物体探知装置
【課題】探知対象物体の大きさや形状に関係なく探知対象物体を確実に検知することができる物体探知装置を提供する。
【解決手段】各受波期間内の受信信号のサンプリングデータを格納するメモリ４３と、メモリ４３に格納されている受波期間内の同サンプリングタイミングのサンプリングデータに関する標準偏差を求める標準偏差演算手段４４ａと、標準偏差演算手段４４ａにて求めた標準偏差と予め設定された閾値とを比較する比較手段４４ｂと、比較手段４４ｂにおいて標準偏差が閾値に達したときのサンプリングタイミングまでの各受信信号に基づいて雑音成分を求める雑音成分演算手段４４ｃと、各受信信号から雑音成分を取り除いた信号を信号成分として求める信号成分抽出手段４４ｄと、信号成分抽出手段４４ｄにて抽出された信号成分に基づいて探知対象物体Ｏｂの有無を判断する判断手段４４ｅとを備える。
【解決手段】各受波期間内の受信信号のサンプリングデータを格納するメモリ４３と、メモリ４３に格納されている受波期間内の同サンプリングタイミングのサンプリングデータに関する標準偏差を求める標準偏差演算手段４４ａと、標準偏差演算手段４４ａにて求めた標準偏差と予め設定された閾値とを比較する比較手段４４ｂと、比較手段４４ｂにおいて標準偏差が閾値に達したときのサンプリングタイミングまでの各受信信号に基づいて雑音成分を求める雑音成分演算手段４４ｃと、各受信信号から雑音成分を取り除いた信号を信号成分として求める信号成分抽出手段４４ｄと、信号成分抽出手段４４ｄにて抽出された信号成分に基づいて探知対象物体Ｏｂの有無を判断する判断手段４４ｅとを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、大地やコンクリートなどの構造体の内部に埋設されている埋設物や構造体の裏側などに存在する物体などの探知対象物体を電磁波により検知する物体探知装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、地中や構造物中に埋設された探知対象物体（例えば、埋設管など）を電磁波により検知する方法として、パルス状の電磁波を送受信するアンテナ装置を地表面または構造物表面に沿って規定間隔で移動させて各測定位置でアンテナ部から電磁波を送信した後にアンテナ部にて受信される受信信号に基づいて探知対象物体を検知する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここにおいて、上記特許文献１には、アンテナ装置の送信アンテナから受信アンテナへの直接波や地層面からの反射波や多重反射波などに起因した受信信号の雑音（ノイズ）を除去する方法として、互いに異なる測定位置での各受信信号の振幅値データを同一伝搬時間で比較し、振幅値データの差の絶対値が設定値以下の場合に、これらの振幅値データを雑音として除去する方法が提案されている。
【特許文献１】特許第３２６３７５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に開示された技術では、例えば、図７（ａ）の上段に示すように探知対象物体体Ｏｂが円筒状の物体である場合には、各測定位置（アンテナ装置の位置）Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３ごとにアンテナ装置から探知対称物体Ｏｂまでの距離が異なり、電磁波を送信してから探知対象物体Ｏｂで反射された電磁波を受信するまでの時間差が異なるので、探知対象物体Ｏｂを精度良く検知することができる。なお、このときのアンテナ装置での受波信号は図７（ａ）の下段に示すようになる。ここで、同図中の「伝搬時間」は電磁波の送波時点からの経過時間を示している。
【０００５】
これに対して、例えば、図７（ｂ）の上段に示すような探知対象物体Ｏｂが構造物表面に平行となるように配置された平板状の物体である場合には、測定位置Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３によらず探知対象物体Ｏｂまでの距離が等しいので、電磁波を送信してから探知対象物体Ｏｂで反射された電磁波を受信するまでの時間差が一致するとともに受波信号の波形に差が生じず、探知対象物体Ｏｂで反射された電磁波の信号成分が雑音成分として取り除かれてしまい、探知対象物体Ｏｂが検知されないという不具合があった。なお、このときのアンテナ装置での受信信号は図７（ｂ）の下段のようになる。ここで、同図中の「伝搬時間」は電磁波の送波時点からの経過時間を示している。要するに、上記特許文献１に開示された技術では、探知対象物体Ｏｂにおける少なくとも構造物表面側の表面が平面状で構造物表面と平行である場合には、探知対象物体Ｏｂの大きさや平面形状によっては探知対象物体Ｏｂを検知することができないことがあった。
【０００６】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、探知対象物体の大きさや形状に関係なく探知対象物体を確実に検知することができる物体探知装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、地表面もしくは構造物表面からなる基準面に沿った複数の測定位置においてアンテナ部から基準面に向けてパルス状の電磁波を送信し、基準面よりも奥に存在する探知対象物体にて反射された電磁波をアンテナ部にて受信することにより探知対象物体を検知する物体探知装置であって、送信信号および電磁波の送信後の受波期間を定めるタイミング信号を生成して出力する信号生成部と、信号生成部から出力された送信信号を信号処理してアンテナ部からパルス状の電磁波を送信させる第１の信号処理部と、前記受波期間にアンテナ部からの受信信号を受信して各受信信号を信号処理する第２の信号処理部とを備え、第２の信号処理部は、各受波期間内の受信信号のサンプリングデータを格納するメモリと、メモリに格納されている受波期間内の同サンプリングタイミングのサンプリングデータに関する標準偏差を求める標準偏差演算手段と、標準偏差演算手段にて求めた標準偏差と予め設定された閾値とを比較する比較手段と、比較手段において標準偏差が前記閾値に達したときのサンプリングタイミングまでの各受信信号に基づいて雑音成分を求める雑音成分演算手段と、各受信信号から雑音成分を取り除いた信号を信号成分として求める信号成分抽出手段と、信号成分抽出手段にて抽出された信号成分に基づいて探知対象物体の有無を判断する判断手段とを備えてなることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、探知対象物体の大きさや形状に関係なく各受信信号の雑音成分を取り除くことができるので、探知対象物体を確実に検知することができる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記比較手段において標準偏差と前記閾値との比較を開始するタイミングを設定する設定手段を備えてなることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、予め前記基準面の奥側に探知対象物体が存在することが分かっていて、且つ、前記基準面と前記探知対象物体との間の媒質の種類や厚みなどの情報がある程度分かっている場合に、これらの情報に基づいて標準偏差と前記閾値との比較を開始するタイミングを適宜設定しておけば、より確実に雑音成分を取り除くことができ、正確な検知が可能となる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記第２の信号処理部は、前記アンテナ部からの受信信号を増幅する増幅部を備え、前記受波期間内の時間経過に応じて増幅部の増幅度を増加させることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、前記第２の信号処理部において、電磁波の減衰係数を考慮して前記受波期間内の時間経過に応じて増幅部の増幅度を増加させることによって、より正確な検知が可能となる。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記アンテナ部からＵＷＢ方式で電磁波を送信することを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、ＵＷＢ方式では超広帯域を利用するので、非常に幅の狭いインパルス状の電磁波を送信でき、信号成分の極値を精度良く検知することが可能となって、より正確な検知が可能となる。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記アンテナ部が１つのアンテナから電磁波を送信するとともに当該アンテナにて電磁波を受信するものであり、前記アンテナ部を前記各測定位置に移動させる移動手段を備えていることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、前記アンテナ部の小型化を図れるとともに、移動手段によって前記アンテナ部を前記各測定位置に移動させることができる。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記アンテナ部が電磁波を送信する送信アンテナと電磁波を受信する受信アンテナとを１つずつ備え、前記アンテナ部を前記各測定位置に移動させる移動手段を備えてなることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、請求項５の発明に比べて不感帯を短くすることができ、また、移動手段によって前記アンテナ部を前記各測定位置に移動させることができる。
【００１９】
請求項７の発明は、前記アンテナ部は、電磁波を送信する送信アンテナと電磁波を受信する受信アンテナとの組を複数組備え、送信アンテナと受信アンテナとの組がアレイ状に配置されてなることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、前記アンテナ部を移動させることなく前記測定位置を変えることが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の発明では、探知対象物体の大きさや形状に関係なく探知対象物体を確実に検知することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本実施形態の物体探知装置は、図１に示すように、地表面もしくは構造物表面からなる基準面Ｍに沿った複数の測定位置（アンテナ位置）においてアンテナ部１０から基準面に向けてパルス状の電磁波を送信し、基準面Ｍよりも奥に存在する探知対象物体Ｏｂにて反射された電磁波をアンテナ部１０にて受信することにより探知対象物体Ｏｂを検知する物体探知装置であって、送信信号および電磁波の送信後の受波期間を定めるタイミング信号を生成して出力する信号生成部２０と、信号生成部２０から出力された送信信号を信号処理してアンテナ部１０からパルス状の電磁波を送信させる第１の信号処理部３０と、上記受波期間にアンテナ部１０からの受信信号を受信して各受信信号を信号処理する第２の信号処理部４０と、信号生成部２０および各信号処理部３０，４０を制御する制御部５０と、第２の信号処理部４０での信号処理に用いる後述の閾値ＴＨを記憶する記憶部６０と、第２の信号処理部４０による検知結果などを表示させる表示部７０と、制御部５０に各種の指示（例えば、制御部５０から信号生成部２０および各信号処理部３０，４０へ与える制御信号を定める探知モードの指示など）を与える操作を行う入力部８０とを備えている。
【００２３】
ここにおいて、信号生成部２０は、制御部５０からの制御信号に基づいて送信信号およびタイミング信号を生成し、送信信号を第１の信号処理部３０へ与えるとともにタイミング信号を第２の信号処理部４０へ与える。ここで、第１の信号処理部３０は信号生成部２０から入力された送信信号に対して増幅などの信号処理を行ってアンテナ部１０からパルス状の電磁波を送信させる。
【００２４】
第２の信号処理部４０は、アンテナ部１０からの受信信号を増幅する増幅部４１と、増幅部４１にて増幅されたアナログの受信信号を上記受波期間のサンプリングタイミング毎にディジタルの受波信号に変換してサンプリングデータとして出力するＡ／Ｄ変換部４２と、各受波期間内の受信信号のサンプリングデータを格納するメモリ４３と、メモリ４３に格納された各受信信号のデータおよび上記閾値ＴＨを用いて探知対象物体Ｏｂを検知する演算部４４とを備えている。なお、上記閾値ＴＨは、メモリ４３に格納するようにしてもよく、この場合には上述の記憶部６０をなくすことができ、低コスト化を図れる。
【００２５】
上述の演算部４４は、メモリ４３に格納されている受波期間内の同サンプリングタイミングのサンプリングデータに関する標準偏差を求める標準偏差演算手段４４ａと、標準偏差演算手段４４ａにて求めた標準偏差と予め設定された閾値とを比較する比較手段４４ｂと、比較手段４４ｂにおいて標準偏差が上記閾値に達したとき（標準偏差が初めて上記閾値以上となったとき）のサンプリングタイミングまでの各受信信号のサンプリングデータに基づいて雑音成分を求める雑音成分演算手段４４ｃと、各受信信号のサンプリングデータから雑音成分を取り除いた信号を信号成分として求める信号成分抽出手段４４ｄと、信号成分抽出手段４４ｄにて抽出された信号成分に基づいて探知対象物体Ｏｂの有無を判断する判断手段４４ｅとを備えている。なお、判断手段４４ｅの判断結果は上記検知結果として表示部７０に表示される。
【００２６】
以下、本実施形態の物体探知装置の動作について図２に基づいて説明する。
【００２７】
複数のアンテナ位置Ｘｉ（ｉ＝１〜ｎ）においてアンテナ部１０で電磁波を送受信した場合に、図２（ａ）に示すように、各アンテナ位置Ｘｉでの受信信号をＡ１〜Ａｎとする。つまり、アンテナ位置Ｘ１での受信信号をＡ１、アンテナ位置Ｘ２での受信信号をＡ２、…、アンテナ位置Ｘｎでの受信信号をＡｎとする。ここで、各受信信号Ａ１〜Ａｎは、Ａ／Ｄ変換部４２のサンプリング間隔Δｔ〔ｓｅｃ〕ごとにサンプリングされたｍ個のデータ（要素）からなるとする。すなわち、Ａ１＝〔Ａ１(1) Ａ１(2) … Ａ１(m)〕、Ａ２＝〔Ａ２(1) Ａ２(2) … Ａ２(m)〕、…、Ａｎ＝〔Ａｎ(1) Ａｎ(2) … Ａｎ(m)〕となり、これらのデータは上述のメモリ４３に格納される。
【００２８】
演算部４０では、標準偏差演算手段４４ａにて、図２（ｂ）に示すように、メモリ４３に格納されている各受信信号Ａ１〜Ａｎの１番目のデータＡ１(1)、Ａ２(1)、…、Ａｎ(1)に関する標準偏差Ｂ(1)を演算してから、比較手段４４ｂにて標準偏差Ｂ(1)と上記閾値ＴＨとを比較し、Ｂ(1)が上記閾値ＴＨよりも小さければ、標準偏差演算手段４４ａにて各受信信号Ａ１〜Ａｎの２番目のデータＡ１(2)、Ａ２(2)、…、Ａｎ(2)の標準偏差Ｂ(2)を演算し、比較手段４４ｂにて標準偏差Ｂ(2)と上記閾値ＴＨとを比較する。このようにして、演算部４０では、標準偏差が上記閾値ＴＨ以上となるまで同様の処理を行う。なお、標準偏差Ｂ(m)まで求めても上記閾値ＴＨ以上とならない場合には、アンテナ位置Ｘｉの少なくとも１つを変更してアンテナ部１０で電磁波を送受信すればよい。
【００２９】
ここで、図２（ｂ）に示すように、初めて上記閾値ＴＨ以上となったｉ番目のデータＡ１(i)、Ａ２(i)、…、Ａｎ(i)の標準偏差をＢ（ｉ）、図２（ｃ）に示すように、背景雑音（雑音成分）をＹ＝〔Ｙ(1) Ｙ(2) … Ｙ(m)〕とすると、雑音成分演算手段４４ｃでは、雑音成分を求める演算としてＹ(1)＝（Ａ１(1)＋Ａ２(1)＋…＋Ａｎ(1)）／ｎ、Ｙ(2)＝（Ａ１(2)＋Ａ２(2)＋…＋Ａｎ(2)）／ｎ、…、Ｙ(i)＝（Ａ１(i)＋Ａ２(i)＋…＋Ａｎ(i)）／ｎの演算を行い、Ｙ(i+1)〜Ｙ(m)は０とする。なお、図２中の伝搬時間Ｔ１は受波期間における上記ｉ番目のデータ（要素）の受信時間に対応している。また、Ｙ(1)〜Ｙ(i)それぞれの演算では、ｎ個全てのデータの平均値を求めているが、必ずしもｎ個全てのデータを用いる必要はなく、ｎ個のデータの中で比較的大きな値および比較的小さな値を排除して残ったデータの平均値を求めるようにしてもよい。例えば、ｎ個のデータを大きい順にソートし、大きい方から数えて５個のデータと小さい方から数えて５個のデータを排除して残りのｎ−１０個（ただし、ｎ＞１１）のデータの平均値を雑音成分のデータとするようにしてもよい。また、雑音成分演算手段４４ｃでは、例えば、ｎ個（奇数個）のデータを大きい順にソートし、大きい方から数えて〔（ｎ−１）／２〕個のデータと小さい方から数えて〔（ｎ−１）／２〕個のデータを排除して残りの１個のデータを雑音成分のデータとするようにしてもよい。
【００３０】
次に、演算部４０は、図２（ｄ）に示すように、信号成分抽出手段４４ｄにおいて各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎで測定された受信信号Ａ１〜Ａｎから背景雑音Ｙを減算したものを探知対象物体Ｏｂからの信号成分（反射波）とし、判断手段４４ｅにおいて信号成分（反射波）を解析することによって探知対象物体Ｏｂの検知を行う。なお、本実施形態では、判断手段４４ｅにおいて探知対象物体Ｏｂの有無を判断しているが、判断手段４４ｅにおいて探知対象物体Ｏｂの有無だけでなく、探知対象物体Ｏｂまでの距離、探知対象物体Ｏｂの形状判別、探知対象物体Ｏｂの材質判別などの検知を行うようにしていもよい。
【００３１】
以上説明した第２の信号処理部４０の動作を簡単にまとめると図３のようになる。
【００３２】
すなわち、第２の信号処理部４０では、各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎでの受信信号（受信波）Ａ１〜Ａｎを順に取り込み（Ｓ１）、変数ｉをｉ＝０とし（Ｓ２）、ｉが各受信信号に共通のデータ数（要素数）ｍよりも小さいか否かを判定し（Ｓ３）、ｉ＜ｍであれば、ｉ＝ｉ＋１としてから受信信号の同サンプリングタイミング（つまり、同一伝搬時間）におけるデータの標準偏差Ｂ（i）を算出し（Ｓ４）、標準偏差Ｂ（i）と上記閾値ＴＨとを比較する（Ｓ５）。ここで、Ｂ（i）≧ＴＨであれば、背景雑音Ｙを算出し（Ｓ６）、各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎでの信号成分（反射波）を算出し（Ｓ７）、信号成分（反射波）を解析することで探知対象物体Ｏｂの有無を判断する（Ｓ８）。
【００３３】
なお、演算部４４の上述の各手段４４ａ〜４４ｅは、例えば、演算部４４を構成するマイクロコンピュータに適宜のプログラムを搭載することにより実現できる。
【００３４】
以上説明した本実施形態の物体探知装置では、第２の信号処理部４０において、メモリ４３に格納されている受波期間内の同サンプリングタイミングのサンプリングデータに関する標準偏差を求めてから、標準偏差と上記閾値ＴＨとを比較し、標準偏差が上記閾値ＴＨに達したときのサンプリングタイミングまでの各受信信号に基づいて雑音成分を求め、さらに、各受信信号から雑音成分を取り除いた信号を信号成分として求めてから、当該信号成分に基づいて探知対象物体Ｏｂの有無が判断されることとなり、探知対象物体Ｏｂの大きさや形状に関係なく各受信信号の雑音成分を取り除くことができるので、探知対象物体Ｏｂを確実に検知することができる。したがって、図１（ａ）のように探知対象物体Ｏｂが平板状の物体であって基準面Ｍに平行となるように埋設されている場合でも、探知対象物体Ｏｂを確実に検知することができる。
【００３５】
ところで、比較手段４４ｂにおいて標準偏差と上記閾値ＴＨとの比較を開始するタイミングを設定する設定手段を入力部８０に設けてもよく、予め基準面Ｍの奥側に探知対象物体Ｏｂが存在することが分かっていて、且つ、基準面Ｍと探知対象物体Ｏｂとの間の媒質の種類や厚みなどの情報がある程度分かっている場合に、これらの情報に基づいて標準偏差と上記閾値ＴＨとの比較を開始するタイミングを適宜設定しておけば、より確実に雑音成分を取り除くことができ、正確な検知が可能となる。図４は図２と同様の受信信号Ａ１〜Ａｎ、標準偏差に対して、標準偏差が最初に閾値ＴＨ以上となるサンプリングタイミング（電磁波の伝搬時間Ｔ３）よりも後のサンプリングタイミング（電磁波の伝搬時間Ｔ０）となるように上記タイミングを設定したことで、より後のサンプリングタイミング（電磁波の伝搬時間Ｔ１）で標準偏差が上記閾値ＴＨを超えた場合の例を示している。なお、上記設定手段を利用する場合には、上記設定手段により上記情報を入力することで制御部５０が上記タイミングを第２の信号処理部４０に指示するようにすればよい。
【００３６】
また、第２の信号処理部４０において増幅部４１として可変増幅器を用い、上記受波期間内の時間経過に応じて増幅部４１の増幅度を増加させるようにしてもよく、電磁波の媒質中での減衰係数を考慮して上記受波期間内の時間経過に応じて増幅部４１の増幅度を増加させることによって、より正確な検知が可能となる。図５では、（ａ）に、増幅部４１の増幅度が一定の場合の各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎそれぞれでの受信信号を示し、（ｂ）に、増幅部４１の増幅度を上述のように時間経過に伴って増加させた場合の各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎそれぞれでの受信信号を示し、（ｃ）に、標準偏差演算手段４４ａにて求められる標準偏差を示し、（ｄ）に、背景雑音演算手段４４ｃにて求められる雑音成分（背景雑音Ｙ）を示してある。なお、電磁波の媒質中での減衰係数を考慮して正確な検知を行う方法としては、上記受波期間内の時間経過に応じて増幅部４１の増幅度を増加させる方法に限らず、ディジタルの受波信号に対して上記減衰係数を考慮した処理を行うようにしてもよい。
【００３７】
また、本実施形態の物体探知装置では、アンテナ部１０からＵＷＢ（Ultra Wide Band）方式で電磁波を送信するようにすれば、ＵＷＢ方式では超広帯域を利用するので、非常に幅の狭いインパルス状の電磁波（例えば、パルス幅が１ｎｓｅｃ以下のパルス信号）をアンテナ部１０から送信でき、信号成分の極値を精度良く検知することが可能となって、より正確な検知が可能となる。
【００３８】
なお、信号成分抽出手段４４ｄにて抽出された信号成分が図６（ａ）を示すように上記閾値ＴＨを超えたときのサンプリングタイミングに対応する上記伝搬時間Ｔ１で急峻に変化している場合には、判断手段４４ｅにおいて信号成分を周波数解析する際の誤差が大きくなる要因となる可能性があるが、図６（ｂ）に示すように、上記伝搬時間Ｔ１から信号成分が最初にゼロクロスする伝搬時間Ｔ２までの信号成分の振幅が滑らかに変化するように信号成分を信号処理することで、周波数解析する際の精度を向上させることができ、より正確な検知が可能となる。
【００３９】
ところで、本実施形態の物体探知装置では、アンテナ部１０が１つのアンテナから電磁波を送信するとともに当該アンテナにて電磁波を受信するようにし、アンテナ部１０を上記各測定位置に移動させる移動手段を備えるようにすれば、アンテナ部１０の小型化を図れるとともに、移動手段によってアンテナ部１０を上記各測定位置に移動させることができる。
【００４０】
また、アンテナ部１０が電磁波を送信する送信アンテナと電磁波を受信する受信アンテナとを１つずつ備え、アンテナ部１０を上記各測定位置に移動させる移動手段を備えるようにすれば、アンテナ部１０が１つのアンテナで送受信を行う場合に比べて、不感帯を短くすることができ、また、移動手段によってアンテナ部１０を上記各測定位置に移動させることができる。
【００４１】
また、アンテナ部１０が電磁波を送信する送信アンテナと電磁波を受信する受信アンテナとの組を複数組備え、送信アンテナと受信アンテナとの組がアレイ状に配置された構成とすれば、アンテナ部１０を移動させることなく測定位置を変えることが可能となる。
【００４２】
また、アンテナ部１０における送信アンテナおよび受信アンテナの数は上述の例に限らず、例えば、１つ以上の送信アンテナと複数の受信アンテナとを備えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施形態を示し、（ａ）はブロック図、（ｂ）は要部ブロック図である。
【図２】同上の動作説明図である。
【図３】同上の動作説明図である。
【図４】同上の動作説明図である。
【図５】同上の動作説明図である。
【図６】同上の動作説明図である。
【図７】従来例の動作説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０ アンテナ部
２０ 信号生成部
３０ 第１の信号処理部
４０ 第２の信号処理部
４１ 増幅部
４２ Ａ／Ｄ変換部
４３ メモリ
４４ 演算部
４４ａ 標準偏差演算手段
４４ｂ 比較手段
４４ｃ 雑音成分演算手段
４４ｄ 信号成分抽出手段
４４ｅ 判定手段
５０ 制御部
６０ 記憶部
７０ 表示部
８０ 入力部
Ｍ 基準面
Ｏｂ 探知対象物体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、大地やコンクリートなどの構造体の内部に埋設されている埋設物や構造体の裏側などに存在する物体などの探知対象物体を電磁波により検知する物体探知装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、地中や構造物中に埋設された探知対象物体（例えば、埋設管など）を電磁波により検知する方法として、パルス状の電磁波を送受信するアンテナ装置を地表面または構造物表面に沿って規定間隔で移動させて各測定位置でアンテナ部から電磁波を送信した後にアンテナ部にて受信される受信信号に基づいて探知対象物体を検知する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここにおいて、上記特許文献１には、アンテナ装置の送信アンテナから受信アンテナへの直接波や地層面からの反射波や多重反射波などに起因した受信信号の雑音（ノイズ）を除去する方法として、互いに異なる測定位置での各受信信号の振幅値データを同一伝搬時間で比較し、振幅値データの差の絶対値が設定値以下の場合に、これらの振幅値データを雑音として除去する方法が提案されている。
【特許文献１】特許第３２６３７５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に開示された技術では、例えば、図７（ａ）の上段に示すように探知対象物体体Ｏｂが円筒状の物体である場合には、各測定位置（アンテナ装置の位置）Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３ごとにアンテナ装置から探知対称物体Ｏｂまでの距離が異なり、電磁波を送信してから探知対象物体Ｏｂで反射された電磁波を受信するまでの時間差が異なるので、探知対象物体Ｏｂを精度良く検知することができる。なお、このときのアンテナ装置での受波信号は図７（ａ）の下段に示すようになる。ここで、同図中の「伝搬時間」は電磁波の送波時点からの経過時間を示している。
【０００５】
これに対して、例えば、図７（ｂ）の上段に示すような探知対象物体Ｏｂが構造物表面に平行となるように配置された平板状の物体である場合には、測定位置Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３によらず探知対象物体Ｏｂまでの距離が等しいので、電磁波を送信してから探知対象物体Ｏｂで反射された電磁波を受信するまでの時間差が一致するとともに受波信号の波形に差が生じず、探知対象物体Ｏｂで反射された電磁波の信号成分が雑音成分として取り除かれてしまい、探知対象物体Ｏｂが検知されないという不具合があった。なお、このときのアンテナ装置での受信信号は図７（ｂ）の下段のようになる。ここで、同図中の「伝搬時間」は電磁波の送波時点からの経過時間を示している。要するに、上記特許文献１に開示された技術では、探知対象物体Ｏｂにおける少なくとも構造物表面側の表面が平面状で構造物表面と平行である場合には、探知対象物体Ｏｂの大きさや平面形状によっては探知対象物体Ｏｂを検知することができないことがあった。
【０００６】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、探知対象物体の大きさや形状に関係なく探知対象物体を確実に検知することができる物体探知装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、地表面もしくは構造物表面からなる基準面に沿った複数の測定位置においてアンテナ部から基準面に向けてパルス状の電磁波を送信し、基準面よりも奥に存在する探知対象物体にて反射された電磁波をアンテナ部にて受信することにより探知対象物体を検知する物体探知装置であって、送信信号および電磁波の送信後の受波期間を定めるタイミング信号を生成して出力する信号生成部と、信号生成部から出力された送信信号を信号処理してアンテナ部からパルス状の電磁波を送信させる第１の信号処理部と、前記受波期間にアンテナ部からの受信信号を受信して各受信信号を信号処理する第２の信号処理部とを備え、第２の信号処理部は、各受波期間内の受信信号のサンプリングデータを格納するメモリと、メモリに格納されている受波期間内の同サンプリングタイミングのサンプリングデータに関する標準偏差を求める標準偏差演算手段と、標準偏差演算手段にて求めた標準偏差と予め設定された閾値とを比較する比較手段と、比較手段において標準偏差が前記閾値に達したときのサンプリングタイミングまでの各受信信号に基づいて雑音成分を求める雑音成分演算手段と、各受信信号から雑音成分を取り除いた信号を信号成分として求める信号成分抽出手段と、信号成分抽出手段にて抽出された信号成分に基づいて探知対象物体の有無を判断する判断手段とを備えてなることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、探知対象物体の大きさや形状に関係なく各受信信号の雑音成分を取り除くことができるので、探知対象物体を確実に検知することができる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記比較手段において標準偏差と前記閾値との比較を開始するタイミングを設定する設定手段を備えてなることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、予め前記基準面の奥側に探知対象物体が存在することが分かっていて、且つ、前記基準面と前記探知対象物体との間の媒質の種類や厚みなどの情報がある程度分かっている場合に、これらの情報に基づいて標準偏差と前記閾値との比較を開始するタイミングを適宜設定しておけば、より確実に雑音成分を取り除くことができ、正確な検知が可能となる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記第２の信号処理部は、前記アンテナ部からの受信信号を増幅する増幅部を備え、前記受波期間内の時間経過に応じて増幅部の増幅度を増加させることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、前記第２の信号処理部において、電磁波の減衰係数を考慮して前記受波期間内の時間経過に応じて増幅部の増幅度を増加させることによって、より正確な検知が可能となる。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記アンテナ部からＵＷＢ方式で電磁波を送信することを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、ＵＷＢ方式では超広帯域を利用するので、非常に幅の狭いインパルス状の電磁波を送信でき、信号成分の極値を精度良く検知することが可能となって、より正確な検知が可能となる。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記アンテナ部が１つのアンテナから電磁波を送信するとともに当該アンテナにて電磁波を受信するものであり、前記アンテナ部を前記各測定位置に移動させる移動手段を備えていることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、前記アンテナ部の小型化を図れるとともに、移動手段によって前記アンテナ部を前記各測定位置に移動させることができる。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記アンテナ部が電磁波を送信する送信アンテナと電磁波を受信する受信アンテナとを１つずつ備え、前記アンテナ部を前記各測定位置に移動させる移動手段を備えてなることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、請求項５の発明に比べて不感帯を短くすることができ、また、移動手段によって前記アンテナ部を前記各測定位置に移動させることができる。
【００１９】
請求項７の発明は、前記アンテナ部は、電磁波を送信する送信アンテナと電磁波を受信する受信アンテナとの組を複数組備え、送信アンテナと受信アンテナとの組がアレイ状に配置されてなることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、前記アンテナ部を移動させることなく前記測定位置を変えることが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の発明では、探知対象物体の大きさや形状に関係なく探知対象物体を確実に検知することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本実施形態の物体探知装置は、図１に示すように、地表面もしくは構造物表面からなる基準面Ｍに沿った複数の測定位置（アンテナ位置）においてアンテナ部１０から基準面に向けてパルス状の電磁波を送信し、基準面Ｍよりも奥に存在する探知対象物体Ｏｂにて反射された電磁波をアンテナ部１０にて受信することにより探知対象物体Ｏｂを検知する物体探知装置であって、送信信号および電磁波の送信後の受波期間を定めるタイミング信号を生成して出力する信号生成部２０と、信号生成部２０から出力された送信信号を信号処理してアンテナ部１０からパルス状の電磁波を送信させる第１の信号処理部３０と、上記受波期間にアンテナ部１０からの受信信号を受信して各受信信号を信号処理する第２の信号処理部４０と、信号生成部２０および各信号処理部３０，４０を制御する制御部５０と、第２の信号処理部４０での信号処理に用いる後述の閾値ＴＨを記憶する記憶部６０と、第２の信号処理部４０による検知結果などを表示させる表示部７０と、制御部５０に各種の指示（例えば、制御部５０から信号生成部２０および各信号処理部３０，４０へ与える制御信号を定める探知モードの指示など）を与える操作を行う入力部８０とを備えている。
【００２３】
ここにおいて、信号生成部２０は、制御部５０からの制御信号に基づいて送信信号およびタイミング信号を生成し、送信信号を第１の信号処理部３０へ与えるとともにタイミング信号を第２の信号処理部４０へ与える。ここで、第１の信号処理部３０は信号生成部２０から入力された送信信号に対して増幅などの信号処理を行ってアンテナ部１０からパルス状の電磁波を送信させる。
【００２４】
第２の信号処理部４０は、アンテナ部１０からの受信信号を増幅する増幅部４１と、増幅部４１にて増幅されたアナログの受信信号を上記受波期間のサンプリングタイミング毎にディジタルの受波信号に変換してサンプリングデータとして出力するＡ／Ｄ変換部４２と、各受波期間内の受信信号のサンプリングデータを格納するメモリ４３と、メモリ４３に格納された各受信信号のデータおよび上記閾値ＴＨを用いて探知対象物体Ｏｂを検知する演算部４４とを備えている。なお、上記閾値ＴＨは、メモリ４３に格納するようにしてもよく、この場合には上述の記憶部６０をなくすことができ、低コスト化を図れる。
【００２５】
上述の演算部４４は、メモリ４３に格納されている受波期間内の同サンプリングタイミングのサンプリングデータに関する標準偏差を求める標準偏差演算手段４４ａと、標準偏差演算手段４４ａにて求めた標準偏差と予め設定された閾値とを比較する比較手段４４ｂと、比較手段４４ｂにおいて標準偏差が上記閾値に達したとき（標準偏差が初めて上記閾値以上となったとき）のサンプリングタイミングまでの各受信信号のサンプリングデータに基づいて雑音成分を求める雑音成分演算手段４４ｃと、各受信信号のサンプリングデータから雑音成分を取り除いた信号を信号成分として求める信号成分抽出手段４４ｄと、信号成分抽出手段４４ｄにて抽出された信号成分に基づいて探知対象物体Ｏｂの有無を判断する判断手段４４ｅとを備えている。なお、判断手段４４ｅの判断結果は上記検知結果として表示部７０に表示される。
【００２６】
以下、本実施形態の物体探知装置の動作について図２に基づいて説明する。
【００２７】
複数のアンテナ位置Ｘｉ（ｉ＝１〜ｎ）においてアンテナ部１０で電磁波を送受信した場合に、図２（ａ）に示すように、各アンテナ位置Ｘｉでの受信信号をＡ１〜Ａｎとする。つまり、アンテナ位置Ｘ１での受信信号をＡ１、アンテナ位置Ｘ２での受信信号をＡ２、…、アンテナ位置Ｘｎでの受信信号をＡｎとする。ここで、各受信信号Ａ１〜Ａｎは、Ａ／Ｄ変換部４２のサンプリング間隔Δｔ〔ｓｅｃ〕ごとにサンプリングされたｍ個のデータ（要素）からなるとする。すなわち、Ａ１＝〔Ａ１(1) Ａ１(2) … Ａ１(m)〕、Ａ２＝〔Ａ２(1) Ａ２(2) … Ａ２(m)〕、…、Ａｎ＝〔Ａｎ(1) Ａｎ(2) … Ａｎ(m)〕となり、これらのデータは上述のメモリ４３に格納される。
【００２８】
演算部４０では、標準偏差演算手段４４ａにて、図２（ｂ）に示すように、メモリ４３に格納されている各受信信号Ａ１〜Ａｎの１番目のデータＡ１(1)、Ａ２(1)、…、Ａｎ(1)に関する標準偏差Ｂ(1)を演算してから、比較手段４４ｂにて標準偏差Ｂ(1)と上記閾値ＴＨとを比較し、Ｂ(1)が上記閾値ＴＨよりも小さければ、標準偏差演算手段４４ａにて各受信信号Ａ１〜Ａｎの２番目のデータＡ１(2)、Ａ２(2)、…、Ａｎ(2)の標準偏差Ｂ(2)を演算し、比較手段４４ｂにて標準偏差Ｂ(2)と上記閾値ＴＨとを比較する。このようにして、演算部４０では、標準偏差が上記閾値ＴＨ以上となるまで同様の処理を行う。なお、標準偏差Ｂ(m)まで求めても上記閾値ＴＨ以上とならない場合には、アンテナ位置Ｘｉの少なくとも１つを変更してアンテナ部１０で電磁波を送受信すればよい。
【００２９】
ここで、図２（ｂ）に示すように、初めて上記閾値ＴＨ以上となったｉ番目のデータＡ１(i)、Ａ２(i)、…、Ａｎ(i)の標準偏差をＢ（ｉ）、図２（ｃ）に示すように、背景雑音（雑音成分）をＹ＝〔Ｙ(1) Ｙ(2) … Ｙ(m)〕とすると、雑音成分演算手段４４ｃでは、雑音成分を求める演算としてＹ(1)＝（Ａ１(1)＋Ａ２(1)＋…＋Ａｎ(1)）／ｎ、Ｙ(2)＝（Ａ１(2)＋Ａ２(2)＋…＋Ａｎ(2)）／ｎ、…、Ｙ(i)＝（Ａ１(i)＋Ａ２(i)＋…＋Ａｎ(i)）／ｎの演算を行い、Ｙ(i+1)〜Ｙ(m)は０とする。なお、図２中の伝搬時間Ｔ１は受波期間における上記ｉ番目のデータ（要素）の受信時間に対応している。また、Ｙ(1)〜Ｙ(i)それぞれの演算では、ｎ個全てのデータの平均値を求めているが、必ずしもｎ個全てのデータを用いる必要はなく、ｎ個のデータの中で比較的大きな値および比較的小さな値を排除して残ったデータの平均値を求めるようにしてもよい。例えば、ｎ個のデータを大きい順にソートし、大きい方から数えて５個のデータと小さい方から数えて５個のデータを排除して残りのｎ−１０個（ただし、ｎ＞１１）のデータの平均値を雑音成分のデータとするようにしてもよい。また、雑音成分演算手段４４ｃでは、例えば、ｎ個（奇数個）のデータを大きい順にソートし、大きい方から数えて〔（ｎ−１）／２〕個のデータと小さい方から数えて〔（ｎ−１）／２〕個のデータを排除して残りの１個のデータを雑音成分のデータとするようにしてもよい。
【００３０】
次に、演算部４０は、図２（ｄ）に示すように、信号成分抽出手段４４ｄにおいて各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎで測定された受信信号Ａ１〜Ａｎから背景雑音Ｙを減算したものを探知対象物体Ｏｂからの信号成分（反射波）とし、判断手段４４ｅにおいて信号成分（反射波）を解析することによって探知対象物体Ｏｂの検知を行う。なお、本実施形態では、判断手段４４ｅにおいて探知対象物体Ｏｂの有無を判断しているが、判断手段４４ｅにおいて探知対象物体Ｏｂの有無だけでなく、探知対象物体Ｏｂまでの距離、探知対象物体Ｏｂの形状判別、探知対象物体Ｏｂの材質判別などの検知を行うようにしていもよい。
【００３１】
以上説明した第２の信号処理部４０の動作を簡単にまとめると図３のようになる。
【００３２】
すなわち、第２の信号処理部４０では、各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎでの受信信号（受信波）Ａ１〜Ａｎを順に取り込み（Ｓ１）、変数ｉをｉ＝０とし（Ｓ２）、ｉが各受信信号に共通のデータ数（要素数）ｍよりも小さいか否かを判定し（Ｓ３）、ｉ＜ｍであれば、ｉ＝ｉ＋１としてから受信信号の同サンプリングタイミング（つまり、同一伝搬時間）におけるデータの標準偏差Ｂ（i）を算出し（Ｓ４）、標準偏差Ｂ（i）と上記閾値ＴＨとを比較する（Ｓ５）。ここで、Ｂ（i）≧ＴＨであれば、背景雑音Ｙを算出し（Ｓ６）、各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎでの信号成分（反射波）を算出し（Ｓ７）、信号成分（反射波）を解析することで探知対象物体Ｏｂの有無を判断する（Ｓ８）。
【００３３】
なお、演算部４４の上述の各手段４４ａ〜４４ｅは、例えば、演算部４４を構成するマイクロコンピュータに適宜のプログラムを搭載することにより実現できる。
【００３４】
以上説明した本実施形態の物体探知装置では、第２の信号処理部４０において、メモリ４３に格納されている受波期間内の同サンプリングタイミングのサンプリングデータに関する標準偏差を求めてから、標準偏差と上記閾値ＴＨとを比較し、標準偏差が上記閾値ＴＨに達したときのサンプリングタイミングまでの各受信信号に基づいて雑音成分を求め、さらに、各受信信号から雑音成分を取り除いた信号を信号成分として求めてから、当該信号成分に基づいて探知対象物体Ｏｂの有無が判断されることとなり、探知対象物体Ｏｂの大きさや形状に関係なく各受信信号の雑音成分を取り除くことができるので、探知対象物体Ｏｂを確実に検知することができる。したがって、図１（ａ）のように探知対象物体Ｏｂが平板状の物体であって基準面Ｍに平行となるように埋設されている場合でも、探知対象物体Ｏｂを確実に検知することができる。
【００３５】
ところで、比較手段４４ｂにおいて標準偏差と上記閾値ＴＨとの比較を開始するタイミングを設定する設定手段を入力部８０に設けてもよく、予め基準面Ｍの奥側に探知対象物体Ｏｂが存在することが分かっていて、且つ、基準面Ｍと探知対象物体Ｏｂとの間の媒質の種類や厚みなどの情報がある程度分かっている場合に、これらの情報に基づいて標準偏差と上記閾値ＴＨとの比較を開始するタイミングを適宜設定しておけば、より確実に雑音成分を取り除くことができ、正確な検知が可能となる。図４は図２と同様の受信信号Ａ１〜Ａｎ、標準偏差に対して、標準偏差が最初に閾値ＴＨ以上となるサンプリングタイミング（電磁波の伝搬時間Ｔ３）よりも後のサンプリングタイミング（電磁波の伝搬時間Ｔ０）となるように上記タイミングを設定したことで、より後のサンプリングタイミング（電磁波の伝搬時間Ｔ１）で標準偏差が上記閾値ＴＨを超えた場合の例を示している。なお、上記設定手段を利用する場合には、上記設定手段により上記情報を入力することで制御部５０が上記タイミングを第２の信号処理部４０に指示するようにすればよい。
【００３６】
また、第２の信号処理部４０において増幅部４１として可変増幅器を用い、上記受波期間内の時間経過に応じて増幅部４１の増幅度を増加させるようにしてもよく、電磁波の媒質中での減衰係数を考慮して上記受波期間内の時間経過に応じて増幅部４１の増幅度を増加させることによって、より正確な検知が可能となる。図５では、（ａ）に、増幅部４１の増幅度が一定の場合の各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎそれぞれでの受信信号を示し、（ｂ）に、増幅部４１の増幅度を上述のように時間経過に伴って増加させた場合の各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎそれぞれでの受信信号を示し、（ｃ）に、標準偏差演算手段４４ａにて求められる標準偏差を示し、（ｄ）に、背景雑音演算手段４４ｃにて求められる雑音成分（背景雑音Ｙ）を示してある。なお、電磁波の媒質中での減衰係数を考慮して正確な検知を行う方法としては、上記受波期間内の時間経過に応じて増幅部４１の増幅度を増加させる方法に限らず、ディジタルの受波信号に対して上記減衰係数を考慮した処理を行うようにしてもよい。
【００３７】
また、本実施形態の物体探知装置では、アンテナ部１０からＵＷＢ（Ultra Wide Band）方式で電磁波を送信するようにすれば、ＵＷＢ方式では超広帯域を利用するので、非常に幅の狭いインパルス状の電磁波（例えば、パルス幅が１ｎｓｅｃ以下のパルス信号）をアンテナ部１０から送信でき、信号成分の極値を精度良く検知することが可能となって、より正確な検知が可能となる。
【００３８】
なお、信号成分抽出手段４４ｄにて抽出された信号成分が図６（ａ）を示すように上記閾値ＴＨを超えたときのサンプリングタイミングに対応する上記伝搬時間Ｔ１で急峻に変化している場合には、判断手段４４ｅにおいて信号成分を周波数解析する際の誤差が大きくなる要因となる可能性があるが、図６（ｂ）に示すように、上記伝搬時間Ｔ１から信号成分が最初にゼロクロスする伝搬時間Ｔ２までの信号成分の振幅が滑らかに変化するように信号成分を信号処理することで、周波数解析する際の精度を向上させることができ、より正確な検知が可能となる。
【００３９】
ところで、本実施形態の物体探知装置では、アンテナ部１０が１つのアンテナから電磁波を送信するとともに当該アンテナにて電磁波を受信するようにし、アンテナ部１０を上記各測定位置に移動させる移動手段を備えるようにすれば、アンテナ部１０の小型化を図れるとともに、移動手段によってアンテナ部１０を上記各測定位置に移動させることができる。
【００４０】
また、アンテナ部１０が電磁波を送信する送信アンテナと電磁波を受信する受信アンテナとを１つずつ備え、アンテナ部１０を上記各測定位置に移動させる移動手段を備えるようにすれば、アンテナ部１０が１つのアンテナで送受信を行う場合に比べて、不感帯を短くすることができ、また、移動手段によってアンテナ部１０を上記各測定位置に移動させることができる。
【００４１】
また、アンテナ部１０が電磁波を送信する送信アンテナと電磁波を受信する受信アンテナとの組を複数組備え、送信アンテナと受信アンテナとの組がアレイ状に配置された構成とすれば、アンテナ部１０を移動させることなく測定位置を変えることが可能となる。
【００４２】
また、アンテナ部１０における送信アンテナおよび受信アンテナの数は上述の例に限らず、例えば、１つ以上の送信アンテナと複数の受信アンテナとを備えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施形態を示し、（ａ）はブロック図、（ｂ）は要部ブロック図である。
【図２】同上の動作説明図である。
【図３】同上の動作説明図である。
【図４】同上の動作説明図である。
【図５】同上の動作説明図である。
【図６】同上の動作説明図である。
【図７】従来例の動作説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０ アンテナ部
２０ 信号生成部
３０ 第１の信号処理部
４０ 第２の信号処理部
４１ 増幅部
４２ Ａ／Ｄ変換部
４３ メモリ
４４ 演算部
４４ａ 標準偏差演算手段
４４ｂ 比較手段
４４ｃ 雑音成分演算手段
４４ｄ 信号成分抽出手段
４４ｅ 判定手段
５０ 制御部
６０ 記憶部
７０ 表示部
８０ 入力部
Ｍ 基準面
Ｏｂ 探知対象物体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地表面もしくは構造物表面からなる基準面に沿った複数の測定位置においてアンテナ部から基準面に向けてパルス状の電磁波を送信し、基準面よりも奥に存在する探知対象物体にて反射された電磁波をアンテナ部にて受信することにより探知対象物体を検知する物体探知装置であって、送信信号および電磁波の送信後の受波期間を定めるタイミング信号を生成して出力する信号生成部と、信号生成部から出力された送信信号を信号処理してアンテナ部からパルス状の電磁波を送信させる第１の信号処理部と、前記受波期間にアンテナ部からの受信信号を受信して各受信信号を信号処理する第２の信号処理部とを備え、第２の信号処理部は、各受波期間内の受信信号のサンプリングデータを格納するメモリと、メモリに格納されている受波期間内の同サンプリングタイミングのサンプリングデータに関する標準偏差を求める標準偏差演算手段と、標準偏差演算手段にて求めた標準偏差と予め設定された閾値とを比較する比較手段と、比較手段において標準偏差が前記閾値に達したときのサンプリングタイミングまでの各受信信号に基づいて雑音成分を求める雑音成分演算手段と、各受信信号から雑音成分を取り除いた信号を信号成分として求める信号成分抽出手段と、信号成分抽出手段にて抽出された信号成分に基づいて探知対象物体の有無を判断する判断手段とを備えてなることを特徴とする物体探知装置。
【請求項２】
前記比較手段において標準偏差と前記閾値との比較を開始するタイミングを設定する設定手段を備えてなることを特徴とする請求項１記載の物体探知装置。
【請求項３】
前記第２の信号処理部は、前記アンテナ部からの受信信号を増幅する増幅部を備え、前記受波期間内の時間経過に応じて増幅部の増幅度を増加させることを特徴とする請求項１または請求項２記載の物体探知装置。
【請求項４】
前記アンテナ部からＵＷＢ方式で電磁波を送信することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の物体探知装置。
【請求項５】
前記アンテナ部が１つのアンテナから電磁波を送信するとともに当該アンテナにて電磁波を受信するものであり、前記アンテナ部を前記各測定位置に移動させる移動手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の物体探知装置。
【請求項６】
前記アンテナ部が電磁波を送信する送信アンテナと電磁波を受信する受信アンテナとを１つずつ備え、前記アンテナ部を前記各測定位置に移動させる移動手段を備えてなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の物体探知装置。
【請求項７】
前記アンテナ部は、電磁波を送信する送信アンテナと電磁波を受信する受信アンテナとの組を複数組備え、送信アンテナと受信アンテナとの組がアレイ状に配置されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の物体探知装置。
【請求項１】
地表面もしくは構造物表面からなる基準面に沿った複数の測定位置においてアンテナ部から基準面に向けてパルス状の電磁波を送信し、基準面よりも奥に存在する探知対象物体にて反射された電磁波をアンテナ部にて受信することにより探知対象物体を検知する物体探知装置であって、送信信号および電磁波の送信後の受波期間を定めるタイミング信号を生成して出力する信号生成部と、信号生成部から出力された送信信号を信号処理してアンテナ部からパルス状の電磁波を送信させる第１の信号処理部と、前記受波期間にアンテナ部からの受信信号を受信して各受信信号を信号処理する第２の信号処理部とを備え、第２の信号処理部は、各受波期間内の受信信号のサンプリングデータを格納するメモリと、メモリに格納されている受波期間内の同サンプリングタイミングのサンプリングデータに関する標準偏差を求める標準偏差演算手段と、標準偏差演算手段にて求めた標準偏差と予め設定された閾値とを比較する比較手段と、比較手段において標準偏差が前記閾値に達したときのサンプリングタイミングまでの各受信信号に基づいて雑音成分を求める雑音成分演算手段と、各受信信号から雑音成分を取り除いた信号を信号成分として求める信号成分抽出手段と、信号成分抽出手段にて抽出された信号成分に基づいて探知対象物体の有無を判断する判断手段とを備えてなることを特徴とする物体探知装置。
【請求項２】
前記比較手段において標準偏差と前記閾値との比較を開始するタイミングを設定する設定手段を備えてなることを特徴とする請求項１記載の物体探知装置。
【請求項３】
前記第２の信号処理部は、前記アンテナ部からの受信信号を増幅する増幅部を備え、前記受波期間内の時間経過に応じて増幅部の増幅度を増加させることを特徴とする請求項１または請求項２記載の物体探知装置。
【請求項４】
前記アンテナ部からＵＷＢ方式で電磁波を送信することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の物体探知装置。
【請求項５】
前記アンテナ部が１つのアンテナから電磁波を送信するとともに当該アンテナにて電磁波を受信するものであり、前記アンテナ部を前記各測定位置に移動させる移動手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の物体探知装置。
【請求項６】
前記アンテナ部が電磁波を送信する送信アンテナと電磁波を受信する受信アンテナとを１つずつ備え、前記アンテナ部を前記各測定位置に移動させる移動手段を備えてなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の物体探知装置。
【請求項７】
前記アンテナ部は、電磁波を送信する送信アンテナと電磁波を受信する受信アンテナとの組を複数組備え、送信アンテナと受信アンテナとの組がアレイ状に配置されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の物体探知装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−１２１０４４（Ｐ２００７−１２１０４４Ａ）
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３１２０００（Ｐ２００５−３１２０００）
【出願日】平成１７年１０月２６日（２００５．１０．２６）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月２６日（２００５．１０．２６）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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