JP6468570B2 - 散乱トモグラフィ方法および散乱トモグラフィ装置 - Google Patents
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Description
本発明に係る実施の形態について説明する前に、本発明の基礎となった技術について説明する。
<センサアレイの構成>
実施の形態1では、散乱トモグラフィ方法を行うためのセンサとして、一次元センサアレイを用いる場合について説明する。一次元センサアレイは、一次元的に配置された送信アンテナ素子および受信アンテナ素子(リニアアレイアンテナ)で構成されるセンサアレイである。
図2は、図1に係るマルチパスアレイレーダ20の動作を示すフローチャート図である。
図3〜図5は、本実施の形態に係る散乱トモグラフィ方法の原理を説明するための解析モデルである。以下、図3〜図5に示すモデルを解析モデルとして、センサ部30が一次元のセンサアレイである場合の映像化関数の導出について説明する。
図3により、r1から出た波動が点ξで反射して点r2へ戻ってくる状況を考える。周波数ωが一定という条件で、波動の送信点r1と受信点r2がある拘束条件を満たしながらx断面D(円錐体60aの側面)の内部を自由に動く。このとき得られるデータをG(r1,r2,ω)と書くと、この関数は領域内の反射点の分布に関係したものとなる。ここで、ωは角周波数であり、ω=2πfである。G(r1,r2,ω)は、全ての点ξからの反射信号の和であり、領域内には多くの反射点があるので、G(r1,r2,ω)は次の(式1)のように書くことができる。
次に、上記した微分作用素を求める方法について説明する。図4および図5は、微分作用素を求める方法について説明するための解析モデルである。
上記した散乱トモグラフィ方法により再構成画像を得ることの効果について、説明する。
次に、本発明の実施の形態2について説明する。
図6および図7は、本実施の形態に係る散乱トモグラフィ方法の原理を説明するための解析モデルである。以下、図6および図7に示すモデルを解析モデルとして、マルチパスアレイレーダのセンサ部が一次元のセンサアレイである場合の映像化関数の導出について説明する。
図6により、r1から出た波動が点ξで反射して点r2へ戻ってくる状況を考える。周波数ωが一定という条件で、波動の送信点r1と受信点r2がある拘束条件を満たしながら曲面(円錐体60bの側面)上を自由に動く。このとき得られるデータをG(r1,r2,ω)と書くと、この関数は領域内の反射点の分布に関係したものとなる。このとき、ωは角周波数=2πfである。G(r1,r2,ω)は、全ての点ξからの反射信号の和であり、領域内に多くの反射点があるので、G(r1,r2,ω)は、実施の形態1に示した(式1)と同様に考えることができる。
以下、この微分作用素を求める方法について述べる。本実施の形態に係る解析モデルでは、図6および図7に示したように、実施の形態1の解析モデルにおける円錐体の母線が曲線状であり、この曲線状の母線に沿って、送信アンテナおよび受信アンテナが配置されている。そして、この曲線状の母線に沿って配置されたアンテナアレイが、Z軸を中心に回転するものである。曲線状の母線の上ではr1、r2のy、z座標が必ずしも等しくない。具体的にはr1=(x,y1,z1)、r2=(x,y2,z2)である。
ここで、被積分項に現れる関数は次の(式85)のようになる。
次に、本発明の実施の形態3について説明する。本実施の形態では、実施の形態1および2に示したマルチパスアレイレーダ20におけるセンサ部30として、超広帯域用アンテナを使用したアンテナシステム100を用いた散乱トモグラフィ装置の一例として、マンモグラフィ装置について説明する。
次に、本発明の実施の形態の変形例について、図16Aおよび図16Bを用いて説明する。
30 センサ部
31 送信部
31a 符号発生器(送信部)
32 受信部
32a 受信回路(受信部)
33 ケース
36 アンテナ素子
36a 送信アンテナ素子(送信アンテナ素子、第1の広帯域用アンテナ)
36b 受信アンテナ素子(受信アンテナ素子、第2の広帯域用アンテナ)
37 リニアアレイアンテナ
40 画像再構成部
50 画像表示部
60a、60b 円錐体
70a、70b 基準平面
80a、80b 接平面
100 アンテナシステム
130a、130b、152a、152b、159、162a、162b、169 同軸ケーブル
136 制御装置
138 アンテナ回転信号生成器
150 差動アンプ(第1のアクティブ型平衡回路)
154a アンテナ素子(第1のアンテナ素子)
154b アンテナ素子(第2のアンテナ素子)
153、155、163、165 基板
156 抵抗(第1の抵抗素子)
157、167 電波吸収体
158、168 金属ケース
160 差動アンプ(第2のアクティブ型平衡回路)
161 ミキサ
164a アンテナ素子(第3のアンテナ素子)
164b アンテナ素子(第4のアンテナ素子)
166 抵抗(第2の抵抗素子)
236a、336a 送信アンテナ素子
236b、336b 受信アンテナ素子
237、337 アレイアンテナ
Claims (15)
- ケース内に収容された物体に対して放射した波動の散乱波を解析する散乱トモグラフィ方法であって、
前記ケースの側面上に、少なくとも一方向から平面視したときに前記ケースの回転対称の軸と同一方向にライン状となるように配置された複数の送信アンテナ素子から、前記波動を前記物体に放射するステップと、
前記ケースの側面上に、少なくとも一方向から平面視したときに前記ケースの回転対称の軸と同一方向にライン状となるように配置された複数の受信アンテナ素子によって、前記散乱波を受信するステップと、
前記受信アンテナ素子により受信した散乱波を示す散乱波データから、前記物体の内部情報に関する画像を再構成するステップとを含み、
前記画像を再構成するステップでは、関数ρを回転角度θで積分することにより得られる関数により、前記物体の内部情報に関する画像を再構成し、
前記関数ρは、関数φが解となる線形偏微分方程式を、前記散乱波データを用いて解くことにより得られる関数の、時間変数と空間変数の極限値であって、回転角度θの関数であり、
回転角度θは、前記ケースにおける前記送信アンテナ素子および前記受信アンテナ素子のうち少なくともいずれかの位置での接平面を前記ケースの回転対称の軸を中心として回転させるときの回転角度であり、
前記関数φは、
前記ケースと同一の形状を有する3次元空間を対象として設定される関数であって、
前記物体内の任意の2点における送信アンテナ素子および受信アンテナ素子の位置を示す独立変数によって定義され、前記送信アンテナ素子および前記受信アンテナ素子の位置を示す独立変数の数と同一の次元を持つ空間における各点において、前記散乱波が生じている場の関数である散乱トモグラフィ方法。 - 前記関数ρは、(式A)により表され、
前記関数ρを回転角度θで積分することにより得られる関数は、(式B)により表される
請求項1に記載の散乱トモグラフィ方法。
- 前記関数ρは、(式C)により表され、
前記関数ρを回転角度θで積分することにより得られる関数は、(式D)により表される
請求項1に記載の散乱トモグラフィ方法。
- 前記ケースは、円錐状の形状を有し、
前記複数の送信アンテナ素子および前記複数の受信アンテナ素子は、前記ケースの円錐の母線に沿って配置されている
請求項2に記載の散乱トモグラフィ方法。 - 前記ケースは、曲線状の母線を有する略円錐状の形状を有し、
前記複数の送信アンテナ素子および前記複数の受信アンテナ素子は、前記曲線状の母線に沿って配置されている
請求項3に記載の散乱トモグラフィ方法。 - 前記波動は、マイクロ波である
請求項1〜5のいずれか1項に記載の散乱トモグラフィ方法。 - 前記波動は、パルス波または所定の周波数を有する周期波である
請求項1〜5のいずれか1項に記載の散乱トモグラフィ方法。 - ケース内に収容された物体に対して放射した波動の散乱波を解析する散乱トモグラフィ装置であって、
前記ケースの側面上に、少なくとも一方向から平面視したときに前記ケースの回転対称の軸と同一方向にライン状となるように配置され、前記波動を前記物体に放射する複数の送信アンテナ素子と、
前記ケースの側面上に、少なくとも一方向から平面視したときに前記ケースの回転対称の軸と同一方向にライン状となるように配置され、前記放射された波動が前記物体において散乱した散乱波を受信する複数の受信アンテナ素子と、
前記受信した散乱波を示す散乱波データから、前記物体の内部情報に関する画像を再構成する画像再構成部とを備え、
前記画像再構成部は、関数ρを回転角度θで積分することにより得られる関数により、前記物体の内部情報に関する画像を再構成し、
前記関数ρは、関数φが解となる線形偏微分方程式を、前記散乱波データを用いて解くことにより得られる関数の、時間変数と空間変数の極限値であって、回転角度θの関数であり、
回転角度θは、前記ケースにおける前記送信アンテナ素子および前記受信アンテナ素子のうち少なくともいずれかの位置での接平面を前記ケースの回転対称の軸を中心として回転させるときの回転角度であり、
前記関数φは、
前記ケースと同一の形状を有する3次元空間を対象として設定される関数であって、
前記物体内の任意の2点における送信アンテナ素子および受信アンテナ素子の位置を示す独立変数によって定義され、前記送信アンテナ素子および前記受信アンテナ素子の位置を示す独立変数の数と同一の次元を持つ空間における各点において、前記散乱波が生じている場の関数である散乱トモグラフィ装置。 - 前記関数ρは、(式A)により表され、
前記関数ρを回転角度θで積分することにより得られる関数は、(式B)により表される
請求項8に記載の散乱トモグラフィ装置。
- 前記関数ρは、(式C)により表され、
前記関数ρを回転角度θで積分することにより得られる関数は、(式D)により表される
請求項8に記載の散乱トモグラフィ装置。
- 前記送信アンテナ素子は、
2つの入力端子と2つの出力端子とを有し、半導体素子によって構成された第1のアクティブ型平衡回路と、前記2つの出力端子のうちの一方に接続された第1のアンテナ素子と、前記2つの出力端子のうちの他方に接続された第2のアンテナ素子と、前記第1のアンテナ素子および前記第2のアンテナ素子をそれぞれ接地する第1の抵抗素子とを備える第1の広帯域用アンテナで構成され、
前記受信アンテナ素子は、
2つの入力端子と2つの出力端子とを有し、半導体素子によって構成された第2のアクティブ型平衡回路と、前記2つの入力端子のうちの一方に接続された第3のアンテナ素子と、前記2つの入力端子のうちの他方に接続された第4のアンテナ素子と、前記第3のアンテナ素子および前記第4のアンテナ素子をそれぞれ接地する第2の抵抗素子とを備える第2の広帯域用アンテナと、
受信された周波数信号を周波数変換するミキサとにより構成されている
請求項8〜10のいずれか1項に記載の散乱トモグラフィ装置。 - 前記ケースは、円錐状の形状を有し、
前記複数の送信アンテナ素子および前記複数の受信アンテナ素子は、前記ケースの円錐の母線に沿って配置されている
請求項9に記載の散乱トモグラフィ装置。 - 前記ケースは、曲線状の母線を有する略円錐状の形状を有し、
前記複数の送信アンテナ素子および前記複数の受信アンテナ素子は、前記曲線状の母線に沿って配置されている
請求項10に記載の散乱トモグラフィ装置。 - 前記波動は、マイクロ波である
請求項8〜13のいずれか1項に記載の散乱トモグラフィ装置。 - 前記波動は、パルス波または所定の周波数を有する周期波である
請求項8〜13のいずれか1項に記載の散乱トモグラフィ装置。
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