JP2004500550A - 地中透過型レーダアレイ及びタイミング回路 - Google Patents
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Abstract
本発明を適用した方法及びシステムは、制御装置、複数の送信アンテナ、及び複数の受信アンテナを有するアレイベース地中透過型レーダを使用して、埋設物体を確認する。本方法及びシステムは、送信タイミング入力信号を受信し、遅延時間だけ互いに遅延した多数の中間送信タイミング信号を発生する第1遅延回路を備え、出力スイッチ回路に伝達して、送信タイミング入力信号、又は、中間送信タイミング信号のうちの一つのいずれかを対応する出力送信タイミング信号として選択する。また、本方法及びシステムは、受信タイミング入力信号を受信し、遅延時間だけ互いに遅延した多数の中間受信タイミング信号を生成する第2の遅延回路と、第2の遅延回路と受信タイミング入力信号とに結合し遅延時間を中間受信タイミング信号に加算するシフト遅延回路、及び受信タイミング入力信号、又は、対応する出力受信タイミング信号のいずれかを選択する受信出力スイッチ回路とを備える。
Description
【0001】
本出願は、ここに全文を参照として組み入れられる、「地中透過型レーダアレイ及びタイミング回路」と称する1999年9月8日出願の米国仮特許出願第60/152、607号の優先権を主張するものである。
【0002】
発明の背景
発明の分野
本発明は、地中透過型レーダ(GPR)に関し、さらに具体的には、GPRアンテナアレイ及びタイミング回路に関する。
【0003】
関連技術の説明
航空管制及び気象関係に使われる上方監視のレーダとは異なり、GPRのアンテナアレイは、地表に向けられる。例えば、GPRは、地表図作成、毒性廃棄物改善のための場所の特定、埋設爆発物検出のような地球物理に関する用途に使用される。
【0004】
GPRシステムは、周波数レンジが通常1MHz乃至10GHzの電磁インパルスを送信する少なくとも1台の送信機を備え、また反射波を受信する少なくとも1台の受信機を備える。インパルスの長さは、所望の周波数範囲に合致するように調整される。所望のインパルス持続時間は、1/fとしてナノ秒(ns)で表される。ただし、fはギガヘルツ(GHz)の中心周波数である。したがって、1GHzのアンテナには持続時間1nsのインパルスが供給され、500MHzのアンテナには、持続時間2nsのインパルスが供給され、100MHzのアンテナには持続時間10nsのインパルスが供給される。理想的には、周波数fを中心として非常に広い周波数の帯域を与える。実際には、インパルスは、周波数の1乃至2サイクルの間である。したがって、GPRシステムは、ときとして、インパルスレーダ又は超広帯域レーダ(UWB)とも呼ばれる。
【0005】
建設、ユーティリティ(電気、ガス、水道等)関係の立地探査、環境保全、不発弾検出に関する土木産業は、安全で信頼性があり、しかも経済的な地中探査方法を長年探し求めてきた。ユーティリティ地質探査市場は、ユーティリティ会社及びその工事請負業者に、毎年、莫大な損害、遅れ、収入減をもたらしている不適切な立地探査技術に非常に悩んでいた。これらの損失は、GPRを使用することにより著しく減らすことができる。GPR以外の3つのユーティリティ立地探査市場は、精度と経済性の観点から、(1)ワンコール(One Call)(2)民間の探査、(3)地表層ユーティリティエンジニアリング(SUE)、に分けられる。
【0006】
「ワンコール」は、建設時期と建設場所がどのラインに影響を与えるかを、公益ならびに私企業に対して警告を提供する全国規模の情報センターである。法律により、工事請負業者は、その場所をワンコールへ登録しなければならず、そのワンコールは、すべての関連するユーティリティに連絡するので、工事請負業者は彼らのユーティリティラインをマークすることができる。ワンコールの立地探査システムは、地下ユーティリティに付属している導体に流れる電流を感知する電磁誘導技術に基づいている。ユーティリティ会社は、ワンコール業務の発注に応じ、深さの保証はないが、水平両方向24インチの精度で、導体ラインの位置精度を保証する。ワンコールによって、ユーティリティラインの位置が、すぐ消えるペンキで地表に簡単に描かれる。位置精度がお粗末なので、ユーティリティラインを破壊し、損害を招くこともある。
【0007】
多くの場合、建設、ユーティリティ、産業関連企業は、「民間の探査」に依存している。民間の探査は、ワンコールが提供する精度より高い精度を提供する。これらの会社は、多くの場合、ユーティリティ探査会社又は物理探査関連会社を雇って、探査技術に費用と時間をかける。民間探査会社は、典型的には、電磁誘導技術、GPRおよび磁気測定技術を用いる。多くの場合、これは、ユーティリティの正確な位置を決定するため信頼性があり費用も高い方法であるが、掘削作業も含んでいる。
【0008】
しかし、産業事業及びユーティリティ会社は、ワンコールや民間探査会社が提供するものよりもさらに正確な地表地図を要求している。例えば、オイルパイプラインの近辺を掘削する際は、パイプを破壊すると非常に危険なため、特別な精度が必要であろう。または、重要な通信を担っている州間光ファイバーケーブルを、偶発的に切断すれば、莫大なコストがかかることになろう。このような状況下では、掘削業者は、リスク/コストの回避を考慮しながらトータルのコスト/価値の分析を行う。多くの場合、彼らはより高い精度を確保するために、より高い手数料を払うことにやぶさかではない。
【0009】
「SUE」は、ワンコールや民間探査会社よりも高い精度を提供する。SUEは、地質物理関連会社やエンジニアリング会社が提供する、急速に成長しつつある専門のサービスである。それは、ハイウエイや他の大規模建造物の建設前に、ユーティリティ配置の企画・設計に着手する。SUE技術者は、さまざまな伝統的及び高度の地質物理探査方法を駆使して、任された用地のすべての認識可能なユーティリティ(設備)を丹念に地図に書き入れる。SUEは、電磁誘導技術、GPR、磁気測定技術を用いる。コンピュータ支援設計技術を用いてユーティリティの位置の半永久的な記録を生成するので、一般的に民間の探査サービスよりもコストがかかる。このコストのかかるサービスでさえ、多くの場合、設備の80%しか確認できず、未知の非導電のユーティリティがある場合には、しばしばこの割合は低下する。その上、SUEは非常に高価である。
【0010】
優れたGPRシステムは、掘削の必要性を満たすための誤差分に関して、垂直・水平方向の導体および非導体設備の位置を示し、画像にするためのコスト的に有効な方法を提供することで、ワンコール、民間探査およびSUEの不利な点を克服する。高度なGPRシステムは、また、将来使うことのできる掘削用地の半永久的な画像の記録を提供することもできる。
【0011】
しかし、このようなGPRシステムを実施するうえで処理しなければならない技術的な困難さがある。上述のように、例えば、GPRアンテナは、ごく短時間しか持続しないインパルス信号を送信する。GPRシステムの中心周波数は、10MHzを超えるため、十分高いダイナミックレンジで同時に受信波形の全体を高速でサンプリングしディジタル化する「サンプリング回路」が存在しない。このタイミングの問題を解決するために、一般に、同じ波形をもった複数のインパルスを送信する。何回も受信波形をサンプリングする代わりに、複数の受信波形の各々を、波形に沿う点で異なるけれども、一度だけサンプリングする。信号処理装置は、これらのサンプリング点で動作する。しかしながら、各送信装置がインパルス信号を発信し、各受信装置が受信波形をサンプリングする時間を正確にスケジュールすることはきわめて困難である。典型的なGPRシステムは、アンテナアレイに最適な状態で、各送信装置が送信し、各受信装置が受信波形をサンプリングする時間を正確にスケジュールすることはできない。
【0012】
現在、マルチプルアンテナを制御できるシステムは、1個のディジタル化回路(1個のA/D変換器)と、1個のインパルス発生回路を使っている。このようにして、これらのシステムは、一対のアンテナを選択して、発生した高電圧インパルスを送信装置に送り、受信されサンプリングされたアナログ値を単一のA/D変換器に送る。高電圧インパルスを約100KHz以上の高速で発生させるのは困難なうえ、現行のA/D変換器は速度的に限界があるので、使用される送受信アンテナの数に無関係に、データの収集速度は、事実上、約100kHz乃至150kHzに制限される。
【0013】
さらに、現行のシステムは、適当なアンテナアレイを形成するために各アンテナ素子をそれぞれ位置決めすることが不可能な複合の送受信アンテナを使用している。送受信アンテナを分離できない場合、アレイは適切な範囲をカバーできないか、種々の良好な極性構成を有することができない。ホーンアンテナは分離可能だが、GPR用途には不向きであろう。
【0014】
さらに、GPRシステムは、実際上、車、トレーラ、又は、携帯型ハウジングに載せ、システムを移動させながら、地表画像を形成することが必要であろう。これら用途面から、形状では幅と長さ、配置、送受信アンテナの数が規制される。
【0015】
このように、地表の正確な画像を撮るためには、マルチプル送受信アンテナのタイミングを高精度に取る必要がある。さらに、移動システムに要求される形状設計上の制約に合致する送受信アンテナを備えなければならない。
【0016】
発明の概要
本発明の開示及び以下の詳細な説明は、請求項記載の発明の範囲を限定するものではない。両者とも、本発明を実施するものに対し実施態様及び説明を提供するためのものである。発明の詳細な説明の一部をなす添付の図面は、本発明の種々の実施形態を示し、また、詳細な説明とともに、本発明の原理を説明するためのものである。
【0017】
本発明を適用した方法及びシステムは、複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナを備えるインパルスレーダを制御し、そのレーダの制御回路は、送信タイミング入力信号及び受信タイミング入力信号を受信する。このような方法及びシステムは、送信タイミング入力信号を遅延させ、ある遅延時間だけ互いに遅延した多数の中間送信タイミング信号を発生し、対応出力送信タイミング信号として、送信タイミング入力信号、又は、対応する中間送信タイミング信号のうちの一つのいずれかを選択し、受信タイミング入力信号を遅延させ、その遅延時間だけ互いに遅延した多数の中間受信タイミング信号を発生し、遅延時間を中間受信タイミング信号に加算し、対応出力受信タイミング信号として、受信タイミング入力信号、または、対応する中間受信タイミング信号のうちの一つのいずれかを選択する。
【0018】
本発明を適用したシステムは、アンテナアレイを備える。そのようなアンテナアレイは、複数の送信アンテナ、複数の受信アンテナ、及び、各受信アンテナがいずれか1つの送信アンテナからのエネルギーを受信できるように、送受信アンテナに選択的に作動させる手段を備える。このようなシステムでは、複数の送信アンテナがリニアに配列され、複数の受信アンテナもリニアに、かつ送信アンテナに対し平行に配列される。
【0019】
本発明を適用したシステムは、各送信アンテナ用の高電圧発電機及び高圧インパルス発生器、並びに、各受信アンテナ用のサンプラー及びA/D変換器を提供する。
【0020】
詳細な記述
本発明の実施態様を添付の図面で説明する。異なる図において同一の参照番号が同一又は類似の要素に関して使われる。
【0021】
図1は、本発明を適用したGPRを持つ移動車両の図である。図1に示すように、レーダアレイ106は、車両104の後部に取り付けられたアーム105に取り付けられる。レーダアレイ106は、複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナを備えている。車両104は、矢印102で示す方向に移動する。レーダアレイ106は、地表108の中にインパルスを送信する。インパルスは地中のパイプ112で反射して、レーダアレイ106が反射波形を受信する。車両104の後部にあるモジュール114は、アレイ106を制御しアレイ106が受信した信号を処理する電子装置を備える。
【0022】
図2は、本発明を適用したGPRシステムを有するトレーラ202が取り付けられた移動車両104の図である。図2に示される実施態様において、レーダアレイ106(図2では示されていない)は、車両104に取り付けられたトレーラ202の中にある。トレーラ202は、車両104と共に矢印102の方向に移動する。図3は、本発明を適用したGPRシステムを有する携帯型ハウジング304の図である。図3に示す実施態様で、レーダアレイ106(図3には示されていない)は、携帯型ハウジング304の中にある。利用者302は、取っ手306を使って携帯型ハウジング304を地上108で動かす。携帯型ハウジング304は、車輪308を持っていてもよい。ただし、携帯型ハウジング304は、十分に軽くて車輪308がなくてもよい。
【0023】
図4は、アンテナアレイ106、トリガボックス422、制御ユニット404、第1の位置決め装置405、第2の位置決め装置406、コンピュータ402、及びディスプレイ116を備えた、本発明を適用したシステム400のブロック図である。アンテナアレイ106は、複数の受信アンテナR1乃至R8及び複数の送信アンテナT1乃至T9を備える。アンテナアレイ106は、電子インパルスを地中に送信し、反射電磁波形を受信する。トリガボックス422は、んぱる巣を送信するために送信アンテナT1乃至T9をトリガする、すなわち起動させるトリガ信号TT1乃至TT9を出力し、また、受信波形をサンプルするために受信アンテナR1乃至R8をトリガするトリガ信号TR1乃至TR8を出力する。例えば、信号TR1は、受信アンテナR1が受信波形をサンプリングするときにトリガする。信号TR8は、受信アンテナR8が受信波形をサンプリングするときにトリガする。同様に、信号TT1は、T1がインパルスを送信するときにトリガする。信号TT9は、アンテナT9がインパルスを送信するときにトリガする。図示されていないが、同様にR2乃至R8、及びT2乃至T9に対しトリガ信号が存在する。トリガボックス422についてはさらに次に詳述する。
【0024】
制御ユニット404は、トリガボックス422にタイミング信号を出力し、以下に説明するように、トリガボックス422は、トリガ信号TT1乃至TT9、及びTR1乃至TR8を生成するために使用する。コンピュータ402は、コマンドを含む信号を制御ユニット間で送受信して受信信号のディジタル処理をし、ディスプレイ116上に画像を表示する。
【0025】
第1の位置決め装置405は、自動車の走行距離計と同様に、車両104の車輪110に取り付けてもよい。第1の位置決め装置405により、コンピュータ402は、車両104が走行した距離、スピード、速度、加速度を決定することができる。第2の位置決め装置は第1の位置決め装置405と異なる車輪に取り付けてもよい。例えば、第1の位置決め装置405を左後車輪に取り付け、第2の位置決め装置406を右後車輪に取り付けてもよい。この場合は、アンテナアレイの現在の移動方向を、スタート時の方向に対し、第1、第2の位置決め装置405、406間の走行距離差を計算して決定する。
【0026】
上述のように、アンテナアレイ106は、8個の受信アンテナR1乃至R8及び9個の送信アンテナT1乃至T9を備える。図4では、受信アンテナR1乃至R8及び送信アンテナT1乃至T9のみが図示されている。アレイ106の構成を、さらに他の構成とともに以下に詳述する。
【0027】
トリガボックス422は、又、受信アンテナR1乃至R8よりライン420及び421でサンプリングされた波形を入力し、その情報は制御ユニット404を介してコンピュータ402に渡される。例えば、ライン420の波形は受信アンテナR1からのサンプリング波形で、トリガボックス422に供給される。ライン421の波形は受信アンテナR8からのサンプリング波形で、トリガボックス422に供給される。他の受信アンテナも同様にトリガボックス422に供給する信号を有するが、それらは図2には示されていない。ライン420及び421上のサンプリング波形についてはさらに以下に説明する。
【0028】
図5は、図2の制御ユニット404における構成要素のブロック図である。制御ユニット404は、制御ユニットコンピュータ510とタイミングボード512を備える。制御ユニットコンピュータ510は、トリガボックス422に供給される送信タイミング入力信号514及び受信タイミング入力信号を発生するタイミングボード512を制御する。トリガボックス422は、トリガ信号TT1乃至TT9及びTR1乃至TR8を生成するためにこれらの信号514及び516を使用する。制御ユニットコンピュータ510は、また、パーソナルコンピュータ402とデータを送受信する。制御ユニットコンピュータ510は、また、位置決め装置405及び406からの信号、並びに他のシリアルデータ508を受信する。他のシリアルデータ508は、トリガボックス422で受信され制御ユニット404に渡されるサンプリング波形を含むこともある。
【0029】
図6は、中央処理装置(CPU)602、タイミングボードインターフェース608、RAM606、EPROM605、1つ以上のシリアル/パラレルインターフェース612、パーソナルコンピュータインターフェース614、及び第1及び第2のパルスデコーダ610及び611とを備える制御ユニットコンピュータのブロック図である。RAM606及びEPROM605は、アプリケーション及びCPU602中で実行するのに必要なデータ構造を格納する。タイミングボードインターフェース608は、制御ユニットコンピュータとタイミングボード512間をインターフェースする。パーソナルコンピュータインターフェース614は、制御ユニットコンピュータ510とパーソナルコンピュータ502間をインターフェースする。第1のパルスデコーダ610は、第1の位置決め装置405からの2つのパルス列出力、すなわち前進及び後退の各1つずつをデコードする。前進パルスカウント数から後退パルスカウント数を減算して、装置の絶対位置を計算する。パルスデコーダ611も、第2の位置決め装置406に対して同様の機能を果たす。
【0030】
図7は、送信トリガ発生器704、受信トリガ発生器706、タイミングベース発生器708、及び掃引制御710を含むタイミングボード512のブロック図である。図8b及び図8cは、送信タイミング入力発生器704及び受信タイミング入力信号発生器706を含むトリガドライブ回路702の図である。本発明を適用したシステムは、のこぎり形三角信号S、送信しきい値信号TL、及び受信しきい値信号RLを発生する。図8aは、本発明を適用したのこぎり形三角信号S、送信しきい値信号TL、及び受信しきい値信号RLの信号図である。波形S、TL、及びRLは、当業者に容易に知られるように、演算増幅器及び個別部品を組み合わせて容易に発生させることができる。送信しきい値TLは、図8aに示すように一定の値である。受信しきい値RLは、コンピュータ510によりインターフェース608を介して制御される高速D/A変換器を使って、高いレベルから低いレベルに段階的に降下するものである。掃引制御710は、のこぎり信号Sの傾斜度を制御し、タイムベース発生器708は、のこぎり信号Sの周期(タイムベース)を制御する。
【0031】
送信トリガ発生器704は、第1の比較器804を備える。第1の比較器804は、送信しきい値信号TLと、のこぎり信号Sとを比較する。送信しきい値TLがのこぎり信号Sより小さいときは、図10に示すように比較器804は高い電圧を送信タイミング入力信号514として出力する。送信しきい値TLが三角信号Sを超えるときは、図10に示すように比較器804は低い電圧を送信タイミング入力信号514として出力する。したがって、送信タイミング入力信号は周期的な矩形波になる。
【0032】
受信器トリガ発生器706は、第2の比較器802を備える。第2の比較器802は受信しきい値RLとのこぎり信号Sとを比較する。受信しきい値信号RLがのこぎり信号Sより小さいときは、比較器802は図10に示すように高い電圧を受信タイミング入力信号516として出力する。受信しきい値信号RLがのこぎり信号Sを超えるときは、比較器802は図10に示すように低い電圧を受信タイミング入力信号516として出力する。したがって、受信タイミング入力信号516は幅の異なる矩形波である。受信タイミング入力信号は狭い状態から徐々に広くなり、またそれを繰り返す。
【0033】
出力タイミング入力信号514の周期は、のこぎり信号Sの傾斜度及び時間周期(タイムベース)に依存している。上述のごとく、のこぎり信号Sの傾斜度は制御ユニットコンピュータ510と掃引制御710によって制御される。のこぎり信号Sの周期(タイムベース)は制御ユニットコンピュータ510とタイムベース発生器708で制御される。
【0034】
図9は、本発明を適用した、送信アンテナT1乃至T9及び受信アンテナR1乃至R8のトリガをスケジューリングするためのトリガボックス422回路を示している。トリガボックス422は、送信タイミング入力信号514及び受信タイミング入力信号516を受信する。トリガボックス422は、送信タイミング入力信号514及び受信タイミング入力信号516を「分割」し、信号を送信アンテナT1乃至T9及び受信アンテナR1乃至R8に分配する。例えば、トリガ信号TR1乃至TR8が受信タイミング入力信号514から分割される。トリガ信号TT1乃至TT9が送信タイミング入力信号516から分割される。本実施態様において、トリガ信号TR1乃至TR8は、遅延を伴うことを除いては、受信タイミング入力信号516と同じ形状を有する。同様に、トリガ信号TT1乃至TT9も、遅延を伴うことを除いては、送信タイミング入力信号514と同じ形状を有する。
【0035】
トリガ信号TT1乃至TT9は、送信アンテナT1乃至T9のそれぞれのアンテナアレイ106からパルスが送信されるときに、トリガする。トリガ信号TR1乃至TR8は、受信アンテナR1乃至R8のそれぞれのアレイ106で受信された波形からサンプルが取り出されたときに、トリガする。例えば、送信アンテナT1乃至T9は、送信タイミング出力信号TT1乃至TT9の立下りで送信する。受信アンテナR1乃至R8は、トリガ信号TR1乃至TR8の立下りで受信波形をサンプリングする。
【0036】
トリガボックス回路422は、送信タイミング入力信号514を受信し、遅延時間(D)だけ互いに遅延する多数の中間送信タイミング信号952乃至968を発生する、第1の遅延素子920乃至936よりなる。遅延素子920乃至936は非常に安定している。例えば、中間送信タイミング信号952は、遅延時間Dだけ遅延する送信タイミング入力信号である。例えば、中間送信タイミング信号954は遅延時間2Dだけ遅延する送信タイミング入力信号であり、中間送信タイミング信号956は遅延時間3Dだけ遅延する送信タイミング入力信号であり、以下同じである。
【0037】
トリガボックス回路422は、また、送信タイミング入力信号514または中間送信タイミング信号952乃至968のうちの1つのいずれかを、トリガ信号TT1乃至TT9として選択する送信出力スイッチ回路ST1乃至ST9を含む。例えば、トリガ信号TT1は、スイッチST1がポジション0にあるときは送信タイミング入力信号514である。または、トリガ信号TT1は、スイッチST1がポジション1にあるときは、第1の中間送信タイミング信号952である。トリガ信号TT2は、スイッチST2がポジション0にあるときは送信タイミング入力信号514である。または、トリガ信号TT2は、スイッチST2がポジション1にあるときは第2の中間タイミング信号954である。以下同様である。これにより、以下で説明するように、どの送信アンテナも送信時にはラインの先頭となる。
【0038】
トリガボックス回路422はまた、受信タイミング入力信号516を受信し、遅延時間(D)だけ各々に遅延した多数の中間受信タイミング信号938乃至951を生成する第2の遅延回路904乃至918を備える。遅延回路904乃至918は非常に安定している。例えば、中間受信タイミング信号938は受信タイミング入力信号516であるが、遅延時間Dだけ遅延する。中間受信タイミング信号954は、送信タイミング入力信号であるが、遅延時間2Dだけ遅延する。以下同様である。上記の例は、2極2投スイッチSR0がポジション0にあるときを仮定している。
【0039】
トリガボックス回路422は、また、第2の遅延回路904乃至918に接続されたシフト遅延回路902と、遅延時間(D)を中間受信タイミング信号938乃至951に加える受信タイミング入力信号516を備える。例えば、スイッチSR0がポジション0にあるとき、中間受信タイミング信号938乃至950は上記例のようになる。スイッチSR0がポジション1にあるときは、中間受信タイミング信号938は、遅延時間2Dだけ遅延した受信タイミング入力信号516である。さらに同様に、中間受信タイミング信号954は、遅延時間3Dだけ遅延した送信タイミング入力信号である。
【0040】
トリガボックス回路422は、対応するトリガ信号TR1乃至TR8として、受信タイミング入力信号516、または、対応する中間受信タイミング信号938乃至951のうちの1つのいずれかを選択する受信出力スイッチ回路SR1乃至SR8を備える。例えば、出力受信タイミング信号TR1は、送信タイミング入力信号516、または、第1の中間送信タイミング信号938である。さらに又、トリガ信号TR2は送信タイミング入力信号516、または、第2の中間送信タイミング信号940のいずれかである。以下同様である。これにより、どの受信アンテナも、以下で説明するように、送信時はラインの先頭になる。
【0041】
図10は、送信タイミング入力信号514及び受信タイミング入力信号516の信号図である。送信タイミング入力信号514及び受信タイミング入力信号516は、それぞれのこぎり信号Sから生成される。この例の送信タイミング入力信号514は、図8及び図10に示して上述したように、周期的な矩形波である。一方、受信タイミング入力信号514は、周期が変化する矩形波である。送信トリガ及び受信トリガは、図10に示すように、信号514、516の立下りで生じる。
【0042】
送信タイミング入力信号514はトリガボックス422に入力される。スイッチST1がポジション1にあると、0+D時、すなわち、時間Dだけ遅延した送信タイミング入力信号514の立下り時に、送信アンテナが1個のパルスを送信する。スイッチSR0がポジション0にあり、スイッチSR1がポジション1にあると、受信アンテナR1は、0+D−t1時の受信波形の値をサンプリングする。このようにして、インパルスが送信される前にt1時に受信アンテナR1によって1つのサンプルが行われる。
【0043】
この例では、送信アンテナT1は、また、時間0+T+Dに、すなわち、遅延時間Dだけ遅延した送信タイミング入力信号514の立下りでインパルスを送信する。受信アンテナR1は時間0+T+D−t2に受信波形の1つの値をサンプリングする。このようにして、インパルスが送信される前、時間t2に一つのサンプルが取られる。受信トリガと送信トリガ間の時間は、短時間になり、図10の時間t4は、インパルスが送信された後、受信波形の値がサンプリングされる時の最初の事象である。
【0044】
514の立下りが各周期で0に定義されれば、図10は一層容易に理解されるであろう。時間t1からtsは減少傾向で始まり、小さくなり、やがて増加傾向となり増大する。このようにして、受信波形が波形に沿って種々の点でサンプリングされる。同様のパターンがアンテナ対R2及びT2、並びにR3及びT3というように、全ラインにわたって繰り返される。
【0045】
上記の例で、R1はT1と「対」になっている。しかし、スイッチSR0がポジション1にあると、中間トリガ信号938と中間トリガ信号954の前で2Dの遅延があるので、この場合はR1はT2と対になる。このようにして、スイッチSR0がポジション0にあるとR1乃至R8は、T1乃至T8と対になる。代わりに、スイッチSR0がポジション1にあると、R1乃至R8は、T2乃至T9と対になる。
【0046】
スイッチSR1乃至SR8とスイッチST1乃至ST2は対になる役割を持つ。いずれかまたはすべてのTR1乃至TR8が、遅延なしに受信タイミング入力信号516になりえる。これにより、どの受信アンテナもすべてが受信時には第一線になり得る。さらにいずれかまたはすべての信号TT1乃至TT9が、遅延なしに送信タイミング入力信号514になりえる。これにより、いずれの送信アンテナも送信時には第一線になり得る。このようにして、いずれかまたはすべての受信器R1乃至R8が送信器T1乃至T9のいずれかと対になりえる。言い換えると、本発明を適用した方法又は装置は、各受信アンテナが送信アンテナのうちのいずれかから反射したエネルギーを選択的に受信可能とする手段を提供する。本発明を適用した方法又は装置は、どの送信器もどの受信器との間で対にすることができる
【0047】
図11は、受信平衡不平衡変成器1110、プリアンプ1108、第1及び第2のサンプルホールド増幅器1104及び1114、アナログディジタル変換器(A/D変換器)1112、及び同期タイマ1102からなる本発明を適用した受信アンテナR1のブロック図である。アンテナ素子1116はプリアンプ1108で増幅された反射波形を受信する。受信平衡不平衡変成器1110は、アンテナエレメントと同軸線(図示せず)との間のインピーダンスを整合させる。受信波形は同期タイマ1102で指定される時間に最初のS/H増幅器1104でサンプリングされる。同期タイマ1102は、例えばトリガ信号TR1の立下りで受信波形をサンプリングする時間を指定する。受信波形は高周波なので、ダイナミックレンジを保存するために2つのS/H増幅器を使う必要がある。したがって、第1のS/H増幅器1114の出力は、第2のS/H増幅器1114に供給される。第2のS/H増幅器1114は、同期タイマ1102の指定に従って、第1のS/H増幅器1104が受信波形をサンプリングした後のわずかな時間で第1のS/H1104の出力をサンプリングする。同期タイマ1102は、例えば、トリガ信号TR1の立下りの若干後の、第2のS/H増幅器がサンプリングする時間を指定する。第2のS/H増幅器1114の出力は、A/D変換器に供給され、シリアルフォーマットでトリガボックス422に出力される。A/D変換器912はまた同期タイマ1102の出力を使用する。
【0048】
図12は、送信平衡不平衡変成器1206、アンテナエレメント1212、インパルス発生器1204、トリガ整形ネットワーク1202、及び高電圧発生器1208を備える送信機T1のブロック図である。トリガ整形ネットワーク1202及びインパルス発生器1204は、放射アンテナ素子1212に供給される十分に整形されたインパルスを生成する。例えば、トリガ整形ネットワーク1202は、シャープなエッジと十分な電流をもったトリガ信号を生成する。送信平衡不平衡変成器1206は、同軸線(図示せず)とアンテナ素子1212間とのインピーダンスを整合させる。インパルス発生器1204には、約600Vの高電圧発電機1208から電力が供給される。送信アンテナT1の放射素子は業界では周知のバウタイ型アンテナである。使用されるほかのタイプのアンテナとしては、抵抗負荷型第ポール及び背面空洞型ダイポールを使ってもよい。他の同様のタイプのアンテナを受信及び送信素子として使ってもよい。送信アンテナT1乃至T9は、中央周波数200MHzで帯域幅300MHzで送信してもよい。他の使用可能な周波数としては、少なくとも、300MHz、400MHz、及び500MHzがある。
【0049】
上述のタイミング回路は、アンテナアレイと使用するために最適化される。すなわち、タイミング回路が各アンテナが約100kHzの高い発信/デジタル化レートで動作するように、アンテナアレイを制御する。アレイの高速動作をサポートするために、個々の送信アンテナが各々それ自身の高電圧インパルス発生器をもち、受信アンテナが各々それ自身のディジタイザ(サンプラーヘッド及びA/D変換器)を有する。
【0050】
図13は、9つの送信アンテナT1乃至T9及び8つの受信アンテナR1乃至R8からなる本発明を適用したアンテナアレイ106のレイアウトの図である。図13では、送信アンテナT1乃至T9は、線状に配列されている。さらに、受信アンテナR1乃至R8も線状にかつ送信アンテナに平衡に配列されている。又、受信アンテナR1乃至R8と送信アンテナT1乃至T9とは互いに列の長さ方向にアンテナの幅に半分ずれて配置される。
【0051】
本発明を適用した装置では、アンテナアレイの長さは約2.4mである。この長さであればアンテナアレイ106を車両104の後ろに容易に搭載可能である。アレイ106の長さと車両104の動きによって、GPRシステムが広範囲の地面をカバーできる。
【0052】
本発明を適用した装置では、1つの送信アンテナが所用の時間に送信し、1つ以上の受信アンテナが所要の時間に受信する。図14(a)、14(d)は、本発明を適用した「モノスタティック」レーダ探査用送信アンテナ及び受信アンテナの可能なアンテナ対の構成図である。図14(a)、14(d)中の「T」は送信アンテナを指し、「R」は受信アンテナを指す。黒塗りのアンテナは作動中で、黒くないものは作動中でない。図12(a)、12(d)は、対が移行していくさまを示す。図14(a)、14(d)では、1つの受信アンテナがすべての送信アンテナと対になっている。
【0053】
図15(a)、15(d)は、本発明を適用した、「バイスタティック」又は「マルチスタティック」探査用に可能性がある他のアンテナ対の図である。「T」は送信アンテナを指し、「R」は受信アンテナを指し、黒くなったアンテナは作動中で、黒くないものは作動していないことを示す。図15(a)、15(d)は対の進行状況を示している。図15(a)、15(d)には、複数の受信アンテナがすべての送信アンテナと対になっている。
【0054】
図14(a)、14(d)及び図15(a)15(d)で示されるアンテナアレイ構成は、図12に示されるものと異なっているが、図13中のその代わりになるものである。
【0055】
図16(a)、16(c)は、本発明を適用したアンテナ構成の別の図である。図16(a)では、送信アンテナと受信アンテナが交互に並んだり、線上に配置されている図である。図16(b)では、受信アンテナと送信アンテナとが平衡方向にずれていないことと、送信アンテナと受信アンテナとが同数であることを除いては、図11に示されている送信アンテナと受信アンテナに同様である。図16(c)は図13に類似である。
【0056】
本発明の説明は、本発明を限定するものではない。むしろ、説明することによって通常の技術を有する当業者が本発明を実施する種々の方法を理解できる実施態様と説明とを提供するものである。請求項は、本発明の真の要旨および性質を明らかにしている。
【図面の簡単な説明】
本明細書に含まれ、その一部を構成するこの添付の図面は、本発明の種々の実施態様を説明し、同時に本発明の原理を説明する。
【図1】本発明を適用したGPRシステムを備える移動車両の図である。
【図2】本発明を適用したGPRシステムを備えるトレーラを有する移動車両の図である。
【図3】本発明を適用したGPRを格納した携帯ハウジングの図である。
【図4】本発明を適用したアンテナアレイ、トリガボックス、コンピュータ、制御ユニット、及び位置決め装置を備えるシステムのブロック図である。
【図5】図4の制御ユニット内の部品類のブロック図である。
【図6】中央処理装置(CPU)、タイミングボードインターフェース、RAM、EPROM、一つ以上のシリアル/パラレルインターフェース、パーソナルコンピュータインターフェース、及び一つ以上のパルスデコーダを備える図5の制御ユニットコンピュータのブロック図である。
【図7】送信機トリガ発生器、受信機トリガ発生器、タイムベース発生器、及び掃引制御を備える図5のタイミングボードのブロック図である。
【図8a】本発明を適用した三つのしきい値信号の信号図である。
【図8b】送信タイミング入力信号発生器及び受信タイミング入力信号発生器の図である
【図8c】送信タイミング入力信号発生器及び受信タイミング入力信号発生器の図である。
【図9】送信アンテナ及び受信アンテナのトリガリングをスケジュールする図4のトリガボックス内の回路を示す図である。
【図10】本発明を適用した送信タイミング入力信号及び受信タイミング入力信号の信号図である。
【図11】受信平衡不平衡変成器、プリアンプ、サンプルアンドホールド回路、アナログディジタル変換器及び同期タイマを備えるからなる受信アンテナのブロック図である。
【図12】送信平衡不平衡変成器、アンテナエレメント、インパルス発生器、トリガ整形ネットワーク、及び高電圧発電機を備える、本発明を適用した送信機のブロック図である。
【図13】9個の送信アンテナ及び8個の受信アンテナからなる本発明を適用したアンテナアレイの配置図の例である。
【図14】本発明を適用したモノスタティックレーダ測定用の送受信アンテナのアンテナ対構成例の図である。
【図15】本発明を適用したバイスタティック又はマルチスタティック測定用の送受信アンテナのアンテナ対の構成例の図である。
【図16】本発明を適用したアンテナ構成例の図である。
本出願は、ここに全文を参照として組み入れられる、「地中透過型レーダアレイ及びタイミング回路」と称する1999年9月8日出願の米国仮特許出願第60/152、607号の優先権を主張するものである。
【0002】
発明の背景
発明の分野
本発明は、地中透過型レーダ(GPR)に関し、さらに具体的には、GPRアンテナアレイ及びタイミング回路に関する。
【0003】
関連技術の説明
航空管制及び気象関係に使われる上方監視のレーダとは異なり、GPRのアンテナアレイは、地表に向けられる。例えば、GPRは、地表図作成、毒性廃棄物改善のための場所の特定、埋設爆発物検出のような地球物理に関する用途に使用される。
【0004】
GPRシステムは、周波数レンジが通常1MHz乃至10GHzの電磁インパルスを送信する少なくとも1台の送信機を備え、また反射波を受信する少なくとも1台の受信機を備える。インパルスの長さは、所望の周波数範囲に合致するように調整される。所望のインパルス持続時間は、1/fとしてナノ秒(ns)で表される。ただし、fはギガヘルツ(GHz)の中心周波数である。したがって、1GHzのアンテナには持続時間1nsのインパルスが供給され、500MHzのアンテナには、持続時間2nsのインパルスが供給され、100MHzのアンテナには持続時間10nsのインパルスが供給される。理想的には、周波数fを中心として非常に広い周波数の帯域を与える。実際には、インパルスは、周波数の1乃至2サイクルの間である。したがって、GPRシステムは、ときとして、インパルスレーダ又は超広帯域レーダ(UWB)とも呼ばれる。
【0005】
建設、ユーティリティ(電気、ガス、水道等)関係の立地探査、環境保全、不発弾検出に関する土木産業は、安全で信頼性があり、しかも経済的な地中探査方法を長年探し求めてきた。ユーティリティ地質探査市場は、ユーティリティ会社及びその工事請負業者に、毎年、莫大な損害、遅れ、収入減をもたらしている不適切な立地探査技術に非常に悩んでいた。これらの損失は、GPRを使用することにより著しく減らすことができる。GPR以外の3つのユーティリティ立地探査市場は、精度と経済性の観点から、(1)ワンコール(One Call)(2)民間の探査、(3)地表層ユーティリティエンジニアリング(SUE)、に分けられる。
【0006】
「ワンコール」は、建設時期と建設場所がどのラインに影響を与えるかを、公益ならびに私企業に対して警告を提供する全国規模の情報センターである。法律により、工事請負業者は、その場所をワンコールへ登録しなければならず、そのワンコールは、すべての関連するユーティリティに連絡するので、工事請負業者は彼らのユーティリティラインをマークすることができる。ワンコールの立地探査システムは、地下ユーティリティに付属している導体に流れる電流を感知する電磁誘導技術に基づいている。ユーティリティ会社は、ワンコール業務の発注に応じ、深さの保証はないが、水平両方向24インチの精度で、導体ラインの位置精度を保証する。ワンコールによって、ユーティリティラインの位置が、すぐ消えるペンキで地表に簡単に描かれる。位置精度がお粗末なので、ユーティリティラインを破壊し、損害を招くこともある。
【0007】
多くの場合、建設、ユーティリティ、産業関連企業は、「民間の探査」に依存している。民間の探査は、ワンコールが提供する精度より高い精度を提供する。これらの会社は、多くの場合、ユーティリティ探査会社又は物理探査関連会社を雇って、探査技術に費用と時間をかける。民間探査会社は、典型的には、電磁誘導技術、GPRおよび磁気測定技術を用いる。多くの場合、これは、ユーティリティの正確な位置を決定するため信頼性があり費用も高い方法であるが、掘削作業も含んでいる。
【0008】
しかし、産業事業及びユーティリティ会社は、ワンコールや民間探査会社が提供するものよりもさらに正確な地表地図を要求している。例えば、オイルパイプラインの近辺を掘削する際は、パイプを破壊すると非常に危険なため、特別な精度が必要であろう。または、重要な通信を担っている州間光ファイバーケーブルを、偶発的に切断すれば、莫大なコストがかかることになろう。このような状況下では、掘削業者は、リスク/コストの回避を考慮しながらトータルのコスト/価値の分析を行う。多くの場合、彼らはより高い精度を確保するために、より高い手数料を払うことにやぶさかではない。
【0009】
「SUE」は、ワンコールや民間探査会社よりも高い精度を提供する。SUEは、地質物理関連会社やエンジニアリング会社が提供する、急速に成長しつつある専門のサービスである。それは、ハイウエイや他の大規模建造物の建設前に、ユーティリティ配置の企画・設計に着手する。SUE技術者は、さまざまな伝統的及び高度の地質物理探査方法を駆使して、任された用地のすべての認識可能なユーティリティ(設備)を丹念に地図に書き入れる。SUEは、電磁誘導技術、GPR、磁気測定技術を用いる。コンピュータ支援設計技術を用いてユーティリティの位置の半永久的な記録を生成するので、一般的に民間の探査サービスよりもコストがかかる。このコストのかかるサービスでさえ、多くの場合、設備の80%しか確認できず、未知の非導電のユーティリティがある場合には、しばしばこの割合は低下する。その上、SUEは非常に高価である。
【0010】
優れたGPRシステムは、掘削の必要性を満たすための誤差分に関して、垂直・水平方向の導体および非導体設備の位置を示し、画像にするためのコスト的に有効な方法を提供することで、ワンコール、民間探査およびSUEの不利な点を克服する。高度なGPRシステムは、また、将来使うことのできる掘削用地の半永久的な画像の記録を提供することもできる。
【0011】
しかし、このようなGPRシステムを実施するうえで処理しなければならない技術的な困難さがある。上述のように、例えば、GPRアンテナは、ごく短時間しか持続しないインパルス信号を送信する。GPRシステムの中心周波数は、10MHzを超えるため、十分高いダイナミックレンジで同時に受信波形の全体を高速でサンプリングしディジタル化する「サンプリング回路」が存在しない。このタイミングの問題を解決するために、一般に、同じ波形をもった複数のインパルスを送信する。何回も受信波形をサンプリングする代わりに、複数の受信波形の各々を、波形に沿う点で異なるけれども、一度だけサンプリングする。信号処理装置は、これらのサンプリング点で動作する。しかしながら、各送信装置がインパルス信号を発信し、各受信装置が受信波形をサンプリングする時間を正確にスケジュールすることはきわめて困難である。典型的なGPRシステムは、アンテナアレイに最適な状態で、各送信装置が送信し、各受信装置が受信波形をサンプリングする時間を正確にスケジュールすることはできない。
【0012】
現在、マルチプルアンテナを制御できるシステムは、1個のディジタル化回路(1個のA/D変換器)と、1個のインパルス発生回路を使っている。このようにして、これらのシステムは、一対のアンテナを選択して、発生した高電圧インパルスを送信装置に送り、受信されサンプリングされたアナログ値を単一のA/D変換器に送る。高電圧インパルスを約100KHz以上の高速で発生させるのは困難なうえ、現行のA/D変換器は速度的に限界があるので、使用される送受信アンテナの数に無関係に、データの収集速度は、事実上、約100kHz乃至150kHzに制限される。
【0013】
さらに、現行のシステムは、適当なアンテナアレイを形成するために各アンテナ素子をそれぞれ位置決めすることが不可能な複合の送受信アンテナを使用している。送受信アンテナを分離できない場合、アレイは適切な範囲をカバーできないか、種々の良好な極性構成を有することができない。ホーンアンテナは分離可能だが、GPR用途には不向きであろう。
【0014】
さらに、GPRシステムは、実際上、車、トレーラ、又は、携帯型ハウジングに載せ、システムを移動させながら、地表画像を形成することが必要であろう。これら用途面から、形状では幅と長さ、配置、送受信アンテナの数が規制される。
【0015】
このように、地表の正確な画像を撮るためには、マルチプル送受信アンテナのタイミングを高精度に取る必要がある。さらに、移動システムに要求される形状設計上の制約に合致する送受信アンテナを備えなければならない。
【0016】
発明の概要
本発明の開示及び以下の詳細な説明は、請求項記載の発明の範囲を限定するものではない。両者とも、本発明を実施するものに対し実施態様及び説明を提供するためのものである。発明の詳細な説明の一部をなす添付の図面は、本発明の種々の実施形態を示し、また、詳細な説明とともに、本発明の原理を説明するためのものである。
【0017】
本発明を適用した方法及びシステムは、複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナを備えるインパルスレーダを制御し、そのレーダの制御回路は、送信タイミング入力信号及び受信タイミング入力信号を受信する。このような方法及びシステムは、送信タイミング入力信号を遅延させ、ある遅延時間だけ互いに遅延した多数の中間送信タイミング信号を発生し、対応出力送信タイミング信号として、送信タイミング入力信号、又は、対応する中間送信タイミング信号のうちの一つのいずれかを選択し、受信タイミング入力信号を遅延させ、その遅延時間だけ互いに遅延した多数の中間受信タイミング信号を発生し、遅延時間を中間受信タイミング信号に加算し、対応出力受信タイミング信号として、受信タイミング入力信号、または、対応する中間受信タイミング信号のうちの一つのいずれかを選択する。
【0018】
本発明を適用したシステムは、アンテナアレイを備える。そのようなアンテナアレイは、複数の送信アンテナ、複数の受信アンテナ、及び、各受信アンテナがいずれか1つの送信アンテナからのエネルギーを受信できるように、送受信アンテナに選択的に作動させる手段を備える。このようなシステムでは、複数の送信アンテナがリニアに配列され、複数の受信アンテナもリニアに、かつ送信アンテナに対し平行に配列される。
【0019】
本発明を適用したシステムは、各送信アンテナ用の高電圧発電機及び高圧インパルス発生器、並びに、各受信アンテナ用のサンプラー及びA/D変換器を提供する。
【0020】
詳細な記述
本発明の実施態様を添付の図面で説明する。異なる図において同一の参照番号が同一又は類似の要素に関して使われる。
【0021】
図1は、本発明を適用したGPRを持つ移動車両の図である。図1に示すように、レーダアレイ106は、車両104の後部に取り付けられたアーム105に取り付けられる。レーダアレイ106は、複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナを備えている。車両104は、矢印102で示す方向に移動する。レーダアレイ106は、地表108の中にインパルスを送信する。インパルスは地中のパイプ112で反射して、レーダアレイ106が反射波形を受信する。車両104の後部にあるモジュール114は、アレイ106を制御しアレイ106が受信した信号を処理する電子装置を備える。
【0022】
図2は、本発明を適用したGPRシステムを有するトレーラ202が取り付けられた移動車両104の図である。図2に示される実施態様において、レーダアレイ106(図2では示されていない)は、車両104に取り付けられたトレーラ202の中にある。トレーラ202は、車両104と共に矢印102の方向に移動する。図3は、本発明を適用したGPRシステムを有する携帯型ハウジング304の図である。図3に示す実施態様で、レーダアレイ106(図3には示されていない)は、携帯型ハウジング304の中にある。利用者302は、取っ手306を使って携帯型ハウジング304を地上108で動かす。携帯型ハウジング304は、車輪308を持っていてもよい。ただし、携帯型ハウジング304は、十分に軽くて車輪308がなくてもよい。
【0023】
図4は、アンテナアレイ106、トリガボックス422、制御ユニット404、第1の位置決め装置405、第2の位置決め装置406、コンピュータ402、及びディスプレイ116を備えた、本発明を適用したシステム400のブロック図である。アンテナアレイ106は、複数の受信アンテナR1乃至R8及び複数の送信アンテナT1乃至T9を備える。アンテナアレイ106は、電子インパルスを地中に送信し、反射電磁波形を受信する。トリガボックス422は、んぱる巣を送信するために送信アンテナT1乃至T9をトリガする、すなわち起動させるトリガ信号TT1乃至TT9を出力し、また、受信波形をサンプルするために受信アンテナR1乃至R8をトリガするトリガ信号TR1乃至TR8を出力する。例えば、信号TR1は、受信アンテナR1が受信波形をサンプリングするときにトリガする。信号TR8は、受信アンテナR8が受信波形をサンプリングするときにトリガする。同様に、信号TT1は、T1がインパルスを送信するときにトリガする。信号TT9は、アンテナT9がインパルスを送信するときにトリガする。図示されていないが、同様にR2乃至R8、及びT2乃至T9に対しトリガ信号が存在する。トリガボックス422についてはさらに次に詳述する。
【0024】
制御ユニット404は、トリガボックス422にタイミング信号を出力し、以下に説明するように、トリガボックス422は、トリガ信号TT1乃至TT9、及びTR1乃至TR8を生成するために使用する。コンピュータ402は、コマンドを含む信号を制御ユニット間で送受信して受信信号のディジタル処理をし、ディスプレイ116上に画像を表示する。
【0025】
第1の位置決め装置405は、自動車の走行距離計と同様に、車両104の車輪110に取り付けてもよい。第1の位置決め装置405により、コンピュータ402は、車両104が走行した距離、スピード、速度、加速度を決定することができる。第2の位置決め装置は第1の位置決め装置405と異なる車輪に取り付けてもよい。例えば、第1の位置決め装置405を左後車輪に取り付け、第2の位置決め装置406を右後車輪に取り付けてもよい。この場合は、アンテナアレイの現在の移動方向を、スタート時の方向に対し、第1、第2の位置決め装置405、406間の走行距離差を計算して決定する。
【0026】
上述のように、アンテナアレイ106は、8個の受信アンテナR1乃至R8及び9個の送信アンテナT1乃至T9を備える。図4では、受信アンテナR1乃至R8及び送信アンテナT1乃至T9のみが図示されている。アレイ106の構成を、さらに他の構成とともに以下に詳述する。
【0027】
トリガボックス422は、又、受信アンテナR1乃至R8よりライン420及び421でサンプリングされた波形を入力し、その情報は制御ユニット404を介してコンピュータ402に渡される。例えば、ライン420の波形は受信アンテナR1からのサンプリング波形で、トリガボックス422に供給される。ライン421の波形は受信アンテナR8からのサンプリング波形で、トリガボックス422に供給される。他の受信アンテナも同様にトリガボックス422に供給する信号を有するが、それらは図2には示されていない。ライン420及び421上のサンプリング波形についてはさらに以下に説明する。
【0028】
図5は、図2の制御ユニット404における構成要素のブロック図である。制御ユニット404は、制御ユニットコンピュータ510とタイミングボード512を備える。制御ユニットコンピュータ510は、トリガボックス422に供給される送信タイミング入力信号514及び受信タイミング入力信号を発生するタイミングボード512を制御する。トリガボックス422は、トリガ信号TT1乃至TT9及びTR1乃至TR8を生成するためにこれらの信号514及び516を使用する。制御ユニットコンピュータ510は、また、パーソナルコンピュータ402とデータを送受信する。制御ユニットコンピュータ510は、また、位置決め装置405及び406からの信号、並びに他のシリアルデータ508を受信する。他のシリアルデータ508は、トリガボックス422で受信され制御ユニット404に渡されるサンプリング波形を含むこともある。
【0029】
図6は、中央処理装置(CPU)602、タイミングボードインターフェース608、RAM606、EPROM605、1つ以上のシリアル/パラレルインターフェース612、パーソナルコンピュータインターフェース614、及び第1及び第2のパルスデコーダ610及び611とを備える制御ユニットコンピュータのブロック図である。RAM606及びEPROM605は、アプリケーション及びCPU602中で実行するのに必要なデータ構造を格納する。タイミングボードインターフェース608は、制御ユニットコンピュータとタイミングボード512間をインターフェースする。パーソナルコンピュータインターフェース614は、制御ユニットコンピュータ510とパーソナルコンピュータ502間をインターフェースする。第1のパルスデコーダ610は、第1の位置決め装置405からの2つのパルス列出力、すなわち前進及び後退の各1つずつをデコードする。前進パルスカウント数から後退パルスカウント数を減算して、装置の絶対位置を計算する。パルスデコーダ611も、第2の位置決め装置406に対して同様の機能を果たす。
【0030】
図7は、送信トリガ発生器704、受信トリガ発生器706、タイミングベース発生器708、及び掃引制御710を含むタイミングボード512のブロック図である。図8b及び図8cは、送信タイミング入力発生器704及び受信タイミング入力信号発生器706を含むトリガドライブ回路702の図である。本発明を適用したシステムは、のこぎり形三角信号S、送信しきい値信号TL、及び受信しきい値信号RLを発生する。図8aは、本発明を適用したのこぎり形三角信号S、送信しきい値信号TL、及び受信しきい値信号RLの信号図である。波形S、TL、及びRLは、当業者に容易に知られるように、演算増幅器及び個別部品を組み合わせて容易に発生させることができる。送信しきい値TLは、図8aに示すように一定の値である。受信しきい値RLは、コンピュータ510によりインターフェース608を介して制御される高速D/A変換器を使って、高いレベルから低いレベルに段階的に降下するものである。掃引制御710は、のこぎり信号Sの傾斜度を制御し、タイムベース発生器708は、のこぎり信号Sの周期(タイムベース)を制御する。
【0031】
送信トリガ発生器704は、第1の比較器804を備える。第1の比較器804は、送信しきい値信号TLと、のこぎり信号Sとを比較する。送信しきい値TLがのこぎり信号Sより小さいときは、図10に示すように比較器804は高い電圧を送信タイミング入力信号514として出力する。送信しきい値TLが三角信号Sを超えるときは、図10に示すように比較器804は低い電圧を送信タイミング入力信号514として出力する。したがって、送信タイミング入力信号は周期的な矩形波になる。
【0032】
受信器トリガ発生器706は、第2の比較器802を備える。第2の比較器802は受信しきい値RLとのこぎり信号Sとを比較する。受信しきい値信号RLがのこぎり信号Sより小さいときは、比較器802は図10に示すように高い電圧を受信タイミング入力信号516として出力する。受信しきい値信号RLがのこぎり信号Sを超えるときは、比較器802は図10に示すように低い電圧を受信タイミング入力信号516として出力する。したがって、受信タイミング入力信号516は幅の異なる矩形波である。受信タイミング入力信号は狭い状態から徐々に広くなり、またそれを繰り返す。
【0033】
出力タイミング入力信号514の周期は、のこぎり信号Sの傾斜度及び時間周期(タイムベース)に依存している。上述のごとく、のこぎり信号Sの傾斜度は制御ユニットコンピュータ510と掃引制御710によって制御される。のこぎり信号Sの周期(タイムベース)は制御ユニットコンピュータ510とタイムベース発生器708で制御される。
【0034】
図9は、本発明を適用した、送信アンテナT1乃至T9及び受信アンテナR1乃至R8のトリガをスケジューリングするためのトリガボックス422回路を示している。トリガボックス422は、送信タイミング入力信号514及び受信タイミング入力信号516を受信する。トリガボックス422は、送信タイミング入力信号514及び受信タイミング入力信号516を「分割」し、信号を送信アンテナT1乃至T9及び受信アンテナR1乃至R8に分配する。例えば、トリガ信号TR1乃至TR8が受信タイミング入力信号514から分割される。トリガ信号TT1乃至TT9が送信タイミング入力信号516から分割される。本実施態様において、トリガ信号TR1乃至TR8は、遅延を伴うことを除いては、受信タイミング入力信号516と同じ形状を有する。同様に、トリガ信号TT1乃至TT9も、遅延を伴うことを除いては、送信タイミング入力信号514と同じ形状を有する。
【0035】
トリガ信号TT1乃至TT9は、送信アンテナT1乃至T9のそれぞれのアンテナアレイ106からパルスが送信されるときに、トリガする。トリガ信号TR1乃至TR8は、受信アンテナR1乃至R8のそれぞれのアレイ106で受信された波形からサンプルが取り出されたときに、トリガする。例えば、送信アンテナT1乃至T9は、送信タイミング出力信号TT1乃至TT9の立下りで送信する。受信アンテナR1乃至R8は、トリガ信号TR1乃至TR8の立下りで受信波形をサンプリングする。
【0036】
トリガボックス回路422は、送信タイミング入力信号514を受信し、遅延時間(D)だけ互いに遅延する多数の中間送信タイミング信号952乃至968を発生する、第1の遅延素子920乃至936よりなる。遅延素子920乃至936は非常に安定している。例えば、中間送信タイミング信号952は、遅延時間Dだけ遅延する送信タイミング入力信号である。例えば、中間送信タイミング信号954は遅延時間2Dだけ遅延する送信タイミング入力信号であり、中間送信タイミング信号956は遅延時間3Dだけ遅延する送信タイミング入力信号であり、以下同じである。
【0037】
トリガボックス回路422は、また、送信タイミング入力信号514または中間送信タイミング信号952乃至968のうちの1つのいずれかを、トリガ信号TT1乃至TT9として選択する送信出力スイッチ回路ST1乃至ST9を含む。例えば、トリガ信号TT1は、スイッチST1がポジション0にあるときは送信タイミング入力信号514である。または、トリガ信号TT1は、スイッチST1がポジション1にあるときは、第1の中間送信タイミング信号952である。トリガ信号TT2は、スイッチST2がポジション0にあるときは送信タイミング入力信号514である。または、トリガ信号TT2は、スイッチST2がポジション1にあるときは第2の中間タイミング信号954である。以下同様である。これにより、以下で説明するように、どの送信アンテナも送信時にはラインの先頭となる。
【0038】
トリガボックス回路422はまた、受信タイミング入力信号516を受信し、遅延時間(D)だけ各々に遅延した多数の中間受信タイミング信号938乃至951を生成する第2の遅延回路904乃至918を備える。遅延回路904乃至918は非常に安定している。例えば、中間受信タイミング信号938は受信タイミング入力信号516であるが、遅延時間Dだけ遅延する。中間受信タイミング信号954は、送信タイミング入力信号であるが、遅延時間2Dだけ遅延する。以下同様である。上記の例は、2極2投スイッチSR0がポジション0にあるときを仮定している。
【0039】
トリガボックス回路422は、また、第2の遅延回路904乃至918に接続されたシフト遅延回路902と、遅延時間(D)を中間受信タイミング信号938乃至951に加える受信タイミング入力信号516を備える。例えば、スイッチSR0がポジション0にあるとき、中間受信タイミング信号938乃至950は上記例のようになる。スイッチSR0がポジション1にあるときは、中間受信タイミング信号938は、遅延時間2Dだけ遅延した受信タイミング入力信号516である。さらに同様に、中間受信タイミング信号954は、遅延時間3Dだけ遅延した送信タイミング入力信号である。
【0040】
トリガボックス回路422は、対応するトリガ信号TR1乃至TR8として、受信タイミング入力信号516、または、対応する中間受信タイミング信号938乃至951のうちの1つのいずれかを選択する受信出力スイッチ回路SR1乃至SR8を備える。例えば、出力受信タイミング信号TR1は、送信タイミング入力信号516、または、第1の中間送信タイミング信号938である。さらに又、トリガ信号TR2は送信タイミング入力信号516、または、第2の中間送信タイミング信号940のいずれかである。以下同様である。これにより、どの受信アンテナも、以下で説明するように、送信時はラインの先頭になる。
【0041】
図10は、送信タイミング入力信号514及び受信タイミング入力信号516の信号図である。送信タイミング入力信号514及び受信タイミング入力信号516は、それぞれのこぎり信号Sから生成される。この例の送信タイミング入力信号514は、図8及び図10に示して上述したように、周期的な矩形波である。一方、受信タイミング入力信号514は、周期が変化する矩形波である。送信トリガ及び受信トリガは、図10に示すように、信号514、516の立下りで生じる。
【0042】
送信タイミング入力信号514はトリガボックス422に入力される。スイッチST1がポジション1にあると、0+D時、すなわち、時間Dだけ遅延した送信タイミング入力信号514の立下り時に、送信アンテナが1個のパルスを送信する。スイッチSR0がポジション0にあり、スイッチSR1がポジション1にあると、受信アンテナR1は、0+D−t1時の受信波形の値をサンプリングする。このようにして、インパルスが送信される前にt1時に受信アンテナR1によって1つのサンプルが行われる。
【0043】
この例では、送信アンテナT1は、また、時間0+T+Dに、すなわち、遅延時間Dだけ遅延した送信タイミング入力信号514の立下りでインパルスを送信する。受信アンテナR1は時間0+T+D−t2に受信波形の1つの値をサンプリングする。このようにして、インパルスが送信される前、時間t2に一つのサンプルが取られる。受信トリガと送信トリガ間の時間は、短時間になり、図10の時間t4は、インパルスが送信された後、受信波形の値がサンプリングされる時の最初の事象である。
【0044】
514の立下りが各周期で0に定義されれば、図10は一層容易に理解されるであろう。時間t1からtsは減少傾向で始まり、小さくなり、やがて増加傾向となり増大する。このようにして、受信波形が波形に沿って種々の点でサンプリングされる。同様のパターンがアンテナ対R2及びT2、並びにR3及びT3というように、全ラインにわたって繰り返される。
【0045】
上記の例で、R1はT1と「対」になっている。しかし、スイッチSR0がポジション1にあると、中間トリガ信号938と中間トリガ信号954の前で2Dの遅延があるので、この場合はR1はT2と対になる。このようにして、スイッチSR0がポジション0にあるとR1乃至R8は、T1乃至T8と対になる。代わりに、スイッチSR0がポジション1にあると、R1乃至R8は、T2乃至T9と対になる。
【0046】
スイッチSR1乃至SR8とスイッチST1乃至ST2は対になる役割を持つ。いずれかまたはすべてのTR1乃至TR8が、遅延なしに受信タイミング入力信号516になりえる。これにより、どの受信アンテナもすべてが受信時には第一線になり得る。さらにいずれかまたはすべての信号TT1乃至TT9が、遅延なしに送信タイミング入力信号514になりえる。これにより、いずれの送信アンテナも送信時には第一線になり得る。このようにして、いずれかまたはすべての受信器R1乃至R8が送信器T1乃至T9のいずれかと対になりえる。言い換えると、本発明を適用した方法又は装置は、各受信アンテナが送信アンテナのうちのいずれかから反射したエネルギーを選択的に受信可能とする手段を提供する。本発明を適用した方法又は装置は、どの送信器もどの受信器との間で対にすることができる
【0047】
図11は、受信平衡不平衡変成器1110、プリアンプ1108、第1及び第2のサンプルホールド増幅器1104及び1114、アナログディジタル変換器(A/D変換器)1112、及び同期タイマ1102からなる本発明を適用した受信アンテナR1のブロック図である。アンテナ素子1116はプリアンプ1108で増幅された反射波形を受信する。受信平衡不平衡変成器1110は、アンテナエレメントと同軸線(図示せず)との間のインピーダンスを整合させる。受信波形は同期タイマ1102で指定される時間に最初のS/H増幅器1104でサンプリングされる。同期タイマ1102は、例えばトリガ信号TR1の立下りで受信波形をサンプリングする時間を指定する。受信波形は高周波なので、ダイナミックレンジを保存するために2つのS/H増幅器を使う必要がある。したがって、第1のS/H増幅器1114の出力は、第2のS/H増幅器1114に供給される。第2のS/H増幅器1114は、同期タイマ1102の指定に従って、第1のS/H増幅器1104が受信波形をサンプリングした後のわずかな時間で第1のS/H1104の出力をサンプリングする。同期タイマ1102は、例えば、トリガ信号TR1の立下りの若干後の、第2のS/H増幅器がサンプリングする時間を指定する。第2のS/H増幅器1114の出力は、A/D変換器に供給され、シリアルフォーマットでトリガボックス422に出力される。A/D変換器912はまた同期タイマ1102の出力を使用する。
【0048】
図12は、送信平衡不平衡変成器1206、アンテナエレメント1212、インパルス発生器1204、トリガ整形ネットワーク1202、及び高電圧発生器1208を備える送信機T1のブロック図である。トリガ整形ネットワーク1202及びインパルス発生器1204は、放射アンテナ素子1212に供給される十分に整形されたインパルスを生成する。例えば、トリガ整形ネットワーク1202は、シャープなエッジと十分な電流をもったトリガ信号を生成する。送信平衡不平衡変成器1206は、同軸線(図示せず)とアンテナ素子1212間とのインピーダンスを整合させる。インパルス発生器1204には、約600Vの高電圧発電機1208から電力が供給される。送信アンテナT1の放射素子は業界では周知のバウタイ型アンテナである。使用されるほかのタイプのアンテナとしては、抵抗負荷型第ポール及び背面空洞型ダイポールを使ってもよい。他の同様のタイプのアンテナを受信及び送信素子として使ってもよい。送信アンテナT1乃至T9は、中央周波数200MHzで帯域幅300MHzで送信してもよい。他の使用可能な周波数としては、少なくとも、300MHz、400MHz、及び500MHzがある。
【0049】
上述のタイミング回路は、アンテナアレイと使用するために最適化される。すなわち、タイミング回路が各アンテナが約100kHzの高い発信/デジタル化レートで動作するように、アンテナアレイを制御する。アレイの高速動作をサポートするために、個々の送信アンテナが各々それ自身の高電圧インパルス発生器をもち、受信アンテナが各々それ自身のディジタイザ(サンプラーヘッド及びA/D変換器)を有する。
【0050】
図13は、9つの送信アンテナT1乃至T9及び8つの受信アンテナR1乃至R8からなる本発明を適用したアンテナアレイ106のレイアウトの図である。図13では、送信アンテナT1乃至T9は、線状に配列されている。さらに、受信アンテナR1乃至R8も線状にかつ送信アンテナに平衡に配列されている。又、受信アンテナR1乃至R8と送信アンテナT1乃至T9とは互いに列の長さ方向にアンテナの幅に半分ずれて配置される。
【0051】
本発明を適用した装置では、アンテナアレイの長さは約2.4mである。この長さであればアンテナアレイ106を車両104の後ろに容易に搭載可能である。アレイ106の長さと車両104の動きによって、GPRシステムが広範囲の地面をカバーできる。
【0052】
本発明を適用した装置では、1つの送信アンテナが所用の時間に送信し、1つ以上の受信アンテナが所要の時間に受信する。図14(a)、14(d)は、本発明を適用した「モノスタティック」レーダ探査用送信アンテナ及び受信アンテナの可能なアンテナ対の構成図である。図14(a)、14(d)中の「T」は送信アンテナを指し、「R」は受信アンテナを指す。黒塗りのアンテナは作動中で、黒くないものは作動中でない。図12(a)、12(d)は、対が移行していくさまを示す。図14(a)、14(d)では、1つの受信アンテナがすべての送信アンテナと対になっている。
【0053】
図15(a)、15(d)は、本発明を適用した、「バイスタティック」又は「マルチスタティック」探査用に可能性がある他のアンテナ対の図である。「T」は送信アンテナを指し、「R」は受信アンテナを指し、黒くなったアンテナは作動中で、黒くないものは作動していないことを示す。図15(a)、15(d)は対の進行状況を示している。図15(a)、15(d)には、複数の受信アンテナがすべての送信アンテナと対になっている。
【0054】
図14(a)、14(d)及び図15(a)15(d)で示されるアンテナアレイ構成は、図12に示されるものと異なっているが、図13中のその代わりになるものである。
【0055】
図16(a)、16(c)は、本発明を適用したアンテナ構成の別の図である。図16(a)では、送信アンテナと受信アンテナが交互に並んだり、線上に配置されている図である。図16(b)では、受信アンテナと送信アンテナとが平衡方向にずれていないことと、送信アンテナと受信アンテナとが同数であることを除いては、図11に示されている送信アンテナと受信アンテナに同様である。図16(c)は図13に類似である。
【0056】
本発明の説明は、本発明を限定するものではない。むしろ、説明することによって通常の技術を有する当業者が本発明を実施する種々の方法を理解できる実施態様と説明とを提供するものである。請求項は、本発明の真の要旨および性質を明らかにしている。
【図面の簡単な説明】
本明細書に含まれ、その一部を構成するこの添付の図面は、本発明の種々の実施態様を説明し、同時に本発明の原理を説明する。
【図1】本発明を適用したGPRシステムを備える移動車両の図である。
【図2】本発明を適用したGPRシステムを備えるトレーラを有する移動車両の図である。
【図3】本発明を適用したGPRを格納した携帯ハウジングの図である。
【図4】本発明を適用したアンテナアレイ、トリガボックス、コンピュータ、制御ユニット、及び位置決め装置を備えるシステムのブロック図である。
【図5】図4の制御ユニット内の部品類のブロック図である。
【図6】中央処理装置(CPU)、タイミングボードインターフェース、RAM、EPROM、一つ以上のシリアル/パラレルインターフェース、パーソナルコンピュータインターフェース、及び一つ以上のパルスデコーダを備える図5の制御ユニットコンピュータのブロック図である。
【図7】送信機トリガ発生器、受信機トリガ発生器、タイムベース発生器、及び掃引制御を備える図5のタイミングボードのブロック図である。
【図8a】本発明を適用した三つのしきい値信号の信号図である。
【図8b】送信タイミング入力信号発生器及び受信タイミング入力信号発生器の図である
【図8c】送信タイミング入力信号発生器及び受信タイミング入力信号発生器の図である。
【図9】送信アンテナ及び受信アンテナのトリガリングをスケジュールする図4のトリガボックス内の回路を示す図である。
【図10】本発明を適用した送信タイミング入力信号及び受信タイミング入力信号の信号図である。
【図11】受信平衡不平衡変成器、プリアンプ、サンプルアンドホールド回路、アナログディジタル変換器及び同期タイマを備えるからなる受信アンテナのブロック図である。
【図12】送信平衡不平衡変成器、アンテナエレメント、インパルス発生器、トリガ整形ネットワーク、及び高電圧発電機を備える、本発明を適用した送信機のブロック図である。
【図13】9個の送信アンテナ及び8個の受信アンテナからなる本発明を適用したアンテナアレイの配置図の例である。
【図14】本発明を適用したモノスタティックレーダ測定用の送受信アンテナのアンテナ対構成例の図である。
【図15】本発明を適用したバイスタティック又はマルチスタティック測定用の送受信アンテナのアンテナ対の構成例の図である。
【図16】本発明を適用したアンテナ構成例の図である。
Claims (40)
- 制御装置、複数の送信アンテナ、複数の受信アンテナを備えるアレイベース地中透過型レーダを用いて、埋設された物体を確認する装置であって、送信タイミング入力信号及び受信タイミング入力信号を受信する前記制御装置が、
送信タイミング入力信号を受信し、ある遅延時間だけ互いに遅延した多数の中間送信タイミング信号を発生する第1の遅延回路と、
送信タイミング入力信号または中間送信タイミング信号のうちの対応する1つのいずれかを、対応する出力送信タイミング信号として選択する送信出力スイッチ回路と、
受信タイミング入力信号を受信し、遅延時間だけ互いに遅延した多数の中間受信タイミング入力信号を発生する第2の遅延回路と、
第2の遅延回路と受信タイミング入力信号に接続され、遅延時間を中間受信タイミング信号に加算するシフト遅延回路と、
受信タイミング入力信号または中間受信タイミング信号のうちの対応する一つのいずれかを、対応する出力受信タイミング信号として選択する受信出力スイッチ回路と、を備える。 - 出力送信タイミング信号に基づいて複数の送信アンテナの一つに送信トリガするエレメントと、
出力受信タイミング信号に基づいて複数の受信アンテナの一つに受信波形のサンプリングトリガをするエレメントとをさらに備える請求項1記載の装置。 - モノスタティックデータ収集制御装置をさらに備える請求項2記載の装置。
- マルチスタティックデータ収集制御装置をさらに備える請求項2記載の装置。
- 共通タイミング信号と送信しきい値信号とを比較して送信タイミング入力信号が得られる第1比較器と
共通タイミング信号と受信しきい値信号を比較して受信タイミング入力信号が得られる第2比較器とをさらに備える請求項1記載の装置。 - 第1遅延回路が第1の複数遅延エレメントを備え、第2遅延回路が第2の複数遅延エレメントを備え、シフト遅延回路がシフト遅延エレメントを備えることを特徴とする請求項1記載の装置。
- 遅延エレメントのすべてが同一の値を有することを特徴とする請求項6記載の装置。
- 前記装置が、物体が埋設されている地域に沿って埋設物確認装置を移動させるための移動式ハウジングをさらに備える請求項1記載の装置。
- ハウジングがオペレータによる取り扱いに適している請求項8記載の装置。
- 制御装置、複数の送信アンテナ、複数の受信アンテナを有し、前記制御装置が送信タイミング入力信号及び受信タイミング入力信号を受信するものである、アレイベース地中透過型レーダを用いた埋設された物体を確認する方法であって、
複数の遅延時間だけ送信タイミング入力信号を遅延させて複数の中間送信タイミング信号を発生するステップと、
送信タイミング入力信号または中間送信タイミング信号のうちの対応する1つのいずれかを、対応する出力送信タイミング信号として選択するステップと、
複数の遅延時間だけ受信タイミング入力信号を遅延させて、多数の中間受信タイミング信号を発生するステップと、
受信タイミング入力信号または中間受信タイミング信号のうちの対応する一つのいずれかを、対応する出力受信タイミング信号として選択するステップとを含む。 - 第2の遅延時間を中間受信タイミング信号に加算するステップをさらに含む請求項10記載の方法。
- 出力送信タイミング信号に基づいて複数の受信アンテナの1つに送信トリガをするステップと、
出力受信タイミング信号に基づいて複数の受信アンテナの1つにサンプリングトリガするステップとをさらに含む請求項10記載の方法。 - モノスタティックデータ収集制御装置によってデータを収集するステップをさらに含む請求項12記載の方法。
- マルチスタティックデータ収集制御装置によってデータを収集するステップをさらに含む請求項12記載の方法。
- 送信タイミング入力信号を得るために共通タイミング信号と送信しきい値信号とを比較するステップと、
受信タイミング入力信号を得るために共通タイミング信号と受信しきい値信号とを比較するステップをさらに含む請求項10記載の方法。 - アンテナアレイを備えるアレイベース地中透過型レーダを用いた埋設する物体を確認する装置であって、
前記アンテナアレイが、
線状に配置された複数の送信アンテナと、
線状に配置され、かつ送信アンテナに平行に配置された複数の受信アンテナと、
受信アンテナの各々が送信アンテナのいずれか1つからエネルギーを受信することを、送受信アンテナによって選択的に可能にさせる手段とを備える。 - 各送受信アンテナが同じ幅を有し、各受信アンテナが、複数の送信アンテナの対応する1つと、線状方向にアンテナの半幅分ずれて配列される請求項16記載の装置。
- 複数の送信アンテナが、各々インパルス発生器と高電圧発電機を備える請求項16記載の装置。
- 複数の受信アンテナが、各々1つのサンプルホールド増幅器とアナログ/ディジタル変換器を備えていることを特徴とする請求項16記載の装置。
- 2つの位置決め装置が移動方向を決定するために使われる請求項16記載の装置。
- 複数の受信アンテナが制御装置に同時にディジタルデータを送信する請求項16記載の装置。
- 複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを備えたインパルスレーダ用制御装置であって、送信タイミング入力信号及び受信タイミング入力信号を受信する前記制御装置が、
送信タイミング入力信号を受信し、ある遅延時間だけ互いに遅延する多数の中間送信タイミング信号を発生する第1遅延回路と、
送信タイミング入力信号または中間送信タイミング信号の対応する1つのいずれかを、対応する出力送信タイミング信号として選択する送信出力スイッチ回路と、
受信タイミング入力信号を受信し、遅延時間だけ互いに遅延した多数の中間受信タイミング信号を発生する第2遅延回路と、
第2遅延回路と、遅延時間を中間受信タイミング信号に加算する受信タイミング入力信号とに結合しているシフト遅延回路と、
受信タイミング入力信号または中間受信タイミング信号のうちの対応する1つのいずれかを、対応する出力受信タイミング信号として選択する受信出力スイッチ回路とを備える制御装置。 - 出力送信タイミング信号に基づいて複数の送信アンテナの1つを送信トリガをするエレメントと、
出力受信タイミング信号に基づいて複数の受信アンテナの1つに受信波形をサンプリングトリガするエレメントとを備える請求項22記載の制御装置。 - モノスタティックデータ収集制御装置をさらに備える請求項23記載の制御装置。
- マルチスタティックデータ収集制御装置をさらに備える請求項23記載の制御装置。
- 共通タイミング信号と送信しきい値信号とを比較することにより送信タイミング入力信号が得られる第1比較器と、
共通タイミング信号と受信しきい値信号とを比較することにより受信タイミング入力信号が得られる第2比較器とをさらに備える請求項22記載の制御装置。 - 第1遅延回路が複数の第1遅延エレメントを備え、第2遅延回路が複数の第2遅延エレメントを備え、シフト遅延回路がシフト遅延エレメントを備えることを特徴とする請求項22記載の制御装置。
- 遅延エレメントのすべてが同一の値を有することを特徴とする請求項27記載の制御装置。
- 制御装置が、物体が埋設されている地域に沿って制御装置を移動させるための移動式ハウジングを備える請求項22記載の制御装置。
- ハウジングがオペレータによって可搬に適している請求項29記載の制御装置。
- 制御装置、複数の送信アンテナ、複数の受信アンテナを備えるアレイベース地中透過型レーダを使って埋設された物体を確認する装置であって、送信タイミング入力信号及び受信タイミング入力信号を受信する前記制御装置が、
複数の遅延時間だけ送信タイミング入力信号を遅延させて複数の中間送信タイミング信号を発生させる手段と、
送信タイミング入力信号または中間送信タイミング信号の対応する1つのいずれかを、対応する出力タイミング信号として選択する手段と、
複数の遅延時間だけ受信タイミング入力信号を遅延させて多数の中間受信タイミング信号を発生する手段と、
受信タイミング入力信号または中間受信タイミング信号の対応する1つのいずれかを、対応する出力受信タイミング信号として選択する手段とを備える。 - 第2の遅延時間を中間受信タイミング信号に加算する手段をさらに備える請求項31記載の装置。
- 出力送信タイミング信号に基づいて複数の送信アンテナの1つに送信トリガをする手段と、
出力受信タイミング信号に基づいて複数の受信アンテナの1つに受信波形サンプリングトリガをする手段とをさらに備える請求項31記載の装置。 - モノスタティックデータ収集制御装置を使ってデータを収集する手段をさらに備える請求項33記載の装置。
- マルチスタティックデータ収集制御装置を使ってデータを収集する手段をさらに備える請求項33記載の装置。
- 共通タイミング信号と送信しきい値信号とを比較して送信タイミング入力信号を得る手段と、
共通タイミング信号と受信しきい値信号とを比較して受信タイミング入力信号を得る手段とをさらに備える請求項31記載の装置。 - 第1遅延回路が第1の複数遅延エレメントを備え、第2遅延回路が第2の複数遅延エレメントを備え、シフト遅延回路がシフト遅延エレメントを備えることを特徴とする請求項31記載の装置。
- 遅延エレメントのすべてが同一の値を有することを特徴とする請求項37記載の装置。
- 物体が埋設されている地域に沿って装置を移動させるための移動式ハウジングをさらに備えることを特徴とする請求項31記載の埋設物確認装置。
- ハウジングがオペレータによる可搬に適していることを特徴とする請求項39記載の装置。
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