３から出力された統合処理部２８２の処理結果は、表示装置の表示画面上に表示される。

図２５は、図２３に示す偏波面回転波生成部２７２及び送信アンテナ２６１の実施例を示す。図２５において、偏波面回転波生成部２７２は、搬送波発振器２７０１と副搬送波発振器２７０２と逓倍器２７０３と混合器２７０４，２７０７と同調／電力増幅器２７０５，２７０８とπ／２位相器２７０６とを備える。送信アンテナ２６１は、ＸアンテナとＹアンテナとを備える。ＸアンテナとＹアンテナとは直交する。

搬送波発振器２７０１は搬送波ｆ_０を生成する。搬送波ｆ_０は、逓倍器２７０３を介して、混合器２７０４，２７０７に入力される。混合器２７０４は、搬送波ｆ_０と副搬送波発振器２７０２により生成された搬送波ｆ_ｓとをミキシングする。混合器２７０４によるミキシング結果の信号ｆ_ｉは、同調／電力増幅器２７０５を介して、送信アンテナ２６１のＹアンテナに出力される。

また、副搬送波発振器２７０２により生成された搬送波ｆ_ｓはπ／２位相器２７０６により搬送波ｆ_ｓ’となって混合器２７０７に入力される。混合器２７０７は、搬送波ｆ_０と搬送波ｆ_ｓ’とをミキシングする。混合器２７０７によるミキシング結果の信号ｆ_ｉ’は、同調／電力増幅器２７０８を介して、送信アンテナ２６１のＸアンテナに出力される。

図２６は、偏波面回転波を生成する平衡変調波の例を示す。図２６（ａ）は平衡変調波Ａｘを示し、図２６（ｂ）は平衡変調波Ａｙを示す。図２５に示す送信アンテナ２６１のＹアンテナに入力される信号ｆ_ｉとＸアンテナに入力される信号ｆ_ｉ’の一例として、信号ｆ_ｉは図２６（ａ）に示す平衡変調波Ａｘであり、信号ｆ_ｉ’は図２６（ｂ）に示す平衡変調波Ａｙである。図２５に示す送信アンテナ２６１において、Ｙアンテナから平衡変調波Ａｘが送信され且つＸアンテナから平衡変調波Ａｙが送信されることにより、偏波面回転波が生成される。なお、受信アンテナ２６２は送信アンテナ２６１と同じ構成とする。

図２７は、送信アンテナ２６１及び受信アンテナ２６２の実施例を示す。図２７には、一般に地中レーダに使用されるボウタイアンテナが示される。地中レーダにボウタイアンテナが使用される理由は、自己相似アンテナであり、周波数に寄らず同一周波数特性で広帯域において使用可能であるからである。図２７（ａ）には、サイズｓ＿ａ，ｓ＿ｂのボウタイアンテナが示される。サイズｓ＿ａは２１０［単位はｍｍ］、サイズｓ＿ｂは１０５［単位はｍｍ］である。図２７（ｂ）は、図２７（ａ）に示すボウタイアンテナの絶対利得を示す。図２７（ｂ）に示されるように、周波数特性で数百ＭＨｚから２ＧＨｚまでの範囲において一定の利得（−３ｄＢ以上）が得られる。そして、直交する偏波に対応するために、２つの同じボウタイアンテナを直交させた構成を、送信アンテナ２６１及び受信アンテナ２６２の各々に使用する。

図２８は、クロススロットボウタイアンテナを示す。図２８に示されるように、クロススロットボウタイアンテナは、図２７（ａ）に示すボウタイアンテナの形の穴が導体２８００に形成されている。その穴の形は、図２７（ａ）に示すボウタイアンテナを２つ交差させた形である。さらに穴の奥には、一部切れた円形のループ導体２８０１を内蔵する。送信アンテナ２６１においては、ループ導体２８０１の両端が送信する電磁波信号を供給する給電端となる。受信アンテナ２６２においては、ループ導体２８０１の両端が受信信号を出力する受電端となる。

上述した第２の実施形態によれば、偏波面が回転する偏波面回転波を生成し、生成された偏波面回転波を有する電磁波を送信アンテナから地中に向かって放射する。その電磁波の反射波を受信アンテナで受信し、受信された反射波の受信信号から特定の複数の各偏波角に沿う信号を抽出する。次いで、抽出された各偏波角に沿う信号の強度の比に基づいて、線状導体からなる埋設物の向きを判断する。これにより、地中に埋設された鉄筋などの線状導体の向きを識別することができる。また、埋設物からの反射波がほぼ同じ反射強度である場合でも、偏波角の違いにより方向の異なる鉄筋を識別することができる。また、偏波面が回転する偏波面回転波を使用することにより、地中レーダを使用した測定の効率の向上を図ることができる。なお、上述した鉄筋コンクリート１００の鉄筋１０３，１０４は、線状導体からなる埋設物の一例である。

第２の実施形態によれば、抽出された各偏波角に沿う信号の強度の比に基づいて、偏波角の座標系から埋設物の座標系に変換する座標回転角を取得する。これにより、地中レーダの走査における座標系と線状導体からなる埋設物の座標系とを合わせることができる。

（第３の実施形態）
図２９から図３１を参照し、第３の実施形態について説明する。本実施形態では、測定対象の一例として、図３に示される鉄筋コンクリート１００を挙げて説明する。図２９を参照して本実施形態に係る地中レーダの装置構成を説明する。図２９は、本実施形態の地中レーダ装置３１０の構成を示す図である。図２９に示す地中レーダ装置３１０は、上記の図１７に示す地中レーダ装置２２０の変形例である。上記の図１７に示す地中レーダ装置２２０は上記の図７に示されるケースＡに適用されるが、本実施形態の図２９に示す地中レーダ装置３１０は上記の図７に示すケースＡ及びケースＢに適用される。

図２９に示す地中レーダ装置３１０は、送信部３２０と、受信部３３０と、送信アンテナ３１１と、受信アンテナ３１２とを備える。送信アンテナ３１１は、Ｈ偏波とＶ偏波とを各々に送信することができる。受信アンテナ３１２は、Ｈ偏波とＶ偏波とを各々に受信することができる。送信部３２０は、入力制御部３２１とＨ偏波成分生成部３２２＿ＨとＶ偏波成分生成部３２２＿Ｖと符号化変調部３２３＿Ｈと符号化変調部３２３＿Ｖとを備える。受信部３３０は、Ｈ偏波成分抽出部３３１＿ＨとＶ偏波成分抽出部３３１＿Ｖと統合処理部３３２と処理結果出力部３３３とを備える。

入力制御部３２１は、Ｈ偏波成分とＶ偏波成分の生成を制御する信号である制御情報を、Ｈ偏波成分生成部３２２＿ＨとＶ偏波成分生成部３２２＿Ｖとに出力する。Ｈ偏波成分生成部３２２＿Ｈは、制御情報に従って、Ｈ偏波成分の生成を行う。Ｈ偏波成分生成部３２２＿Ｈによって生成されたＨ偏波成分の信号は符号化変調部３２３＿Ｈへ出力される。Ｖ偏波成分生成部３２２＿Ｖは、制御情報に従って、Ｖ偏波成分の生成を行う。Ｖ偏波成分生成部３２２＿Ｖによって生成されたＶ偏波成分の信号は符号化変調部３２３＿Ｖへ出力される。

符号化変調部３２３＿Ｈは、Ｈ偏波成分生成部３２２＿Ｈから入力されたＨ偏波成分の信号に対して、予め定められたＨ偏波成分用の符号化変調を行う。符号化変調部３２３＿Ｖは、Ｖ偏波成分生成部３２２＿Ｖから入力されたＶ偏波成分の信号に対して、予め定められたＶ偏波成分用の符号化変調を行う。Ｈ偏波成分用の符号化変調とＶ偏波成分用の符号化変調とは、Ｈ偏波成分とＶ偏波成分とを識別できるようにするための符号化変調である。このため、直交する相手の成分とは異なる符号化変調コードを使用して符号化変調を行う。符号化変調コードとして、例えば、ＰＮ符号系列（Pseudorandom Noise Code Sequence，疑似雑音符号系列）、Ｍ系列（Maximum-length shift-register sequence，M- sequence，最大長シフトレジスタ系列）、Ｇｏｌｄ系列（ゴールド系列）などを使用することができる（例えば非特許文献３，４参照）。

符号化変調部３２３＿Ｈと符号化変調部３２３＿Ｖとは送信アンテナ３１１に接続される。符号化変調部３２３＿ＨによってＨ偏波成分用の符号化変調が行われたＨ偏波成分の偏波信号は送信アンテナ３１１へ出力される。符号化変調部３２３＿ＶによってＶ偏波成分用の符号化変調が行われたＶ偏波成分の偏波信号は送信アンテナ３１１へ出力される。送信アンテナ３１１は、Ｈ偏波成分の偏波信号とＶ偏波成分の偏波信号とから成る電磁波を地中に向かって放射する。なお、図２９に示す地中レーダ装置３１０では、上記の図１７に示す地中レーダ装置２２０とは異なり、送信部３２０から受信部３３０へ偏波情報を送らない。

Ｈ偏波成分生成部３２２＿Ｈによって生成されたＨ偏波成分の信号とＶ偏波成分生成部３２２＿Ｖによって生成されたＶ偏波成分の信号とが同一の強度かつ同一の周波数で位相差が９０°（π／２ラジアン）の正弦波であり、かつ、Ｈ偏波成分用の符号化変調コードとＶ偏波成分用の符号化変調コードとが両方とも値「１」の連続である場合には、送信アンテナ２５１から放射される電磁波は円偏波になる。これにより、符号化変調部３２３＿Ｈで生成されたＨ偏波成分の偏波信号と、符号化変調部３２３＿Ｖで生成されたＶ偏波成分の偏波信号とから生成される電磁波においては、互いに直交するＨ偏波成分とＶ偏波成分とが送信アンテナ３１１から放射されて重ね合わさり円偏波となる。

送信アンテナ３１１から地中に向かって放射された電磁波は、地中の測定対象である鉄筋コンクリート１００の鉄筋で反射される。その地中の鉄筋コンクリート１００の鉄筋で反射された反射波は、受信アンテナ３１２で受信される。受信部３３０のＨ偏波成分抽出部３３１＿ＨとＶ偏波成分抽出部３３１＿Ｖとは受信アンテナ３１２に接続される。Ｈ偏波成分抽出部３３１＿Ｈは、受信アンテナ３１２の受信信号から、Ｘ’軸方向に対応するＨ偏波成分を抽出する。このＨ偏波成分の抽出処理では、Ｈ偏波成分抽出部３３１＿Ｈは、受信アンテナ３１２の受信信号に対して予め定められたＨ偏波成分用の復調を行うことにより、Ｈ偏波成分を抽出する。該Ｈ偏波成分用の復調は、符号化変調部３２３＿Ｈが行うＨ偏波成分用の符号化変調に対応する。Ｖ偏波成分抽出部３３１＿Ｖは、受信アンテナ３１２の受信信号から、Ｙ’軸方向に対応するＶ偏波成分を抽出する。このＶ偏波成分の抽出処理では、Ｖ偏波成分抽出部３３１＿Ｖは、受信アンテナ３１２の受信信号に対して予め定められたＶ偏波成分用の復調を行うことにより、Ｖ偏波成分を抽出する。該Ｖ偏波成分用の復調は、符号化変調部３２３＿Ｖが行うＶ偏波成分用の符号化変調に対応する。なお、Ｘ’軸とＹ’軸とは地中レーダの走査における座標の２軸である。

Ｈ偏波成分抽出部３３１＿Ｈで抽出されたＨ偏波成分の情報は統合処理部３３２へ出力される。Ｖ偏波成分抽出部３３１＿Ｖで抽出されたＶ偏波成分の情報は統合処理部３３２へ出力される。統合処理部３３２は、Ｈ偏波成分抽出部３３１＿Ｈから入力されたＨ偏波成分の情報と、Ｖ偏波成分抽出部３３１＿Ｖから入力されたＶ偏波成分の情報とを使用して、統合処理を実行する。この統合処理については後述する。統合処理部３３２の処理結果は処理結果出力部３３３へ出力される。処理結果出力部３３３は、統合処理部３３２の処理結果を出力する。処理結果出力部３３３から出力された統合処理部３３２の処理結果は、表示装置の表示画面上に表示される。

図３０を参照して、図２９に示される地中レーダ装置３１０の動作を説明する。図３０は、本実施形態の測定方法のフローチャートである。

（ステップＳ４０１）入力制御部３２１が、Ｈ偏波成分とＶ偏波成分の生成を制御する信号である制御情報を、Ｈ偏波成分生成部３２２＿ＨとＶ偏波成分生成部３２２＿Ｖとに出力する。

（ステップＳ４０２）Ｈ偏波成分生成部３２２＿Ｈが制御情報に従ってＨ偏波成分を生成する。Ｖ偏波成分生成部３２２＿Ｖが制御情報に従ってＶ偏波成分を生成する。

（ステップＳ４０３）符号化変調部３２３＿Ｈが、Ｈ偏波成分生成部３２２＿Ｈにより生成されたＨ偏波成分の信号に対して、予め定められたＨ偏波成分用の符号化変調を行う。符号化変調部３２３＿Ｖが、Ｖ偏波成分生成部３２２＿Ｖにより生成されたＶ偏波成分の信号に対して、予め定められたＶ偏波成分用の符号化変調を行う。符号化変調部３２３＿ＨによってＨ偏波成分用の符号化変調が行われたＨ偏波成分の偏波信号は送信アンテナ３１１へ出力される。符号化変調部３２３＿ＶによってＶ偏波成分用の符号化変調が行われたＶ偏波成分の偏波信号は送信アンテナ３１１へ出力される。これにより、Ｈ偏波成分の偏波信号とＶ偏波成分の偏波信号とから成る電磁波が、送信アンテナ３１１から地中に向かって放射される。

（ステップＳ４０４）受信アンテナ３１２により地中レーダの電磁波である反射波を受信して、この受信した信号がＨ偏波成分抽出部３３１＿ＨとＶ偏波成分抽出部３３１＿Ｖへ伝えられる。

（ステップＳ４０５）Ｈ偏波成分抽出部３３１＿Ｈが、受信アンテナ３１２の受信信号から、Ｘ’軸方向に対応するＨ偏波成分を抽出する。Ｖ偏波成分抽出部３３１＿Ｖが、受信アンテナ３１２の受信信号から、Ｙ’軸方向に対応するＶ偏波成分を抽出する。

（ステップＳ４０６）統合処理部３３２が、Ｈ偏波成分抽出部３３１＿Ｈにより抽出されたＨ偏波成分の情報と、Ｖ偏波成分抽出部３３１＿Ｖにより抽出されたＶ偏波成分の情報とを使用して、統合処理を実行する。

（ステップＳ４０７）処理結果出力部３３３は、統合処理部３３２の処理結果を出力する。処理結果出力部３３３から出力された統合処理部３３２の処理結果は、表示装置の表示画面上に表示される。

図３１を参照して図２９に示す地中レーダ装置３１０の統合処理部３３２の動作を説明する。図３１は、図２９に示す地中レーダ装置３１０の統合処理部３３２による統合処理を説明する図である。図３１には、Ｘ軸方向に配置される鉄筋１０３による反射波に着目する場合の処理が示される。図２９及び図３１に示されるように、地中レーダの走査における座標において、Ｘ’軸方向成分がＨ偏波成分に対応し、Ｙ’軸方向成分がＶ偏波成分に対応する。また、鉄筋コンクリート１００の内部に格子状に存在する鉄筋の方向の座標において、Ｘ軸方向が鉄筋１０３の配置方向に対応する。走査における座標（Ｘ’軸，Ｙ’軸，Ｚ軸）及び鉄筋方向の座標（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）において、Ｚ軸は地中の深さ方向に対応し、両方の座標で共通である。

走査における座標（Ｘ’軸，Ｙ’軸，Ｚ軸）と鉄筋方向の座標（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）とはＺ軸は共通であるが、他の２軸が異なる。ここでは、走査における座標（Ｘ’軸，Ｙ’軸，Ｚ軸）と鉄筋方向の座標（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）とにおいて、Ｘ’軸とＸ軸とが成す角度をφとする。統合処理部３３２による統合処理では、Ｘ’軸とＸ軸とが成す角度φを求める。測定の前提条件として、鉄筋コンクリート１００の鉄筋１０３の深さは既知である。この前提条件により、鉄筋１０３による反射波は、鉄筋１０３の既知の深さに対応する伝搬時間から特定できる。

統合処理部３３２は、Ｈ偏波成分抽出部３３１＿Ｈから入力されたＨ偏波成分の情報とＶ偏波成分抽出部３３１＿Ｖから入力されたＶ偏波成分の情報とのうち、鉄筋１０３の既知の深さに対応する伝搬時間で受信された受信信号から抽出されたＨ偏波成分（Ｘ’軸方向成分）の信号強度とＶ偏波成分（Ｙ’軸方向成分）の信号強度とを取得する。統合処理部３３２は、その取得したＨ偏波成分（Ｘ’軸方向成分）の信号強度とＶ偏波成分（Ｙ’軸方向成分）の信号強度とを、図３１に示すように、それぞれＸ’軸とＹ’軸に当てはめて合成する。この合成した結果の方向がＸ軸方向である。統合処理部３３２は、その合成した結果の方向（Ｘ軸方向）とＸ’軸とが成す角度φを求める。この角度φは、地中レーダの走査における座標のＸ’軸とＹ’軸とを鉄筋方向の座標のＸ軸とＹ軸とに合わせるための座標回転角φである。この求められた角度φによって、走査における座標（Ｘ’軸，Ｙ’軸，Ｚ軸）と鉄筋方向の座標（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）との空間的な対応関係を明確に把握することができる。これにより、鉄筋コンクリート１００の鉄筋１０３，１０４の配置方向を判断することができる。

なお、図３１ではＸ軸方向に配置される鉄筋１０３による反射波に着目したが、Ｙ軸方向に配置される鉄筋１０４による反射波に着目する場合も同様に処理することができる。Ｙ軸方向に配置される鉄筋１０４による反射波に着目する場合には、鉄筋１０４の既知の深さに対応する伝搬時間で受信された受信信号から抽出されたＨ偏波成分（Ｘ’軸方向成分）の信号強度とＶ偏波成分（Ｙ’軸方向成分）の信号強度とを、それぞれＸ’軸とＹ’軸に当てはめて合成する。この合成した結果の方向がＹ軸方向であるので、合成した結果の方向（Ｙ軸方向）とＹ’軸とが成す角度φを求める。なお、Ｙ軸方向とＹ’軸とが成す角度φの値はＸ軸方向とＸ’軸とが成す角度の値と同じである。したがって、Ｘ軸方向に配置される鉄筋１０３による反射波に着目してもよく、又は、Ｙ軸方向に配置される鉄筋１０４による反射波に着目してもよい。

図２９に示す地中レーダ装置３１０は、上記の図７（ｂ）に示されるケースＡ及び図７（ｃ）に示されるケースＢのいずれのケースにも適用することができる。図７（ｂ）に示されるケースＡでは、図２９及び図３１に示される地中レーダの走査における座標のＸ’軸とＹ’軸とが、鉄筋方向の座標のＸ軸とＹ軸とに一致する。したがって、Ｘ’軸方向のＨ偏波成分とＹ’軸方向のＶ偏波成分とに基づいて、鉄筋の存在及び配置方向を容易に判断することができる。これにより、統合処理部３３２の処理結果として、例えば、上記の図７（ｂ）に示されるケースＡの場合の地中のマンホールの鉄筋の分布図を、表示装置の表示画面上に表示することができる。

他方、図７（ｃ）に示されるケースＢでは、図２９及び図３１に示される地中レーダの走査における座標のＸ’軸とＹ’軸とが、鉄筋方向の座標のＸ軸とＹ軸とは一致しない。しかし、上記の図３１を参照して説明した地中レーダ装置３１０の統合処理部３３２による統合処理によって、走査における座標（Ｘ’軸，Ｙ’軸，Ｚ軸）と鉄筋方向の座標（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）との空間的な対応関係を明確に把握することができる。これにより、図７（ｃ）に示されるケースＢであっても、鉄筋の存在及び配置方向を判断することができる。そして、図７（ｃ）に示されるケースＢでは、地上レーダを搭載した車両が交差点を右折して交差点の中央部分を通過するタイミングで、地中のマンホールの天井の鉄筋コンクリートについての測定を行うことができる。これにより、統合処理部３３２の処理結果として、例えば、上記の図７（ｃ）に示されるケースＢの場合の地中のマンホールの鉄筋の分布図を、表示装置の表示画面上に表示することができる。

上述のように図２９に示す地中レーダ装置３１０は、地中レーダの走査方向と測定対象の鉄筋の方向とが一致する場合にも不一致する場合にも適用することができる。これにより、地中レーダの走査方向を任意に設定することができる。

なお、上記の図２９の構成では、１つの送信アンテナ３１１と１つの受信アンテナ３１２とから成る１組のアンテナ対を示したが、上記の図７（ｄ）に示されるように複数の送信アンテナ３１１と複数の受信アンテナ３１２とから成る複数組のアンテナ対を備えてもよい。この場合、受信部３３０において、Ｈ偏波成分抽出部３３１＿ＨとＶ偏波成分抽出部３３１＿Ｖとが、各対の測定データから、各々Ｈ偏波成分とＶ偏波成分とを抽出する。そして、統合処理部３３２が、各対の測定データから抽出されたＨ偏波成分とＶ偏波成分とを統合する処理を実行する。これにより、複数組のアンテナ対で測定された測定データを使用することができるので、より高精度の測定を行うことができる。また、複数の送信アンテナ３１１と複数の受信アンテナ３１２の中から、送信アンテナ３１１と受信アンテナ３１２の組合せを任意に選択するように構成してもよい。

また、地中レーダ装置３１０に複数組のアンテナ対を備える場合には、送信部３２０の各符号化変調部３２３＿Ｈ，３２３＿Ｖが、複数の送信アンテナ３１１の各々に個別の符号化変調を行う。これにより、受信部３３０のＨ偏波成分抽出部３３１＿Ｈ及びＶ偏波成分抽出部３３１＿Ｖは、複数の送信アンテナ３１１の各々に個別の復調を行うことにより、複数の送信アンテナ３１１の各々からの反射波を識別することができる。但し、複数の送信アンテナ３１１の各々に個別の復調として、トーン信号をキーとする復調を使用することは難しい。しかし、送信アンテナ３１１が１つのみである場合や、複数の送信アンテナ３１１を時間で切り替えて使用する場合には、偏波面の移動回転量に同期して周波数を掃引させた低周波信号（トーン信号）により振幅変調する簡単な変調方式を利用することができる。

また、地中レーダ装置３１０に複数組のアンテナ対を備える場合には、アンテナ対毎に空間座標が変わる可能性がある。しかしながら、車両（地中レーダ）の走行方向（走査方向であるＸ’軸方向）に対して垂直な横断方向（走査方向に垂直なＹ’軸方向）に複数組のアンテナ対が並べて配置される場合には、どのアンテナ対を測定に使用しても同じ空間座標（Ｘ’軸，Ｙ’軸，Ｚ軸）で処理することができる。

また、図２９に示す地中レーダ装置３１０によれば、受信部３３０における反射波の受信処理は、送信アンテナ３１１から送信される電磁波の偏波情報を使用しない。したがって、送信部３２０から受信部３３０へ偏波情報を送る必要がないので、送信部３２０及び送信アンテナ３１１と、受信部３３０及び受信アンテナ３１２とを物理的に分離することができる。これにより、送信アンテナ３１１と受信アンテナ３１２の間隔を任意に変えたり、又は、送信アンテナ３１１と受信アンテナ３１２を多数並べて同時に並行して測定したりすることができる。また、送信アンテナ３１１や受信アンテナ３１２を増やしたり、又は減らしたりすることも容易である。

なお、もしも上記の図１７に示す地中レーダ装置２２０のように送信部３２０から受信部３３０へ偏波情報を送る場合において送信部３２０と受信部３３０の間を通信ケーブルで接続するときには、ケーブル長等の通信接続に関する制限のために測定上の不都合が生じる。また、送信アンテナ３１１と受信アンテナ３１２を多数並べて同時に並行して測定する場合には、送信アンテナ３１１と受信アンテナ３１２の組毎に偏波情報を送るために、ケーブル本数が増えるという煩わしさもある。しかしながら、図２９に示す地中レーダ装置３１０によれば、送信部３２０から受信部３３０へ偏波情報を送る必要がないので、そのような測定上の不都合や煩わしさが解消される。

上述した第３の実施形態によれば、互いに直交する偏波成分を各々生成し、生成された偏波成分を有する電磁波を送信アンテナから地中に向かって放射する。その電磁波の反射波を受信アンテナで受信し、受信された反射波の受信信号から偏波成分を抽出する。次いで、抽出された偏波成分の各強度の比に基づいて、線状導体からなる埋設物の向きを判断する。これにより、地中に埋設された鉄筋などの線状導体の向きを識別することができる。さらに、互いに直交する偏波成分を使用することにより、地中レーダを使用した測定の効率の向上を図ることができる。また、抽出された偏波成分の各強度の比に基づいて、偏波成分の座標系から埋設物の座標系に変換する座標回転角を取得する。これにより、地中レーダの走査における座標系と線状導体からなる埋設物の座標系とを合わせることができる。なお、上述した鉄筋コンクリート１００の鉄筋１０３，１０４は、線状導体からなる埋設物の一例である。

第３の実施形態によれば、生成された偏波成分に対して、直交する相手の成分とは異なる符号化変調コードを使用して符号化変調を行う。そして、偏波成分抽出の際に、符号化変調コードに基づく復調により偏波成分の抽出を行う。これにより、地中レーダの送信部から受信部に対して偏波情報を送る必要がないので、地中レーダ装置の構成の簡略化、測定の自由度の向上などの効果が得られる。

（第４の実施形態）
図３２から図３６を参照し、第４の実施形態について説明する。本実施形態では、符号化変調を施した偏波面回転波を使用する。また、本実施形態では、測定対象の一例として、図３に示される鉄筋コンクリート１００を挙げて説明する。図３２は、符号化変調を施した偏波面回転波を示す。図３２には、偏波角や位相による反射波の状況が示される。図３２に示した時間応答は、反射強度（Ｉ）が２軸（θが０°の軸と９０°の軸）となっている。図３２において、４つの時刻ｔ_ａ，ｔ_ｂ，ｔ_ｃ，ｔ_ｄの各々で反射波が示される。ここでは、例えば、コンクリート表面での反射波が時刻ｔ_ａ、交差する鉄筋での反射波が時刻ｔ_ｂ及びｔ_ｃ、コンクリート裏面での反射波が時刻ｔ_ｄに対応するものとする。このうち３つの時刻ｔ_ｂ，ｔ_ｃ，ｔ_ｄでは、ほぼ同時刻で且つほぼ同強度の反射波が示される。他方、時刻ｔ_ａと時刻ｔ_ｂ，ｔ_ｃ，ｔ_ｄとでは、時間的又は強度的に大きく異なる反射波が示される。具体的には、時刻ｔ_ａは時刻ｔ_ｂ，ｔ_ｃ，ｔ_ｄよりも明らかに早いが、各時刻ｔ_ｂ，ｔ_ｃ，ｔ_ｄには明らかな差がない。また、時刻ｔ_ａの反射強度は時刻ｔ_ｂ，ｔ_ｃ，ｔ_ｄの各反射強度よりも明らかに大きいが、時刻ｔ_ｂ，ｔ_ｃ，ｔ_ｄの各反射強度には明らかな差がない。

図３２に示されるように、時刻ｔ_ａの反射波は、１２桁の符号化変調コード“101101010111”で符号化変調が行われて地中レーダ装置から送信された偏波面回転波に対応する。この符号化変調コード“101101010111”は偏波角θ_ａに対応する。時刻ｔ_ｂの反射波は、１２桁の符号化変調コード“101101011011”で符号化変調が行われて地中レーダ装置から送信された偏波面回転波に対応する。この符号化変調コード“101101011011”は偏波角θ_ｂに対応する。時刻ｔ_ｃの反射波は、１２桁の符号化変調コード“101110101101”で符号化変調が行われて地中レーダ装置から送信された偏波面回転波に対応する。この符号化変調コード“101110101101”は偏波角θ_ｃに対応する。時刻ｔ_ｄの反射波は、１２桁の符号化変調コード“111010111010”で符号化変調が行われて地中レーダ装置から送信された偏波面回転波に対応する。この符号化変調コード“111010111010”は偏波角θ_ｄに対応する。

このように、各偏波角に固有の符号化変調コードが使用される。これにより、地中レーダ装置で受信された反射波に含まれる符号化変調コードを判別することによって、当該反射波の偏波角を容易に識別することができる。符号化変調コードとして、例えば、ＰＮ符号系列、Ｍ系列、Ｇｏｌｄ系列などを使用することができる。図３２に示されるように、地中レーダ装置で受信された反射波に対して符号化変調コードを基に復調を行うことにより、符号化変調コードに対応する偏波角の反射波を抽出することができる。

図３３及び図３４は、符号化変調を施した偏波面回転波による反射波の状況を示す。図３３は、４つの時刻（Ｔ_０，Ｔ_１’，Ｔ_２’，Ｔ_３’）を例に、各時刻Ｔ_０，Ｔ_１’，Ｔ_２’，Ｔ_３’における各偏波角θ_０，θ_１，θ_２，θ_３の電界強度を示す。偏波角の例として、θ_０＝０°、θ_１＝４５°、θ_２＝９０°、θ_３＝１３５°である。なお、図３３中には、偏波角０°，４５°，９０°，１３５°の各々に対応する電界強度Ｉ_０，Ｉ_４５，Ｉ_９０，Ｉ_１３５のうち、電界強度Ｉ_０，Ｉ_４５，Ｉ_９０を示し、電界強度Ｉ_１３５については省略している。また、偏波角０°をＸ’軸方向とし、偏波角９０°をＹ’軸方向とする。

図３３に示されるように、反射波に対して符号化変調コードを基に復調を行うことにより、符号化変調コードに対応する偏波角の反射波を抽出する。偏波角０°，４５°，９０°，１３５°の各々に固有の符号化変調コードが使用される。

図３４（ａ）は、時刻Ｔ_０でのＸ’軸とＹ’軸の各反射強度（Ｉ_Ｘ’，Ｉ_Ｙ’）を示す。図３４（ｂ）は、時刻Ｔ_１’でのＸ’軸とＹ’軸の各反射強度（Ｉ_Ｘ’，Ｉ_Ｙ’）を示す。図３４（ｃ）は、時刻Ｔ_２’でのＸ’軸とＹ’軸の各反射強度（Ｉ_Ｘ’，Ｉ_Ｙ’）を示す。図３４（ｄ）は、時刻Ｔ_３’でのＸ’軸とＹ’軸の各反射強度（Ｉ_Ｘ’，Ｉ_Ｙ’）を示す。図３４（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）において、Ｚ軸は深さを示す。

図３４（ａ）には、時刻Ｔ_０において、地表のアンテナから地中の各位置までの位相の変化する方向が示される。この時刻Ｔ_０では、図３４（ａ）に示されるように、鉄筋コンクリート１００の内部の鉄筋１０３，１０４が存在する位置（Ｚ軸）において、Ｘ’軸方向つまり偏波角０°（Ｘ’軸）の反射強度Ｘ’＿４００が比較的強い。

図３４（ｂ）には、時刻Ｔ_１’において、地表のアンテナから地中の各位置までの位相の変化する方向が示される。この時刻Ｔ_１’では、図３４（ｂ）に示されるように、鉄筋コンクリート１００の内部の鉄筋１０３，１０４が存在する位置（Ｚ軸）において、偏波角４５°の反射強度Ｘ’Ｙ’＿４０１が比較的強い。この反射強度Ｘ’Ｙ’＿４０１におけるＸ’成分とＹ’成分には差がなく、偏波角４５°の反射として強度があることを表している。

図３４（ｃ）には、時刻Ｔ_２’において、地表のアンテナから地中の各位置までの位相の変化する方向が示される。この時刻Ｔ_２’では、図３４（ｃ）に示されるように、鉄筋コンクリート１００の内部の鉄筋１０３，１０４が存在する位置（Ｚ軸）において、Ｙ’軸方向つまり偏波角９０°（Ｙ’軸）の反射強度Ｙ’＿４０２が比較的強い。

図３４（ｄ）には、時刻Ｔ_３’において、地表のアンテナから地中の各位置までの位相の変化する方向が示される。この時刻Ｔ_３’では、図３４（ｄ）に示されるように、鉄筋コンクリート１００の内部の鉄筋１０３，１０４が存在する位置（Ｚ軸）においては、偏波角間に反射強度の格別な差がない。これは、上記の図２２（ｄ）に示した反射強度のＸ’軸方向とＹ’軸方向の各成分には差がないのと同様である。

なお、図３３に示されるように、反射波に対して偏波角に対応する時間スリットを通過させ、当該偏波角の反射波を抽出する。偏波角「θ_０＝０°」の反射波を抽出する場合には、その反射時間に対応する時刻Ｔ_０，Ｔ_４’，・・・，Ｔ_４ｎ（ｎ＝０，１，２，・・・）のの時間スリットを通過させる。偏波角「θ_１＝４５°」の反射波を抽出する場合には、その反射時間に対応する時刻Ｔ_１’，Ｔ_５’，・・・，Ｔ_４ｎ＋１（ｎ＝０，１，２，・・・）の時間スリットを通過させる。偏波角「θ_２＝９０°」の反射波を抽出する場合には、その反射時間に対応する時刻Ｔ_２’，Ｔ_６’，・・・，Ｔ_４ｎ＋２（ｎ＝０，１，２，・・・）の時間スリットを通過させる。偏波角「θ_３＝１３５°」の反射波を抽出する場合には、その反射時間に対応する時刻Ｔ_３’，Ｔ_７’，・・・，Ｔ_４ｎ＋３（ｎ＝０，１，２，・・・）の時間スリットを通過させる。

なお、偏波角θ_０，θ_１，θ_２，θ_３は、地中レーダの走査における座標系（Ｘ’軸，Ｙ’軸）に対応するものであり、必ずしも鉄筋方向の座標系（Ｘ軸，Ｙ軸）と一致するとは限らない。

次に図３５を参照して本実施形態に係る地中レーダの装置構成を説明する。図３５は、本実施形態の地中レーダ装置４１０の構成を示す図である。図３５に示す地中レーダ装置４１０は、上記の図２３に示す地中レーダ装置２６０の変形例である。本実施形態の図３５に示す地中レーダ装置４１０では、符号化変調を施した偏波面回転波を使用する。本実施形態の図３５に示す地中レーダ装置４１０は、上記の図７に示すケースＡ及びケースＢに適用される。

図３５に示す地中レーダ装置４１０は、送信部４２０と、受信部４３０と、送信アンテナ４１１と、受信アンテナ４１２とを備える。送信アンテナ４１１は、偏波面回転波を送信することができる。受信アンテナ４１２は、偏波面回転波を受信することができる。送信部４２０は、入力制御部４２１と偏波面回転波生成部４２２と符号化変調部４２３とを備える。受信部４３０は、複数（図３５の例では「ｋ＋１」個）の信号抽出部４３１＿０〜ｋと統合処理部４３２と処理結果出力部４３３とを備える。

入力制御部４２１は、偏波面回転波の生成を制御する信号である制御情報を、偏波面回転波生成部４２２と符号化変調部４２３とに出力する。偏波面回転波生成部４２２は、制御情報に従って、偏波面回転波の生成を行う。偏波面回転波生成部４２２によって生成された偏波面回転波は符号化変調部４２３へ出力される。

符号化変調部４２３は、偏波面回転波生成部４２２から入力された偏波面回転波に対して、予め定められた符号化変調を行う。この符号化変調では、符号化変調部４２３は、偏波角毎に、予め定められた異なる符号化変調コードを使用する。図３５の例では、各偏波角θ_ｎに対して固有の符号化変調コードが予め定められる（ｎ＝０，１，・・・，ｋ）。符号化変調の実行の結果として、偏波面回転波信号が生成される。符号化変調コードとして、例えば、ＰＮ符号系列、Ｍ系列、Ｇｏｌｄ系列などを使用することができる。符号化変調部４２３は送信アンテナ４１１に接続される。符号化変調部４２３によって生成された偏波面回転波信号は送信アンテナ４１１へ出力される。送信アンテナ４１１は、偏波面回転波信号から成る電磁波を地中に向かって放射する。なお、図３５に示す地中レーダ装置４１０では、上記の図２３に示す地中レーダ装置２６０とは異なり、送信部４２０から受信部４３０へ偏波角情報を送らない。

送信アンテナ４１１から地中に向かって放射された電磁波は、地中の測定対象である鉄筋コンクリート１００の鉄筋で反射される。その地中の鉄筋コンクリート１００の鉄筋で反射された反射波は、受信アンテナ４１２で受信される。受信部４３０の信号抽出部４３１＿０〜ｋは、受信アンテナ４１２に接続される。信号抽出部４３１＿０〜ｋは、受信アンテナ４１２の受信信号から、予め定められた偏波角θ_０〜θ_ｋに沿う信号を抽出する。具体的には、信号抽出部４３１＿ｎは、受信アンテナ４１２の受信信号から、偏波角θ_ｎに沿う信号を抽出する（ｎ＝０，１，・・・，ｋ）。この偏波角θ_ｎに沿う信号の抽出処理では、信号抽出部４３１＿ｎは、偏波角θ_ｎに対して予め定められた符号化変調コードを使用して、受信信号の復調を行う。この復調の結果として、偏波角θ_ｎに沿う信号が抽出される。

各信号抽出部４３１＿０〜ｋで抽出された各偏波角θ_０〜θ_ｋに沿う信号は、統合処理部４３２へ出力される。統合処理部４３２は、各信号抽出部４３１＿０〜ｋから入力された各偏波角θ_０〜θ_ｋに沿う信号を使用して、統合処理を実行する。この統合処理では、統合処理部４３２は、上記の図３３及び図３４を参照して説明した各偏波角θ_０〜θ_ｋに沿う信号を強調する処理として、偏波角に対応する時間スリットを通過させる処理を実行し、この実行結果に基づいて、当該反射波を反射した鉄筋が偏波角θ_０〜θ_ｋのうちいずれの偏波角の方向に配置されるのかを判断する。なお、符号化変調コードによる復調で各偏波角θ_０〜θ_ｋに沿う信号の抽出処理により、時間スリットの通過処理と同様の結果が得られる。このために図３３と図３４において、“符号化変調コードによる復調”を単純に“時間スリットの通過処理”のように見なし示した。
なお、地中レーダの走査における座標（Ｘ’軸，Ｙ’軸，Ｚ軸）と鉄筋方向の座標（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）との空間的な対応関係を把握する処理については、上記の図３１を参照して説明した処理と同じである。これにより、上記の図７（ｂ）に示されるケースＡ及び図７（ｃ）に示されるケースＢのいずれのケースにも適用することができる。また、地中レーダの走査における座標のＸ’軸とＹ’軸とを鉄筋方向の座標のＸ軸とＹ軸とに合わせるための座標回転角φを取得することができる。

統合処理部４３２の処理結果は処理結果出力部４３３へ出力される。処理結果出力部４３３は、統合処理部４３２の処理結果を出力する。統合処理部４３２の処理結果として、例えば、上記の図７に示される地中のマンホールの鉄筋の分布図が挙げられる。処理結果出力部４３３から出力された統合処理部４３２の処理結果は、表示装置の表示画面上に表示される。

なお、上記の図３５の構成では、１つの送信アンテナ４１１と１つの受信アンテナ４１２とから成る１組のアンテナ対を示したが、上記の図７（ｄ）に示されるように複数の送信アンテナ４１１と複数の受信アンテナ４１２とから成る複数組のアンテナ対を備えてもよい。この場合、受信部４３０において、信号抽出部４３１＿０〜ｋが、各対の測定データから、各々の偏波角θ_０〜θ_ｋに沿う信号を抽出する。そして、統合処理部４３２が、各対の測定データから抽出された各偏波角θ_０〜θ_ｋに沿う信号を統合する処理を実行する。これにより、複数組のアンテナ対で測定された測定データを使用することができるので、より高精度の測定を行うことができる。また、複数の送信アンテナ４１１と複数の受信アンテナ４１２の中から、任意に、送信アンテナ４１１と受信アンテナ４１２の組合せを選択するように構成してもよい。

図３６を参照して、図３５に示される地中レーダ装置４１０の動作を説明する。図３６は、本実施形態の測定方法のフローチャートである。

（ステップＳ５０１）入力制御部４２１が、偏波面回転波の生成を制御する信号である制御情報を、偏波面回転波生成部４２２と符号化変調部４２３とに出力する。

（ステップＳ５０２）偏波面回転波生成部４２２が制御情報に従って偏波面回転波を生成する。

（ステップＳ５０３）符号化変調部４２３が、偏波面回転波生成部４２２により生成された偏波面回転波に対して、予め定められた符号化変調を行う。符号化変調部４２３によって生成された偏波面回転波信号は送信アンテナ４１１へ出力される。これにより、偏波面回転波信号から成る電磁波が送信アンテナ４１１から地中に向かって放射される。

（ステップＳ５０４）受信アンテナ４１２により地中レーダの電磁波である反射波を受信して、この受信した信号は信号抽出部４３１＿０〜ｋへ伝えられる。

（ステップＳ５０５）信号抽出部４３１＿０〜ｋは、受信アンテナ４１２の受信信号から、予め定められた偏波角θ_０〜θ_ｋに沿う信号を抽出する。

（ステップＳ５０６）統合処理部４３２が、各信号抽出部４３１＿０〜ｋにより抽出された各偏波角θ_０〜θ_ｋに沿う信号を使用して、統合処理を実行する。

（ステップＳ５０７）処理結果出力部４３３は、統合処理部４３２の処理結果を出力する。処理結果出力部４３３から出力された統合処理部４３２の処理結果は、表示装置の表示画面上に表示される。

上述した第４の実施形態によれば、偏波面が回転する偏波面回転波を生成し、生成された偏波面回転波を有する電磁波を送信アンテナから地中に向かって放射する。その電磁波の反射波を受信アンテナで受信し、受信された反射波の受信信号から特定の複数の各偏波角に沿う信号を抽出する。次いで、抽出された各偏波角に沿う信号の強度の比に基づいて、線状導体からなる埋設物の向きを判断する。これにより、地中に埋設された鉄筋などの線状導体の向きを識別することができる。また、埋設物からの反射波がほぼ同じ反射強度である場合でも、偏波角の違いにより方向の異なる鉄筋を識別することができる。

また、偏波面が回転する偏波面回転波を使用することにより、地中レーダを使用した測定の効率の向上を図ることができる。また、偏波面が回転する偏波面回転波を使用することにより、地中レーダを使用した測定の効率の向上を図ることができる。また、抽出された各偏波角に沿う信号の強度の比に基づいて、偏波角の座標系から埋設物の座標系に変換する座標回転角を取得する。これにより、地中レーダの走査における座標系と線状導体からなる埋設物の座標系とを合わせることができる。なお、上述した鉄筋コンクリート１００の鉄筋１０３，１０４は、線状導体からなる埋設物の一例である。

第４の実施形態によれば、生成された偏波面回転波に対して、偏波角毎に異なる符号化変調コードを使用して符号化変調を行う。そして、信号抽出の際に、符号化変調コードに基づく復調により偏波角に沿う信号の抽出を行う。これにより、地中レーダの送信部から受信部に対して偏波角情報を送る必要がないので、地中レーダ装置の構成の簡略化、測定の自由度の向上などの効果が得られる。具体的には、複数の送受信アンテナを使用する際に、このアンテナ数が増えても送信部と受信部間で情報をやり取りするケーブルが不要である。この結果、多数のアンテナを持つ地中レーダ装置が実現し易く拡張性に優れている。同時にアンテナ数の増加で測定精度の向上も図ることができる。
また、偏波角に対応した符号化変調を行うことにより、不確定な時間（例えば、測定対象の内部構造又は埋設物の深さ等の情報から計算された反射波の戻る時間など）に基づいた推定よりも、より正確に反射波の偏波角を特定することが可能になる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上述の地中レーダ装置は、専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、あるいはパーソナルコンピュータ等のコンピュータシステムにより構成され、地中レーダ装置の各部の機能を実現するためのプログラムを実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。

また、その地中レーダ装置には、周辺機器として入力装置、表示装置等が接続されてもよい。ここで、入力装置とはキーボード、マウス等の入力デバイスのことをいう。表示装置とはＣＲＴ（Cathode Ray Tube）や液晶表示装置等のことをいう。また、上記周辺機器については、地中レーダ装置に直接接続するものであってもよく、あるいは通信回線を介して接続するようにしてもよい。

また、上述した実施形態は、地中の埋設物の状態を検知、把握する非破壊検査に利用することができる。例えば、地中に埋設された設備の一例であるマンホールの天井の鉄筋コンクリートの劣化の状態を検知、把握することが挙げられる。上述した実施形態によれば、統合処理の結果として、例えば、地中に埋設されたマンホールの天井の鉄筋コンクリートの鉄筋の分布を示す高精度のレーダ画像情報を取得することができる。

また、上述した実施形態は、地中レーダを車両に搭載し、当該車両を走行させながら測定を実施する非破壊検査に利用することができる。例えば、道路下に埋設されたマンホールの天井の鉄筋コンクリートの劣化の状態を、地中レーダを搭載した車両を当該道路上で走行させながら測定を実施して検知、把握することが挙げられる。このとき、上述した実施形態によれば、地中レーダの走査の効率がよいので、地中レーダを搭載した車両により同じ場所を何度も走行して測定する手間が省ける。また、鉄筋コンクリート内の鉄筋の向きが車両の走行方向（地中レーダの走査方向）と異なっている場合にも適用することができる。例えば、交差点の中央部の下に埋設されたマンホールを測定対象にして、地中レーダを搭載した車両により当該交差点を右折しながら測定を実施することができる。

１３０，２２０，２６０，３１０，４１０…地中レーダ装置、１４０，２３０，２７０，３２０，４２０…送信部、１４１…切換え制御部、１４２＿Ｈ…Ｈ偏波生成部、１４２＿Ｖ…Ｖ偏波生成部、１５０，２４０，２８０，３３０，４３０…受信部、１５１＿Ｈ，３３１＿Ｈ…Ｈ偏波成分抽出部、１５１＿Ｖ，３３１＿Ｖ…Ｖ偏波成分抽出部、１５２，２４２，２８２，３３２，４３２…統合処理部、１５３，２４３，２８３，３３３，４３３…処理結果出力部、１６１，２５１，２６１，３１１，４１１…送信アンテナ、１６２，２５２，２６２，３１２，４１２…受信アンテナ、２３１，２７１，３２１，４２１…入力制御部、２３２＿Ｈ，３２２＿Ｈ…Ｈ偏波成分生成部、２３２＿Ｖ，３２２＿Ｖ…Ｖ偏波成分生成部、２４１＿Ｈ…Ｈ偏波成分抽出部、２４１＿Ｖ…Ｖ偏波成分抽出部、２７２，４２２…偏波面回転波生成部、３２３＿Ｈ，３２３＿Ｖ，４２３…符号化変調部、２８１＿０〜ｋ，４３１＿０〜ｋ…信号抽出部

Claims (2)

1. 偏波面が回転する偏波面回転波を生成する偏波面回転波生成部と、
   前記偏波面回転波生成部により生成された前記偏波面回転波に対して、偏波角毎に異なる符号化変調コードを使用して符号化変調を行う符号化変調部と、
   前記符号化変調部により符号化変調された前記偏波面回転波からなる電磁波を地中に向かって放射する送信アンテナと、
   前記電磁波の反射波を受信する受信アンテナと、
   前記受信アンテナで受信された前記反射波の受信信号から、前記符号化変調コードに基づく復調により、特定の複数の偏波角に対応する信号をそれぞれ抽出する信号抽出部と、
   前記信号抽出部により抽出された前記複数の偏波角に対応する信号の各強度に基づいて、線状導体からなる埋設物の向きを判断する統合処理部と、
   を備える地中レーダ装置。
2. 偏波面が回転する偏波面回転波を生成する偏波面回転波生成ステップと、
   前記偏波面回転波生成ステップにより生成された前記偏波面回転波に対して、偏波角毎に異なる符号化変調コードを使用して符号化変調を行う符号化変調ステップと、
   前記符号化変調ステップにより符号化変調された前記偏波面回転波からなる電磁波を送信アンテナから地中に向かって放射する送信ステップと、
   前記電磁波の反射波を受信アンテナで受信する受信ステップと、
   前記受信ステップで受信された前記反射波の受信信号から、前記符号化変調コードに基づく復調により、特定の複数の偏波角に対応する信号をそれぞれ抽出する信号抽出ステップと、
   前記信号抽出ステップにより抽出された前記複数の偏波角に対応する信号の各強度に基づいて、線状導体からなる埋設物の向きを判断する統合処理ステップと、
   を含む測定方法。