(57)【要約】少なくとも１つのＧＰＲセンサ１０２を含むシステムにおいて地中探査レーダ（ＧＰＲ）を用いて埋められている物体を識別するための装置は、ＧＰＲセンサ１０２から受信されたデータにおける空間的相関を検出するための、装置内部のデータプロセッサ１０４、データプロセッサ１０４によって処理されたデータから埋められている物体の画像に対応するデータ構造を構築することが可能な画像プロセッサを含む。ＧＰＲセンサを含むシステムにおいて、ＧＰＲを用いて埋められている物体を識別するための方法は、システム内のＧＰＲセンサから受信されたデータにおける空間相関を検出するステップと、受信されたデータから埋められている物体の画像に対応するデータ構造１０８を構築するステップとを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの地中探査レーダ（ＧＰＲ）センサを含むシステムにおいて、地中探査レーダ（ＧＰＲ）を用いて埋められている物体を識別するための装置であって、
データプロセッサであって、
該少なくとも１つのＧＰＲセンサから受信されたデータにおける該埋められている物体に対応する空間相関性を検出するための手段と、
波速度計算器と
を含むデータプロセッサと、
該検出するための手段および該波速度計算器を用いて該データプロセッサによって処理されたデータから該埋められている物体の画像に対応するデータ構造を構築するための画像プロセッサと、
該データ構造におけるデータから該埋められている物体を識別するための弁別器と
を含む、地中探査レーダ（ＧＰＲ）を用いて埋められている物体を識別するための装置。
【請求項２】
前記データプロセッサは、モノスタティックデータプロセッサをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記データプロセッサは、マルチスタティックデータプロセッサをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記データプロセッサは、時間アライメント計算器を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記データプロセッサは、インパルス応答関数計算器を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
所望されない物体を前記受信されたデータから除去すること、または該受信されたデータにおける関心のあるターゲットを許容することの内の少なくとも１つを可能にするプリプロセッサをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記埋められている物体を識別することを可能にする検出器をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
情報管理システムへのデータリンクをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記埋められている物体の画像を表示するためのディスプレイをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記埋められている物体を表す画像を前記地上に投影するディスプレイをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
少なくとも１つのＧＰＲセンサを含む地中探索レーダ（ＧＰＲ）を用いて埋められている物体を識別するための装置であって、
該少なくとも１つのＧＰＲセンサから収集されたデータを処理して、該データから少なくとも１つの該埋められている物体の識別可能なフィーチャを抽出するためのデータプロセッサと、
該少なくとも１つの識別可能なフィーチャから該埋められている物体を識別することが可能な検出器と
を含む、物体を識別するための装置。
【請求項１２】
前記検出器は、特定された深さの範囲に該検出器を向けるための深さインジケータをさらに含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記検出器は、特定された屈折率の範囲内の物体に該検出器を向けるための屈折率インジケータをさらに含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
少なくとも１つのＧＰＲセンサを含む地中探査レーダ（ＧＰＲ）を用いて埋められている物体を識別するためのモバイルシステムであって、
該物体が埋められている地層に沿って該モバイルシステムを移動させるためにモバイルハウジングと、
該モバイルハウジングにおいて取り付けられたデータプロセッサであって、
該埋められている物体に対応する空間相関を、該少なくとも１つのＧＰＲセンサから受信されたデータ内で検出するための手段と、
波速度計算器と
を含むデータプロセッサと、
該検出するための手段および該波速度計算器を用いて該データプロセッサによって処理されたデータから該埋められている物体の画像に対応するデータ構造を構築するためのモバイルハウジング内に取り付けられた画像プロセッサと、
該データ構造におけるデータから該埋められている物体を識別するために該モバイルハウジング内に取り付けられた弁別器と
を含む、地中探査レーダ（ＧＰＲ）を用いて埋められている物体を識別するためのモバイルシステム。
【請求項１５】
前記データプロセッサは、モノスタティックまたはマルチスタティックデータプロセッサの内の少なくとも１つをさらに含む、請求項１４に記載のモバイルシステム。
【請求項１６】
前記埋められている物体の画像を表示するためのディスプレイをさらに含む、請求項１４に記載のモバイルシステム。
【請求項１７】
少なくとも１つの地中探査レーダ（ＧＰＲ）センサを含む地中探査レーダ（ＧＰＲ）を用いて埋められている物体を識別するためのポータブルシステムであって、
オペレータによる携帯に適するハウジングと、
該ハウジング内に取り付けられたデータプロセッサであって、
該埋められている物体に対応する空間相関を該少なくとも１つのＧＰＲセンサから受信されたデータにおいて検出するための手段と、
波速度計算器と
を含むデータプロセッサと、
該検出するための手段および該波速度計算器を用いて該データプロセッサによって処理されたデータから該埋められている物体の画像に対応するデータ構造を構築するためにハウジング内に取り付けられた画像プロセッサと、
該データ構造におけるデータから該埋められている物体を識別するために該ハウジング内に取り付けられた弁別器と
を含む、地中探査レーダ（ＧＰＲ）を用いて埋められている物体を識別するためにポータブルシステム。
【請求項１８】
前記データプロセッサは、モノスタティックまたはマルチスタティックデータプロセッサの内の少なくとも１つをさらに含む、請求項１７に記載のポータブルシステム。
【請求項１９】
前記埋められている物体の画像を表示するためのディスプレイをさらに含む、請求項１７に記載のポータブルシステム。
【請求項２０】
少なくとも１つの地中探査レーダ（ＧＰＲ）センサを含むシステムにおいて、地中探査レーダ（ＧＰＲ）を用いて埋められている物体を識別するための方法であって、
該埋められている物体に対応する空間相関を該少なくとも１つのＧＰＲセンサから受信されたデータにおいて検出するステップと、
該受信されたデータに関連付けられた波速度を計算するステップと、
該受信されたデータから該埋められている物体の画像に対応するデータ構造を構築するステップと、
該データ構造におけるデータから該埋められている物体を識別するステップと
を含む、地中探査レーダ（ＧＰＲ）を用いて埋められている物体を識別するための方法。
【請求項２１】
前記空間相関を検出するためのステップは、少なくとも１つのモノスタティックまたはマルチスタティックデータプロセッサを用いて受信されたデータを処理するサブステップ
をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記空間相関を検出するステップは、インパルス応答を計算するサブステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記受信されたデータを時間アライメントするステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記受信されたデータから望ましくない物体を除去すること、または該受信されたデータにおける関心のあるターゲットを許容することの内の少なくとも１つを実行するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記埋められている物体の画像を表示するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記埋められている物体の画像を地上に投影するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
少なくとも１つの地中探査レーダ（ＧＰＲ）センサを含むシステムにおいて、地中探査レーダ（ＧＰＲ）を用いて埋められている物体を識別するための装置であって、
データを処理するための手段であって、
該埋められている物体に対応する空間相関を該少なくとも１つのＧＰＲセンサから受信されたデータにおいて検出するための手段と、
波速度を計算するための手段と
を含むデータを処理するための手段と、
該検出するための手段および該波速度を計算するための手段を用いて該データ処理のための手段によって処理されたデータから該埋められている物体の画像に対応するデータ構造を構築するための手段と、
該データ構造におけるデータから該埋められている物体を識別するための手段と
を含む、地中探査レーダ（ＧＰＲ）を用いて埋められている物体を識別するための装置。
【請求項２８】
地中探査レーダ（ＧＰＲ）を用いて埋められている物体を識別するために適応された、コンピュータにおける使用のためのコンピュータプログラム製品であって、該コンピュータプログラム製品は、コンピュータ読み出し可能なコード手段を格納するためのコンピュータ読み出し可能媒体を含み、コンピュータによって実行された場合、該コンピュータが埋められている物体を識別することを可能にし、該コンピュータ読み出し可能なコード手段は、
該埋められている物体に対応する空間相関を、少なくとも１つのＧＰＲセンサから受信されたデータにおいて検出するステップと、
該受信されたデータに関連付けられた波速度を計算するステップと、
該受信されたデータから該埋められている物体の画像に対応するデータ構造を構築するステップと、
該データ構造におけるデータから該埋められている物体を識別するステップと
を含む方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータ読み出し可能な命令を含む、コンピュータプログラム製品。
【請求項２９】
前記コンピュータ読み出し可能なコード手段は、前記コンピュータに、
モノスタティックまたはマルチスタティックデータプロセッサの内の少なくとも１つを用いて受信されたデータを処理するステップを実行させるためのコンピュータ読み出し可能な命令をさらに含む、請求項２８に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項３０】
前記コンピュータ読み出し可能なコード手段は、前記コンピュータに、
前記受信されたデータを時間アライメントするステップを実行させるためのコンピュータ読み出し可能な命令をさらに含む、請求項２９に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項３１】
埋められている物体を識別するための地中探査レーダ（ＧＰＲ）システムにおけるデータを処理するための方法であって、
時間アライメント計算器と、
波速度計算器と
を含む、埋められている物体を識別するための地中探査レーダ（ＧＰＲ）システムにおけるデータプロセッサ。
【請求項３２】
埋められている物体を識別するための地中探査レーダ（ＧＰＲ）システムにおけるデータプロセッサであって、
少なくとも１つのＧＰＲセンサから受信されたデータを時間アライメントするステップと、
該時間アライメントされたデータに関連付けられた波速度を計算するステップと
を含む、埋められている物体を識別するための地中探査レーダ（ＧＰＲ）システムにおけるデータを処理するための方法。
【請求項３３】
地中探査レーダ（ＧＰＲ）を用いて埋められている物体を識別するために適応されたコンピュータにおける使用のためのコンピュータプログラム製品であって、該コンピュータプログラム製品は、コンピュータ読み出し可能なコード手段を格納するためのコンピュータ読み出し可能媒体を含み、該コンピュータによって実行された場合、該コンピュータが埋められている物体を識別することを可能にし、該コンピュータ読み出し可能なコード手段は、
少なくとも１つのＧＰＲセンサから受信されたデータを時間アライメントするステップと、
該時間アライメントされたデータに関連付けられた波速度を計算するステップと
を含む方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータ読み出し可能な命令を含む、コンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の背景）
本発明は、地中探索レーダ（ＧＰＲ）システムおよび方法に関し、より詳細には、埋められている物体を識別するための地中探索レーダシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＲは、アンテナアレイが地中に向けられることを除いて、航空交通制御および測量のために使用される上方探査レーダ（ｕｐｗａｒｄ−ｌｏｏｋｉｎｇ  ｒａｄａｒ）と同様であり、このため全体的に異なる技術的課題のセットを提示する。例えば、ＧＰＲは地中層のマッピング、処置のための有毒廃棄物場所の探査、および未爆発の地中構造物（ｏｒｄｉｎａｎｃｅ）検査等の物理探査用途のために使用される。
【０００３】
ＧＰＲシステムは、電磁インパルス、持続波、または掃引周波数信号（例えば、１ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの周波数範囲で）伝送する少なくとも１つのトランスミッタを含む。このシステムはまた、反射された波形を受信する少なくとも１つのレシーバを含む。インパルスは、伝送されるべき波長に対して短い。実際には、インパルスは、例えば１または２サイクルであり得る。従って、ＧＰＲシステムは、時には「インパルス」レーダと呼ばれる。
【０００４】
地中産業（ｓｕｂｓｕｒｆａｃｅ  ｉｎｄｕｓｔｒｙ）、建設、公共物（ｕｔｉｌｉｔｙ）探査、環境処置、および不爆発構造物の検出は、「地中を探査する」ための安全で、信頼できる、コスト効率的な方法が長い間探索されてきた。公共物探査市場は、数百万ドルの損害、遅延、公益企業および建設業者の毎年の損失財源、およびＧＰＲユーザによって著しく低減され得る損失を生じる不適切な探査技術から大幅に影響を受ける。３つの公共物探査市場セグメントが、正確性および価格によって区別され得る。すなわち、（１）ワンコール（Ｏｎｅ  Ｃａｌｌ）、（２）個人の探査、および（３）地中公共物エンジニアリング（ＳＵＥ）である。
【０００５】
「ワンコール」は、建築物がそのラインにいつおよびどこで影響を与え得るかについて、全ての公共物および個人物への警告を提供する全国的なクリーニングハウスである。法律によって、建設業者は、ワンコールでその場所に登録しなければならず、次いで、建設業者が公共物ラインを特定し得るように全ての関連する公共物と接触する。ワンコール探査システムは、電磁誘導技術に基づく。ワンコール作業の注文に応答する公益企業は、深さの保証はないが、各側上の水平方向に２４インチ内部の導電性ラインに関する精度を保証する。ワンコールによって、公共物ラインの探査は、単に地上で一時的に塗りつぶされるだけであり、容易に腐食または破壊の影響を受ける。この低い精度は、破壊された公共物ラインおよび財源損失を生じる。
【０００６】
建設、公益、および工業会社は、しばしば「個人探査」に依存する。個人探査は、ワンコールによって送達されたものよりより高い精度を提供する。これらの会社は、しばしば、より高価かつ時間のかかる探査技術を適用するために公共探査企業または物理探査企業を雇う。個人探査企業は、典型的には、電磁誘導技術、ＧＰＲ、および磁気測定を使用する。しばしば、これは、公共物の正確な場所を決定するための最も信頼できかつ高価な方法である掘削を含む。
【０００７】
しかし、工業および公益企業は、しばしば、ワンコールまたは個人探査が提供し得るよりもより正確な地中のマップを必要とする。例えば、パイプの破壊の増大により、オイルパイプライン付近を掘削する間、さらなる精度が必要とされ得る。あるいは、重要な通信を運ぶ州間の光ファイバーケーブルの偶発的な切断は非常に高価である。このような状況では、掘削者は、リスク／コストの回避の考慮を含む全体のコスト／価値解析を実行する。しばしば、掘削者は、より大きな精度を保証するためにより高い料金を支払うことになる。
【０００８】
「ＳＵＥ」は、ワンコールまたは個人探査よりもより高い精度を提供し得る。ＳＵＥは、物理探査およびエンジニアリング企業によって注文された急速成長特殊サービスである。これは、高速道路または他の大規模インフラストラクチャ建設の前に、計画および設計する公共物手配に関係する。ＳＵＥエンジニアは、種々の従来の物理探査情報を用いて所与のサイトにおける識別可能な公共物の全てを厳密にマッピングする。ＳＵＥは、電磁誘導技術、ＧＰＲ、および磁気測定を使用する。これは、概して、個人探査サービスよりもより高価である。なぜなら、これは、公共物の場所の永久的な記録を生成するためにコンピュータ支援設計を使用するためである。このプレミアムサービスでさえも、しばしば、未知の非導電公共物が存在する場合に、８０％の確実性で公共物をより少ない頻度で識別するだけである。さらに、ＳＵＥは非常に高価である。それにより、従って、従来の技術の制限を克服するシステムに対する必要性が存在する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（発明の要旨）
本発明は、地中探査レーダを用いて埋められている物体を識別するための方法論を提供する。本発明のさらなる特性および利点は、以下の説明において説明され、これは、部分的に背説明から明らかになるか、または本発明を実施することによって理解され得る。本発明の目的および他の利点は、記載された説明および特許請求の範囲、および添付の図面に特に指摘された、本方法ならびに装置によって実現かつ取得される。
【００１０】
具現化され広範に説明されたように、本発明の目的によるこれらおよび他の利点を達成するために、本発明による装置および方法は、ＧＰＲを用いて埋められている物体を識別する。少なくとも１つのＧＰＲセンサを含むシステムにおいて、地中探査レーダ（ＧＰＲ）を用いて埋められている物体を識別するための装置は、装置中のＧＰＲセンサから受け取られたデータにおける空間的相関を検出するためのデータプロセッサ、およびデータプロセッサによって処理されたデータから埋められている物体の画像に対応するデータ構造を構築することが可能な画像プロセッサを含む。ＧＰＲセンサを含むシステムにおいて、ＧＰＲを用いて埋められている物体を識別するための方法は、システムにおけるＧＰＲセンサから受信されたデータにおける空間的相関を検出するステップおよび受信されたデータから埋められている物体の画像に対応するデータ構造を構築するステップを含む。
【００１１】
上記一般的な説明および以下の詳細な説明の両方は、例示的かつ模範的であり、主張されたように本発明のさらなる説明を提供することが意図される。
【００１２】
説明の構成部分において組み込まれた添付図面は、上記に与えられた一般的な説明および以下に与えられた実施形態の詳細な説明と共に本発明の実施形態を説明し、本発明の原理を説明するのに役立つ。
【００１３】
（発明の詳細な説明）
地中探査レーダを用いて埋められている物体を識別するための方法およびシステムが説明される。図１は、本発明と一致する地中探査レーダを用いて埋められている物体を識別するための装置の実施形態である。図１の装置は、センサユニット１０２、データプロセッサ１０４、プリプロセッサ１０６、画像プロセッサ１０８、フィーチャプロセッサ１１０、検出器１１２、弁別器１１４、およびディスプレイ１１６を含む。
【００１４】
図２は、センサユニット１０２の詳細な図である。本発明に一致するセンサユニット１０２の実施形態は、送信アンテナ２０２および受信アンテナ２０４を含む。送信アンテナ２０２は、埋められている物体の探索のために使用されるＧＰＲ波を出射する。送信されたＧＰＲ波が地中からおよび地中の下に位置する物体から反射される場合、受信アンテナ２０４は、送信されたＧＰＲ波を受信する。センサユニット１０２は、送信されたＧＰＲ信号の特性を制御し（いくつかの例では、以下により詳細に説明されるようにデータプロセッサ１０４からのサポートを受信する）、反射された信号を受信する。本発明に対する適切なアンテナは、例えば、少なくとも２つのオクターブにわたる周波数応答を有する広いビームパターンを有する小さい広帯域幅アンテナを含む。
【００１５】
当業者は、送信アンテナ２０２および受信アンテナ２０４におけるアンテナエレメントの構成に対する多くの適切なジオメトリが存在することを理解する。例えば、本発明と一致する３つの適切なアンテナジオメトリが図３に示される。アンテナ３０２は、一直線で配置されたアンテナトランスミッタ（「Ｔ」）およびレシーバ（「Ｒ」）を有し、トランスミッタおよびレシーバエレメントを交互に配置している。アンテナ３０４は、１つのロウのトランスミッタエレメントおよび平行なロウのレシーバエレメントを有する。アンテナ３０６は、１つのロウのトランスミッタエレメントおよび平行なロウのレシーバエレメントを有し、レシーバエレメントのロウがトランスミッタエレメントのロウからオフセットしている。各アンテナは、同じ分極を有してもよいし、分極がアンテナ間で変動してもよい。本発明と一致するさらなるアンテナ配置は、「Ｇｒｏｕｎｄ  Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ  Ｒａｄａｒ  Ａｒｒａｙ  ａｎｄ  Ｔｉｍｉｎｇ  Ｃｉｒｃｕｉｔ」と題された、２００１年３月１５日に公開されたＷ．Ｏ．０１／１８５６１Ａ２に説明される。この全体を本明細書中で参考として援用する。
【００１６】
図３は、アンテナエレメントのアレイから構成されたセンサユニットを示すが、本発明に一致するセンサユニット１０２の実施形態は、アレイを用いてデータ取得をシミュレートするために、データ取得の間に移動される１対の送信および受信アンテナエレメントを含む。例示的実施形態がアンテナエレメントのアレイを用いて議論されるこの用途全体を通して、当業者は、このような送信／受信アンテナ対がアレイの代わりにまたはアレイとの組み合わせで使用され得ることを理解する。
【００１７】
平坦な表面（例えば地中）にわたってデータを取得するために、センサユニット１０２におけるアンテナは、好適には、送信および受信アンテナアレイによって形成された直線に垂直である方向に移動される。例えば、図４は、一直線のトランスミッタおよびレシーバアンテナエレメントを有するアンテナアレイ構成３０２における移動の方向（矢印によって示される）の例を示す。図５は、図４に示されたアレイ構成およびスキャン方向を用いて、３つの異なる時間ステップｔ０、ｔ１、およびｔ２（それぞれ図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ））におけるデータ取得の概略図である。図５（ａ）に示されたように、時間ｔ０において、固定された位置ｘ０においてアレイ内の全てのアンテナにわたってデータが取得される。時間ｔ１において、アンテナアレイは、好適には、固定された量Δｘだけ位置ｘ１まで移動される（図５（ｂ））。位置ｘ１において１回、新しい位置においてアレイ内の全てのアンテナにわたってデータが取得される。図５（ｂ）および５（ｃ）は、以前の時間ステップでのアンテナエレメントの場所を示す、陰影を付けた（ｓｈａｄｅｄ）アンテナアレイエレメントを含む。時間ｔ２において、アンテナアレイは、固定された量Δｘだけ位置ｘ２まで再度移動される（図５（ｃ））。位置ｘ２において１回、新しい位置においてアレイ内の全てのアンテナにわたってデータが取得される。このプロセスは、埋められている物体上の関心のある領域をスキャンするのに十分な複数の反復を継続する。さらに、このスキャンはまた、非直線（例えば、Δｘは、各時間間隔で固定されない）であり得ることに留意すること。
【００１８】
データプロセッサ１０４は、図４および図５に示されたように、データが取得されるとセンサユニット１０２の適切な動作を確実にする制御信号を生成し得る。さらに、データプロセッサ１０４は、センサユニット１０２によって受信されたデータを処理する。本発明に一致するセンサユニット１０２およびデータプロセッサ１０４を用いてデータを取得および処理するための２つの技術は、モノスタティックおよびマルチスタティック処理である。モノスタティックデータ取得では、データプロセッサ１０４は、送信および受信アンテナが、取得されたデータが調和して移動される一対のアンテナをシミュレートするように一対にすることを想定する。図６は、モノスタティックデータ取得のためのセンサユニット１０２の構成におけるアンテナアレイエレメントの概略図である。図６（ａ）に示されるように、期間ｔ０の間、センサユニット１０２は、送信アンテナエレメント６０２ａを出射し、次いで受信アンテナエレメント６０２ｂは、反射されたＧＰＲ信号を記録する。期間ｔ１の間、センサユニット１０２は、次の送信および受信アンテナエレメント６０４ａおよび６０４ｂそれぞれをアレイ内でアクティブにする（図６（ｂ））。残りの送信および受信アンテナエレメントは、連続時間間隔において対でアクティブにされる。例えば、送信エレメント６０６ａおよび受信エレメント６０６ｂが期間ｔ２（図６（ｃ））の間にアクティブにされ、送信エレメント６０８ａおよび受信エレメントＦ０８ｂが期間ｔ３（図６（ｄ））の間にアクティブにされる等である。本発明に一致するモノスタティックデータ取得の代替的な実施形態は、トランスミッタが１より多いのレシーバまたはレシーバが１つより多いのトランスミッタと対にされ得る。本発明に一致するデータプロセッサ１０４の実施形態は、センサユニット１０２が埋められている物体を表すデータを取得する態様を理解するモノスタティックデータプロセッサを含む。次いでモノスタティックデータプロセッサは、データを処理して、埋められている物体を表す信号を抽出する。
【００１９】
図７は、マルチスタティックデータ取得の概略図である。マルチスタティック（時にはバイスタティックとも呼ばれる）データ取得モードでは、データは、各期間において夫々のトランスミッタに対する全てのレシーバにおいて取得される。本発明に一致するセンサユニット１０２の実施形態では、期間ｔ０の間、送信エレメント７０２が送り、受信エレメント７０４〜７１８の各々が反射されたＧＰＲ波を記録する（図７（ａ））。期間ｔ１の間、送信エレメント７２０が出射し、受信エレメント７０４〜７１８の各々が反射されたＧＰＲ波を記録する（図７（ｂ））。以後の期間ｔ２（図７（ｃ））およびｔ３（図７（ｄ））の間、送信エレメント７２２および７２４の各々が出射することにより、ＧＰＲ波が受信エレメント７０４〜７１８によって記録される。データ取得プロセッサ１０２が送信アンテナエレメントの各々をアクティブにするまで、連続的時間間隔にわたってこの処理が継続する。上述のように、マルチスタティックデータ取得のこの技術は、アレイを用いてデータ取得をシミュレートするように、一対のアンテナエレメントを移動させることによって実行され得ることにも留意すること。
【００２０】
本発明に一致するデータプロセッサ１０４の実施形態は、センサユニット１０２が埋められている物体を表すデータを取得する態様を認識するマルチスタティックデータプロセッサを含む。次いで、マルチスタティックデータプロセッサはデータを処理して、埋められている物体を表す信号を抽出する。本発明に一致するマルチスタティックデータ取得プロセッサの実施形態は、各レシーバに対する専用データ取得チャンネルまたはいくつかより少数ののデータ取得チャンネルを介して連続的に多重化するマルチプレクサのいずれかを有する。
【００２１】
動作を含む上述の他の動作の中でも、当業者が理解する動作を含むことは、本発明と一致し、図１の装置におけるデータプロセッサ１０４は、例えば、時間アライメント、波速度の解析、およびインパルス応答関数計算（例えば、ビームパターン、およびスペクトル応答計算を含み得る）の内の１以上を含むシステム較正動作を実行する。これらの動作の各々は、以下に詳細に説明される。一般的に、データプロセッサ１０４は、センサユニット１０２から受信されたデータを処理して、測量された領域に埋められている物体に対応する意味のある信号を抽出する。本発明と一致するデータプロセッサ１０４の実施形態は、較正動作をインプリメントするために設計された格納されたコンピュータプログラムコードを実行するプロセッサから構成される。当業者は、分配または中央化された、ソフトウエア内に全体的に、ハードウエア内に全体に、またはハードウエアおよびソフトウエアエレメント間の較正機能を割り当てる実施形態においてインプリメントされたデータプロセッサ１０４の実施形態が本発明の範囲と一致することを認識する。
【００２２】
本発明と一致するデータプロセッサ１０４の実施形態は、空気中の波伝搬速度に対する物理探査物質の波伝搬速度の差を補償するために時間アライメントを実行する時間アライメント計算器を含み得る。本発明に一致するＧＰＲシステムによって生成された電磁波は、物理探査物体を光の速度で進む。一般的には、電磁信号は、ホスト媒体における波速度に近い伝搬速度で制御システム電子機器とアンテナとの間に進む。従って、補償されない場合、これは、正確な絶対時間の登録を妨げ得る（すなわち、送信された波が送信アンテナを出る実際の時間を決定する）。さらに、アレイベースのシステムでは、電子回路、各アンテナ対に対して異なり得る。その結果、本発明に一致するデータプロセッサ１０４の実施形態は、センサユニット１０２において使用された各アンテナ対ごとに時間アライメントを実行する。さらに、本発明と一致するデータプロセッサ１０４の実施形態は、以下に詳細に説明されたように波速度を計算する波速度計算器を含み得る。
【００２３】
時間アライメントは、各送信アンテナから各受信アンテナに送信された波が空気を通って進むことを理解することによって達成される。任意のトランスミッタ−レシーバアンテナの対間の距離は公知である。図８では、送信アンテナエレメント８０２と受信アンテナエレメント８０４との間の距離が「ｄ」と表示される。空気中の光の速度もまた、ｃａｉｒ＝３×１０８メートル／秒として公知である。従って、データプロセッサ１０４は、以下の式を用いて、この空気伝搬の到達時間を計算する。
ｔａｉｒ＝ｄ／ｃａｉｒ                                          （１）
空気中の波速度は、常に物理探索物質内部の光の速度以上であるために、最も速い到達信号は、空気伝搬波に由来する。各トランスミッタ−レシーバ対に対して、データプロセッサ１０４は、第１の到達ピークに対して取得された時系列（図９）を検索する。図９を参照すると、約１２ナノ秒におけるピークは、空気伝搬到達時間であり、約４０ナノ秒におけるピークは、地中伝搬到達時間である。次いでデータプロセッサ１０４は、第１のピークの到達時間が式（１）から決定されたようなｔａｉｒにおいて発生するように獲得された時系列を調整する。
【００２４】
本発明と一致するＧＰＲ装置は、種々のトランスミッタ−レシーバアンテナエレメント対に対して獲得された時系列間の空間的相関を使用する。この進行距離ｒは、
ｒ＝ｃ０ｔａｒｒｉｖａｌ                                        （２）
によって進行時間ｔａｒｒｉｖａｌに関連付けられる。ここで、ｃ０は、ホスト媒体における波速度であり、データプロセッサ１０４はバックグラウンド波速度ｃ０を計算する。
【００２５】
データプロセッサ１０４は、空気／地中界面（１００６）の直下のトランスミッタ（１００２）とレシーバ（１００４）との間で速度ｃ０で水平に伝搬する臨界的屈折光線（図１０、１００８）があるという事実を利用することによってｃ０を計算する。この地中−伝搬到達は、直接空気伝搬到達よりも遅く発生する。これは最も短いグランド伝搬光線経路であるので、この到達は、地中物体からの反射に関連付けられた任意の光線経路よりも先である。この概念は図１１に示される。図１１は、臨界的に屈折された光線経路１１０８および地中物体１１０６から反射１１１０ａ、１１１０ｂに関連付けられた光線経路を示す。臨界的に屈折された光線に対する光線経路１１０８は、反射１１１０ａ、１１１０ｂに関連付けられた光線経路よりも短いので、地中伝達光線の到達は、反射よりも先行する。
【００２６】
図１２は、波速度を計算するためのバイスタティック測定の概略図である。トランスミッタからレシーバｉまでの距離は、ｄｉによって表示される。例えば、図１２では、ｄ１は、送信アンテナ（Ｔ）１２０２と受信アンテナ（Ｒ１）１２０４との間の距離１２０６であり、ｄ２は、送信アンテナ（Ｔ）１２０２と受信アンテナ（Ｒ２）１２０８との間の距離１２１０であり、そしてｄｎは、送信アンテナ（Ｔ）１２０２と受信アンテナ（Ｒｎ）１２１２との間の距離１２１４である。送信／受信アンテナの対が上述のようなアレイの代わりに使用される場合、使用された距離がトランスミッタからレシーバ位置までの距離であることにも留意すること。
【００２７】
データプロセッサ１０４は、以下の式を用いてレシーバｉにおける臨界的に屈折された光線の到達時間を計算する。
ｔｉ＝ｄｉ／ｃ０                                          （３）
以前に記載したように、第１の主要な到達は、空気伝搬到達であり、第２の主要な到達は、臨界的に屈折された地中伝搬到達である。データプロセッサ１０４は、ｔｉを見出すために、全てのレシーバに対する時系列を検索する。時間アライメントが実行される場合、以下の式を用いて、既知のｔｉおよびｄｉと共に以下の式を用いて特定の受信アンテナを選択することによってｃ０を直接計算するために、データプロセッサ１０４は、式（３）を使用し得る。
ｃ０＝ｄｉ／ｔｉ                                          （４）
あるいは、ｔｉおよびｄｉの全てが使用され得、１／ｃ０は、式（３）に対する直線の当てはめの傾きである（例えば最良の直線当てはめ）。
【００２８】
データプロセッサ１０４が、時間アライメントが実行されなかった場合、同様の手順が空気伝搬到達と地中伝搬到達との間の時間差Δｔを用いて適用され得る。この場合、適切な関係は、式（３）ではなく、以下の式
Δｔｉ＝ｄｉ／ｃ０−ｄｉ／ｃａｉｒ                            （５）
によって与えられる。
【００２９】
アンテナのアレイを使用する場合、空気および地中伝搬到達の中間の到達が存在する。典型的には、これらは、空気伝搬され、かつアンテナアレイを用いて、または多重反射に関連付けられる。本明細書中では、これらのアーチファクトは、「共鳴（ｒｉｎｇｉｎｇ）」のことを指し、取得されたデータのパワースペクトルにおけるピークとして明らかになる。波速度を計算する前に、この共鳴を除去する必要があり得る。これは、スペクトルピークを識別し、任意の上記手順をインプリメントする前に当業者に公知の適切なスペクトルバンドパスフィルタ（Ｂｌａｃｋｍａｎ−Ｈａｒｒｉｓフィルタ等）を適用することによってなされ得る。
【００３０】
以下は、単一の送信アンテナおよび１つ以上の受信アンテナを用いて構成されたＧＰＲシステムにおいて本発明と一致する波速度を計算するためのさらなる方法である。ここで、ｉ番目のレシーバは、送信アンテナから距離ｄｉだけ離れている（または１つの受信エレメントがアレイをシミュレートするために使用および除去される場合、使用された距離は、トランスミッタからレシーバ位置までの距離である）。トランスミッタがパルス化される場合、任意のレシーバにおける第１の２つの到達信号は、空気中の波速度ｃａにおける空気伝搬、および空気中の波速度ｃｇ（ここで、ｃｇ≠ｃａ）における空気−地中界面の直下で伝搬する臨界的に屈折された光線を介して送信される。
【００３１】
トランスミッタとレシーバとの間の距離を知ることによって、地中の波速度は、以下の式を用いて計算され得る。
ｃｇ＝ｄ／τｇ                                          （６）
ここで、ｄは、トランスミッタ−レシーバ分離であり、τｇは、地中を介して臨界的に屈折された光線の測定された進行時間である。この手順は、例えば、１）臨界的に屈折された光線に関連付けられた時間の関数としての振幅内のピークは、明瞭に識別され得、そして２）取得されたデータにおける時間レジストリが存在する、場合に有用である。無線波に対して、この情報は、波速度とほぼ同じ速度でＧＰＲシステム回路を介して進行し、時間レジストリは、ｃｇ（式６）において誤差を導入するτｇにおける誤差を生じるために困難であり得る。時間レジストリ問題は、全体の時系列に対して時間シフトを生成するので、進行時間τｇが影響を受けるが、臨界的に屈折された光線と空気伝搬された光線との間の進行時間の差（τｇ−ａ＝τｇ−τａ）は、この誤差によって影響されない。その結果、データプロセッサ１０４は、以下の式を用いて波速度ｃｇを計算するためにこの時間差を使用する。
ｄ＝ｃａτａ＝ｃｇτｇ                                              （７）
ここで、ｃａおよびｄは、
【００３２】
【数１】
2005503539.tif 000003
のように既知である。
【００３３】
データ（例えば上記条件２）における実質的なノイズがある場合、時系列内で適切なピークを識別すること決定的に識別することが可能でなく、式（８）の直接的なインプリメンテーションが不可能であり得る。このような場合、τｇ−ａは、間接的に決定され得る。Ｓｉ（ｔ）をｄｉのトランスミッタ−レシーバ空間に対する時系列であるとし、Ｓｉ（ω）をＳｉの時間的フーリエ変換であると規定する。
【００３４】
【数２】
2005503539.tif 000004
Ｓｉの自動相関は以下の形態を有し得る。
【００３５】
【数３】
2005503539.tif 000005
ここで、アスタリスクは複素共役を表し、εは、特異点（ｓｉｎｇｉｌａｒｉｔｉｅｓ）を削除し、データ内部のノイズを抑圧する小さいパラメータである。時系列Ｆｉのプロットは、３つのピークを有し得る。１つは、空気伝搬到達とそれ自体との相関への対応するｔ＝０におけるピーク、地中伝搬到達とそれ自体との相関への対応するｔ＝０におけるピーク、および空気と地中伝搬ピークとの間の相関に対応する±（τａ−τｇ）におけるピークである。これらのピークは、τｇ−ａを決定するために使用され得、次いで式（８）がｃｇを計算するために利用され得る。
【００３６】
データプロセッサ１０４の実施形態は、送信アンテナから異なる距離において２つの受信アンテナを用いて上記手順の改変をインプリメントし得る。Ｓ１およびＳ２をそれぞれ、ｄ１およびｄ２のトランスミッタ−レシーバ空間に対する時系列であるとする。
以下の相関関係
【００３７】
【数４】
2005503539.tif 000006
は、
【００３８】
【数５】
2005503539.tif 000007
における有意なピークを有し、ここで、
【００３９】
【数６】
2005503539.tif 000008
はそれぞれ、ｉ番目のレシーバに対する空気および地中伝搬進行時間である。これらの時間差は、ｃｇを計算するために種々の態様でデータプロセッサ１０４によって使用され得る。例えば、差
【００４０】
【数７】
2005503539.tif 000009
を用いて、データプロセッサ１０４は、以下の式を用いて波速度を計算する。
【００４１】
【数８】
2005503539.tif 000010
データプロセッサ１０４によって実行され得る別の較正動作は、ＧＰＲシステムのためのインパルス応答関数の計算である。地中探査レーダアンテナは、周波数依存の空間的３次元ビームパターンを有する。空気中での直接的な伝搬測定によってこれらのビームパターンを特徴付けることが可能である一方で、これらのパターンは、アンテナが空気とは異なる誘電性または電気導電率を有する物質に動的に結び付けられる場合に変化する。本発明の実施形態では、データプロセッサ１０４は、既知の場所および既知の電磁特性を有する物体上でデータを獲得することによって任意のアレイのジオメトリからアンテナビームパターンを特徴付ける。
【００４２】
周波数ドメインでは、トランスミッタ位置ｒ０に対するレシーバのアレイ内の所定のポイントｒにおいて取得されたデータは、ｕ（ｒ，ｒ０；ｋ０）と表現され、ｋ０＝ω／ｃ０は、周波数ωにおけるバックグランド波数である。波のフィールドｕは、ｕ０（埋められている物体がない場合に存在する波のフィールド）およびｕ’（既知の埋められている物体に関連付けられたｕ０に対する摂動）の重ね合せとして考慮され得る。これらの定義によって、摂動された波のフィールドは、
【００４３】
【数９】
2005503539.tif 000011
ここで、Ｇは、Ｇｒｅｅｎの関数であり、Ｏは埋められている物体を特徴付ける「物体関数」である。
【００４４】
【数１０】
2005503539.tif 000012
この式では、μ０は、自由な空間の透磁率であり、ε０およびε（ｒ）は、それぞれバックグランドおよび物体の誘電率であり、σ０およびσ（ｒ）は、それぞれバックグランドおよび物体電気導電率である。任意の物体が埋められ得るために、比較的小さい物体は、Ｂｏｒｎ近似が有効であるように選択され得る。この場合、バックグランドの波のフィールドｕ０は、
【００４５】
【数１１】
2005503539.tif 000013
を与えるために式（１３）において全体のフィールドｕの代わりに使用され得る。
【００４６】
式（１６）は、転送モデリングのためのデータプロセッサ１０４によって使用され得る。ここで、所与のＯ、ｕ’が計算される。あるいは、データプロセッサ１０４は、逆散乱のためにこの式を使用し得る。ここで、Ｏは、既知のｕ０および測定されたｕ’から決定される。ここで、ｕ０およびＯは既知であり、ｕ’は、関心のある測定配置のために測定されることが想定され、式（１６）は、未知のビームパターンの効果を含むアンテナアレイのインパルス応答関数を決定するためにデータプロセッサ１０４によって使用される。
【００４７】
ポイント（モノポール）レシーバに対して、Ｇｒｅｅｎの関数は、Ｗｅｙｌ展開によって表現され得る。
【００４８】
【数１２】
2005503539.tif 000014
ここで、
【００４９】
【数１３】
2005503539.tif 000015
は、垂直方向における単位ベクトルである。任意の受信アンテナビームパターンに対して、Ｇｒｅｅｎの関数は、以下のように記載され得る。
【００５０】
【数１４】
2005503539.tif 000016
ここで、係数ＡＲは、未知の受信アンテナビームパターンを表すように含まれる。
【００５１】
同様に、送信アンテナビームパターンは、以下の形態でバックグランドフィールドｕ０に導入され得る。
【００５２】
【数１５】
2005503539.tif 000017
式（１８）および（１９）の式（１６）への代入は、積ＡＲＡＴを含むｕ’とＯとの間の複雑な関係を生み出す。十分にバイスタティックなジオメトリに対して、水平２次元フーリエ変換
【００５３】
【数１６】
2005503539.tif 000018
は、以下の線形関係を生み出す式（１６）を「逆畳込み（ｄｅｃｏｎｖｏｌｖｅ）」を行う。
【００５４】
【数１７】
2005503539.tif 000019
ここで
【００５５】
【数１８】
2005503539.tif 000020
は、ＡＲＡＴの２次元空間フーリエ変換であり、Ｉは、モノポールソースに対するインパルス応答関数であり、
【００５６】
【数１９】
2005503539.tif 000021
は、物体関数の３次元空間フーリエ変換である。
【００５７】
従って、データプロセッサ１０４は、既知のＯおよび測定されたｕ’の点でアンテナビームパターンおよびスペクトル応答を含むアレイに対して、以下のインパルス応答関数の空間フーリエ変換を計算するために式（２１）を使用する。
【００５８】
【数２０】
2005503539.tif 000022
十分にバイスタティックではないアレイは、一方の方向では十分モノスタティックであるかまたはバイスタティックであるかのいずれかであり、ならびに他方の方向ではモノスタティックである。従って、これらのジオメトリに対してさらなる仮定または近似が、式（１６）を逆畳み込みするためにデータプロセッサ１０４によって使用され得る。１つの適切な仮定は、物体が約１の波長深さまたはより大きい深さで埋められることである。基準物体の埋められている深さが較正の間制御され得るので、この仮定の有効性が保証され得、式（１６）によって与えられたような有効な関係が発展され得る。従って、上述の解析フレームワークを用いて、データプロセッサ１０４は、ＧＰＲセンサからデータに埋められている物体に対応する空間相関を検出する。
【００５９】
図１のＧＰＲシステムの次のエレメントは、プロセッサ１０６である。本発明に一致するプリプロセッサ１０６の実施形態は、予め処理する動作をインプリメントするために設計された格納されたコンピュータプログラムコードを実行するプロセッサから構成される。
当業者は、ソフトウエア内に全体的に、ハードウエア内に全体に、または分配または中央化されたハードウエアおよびソフトウエアエレメント間の予備処理機能を割り当てる実施形態においてインプリメントされたプリプロセッサ１０６の実施形態が本発明の範囲と一致することを理解する。
【００６０】
プリプロセッサ１０６は、望まない地中の特徴に関連付けられた取得されたデータにおいてエレメントを拒絶し、および／または関心のあるターゲットのみを認める。例えば、モノスタティックデータの空間周波数予備処理を考慮する。しばしば、土壌または物理探査地層からの反射は、関心のある他の特徴を不明瞭にし得る強い反射を生成する。これらの地層は、典型的にはほぼ平面かつ水平である。水平表面の２次元空間フーリエ変換は、空間周波数の原点においてデルタ関数となる。本発明に一致するプリプロセッサ１０６の実施形態は、ＤＣ応答をフィルタリングするためのノッチフィルタを用いてこのような特徴を除去する。ほとんどの天然の地層は、完全には水平ではなく、真の平面ではないかもしれないので、プリプロセッサ１０６は、ノッチフィルタを低域遮断フィルタ（例えばハイパスフィルタ）に幾分緩和し、これらの地層を実質的に抑制する。Ｂｌａｃｋｍａｎ−Ｈａｒｉｓフィルタは、この目的のために適切なフィルタの例である。同様な空間周波数フィルタは、関心のある特性を許容するために使用され得る。関心のあるターゲットが埋められている公共物である場合、例えば、これらは、むしろ長くかつ薄い独特の特性を有する。このような形状の空間フーリエ変換は、軸方向におけるＤＣ応答および横方向における白色応答を生成する。従って、プリプロセッサ１０６は、これらの特性を有する特徴を可能にするために適切なフィルタを適用する。
【００６１】
画像プロセッサ１０８は、データプロセッサ１０４によって処理されたデータから埋められている物体の画像に対応するデータ構造を構築する。画像プロセッサ１０８は、例えば、場所、大きさ、形状、地中フィーチャの材料特性を２次元、３次元で、または２次元画像のシーケンスとして再構築し得る。本発明に一致する画像プロセッサ１０８の実施形態は、画像処理動作をインプリメントするために設計された格納されたコンピュータプログラムコードを実行するプロセッサから構成される。当業者は、ソフトウエア内に全体的に、ハードウエア内に全体に、または分配または中央化された、ハードウエアおよびソフトウエアエレメント間の画像処理機能を割り当てる実施形態においてインプリメントされた画像プロセッサ１０８の実施形態が本発明の範囲と一致することを理解する。
【００６２】
画像プロセッサ１０８の実施形態は、以下に限定されないが、合成開口レーダ（ＳＡＲ）、移動、後方伝搬、回折断層撮影法、代数再構築断層撮影法（ａｌｇｅｂｒａｉｃ  ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）（ＡＲＴ）、反復ＡＲＴ、擬似逆時間処理および反転（ｒｅｖｅｒｓｅ）時間処理を含む画像処理アルゴリズムをインプリメントする。当業者は、他の画像処理アルゴリズムもまた、画像プロセッサ１０８によって実行された機能をインプリメントするのに適することを理解する。さらに、プリプロセッサ１０６によって実行されるいくつかの動作は、フィルタをインパルス応答関数に導入することによって画像プロセッサ１０８のこれらの画像化手順の多くに直接組み込まれ得る。
【００６３】
フィーチャプロセッサ１１０は、検出された埋められている物体の特性に対応する信号において存在するフィーチャを特徴付けるために受信されたＧＰＲ信号を処理する。本発明に一致するフィーチャプロセッサ１１０の実施形態は、フィーチャプロセッサ動作をインプリメントするように設計された格納されたコンピュータプログラムコードを実行するプロセッサから構成される。当業者は、ソフトウエア内に全体的に、ハードウエア内に全体に、または分配または中央化された、ハードウエアおよびソフトウエアエレメント間の画像処理機能を割り当てる実施形態においてインプリメントされた画像プロセッサ１０８の実施形態が本発明の範囲と一致することを理解する。
【００６４】
フィーチャプロセッサ１１０は、再構築された材料特性における差に基づいたフィーチャを特徴付けるためにＧＰＲ信号を区別する。フィーチャプロセッサ１１０の実施形態は、周波数ドメイン処理を使用して、周波数情報を深さにマッピングする逆動作を実行する。フィーチャプロセッサ１１０が、非導電バックグランドを介して伝搬されたＧＰＲ信号を処理する場合、構築された量は物体関数（式１４）であり、これは以下の式を有する。
【００６５】
【数２１】
2005503539.tif 000023
式（２３）では、Ｏは複素数であり、その実数部
【００６６】
【数２２】
2005503539.tif 000024
は、誘電率における空間変動の再構築である。Ｏの虚数部
【００６７】
【数２３】
2005503539.tif 000025
は、明示的に周波数を含む。
【００６８】
Ｌ−１を、広帯域データを画像にマッピングする動作であるとする。すなわち、
Ｏ＝Ｌ−１｛ｕ’｝
は、逆動作であり、Ｌは転送演算子
ｕ’＝Ｌ｛Ｏ｝
である。式（２３）を用いて
【００６９】
【数２４】
2005503539.tif 000026
ここで、
【００７０】
【数２５】
2005503539.tif 000027
および画像Ｏε、Ｏσの対は、誘電および電気導電率の相対空間変動によって画像フィーチャを特徴付ける。当業者は、式２３〜２７が導電バックグランドを介して伝搬されるＧＰＲ信号の処理に適応するように拡張され得ることを理解する。
【００７１】
フィーチャプロセッサ１１０は、どのようにして、ＯεおよびＯσが所定の材料タイプに対して関連付けられるかを理解することによってさらなる差異を達成する。例えば、プラスチック物体は、低誘電率および低導電率によって特徴付けられる。その結果、フィーチャプロセッサ１１０は、プラスチック物体がバックグランドよりも大きい（正の）Ｏεを示し、概してバックグランドよりも小さい（負の）Ｏσを示すことを認識する。この逆は、一般的には金属物体に対して真実である。この理由のために、フィーチャプロセッサ１１０は、Ｏε−Ｏσを調べることによって金属またはプラスチック物体の画像を形成する改良データセットを生成する。金属物体に対して、この差はかなり負であり得、プラスチック物体に対して、この差はかなり正であり得る。クレー、木、およびコンクリート等の他の物質に対してフィーチャプロセッサ１１０は、和Ｏε＋Ｏσを用いてフィーチャを向上させる。
【００７２】
検出器１１２は、関心のあるターゲットを自動的に識別する。本発明と一致する検出器１１２の実施形態は、検出動作をインプリメントするために設計された格納されたコンピュータプログラムコードを実行するプロセッサから構成される。当業者は、ソフトウエア内に全体的に、ハードウエア内に全体に、または分配または中央化された、ハードウエアおよびソフトウエアエレメント間の画像処理機能を割り当てる実施形態においてインプリメントされた画像プロセッサ１０８の実施形態が本発明の範囲と一致することを理解する。
【００７３】
検出器１１２は、測量された領域において検出された物体が所定のターゲットに整合するかまたは所定のターゲットクラスに属するかどうかを決定する。測量された領域における物体が整合しない場合、検出器１１２は、物体の場所を識別する。検出器１１２の実施形態は、観測された領域における物体を表す信号とターゲットおよびターゲットクラスとを比較するために整合されたフィルタを使用する。検出器１１２の一実施形態では、整合されたフィルタｕ（ｒ，ω）を用いるのは、ωによって広がった帯域幅にわたってｒによって規定された測定表面にわたって獲得されたデータである。同様に、関心のあるターゲットが点ｘ０において集中する場合に、ｖ（ｒ，ω；ｘ０）が獲得されるデータである。このターゲットは、
【００７４】
【数２６】
2005503539.tif 000028
が閾値を越え、このターゲットの位置がＦｃを最大化する位置ｘ０において存在する場合、測定されたデータセットにおいて存在する。
【００７５】
多くの他の検出アルゴリズムは、例えば、ＢａｙｓｉａｎスタティスティックまたはＭＵＳＩＣアルゴリズム等の、検出器１１２によるインプリメンテーションに適する。
【００７６】
弁別器１１４は、検出器１１２と同様の信号処理エレメントであるが、弁別器１１４は、獲得されたＧＰＲ信号データを直接処理するのではなく、受信されたＧＰＲ信号から再構築された画像を処理する。本発明と一致する弁別器１１４の実施形態は、弁別器動作をインプリメントするために設計された格納されたコンピュータプログラムコードを実行するプロセッサから構成される。当業者は、ソフトウエア内に全体的に、ハードウエア内に全体に、または分配または中央化された、ハードウエアおよびソフトウエアエレメント間の画像処理機能を割り当てる実施形態においてインプリメントされた画像プロセッサ１０８の実施形態が本発明の範囲と一致することを理解する。
【００７７】
本発明と一致する弁別への複数のアプローチが存在する。例えば、弁別器１１４の実施形態は、式（２８）と同様の相関動作を実行するが、受信されたＧＰＲ信号データから再構築された画像に適応される。弁別器１１４の他の実施形態は、フィーチャ抽出アルゴリズム、パターン認識アルゴリズム、および／または全体の画像にわたって画像の一部において識別されたフィーチャをトラッキングするフィーチャトラッキングアルゴリズムをインプリメントする。
【００７８】
ディスプレイ１１６は、測量された領域を表す視覚フィードバックを用いてＧＰＲシステムのオペレータを検証する。本発明と一致するディスプレイ１１６の実施形態は、オペレータへの画像を提示し得る（例えば、ビデオスクリーン、プロッタ、プリンタ等）グラフィカルディスプレイデバイス、およびディスプレイ動作をインプリメントするために設計された格納されたコンピュータプログラムコードを実行するプロセッサから構成される。当業者は、ソフトウエア内に全体的に、ハードウエア内に全体に、または分配または中央化された、ハードウエアおよびソフトウエアエレメント間の画像処理機能を割り当てる実施形態においてインプリメントされたディスプレイ１１６の実施形態が本発明の範囲と一致することを理解する。
【００７９】
ディスプレイ１１６の実施形態では、オペレータに提示された画像は、測量された場所の三次元レンダリングの形態または再構築の２次元画像のシーケンスを取る。この再構築は、誘電体または複数の性質（反射率等）の複合体、物体関数、あるいはいくつかのスタティスティック推定量等の基本的な物質特性であり得る。本発明に一致するディスプレイ１１６の他の実施形態は、地上表面などの平面上に再構築された情報の投影としてオペレータに画像を提示する。
【００８０】
上記エレメントの各々に対して説明されたＧＰＲシステム関数は、上述されたものとは異なるように分配または組み合わせられ得、そしてこれは本発明の範囲内にある。例えば、ＧＰＲシステムは、中央メモリに格納されたソフトウエアを実行する単一のプロセッサまたはプロセッサの群を用いてインプリメントされ得る。ここで、このソフトウエアは、上述のＧＰＲシステム動作の各々に関連する。
【００８１】
上述のようなＧＰＲシステムエレメントの動作は、埋められている物体を迅速かつ正確に探査するために効率的なシステムを提供する。従って、本発明によると、開示されたＧＰＲシステムエレメントは、関心のある領域の急速かつ正確なリアルタイム測量を可能にするポータブルおよびモバイル構造を含む多くのタイプの構造に収容され得る。
【００８２】
図１３は、本発明と一致するＧＰＲシステムを有する可動車両１３０４の図である。図１３に示されるように、レーダアレイ１３０６はアーム１３０５に取り付け、アーム１３０５は、車両１３０４の後方に取り付ける。レーダアレイ１３０６は、少なくとも１つの送信アンテナおよび少なくとも１つの受信アンテナを含み得る。車両１３０４は、矢印１３０２によって示された方向に移動し得る。レーダアレイ１３０６は、インパルスを地中１３０８に送信する。このインパルスは、埋められている物体（地中のパイプ１３１２等）から反射し得る。レーダアレイ１３０６は、反射された波形を受信し得る。車両１３０４の後方のモジュール１３１４は、図１に対して上記により詳細に説明されたエレメントを含み得る。このエレメントは、アレイ１３０６を制御し、アレイ１３０６によって受信された処理信号を制御する。これは、また関心のある測量領域におけるセンサユニット１０２によって取得されたデータからの埋められている物体の画像をディスプレイ１３１６上に表示し得る（周囲の領域の画像を用いてまたはこの画像なしで）。
【００８３】
図１４は、本発明と一致した、ＧＰＲシステムを有するトレーラ１４０２を有する可動車両１４０４の図である。図１４に示された実施形態では、レーダアレイ１３０６（図１４には示されない）は、トレーラ１４０２内部にあり、このトレーラ１４０２は、車両１４０４に取り付けられる。トレーラ１４０２は、車両１４０４を用いて矢印１４１０の方向に移動する。図１５は、本発明に一致した、ＧＰＲシステムを有するポータブルハウジング１５０４の図である。図１５に示された実施形態では、レーダアレイ１３０６（図１４には示されない）は、ポータブルハウジング１５０４内部にある。ユーザ１５０２は、ハンドル１５０６を用いて、地面１３０８上をポータブルハウジング１５０４をガイドし得る。ポータブルハウジング１５０４は、車輪１５０８、スキッドパッド（図示せず）を有し得るか、または両方とも有しない。ポータブルハウジング１５０４の実施形態はまた、オペレータが全体のシステムを運ぶことを可能にするのに十分軽量に作製され、それにより、歯車、スキッドパッド、または地面上をハウジングを導くための同様な構造の必要性を軽減し得る。図１４のモバイルシステムおよび図１５のポータブルシステムの両方は、関心のある測量された領域におけるセンサユニットによって取得されたデータから埋められている物体の画像も表示し得る（周囲のデータの画像を有するかまたはこの画像を有しない）。本発明に一致するＧＰＲシステムは、多くの掘削の必要性を満たすために誤差のマージン（ｍａｒｇｉｎ）を有する、導電性および非導電性公共物を垂直的にかつ水平的に探査および画像化するためのコスト効率的な方法を提供することによって、ワンコール、個人探査、およびＳＵＥの欠点を克服し得る。本発明と一致するＧＰＲシステムはまた、将来使用され得る掘削場所の画像の永久的な記録を提供し得る。さらに、本発明と一致するＧＰＲシステムは、システムが移動しながら地中画像が形成され得るように、移動車両、トレーラ、またはポータブルハウジング上で適合し得る。
【００８４】
種々の改変および変更が本発明の精神または範囲から逸脱することなく本発明の開示された実施形態に対してなされ得ることが当業者に明らかである。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲およびその均等物内で想起される場合、本発明の改変および変更を網羅することが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】図１は、地中探査レーダを用いて埋められている物体を識別するための装置の実施形態である。
【図２】図２は、センサユニット１０２の詳細な図である。
【図３】図３は、３つの適用可能なアンテナジオメトリのブロック図である。
【図４】図４は、トランスミッタおよびレシーバアンテナエレメントの単一線を有するアンテナアレイ構成３０２における移動方向を示す。
【図５】図５は、図４に示されたアレイ構成およびスキャン方向を用いて３つの異なる時間ステップｔ０、ｔ１、およびｔ２におけるデータ取得の概略図である。
【図６】図６は、モノスタティックデータ取得のためのセンサユニット１０２の構成におけるアンテナアレイエレメントの概略図である。
【図７】図７は、マルチスタティックデータ取得の概略図である。
【図８】図８は、伝送アンテナエレメントおよび受信アンテナエレメントの間の隙間の概略図である。
【図９】図９は、受信されたレーダ信号の時系列のグラフである。
【図１０】図１０は、ＧＰＲシステムにおける臨界的に屈折された光線の概略図である
【図１１】図１１は、臨界的に反射された光線およびＧＰＲシステムにおいて反射された光線の概略図である。
【図１２】図１２は、波速を計算するためのバイスタティック測定の概略図である。
【図１３】図１３は、ＧＰＲシステムを有する移動車両の図である。
【図１４】図１４は、ＧＰＲシステムを有する移動車両の図である。
【図１５】図１５は、ポータブルＧＰＲシステムの図である。
【図１】
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【図２】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2005503539.tif 000090
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005503539.tif 000091
【国際調査報告】
2005503539.tif 000092
2005503539.tif 000093