(57)【要約】【課題】比較的簡単な構成でもって受信信号のノイズ成分を少なくすることができる物体検出装置を提供すること。【解決手段】電磁波を送信する送信アンテナ６と、物体から反射された電磁波を受信する受信アンテナ１０と、サンプリング信号を生成するサンプリング信号生成手段１６と、サンプリング信号に基づいて受信信号をサンプリングするサンプリング手段１４と、サンプリング手段１４によりサンプリングされた信号を演算処理して物体の位置を検出するための信号処理演算手段３８と、を具備する物体検出装置。受信アンテナ１０とサンプリング手段１４との間には分岐遅延手段１７が設けられ、分岐遅延手段１７は、受信アンテナ１０からの受信信号を分岐し、所定時間遅延させた後にサンプリング手段１４に送給される受信信号に積算する。【選択図】　　　図１
2004108992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号を生成する送信信号生成手段と、前記送信信号に基づいて電磁波を送信する送信アンテナと、物体から反射された電磁波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナからの受信信号をサンプリングするためのサンプリング信号を生成するサンプリング信号生成手段と、前記サンプリング信号に基づいて前記受信アンテナからの受信信号をサンプリングするサンプリング手段と、前記サンプリング手段によりサンプリングされた信号を所要の通りに演算処理して物体の位置を検出するための信号処理演算手段と、を具備する物体検出装置であって、
前記受信アンテナと前記サンプリング手段との間には分岐遅延手段が設けられ、前記分岐遅延手段は、前記受信アンテナから前記サンプリング手段に送給される受信信号を分岐し、所定時間遅延させた後に前記サンプリング手段に送給される受信信号に積算することを特徴とする物体検出装置。
【請求項２】
前記分岐遅延手段は信号を分岐して遅延させるための同軸ケーブルを有し、前記受信アンテナから前記サンプリング手段に送給される受信信号は、分岐されて前記同軸ケーブルを往復流れて所定時間遅延された後に前記サンプリング手段に送給される受信信号に積算されることを特徴とする請求項１記載の物体検出装置。
【請求項３】
前記同軸ケーブルを一往復するに要する時間と、前記送信アンテナから送信される電磁波の繰返し周期とが実質上等しく、前記同軸ケーブルを一往復して所定時間遅延された信号は、前記受信アンテナから前記サンプリング手段に送給される次の受信信号に積算されることを特徴とする請求項２記載の物体検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁波を利用して埋設物などの物体の位置を検出する物体検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
物体としての地中埋設物（例えば、ガス管、水道管、鉄柱など）を検出する物体検出装置として、例えば、送信信号を生成する送信信号生成手段と、送信信号生成手段からの送信信号に基づいて電磁波（例えばレーダ波）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、サンプリング信号を生成するためのサンプリング信号生成手段と、サンプリング信号に基づいてサンプリングするサンプリング手段と、サンプリングされた信号を演算処理する信号演算処理手段とを備えたものが知られている。この物体検出装置では、送信アンテナからの電磁波が検出すべき物体に向けて送信され、受信アンテナは物体から反射された電磁波を受信する。受信アンテナで受信された受信信号は、サンプリング手段にてサンプリング信号に基づいてサンプリングされ、信号演算処理手段はかくサンプリングされた信号を所要の通りに演算処理し、このようにして電磁波を利用して物体が検出される。
【０００３】
このような物体検出装置では、送信アンテナからの電磁波は例えば土壌中の物体に向けて送信され、かく送信されて受信アンテナに受信される電磁波は、土壌中を伝搬する。一般に、電磁波が土壌中を伝搬するときには、その減衰率は大きく、それ故に、送信アンテナ及び受信アンテナから離れた位置に存在する物体からの電磁波は弱く、この電磁波を受信アンテナで受信したときの受信信号のレベルは非常に小さく、受信信号に含まれるノイズ成分が多くなる。
【０００４】
そこで、受信信号のノイズ成分を少なくするために、受信アンテナとサンプリング手段との間に帰還増幅器を介在させたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この物体検出装置では、受信アンテナからの受信信号は帰還増幅器で帰還増幅された後にサンプリング手段に送給されるので、サンプリング手段に送給される受信信号の信号成分が増幅されて大きくなり、その結果として、受信信号のノイズ成分が相対的に小さくなり、このように受信信号の信号成分を増幅することによって、物体を正確に検出することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１６２３２２号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した物体検出装置では、帰還増幅器が加算器、増幅器及び遅延手段などから構成されているので、その構成が複雑になるとともに、製作コストも高くなる問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、比較的簡単な構成でもって受信信号のノイズ成分を少なくすることができる物体検出装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、送信信号を生成する送信信号生成手段と、前記送信信号に基づいて電磁波を送信する送信アンテナと、物体から反射された電磁波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナからの受信信号をサンプリングするためのサンプリング信号を生成するサンプリング信号生成手段と、前記サンプリング信号に基づいて前記受信アンテナからの受信信号をサンプリングするサンプリング手段と、前記サンプリング手段によりサンプリングされた信号を所要の通りに演算処理して物体の位置を検出するための信号処理演算手段と、を具備する物体検出装置であって、
前記受信アンテナと前記サンプリング手段との間には分岐遅延手段が設けられ、前記分岐遅延手段は、前記受信アンテナから前記サンプリング手段に送給される受信信号を分岐し、所定時間遅延させた後に前記サンプリング手段に送給される受信信号に積算することを特徴とする。
【０００８】
本発明に従えば、送信アンテナから電磁波、例えばレーダ波が送信され、物体からの反射電磁波が受信アンテナで受信される。そして、受信アンテナにて受信された受信信号は分岐遅延手段を介してサンプリング手段に送給される。分岐遅延手段は受信信号を分岐して所定時間遅延するので、受信アンテナからサンプリング手段に送給される受信信号はサンプリング手段に送給されるとともに、分岐遅延手段に送給される。そして、分岐遅延手段に送給された受信信号は所定時間遅延されてその後にサンプリング手段に送給される受信信号に積算される。このように分岐遅延手段により受信信号を遅延させてその後の受信信号に積算させるので、受信信号が増幅される一方、ノイズレベルは低減され、その結果、物体の位置を正確に検出することができる。
【０００９】
受信信号を遅延させる時間は、例えば、送信信号の一周期の整数倍、換言すると受信信号の周期の整数倍の時間であり、例えば受信信号の一周期分を遅延させると、分岐遅延手段により遅延された受信信号は、受信アンテナからの一つ後の受信信号（次の受信信号）に積算され、また例えば受信信号の２周期分（又は３周期分、４周期分・・・）を遅延させると、遅延された受信信号は、受信アンテナからの二つ（又は三つ、四つ・・・）後の受信信号に積算される。
【００１０】
このような分岐遅延手段は、信号の減衰の小さいケーブル、例えば同軸ケーブルなどから構成することができ、分岐遅延手段自体の構成が簡単になるとともに、このような構成に関連して、物体検出装置の製作コストの低減を図ることができる。
【００１１】
また、本発明では、前記分岐遅延手段は信号を分岐して遅延させるための同軸ケーブルを有し、前記受信アンテナから前記サンプリング手段に送給される受信信号は、分岐されて前記同軸ケーブルを往復流れて所定時間遅延された後に前記サンプリング手段に送給される受信信号に積算されることを特徴とする。
【００１２】
本発明に従えば、分岐遅延手段は同軸ケーブルを有し、受信アンテナからの受信信号は同軸ケーブルを流れることによって所定時間遅延される。この同軸ケーブルの先端側は開放されており、従って、分岐された受信信号は同軸ケーブルをその先端側に流れ、先端で反射された後その基部側に流れ、このように往復流れてサンプリング手段に送給される受信信号に積算される。従って、サンプリング手段に送給される受信信号の信号成分が大きくなり、物体の位置を正確に検出することができる。また、同軸ケーブルにより受信信号を遅延させるので、簡単な構成でもって、信号の減衰を少なくして受信信号を所要の通りに遅延させることができる。
【００１３】
更に、本発明では、前記同軸ケーブルを一往復するに要する時間と、前記送信アンテナから送信される電磁波の繰返し周期とが実質上等しく、前記同軸ケーブルを一往復して所定時間遅延された信号は、前記受信アンテナから前記サンプリング手段に送給される次の受信信号に積算されることを特徴とする。
【００１４】
本発明に従えば、受信信号が同軸ケーブルを一往復するに要する時間と、送信アンテナから送信される電磁波の繰返し周期とが実質上等しくなっており、従って、この同軸ケーブルを一往復した分岐受信信号は、サンプリング手段に送給される次の受信信号に積算される。そして、このように積算された積算受信信号が分岐されて同軸ケーブルを更に一往復し、一往復した積算受信信号がサンプリング手段に送給されるその次の受信信号に積算される。このように、サンプリング手段に送給される受信信号が次々に積算され、受信信号が所要の通りに増幅される一方、そのノイズレベルは低減され、かくして、物体の位置を正確に検出することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に従う物体検出装置の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態の物体検出装置を簡略的に示すブロック図であり、図２は、図１の物体検出装置において生成される各種信号を示すタイミングチャートであり、図３（ａ）〜（ｄ）は、図１の物体検出装置のサンプリング手段によるサンプリング様式を説明するための図であり、図４は、図１の物体検出装置の電圧制御発振手段における一測定サイクルの時間と制御電圧との関係を示す図であり、図５は、図１の物体検出装置の分岐遅延手段を示す回路図である。
【００１６】
図１及び図２において、図示の物体検出装置は、送信信号生成手段２及び送信アンテナ６を備えている。この送信信号生成手段２は、発振器３及び送信パルス発生器４から構成され、所定のパルス状の送信信号を生成する。発振器３は、例えば水晶発振器から構成され、所定周波数の送信信号Ｐ１を生成する。この発振器３からの送信信号Ｐ１は、例えばサイン波でよい（図２参照）。地中埋設物８、例えば鉄柱、埋設ガス管、埋設水道管などを高速で、かつ高精度で検出するためには、この送信信号Ｐ１の周波数を大きくする、例えば１ＭＨｚ以上に設定するのが望ましい。
【００１７】
発振器３からの送信信号Ｐ１は、送信パルス発生器４に送給され、送信パルス発生器４は、送信信号Ｐ１がゼロから立上がって所定値Ｖ１になると送信パルス信号Ｐ４を生成する（図示２参照）。従って、送信パルス発生器４によって生成される送信パルス信号Ｐ４（この送信パルス信号Ｐ４が送信信号生成手段２にて生成される送信信号となる）は、上記送信信号Ｐ１の立上がりのゼロ点から時間Ｔ１遅れて発生される。送信パルス信号Ｐ４は送信信号として送信アンテナ６に送給され、送信アンテナ６は、この送信パルス信号Ｐ４に基づいて電磁波を地中埋設物８に向けて送信する。
【００１８】
物体検出装置は、また、受信アンテナ１０、サンプリング手段１４及びサンプリング信号生成手段１６を備えている。受信アンテナ１０は、送信アンテナ６から送信された後地中埋設物８によって反射された電磁波を受信し、受信した受信信号Ｐ５がサンプリング手段１４に送給される。
【００１９】
この物体検出装置では、受信アンテナ１０とサンプリング手段１４との間に分岐遅延手段１７（分岐遅延回路から構成される）が配設されており、受信アンテナ１０からの受信信号Ｐ５は、サンプリング手段１４に送られるとともに、分岐遅延手段１７により遅延されて後続の受信信号Ｐ５に積算され、このように処理することによって、受信信号中に含まれるノイズ成分が低減される。この分岐遅延手段１７の構成及び作用については、後に詳述する。
【００２０】
受信アンテナ１０の受信信号Ｐ５は、地中埋設物８から反射された電磁波の受信信号であるので、送信パルス信号Ｐ４よりも時間遅れの信号となり（図２参照）、この遅れ時間Ｔ２は、送信アンテナ６及び受信アンテナ１０と地中埋設物８との距離が大きいほど長くなる。送信アンテナ６及び受信アンテナ１０は、例えばボータイ形アンテナから構成することができる。この実施形態では、送信アンテナ６及び受信アンテナ１０を別個の専用アンテナから構成しているが、一つのアンテナに作動時間を区別することによって送信アンテナ及び受信アンテナの双方の機能を持たせるように構成してもよい。
【００２１】
送信信号生成手段２の発振器３からの送信信号Ｐ１はサンプリング信号生成手段１６にも送給される。図示のサンプリング信号生成手段１６は、電圧制御発振手段１８、可変移相回路２０、パルス化回路２８及びサンプリング信号発生器３０から構成されている。発振器３からの送信信号Ｐ１は可変移相回路２０に送給される。電圧制御発振手段１８は可変移相回路２０に送給される電圧を制御し、可変移相回路２０は電圧制御発振手段１８からの制御電圧に基づいて上記送信信号Ｐ１の位相を可変とする。即ち、可変移相回路２０は、電圧制御発振手段１８からの制御電圧が例えば大きくなるに従って上記送信信号の位相遅れを大きくし（換言すると、遅延時間を長くする）、その制御電圧が例えば小さくなるに従って上記送信信号の位相遅れを小さくする（換言すると、遅延時間を短くする）。
【００２２】
この実施形態では、電圧制御発振手段１８はメモリ２２を含んでおり、このメモリ２２には例えば図４に示す通りのマップが記憶されている。このマップは各測定サイクルにおける時間と制御電圧との関係を示しており、各測定サイクルにおいて、電圧制御発振手段１８は可変移相回路２０にマップに示す通りの制御電圧を送給する。また、可変移相回路２０は、例えば３０〜２００ｐＦ程度のバリキャップを数個組み込んで構成してもよく、このような回路において電圧制御発振手段１８の制御電圧を例えば０〜５Ｖ変化させることによって、上記送信信号Ｐ１を例えば０〜６０×１０−９秒（０〜６０ｎｓ）遅れ方向に移相することができる。
【００２３】
この可変移相回路２０は、上述した通りにして移相信号Ｐ２（図２参照）を生成する。この移相信号Ｐ２は、上記送信信号Ｐ１が所定値Ｖ１になった時点から移相信号Ｐ２が所定値Ｖ２になる時点までの間隔が所定時間Ｔになるように位相が遅れた信号となり、可変移相回路２０に供給される制御電圧を変化させることによって、送信信号Ｐ１との位相遅れ時間が制御される。可変移相回路２０からの移相信号Ｐ２はパルス化回路２８に送給され、このパルス化回路２８によって、移相信号Ｐ２がパルス化される。パルス化された信号は、その後、サンプリング信号発生器３０に送給され、サンプリング信号発生器３０は、この信号に基づいてサンプリング信号Ｐ３（図２参照）を生成する。この実施形態では、図２に示す通り、可変移相回路２０からの移相信号Ｐ２の出力が所定値Ｖ２になると、サンプリング信号発生器３０はサンプリング信号Ｐ３を生成する。即ち、サンプリング信号発生器３０は、移相信号Ｐ２の立上がりのゼロ点から所定値Ｖ２になるとサンプリング信号Ｐ３を生成し、このサンプリング信号Ｐ３をサンプリング手段１４に送給する。サンプリング信号発生器３０にて生成されるサンプリング信号Ｐ３は非常に短く、このサンプリング信号Ｐ３が生成される期間がサンプリング期間に対応し、サンプリング手段１４はこのサンプリング期間に対応して受信信号Ｐ５をサンプリングする。
【００２４】
この実施形態では、各測定サイクルＭ、即ち一つの測定データを得る期間は、複数、例えば２５６のサンプリング区間から構成され、複数のサンプリング区間は例えば後述する数のサンプリング期間を有している。そして、サンプリング信号発生器３０からのサンプリング信号Ｐ３は、各測定サイクルＭにおいてサンプリング区間のサンプリングが終了する毎に基準サンプリング間隔Ｗ１に所定加算時間（△Ｗ）を加えただけ長くずれて発生される。尚、このサンプリング間隔は一つのサンプリング区間内においては実質上等しく、変化することはない。
【００２５】
この実施形態では、次の通りにして、サンプリング手段１４によるサンプリングが行われる。図３をも参照して、送信信号生成手段２によって生成される送信信号Ｐ１の周波数は、例えば２０ＭＨｚに設定され、その周期は５０ｎｓである。この周期は基準サンプリング間隔Ｗ１（Ｗ１＝５０ｎｓ）に対応する。このような場合、一測定サイクルＭ（第１番目の第１サンプリング区間Ｓ１から第２５６番目の最終サンプリング区間Ｓ２５６までの期間が一測定サイクルＭとなる）の間、電圧制御発振手段１８は、図４に示す通りにステップ状に上昇する制御電圧を可変移相回路２０に送給し、その制御電圧はサンプリング区間の数に対応して２５６段階に上昇し、これによって可変移相回路２０は時間の経過に伴って位相が次第に遅れた移相信号Ｐ２を生成する。
【００２６】
この実施形態では、サンプリング信号発生器３０は、第１番目のサンプリング区間Ｓ１においては３９０個のサンプリング信号Ｐ３を生成し、そのサンプリング信号の間隔は一定のＷ１であり、また第２（第３、第４・・・第２５６）番目のサンプリング区間Ｓ２（Ｓ３，Ｓ４・・・Ｓ２５６）においては５５２個（６７６個、７８１個・・・６２５０個）のサンプリング信号Ｐ３を生成し、このときのサンプリング信号の間隔も一定のＷ１である。
【００２７】
各サンプリング区間Ｓとこれに対応するサンプリング回数との関係は、この実施形態では、表１に示す通りであり、各サンプリング区間におけるサンプリング回数（ｔ）は、
ｔ＝ａ×√ｎ
ａ：係数（ａ＝３９０．６５とする）
ｎ：サンプリング区間の番号数（ｎ番目のサンプリング区間Ｓｎの番号数を「ｎ」とする）
（但し、サンプリング区間数Ｎ＝２５６、また測定サイクルＭにおける高周波領域での受信波数Ｒ＝１０６９６５３とする）
を利用して設定される。
【００２８】
【表１】
2004108992.tif 000003
サンプリングされた信号Ｐ６（図２参照）はサンプリング手段１４から下流側に送給される。図３（ａ）の各信号は、受信アンテナ１０からの受信信号を示し、各信号の成分ａは、送信アンテナ６から直接的に受信アンテナ１０に受信された直接波成分であり、また成分ｂは、地中埋設物８から反射して受信アンテナ１０に受信された反射波成分、即ち検出信号成分であり、受信アンテナ１０からの図３（ａ）に示す信号がサンプリング手段１４に送給される。
【００２９】
物体検出装置は、サンプリングされた信号を処理する信号演算処理手段３８を備えている。信号演算処理手段３８はメモリ４２を有し、サンプリング手段１４からの信号Ｐ６は一旦メモり４２に保存され、信号演算処理手段３８は、測定サイクルＭの各サンプリング区間にてサンプリングされた信号、この実施形態では第１（第２、第３・・・）番目のサンプリング区間Ｓ１（Ｓ２，Ｓ３・・・）においては３９０個（５５２個、６７６個・・・）のサンプリングされた信号をいわゆる平均化処理し、その後各サンプリング区間の平均化した信号を所要の通りに演算処理し、この演算処理により形成された探知信号Ｐ７が表示手段４０に送給され、探知信号Ｐ７に含まれた地中埋設物８の埋設位置の情報が表示手段４０に表示され、この位置情報を見ることによって、地中埋設物の埋設位置を容易に知ることができる。表示手段４０として、ＣＲＴ（陰極線管）、液晶表示装置などを用いることができる。尚、この形態では、各サンプリング区間にてサンプリングされた複数の信号をいわゆる平均化処理しているが、このような平均化処理に代えて積分化処理を行うようにしてもよい。
【００３０】
次に、図５を参照して、図示の分岐遅延手段１７（分岐遅延回路）について説明する。分岐遅延手段１７は、受信アンテナ１０からの受信信号を遅延させるための同軸ケーブル６２を有しており、この同軸ケーブル６２は、受信アンテナ１０からの受信信号が流れるラインに接点Ｐにて分岐して電気的に接続される。同軸ケーブル６２の先端側は電気的にオープン（開放）状態になっており、このように電気的にオープン状態にすることによって、接点Ｐから分岐して同軸ケーブル６２を通してその先端まで流れた信号は、この先端から再び同軸ケーブル６２を通して接点Ｐに流れ、同軸ケーブル６２を通して往復流し、このように往復流することによって、分岐した受信信号が所定時間遅延される。
【００３１】
分岐遅延手段１７は、また、一対のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を有し、受信アンテナ１０からの受信信号は、コンデンサＣ１を介してトランジスタＴｒ１のベースに送給される。同軸ケーブル６２は一対のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２の間に配設され、一方のトランジスタＴｒ１のコレクタがコンデンサＣ２を介して接点Ｐに接続され、また他方のトランジスタＴｒ２のベースがコンデンサＣ３を介して接点Ｐに接続されている。このトランジスタＴｒ２のコレクタはコンデンサＣ４を介してサンプリング手段１４に接続される。また、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のコレクタは、抵抗Ｒ１、Ｒ２を介して電源（図示せず）に接続される。更に、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のエミッタ側には抵抗Ｒ３，Ｒ４を介してアース側に接続される。また、４つの抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８はトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のバイアス用のものである。尚、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２に代えて電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いるようにしてもよい。
【００３２】
次に、上述した分岐遅延手段１７の作動原理を説明する。図５に示す分岐遅延手段１７（分岐遅延回路）は、同軸ケーブル６２の特性インピーダンスをＺ０とし、また抵抗Ｒ１の抵抗値Ｒ０が充分に大きい場合に、その回路を簡略化すると図６に示す等価回路とすることができる。図６における符号Ｎは、信号の入力部に相当し、符号Ｚ（そのインピーダンスＺ０）は同軸ケーブル６２に対応し、符号Ｒ（その抵抗値Ｒ０）は抵抗Ｒ１を含む各種抵抗（トランジスタＴｒ１のコレクタ側のもの）に対応し、また接点Ｐ０は、同軸ケーブル６２が分岐接続された接点Ｐに対応する。尚、この等価回路において、特性インピーダンスＺ０の同軸ケーブルを一往復する毎に時間τだけ遅れるものとする。
【００３３】
このような等価回路で、入力部Ｎからパルス信号Ｓ１（ｔ）が入力されるとすると、接点Ｐ０に最初に現れる信号Ｓ１’（ｔ）は、
【数１】
2004108992.tif 000004
【００３４】
となる。同軸ケーブルを一往復するに要する時間と入力部Ｎから入力されるパルス信号の周期とが等しくなるように設定されているとすると、次に、同軸ケーブルを一往復する時間τだけ遅れて第２番目の信号Ｓ２（ｔ）が入力されると、先に同軸ケーブルに入力された信号Ｓ１（ｔ）は時間τだけ遅れて接点Ｐ０に現れるので、接点Ｐ０に第２番目に現れる信号Ｓ２’（ｔ）は、全体として、
【数２】
2004108992.tif 000005
【００３５】
となる。ここで、Γは同軸ケーブルを一往復したときに受ける損失分であり、ζ０は接点Ｐ０における反射係数であって、この反射係数ζ０　　は、
【数３】
2004108992.tif 000006
【００３６】
で表される。
式（２）のうち、次式（４）の成分、
【数４】
2004108992.tif 000007
が再び同軸ケーブルを往復するので、第２番目の信号Ｓ２（ｔ）よりも時間τだけ遅れて第３番目の信号Ｓ３（ｔ）が入力されると、第３番目の信号Ｓ３’（ｔ）は、全体として、
【数５】
2004108992.tif 000008
【００３７】
になる。同様にして、式（５）のうち、次式（６）の成分、
【数６】
2004108992.tif 000009
が同軸ケーブルを往復するので、第３番目の信号Ｓ３（ｔ）よりも時間τだけ遅れて第４番目の信号Ｓ４（ｔ）が入力されると、
【数７】
2004108992.tif 000010
【００３８】
である。ここで、次式（８）、
【数８】
2004108992.tif 000011
であるから、この式（７）は、
【数９】
2004108992.tif 000012
となる。今、入力部Ｎからの信号Ｓ１（ｔ）、Ｓ２（ｔ）、Ｓ３（ｔ）、Ｓ４（ｔ）は、同軸ケーブルを一往復する時間関数とし、全て同じ波形Ｓ（ｔ）と仮定すると次式（１０）、
【数１０】
2004108992.tif 000013
【００３９】
が成立するので、上記式（９）は、
【数１１】
2004108992.tif 000014
となる。一般に、第ｎ番目の信号Ｓｎ（ｔ）が入力されたときに接点Ｐ０に現れる信号Ｓｎ’（ｔ）は、
【数１２】
2004108992.tif 000015
【００４０】
となるが、式（１２）の括弧内は比がζ０Γの等比級数であるから、この式（１２）は、
【数１３】
2004108992.tif 000016
と表すことができる。ここで、ζ０Γが１より小さく（ζ０Γ＜１）、またｎは充分に大きくすることができるので、接点Ｐ０に現れる信号Ｓ’（ｔ）は、
【数１４】
2004108992.tif 000017
【００４１】
と表すことができる。
一方、雑音は周期性がないので、入力雑音の分散をσＮ２とすると、雑音出力の分散（σＮ’）２は、上記式（１２）を参照して、
【数１５】
2004108992.tif 000018
【００４２】
となるが、ｎが充分に大きいと、
【数１６】
2004108992.tif 000019
と求めることができる。依って、接点Ｐ０における出力の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）は、
【数１７】
2004108992.tif 000020
【００４３】
となる。ここで、次式（１８）
【数１８】
2004108992.tif 000021
とおけば、これは入力における信号対雑音比であるから、図５の回路及びその等価回路である図６の回路における信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）の改善度ηは、
【数１９】
2004108992.tif 000022
【００４４】
となる。即ち、この信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）は、
【数２０】
2004108992.tif 000023
となる。一般に、上記損失分Γ及び上記反射係数ζ０をほぼ１にできる（Γ≒１、ζ０≒１）ので、このときの信号対雑音比の改善度ηは、
【数２１】
2004108992.tif 000024
【００４５】
となる。従って、ζ０Γが１に近いほど信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が改善されることが分かる。上記反射係数ζ０と上記損失分Γの積ζ０Γが１に近いとは、同軸ケーブルの損失分Γを小さくして１に近づけ、接点Ｐ０における反射係数ζ０も１に近づけるように設計すればよい。また、反射係数ζ０が１よりかなり小さい場合には、図７（図５に示す部材と同一の部材には同一の番号を付す）に示すように、同軸ケーブル６２の先端にサーキュレータ７２と増幅器７４を設けるようにすればよい。このように構成することによって、上記損失分Γを１よりも大きくすることができ、反射係数ζ０と上記損失分Γの積ζ０Γを１に近づけることが可能となる。
【００４６】
ここで、数値による一例を示すと、図６の等価回路において、抵抗Ｒの抵抗値Ｒ０＝９５０Ω、同軸ケーブルＺのインピーダンス値Ｚ０＝５０Ωのとき、反射係数ζ０＝（Ｒ０−Ｚ０）／（Ｒ０＋Ｚ０）＝０．９、上記損失分Γ＝１とすると、上記式（２０）より、
【数２２】
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【００４７】
となり、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が約１３ｄＢ改善される。
分岐遅延手段１７は、上述した原理のように作用するので、受信アンテナ１０からの第１番目の受信信号は、接点Ｐを通してそのままサンプリング手段１４に送給されるとともに、接点Ｐで分岐されて同軸ケーブル６２にも伝搬され、サンプリング手段１４は接点Ｐを通して送られてきた信号をサンプリングする。また、受信アンテナ１０からの第２番目の受信信号は、接点Ｐにおいて同軸ケーブル６２を伝搬して往復した第１番目の信号が加算されてサンプリング手段１４に送給される。更に、受信アンテナ１０からの第３番目の受信信号は、接点Ｐにおいて同軸ケーブル６２を伝搬して一往復した第２番目の信号と、この同軸ケーブル６２を二往復した第１番目の信号とが加算され、この積算された第３番目の信号がサンプリング手段１４に送給される。サンプリング手段１４は、分岐遅延手段１７により分岐遅延された信号が積算された受信信号をサンプリングするので、受信信号の信号成分が大きくなり、これによってそのノイズ成分が相対的に小さくなる。従って、受信信号のＳ／Ｎ比が改善され、地中埋設物８の位置を正確に検出することができる。
【００４８】
上述した物体検出装置の作用効果を確認するために、次の通りの実験を行った。実施例として、図１に示す物体検出装置を用い、発振器の発振周波数ｆ＝１６ＭＨｚとし、同軸ケーブルとしてフジクラ株式会社から製造販売されているもの（型番：１０Ｄ−ＳＦＡ、波長短縮率８１％）を先端部をオープン状態にして用いた。この発振器の発振周波数ｆの一周期Ｔは、Ｔ＝１／ｆ＝６２．５ｎｓであり、この周期Ｔが同軸ケーブルの往復遅延時間τとなる（τ＝６２．５ｎｓ）ように、接続分岐する同軸ケーブルの長さを７ｍ８６ｃｍにした。
【００４９】
このような条件でもって地中埋設物を探査し、サンプリング手段１４に送給される信号を調べると、図８に示す通りの信号波形が得られた。図８における波形部分ａ１が送信アンテナから受信アンテナに直接的に受信される直接波成分であり、その波形部分ｂ１が地中埋設物から反射されて受信アンテナに受信された反射波成分である。
【００５０】
比較例として、図１の物体検出装置から分岐遅延手段を省略したものを用い、上述したと同一の条件で地中埋設物を探査し、サンプリング手段に送給される信号を調べると、図９に示す通りの信号波形が得られた。図９における波形部分ａ２が送信アンテナから受信アンテナに直接的に受信される直接波成分であり、その波形部分ｂ２が地中埋設物から反射されて受信アンテナに受信された反射波成分である。
【００５１】
図８の実施例の信号波形と図９の比較例の信号波形とを対比すると、実施例の反射波部分ｂ１は比較例の反射波成分ｂ２よりも大きく、比較例の約２倍となっており、このことから、受信信号のノイズ成分を相対的に低減して受信信号のＳ／Ｎ比を改善することができることが確認できた。
【００５２】
以上、本発明に従う物体検出装置の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。
【００５３】
上述した実施形態では、電磁波を用いて地中埋設物を検出する物体検出装置に適用して説明したが、こような装置に限定されず、例えば建造物（ビルディング、塔、橋）などを静止物体や自動車、車、船などの移動物体を検出する物体検出装置において、一定の時間間隔（一定周期又は一定の周波数）でパルス信号を繰り返して送出し、反射波を受信する装置の増幅手段として適用することができる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の請求項１の物体検出装置によれば、受信アンテナにて受信された受信信号は分岐遅延手段を介してサンプリング手段に送給され、分岐遅延手段は受信信号を分岐して所定時間遅延するので、分岐遅延手段に送給された受信信号は所定時間遅延されてその後にサンプリング手段に送給される受信信号に積算され、これによって、サンプリング手段に送給される受信信号のノイズレベルが低減され、その結果、物体の位置を正確に検出することができる。
【００５５】
また、本発明の請求項２の物体検出装置によれば、分岐遅延手段は同軸ケーブルを有し、受信アンテナからの受信信号は同軸ケーブルを往復流れてサンプリング手段に送給される受信信号に積算されるので、簡単な構成でもって、サンプリング手段に送給される受信信号の信号成分が大きくなり、これにより、ノイズ成分が相対的に低減される。
【００５６】
本発明の請求項３の物体検出装置によれば、この同軸ケーブルを一往復した分岐受信信号は、サンプリング手段に送給される次の受信信号に積算されるので、サンプリング手段に送給される受信信号が次々に積算され、受信信号が所要の通りに増幅される一方、そのノイズレベルは低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の物体検出装置を簡略的に示すブロック図である。
【図２】図１の物体検出装置において生成される各種信号を示すタイミングチャートである。
【図３】図３（ａ）〜（ｄ）は、図１の物体検出装置のサンプリング手段によるサンプリング様式を説明するための図である。
【図４】図１の物体検出装置の電圧制御発振手段における一測定サイクルの時間と制御電圧との関係を示す図である。
【図５】図１の物体検出装置の分岐遅延手段を示す回路図である。
【図６】図５の分岐遅延回路の等価回路を示す図である。
【図７】分岐遅延手段の変形形態を示す回路図である。
【図８】実施例において、サンプリング手段に送給される信号波形を示す図である。
【図９】比較例において、サンプリング手段に送給される信号波形を示す図である。
【符号の説明】
２　送信信号生成手段
６　送信アンテナ
８　埋設物
１０　受信アンテナ
１４　サンプリング手段
１６　サンプリング信号生成手段
１７　分岐遅延手段（分岐遅延回路）
３８　信号演算処理手段
６２　同軸ケーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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