特許 6962692 レーダー装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6962692

(24)【登録日】2021年10月18日

(45)【発行日】2021年11月5日

(54)【発明の名称】レーダー装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 13/10 20060101AFI20211025BHJP

   G01S 13/88 20060101ALI20211025BHJP

   G01V 3/12 20060101ALI20211025BHJP

【ＦＩ】

   G01S13/10

   G01S13/88 200

   G01V3/12 B

【請求項の数】10

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-23292(P2017-23292)

(22)【出願日】2017年2月10日

(65)【公開番号】特開2018-128425(P2018-128425A)

(43)【公開日】2018年8月16日

【審査請求日】2020年1月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004651

【氏名又は名称】日本信号株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109221

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 充広

(74)【代理人】

【識別番号】100181146

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 啓

(72)【発明者】

【氏名】千賀 敦夫

【審査官】 藤田 都志行

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０３−２４９５８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１２２４３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２８０２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４６９８６３４（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特表２０１４−５３１６０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ ７／００− ７／４２

Ｇ０１Ｓ １３／００−１３／９５

Ｇ０１Ｖ ３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

探査用の電波を周期的に送信する送信部と、
前記探査用の電波に同期させて電波を受信する受信部と、
受信した電波に基づいて対象の状態を検出するとともに、前記送信部から送信する電波の繰返し周期を変更する制御部とを備え、
前記制御部は、前記送信する電波のスペクトルピークと雑音源からのノイズ信号とがずれる状態で対象の状態を検出する、レーダー装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記受信部に所定範囲内で繰返し周期を変更しつつ電波を受信させ、受信した電波の雑音レベルが所定の許容値以下である場合に、当該所定の許容値以下の雑音レベルに対応する繰返し周期で前記送信部に電波の送信動作を行わせるとともに、前記受信部に前記送信部に同期した動作を行わせる、請求項１に記載のレーダー装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記受信部に所定範囲内で繰返し周期を変更しつつ電波を受信させ、受信した電波の雑音レベルが最も低くなる繰返し周期で前記送信部に電波の送信動作を行わせるとともに、前記受信部に前記送信部に同期した動作を行わせる、請求項１に記載のレーダー装置。

【請求項4】

前記制御部は、電波を所定範囲内で繰返し周期を変更しつつ前記送信部に送信動作を行わせるとともに、前記受信部に前記送信部に同期した動作を行わせる、請求項１に記載のレーダー装置。

【請求項5】

前記制御部は、雑音レベルが所定の許容値以下の電波又は雑音レベルが最も低い電波を用いて奥行き方向の情報抽出を行う、請求項４に記載のレーダー装置。

【請求項6】

前記制御部は、前記繰返し周期を所定の刻み幅の離散的な値に変更する、請求項４及び５のいずれか一項に記載のレーダー装置。

【請求項7】

前記制御部は、前記繰返し周期をランダムな変化量で変更する、請求項４〜６のいずれか一項に記載のレーダー装置。

【請求項8】

周期的に送信される電波は、搬送波成分を持たないパルス状の波形もしくはチャープ状の波形を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載のレーダー装置。

【請求項9】

参照信号を用いたサンプリング方式もしくは相関方式によって対象の状態を検出する、請求項１〜８のいずれか一項に記載のレーダー装置。

【請求項10】

前記送信部は、地中探査用の電波を周期的に送信し、前記受信部は、前記地中探査用の電波に同期させて電波を受信する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のレーダー装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電波を利用したレーダー装置に関し、特に探査用の電波を周期的に送信する送信部を有するレーダー装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

レーダー装置として、地中に向けて電波を送信信号として送信し、地中の埋設物からの反射波を受信し、反射による受信信号を送信信号に時間ずれを与えた参照信号によって相関処理する地中レーダー装置が公知となっている（例えば特許文献１参照）。特許文献１の装置では、相関処理によって外乱的なノイズの影響を低減している。また、特許文献１の装置では、地中に向けて送信される電波としてチャープ信号が用いられており、分解能を確保しつつ探索深度を深くしている。

【0003】

しかしながら、特許文献１のレーダー装置でも、各種無線機等のノイズ源による外乱の影響を低減することは容易でない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６−９０２９７号公報

【発明の概要】

【0005】

本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、ノイズ源による外乱の影響を低減して信号検出能力を高めたレーダー装置を提供することを目的とする。

【0006】

上記目的を達成するためのレーダー装置は、探査用の電波を周期的に送信する送信部と、探査用の電波に同期させて電波を受信する受信部と、受信した電波に基づいて対象の状態を検出するとともに、送信部から送信する電波の繰返し周期を変更する制御部とを備える。

【0007】

上記レーダー装置では、制御部が送信部から送信する電波の繰返し周期を変更するので、送信する電波の周波数とノイズ源からの特定周波数とが一致又は重畳することを回避することができ、ノイズ源の電波との干渉を抑制して信号検出能力を高めることができる。

【0008】

本発明の具体的な側面では、上記レーダー装置において、制御部は、受信部に所定範囲内で繰返し周期を変更しつつ電波を受信させ、受信した電波の雑音レベルが所定の許容値以下である場合に、当該所定の許容値以下の雑音レベルに対応する繰返し周期で送信部に電波の送信動作を行わせるとともに、受信部に送信部に同期した動作を行わせる。この場合、予備的な計測により雑音レベルが十分低くなるまで繰返し周期を変更しつつ調整することができ、ノイズ源の影響を確実に抑えることができる。

【0009】

本発明の別の側面では、制御部は、受信部に所定範囲内で繰返し周期を変更しつつ電波を受信させ、受信した電波の雑音レベルが最も低くなる繰返し周期で送信部に電波の送信動作を行わせるとともに、受信部に送信部に同期した動作を行わせる。この場合、予備的な計測により繰返し周期を変更しつつ雑音レベルが最も低くなるような繰返し周期を選択することができ、ノイズ源の影響を確実に抑えることができる。

【0010】

本発明のさらに別の側面では、制御部は、電波を所定範囲内で繰返し周期を変更しつつ送信部に送信動作を行わせるとともに、受信部に送信部に同期した動作を行わせる。この場合、適正な繰返し周期を探索する予備的な計測が不要となって計測を迅速に開始することができる。また、ノイズ源の周波数等が変動する場合にも、このような変動に応じて雑音レベルを抑えることができる。

【0011】

本発明のさらに別の側面では、制御部は、雑音レベルが所定の許容値以下の電波又は雑音レベルが最も低い電波を用いて奥行き方向（例えば深さ方向）の情報抽出を行う。

【0012】

本発明のさらに別の側面では、繰返し周期を所定の刻み幅の離散的な値に変更する。この場合、雑音レベルが十分低くなるような繰返し周期を効率的に網羅した計測が可能になり、高精度の計測が可能になる。

【0013】

本発明のさらに別の側面では、制御部は、繰返し周期をランダムな変化量で変更する。この場合、ある地点又は奥行き及びその周辺についての計測で雑音を多く拾う傾向が生じることを簡易に抑制でき、対象を効率的に漏れなく計測することが容易になる。

【0014】

本発明のさらに別の側面では、周期的に送信される電波は、搬送波成分を持たないパルス状の波形もしくはチャープ状の波形を有する。この場合、電波の送信タイミングを間欠的に制限することが容易になる。

【0015】

本発明のさらに別の側面では、参照信号を用いたサンプリング方式もしくは相関方式によって対象の状態を検出する。この場合、計測値のＳ／Ｎ比を高めることができる。

【0016】

本発明のさらに別の側面では、送信部は、地中探査用の電波を周期的に送信し、受信部は、地中探査用の電波に同期させて電波を受信する。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】第１実施形態に係るレーダー装置を説明するブロック図である。

【図2】（Ａ）〜（Ｃ）は、送信波を説明する図である。

【図3】（Ａ）及び（Ｂ）は、送信波の周波数パターンを説明する図である。

【図4】（Ａ）及び（Ｂ）は、送信波とノイズとの関係を説明する図である。

【図5】図１のレーダー装置の動作を説明する概念図である。

【図6】変形例の動作を説明する概念図である。

【図7】（Ａ）〜（Ｄ）は、第２実施形態に係るレーダー装置で形成される送信波を説明する図である。

【図8】（Ａ）は、応答波の一例を示し、（Ｂ）は、ノイズ信号によって乱された応答波の一例を示す。（Ｃ）及び（Ｄ）は、ノイズによって部分的に乱された応答波を示す。

【図9】第２実施形態のレーダー装置の動作を説明する概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

〔第１実施形態〕
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る第１実施形態のレーダー装置１００について説明する。

【0019】

図１に示すように、レーダー装置１００は、地中探査用のものであり、レーダー信号発生部１０と、送信用増幅器２１と、送信アンテナ３１と、受信アンテナ３２と、受信用増幅器２２と、相関処理部４０と、雑音評価処理部５０と、タイミング制御部７０と、主制御部８０と、表示部９０とを備える。レーダー装置１００は、自動車、列車等の移動体に搭載可能になっている。

【0020】

レーダー装置１００のうち、レーダー信号発生部１０、相関処理部４０、雑音評価処理部５０、タイミング制御部７０、及び主制御部８０は、受信した電波である応答波Ｓ２に基づいて対象の状態を検出する等の動作を行うための制御部１０１を構成する。

【0021】

レーダー信号発生部１０は、タイミング制御部７０の制御下でパルス状の送信波ＳＰを生成する。レーダー信号発生部１０は、より具体的には、パルス状又はチャープ状の送信波ＳＰを所定の周期で間欠的に出力する。レーダー信号発生部１０は、パルス信号発生器もしくはチャープ信号発生器を備える。

【0022】

送信用増幅器２１は、レーダー信号発生部１０で形成される送信波ＳＰを増幅し、送信アンテナ３１は、送信用増幅器２１に駆動されて電波としての送信波Ｓ１を地面に向けて放射する。送信アンテナ３１から放射される送信波Ｓ１は、レーダー信号発生部１０で生成される送信波ＳＰ又は探査波ＧＳに対応するものとなっている。レーダー信号発生部１０、送信用増幅器２１及び送信アンテナ３１は、地中探査用の電波を周期的に送信する送信部２０ａとして機能する。

【0023】

図２（Ａ）は、レーダー信号発生部１０から出力される送信波ＳＰを概念的に示している。レーダー信号発生部１０等から出力される信号は、搬送波成分を持たず、一群の周期的な送信波ＳＰで構成される。一群の周期的な送信波ＳＰは、繰返し周期Ｔｓで所定回数だけ繰り返されるものであり、レーダー装置１００が特定地点に存在する状態でレーダー信号発生部１０から一組の探査波ＧＳとして出力される。探査波ＧＳに含まれる送信波ＳＰの数は、目的とする探査深度や感度に応じて設定される。図２（Ｂ）及び２（Ｃ）は、送信波ＳＰの具体的な波形を例示するものであり、図２（Ｂ）に示す場合、送信波ＳＰは例えば１ｎＳ又は３ｎＳのパルスであり、図２（Ｃ）に示す場合、送信波ＳＰは例えば５０ＭＨｚ〜８００ＭＨｚの高周波成分で形成されたチャープである。なお、以上はレーダー信号発生部１０から出力される送信波ＳＰの波形の説明であったが、送信アンテナ３１から出力される送信波（電波）Ｓ１も同様の波形を有するものとなっている。

【0024】

受信アンテナ３２は、送信アンテナ３１に隣接して配置され、探査の対象である地中ＵＧに存在する埋設物その他の探査対象物ＯＢで反射されて戻って来た電波である応答波Ｓ２を受信し、受信用増幅器２２は、受信アンテナ３２で受信した応答波Ｓ２に対応する信号を増幅し応答波ＳＲとして出力する。受信アンテナ３２、受信用増幅器２２、及び相関処理部４０は、地中探査用の電波に同期させて電波を受信する受信部２０ｂとして機能する。

【0025】

相関処理部４０は、受信アンテナ３２で受信され受信用増幅器２２で増幅された応答波ＳＲについて、レーダー信号発生部１０で形成された送信波ＳＰに対応するデジタル又はアナログの参照信号Ｓ３を用いて、参照信号Ｓ３のタイミングをずらしながら相関処理を行って、応答波ＳＲから送信波ＳＰとの相関性の高い信号成分をサンプリング又は抽出する。相関処理部４０は、結果的に送信波ＳＰと応答波ＳＲとの相互相関を取っていることになる。相関処理部４０で得られる信号成分は、参照信号Ｓ３とのタイミング差（以下遅延時間ともいう）に対応する奥行き方向（具体的には深さ方向）の距離に関連付けられて出力される。つまり、相関処理部４０の信号出力Ｓ５は、深さ方向の距離ごとに応答波ＳＲから得た信号成分の振幅を算出した計測データとなっている。相関処理部４０は、応答波ＳＲと参照信号Ｓ３とについて相関処理を行う相関器の他に、Ａ／Ｄ変換器、重み付けフィルター等を備える。重み付けフィルターは、応答波ＳＲに対して遅延時間に応じた重み付けを行うものであり、例えばＳＴＣ（sensitivity time control）を用いることができる。ＳＴＣを用いることで、地表での反射や深さ方向の減衰の影響を補正することができる。

【0026】

雑音評価処理部５０は、相関処理部４０で相関処理を行って得た信号出力Ｓ５や、かかる相関処理前の応答波ＳＲに基づいて雑音のレベルを評価する。具体的には、信号出力Ｓ５又は応答波ＳＲのエネルギー強度等を算出し、このエネルギー強度が所定の閾値を超えた場合、雑音レベルが許容値を超え、信号出力Ｓ５又は応答波ＳＲが雑音に埋もれる可能性が高いと判定する。なお、雑音の評価には、上記のように信号のエネルギー強度を用いる手法に限らず、包絡線パターン等を利用した様々な手法を用いることができる。

【0027】

タイミング制御部７０は、主制御部８０の制御下で動作し、レーダー信号発生部１０から送信波ＳＰを出力させるタイミングを調整している。タイミング制御部７０は、具体的には、レーダー信号発生部１０に出力するトリガー信号Ｓ７により、送信波ＳＰ又は探査波ＧＳの出力開始のタイミングや送信波ＳＰの繰り返し周期を設定している。なお、トリガー信号Ｓ７は、時系列的に並ぶ一群の信号部分からなり、レーダー信号発生部１０から一群の周期的な送信波ＳＰを発生させ、送信アンテナ３１から送信波Ｓ１を放射させる。地中ＵＧに異常点として探査対象物ＯＢが存在する場合、一群の周期的な送信波Ｓ１，ＳＰに同期する一群の周期的な振幅波形としての応答波Ｓ２，ＳＲが発生し、探査対象物ＯＢまでの距離の計測を可能にする。

【0028】

タイミング制御部７０は、図示を省略しているが、ＧＰＳ受信機、速度計、加速度計等を備えており、送信アンテナ３１等の位置を監視しつつトリガー信号Ｓ７の制御を行っている。これにより、レーダー装置１００の移動経路を把握することができ、レーダー装置１００が所定距離移動するごとにタイミング制御部７０から一群の信号部分からなるトリガー信号Ｓ７を出力してレーダー信号発生部１０から一組の探査波ＧＳを出力させ、その測定点において地中ＵＧに存在する探査対象物ＯＢまでの距離の計測を可能にする。

【0029】

主制御部８０は、雑音評価処理部５０、タイミング制御部７０等の動作を管理している。さらに、主制御部８０は、相関処理部４０から出力された信号出力を加工して可視化に適する探査情報を作成する。すなわち、主制御部８０は、相関処理部４０から出力された信号出力と、レーダー装置１００の位置情報とに基づいて探査情報を作成し、この探査情報を表示部９０に表示させる。主制御部８０によって作成される探査情報は、例えば縦軸を深さとし、横軸をレーダー装置１００の移動経路に沿った位置又は移動距離とし、縦軸及び横軸で規定される各座標点に対して相関処理部４０の信号出力Ｓ５の振幅の絶対値を関連づけたものとなっている。

【0030】

表示部９０は、主制御部８０の制御下で動作し、主制御部８０によって作成された情報を表示する。具体的には、表示部９０は、主制御部８０が相関処理部４０から出力された信号成分等に基づいて加工した探査情報を受け取って対応する表示を行う。表示部９０によって表示される探査情報は、地中の状態を深さ方向及び移動経路に沿った２次元の分布で示す断層図となっている。

【0031】

以下、図１に示す第１実施形態のレーダー装置１００の動作原理について説明する。

【0032】

図３（Ａ）は、レーダー信号発生部１０から出力される単発の送信波ＳＰの周波数スペクトルを示している。チャート中の点線は、図２（Ｂ）に示すような１ｎＳのパルスの周波数スペクトルを示しており、１ｎＳのパルス幅を有することに起因して０〜１０００ＭＨｚの広い周波数帯に広がっている。チャート中の一点鎖線は、図２（Ｃ）に示すようなチャープの周波数スペクトルを示しており、５０ＭＨｚ〜８００ＭＨｚで変化することに対応して５０ＭＨｚ〜８００ＭＨｚの広い周波数帯に広がっている。送信波ＳＰがパルスであってもチャープであっても、送信波ＳＰは広い周波数帯に広がっており、この広い周波数帯に存在する２７ＭＨｚのＣＢ無線、１４０ＭＨｚ〜１６０ＭＨｚのアマチュア簡易無線、２０７ＭＨｚ〜２２０ＭＨｚのマルチメディア放送、４３０ＭＨｚのアマチュア無線等のノイズ源ＮＳからの電波と干渉する可能性がある。

【0033】

図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す周波数スペクトルを周波数方向に拡大した図であり、送信波ＳＰは、周波数方向に等間隔配列された多数の離散的なスペクトルピークＤＰで構成されている。ここで、周波数間隔Δｆは、図２（Ａ）に示すような送信波ＳＰの繰返し周期Ｔｓの逆数に対応しており、Ｔｓ＝１μＳの場合、Δｆ＝１／Ｔｓ＝１ＭＨｚになるので、送信波ＳＰが例えば１ｎＳのパルスである場合、送信波ＳＰは、…、１００ＭＨｚ、１０１ＭＨｚ、１０２ＭＨｚ、…、４００ＭＨｚ、４０１ＭＨｚ、４０２ＭＨｚ、…といった具合に飛び飛びで離散的なスペクトルピークＤＰからなるスペクトルパターンを有する。なお、上記の例において、Ｔｓ＝０．５μＳの場合、Δｆ＝２ＭＨｚになるので、送信波ＳＰは、…、１００ＭＨｚ、１０２ＭＨｚ、１０４ＭＨｚ、…、４００ＭＨｚ、４０２ＭＨｚ、４０４ＭＨｚ、…といったスペクトルピークＤＰからなるスペクトルパターンを有する。なお、送信波ＳＰがチャープである場合、等間隔配列された離散的なスペクトルピークＤＰは、チャープの周波数帯域（例えば５０ＭＨｚ〜８００ＭＨｚ）内のみに現れる。

【0034】

図４（Ａ）及び４（Ｂ）は、送信波ＳＰの繰返し周期Ｔｓを増減調整することによってノイズ源ＮＳとの干渉を回避する手法を説明する概念図である。図４（Ａ）は、繰返し周期Ｔｓが１μＳの場合を示し、図４（Ｂ）は、繰返し周期Ｔｓが１．０２５μＳの場合を示す。図４（Ａ）の場合、送信波ＳＰのスペクトルピークＤＰと、ノイズ源ＮＳからのノイズ信号ＮＺとが重畳した状態となっており、アマチュア無線等のノイズ源ＮＳからの電波によって応答波ＳＲの検出が邪魔される。一方、図４（Ｂ）の場合、送信波ＳＰのスペクトルピークＤＰと、ノイズ源ＮＳからのノイズ信号ＮＺとがずれた状態となっており、アマチュア無線等のノイズ源ＮＳからの電波によって応答波ＳＲの検出が邪魔されない。ここで、送信波ＳＰの繰返し周期Ｔｓが１．０２５μＳの場合、周波数間隔Δｆが０．９７５ＭＨｚとなって、スペクトルピークＤＰは、（１／１．０２５）ＭＨｚ×３０７＝２９９．５ＭＨｚ、（１／１．０２５）ＭＨｚ×３０８＝３００．５ＭＨｚとなっており、ノイズ信号ＮＺは、一対の隣接するスペクトルピークＤＰの中間あたりに位置する。このように、送信波ＳＰの繰返し周期Ｔｓを僅かに増減させることで、ノイズ信号ＮＺが狭帯域のものであれば、送信波ＳＰと干渉することを簡易に回避することができる。

【0035】

以下、図５を参照して、レーダー装置１００の一動作例について説明する。まず、主制御部８０は、受信機能のみを動作させる（ステップＳ１１）。つまり、タイミング制御部７０によってレーダー信号発生部１０を動作させるが、送信波Ｓ１が送信アンテナ３１から出力されないようにする。この際、レーダー信号発生部１０は、初期設定の繰返し周期で送信波ＳＰを生成し、この送信波ＳＰは、相関処理部４０用の参照信号Ｓ３として利用される。

【0036】

次に、雑音評価処理部５０を利用して雑音評価を行う（ステップＳ１２）。具体的には、雑音評価処理部５０が相関処理部４０の信号出力Ｓ５から評価値としての雑音レベルを算出し、主制御部８０は、雑音評価処理部５０が出力した雑音レベルの値を取り込む。

【0037】

次に、主制御部８０は、ステップＳ１２で得た雑音レベルが所定の許容値以下であるか否かを判断する（ステップＳ１３）。通常ならば、送信波Ｓ１が存在しない場合、ステップＳ１２で得た雑音レベルの値は受信部２０ｂのノイズフロアとなる。しかしながら、付近にノイズ源ＮＳが存在し強いノイズ信号ＮＺを出力している場合、ステップＳ１２で得た雑音レベルの値が許容値を超える。

【0038】

ステップＳ１３で雑音レベルが所定の許容値を超えると判断された場合、主制御部８０は、全ての繰返し周期Ｔｓでの評価が終わっていなければ（ステップＳ１４でＮ）、タイミング制御部７０によって送信波ＳＰの繰返し周期Ｔｓを例えば既定の刻み幅で段階的に増減させ或いは既定の刻み幅であるがランダムに増減させる（ステップＳ１５）。

【0039】

繰返し周期Ｔｓの変更を既定の刻み幅で行う場合、既定の刻み幅は、最小単位ともいえる刻み幅であり、例えばスペクトルピークＤＰの最大周波数、１つ以上の着目する周波数、或いは最小周波数において、隣接するスペクトルピークＤＰの周波数間隔Δｆをｋ（自然数）の区間に分割し、ｋ−１個の段階的に増減する周波数位置にスペクトルピークＤＰが現れるようなものとする。ただし、最小の刻み幅が対象とするスペクトルピークＤＰの半値半幅以下とすると、スペクトルピークＤＰを実質的にシフトさせることができず、繰返し周期Ｔｓの変更の意味がなくなる。繰返し周期Ｔｓを既定の刻み幅で変化させる場合、繰返し周期Ｔｓを変化させる上限や下限の範囲も問題となる。変化量を多くとると計測や演算処理の負担が増す一方で、変化量を小さくとるとノイズを除去できない可能性が高まる。

【0040】

一方、ステップＳ１３で雑音レベルが所定の許容値以下であると判断された場合、ステップＳ１３で許容値以下と判断された繰返し周期Ｔｓで送信動作及び受信動作を行う。つまり、主制御部８０の制御下で通常の探索動作を行う（ステップＳ１６）。具体的には、主制御部８０は、ノイズを所定以下に抑えることができる繰返し周期Ｔｓでレーダー信号発生部１０を動作させて送信アンテナ３１から送信波Ｓ１が出力された状態として、相関処理部４０の信号出力Ｓ５を計測データとして取り込む。相関処理部４０の信号出力Ｓ５は、その測定点での、深さ方向の距離（遅延時間）と応答の強度とを関連づけたものであり、これをレーダー装置１００の移動経路に沿って蓄積すれば、地中の状態を深さ方向及び移動経路に沿った２次元の分布で示す断層図を得ることができる。

【0041】

なお、全ての繰返し周期Ｔｓでの評価が終わっている場合（ステップＳ１４でＹ）、雑音レベルが所定の許容値以下となる場合がないので、主制御部８０は、表示部９０にエラー表示を行わせて処理の終了もしくは継続の判断をユーザーに求める（ステップＳ１７）。

【0042】

以下、図６を参照して、レーダー装置１００の別の動作例について説明する。まず、主制御部８０は、受信機能のみを動作させる（ステップＳ２１）。つまり、タイミング制御部７０によってレーダー信号発生部１０を動作させるが、送信波Ｓ１が送信アンテナ３１から出力されないようにする。この際、雑音評価処理部５０は動作している。

【0043】

次に、主制御部８０は、送信波ＳＰの繰返し周期Ｔｓが所定種類の範囲内で変更されて周期の変更が完了している否かを判断する（ステップＳ２２）。

【0044】

繰返し周期Ｔｓについて所定種類の範囲内で変更が完了していない場合、タイミング制御部７０によって送信波ＳＰの繰返し周期Ｔｓを次の繰返し周期Ｔｓに変更する（ステップＳ２３）。ここで、所定種類の範囲とは、予め定めた複数組の繰返し周期Ｔｓを意味し、送信波ＳＰの基本的な繰返し周期である基本周期Ｔｓ０に対して適宜の差分を増減したものとなっている。具体的には、例えば基本周期Ｔｓ０＝１μＳとして、０．９２５μＳ、０．９５μＳ、０．９７５μＳ、１．０２５μＳ、１．０５μＳ、１．０７５μＳといった程度の小さな刻み幅かつ狭い範囲内で繰返し周期Ｔｓを変化させる。

【0045】

次に、主制御部８０は、主制御部８０は、雑音評価処理部５０に蓄積された一群の雑音レベルの値を取り込むことで雑音評価を行う（ステップＳ２４）。ここで、雑音評価としての雑音レベルの値は、元の繰返し周期である基本周期Ｔｓ０と所定種類の範囲内で変更した繰返し周期Ｔｓとを含む回数だけ蓄積されている。

【0046】

次に、主制御部８０は、ステップＳ２４で取り込んだ雑音レベルのうち最良の周期を選択する（ステップＳ２５）。つまり、主制御部８０は、雑音レベルが最も低くなった繰返し周期Ｔｓを最良の周期とする。

【0047】

次に、主制御部８０は、ステップＳ２５で最良とされた繰返し周期Ｔｓで送信動作及び受信動作を行う。つまり、主制御部８０の制御下で通常の探索動作を行う（ステップＳ２６）。

【0048】

以上のように、第１実施形態のレーダー装置１００では、主制御部８０が送信部２０ａから送信する電波としての送信波Ｓ１の繰返し周期Ｔｓを変更するので、送信する送信波Ｓ１電波の周波数とノイズ源ＮＳからの特定周波数とが一致又は重畳することを回避することができ、ノイズ源ＮＳの電波との干渉を抑制して信号検出能力を高めることができる。

【0049】

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態のレーダー装置について説明する。第２実施形態のレーダー装置は、図１等に示す第１実施形態のレーダー装置１００を変形したものであり、同一部分については重複説明を省略する。なお、第２実施形態のレーダー装置は、同一の測定点を探査する際に、繰り返し周期を一定範囲内で疑似雑音分布のように変化させることでノイズ信号との衝突回避を図る。

【0050】

図７（Ａ）は、レーダー信号発生部１０から出力される複数の探査波ＧＳ１，ＧＳ２，ＧＳ３，…を示しており、個々の探査波ＧＳ１，ＧＳ２，ＧＳ３，…は、一箇所の計測に用いられる。探査波ＧＳ１は、３つの以上の領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，…からなる（図７（Ｂ）〜７（Ｄ）参照）。各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，…の繰返し周期は、離散的であり、送信波ＳＰの基本的な繰返し周期に対して適宜の差分を増減したものとなっている。具体的には、例えば基本的な繰返し周期に相当する基本周期Ｔｓ０＝１μＳとした場合、領域Ｒ１は、繰返し周期Ｔｓ＝Ｔ１が０．９２５μＳで、領域Ｒ２は、繰返し周期Ｔｓ＝Ｔ２が１μＳで、領域Ｒ３は、繰返し周期Ｔｓ＝Ｔ３が１．０７５μＳとなっている。つまり、各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，…の繰返し周期Ｔｓは、０．０７５μＳの一定の刻み幅で異なるものとなっている。次の探査波ＧＳ２も、３つの以上の領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，…からなるが、これらの領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，…の繰返し周期Ｔｓは、前の探査波ＧＳ１とは異なるものとなっている。つまり、０．９２５μＳ、１μＳ、１．０７５μＳといった周期がランダムに入れ替わったものとなっている。次の探査波ＧＳ３も同様である。この結果、ノイズ信号ＮＺによる外乱があった場合、探査波ＧＳ１では、領域Ｒ２のみがノイズと干渉し、探査波ＧＳ２では、領域Ｒ１のみがノイズと干渉するといった非連続的な現象が生じる。

【0051】

図８（Ａ）は、応答波ＳＲのパターンの一例を示し、図８（Ｂ）は、ノイズ信号ＮＺによって乱された応答波ＳＲの一例を示している。図８（Ａ）のパターンは、表面反射部分Ｐ１と、複数の反射波形Ｐ２とを有する。表面反射部分Ｐ１については、ＳＴＣその他のフィルター処理によって除去される。反射波形Ｐ２は、フィルター処理を行っても残り、地中の空洞や配管の存在を示している。

【0052】

図８（Ｃ）は、探査波ＧＳ１によって得られる応答波ＳＲを示している。この場合、図７（Ａ）及び７（Ｄ）に示す領域Ｒ３のみがノイズと干渉しており、応答波ＳＲの一領域Ａ３にノイズが現れているが、他の領域Ａ１，Ａ２にはノイズが現れていない。図８（Ｄ）は、次の測定点に対応する探査波ＧＳ２によって得られる応答波ＳＲを示している。この場合、図７（Ａ）及び７（Ｃ）に示す領域Ｒ２のみがノイズと干渉しており、応答波ＳＲの一領域Ａ２にノイズが現れているが、他の領域Ａ１，Ａ３にはノイズが現れていない。このように、ノイズ信号ＮＺの受信によって外乱が生じていても、測定点が順次移動するごとに応答波ＳＲにおいてノイズの発生する領域が、領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，…間を移動するようにランダムに変化する。この結果、特定の深さ又は奥行きに偏って正常な相関処理部４０の信号出力Ｓ５又は計測データが得られなくなることを回避でき、全体としての探査情報（２次元の断層図等）においてノイズの影響を分散させることができる。

【0053】

以上の例では、各探査波ＧＳ１，ＧＳ２，ＧＳ３，…を複数の領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，…に区分して、これらの領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，…に所定の刻み幅で増減する数値群内でランダムに変化する繰返し周期Ｔｓを割り振ったが、探査波単位で繰返し周期Ｔｓを割り振ること、具体的には、所定の刻み幅で増減する数値群内でランダムに変化する繰返し周期Ｔｓを各探査波ＧＳ１，ＧＳ２，ＧＳ３，…に割り振ることもできる。この場合、測定点単位でノイズ信号ＮＺと干渉することになり、一連の測定点内でノイズの影響で正常な計測データが得られなくなる箇所が生じるが、計測データが得られなくなる箇所は、ランダムに散在することになり、全体としての探査情報（２次元の断層図等）においてノイズの影響を分散させることができる。

【0054】

以下、図９を参照して、第２実施形態のレーダー装置１００の一動作例について説明する。まず、主制御部８０の制御下で探索動作を行う（ステップＳ３１）。具体的には、主制御部８０は、レーダー信号発生部１０を動作させて送信アンテナ３１から送信波Ｓ１が出力された状態として、相関処理部４０の信号出力Ｓ５を計測データとして取り込む。この際、特定の測定点での探査波ＧＳ１において、これを構成する各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，…に対して所定の刻み幅で変化する数値群内でランダムに変化する繰返し周期Ｔｓを割り振っており、ノイズが現れる領域を制限することができる（図８（Ｃ）等参照）。

【0055】

その後、主制御部８０は、雑音評価処理部５０を利用して雑音評価を行う（ステップＳ３２）。雑音評価は、第１実施形態と同様の手法を用いることができ、応答波ＳＲにおいて領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，…ごとに雑音レベルが検出される。

【0056】

次に、主制御部８０は、ステップＳ３２で各領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，…ごとに得た雑音レベルに基づいて、計測データの修正を行う（ステップＳ３３）。具体的には、雑音レベルが許容値以下の電波又は雑音レベルが最も低い電波に対応する領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，…を選択し、選択した領域の信号から遅延時間と応答の強度とを関連づけた特定測定点での計測データを得ることができる。この場合、ノイズが現れた領域に対応する計測データを部分的に除去することになるが、部分的に欠落した計測データをそのまま表示用の探査情報として用いることができる。ただし、探査情報は、計測データからノイズが現れた領域を除去したものに限らず、前後の測定点の対応領域の計測データから補間等の処理を行うこと、ノイズの存在を示す着色等の表示を行うこと等の各種処理を行ったものとすることができる。

【0057】

以上の実施形態で説明された構造、形状、大きさ及び配置関係については、本発明を理解及び実施できる程度に概略的に示したものに過ぎない。したがたって、本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。

【0058】

例えば、上記実施形態では、繰返し周期Ｔｓを変化させる際の刻み幅を一定としているが、刻み幅を正確に位置させる必要はなく、若干変動する刻み幅で繰返し周期Ｔｓを変化させることもできる。

【0059】

レーダー装置１００は、移動体に載置して移動させることができるが、かかる移動体は、自動車や電車のように原動機によって移動するものに限らず、ユーザーが手動で移動させるものであってもよい。

【0060】

実施形態のレーダー装置１００は、地中探査に限らず、空間を含む各種対象の探査に用いることができる。

【符号の説明】

【0061】

１０…レーダー信号発生部、 ２０ａ…送信部、 ２０ｂ…受信部、 ２１…送信用増幅器、 ２２…受信用増幅器、 ３１…送信アンテナ、 ３２…受信アンテナ、 ４０…相関処理部、 ５０…雑音評価処理部、 ７０…タイミング制御部、 ８０…主制御部、 ９０…表示部、 １００…レーダー装置、 １０１…制御部、 Ａ１，Ａ２，Ａ３，…領域、 ＤＰ…スペクトルピーク、 ＧＳ…探査波、 ＧＳ１，ＧＳ２，ＧＳ３，…探査波、 ＮＳ…ノイズ源、 ＮＺ…ノイズ信号、 ＯＢ…探査対象物、 Ｐ２…反射波形、 Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，…領域、 Ｓ１，ＳＰ…送信波、 Ｓ２，ＳＲ…応答波、 Ｓ３…参照信号、 Ｓ５…信号出力、 Ｓ７…トリガー信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】