(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、送信および受信アンテナが受信した受信信号を高周波増幅するアンテナ駆動手段と、
アンテナ駆動手段の出力信号が与えられ、通過周波数帯域の高い周波数の範囲における減衰量を、時間経過に伴って、大きくするフィルタ回路と、
フィルタ回路の出力に基づいて、送信および受信アンテナに対する物体の位置の情報を演算する信号処理手段とを含むことを特徴とする物体検出装置。
【請求項２】
フィルタ回路は、
アンテナ駆動手段の出力信号が与えられるローパスフィルタと、
送信信号の発生時点から、時間経過に伴って、ローパスフィルタの時定数を大きく変化する時定数変化手段とを含む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】
ローパスフィルタは、抵抗とコンデンサとを含む時定数回路を有し、
時定数変化手段は、時定数回路の抵抗の抵抗値またはコンデンサの静電容量の少なくともいずれか一方を、時間経過に伴って大きく変化することを特徴とする請求項２記載の物体検出装置。
【請求項４】
アンテナ駆動手段は、送信および受信アンテナによって、パルス状送信信号を、予め定める測定周期Ｗ１で複数Ｎ２回、発生させる送信パルス発生器と、
送信および受信アンテナが受信した受信信号を高周波増幅した信号をサンプリングしてフィルタ回路に与えるサンプリング手段とを有し、
サンプリング手段によるサンプリング時点は、前記測定周期Ｗ１が経過する毎に順次的に、前記測定周期Ｗ１未満である予め定めるずれ時間ΔＴずつ遅らせて設定されることを特徴とする請求項１〜３のうちの１つに記載の物体検出装置。
【請求項５】
サンプリング手段によるサンプリング時点は、前記パルス状送信信号に対して予め定める位相遅れ時間Ｔだけ位相がずれた状態から、前記測定周期Ｗ１が経過する毎に順次的に、パルス状送信信号に対して前記ずれ時間ΔＴずつ遅らせて設定されることを特徴とする請求項４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、送信および受信アンテナが受信した受信信号を高周波増幅するアンテナ駆動手段と、
アンテナ駆動手段の出力信号が与えられ、通過周波数帯域の高い周波数の範囲における減衰量を、時間経過に伴って、大きくするフィルタ回路と、
フィルタ回路の出力に基づいて、送信および受信アンテナに対する物体の位置の情報を演算する信号処理手段とを含む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アンテナ駆動手段からたとえばパルス状の送信信号を与えて駆動し、地中埋設物などの物体による反射波を受信して受信信号を得る。
【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】
フィルタ回路は、通過周波数帯域の高い周波数の範囲における減衰量を、時間経過に伴って大きくする特性を有し、このようなフィルタ回路は、たとえばローパスフィルタ、バンドパスフィルタなどのフィルタによって実現することができ、またはフィルタ以外の減衰量・周波数特性を有する電気回路によって実現することができる。送信および受信アンテナと物体との距離が長い場合、反射時間が長くなり、これに応じて受信信号の強度が低下し、ＳＮ比が悪化する傾向がある。本発明では、アンテナが受信した受信信号を高周波増幅した信号が、フィルタ回路に与えられる。高い周波数の範囲における減衰量が時間経過に伴って大きくなるので、フィルタ回路は、受信信号が高周波増幅された信号が与えられたとしても、徐々に周波数の高い方から小さい信号（ランダムノイズなどの信号）成分を除去することができる。これによって反射時間が長い反射波の受信信号に含まれるノイズ成分を除去することができるようになり、したがって特に反射時間が長い場合において、ＳＮ比を向上することができる。これによって信号処理手段によって演算される結果、たとえば物体の反射時間などの精度を高くすることができる。信号処理手段によって演算して得られる物体の位置の情報は、上述のように反射時間であってもよいけれども、そのほかの値、たとえば物体の２次元または３次元の位置、そのほかの値であってもよい。
【００１０】
また本発明は、フィルタ回路は、
アンテナ駆動手段の出力信号が与えられるローパスフィルタと、
送信信号の発生時点から、時間経過に伴って、ローパスフィルタの時定数を大きく変化する時定数変化手段とを含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明に従えば、フィルタ回路は時定数が可変であるローパスフィルタによって実現される。
【００１２】
また本発明に従えば、後述の実施の形態では、サンプリング手段と信号処理手段との間にローパスフィルタが設けられ、このローパスフィルタは、一測定サイクルの間、時間の経過に伴ってその時定数が大きくなる。したがって、一測定サイクルの初期においては時定数は小さく、ローパスフィルタはほとんど信号成分に影響した波形を導出する。
【００１３】
一測定サイクル中の時間経過に伴って時定数が次第に大きくなり、ローパスフィルタは徐々に周波数の高い方から小さい信号（ランダムノイズなどの信号）成分までを除去し、このようにしてノイズ成分の少ない受信信号が得られる。特に、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、上述したように時定数が変わるローパスフィルタを用いることによって、送信アンテナ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除去され、このような物体の位置などを高精度に検出することができる。
【００１４】
また本発明は、ローパスフィルタは、抵抗とコンデンサとを含む時定数回路を有し、
時定数変化手段は、時定数回路の抵抗の抵抗値またはコンデンサの静電容量の少なくともいずれか一方を、時間経過に伴って大きく変化することを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、ローパスフィルタに含まれる時定数回路を構成する抵抗とコンデンサの少なくともいずれか一方を変化することによって、時定数、したがって遮断周波数を容易に変化することができる。こうしてフィルタ回路の実現が容易である。
【００１７】
また本発明は、アンテナ駆動手段は、送信および受信アンテナによって、パルス状送信信号を、予め定める測定周期Ｗ１で複数Ｎ２回、発生させる送信パルス発生器と、
送信および受信アンテナが受信した受信信号を高周波増幅した信号をサンプリングしてフィルタ回路に与えるサンプリング手段とを有し、
サンプリング手段によるサンプリング時点は、前記測定周期Ｗ１が経過する毎に順次的に、前記測定周期Ｗ１未満である予め定めるずれ時間ΔＴずつ遅らせて設定されることを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、送信および受信アンテナと物体との距離に対応する反射時間を演算して求めるにあたり、複数Ｎ２回（たとえば後述の実施の形態では２５６）回、一定の予め定める測定周期Ｗ１でパルス状送信信号を発生して送信および受信アンテナに与えて電磁波を発生させる。受信信号が高周波増幅された信号は、サンプリング手段によってサンプリングされ、サンプリングが行われるサンプリング時点は、前記測定周期Ｗ１が経過する毎に順次的に、予め定めるずれ時間ΔＴずつ遅れる。言い換えると、２つのサンプリング時点の間の期間となるサンプリング間隔は、各サンプリングのたびに、予め定める時間ΔＴ（たとえば０．０７ｎｓ）だけ長くずれる。たとえば１回目と２回目とのサンプリング時点におけるサンプリング間隔が、測定周期Ｗ１とずれ時間ΔＴとの和（Ｗ１＋ΔＴ）とすると、２回目と３回目とのサンプリング時点におけるサンプリング間隔が、測定周期Ｗ１と２倍のずれ時間２・ΔＴとの和（Ｗ１＋２・ΔＴ）となる。したがって第ｎ回目のサンプリング間隔は、（Ｗ１＋ｎ・ΔＴ）に設定される。これによってサンプリング間隔を測定周期Ｗ１未満に短く設定する必要がなくなり、物体の位置測定精度を向上することができ、反射時間が長い場合において、良好なＳＮ比でサンプリングすることが可能になる。
また本発明は、サンプリング手段によるサンプリング時点は、前記パルス状送信信号に対して予め定める位相遅れ時間Ｔだけ位相がずれた状態から、前記測定周期Ｗ１が経過する毎に順次的に、パルス状送信信号に対して前記ずれ時間ΔＴずつ遅らせて設定されることを特徴とする。
本発明に従えば、サンプリング時点は、前記パルス状送信信号に対して予め定める位相遅れ時間Ｔだけ位相がずれた状態から、前記測定周期Ｗ１が経過する毎に順次的に、パルス状送信信号に対して前記ずれ時間ΔＴずつ遅らせて設定される。前記パルス状送信信号から位相遅れ時間Ｔだけずれることで、前記パルス状送信信号を発生してから位相遅れ時間Ｔに達するまでの間に生じるノイズをカットして、物体を高精度で検出することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１〜図３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は第１の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ムチャートであり、図３（ａ）〜図３（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。
【００２０】
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２参照）。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。
【００２１】
発振器２からの発信信号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、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２参照）。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に向けて発射する。
【００２２】
物体検出装置は、また、受信アンテナ１０、高周波増幅器５２、サンプリング手段１４およびサンプリングパルス生成手段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は高周波増幅器５２からサンプリング手段１４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２参照）、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、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。
【００２３】
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。図示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、移相回路電圧制御手段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個程度組み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。
【００２４】
この移相手段２６は、上述したとおりにして移相信号Ｐ２（図２参照）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。
【００２５】
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２参照）を生成する。この実施形態では、図２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。
【００２６】
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は、各測定周期Ｗ１に対応してサンプリング毎にΔＴだけ長くずれて発生される。
【００２７】
この実施形態では、次のとおりにして、サンプリング手段１４によるサンプリングが行われる。主として図１、図２および図３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、その周期はＷ１＝５０ｎｓである。このような場合、一測定サイクルＷ４（＝Ｗ１・Ｎ２）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は複数Ｎ２＝２５６個のサンプリングパルス信号Ｐ３を生成する。
【００２８】
測定されたサンプリング信号Ｐ６（図２参照）がサンプリング手段１４から下流側に送給される。図３（ａ）の各信号は、高周波増幅器５２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成分であり、それらの成分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である。
【００２９】
高周波増幅器５２は、受信アンテナ１０とサンプリング手段１４との間に介在され、受信アンテナ１０からの受信信号を高周波増幅してサンプリング手段１４に送給する。
【００３０】
また、サンプリング手段１４と、サンプリングされたサンプリング信号を処理する信号処理手段３８との間に、ローパスフィルタ５４が介在されている。ローパスフィルタ５４は、周波数の低い信号の通過を許容するが、周波数の高い信号を遮断する作用を有する。このローパスフィルタ５４は、その時定数を変えることができ、たとえば電圧制御形可変容量のコンテンサを用いて、その静電容量を変えることによって時定数を変えることができるものでよい。また、たとえば単に可変カットオフ周波数装置を用いるようにしても良い。
【００３１】
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とを含んでいる。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Ｗ４（＝Ｗ１・Ｎ２）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演算処理して探査信号Ｐ７〔図２および図３（ｄ）を参照〕を生成する。このようにして生成された探査信号Ｐ７は表示手段４０に送給され、探査信号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。
【００３２】
受信アンテナ１０の受信信号Ｐ５のサンプリングは、図３に示すとおりに行う。図３を参照して、期間Ｗ１毎の各受信信号毎にサンプリングが行われる。図３（ｂ）に示すように、基準計測期間Ｗ４における第１番目の受信信号は、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、次の（第２番目）の受信信号は、図３（ｃ）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。
【００３３】
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（たとえば０．０７ｎｓ）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３（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。
【００３４】
各測定サイクルＷ４（この形態では、基準計測期間に一致する）における第１番目の受信信号は、高周波増幅器５２で増幅され、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ローパスフィルタ５４を通って信号処理手段３８のメモリ４２に蓄えられる。また、次の（第２番目）の受信信号は、上述したと同様に、高周波増幅された後、サンプリング手段１４によりサンプリングされ、このサンプリング信号がローパスフィルタ５４を通ってメモリ４２に蓄えられ、さらに第３番目（または第４番目…）の受信信号は、同様に処理されてそのサンプリング信号がローパスフィルタ５４を通ってメモリ４２に蓄えられる。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に基づいてサンプリングパルス発生器３０がサンプリングパルス信号を生成し、サンプリング手段１４はサンプリングパルス信号毎に受信信号のサンプリングを遂行し、このサンプリング手段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演算処理して探査信号を生成し、この探査信号の内容が表示手段４０に表示される。
【００３５】
この形態では、ローパスフィルタ５４の時定数が測定サイクル中に時間の経過とともにその時定数が大きくなるように切換えられる。このように時定数を換えた場合、各測定サイクルの初期においてはその時定数が小さく、したがってローパスフィルタ５４は周波数が高いノイズ成分のみを除去し、また各測定サイクルの時間経過に伴ってその時定数が大きくなり、したがってローパスフィルタ５４は周波数が小さいノイズ成分までも除去し、これによって特に受信信号の信号成分が小さくなる各測定サイクルの後半においてノイズ成分の除去を大きくして地中埋設物の検出位置精度を高めることができる。
【００３６】
図４（１）は、ローパスフィルタ５４の電気回路図である。ローパスフィルタ５４は、サンプリング手段１４からの出力が与えられるバッファ４３と、そのバッファ４３の出力に接続される抵抗４４と、抵抗４４から接続点１４５を経て、演算増幅器４５の反転入力端子に接続される。演算増幅器４５の非反転入力端子は、接地される。演算増幅器４５の反転入力端子と出力端子との間には、可変抵抗４６とコンデンサ４７とが並列接続されて構成される時定数回路４８が接続される。演算増幅器４５の出力はライン４９を経て信号処理手段３８に与えられる。
【００３７】
ローパスフィルタ５４において発振器２からの発信信号Ｐ１は、ライン５１を経て、可変抵抗４６に与えられる。可変抵抗４６は、ライン５１を介する発信信号Ｐ１が与えられた時点から、時定数が前述のように大きくなるように変化する。可変抵抗４６を変化させずに、コンデンサ４７を図４（２）および図４（３）のローパスフィルタ５７，５８で代用して容量を変えてもよい。
【００３８】
図４（２）に示されるローパスフィルタ５７では、演算増幅器５９と、抵抗６１，６２と、容量を変化することができるコンデンサ６３とを含む。このローパスフィルタ５７の時定数は、抵抗６１，６２とコンデンサ６３とによって決定され、その時定数を変化するために、抵抗６１の抵抗値を変化してもよい。
【００３９】
図４（３）のローパスフィルタ５８では、２つの演算増幅器６５，６６と、抵抗６７，６８；６９，７０と、コンデンサ７１とを含む。ローパスフィルタ５８の時定数は、抵抗６７〜７０とコンデンサ７１とによって決定され、抵抗６７〜７０のうちのたとえば１つの抵抗６７を変化して時定数を変化することができる。
【００４０】
図５は、図４（１）〜図４（３）に示されるローパスフィルタ５４，５７，５８の周波数特性を示す図である。時定数回路４８の時定数ＴＩが大きく変化することによって、ローパスフィルタ５４の遮断周波数ｆｃは、図５の矢符５３で示されるように低い値に時間経過に伴って変化する。
【００４１】
ＴＩ ＝ １／（２・ｆｃ）                                …（１）
図６は、ローパスフィルタ５４の遮断周波数ｆｃの時間経過を示す図である。発信信号Ｐ１が発生された時点からの時間経過に伴って、遮断周波数ｆｃが、時定数ＴＩの増大に伴って、たとえば１次関数で低下する。
【００４２】
本発明の実施の他の形態では、ローパスフィルタ５４に代えてバンドパスフィルタおよびそのほかのフィルタが用いられてもよい。
【００４３】
図７は、本発明の実施の他の形態におけるローパスフィルタ５４に代えて用いられるフィルタ回路の周波数特性を示す図である。このローパスフィルタ５４に代えて用いられるフィルタ回路は、追加周波数帯域の高い周波数の範囲における減衰量を、時間経過に伴って大きくし、したがって利得は時間経過に伴って小さく変化する。こうしてローパスフィルタ５４に代えて用いることができるフィルタ回路は、図７に示されるように、発信信号Ｐ１の発生時からの時間経過に伴い、矢符５５で示されるように、高い周波数の範囲における減衰量が大きく変化される。
【００４４】
図８は、図４〜図６に関連して前述したローパスフィルタ５４の特性を説明するための本件発明者の実験結果を示す図である。ローパスフィルタ５４に、数ｋＨｚのオーダーのランダムノイズ信号を図８（１）に示されるように入力したとき、遮断周波数ｆｃが変化することによって、図８（２）〜図８（５）の出力が得られた。これによってローパスフィルタ５４の遮断周波数が低く設定されることによって、雑音電力が低減されることが確認された。
【００４５】
【表１】
0003784555.tif 000002
【００４６】
このような図８および表１に示される本件発明者の実験結果をまとめると、図９になる。
【００４７】
図９は、図８に示される本件発明者の実験結果を示す図である。ローパスフィルタ５４の遮断周波数ｆｃを矢符５６で示されるように時間経過に伴って変化することによって、雑音電力を低減することができる。このような効果は、前述の図７に示される高い周波数の範囲における減衰量が時間経過に伴って大きくなるフィルタ回路においても同様な効果が得られる。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、アンテナが受信した受信信号を高周波増幅してフィルタ回路に与える。またフィルタ回路のフィルタ特性は、高い周波数の範囲における減衰量が時間経過に伴って大きくなるので、フィルタ回路は、受信信号が高周波増幅された信号が与えられたとしても、徐々に周波数の高い方から小さい信号（ランダムノイズなどの信号）成分を除去することができる。これによって反射時間が長い反射波の受信信号に含まれるノイズ成分を除去することができるようになり、したがって特に反射時間が長い場合におけるＳＮ比を向上することができる。これによって信号処理手段によって演算される結果、たとえば物体の反射時間などの精度を高くすることができる。信号処理手段によって演算して得られる結果は、上述のように反射時間であってもよいけれども、そのほかの値、たとえば物体の２次元または３次元の位置、そのほかの値であってもよい。
【００５１】
請求項２記載の本発明によれば、フィルタ回路は時定数が可変であるローパスフィルタによって実現することができる。
【００５２】
また本発明によれば、後述の実施の形態では、サンプリング手段と信号処理手段との間にローパスフィルタが設けられ、このローパスフィルタは、一測定サイクルの間、時間の経過に伴ってその時定数が大きくなる。したがって、一測定サイクルの初期においては時定数は小さく、ローパスフィルタはほとんど信号成分に影響した波形を導出する。
【００５３】
一測定サイクル中の時間経過に伴って時定数が次第に大きくなり、ローパスフィルタは徐々に周波数の高い方から小さい信号（ランダムノイズなどの信号）成分までを除去し、このようにしてノイズ成分の少ない受信信号が得られる。特に、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、上述したように時定数が変わるローパスフィルタを用いることによって、送信アンテナ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除去され、このような物体の位置などを高精度に検出することができる。
【００５４】
また、本発明の請求項２の物体検出装置によれば、ローパスフィルタの時定数は、一測定サイクルの初期においては小さく、周波数の高い信号成分を除去し、また一測定サイクルの後半においては大きくなり、周波数の小さい信号成分までも除去し、かくしてノイズ成分の少ない受信信号が得られる。特に、送信アンテナ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除去され、このような物体の位置を高精度に検出することができる。
【００５５】
請求項３記載の本発明によれば、ローパスフィルタに含まれる時定数回路を構成する抵抗とコンデンサの少なくともいずれか一方を変化することによって、時定数、したがって遮断周波数を容易に変化することができる。こうしてフィルタ回路を容易に実現できる。
【００５６】
請求項４記載の本発明によれば、送信および受信アンテナと物体との距離に対応する反射時間を演算して求めるにあたり、複数回Ｎ２（たとえば前述の実施の形態では２５６）回、一定の予め定める測定周期Ｗ１でパルス状送信信号を発生して送信および受信アンテナに与えて電磁波を発生させる。アンテナによって受信された受信信号が、高周波増幅されて増幅信号となる。増幅信号が、サンプリング手段によってサンプリングされる。サンプリングが行われるサンプリング時点は、前記測定周期Ｗ１が経過する毎に順次的に、予め定めるずれ時間ΔＴずつ遅れる。言い換えると、２つのサンプリング時点の間の期間となるそのサンプリング間隔は、各サンプリングのたびに、予め定める時間ΔＴ（たとえば０．０７ｎｓ）だけ長くずれる。たとえば１回目と２回目とのサンプリング時点における第１回目のサンプリング間隔が、測定周期Ｗ１とずれ時間ΔＴとの和（Ｗ１＋ΔＴ）となり、２回目と３回目とのサンプリング時点における第２回目のサンプリング間隔が、測定周期Ｗ１と２倍のずれ時間２・ΔＴとの和（Ｗ１＋２・ΔＴ）となる。したがって第ｎ回目のサンプリング間隔は、（Ｗ１＋ｎ・ΔＴ）に設定される。これによってサンプリング間隔を測定周期Ｗ１未満に短く設定する必要がなくなり、物体の位置の測定精度を向上することができ、反射時間が長い場合において、良好なＳＮ比でサンプリングすることが可能になる。
請求項５記載の本発明によれば、サンプリング時点は、前記パルス状送信信号に対して予め定める位相遅れ時間Ｔだけ位相がずれた状態から、前記測定周期Ｗ１が経過する毎に順次的に、パルス状送信信号に対して前記ずれ時間ΔＴずつ遅らせて設定される。これによって前記パルス状送信信号から位相遅れ時間Ｔだけずれることで、前記パルス状送信信号を発生してから位相遅れ時間Ｔに達するまでの間に生じるノイズをカットして、物体を高精度で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う物体検出装置の第１の実施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３】図３（ａ）〜図３（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それぞれ説明するための図である。
【図４】ローパスフィルタ５４，５７，５８の電気回路図である。
【図５】図４に示されるローパスフィルタ５４，５７，５８の周波数特性を示す図である。
【図６】ローパスフィルタ５４の遮断周波数ｆｃの時間経過を示す図である。
【図７】  本発明の実施の他の形態におけるローパスフィルタ５４に代えて用いられるフィルタ回路の周波数特性を示す図である。
【図８】図４〜図６に関連して前述したローパスフィルタ５４の特性を説明するための本件発明者の実験結果を示す図である。
【図９】図８に示される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
１４  サンプリング手段
１６  サンプリングパルス生成手段
２６  移相手段
２８  パルス化回路
３０  サンプリングパルス発生器
３２  移相回路電圧制御回路
３４  電圧可変移相回路
３８  信号処理手段
４０  表示手段
４２  メモリ
５２  高周波増幅器
５４，５７，５８  ローパスフィルタ
【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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