JP6529689B2 - Observation apparatus and observation method - Google Patents

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    • G01V3/12Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with electromagnetic waves

Description

この発明は、路面などに埋設された物体を観測する観測装置および観測方法に関する。   The present invention relates to an observation apparatus and an observation method for observing an object embedded in a road surface or the like.

従来から、誘電体を透過する電磁波の波動としての性質を利用して誘電体内部の状態を観測する観測装置が知られている。この観測装置は、非破壊観測が可能であるため、地雷探知、資源探査などを行うことができる。
例えば、特許文献1には、電磁波レーダを使用して、地盤中に発生した空洞を探査する方法が記載されている。この方法では、空洞の探査精度を向上させるために、内部に空洞の存在が予想される対象面に電磁波を照射したときに、電磁波の反射波データを時系列に取得し、取得した時系列データから不要な反射波のデータを除去している。
2. Description of the Related Art An observation device for observing the state inside a dielectric using the nature as waves of electromagnetic waves transmitted through the dielectric has been known. Since this observation device can perform nondestructive observation, it can perform mine detection, resource exploration, and the like.
For example, Patent Document 1 describes a method of searching for a cavity generated in the ground using an electromagnetic wave radar. In this method, when electromagnetic waves are irradiated to a target surface in which the presence of a cavity is expected to be generated in order to improve the accuracy of searching for the cavity, time-series data is acquired by acquiring reflected wave data of the electromagnetic wave in time series The unnecessary reflected wave data is removed from the

特開2015−197434号公報JP, 2015-197434, A

特許文献1に記載された空洞厚探査方法では、不要波が発生したときの反射波の時系列データを用いて不要波を除去するため、不要波が発生した位置を上記時系列データで特定する必要がある。
しかしながら、埋設物の観測系では、観測対象に照射した電磁波が埋設物以外の様々な箇所で散乱するため、不要波が発生した位置を特定することは非常に困難であり、不要波を抑圧して高分解能で目標を観測することができない。
In the cavity thickness search method described in Patent Document 1, in order to remove unnecessary waves using time-series data of reflected waves when unnecessary waves are generated, the position where the unnecessary waves are generated is specified by the above-mentioned time-series data There is a need.
However, in the observation system of the embedded object, the electromagnetic wave irradiated to the observation target is scattered at various places other than the embedded object, so it is very difficult to specify the position where the unwanted wave is generated. Can not observe the target with high resolution.

この発明は上記課題を解決するもので、不要波を抑圧して高分解能で目標を観測することができる観測装置および観測方法を得ることを目的とする。   This invention solves the said subject, and it aims at obtaining the observation apparatus and observation method which can observe a target with high resolution by suppressing an unnecessary wave.

この発明に係る観測装置は、前処理部、高分解能化処理部、不要波抑圧処理部、および目標検出処理部を備える。前処理部は、観測対象の誘電体に照射されて散乱した電磁波が二次元画像で表された波動データから直流成分を除去し、コントラストを補正する。高分解能化処理部は、前処理部によって処理された波動データを高分解能化する。不要波抑圧処理部は、高分解能化処理部によって処理された波動データを周波数空間のデータに変換し、周波数空間に変換した波動データの不要波を抑圧する。目標検出処理部は、不要波抑圧処理部によって不要波が抑圧された波動データから誘電体の内部の目標に応じた信号を検出する。また、不要波抑圧処理部は、高分解能化処理部によって高分解能化された波動データを周波数空間のデータにフーリエ変換し、周波数空間の波動データの周波数成分のうち、閾値よりも低い周波数成分を不要波として除去してから実空間のデータに逆フーリエ変換する。また、目標検出処理部は、閾および目標のアジマス軸に対応する周波数上の帯域から目標検出用閾値を算出し、波動データが示す信号のうち、目標検出用閾値を超える信号を誘電体の内部の目標に応じた信号として検出する。 An observation device according to the present invention includes a preprocessing unit, a high resolution processing unit, an unnecessary wave suppression processing unit, and a target detection processing unit. The pre-processing unit corrects the contrast by removing a direct current component from wave data in which an electromagnetic wave irradiated and scattered on a dielectric to be observed is represented by a two-dimensional image. The high resolution processing unit performs high resolution on the wave data processed by the pre-processing unit. The unnecessary wave suppression processing unit converts the wave data processed by the high resolution processing unit into data in the frequency space, and suppresses unnecessary waves of the wave data converted into the frequency space. The target detection processing unit detects a signal according to a target inside the dielectric from the wave data in which the unnecessary wave is suppressed by the unnecessary wave suppression processing unit. Further, non Yonami suppression unit, a high resolution has been wave data Fourier transform the data in frequency space by the high resolution processing section, among the frequency components of the wave data in the frequency space, frequency components lower than the threshold value Are removed as unwanted waves and then inverse Fourier transformed to real space data. Moreover, the goal detection processing unit calculates a target detection threshold from the band on the frequency corresponding to the azimuth axis of the threshold value and the target, among the signals indicating the wave data, induced a signal exceeding the goal detection threshold It is detected as a signal according to the target inside the collector.

この発明によれば、誘電体に照射されて散乱した電磁波の波動データを高分解能化してから不要波を抑圧するので、不要波を抑圧して高分解能で目標を観測することができる。   According to the present invention, the resolution of the wave data of the electromagnetic wave irradiated and scattered to the dielectric is increased and then the unnecessary wave is suppressed. Therefore, it is possible to suppress the unnecessary wave and observe the target with high resolution.

この発明の実施の形態1に係る観測装置を用いた観測例を示す図である。It is a figure which shows the example of observation using the observation apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 実施の形態1に係る観測装置の機能構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the observation device according to Embodiment 1. 図3Aは、実施の形態1に係る観測装置の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図3Bは、実施の形態1に係る観測装置の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。FIG. 3A is a block diagram showing a hardware configuration that implements the function of the observation device according to Embodiment 1. FIG. 3B is a block diagram showing a hardware configuration that executes software that implements the functions of the observation device according to Embodiment 1. 実施の形態1に係る観測装置の動作を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing an operation of the observation device according to Embodiment 1. 実施の形態1における波動データの観測の概要を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an outline of observation of wave data in the first embodiment. 前処理部の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of a pre-processing part. 高分解能化処理部の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of a resolution enhancement process part. 高分解能化された波動データの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the wave data by which high resolution was carried out. 不要波抑圧処理部および目標検出処理部の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of an unnecessary wave suppression process part and a target detection process part. 不要波抑圧の概要を示す図である。It is a figure showing an outline of unnecessary wave suppression. 実施の形態1に係る観測装置による最終的な観測データの一例を示す図である。5 is a diagram showing an example of final observation data by the observation device according to Embodiment 1. FIG.

以下、この発明をより詳細に説明するため、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る観測装置1を用いた観測例を示す図である。
図1に示すように、観測装置1は、レーダ装置1aに組み込まれて台車1bなどの移動体に搭載される。ユーザAは、台車1bをアジマス方向(x軸方向)に移動させる。
レーダ装置1aは、アジマス方向に対して直交する方向に電磁波ビームを、路面などの誘電体に向けて照射角Δθで照射し、誘電体での散乱波を受信する。
誘電体の内部に埋設物または空洞が存在すると、電磁波は、誘電体の境界面で散乱し、埋設物または空洞の境界面で散乱する。レーダ装置1aは、誘電体側で散乱された電磁波を表す二次元画像を生成して観測装置1に出力する。以下、この二次元画像を波動データと呼ぶ。観測装置1は、レーダ装置1aから入力した波動データを用いて誘電体の内部の埋設物または空洞を観測する。
Hereinafter, in order to explain the present invention in more detail, embodiments for carrying out the present invention will be described according to the attached drawings.
Embodiment 1
FIG. 1 is a diagram showing an observation example using an observation device 1 according to Embodiment 1 of the present invention.
As shown in FIG. 1, the observation device 1 is incorporated in the radar device 1a and mounted on a movable body such as a truck 1b. The user A moves the carriage 1 b in the azimuth direction (x-axis direction).
The radar apparatus 1a irradiates an electromagnetic wave beam in a direction orthogonal to the azimuth direction toward a dielectric such as a road surface at an irradiation angle Δθ, and receives scattered waves in the dielectric.
When an embed or cavity is present inside the dielectric, the electromagnetic wave scatters at the interface of the dielectric and scatters at the interface of the embed or the cavity. The radar device 1 a generates a two-dimensional image representing an electromagnetic wave scattered on the dielectric side and outputs the two-dimensional image to the observation device 1. Hereinafter, this two-dimensional image is called wave data. The observation device 1 observes a buried object or a cavity inside a dielectric using wave data input from the radar device 1a.

図2は、観測装置1の機能構成を示すブロック図である。図2に示すように、観測装置1は、波動データ記憶部2、前処理部3、高分解能化処理部4、不要波抑圧処理部5、目標検出処理部6および出力データ記憶部7を備える。
波動データ記憶部2は、レーダ装置1aから入力した上記波動データを記憶する記憶部である。波動データ記憶部2に記憶された波動データは、前処理部3に転送される。
前処理部3は、波動データ記憶部2から転送された波動データから直流成分を除去し、コントラストを補正する。例えば、前処理部3は、波動データからスラントレンジ方向の直流成分を除去し、続いてアジマス方向の直流成分を除去し、さらにコントラスト補正を行う。これらの前処理を施すことにより、誘電体を電磁波が透過したときの波動の減衰が補正される。
FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the observation device 1. As shown in FIG. 2, the observation device 1 includes a wave data storage unit 2, a preprocessing unit 3, a high resolution processing unit 4, an unnecessary wave suppression processing unit 5, a target detection processing unit 6, and an output data storage unit 7. .
The wave data storage unit 2 is a storage unit that stores the wave data input from the radar device 1a. The wave data stored in the wave data storage unit 2 is transferred to the pre-processing unit 3.
The preprocessing unit 3 removes the DC component from the wave data transferred from the wave data storage unit 2 and corrects the contrast. For example, the preprocessing unit 3 removes the DC component in the slant range direction from the wave data, subsequently removes the DC component in the azimuth direction, and performs contrast correction. By applying these pretreatments, the attenuation of the wave when the electromagnetic wave passes through the dielectric is corrected.

高分解能化処理部4は、前処理部3によって処理された波動データを高分解能化する。
例えば、高分解能化処理部4は、前処理が施された波動データを周波数空間のデータに変換し、周波数空間上で波動データの波面を球面形状に補償し、さらに、波動伝達方向を直交化させるストルト補間を施してから、実空間のデータに変換する。
不要波抑圧処理部5は、高分解能化処理部4によって高分解能化された波動データを周波数空間のデータに変換し、周波数空間に変換した波動データの不要波を抑圧する。
例えば、不要波抑圧処理部5は、波動データをフーリエ変換して得られた周波数空間の波動データの周波数成分のうち、閾値よりも低い周波数成分を除去して、実空間のデータに逆フーリエ変換する。上記閾値は、誘電体に照射された電磁波の中心周波数、ビーム幅および照射間隔に基づいて設定される。
The high resolution processing unit 4 performs high resolution on the wave data processed by the pre-processing unit 3.
For example, the high resolution processing unit 4 converts the wave data subjected to the pre-processing into data in the frequency space, compensates the wave front of the wave data into a spherical shape in the frequency space, and orthogonalizes the wave transmission direction. It is converted into real space data after applying Stolt interpolation.
The unnecessary wave suppression processing unit 5 converts the wave data that has been subjected to the high resolution processing by the high resolution processing unit 4 into data in the frequency space, and suppresses unnecessary waves of the wave data converted into the frequency space.
For example, the unnecessary wave suppression processing unit 5 removes the frequency component lower than the threshold from the frequency components of the wave data in the frequency space obtained by Fourier transforming the wave data, and performs inverse Fourier transform to data in real space. Do. The threshold is set based on the center frequency, the beam width, and the irradiation interval of the electromagnetic wave irradiated to the dielectric.

目標検出処理部6は、不要波抑圧処理部5によって不要波が抑圧された波動データから誘電体の内部の目標に応じた信号を検出する。
例えば、目標検出処理部6は、不要波が抑圧された後の波動データが示す信号から強度が目標検出用閾値を超える信号を検出し、検出した信号から二値化データを生成する。
二値化データは目標検出処理部6の出力データである。上記目標検出用閾値は、不要波抑圧処理に使用された閾値に基づいて算出される。
出力データ記憶部7は、目標検出処理部6から入力した出力データを記憶する記憶部である。
The target detection processing unit 6 detects a signal according to a target in the dielectric from the wave data in which the unnecessary wave is suppressed by the unnecessary wave suppression processing unit 5.
For example, the target detection processing unit 6 detects a signal whose intensity exceeds the target detection threshold from the signal indicated by the wave data after the unnecessary wave is suppressed, and generates binarized data from the detected signal.
The binarized data is output data of the target detection processing unit 6. The target detection threshold is calculated based on the threshold used for the unnecessary wave suppression process.
The output data storage unit 7 is a storage unit that stores output data input from the target detection processing unit 6.

波動データ記憶部2および出力データ記憶部7は、観測装置1とは別に設けられた外部記憶装置において実現されてもよい。この構成では、レーダ装置1aからの波動データが外部記憶装置における波動データ記憶部2に記憶され、観測装置1は、この外部記憶装置から波動データを読み出す。また、観測装置1で得られた出力データは、外部記憶装置における出力データ記憶部7に記憶される。
すなわち、実施の形態1に係る観測装置1では、波動データ記憶部2および出力データ記憶部7が必須の構成ではなく省略してもよい。
The wave data storage unit 2 and the output data storage unit 7 may be realized by an external storage device provided separately from the observation device 1. In this configuration, the wave data from the radar device 1a is stored in the wave data storage unit 2 in the external storage device, and the observation device 1 reads out the wave data from the external storage device. Further, the output data obtained by the observation device 1 is stored in the output data storage unit 7 in the external storage device.
That is, in the observation device 1 according to the first embodiment, the wave data storage unit 2 and the output data storage unit 7 are not essential components and may be omitted.

図3Aは、観測装置1の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図3Bは、観測装置1の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。図3Aおよび図3Bにおいて、入力用記憶装置100は、観測装置1に入力するデータを記憶する記憶装置であり、図1に示した波動データ記憶部2である。
出力用記憶装置101は、観測装置1により生成された出力データを記憶する記憶装置であり、図1に示した出力データ記憶部7である。
FIG. 3A is a block diagram showing a hardware configuration for realizing the function of the observation device 1. FIG. 3B is a block diagram showing a hardware configuration that executes software for realizing the functions of the observation device 1. In FIGS. 3A and 3B, the input storage device 100 is a storage device that stores data to be input to the observation device 1, and is the wave data storage unit 2 shown in FIG.
The output storage device 101 is a storage device that stores output data generated by the observation device 1 and is the output data storage unit 7 shown in FIG.

観測装置1における前処理部3、高分解能化処理部4、不要波抑圧処理部5および目標検出処理部6の各機能は、処理回路により実現される。すなわち、観測装置1は、これらの機能を実行するための処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアであってもメモリに格納されるプログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)であってもよい。   Each function of the preprocessing unit 3, the resolution enhancement processing unit 4, the unnecessary wave suppression processing unit 5 and the target detection processing unit 6 in the observation device 1 is realized by a processing circuit. That is, the observation device 1 includes a processing circuit for performing these functions. The processing circuit may be a dedicated hardware or a central processing unit (CPU) that executes a program stored in the memory.

処理回路が図3Aに示す専用のハードウェアの処理回路102の場合、処理回路102は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field−Programmable Gate Array)またはこれらを組み合わせたものが該当する。
観測装置1における前処理部3、高分解能化処理部4、不要波抑圧処理部5および目標検出処理部6の各機能をそれぞれ処理回路で実現してもよいし、各機能をまとめて1つの処理回路で実現してもよい。
When the processing circuit is the dedicated hardware processing circuit 102 shown in FIG. 3A, the processing circuit 102 may be, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an application specific integrated circuit (ASIC). , FPGA (Field-Programmable Gate Array) or a combination thereof.
The respective functions of the preprocessing unit 3, the resolution enhancement processing unit 4, the unnecessary wave suppression processing unit 5 and the target detection processing unit 6 in the observation device 1 may be realized by processing circuits, respectively, It may be realized by a processing circuit.

処理回路が図3Bに示すプロセッサ103である場合、前処理部3、高分解能化処理部4、不要波抑圧処理部5および目標検出処理部6の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ104に格納される。   When the processing circuit is the processor 103 shown in FIG. 3B, each function of the preprocessing unit 3, the high resolution processing unit 4, the unnecessary wave suppression processing unit 5 and the target detection processing unit 6 is software, firmware, or software and firmware It is realized by the combination of The software and firmware are written as a program and stored in the memory 104.

プロセッサ103は、メモリ104に格納されたプログラムを読み出して実行することにより各機能を実現する。すなわち、観測装置1は、処理回路により実行されるときに、図4に示すステップST1からステップST4の処理が結果的に実行されるプログラムを格納するためのメモリ104を備える。
また、これらのプログラムは、前処理部3、高分解能化処理部4、不要波抑圧処理部5および目標検出処理部6の手順または方法をコンピュータに実行させるものである。
The processor 103 implements each function by reading and executing a program stored in the memory 104. That is, the observation device 1 includes the memory 104 for storing a program that is to be executed as a result of the processing of steps ST1 to ST4 shown in FIG. 4 when executed by the processing circuit.
Also, these programs cause a computer to execute the procedure or method of the preprocessing unit 3, the resolution enhancement processing unit 4, the unnecessary wave suppression processing unit 5 and the target detection processing unit 6.

ここで、メモリは、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable ROM)、EEPROM(Electrically EPROM)などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、DVD(Digital Versatile Disk)などが該当する。   Here, the memory is, for example, non-volatile or volatile semiconductor memory such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable ROM), EEPROM (Electrically EPROM), etc., magnetic disk , Flexible disks, optical disks, compact disks, mini disks, DVDs (Digital Versatile Disks), etc.

また、前処理部3、高分解能化処理部4、不要波抑圧処理部5および目標検出処理部6の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。例えば、前処理部3および高分解能化処理部4は、専用のハードウェアの処理回路でその機能を実現し、不要波抑圧処理部5および目標検出処理部6については、プロセッサ103がメモリ104に格納されたプログラム実行することにより、その機能を実現する。
このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせによって前述の機能を実現することができる。
In addition, the functions of the preprocessing unit 3, the resolution enhancement processing unit 4, the unnecessary wave suppression processing unit 5, and the target detection processing unit 6 are partially realized by dedicated hardware and partially realized by software or firmware. You may For example, the preprocessing unit 3 and the high resolution processing unit 4 realize their functions by a dedicated hardware processing circuit, and for the unnecessary wave suppression processing unit 5 and the target detection processing unit 6, the processor 103 stores in the memory 104. By executing the stored program, the function is realized.
In this way, the processing circuit can realize the above-described functions by hardware, software, firmware or a combination thereof.

次に動作について説明する。
図4は、観測装置1の動作を示すフローチャートであり、波動データに前処理を施して目標である埋設物を検出するまでの一連の処理を示している。
まず、前処理部3は、波動データ記憶部2から転送された波動データに前処理を行う(ステップST1)。前処理には、スラントレンジ方向の直流成分の除去、アジマス方向の直流成分の除去およびコントラスト補正がある。これらの処理の詳細は図5および図6を用いて後述する。
Next, the operation will be described.
FIG. 4 is a flow chart showing the operation of the observation apparatus 1 and shows a series of processes from the pretreatment of wave data to detection of a target embedded object.
First, the preprocessing unit 3 preprocesses the wave data transferred from the wave data storage unit 2 (step ST1). The pre-processing includes removal of DC components in the slant range direction, removal of DC components in the azimuth direction, and contrast correction. Details of these processes will be described later with reference to FIGS. 5 and 6.

次に、高分解能化処理部4は、前処理部3により前処理された波動データを高分解能化する(ステップST2)。高分解能化処理には、波動データのフーリエ変換、波動データの波面の補償、ストルト補間、逆フーリエ変換がある。これらの処理の詳細は図7および図8を用いて後述する。   Next, the high resolution processing unit 4 performs high resolution on the wave data preprocessed by the preprocessing unit 3 (step ST2). The resolution enhancement processing includes Fourier transform of wave data, compensation of wave front of wave data, Stolt interpolation, and inverse Fourier transform. Details of these processes will be described later with reference to FIGS. 7 and 8.

不要波抑圧処理部5は、高分解能化処理部4により処理された波動データを周波数空間のデータに変換してから不要波を抑圧する(ステップST3)。例えば、周波数空間のデータに変換された波動データの周波数成分のうち、閾値よりも低い周波数成分が不要波として除去される。不要波抑圧処理の詳細は図9および図10を用いて後述する。   The unnecessary wave suppression processing unit 5 converts the wave data processed by the high resolution processing unit 4 into data in the frequency space, and then suppresses the unnecessary wave (step ST3). For example, among frequency components of wave data converted into data in the frequency space, frequency components lower than the threshold are removed as unnecessary waves. The details of the unnecessary wave suppression process will be described later with reference to FIGS. 9 and 10.

目標検出処理部6は、不要波抑圧処理部5により処理された波動データから誘電体内部の埋設物に応じた信号を検出する(ステップST4)。不要波が抑圧された波動データが示す信号のうち、目標検出用閾値を超える強度の信号が目標の信号として検出される。
目標検出処理の詳細は、図9から図11を用いて後述する。
The target detection processing unit 6 detects a signal corresponding to the embedded object in the dielectric from the wave data processed by the unnecessary wave suppression processing unit 5 (step ST4). Among the signals indicated by wave data in which unnecessary waves are suppressed, a signal having an intensity exceeding the target detection threshold is detected as a target signal.
Details of the target detection process will be described later with reference to FIGS. 9 to 11.

図5は、波動データの観測の概要を示す図であり、図1に示したレーダ装置1aによる波動データ観測の概要を示している。観測系10において、観測対象の誘電体は、誘電率εr,1を有する空間21である。レーダ装置1aが備える送受信機11〜14は、空間21の誘電率εr,1よりも低い誘電率εr,0(εr,0<εr,1)を有する空間20に配置されている。破線で示した領域22は、埋設物24が埋設された誘電体の空間21の内部を含む領域である。埋設物24は、誘電率εr,2を有する。FIG. 5 is a diagram showing an outline of observation of wave data, and shows an outline of wave data observation by the radar device 1a shown in FIG. In the observation system 10, the dielectric to be observed is a space 21 having a dielectric constant ε r, 1 . The transceivers 11 to 14 included in the radar device 1a are disposed in the space 20 having a dielectric constant ε r, 0r, 0r, 1 ) lower than the dielectric constant ε r, 1 of the space 21. . An area 22 indicated by a broken line is an area including the inside of the dielectric space 21 in which the embedded material 24 is embedded. The buried object 24 has a dielectric constant ε r, 2 .

送受信器11〜14は、空間21に向けてパルス状の電磁波15〜18を照射する。
領域22において、電磁波15〜18は、誘電率が異なる空間20と空間21との境界面23で散乱し、誘電率が異なる空間21と埋設物24との境界面25で散乱する。送受信機11〜14は、境界面23,25で散乱した電磁波15〜18を受信する。
レーダ装置1aは、受信した電磁波15〜18の情報に基づいて、境界面23,25で散乱した電磁波を示す二次元データ(波動データ)を生成して観測装置1に出力する。
なお、図5では、レーダ装置1aがx軸方向に並んだ複数の送受信機を用いて観測する場合を示したが、レーダ装置1aは、1つの送受信機をアジマス方向(図5のx軸方向)に移動させながら観測する構成であってもよい。
The transmitters / receivers 11 to 14 emit pulsed electromagnetic waves 15 to 18 toward the space 21.
In the region 22, the electromagnetic waves 15 to 18 are scattered at the interface 23 between the space 20 and the space 21 having different dielectric constants, and are scattered at the interface 25 between the space 21 and the embedded object 24 having different dielectric constants. The transceivers 11 to 14 receive the electromagnetic waves 15 to 18 scattered at the boundary surfaces 23 and 25.
The radar device 1 a generates two-dimensional data (wave data) indicating electromagnetic waves scattered at the boundary surfaces 23 and 25 based on the received information of the electromagnetic waves 15 to 18 and outputs the two-dimensional data to the observation device 1.
Although FIG. 5 shows the case where the radar device 1a observes using a plurality of transceivers arranged in the x-axis direction, the radar device 1a is configured such that one transceiver is arranged in the azimuth direction (x-axis direction in FIG. The observation may be performed while moving to.

次に前処理の詳細を説明する。
図6は、前処理部3の動作を示すフローチャートである。
前処理部3は、波動データ記憶部2から転送された波動データを入力すると、入力した波動データからスラントレンジ方向の直流成分を除去する(ステップST1a)。
例えば、前処理部3は、波動データs(x,t)が固定小数点型データである場合を考慮して、スラントレンジ方向の直流成分sDC,t(x,t)を、下記式(1)を用いて推定する。続いて、前処理部3は、下記式(2)を用いて、波動データs(x,t)からスラントレンジ方向の直流成分sDC,t(x,t)を除去する。
下記式(1)において、TPRIは、レーダ装置1aが電磁波を送信するパルス繰り返し周期である。下記式(2)において、波動データs0,t(x,t)は、上記直流成分sDC,t(x,t)を除去した波動データである。

Figure 0006529689

Figure 0006529689
Next, the details of the pre-processing will be described.
FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the preprocessing unit 3.
When the wave data transferred from the wave data storage unit 2 is input, the preprocessing unit 3 removes the DC component in the slant range direction from the input wave data (step ST1a).
For example, in consideration of the case where the wave data s (x, t) is fixed-point data, the preprocessing unit 3 determines the DC component s DC, t (x, t) in the slant range direction by the following equation (1) Estimate using). Subsequently, the preprocessing unit 3 removes the DC component s DC, t (x, t) in the slant range direction from the wave data s (x, t) using the following equation (2).
In the following equation (1), T PRI is a pulse repetition period at which the radar device 1 a transmits an electromagnetic wave. In the following equation (2), wave data s 0, t (x, t) is wave data from which the DC component s DC, t (x, t) has been removed.
Figure 0006529689

Figure 0006529689

次に、前処理部3は、上記直流成分sDC,t(x,t)を除去した波動データから、アジマス方向の直流成分を除去する(ステップST2a)。例えば、前処理部3は、波動データs(x,t)が固定小数点型データである場合を考慮し、アジマス方向の直流成分sDC,x(x,t)を、下記式(3)を用いて推定する。前処理部3は、下記式(4)を用いて、スラントレンジ方向の直流成分を除去した波動データs0,t(x,t)からアジマス方向の直流成分sDC,x(x,t)を除去する。
下記式(3)において、Lはアジマス方向の開口長である。下記式(4)において、波動データs0,t,x(x,t)は、スラントレンジ方向の直流成分とアジマス方向の直流成分とを除去した波動データである。
なお、x軸[−L/2,L/2]はアジマス方向であり、t軸[0,Tpri]はスラントレンジ方向、z軸[−L/2,L/2]はエレベーション方向である。

Figure 0006529689

Figure 0006529689
Next, the preprocessing unit 3 removes the direct current component in the azimuth direction from the wave data from which the direct current component s DC, t (x, t) has been removed (step ST 2 a). For example, in consideration of the case where wave data s (x, t) is fixed-point type data, the preprocessing unit 3 considers the direct current component s DC, x (x, t) in the azimuth direction into the following equation (3) Use to estimate. The preprocessing unit 3 uses the following equation (4) to remove the direct current component in the slant range direction from the wave data s 0, t (x, t), and the direct current component s DC, x (x, t) in the azimuth direction. Remove
In the following formula (3), L x is the opening length in the azimuth direction. In the following equation (4), the wave data s 0, t, x (x, t) is wave data obtained by removing the DC component in the slant range direction and the DC component in the azimuth direction.
The x axis [-L x / 2, L x / 2] is the azimuth direction, the t axis [0, T pri ] is the slant range direction, and the z axis [-L z / 2, L z / 2] is the azimuth direction. It is an elevation direction.
Figure 0006529689

Figure 0006529689

最後に、前処理部3は、波動データのコントラストを補正する(ステップST3a)。これにより、誘電体を電磁波が透過したときの波動データの減衰が補正される。
例えば、前処理部3は、誘電体を透過したときの波動データs0,t,x(x,t)の減衰を考慮して、下記式(5)に示すコントラスト補正関数sCNT,t,x(x,t)を定義する。次に、前処理部3は、波動データs0,t,x(x,t)に対して、下記式(6)を用いたコントラスト補正を行う。
下記式(5)において、Tobsは全てのアジマス時間(スロウタイム)である。
下記式(6)において、波動データsPRE(x,t)は、上記のコントラスト補正が行われた波動データである。

Figure 0006529689

Figure 0006529689
Finally, the preprocessing unit 3 corrects the contrast of the wave data (step ST3a). Thereby, the attenuation of the wave data when the electromagnetic wave passes through the dielectric is corrected.
For example, in consideration of the attenuation of the wave data s 0, t, x (x, t) when passing through the dielectric, the pre-processing unit 3 calculates the contrast correction function s CNT, t, shown in the following equation (5) Define x (x, t). Next, the preprocessing unit 3 performs contrast correction on the wave data s 0, t, x (x, t) using the following equation (6).
In the following formula (5), T obs is all azimuth time (slow time).
In the following equation (6), the wave data s PRE (x, t) is wave data subjected to the above-described contrast correction.
Figure 0006529689

Figure 0006529689

次に高分解能化処理の詳細を説明する。
図7は、高分解能化処理部4の動作を示すフローチャートである。
高分解能化処理部4は、下記式(7)を用いて波動データsPRE(x,t)に対して二次元高速フーリエ変換(以下、二次元FFTと記載する)を実施する(ステップST1b)。下記式(7)において、波動データSPRE(k,kt)は、周波数空間の波動データであり、cは光の速度である。

Figure 0006529689
Next, the details of the high resolution processing will be described.
FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the high resolution processing unit 4.
The high resolution processing unit 4 performs two-dimensional fast Fourier transform (hereinafter, referred to as two-dimensional FFT) on the wave data s PRE (x, t) using the following equation (7) (step ST 1 b) . In the following equation (7), the wave data S PRE (k x , kt) is wave data in the frequency space, and c is the velocity of light.
Figure 0006529689

次に、高分解能化処理部4は、周波数空間で波動データの波面を球面形状に補償する、いわゆるアジマス一括圧縮を実施する(ステップST2b)。例えば、高分解能化処理部4は、波動データSPRE(k,kt)に対して、下記式(8)に従ったアジマス一括圧縮を実施する。アジマス一括圧縮によって、波動データSPRE(k,k)の波面が揃えられ、波動データの像をフォーカスさせた波動データSBULK(k,k)が得られる。ただし、下記式(8)において、Rはフォーカス距離であり、例えば、下記式(9)で定義される。kは、下記式(10)で定義される波数である。

Figure 0006529689

Figure 0006529689

Figure 0006529689
Next, the high resolution processing unit 4 performs so-called azimuth batch compression to compensate the wave front of the wave data into a spherical shape in the frequency space (step ST2b). For example, the resolution enhancement processing unit 4 performs azimuth batch compression on the wave data S PRE (k x , kt) according to the following equation (8). By the azimuth batch compression, the wave fronts of the wave data S PRE (k x , k) are aligned, and wave data S BULK (k x , k) obtained by focusing the image of the wave data is obtained. However, in the following equation (8), R 0 is a focus distance, and is defined by, for example, the following equation (9). k z is a wave number defined by the following equation (10).
Figure 0006529689

Figure 0006529689

Figure 0006529689

続いて、高分解能化処理部4は、波動データSBULK(k,k)の波動伝達方向を直交化させるストルト補間を実施する(ステップST3b)。
ストルト補間は、波動データSBULK(k,k)における波動空間(k,k)を(k,k)に変換する処理である。波動データSSAR(k,k)は、ストルト補間によって得られた波動データである。
Subsequently, the high resolution processing unit 4 performs the Strot interpolation to orthogonalize the wave transmission direction of the wave data S BULK (k x , k) (step ST3 b).
Sutoruto interpolation is a process of converting the wave data S BULK (k x, k) a wave-space (k x, k) in the (k x, k z) in. The wave data S SAR (k x , k z ) is wave data obtained by the Stolt interpolation.

高分解能化処理部4は、下記式(11)を用いて波動データSSAR(k,k)に対して、二次元逆高速フーリエ変換(以下、二次元IFFTと記載する)を実施する(ステップST4b)。なお、下記式(11)において、波動データISAR(x,z)は実空間の波動データである。下記式(11)では波動データSSAR(k,k)に対してアジマス方向(x軸)およびエレベーション方向(z軸)の二次元にIFFTを実施することになる。

Figure 0006529689
The high resolution processing unit 4 performs two-dimensional inverse fast Fourier transform (hereinafter referred to as two-dimensional IFFT) on the wave data S SAR (k x , k z ) using the following equation (11) (Step ST4b). In the following equation (11), the wave data I SAR (x, z) is wave data in the real space. In the following equation (11), IFFT is performed in two dimensions in the azimuth direction (x axis) and the elevation direction (z axis) with respect to the wave data S SAR (k x , k z ).
Figure 0006529689

図8は高分解能化された波動データISAR(x,z)の例を示す図であり、波動データISAR(x,z)を波動データ26と記載している。波動データ26は、例えば、図5に示した領域22を観測して得られたデータである。波動データ26における不要波信号B1を示す画像は、図5に示した境界面23での散乱波に起因するものであり、波動データ26における埋設物信号A1を示す画像は、図5に示した境界面25での散乱波に起因する。波動データ26における不要波信号B1〜B5を示す画像は、埋設物信号A1以外の散乱波に起因するものであり、それぞれがアジマス方向に層状に広がった画像となる。FIG. 8 is a diagram showing an example of the high resolution wave data I SAR (x, z), and the wave data I SAR (x, z) is described as wave data 26. The wave data 26 is, for example, data obtained by observing the region 22 shown in FIG. The image showing the unwanted wave signal B1 in the wave data 26 is due to the scattered wave at the boundary surface 23 shown in FIG. 5, and the image showing the buried object signal A1 in the wave data 26 is shown in FIG. It originates in the scattered wave in the interface 25. The images showing the unnecessary wave signals B1 to B5 in the wave data 26 are caused by the scattered waves other than the embedded object signal A1, and are images spread in layers in the azimuth direction.

埋設物信号A1は、埋設物または空洞で散乱された電磁波に起因する信号である。このため、埋設物信号A1が示す画像は、波動データの画像において、層状に広がった不要波信号B1〜B5が示す画像に比べて十分に狭い領域、すなわち局所的に存在する。
実施の形態1に係る観測装置1は、図9および図10を用いて後述する不要波抑圧処理を波動データに施すことで、不要波信号B1〜B5のような埋設物信号A1以外の不要波を抑圧する。これにより、埋設物の検出効率が改善する。
The buried object signal A1 is a signal caused by the electromagnetic wave scattered by the buried object or the cavity. Therefore, the image represented by the embedded object signal A1 exists in the image of the wave data in a sufficiently narrow region, that is, locally, as compared with the image represented by the unnecessary wave signals B1 to B5 spread in layers.
The observation apparatus 1 according to the first embodiment performs unnecessary wave suppression processing described later with reference to FIGS. 9 and 10 to the wave data to generate unnecessary waves other than the embedded object signal A1 such as the unnecessary wave signals B1 to B5. Suppress This improves the detection efficiency of the buried object.

特に、高分解能化処理部4が、前処理部3によって前処理された波動データに対して、二次元フーリエ変換を実施し、変換後の波動データにアジマス一括圧縮を実施し、さらに波動伝達方向を直交化させる補間を実施する、いわゆる二次元合成開口処理を実施する。
これによって、波動の局所性が向上し、埋設物の位置推定精度が向上し、不要波までも高分解能で観測することが可能となる。
In particular, the high resolution processing unit 4 performs two-dimensional Fourier transformation on the wave data preprocessed by the pre-processing unit 3, performs azimuth batch compression on the converted wave data, and further the wave transmission direction Implement so-called two-dimensional synthetic aperture processing that implements interpolation to orthogonalize.
As a result, the locality of the wave is improved, the position estimation accuracy of the embedded object is improved, and it becomes possible to observe even the unnecessary wave with high resolution.

二次元合成開口処理はOmega−K方式であるが、これに限定されるものではない。例えば、Range Doppler方式またはBack Projection方式であってもよい。ステップST3bでストルト補間を実施したが、例えば、sinc補間またはキュービック補間を実施してもよい。   The two-dimensional synthetic aperture processing is an Omega-K method, but is not limited thereto. For example, the range Doppler method or the back projection method may be used. Although Stroll interpolation is performed in step ST3b, for example, sinc interpolation or cubic interpolation may be performed.

図7のステップST4bにおいて、アジマス方向(x軸)およびエレベーション方向(z軸)の二次元にIFFTを波動データに実施して、二次元合成開口処理を実施した後の波動データ26を得ていた。ステップST4bの処理を省略し、代わりにステップST1bで実施したアジマス方向のFFTをエレベーション方向のIFFTとして実施してもよい。   In step ST4b of FIG. 7, IFFT is applied to wave data in two dimensions in the azimuth direction (x-axis) and elevation direction (z-axis) to obtain wave data 26 after the two-dimensional synthetic aperture processing is performed. The The processing in step ST4b may be omitted, and instead, the FFT in the azimuth direction performed in step ST1b may be performed as the IFFT in the elevation direction.

次に不要波抑圧処理および目標検出処理の詳細を説明する。
図9は不要波抑圧処理部5および目標検出処理部6の動作を示すフローチャートである。不要波抑圧処理部5は、高分解能化処理部4から入力した波動データISAR(x,z)に対してアジマス方向のFFTを実施する(ステップST1c)。これにより、実空間の波動データが周波数空間のデータに変換される。
例えば、不要波抑圧処理部5は、波動データISAR(x,z)に対して下記式(12)に従ったアジマス方向のFFTを実施することにより、アジマス周波数空間の波動データSSAR(k,z)に変換する。

Figure 0006529689
Next, details of the unnecessary wave suppression process and the target detection process will be described.
FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the unnecessary wave suppression processing unit 5 and the target detection processing unit 6. The unnecessary wave suppression processing unit 5 performs FFT in the azimuth direction on the wave data I SAR (x, z) input from the high resolution processing unit 4 (step ST1 c). Thereby, wave data of real space is converted to data of frequency space.
For example, the unwanted wave suppression processing unit 5 performs the FFT in the azimuth direction according to the following equation (12) on the wave data I SAR (x, z) to generate the wave data S SAR (k Convert to x , z).
Figure 0006529689

不要波抑圧処理部5は、アジマス周波数空間の波動データSSAR(k,z)に対してハイパスフィルタ(HPF)を適用する(ステップST2c)。
例えば、不要波抑圧処理部5は、下記式(13)で示すHPFを適用することにより、波動データSSAR(k,z)から、HPFのカットオフ周波数f以下の低周波数成分(|k|≦f)を除去する。このカットオフ周波数fが不要波抑圧用の閾値である。

Figure 0006529689
上記低周波数成分が、図8に示した層状に広がりをもつ不要波信号B1〜B5である。
波動データSSAR,REMOVE(k,z)は、波動データSSAR(k,z)からカットオフ周波数f以下の低周波数成分を除去した後の波動データである。The unnecessary wave suppression processing unit 5 applies a high pass filter (HPF) to the wave data S SAR (k x , z) in the azimuth frequency space (step ST2 c).
For example, by applying the HPF represented by the following equation (13), the unnecessary wave suppression processing unit 5 determines a low frequency component (| or less than the HPF cutoff frequency f x from the wave data S SAR (k x , z) Remove k x | ≦ f x ). The cutoff frequency f x is a threshold for unnecessary wave suppression.
Figure 0006529689
The low frequency components are the unnecessary wave signals B1 to B5 having a layer-like spread shown in FIG.
The wave data S SAR, REMOVE (k x , z) is wave data after removing low frequency components below the cutoff frequency f x from the wave data S SAR (k x , z).

前述したHPF処理は、フーリエ変換の不確定性原理を利用している。
例えば、図10に示すように、実空間で層状に広がる不要波信号は、実空間で局所的に存在する埋設物信号よりも、周波数空間では低周波かつ狭帯域となる。
一方、実空間で局所的に存在する埋設物信号は、実空間で層状に広がる不要波信号よりも、周波数空間では広帯域となる。従って、波動データにアジマス方向のx軸上でFFTを実施して周波数空間のデータに変換し、周波数軸上で指定したカットオフ周波数以下を遮断するHPFを適用する。これにより、埋設物信号が有する周波数よりも低周波である不要波を抑圧することができる。
The HPF process described above utilizes the uncertainty principle of the Fourier transform.
For example, as shown in FIG. 10, the unwanted wave signal that spreads in layers in real space has a lower frequency and a narrower band in frequency space than a buried object signal that exists locally in real space.
On the other hand, the embedded object signal present locally in real space is wider in frequency space than the unwanted wave signal that spreads in layers in real space. Therefore, FFT is performed on the wave data on the x-axis in the azimuth direction to convert it into data in the frequency space, and an HPF is applied which cuts off the cutoff frequency or less specified on the frequency axis. As a result, it is possible to suppress an unnecessary wave having a frequency lower than that of the buried object signal.

ステップST2cのHPF処理で使用されたカットオフ周波数fは、レーダ装置情報に基づいて不要波抑圧処理部5によって算出される。レーダ装置情報には、誘電体に照射された電磁波の中心周波数、ビーム幅および照射間隔が含まれる。
例えば、不要波抑圧処理部5は、レーダ装置情報に基づいてアジマス方向の開口長Lを算出して、下記式(13−1)からカットオフ周波数fを算出する。
不要波抑圧処理部5は、このように算出したカットオフ周波数fをHPFに設定する(ステップST3c)。また、不要波抑圧処理部5は、カットオフ周波数fを目標検出処理部6に出力する。

Figure 0006529689
The cutoff frequency f x used in the HPF processing of step ST 2 c is calculated by the unnecessary wave suppression processing unit 5 based on the radar device information. The radar apparatus information includes the center frequency, the beam width and the irradiation interval of the electromagnetic wave irradiated to the dielectric.
For example, the unnecessary wave suppression processing unit 5 calculates the aperture length L x in the azimuth direction based on the radar device information, and calculates the cutoff frequency f x from the following equation (13-1).
The unnecessary wave suppression processing unit 5 sets the cutoff frequency f x calculated in this manner to the HPF (step ST3 c). Further, the unnecessary wave suppression processing unit 5 outputs the cutoff frequency f x to the target detection processing unit 6.
Figure 0006529689

次に、不要波抑圧処理部5は、不要波を抑圧した波動データSSAR(k,z)に対してアジマス方向にIFFT処理を実施する(ステップST4c)。これにより、周波数空間の波動データが実空間のデータに変換される。
例えば、不要波抑圧処理部5は、不要波が抑圧されたアジマス周波数空間の波動データSSAR,REMOVE(k,z)に対して、下記式(14)に従ったIFFTを実施することにより、不要波が抑圧された波動データISAR,REMOVE(x,z)に変換する。
不要波抑圧処理部5は、不要波が抑圧された波動データISAR,REMOVE(x,z)とステップST3cで算出したカットオフ周波数fを目標検出処理部6へ出力する。

Figure 0006529689
Next, the unnecessary wave suppression processing unit 5 performs IFFT processing in the azimuth direction on the wave data S SAR (k x , z) in which the unnecessary wave is suppressed (step ST4 c). Thereby, wave data in frequency space is converted to data in real space.
For example, the unnecessary wave suppression processing unit 5 performs an IFFT according to the following equation (14) on the wave data S SAR, REMOVE (k x , z) of the azimuth frequency space in which the unnecessary wave is suppressed. , The unnecessary wave is converted into suppressed wave data I SAR, REMOVE (x, z).
The unnecessary wave suppression processing unit 5 outputs, to the target detection processing unit 6, the wave data I SAR, REMOVE (x, z) in which the unnecessary wave is suppressed and the cutoff frequency f x calculated in step ST3c.
Figure 0006529689

図9に示したステップST1cおよびステップST4cにおいて、アジマス方向のみのFFTおよびIFFTを実施したが、これは、アジマス方向に層状に広がる不要波を低負荷で、かつ、効率よく抑圧するためである。
エレベーション方向(z軸)に層状に広がる不要波を抑圧対象とする場合は、ステップST1cおよびステップST4cの処理において、エレベーション方向の二次元FFTと二次元IFFTとを実施してもよい。
In step ST1c and step ST4c shown in FIG. 9, FFT and IFFT only in the azimuth direction are performed, in order to efficiently suppress unnecessary waves spreading in layers in the azimuth direction with low load.
In the case where an unwanted wave that spreads in layers in the elevation direction (z axis) is to be suppressed, a two-dimensional FFT in the elevation direction and a two-dimensional IFFT may be performed in the processing of steps ST1c and ST4c.

目標検出処理部6は、不要波抑圧処理部5から入力したカットオフ周波数fを用い、下記式(15)および下記式(16)に従って目標検出用の閾値Tを算出する(ステップST1d)。Aは、埋設物信号の電力損失係数であり、下記式(16)に従って算出される。Bは、図5に示した埋設物24のアジマス軸(x軸)に対応する周波数上の帯域を示している。Toriは初期設定における初期閾値であり、例えば、振幅正規化後の波動データでは、初期閾値Toriを2とすれば、標準偏差√2に相当する。

Figure 0006529689

Figure 0006529689
The target detection processing unit 6 calculates a threshold T for target detection according to the following equation (15) and the following equation (16) using the cutoff frequency f x input from the unnecessary wave suppression processing unit 5 (step ST1 d). A x is a power loss coefficient of the buried object signal, and is calculated according to the following equation (16). B x indicates a band on a frequency corresponding to the azimuth axis (x axis) of the embedded object 24 shown in FIG. T ori is an initial threshold in initial setting, and for example, in wave data after amplitude normalization, if the initial threshold T ori is 2, it corresponds to a standard deviation 22.
Figure 0006529689

Figure 0006529689

目標検出処理部6は、不要波が抑圧された実空間の波動データのうち、目標検出用の閾値Tを超える信号のみを検出する(ステップST2d)。例えば、目標検出処理部6は、不要波が抑圧された実空間の波動データISAR,REMOVE(x,z)が示す信号のうち、閾値Tを超える信号[ISAR,REMOVE(x,z)≧T]のみを検出する。これにより、二値化データIBINARI(x,z)が得られる。The target detection processing unit 6 detects only the signal exceeding the target detection threshold T among the wave data of the real space in which the unnecessary wave is suppressed (step ST2 d). For example, the target detection processing unit 6 outputs a signal [I SAR, REMOVE (x, z) exceeding the threshold T among the signals indicated by the wave data I SAR, REMOVE (x, z) of the real space in which the unnecessary wave is suppressed. ≧ T] is detected. Thus, binarized data I BINARI (x, z) is obtained.

図11は、観測装置1よる最終的な観測データの一例を示す図であり、観測データは、目標検出処理部6により得られた二値化データIBINARI(x,z)である。
図11において、二値化データ27は二値化データIBINARI(x,z)であり、図5に示した領域22の観測データに相当する。埋設物信号A2は、図8に示した波動データ26における埋設物信号A1から不要波を抑圧して目標検出処理を実施した信号である。二値化データ27における不要波信号B6,B7は、カットオフ周波数fよりも高周波数の信号であり、抑圧されずに残留した不要波である。
二値化データ27における埋設物信号A2を示す画像面積は、波動データ26における埋設物信号A1の画像面積に比べて狭い。これは、不要波を抑圧することで、周波数領域で広帯域となる埋設物信号の低周波成分が除去され、電力損失が生じたためである。
FIG. 11 is a diagram showing an example of final observation data by the observation device 1. The observation data is the binarized data I BINARI (x, z) obtained by the target detection processing unit 6.
In FIG. 11, the binarized data 27 is binarized data I BINARI (x, z), which corresponds to the observation data of the region 22 shown in FIG. The buried object signal A2 is a signal obtained by performing the target detection process by suppressing unnecessary waves from the buried object signal A1 in the wave data 26 shown in FIG. The unnecessary wave signals B6 and B7 in the binarized data 27 are signals having frequencies higher than the cutoff frequency f x and are unnecessary waves which are not suppressed and remain.
The image area indicating the buried object signal A2 in the binarized data 27 is narrower than the image area of the buried object signal A1 in the wave data 26. This is because the low frequency component of the embedded object signal which becomes a wide band in the frequency domain is removed by suppressing the unnecessary wave, and a power loss occurs.

以上のように、実施の形態1に係る観測装置1において、前処理部3は、観測対象の誘電体に照射されて散乱した電磁波が二次元画像で表された波動データから直流成分を除去し、コントラストを補正する。高分解能化処理部4は、前処理部3によって処理された波動データを高分解能化する。不要波抑圧処理部5は、高分解能化処理部4によって処理された波動データを周波数空間のデータに変換し、周波数空間に変換した波動データの不要波を抑圧する。目標検出処理部6は、不要波抑圧処理部5によって不要波が抑圧された波動データから誘電体の内部の目標に応じた信号を検出する。
波動データが高分解能化されてから、波動データに残留する不要波が抑圧されるので、埋設物以外に起因した不要波を抑圧し、埋設物の検出効率を高めることができる。
As described above, in the observation device 1 according to the first embodiment, the preprocessing unit 3 removes the DC component from the wave data in which the electromagnetic wave emitted and scattered by the dielectric to be observed is represented by a two-dimensional image. , Correct the contrast. The high resolution processing unit 4 performs high resolution on the wave data processed by the pre-processing unit 3. The unnecessary wave suppression processing unit 5 converts the wave data processed by the high resolution processing unit 4 into data in the frequency space, and suppresses unnecessary waves of the wave data converted into the frequency space. The target detection processing unit 6 detects a signal according to a target in the dielectric from the wave data in which the unnecessary wave is suppressed by the unnecessary wave suppression processing unit 5.
After the resolution of the wave data is increased, the unnecessary wave remaining in the wave data is suppressed, so that the unnecessary wave caused by other than the embedded object can be suppressed, and the detection efficiency of the embedded object can be enhanced.

実施の形態1に係る観測装置1において、不要波抑圧処理部5は、高分解能化処理部4によって高分解能化された波動データを周波数空間のデータにフーリエ変換し、周波数空間の波動データの周波数成分のうち、閾値よりも低い周波数成分を不要波として除去してから実空間のデータに逆フーリエ変換する。これにより、高分解能化された波動データのうちから、波動データに残留する不要波を抑圧することができる。   In the observation device 1 according to the first embodiment, the unnecessary wave suppression processing unit 5 Fourier-transforms the wave data that has been subjected to the high resolution processing by the high resolution processing unit 4 into data in the frequency space, and the frequency of the wave data in the frequency space Among the components, frequency components lower than the threshold are removed as unnecessary waves and then inverse Fourier transformed into data in real space. As a result, it is possible to suppress unnecessary waves remaining in the wave data from among the high-resolution wave data.

実施の形態1に係る観測装置1において、不要波抑圧処理部5は、誘電体に照射された電磁波の中心周波数、ビーム幅および照射間隔に基づいて上記閾値を設定する。これにより、埋設物以外に起因した不要波を適切に抑圧することができる。   In the observation device 1 according to the first embodiment, the unnecessary wave suppression processing unit 5 sets the above-mentioned threshold value based on the central frequency, the beam width and the irradiation interval of the electromagnetic wave irradiated to the dielectric. Thereby, it is possible to appropriately suppress unnecessary waves caused by things other than the buried object.

実施の形態1に係る観測装置1において、目標検出処理部6は、上記閾値から目標検出用閾値Tを算出し、波動データが示す信号のうち、目標検出用閾値を超える信号を誘電体の内部の目標に応じた信号として検出する。これにより、目標に応じた信号を精度よく検出することができる。   In the observation device 1 according to the first embodiment, the target detection processing unit 6 calculates the target detection threshold T from the above threshold, and among the signals represented by the wave data, signals exceeding the target detection threshold are included in the dielectric. As a signal according to the Thereby, the signal according to the target can be detected accurately.

なお、本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。   In the scope of the invention, the present invention can modify any of the components of the embodiment or omit any of the components of the embodiment.

この発明に係る観測装置は、誘電体の内部に生じた不要波を抑圧して高分解能で目標を観測することができるので、地雷探査、地中の空洞などの埋設物探査、構造物の内部診断などに好適である。   Since the observation apparatus according to the present invention can observe the target with high resolution by suppressing unnecessary waves generated inside the dielectric, it is possible to perform landmine exploration, underground object exploration such as underground cavities, and the inside of a structure. It is suitable for diagnosis and the like.

1 観測装置、1a レーダ装置、1b 台車、2 波動データ記憶部、3 前処理部、4 高分解能化処理部、5 不要波抑圧処理部、6 目標検出処理部、7 出力データ記憶部、10 観測系、11〜14 送受信機、15〜18 電磁波、20,21 空間、22 領域、23,25 境界面、24 埋設物、26 波動データ、27 二値化データ、100 入力用記憶装置、101 出力用記憶装置、102 処理回路、103 プロセッサ、104 メモリ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 observation device, 1a radar device, 1b truck, 2 wave data storage unit, 3 preprocessing unit, 4 high resolution processing unit, 5 unnecessary wave suppression processing unit, 6 target detection processing unit, 7 output data storage unit, 10 observation System, 11 to 14 transceivers, 15 to 18 electromagnetic waves, 20, 21 spaces, 22 areas, 23, 25 boundaries, 24 embedded objects, 26 wave data, 27 binarized data, 100 storage devices for input, 101 for output Storage, 102 processing circuits, 103 processors, 104 memories.

Claims (3)

誘電体に照射されて散乱した電磁波が二次元画像で表された波動データから直流成分を除去し、コントラストを補正する前処理部と、
前記前処理部によって処理された波動データを高分解能化する高分解能化処理部と、
前記高分解能化処理部によって処理された波動データを周波数空間のデータに変換し、周波数空間に変換した波動データの不要波を抑圧する不要波抑圧処理部と、
前記不要波抑圧処理部によって不要波が抑圧された波動データから前記誘電体の内部の目標に応じた信号を検出する目標検出処理部と
を備え、
前記不要波抑圧処理部は、前記高分解能化処理部によって高分解能化された波動データを周波数空間のデータにフーリエ変換し、周波数空間の波動データの周波数成分のうち、閾値よりも低い周波数成分を不要波として除去してから実空間のデータに逆フーリエ変換し、
前記目標検出処理部は、前記閾値および前記目標のアジマス軸に対応する周波数上の帯域から目標検出用閾値を算出し、波動データが示す信号のうち、前記目標検出用閾値を超える信号を前記誘電体の内部の目標に応じた信号として検出する
ことを特徴とする観測装置。
A preprocessing unit that removes a DC component from wave data represented by a two-dimensional image of electromagnetic waves emitted and scattered by a dielectric, and correcting contrast;
A high resolution processing unit for increasing the resolution of wave data processed by the pre-processing unit;
An unnecessary wave suppression processing unit that converts the wave data processed by the high resolution processing unit into data in a frequency space and suppresses unnecessary waves of the wave data converted into the frequency space;
A target detection processing unit that detects a signal according to a target inside the dielectric from wave data in which the unnecessary wave is suppressed by the unnecessary wave suppression processing unit;
The unnecessary wave suppression processing unit Fourier-transforms the wave data that has been subjected to high resolution processing by the high resolution processing unit into data in a frequency space, and among frequency components of wave data in the frequency space, frequency components lower than a threshold value Remove it as an unwanted wave and then inverse Fourier transform it into real space data,
The target detection processing unit calculates a target detection threshold from a band on a frequency corresponding to the threshold and the target azimuth axis, and among signals indicated by wave data, a signal exceeding the target detection threshold is dielectrically detected. An observation device characterized by being detected as a signal corresponding to a target inside the body.
前記不要波抑圧処理部は、前記誘電体に電磁波を照射しながら移動するレーダ装置としてのアジマス開口長を算出し、前記アジマス開口長を用いて前記閾値を設定すること
を特徴とする請求項1記載の観測装置。
The unnecessary wave suppression processing unit calculates an azimuth opening length as a radar device that moves while irradiating the dielectric with an electromagnetic wave, and sets the threshold value using the azimuth opening length. The observation device described.
前処理部が、誘電体に照射されて散乱した電磁波が二次元画像で表された波動データから直流成分を除去し、コントラストを補正するステップと、
高分解能化処理部が、前記前処理部によって処理された波動データを高分解能化するステップと、
不要波抑圧処理部が、前記高分解能化処理部によって処理された波動データを周波数空間のデータに変換し、周波数空間に変換した波動データの不要波を抑圧するステップと、
目標検出処理部が、前記不要波抑圧処理部によって不要波が抑圧された波動データから前記誘電体の内部の目標に応じた信号を検出するステップと
を備え、
前記不要波抑圧処理部は、前記高分解能化処理部によって高分解能化された波動データを周波数空間のデータにフーリエ変換し、周波数空間の波動データの周波数成分のうち、閾値よりも低い周波数成分を不要波として除去してから実空間のデータに逆フーリエ変換し、
前記目標検出処理部は、前記閾値および前記目標のアジマス軸に対応する周波数上の帯域から目標検出用閾値を算出し、波動データが示す信号のうち、前記目標検出用閾値を超える信号を前記誘電体の内部の目標に応じた信号として検出する
ことを特徴とする観測方法。
The preprocessing unit removing a direct current component from wave data represented by a two-dimensional image of electromagnetic waves emitted and scattered on a dielectric, and correcting the contrast;
Increasing resolution of wave data processed by the pre-processing unit;
The unnecessary wave suppression processing unit converts the wave data processed by the high resolution processing unit into data of a frequency space, and suppresses unnecessary waves of the wave data converted into the frequency space;
The target detection processing unit detects a signal according to a target inside the dielectric from the wave data in which the unnecessary wave is suppressed by the unnecessary wave suppression processing unit;
The unnecessary wave suppression processing unit Fourier-transforms the wave data that has been subjected to high resolution processing by the high resolution processing unit into data in a frequency space, and among frequency components of wave data in the frequency space, frequency components lower than a threshold value Remove it as an unwanted wave and then inverse Fourier transform it into real space data,
The target detection processing unit calculates a target detection threshold from a band on a frequency corresponding to the threshold and the target azimuth axis, and among signals indicated by wave data, a signal exceeding the target detection threshold is dielectrically detected. An observation method characterized by detecting as a signal according to a target inside the body.
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