JP2010210394A - 地中レーダ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】地中からの反射波に基づく受信信号と波源11から発生する送信信号(参照信号)との相互相関処理を行う相関処理部31と、相関処理部31から発生するパルス圧縮波信号をディジタル信号に変換するA/Dコンバータ32と、A/Dコンバータ32からのディジタル信号を時間軸上でずらす時間軸補正処理を行って元のディジタル信号に対して位相のずれたパルス圧縮波信号パターンを少なくとも1つ以上生成する時間軸補正処理部33と、A/Dコンバータ32から出力される元のパルス圧縮波信号データ及び時間軸補正処理部33で生成された位相のずれたパルス圧縮波信号データを格納するメモリ34と、メモリ34に格納した信号データを積算する積算処理部35とを備える。
【選択図】図1
Description
地中レーダ装置の測定結果は、一般的に、波形の中で主体となるメインローブとこのメインローブの両側に付随するサイドローブ(若しくはリンギング)からなるパルス状の波形として捉えられる。このパルス状波形におけるサイドローブ部分が、計測結果に含まれる定常的な不要成分である。例えば、地表面からの反射波、地中の小石や空洞からの反射波及び探知対象の埋設物からの反射波がそれぞれ時間差をもって受信された場合を考える。この計測結果は、図21に示すように3つのパルス状の波形が重畳されたものが現れる。この場合、図示のように、一般的に地中からの反射波の振幅に比べて地表面からの反射波の振幅は極めて大きい。このため、探知対象の埋設物が深くその反射波が微弱な場合には、地表面からの反射波のサイドローブ部分によって埋設物からの反射波のメインローブ部分が埋もれてしまい探知精度が大きく劣化することになる。このサイドローブ部分の波形は、送信信号の特性、信号伝搬経路の特性、受信信号からの計測結果への処理方法に拠るものであり、同じ条件での測定の繰返しでは変化しない。このため、定常的な不要成分としてのサイドローブ部分は、前述の平均化処理によって抑制することが難しい。
図1は、本発明に係る地中レーダ装置の第1実施形態を示す構成図である。
図1において、本実施形態の地中レーダ装置1は、受信信号から得られたパルス状信号に基づいてこのパルス状信号と位相をずらしたパルス状信号パターンを生成し、受信信号から得られたパルス状信号と位相をずらしたパルス状信号とを積算処理して不要成分を抑制して、計測結果のS/N比を向上するようにしたもので、パルス状信号として受信信号からパルス圧縮波を得る構成としたものであり、レーダ本体2と、該レーダ本体2に取付けた車輪部3とを備え、探査エリア内でレーダ本体2を移動できる構成としている。尚、レーダ本体2に必ずしも車輪部3を設けなくともよい。この場合は、例えば車輪を有する別体の移動手段にレーダ本体2を載置してレーダ本体2を移動させるようにすればよい。
波源部11から、例えばチャープ波等の電磁波送信信号を発生し、分配部12を介してアンプ13で増幅し、送信アンテナ14から真下の地中に向けて電磁波を送出する。また、電磁波の送出と共にレーダ本体2を移動させる。電磁波は、送信アンテナ14を中心として扇状に広がって地中を伝播して行く。
図6は、本発明の第2実施形態を示す構成図である。尚、第1実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
図6において、第2実施形態の地中レーダ装置40は、パルス圧縮波の信号波形におけるサイドローブ形状を異ならせるように複数回測定を行って、サイドローブ形状が互いに異なる複数のパルス圧縮波信号を生成し、これら複数のパルス圧縮波信号を積算処理して非定常的及び定常的な各不要成分を抑制して、計測結果のS/N比を向上するようにしたものである。
波源部11からチャープ等の送信信号を発生してから、反射波の受信信号に基づいたパルス圧縮波信号をディジタル信号に変換してメモリ34に格納するまでの動作は第1実施形態と同様である。本実施形態では、上記の動作を、アンテナ位置可変機構41により送信アンテナ14と受信アンテナ21の位置を変えて複数回繰返す。送信アンテナ14と受信アンテナ21の位置を可変することにより、送受信信号の周波数に対するアンテナ感度等が変化し、信号波形、特にそのサイドローブ形状の異なるパルス圧縮波信号が生成される。
図9において、第3実施形態の地中レーダ装置50は、予め設定した送信信号のみ発生する第2実施形態の波源部11に代えて、例えば、ガウシアン波やインパルス波、チャープ波、FM―CW波等のように広域の周波数成分を持った異なる送信信号を選択的に発生可能な波源選択部51と、該波源選択部51から発生する送信信号の特定の周波数域を減衰するフィルタ特性を選択的に可変可能なフィルタ選択部52とからなる波源及びフィルタ選択部53を設ける。また、アンテナ位置可変機構41はなく、送信アンテナ14及び受信アンテナ21は、第1実施形態と同様に固定状態である。その他の構成は、第2実施形態と同じである。本実施形態では、相関処理部31、A/Dコンバータ32、メモリ34、及び、波源及びフィルタ選択部53で、信号生成部が構成される。
第3実施形態の地中レーダ装置50は、電磁波送信信号と相互相関用の参照信号の両方の周波数特性を可変制御して、サイドローブ形状が互いに異なる複数のパルス圧縮波信号を生成する構成である。
図14では、電磁波送信部4に、図9に示す第3実施形態の波源及びフィルタ選択部53からの送信信号を、分配部12を省略して直接アンプ13に供給する一方、同期信号発生部61と、特定の参照信号用の波源部11を設ける構成である。本実施形態も、相関処理部31、A/Dコンバータ32、メモリ34、及び、波源及びフィルタ選択部53で、信号生成部が構成される。
図16では、図14の波源及びフィルタ選択部53と波源部11とを置き換えた構成である。本実施形態は、相関処理部31、A/Dコンバータ32、メモリ34、及び、波源及びフィルタ選択部53で、信号生成部が構成される。
図18では、図17のフィルタ選択部52を、電磁波送信部4ではなく、電磁波受信部5のアンプ22の後段に配置する構成である。本実施形態も、相関処理部31、A/Dコンバータ32、メモリ34及びフィルタ選択部53で、信号生成部が構成される。
図19は、電磁波受信部から出力される受信信号がパルス状信号である本発明の地中レーダ装置の実施形態を示す構成図である。尚、第1実施形態と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
この地中レーダ装置60は、図1に示す第1実施形態の分配部12及び相関処理部31がなく、波源部11からパルス状波形の送信信号を送信すること以外は、第1実施形態と同じ構成である。
波源部11から、パルス状波形の送信信号を発生し、アンプ13で増幅し、送信アンテナ14から真下の地中に向けて電磁波を送出する。受信アンテナ21は、送信アンテナ14から送出されたパルス状波形の送信信号に基づくパルス状波形の反射波を受信し、パルス状の受信信号を出力し、このパルス状受信信号は、信号処理部6のA/Dコンバータ32でディジタル信号に変換されてメモリ34に格納される。その後は、第1実施形態と同様にして、ディジタル信号データを基に、時間軸補正処理部33で元のディジタル信号に対して位相のずれた補正ディジタル信号を生成してメモリ34に格納し、積算処理部35で、メモリ34に格納された元のディジタル信号と補正ディジタル信号を加算し平均化処理する。これにより、第1実施形態と同じように、図5に示すようなパルス状受信信号が得られるので、第1実施形態と同様、外部からの到来波、回路内で発生する熱雑音等に起因する非定常的な不要成分も含めて、地表面からの反射波や地中の小石や空洞等、本来探知の対象としない物体からの反射波に起因する定常的な不要成分も抑制でき、画像処理部7に送出する計測結果におけるS/N比を向上でき、地中の埋設物からの反射波を精度よく検出でき、地中レーダの埋設物探査精度を向上できる。
波源部11からパルス状波形の送信信号を発生してから、反射波の受信信号に基づいた電磁波受信部5からのパルス状受信信号をディジタル信号に変換してメモリ34に格納するまでの動作は図19の実施形態と同様である。本実施形態では、その後、図6の第2実施形態と同様に、上記の動作をアンテナ位置可変機構41により送信アンテナ14と受信アンテナ21の位置を変えて複数回繰返し、サイドローブ形状の異なる複数のパルス状受信信号を得て、メモリ34に格納し、積算処理部35で、メモリ34に格納された全てのパルス状受信信号データを加算・平均化する。これにより、サイドローブの振幅が抑制されたパルス状受信信号が生成され、外部からの到来波、回路内で発生する熱雑音等に起因する非定常的な不要成分も含めて、地表面からの反射波や地中の小石や空洞等、本来探知の対象としない物体からの反射波に起因する定常的な不要成分も抑制でき、画像処理部7に送出する計測結果におけるS/N比を向上でき、地中の埋設物からの反射波を精度よく検出でき、地中レーダの埋設物探査精度を向上できる。
2 レーダ本体
4 電磁波送信部
5 電磁波受信部
6 信号処理部
11 波源
12 分配部
14 送信アンテナ
21 受信アンテナ
31 相関処理部
33 時間軸補正処理部
34 メモリ
35 積算処理部
41 アンテナ位置可変機構
51 波源選択部
52 フィルタ選択部
53 波源及びフィルタ選択部
61 同期信号発生部
Claims (17)
- 電磁波送信部から地中に向けて電磁波を送出し、電磁波受信部で前記電磁波に基づく反射波を受信し、前記電磁波受信部の受信信号に基づいて地中に埋設された埋設物を探知する地中レーダ装置において、
前記電磁波受信部の受信信号に基づいて得られたパルス状信号を、その信号位相及び信号波形のサイドローブ形状のどちらか一方を異ならせて複数生成する信号生成部と、
該信号生成部で生成された複数のパルス状信号を積算する積算処理部と、
を備えて構成したことを特徴とする地中レーダ装置。 - 前記信号生成部は、前記電磁波受信部の受信信号から得られた前記パルス状信号に基づいて当該パルス状信号と位相をずらした少なくとも1つのパルス状信号パターンを生成し、前記積算処理部は、前記電磁波受信部の受信信号から得られたパルス状信号と前記位相をずらしたパルス状信号とを積算処理する構成とした請求項1に記載の地中レーダ装置。
- 前記信号生成部は、前記電磁波送信部から複数回送出した電磁波に基づいて前記電磁波受信部で受信される複数の受信信号に基づいて、前記サイドローブ形状の異なる複数のパルス状信号を生成する構成であり、前記積算処理部は、前記信号生成部で生成されたサイドローブ形状の異なる複数のパルス状信号を積算する構成とした請求項1に記載の地中レーダ装置。
- 前記パルス状信号は、前記電磁波送信部の電磁波送信信号と同期する相互相関処理用の参照信号と前記電磁波受信部の前記受信信号との相互相関処理を行って得られるパルス圧縮波信号である請求項1〜3のいずれか1つに記載の地中レーダ装置。
- 前記パルス状信号は、前記電磁波送信部から送出されたパルス状波形の信号に基づく反射波を受信した前記電磁波受信部から出力されるパルス状受信信号である請求項1〜3のいずれか1つに記載の地中レーダ装置。
- 前記信号生成部は、前記参照信号と前記受信信号との相互相関処理を行う相関処理部と、該相関処理部から得られたパルス圧縮波信号をディジタル信号に変換するA/D変換部と、該A/D変換部からのディジタル信号を時間軸上でずらす時間軸補正処理を行って前記位相をずらしたパルス圧縮波信号パターンを生成する時間軸補正処理部と、前記A/D変換部から出力されるパルス圧縮波信号データ及び前記時間軸補正処理部で生成された位相をずらしたパルス圧縮波信号データを格納する信号記憶部と、を備え、前記積算処理部は、前記信号記憶部に格納した信号データを積算する構成とした請求項2に従属する請求項4に記載の地中レーダ装置。
- 前記信号生成部は、前記電磁波受信部から出力されるパルス状受信信号をディジタル信号に変換するA/D変換部と、該A/D変換部からのディジタル信号を時間軸上でずらす時間軸補正処理を行って前記位相をずらしたパルス状受信信号パターンを生成する時間軸補正処理部と、前記A/D変換部から出力されるパルス状受信信号データ及び前記時間軸補正処理部で生成された位相をずらしたパルス状受信信号データを格納する信号記憶部と、を備え、前記積算処理部は、前記信号記憶部に格納した信号データを積算する構成とした請求項2に従属する請求項5に記載の地中レーダ装置。
- 前記信号生成部で、相関処理部の相互相関処理で得られたサイドローブ形状の異なる複数のパルス圧縮波信号をディジタル信号に変換し、各パルス圧縮波信号の前記ディジタル信号データを信号記憶部に格納し、前記積算処理部で、前記信号記憶部に格納した信号データを積算する構成とした請求項3に従属する請求項4に記載の地中レーダ装置。
- 前記信号生成部で、前記電磁波受信部から出力されるサイドローブ形状の異なる複数のパルス状受信信号をディジタル信号に変換し、各パルス状受信信号の前記ディジタル信号データを信号記憶部に格納し、前記積算処理部で、前記信号記憶部に格納した信号データを積算する構成とした請求項3に従属する請求項5に記載の地中レーダ装置。
- 前記電磁波送信部の送信アンテナ位置と前記電磁波受信部の受信アンテナ位置をそれぞれ可変制御し、異なる送受信アンテナ配置毎に電磁波を送出させ、電磁波送出毎に得られる各受信信号について前記信号生成部でそれぞれ相互相関処理を行って前記複数のパルス圧縮波信号を生成する構成とした請求項3に従属する請求項4又は8に記載の地中レーダ装置。
- 前記電磁波送信部の送信アンテナ位置と前記電磁波受信部の受信アンテナ位置をそれぞれ可変制御し、異なる送受信アンテナ配置毎に電磁波を送出させ、電磁波送出毎に前記電磁波受信部からパルス状受信信号を出力する構成とした請求項3に従属する請求項5又は9に記載の地中レーダ装置。
- 前記電磁波送信部の前記電磁波送信信号、前記電磁波受信部の受信信号及び前記参照信号の少なくとも1つの信号の周波数特性を可変制御し、前記周波数特性を可変する毎に電磁波を送出させ、電磁波送出毎に得られる各受信信号について前記信号生成部でそれぞれ相互相関処理を行って前記複数のパルス圧縮波信号を生成する構成とした請求項3に従属する請求項4又は8に記載の地中レーダ装置。
- 前記電磁波送信部の前記電磁波送信信号及び前記電磁波受信部の受信信号の少なくとも1つの信号の周波数特性を可変制御し、前記周波数特性を可変する毎に電磁波を送出させ、電磁波送出毎に前記電磁波受信部からパルス状受信信号を出力する構成とした請求項3に従属する請求項5又は9に記載の地中レーダ装置。
- 前記電磁波送信部の電磁波送信信号と前記参照信号の周波数特性を可変制御する構成である請求項12に記載の地中レーダ装置。
- 前記参照信号の周波数特性を可変制御する構成である請求項12に記載の地中レーダ装置。
- 前記電磁波送信信号の周波数特性を可変制御する構成である請求項12又は13に記載の地中レーダ装置。
- 前記電磁波受信部の受信信号の周波数特性を可変制御する構成である請求項12又は13に記載の地中レーダ装置。
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