(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を発生し、物体による反射波を受信する送信および受信アンテナと、
送信および受信アンテナに送信信号を与えて駆動するとともに、反射波の受信信号を導出するアンテナ駆動手段と、
受信信号を増幅しつつ、入力される受信信号とレベルを揃えて、帰還する帰還回路と、
帰還回路の出力をサンプリングするサンプリング手段と、
サンプリング手段の出力を演算する演算手段とを含み、
アンテナ駆動回路は、パルス状送信信号を予め定める周期Ｗ１で発生し、
帰還回路とサンプリング回路とは協働して、受信信号の少なくとも時間が経過した信号成分を、複数の回数で帰還を繰返して、サンプリングすることを特徴とする物体検出装置。
【請求項２】
帰還回路は、前記周期Ｗ１を超える予め定める計測サイクルＷ２中に、第１の複数Ｎ１回、受信信号の帰還を繰返し、
サンプリング手段は、計測サイクルＷ２を超える基準計測期間Ｗ３中に、第１の複数Ｎ１回帰還が繰返された受信信号を、第２の複数Ｎ２回、サンプリングす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】
帰還回路は、前記周期Ｗ１を超える予め定める計測サイクルＷ２中に、複数Ｎ１回、受信信号の帰還を繰返し、
サンプリング手段は、受信信号を、帰還が繰返される毎にサンプリングす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４】
前記周期Ｗ１内における反射信号が卓越しない時点で、前記送信信号に同期して予め定める一定の波高値を有するパイロット信号を発生するパイロット信号発生手段と、
受信信号にパイロット信号を加えて合成した受信信号を、帰還回路に与える加算手段とを含み、
帰還回路は、入力側に帰還する信号に含まれるパイロット信号の波高値が、加算手段からの合成された受信信号に含まれるパイロット信号の波高値に等しくなるように、レベルを揃えることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の物体検出装置。
【請求項５】
帰還回路は、
入力される受信信号を増幅する増幅手段と、
増幅手段の出力を遅延する遅延手段と、
遅延手段の出力を、減衰量を可変にして減衰する減衰手段とを含むことを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の物体検出装置。
【請求項６】
帰還回路を複数、縦続接続することを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の物体検出装置。
【請求項７】
帰還回路は、送信および受信アンテナによる直接波の受信信号の波高値に、入力側に帰還する信号に含まれる直接波の信号の波高値が、等しくなるように、レベルを揃えることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の物体検出装置。
【請求項８】
アンテナ駆動手段からの送信信号を分岐して導出する分岐手段と、
分岐手段からの分岐された信号を、前記周期Ｗ１内における反射信号が存在しない時点で、パイロット信号として発生するパイロット信号発生手段と、
受信信号にパイロット信号を加えて合成した受信信号を、帰還回路に与える加算手段とを含み、
帰還回路は、入力側に帰還する信号に含まれるパイロット信号の波高値が、加算手段からの合成された受信信号に含まれるパイロット信号の波高値に等しくなるように、レベルを揃えることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１つに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、埋設管等の物体の位置を検出する物体位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
物体としての地中埋設物（たとえば、ガス管、水道管等）を検出する検出装置が知られている。このような物体検出装置は、パルス状の信号を発振するパルス発振器と、パルス発振器からの発信信号に基づいて電磁波を地中に送信する送信アンテナと、地中埋設物からの反射電磁波を受信する受信アンテナと、受信アンテナにて受信された受信信号をサンプリングするサンプリング手段と、サンプリングした信号を所要のとおりに演算処理する信号処理手段とを備えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この物体検出装置では、地中埋設物に向けて送信する送信信号が高周波の電磁波であり、このような高周波の電磁波を用いる場合、受信アンテナにて受信する受信信号の信号レベルが弱く、このことに起因して地中埋設物の位置を高精度に検出することが容易でない。
【０００４】
このような問題は、電磁波を用いて地中埋設物の位置を検出する物体検出装置のみならず、たとえば建造物（ビルディング、塔、橋）等の静止物体や自動車、船、飛行機等の移動物体の位置を検出する物体検出装置にも存在する。
【０００５】
本発明の目的は、ノイズ成分を少なくして物体の位置を高精度に検出することができる物体検出装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電磁波を発生し、物体による反射波を受信する送信および受信アンテナと、
送信および受信アンテナに送信信号を与えて駆動するとともに、反射波の受信信号を導出するアンテナ駆動手段と、
受信信号を増幅しつつ、入力される受信信号とレベルを揃えて、帰還する帰還回路と、
帰還回路の出力をサンプリングするサンプリング手段と、
サンプリング手段の出力を演算する演算手段とを含み、
アンテナ駆動回路は、パルス状送信信号を予め定める周期Ｗ１で発生し、
帰還回路とサンプリング回路とは協働して、受信信号の少なくとも時間が経過した信号成分を、複数の回数で帰還を繰返して、サンプリングすることを特徴とする物体検出装置である。
【０００７】
本発明に従えば、送信および受信アンテナにたとえばパルス状の送信信号を与えて駆動することによって発生された電磁波は、たとえば地中埋設物などの物体によって反射され、その反射波が受信される。
【０００８】
送信および受信アンテナは、送信アンテナと受信アンテナとが個別的に構成されていてもよく、または単一のアンテナが送信および受信のためにスイッチング手段によって切換えて接続される構成であってもよい。本件明細書中において、「送信および受信アンテナ」、または「送信アンテナおよび受信アンテナ」というのは、２つの個別的なアンテナが用いられる構成だけでなく、このような単一のアンテナがスイッチング手段によって切換えられて送信および受信の各機能を達成する構成をも含む概念であると解釈されなければならない。
【０００９】
本発明に従えば、受信アンテナとサンプリング手段との間に帰還回路が介在され、この帰還増幅器は、一計測サイクルの間、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を順次帰還増幅する。したがって、受信信号が帰還増幅されることによって、受信信号の信号成分が増幅され、しかも、そのノイズ成分が抑制され、こうしてノイズ成分の少ない受信信号が得られ、物体の位置を高精度で検出することができる。特に、受信信号を順次帰還増幅するので、一計測サイクル中の時間経過に伴い、増幅が大きくなり、その増幅効果が大きくなる。本発明では、少なくとも時間が経過した信号成分を、複数の回数で帰還増幅を繰返した状態で、サンプリングする。これによって送信および受信アンテナから離れた位置に存在している物体から反射された電磁波の受信信号ほど、そのノイズ成分が抑制される。したがって、特に、アンテナから離れた物体の位置を、比較的簡単に高精度に検出することができる。
【００１０】
たとえば、図１〜図４のように受信信号を所定回数帰還した後にサンプリングする場合、サンプリングされる受信信号の全体が帰還増幅され、この信号全体のノイズ成分が抑制される。また、図５のように受信信号を帰還増幅しながらサンプリングする場合、一計測サイクル中の時間経過に伴い帰還増幅される回数が多くなり、これにより受信信号の時間が経過するほどノイズ成分が抑制される。物体が送信および受信アンテナから離れた位置に存在していると、送信アンテナから送信された電磁波が受信アンテナに受信されるまでの時間が長くなるとともに、受信信号レベルが小さくなり、物体の位置を高精度に検出することが困難となるが、本発明によって、帰還増幅しながらサンプリングすると、送信および受信アンテナから離れた位置にある物体から反射された電磁波の受信信号ほど、そのノイズ成分が抑制され、特にこのような物体の位置を比較的簡単に高精度に検出することができる。
【００１１】
また本発明は、帰還回路は、前記周期Ｗ１を超える予め定める計測サイクルＷ２中に、第１の複数Ｎ１回、受信信号の帰還を繰返し、
サンプリング手段は、計測サイクルＷ２を超える基準計測期間Ｗ３中に、第１の複数Ｎ１回帰還が繰返された受信信号を、第２の複数Ｎ２回、サンプリングすることを特徴とする。
【００１２】
本発明に従えば、帰還回路は、周期Ｗ１で得られる受信信号を、第１複数Ｎ１回、帰還増幅を繰返し、これによってサンプリングされる受信信号全体について、ランダムノイズなどのノイズ成分を抑制することができる。こうしてノイズ成分が抑制された受信信号は、所定サイクル毎に、サンプリングされる。たとえば、このサンプリングのタイミングは、時間ΔＴ（たとえば０．０７ｎｓ）ずつずれて、第２の複数Ｎ２回、サンプリング動作が行われる。こうして前記周期Ｗ１にわたる反射波の受信信号のサンプリングが行われる。これによってＳＮ比が向上された反射波を得ることができる。
【００１３】
また本発明は、帰還回路は、前記周期Ｗ１を超える予め定める計測サイクルＷ２中に、複数Ｎ１回、受信信号の帰還を繰返し、
サンプリング手段は、受信信号を、帰還が繰返される毎にサンプリングすることを特徴とする。
【００１４】
本発明に従えば、帰還回路は、周期的に受信される反射波の受信信号を、複数Ｎ１回、増幅しつつ帰還し、サンプリング手段は、各回の帰還が繰返される毎に、サンプリングするので、パルス状送信信号の周期Ｗ１にわたる反射波の受信信号をサンプリングすることができ、ノイズ成分を抑制することができる。特に送信および受信アンテナと物体との距離が長く、したがって反射時間が長い受信信号の成分が、多数回帰還されることになるので、比較的遠方にある物体であっても、良好なＳＮ比で物体を検出することができるようになる。
【００１５】
また本発明は、前記周期Ｗ１内における反射信号が卓越しない時点で、前記送信信号に同期して予め定める一定の波高値を有するパイロット信号を発生するパイロット信号発生手段と、
受信信号にパイロット信号を加えて合成した受信信号を、帰還回路に与える加算手段とを含み、
帰還回路は、入力側に帰還する信号に含まれるパイロット信号の波高値が、加算手段からの合成された受信信号に含まれるパイロット信号の波高値に等しくなるように、レベルを揃えることを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、一定の波高値を有するパイロット信号を、受信信号に合成すなわち混合して加算し、帰還回路に与えるようにし、これによって帰還回路から、入力側に帰還する信号の増幅率または減衰率を調整することができる。これによって帰還回路は、入力される受信信号を、正確なレベルで加算することができるようになる。
【００１７】
また本発明は、帰還回路は、
入力される受信信号を増幅する増幅手段と、
増幅手段の出力を遅延する遅延手段と、
遅延手段の出力を、減衰量を可変にして減衰する減衰手段とを含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、入力される受信信号を、増幅手段で、予め定める一定の利得で増幅し、その増幅手段の出力を、発振器のタイミングと同期するように遅延し、この遅延された出力を、減衰手段で減衰し、レベルを前述のように揃える。したがって正確なレベルで受信信号の帰還、加算を行うことができる。
【００１９】
本発明の実施の他の形態では、減衰手段と遅延手段との縦続接続された順序を前後に入れ替えてもよい。本発明のさらに他の形態では、減衰手段を省略し、増幅手段の増幅率を変化するようにしてもよい。
【００２０】
また本発明は、帰還回路を複数、縦続接続することを特徴とする。
【００２１】
本発明に従えば、複数の帰還回路が、縦続接続され、したがって反射波の受信信号の帰還回数をさらに増大することができ、これによって信号全体のノイズ成分が抑制される。本発明のこのような考え方に従う実施の形態は、図６に関連して後述される。
【００２２】
また本発明は、帰還回路は、送信および受信アンテナによる直接波の受信信号の波高値に、入力側に帰還する信号に含まれる直接波の信号の波高値が、等しくなるように、レベルを揃えることを特徴とする。
【００２３】
本発明に従えば、送信アンテナから受信アンテナに、物体によって反射されることなく、直接に与えられ、こうして受信アンテナに与えられた直接波は、送信アンテナに与えられる送信信号が一定の波高値を有することによって、直接波の波高値もまた一定の値に保たれる。したがって受信アンテナから得られる直接波の受信信号の波高値を、パイロット信号として用いる。帰還回路は、その入力側に帰還する信号に含まれる直接波の信号の波高値が、送信および受信アンテナで受信された直接波の受信信号の波高値に等しくなるように、レベルを揃える。これによって帰還回路は、入力される受信信号を、正確なレベルで加算することができるようになる。
【００２４】
また本発明は、アンテナ駆動手段からの送信信号を分岐して導出する分岐手段と、
分岐手段からの分岐された信号を、前記周期Ｗ１内における反射信号が存在しない時点で、パイロット信号として発生するパイロット信号発生手段と、
受信信号にパイロット信号を加えて合成した受信信号を、帰還回路に与える加算手段とを含み、
帰還回路は、入力側に帰還する信号に含まれるパイロット信号の波高値が、加算手段からの合成された受信信号に含まれるパイロット信号の波高値に等しくなるように、レベルを揃えることを特徴とする。
【００２５】
本発明に従えば、送信および受信アンテナに与えられる電磁波の放射のための送信信号を、分岐手段で分岐し、パイロット信号発生手段からパイロット信号を発生する。このパイロット信号発生手段は、分岐された前記送信信号を、前記周期Ｗ１内における反射信号が存在しない時点でパイロット信号を発生する働きをし、このようなパイロット信号発生手段は、たとえば導線もしくはケーブルなどの導体であってもよく、または予め定める時間だけ分岐された信号を遅延させる半導体素子、たとえばトランジスタなどによって実現される遅延回路などであってもよい。このようなパイロット信号を用いて帰還回路は、入力される受信信号と、入力側に帰還する信号とのレベルを揃え、こうして正確なレベルで受信信号の帰還、加算を行うことができる。
【００２６】
【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〜図４は、本発明に従う物体検出装置の実施の一形態を示し、図１は実施の一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ける帰還増幅器を簡略的に示すブロック図であり、図３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ムチャートであり、図４（ａ）〜図４（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。
【００２７】
図１を参照して、図示の物体検出装置は、発振器２、送信パルス発生器４および送信アンテナ６を備えている。発振器２は、たとえば水晶発振器から構成され、所定周波数の発信信号Ｐ１を生成する。この発振器２からの発信信号Ｐ１は、たとえばサイン波でよい（図３参照）。地中埋設物８、たとえば埋設ガス管、埋設水道管等を高速で、かつ高精度で検出するためには、この発信信号Ｐ１の周波数を大きくする、たとえば１ＭＨｚ以上に設定するのが望ましい。
【００２８】
発振器２からの発信信号Ｐ１は、送信パルス発振器４に送給され、送信パルス発生器４は、発信信号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３参照）。したがって、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は、上記発信信号Ｐ１の立上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に向けて発信する。
【００２９】
物体検出装置は、また、受信アンテナ１０、帰還回路である帰還増幅器１２、サンプリング手段１４、サンプリングパルス生成手段１６およびパイロットパルス発生器１８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は帰還増幅器１２に送給される。受信アンテナ１０は、送信アンテナ６とともに、土壌中を掘削して推進する推進体（図示せず）の先端部に装着される。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、送信パルス信号よりも時間遅れの信号となり（図３参照）、この遅れ時間Ｔ２は、送信アンテナ６および受信アンテナ１０と地中埋設物との距離が大きいほど長くなる。送信アンテナ６および受信アンテナ１０は、それ自体周知のボータイ形アンテナから構成することができる。送信アンテナ６および受信アンテナ１０は別個の専用アンテナから構成することもでき、また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および受信アンテナの双方の機能を持たせるように構成することもできる。
【００３０】
図２を参照して、図示の帰還増幅器１２は、増幅器２０、遅延手段２２および可変減衰器２４から構成されている。増幅器２０は信号を増幅する。この増幅された信号はサンプリング手段１４に送給されるとともに、その信号はまた、遅延手段２２および減衰器２４を通して加算器６５から再び増幅器２０に送給される。増幅器２０は、遅延手段および減衰器２４を介してフィードバックされた信号と受信アンテナ１０からの受信信号とを加算して増幅する。遅延手段２２は、同軸ケーブルまたは光ファイバを用いてもよいが、構成を小形化するためには、表面弾性波（Surface Acoustic Wave、略称ＳＡＷ）デバイスを用いることが望ましい。遅延手段２２は、減衰器２４を介してフィードバックされる信号を所定時間遅延する。たとえばＷ１の周期で遅延してもよく、前記Ｗ１の整数倍で遅延してもよい。また、減衰器２４は、このフィードバックされる信号を減衰する。減衰器２４としては、コントローラ６４から与えられるコントロール信号の電圧に対応した減衰量を達成する電子アッテネータを用いることが望ましい。コントローラ６４には、加算器６１から帰還増幅器１２の加算器６５に与えられるライン７６の信号が入力される。コントローラ６４は、ライン７６に含まれるパイロット信号ｃのレベルを検出し、遅延手段２２の後に分岐された信号Ｐｃｏｎｔｒｏｌのレベルと比較し、別に分岐された信号Ｐａｔｔのレベルに対してパイロット信号ｃのレベルに調整する電圧を有するコントロール信号を、減衰器２４に与える。この帰還増幅器１２およびそれに関連する構成については、後にさらに詳述する。
【００３１】
発振器２からの発信信号Ｐ１は、サンプリングパルス生成手段１６に送給される。図１のサンプリングパルス生成手段１６は、移相手段２６、パルス化回路２８およびサンプリングパルス発生器３０から構成されている。移相手段２６は移相回路電圧制御回路３２および電圧可変移相回路３４から構成され、発振器２からの発信信号Ｐ１は、電圧可変移相回路３４に送給される。移相回路電圧制御回路３２は、電圧可変移相回路３４に供給される電圧を制御する。また、電圧可変移相回路３４は、移相回路電圧制御回路３２からの制御電圧に基づいて上記発信信号の位相を可変とする。すなわち、電圧可変移相回路３４は、移相回路電圧制御手段３２からの制御電圧が、たとえば大きくなるに従って上記発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）、移相回路電圧制御手段３２からの制御電圧が、たとえば小さくなるに従って上記発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）。このような電圧可変移相回路３４として、たとえば３０〜２００ｐＦ程度のバリキャップを５個程度組込んだ回路を用いることができ、このような回路において電圧を、たとえば０〜５Ｖ変化させることによって、上記発信信号Ｐ１の位相を、たとえば０〜６０×１０-9秒（０〜６０ｎｓ）遅らせることができる。
【００３２】
この移相手段２６は、上述したとおりにして移相信号Ｐ２（図３参照）を生成する。この位相信号Ｐ２は、上記発信信号Ｐ１から所定時間Ｔ位相が遅れた信号となり、電圧可変位相回路３４に供給される制御電圧を変化させることによって、発信信号Ｐ１との位相遅れ時間が制御される。
【００３３】
移相手段２６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、移相信号がパルス化される。パルス化された移相信号は、その後、サンプリングパルス発生器３０に送給され、サンプリングパルス発生器３０は、この移相信号Ｐ２に基づいてサンプリングパルス信号Ｐ３（図３参照）を生成する。この実施形態では、図３に示すとおり、移相手段２６からの移相信号Ｐ２の出力が所定値Ｖ２になるサンプリングパルス信号Ｐ３を生成する。すなわち、サンプリングパルス発生器３０は、移相信号Ｐ２の立上りのゼロ点から所定値Ｖ２になるとサンプリングパルス信号Ｐ３を生成し、このサンプリングパルス信号Ｐ３をサンプリング手段１４に送給する。サンプリングパルス発生器３０にて生成されるサンプリングパルス信号Ｐ３は非常に短く設定される。
【００３４】
サンプリングパルス発生器３０からのサンプリングパルス信号Ｐ３のうち一計測サイクルの最後のものが、サンプリング手段１４のゲート信号として機能し、サンプリング手段１４は、サンプリングパルス発生器３０から一計測サイクルの最後のサンプリングパルス信号Ｐ３が送給されると、受信アンテナ１０にて受信され、帰還増幅器１２によって帰還増幅された受信信号を取入れる。
【００３５】
発振器２からの発信信号Ｐ１は、また、パイロットパルス発生器１８に送給される。パイロットパルス発生器１８は、発信信号Ｐ１に基づいてパルス状のパイロット信号ｃを生成する。このパイロット信号は、ライン６６を介して、帰還増幅器１２の入力側の加算器６１に送給され、加算器６１によって受信アンテナ１０からの受信信号に加算された後、ライン７６を介して、加算器６５を経て増幅器２０によって増幅される。このパイロット信号ｃは、１つのパルス状送信信号の測定周期Ｗ１の最後に、換言すると、１つの探査信号Ｐ５の終わりに付加するようにするのが望ましく、このように付加することによって、探査信号とパイロット信号とを容易に区別することができる。なお、このパイロット信号は、上記測定周期Ｗ１の最後に付加する必要はなく、探査信号と区別しやすい任意の時点に付加することができる。
【００３６】
この実施の一形態では、次のとおりにして、帰還増幅器１２による帰還増幅およびサンプリング手段１４によるサンプリングが行われる。主として図１、図３および図４を参照して、発振器２によって生成される発信信号Ｐ１の周波数は、たとえば２０ＭＨｚに設定され、その周期Ｗ１は５０ｎｓである。このような場合、たとえば３１２．５μｓに設定される一計測サイクルＷ２の間、移相手段２６は発信信号Ｐ１から所定時間Ｔ位相が遅れた移相信号を生成し、このような移相信号Ｐ２に基づいてサンプリングパルス発生器３０はＮ１＝６２５０個のサンプリングパルス信号Ｐ３を生成する。
【００３７】
サンプリングパルス発生器３０が６２４９個のサンプリングパルス信号を生成する間（＝Ｗ２−Ｗ１）は、図１および図４（ａ）から理解されるように、帰還増幅器１２は順次受信信号Ｐ５を帰還増幅する。Ｗ２＝Ｗ１・Ｎ１である。６２５０個目のサンプリングパルス信号が生成されると、図３および図４（ｂ）に示すように、サンプリング手段１４はこのサンプリングパルス信号に基づいて、帰還増幅された６２５０番目の受信信号をサンプリング測定し、測定されたサンプリング信号Ｐ６（図３参照）がサンプリング手段１４から下流側に送給される。図４（ａ）の各信号は、帰還増幅器１２の出力信号を示し、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の受信信号であり、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の受信信号であり、成分ｃは、パイロットパルス発生器１８から送給されたパイロット信号ｃの成分である。参照符ｃは、パイロット信号を表すとともに、その波高値である大きさを表すことがあり、このことはそのほかの参照符号に関しても同様である。
【００３８】
受信信号Ｐ５の帰還増幅は、次のとおりに行われる。遅延手段２２は、増幅器２０から遅延手段２２および減衰器２４を介してフィードバックされる信号、すなわち帰還増幅されたＫ番目の信号Ｓｋと、受信アンテナ１０からの次の受信信号、すなわち（Ｋ＋１）番目の受信信号とが重なるように、フィードバックされる信号を所定時間Ｗ１の整数倍、たとえばこの実施の形態ではＷ１だけ遅延させる。また、減衰器２４は、遅延回路２２を通してフィードバックされる信号、すなわち帰還増幅されたｋ番目の信号Ｓｋのパイロット信号に対応する振幅の大きさと、受信アンテナ１０からの次の受信信号、すなわち（ｋ＋１）番目の受信信号に、付加されるパイロット信号の大きさとが同じ大きさとなるように、フィードバックされる信号を減衰する。このとき、パイロットパルス発生器１８からのパイロット信号ｃが利用され、フィードバック信号のパイロット信号成分の波高値である大きさｃ２と、受信信号に加算されるパイロット信号ｃの波高値である大きさｃ１とが同じ（ｃ１＝ｃ２）になるように、コントローラ６４は、ライン７６の受信信号に含まれるパイロット信号ｃの波高値と、減衰器２４から加算器６５に与えられるパイロット信号成分の波高値ｃ２とが等しくなるようにするための減衰器２４の減衰量を表す電圧を有するコントロール信号を導出して減衰器２４に与える。これによって減衰器２４は、フィードバックされる信号全体を可変比率で減衰する。このようにして受信信号Ｐ５を順次多数回Ｎ１、帰還増幅することによって、受信信号全体に含まれるノイズ成分を抑制することができ、これによって地中埋設物の位置を高精度で検出することができる。帰還増幅での遅延量は、Ｗ１の２以上の整数倍でもよい。
【００３９】
期間Ｗ２にわたる第１番目（ｎ＝１）の計測サイクルにおけるサンプリングが終了すると、第２番目（ｎ＝２）の測定サイクルにおけるサンプリングが遂行される。第２番目の測定サイクルにおいては、移相回路電圧制御手段３２は電圧可変移相回路３４に供給される電圧を、たとえば幾分大きくし、これによって移相手段２６からの移相信号Ｐ２は、発信信号Ｐ１から時間（＝Ｔ＋ΔＴ）位相が遅れたものとなる。第１番目の計測サイクルに続く次のＷ２＝３１２．５μｓの計測サイクルの間、移相手段２６は、発信信号Ｐ１から時間（＝Ｔ＋ΔＴ）位相が遅れた移相信号Ｐ２を生成し、サンプリングパルス発生器３０は、このような移相信号Ｐ２に基づいて、第１番目の計測サイクルと同様に、Ｎ１＝６２５０個のサンプリングパルス信号Ｐ３を生成する。順次送らせる時間ΔＴは、たとえば０．１１７ｎｓに設定される。
【００４０】
第２番目の計測サイクルにおいては、第１番目の計測サイクルと同様に、サンプリングパルス発生器３０がＮ１−１＝６２４９個のサンプリングパルス信号を生成する間Ｗ２は、帰還増幅器１２は順次受信信号Ｐ５を帰還増幅する。Ｎ１＝６２５０個目のサンプリングパルス信号が生成されると、サンプリング手段１４はこのサンプリングパルス信号に基づいて、帰還増幅された６２５０番目の受信信号をサンプリング測定し、測定されたサンプリング信号Ｐ６（図４（ｃ）参照）がサンプリング手段１４から下流側に送給される。
【００４１】
この実施の一形態では、図３に示すように、基準計測期間Ｗ３が、たとえばＷ３＝８０ｍｓに設定されており、したがって第１番目の計測サイクルの開始から８０ｍｓに達するまで、この実施の一形態では、たとえばＮ２＝第２５６番目の計測サイクルが遂行されるまで遂行され、その間、移相手段２６は各計測サイクル毎に発信信号Ｐ１から順次ΔＴずつ遅れた移相信号Ｐ２を生成し、この移相信号Ｐ２に関連して生成されるサンプリングパルス信号Ｐ３のうち各計測サイクルの最後のサンプリングパルス信号に基づいて、帰還増幅された受信信号のサンプリングが遂行される。基準計測期間Ｗ３および計測サイクルの期間Ｗ２は、発信信号Ｐ１の周波数等に応じて適宜設定することができる。Ｗ３＝Ｗ２・Ｎ２である。
【００４２】
物体検出装置は、さらに、サンプリング手段１４によってサンプリングされた信号Ｐ３を演算処理する信号処理手段３８と、信号処理手段３８とによって処理された地中埋設物の位置を表示するための表示手段４０を含んでいる。信号処理手段３８はメモリ４２を有し、サンプリング手段１４からのサンプリング信号Ｐ６は一旦メモリ４２に保存され、信号処理手段３８は、基準計測期間Ｗ３内にサンプリングされたサンプリング信号、この実施形態ではＮ２＝２５６個のサンプリング信号を所要のとおりに演算処理して探知信号Ｐ７（図３および図４（ｄ）を参照）を生成する。このようにして生成された探知信号Ｐ７は表示手段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３０に表示される。こうして計測者は、表示手段４０に表示された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）、液晶表示装置等を用いることができる。
【００４３】
受信アンテナ１０の受信信号Ｐ５の帰還増幅および帰還増幅された信号のサンプリングは、図５に示すとおりに行うこともできる。物体検出装置の構成は、図１および図２に示す構成と実質上同一でよい。図５を参照して、この様式では、期間Ｗ１毎の各受信信号に、帰還増幅およびサンプリングが行われる。図５（ａ）に示すように、基準計測期間Ｗ２（この様式では、一計測サイクルＷ２と基準計測期間Ｗ３とは一致する）における第１番目の受信信号は、帰還増幅器１２にて増幅され、この増幅された信号は、サンプリング手段１４によりサンプリングされ、サンプリングされたサンプリング信号が信号処理手段３８のメモリ４２に蓄えられる。増幅された受信信号はまた、フィードバックされて次の（第２番目）の受信信号に加算されて増幅され、この増幅された受信信号は、図５（ｂ）に示すように、サンプリング手段１４によりサンプリングされ、サンプリング信号がメモリ４２に蓄えられる。
【００４４】
この様式においては、移相手段２６は発信信号Ｐ１から順次ΔＴずつ遅れた移相信号Ｐ２を生成し、この移相信号Ｐ２に関連して生成されるサンプリングパルス信号Ｐ３毎にサンプリング手段１４によるサンプリングが、たとえばＮ２＝２５６回遂行される。これらのサンプリング信号はメモリ４２に蓄えられ、信号処理手段３８はメモリ４２に蓄えられたサンプリング信号を所要のとおりに演算処理して図５（ｄ）に示す探査信号を生成し、この探査信号の内容が表示手段４０に表示される。帰還増幅器１２による帰還増幅は、上述したと同様に行われる。
【００４５】
このような様式を用いても、受信アンテナ１０の受信信号を帰還増幅しているので、そのノイズ成分を少なくして地中埋設物の位置を高精度に検出することができる。特に、一計測サイクルＷ２の時間経過に伴って、帰還増幅される回数が多くなり、それゆえに受信信号の信号成分が増幅され、そのノイズ成分が抑制される。受信信号における計測定サイクルの時間経過に伴って、信号成分は、送信アンテナ６から送信された後、受信アンテナ１０に受信されるまでに時間を要する信号成分、換言すると送信アンテナ６および送信アンテナ１０から離れた位置にある地中埋設物８からの反射波成分であり、このような反射波成分は距離が離れるに従って小さくなるが、小さい反射成分ほど大きく増幅されるようになり、したがってこのような地中埋設物の位置の測定精度を高めることができる。上述の帰還増幅器１２の前後には、高周波増幅器が挿入されても良い。
【００４６】
上述の図示の実施形態では、移相回路電圧制御回路３２および電圧可変移相回路３４から構成される移相手段２６を用いてサンプリングパルス信号を生成しているが、この様式に限定されず、実施の他の形態では、サンプリングパルス信号を生成するその他の様式、たとえば電圧制御発振回路（ＶＣＯ）を含む可変周期発振器を用いてサンプリングパルス信号を生成する様式等にも用いることができる。
【００４７】
また、たとえば、図示の実施形態では、物体としての地中埋設物の位置を検出するものに適用して説明したが、これに限定されず、建造物等の静止物体や自動車等の移動物体の位置を検出する物体検出装置として広く適用することができる。
【００４８】
本発明の実施の他の形態では、コントローラ６４を省略し、減衰器２４は、予め定める一定の減衰率で遅延手段２２からの信号を、パイロット信号ｃの波高値と減衰器２４から加算器６５に与えられるパイロット信号成分の波高値ｃ２とが一致するように、予め定める一定の減衰量で、減衰動作を行うように構成されてもよい。
【００４９】
図６は、本発明の実施の他の形態の物体検出装置の構成を示すブロック図である。この実施の形態では、帰還回路１２と同一構成を有するもう１つの帰還回路１２ａが、縦続接続される。したがって受信アンテナ１０による受信信号がさらに多数回繰返されて導出され、ノイズ低減効果が低減される。後述の図７および図８の各実施の形態においても、帰還回路１２が複数、縦続接続されてもよい。
【００５０】
図７は、本発明の実施のさらに他の形態の物体検出装置の構成を示すブロック図である。この実施の形態は、前述の実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。注目すべきはこの実施の形態では、パイロットパルス発生器１８およびそのための加算器６１が省略される。この実施の形態では、パイロット信号として、受信アンテナ１０からの直接波成分ａを、パイロット信号として用いる。図７の実施の形態における帰還回路１２は、前述の図２に関連して説明した帰還回路１２と類似の構成を有する。この実施の形態では帰還回路１２におけるコントローラ６４は、受信アンテナ１０からの受信信号に含まれる前述の直接波成分ａのレベルに対応した電圧を有するコントロール信号を発生して、減衰器２４に与える。そのほかの構成と動作は、前述の実施の形態と同様である。この実施の形態によれば、パイロットパルス発生器１８を省略することができ、構成の簡略化を図ることができる。
【００５１】
図８は、本発明の実施のさらに他の形態の物体検出装置の構成を示すブロック図である。この実施の形態は、前述の実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。注目すべきはこの実施の形態では、送信パルス発生器４からの送信パルス信号Ｐ４は、分岐器６８によって分岐され、送信アンテナ６に与えられるとともに、パイロット信号発生手段を構成するケーブル６９を経て加算器６１に与えられる。ケーブル６９は、送信パルス信号Ｐ４が、反射信号ｂが存在しない時点でパイロット信号として、受信アンテナ１０の受信信号Ｐ５に加算されて合成される。このようなケーブル６９から加算器６１に与えられるパイロット信号である送信パルス信号Ｐ４の位相が同一または予め定める時間だけ遅延された信号は、直接波信号ａよりも先に与えられるようにしてもよく、このような構成では、ケーブル６９は、できるだけ短く構成される。
【００５２】
本発明の実施の他の形態では、ケーブル６９から加算器６１に与えられるパイロット信号は、検出可能な最大距離だけ得られた物体からの反射信号ｂよりももっと後に、受信アンテナ１０からの受信信号Ｐ５に加算されて合成されるようにしてもよく、たとえば図４に示されるパイロット信号ｃと同様な時点で、加算されるようにしてもよい。このようにしてケーブル６９の長さは、ケーブル６９から加算器６１に与えられるパイロット信号の時点に応じて、適切に定められる。そのほかの構成と動作は、前述の実施の形態と同様である。
【００５３】
ケーブル６９に代えて、そのほかの導線などの導体が用いられてもよく、またはトランジスタなどの半導体素子を用いた遅延回路などが用いられてもよい。
【００５４】
図９は、本件発明者の実験結果を示す図である。送信アンテナ６には、図９（１）に示される送信パルスＰ４が与えられる。図１〜図４の帰還回路を含む一部の実施の形態において、低周波領域でのアベレージング回数を１回とし、Ｎ１＝６２５０としたとき、図９（２）に示される受信信号のサンプリング手段１４によるサンプル結果が得られた。上述の実施の形態におけるように、Ｎ１＝６２５０とした構成において、低周波領域でのアベレージング回数を７回とすると、図９（３）に示されるサンプルされた受信信号波形が得られた。これによって高速度でＳＮ比が良好な受信信号が得られることが確認された。
【００５５】
図１０は、本件発明者の実験結果を示す。この図１０における構成では、送信アンテナ６に図１０（１）に示される送信パルス信号Ｐ４を与える。比較例において、帰還回路１２は省略される。このときサンプリング手段１４に与えられる受信信号波形は、上述の図１０（２）に示されるようにＳＮ比がきわめて悪い。図１０（１）および図１０（２）に示される実験を、低周波領域でのアベレージング回数を７回とすることによって、図１０（３）のように、ＳＮ比が改善された受信信号が得られた。図１０（３）に示される受信信号を得る動作を、同様にアベレージング回数を１４回としたところ、図１０（４）に示されるＳＮ比がさらに改善された受信信号が得られた。
【００５６】
図１０（４）に示される受信信号を得る動作を、同様にアベレージング回数を４９回とすることによって、図１０（５）に示される受信信号を得ることができ、このような受信信号の波形は、前述の本発明に従う図９（３）に示される受信信号の波形とほぼ同等のＳＮ比を得ることができた。図１０（２）に関連して述べた比較例では、ＳＮ比が改善された図１０（５）の受信波形を得るために、きわめて多くの演算処理を繰返さなければならず、リアルタイムでの自動化が困難である。これに対して図１０（２）に対して帰還回路を用いて、低周波領域で７回のみアベレージングすれば、図９（３）と同等な結果が得られる。したがって本発明はこの問題を解決し、ＳＮ比が改善された受信信号を、自動的に得ることが初めて可能になる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明の請求項１の物体検出装置によれば、受信信号が帰還増幅されることによって、受信信号の信号成分が増幅され、そのノイズ成分が抑制され、ノイズ成分の少ない受信信号が得られ、物体の位置を高精度で検出することができる。特に、受信信号を順次帰還増幅するので、一計測サイクルの少なくとも時間が経過した信号成分程、ＳＮ比が良好になり、そのノイズ抑制効果が大きくなる。
【００５８】
請求項２の本発明によれば、時間経過にかかわらず受信信号のＳＮ比が向上される。
【００５９】
請求項３の本発明によれば、反射時間が長い受信信号であっても、良好なＳＮ比で反射波を検出することができる。
【００６０】
請求項４の本発明によれば、帰還回路における増幅率または減衰率を調整することによって、帰還すべき受信信号を、受信信号とともに正確なレベルで加算することができ、ノイズ抑制効果を向上するとともに、受信信号を正確にサンプリングすることができるようになる。
【００６１】
請求項５の本発明によれば、一定の利得で増幅手段によって受信信号を増幅し、その後、遅延手段によって遅延し、減衰手段によってレベルをそろえるようにしたので、比較的高精度の制御が可能になる。
【００６２】
請求項６の本発明によれば、複数の帰還回路を縦続接続することによって、受信信号のノイズレベルの抑制を、さらに効果的に行うことができる。
【００６３】
請求項７の本発明によれば、送信および受信アンテナの直接波をパイロット信号として用いて、帰還回路のレベルを揃える働きを達成するようにし、したがって比較的高精度の制御が可能になる。
【００６４】
請求項８の本発明によれば、送信および受信アンテナに与えられる送信信号を分岐してパイロット信号を発生するようにし、このことによってもまた、帰還回路におけるレベルを揃え、比較的高精度の制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う物体検出装置の実施の一形態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ける帰還増幅器を簡略的に示すブロック図である。
【図３】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ムチャートである。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｄ）は、それぞれ、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５】図５（ａ）〜図５（ｄ）は、それぞれ、サンプリング手段によるサンプリング様式の他の例を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の他の形態の物体検出装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施のさらに他の形態の物体検出装置の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施のさらに他の形態の物体検出装置の構成を示すブロック図である。
【図９】図９（１）〜図９（３）は本件発明者の実験結果を示す図である。
【図１０】図１０（１）〜図１０（５）は、本件発明者の実験結果を示す図である。
【符号の説明】
２  発振器
４  送信パルス発生器
６  送信アンテナ
８  地中埋設物
１０  受信アンテナ
１２  帰還増幅器
１４  サンプリング手段
１６  サンプリングパルス発生器
１８  パイロットパルス発生器
２６  移相手段
３０  サンプリングパルス発生器
３８  信号処理手段
【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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【図１０】
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