特許 7086697 地中レーダーシステム

(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】

(24)【登録日】2022-06-10

(45)【発行日】2022-06-20

(54)【発明の名称】地中レーダーシステム

(51)【国際特許分類】

   G01S 13/88 20060101AFI20220613BHJP

   G01S 13/87 20060101ALI20220613BHJP

   G01S 7/40 20060101ALI20220613BHJP

   G01V 3/12 20060101ALI20220613BHJP

【ＦＩ】

G01S13/88 200

G01S13/87

G01S7/40 104

G01V3/12 B

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2018084353

(22)【出願日】2018-04-25

(65)【公開番号】P2019191001

(43)【公開日】2019-10-31

【審査請求日】2021-03-12

(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】中村 泰之

(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０２－２５７０８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１４６８３３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－１３７４６１（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】

送信信号を送信する送信部と受信信号を受信する受信部とをそれぞれ備えて探査を行う複数の地中レーダー装置を備え、
探査開始前の準備処理として、前記複数の地中レーダー装置のうち一の地中レーダー装置の送信部から送信された送信信号を、他の地中レーダー装置の受信部において受信して、前記複数の地中レーダー装置の間での同期をとる、地中レーダーシステム。

【請求項2】

前記複数の地中レーダー装置は、探査における時刻を計測するための時計をそれぞれ有し、
前記一の地中レーダー装置から送信される時刻設定用の送信信号を受信することで、各地中レーダー装置に設けた前記時計の間での時刻合わせを行う、請求項１に記載の地中レーダーシステム。

【請求項3】

前記他の地中レーダー装置は、前記一の地中レーダー装置の送信部から送信された送信信号の受信を行う間、自己の送信部による送信を停止する又はゼロ信号送信とする、請求項１及び２のいずれか一項に記載の地中レーダーシステム。

【請求項4】

前記複数の地中レーダー装置と接続し、前記複数の地中レーダー装置の動作を統括制御する全体制御部を備える、請求項１～３のいずれか一項に記載の地中レーダーシステム。

【請求項5】

前記複数の地中レーダー装置は、同期の完了を前記全体制御部にそれぞれ通知し、
前記全体制御部は、前記複数の地中レーダー装置の全てから通知を受けた後、前記複数の地中レーダー装置による探査を開始する、請求項４に記載の地中レーダーシステム。

【請求項6】

前記全体制御部は、前記複数の地中レーダー装置における同期が完了しない場合、前記複数の地中レーダー装置のうち送信信号を送信する地中レーダー装置を変更する、請求項５に記載の地中レーダーシステム。

【請求項7】

前記他の地中レーダー装置は、前記一の地中レーダー装置の送信部から送信された送信信号の受信タイミングに基づいて、自己の受信可能期間を調整して前記一の地中レーダー装置と同期受信させる、請求項１～６のいずれか一項に記載の地中レーダーシステム。

【請求項8】

前記他の地中レーダー装置は、前記一の地中レーダー装置の送信部から送信された送信信号のうち地表ではね返る第１反射成分を同期用の信号として受信する、請求項１～７のいずれか一項に記載の地中レーダーシステム。

【請求項9】

前記複数の地中レーダー装置の間での同期を、探査開始前の起動時ごとにとる、請求項１～８のいずれか一項に記載の地中レーダーシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地中の状態を探査するための地中レーダー装置を備える地中レーダーシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

地中レーダー装置として、複数の送受信アンテナを備えることで、無指向性の合成アンテナを形成したり、探査可能な範囲が広い構成としたりするものが知られている（例えば、特許文献１、２等参照）。

【0003】

上記特許文献１、２のように、複数のアンテナを設け、これを一括制御する構成の場合、アンテナ間での動作について、例えば同期をとって各アンテナでの送受信のタイミングを合わせる等の制御に関しては、正確性を担保しやすいと考えられる。しかし、その反面、複数のアンテナとこれを制御する装置とが一体不可分となり、複数のアンテナの配置を変えて探査範囲を変更するといった種々の態様変更の要請に必ずしも容易に対応できるとは限らない。これに対して、例えば探査範囲に応じて複数個の地中レーダー装置を並べることで、探査を行うことも考えられる。しかし、この場合、各地中レーダー装置の間での同期をいかに取るかが問題となる。例えば、同期がとれないことに起因して、各地中レーダー装置の間で測定時刻が正確に合っていない状態であると、測定時間のずれの影響で、各地中レーダー装置で取得データを正確に繋ぎ合わせられなくなる可能性がある。特に、地中レーダー装置が高速で移動するような場合には、測定時間のずれの影響が大きくなると考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００２－２１４３５６号公報

【文献】特開２００８－９６１９９号公報

【発明の概要】

【0005】

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、複数の地中レーダー装置の間において、簡易かつ正確に同期をとって、種々の要請に対応可能な地中レーダーシステム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地中レーダーシステムは、送信信号を送信する送信部と受信信号を受信する受信部とをそれぞれ備えて探査を行う複数の地中レーダー装置を備え、複数の地中レーダー装置のうち一の地中レーダー装置の送信部から送信された送信信号を、他の地中レーダー装置の受信部において受信して、複数の地中レーダー装置の間での同期をとる。

【0007】

上記地中レーダーシステムでは、複数の地中レーダー装置の間での同期をとるに際して、各地中レーダー装置が個々に有する電波の送受信機能を利用している。具体的には、一の地中レーダー装置からの送信を他の地中レーダー装置で受信することで同期をとるようにしている。地中レーダー装置間での電波の送受信を利用することにより、高精度な同期動作が可能となる。また、例えば地中レーダー装置の数を増減させたり、配置を変えたりといった場合においても、配線等の煩雑な準備を必要とすること無く同期をとることができるので、簡易かつ迅速な対応が可能となる。

【0008】

本発明の具体的な側面では、複数の地中レーダー装置は、探査における時刻を計測するための時計をそれぞれ有し、一の地中レーダー装置から送信される時刻設定用の送信信号を受信することで、各地中レーダー装置に設けた時計の間での時刻合わせを行う。この場合、時刻設定用の送信信号を利用することで、複数の地中レーダー装置の間での時刻合わせを正確にできる。

【0009】

本発明の別の側面では、他の地中レーダー装置は、一の地中レーダー装置の送信部から送信された送信信号の受信を行う間、自己の送信部による送信を停止する又はゼロ信号送信とする。この場合、他の地中レーダー装置の受信部において、一の地中レーダー装置の送信部から送信された送信信号を確実に受信させることができる。

【0010】

本発明のさらに別の側面では、複数の地中レーダー装置と接続し、複数の地中レーダー装置の動作を統括制御する全体制御部を備える。この場合、全体制御部の統括制御下において、各地中レーダー装置に所望の動作を行わせることができる。

【0011】

本発明のさらに別の側面では、複数の地中レーダー装置は、同期の完了を全体制御部にそれぞれ通知し、全体制御部は、複数の地中レーダー装置の全てから通知を受けた後、複数の地中レーダー装置による探査を開始する。この場合、全体制御部の統括制御下において、各地中レーダー装置間での同期がとれた状態で探査を行うことができる。

【0012】

本発明のさらに別の側面では、全体制御部は、複数の地中レーダー装置における同期が完了しない場合、複数の地中レーダー装置のうち送信信号を送信する地中レーダー装置を変更する。この場合、基準となる地中レーダー装置を変更することで、同期を完了させることが可能になる。

【0013】

本発明のさらに別の側面では、他の地中レーダー装置は、一の地中レーダー装置の送信部から送信された送信信号の受信タイミングに基づいて、自己の受信可能期間を調整して一の地中レーダー装置と同期受信させる。この場合、受信可能期間を調整して最適な受信タイミングにあわせることで、正確な同期が可能になる。

【0014】

本発明のさらに別の側面では、他の地中レーダー装置は、一の地中レーダー装置の送信部から送信された送信信号のうち地表ではね返る第１反射成分を同期用の信号として受信する。この場合、より正確かつ確実な信号受信が可能になる。

【0015】

本発明のさらに別の側面では、複数の地中レーダー装置の間での同期を、探査開始前の起動時ごとにとる。この場合、探査開始前の起動時ごとにおいて同期がとれた状態とした上で、探査ができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】第１実施形態の地中レーダーシステムの概要を説明するための概念図である。

【図2】地中レーダーシステムの一構成例について説明するためのブロック図である。

【図3】複数の地中レーダー装置における同期の動作について概要を説明するための概念図である。

【図4】地中レーダー装置の同期動作の一例について概要を示すタイムチャートである。

【図5】図４における動作についての詳細を説明するためのタイムチャートである。

【図6】同期に際しての全体制御部における動作の一例について説明するためのフローチャートである。

【図7】同期に際しての一の地中レーダー装置における動作の一例について説明するためのフローチャートである。

【図8】同期に際しての他の地中レーダー装置における動作の一例について説明するためのフローチャートである。

【図9】（Ａ）は、地中レーダーシステムの一応用例を示す概念的な平面図であり、（Ｂ）は、地中レーダーシステムの他の一応用例を示す概念的な平面図である。

【図10】（Ａ）及び（Ｂ）は、第２実施形態の地中レーダーシステムの概要を説明するための概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

〔第１実施形態〕
以下、図面を参照しつつ、第１実施形態に係る地中レーダーシステムの一例について説明する。

【0018】

図１及び図２に示すように、第１実施形態の一態様の地中レーダーシステム１００は、複数の地中レーダー装置３０,３０，…と、主制御部であり制御全体を統括する全体制御部５０と、全体制御部５０に各地中レーダー装置３０を接続するスイッチ回路ＳＷとを備える。

【0019】

各地中レーダー装置３０は、図２に示すように、アンテナ装置１０と、制御部２０とを備え、全体制御部５０からの指示に従って各部を動作させることで、個別に地中探査を行うことを可能としている。

【0020】

以下、１つの地中レーダー装置３０における構成について、より具体的に説明すると、まず、アンテナ装置１０は、送信アンテナＴｘと受信アンテナＲｘとを備えている。また、制御部２０は、送受信制御部２１と、送信部２２ａと、受信部２２ｂとを備えている。制御部２０は、送信部２２ａと、受信部２２ｂとにより、全体制御部５０からの指示に従ってアンテナ装置１０を構成する各アンテナＴｘ，Ｒｘを動作させ、地中探査を行う。このため、送信部２２ａは、パルスやチャープによる送信波（電波）Ｓ１を生成する発信器のほか、信号変換を行うＤ／Ａコンバーター、送信波Ｓ１を増幅するためのアンプ等で構成されている。また、受信部２２ｂは、地中に存在する探査対象である埋設物や空洞その他の対象物で反射されて戻って来た応答波Ｓ２を受信すべく、ノイズ処理等のための各種フィルターや、応答波Ｓ２を増幅するためのアンプ、サンプリング処理を行う相間処理器、信号変換を行うＡ／Ｄコンバーター等で構成されている。

【0021】

また、制御部２０のうち送受信制御部２１は、送信部２２ａと受信部２２ｂとにおける送受信制御を行う。また、ここでは、特に、送受信制御部２１は、受信部２２ｂでの受信タイミングを調整するためのクロック調整部２１ａと、地中探査を行う際に計測時刻の測定（自己の内部時刻の測定）を行うための時計であるタイマー２１ｂとを備える。制御部２０は、送受信制御部２１のクロック調整部２１ａにおいて受信部２２ｂでの受信タイミングを最適化する調整を行う。さらに、送受信制御部２１において、タイミングの最適化がなされた上で、タイマー２１ｂにおける自己の内部時刻の測定と他の地中レーダー装置３０における内部時刻の測定との誤差調整を図ることで、各地中レーダー装置３０の間での同期をとるに際して、正確な時刻合わせ（時間合わせ）を行うことが可能となっている。

【0022】

全体制御部５０は、例えば、ＣＰＵや各種ストレージ、表示部等で構成され、典型的には、これらを内蔵するＰＣで構成される。全体制御部５０は、複数の地中レーダー装置３０においてそれぞれ送信される送信波Ｓ１の送信タイミングの制御のほか、演算処理等の各種処理を行い、地中探査の制御動作全体を統括する。このため、本実施形態における全体制御部５０は、例えばＣＰＵ等により各種アプリケーションプログラムに基づく種々の処理が可能となっているとともに、各種データの一時記憶が可能となっている。

【0023】

スイッチ回路ＳＷは、全体制御部５０と接続するともに、複数の地中レーダー装置３０とそれぞれ接続され、全体制御部５０からの各種信号を、複数の地中レーダー装置３０に対して、個別に送信を行っている。なお、スイッチ回路ＳＷについては、種々の構成が可能であるが、例えばスイッチングハブを利用したＬＡＮ接続とすることで、上記のような構成が可能となる。また、図１では、４つの地中レーダー装置３０と接続した場合を例示しており、図２では、３つの地中レーダー装置３０と接続した場合を例示しているが、地中レーダー装置３０の個数はこれらに限らず、測定対象となる範囲や精度等に応じて、種々変更することができる。例えば上記のように、ＬＡＮ接続とする場合であれば接続するポートを十分大きくしておくことで、さらに多くの地中レーダー装置３０を並べることが可能である。また、ＬＡＮ接続については、例えば無線で通信可能な態様（無線ＬＡＮ）とすることも可能である。なお、ここでは、スイッチ回路ＳＷと各地中レーダー装置３０間での通信に関しては、非同期接続ＡＣになっており、各地中レーダー装置３０間での同期については、別の方法をとっている。同期のとり方についての詳細は、後述する。

【0024】

ここで、一般に、本願と同様に複数の地中レーダー装置を並べて利用することで、地中探査を行う地中レーダーシステムにおいては、各地中レーダー装置間での同期を高精度に行うことが非常に重要である。複数の地中レーダー装置を並べて利用する態様としては、種々のものが考えられるが、一例を挙げると、各地中レーダーを走行装置において、進行方向に対して垂直な方向に一例に並べて幅広の範囲を一斉に探査する（図９参照）、といったことが考えられる。このような場合において、各レーダー装置において取得されたデータの位置合わせが正確でないと、全体として整合したデータが取れなくなってしまう。すなわち、個々に取得したデータの正確な位置合わせのために、各レーダー装置間で高精度な同期をとる等の必要がある。以上のようなことへの対応のために、例えば、探査データの取得に際して併せて取得されるデータ取得のタイミングすなわち各レーダー装置での時刻データを基準として利用することが考えられる。この場合、各レーダー装置における時刻データの正確性が重要となる。つまり、複数台の地中レーダー装置に対して、各装置内の内部時刻を高精度に一致させる、といったことが必要になる。

【0025】

各レーダー装置間で同期をとる方法については、例えば各地中レーダー装置をケーブル等で数珠つなぎにすることで、１つの地中レーダー装置を基準として、各地中レーダー装置で取得したデータの位置や時間についての情報の同期をとることができる。ただし、この場合、各地中レーダー装置を繋ぐ構成となるため、例えば上記のように一列に並べるといった場合には、並べる個数に応じて、数珠つなぎにする箇所を増減させていく、といった準備作業が必要になる。

【0026】

また、別の実現方法として、既述のように、各装置内の内部時刻を高精度に一致させ、時刻を基準に同期をとる方法が考えられる。例えば、高精度ＧＮＳＳ（ＧＰＳ）を用いて、衛星時刻とＰＰＳ信号（高精度１秒間隔パルス）を使うことで、各地中レーダー装置の個々の内部時刻を高精度に一致させ、一致している時刻を基準に同期をとる方法が知られている。ただし、この場合、各地中レーダー装置に対し高精度ＧＮＳＳを搭載することになるため、コスト面の課題となる。

【0027】

以上に対して、本実施形態の地中レーダーシステム１００は、上記のような構成において、各地中レーダー装置３０が個々に有する電波の送受信機能を利用することで、複数の地中レーダー装置３０の間での同期をとるに際して、簡易な構成で、高精度な同期動作を可能とし、さらに、地中レーダー装置３０の増減や配置変更について、簡易かつ迅速な対応が可能となる構成となっている。

【0028】

以下、図１等を参照して、本実施形態の地中レーダーシステム１００における本動作である探査前の準備処理として、各地中レーダー装置３０間における同期のとり方の一例について、概要を説明する。ここでは、図１～図３に例示するように、複数の地中レーダー装置３０のうち、一の地中レーダー装置３０Ｍが同期の基準となるマスターとなり、他の地中レーダー装置３０Ｓ，３０Ｓ…が、マスターに従って同期するスレーブとなっている。本実施形態では、図３に示すように、同期のための動作として、マスターである一の地中レーダー装置３０Ｍから送信される同期用の送信波Ｓ１を、スレーブである他の地中レーダー装置３０Ｓにおいて受信することで、同期がとられる。なお、図２に示す例では、第１地中レーダー装置３０Ａが、マスターの地中レーダー装置３０Ｍであるものとし、第２～第４地中レーダー装置３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄを、スレーブの地中レーダー装置３０Ｓとしている。また、この際、例えば図２に示すように、マスターの地中レーダー装置３０Ｍでは、送信アンテナＴｘと受信アンテナＲｘとの双方が動作して、送信及び受信をすることで、自己内での同期をとる動作を行っているのに対して、スレーブの地中レーダー装置３０Ｓでは、実質的に受信アンテナＲｘのみが動作するものとする。言い換えると、スレーブの地中レーダー装置３０Ｓでは、同期の動作の間においては、送信アンテナＴｘにおいて、送信を停止する又はゼロ信号送信とするようになっている。これにより、スレーブである地中レーダー装置３０Ｓの受信アンテナＲｘや、マスターである地中レーダー装置３０Ｍの受信アンテナＲｘにおいて、マスターである地中レーダー装置３０Ｍの送信アンテナＴｘからの送信波Ｓ１以外の電波を受けてしまうことを回避して、混信することなく確実に目的とする受信ができる。

【0029】

また、ここでは、同期用の送信波Ｓ１のうち、地表ＥＳではね返る第１反射成分を、各送信アンテナＴｘにおいて同期用の応答波Ｓ２として捉えることで、送信から受信までの間に起因する時間誤差がほとんどない同時とみなせる状態で、各地中レーダー装置３０における受信動作がなされることになる。

【0030】

なお、以上の動作を、各地中レーダー装置３０の動作を制御する制御部２０等から考えると、スレーブの地中レーダー装置３０Ｓの制御部２０において、マスターの地中レーダー装置３０Ｍの送信部２２ａから送信された送信信号の受信を行う間、自己の送信部２２ａによる送信を停止する又はゼロ信号送信とするように制御することで、自己の受信部２２ｂにおいて、地中レーダー装置３０Ｍの送信部２２ａから送信された送信信号を確実に受信させることができる、という態様となっている。

【0031】

以下、図４のタイムチャート等を参照して、上記のような同期のための動作に関して、より具体的に説明する。図４は、地中レーダー装置３０の同期動作の一例について概要を示すタイムチャートである。また、図５は、図４における動作についての詳細を説明するためのタイムチャートである。

【0032】

まず、図４及び図５では、上段から順に、ＰＣ等で構成される全体制御部５０について示すチャートα、マスターの地中レーダー装置３０Ｍについて示すチャートβ、１つ目のスレーブの地中レーダー装置３０Ｓ（スレーブ１）について示すチャートγ及び２つ目のスレーブの地中レーダー装置３０Ｓ（スレーブ２）について示すチャートδがそれぞれ表示されている。

【0033】

まず、図４においてチャートαに示されるように、全体制御部５０から各地中レーダー装置３０に対して、受信処理を開始する旨の指令信号Ｃ１が送信される。ここでは、各地中レーダー装置３０の受信部２２ｂにおいて、図示において、チャートβ～δに示されるように、一定周期で受信処理可能な期間（受信オン期間）と受信できない受信準備期間（受信オフ期間）とが繰り返されるものとする。ただし、全体制御部５０からの指令信号Ｃ１は、非同期の信号であるため、各地中レーダー装置３０は、受信動作を個別に開始することになり、そのタイミングは、初期の状態において、必ずしも揃っていない。すなわち、各地中レーダー装置３０間において、受信タイミングは同期していない。

【0034】

以上の状態において、全体制御部５０から、さらに、マスターの地中レーダー装置３０Ｍに対して、送信処理を開始する旨の指令信号Ｃ２が送信される。すなわち、地中レーダー装置３０Ｍは、指令信号Ｃ２に従い、送信部２２ａにおいて、同期をとるための送信波Ｓ１の送信を開始する。ここでは、チャートβに示すように、送信波Ｓ１として、一定間隔でパルス送信ＰＳを行うものとする。このパルス送信ＰＳの一定間隔については、例えばμ秒オーダーの精度で規定され、受信部２２ｂにおける受信期間についての一定周期と同じ時間幅になっている。

【0035】

さらに、ここにおいて、マスターの地中レーダー装置３０Ｍでは、送信部２２ａからの送信波Ｓ１の送信が、自己の受信部２２ｂにおいてベストタイミングで受信するように動作している。この様子は、時刻Ｔ１において示されている。図示のように、ここでは、送信波Ｓ１であるパルス送信のタイミングと、受信部２２ｂにおいて送信波Ｓ１に対応する応答波Ｓ２を受信処理可能な期間（受信オン期間）の開始のタイミングとが一致する状態がベストであるものとする。すなわち、この状態において、マスターの地中レーダー装置３０Ｍの送信部２２ａによる送信動作と、受信部２２ｂにおける受信動作が同期した状態になったものとする。

【0036】

上記のように、マスターの地中レーダー装置３０Ｍの内部においては、地中レーダー装置３０Ｍの送信部２２ａからの送信波Ｓ１の送信タイミングを調整できるあるいは地中レーダー装置３０Ｍ自身が知っているので、最初からベストタイミングとなるように動作を行うようにできる。なお、マスターの地中レーダー装置３０Ｍは、上記のような受信タイミングの同期が完了した後、その旨を、全体制御部５０に対して通知する。つまり、チャートαに示すように、全体制御部５０は、マスターの内部での同期完了を把握する。

【0037】

一方、スレーブの地中レーダー装置３０Ｓ（スレーブ１，２）については、マスターの地中レーダー装置３０Ｍの送信部２２ａからの送信波Ｓ１の送信タイミングが分からないため、マスターからの送信波Ｓ１を自己の受信部２２ｂにおいて受信できることによって初めてベストタイミングとなるようにする調整が可能となる。

【0038】

例えば、図示のうち、スレーブの地中レーダー装置３０Ｓの１つであるスレーブ２、すなわちチャートδでは、時刻Ｔ１において、初めて送信波Ｓ１に対応する応答波Ｓ２を受信することになるが、必ずしもベストタイミングとはならない。図示の例では、時刻Ｔ１において、受信部２２ｂにおける受信処理可能な期間（受信オン期間）のうちの中間あたりのタイミングで受信した場合を示している。スレーブ２は、この時刻Ｔ１の時点で、マスターからの送信タイミングと自身の受信タイミングと同期していないことと、同期した状態（ベストタイミングの状態）からどの程度ずれているかを、把握できる。以上のような時刻Ｔ１での受信状況に基づいて、スレーブ２において、送受信制御部２１は、自己のクロック調整部２１ａにより、受信部２２ｂでの受信タイミングを所定量だけずらしてタイミング調整を行う。すなわち、図中において、時刻Ｔ２として示すように、受信処理可能な受信オン期間の開始タイミングを、マスターからの送信波Ｓ１であるパルス送信のタイミングに一致させるように、受信に関するタイミングクロックの調整がなされる。さらに、以上を図中のチャートδ（スレーブ２）に関して言い換えると、チャートδにおける受信オン期間の先頭が、チャートβ（マスター）のパルス送信のタイミングに揃えられ、マスターとスレーブ２との受信タイミングの同期が完了する。なお、スレーブの地中レーダー装置３０Ｓの１つであるスレーブ２は、時刻Ｔ２において、上記のような受信タイミングの同期が完了した後、その旨を、全体制御部５０に対して通知する。つまり、チャートαに示すように、全体制御部５０は、スレーブ２の同期完了を把握する。

【0039】

また、例えば、図示のうち、スレーブの地中レーダー装置３０Ｓの１つであるスレーブ１、すなわちチャートγでは、例えば時刻Ｔ１において、送信波Ｓ１に対応する応答波Ｓ２を受信できない状態となっている。具体的には、図示のように、全体制御部５０からの指令信号Ｃ１に従い、一定周期で受信処理可能な期間（受信オン期間）と受信できない受信準備期間（受信オフ期間）とを繰り返す受信処理を続けているものの、マスターからの送信波Ｓ１であるパルス送信ＰＳのタイミングが、受信オフ期間と重なってしまっていることで、送信波Ｓ１に対応する応答波Ｓ２の受信取りこぼしが発生してしまっている。以上のような状況について、例えば、スレーブ１は、数周期分の上記受信処理の動作を繰り返しても受信されなければ、上記のような受信取りこぼしが生じていると判断することで対応している。具体的に、図示の例では時刻Ｔ２において示されるように、スレーブ１は、自己のクロック調整部２１ａにより、受信部２２ｂでの受信タイミングをランダムにずらしてタイミング調整を行う。この処理により、スレーブ１は、時刻Ｔ３において、初めて送信波Ｓ１に対応する応答波Ｓ２を受信することが可能になる。なお、以上のようなランダムにずらすタイミング調整を１度行っても状況が変わらなければ、複数回に亘って同様の操作を行い、応答波Ｓ２を受信するまで繰り返すようにしてもよい。ただし、以上のような場合、応答波Ｓ２を受信することは可能になったが、必ずしもベストタイミングとはならない。図示の例では、受信部２２ｂにおける受信処理可能な期間（受信オン期間）のうちの後半あたりのタイミングで受信した場合を示している。スレーブ１は、この時刻Ｔ３の時点で、マスターからの送信タイミングと自身の受信タイミングと同期していないことと、同期した状態（ベストタイミングの状態）からどの程度ずれているかを、把握できる。したがって、以後は、上記したスレーブ２の場合と同様に、所定量だけずらすタイミング調整を行い、マスターに対する受信タイミングの同期を完了させ、受信タイミングの同期が完了した後、その旨を、全体制御部５０に対して通知する。つまり、チャートαに示すように、全体制御部５０は、スレーブ１の同期完了を把握する。

【0040】

以上のようにして、全ての地中レーダー装置３０（マスター、スレーブ１，２）の間での同期が完了すると、チャートαに示すように、全体制御部５０は、時刻設定用の送信信号を、マスターの地中レーダー装置３０Ｍの送信部２２ａから送信させるべく、マスターの地中レーダー装置３０Ｍに対して、反転パルス送信をする旨の指令信号Ｃ３を送信する。時刻Ｔ５として示すように、地中レーダー装置３０Ｍの送信部２２ａから反転パルス送信ＩＰがなされ、これに対応して各受信部２２ｂでの応答波Ｓ２の受信がなされると、各地中レーダー装置３０は、当該応答波Ｓ２の受信タイミングを基準として、自己がそれぞれ有する時刻測定用の時計であるタイマー２１ｂにおける時刻データ取得での基準時とする。すなわち、各地中レーダー装置３０にそれぞれ内蔵されるタイマー２１ｂの間での時刻合わせが行われる。これにより、各地中レーダー装置３０のタイマー２１ｂの間に誤差があっても、この誤差を補正したデータ取得が可能になる。なお、反転パルスすなわち負のパルス信号が送信されるため、受信側においても、負の受信信号を受けることになる。

【0041】

以上のようにして、地中レーダー装置３０間での時刻合わせを含む同期に関する一連の処理を終えると、地中レーダーシステム１００は、同期のための動作処理を停止する。同期のための動作処理を停止後において、地中レーダーシステム１００は、例えば、本動作である地中探査の開始が可能な状態となる。すなわち、複数の地中レーダー装置３０が、同期の完了を全体制御部５０にそれぞれ通知し、全体制御部５０が、複数の地中レーダー装置３０の全てから通知を受けた後、複数の地中レーダー装置３０による探査を開始する、といった態様となる。

【0042】

以下、図５を参照して、上記した各スレーブ１，２でのクロック調整部２１ａによる受信タイミングのタイミング調整の一例に関して、さらに詳しく説明する。図５は、図４に対応する図であり、特に、各受信部２２ｂでの受信処理について、サンプリング時のクロック信号のイメージで示している。ここでは、図示のように、矢印ＡＲでクロック信号の１つ分の様子を示している。つまり、１回の受信処理可能な期間（受信オン期間）に相当するクロック信号を、６つの矢印ＡＲで示している。ここでは、既述のように、受信オン期間の先頭すなわち、６つの矢印ＡＲのうち先頭の矢印ＡＲ１が、送信波Ｓ１であるパルス送信ＰＳと同じタイミングになっていることをもって送受信の同期がとれていることになる。なお、パルス送信ＰＳが、受信オン期間にいずれかの矢印ＡＲにおいて受信されることで、図示のように、各受信部２２ｂの受信波形において、立上りの部分が生じることになる。

【0043】

各地中レーダー装置３０のうち、まず、マスター（地中レーダー装置３０Ｍ）の場合では、チャートβに示すように、最初からパルス送信ＰＳと矢印ＡＲ１とが一致していることになる。すなわち、最初のパルス送信ＰＳが送信される時刻Ｔ１の時点から、パルス送信ＰＳのピーク取得タイミングに受信タイミングの先頭の矢印ＡＲ１が揃っている。

【0044】

これに対して、スレーブ１（地中レーダー装置３０Ｓ）の場合では、チャートγに示すように、最初のうちは、パルス送信ＰＳの送信時において、矢印ＡＲが無い受信部２２ｂの受信準備期間（受信オフ期間）となっている。このため、スレーブ１は、時刻Ｔ２において、受信準備期間（受信オフ期間）の変更を行っている。図示の例では、通常の受信準備期間（受信オフ期間）から矢印ＡＲの１つ分すなわちクロック信号として１つ分の時間だけ受信準備期間（受信オフ期間）を延長した調整区間ＡＪ１を設けることでタイミング調整を行っている。この結果、時刻Ｔ３において、受信オン期間に相当する６つの矢印ＡＲのうちの最後（６つ目）の矢印ＡＲ６において、パルス送信ＰＳが受信されている。この状況に応じて、スレーブ１は、さらに、通常の受信準備期間（受信オフ期間）から矢印ＡＲの５つ分すなわちクロック信号として５つ分の時間だけ受信準備期間（受信オフ期間）を延長した調整区間ＡＪ２を設けることで、時刻Ｔ４において、パルス送信ＰＳのピーク取得タイミングに、受信タイミングの先頭の矢印ＡＲ１を揃えている。

【0045】

また、スレーブ２（地中レーダー装置３０Ｓ）の場合では、チャートδに示すように、時刻Ｔ１において、受信オン期間に相当する６つの矢印ＡＲのうちの３つ目の矢印ＡＲ３において、パルス送信ＰＳが受信されている。この状況に応じて、スレーブ２は、通常の受信準備期間（受信オフ期間）から矢印ＡＲの２つ分すなわちクロック信号として２つ分の時間だけ受信準備期間（受信オフ期間）を延長した調整区間ＡＪ３を設けることで、時刻Ｔ２において、パルス送信ＰＳのピーク取得タイミングに、受信タイミングの先頭の矢印ＡＲ１を揃えている。

【0046】

全体制御部５０は、まず、時刻Ｔ１以後において、マスター（地中レーダー装置３０Ｍ）から同期した旨の信号を受けることで、マスターの同期を把握し、次に、時刻Ｔ２以後において、スレーブ２（地中レーダー装置３０Ｓ）から同期した旨の信号を受けることで、スレーブ２の同期を把握し、最後に、時刻Ｔ４以後において、スレーブ１（地中レーダー装置３０Ｓ）から同期した旨の信号を受けることで、スレーブ１の同期を把握する。

【0047】

なお、以上では、一例として３つの地中レーダー装置３０が存在する場合について説明しているが、これに限らず、例えば４つ以上の地中レーダー装置３０を使用する場合においても、上記と同様にして、全ての地中レーダー装置３０での同期をとることができる。

【0048】

以下、図６のフローチャート等を参照して、上記した同期における各部での一連の動作について説明する。図６は、同期に際しての全体制御部５０における動作の一例について説明するためのフローチャートである。図７は、同期に際してのマスターの地中レーダー装置３０Ｍにおける動作の一例について説明するためのフローチャートである。図８は、同期に際してのスレーブの地中レーダー装置３０Ｓにおける動作の一例について説明するためのフローチャートである。

【0049】

以下、図６のフローチャートを参照して、同期における全体制御部５０での一連の動作について説明する。図６に示すように、まず、全体制御部５０は、全ての地中レーダー装置３０に対して、同期処理を開始させるための各種指令信号を送信する（ステップＳ１０１）。すなわち、上記図４に示した一例であれば、各地中レーダー装置３０に対して受信処理を開始する旨の指令信号Ｃ１を送信し、さらに、地中レーダー装置３０Ｍに対して送信処理を開始する旨の指令信号Ｃ２を送信する。

【0050】

ステップＳ１０１での送信を完了すると、全体制御部５０は、各地中レーダー装置３０での同期完了通知の受付を開始し（ステップＳ１０２）、全ての地中レーダー装置３０での同期が完了するまで、通知の受付を継続する（ステップＳ１０３，Ｓ１０４）。

【0051】

ステップＳ１０４において、全ての地中レーダー装置３０での同期完了が確認されると（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、全体制御部５０は、時刻設定用の送信信号としての反転パルス送信を開始させる指令をマスターの地中レーダー装置３０Ｍに対して行い（ステップＳ１０５）、一連の動作を終了する。すなわち、上記図４に示した一例であれば、マスターの地中レーダー装置３０Ｍに対して反転パルス送信ＩＰをする旨の指令信号Ｃ３を送信して、同期のための動作を完了する。

【0052】

一方、ステップＳ１０４において、地中レーダー装置３０のうち同期完了が確認されないものがある場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、所定時間が経過したか否かを確認し（ステップＳ１０６）、経過していない限りは（ステップＳ１０６：Ｎｏ）、通知受付を継続し（ステップＳ１０３）、完了の確認を行う（ステップＳ１０４）。ここで、ステップＳ１０６での所定時間については、例えば全ての同期が完了するのに通常必要となる時間にある程度のマージンを設けた時間とすることが考えられる。上記図４等に示した一例であれば、スレーブのうち、スレーブ１の態様のようなものが最も同期をとるのに時間を要すると考えられ、このような場合において同期完了までに掛かる時間や、同期完了した旨の通知を制御側が受け取るまでに生じ得る時間ロス等を考慮して、所定時間を設定することができる。以上のようにして設定された時間を経過してもなお同期が完了しない場合、何らかのトラブルで同期がとれない状態にあると考えられる。したがって、ステップＳ１０６において、所定時間が経過した場合（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、全体制御部５０は、何らかの異常が生じていると判断し、同期のための処理動作を中止する（ステップＳ１０７）。なお、この場合、同期の完了ができない旨を、地中レーダーシステム１００を操作するオペレーターに示すべく各種報知動作を併せて行うものとしてもよい。

【0053】

以下、図７のフローチャートを参照して、同期におけるマスターの地中レーダー装置３０Ｍでの一連の動作について説明する。図７に示すように、同期のための動作が開始されると、まず、マスターの地中レーダー装置３０Ｍは、同期処理を開始させるための指令があったか否かを確認する（ステップＳ２０１）。すなわち、図６のステップＳ１０１に示すような指令信号が出されているかの確認をする。ステップＳ２０１において、確認がなされると（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、地中レーダー装置３０Ｍの送受信制御部２１は、受信部２２ｂによりアンテナ装置１０の受信アンテナＲｘを駆動させ、さらに、送信部２２ａによりアンテナ装置１０の送信アンテナＴｘを駆動させて、同期用の送信波Ｓ１の送信を開始する（ステップＳ２０２）。さらに、送受信制御部２１は、全体制御部５０から反転パルス送信を開始させる旨の指令を受けるまで、送信波Ｓ１の送信を継続する（ステップＳ２０３，Ｓ２０４）。

【0054】

ステップＳ２０４において、全体制御部５０から反転パルス送信を開始させる旨の指令を受けた場合（ステップＳ２０４：Ｙｅｓ）、すなわち、全ての地中レーダー装置３０での同期が完了して図６のステップＳ１０５に示すような指令信号が出された場合、地中レーダー装置３０Ｍは、送信部２２ａにおいて、当該指令に従って、送信波Ｓ１の送信として反転パルス送信を行い（ステップＳ２０５）、一連の動作を終了する。すなわち、上記図４に示した一例であれば、全体制御部５０からの指令信号Ｃ３に基づいて、地中レーダー装置３０Ｍの送信部２２ａから反転パルス送信がなされ、これに対応して各受信部２２ｂでの応答波Ｓ２の受信がなされると、各地中レーダー装置３０は、これを基準として内蔵されるタイマー２１ｂでの時刻合わせが行われる。

【0055】

一方、ステップＳ２０４において、全体制御部５０から反転パルス送信を開始させる旨の指令が来ていない場合（ステップＳ２０４：Ｎｏ）、所定時間が経過したか否かを確認し（ステップＳ２０６）、経過していない限りは（ステップＳ２０６：Ｎｏ）、送信波Ｓ１の送信を継続し（ステップＳ２０３）、反転パルス送信を開始させる旨の指令を待つ（ステップＳ２０４）。ここで、ステップＳ２０６での所定時間については、ステップＳ１０６と同様に考えることができる。すなわち、全ての同期が完了するのに通常必要となる時間にある程度のマージンを設けた時間とし、当該時間を経過してもなお同期が完了しない場合、何らかのトラブルで同期がとれない状態にあると考え、ステップＳ２０６において、所定時間が経過した場合（ステップＳ２０６：Ｙｅｓ）、地中レーダー装置３０Ｍは、何らかの異常が生じていると判断し、同期のための処理動作を中止する（ステップＳ２０７）。

【0056】

なお、マスターの地中レーダー装置３０Ｍは、上記において、併せて自己の同期を行う。すなわち、ステップＳ２０２において、駆動開始させた送信アンテナＴｘからの同期用の送信波Ｓ１に対応する応答波Ｓ２を、受信アンテナＲｘで受けることで、地中レーダー装置３０Ｍ内での同期をとっている。

【0057】

以下、図８のフローチャートを参照して、同期におけるスレーブの地中レーダー装置３０Ｓでの一連の動作について説明する。図８に示すように、同期のための動作が開始されると、まず、スレーブの地中レーダー装置３０Ｓは、同期処理を開始させるための指令があったか否かを確認する（ステップＳ３０１）。すなわち、図６のステップＳ１０１に示すような指令信号が出されているかの確認をする。ステップＳ３０１において、確認がなされると（ステップＳ３０１：Ｙｅｓ）、地中レーダー装置３０Ｓの送受信制御部２１は、受信部２２ｂによりアンテナ装置１０の受信アンテナＲｘを駆動させて、マスターの地中レーダー装置３０Ｍから発信された同期用の送信波Ｓ１に対応する応答波Ｓ２の受信を開始する（ステップＳ３０２）。

【0058】

ステップＳ３０２における受信を開始すると、地中レーダー装置３０Ｓの送受信制御部２１は、まず、所定時間が経過しているかを確認する（ステップＳ３０３）。なお、ステップＳ３０３での所定時間については、例えばステップＳ１０６やステップＳ２０６の場合と同様に設定することが考えられるが、これについて詳しくは後述する。

【0059】

ステップＳ３０３において、所定時間が経過していなければ（ステップＳ３０３：Ｎｏ）、送受信制御部２１は、受信の対象となる電波の受信ができたか否か、すなわち同期用の送信波Ｓ１に対応する応答波Ｓ２の受信がなされたか否かを確認する（ステップＳ３０４）。なお、ステップＳ３０４では、図４等において例示したような周期的に行う受信処理の動作について数周期分の受信を確認する。ステップＳ３０４において、受信がされていない場合（ステップＳ３０４：Ｎｏ）、送受信制御部２１は、クロック調整部２１ａにおいて受信部２２ｂでの受信タイミングについて、ランダムにずらしてタイミング調整を行う（ステップＳ３０５）。すなわち、この場合、数周期分の上記受信処理の動作を繰り返しているにも関わらず受信されていないことになり、受信タイミングがずれており、受信取りこぼしが発生していると考えられる。したがって、送受信制御部２１は、クロック調整部２１ａにおいて受信タイミングをランダムにずらすことで、まず、受信が可能になるように調整している。

【0060】

ステップＳ３０５での調整の後、送受信制御部２１は、再び、ステップＳ３０３からの動作を繰り返す。

【0061】

一方、ステップＳ３０４において、受信がされた場合（ステップＳ３０４：Ｙｅｓ）、送受信制御部２１は、さらに、受信したタイミングがベストの状態となっているかを確認する（ステップＳ３０６）。上記図４等に示した一例であれば、受信オン期間の開始タイミングが、送信波Ｓ１であるパルス送信のタイミングに一致しているか否かを確認する。ここで、ベストタイミングでないと判断された場合（ステップＳ３０６：Ｎｏ）、送受信制御部２１は、ベストタイミングからのずれ量を算出するとともに（ステップＳ３０７）、ステップＳ３０７での算出結果に基づいて所定量だけずらしてタイミング調整を行う（ステップＳ３０８）。すなわち、上記図５に示した一例であれば、スレーブ１においては、通常の受信準備期間（受信オフ期間）から矢印ＡＲ５つ分、スレーブ２においては、通常の受信準備期間（受信オフ期間）から矢印ＡＲ２つ分ずらしたように、ステップＳ３０７での算出結果であるベストタイミングとの差の分だけシフトさせたタイミング調整を行う。

【0062】

ステップＳ３０７，Ｓ３０８での調整の後、送受信制御部２１は、再び、ステップＳ３０３からの動作を繰り返す。

【0063】

以上のような動作の結果、ステップＳ３０６において、ベストタイミングであると判断された場合（ステップＳ３０６：Ｙｅｓ）、送受信制御部２１は、同期が完了した旨の通知を全体制御部５０に対して行う（ステップＳ３０９）。

【0064】

ステップＳ３０９での通知後、スレーブの地中レーダー装置３０Ｓは、マスターの地中レーダー装置３０Ｍからの送信波Ｓ１に対応する応答波Ｓ２として、反転パルスを受け取ったか否かを確認する（ステップＳ３１０）。すなわち、地中レーダー装置３０Ｓは、個々に内蔵する時計であるタイマー２１ｂについて、他の地中レーダー装置３０との間で生じ得る誤差を補正するための信号の有無を確認する。ステップＳ３１０において、反転パルスを受け取ると（ステップＳ３１０：Ｙｅｓ）、地中レーダー装置３０Ｓは、反転パルスを受け取った受信タイミングを基準時とする時刻合わせの処理をして（ステップＳ３１１）、一連の動作を終了する。すなわち、地中レーダー装置３０Ｓは、ステップＳ３１１での時刻合わせに基づく計時を行い、探査データ取得時の計測を行う際の時刻データとして利用する。

【0065】

一方、ステップＳ３１０において、反転パルスが受信されない場合（ステップＳ３１０：Ｎｏ）、所定時間が経過したか否かを確認し（ステップＳ３１２）、経過していない限りは（ステップＳ３１２：Ｎｏ）、反転パルスの受信確認を継続する（ステップＳ３１０）。ここで、ステップＳ３１２での所定時間については、ステップＳ１０６等と同様に考えることができる。すなわち、全ての同期が完了するのに通常必要となる時間にある程度のマージンを設けた時間とし、当該時間を経過してもなお同期が完了しない場合、何らかのトラブルで同期がとれない状態にあると考えられ、ステップＳ３１２において、所定時間が経過した場合（ステップＳ３１２：Ｙｅｓ）、地中レーダー装置３０Ｓは、例えば他の地中レーダー装置３０Ｓにおいて同期がとれないものが存在する、といった何らかの異常が生じていると判断し、同期のための処理動作を中止する（ステップＳ３１３）。

【0066】

また、ここで、上記のうち、ステップＳ３０３での所定時間についても、例えば上記と同様に、全ての同期が完了するのに通常必要となる時間にある程度のマージンを設けた時間等とすることが考えられる。ステップＳ３０３において、所定時間が経過する場合（ステップＳ３０３：Ｙｅｓ）とは、以下のステップＳ３０４～Ｓ３０８の動作を繰り返しても、同期が完了しないことを意味する。すなわち、何らかの事情で、スレーブである地中レーダー装置３０Ｓが、マスターからの情報を十分に得られない状態にあることを意味する。典型的には、マスターの地中レーダー装置３０Ｍからの送信波Ｓ１に対応する応答波Ｓ２の受信が、配置関係等の理由から十分にできていない状況にある、といったことが考えられる。したがって、ステップＳ３０３において、所定時間が経過した場合（ステップＳ３０３：Ｙｅｓ）、地中レーダー装置３０Ｓの送受信制御部２１は、マスターとの通信が不能である旨を通知し（ステップＳ３１４）、一連の処理を終了する。なお、ステップＳ３１４における通知先については、全体制御部５０やマスターの地中レーダー装置３０Ｍ、あるいは他のスレーブの地中レーダー装置３０Ｓ、さらには、地中レーダーシステム１００を操作するオペレーター等種々の場合が考えられる。

【0067】

なお、上記ステップＳ３１４のような状態になった場合、地中レーダーシステム１００を操作するオペレーターは、同期できない地中レーダー装置３０の取替えや地中レーダー装置３０の配置変更、あるいはマスターとスレーブの入れ替え等によって対処することが考えられる。

【0068】

以上の動作を行うことで、本動作である探査の準備として、複数の地中レーダー装置３０の間での同期を簡易かつ確実に取ることができる。また、以上のような複数の地中レーダー装置３０の間での同期については、地中レーダーシステム１００による探査開始前の起動時ごとにとるように設定できる。

【0069】

以下、図９を参照して、本実施形態の一態様である地中レーダーシステム１００の適用例について説明する。図９（Ａ）は、地中レーダーシステム１００の一応用例を示す概念的な平面図であり、９（Ｂ）は、地中レーダーシステム１００の他の一応用例を示す概念的な平面図である。

【0070】

図９（Ａ）に示す一応用例のように、地中レーダーシステム１００を、例えば道路ＲＯにおいて道路ＲＯの延びる方向Ｈ１に沿って走行する車両ＶＥに設けることが考えられる。より具体的には、自動車等の車両ＶＥの進行方向に対して後端側において、方向Ｈ１に対して垂直な方向であり道路ＲＯの横幅方向である方向Ｈ２に沿って一列に複数（４つ）の地中レーダー装置３０を並べ、道路ＲＯの横方向全体について地中探査を行うようにすることが考えられる。

【0071】

さらに、図９（Ｂ）に示す他の一応用例のように、複数の地中レーダー装置３０を面的に配置してもよい。図示の例は、図９（Ａ）のさらなる一応用例であり、図９（Ａ）において一列に４つ並べていた地中レーダー装置３０に加え、さらに、３つの地中レーダー装置３０を千鳥状になるように面的に配置している。例えば、図９（Ａ）に示す場合においては、用いる地中レーダー装置３０の配置感覚や性能等により、隣接する地中レーダー装置３０の間において、探査できない領域が存在する可能性もある。これに対して、図９（Ｂ）に示すように、一列目の隣接する地中レーダー装置３０における隙間に対応させるように二列目の地中レーダー装置３０を配置することで、隈なく道路ＲＯの地中探査を行うことができる。なお、ここでの位置情報については、例えば車両ＶＥに搭載されたタコジェネレータのパルスから移動距離を演算すること等が考えられる。

【0072】

ここで、上記のように、自動車等の車両ＶＥを走行させつつ道路ＲＯの地中探査を行うような場合、車両ＶＥの走行速度と地中レーダーシステム１００での測定精度との関係を考える必要が生じる。

【0073】

例えば、車両ＶＥを時速８０ｋｍ程度で走行させつつ、位置の誤差を１０ｃｍ程度以内の精度として地中測定を行おうとすると、データ取得に際しての時間測定の誤差は、５ｍｍ秒以内程度とする必要があることになる。さらに、データ取得時の時間誤差等を考慮すると、許容される測定時間の誤差は、１ｍｍ秒以内程度とすることが望ましい。これに対して、本願の構成では、まず、送信波Ｓ１の送信開始から地表を経て応答波Ｓ２として受信されるまでの時間は、略ゼロに等しいと言える。また、クロックリセット等において生じる誤差は、５００μ秒程度であると考えられる。したがって、本願の構成であれば、上記のような態様においても十分な精度を維持した測定が可能になる。

【0074】

以上のように、本実施形態における一態様の地中レーダーシステム１００によれば、複数の地中レーダー装置３０の間での同期をとるに際して、各地中レーダー装置３０が個々に有する電波の送受信機能を利用している。具体的には、一の地中レーダー装置３０Ｍからの送信を他の地中レーダー装置３０Ｓで受信することで同期をとるようにしている。地中レーダー装置３０間での電波の送受信を利用することにより、高精度な同期動作が可能となる。また、例えば地中レーダー装置３０の数を増減させたり、配置を変えたりといった場合においても、配線等の煩雑な準備を必要とすること無く同期をとることができるので、簡易かつ迅速な対応が可能となる。

【0075】

〔第２実施形態〕
以下、図１０を参照しつつ、本発明に係る第２実施形態の地中レーダーシステムの一態様について説明する。なお、本実施形態に係る地中レーダーシステム２００は、第１実施形態の地中レーダーシステム１００の変形例であり、地中レーダー装置３０についての取り扱いを除いて同様であるので、全体の構成について、共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

【0076】

本実施形態の地中レーダーシステム２００においても、第１実施形態の地中レーダーシステム１００の場合と同様に、複数の地中レーダー装置３０間での電波の送受信を利用した同期が行われる。すなわち、図１０（Ａ）において例示するように、第１～第４地中レーダー装置３０Ａ～３０Ｄのうち、第１地中レーダー装置３０Ａをマスターである地中レーダー装置３０Ｍとし、他の第２～第４地中レーダー装置３０Ｂ～３０Ｄをスレーブとする。この場合、マスターである第１地中レーダー装置３０Ａを基準として、スレーブである第２～第４地中レーダー装置３０Ｂ～３０Ｄを同期させることで、複数の地中レーダー装置３０間での同期をとることになる。この場合において、例えば、一方の端に配置されているマスターの地中レーダー装置３０Ｍ（第１地中レーダー装置３０Ａ）と、他方の端に配置されているスレーブの地中レーダー装置３０Ｓ（第４地中レーダー装置３０Ｄ）とでは、その配置関係から電波があまり届かず、電波の授受があまりうまくいかない、といったことも生じ得る。このような場合、第１実施形態においても例示して説明したように（図８のステップＳ３１４）、スレーブの地中レーダー装置３０Ｓの１つである第４地中レーダー装置３０Ｄでの同期がとれなくなってしまうことになる。そこで、本実施形態では、このような場合において、複数の地中レーダー装置３０間において、マスターの役割とスレーブの役割とを入れ替えることで、対応可能な構成としている。

【0077】

なお、以下では、スレーブである第２～第４地中レーダー装置３０Ｂ～３０Ｄのうち、第４地中レーダー装置３０Ｄ以外の第２及び第３地中レーダー装置３０Ｂ，３０Ｃでは、第１地中レーダー装置３０Ａとの同期が完了しているものとする。

【0078】

以上のような場合において、図１０（Ｂ）に示すように、例えば同期が完了している第２及び第３地中レーダー装置３０Ｂ，３０Ｃのうちの一方を、新たなマスターである地中レーダー装置３０Ｍとし（図示の場合、第２地中レーダー装置３０Ｂを新たなマスタ―としている）、他の地中レーダー装置を、スレーブである地中レーダー装置３０Ｓとして取り扱い、再度、同期をとり直すようにすることが考えられる。すなわち、全体制御部５０において、複数の地中レーダー装置３０における同期が完了しない場合、複数の地中レーダー装置３０のうち送信信号である早期用の送信波Ｓ１を送信するマスターの地中レーダー装置を変更することで、同期を完了させることが可能になるようにする。

【0079】

以上のように、本実施形態における一態様の地中レーダーシステム２００においても、複数の地中レーダー装置３０の間での同期をとるに際して、各地中レーダー装置３０が個々に有する電波の送受信機能を利用することにより、高精度な同期動作が可能となる。また、例えば地中レーダー装置３０の数を増減させたり、配置を変えたりといった場合においても、配線等の煩雑な準備を必要とすること無く同期をとることができるので、簡易かつ迅速な対応が可能となる。さらに、本実施形態の場合、必要に応じてマスターとスレーブとの役割を入れ替えることで、一部に同期ができない場合においても簡易かつ迅速な対処が可能になる。

【0080】

〔その他〕
この発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。

【0081】

まず、上記各実施形態において、同期の完了後の本動作である地中探査の動作については、種々の方法を適用することができる。例えば、全体制御部５０からの指令信号に従い、各地中レーダー装置３０が順次地中探査を行っていくことで、混信を回避させつつ確実に探査を行うことができる。なお、この際、例えば、高精度に時刻合わせされている時間情報に応じて各地中レーダー装置３０での送信受信のタイミングを定めることが考えられる。

【0082】

また、例えば上記では、図９の例示において、地中レーダー装置３０の配列を一列あるいは千鳥型としているが、これに限らず、種々の配置とすることができる。また、例えば各地中レーダー装置３０の間隔を一定とする場合に限らず、間隔を適宜変更してもよい。また、移動体として、自動車を例示しているが、これに限らず、列車や、あるいは手押し車等のようにユーザー（オペレーター）が手動で移動させることができるもの等、種々のタイプの移動体において本願の地中レーダーシステムを搭載させることができる。

【0083】

なお、以上の各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。

【符号の説明】

【0084】

１０…アンテナ装置、２０…制御部、２１…送受信制御部、２１ａ…クロック調整部、２１ｂ…タイマー、２２ａ…送信部、２２ｂ…受信部、３０，３０Ｍ，３０Ｓ，３０Ａ－３０Ｄ…地中レーダー装置、５０…全体制御部、１００…地中レーダーシステム、２００…地中レーダーシステム、ＡＣ…非同期接続、ＡＪ１－ＡＪ３…調整区間、ＡＲ，ＡＲ１，ＡＲ３，ＡＲ６…矢印、Ｃ１－Ｃ３…指令信号、ＥＳ…地表、Ｈ１，Ｈ２…方向、ＩＰ…反転パルス送信、ＰＳ…パルス送信、ＲＯ…道路、Ｒｘ…受信アンテナ、Ｓ１…送信波、Ｓ２…応答波、ＳＷ…スイッチ回路、Ｔ１－Ｔ５…時刻、Ｔｘ…送信アンテナ、ＶＥ…車両、α－δ…チャート

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】