JPWO2018042655A1 - 誘電体境界面推定装置 - Google Patents

Abstract

誘電体境界面推定装置（１００）は、レーダ装置が誘電体を観測して得た波動データを前処理する前処理部（３００）と、前処理部（３００）が前処理した波動データを三次元合成開口処理する三次元合成開口処理部（４００）と、三次元合成開口処理部（４００）が三次元合成開口処理した波動データを用いて、誘電体の誘電率が異なる境界面を推定し、境界面の幅および厚さを算出する誘電体境界面推定部（５００）とを備える構成である。

Description

この発明は、電波を利用して、誘電率が異なる誘電体同士の境界面を推定する誘電体境界面推定装置に関するものである。

誘電体境界面推定装置は、電波の波動の性質である誘電体内部を透過する性質を利用して誘電体内部の状態を計測するために用いられており、がん検知および構造物の材質劣化診断などに資する。

以下の特許文献１に記載された空洞厚探査方法は、Ｓトランスフォーム処理により誘電体境界点からの散乱を観測するというものであり、誘電体の境界面ではなく境界点の計測にとどまる。また、誘電体の形状計測については、Ｓトランスフォームに関係なく単に楕円体を目視で当てはめるのみであり、何ら工夫がされていなかった。

特開２０１５−１９７３９８号公報（図３７）

上記特許文献１に記載された空洞厚探査方法では、誘電体境界面のうちの一部である境界点の存在しか把握ができず、境界面の把握ができないという課題があった。また、上記特許文献１では、誘電体の形状を推定する方法として、合成開口処理を適用していない環境下で楕円体を当てはめる方法を採用しているため、誘電体境界面の水平方向の幅を精度よく推定できないという課題もあった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、誘電体境界面の幅および厚さを精度よく推定することを目的とする。

この発明に係る誘電体境界面推定装置は、レーダ装置が誘電体を観測して得た波動データを、前処理する前処理部と、前処理部が前処理した波動データを三次元合成開口処理する三次元合成開口処理部と、三次元合成開口処理部が三次元合成開口処理した波動データを用いて、誘電体の誘電率が異なる境界面を推定し、境界面の幅および厚さを算出する誘電体境界面推定部とを備えるものである。

この発明によれば、三次元合成開口処理した波動データを用いて誘電体境界面を推定するようにしたので、誘電体境界面の幅および厚さを精度よく推定することができる。

この発明の実施の形態１に係る誘電体境界面推定装置の構成例を示す機能構成図である。 この発明の実施の形態１に係る誘電体境界面推定装置の構成例を示すハードウェア構成図である。 この発明の実施の形態１に係る誘電体境界面推定装置の前処理部が行う処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る誘電体境界面推定装置の三次元合成開口処理部が行う処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る誘電体境界面推定装置の誘電体境界面推定部が行う処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る誘電体境界面推定装置の波動データ格納部に格納されている波動データが観測されたときの状況を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る誘電体境界面推定装置の三次元合成開口処理部が三次元合成開口処理した後の波動データを示す図である。 この発明の実施の形態１に係る誘電体境界面推定装置の誘電体境界面推定部が開口分割および三次元逆高速フーリエ変換を実施した後の波動データを示す図である。 この発明の実施の形態１に係る誘電体境界面推定装置の誘電体境界面推定部が算出した高誘電率側境界点軌跡および低遊動率側境界点軌跡を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る誘電体境界面推定装置の誘電体境界面推定部が算出した誘電体境界面の幅および厚さを示す図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、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に係る誘電体境界面推定装置１００の構成例を示す機能構成図である。図示のように、誘電体境界面推定装置１００は、波動データ格納部２００、前処理部３００、三次元合成開口処理部４００、誘電体境界面推定部５００、および出力データ格納部６００を備えている。

図２は、この発明の実施の形態１に係る誘電体境界面推定装置１００の構成例を示すハードウェア構成図である。誘電体境界面推定装置１００における波動データ格納部２００は入力用記憶装置１１であり、出力データ格納部６００は出力用記憶装置１４である。入力用記憶装置１１、出力用記憶装置１４、および後述するメモリ１３は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、フラッシュメモリまたはＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の不揮発性または揮発性の半導体素子メモリであってもよいし、ハードディスクまたはフレキシブルディスク等の磁気記憶媒体であってもよい。

誘電体境界面推定装置１００における前処理部３００、三次元合成開口処理部４００、および誘電体境界面推定部５００の各機能は、処理回路により実現される。即ち、誘電体境界面推定装置１００は、入力用記憶装置１１に格納されている波動データを読み出し、この波動データを前処理し、前処理した波動データを三次元合成開口処理し、三次元合成開口処理した波動データを用いて誘電体の境界面を推定し、この境界面の幅および厚さを算出し、算出結果を出力用記憶装置１４に格納するための処理回路を備える。処理回路は、メモリ１３に格納されるプログラムを実行するプロセッサ１２である。プロセッサ１２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、演算装置、マイクロプロセッサまたはマイクロコンピュータ等ともいう。

前処理部３００、三次元合成開口処理部４００、および誘電体境界面推定部５００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。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ１３に格納される。プロセッサ１２は、メモリ１３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、各部の機能を実現する。即ち、誘電体境界面推定装置１００は、プロセッサ１２により実行されるときに、後述する図３〜図５に示されるステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ１３を備える。また、このプログラムは、前処理部３００、三次元合成開口処理部４００、および誘電体境界面推定部５００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ともいえる。

次に、この発明の実施の形態１に係る誘電体境界面推定装置１００の動作を説明する。
図３は前処理部３００の処理を示すフローチャートである。図４は三次元合成開口処理部４００の処理を示すフローチャートである。図５は誘電体境界面推定部５００の処理を示すフローチャートである。

図６は、波動データ格納部２００に格納されている波動データが観測されたときの状況を示す図である。以下では、図６に示される状況で観測された波動データを用いて、誘電体境界面推定装置１００の動作例を説明する。
図６の観測系２０において、観測対象の誘電体は、誘電率ε_ｒ，１を有する空間３１である。この空間３１の内部には、相対的に低い誘電率ε_ｒ，２（ε_ｒ，２＜ε_ｒ，１）を有する空間３２が包含されている。レーダ装置の送受信機２１〜２４は、空間３１の誘電率ε_ｒ，１より低い誘電率ε_ｒ，０（ε_ｒ，０＜ε_ｒ，１）を有する空間３０に配置される。

送受信機２１〜２４は、空間３１へ向けてパルス状の電波２５〜２８を送信する。送信された電波２５〜２８は、誘電率が異なる空間３０，３１の境界である誘電体境界面３３および誘電率が異なる空間３１，３２の境界である誘電体境界面３４で散乱する。送受信機２１〜２４は、誘電体境界面３３，３４で散乱した電波２５〜２８を受信する。レーダ装置は、電波２５〜２８の送受信結果に基づいて、誘電体境界面３３，３４からの電波の散乱情報を三次元のボクセルデータにし、誘電体境界面推定装置１００へ出力する。
複数の送受信機２１〜２４を使用して観測してもよいし、あるいは、１つの送受信機を送受信機２１〜２４の位置に移動させながら観測してもよい。

以下では、レーダ装置が誘電体内部を観測して得た散乱情報を、波動データｓ（ｘ，ｙ，ｔ）と称す。ただし、ｘΕ［−Ｌ_ｘ／２，Ｌ_ｘ／２］はアジマス方向、ｙΕ［−Ｌ_ｙ／２，Ｌ_ｙ／２］はエレベーション方向、ｔΕ［０，Ｔ_ＰＲＩ］はスラントレンジ方向と定義される。Ｌ_ｘはアジマス方向の開口長、Ｌ_ｙはエレベーション方向の開口長、Ｔ_ＰＲＩはパルス繰り返し周期である。

波動データ格納部２００は、レーダ装置が誘電体内部を観測して得た波動データを受け取り、格納する。この波動データ格納部２００に格納された波動データは、前処理部３００に転送される。

前処理部３００は、波動データ格納部２００から転送された波動データに対し、以下に詳述するステップＳＴ３０１〜ＳＴ３０３の前処理を行った後、処理後の波動データを三次元合成開口処理部４００へ出力する。

ステップＳＴ３０１において、前処理部３００は、波動データからレンジ方向のＤＣ成分を除去する。具体的には、前処理部３００は、波動データ格納部２００から転送された波動データｓ（ｘ，ｙ，ｔ）が固定小数点型データなどである場合を考慮したレンジ方向ＤＣ成分ｓ_０，ｔ（ｘ，ｙ，ｔ）を、式（１）の通り推定する。続いて前処理部３００は、式（２）を用いて、波動データｓ（ｘ，ｙ，ｔ）からレンジ方向ＤＣ成分ｓ_０，ｔ（ｘ，ｙ，ｔ）を除去し、レンジ方向ＤＣ成分除去済みの波動データｓ_ＤＣ，ｔ（ｘ，ｙ，ｔ）を得る。

ステップＳＴ３０２において、前処理部３００は、波動データからアジマス方向のＤＣ成分を除去する。具体的には、前処理部３００は、波動データ格納部２００から転送された波動データｓ（ｘ，ｙ，ｔ）が固定小数点型データなどである場合を考慮したアジマス方向ＤＣ成分ｓ_{０，ｔ，ｘ}（ｘ，ｙ，ｔ）を、式（３）の通り推定する。続いて前処理部３００は、式（４）を用いて、レンジ方向ＤＣ成分除去済みの波動データｓ_ＤＣ，ｔ（ｘ，ｙ，ｔ）からアジマス方向ＤＣ成分ｓ_{０，ｔ，ｘ}（ｘ，ｙ，ｔ）を除去し、アジマス方向およびレンジ方向のＤＣ成分を除去した波動データｓ_{ＤＣ，ｔ，ｘ}（ｘ，ｙ，ｔ）を得る。

ステップＳＴ３０３において、前処理部３００は、波動データに対しコントラスト補正を行うことによって、誘電体内部を電波が透過した際の波動の減衰を補正する。具体的には、前処理部３００は、アジマス方向およびレンジ方向のＤＣ成分を除去した波動データｓ_{ＤＣ，ｔ，ｘ}（ｘ，ｙ，ｔ）に対し、式（５）のように波動の減衰を考慮したコントラスト補正関数ｓ_{ＣＮＴ，ｔ，ｘ}（ｘ，ｙ，ｔ）を定義する。続いて前処理部３００は、式（６）を用いて波動データｓ_{ＤＣ，ｔ，ｘ}（ｘ，ｙ，ｔ）のコントラスト補正を行い、コントラスト補正後の波動データｓ_ＰＲＥ（ｘ，ｙ，ｔ）を得る。前処理部３００は、前処理後の波動データｓ_ＰＲＥ（ｘ，ｙ，ｔ）を、三次元合成開口処理部４００へ出力する。

三次元合成開口処理部４００は、前処理部３００が出力した前処理後の波動データに対し、以下に詳述するステップＳＴ４０１〜ＳＴ４０３の三次元合成開口処理を行った後、処理後の波動データを誘電体境界面推定部５００へ出力する。

ステップＳＴ４０１において、三次元合成開口処理部４００は、前処理後の波動データを周波数空間の波動データに変換する、三次元フーリエ変換を実施する。具体的には、三次元合成開口処理部４００は、式（７）を用いて、前処理部３００から受け取った前処理後の波動データｓ_ＰＲＥ（ｘ，ｙ，ｔ）に対し三次元高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実施し、周波数空間の波動データＳ_ＰＲＥ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ）に変換する。

ステップＳＴ４０２において、三次元合成開口処理部４００は、周波数空間上で波動データの波面を球面形状に補償する、アジマス一括圧縮を実施する。具体的には、三次元合成開口処理部４００は、三次元ＦＦＴ後の波動データＳ_ＰＲＥ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ）に対し式（８）の演算を実施することによってアジマス一括圧縮を行い、波動データＳ_ＰＲＥ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ）の波面をそろえて波動データの像をフォーカスさせた波動データＳ_ＢＵＬＫ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ）を得る。

ただし、式（８）において、Ｒ_０はフォーカス距離であり、例えば式（９−１）で定義される。また、ｋ_ｚは式（９−２）で定義される波数である。

ステップＳＴ４０３において、三次元合成開口処理部４００は、波動データの波動伝達方向２ｋを、ｘ軸およびｙ軸に直交化させるストルト補間を実施する。波数ベクトルの方向は波面および波動伝達方向を意味し、例えばレーダ装置が通常観測する波数ベクトル２ｋは、波数ベクトル（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｚ）へと直交分解できる。これは、三平方の定理から上式（９−３）が成り立つことを示す。波数ベクトルｋ_ｚとｋ_ｙはアンテナ面上で直ちに互いに直交して定義できるのに対し、上式（９−２）のｋ_ｚは直接には観測できず、（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，２ｋ）の関数としてしか観測できない。観測および定義可能な波数（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，２ｋ）が直交している状態にするため、（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，２ｋ）から（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｚ）へと、上式（９−２）を用いて内挿する処理がストルト補間処理である。具体的には、三次元合成開口処理部４００は、アジマス一括圧縮後の波動データＳ_ＢＵＬＫ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ）について、波数空間（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ）を（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｚ）へ変換するストルト補間を実施し、三次元合成開口処理後の波動データＳ_ＳＡＲ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｚ）を得る。三次元合成開口処理部４００は、三次元合成開口処理後の波動データＳ_ＳＡＲ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｚ）を、誘電体境界面推定部５００へ出力する。

図７は、三次元合成開口処理部４００が三次元合成開口処理した後の波動データ４０、つまり波動データＳ_ＳＡＲ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｚ）を示す図である。三次元合成開口処理後の波動データ４０における高誘電率側境界４１は、図６に示された観測系２０における誘電体境界面３３に相当する。三次元合成開口処理後の波動データ４０における低誘電率側境界４２は、図６に示された観測系２０における誘電体境界面３４に相当する。

なお、三次元合成開口処理部４００が実施する三次元合成開口処理は、Ｏｍｅｇａ−Κ方式として周知された技術である。
また、ステップＳＴ４０３における補間方法としてストルト補間を例示したが、これ以外にも、例えばｓｉｎｃ補間またはキュービック補間でもよい。

誘電体境界面推定部５００は、三次元合成開口処理部４００が出力した三次元合成開口処理後の波動データに対し、以下に詳述するステップＳＴ５０１〜ＳＴ５０９の誘電体境界面推定処理を行って誘電体境界面の幅および厚さを算出し、算出結果を出力データ格納部６００へ出力する。

ステップＳＴ５０１において、誘電体境界面推定部５００は、三次元合成開口処理後の波動データを複数の位相中心からの観測単位に分割することによって、誘電体境界面を誘電体境界点群に分解する。以下では、ステップＳＴ５０１の処理を開口分割と称する。具体的には、誘電体境界面推定部５００は、式（１０）を用いて、三次元合成開口処理部４００から受け取った三次元合成開口処理後の波動データＳ_ＳＡＲ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｚ）に対し、アジマス方向をＮ分割およびエレベーション方向をＭ分割し、開口分割した開口毎波動データＳ_{ＳＡＲ，ｎ，ｍ}（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｚ）を得る。

ただし、式（１０）において、Ｋ_{Ｂｃｕｔ，ｘ}は開口分割後のアジマス方向の有効帯域幅であり、Ｋ_{Ｂｃｕｔ，ｙ}は開口分割後のエレベーション方向の有効帯域幅である。また、ｎΕ［０，Ｎ−１］，ｍΕ［０，Ｍ−１］である。Δｋ_ｘはアジマス方向における開口分割の刻み幅であり、Δｋ_ｙはエレベーション方向における開口分割の刻み幅である。
開口分割後の帯域幅をＫ_Ｂ，ｘ，Ｋ_Ｂ，ｙとしたとき、Ｋ_Ｂ，ｘ，Ｋ_Ｂ，ｙ，Ｋ_{Ｂｃｕｔ，ｘ}，Ｋ_{Ｂｃｕｔ，ｙ}は式（１１）の関係を有する。

ステップＳＴ５０２において、誘電体境界面推定部５００は、開口分割した開口毎の波動データを周波数領域から空間領域へと変換する、三次元逆フーリエ変換を実施する。具体的には、誘電体境界面推定部５００は、式（１２）を用いて、開口毎波動データＳ_{ＳＡＲ，ｎ，ｍ}（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｚ）に対し三次元逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を実施し、空間領域の開口毎波動データＩ_{ＳＡＲ，ｎ，ｍ}（ｘ，ｙ，ｚ）に変換する。

図８は、誘電体境界面推定部５００が開口分割および三次元ＩＦＦＦを実施した後の波動データ５０を示す図である。ステップＳＴ５０１およびステップＳＴ５０２の処理によって、図７に示された三次元合成開口処理後の波動データ４０における高誘電率側境界４１の部分は、図８に示される開口毎波動データ５１Ａ〜５１Ｇのような局所的な複数の小領域に分割される。開口毎波動データ５１Ａ〜５１Ｇは、誘電体境界面３３を分解した誘電体境界点群と言える。同様に、図７に示された三次元合成開口処理後の波動データ４０における低誘電率側境界４２の部分は、図８に示される開口毎波動データ５２Ａ〜５２Ｄのような局所的な複数の小領域に分割される。開口毎波動データ５２Ａ〜５２Ｄは、誘電体境界面３４を分解した誘電体境界点群と言える。
なお、図８では図示を省略しているが、波動データ５０における開口毎波動データ５１Ａ〜５１Ｇ，５２Ａ〜５２Ｄ以外の部分も、開口毎波動データ５１Ａ〜５１Ｇ，５２Ａ〜５２Ｄと同様に局所的な複数の小領域に分割される。

ステップＳＴ５０３において、誘電体境界面推定部５００は、開口毎波動データの中から、予め定められたしきい値を超える高誘電率側境界点を抽出する。続くステップＳＴ５０５において、誘電体境界面推定部５００は、抽出した高誘電率側境界点群を高誘電率側境界点軌跡として記録する。
具体的には、誘電体境界面推定部５００は、開口毎波動データのうちのしきい値Ｔを超える高誘電率側境界面候補｛ｘ_＋，ｙ_＋｜Ｒｅ［Ｉ_{ＳＡＲ，ｎ，ｍ}（ｘ，ｙ，ｚ）］≧Ｔ｝に対して、式（１３）の演算を実施することで、しきい値Ｔを超える開口毎波動データの極大点の集合、つまり高誘電率側境界点軌跡（ｘ_{ｔｏｐ，ｎ，ｍ}，ｙ_{ｔｏｐ，ｎ，ｍ}，ｚ_{ｔｏｐ，ｎ，ｍ}）を得る。
ただし、次式（１３）および後述する式（１４）において、Ｔは予め定められたしきい値であり、高誘電率側の誘電体境界面３３で散乱する電波の信号電力に相当する値である。

ステップＳＴ５０４において、誘電体境界面推定部５００は、開口毎波動データの中から、予め定められたしきい値未満である低誘電率側境界点を抽出する。続くステップＳＴ５０６において、誘電体境界面推定部５００は、抽出した低誘電率側境界点群を低誘電率側境界点軌跡として記録する。
具体的には、誘電体境界面推定部５００は、開口毎波動データのうちのしきい値Ｔ未満となる低誘電率側境界面候補｛ｘ₋，ｙ₋｜Ｒｅ［Ｉ_{ＳＡＲ，ｎ，ｍ}（ｘ，ｙ，ｚ）］＜Ｔ｝に対して、式（１４）の演算を実施することで、しきい値Ｔ未満となる開口毎波動データの極小点の集合、つまり低誘電率側境界点軌跡（ｘ_{ｂｔｍ，ｎ，ｍ}，ｙ_{ｂｔｍ，ｎ，ｍ}，ｚ_{ｂｔｍ，ｎ，ｍ}）を得る。

図９は、誘電体境界面推定部５００が算出した高誘電率側境界点軌跡５１および低誘電率側境界点軌跡５２を示す図である。高誘電率側境界点軌跡５１は、しきい値を超える高誘電率側の開口毎波動データ５１Ａ〜５１Ｇの、各極大点の集合である。低誘電率側境界点軌跡５２は、しきい値未満である低誘電率側の開口毎波動データ５２Ａ〜５２Ｄの、各極小値の集合である。
なお、図９では、開口毎波動データ５１Ａ〜５１Ｇの極大点および開口毎波動データ５２Ａ〜５２Ｄの極小点を、「×」印の交点で示す。

ステップＳＴ５０７において、誘電体境界面推定部５００は、得られた高誘電率側境界点軌跡５１を用いて誘電体境界面の幅を算出する。具体的には、誘電体境界面推定部５００は、式（１５）および式（１６）を用いて、高誘電率側境界点軌跡５１から誘電体境界面の幅（Δｘ，Δｙ）を算出する。

ステップＳＴ５０８において、誘電体境界面推定部５００は、得られた高誘電率側境界点軌跡５１および低誘電率側境界点軌跡５２を用いて、誘電体境界面間の厚さを算出する。具体的には、誘電体境界面推定部５００は、式（１７）を用いて、高誘電率側境界点軌跡５１の中心から低誘電率側境界点軌跡５２の中心までの距離を算出し、算出した距離を誘電体境界面間の厚さΔｚとする。

図１０は、誘電体境界面推定部５００が算出した誘電体境界面の幅（Δｘ，Δｙ）および厚さΔｚを示す図である。図１０に矢印で示す誘電体境界面の幅（Δｘ，Δｙ）は、図６において、観測対象の誘電体である空間３１と、この空間３１に包含された空間３２との境界である誘電体境界面３４の幅に相当する。図１０に矢印で示す誘電体境界面間の厚さΔｚは、図６において、空間３１の、誘電体境界面３３から誘電体境界面３４までの厚さに相当する。

ステップＳＴ５０９において、誘電体境界面推定部５００は、誘電体境界面の幅および厚さの算出結果を記録する。また、誘電体境界面推定部５００は、記録した算出結果を、出力データ格納部６００へ転送する。

出力データ格納部６００は、誘電体境界面推定部５００から転送された誘電体境界面の幅および厚さの算出結果、ならびに三次元合成開口処理後の波動データを受け取り、格納する。出力データ格納部６００は、格納している算出結果および波動データを、外部へ出力可能である。
出力データ格納部６００は、三次元合成開口処理後の波動データＳ_ＳＡＲ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｚ）を、三次元合成開口処理部４００から直接受け取ってもよいし、誘電体境界面推定部５００を経由して受け取ってもよい。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、誘電体境界面推定装置１００は、レーダ装置が誘電体を観測して得た波動データを前処理する前処理部３００と、前処理部３００が前処理した波動データを三次元合成開口処理する三次元合成開口処理部４００と、三次元合成開口処理部４００が三次元合成開口処理した波動データを用いて、誘電体の誘電率が異なる境界面を推定し、境界面の幅および厚さを算出する誘電体境界面推定部５００とを備える構成である。三次元合成開口処理した波動データを用いて誘電体境界面の位置を推定するようにしたので、誘電体境界面の幅および厚さを精度よく推定することができる。

また、実施の形態１によれば、誘電体境界面推定部５００は、三次元合成開口処理部４００が三次元合成開口処理した波動データをアジマス方向およびエレベーション方向に分割し、分割後の波動データを三次元逆フーリエ変換し、三次元逆フーリエ変換した分割後の波動データの中から低誘電率側の誘電体境界面３４に相当する低誘電率側境界点軌跡５２および高誘電率側の誘電体境界面３３に相当する高誘電率側境界点軌跡５１を抽出し、高誘電率側境界点軌跡５１から低誘電率側の誘電体境界面３４の幅を算出し、高誘電率側境界点軌跡５１の中心と低誘電率側境界点軌跡５２の中心との距離から高誘電率側の誘電体境界面３３から低誘電率側の誘電体境界面３４までの厚さを算出する構成である。開口分割処理に基づいて誘電体境界面を点の軌跡に分割することで、誘電体境界面の位置推定精度をさらに向上させることができる。

なお、実施の形態１では、内部に低い誘電率の空間３２を包含した空間３１が観測対象であったが、空間３１の誘電率より空間３２の誘電率が高い場合にも誘電体境界面推定装置１００を用いることができる。
空間３１の誘電率より空間３２の誘電率が高い場合、つまりε_ｒ，０＜ε_ｒ，１＜ε_ｒ，２であっても、誘電体境界面推定装置１００は、図３〜図５に示された処理を行うことにより誘電体境界面の幅および厚さを算出できる。その際、ステップＳＴ５０３〜ＳＴ５０８において、「高誘電率側」を「低誘電率側」に読み替えると共に「低誘電率側」を「高誘電率側」に読み替え、かつ、「極大点」を「極小点」に読み替えると共に「極小点」を「極大点」に読み替える。
そのため、空間３１の誘電率より空間３２の誘電率が高い場合、図６における誘電体境界面３３は低誘電率側となり、誘電体境界面３４は高誘電率側となる。そして、誘電体境界面推定部５００は、空間３１と空間３２との境界である誘電体境界面３４の幅を算出する際、しきい値未満となる開口毎波動データの極小点の集合、つまり低誘電率側境界点軌跡を用いる。

また、実施の形態１によれば、三次元合成開口処理部４００は、前処理部３００が前処理した波動データを三次元フーリエ変換し、三次元フーリエ変換した波動データに対して波面をそろえるアジマス一括圧縮を実施した後、波動伝達方向を直交化させる補間を実施する構成である。三次元合成開口処理によって波動の局所性を向上させることで、誘電体境界面の位置推定精度をさらに向上させることができる。

また、実施の形態１によれば、前処理部３００は、レーダ装置が誘電体を観測して得た波動データに対し、レンジ方向のＤＣ成分およびアジマス方向ＤＣ成分を除去し、誘電体を透過する際の波動の減衰を補正する構成である。波動データのＤＣ成分除去およびコントラスト補正により、誘電体境界面の位置推定精度をさらに向上させることができる。

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、または実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

例えば、図１の構成例では、誘電体境界面推定装置１００が波動データ格納部２００および出力データ格納部６００を備える構成であるが、波動データ格納部２００および出力データ格納部６００は必須の構成要素ではない。つまり、誘電体境界面推定装置１００は、外部から波動データを受け取って誘電体境界面の幅および厚さを算出し、この算出結果を外部へ出力可能な構成であればよい。

この発明に係る誘電体境界面推定装置は、三次元合成開口処理した波動データを用いて誘電体境界面の幅および厚さを算出するようにしたので、がん検知および構造物の材質劣化診断などに用いる誘電体境界面推定装置に適している。

１１ 入力用記憶装置、１２ プロセッサ、１３ メモリ、１４ 出力用記憶装置、２０ 観測系、２１〜２４ 送受信機、２５〜２８ 電波、３０〜３２ 空間、３３，３４ 誘電体境界面、４０，５０ 波動データ、４１ 高誘電率側境界、４２ 低誘電率側境界、５１ 高誘電率側境界点軌跡、５２ 低誘電率側境界点軌跡、５１Ａ〜５１Ｇ，５２Ａ〜５２Ｄ 開口毎波動データ、１００ 誘電体境界面推定装置、２００ 波動データ格納部、３００ 前処理部、４００ 三次元合成開口処理部、５００ 誘電体境界面推定部、６００ 出力データ格納部。

この発明に係る誘電体境界面推定装置は、レーダ装置が誘電体を観測して得た波動データを、前処理する前処理部と、前処理部が前処理した波動データを三次元合成開口処理する三次元合成開口処理部と、三次元合成開口処理部が三次元合成開口処理した波動データを用いて、誘電体の誘電率が異なる境界面を推定し、境界面の幅および厚さを算出する誘電体境界面推定部とを備え、誘電体境界面推定部は、三次元合成開口処理部が三次元合成開口処理した波動データをアジマス方向およびエレベーション方向に分割し、分割後の波動データを三次元逆フーリエ変換し、三次元逆フーリエ変換した分割後の波動データの中から低誘電率側境界面に相当する低誘電率側境界点の軌跡および高誘電率側境界面に相当する高誘電率側境界点の軌跡を抽出し、高誘電率側境界点の軌跡または低誘電率側境界点の軌跡から高誘電率側境界面の幅または低誘電率側境界面の幅を算出し、高誘電率側境界点の軌跡の中心と低誘電率側境界点の軌跡の中心との距離から高誘電率側境界面から低誘電率側境界面までの厚さを算出する。

Claims (4)

1. レーダ装置が誘電体を観測して得た波動データを、前処理する前処理部と、
   前記前処理部が前処理した波動データを三次元合成開口処理する三次元合成開口処理部と、
   前記三次元合成開口処理部が三次元合成開口処理した波動データを用いて、前記誘電体の誘電率が異なる境界面を推定し、前記境界面の幅および厚さを算出する誘電体境界面推定部とを備える誘電体境界面推定装置。
2. 前記誘電体境界面推定部は、前記三次元合成開口処理部が三次元合成開口処理した波動データをアジマス方向およびエレベーション方向に分割し、分割後の波動データを三次元逆フーリエ変換し、三次元逆フーリエ変換した分割後の波動データの中から低誘電率側境界面に相当する低誘電率側境界点の軌跡および高誘電率側境界面に相当する高誘電率側境界点の軌跡を抽出し、前記高誘電率側境界点の軌跡または前記低誘電率側境界点の軌跡から前記高誘電率側境界面の幅または前記低誘電率側境界面の幅を算出し、前記高誘電率側境界点の軌跡の中心と前記低誘電率側境界点の軌跡の中心との距離から前記高誘電率側境界面から前記低誘電率側境界面までの厚さを算出することを特徴とする請求項１記載の誘電体境界面推定装置。
3. 前記三次元合成開口処理部は、前記前処理部が前処理した波動データを三次元フーリエ変換し、三次元フーリエ変換した波動データに対して波面をそろえるアジマス一括圧縮を実施した後、波動伝達方向を直交化させる補間を実施することを特徴とする請求項１記載の誘電体境界面推定装置。
4. 前記前処理部は、レーダ装置が誘電体を観測して得た波動データに対し、レンジ方向のＤＣ成分およびアジマス方向のＤＣ成分を除去し、前記誘電体を透過する際の波動の減衰を補正することを特徴とする請求項１記載の誘電体境界面推定装置。

Images