(57)【要約】【課題】従来センサ部を走査させる際センサ部の位置を算出するために、本体部とセンサ部をアーム等の機械式の機構を用いられていたので、センサ部の走査の際の自由度が低くまた、走査エリアの変更が困難であるといった操作性が低いという問題が存在した。【解決手段】本体部に設置した相互の位置関係が既知な２以上のインパルス信号送信手段からそれぞれインパルス信号を送信し、センサ部に設置したインパルス信号受信手段で送信されたインパルス信号を受信し、それぞれのインパルス信号が受信されるに要した時間から算出される距離と、２以上のインパルス信号送信手段の相互の位置関係からセンサ部の位置を算出することでセンサ部の操作性を高める。【選択図】　　図２
2004061145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体部と可搬性のあるユニットがケーブルで接続された機器において、
前記本体部に設けた相互の位置関係が既知である２以上の送信手段からインパルス信号を送信し、
前記インパルス信号を前記ユニットでそれぞれ受信し、
受信したことを前記ケーブルを介して前記本体部に伝達し、
その送信から受信に要したそれぞれの時間を算出し、
前記算出した時間から前記ユニットの位置を検出すること、
を特徴とする位置検出方法。
【請求項２】
本体部と可搬性のあるユニットがケーブルで接続された機器において、
相互の位置関係が既知である２以上のインパルス信号送信手段と、
前記インパルス信号送信手段から送信するインパルス信号のタイミングを生成し制御するタイミング制御手段と、
前記ユニットにそれぞれインパルス信号が受信されるのに要した時間および、前記インパルス信号送信手段の送信部の相互の位置関係から前記センサ部の走査位置を算出する位置算出手段と、
を前記本体部に備え、
前記本体部から送信されるインパルス信号を受信するインパルス信号受信手段と、
前記２以上のインパルス信号送信手段からそれぞれインパルス信号を送信した後、前記ユニット部がそれぞれのインパルス信号を受信するまでのそれぞれの時間を算出し前記本体部に伝達する時間算出手段と、
を前記ユニットに備え、
前記本体部と前記センサ部間の信号の伝播を前記ケーブルを介して前記本体部に伝播すること、
を特徴とする位置検出装置
【請求項３】
本体部と可搬性のあるユニットがケーブルで接続されており、ユニット内に設けたセンサ部から電波を媒質に向けて送信し、その媒質内の検知対象物で反射してくる反射波をセンサ部で受信し、その反射波の情報を本体部に伝達し、解析処理を行う本体部からなる電波式物体検知装置において、
相互の位置関係が既知である２以上のインパルス信号送信手段と、
前記インパルス信号送信手段から送信するインパルス信号のタイミングを生成し制御するタイミング制御手段と、
前記ユニットにそれぞれインパルス信号が受信されるのに要した時間および、前記インパルス信号送信手段の送信部の相互の位置関係から前記センサ部の走査位置を算出する位置算出手段と、
を前記本体部に備え、
前記本体部から送信されるインパルス信号を受信するインパルス信号受信手段と、
前記２以上のインパルス信号送信手段からそれぞれインパルス信号を送信した後、前記ユニット部がそれぞれのインパルス信号を受信するまでのそれぞれの時間を算出し前記本体部に伝達する時間算出手段と、
を前記ユニットに備え、
前記本体部と前記センサ部間の信号の伝播を前記ケーブルを介して前記本体部に伝播すること、
を特徴とする電波式物体検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可搬性のあるユニットを有する装置において、そのユニットの走査位置を検出する方法および装置に関する。
【０００２】
特に、地中埋設管、遺跡、地雷などの地中埋設物および、構造物等の内部構造を探査する物体検知装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
物体検知装置は、地表面および構造物表面などの検知対象物が隠れている媒質の表面（以下、境界面）に向けて電波を発射し、その媒質内の検知対象物で反射してくる電波を受信し、その反射波の位置や位相を解析することによって、物体検知装置と検知対象物との距離を検知するものである。さらに、電波式物体検知装置のセンサ（アンテナ）を境界面に沿って移動させながら電波を送信し、検知対象物からの反射波を受信し、横軸に移動距離、縦軸にその反射波の時間位置として双曲線の軌跡を描かせることで、その双曲線のピーク位置を検出し、または複数の反射波軌跡を合成する合成開口等の処理を用いて、検知対象物の形状、水平位置、深さ位置を特定することができるものである。このように検知対象物の形状等を特定するためには反射波が境界面のどの位置から反射されているか、すなわち、センサの走査位置をリアルタイムにかつ正確に特定する必要がある。
【０００４】
従来このようにセンサの走査位置を正確に特定する方法として、特願平１１−１２７５９７に記載される技術が存在する。すなわち特願平１１−１２７５９７では、本体部とセンサをアームを用いて接続し、アームに取り付けられたエンコーダの値からセンサ部の走査位置を求める方式である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述した従来技術では、アームという機械式の機構を用いているため、センサを走査させる際の自由度が低い。すなわち、アームにより拘束されることでセンサを媒質の表層を走査する際に、安定した走査が困難である。また埋設位置が不明であるといくつものエリアを走査しなければならないが、本従来技術では走査エリアを変更することが困難である、といった課題も存在する。また機械的な機構を伴うため信頼性が低いという問題も存在する。
【０００６】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、センサを安定して簡単に走査することができる位置検出方法、位置検出装置および電波式物体検知装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本請求項１に係る位置検出方法は、本体部と可搬性のあるユニットがケーブルで接続された機器において、前記本体部に設けた相互の位置関係が既知である２以上の送信手段からインパルス信号を送信し、前記インパルス信号を前記ユニットでそれぞれ受信し、受信したことを前記ケーブルを介して前記本体部に伝達し、その送信から受信に要したそれぞれの時間を算出し、前記算出した時間から前記ユニットの位置を検出することを特徴とする
【０００８】
また本請求項２に係る位置検出装置は、本体部と可搬性のあるユニットがケーブルで接続された機器において、相互の位置関係が既知である２以上のインパルス信号送信手段と、前記インパルス信号送信手段から送信するインパルス信号のタイミングを生成し制御するタイミング制御手段と、前記ユニットにそれぞれインパルス信号が受信されるのに要した時間および、前記インパルス信号送信手段の送信部の相互の位置関係から前記センサ部の走査位置を算出する位置算出手段とを前記本体部に備え、前記本体部から送信されるインパルス信号を受信するインパルス信号受信手段と、前記２以上のインパルス信号送信手段からそれぞれインパルス信号を送信した後、前記ユニット部がそれぞれのインパルス信号を受信するまでのそれぞれの時間を算出し前記本体部に伝達する時間算出手段とを前記ユニットに備え、前記本体部と前記センサ部間の信号の伝播を前記ケーブルを介して前記本体部に伝播することを特徴とする。
【０００９】
また本請求項３に係る電波式物体検知装置は、本体部と可搬性のあるユニットがケーブルで接続されており、ユニット内に設けたセンサ部から電波を媒質に向けて送信し、その媒質内の検知対象物で反射してくる反射波をセンサ部で受信し、その反射波の情報を本体部に伝達し、解析処理を行う本体部からなる電波式物体検知装置において、相互の位置関係が既知である２以上のインパルス信号送信手段と、前記インパルス信号送信手段から送信するインパルス信号のタイミングを生成し制御するタイミング制御手段と、前記ユニットにそれぞれインパルス信号が受信されるのに要した時間および、前記インパルス信号送信手段の送信部の相互の位置関係から前記センサ部の走査位置を算出する位置算出手段とを前記本体部に備え、前記本体部から送信されるインパルス信号を受信するインパルス信号受信手段と、前記２以上のインパルス信号送信手段からそれぞれインパルス信号を送信した後、前記ユニット部がそれぞれのインパルス信号を受信するまでのそれぞれの時間を算出し前記本体部に伝達する時間算出手段とを前記ユニットに備え、前記本体部と前記センサ部間の信号の伝播を前記ケーブルを介して前記本体部に伝播することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、形状、その相対的配置などは、特に特定の記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１１】
本体部と可搬性のあるユニットがケーブルで接続された機器の１例として電波式物体検出装置についての実施形態について図面を参照して説明する。図１に、電波式物体検出装置の実施形態の全体構成図を示す。
【００１２】
図１に示される電波式物体検出装置は、可搬性のあるセンサ部１２を地表表面に水平に縦横走査し、本体部１１から送信したインパルス信号を用いてセンサ部１２の走査位置を検出するとともに、センサ部１２から地表に送信した電波の各走査位置毎の反射波をセンサ部１２で受信し、センサ部１２からの出力信号をケーブル１３を介して本体部１１に伝播し、本体部１１で解析処理およびセンサ部１２の位置を算出する、地中埋設物の構造を探査する電波式物体検知装置の操作を示している。
【００１３】
センサ部１２を地表面上で走査させ、走査位置毎のセンサ部１２の走査位置データを取得し、地表への電波を送信し、その反射波を受信し、センサ部１２の走査位置毎の反射波のデータを合成開口処理など既知の情報処理手法を用いて、埋設物等の構造を探査する。
【００１４】
次に、図１に示される電波式物体検知装置の機能について図２を参照して説明する。図２は、図１に示される電波式物体検知装置の機能を示すブロック図である。
【００１５】
図２に示されるように、電波式物体検知装置は、本体部１１にタイミング制御部２１、インパルス信号送信部２２−１、２２−２、位置算出部２３および解析処理部２４を、センサ部１２にインパルス信号受信部２５、時間算出部２６および電波送受信部２７を備えており、本体部１１とセンサ部１２はケーブル１３を介して接続されている。また、インパルス信号送信部２２−１、２２−２の相互の位置関係は既知である。
【００１６】
タイミング制御部２１は、インパルス信号送信部２２−１、２２−２のそれぞれに対し、順次インパルス信号を送信するタイミングを生成し、かつ、時間算出部２６にインパルス信号を送信したタイミングをケーブル１３を介して伝播させ同期させるようタイミング制御を行っている。
【００１７】
インパルス信号送信部２２−１、２２−２はそれぞれタイミング制御部２１によるタイミング制御に従って、インパルス信号を送信する。
【００１８】
インパルス信号受信部２５は、本体部１１から送信されたインパルス信号を受信し、その受信事実を時間算出部２６に伝える。
【００１９】
時間算出部２６は、インパルス信号受信部２５がインパルス信号を受信したことと、タイミング制御部２１からのインパルス信号送信タイミングから、それぞれのインパルス信号送信手段から送信されたインパルス信号がインパルス信号受信手段２５で受信されるまでに要した時間を算出し、ケーブル１３を介して位置算出部２３に伝える。
【００２０】
電波送受信部２７は、電波を地表に送信し、地中からの反射波を受信し、ケーブルを介して解析処理部２４に伝える。
【００２１】
解析処理部２４は、電波送受信部２７から伝えられた地中からの反射波のデータと、位置算出部２３で算出された、その反射波を得た時のセンサ部１２の走査位置のデータから例えば合成開口処理など既知の情報処理手法を用いて埋設物等の構造を解析する。
【００２２】
本実施例では、インパルス信号送信部２２は２個としているが、２個に限定する必要は無く、それぞれの位置関係が既知であるならば、３個以上存在していても良い。
【００２３】
また、本実施例では、センサ部１２を地表上で走査させているが、地表上に限定する必要は無く、構造物の表面上等でも良い。
【００２４】
本実施形態による電波式物体検知装置の動作について、図３を参照して説明する。図３は、図１に示される電波式物体検知装置のセンサ部の位置算出動作のフローチャートである。
【００２５】
まず、タイミング制御部２１でインパルス信号送信部２２−１からインパルス信号を送信するためのタイミングを生成し、インパルス信号送信部２２−１はそのタイミングに従いインパルス信号を送信する。また、タイミング制御部２１はインパルス信号送信部２２−１がインパルス信号を送信したタイミングを時間算出部２６に伝える（Ｓ３０１）。
【００２６】
インパルス信号送信部２２−１で送信されたインパルス信号をインパルス信号受信部２５で受信し、インパルス信号受信部２５は受信したタイミングを時間算出部２６に伝える（Ｓ３０２）。
【００２７】
次に、時間算出部２６はインパルス信号送信部２２−１からインパルス信号を送信するためのタイミングとインパルス信号受信部２５は受信したタイミングから、インパルス信号を受信するのに要した時間を算出し位置算出部２３に伝える（Ｓ３０３）。
【００２８】
そして、全てのインパルス信号送信部からの送信が未終了であれば、上述の処理を繰り返し（Ｓ３０４でＹｅｓ）、全てのインパルス信号送信部からの送信が終了しておれば、位置算出の処理に移行する（Ｓ３０４でＮｏ）。
【００２９】
位置算出処理では、それぞれのインパルス信号が受信に要した時間とそれぞれのインパルス信号送信部の既知である相互の位置関係からセンサ部の位置を算出する（Ｓ３０５）。
【００３０】
次に、センサ部の位置を算出する方法を図４を参照して説明する。図４は、本体部１とセンサ部２の相対的な位置関係を例示的に示した図である。
【００３１】
図４（ａ）の本体部１中の点Ａにインパルス信号送信部２２−１が、点Ｂにインパルス信号送信部２２−２が備えられており、点Ａと点Ｂの距離は既知であり、その距離はＬである。また、センサ部２中の点Ｃにインパルス信号受信部２５が備えられている。
【００３２】
点Ａと点Ｃの距離Ｌ１は、インパルス信号送信部２２−１から送信されたインパルス信号をインパルス信号受信部２５で受信されるのに要した時間から算出できる。
【００３３】
同様に、点Ｂと点Ｃの距離Ｌ２は、インパルス信号送信部２２−２から送信されたインパルス信号をインパルス信号受信部２５で受信されるのに要した時間から算出できる。
【００３４】
点Ａおよび点Ｂの位置が固定でありかつ、点Ａと点Ｂ間の距離が一定の場合、Ｌ１およびＬ２が求まれば点Ｃの位置を特定することができる。
【００３５】
すなわち、点Ａ、点Ｂおよび点Ｃの位置関係に関して、次式が成り立つ。
Ｌａ＋Ｌｂ＝Ｌ　　　　・・・▲１▼
Ｌａ２＋Ｌｃ２＝Ｌ１２　・・・▲２▼
Ｌｂ２＋Ｌｃ２＝Ｌ２２　・・・▲３▼
点Ａを原点（０，０）と仮定し、上述の式を解くと、点Ｃの座標（Ｌａ、Ｌｃ）は次のように算出することができる。
Ｌａ＝（Ｌ１２−Ｌ２２＋Ｌ２）／２Ｌ　・・・▲４▼
Ｌｃ＝Ｓｑｒ（Ｌ１２−Ｌａ２）　　　　・・・▲５▼
Ｌｃに関しては、正負の解が得られるが、座標の正負から判断することで解を一意に特定することができる。
【００３６】
このように、ケーブルを介して接続された可搬性のあるセンサ部を有する電波式物体検知装置において、地表面の状態によらずセンサ部の位置を容易に算出することができる。
【００３７】
上述の実施の形態においては、時間算出部２６をセンサ部１２中に備えたが、必ずしも本体部１１に備えても良い。この場合、センサ部の構造を簡単にすることができるため、センサ部を小型、軽量化できる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、そのセンサ部の位置をインパルス信号を用いて容易に算出することができるので、可搬性のあるセンサ部を安定して簡単に走査可能とし、操作性の高い位置検出装置を構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電波式物体検出装置の実施形態の全体構成図である。
【図２】電波式物体検知装置の機能を示すブロック図である。
【図３】電波式物体検知装置のセンサ部の位置算出動作のフローチャートである。
【図４】本体部１とセンサ部２の相対的な位置関係を例示的に示した図である。
【符号の説明】
１１　本体部
１２　センサ部
１３　ケーブル
２１　タイミング制御部
２２−１、２２−２　インパルス信号送信部
２３　位置算出部
２４　情報処理部
２５　インパルス信号受信部
２６　時間算出部
２７　電波送受信部
【図１】
2004061145.tif 000003
【図２】
2004061145.tif 000004
【図３】
2004061145.tif 000005
【図４】
2004061145.tif 000006