(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体が内在する構造物の一主面上に送信器と受信器を配置し、送受信器または送受信器のうち受信器を一方向へ移動しながら送信器から構造物内にパルス状の電磁波を照射し前記物体で反射した電磁波パルスを受信器で受信する測定系を有し、
各測定位置と伝播時間の座標系における受信した２次元の電界波形を求め、
前記電界波形に混在する前記電磁波の前記構造物の一主面で反射した表面反射波及び前記送信器から受信器への直達波を除去し、
前記電界波形の一部を増幅する時間フィルタを用いて所要時間幅内の電界波形を増幅し、増幅後に構造物中の推定の電磁波伝播速度で全域の電界波形に対する合成開口処理を行い、
前記所要時間幅を時間軸に沿って移動して同様の前記増幅と合成開口処理を行い、複数の合成開口処理画像を得、
前記推定の電磁波伝播速度は、
前記各測定位置での前記２次元の電界波形となる観測波形から、各測定位置で電磁波パルスを受信するまでの伝播時間の観測値を求め、
各測定位置に関する、未知の伝播速度と物体の一方向及びこれと直交する方向の位置の関数である伝播時間と、伝播時間の前記観測値との差分を出力誤差とし、
最小２乗線形テーラー法を用い、
予め設定した各測定位置での伝播時間の推定値と前記観測値との差分による推定誤差と、前記出力誤差の関係を求め、
推定誤差と前記出力誤差の関係式を用いて出力誤差の２乗和が最小となる伝播速度と物体の位置の値から、電磁波の伝播速度と物体の位置を同時に推定する電磁波伝播速度推定法により得られた電磁波伝播速度を用い、
前記複数の合成開口処理画像から未知の物体位置を探査する
ことを特徴とする構造物内の物体探査方法。
【請求項２】
構造物内の物体を探査するための手順をコンピュータに実行させるコンピュータ・プログラムであって、
物体が内在する構造物の一主面上に配置した送受信器または送受信器のうち受信器を一方向へ移動させながら、前記送信器からパルス状の電磁波を照射し前記物体で反射した電磁波パルスを受信器で受信する測定系で得られた、測定位置と伝播時間の座標系における２次元の電界波形の測定データを入力する第１手順と、
前記測定データから受信波形に混在する前記電磁波の前記構造物の一主面で反射した表面反射波及び前記送信器から受信器への直達波を除去する第２手順と、
構造物中の推定の電磁波伝播速度を入力する第３手順と、
前記２次元の電界波形の一部を増幅するための時間フィルタのフィルタ条件を設定する第４手順と、
測定データにおける電界波形の最大値と増幅すべき時間フィルタの所要時間幅内の測定データにおける電界波形の最大値とから、所要時間幅内の増幅度を決定する第５手順と、
前記所要時間幅内の電界波形を増幅し、増幅後に前記構造物中の推定の電磁波伝播速度で全電界波形に対する合成開口処理を行う第６手順と、
前記所要時間幅を時間軸に沿って移動して前記増幅と合成開口処理を繰り返す第７手順と、
複数の合成開口処理画像から未知の物体位置を探索する第８手順を有し、
前記構造物中の推定の電磁波伝播速度を入力する第３手順が、
未知である電磁波伝播速度と物体の一方向及びこれと直交する方向の位置の推定初期値の推定データを入力する第３―１手順と、
最小２乗線形テーラー法を用いて、前記測定データに基づく各測定位置での測定値と前記推定データに基づく前記電磁波伝播速度と物体の位置の関数である伝播時間の推定値との出力誤差の2乗和を評価する第３−２手順と、
前記出力誤差の2乗和が最小に収束したか否かを判定する第３−３手順と、
前記出力誤差の2乗和が最小に収束した判定に基いて前記電磁波伝播速度と物体の位置を推定する第３−４手順と、
前記第３−３手順で前記出力誤差の2乗和が最小に収束しない判定に基いて連立方程式により伝播速度と位置の補正項を求める第３−５手順と、
前記第３−５手順に基づき前記推定データの伝播速度と位置を更新して前記出力誤差の2乗和を評価する第３−２手順に戻す第３−６手順を有するプログラムによって行われる
ことを特徴とするコンピュータ・プログラム。
【請求項３】
コンピュータを制御するためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
コンピュータに、
物体が内在する構造物の一主面上に配置した送受信器または送受信器のうち受信器を一方向へ移動させながら、前記送信器からパルス状の電磁波を照射し前記物体で反射した電磁波パルスを受信器で受信する測定系で得られた、測定位置と伝播時間の座標系における２次元の電界波形の測定データを入力する第１手順と、
前記測定データから受信波形に混在する前記電磁波の前記構造物の一主面で反射した表面反射波及び前記送信器から受信器への直達波を除去する第２手順と、
構造物中の推定の電磁波伝播速度を入力する第３手順と、
前記２次元の電界波形の一部を増幅するための時間フィルタのフィルタ条件を設定する第４手順と、
測定データにおける電界波形の最大値と増幅すべき時間フィルタ幅内の測定データにおける電界波形の最大値とから、所要時間幅内の増幅度を決定する第５手順と、
前記所要時間幅内の電界波形を増幅し、増幅後に前記構造物中の推定の電磁波伝播速度で全電界波形に対する合成開口処理を行う第６手順と、
前記所要時間幅を時間軸に沿って移動して前記増幅と合成開口処理を繰り返す第７手順と、
複数の合成開口処理画像から未知の物体位置を探索する第８手順とを実行させるための、
構造物内の物体探査プログラムと、
前記構造物中の推定の電磁波伝播速度を入力する第３手順を実行させるための、
未知である電磁波伝播速度と物体の一方向及びこれと直交する方向の位置の推定初期値の推定データを入力する第３―１手順と、
最小２乗線形テーラー法を用いて、前記測定データに基づく各測定位置での測定値と前記推定データに基づく前記電磁波伝播速度と物体の位置の関数である伝播時間の推定値との出力誤差の2乗和を評価する第３−２手順と、
前記出力誤差の2乗和が最小に収束したか否かを判定する第３−３手順と、
前記出力誤差の2乗和が最小に収束した判定に基いて前記電磁波伝播速度と物体の位置を推定する第３−４手順と、
前記第３−３手順で前記出力誤差の2乗和が最小に収束しない判定に基いて連立方程式により伝播速度と位置の補正項を求める第３−５手順と、
前記第３−５手順に基づき前記推定データの伝播速度と位置を更新して前記出力誤差の２乗和を評価する第３−２手順に戻す第３−６手順を有する構造物中の電磁波伝播速度推定プログラムと
を少なくとも備える
ことを特徴とする記録媒体。
【請求項４】
物体が内在する構造物の一主面上に送信器と受信器を配置し、送受信器または送受信器のうち受信器を一方向へ移動しながら送信器から構造物内にパルス状の電磁波を照射し前記物体で反射した電磁波パルスを受信器で受信する測定系を有し、
各測定位置と伝播時間の座標系における受信した２次元の電界波形を求め、
前記電界波形に混在する前記電磁波の前記構造物の一主面で反射した表面反射波及び前記送信器から受信器への直達波を除去し、
前記電界波形の一部を増幅する時間フィルタを用いて所要時間幅内の電界波形を増幅し、増幅後に構造物中の推定の電磁波伝播速度で全域の電界波形に対する合成開口処理を行い、
前記所要時間幅を時間軸に沿って移動して同様の前記増幅と合成開口処理を行い、複数の合成開口処理画像を得、
前記推定の電磁波伝播速度は、
各測定位置での前記２次元の電界波形となる観測波形から、各測定位置で電磁波パルスを受信するまでの伝播時間の観測値を求め、
観測伝播時間が最小になった位置を物体の一方向の位置として決定し、
各測定位置における伝播時間と伝播速度との積で求まる物体までの距離と、各測定位置との関係で得られる近似双曲線あるいは双曲線の式から、未知の伝播速度を、物体の一方向の位置と測定位置と観測最小伝播時間と測定位置での伝播時間との関数で表し、
受信器の複数の測定位置に対する伝播時間を用いて平均化された伝播速度から未知の伝播速度を決定する電磁波伝播速度推定法により得られた電磁波伝播速度を用い、
前記複数の合成開口処理画像から未知の物体位置を探査する
ことを特徴とする構造物内の物体探査方法。
【請求項５】
構造物内の物体を探査するための手順をコンピュータに実行させるコンピュータ・プログラムであって、
物体が内在する構造物の一主面上に配置した送受信器または送受信器のうち受信器を一方向へ移動させながら、前記送信器からパルス状の電磁波を照射し前記物体で反射した電磁波パルスを受信器で受信する測定系で得られた、測定位置と伝播時間の座標系における２次元の電界波形の測定データを入力する第１手順と、
前記測定データから受信波形に混在する前記電磁波の前記構造物の一主面で反射した表面反射波及び前記送信器から受信器への直達波を除去する第２手順と、
構造物中の推定の電磁波伝播速度を入力する第３手順と、
前記２次元の電界波形の一部を増幅するための時間フィルタのフィルタ条件を設定する第４手順と、
測定データにおける電界波形の最大値と増幅すべき時間フィルタの所要時間幅内の測定データにおける電界波形の最大値とから、所要時間幅内の増幅度を決定する第５手順と、
前記所要時間幅内の電界波形を増幅し、増幅後に前記構造物中の推定の電磁波伝播速度で全電界波形に対する合成開口処理を行う第６手順と、
前記所要時間幅を時間軸に沿って移動して前記増幅と合成開口処理を繰り返す第７手順と、
複数の合成開口処理画像から未知の物体位置を探索する第８手順を有し、
前記構造物中の推定の電磁波伝播速度を入力する第３手順が、
観測最小伝播時間により前記物体の一方向の位置を決定する第３―１手順と、
各測定位置、送受信器間距離、各測定位置における伝播時間、最小伝播時間及び物体の一方向位置のデータを入力する第３−２手順と、
各測定位置における伝播時間と伝播速度との積で求まる物体までの距離と、各測定位置との関係で得られた近似双曲線あるいは双曲線の式から未知の伝播速度を、物体の一方向の位置と測定位置と前記観測最小伝播時間と測定位置での伝播時間との関数で表し、複数の測定位置に対する伝播速度を平均化する式を用いて、未知の伝播速度を演算する第３−３手順とを有するプログラムによって行われる
ことを特徴とするコンピュータ・プログラム。
【請求項６】
コンピュータを制御するためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
コンピュータに、
物体が内在する構造物の一主面上に配置した送受信器または送受信器のうち受信器を一方向へ移動させながら、前記送信器からパルス状の電磁波を照射し前記物体で反射した電磁波パルスを受信器で受信する測定系で得られた、測定位置と伝播時間の座標系における２次元の電界波形の測定データを入力する第１手順と、
前記測定データから受信波形に混在する前記電磁波の前記構造物の一主面で反射した表面反射波及び前記送信器から受信器への直達波を除去する第２手順と、
構造物中の推定の電磁波伝播速度を入力する第３手順と、
前記２次元の電界波形の一部を増幅するための時間フィルタのフィルタ条件を設定する第４手順と、
測定データにおける電界波形の最大値と増幅すべき時間フィルタ幅内の測定データにおける電界波形の最大値とから、所要時間幅内の増幅度を決定する第５手順と、
前記所要時間幅内の電界波形を増幅し、増幅後に前記構造物中の推定の電磁波伝播速度で全電界波形に対する合成開口処理を行う第６手順と、
前記所要時間幅を時間軸に沿って移動して前記増幅と合成開口処理を繰り返す第７手順と、
複数の合成開口処理画像から未知の物体位置を探索する第８手順とを実行させるための、
構造物内の物体探査プログラムと、
前記構造物中の推定の電磁波伝播速度を入力する第３手順を実行させるための、
観測最小伝播時間により前記物体の一方向の位置を決定する第３―１手順と、
各測定位置、送受信器間距離、各測定位置における伝播時間、観測最小伝播時間及び物体の一方向位置のデータを入力する第３−２手順と、
各測定位置における伝播時間と伝播速度との積で求まる物体までの距離と、各測定位置との関係で得られた近似双曲線あるいは双曲線の式から未知の伝播速度を、物体の一方向の位置と測定位置と前記観測最小伝播時間と測定位置での伝播時間との関数で表し、複数の測定位置に対する伝播速度を平均化する式を用いて、未知の伝播速度を演算する第３−３手順とを有する構造物中の電磁波伝播速度推定プログラムと
を少なくとも備える
ことを特徴とする記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば鉄筋、ケーブル、パイプ等の物体が内在するコンクリート構造物等の構造物内の物体探査方法に関する。
本発明は、構造物内の物体を探査するための処理を、コンピュータ上で実行させるコンピュータ・プログラムに関する。
本発明は、上記コンピュータ・プログラムを記録した記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、コンクリート構造物の内部には、強度を保つために鉄筋が配置されている。最近ではコンクリート構造物の内部に各種ケーブル、パイプを施設することも多くなってきている。コンクリート構造物の改築や補修工事には、埋め込まれている鉄筋、ケーブル、パイプ等のいわゆる物体の配置を知る必要がある。コンクリート構造物内に施設されている鉄筋やケーブル等の物体を確認する装置として、電磁波、例えばマイクロ波を発信し物体からの反射波を利用したコンクリートレーダが知られている。
【０００３】
従来のコンクリートレーダでは、鉄筋やケーブルの存在する場所はある程度特定できるが、コンクリート構造物の表面からの正確な深さを推定できていない。その理由は、コンクリート構造物内のマイクロ波の伝播速度が分からないからである。従来は、マイクロ波の伝播速度の推定のために、いくつかの伝播速度を仮定して合成開口処理を行い、得られた合成開口処理画像の鮮明さを判断基準として伝播速度を決定していた。
【０００４】
しかし、従来の上述した方法は多くの合成開口処理の実行が必要となるため、推定時間が長くなる。また、得られた合成開口処理画像から伝播速度の判定をする作業は推定者が行うため、推定者による暖味さが残る。現在コンクリート構造物中のマイクロ波の伝播速度を直接推定する技術は提案されていない。
【０００５】
一方、従来のコンクリートレーダでは、複数の鉄筋やケーブルが存在する場合に、コンクリート構造物の表面近くにある鉄筋やケーグルの存在はある程度確認できるが、より深い位置にある鉄筋やケーブルの存在を確認することは困難である。特に、鉄筋やケーブルが同じ位置で異なる深さに存在する場合は、深層部の鉄筋あるいはケーブルを確認することはできない。
【０００６】
コンクリート構造物内を非破壊的検査に必要なコンクリートの比誘電率の推定法の例が非特許文献１に記載されている。
【非特許文献１】２００４年度  電子情報通信学会九州支部学生会講演会  予稿集  Ｂ−１０  「マイクロ波を用いたコンクリートの電気定数の推定法」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
コンクリート構造物の改築、補修工事等においては、コンクリート構造物内に複数の鉄筋やケーブルが存在する場合でも、より深い位置にある鉄筋やケーブル、あるいは鉄筋やケーブルが同じ位置で異なる深さに存在する場合でも、鉄筋あるいはケーブルの正確な位置を確認できることが望まれている。そのためにも、コンクリート構造物中の電磁波の伝播速度を精度よく直接推定できることが望まれる。
【０００８】
本発明は、上述の点に鑑み、コンクリート構造物等の構造物中の電磁波の伝播速度を精度良く推定できる電磁波伝播速度推定方法で得られた伝播速度を用いて構造物内の物体位置を精度よく探査できる物体探査方法を提供するものである。この電磁波伝播速度推定方法は、伝播速度と物体位置とを同時に推定できる方法も含むものである。
また、本発明は、上記伝播速度の推定あるいは物体探査をコンピュータ上で実行させるためのコンピュータ・プログラム、及びこのプログラムを記録した記録媒体を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る構造物内の物体探査方法は、物体が内在する構造物の一主面上に送信器と受信器を配置し、送受信器または送受信器のうち受信器を一方向へ移動しながら送信器から構造物内にパルス状の電磁波を照射し物体で反射した電磁波パルスを受信器で受信する測定系を有し、各測定位置と伝播時間の座標系における受信した２次元の電界波形を求め、電界波形に混在する電磁波の構造物の一主面で反射した表面反射波及び送信器から受信器への直達波を除去し、電界波形の一部を増幅する時間フィルタを用いて所要時間幅内の電界波形を増幅し、増幅後に構造物中の推定の電磁波伝播速度で全域の電界波形に対する合成開口処理を行い、所要時間幅を時間軸に沿って移動して同様の増幅と合成開口処理を行い、複数の合成開口処理画像を得る。
推定の電磁波伝播速度は、各測定位置での２次元の電界波形となる観測波形から、各測定位置で電磁波パルスを受信するまでの伝播時間の観測値を求め、各測定位置に関する、未知の伝播速度と物体の一方向及びこれと直交する方向の位置の関数である伝播時間と、伝播時間の前記観測値との差分を出力誤差とし、最小２乗線形テーラー法を用い、予め設定した各測定位置での伝播時間の推定値と観測値との差分による推定誤差と、出力誤差の関係を求め、推定誤差と出力誤差の関係式を用いて出力誤差の２乗和が最小となる伝播速度と物体の位置の値から、電磁波の伝播速度と物体の位置を同時に推定する電磁波伝播速度推定法により得られた電磁波伝播速度を用いる。
そして、上記複数の合成開口処理画像から未知の物体位置を探査することを特徴とする。
ここで、上記の測定位置は次の通りである。送受信器を同時に一方向へ移動する測定系での上記測定位置は、送信器の位置である。送信器を固定して受信器のみを一方向へ移動する測定系での上記測定位置は、受信器の位置である。以後の発明の測定位置も同様に定義する。
また、物体の一方向及びこれと直交する方向の位置としては、例えば送受信器を構造物の地面と水平の主面上に配置したときは、水平方向の位置と深さ（垂直）方向の位置となる。但し、構造物上の送受信器を配置する面は、地面に水平な面とは限らず、傾斜面、垂直面など状況に応じて適宜決められる。以後の発明の物体の位置（一方向及びこれと直交する方向の位置）についても同様である。
【００１０】
本発明に係るコンピュータ・プログラムは、構造物内の物体を探査するための手順をコンピュータに実行させるコンピュータ・プログラムであって、
物体が内在する構造物の一主面上に配置した送受信器または送受信器のうち受信器を一方向へ移動させながら、送信器からパルス状の電磁波を照射し物体で反射した電磁波パルスを受信器で受信する測定系で得られた、測定位置と伝播時間の座標系における２次元の電界波形の測定データを入力する第１手順と、
測定データから受信波形に混在する電磁波の構造物の一主面で反射した表面反射波及び前記送信器から受信器への直達波を除去する第２手順と、
構造物中の推定の電磁波伝播速度を入力する第３手順と、
２次元の電界波形の一部を増幅するための時間フィルタのフィルタ条件を設定する第４手順と、
測定データにおける電界波形の最大値と増幅すべき時間フィルタの所要時間幅内の測定データにおける電界波形の最大値とから、所要時間幅内の増幅度を決定する第５手順と、
所要時間幅内の電界波形を増幅し、増幅後に構造物中の推定の電磁波伝播速度で全電界波形に対する合成開口処理を行う第６手順と、
前記所要時間幅を時間軸に沿って移動して前記増幅と合成開口処理を繰り返す第７手順と、
複数の合成開口処理画像から未知の物体位置を探索する第８手順を有する。
そして、構造物中の推定の電磁波伝播速度を入力する第３手順が、
未知である電磁波伝播速度と物体の一方向及びこれと直交する方向の位置の推定初期値の推定データを入力する第３―１手順と、
最小２乗線形テーラー法を用いて、測定データに基づく各測定位置での測定値と推定データに基づく電磁波伝播速度と物体の位置の関数である伝播時間の推定値との出力誤差の2乗和を評価する第３−２手順と、
出力誤差の2乗和が最小に収束したか否かを判定する第３−３手順と、
出力誤差の2乗和が最小に収束した判定に基いて電磁波伝播速度と物体の位置を推定する第３−４手順と、
第３−３手順で出力誤差の2乗和が最小に収束しない判定に基いて連立方程式により伝播速度と位置の補正項を求める第３−５手順と、
第３−５手順に基づき推定データの伝播速度と位置を更新して出力誤差の2乗和を評価する第３−２手順に戻す第３−６手順を有するプログラムによって行われる
ことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る記録媒体は、コンピュータを制御するためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、コンピュータに、
物体が内在する構造物の一主面上に配置した送受信器または送受信器のうち受信器を一方向へ移動させながら、送信器からパルス状の電磁波を照射し物体で反射した電磁波パルスを受信器で受信する測定系で得られた、測定位置と伝播時間の座標系における２次元の電界波形の測定データを入力する第１手順と、
測定データから受信波形に混在する電磁波の構造物の一主面で反射した表面反射波及び送信器から受信器への直達波を除去する第２手順と、
構造物中の推定の電磁波伝播速度を入力する第３手順と、
２次元の電界波形の一部を増幅するための時間フィルタのフィルタ条件を設定する第４手順と、
測定データにおける電界波形の最大値と増幅すべき時間フィルタ幅内の測定データにおける電界波形の最大値とから、所要時間幅内の増幅度を決定する第５手順と、
所要時間幅内の電界波形を増幅し、増幅後に構造物中の推定の電磁波伝播速度で全電界波形に対する合成開口処理を行う第６手順と、
所要時間幅を時間軸に沿って移動して増幅と合成開口処理を繰り返す第７手順と、
複数の合成開口処理画像から未知の物体位置を探索する第８手順とを実行させるための、
構造物内の物体探査プログラムと、
構造物中の推定の電磁波伝播速度を入力する第３手順を実行させるための、
未知である電磁波伝播速度と物体の一方向及びこれと直交する方向の位置の推定初期値の推定データを入力する第３―１手順と、
最小２乗線形テーラー法を用いて、測定データに基づく各測定位置での測定値と推定データに基づく記電磁波伝播速度と物体の位置の関数である伝播時間の推定値との出力誤差の2乗和を評価する第３−２手順と、
出力誤差の2乗和が最小に収束したか否かを判定する第３−３手順と、
出力誤差の2乗和が最小に収束した判定に基いて電磁波伝播速度と物体の位置を推定する第３−４手順と、
第３−３手順で前記出力誤差の2乗和が最小に収束しない判定に基いて連立方程式により伝播速度と位置の補正項を求める第３−５手順と、
第３−５手順に基づき推定データの伝播速度と位置を更新して出力誤差の２乗和を評価する第３−２手順に戻す第３−６手順を有する構造物中の電磁波伝播速度推定プログラムと
を少なくとも備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る他の構造物内の物体探査方法は、物体が内在する構造物の一主面上に送信器と受信器を配置し、送受信器または送受信器のうち受信器を一方向へ移動しながら送信器から構造物内にパルス状の電磁波を照射し物体で反射した電磁波パルスを受信器で受信する測定系を有し、各測定位置と伝播時間の座標系における受信した２次元の電界波形を求め、電界波形に混在する電磁波の構造物の一主面で反射した表面反射波及び送信器から受信器への直達波を除去し、電界波形の一部を増幅する時間フィルタを用いて所要時間幅内の電界波形を増幅し、増幅後に構造物中の推定の電磁波伝播速度で全域の電界波形に対する合成開口処理を行い、所要時間幅を時間軸に沿って移動して同様の増幅と合成開口処理を行い、複数の合成開口処理画像を得る。
推定の電磁波伝播速度は、各測定位置での２次元の電界波形となる観測波形から、各測定位置で電磁波パルスを受信するまでの伝播時間の観測値を求め、観測伝播時間が最小になった位置を物体の一方向の位置として決定し、各測定位置における伝播時間と伝播速度との積で求まる物体までの距離と、各測定位置との関係で得られる近似双曲線あるいは双曲線の式から、未知の伝播速度を、物体の一方向の位置と測定位置と観測最小伝播時間と測定位置での伝播時間との関数で表し、受信器の複数の測定位置に対する伝播時間を用いて平均化された伝播速度から未知の伝播速度を決定する電磁波伝播速度推定法により得られた電磁波伝播速度を用いる。
そして、複数の合成開口処理画像から未知の物体位置を探査することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る他のコンピュータ・プログラムは、構造物内の物体を探査するための手順をコンピュータに実行させるコンピュータ・プログラムであって、
物体が内在する構造物の一主面上に配置した送受信器または送受信器のうち受信器を一方向へ移動させながら、送信器からパルス状の電磁波を照射し物体で反射した電磁波パルスを受信器で受信する測定系で得られた、測定位置と伝播時間の座標系における２次元の電界波形の測定データを入力する第１手順と、
測定データから受信波形に混在する電磁波の構造物の一主面で反射した表面反射波及び送信器から受信器への直達波を除去する第２手順と、
構造物中の推定の電磁波伝播速度を入力する第３手順と、
２次元の電界波形の一部を増幅するための時間フィルタのフィルタ条件を設定する第４手順と、
測定データにおける電界波形の最大値と増幅すべき時間フィルタの所要時間幅内の測定データにおける電界波形の最大値とから、所要時間幅内の増幅度を決定する第５手順と、
所要時間幅内の電界波形を増幅し、増幅後に構造物中の推定の電磁波伝播速度で全電界波形に対する合成開口処理を行う第６手順と、
所要時間幅を時間軸に沿って移動して増幅と合成開口処理を繰り返す第７手順と、
複数の合成開口処理画像から未知の物体位置を探索する第８手順を有する。
そして、構造物中の推定の電磁波伝播速度を入力する第３手順が、
観測最小伝播時間により前記物体の一方向の位置を決定する第３―１手順と、
各測定位置、送受信器間距離、各測定位置における伝播時間、最小伝播時間及び物体の一方向位置のデータを入力する第３−２手順と、
各測定位置における伝播時間と伝播速度との積で求まる物体までの距離と、各測定位置との関係で得られた近似双曲線あるいは双曲線の式から未知の伝播速度を、物体の一方向の位置と測定位置と観測最小伝播時間と測定位置での伝播時間との関数で表し、複数の測定位置に対する伝播速度を平均化する式を用いて、未知の伝播速度を演算する第３−３手順とを有するプログラムによって行われる
ことを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る記録媒体は、コンピュータを制御するためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、コンピュータに、
物体が内在する構造物の一主面上に配置した送受信器または送受信器のうち受信器を一方向へ移動させながら、送信器からパルス状の電磁波を照射し物体で反射した電磁波パルスを受信器で受信する測定系で得られた、測定位置と伝播時間の座標系における２次元の電界波形の測定データを入力する第１手順と、
測定データから受信波形に混在する電磁波の前記構造物の一主面で反射した表面反射波及び前記送信器から受信器への直達波を除去する第２手順と、
構造物中の推定の電磁波伝播速度を入力する第３手順と、
２次元の電界波形の一部を増幅するための時間フィルタのフィルタ条件を設定する第４手順と、
測定データにおける電界波形の最大値と増幅すべき時間フィルタ幅内の測定データにおける電界波形の最大値とから、所要時間幅内の増幅度を決定する第５手順と、
所要時間幅内の電界波形を増幅し、増幅後に構造物中の推定の電磁波伝播速度で全電界波形に対する合成開口処理を行う第６手順と、
所要時間幅を時間軸に沿って移動して増幅と合成開口処理を繰り返す第７手順と、
複数の合成開口処理画像から未知の物体位置を探索する第８手順とを実行させるための、
構造物内の物体探査プログラムと、
構造物中の推定の電磁波伝播速度を入力する第３手順を実行させるための、
観測最小伝播時間により物体の一方向の位置を決定する第３―１手順と、
各測定位置、送受信器間距離、各測定位置における伝播時間、観測最小伝播時間及び物体の一方向位置のデータを入力する第３−２手順と、
各測定位置における伝播時間と伝播速度との積で求まる物体までの距離と、各測定位置との関係で得られた近似双曲線あるいは双曲線の式から未知の伝播速度を、物体の一方向の位置と測定位置と観測最小伝播時間と測定位置での伝播時間との関数で表し、複数の測定位置に対する伝播速度を平均化する式を用いて、未知の伝播速度を演算する第３−３手順とを有する構造物中の電磁波伝播速度推定プログラムと
を少なくとも備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る構造物内の物体探査方法によれば、時間フィルタ法を取り入れた合成開口処理により未知の物体探査を行うようにしているので、複数の物体、特に深い位置、あるいは他の物体の陰に位置する物体の探査を精度よく探査することができる。
【００１６】
本発明に係るコンピュータ・プログラムによれば、このプログラムの持つ構造物内の物体を探査するための手順をコンピュータに実行させることにより、構造物内の未知の物体を直ちに探査することができる。
【００１７】
本発明に係る記録媒体によれば、上述の構造物内の物体を探査できるプログラムが記録されているので、構造物内の物体探査装置に適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
先ず、本発明に係る構造物中の電磁波の伝播速度を推定する電磁波伝播速度推定方法の第１実施の形態を説明する。本実施の形態は、構造物中の電磁波の伝播速度と構造物内に埋め込まれた物体の位置とを同時に推定できる方法である。例えばコンクリート構造物中のマイクロ波の伝播速度と、コンクリート構造物内に埋め込まれた鉄筋、ケーブルあるいはパイプなどの物体の位置の推定に適用される。
【００２０】
第１実施の形態に係る構造物中の電磁波伝播速度推定方法は、物体の位置が分かっていない場合の伝播速度の推定法であり、最小２乗線形テーラー法を用いて精度よく伝播速度及び物体位置を同時に推定する。
図１に示すように、内部に探査すべき物体２が埋め込まれた例えばコンクリート等の構造物１の一主面すなわち表面１ａ上に送信器３及び受信器４が接触した状態で並置された構成を考える。この送信器３及び受信器４はこの位置関係を保って構造物１の表面１ａ上を矢印Ｃ方向に移動可能に配置される。物体２の位置（ｘＴ，ｙＴ）、送信器３の位置を（ｘ，ｙ）、受信器４の位置を（ｘ＋ｓ，ｙ）、送信器３から発信した電磁波すなわちマイクロ波のパルス５が物体２に当たり反射して受信器４で受信されるまでの往復の時間をｔとする。送信器３と物体２との距離ｄ１ 、受信器４と物体２との距離ｄ２ とすると、これらの間には数１が成り立つ。ただし、構造物１中の電磁波５の伝播速度をｖとする。ここで、物体２の位置（ｘＴ，ｙＴ）および伝播速度ｖは、いずれも未知である。
【００２１】
【数１】
0004691656.tif 000002
【００２２】
送受信器３、４を矢印Ｃ方向に移動させて各移動位置ｘｍでの受信時間τｍを読み取ると、図２に示す曲線６が得られる。この曲線６は数１におけるｔのカーブに相当する。
【００２３】
各送信点ｘｍに関する出力誤差ｒｍを数２で定義する。
【数２】
0004691656.tif 000003
ｔ（λ，ｘｍ，ｘＴ，ｙＴ）：ｘｍ  の位置での観測時間の推定値
τｍ                   ：ｘｍ の位置での観測時間の測定値
上付き添え字Ｔは転置を表す。
【００２４】
0004691656.tif 000004
【数３】
0004691656.tif 000005
【００２５】
0004691656.tif 000006
【数４】
0004691656.tif 000007
となる。
【００２６】
0004691656.tif 000008
【００２７】
【数５】
0004691656.tif 000009
となる。したがって、
【数６】
0004691656.tif 000010
の表記を用いれば、
【数７】
0004691656.tif 000011
と表せる。
【００２８】
数７の両辺からτｍを引き、出力誤差ｒｍと推定誤差ｅｍの関係を求めると、
【数８】
0004691656.tif 000012
を得る。
【００２９】
次に、この数８の関係式を用いて出力誤差ｒｍの２乗和
【数９】
0004691656.tif 000013
0004691656.tif 000014
【数１０】
0004691656.tif 000015
【００３０】
【数１１】
0004691656.tif 000016
同様に
【数１２】
0004691656.tif 000017
【００３１】
これらをまとめると数１３を得る。
【数１３】
0004691656.tif 000018
【００３２】
これにより数１４の連立方程式を得る。
【数１４】
0004691656.tif 000019
【００３３】
ここで
【数１５】
0004691656.tif 000020
である。
【００３４】
ここで
【数１６】
0004691656.tif 000021
とおくと、
【００３５】
【数１７】
0004691656.tif 000022
とまとめることができる。
【００３６】
0004691656.tif 000023
【００３７】
0004691656.tif 000024
【００３８】
図３に、第１実施の形態の電磁波伝播速度推定方法のフローチャートを示す。このフローチャートは、上記電磁波伝播速度推定方法を用いて伝播速度及び物体位置を同時に推定するための処理を、コンピュータ上で実行させるコンピュータ・プログラムでもある。
このプログラムは、コンピュータに、次のような手順を実行させるものである。先ず、開始の後のステップＳ１において、送信器３及び受信器４を一方向（図１のｘ方向）へ移動しながら送信器３からコンクリート構造物１内に照射され物体２で反射した電磁波５を受信器４で受信する測定系で得られた、各測定位置ｘｍでの観測波形（すなわち、測定位置と伝播時間の座標系における２次元の電界波形）の測定データを入力する。
【００３９】
次に、ステップＳ２に進み、適当な処理，例えば，平均減算処理により、測定データから受信波形に混在している直達波、表面反射波を除去する。受信波形には、図４で示す送信器３から直接受信器４に伝播する直達波７と構造物１の表面で反射される表面反射波８が目標物体２からの反射波５′に混在する。この直達波７、表面反射波８の影響が大きいと目標物体２からの反射波５′が分かりにくくなるため、直達波７、表面反射波８を除去する。平均減算処理は、ｘ軸方向にデータの平均をとり、その平均値を全てのラインから引き算して表示したものである。
【００４０】
図５は、測定データ（観測データ）に基づく電界分布画像を示し、波形の山の部分が物体位置に対応する。表面の水平筋状部が直達波、表面反射波に対応する。図６が平均減算処理後の電界分布画像であり、測定データから直達波、表面反射波が取り除かれている。
【００４１】
次に、ステップＳ３に進み、未知数である電磁波の伝播速度ｖと物体の位置（ｘT，ｙT）の推定パラメータの初期値（推定データ）を入力する。
【００４２】
0004691656.tif 000025
【００４３】
次に、ステップＳ５に進み、誤差Ｒの収束判定値εを入力する。
【００４４】
次に、ステップＳ６に進み、先ず推定回数Ｎを０に設定する。
【００４５】
次に、ステップＳ７に進み、ステップＳ６での推定回数Ｎの判定が行われる。すなわち、推定回数が最大推定回数Ｎｍａｘに達しているか否かを判定する。最大推定回数Ｎｍａｘに達していなければ、ステップＳ９に進み、推定回数Ｎを更新する。即ち推定回数をＮ＋１に変更する。
【００４６】
0004691656.tif 000026
【００４７】
0004691656.tif 000027
【００４８】
0004691656.tif 000028
【００４９】
【数１８】
0004691656.tif 000029
【００５０】
そして、ステップＳ１３に進み、推定データである速度ｖと位置（ｘＴ，ｙＴ）の更新（数１９参照：これは数６に相当する）を行い、ステップＳ７に戻る。
【００５１】
【数１９】
0004691656.tif 000030
【００５２】
最大推定回数Ｎｍａｘの範囲内で、誤差Ｒが収束判定値εより小さくなるまで、ステップＳ７〜ステップＳ１３の手順が返され、誤差Ｒが収束判定値εより小さくなった時点で電磁波の速度ｖと物体の位置（ｘＴ，ｙＴ）の推定が決定され、終了する。
【００５３】
誤差Ｒが収束判定値εより小さくならずに、ステップＳ７において最大推定回数Ｎｍａｘと判定されたならば、ステップＳ８に進み、収束判定値εを変更し、すなわち収束判定値εを大きくしてステップＳ６に戻して上記推定の手順を繰り返し、最終的に電磁波の伝播速度ｖと物体の位置（ｘＴ，ｙＴ）の推定を決定し、終了する。
【００５４】
図３のコンピュータ・プログラムを用いることにより、コンピュータに上記ステップ（手順）を実行させて、自動的に例えば、コンクリート構造物中の電磁波の伝播速度ｖと内在する鉄筋などの物体の位置（ｘＴ，ｙＴ）を同時にかつ直接推定することができる。
【００５５】
本実施の形態は、図３に示すコンピュータを制御するためのプログラムを記録した記録媒体を構成することができる。
【００５６】
上述の第１実施の形態においては、送受信器を一方向へ移動する測定系について説明したが、その他、送信器を固定し、受信器のみを一方向へ移動する測定系についても、同様手法を用いて構造物中の電磁波の伝播速度及び物体の位置を同時に推定することができる。
【００５７】
次に、本発明に係るコンクリート構造物中の電磁波伝播速度推定方法の第２実施の形態を説明する。
本実施の形態は送受信器間隔を固定した状態で送受信器を移動させる場合である。図７、または図８に示すように、鉄筋等の物体２が埋設されているコンクリート構造物１の表面１ａ上に送信器３及び受信器４が配置された構成を考える。送受信器３、４は、この位置関係を保って構造物１の表面上を一方向（ｘ方向）に移動可能に配置される。この構成において、送信器３から発信した電磁波すなわちマイクロ波のパルスが物体２で反射し、受信器４で受信された電界波形から電磁波パルスの伝播時間を計測する。
【００５８】
送受信器３、４を移動させて各測定位置ｘｍでの往復時間τｍを測定すると、前述の図２に示す近似双曲線が得られる。送受信器間の中心が物体２の直上となる測定位置で観測した往復時間τは、送受信器３、４と物体２までの距離が最も短いので、最も短い時間τminとなる。このため、近似双曲線の頂点位置を検出することにより、物体２の水平方向（ｘ方向）の位置は求まる。しかし、深さ方向（ｙ方向）の位置はマイクロ波の構造物中の伝播速度ｖが決まらなければ、求まらない。
【００５９】
第２実施の形態では、この伝播速度ｖを次のようにして推定する。今、物体２の位置を（ｘＴ，ｙＴ）とする。送信器（いわゆる送信アンテナ）３の位置を（ｘ，ｙ）とする。送信器３と受信器４間の距離をｓとする、すなわち、受信器４の位置は（ｘ＋ｓ，ｙ）である。また、構造物（媒質）中のマイクロ波の伝播速度をｖとする。
【００６０】
未知数は、物体位置（ｘＴ，ｙＴ）および構造物中の伝播速度ｖである。これらのパラメータを送信器３から放射されたパルス波が物体２に当たって反射し受信器４に到達するまでの伝播時間から決定するようになす。
【００６１】
送信器３と物体２間の距離は数２０となる。
【数２０】
0004691656.tif 000031
送信器３から物体２までの伝播時間は数２１となる。
【数２１】
0004691656.tif 000032
【００６２】
受信器４と物体２間の距離は数２２となる。
【数２２】
0004691656.tif 000033
物体２から受信器４までの伝播時間は数２３となる。
【数２３】
0004691656.tif 000034
【００６３】
送信器３から受信器４までの伝播時間は、数２０乃至数２３より、数２４となる。
【数２４】
0004691656.tif 000035
【００６４】
数２４をｘで微分する（τがｘに依存することに注意する）と、数２５が得られる。
【数２５】
0004691656.tif 000036
【００６５】
τの極値は、数２５の右辺を零と置くことにより、数２６、数２７を得る。
【数２６】
0004691656.tif 000037
【数２７】
0004691656.tif 000038
【００６６】
数２６における±の符号で＋を取るとｓ＝０となり、仮定ｓ≠０に反するので、−符号のみを取った。
【００６７】
数２７は送受信器間の丁度中心点が物体の真上に来たとき、送受信器間の伝播時間τが極値を取ることを意味している。さらに、
【数２８】
0004691656.tif 000039
であるので、この極値は最小値であることが分かる。
観測電界波形の測定データから最小伝播時間τminを決定する．この最小伝播時間に対応
する送信器位置をｘminとすると，物体２の水平方向位置ｘTが数２９のように与えられる．
【数２９】
0004691656.tif 000040
数２４おいてｘ＝ｘminとし，数２９を用いると，
【数３０】
0004691656.tif 000041
を得る。
【００６８】
数２４を変形すると数３１となる。
【数３１】
0004691656.tif 000042
【００６９】
この数３１の（ｙＴ−ｙ）に、数３０から得られる[２（ｙ−ｙＴ）]２ ＝（ｖτｍｉ
ｎ）２ −ｓ２を代入すると、
【数３２】
0004691656.tif 000043
を得る。
【００７０】
数３２を（ｖτ）２に関して解くと
【数３３】
0004691656.tif 000044
を得る。
【００７１】
数３３の右辺の根号項を変形すると、
【数３４】
0004691656.tif 000045
【００７２】
従って、数３３は、
【数３５】
0004691656.tif 000046
となる。
【００７３】
ゆえに、コンクリート媒質中の伝播速度ｖは
【数３６】
0004691656.tif 000047
で与えられる。正しい伝播速度は正符号のものであり、負符号は棄却する（ｓ＝０の場合、負符号に対して計算される伝播速度は零となる）。
【００７４】
この数３６により、送信点の任意の位置ｘに対する伝播時間τから伝播速度ｖが決定できる。測定データから決定するには、幾つかの送信点位置ｘｍ（ｍ＝１，２，・・・Ｍ）に対する伝播時間τｍを用いて計算される伝播速度を数３７のように平均すると精度が上がる。
【００７５】
【数３７】
0004691656.tif 000048
【００７６】
第２実施の形態の電磁波伝播速度推定方法によれば、コンクリート構造物１中の未知の電磁波伝播速度ｖを精度よく直接推定することができる。
【００７７】
図９に、第２実施の形態の電磁波伝播速度推定方法のフローチャートを示す。このフローチャートは、前述と同様に上記電磁波伝播速度推定方法を用いて伝播速度を推定するための処理を、コンピュータ上で実行させるコンピュータ・プログラムでもある。
このプログラムは、コンピュータに、次のような手順を実行させるものである。先ず、開始後のステップＳ２１において、送信器３及び受信器４を一方向へ移動しながら送信器３からコンクリート構造物１内に発信され物体２で反射した電磁波５を受信器４で受信する測定系で得られた、各測定位置での観測電界波形の測定データを入力する。
【００７８】
次に、ステップＳ２２に進み、適当な処理，例えば，平均減算処理により、送受信器間の直達波とコンクリート表面からの表面反射波を除去する。
【００７９】
次にステップＳ２３では観測時間の測定データから求まる最小伝播時間τminに対応する
送信器位置ｘminから，物体の水平方向位置ｘTを決定する。ｘTは数３８（数２９に同じ
）で与えられる。
【数３８】
0004691656.tif 000049
あるいは，合成開口処理により物体の水平方向位置ｘTを求めることも可能である．
【００８０】
次に、ステップＳ２４に進み、Ｍ個の送信点位置（ｘｍ ：第ｍ番目の送信点位置）、
送受信器間隔ｓ、電磁波の伝播時間のデータ（τｍ：第ｍ番目の送信点位置に対応するパルスの伝播時間）、最短伝播時間τｍｉｎおよび物体の水平方向位置ｘTを入力する。
【００８１】
次に、ステップＳ２５に進み、数３９（数３７と同じ）による速度ｖを計算する。このようにして、最終的にコンクリート構造物中の電磁波伝播速度の推定を決定し、終了する。
【００８２】
【数３９】
0004691656.tif 000050
【００８３】
図９のコンピュータ・プログラムを用いることにより、コンピュータに上記ステップ（手順）を実行させて、自動的にコンクリート構造物中の電磁波の伝播速度ｖを直接推定することができる。
【００８４】
本実施の形態は、図９に示すコンピュータを制御するプログラムを記録した記録媒体を構成することができる。
【００８５】
次に、本発明に係るコンクリート構造物中の電磁波伝播速度推定方法の第３実施の形態を説明する。
本実施の形態は、図１０及び図１１に示すように、送信器３の位置ｘを固定し、受信器４の位置を移動させた場合である。すなわちｓを可変とする場合である。
前述と同様に、物体２の位置を（ｘＴ，ｙＴ）とする。送信器（いわゆる送信アンテナ）３の位置を（ｘ，ｙ）とし、受信器（いわゆる受信アンテナ）４の位置を（ｘ＋ｓ，ｙ）とする。すなわち、送信器３と受信器４間の距離をｓとする。また、構造物（媒質）中のマイクロ波の伝播速度をｖとする。
未知数は、物体位置（ｘＴ，ｙＴ）および構造物中の伝播速度ｖである。これらのパラメータを送信器３から照射されたパルス波が物体２に当たって反射し受信器４に到達するまでの伝播時間から決定するようになす。
【００８６】
前述の数２４において、τはｓの関数となる。数２４を変形すると、
【数４０】
0004691656.tif 000051
【００８７】
数４０は双曲線を表している。
【００８８】
数２４をｓに関して微分すると（τがｓの関数であることに注意して）、
【数４１】
0004691656.tif 000052
を得る。
【００８９】
従って、
【数４２】
0004691656.tif 000053
のとき、τｖは極値
【数４３】
0004691656.tif 000054
を取る（ｙT＞ｙとする）。数４２は受信点が丁度物体２の真上にある条件である。さら
に、数４１をｓに関して微分すると、
【数４４】
0004691656.tif 000055
であるので、この極値は最小値であることが分かる。
【００９０】
観測電界波形の測定データから最小伝播時間τｍｉｎを決定する。この最小伝播時間に対応する送受信器間隔をｓｍｉｎとすると、物体２の水平方向位置ｘTが数４５のように
与えられる。
【数４５】
0004691656.tif 000056
【００９１】
物体２の水平方向の位置ｘTが決定できたので、次は深さ方向の位置ｙTを求める。まず、数４３より、
【数４６】
0004691656.tif 000057
を得る。
【００９２】
前述の数３１のｙ−ｙTに数４６を代入して、ｙ−ｙTを消去すると、
【数４７】
0004691656.tif 000058
となる。さらに数４７を変形すると、
【数４８】
0004691656.tif 000059
数４８より、
【数４９】
0004691656.tif 000060
を得る。
【００９３】
まず、数４９の右辺の正符号の場合を検討する。数４９の右辺の正符号の場合を変形すると、
【数５０】
0004691656.tif 000061
を得る。数５０より、
【数５１】
0004691656.tif 000062
を得る。
【００９４】
伝播速度は正であるので、最後に根号を取る際、正符号のみを残す。数５１の根号内は
【数５２】
0004691656.tif 000063
であるので、非負であることに注意する。
【００９５】
次に、数４９の右辺の負符号の場合を検討する。数４９の右辺の負符号の場合を変形すると、
【数５３】
0004691656.tif 000064
を得る。数５３より、
【数５４】
0004691656.tif 000065
を得る。
【００９６】
伝播速度は正であるので、最後に根号を取る際、正符号のみを残す。
【数５５】
0004691656.tif 000066
【００９７】
数５５の右辺は、（ｘT−ｘ）＋（１−√２）ｓ≧０のとき、すなわちｓ≦（ｘT−ｘ）／√２−１のとき、非正になるので、数５４の根号内が非正であり、正の伝播速度が得られないので、数５４は不可（但し、ｘ≦ｘTを仮定する）となる。
【００９８】
数５１により、送信点位置をｘに固定し（但し、ｘ≦ｘTとする）、受信点位置ｘ＋ｓ
に対する伝播時間τから伝播速度ｖが決定できる。測定データから決定するには、幾つかの受信点位置ｘ＋ｓｍ（ｍ＝１，２，・・Ｍ）に対する伝播時間τｍを用いて計算される伝播速度ｖを、数５６のように平均化する。数５６のように平均すると精度が上がる。
【００９９】
【数５６】
0004691656.tif 000067
【０１００】
第３実施の形態の電磁波伝播速度推定方法においても、このようにしてコンクリート構造物１中の未知の電磁波の伝播速度ｖを精度よく直接推定することができる。
【０１０１】
図１３に、第３実施の形態の電磁波伝播速度推定方法のフローチャートを示す。このフローチャートは、上記電磁波伝播速度推定方法を用いて伝播速度を推定するための処理を、コンピュータ上で実行させるコンピュータ・プログラムでもある。
このプログラムは、コンピュータに、次のような手順を実行させるものである。先ず、開始後のステップＳ３１において、送信器３を固定した状態で受信器４を一方向へ移動しながら送信器３からコンクリート構造物１内に発信され物体２で反射した電磁波を受信器４で受信する測定系で得られた、各測定位置での観測電界波形の測定データを入力する。
【０１０２】
次に、ステップＳ３２に進み、適当な処理、例えば平均減算処理により、送受信器間の直達波とコンクリート表面からの表面反射波を除去する。
【０１０３】
次に、ステップＳ３３に進み、最小伝播時間τｍｉｎに対応する送受信器間隔ｓｍｉｎから、物体２の水平方向位置ｘTを決定する。ｘTは数５７（数４５に同じ）で与えられる。
【数５７】
0004691656.tif 000068
あるいは合成開口処理により物体の水平方向位置ｘTを求めることも可能である。
【０１０４】
次に、ステップＳ３４に進み、送信器位置ｘ，Ｍ個の送受信器間隔（ｓｍ：第ｍ番目の送信点位置）、電磁波の伝播時間のデータ（τｍ：第ｍ番目の受信点位置に対応するパルスの伝播時間）、最短伝播時間τｍｉｎおよび物体の水平方向位置ｘTを入力する。
【０１０５】
次に、ステップＳ３５に進み、数５８（数５６と同じ）による速度ｖを計算する。このようにして、最終的にコンクリート構造物中の電磁波の伝播速度の推定を決定し、終了する。
【０１０６】
【数５８】
0004691656.tif 000069
【０１０７】
なお、物体の深さ方向の位置（垂直位置，ｙ方向位置）を求めるときは、図９の場合にはステップＳ２５の後に、また図１３の場合にはステップＳ３５の後に、それぞれ物体の垂直位置を計算するステップを入れる。
物体の垂直位置は、図９の場合は、数３０より、
【数５９】
0004691656.tif 000070
図１３の場合は、数４６より、
【数６０】
0004691656.tif 000071
で与えられる。
【０１０８】
図１３のコンピュータ・プログラムを用いることにより、コンピュータに図１３で示すステップ（手順）を実行させて、自動的にコンクリート構造物中の電磁波の伝播速度ｖを直接推定することができる。
【０１０９】
本実施の形態は、図１３に示すコンピュータを制御するプログラムを記録した記録媒体を構成することができる。
【０１１０】
次に、上述の電磁波伝播速度推定法を用いて、本発明に係る構造物内の物体探査方法の実施の形態を、図２１のフローチャートを用いて説明する。このフローチャートは、本発明の物体探査方法を用いて物体の位置を探査するための処理を、コンピュータ上で実行させるコンピュータ・プログラムでもある。
【０１１１】
本実施の形態は、一例として、図１４に示すように、コンクリート構造物１内に４つの鉄筋等の物体２〔２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ〕が埋設されている、特に表面側の２つの物体２Ａ，２Ｂと、それぞれの物体２Ａ，２Ｂの真下の深部に２つの物体２Ｃ，２Ｄが埋設されている場合の物体の探査について説明する。
【０１１２】
コンクリート構造物内の物体探索の説明に先立ち、合成開口処理と時間フィルタについて説明する。
先ず、合成開口処理による未知の物体の位置の推定について説明する。図１５に合成開口処理の構成図を示す。探査すべき物体２が埋め込まれた構造物１上に送信器３及び受信器４が配置され、送信器３からパルス波を照射し、受信器４で反射波を受信するようになされる。構造物１の推定領域を複数の微小要素（体積要素）１１に分割する。ある要素１１ａ（ｘ，ｙ）に対してｍ番目の位置に移動した送信器３から要素１１ａ迄の距離ｄ1 （ｍ，ｘ，ｙ）と、要素１１ａからｍ番目の受信器４までの距離ｄ2 （ｍ，ｘ，ｙ）を求める。次に、送信器３から図１６に示すパルス波１４を発信し受信器４で反射波を受信するまでの時間ｔを数６１を用いて計算する。
【０１１３】
【数６１】
0004691656.tif 000072
【０１１４】
この操作を異なるＭ個の送信・受信器３、４の位置、つまり１番目の位置からＭ番目の位置で行う。ただし、ｔ(ｍ，ｘ，ｙ)は送信・受信器３、４までの往復時間であり、ｖは構造物（媒質）中での電磁波の伝播速度を表す。
【０１１５】
ｍ番目の位置の送信・受信器３、４から、ある要素１１ａ（斜線図示の要素）までの求めた往復時間に相当するデータの点を参照点として前後複数個のデータの和を取る。この操作を図１５のｘ方向の全ての送信・受信器３、４の位置で行い、１つの要素１１ａに対する重みを得る。
【０１１６】
この重みについて更に説明する。図１８に示すように、ある要素に物体が存在したときに、各ｘ方向の送信・受信器の各位置におけるパルス波の往復時間をプロットすると、物体の真上に対応する位置を頂点とする近似双曲線が得られる。往復時間ｔ（ｍ，ｘ，ｙ）は、図１６のパルス波の点ｐ１が受信器４で受信されるまでの時間であるが、この場合、説明の理解を容易にするために最大振幅のパルス（点ｐ２）が到達するまでの時間をプロットする。実際にも、この最大振幅パルス（ｐ２）を用いる。一方、図１７に示すように、例えば３つの要素１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに着目して、それぞれに物体が存在すると仮定すると、図１８に示すような３つの推定の近似双曲線（細線）ｂ、ｃ、ｄが計算で得られる。そして、実際に要素１１ｂに物体が存在したときには、実測の近似双曲線（太線）Ｔと推定の近似双曲線ｂとが合致する。このとき、近似双曲線ｂ上の各点のパルス波形は全て同じ状態である。図１６の合せ時間幅内の積分値（面積）に対応する各点のパルス波形の強さ（電圧の大きさ）を合計すると、強さは大きな値になる。次に、要素１１ｃについて考える。要素１１ｃに対応した推定の近似双曲線ｃは、実測の近似双曲線Ｔとずれている。推定の近似双曲線ｃと実測の近似双曲線Ｔと交点では、合せ時間幅Ｌ内の積分値は大きな値をとるが、交点からずれたところでは、その積分値は小さな値となる。このため、近似双曲線ｃ上に対応した各点のパルス波形の強さを合計すると、近似双曲線bの場合
と比較して強さは小さい値になる。さらに、要素１１ｄに対応した推定の近似双曲線ｄは実測の近似双曲線Ｔから大きくずれているので、近似双曲線ｄの各点に対応した実測のパルス波形は０レベルであるので、近似双曲線ｄ上に対応した各点のパルス波形の強さは０になる。従って、近似双曲線ｄ上に対応した各点のパルス波形の合計の強さは０となる。この近似双曲線上の各点対応したパルス波形の強さの合計の値を「重み」という。
【０１１７】
そして、上述した操作を全ての要素１１に対して行い、得られた重みの分布が数６２に示すＳＡＲイメージＩ(ｘ，ｙ)となる。
【数６２】
0004691656.tif 000073
【０１１８】
ここで、E(m,q(m,x,y))は受信された電界を２次元配列の形で表したものである。q(m,x,y)はｍ番目の位置の送信・受信器３、４における電界パルス波形データの第ｑ番目のサ
ンプリング点を意味し（図１６Ｂ参照）、数６３のように表される。
【数６３】
0004691656.tif 000074
intはt(m,x,y)／Δｔの値を整数にするための（少数以下を切り捨てる）記号である。
ここで、Δｔはサンプリング間隔である。
【０１１９】
Ｌは図１６Ｂ（模式図で、図１６Ａの要部の拡大図）に示すように最大振幅のパルス（点ｐ２）を中心とする狭い領域内のサンプリング点数である（数６２に於けるl＝０〜Ｌの総和はこの狭い領域内のパルス波形の積分に対応する）。また、ｈ はパルスの受信開始点ｐ１からサンプリング点の総和を取る領域の開始点までのサンプリング点数であり、波補正期間を表す。
前述の参照点とは図１６のパルス波形の頂部ｐ２、前後数個のデータとは図１６の足し合せ時間幅内のサンプリングデータ点数Ｌを指す。
【０１２０】
合成開口処理は、この重みを全要素１１について求めることにより、合成開口処理画像で見ると、物体の存在する部分が重みの大きい例えば黒色で表示され、それ以外の部分は重みの小さい例えば灰色、白色として表示される。
【０１２１】
次に、時間フィルタ法について説明する。時間フィルタ法とは、受信した電界の波形の一部を増幅させることである。すなわち、構造物を前述の送信・受信器３、４の測定系により得られた電界分布に対して、表面から時間軸（構造物の深さ方向に相当する）に沿って所定時間幅で区切った領域だけ電界を増幅し、他の領域の電界は増幅させないことを、時間フィルタ法という。
【０１２２】
さらに詳述する。前述の図１４に示す４つの物体（例えば鉄筋）２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄが内在された構造物（例えばコンクリート構造物）１内を送信・受信器３、４により測定して、図１９に示すような電界分布（観測データ）が得られたとする。この観測データでは、表面に近い物体２Ａ，２Ｂの波形を見ることができるが、表面の物体２Ａ，２Ｂに隠れた深い位置の物体２Ｃ，２Ｄの波形は殆ど見えない。図１９において、縦軸は時間（前述の往復時間に相当する）ｎ、横軸は送信点の位置ｍを表す。
【０１２３】
時間フィルタの関係式は次の数６４で表すことができる。
【数６４】
0004691656.tif 000075
ここで、受信した電界を２次元配列の形で表したものをE(m,n)とする。E(m,n)に時間フィルタを適用したものをE’(m,n)とする。F(m,n)を時間フィルタ関数（時間通過フィルタ）とする。
【０１２４】
時間フィルタ関数F(m,n)は次の数６５で定義する（図２０参照）。
【数６５】
0004691656.tif 000076
ただし、Nfdは時間フィルタ幅、nfsは時間フィルタ開始時間、ｋは増幅係数である。増幅係数ｋは、図１９の増幅すべき範囲（時間フィルタ幅Nfd）内の生データでの最大値Efmaxが、全体の生データのうちの最大値Emaxと等しくなるように選ぶ。
【０１２５】
後述するように、構造物内の物体探査に際しては、時間フィルタを通過した後の全データ（時間フィルタで増幅した部分及び他の増幅しない部分の全データ）に対して合成開口処理を行う。この操作を、時間フィルタ幅Nfdを固定させ、時間フィルタ開始時間nfsを変化させて繰り返すことで、複数の合成開口処理画像を得る。
以上が、合成開口処理、時間フィルタ法である。
【０１２６】
次に、図２１のフローチャートを用いて、本実施の形態の構造物内の物体探査方法を説明する。すなわち、本実施の形態は、時間フィルタを取り入れた合成開口処理による複数の物体探査方法である。
【０１２７】
図２１のフローチャートは、未知の物体の探査処理を、コンピュータ上で自動的に実行させるコンピュータ・プログラムでもある。
このプログラムは、コンピュータに、次のような手順を実行させるものである。この例ではコンクリート構造物内の未知の鉄筋の位置を探査する場合に適用する。先ず、開始の後のステップＳ４１において、送信器３及び受信器４を一方向（ｘ方向）へ移動しながら送信器３から電磁波（振動するパルス波）をコンクリート構造物内に照射し、鉄筋で反射した電磁波パルスを受信器４で受信する測定系で得られた、各測定位置での電界波形の測定データを入力する。
【０１２８】
次に、ステップＳ４２に進み、平均減算処理により、測定データから受信波形に混在している直達波、表面反射波を除去する。
【０１２９】
次に、ステップＳ４３に進み、前述の第１実施の形態、第２実施の形態、あるいは第３実施の形態で述べた方法によって得られたコンクリート中の電磁波の伝播速度を入力する。
【０１３０】
次に、ステップＳ４４に進み、前述の時間フィルタの条件を設定する。すなわち時間フィルタ開始時間nfs、時間フィルタ幅Nfd、フィルタ数の最大値（時間軸方向にフィルタ幅Nfdで移動する回数）を設定する。
【０１３１】
次に、ステップＳ４５に進み、フィルタ数＝１を選ぶ。すなわち初回のフィルタ部分を選ぶ。コンクリート構造物の厚さ全域にわたって時間フィルタをかけるときは、コンクリート構造物の一番上のフィルタ部分に対応する。
【０１３２】
次に、ステップＳ４６に進み、測定データ（生データ）の全体のうちの最大値Emaxを検索する。
【０１３３】
次に、ステップＳ４７に進み、増幅しようとする時間フィルタ内の測定データ（生データ）のうちの最大値Efmaxを検索して、増幅度ｋを決定する。
【０１３４】
次に、ステップＳ４８に進み、データを時間フィルタに通す。すなわち、生データE(m,n)と時間フィルタ関数F(m,n)を単純に掛け算する。すなわち、E’(m,n)＝F(m,n)×E(m,n)の演算を行う。
【０１３５】
次に、ステップＳ４９に進み、時間フィルタ内のデータが増幅され、時間フィルタ以外の部分では増幅さない状態での全域の合成開口処理を行う。
【０１３６】
次に、ステップＳ５０に進み、フィルタ数が最大値で有るか否かが判定され、フィルタ数が最大値に至らなければ、次のステップＳ５１に進む。
【０１３７】
ステップＳ５１では、フィルタ開始時間nfsが更新され、フィルタ数が次の回数に更新
される。そして、更新された後、ステップＳ４７に戻り、同じ手順が繰り返される。すなわち、フィルタ数が最大値に達するまで、ステップＳ４７〜ステップＳ５１が繰り返される。
【０１３８】
そして、ステップＳ５０において、フィルタ数が最大値に達したことが判定されたならば、ステップＳ５２に進み、フィルタ数に対応した枚数の合成開口処理画像の評価が行われる。この評価により、コンクリート構造物内の鉄筋の位置が探査される。ステップＳ５２での合成開口処理画像の評価は、観測者が画像を見て判定する。また、コンピュータで自動的に判定することも可能である。合成開口処理画像の評価を行った後、鉄筋探査は終了する。
【０１３９】
図２２〜図２６に、本発明方法により鉄筋探査を行った合成開口処理画像の具体例を示す。図２２は、前述の図１４に対応したコンクリート構造物に４つの鉄筋２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄが設置されている真値の断面図である。図２３Ａはこのコンクリート構造物の観測データ（原画像）であり、図２３Ｂはこの観測データに基づく合成開口処理画像である。この図２３Ｂの合成開口処理画像では表面側の２つの鉄筋２Ａ，２Ｂの位置が確認されるが、奥の２つの鉄筋２Ｃ，２Ｄが確認されない。
【０１４０】
図２４Ａは時間４ｎｓから５ｎｓまでを増幅させたとき（すなわち、時間フィルタ時間：４ｎｓ，時間フィルタ幅：１ｎｓ）の時間フィルタ画像である。図２４Ｂはこの画像を合成開口処理したときの合成開口処理画像である。この図２４Ｂの合成開口処理画像ではノイズによって４つの鉄筋２Ａ〜２Ｄの位置を確認することができない。
【０１４１】
図２５Ａは奥の２つの鉄筋からの反射が来ると思われる時間５ｎｓから６ｎｓまでを増幅させたとき（すなわち、時間フィルタ時間：５ｎｓ，時間フィルタ幅：１ｎｓ）の時間フィルタ画像である。図２５Ｂはこの画像を合成開口処理したときの合成開口処理画像である。この図２５Ｂの合成開口処理画像では４つの鉄筋２Ａ〜２Ｄの位置が明確に確認される。
【０１４２】
図２６Ａは時間６ｎｓから７ｎｓまでを増幅させたとき（すなわち、時間フィルタ時間：６ｎｓ，時間フィルタ幅：１ｎｓ）の時間フィルタ画像である。図２６Ｂはこの画像を合成開口処理したときの合成開口処理画像である。この図２６Ｂの合成開口処理画像では、深い位置の２つの鉄筋２Ｃ，２Ｄの画像が小さいが、概ね４つの鉄筋２Ａ〜２Ｄの位置を確認することができる。
【０１４３】
本実施の形態に係る構造物内の物体探査方法によれば、本発明方法で得られた電磁波伝播速度と、時間フィルタ法及び合成開口処理を用いることにより、例えばコンクリート構造物内の未知の複数の鉄筋などの物体を精度よく、しかも短時間で探査することができる。探査に用いる電磁波（マイクロ波）において、最大振幅のパルスを用いることにより、合成開口処理において、正確な物体探査ができる。
【０１４４】
また、図２１のコンピュータ・プログラムを用いることにより、コンピュータに上記ステップ（手順）を実行させて、自動的に例えばコンクリート構造物内の未知の複数の鉄筋などの物体の探査をすることができる。
【０１４５】
本実施の形態は、図２１に示すコンピュータを制御するプログラムを記録した記録媒体を構成することができる。
【０１４６】
図２７に、コンクリート構造物内に存在する未知の鉄筋等の物体を探査するための本実施の形態に係る探査装置（いわゆる探査レーダ）の概略を示す。本実施の形態に係る探査レーダ３１は、電磁波（パルス波）、例えばマイクロ波を送信する送信器（送信アンテナ）３３と、送信器３３から構造物３２内へ送信された電磁波が物体で反射した反射波を受信する受信器（受信アンテナ）３４と、前述した観測データ、予め設定するデータなどの入力に基づいて画像処理、演算等を行うコンピュータを備え、コンピュータの操作・制御部３８、画像表示部３６を有した装置本体３７とを備えて成る。送受信器３３、３４及び装置本体３７はケーブル３８で接続されている。装置本体３７内のコンピュータは、内蔵されている前述のプログラムによって実行され、あるいはこのプログラムを備えた媒体、例えばメモリーカード４２の装着により実行されるように成されている。
【０１４７】
送受信器３３、３４は、例えば図示するように一体化され、その側壁にコンクリート構造物の上面を転接する車４１が取付け部材４２を介して取着される。これよって、送受信器３３、３４はコンクリート構造物３２上を移動できるようになる。また、図示しないが、送信器３３を固定し、受信器３４のみを移動させる構成のときには、送信器３３をコンクリート構造物３２上に載置した状態で実質的に固定されるように、例えば重量のある構成とし、受信器３４を上記の車４１を取着して移動可能に構成する。装置本体３７では、画像表示部３６に送受信器３３、３４で得られた測定データに基づく波形画像、あるいは合成開口処理画像が表示されるように構成される。
【０１４８】
この探査レーダ３１により、コンクリート構造物３２中の電磁波の伝播速度が直ちに推定され、この伝播速度を用いて、短い時間でコンクリート構造物内の未知の鉄筋、ケーブル等の物体の探査を行うことができる。
【０１４９】
本発明は、上述の探査装置３１と同様の構成で、コンピュータに前述の図３、図９、図１３のプログラムを実行させれば、電磁波伝播速度推定装置として構成することができる。
この電磁波伝播速度推定装置によれば、構造物中の電磁波の伝播速度を自動的に、短時間でかつ精度よく推定することできる。この推定した伝播速度は、上述の本発明の構造物内の物体探査方法、装置は勿論のこと、従来のマイクロ波を用いた物体探査方法、装置にも適用することができる。
【０１５０】
上述した本発明に係る測定装置、測定データは、従来のものをそのまま適用することができる。すなわち、本発明の電磁波伝播推定方法は従来の測定装置に導入することができ、実用上大きな利点を有する
【０１５１】
本発明に係る構造物中の電磁波伝播速度推定方法は、コンクリート構造物に限らず、他の構造物中の電磁波伝播速度の推定にも適用できる。
本発明に係る構造物内の物体探査は、構造物と異なる鉄筋、ケーブル、パイプ以外に、誘電率が構造物と異なる空洞の探査にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１５２】
【図１】本発明に係る電磁波伝播速度推定方法の第１実施の形態の説明に供する構成図である。
【図２】図１の構成において、送受信器を移動して各測定点での電磁波の往復時間をプロットして得られる近似双曲線を示す説明図である。
【図３】第１実施の形態の電磁波伝播速度推定方法のフローチャートである。
【図４】本発明の説明に供する電磁波の直達波、表面反射波の説明図である。
【図５】構造物内の物体に電磁波を発信し、その反射波を受信したときの観測データの画像を示す説明図である。
【図６】図５の観測データの画像から平均減算処理により直達波、表面反射波が除去された画像を示す説明図である。
【図７】本発明に係る電磁波伝播速度推定方法の第２実施の形態の一例の説明に供する構成図である。
【図８】本発明に係る電磁波伝播速度推定方法の第２実施の形態の他の例の説明に供する構成図である。
【図９】第２実施の形態の電磁波伝播速度推定方法のフローチャートである。
【図１０】本発明に係る電磁波伝播速度推定方法の第３実施の形態の説明に供する構成図である。
【図１１】第３実施の形態における受信器の移動を示す説明図である。
【図１２】第３実施の形態の電磁波伝播速度推定方法の説明に供する双曲線を示す説明図である
【図１３】第３実施の形態の電磁波伝播速度推定方法のフローチャートである。
【図１４】本発明に係る構造物内の物体探査方法の説明に供する構造物の断面図である。
【図１５】合成開口処理の説明に供する構成図である。
【図１６】Ａ，Ｂ  合成開口処理で用いる電磁波（マイクロ波）を示す波形図である。
【図１７】時間フィルタ法の説明に供する説明図である。
【図１８】時間フィルタ法における「重み」の「説明に供する説明図である。
【図１９】時間フィルタをかけないときの、生データの電界分布の画像を示す説明図である。
【図２０】時間フィルタをかけたときの、電界分布の画像を示す説明図である。
【図２１】本発明に係る構造物内の物体探査方法のフローチャートである。
【図２２】Ａ，Ｂ  本発明の物体探査の具体例を示す、時間フィルタをかけないときの電界分布の画像、及びそのときの合成開口処理画像である。
【図２３】Ａ，Ｂ  本発明の物体探査の具体例を示す、時間フィルタをかけないときの電界分布の画像、及びそのときの合成開口処理画像である。
【図２４】Ａ，Ｂ  本発明の物体探査の具体例を示す、４ｎｓから５ｎｓの時間フィルタをかけないときの電界分布の画像、及びそのときの合成開口処理画像である。
【図２５】Ａ，Ｂ  本発明の物体探査の具体例を示す、５ｎｓから６ｎｓの時間フィルタをかけないときの電界分布の画像、及びそのときの合成開口処理画像である。
【図２６】Ａ，Ｂ  本発明の物体探査の具体例を示す、６ｎｓから７ｎｓの時間フィルタをかけないときの電界分布の画像、及びそのときの合成開口処理画像である。
【図２７】本発明に係る構造物内の物体探査装置の実施の形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【０１５３】
１・・構造物、２、２Ａ〜２Ｄ・・物体、３・・送信器、４・・受信器、５・・電磁波、５′・・反射波、６・・近似双曲線、１１・・微小要素、１４・・電磁波、３１・・構造物内の物体探査装置、３２・・構造物、３３・・送信器、３４・・受信器、３６・・表示部、３７・・装置本体、３８・・ケーブル、４１・・車、４２・・取り付け部材
【図１】
0004691656.tif 000077
【図２】
0004691656.tif 000078
【図３】
0004691656.tif 000079
【図４】
0004691656.tif 000080
【図７】
0004691656.tif 000081
【図８】
0004691656.tif 000082
【図９】
0004691656.tif 000083
【図１０】
0004691656.tif 000084
【図１１】
0004691656.tif 000085
【図１２】
0004691656.tif 000086
【図１３】
0004691656.tif 000087
【図１４】
0004691656.tif 000088
【図１５】
0004691656.tif 000089
【図１６】
0004691656.tif 000090
【図１７】
0004691656.tif 000091
【図１８】
0004691656.tif 000092
【図２１】
0004691656.tif 000093
【図２２】
0004691656.tif 000094
【図２７】
0004691656.tif 000095
【図５】
0004691656.tif 000096
【図６】
0004691656.tif 000097
【図１９】
0004691656.tif 000098
【図２０】
0004691656.tif 000099
【図２３】
0004691656.tif 000100
【図２４】
0004691656.tif 000101
【図２５】
0004691656.tif 000102
【図２６】
0004691656.tif 000103