物体探知装置
【課題】対象物および基準面に沿って等間隔で配列された非対象物の中から対象物のみを検出することができる物体探知装置を提供する。
【解決手段】各アンテナ位置で受信された受信信号の強度をサンプリングタイミングごとに強度データとし、強度データのアンテナ位置ごとの集合を位置毎データ列として記憶部５に記憶するサンプリング手段９と、位置毎データ列に基づいて各非対象物にそれぞれ対応するアンテナ位置の集合が１区画となるように、複数のアンテナ位置を複数の区画に区画化する区画化手段１３と、複数の区画について位置毎データ列を平均化したものを各区画にそれぞれ当て嵌めることでパターンデータ列を生成するパターン生成手段１４と、位置毎データ列からパターンデータ列を減算して補正反射波成分を算出する補正反射波算出手段１５と、補正反射波成分から対象物の状態を検出する解析手段１６とを備える。
【解決手段】各アンテナ位置で受信された受信信号の強度をサンプリングタイミングごとに強度データとし、強度データのアンテナ位置ごとの集合を位置毎データ列として記憶部５に記憶するサンプリング手段９と、位置毎データ列に基づいて各非対象物にそれぞれ対応するアンテナ位置の集合が１区画となるように、複数のアンテナ位置を複数の区画に区画化する区画化手段１３と、複数の区画について位置毎データ列を平均化したものを各区画にそれぞれ当て嵌めることでパターンデータ列を生成するパターン生成手段１４と、位置毎データ列からパターンデータ列を減算して補正反射波成分を算出する補正反射波算出手段１５と、補正反射波成分から対象物の状態を検出する解析手段１６とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物中または地中に埋設された対象物や、構造物の裏側に存在する対象物を電磁波により探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、鉄筋コンクリート壁などの構造物中または地中に埋設された対象物（たとえば埋設管など）を電磁波により探知する技術として、パルス状の電磁波を送受信するアンテナ部を構造物表面または地表面からなる基準面に沿う複数のアンテナ位置に移動させ、各アンテナ位置においてアンテナ部から送信され対象物で反射された電磁波をアンテナ部で受信し電気信号である受信信号に変換することにより、対象物を探知することが知られている（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
この種の物体探知においてアンテナ部で受信される受信信号には、基準面の奥に存在する物体で反射された電磁波に相当する反射波成分だけでなく、基準面で反射された電磁波などの不要波成分が含まれている。不要波成分は、通常、各アンテナ位置で共通し、且つ測定環境が大きく変化しない限り定常的な値をとる。
【０００４】
ここにおいて、各アンテナ位置で受信された受信信号の強度を所定間隔のサンプリングタイミングごとに強度データとし、当該強度データのアンテナ位置ごとの集合を位置毎データ列として記憶部に記憶し、複数のアンテナ位置における同一のサンプリングタイミングの強度データの平均値を算出することにより、当該平均値の複数のサンプリングタイミング分の集合を不要波成分と想定することが考えられている。この場合に、算出した不要波成分を各アンテナ位置における位置毎データ列からそれぞれ減算することにより反射波成分を算出する。
【０００５】
なお、特許文献１に記載の発明では、全アンテナ位置における強度データの平均値を不要波成分とするのではなく、反射波成分の算出対象とするアンテナ位置およびその前後の複数のアンテナ位置における強度データの平均値を不要波成分としている。
【特許文献１】特開平１０−１３２９５０号公報（第４−５頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、たとえば鉄筋コンクリート壁においてはコンクリート中に基準面に沿って複数の鉄筋が等間隔で配列されている。そのため、鉄筋コンクリート壁中に存在する樹脂配管等を対象物として探知する場合には、アンテナ部から送波された電磁波は対象物以外の非対象物（ここでは鉄筋）でも反射されることになる。つまり、反射波成分には非対象物での反射波に相当し等間隔のアンテナ位置で規則的に現れる非対象反射成分と、対象物での反射波に相当し対象物に対応するアンテナ位置に現れる対象反射成分との２つの成分が含まれる。したがって、複数の非対象物と対象物とが混在している場合、対象反射成分が非対象反射成分に埋もれてしまうことで、対象物を探知できなくなる可能性がある。特に、たとえば樹脂配管などの対象物が鉄筋のように相対的に反射率の高い非対象物よりも奥に存在する場合など、反射波成分において対象反射成分の強度が非対象反射成分の強度よりも小さくなる場合、対象物の探知が極めて困難になる。
【０００７】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、対象物および基準面に沿って等間隔で配列された非対象物の中から対象物のみを検出することができる物体探知装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、探知領域内に設定された基準面に沿う複数のアンテナ位置においてアンテナ部から基準面に向けて電磁波を間欠的に送信し、前記基準面の奥に存在する探知の対象物および前記基準面に沿って等間隔で配列された複数の非対象物により反射された電磁波を前記アンテナ部で受信し電気信号である受信信号に変換することにより前記対象物を探知する物体探知装置であって、各アンテナ位置で受信された受信信号の強度を所定間隔のサンプリングタイミングごとに強度データとし、当該強度データの前記アンテナ位置ごとの集合を位置毎データ列として記憶部に記憶するサンプリング手段と、前記位置毎データ列に基づいて各非対象物にそれぞれ対応する前記アンテナ位置の集合が１区画となるように、複数の前記アンテナ位置を複数の区画に区画化する区画化手段と、複数の前記区画について相対的な位置関係が同一の各アンテナ位置同士でそれぞれ前記位置毎データ列の平均値を取ることで求まる平均受信波群を、各区画にそれぞれ当て嵌めることによりパターンデータ列を生成するパターン生成手段と、前記位置毎データ列から前記パターンデータ列を減算することにより、前記対象物で反射された電磁波に相当する対象反射成分が強調された補正反射波成分を算出する補正反射波算出手段と、複数の前記アンテナ位置における前記補正反射波成分の強度に基づいて前記対象物の状態を検出する解析手段とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、パターン生成手段で生成されるパターンデータ列は、基準面で反射された電磁波などに相当し全アンテナ位置で定常的に現れる不要波成分に、基準面に沿って等間隔で配列されたたとえば鉄筋コンクリート中の鉄筋などの非対象物で反射された電磁波に相当する非対象反射成分を加えたものとなる。したがって、補正反射波算出手段において、位置毎データ列からパターンデータ列を減算することにより算出される補正反射波成分では、対象物で反射された電磁波に相当する対象反射成分が強調される。これにより、たとえば樹脂配管などの対象物が鉄筋のように相対的に反射率の高い非対象物よりも奥に存在する場合など、反射波成分において対象反射成分の強度が非対象反射成分の強度よりも小さくなる場合でも、解析手段は補正反射波成分の強度に基づいて対象物の状態を検出することができる。すなわち、対象物および基準面に沿って等間隔で配列された非対象物の中から対象物のみを検出することができるという利点がある。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記パターン生成手段が、前記平均受信波群を求める前に、複数の前記区画において前記非対象物で反射された電磁波に相当する非対象反射成分の前記サンプリングタイミングが揃うように各区画における前記位置毎データ列を補正する補正手段を有することを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、各区画における位置毎データ列の波形の形状を精度よく再現した平均受信波群を求めることができるから、補正反射波成分において対象反射成分を精度よく再現でき、結果的に探知精度の向上につながるという利点がある。
【００１２】
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、前記パターン生成手段は、前記位置毎データ列に前記対象反射成分が含まれる前記区画を除く前記区画について前記位置毎データ列の平均値を取ることにより前記平均受信波群を求めることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、対象反射成分の影響を除いたパターンデータ列を生成することができ、結果的に、補正反射波成分において対象反射成分を精度よく再現できて探知精度の向上につながるという利点がある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、対象物で反射された電磁波に相当する対象反射成分が強調された補正反射波成分の強度に基づいて対象物の状態を検出するから、対象物および基準面に沿って等間隔で配列された非対象物の中から対象物のみを検出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】
【００１５】
（実施形態１）
本実施形態の物体探知装置は、アンテナで電気信号である送信信号を受けて電磁波を送信するとともに、前記アンテナで電磁波を受信し電気信号である受信信号に変換するアンテナ部１（図１（ａ）参照）を備え、図２に示すように、構造物表面もしくは地表面からなる基準面２０に沿った複数箇所（ここではｎ箇所）のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎにおいてアンテナ部１から基準面２０に向けて電磁波を間欠的に送信し、基準面２０よりも奥に存在する対象物２１により反射された電磁波をアンテナ部１で受信することにより対象物２１を探知するものである。なお、本実施形態では複数箇所のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎにおいてアンテナ部１で電磁波の送受波を行うためにアンテナ部１を基準面２０に沿って移動させており、図２ではアンテナ部１の移動方向を矢印ａで表している。
【００１６】
物体探知装置は、図１（ａ）に示すように、前記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２と、信号生成部２から出力された送信信号を信号処理してアンテナ部１からパルス状の電磁波を送信させる第１の信号処理部３と、各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎにおいて前記受波期間にアンテナ部１からの受信信号をそれぞれ受けて各受信信号を信号処理し、対象物２１を探知する第２の信号処理部４とを備える。さらに、第２の信号処理部４での信号処理に用いる各種データを記憶する記憶部５と、第２の信号処理部４での検知結果などを出力する出力部６と、信号生成部２および各信号処理部３，４の信号処理方法（出力部６での出力内容を含む）を制御する制御部７と、制御部７に各種の指示を与えるように操作される入力部８とが設けられている。
【００１７】
ここにおいて、信号生成部２は、制御部７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３に与えるとともにタイミング信号を第２の信号処理部４に与える。第１の信号処理部３は、入力された送信信号に対して増幅などの処理を行いアンテナ部１から電磁波を送信させる。
【００１８】
第２の信号処理部４は、図１（ｂ）に示すように、アンテナ部１からの受信信号を増幅するとともに増幅後の受信信号の強度を所定間隔のサンプリングタイミングごとにデジタルの強度データに変換して記憶部５に記憶するサンプリング手段９と、記憶部５に格納された強度データを用いて対象物２１を探知する演算部１０とを備えている。第２の信号処理部４の各手段は、たとえばマイクロコンピュータに適宜プログラムを施すことで実現されるが、マイクロコンピュータに限らず、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等を用いても実現可能である。記憶部５内には、各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎと各サンプリングタイミングとが対にされ各強度データにそれぞれ対応付けて格納されており、強度データは実質的にアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎとサンプリングタイミングとについて２次元配置されたデータマップを形成する。ここに、記憶部５内における強度データのアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎごとの集合を位置毎データ列と定義する。
【００１９】
さらに以下の説明では、アンテナ位置Ｘ１で受信された受信信号に相当する位置毎データ列をＡ１、アンテナ位置Ｘ２で受信された受信信号に相当する位置毎データ列をＡ２とするように、各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎで受信された受信信号に相当する位置毎データ列をそれぞれ位置毎データ列Ａ１〜Ａｎとする。図３（ａ）は、アンテナ部１がアンテナ位置Ｘ３にあるときの位置毎データ列Ａ３を表している。図３（ａ）では、横軸を電磁波の送波時点からの経過時間を意味する伝播時間とし、縦軸を強度としている。
【００２０】
各位置毎データ列Ａ１〜Ａｎは、サンプリング手段９でサンプリングされることによりそれぞれ複数個の強度データの集合で表されることとなる。ここでは、サンプリングタイミングの時間間隔を図３（ｂ）に示すようにΔｔ〔ｓ〕とすることにより、各位置毎データ列Ａ１〜Ａｎがそれぞれ計ｍ個の強度データ（要素）で表されるものとする。すなわち、位置毎データ列Ａ１＝〔強度データＡ１（１）、強度データＡ１（２）、・・・、強度データＡ１（ｍ）〕、位置毎データ列Ａ２＝〔強度データＡ２（１）、強度データＡ２（２）、・・・、強度データＡ２（ｍ）〕、・・・、位置毎データ列Ａｎ＝〔強度データＡｎ（１）、強度データＡｎ（２）、・・・、強度データＡｎ（ｍ）〕となる。
【００２１】
ところで、図４（ｃ）に示す位置毎データ列Ａ１〜Ａｎは、図４（ａ）の不要波成分と図４（ｂ）の反射波成分とが合成されたものである。図４では、横軸を伝播時間、縦軸を強度として、複数のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎに対応する各波形を縦軸方向に並べている。ここでいう不要波成分とは、対象物２１で反射されたのではなく、基準面２０や物体探知装置の表面で反射された電磁波を意味する。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別に有したアンテナ部１を用いる場合には、送信アンテナから受信アンテナに直接伝播する直接波も不要波成分に含まれる。これら不要波成分は、全てのアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎで均一に現れ、且つ測定環境が大きく変化しない限り定常的な値をとる。
【００２２】
反射波成分は、基準面２０よりも奥の物体で反射された電磁波に相当する。ここで、反射波成分に含まれるのは探知の対象となる対象物２１で反射されたものに限らない。すなわち、たとえば図２に示すように、鉄筋コンクリート壁に埋設された樹脂配管等を対象物２１とする場合、コンクリートからなる媒質２２中には多数の非対象物である鉄筋が基準面２０に沿って等間隔で規則的に配列されているので、アンテナ部１から送波された電磁波は対象物（ここでは樹脂配管等）２１以外の多数の非対象物（ここでは鉄筋）２３でも反射されることになる。結果的に、反射波成分には非対象物２３での反射波に相当し等間隔のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎで規則的に現れる非対象反射成分と、対象物２１での反射波に相当し対象物２１に対応するアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎに現れる対象反射成分との２つの成分が含まれる。なお、ランダムに発生する熱雑音等の雑音成分が不要波成分として位置毎データ列Ａ１〜Ａｎに含まれることもあるが、反射波成分に比べて雑音成分が無視できる大きさであれば、不要波成分における雑音成分は無視する。雑音成分が無視できない場合には、適切なフィルタ処理を行って雑音成分を取り除くようにすればよい。フィルタとしては、ＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタやＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタ、または、これらにハミング窓（Ｈａｍｍｉｎｇ Ｗｉｎｄｏｗ）などの窓関数やチェビシェフ（Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ）近似などを適用したものなど多くの選択肢があり、これらを適宜採用すればよい。
【００２３】
演算部１０は、各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎで共通の不要波成分を求める不要波算出手段１１と、位置毎データ列Ａ１〜Ａｎから前記不要波成分を減算することにより反射波成分を求める不要波除去手段１２と、前記反射波成分を用いることでそれぞれ非対象物２３に対応する位置を含む複数の区画にアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎを区画化する区画化手段１３と、複数の区画について位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを平均化したものを各区画にそれぞれ当て嵌めることによりパターンデータ列を生成するパターン生成手段１４と、位置毎データ列Ａ１〜Ａｎから前記パターンデータ列を減算することにより対象反射成分を強調した補正反射波成分を算出する補正反射波算出手段１５と、複数のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎにおける前記補正反射波成分の強度に基づいて対象物２１の状態を検出する解析手段１６とを備えている。
【００２４】
以下に、本実施形態の物体探知装置の動作について図５のフローチャートを参照して説明する。ここでは、図２に示すように非対象物（鉄筋）２３を等間隔で配列してある鉄筋コンクリート壁に埋設された樹脂配管を、対象物２１として探知する場合について説明する。
【００２５】
図５におけるステップＳ１は初期化であって、ここで設定される各種パラメータ（ｉ＝０、雑音成分算出方法の設定など）は、予め定められていてもよく、入力部８で取り込まれた値であってもよい。
【００２６】
続いて、ステップＳ２，Ｓ３においては各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎの位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを個別に記憶部５に取り込む。位置毎データ列Ａ１〜Ａｎは必要なデータ列数（つまりアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎの数ｎ）に達するまで取り込まれる（Ｓ４，Ｓ５）。ここで、新しい位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを取り込む度に、既に取り込んだ位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを１列ずつシフトする（Ｓ２）。これにより、位置毎データ列Ａ１〜Ａｎがデータ列数ｎだけ一旦取り込まれ後述の解析手段１６により解析結果が得られた以降は、新しい位置毎データ列Ａ１〜Ａｎが１つ取り込まれる度に、その位置毎データ列Ａ１〜Ａｎのみが更新された状態で新たに解析手段１６での解析が可能になる。すなわち、最も新しい位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを最も古い位置毎データ列Ａ１〜Ａｎと入れ替えることができる。位置毎データ列Ａ１〜Ａｎの取り込みには、同様に新旧の位置毎データ列Ａ１〜Ａｎの入れ替えが可能な他の信号処理方法を用いてもよい。
【００２７】
強度データは、記憶部５内において同一のサンプリングタイミング（同一の伝播時間）ごとにも格納され、それぞれ時間毎データ列Ｂ１〜Ｂｍを構成する。すなわち、受信された各位置毎データ列Ａ１〜Ａｎにおける最初のサンプリングタイミングの強度データの集合〔強度データＡ１（１）、強度データＡ２（１）、・・・、強度データＡｎ（１）〕が時間毎データ列Ｂ１となり、以降、時間毎データ列Ｂ２＝〔強度データＡ１（２）、強度データＡ２（２）、・・・、強度データＡｎ（２）〕、・・・、時間毎データ列Ｂｍ＝〔強度データＡ１（ｍ）、強度データＡ２（ｍ）、・・・、強度データＡｎ（ｍ）〕となる。
【００２８】
ステップＳ６では、位置毎データ列Ａ１〜Ａｎから不要波成分Ｙ１を算出するために、不要波算出手段１１が、まず記憶部５から強度データを時間毎データ列Ｂ１〜Ｂｍごとに取り出す。各時間毎データ列Ｂ１〜Ｂｍは、それぞれ図４（ｃ）における位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを同一のサンプリングタイミング（同一の伝播時間）で切断した断面１、２、・・・、Ｎ、・・・ｍに相当する。ここで、各時間毎データ列Ｂ１〜Ｂｍについて、それぞれ強度データの平均値Ｙ１（ｊ）を代表値として求める。つまり、時間毎データ列Ｂ１については｛Ａ１（１）＋Ａ２（１）＋・・・＋Ａｎ（１）｝／ｎによって表される平均値Ｙ１（１）を求め、同様の処理を全ての時間毎データ列Ｂ２〜Ｂｍについて繰り返す。不要波算出手段１１は、このように算出された平均値Ｙ１（ｊ）の全サンプリングタイミング分の集合〔Ｙ１（１）、Ｙ１（２）、・・・、Ｙ１（ｍ）〕を不要波成分Ｙ１として出力する。このとき、不要波成分Ｙ１に対して適切なフィルタ処理を施すことで雑音成分を取り除くことができる。フィルタとしては上述したものを用いればよい。なお、不要波成分Ｙ１を算出するために求める各時間毎データ列Ｂ１〜Ｂｍの代表値は、強度データの平均値に限るものではなく、強度データの中央値（メディアン値）や最頻値などであってもよいが、強度データの平均値を代表値として用いる方法が最も単純であるため、信号処理速度を速くできるという利点がある。
【００２９】
ステップＳ７では、不要波除去手段１２が、記憶部５内の位置毎データ列Ａ１〜Ａｎから不要波算出手段１１の出力（不要波成分Ｙ１）を減算することにより、各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎでの反射波成分Ｃ１を求める。
【００３０】
ただし、ステップＳ７で求まる反射波成分Ｃ１には、上述したように等間隔のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎで規則的に現れる非対象反射成分と、対象物２１に対応するアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎに現れる対象反射成分との２つの成分が含まれており、これら２つの成分を含む反射波成分Ｃ１から対象物２１のみを探知することは困難である。そこで、本実施形態では以下に説明する処理により、上述の反射波成分Ｃ１を用いて、対象反射成分が強調された補正反射波成分Ｃ２を算出するようにしている。
【００３１】
ここではまず、区画化手段１３が反射波成分Ｃ１に基づいて位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを区画化するために、ステップＳ８において、各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎに関して反射波成分Ｃ１の最大値となる強度データ（以下、「最大データ」という）と、各最大データの伝播時間とを検出する。図６（ａ）では、縦軸をアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎとし、横軸を伝播時間とし、最大データを黒点で表している。ここでいう最大データは、各反射波成分Ｃ１の中で強度データを比較した場合にそれぞれ最大となる強度データであってもよいが、基準の波形に対して各反射波成分Ｃ１の相関をとり、このとき相関値が最大となる強度データを最大データとしてもよい。以下では、アンテナ部１が移動する順に並べたアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎの集合をＱ１（＝〔Ｘ１、Ｘ２、・・・、Ｘｎ〕）で表し、集合Ｑ１に対応する最大データの集合をＰ１（＝〔ｐ１（１）、ｐ１（２）、・・・、ｐ１（ｎ）〕）、集合Ｐ１に対応する伝播時間の集合をＴ１（＝〔ｔ１（１）、ｔ１（２）、・・・、ｔ１（ｎ）〕）と定義する。
【００３２】
次のステップＳ９においては、区画化手段１３は、図６（ｂ）に示すように集合Ｐ１に含まれる最大データをアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎと同じ順番に並べたときに強度の極大（図６（ｂ）に「ｐ２」で示す）となるアンテナ位置Ｘ３、・・・、Ｘ（ｎ−１）を検出する（図６の例では８箇所検出される）。図６（ｂ）では横軸をアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎとし、縦軸を強度としている。このとき検出されたアンテナ位置Ｘ３、・・・、Ｘ（ｎ−１）の集合をＱ２（＝〔Ｘ３、・・・、Ｘ（ｎ−１）〕）で表し、集合Ｑ２に対応する最大データの集合をＰ２（＝〔ｐ２（３）、・・・、ｐ２（ｎ−１）〕）、集合Ｐ２に対応する伝播時間の集合をＴ２（＝〔ｔ２（３）、・・・、ｔ２（ｎ−１）〕）と定義する。
【００３３】
さらに、集合Ｐ２の中で図６（ｂ）に示すように強度が所定範囲Ｗ１内となる最大データｐ２（３）、・・・、ｐ２（ｎ−１）に対応し、且つ、集合Ｔ２の中で図６（ａ）、（ｃ）に示すように時間が所定範囲Ｗ２内となる伝播時間ｔ２（３）、・・・、ｔ２（ｎ−１）に対応するアンテナ位置Ｘ３、・・・、Ｘ（ｎ−１）を基準位置として検出する。なお、図６（ｃ）では横軸をアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎとし、縦軸を伝播時間として、集合Ｔ１に含まれる最大データの伝播時間を表している。ここでは、集合Ｐ２、集合Ｔ２のそれぞれについて半数以上の要素が分布している範囲を前記所定範囲Ｗ１，Ｗ２としており、基準位置はｋ箇所検出されると仮定する（図６の例ではｋ＝５）。このとき検出された基準位置の集合をＱ３（＝〔Ｘ３、・・・、Ｘ（ｎ−１）〕）で表し、集合Ｑ３に対応する最大データの集合をＰ３（＝〔ｐ３（３）、・・・、ｐ３（ｎ−１）〕）、集合Ｐ３に対応する伝播時間の集合をＴ３（＝〔ｔ３（３）、・・・、ｔ３（ｎ−１）〕）と定義する。このように求められる集合Ｑ３の各基準位置は、等間隔で配列された非対象物（ここでは鉄筋）２３の位置を表すこととなる。
【００３４】
そして、区画化手段１３は、図７（ａ）に示すように、各基準位置および各基準位置の前後Ｌ箇所のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎをそれぞれ含む複数の区画Ｄ（ｒ）にアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎを区分する（ここではｒ＝１、２、・・・、ｋ）。ここにおいて、全てのアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎがいずれかの区画Ｄ（ｒ）に含まれるように、ＬはＬ≧｛（Ｑ３において隣接する基準位置同士の最大の間隔）／２｝の条件を満たすように設定される。このとき、位置毎データ列Ａ１〜Ａｎについてもアンテナ位置の区画Ｄ（ｒ）ごとに集合Ｒ３（ｒ）を作るように区画化し、各集合Ｒ３（ｒ）をそれぞれ受信波群と定義する。すなわち、ある基準位置Ｘｕ（ここでは１≦ｕ≦ｎ）を含む区画Ｄ（ｒ）に対応する受信波群Ｒ３（ｒ）は、Ｒ３（ｒ）＝〔Ａ（ｕ−Ｌ）、Ａ（ｕ−Ｌ＋１）、・・・、Ａ（ｕ−１）、Ａ（ｕ）、Ａ（ｕ＋１）、・・・、Ａ（ｕ＋Ｌ）〕のように２Ｌ＋１個の位置毎データ列の集合で表される。ｋ箇所の基準位置が検出された場合には、このような受信波群Ｒ３（ｒ）がｋ個存在することになる。なお、図７（ａ）では、横軸を伝播時間とし、縦軸を強度として、複数のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎに対応する各波形（左側が位置毎データ列Ａ１〜Ａｎ、右側が反射波成分）を縦軸方向に並べている。
【００３５】
次のステップＳ１０においては、パターン生成手段１４が、ステップＳ９で求めた複数の受信波群Ｒ３（ｒ）を平均化して平均受信波群Ｒ４を求める。すなわち、図７（ｂ）に示すｋ個の受信波群Ｒ３（ｒ）について、各基準位置に対する相対的な位置関係が同一のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎ間でそれぞれ位置毎データ列Ａ１〜Ａｎの強度の平均値を取ることで、図７（ｃ）に示す平均受信波群Ｒ４（＝｛Ｒ３（１）＋Ｒ３（２）＋・・・＋Ｒ３（ｋ）｝／ｋ）を算出する。この平均受信波群Ｒ４は、１つの区画Ｄ（ｒ）について、全アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎで定常的に現れる不要波成分Ｙ１に、反射波成分のうち非対象物２３で反射された電磁波に相当する非対象反射成分を加えたものとなる。なお、平均受信波群Ｒ４に対しても適切なフィルタ処理を施すことで雑音成分を取り除くことが望ましい。
【００３６】
続くステップＳ１１では、パターン生成手段１４が、上記平均受信波群Ｒ４を上述したアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎの各区画Ｄ（ｒ）にそれぞれ当て嵌めることにより、図７（ｄ）に示すように平均受信波群Ｒ４をアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎの並ぶ方向に複数並べた形のパターンデータ列Ｙ２を生成する。平均受信波群Ｒ４は、それぞれ中心のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎを、各区画Ｄ（ｒ）の中心となる基準位置に合わせるように当て嵌められる。ここで、上述したように全てのアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎがいずれかの区画Ｄ（ｒ）に含まれるようにＬを設定していると、パターンデータ列Ｙ２は全てのアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎに対応することとなるものの、基準位置が等間隔からずれている場合などに、隣接する区画Ｄ（ｒ）同士の一部が重複することとなる。そこで、隣接する区画Ｄ（ｒ）同士の重複部分に関しては、両区画Ｄ（ｒ）の基準位置の中間となるアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎを平均受信波群Ｒ４を当て嵌める際の区切りとする処理や、重複する平均受信波群Ｒ４の平均値をとる処理などを適用する。
【００３７】
このようにパターン生成手段１４で求められるパターンデータ列Ｙ２は、全てのアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎについて、全アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎで定常的に現れる不要波成分Ｙ１に、反射波成分のうち等間隔に現れる非対象反射成分（非対象物２３で反射された電磁波に相当する）を加えたものとなる。したがって、次のステップＳ１２で、補正反射波算出手段１５が、記憶部５内の位置毎データ列Ａ１〜Ａｎからパターン生成手段１４の出力（パターンデータ列Ｙ２）を減算することにより、各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎについて反射波成分Ｃ１に含まれる対象反射成分を強調した補正反射波成分Ｃ２を抽出することができる。
【００３８】
たとえば、位置毎データ列Ａ１〜Ａｎに対して実際には図８（ａ）に示すような反射波成分（以下、「実反射波成分」という）が含まれている場合、各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎに関して上記反射波成分Ｃ１の最大値となる最大データを、縦軸が強度、横軸がアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎとなるように並べると、図８（ｂ）に示すように対象反射成分と非対象反射成分との両方が山部として現れることとなる（図中破線で囲んだ部分が対象反射成分）。そのため、図８（ｂ）の状態では、対象反射成分と非対象反射成分との区別が付かない。なお、図８（ａ）、（ｃ）、（ｅ）では、横軸を伝播時間、縦軸を強度として、複数のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎに対応する各波形を縦軸方向に並べている。
【００３９】
ここで、背景技術の欄で説明した従来例のように、位置毎データ列Ａ１〜Ａｎから不要波成分を減算することで反射波成分を求める構成では、反射波成分は図８（ｃ）に示すように図８（ａ）の実反射波成分に類似する。そのため、各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎに関して上記反射波成分の最大値となる最大データを、縦軸が強度、横軸がアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎとなるように並べても、図８（ｄ）に示すように図８（ｂ）と同様に対象反射成分と非対象反射成分との両方が山部として現れることとなり（図中破線で囲んだ部分が対象反射成分）、依然として対象反射成分と非対象反射成分との区別が付かない。したがって、これら２つの成分を含む反射波成分から対象物２１のみを探知することは困難である。なお、この従来例において求まる反射波成分は、本実施形態のステップＳ７までの処理で求まる反射波成分Ｃ１（つまり、位置毎データ列Ａ１〜Ａｎから不要波成分Ｙ１を減算したもの）に相当する。
【００４０】
これに対して、ステップＳ１２で求まる補正反射波成分Ｃ２（つまり、位置毎データ列Ａ１〜Ａｎからパターンデータ列Ｙ２を減算したもの）は、図８（ｅ）に示すように非対象反射成分が減衰したものとなるため、各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎに関して上記補正反射波成分Ｃ２の最大値となる最大データを、縦軸が強度、横軸がアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎとなるように並べると、図８（ｆ）に示すように対象反射成分が強調されることとなり（図中破線で囲んだ部分が対象反射成分）、対象物２１のみを容易に探知可能となる。
【００４１】
本実施形態の解析手段１６は、上述のように補正反射波算出手段１５で求まった複数のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎについての補正反射波成分Ｃ２をステップＳ１３において解析し、補正反射波成分Ｃ２の強度が所定の閾値を超えるか否かによって対象物２１の有無を検出する。ここに、補正反射波成分Ｃ２の強度は対象物２１での電磁波の反射率により変化し、当該反射率は対象物２１の材質により変化するので、前記閾値を特定の材質の対象物２１における電磁波の反射率に合わせて設定しておくことによって、対象物２１よりも電磁波の反射率の小さい物体を無視して特定の材質の対象物２１のみを検出することができる。なお、解析手段１６は、補正反射波成分Ｃ２に基づいて対象物２１の有無以外の状態を検出する構成であってもよく、たとえば、電磁波が送信されてから受信されるまでの経過時間に基づいて求まる対象物２１までの距離や、対象物２１の大きさや形状あるいは材質、さらにはアンテナ部１と対象物２１との間に存在する媒質（壁材等）２２の特性（たとえば誘電率）などを解析手段１６に検出させることが考えられる。実際には、電磁波はその伝播距離によって減衰量が異なるため、電磁波がアンテナ部１より送信されてからアンテナ部１で受信されるまでに要した時間と電磁波の速度からその伝播距離を算出し、減衰効果を考慮することで、各特性をより高精度に検出することが可能となる。また、媒質２２によって電磁波の伝播速度は異なるから、媒質２２の材質が分かる場合には媒質２２の特性（電気的特性）に基づいて、より高精度に伝播距離を算出することが可能である。この場合、想定される媒質２２の特性を予め記憶部５に記憶しておいてもよいが、入力部８から自由に設定できるようにしてもよい。
【００４２】
ここにおいて、本実施形態の構成によれば上述したように対象反射成分が強調された補正反射波成分Ｃ２を算出することができるので、解析手段１６で当該補正反射波成分Ｃ２を解析することにより得られる各種解析結果は、非対象物２３の影響を受けにくくなる。
【００４３】
解析手段１６で求められた各種解析結果はステップＳ１４において出力部６から出力される。出力部６は、解析結果を視認可能な形で映像表示する表示用モニタ（図示せず）を備えているが、この他、音声出力するためのスピーカ等の機器や、解析結果を記憶するための記憶装置や、更なる詳細な分析を行うための演算装置などを付加し、様々な出力形態に対応させてもよい。なお、ほとんどのアプリケーションでは、各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎの位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを記憶部５に取り込む処理（Ｓ２）から解析結果の出力（Ｓ１４）までのプロセスを１回行うだけでなく、繰り返し行う。この場合に、再びステップＳ２から処理が繰り返される（Ｓ１５）。
【００４４】
ところで、構造物表面もしくは地表面からなる基準面２０の奥に存在する対象物２１を探知する場合には、一般的に、上述したように複数のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎにおいて電磁波の送受信を行い受信信号を収集する。本実施形態では、複数のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎで電磁波の送受信を行うために、アンテナ部１が各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎに移動するように（図２参照）物体探知装置自体を移動させる移動手段（図示せず）を備えている。移動手段としては、基準面２０上を転動する車輪を有した構成を採用するが、この構成に限るものではなく、たとえば複数のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎを通るレールに沿って物体探知装置を移動させる構成などが考えられる。ここに、アンテナ部１は、１個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で電磁波を受信するように構成されており、アンテナ部１の小型化を図っている。
【００４５】
また、アンテナ部１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を１個ずつ備える構成であってもよく、この場合にも、アンテナ部１を各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎに移動させる移動手段が設けられる。さらにまた、アンテナ部１は、電磁波の送受信を行うアンテナを複数個備えるか、あるいは送信アンテナと受信アンテナとの組を複数組備えていてもよく、この場合でも、移動手段によってアンテナ部１を各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎに移動させる移動手段が設けられる。
【００４６】
ここにおいて、送信アンテナと受信アンテナとの組が各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎにそれぞれ配置されている場合、あるいはそれぞれ電磁波の送受信を行うアンテナが各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎにそれぞれ配置されている場合には、送信アンテナと受信アンテナとを１組ずつ使用し（あるいはアンテナを１個ずつ使用し）、且つ使用する送信アンテナと受信アンテナとの組（あるいは使用するアンテナ）を順に切り替えていくことにより、アンテナ部１を移動させることなくアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎを切り替えることができるので、移動手段を省略することができる。
【００４７】
なお、本実施形態では、鉄筋コンクリート中の樹脂配管を対象物２１として探知する例を示したが、この例に限らず、たとえば埋込ボックスやコンクリートの劣化、亀裂など、様々なものを対象物２１として探知することができる。
【００４８】
（実施形態２）
本実施形態の物体探知装置は、パターン生成手段１４が平均受信波群Ｒ４を求める前に、複数の区画Ｄ（ｒ）において非対象反射成分のサンプリングタイミングが揃うように各区画Ｄ（ｒ）における位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを補正する補正手段（図示せず）を有する点が実施形態１の物体探知装置と相違する。
【００４９】
すなわち、基準面２０に沿って等間隔で配列された非対象物２３が鉄筋などの場合、基準面２０から非対象物２３までの距離がばらついていることがある。この場合、反射波成分において各非対象物２３での反射波に相当する非対象反射成分は、伝播時間方向にばらつきを生じることとなるものの、波形の形状自体は略同一とみなすことができる。そこで、本実施形態では、補正手段が、各基準位置における最大データの伝播時間を揃えるように、集合Ｔ３の各要素に基づいて受信波群Ｒ３（ｒ）の各成分（位置毎データ列Ａ１〜Ａｎ）を伝播時間方向（つまり図６（ｃ）の上下方向）にシフトさせるように補正している。このように受信波群Ｒ３（ｒ）の各成分を補正してから平均受信波群Ｒ４を算出するようにすれば、各受信波群Ｒ３（ｒ）の波形の形状を精度よく再現した平均受信波群Ｒ４を求めることができるので、結果的に、補正反射波成分Ｃ２において対象反射成分を精度よく再現でき、探知精度の向上につながるという利点がある。
【００５０】
なお、ステップＳ１１においてパターンデータ列Ｙ２を生成する際には、非対象物２３までの距離のばらつきだけでなく、非対象物２３の大きさのばらつきによって現れる強度のばらつきや伝播時間のずれも影響するので、これらの影響もなくすように位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを補正してもよい。
【００５１】
その他の構成および機能は実施形態１と同様である。
【００５２】
（実施形態３）
本実施形態の物体探知装置は、パターン生成手段１４が平均受信波群Ｒ４を求めるステップＳ１０において、集合Ｑ３の構成要素（基準位置）を含む区画Ｄ（ｒ）に対応した全ての受信波群Ｒ３（ｒ）から平均受信波群Ｒ４を求めるのではなく、対象反射成分を含む受信波群Ｒ３（ｒ）を除外した残りの受信波群Ｒ３（ｒ）を用いて平均受信波群Ｒ４を求めるようにした点が実施形態１の物体探知装置と相違する。
【００５３】
具体的には、集合Ｑ２に含まれるアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎであって基準位置に該当しない（つまり集合Ｑ３に含まれない）もののうち対象物２１の位置に対応すると判断されたアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎを除外基準とし、除外基準あるいは除外基準の前後数箇所のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎを含む区画Ｄ（ｒ）に対応する受信波群Ｒ３（ｒ）は、平均受信波群Ｒ４の算出時に除外する。ここで、集合Ｑ２に含まれるアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎが対象物２１の位置に対応するか否かは、たとえば当該アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎと前後数箇所のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎとに関する最大データが双曲線状に並んでいれば対応する、並んでいなければ対応しないものとして判断される。
【００５４】
要するに、受信波群Ｒ３（ｒ）は全てのアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎにおいて抽出されるので、一部の受信波群Ｒ３（ｒ）には反射波成分のうちの対象反射成分も含まれることとなる。そのため、全ての受信波群Ｒ３（ｒ）を平均化して平均受信波群Ｒ４を求めると、この平均受信波群Ｒ４を用いて生成されるパターンデータ列Ｙ２には対象反射成分が影響し、補正反射波成分Ｃ２において対象反射成分のみを精度よく強調することができなくなるが、本実施形態の構成によれば、対象反射成分の影響を除いたパターンデータ列Ｙ２を生成することができ、結果的に、補正反射波成分Ｃ２において対象反射成分を精度よく再現でき、探知精度の向上につながるという利点がある。なお、本実施形態の構成を実施形態２の構成と組み合わせることも可能である。
【００５５】
その他の構成および機能は実施形態１と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態１を示し、（ａ）は概略ブロック図、（ｂ）は要部の概略ブロック図である。
【図２】同上の動作説明図である。
【図３】（ａ）は同上の位置毎データ列を示す説明図、（ｂ）は（ａ）の一部Ｚを拡大した説明図である。
【図４】同上の動作説明図であって、（ａ）は不要波成分を示す説明図、（ｂ）は反射波成分を示す説明図、（ｃ）は位置毎データ列を示す説明図である。
【図５】同上の動作を示すフローチャートである。
【図６】同上の動作説明図である。
【図７】同上の動作説明図である。
【図８】同上の動作説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ アンテナ部
５ 記憶部
９ サンプリング手段
１３ 区画化手段
１４ パターン生成手段
１５ 補正反射波算出手段
１６ 解析手段
２０ 基準面
２１ 対象物
２３ 非対象物
Ａ１〜Ａｎ 位置毎データ列
Ｃ２ 補正反射波成分
Ｒ４ 平均受信波群
Ｘ１〜Ｘｎ アンテナ位置
Ｙ２ パターンデータ列
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物中または地中に埋設された対象物や、構造物の裏側に存在する対象物を電磁波により探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、鉄筋コンクリート壁などの構造物中または地中に埋設された対象物（たとえば埋設管など）を電磁波により探知する技術として、パルス状の電磁波を送受信するアンテナ部を構造物表面または地表面からなる基準面に沿う複数のアンテナ位置に移動させ、各アンテナ位置においてアンテナ部から送信され対象物で反射された電磁波をアンテナ部で受信し電気信号である受信信号に変換することにより、対象物を探知することが知られている（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
この種の物体探知においてアンテナ部で受信される受信信号には、基準面の奥に存在する物体で反射された電磁波に相当する反射波成分だけでなく、基準面で反射された電磁波などの不要波成分が含まれている。不要波成分は、通常、各アンテナ位置で共通し、且つ測定環境が大きく変化しない限り定常的な値をとる。
【０００４】
ここにおいて、各アンテナ位置で受信された受信信号の強度を所定間隔のサンプリングタイミングごとに強度データとし、当該強度データのアンテナ位置ごとの集合を位置毎データ列として記憶部に記憶し、複数のアンテナ位置における同一のサンプリングタイミングの強度データの平均値を算出することにより、当該平均値の複数のサンプリングタイミング分の集合を不要波成分と想定することが考えられている。この場合に、算出した不要波成分を各アンテナ位置における位置毎データ列からそれぞれ減算することにより反射波成分を算出する。
【０００５】
なお、特許文献１に記載の発明では、全アンテナ位置における強度データの平均値を不要波成分とするのではなく、反射波成分の算出対象とするアンテナ位置およびその前後の複数のアンテナ位置における強度データの平均値を不要波成分としている。
【特許文献１】特開平１０−１３２９５０号公報（第４−５頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、たとえば鉄筋コンクリート壁においてはコンクリート中に基準面に沿って複数の鉄筋が等間隔で配列されている。そのため、鉄筋コンクリート壁中に存在する樹脂配管等を対象物として探知する場合には、アンテナ部から送波された電磁波は対象物以外の非対象物（ここでは鉄筋）でも反射されることになる。つまり、反射波成分には非対象物での反射波に相当し等間隔のアンテナ位置で規則的に現れる非対象反射成分と、対象物での反射波に相当し対象物に対応するアンテナ位置に現れる対象反射成分との２つの成分が含まれる。したがって、複数の非対象物と対象物とが混在している場合、対象反射成分が非対象反射成分に埋もれてしまうことで、対象物を探知できなくなる可能性がある。特に、たとえば樹脂配管などの対象物が鉄筋のように相対的に反射率の高い非対象物よりも奥に存在する場合など、反射波成分において対象反射成分の強度が非対象反射成分の強度よりも小さくなる場合、対象物の探知が極めて困難になる。
【０００７】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、対象物および基準面に沿って等間隔で配列された非対象物の中から対象物のみを検出することができる物体探知装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、探知領域内に設定された基準面に沿う複数のアンテナ位置においてアンテナ部から基準面に向けて電磁波を間欠的に送信し、前記基準面の奥に存在する探知の対象物および前記基準面に沿って等間隔で配列された複数の非対象物により反射された電磁波を前記アンテナ部で受信し電気信号である受信信号に変換することにより前記対象物を探知する物体探知装置であって、各アンテナ位置で受信された受信信号の強度を所定間隔のサンプリングタイミングごとに強度データとし、当該強度データの前記アンテナ位置ごとの集合を位置毎データ列として記憶部に記憶するサンプリング手段と、前記位置毎データ列に基づいて各非対象物にそれぞれ対応する前記アンテナ位置の集合が１区画となるように、複数の前記アンテナ位置を複数の区画に区画化する区画化手段と、複数の前記区画について相対的な位置関係が同一の各アンテナ位置同士でそれぞれ前記位置毎データ列の平均値を取ることで求まる平均受信波群を、各区画にそれぞれ当て嵌めることによりパターンデータ列を生成するパターン生成手段と、前記位置毎データ列から前記パターンデータ列を減算することにより、前記対象物で反射された電磁波に相当する対象反射成分が強調された補正反射波成分を算出する補正反射波算出手段と、複数の前記アンテナ位置における前記補正反射波成分の強度に基づいて前記対象物の状態を検出する解析手段とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、パターン生成手段で生成されるパターンデータ列は、基準面で反射された電磁波などに相当し全アンテナ位置で定常的に現れる不要波成分に、基準面に沿って等間隔で配列されたたとえば鉄筋コンクリート中の鉄筋などの非対象物で反射された電磁波に相当する非対象反射成分を加えたものとなる。したがって、補正反射波算出手段において、位置毎データ列からパターンデータ列を減算することにより算出される補正反射波成分では、対象物で反射された電磁波に相当する対象反射成分が強調される。これにより、たとえば樹脂配管などの対象物が鉄筋のように相対的に反射率の高い非対象物よりも奥に存在する場合など、反射波成分において対象反射成分の強度が非対象反射成分の強度よりも小さくなる場合でも、解析手段は補正反射波成分の強度に基づいて対象物の状態を検出することができる。すなわち、対象物および基準面に沿って等間隔で配列された非対象物の中から対象物のみを検出することができるという利点がある。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記パターン生成手段が、前記平均受信波群を求める前に、複数の前記区画において前記非対象物で反射された電磁波に相当する非対象反射成分の前記サンプリングタイミングが揃うように各区画における前記位置毎データ列を補正する補正手段を有することを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、各区画における位置毎データ列の波形の形状を精度よく再現した平均受信波群を求めることができるから、補正反射波成分において対象反射成分を精度よく再現でき、結果的に探知精度の向上につながるという利点がある。
【００１２】
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、前記パターン生成手段は、前記位置毎データ列に前記対象反射成分が含まれる前記区画を除く前記区画について前記位置毎データ列の平均値を取ることにより前記平均受信波群を求めることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、対象反射成分の影響を除いたパターンデータ列を生成することができ、結果的に、補正反射波成分において対象反射成分を精度よく再現できて探知精度の向上につながるという利点がある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、対象物で反射された電磁波に相当する対象反射成分が強調された補正反射波成分の強度に基づいて対象物の状態を検出するから、対象物および基準面に沿って等間隔で配列された非対象物の中から対象物のみを検出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】
【００１５】
（実施形態１）
本実施形態の物体探知装置は、アンテナで電気信号である送信信号を受けて電磁波を送信するとともに、前記アンテナで電磁波を受信し電気信号である受信信号に変換するアンテナ部１（図１（ａ）参照）を備え、図２に示すように、構造物表面もしくは地表面からなる基準面２０に沿った複数箇所（ここではｎ箇所）のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎにおいてアンテナ部１から基準面２０に向けて電磁波を間欠的に送信し、基準面２０よりも奥に存在する対象物２１により反射された電磁波をアンテナ部１で受信することにより対象物２１を探知するものである。なお、本実施形態では複数箇所のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎにおいてアンテナ部１で電磁波の送受波を行うためにアンテナ部１を基準面２０に沿って移動させており、図２ではアンテナ部１の移動方向を矢印ａで表している。
【００１６】
物体探知装置は、図１（ａ）に示すように、前記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２と、信号生成部２から出力された送信信号を信号処理してアンテナ部１からパルス状の電磁波を送信させる第１の信号処理部３と、各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎにおいて前記受波期間にアンテナ部１からの受信信号をそれぞれ受けて各受信信号を信号処理し、対象物２１を探知する第２の信号処理部４とを備える。さらに、第２の信号処理部４での信号処理に用いる各種データを記憶する記憶部５と、第２の信号処理部４での検知結果などを出力する出力部６と、信号生成部２および各信号処理部３，４の信号処理方法（出力部６での出力内容を含む）を制御する制御部７と、制御部７に各種の指示を与えるように操作される入力部８とが設けられている。
【００１７】
ここにおいて、信号生成部２は、制御部７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３に与えるとともにタイミング信号を第２の信号処理部４に与える。第１の信号処理部３は、入力された送信信号に対して増幅などの処理を行いアンテナ部１から電磁波を送信させる。
【００１８】
第２の信号処理部４は、図１（ｂ）に示すように、アンテナ部１からの受信信号を増幅するとともに増幅後の受信信号の強度を所定間隔のサンプリングタイミングごとにデジタルの強度データに変換して記憶部５に記憶するサンプリング手段９と、記憶部５に格納された強度データを用いて対象物２１を探知する演算部１０とを備えている。第２の信号処理部４の各手段は、たとえばマイクロコンピュータに適宜プログラムを施すことで実現されるが、マイクロコンピュータに限らず、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等を用いても実現可能である。記憶部５内には、各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎと各サンプリングタイミングとが対にされ各強度データにそれぞれ対応付けて格納されており、強度データは実質的にアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎとサンプリングタイミングとについて２次元配置されたデータマップを形成する。ここに、記憶部５内における強度データのアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎごとの集合を位置毎データ列と定義する。
【００１９】
さらに以下の説明では、アンテナ位置Ｘ１で受信された受信信号に相当する位置毎データ列をＡ１、アンテナ位置Ｘ２で受信された受信信号に相当する位置毎データ列をＡ２とするように、各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎで受信された受信信号に相当する位置毎データ列をそれぞれ位置毎データ列Ａ１〜Ａｎとする。図３（ａ）は、アンテナ部１がアンテナ位置Ｘ３にあるときの位置毎データ列Ａ３を表している。図３（ａ）では、横軸を電磁波の送波時点からの経過時間を意味する伝播時間とし、縦軸を強度としている。
【００２０】
各位置毎データ列Ａ１〜Ａｎは、サンプリング手段９でサンプリングされることによりそれぞれ複数個の強度データの集合で表されることとなる。ここでは、サンプリングタイミングの時間間隔を図３（ｂ）に示すようにΔｔ〔ｓ〕とすることにより、各位置毎データ列Ａ１〜Ａｎがそれぞれ計ｍ個の強度データ（要素）で表されるものとする。すなわち、位置毎データ列Ａ１＝〔強度データＡ１（１）、強度データＡ１（２）、・・・、強度データＡ１（ｍ）〕、位置毎データ列Ａ２＝〔強度データＡ２（１）、強度データＡ２（２）、・・・、強度データＡ２（ｍ）〕、・・・、位置毎データ列Ａｎ＝〔強度データＡｎ（１）、強度データＡｎ（２）、・・・、強度データＡｎ（ｍ）〕となる。
【００２１】
ところで、図４（ｃ）に示す位置毎データ列Ａ１〜Ａｎは、図４（ａ）の不要波成分と図４（ｂ）の反射波成分とが合成されたものである。図４では、横軸を伝播時間、縦軸を強度として、複数のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎに対応する各波形を縦軸方向に並べている。ここでいう不要波成分とは、対象物２１で反射されたのではなく、基準面２０や物体探知装置の表面で反射された電磁波を意味する。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別に有したアンテナ部１を用いる場合には、送信アンテナから受信アンテナに直接伝播する直接波も不要波成分に含まれる。これら不要波成分は、全てのアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎで均一に現れ、且つ測定環境が大きく変化しない限り定常的な値をとる。
【００２２】
反射波成分は、基準面２０よりも奥の物体で反射された電磁波に相当する。ここで、反射波成分に含まれるのは探知の対象となる対象物２１で反射されたものに限らない。すなわち、たとえば図２に示すように、鉄筋コンクリート壁に埋設された樹脂配管等を対象物２１とする場合、コンクリートからなる媒質２２中には多数の非対象物である鉄筋が基準面２０に沿って等間隔で規則的に配列されているので、アンテナ部１から送波された電磁波は対象物（ここでは樹脂配管等）２１以外の多数の非対象物（ここでは鉄筋）２３でも反射されることになる。結果的に、反射波成分には非対象物２３での反射波に相当し等間隔のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎで規則的に現れる非対象反射成分と、対象物２１での反射波に相当し対象物２１に対応するアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎに現れる対象反射成分との２つの成分が含まれる。なお、ランダムに発生する熱雑音等の雑音成分が不要波成分として位置毎データ列Ａ１〜Ａｎに含まれることもあるが、反射波成分に比べて雑音成分が無視できる大きさであれば、不要波成分における雑音成分は無視する。雑音成分が無視できない場合には、適切なフィルタ処理を行って雑音成分を取り除くようにすればよい。フィルタとしては、ＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタやＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタ、または、これらにハミング窓（Ｈａｍｍｉｎｇ Ｗｉｎｄｏｗ）などの窓関数やチェビシェフ（Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ）近似などを適用したものなど多くの選択肢があり、これらを適宜採用すればよい。
【００２３】
演算部１０は、各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎで共通の不要波成分を求める不要波算出手段１１と、位置毎データ列Ａ１〜Ａｎから前記不要波成分を減算することにより反射波成分を求める不要波除去手段１２と、前記反射波成分を用いることでそれぞれ非対象物２３に対応する位置を含む複数の区画にアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎを区画化する区画化手段１３と、複数の区画について位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを平均化したものを各区画にそれぞれ当て嵌めることによりパターンデータ列を生成するパターン生成手段１４と、位置毎データ列Ａ１〜Ａｎから前記パターンデータ列を減算することにより対象反射成分を強調した補正反射波成分を算出する補正反射波算出手段１５と、複数のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎにおける前記補正反射波成分の強度に基づいて対象物２１の状態を検出する解析手段１６とを備えている。
【００２４】
以下に、本実施形態の物体探知装置の動作について図５のフローチャートを参照して説明する。ここでは、図２に示すように非対象物（鉄筋）２３を等間隔で配列してある鉄筋コンクリート壁に埋設された樹脂配管を、対象物２１として探知する場合について説明する。
【００２５】
図５におけるステップＳ１は初期化であって、ここで設定される各種パラメータ（ｉ＝０、雑音成分算出方法の設定など）は、予め定められていてもよく、入力部８で取り込まれた値であってもよい。
【００２６】
続いて、ステップＳ２，Ｓ３においては各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎの位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを個別に記憶部５に取り込む。位置毎データ列Ａ１〜Ａｎは必要なデータ列数（つまりアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎの数ｎ）に達するまで取り込まれる（Ｓ４，Ｓ５）。ここで、新しい位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを取り込む度に、既に取り込んだ位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを１列ずつシフトする（Ｓ２）。これにより、位置毎データ列Ａ１〜Ａｎがデータ列数ｎだけ一旦取り込まれ後述の解析手段１６により解析結果が得られた以降は、新しい位置毎データ列Ａ１〜Ａｎが１つ取り込まれる度に、その位置毎データ列Ａ１〜Ａｎのみが更新された状態で新たに解析手段１６での解析が可能になる。すなわち、最も新しい位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを最も古い位置毎データ列Ａ１〜Ａｎと入れ替えることができる。位置毎データ列Ａ１〜Ａｎの取り込みには、同様に新旧の位置毎データ列Ａ１〜Ａｎの入れ替えが可能な他の信号処理方法を用いてもよい。
【００２７】
強度データは、記憶部５内において同一のサンプリングタイミング（同一の伝播時間）ごとにも格納され、それぞれ時間毎データ列Ｂ１〜Ｂｍを構成する。すなわち、受信された各位置毎データ列Ａ１〜Ａｎにおける最初のサンプリングタイミングの強度データの集合〔強度データＡ１（１）、強度データＡ２（１）、・・・、強度データＡｎ（１）〕が時間毎データ列Ｂ１となり、以降、時間毎データ列Ｂ２＝〔強度データＡ１（２）、強度データＡ２（２）、・・・、強度データＡｎ（２）〕、・・・、時間毎データ列Ｂｍ＝〔強度データＡ１（ｍ）、強度データＡ２（ｍ）、・・・、強度データＡｎ（ｍ）〕となる。
【００２８】
ステップＳ６では、位置毎データ列Ａ１〜Ａｎから不要波成分Ｙ１を算出するために、不要波算出手段１１が、まず記憶部５から強度データを時間毎データ列Ｂ１〜Ｂｍごとに取り出す。各時間毎データ列Ｂ１〜Ｂｍは、それぞれ図４（ｃ）における位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを同一のサンプリングタイミング（同一の伝播時間）で切断した断面１、２、・・・、Ｎ、・・・ｍに相当する。ここで、各時間毎データ列Ｂ１〜Ｂｍについて、それぞれ強度データの平均値Ｙ１（ｊ）を代表値として求める。つまり、時間毎データ列Ｂ１については｛Ａ１（１）＋Ａ２（１）＋・・・＋Ａｎ（１）｝／ｎによって表される平均値Ｙ１（１）を求め、同様の処理を全ての時間毎データ列Ｂ２〜Ｂｍについて繰り返す。不要波算出手段１１は、このように算出された平均値Ｙ１（ｊ）の全サンプリングタイミング分の集合〔Ｙ１（１）、Ｙ１（２）、・・・、Ｙ１（ｍ）〕を不要波成分Ｙ１として出力する。このとき、不要波成分Ｙ１に対して適切なフィルタ処理を施すことで雑音成分を取り除くことができる。フィルタとしては上述したものを用いればよい。なお、不要波成分Ｙ１を算出するために求める各時間毎データ列Ｂ１〜Ｂｍの代表値は、強度データの平均値に限るものではなく、強度データの中央値（メディアン値）や最頻値などであってもよいが、強度データの平均値を代表値として用いる方法が最も単純であるため、信号処理速度を速くできるという利点がある。
【００２９】
ステップＳ７では、不要波除去手段１２が、記憶部５内の位置毎データ列Ａ１〜Ａｎから不要波算出手段１１の出力（不要波成分Ｙ１）を減算することにより、各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎでの反射波成分Ｃ１を求める。
【００３０】
ただし、ステップＳ７で求まる反射波成分Ｃ１には、上述したように等間隔のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎで規則的に現れる非対象反射成分と、対象物２１に対応するアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎに現れる対象反射成分との２つの成分が含まれており、これら２つの成分を含む反射波成分Ｃ１から対象物２１のみを探知することは困難である。そこで、本実施形態では以下に説明する処理により、上述の反射波成分Ｃ１を用いて、対象反射成分が強調された補正反射波成分Ｃ２を算出するようにしている。
【００３１】
ここではまず、区画化手段１３が反射波成分Ｃ１に基づいて位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを区画化するために、ステップＳ８において、各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎに関して反射波成分Ｃ１の最大値となる強度データ（以下、「最大データ」という）と、各最大データの伝播時間とを検出する。図６（ａ）では、縦軸をアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎとし、横軸を伝播時間とし、最大データを黒点で表している。ここでいう最大データは、各反射波成分Ｃ１の中で強度データを比較した場合にそれぞれ最大となる強度データであってもよいが、基準の波形に対して各反射波成分Ｃ１の相関をとり、このとき相関値が最大となる強度データを最大データとしてもよい。以下では、アンテナ部１が移動する順に並べたアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎの集合をＱ１（＝〔Ｘ１、Ｘ２、・・・、Ｘｎ〕）で表し、集合Ｑ１に対応する最大データの集合をＰ１（＝〔ｐ１（１）、ｐ１（２）、・・・、ｐ１（ｎ）〕）、集合Ｐ１に対応する伝播時間の集合をＴ１（＝〔ｔ１（１）、ｔ１（２）、・・・、ｔ１（ｎ）〕）と定義する。
【００３２】
次のステップＳ９においては、区画化手段１３は、図６（ｂ）に示すように集合Ｐ１に含まれる最大データをアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎと同じ順番に並べたときに強度の極大（図６（ｂ）に「ｐ２」で示す）となるアンテナ位置Ｘ３、・・・、Ｘ（ｎ−１）を検出する（図６の例では８箇所検出される）。図６（ｂ）では横軸をアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎとし、縦軸を強度としている。このとき検出されたアンテナ位置Ｘ３、・・・、Ｘ（ｎ−１）の集合をＱ２（＝〔Ｘ３、・・・、Ｘ（ｎ−１）〕）で表し、集合Ｑ２に対応する最大データの集合をＰ２（＝〔ｐ２（３）、・・・、ｐ２（ｎ−１）〕）、集合Ｐ２に対応する伝播時間の集合をＴ２（＝〔ｔ２（３）、・・・、ｔ２（ｎ−１）〕）と定義する。
【００３３】
さらに、集合Ｐ２の中で図６（ｂ）に示すように強度が所定範囲Ｗ１内となる最大データｐ２（３）、・・・、ｐ２（ｎ−１）に対応し、且つ、集合Ｔ２の中で図６（ａ）、（ｃ）に示すように時間が所定範囲Ｗ２内となる伝播時間ｔ２（３）、・・・、ｔ２（ｎ−１）に対応するアンテナ位置Ｘ３、・・・、Ｘ（ｎ−１）を基準位置として検出する。なお、図６（ｃ）では横軸をアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎとし、縦軸を伝播時間として、集合Ｔ１に含まれる最大データの伝播時間を表している。ここでは、集合Ｐ２、集合Ｔ２のそれぞれについて半数以上の要素が分布している範囲を前記所定範囲Ｗ１，Ｗ２としており、基準位置はｋ箇所検出されると仮定する（図６の例ではｋ＝５）。このとき検出された基準位置の集合をＱ３（＝〔Ｘ３、・・・、Ｘ（ｎ−１）〕）で表し、集合Ｑ３に対応する最大データの集合をＰ３（＝〔ｐ３（３）、・・・、ｐ３（ｎ−１）〕）、集合Ｐ３に対応する伝播時間の集合をＴ３（＝〔ｔ３（３）、・・・、ｔ３（ｎ−１）〕）と定義する。このように求められる集合Ｑ３の各基準位置は、等間隔で配列された非対象物（ここでは鉄筋）２３の位置を表すこととなる。
【００３４】
そして、区画化手段１３は、図７（ａ）に示すように、各基準位置および各基準位置の前後Ｌ箇所のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎをそれぞれ含む複数の区画Ｄ（ｒ）にアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎを区分する（ここではｒ＝１、２、・・・、ｋ）。ここにおいて、全てのアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎがいずれかの区画Ｄ（ｒ）に含まれるように、ＬはＬ≧｛（Ｑ３において隣接する基準位置同士の最大の間隔）／２｝の条件を満たすように設定される。このとき、位置毎データ列Ａ１〜Ａｎについてもアンテナ位置の区画Ｄ（ｒ）ごとに集合Ｒ３（ｒ）を作るように区画化し、各集合Ｒ３（ｒ）をそれぞれ受信波群と定義する。すなわち、ある基準位置Ｘｕ（ここでは１≦ｕ≦ｎ）を含む区画Ｄ（ｒ）に対応する受信波群Ｒ３（ｒ）は、Ｒ３（ｒ）＝〔Ａ（ｕ−Ｌ）、Ａ（ｕ−Ｌ＋１）、・・・、Ａ（ｕ−１）、Ａ（ｕ）、Ａ（ｕ＋１）、・・・、Ａ（ｕ＋Ｌ）〕のように２Ｌ＋１個の位置毎データ列の集合で表される。ｋ箇所の基準位置が検出された場合には、このような受信波群Ｒ３（ｒ）がｋ個存在することになる。なお、図７（ａ）では、横軸を伝播時間とし、縦軸を強度として、複数のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎに対応する各波形（左側が位置毎データ列Ａ１〜Ａｎ、右側が反射波成分）を縦軸方向に並べている。
【００３５】
次のステップＳ１０においては、パターン生成手段１４が、ステップＳ９で求めた複数の受信波群Ｒ３（ｒ）を平均化して平均受信波群Ｒ４を求める。すなわち、図７（ｂ）に示すｋ個の受信波群Ｒ３（ｒ）について、各基準位置に対する相対的な位置関係が同一のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎ間でそれぞれ位置毎データ列Ａ１〜Ａｎの強度の平均値を取ることで、図７（ｃ）に示す平均受信波群Ｒ４（＝｛Ｒ３（１）＋Ｒ３（２）＋・・・＋Ｒ３（ｋ）｝／ｋ）を算出する。この平均受信波群Ｒ４は、１つの区画Ｄ（ｒ）について、全アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎで定常的に現れる不要波成分Ｙ１に、反射波成分のうち非対象物２３で反射された電磁波に相当する非対象反射成分を加えたものとなる。なお、平均受信波群Ｒ４に対しても適切なフィルタ処理を施すことで雑音成分を取り除くことが望ましい。
【００３６】
続くステップＳ１１では、パターン生成手段１４が、上記平均受信波群Ｒ４を上述したアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎの各区画Ｄ（ｒ）にそれぞれ当て嵌めることにより、図７（ｄ）に示すように平均受信波群Ｒ４をアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎの並ぶ方向に複数並べた形のパターンデータ列Ｙ２を生成する。平均受信波群Ｒ４は、それぞれ中心のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎを、各区画Ｄ（ｒ）の中心となる基準位置に合わせるように当て嵌められる。ここで、上述したように全てのアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎがいずれかの区画Ｄ（ｒ）に含まれるようにＬを設定していると、パターンデータ列Ｙ２は全てのアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎに対応することとなるものの、基準位置が等間隔からずれている場合などに、隣接する区画Ｄ（ｒ）同士の一部が重複することとなる。そこで、隣接する区画Ｄ（ｒ）同士の重複部分に関しては、両区画Ｄ（ｒ）の基準位置の中間となるアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎを平均受信波群Ｒ４を当て嵌める際の区切りとする処理や、重複する平均受信波群Ｒ４の平均値をとる処理などを適用する。
【００３７】
このようにパターン生成手段１４で求められるパターンデータ列Ｙ２は、全てのアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎについて、全アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎで定常的に現れる不要波成分Ｙ１に、反射波成分のうち等間隔に現れる非対象反射成分（非対象物２３で反射された電磁波に相当する）を加えたものとなる。したがって、次のステップＳ１２で、補正反射波算出手段１５が、記憶部５内の位置毎データ列Ａ１〜Ａｎからパターン生成手段１４の出力（パターンデータ列Ｙ２）を減算することにより、各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎについて反射波成分Ｃ１に含まれる対象反射成分を強調した補正反射波成分Ｃ２を抽出することができる。
【００３８】
たとえば、位置毎データ列Ａ１〜Ａｎに対して実際には図８（ａ）に示すような反射波成分（以下、「実反射波成分」という）が含まれている場合、各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎに関して上記反射波成分Ｃ１の最大値となる最大データを、縦軸が強度、横軸がアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎとなるように並べると、図８（ｂ）に示すように対象反射成分と非対象反射成分との両方が山部として現れることとなる（図中破線で囲んだ部分が対象反射成分）。そのため、図８（ｂ）の状態では、対象反射成分と非対象反射成分との区別が付かない。なお、図８（ａ）、（ｃ）、（ｅ）では、横軸を伝播時間、縦軸を強度として、複数のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎに対応する各波形を縦軸方向に並べている。
【００３９】
ここで、背景技術の欄で説明した従来例のように、位置毎データ列Ａ１〜Ａｎから不要波成分を減算することで反射波成分を求める構成では、反射波成分は図８（ｃ）に示すように図８（ａ）の実反射波成分に類似する。そのため、各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎに関して上記反射波成分の最大値となる最大データを、縦軸が強度、横軸がアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎとなるように並べても、図８（ｄ）に示すように図８（ｂ）と同様に対象反射成分と非対象反射成分との両方が山部として現れることとなり（図中破線で囲んだ部分が対象反射成分）、依然として対象反射成分と非対象反射成分との区別が付かない。したがって、これら２つの成分を含む反射波成分から対象物２１のみを探知することは困難である。なお、この従来例において求まる反射波成分は、本実施形態のステップＳ７までの処理で求まる反射波成分Ｃ１（つまり、位置毎データ列Ａ１〜Ａｎから不要波成分Ｙ１を減算したもの）に相当する。
【００４０】
これに対して、ステップＳ１２で求まる補正反射波成分Ｃ２（つまり、位置毎データ列Ａ１〜Ａｎからパターンデータ列Ｙ２を減算したもの）は、図８（ｅ）に示すように非対象反射成分が減衰したものとなるため、各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎに関して上記補正反射波成分Ｃ２の最大値となる最大データを、縦軸が強度、横軸がアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎとなるように並べると、図８（ｆ）に示すように対象反射成分が強調されることとなり（図中破線で囲んだ部分が対象反射成分）、対象物２１のみを容易に探知可能となる。
【００４１】
本実施形態の解析手段１６は、上述のように補正反射波算出手段１５で求まった複数のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎについての補正反射波成分Ｃ２をステップＳ１３において解析し、補正反射波成分Ｃ２の強度が所定の閾値を超えるか否かによって対象物２１の有無を検出する。ここに、補正反射波成分Ｃ２の強度は対象物２１での電磁波の反射率により変化し、当該反射率は対象物２１の材質により変化するので、前記閾値を特定の材質の対象物２１における電磁波の反射率に合わせて設定しておくことによって、対象物２１よりも電磁波の反射率の小さい物体を無視して特定の材質の対象物２１のみを検出することができる。なお、解析手段１６は、補正反射波成分Ｃ２に基づいて対象物２１の有無以外の状態を検出する構成であってもよく、たとえば、電磁波が送信されてから受信されるまでの経過時間に基づいて求まる対象物２１までの距離や、対象物２１の大きさや形状あるいは材質、さらにはアンテナ部１と対象物２１との間に存在する媒質（壁材等）２２の特性（たとえば誘電率）などを解析手段１６に検出させることが考えられる。実際には、電磁波はその伝播距離によって減衰量が異なるため、電磁波がアンテナ部１より送信されてからアンテナ部１で受信されるまでに要した時間と電磁波の速度からその伝播距離を算出し、減衰効果を考慮することで、各特性をより高精度に検出することが可能となる。また、媒質２２によって電磁波の伝播速度は異なるから、媒質２２の材質が分かる場合には媒質２２の特性（電気的特性）に基づいて、より高精度に伝播距離を算出することが可能である。この場合、想定される媒質２２の特性を予め記憶部５に記憶しておいてもよいが、入力部８から自由に設定できるようにしてもよい。
【００４２】
ここにおいて、本実施形態の構成によれば上述したように対象反射成分が強調された補正反射波成分Ｃ２を算出することができるので、解析手段１６で当該補正反射波成分Ｃ２を解析することにより得られる各種解析結果は、非対象物２３の影響を受けにくくなる。
【００４３】
解析手段１６で求められた各種解析結果はステップＳ１４において出力部６から出力される。出力部６は、解析結果を視認可能な形で映像表示する表示用モニタ（図示せず）を備えているが、この他、音声出力するためのスピーカ等の機器や、解析結果を記憶するための記憶装置や、更なる詳細な分析を行うための演算装置などを付加し、様々な出力形態に対応させてもよい。なお、ほとんどのアプリケーションでは、各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎの位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを記憶部５に取り込む処理（Ｓ２）から解析結果の出力（Ｓ１４）までのプロセスを１回行うだけでなく、繰り返し行う。この場合に、再びステップＳ２から処理が繰り返される（Ｓ１５）。
【００４４】
ところで、構造物表面もしくは地表面からなる基準面２０の奥に存在する対象物２１を探知する場合には、一般的に、上述したように複数のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎにおいて電磁波の送受信を行い受信信号を収集する。本実施形態では、複数のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎで電磁波の送受信を行うために、アンテナ部１が各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎに移動するように（図２参照）物体探知装置自体を移動させる移動手段（図示せず）を備えている。移動手段としては、基準面２０上を転動する車輪を有した構成を採用するが、この構成に限るものではなく、たとえば複数のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎを通るレールに沿って物体探知装置を移動させる構成などが考えられる。ここに、アンテナ部１は、１個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で電磁波を受信するように構成されており、アンテナ部１の小型化を図っている。
【００４５】
また、アンテナ部１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を１個ずつ備える構成であってもよく、この場合にも、アンテナ部１を各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎに移動させる移動手段が設けられる。さらにまた、アンテナ部１は、電磁波の送受信を行うアンテナを複数個備えるか、あるいは送信アンテナと受信アンテナとの組を複数組備えていてもよく、この場合でも、移動手段によってアンテナ部１を各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎに移動させる移動手段が設けられる。
【００４６】
ここにおいて、送信アンテナと受信アンテナとの組が各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎにそれぞれ配置されている場合、あるいはそれぞれ電磁波の送受信を行うアンテナが各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎにそれぞれ配置されている場合には、送信アンテナと受信アンテナとを１組ずつ使用し（あるいはアンテナを１個ずつ使用し）、且つ使用する送信アンテナと受信アンテナとの組（あるいは使用するアンテナ）を順に切り替えていくことにより、アンテナ部１を移動させることなくアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎを切り替えることができるので、移動手段を省略することができる。
【００４７】
なお、本実施形態では、鉄筋コンクリート中の樹脂配管を対象物２１として探知する例を示したが、この例に限らず、たとえば埋込ボックスやコンクリートの劣化、亀裂など、様々なものを対象物２１として探知することができる。
【００４８】
（実施形態２）
本実施形態の物体探知装置は、パターン生成手段１４が平均受信波群Ｒ４を求める前に、複数の区画Ｄ（ｒ）において非対象反射成分のサンプリングタイミングが揃うように各区画Ｄ（ｒ）における位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを補正する補正手段（図示せず）を有する点が実施形態１の物体探知装置と相違する。
【００４９】
すなわち、基準面２０に沿って等間隔で配列された非対象物２３が鉄筋などの場合、基準面２０から非対象物２３までの距離がばらついていることがある。この場合、反射波成分において各非対象物２３での反射波に相当する非対象反射成分は、伝播時間方向にばらつきを生じることとなるものの、波形の形状自体は略同一とみなすことができる。そこで、本実施形態では、補正手段が、各基準位置における最大データの伝播時間を揃えるように、集合Ｔ３の各要素に基づいて受信波群Ｒ３（ｒ）の各成分（位置毎データ列Ａ１〜Ａｎ）を伝播時間方向（つまり図６（ｃ）の上下方向）にシフトさせるように補正している。このように受信波群Ｒ３（ｒ）の各成分を補正してから平均受信波群Ｒ４を算出するようにすれば、各受信波群Ｒ３（ｒ）の波形の形状を精度よく再現した平均受信波群Ｒ４を求めることができるので、結果的に、補正反射波成分Ｃ２において対象反射成分を精度よく再現でき、探知精度の向上につながるという利点がある。
【００５０】
なお、ステップＳ１１においてパターンデータ列Ｙ２を生成する際には、非対象物２３までの距離のばらつきだけでなく、非対象物２３の大きさのばらつきによって現れる強度のばらつきや伝播時間のずれも影響するので、これらの影響もなくすように位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを補正してもよい。
【００５１】
その他の構成および機能は実施形態１と同様である。
【００５２】
（実施形態３）
本実施形態の物体探知装置は、パターン生成手段１４が平均受信波群Ｒ４を求めるステップＳ１０において、集合Ｑ３の構成要素（基準位置）を含む区画Ｄ（ｒ）に対応した全ての受信波群Ｒ３（ｒ）から平均受信波群Ｒ４を求めるのではなく、対象反射成分を含む受信波群Ｒ３（ｒ）を除外した残りの受信波群Ｒ３（ｒ）を用いて平均受信波群Ｒ４を求めるようにした点が実施形態１の物体探知装置と相違する。
【００５３】
具体的には、集合Ｑ２に含まれるアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎであって基準位置に該当しない（つまり集合Ｑ３に含まれない）もののうち対象物２１の位置に対応すると判断されたアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎを除外基準とし、除外基準あるいは除外基準の前後数箇所のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎを含む区画Ｄ（ｒ）に対応する受信波群Ｒ３（ｒ）は、平均受信波群Ｒ４の算出時に除外する。ここで、集合Ｑ２に含まれるアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎが対象物２１の位置に対応するか否かは、たとえば当該アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎと前後数箇所のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎとに関する最大データが双曲線状に並んでいれば対応する、並んでいなければ対応しないものとして判断される。
【００５４】
要するに、受信波群Ｒ３（ｒ）は全てのアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎにおいて抽出されるので、一部の受信波群Ｒ３（ｒ）には反射波成分のうちの対象反射成分も含まれることとなる。そのため、全ての受信波群Ｒ３（ｒ）を平均化して平均受信波群Ｒ４を求めると、この平均受信波群Ｒ４を用いて生成されるパターンデータ列Ｙ２には対象反射成分が影響し、補正反射波成分Ｃ２において対象反射成分のみを精度よく強調することができなくなるが、本実施形態の構成によれば、対象反射成分の影響を除いたパターンデータ列Ｙ２を生成することができ、結果的に、補正反射波成分Ｃ２において対象反射成分を精度よく再現でき、探知精度の向上につながるという利点がある。なお、本実施形態の構成を実施形態２の構成と組み合わせることも可能である。
【００５５】
その他の構成および機能は実施形態１と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態１を示し、（ａ）は概略ブロック図、（ｂ）は要部の概略ブロック図である。
【図２】同上の動作説明図である。
【図３】（ａ）は同上の位置毎データ列を示す説明図、（ｂ）は（ａ）の一部Ｚを拡大した説明図である。
【図４】同上の動作説明図であって、（ａ）は不要波成分を示す説明図、（ｂ）は反射波成分を示す説明図、（ｃ）は位置毎データ列を示す説明図である。
【図５】同上の動作を示すフローチャートである。
【図６】同上の動作説明図である。
【図７】同上の動作説明図である。
【図８】同上の動作説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ アンテナ部
５ 記憶部
９ サンプリング手段
１３ 区画化手段
１４ パターン生成手段
１５ 補正反射波算出手段
１６ 解析手段
２０ 基準面
２１ 対象物
２３ 非対象物
Ａ１〜Ａｎ 位置毎データ列
Ｃ２ 補正反射波成分
Ｒ４ 平均受信波群
Ｘ１〜Ｘｎ アンテナ位置
Ｙ２ パターンデータ列
【特許請求の範囲】
【請求項１】
探知領域内に設定された基準面に沿う複数のアンテナ位置においてアンテナ部から基準面に向けて電磁波を間欠的に送信し、前記基準面の奥に存在する探知の対象物および前記基準面に沿って等間隔で配列された複数の非対象物により反射された電磁波を前記アンテナ部で受信し電気信号である受信信号に変換することにより前記対象物を探知する物体探知装置であって、各アンテナ位置で受信された受信信号の強度を所定間隔のサンプリングタイミングごとに強度データとし、当該強度データの前記アンテナ位置ごとの集合を位置毎データ列として記憶部に記憶するサンプリング手段と、前記位置毎データ列に基づいて各非対象物にそれぞれ対応する前記アンテナ位置の集合が１区画となるように、複数の前記アンテナ位置を複数の区画に区画化する区画化手段と、複数の前記区画について相対的な位置関係が同一の各アンテナ位置同士でそれぞれ前記位置毎データ列の平均値を取ることで求まる平均受信波群を、各区画にそれぞれ当て嵌めることによりパターンデータ列を生成するパターン生成手段と、前記位置毎データ列から前記パターンデータ列を減算することにより、前記対象物で反射された電磁波に相当する対象反射成分が強調された補正反射波成分を算出する補正反射波算出手段と、複数の前記アンテナ位置における前記補正反射波成分の強度に基づいて前記対象物の状態を検出する解析手段とを備えていることを特徴とする物体探知装置。
【請求項２】
前記パターン生成手段は、前記平均受信波群を求める前に、複数の前記区画において前記非対象物で反射された電磁波に相当する非対象反射成分の前記サンプリングタイミングが揃うように各区画における前記位置毎データ列を補正する補正手段を有す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】
前記パターン生成手段は、前記位置毎データ列に前記対象反射成分が含まれる前記区画を除く前記区画について前記位置毎データ列の平均値を取ることにより前記平均受信波群を求めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の物体探知装置。
【請求項１】
探知領域内に設定された基準面に沿う複数のアンテナ位置においてアンテナ部から基準面に向けて電磁波を間欠的に送信し、前記基準面の奥に存在する探知の対象物および前記基準面に沿って等間隔で配列された複数の非対象物により反射された電磁波を前記アンテナ部で受信し電気信号である受信信号に変換することにより前記対象物を探知する物体探知装置であって、各アンテナ位置で受信された受信信号の強度を所定間隔のサンプリングタイミングごとに強度データとし、当該強度データの前記アンテナ位置ごとの集合を位置毎データ列として記憶部に記憶するサンプリング手段と、前記位置毎データ列に基づいて各非対象物にそれぞれ対応する前記アンテナ位置の集合が１区画となるように、複数の前記アンテナ位置を複数の区画に区画化する区画化手段と、複数の前記区画について相対的な位置関係が同一の各アンテナ位置同士でそれぞれ前記位置毎データ列の平均値を取ることで求まる平均受信波群を、各区画にそれぞれ当て嵌めることによりパターンデータ列を生成するパターン生成手段と、前記位置毎データ列から前記パターンデータ列を減算することにより、前記対象物で反射された電磁波に相当する対象反射成分が強調された補正反射波成分を算出する補正反射波算出手段と、複数の前記アンテナ位置における前記補正反射波成分の強度に基づいて前記対象物の状態を検出する解析手段とを備えていることを特徴とする物体探知装置。
【請求項２】
前記パターン生成手段は、前記平均受信波群を求める前に、複数の前記区画において前記非対象物で反射された電磁波に相当する非対象反射成分の前記サンプリングタイミングが揃うように各区画における前記位置毎データ列を補正する補正手段を有す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】
前記パターン生成手段は、前記位置毎データ列に前記対象反射成分が含まれる前記区画を除く前記区画について前記位置毎データ列の平均値を取ることにより前記平均受信波群を求めることを特徴とする請求項１または請求項２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８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−８４５４（Ｐ２００９−８４５４Ａ）
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６８１９８（Ｐ２００７−１６８１９８）
【出願日】平成１９年６月２６日（２００７．６．２６）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２６日（２００７．６．２６）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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