(57)【要約】【課題】算出される反射波成分の強度の減衰を従来構成よりも小さく抑える。【解決手段】不要波除去手段１３は、各位置毎データ列から不要波成分をそれぞれ減算して反射波成分を算出する。仮不要波抽出手段１６は、位置毎データ列に関して同一のサンプリングタイミングごとに強度データの代表値を求め、当該代表値の集合を仮不要波成分とする。仮不要波除去手段１７は、各位置毎データ列から仮不要波成分をそれぞれ減算することにより仮反射波成分を求める。データ列分類手段１８は、位置毎データ列を、仮反射波成分において対象物で反射された電磁波の強度の極大となるアンテナ位置を含む所定範囲内のアンテナ位置の位置毎データ列である強データ列と強データ列以外の弱データ列とに分類する。不要波抽出手段１２は、弱データ列に関して同一のサンプリングタイミングごとに強度データの代表値を求め、当該代表値の集合を前記不要波成分とする。【選択図】図１
2008134099.tif 000002
【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、基準面の奥に存在する対象物により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、各アンテナ位置での位置毎データ列に共通に含まれる不要波成分を抽出する不要波抽出手段と、各アンテナ位置での位置毎データ列から不要波成分をそれぞれ減算することにより、対象物で反射された電磁波に相当する反射波成分を求める不要波除去手段と、複数のアンテナ位置の反射波成分の強度および電磁波が送信されてから反射波成分が受信されるまでの経過時間に基づいて対象物の状態を検出する検出手段とを備え、不要波抽出手段は、記憶部に記憶された位置毎データ列に関して同一のサンプリングタイミングごとに強度データの代表値を求め、当該代表値の複数のサンプリングタイミング分の集合を仮不要波成分として抽出する仮不要波抽出手段と、各アンテナ位置での位置毎データ列から仮不要波成分をそれぞれ減算することにより仮反射波成分を求める仮不要波除去手段と、記憶部に記憶された位置毎データ列を、仮反射波成分において対象物で反射された電磁波の強度の極大となるアンテナ位置を含む所定範囲内のアンテナ位置の位置毎データ列である強データ列と強データ列以外の弱データ列とに分類するデータ列分類手段とを有し、弱データ列に関して同一のサンプリングタイミングごとに強度データの代表値を求め、当該代表値の複数のサンプリングタイミング分の集合を前記不要波成分とすることを特徴とする物体探知装置。
【請求項２】
前記データ列分類手段は、前記各アンテナ位置における前記仮反射波成分の最大値となる強度データを最大データとしてそれぞれ検出し、前記最大データをアンテナ位置と同じ順番に並べたときに強度の極大となるアンテナ位置のうちで前記最大データが所定の閾値以上であるアンテナ位置を基準位置とし、基準位置および基準位置の前後複数のアンテナ位置の中で、前記最大データが基準位置における最大データに１未満の所定値を乗算した値以上となるアンテナ位置における前記位置毎データ列を前記強データ列と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】
前記データ列分類手段は、前記各アンテナ位置における前記仮反射波成分の最大値となる強度データを最大データとしてそれぞれ検出し、前記最大データをアンテナ位置と同じ順番に並べたときに強度の極大となるアンテナ位置のうちで前記最大データが所定の閾値以上であるアンテナ位置を基準位置とし、基準位置および基準位置の前後の予め設定された数のアンテナ位置における前記位置毎データ列を前記強データ列と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４】
前記データ列分類手段は、前記各アンテナ位置における前記仮反射波成分の最大値となる強度データを最大データとしてそれぞれ検出し、前記最大データをアンテナ位置と同じ順番に並べたときに強度の極大となるアンテナ位置のうちで前記最大データが所定の閾値以上であるアンテナ位置を基準位置とし、基準位置における前記位置毎データ列を前記強データ列と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５】
前記データ列分類手段は、前記各アンテナ位置における前記仮反射波成分の最大値となる強度データを最大データとしてそれぞれ検出し、前記複数のアンテナ位置のうちで前記最大データが所定の閾値以上であるアンテナ位置における前記位置毎データ列を前記強度データ列と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６】
前記データ列分類手段は、前記各アンテナ位置における前記仮反射波成分の最大値となる強度データを最大データとしてそれぞれ検出し、電磁波が送信されてから前記最大データが受信されるまでの経過時間をアンテナ位置と同じ順番に並べたときに前記経過時間の極小となるアンテナ位置のうちで前記最大データが所定の閾値以上であるアンテナ位置を基準位置とし、基準位置および基準位置の前後複数のアンテナ位置の中で、前記最大データが基準位置における最大データに１未満の所定値を乗算した値以上となるアンテナ位置における前記位置毎データ列を前記強データ列と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７】
前記データ列分類手段は、前記各アンテナ位置における前記仮反射波成分の最大値となる強度データを最大データとしてそれぞれ検出し、電磁波が送信されてから前記最大データが受信されるまでの経過時間をアンテナ位置と同じ順番に並べたときに前記経過時間の極小となるアンテナ位置のうちで前記最大データが所定の閾値以上であるアンテナ位置を基準位置とし、基準位置および基準位置の前後の予め設定された数のアンテナ位置における前記位置毎データ列を前記強データ列と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８】
前記データ列分類手段は、前記各アンテナ位置における前記仮反射波成分の最大値となる強度データを最大データとしてそれぞれ検出し、電磁波が送信されてから前記最大データが受信されるまでの経過時間をアンテナ位置と同じ順番に並べたときに前記経過時間の極小となるアンテナ位置のうちで前記最大データが所定の閾値以上であるアンテナ位置を基準位置とし、基準位置における前記位置毎データ列を前記強データ列と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９】
前記閾値は、電磁波が送信されてから前記最大データが受信されるまでの経過時間が長いほど小さくなるように前記経過時間に対応付けられていることを特徴とする請求項２ないし請求項８のいずれか１項に記載の物体探知装置。
【請求項１０】
前記閾値は、予め一定の値に設定されていることを特徴とする請求項２ないし請求項８のいずれか１項に記載の物体探知装置。
【請求項１１】
前記仮不要波抽出手段と前記不要波抽出手段との少なくとも一方は、同一の前記サンプリングタイミングごとに、複数の前記アンテナ位置の強度データが分布している強度範囲を一定の強度幅の強度区間に分割し、強度データのデータ数が最多となる強度区間について求めた強度データの平均値を前記代表値とすることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の物体探知装置。
【請求項１２】
前記仮不要波抽出手段と前記不要波抽出手段との少なくとも一方は、同一の前記サンプリングタイミングごとに求めた複数の前記アンテナ位置の強度データの中央値を前記代表値とすることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の物体探知装置。
【請求項１３】
前記仮不要波抽出手段と前記不要波抽出手段との少なくとも一方は、同一の前記サンプリングタイミングごとに求めた複数の前記アンテナ位置の強度データの平均値を前記代表値とすることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の物体探知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中または構造物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、地中または構造物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地表面または構造物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】
ところで、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、対象物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】
しかし、上述した従来の技術においては、位置毎データ列に不要波成分だけでなく反射波成分も含まれているので、位置毎データ列の強度データの平均値からなる不要波成分には反射波成分が含まれることになり、位置毎データ列から不要波成分を減算すると、減算後の反射波成分の強度が実際の反射波成分よりも減衰してしまう可能性がある。特に、特許文献１に記載の発明では、不要波成分を抽出する際の強度データのデータ数が少ないので、抽出された不要波成分に占める反射波成分の比率が大きくなり、位置毎データ列から不要波成分を減算すると、減算後の反射波成分の強度が大きく減衰する。
【０００７】
その結果、電磁波の減衰率が大きい媒質中に存在する対象物や、基準面から遠い位置に存在する対象物や、電磁波の反射率の低い対象物などに関しては、算出される反射波成分の強度が小さくなり対象物を探知できないことがある。
【０００８】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、算出される反射波成分の強度の減衰を従来構成よりも小さく抑え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】
【０００９】
請求項１の発明では、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、基準面の奥に存在する対象物により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、各アンテナ位置での位置毎データ列に共通に含まれる不要波成分を抽出する不要波抽出手段と、各アンテナ位置での位置毎データ列から不要波成分をそれぞれ減算することにより、対象物で反射された電磁波に相当する反射波成分を求める不要波除去手段と、複数のアンテナ位置の反射波成分の強度および電磁波が送信されてから反射波成分が受信されるまでの経過時間に基づいて対象物の状態を検出する検出手段とを備え、不要波抽出手段は、記憶部に記憶された位置毎データ列に関して同一のサンプリングタイミングごとに強度データの代表値を求め、当該代表値の複数のサンプリングタイミング分の集合を仮不要波成分として抽出する仮不要波抽出手段と、各アンテナ位置での位置毎データ列から仮不要波成分をそれぞれ減算することにより仮反射波成分を求める仮不要波除去手段と、記憶部に記憶された位置毎データ列を、仮反射波成分において対象物で反射された電磁波の強度の極大となるアンテナ位置を含む所定範囲内のアンテナ位置の位置毎データ列である強データ列と強データ列以外の弱データ列とに分類するデータ列分類手段とを有し、弱データ列に関して同一のサンプリングタイミングごとに強度データの代表値を求め、当該代表値の複数のサンプリングタイミング分の集合を前記不要波成分とすることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、不要波抽出手段は、記憶部に記憶された位置毎データ列のうちの弱データ列のみに関して、同一のサンプリングタイミングごとに強度データの代表値を求め、当該代表値の複数のサンプリングタイミング分の集合を前記不要波成分とするので、強データ列における反射波成分が不要波抽出手段で抽出される不要波成分に含まれることはない。ここにおいて、強データ列は、仮反射波成分において対象物で反射された電磁波の強度の極大となるアンテナ位置を含む所定範囲内のアンテナ位置の位置毎データ列であるから、この強データ列における反射波成分が不要波成分に含まれることがなければ、位置毎データ列から不要波成分を減算しても、減算後の反射波成分の強度が実際の反射波成分よりも大きく減衰することはない。すなわち、請求項１の構成では、算出される反射波成分の強度の減衰を従来構成よりも小さく抑えることができるという利点がある。なお、ここでいう代表値は平均値や中央値や最頻値等を意味する。また、検出手段は、対象物の状態として、たとえば反射波成分の強度および電磁波が送信されてから反射波成分が受信されるまでの経過時間に基づいて対象物の有無や、対象物までの距離や、対象物の大きさや形状や材質や、物体探知装置と対象物との間に存在する伝播媒質（壁材等）の特性などを検出する。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記データ列分類手段が、前記各アンテナ位置における前記仮反射波成分の最大値となる強度データを最大データとしてそれぞれ検出し、前記最大データをアンテナ位置と同じ順番に並べたときに強度の極大となるアンテナ位置のうちで前記最大データが所定の閾値以上であるアンテナ位置を基準位置とし、基準位置および基準位置の前後複数のアンテナ位置の中で、前記最大データが基準位置における最大データに１未満の所定値を乗算した値以上となるアンテナ位置における前記位置毎データ列を前記強データ列とすることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、各アンテナ位置における最大データの強度の大きさに基づいて位置毎データ列を強データ列と弱データ列とに分類しているので、比較的簡単な演算処理で位置毎データ列を分類することができる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記データ列分類手段が、前記各アンテナ位置における前記仮反射波成分の最大値となる強度データを最大データとしてそれぞれ検出し、前記最大データをアンテナ位置と同じ順番に並べたときに強度の極大となるアンテナ位置のうちで前記最大データが所定の閾値以上であるアンテナ位置を基準位置とし、基準位置および基準位置の前後の予め設定された数のアンテナ位置における前記位置毎データ列を前記強データ列とすることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、各アンテナ位置における最大データの強度の大きさに基づいて位置毎データ列を強データ列と弱データ列とに分類しているので、比較的簡単な演算処理で位置毎データ列を分類することができる。しかも、１つの基準位置に対して強データ列とする位置毎データ列の数が固定されるので、基準位置の前後のアンテナ位置で物体探知装置の誤動作による測定エラー等によって前後のアンテナ位置での最大データに比べて極端に小さい異常値が検出されても、異常値が検出されたアンテナ位置の位置毎データ列も強データ列とすることにより異常値の影響を取り除くことが可能となる。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記データ列分類手段が、前記各アンテナ位置における前記仮反射波成分の最大値となる強度データを最大データとしてそれぞれ検出し、前記最大データをアンテナ位置と同じ順番に並べたときに強度の極大となるアンテナ位置のうちで前記最大データが所定の閾値以上であるアンテナ位置を基準位置とし、基準位置における前記位置毎データ列を前記強データ列とすることを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、各アンテナ位置における最大データの強度の大きさに基づいて位置毎データ列を強データ列と弱データ列とに分類しているので、比較的簡単な演算処理で位置毎データ列を分類することができる。しかも、基準位置における位置毎データ列を強データ列とするので、基準位置を求めた後で強データ列の範囲を決めるための演算処理を行う必要はなく演算処理をさらに簡略化できる。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１の発明において、前記データ列分類手段が、前記各アンテナ位置における前記仮反射波成分の最大値となる強度データを最大データとしてそれぞれ検出し、前記複数のアンテナ位置のうちで前記最大データが所定の閾値以上であるアンテナ位置における前記位置毎データ列を前記強度データ列とすることを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、各アンテナ位置における最大データの強度の大きさに基づいて位置毎データ列を強データ列と弱データ列とに分類しているので、比較的簡単な演算処理で位置毎データ列を分類することができる。しかも、最大データが所定の閾値以上であるアンテナ位置における位置毎データ列を強データ列とするので、強データ列の範囲を決めるための演算処理を行う必要はなく演算処理をさらに簡略化できる。
【００１９】
請求項６の発明は、請求項１の発明において、前記データ列分類手段が、前記各アンテナ位置における前記仮反射波成分の最大値となる強度データを最大データとしてそれぞれ検出し、電磁波が送信されてから前記最大データが受信されるまでの経過時間をアンテナ位置と同じ順番に並べたときに前記経過時間の極小となるアンテナ位置のうちで前記最大データが所定の閾値以上であるアンテナ位置を基準位置とし、基準位置および基準位置の前後複数のアンテナ位置の中で、前記最大データが基準位置における最大データに１未満の所定値を乗算した値以上となるアンテナ位置における前記位置毎データ列を前記強データ列とすることを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、各アンテナ位置における電磁波が送信されてから最大データが受信されるまでの経過時間に基づいて位置毎データ列を強データ列と弱データ列とに分類しているので、対象物で反射された電磁波にノイズが重畳して各最大データの強度が正確な値をとらない場合でも位置毎データを分類することができる。
【００２１】
請求項７の発明は、請求項１の発明において、前記データ列分類手段が、前記各アンテナ位置における前記仮反射波成分の最大値となる強度データを最大データとしてそれぞれ検出し、電磁波が送信されてから前記最大データが受信されるまでの経過時間をアンテナ位置と同じ順番に並べたときに前記経過時間の極小となるアンテナ位置のうちで前記最大データが所定の閾値以上であるアンテナ位置を基準位置とし、基準位置および基準位置の前後の予め設定された数のアンテナ位置における前記位置毎データ列を前記強データ列とすることを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、各アンテナ位置における電磁波が送信されてから最大データが受信されるまでの経過時間に基づいて位置毎データ列を強データ列と弱データ列とに分類しているので、対象物で反射された電磁波にノイズが重畳して各最大データの強度が正確な値をとらない場合でも位置毎データを分類することができる。しかも、１つの基準位置に対して強データ列とする位置毎データ列の数が固定されるので、基準位置の前後のアンテナ位置で物体探知装置の誤動作による測定エラー等によって前後のアンテナ位置での最大データに比べて極端に小さい異常値が検出されても、異常値が検出されたアンテナ位置の位置毎データ列も強データ列とすることにより異常値の影響を取り除くことが可能となる。
【００２３】
請求項８の発明は、請求項１の発明において、前記データ列分類手段が、前記各アンテナ位置における前記仮反射波成分の最大値となる強度データを最大データとしてそれぞれ検出し、電磁波が送信されてから前記最大データが受信されるまでの経過時間をアンテナ位置と同じ順番に並べたときに前記経過時間の極小となるアンテナ位置のうちで前記最大データが所定の閾値以上であるアンテナ位置を基準位置とし、基準位置における前記位置毎データ列を前記強データ列とすることを特徴とする。
【００２４】
この構成によれば、各アンテナ位置における電磁波が送信されてから最大データが受信されるまでの経過時間に基づいて位置毎データ列を強データ列と弱データ列とに分類しているので、対象物で反射された電磁波にノイズが重畳して各最大データの強度が正確な値をとらない場合でも位置毎データを分類することができる。しかも、基準位置における位置毎データ列を強データ列とするので、基準位置を求めた後で強データ列の範囲を決めるための演算処理を行う必要はなく演算処理を簡略化できる。
【００２５】
請求項９の発明は、請求項２ないし請求項８のいずれかの発明において、前記閾値が、電磁波が送信されてから前記最大データが受信されるまでの経過時間が長いほど小さくなるように前記経過時間に対応付けられていることを特徴とする。
【００２６】
この構成によれば、閾値は電磁波が送信されてから最大データが受信されるまでの経過時間が長いほど小さくなるので、基準面から対象物までの距離が大きくなるほど閾値が小さくなる。ここで、一般に基準面から対象物までの距離が大きくなるほど位置毎データ列の最大データは減衰して低下する。すなわち、請求項９の構成では、基準面から対象物までの距離が比較的大きい場合に、位置毎データ列の最大データが低下していても、確実に強データ列と弱データ列とを分類することができる。
【００２７】
請求項１０の発明は、請求項２ないし請求項８のいずれかの発明において、前記閾値が、予め一定の値に設定されていることを特徴とする。
【００２８】
この構成によれば、閾値を決定する演算処理が不要であるから、演算処理を簡略化できる。
【００２９】
請求項１１の発明は、請求項１ないし請求項１０のいずれかの発明において、前記仮不要波抽出手段と前記不要波抽出手段との少なくとも一方が、同一の前記サンプリングタイミングごとに、複数の前記アンテナ位置の強度データが分布している強度範囲を一定の強度幅の強度区間に分割し、強度データのデータ数が最多となる強度区間について求めた強度データの平均値を前記代表値とすることを特徴とする。
【００３０】
この構成によれば、仮不要波抽出手段と不要波抽出手段との少なくとも一方が、強度データのデータ数が最多となる強度区間について求めた強度データの平均値を代表値とする。一般的に強度データは仮不要波成分や不要波成分に対して強度軸方向に偏って分布しているが、請求項１１の構成ではサンプリングタイミングごとの全強度データの平均値から仮不要波成分や不要波成分を求める場合に比べて、強度データの分布の偏りの影響を受けず仮不要波成分や不要波成分を正確に算出することができる。そのため、反射波成分が精度よく求まり、対象物の状態の検出精度が向上する。
【００３１】
請求項１２の発明は、請求項１ないし請求項１０のいずれかの発明において、前記仮不要波抽出手段と前記不要波抽出手段との少なくとも一方が、同一の前記サンプリングタイミングごとに求めた複数の前記アンテナ位置の強度データの中央値を前記代表値とすることを特徴とする。
【００３２】
この構成によれば、仮不要波抽出手段と不要波抽出手段との少なくとも一方が、同一のサンプリングタイミングごとに求めた複数のアンテナ位置の強度データの中央値を代表値とする。一般的に強度データは仮不要波成分や不要波成分に対して強度軸方向に偏って分布しているが、請求項１２の構成ではサンプリングタイミングごとの全強度データの平均値から仮不要波成分や不要波成分を求める場合に比べて、強度データの分布の偏りの影響を受けず仮不要波成分や不要波成分を正確に算出することができる。そのため、反射波成分が精度よく求まり、対象物の状態の検出精度が向上する。
【００３３】
請求項１３の発明は、請求項１ないし請求項１０のいずれかの発明において、前記仮不要波抽出手段と前記不要波抽出手段との少なくとも一方が、同一の前記サンプリングタイミングごとに求めた複数の前記アンテナ位置の強度データの平均値を前記代表値とすることを特徴とする。
【００３４】
この構成によれば、仮不要波抽出手段と不要波抽出手段との少なくとも一方が、同一のサンプリングタイミングごとに求めた複数のアンテナ位置の強度データの平均値を代表値とするので、比較的簡単な演算処理で仮不要波成分や不要波成分を求めることができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明は、不要波抽出手段が、記憶部に記憶された位置毎データ列のうちの弱データ列のみに関して、同一のサンプリングタイミングごとに強度データの代表値を求め、当該代表値の複数のサンプリングタイミング分の集合を前記不要波成分とするので、強データ列における反射波成分が不要波抽出手段で抽出される不要波成分に含まれることはない。ここにおいて、強データ列は、仮反射波成分において対象物で反射された電磁波の強度の極大となるアンテナ位置を含む所定範囲内のアンテナ位置の位置毎データ列であるから、この強データ列における反射波成分が不要波成分に含まれることがなければ、位置毎データ列から不要波成分を減算しても、減算後の反射波成分の強度が実際の反射波成分よりも大きく減衰することはない。すなわち、請求項１の構成では、算出される反射波成分の強度の減衰を従来構成よりも小さく抑えることができる。その結果、電磁波の減衰率が大きい媒質中に存在する対象物や、基準面から遠い位置に存在する対象物や、電磁波の反射率の低い対象物などに関しても、対象物を探知できるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
（実施形態１）
本実施形態の物体探知装置は、１個の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、当該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を備え、図２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Ｓ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Ｓに向けて電磁波を間欠的に送信し、基準面Ｓよりも奥に存在する対象物Ｂ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Ｂを探知するものである。
【００３７】
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Ｂ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。
【００３８】
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。
【００３９】
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増幅部９と、増幅部９で増幅された受信信号の強度を前記受波期間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Ａ／Ｄ変換部１０（サンプリング手段）と、記憶部５に格納された強度データを用いて対象物Ｂを探知する演算部１１とを備えている。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する。
【００４０】
演算部１１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抽出手段１２と、前記位置毎データ列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１３と、複数のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎにおける前記反射波成分の強度に基づいて対象物Ｂの状態を検出する検出手段１４とを備えている。
【００４１】
本実施形態の不要波抽出手段１２は、記憶部５に記憶された位置毎データ列に関して同一のサンプリングタイミングごとに強度データの代表値を求め、当該代表値の複数のサンプリングタイミング分の集合を仮不要波成分として抽出する仮不要波抽出手段１６と、各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎでの位置毎データ列から仮不要波成分をそれぞれ減算することにより仮反射波成分を求める仮不要波除去手段１７と、記憶部５に記憶された位置毎データ列を、仮反射波成分において対象物Ｂで反射された電磁波の強度の極大となるアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎを含む所定範囲内のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎの位置毎データ列である強データ列と強データ列以外の弱データ列とに分類するデータ列分類手段１８とを有する。この不要波抽出手段１２は、弱データ列に関して同一のサンプリングタイミングごとに強度データの代表値を求め、当該代表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して出力する。
【００４２】
以下に、本実施形態の物体探知装置の動作について図４のフローチャートを参照して説明する。ここでは、図２に示すように複数箇所（ｎ箇所）のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎでそれぞれ信号を受信した場合について説明する。また、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２および図３では、アンテナ部１がアンテナ位置Ｘ３にある場合の位置毎データ列Ａ３を表している。以下、電磁波の送波時点からの経過時間を伝播時間Ｔという。図３では、横軸を伝播時間Ｔとし、縦軸を強度としている。
【００４３】
図４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、位置毎データ列Ａ１〜Ａｎの分類基準の設定など）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。
【００４４】
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検出手段１４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検出手段１４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。
【００４５】
ここにおいて、各位置毎データ列Ａ１〜Ａｎは、Ａ／Ｄ変換部１０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はそれぞれ計ｍ個の強度データ（要素）で表される。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。
【００４６】
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Ｔ）ごとにも格納され、それぞれ時間毎データ列ｔ１〜ｔｍ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ｔ１となり、以降、時間毎データ列ｔ２＝〔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ｔｍ＝〔強度データＡ１（ｍ）、強度データＡ２（ｍ）、・・・、強度データＡｎ（ｍ）〕となる。
【００４７】
ところで、図５（ｃ）に示す位置毎データ列Ａ１〜Ａｎは、図５（ａ）の不要波成分と図５（ｂ）の反射波成分との２つの成分が合成されたものである。図５では、横軸を伝播時間Ｔ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Ｂで反射されたのではなく、基準面Ｓ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、異なるアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎでも変化せず、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。反射波成分は対象物Ｂで反射された電磁波を意味する。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、不要波成分に雑音成分は含まれない。
【００４８】
仮不要波抽出手段１６は、図４のステップＳ６において位置毎データ列Ａ１〜Ａｎから仮不要波成分Ｙ０を抽出するために、まず記憶部５から強度データを時間毎データ列ｔ１〜ｔｍごとに取り出す。各時間毎データ列ｔ１〜ｔｍは、それぞれ図５（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Ｔ）で切断した断面に相当する。横軸をアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎとし、縦軸を強度として、複数の時間毎データ列ｔ１、・・・、ｔＮ、ｔＮ＋１、・・・、を縦軸方向に並べると図６のようになる。図６では、各時間毎データ列が相対的に比較されているので、異なるアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎでも変化しない不要波成分は反映されず、雑音成分がなければ、図５（ｂ）における反射波成分を同一のサンプリングタイミング（同一の伝播時間Ｔ）で切断した断面に相当する。
【００４９】
図６に示した時間毎データ列の１つ（時間毎データ列ｔｋ）を図７に示す。図７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。ここにおいて、仮不要波抽出手段１６は、時間毎データ列ｔｋを構成する複数の強度データＡ１（ｋ）、Ａ２（ｋ）、・・・、Ａｎ（ｋ）が分布している強度範囲（ここでは図７の上下両端間）を一定の強度幅ΔＶで分割した強度区間に、これらの強度データＡ１（ｋ）、Ａ２（ｋ）、・・・、Ａｎ（ｋ）をグループ分けする。つまり、強度範囲を強度幅ΔＶ刻みで複数の強度区間に分け、各強度データＡ１（ｋ）、Ａ２（ｋ）、・・・、Ａｎ（ｋ）をいずれかの強度区間にそれぞれ当てはめる。そして、強度区間ごとに強度データのデータ数（個数）を比較し、このデータ数が最多となる強度区間（図７に「Ｐ」で示す）について、当該強度区間に含まれる全ての強度データの平均値Ｙ０（ｋ）を代表値とする。同様の処理を全ての時間毎データ列ｔ１〜ｔｍについて繰り返す。仮不要波抽出手段１６は、このように算出された平均値Ｙ０（ｋ）の全サンプリングタイミング分の集合〔Ｙ０（１）、Ｙ０（２）、・・・、Ｙ０（ｍ）〕を仮不要波成分Ｙ０として出力する。図８には、横軸を伝播時間Ｔ、縦軸を強度として、仮不要波抽出手段１６で抽出された仮不要波成分Ｙ０の一例を示す。
【００５０】
一方、仮不要波除去手段１７は、ステップＳ７において、記憶部５内の位置毎データ列Ａ１〜Ａｎから仮不要波抽出手段１６の出力（仮不要波成分Ｙ０）を減算することにより、仮反射波成分Ｃ０を求める。ただし、位置毎データ列Ａ１〜Ａｎには、仮不要波成分Ｙ０以外に、アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎごとに異なる雑音成分（ランダムに発生する熱雑音等）が含まれる場合があり、この場合には仮不要波除去手段１７で求まる仮反射波成分Ｃ０に雑音成分（高周波成分）が重畳されることがある。
【００５１】
そこで、本実施形態の物体探知装置では、受信信号に含まれる雑音成分を取り除くフィルタ手段１５（図１（ｂ）参照）を演算部１１に備えることによって、仮不要波成分Ｙ０の抽出精度を向上させている。フィルタ手段１５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。
【００５２】
ここに、フィルタ手段１５は、以下の２つのいずれかを雑音成分を取り除く対象とする。１つ目は、アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎごとの強度データの集合、つまり各位置毎データ列Ａ１〜Ａｎであって、たとえば図３の位置毎データ列Ａ３については、複数のサンプリングタイミングの強度データ（Ａ３（１）、Ａ３（２）、・・・、Ａ３（ｍ））から雑音成分を取り除く。２つ目は、サンプリングタイミングごとの強度データの集合、つまり各時間毎データ列ｔ１〜ｔｍであって、たとえば図７の時間毎データ列ｔｋについては、複数のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎの強度データ（Ａ１（ｋ）、Ａ２（ｋ）、・・・、Ａｎ（ｋ））から雑音成分を取り除く。各位置毎データ列Ａ１〜Ａｎについて雑音成分を取り除き、その後さらに各時間毎データ列ｔ１〜ｔｍについて雑音成分を取り除く処理を行う等、両フィルタ処理を組み合わせてもよい。
【００５３】
一方、位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを得る前に熱雑音等の雑音成分を予め測定する雑音測定手段（図示せず）を設け、仮不要波抽出手段１６で用いる強度区間の強度幅ΔＶの値を、雑音測定手段で測定された雑音成分の最大振幅よりも大きく設定するようにしてもよい。これにより、仮不要波抽出手段１６で求まる仮不要波成分Ｙ０が雑音成分の影響で変化することはなくなるので、上記フィルタ手段１５を用いない場合、あるいは、上記フィルタ手段１５で雑音成分が完全には取り除くことができなかった場合でも、雑音成分の影響を無視することができる。
【００５４】
ただし、強度幅ΔＶが大きくなると、仮不要波抽出手段１６での仮不要波成分Ｙ０の抽出に要する信号処理時間は短縮されるものの、仮不要波成分Ｙ０の抽出精度は低下する。そのため、たとえば雑音成分の最大振幅の２倍の値を強度幅ΔＶとするなど、測定環境等の状況に応じて適切な強度幅ΔＶに設定する必要がある。なお、雑音測定手段で測定された雑音成分の情報は、対象物Ｂの探知を行う前に記憶部５または第２の信号処理部４内のメモリ（図示せず）に格納するか、あるいは、対象物Ｂの探知を行うときに記憶部５または信号処理部４内のメモリに書き込みをすることにより、仮不要波抽出手段１６で使用可能となる。
【００５５】
また、上述のように強度区間の強度幅ΔＶを予め設定するのではなく、サンプリングタイミングごとに、複数のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎについての強度データの最大値と最小値との間の範囲を強度範囲とし、この強度範囲を予め定められた定数で分割することにより強度幅ΔＶの強度区間を設定してもよい。ここで、たとえば８ｂｉｔ演算を利用するのであれば強度範囲を２５６分割すればよい。この場合には、２５６個の強度区間の全てについて強度データの個数を比較すると処理時間が比較的長くなる。そこで、各位置毎データ列Ａ１〜Ａｎの強度範囲を２分割して可変区間とし、分割後の可変区間のうちで強度データのデータ数が最多となる可変区間を再度２分割することにより、強度範囲の２分の１、４分の１、８分の１、・・・というように可変区間を徐々に狭めていく処理を、可変区間が強度幅ΔＶの強度区間に相当するまで繰り返すことが望ましい。これにより、処理時間の短縮を図ることができる。ただし、可変区間を徐々に狭めて仮不要波成分Ｙ０を抽出する方法は、強度データの分布状況によっては使用できない場合もある。なお、可変区間を徐々に狭める際の分割は２分割に限らず、たとえば３分割であってもよい。
【００５６】
一般的に強度データは仮不要波成分Ｙ０に対して強度軸方向に偏って分布しているが、本実施形態では仮不要波成分Ｙ０を抽出する際に、サンプリングタイミングごとの全強度データの平均値から仮不要波成分Ｙ０を算出するのではなく、強度データのデータ数が最大となる強度区間について強度データの平均値から仮不要波成分Ｙ０を算出するので、強度データの分布の偏りの影響を受けずに仮不要波成分Ｙ０を正確に算出することができる。そのため、仮反射波成分Ｃ０が精度よく求まる。
【００５７】
ところで、本実施形態では以下に説明するように、不要波抽出手段１２が上述の仮反射波成分Ｃ０を用いて不要波成分Ｙ１を抽出することにより、算出される反射波成分Ｃ１の強度の減衰を従来構成よりも小さく抑えている。以下の説明では、図９（ａ）の不要波成分と図９（ｂ）の反射波成分との２つの成分が合成された図９（ｃ）の位置毎データ列Ａ１〜Ａｎが得られた場合を例として、反射波成分Ｃ１を算出する動作を説明する。図９では、横軸を伝播時間Ｔとし、縦軸を強度として、複数のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎに対応する各波形を縦軸方向に並べている。ここに、図５（ｂ）の反射波成分は１個の対象物Ｂで反射された電磁波に相当するのに対し、図９（ｂ）の反射波成分は基準面Ｓから略同じ深さに位置する２個の対象物Ｂで反射された電磁波に相当する。
【００５８】
ステップＳ８においては、データ列分類手段１８が、仮反射波成分Ｃ０を解析することにより、改めて不要波成分Ｙ１を抽出するために位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを分類する。ここではまず、データ列分類手段１８は、各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎに関して仮反射波成分Ｃ０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Ｔとを検出する。ここでいう最大データは、各仮反射波成分Ｃ０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、本実施形態では、基準の波形に対して各仮反射波成分Ｃ０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用いている。対象物Ｂで反射される電磁波の波形は対象物Ｂの属性（形状や大きさ、材質等）などにより異なる場合があり、したがって、各仮反射波成分Ｃ０の中で単純に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を検出することは困難であるが、相関をとる方法であれば確実に最大データを検出することができる。
【００５９】
ここに、データ列分類手段１８は、図１０に示すように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１０に「Ｐ」で示す）となるアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎを検出し、当該アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎの中で最大データの強度が所定の閾値Ｋ１以上のものを基準位置とする。なお、図１０および以下の説明で用いる図１１、図１６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。ここで閾値Ｋ１は、対象物Ｂで反射された電磁波に相当する仮反射波成分Ｃ０の強度データよりも小さく設定されている。その結果、基準位置となるのは、対象物Ｂで反射された電磁波の強度の極大となるアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎであって、一般的には対象物Ｂとの距離が最小のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎである。
【００６０】
そして、データ列分類手段１８は、図１１に示すように、基準位置および基準位置の前後数箇所のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎの中で、最大データが基準位置の最大データＣＭ１に所定値Ｌ１（ただしＬ１＜１とする）を乗算した値以上となるアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎ（図１１では基準位置を含む所定範囲ｄ内のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎ）における位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを強データ列Ａａとし、それ以外の位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを弱データ列Ａｂとする。これにより、位置毎データ列Ａ１〜Ａｎは強データ列Ａａと強データ列Ａａよりも対象物Ｂで反射された電磁波の影響の小さい弱データ列Ａｂとに分類されることになる。
【００６１】
上述の閾値Ｋ１は、電磁波が送信されてから前記最大データが受信されるまでの経過時間である伝播時間Ｔが長いほど小さくなるように、最大データの伝播時間Ｔに対応付けられている。電磁波は伝播距離に伴って減衰するので、基準面Ｓからの深さのみが異なる対象物Ｂをそれぞれ探知する場合には、基準面Ｓからの対象物Ｂまでの深さが深いほど、アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎと対象物Ｂとの距離は大きくなり、アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎで受信される受信信号の強度は小さくなる。したがって、本実施形態のように最大データの伝播時間Ｔが長いほど（つまりアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎと対象物Ｂとの距離が大きいほど）閾値Ｋ１を小さく設定することにより、比較的深い位置に存在する対象物Ｂで反射された電磁波を受信したアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎも基準位置として抽出し易いという利点がある。
【００６２】
閾値Ｋ１の決定方法の一例として、図１２に示すように最大データの伝播時間Ｔをアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎと同じ順番に並べたときに、ある伝播時間Ｔ０を境に、伝播時間Ｔ０よりも最大データの伝播時間Ｔが早い場合の閾値をＫ１（１）、遅い場合の閾値を閾値Ｋ１（１）よりも小さいＫ１（２）とすることが考えられる。なお、図１２では横軸をアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎとし、縦軸を伝播時間Ｔとしている。ただし、閾値Ｋ１の決定方法は図１２の例に限るものではなく、たとえば伝播時間Ｔを変数とする数式で閾値Ｋ１を表したり、伝播時間Ｔと閾値Ｋ１との対応関係を示す対応表を用いたりすることにより、閾値Ｋ１と伝播時間Ｔとの対応関係をより細かく設定してもよい。
【００６３】
また、上述の所定値Ｌ１や基準位置の前後のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎの数についても、必ずしも全ての場合に共通な一定値である必要はなく、たとえば閾値Ｋ１と同様に伝播時間Ｔの関数としてもよい。ここで、基準面Ｓからの深さのみが異なる２つの対象物Ｂを、隣り合った２点のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎで探知する場合には、基準面Ｓからの深さが深い対象物Ｂほど、各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎとの距離の差および比は小さくなる。電磁波は伝播距離に伴って減衰するので、各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎと対象物Ｂとの間の距離の差および比が小さいほど、各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎで受信される受信信号の強度の差も小さくなる。要するに、基準面Ｓから遠い対象物Ｂでの反射波の方が、基準面に近い位置の対象物Ｂでの反射波よりも、アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎによる受信信号の強度変化が緩やかになるから、対象物Ｂが基準面Ｓから遠いほど、所定値Ｌ１を大きく設定することが望ましい。言い換えると、伝播時間Ｔが短いほど所定値Ｌ１を小さくすることが望ましい。
【００６４】
上述のように分類された強データ列Ａａと弱データ列Ａｂとは、ステップＳ９において不要波抽出手段１２が不要波成分Ｙ１を抽出する処理に使用される。本実施形態では、仮不要波成分Ｙ０を抽出するステップＳ６の処理と同様の処理により不要波成分Ｙ１を抽出する。ただし、仮不要波成分Ｙ０を抽出する際には、全てのアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎの位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを用いて仮不要波成分Ｙ０を抽出したのに対して、不要波成分Ｙ１を抽出する際には、位置毎データ列Ａ１〜Ａｎのうちの弱データ列Ａｂのみを用いて不要波成分Ｙ１を抽出する。
【００６５】
要するに、不要波抽出手段１２は、弱データ列Ａｂに関して、同一のサンプリングタイミングごとに、複数の強度データＡ１（ｋ）、Ａ２（ｋ）、・・・、Ａｎ（ｋ）が分布している強度範囲を一定の強度幅ΔＶで分割した強度区間に、これらの強度データＡ１（ｋ）、Ａ２（ｋ）、・・・、Ａｎ（ｋ）をグループ分けする。つまり、強度範囲を強度幅ΔＶ刻みで複数の強度区間に分け、各強度データＡ１（ｋ）、Ａ２（ｋ）、・・・、Ａｎ（ｋ）をいずれかの強度区間にそれぞれ当てはめる。そして、強度区間ごとに強度データのデータ数（個数）を比較し、このデータ数が最多となる強度区間について、当該強度区間に含まれる全ての強度データの平均値Ｙ１（ｋ）を代表値とする。同様の処理を全サンプリングタイミングについて繰り返す。不要波抽出手段１２は、このように算出された平均値Ｙ１（ｋ）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。ステップＳ６で説明した上記方法の利点は、不要波成分Ｙ１を精度よく抽出できる点にある。
【００６６】
ここに、不要波成分Ｙ１を抽出する処理は仮不要波成分Ｙ０を抽出するステップＳ６の処理と同じである必要はなく、たとえば、弱データ列Ａｂを同一サンプリングタイミングで比較し、強度データの平均値や中央値を代表値として不要波成分Ｙ１を抽出してもよい。強度データの平均値をとる場合には、同一サンプリングタイミングにおける弱データ列Ａｂの強度データの合計を弱データ列Ａｂの個数で除算した値を平均値Ｙ１（ｋ）とする。不要波抽出手段１２は、同様の処理を全サンプリングタイミングについて繰り返し、このように算出された平均値Ｙ１（ｋ）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。一方、強度データの中央値をとる場合には、同一サンプリングタイミングにおける弱データ列Ａｂの強度データを大小順に並べ替え、このとき中央に位置する強度データを中央値Ｙ１（ｋ）とする。不要波抽出手段１２は、同様の処理を全サンプリングタイミングについて繰り返し、このように算出された中央値Ｙ１（ｋ）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。
【００６７】
強度データの平均値を代表値として用いる方法は最も単純であるため、信号処理速度が速く部品コストを抑えられるという利点がある。アプリケーションによっては、信号処理速度の制限上、この方法でなければ実用化できないことも考えられる。中央値を代表値として用いる方法は、平均値を用いる方法に比べると信号処理時間は長くなるものの一般的に精度は良くなる。そのため、物体探知装置に求められる仕様に応じて最適な方法を選択すればよい。また、仮不要波成分Ｙ０を抽出するステップＳ６の処理において、強度データの平均値や中央値を代表値として用いるようにしてもよい。なお、いずれの方法を用いるにしても、全ての強度データを用いる必要はなく、物体探知装置の誤動作による測定エラー等によって前後のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎでの強度データに比べて極端に小さい（あるいは大きい）異常値が検出されている場合の対策として、異常値に相当する最小値あるいは最大値から数個分の強度データを無視してもよい。
【００６８】
不要波除去手段１３は、上述のように抽出された不要波成分Ｙ１をステップＳ１０において各位置毎データ列Ａ１〜Ａｎからそれぞれ減算することにより反射波成分Ｃ１を算出する。
【００６９】
ここで、図１３に対象物Ｂで反射された電磁波に相当する実際の反射波成分Ｃ３、図１４に従来の方法で算出された反射波成分Ｃ２、図１５に本実施形態で算出された反射波成分Ｃ１をそれぞれ示す。図１３〜１５では、横軸を伝播時間Ｔとし、縦軸を強度として、複数のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎに対応する各波形を縦軸方向に並べている。図１４の従来方法で算出された反射波成分Ｃ２は、実際の反射波成分Ｃ３を含んだ不要波成分を位置毎データ列Ａ１〜Ａｎから減算して算出されるので、実際の反射波成分Ｃ３には存在しない余計な強度の極大値が現れて波形が歪んでいる。これに対して、本実施形態の反射波成分Ｃ１は、このような余計な強度の極大値が現れることはなく、反射波成分Ｃ２に比べると波形の歪みが少ないという利点がある。
【００７０】
また、図１６は、実際の反射波成分Ｃ３、従来の方法で算出された反射波成分Ｃ２、本実施形態で算出された反射波成分Ｃ１のそれぞれについて、各アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎに関して強度の最大値となる強度データ（図１３〜１５に黒点で示す）をアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎと同じ順番に並べたものである。ここにおいて、従来方法で算出された反射波成分Ｃ２は、実際の反射波成分Ｃ３を含んだ不要波成分を位置毎データ列Ａ１〜Ａｎから減算して算出されるので、実際の反射波成分Ｃ３に比較して強度が大きく減衰している。一方、本実施形態で算出される反射波成分Ｃ１は、対象物Ｂで反射された電磁波に相当する実際の反射波成分Ｃ３に比較して強度の減衰は見られない。要するに、本実施形態では強度を減衰させることなく反射波成分Ｃ１を算出することが可能となる。
【００７１】
本実施形態の検出手段１４は、上述のように不要波除去手段１３で求まった複数のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎについての反射波成分Ｃ１をステップＳ１１において解析し、反射波成分Ｃ１の強度が所定の閾値を超えるか否かによって対象物Ｂの有無を検出する。ここに、反射波成分Ｃ１の強度は対象物Ｂでの電磁波の反射率により変化し、当該反射率は対象物Ｂ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Ｂ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Ｂ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Ｂのみを検出することができる。なお、検出手段１４は、反射波成分Ｃ１に基づいて対象物Ｂ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、対象物Ｂまでの距離や、対象物Ｂ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Ｂとの間に存在する伝播媒質（壁材等）の特性（たとえば誘電率）などを検出手段１４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。
【００７２】
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物Ｂで反射された電磁波に相当する実際の反射波成分Ｃ３に近い反射波成分Ｃ１を算出することができるので、検出手段１４で当該反射波成分Ｃ１を解析することにより得られる各種解析結果も正確なものとなる。
【００７３】
検出手段１４で求められた各種解析結果はステップＳ１２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（Ｓ１２）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（Ｓ１３）。
【００７４】
また、本実施形態の物体探知装置では、アンテナ部１から電磁波として超広帯域（ＵＷＢ：Ｕｌｔｒａ  Ｗｉｄｅ  Ｂａｎｄ）のパルス信号を送信する。ＵＷＢの信号を送信すれば、パルス幅の非常に狭い電磁波をアンテナ部１から送信できるので、電磁波を送信してから受信するまでに要した時間の検出精度が向上し、たとえば対象物Ｂまでの距離等の検出精度が向上する。しかも、不要波成分Ｙ１と反射波成分Ｃ１との波形の違いが明確となり、不要波成分Ｙ１の抽出精度を向上させることができる。
【００７５】
ところで、地表面もしくは構造物表面からなる基準面Ｓの奥に存在する対象物Ｂ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Ｓ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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
また、データ列分類手段１８の動作は上述した実施形態の動作に限るものではない。たとえば、データ列分類手段１８は、基準位置および基準位置の前後の予め設定された数のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎにおける位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを強データ列Ａａとし、それ以外の位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを弱データ列Ａｂとするものであってもよい。この場合、１つの基準位置に対して強データ列Ａａとする位置毎データ列Ａ１〜Ａｎの数が固定されるので、基準位置の前後のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎで物体探知装置の誤動作による測定エラー等によって前後のアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎでの最大データに比べて極端に小さい異常値が検出されても、異常値が検出されたアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎの位置毎データ列Ａ１〜Ａｎも強データ列Ａａとすることにより異常値の影響を取り除くことが可能となる。この場合、算出される反射波成分Ｃ１に前記異常値の影響が現れるが、その段階で適切な処理を行えばよい。
【００７９】
あるいは、データ列分類手段１８は、基準位置の位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを強データ列Ａａ、それ以外の位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを弱データ列Ａｂとしてもよく、この方法では、演算処理量を少なくすることができるので、高速処理が要求されるアプリケーションにはこの方法が有効であり、第２の信号処理部４の単純化によるコスト抑制にもつながる。
【００８０】
さらにまた、データ列分類手段１８は、基準位置を検出することなく位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを強データ列Ａａと弱データ列Ａｂとに分類することもできる。この場合、データ列分類手段１８は、全アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎのうち最大データが閾値Ｋ１以上となるアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎにおける位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを全て強度データ列Ａａとし、それ以外の位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを弱データ列Ａｂとすることにより位置毎データ列Ａ１〜Ａｎを分類する。この方法でも、演算処理量を少なくすることができるので、高速処理が要求されるアプリケーションに有効であり、また第２の信号処理部４の単純化によるコスト抑制にもつながる。
【００８１】
なお、データ列分類手段１８の動作として上述した実施形態とは異なるこれらの処理を採用する場合、図４のステップＳ８において、データ列分類手段１８が基準位置を判定する際に用いる閾値Ｋ１は、上述した実施形態と同値の閾値に限らず適宜設定される。
【００８２】
（実施形態２）
本実施形態の物体探知装置は、図４のステップＳ８において、データ列分類手段１８が基準位置を判定する際に用いる閾値Ｋ１の設定方法が実施形態１の物体探知装置とは相違する。その他の構成および機能は実施形態１と同様である。
【００８３】
本実施形態では、初期化（Ｓ１）時に前記閾値Ｋ１を予め一定の値に設定しており、この閾値Ｋ１は最大データの伝播時間Ｔによって変動することはない。一般に、測定対象とする対象物Ｂが比較的基準面Ｓから近い（浅い）領域に限定されているようなアプリケーションにおいては、閾値Ｋ１を実施形態１のように細かく設定する必要はない。すなわち、本実施形態のように一定の閾値Ｋ１に設定するようにしても、測定対象に合わせて適切な閾値Ｋ１を設定しておけば、実施形態１と同等の精度で反射波成分Ｃ１を算出することができる。なお、閾値Ｋ１は、測定対象とする対象物Ｂの基準面Ｓからの深さのほか、測定対象とする対象物Ｂの反射率などを考慮して設定されていてもよい。
【００８４】
この構成によれば、実施形態１の構成に比較すると、伝播時間Ｔに応じて閾値Ｋ１を決定する演算処理が不要である分だけ、演算処理速度の大幅な向上や第２の信号処理部４の単純化によるコスト抑制が可能となる場合がある。なお、物体探知装置の製造時に閾値Ｋ１を予め設定しておいてもよく、また、入力部８で設定される値を閾値Ｋ１としてもよい。
【００８５】
（実施形態３）
本実施形態の物体探知装置は、図４のステップＳ８において、データ列分類手段１８が最大データの伝播時間Ｔをアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎと同じ順番に並べたとき（図１２参照）に伝播時間Ｔの極小（図１２に「Ｑ」で示す）となるアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎを検出し、当該アンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎの中で最大データの強度が閾値Ｋ１以上のものを基準位置とする点が実施形態１の物体探知装置とは相違する。その他の構成および機能は実施形態１と同様である。
【００８６】
この構成によれば、対象物Ｂで反射された電磁波にノイズが重畳して各最大データの強度が正確な値をとらない場合でも、伝播時間Ｔの極小となる最大データから基準位置を検出することができるので、ノイズの影響を低減することができる。また、実施形態１で説明した強度の極大となるアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎの検出も行い、伝播時間Ｔの極小となるアンテナ位置Ｘ１〜Ｘｎと合わせて総合的に判断してもよく、この場合には、さらに基準位置の検出精度が向上し、反射波成分Ｃ１の算出精度が向上する。
【００８７】
なお、本実施形態でデータ列分類手段１８が基準位置を判定する際に用いる閾値Ｋ１は、前記最大データの伝播時間Ｔが短いほど大きくなるように最大データの伝播時間Ｔに対応付けられているが、実施形態２と同様に、前記閾値Ｋ１を予め一定の値に設定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の実施形態１を示し、（ａ）はブロック図、（ｂ）は要部のブロック図である。
【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】同上の動作を示すフローチャートである。
【図５】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】同上の不要波成分の一例を示す説明図である。
【図９】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１０】同上の動作説明図である。
【図１１】同上の動作説明図である。
【図１２】同上の動作説明図である。
【図１３】実際の反射波成分を示す説明図である。
【図１４】（ａ）は従来の方法で算出された反射波成分を示す説明図、（ｂ）は（ａ）の一部Ｚを拡大した説明図である。
【図１５】（ａ）は本発明の実施形態１で算出された反射波成分を示す説明図、（ｂ）は（ａ）の一部Ｚを拡大した説明図である。
【図１６】同上の動作説明図である。
【符号の説明】
【００８９】
１  アンテナ部
５  記憶部
１０  Ａ／Ｄ変換部（サンプリング手段）
１２  不要波抽出手段
１３  不要波除去手段
１４  検出手段
１６  仮不要波抽出手段
１７  仮不要波除去手段
１８  データ列分類手段
Ａ１〜Ａｎ  位置毎データ列
Ａａ  強データ列
Ａｂ  弱データ列
Ｂ  対象物
Ｃ０  仮反射波成分
Ｃ１  反射波成分
Ｋ１  閾値
Ｌ１  所定値
Ｓ  基準面
Ｘ１〜Ｘｎ  アンテナ位置
Ｙ０  仮不要波成分
Ｙ１  不要波成分
【図１】
2008134099.tif 000003
【図２】
2008134099.tif 000004
【図３】
2008134099.tif 000005
【図４】
2008134099.tif 000006
【図５】
2008134099.tif 000007
【図６】
2008134099.tif 000008
【図７】
2008134099.tif 000009
【図８】
2008134099.tif 000010
【図９】
2008134099.tif 000011
【図１０】
2008134099.tif 000012
【図１１】
2008134099.tif 000013
【図１２】
2008134099.tif 000014
【図１３】
2008134099.tif 000015
【図１４】
2008134099.tif 000016
【図１５】
2008134099.tif 000017
【図１６】
2008134099.tif 000018