JP6529689B2 - 観測装置および観測方法 - Google Patents

Description

この発明は、路面などに埋設された物体を観測する観測装置および観測方法に関する。

従来から、誘電体を透過する電磁波の波動としての性質を利用して誘電体内部の状態を観測する観測装置が知られている。この観測装置は、非破壊観測が可能であるため、地雷探知、資源探査などを行うことができる。
例えば、特許文献１には、電磁波レーダを使用して、地盤中に発生した空洞を探査する方法が記載されている。この方法では、空洞の探査精度を向上させるために、内部に空洞の存在が予想される対象面に電磁波を照射したときに、電磁波の反射波データを時系列に取得し、取得した時系列データから不要な反射波のデータを除去している。

特開２０１５−１９７４３４号公報

特許文献１に記載された空洞厚探査方法では、不要波が発生したときの反射波の時系列データを用いて不要波を除去するため、不要波が発生した位置を上記時系列データで特定する必要がある。
しかしながら、埋設物の観測系では、観測対象に照射した電磁波が埋設物以外の様々な箇所で散乱するため、不要波が発生した位置を特定することは非常に困難であり、不要波を抑圧して高分解能で目標を観測することができない。

この発明は上記課題を解決するもので、不要波を抑圧して高分解能で目標を観測することができる観測装置および観測方法を得ることを目的とする。

この発明に係る観測装置は、前処理部、高分解能化処理部、不要波抑圧処理部、および目標検出処理部を備える。前処理部は、観測対象の誘電体に照射されて散乱した電磁波が二次元画像で表された波動データから直流成分を除去し、コントラストを補正する。高分解能化処理部は、前処理部によって処理された波動データを高分解能化する。不要波抑圧処理部は、高分解能化処理部によって処理された波動データを周波数空間のデータに変換し、周波数空間に変換した波動データの不要波を抑圧する。目標検出処理部は、不要波抑圧処理部によって不要波が抑圧された波動データから誘電体の内部の目標に応じた信号を検出する。また、不要波抑圧処理部は、高分解能化処理部によって高分解能化された波動データを周波数空間のデータにフーリエ変換し、周波数空間の波動データの周波数成分のうち、閾値よりも低い周波数成分を不要波として除去してから実空間のデータに逆フーリエ変換する。また、目標検出処理部は、閾値および目標のアジマス軸に対応する周波数上の帯域から目標検出用閾値を算出し、波動データが示す信号のうち、目標検出用閾値を超える信号を誘電体の内部の目標に応じた信号として検出する。

この発明によれば、誘電体に照射されて散乱した電磁波の波動データを高分解能化してから不要波を抑圧するので、不要波を抑圧して高分解能で目標を観測することができる。

この発明の実施の形態１に係る観測装置を用いた観測例を示す図である。 実施の形態１に係る観測装置の機能構成を示すブロック図である。 図３Ａは、実施の形態１に係る観測装置の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図３Ｂは、実施の形態１に係る観測装置の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る観測装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態１における波動データの観測の概要を示す図である。 前処理部の動作を示すフローチャートである。 高分解能化処理部の動作を示すフローチャートである。 高分解能化された波動データの例を示す図である。 不要波抑圧処理部および目標検出処理部の動作を示すフローチャートである。 不要波抑圧の概要を示す図である。 実施の形態１に係る観測装置による最終的な観測データの一例を示す図である。

以下、この発明をより詳細に説明するため、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る観測装置１を用いた観測例を示す図である。
図１に示すように、観測装置１は、レーダ装置１ａに組み込まれて台車１ｂなどの移動体に搭載される。ユーザＡは、台車１ｂをアジマス方向（ｘ軸方向）に移動させる。
レーダ装置１ａは、アジマス方向に対して直交する方向に電磁波ビームを、路面などの誘電体に向けて照射角Δθで照射し、誘電体での散乱波を受信する。
誘電体の内部に埋設物または空洞が存在すると、電磁波は、誘電体の境界面で散乱し、埋設物または空洞の境界面で散乱する。レーダ装置１ａは、誘電体側で散乱された電磁波を表す二次元画像を生成して観測装置１に出力する。以下、この二次元画像を波動データと呼ぶ。観測装置１は、レーダ装置１ａから入力した波動データを用いて誘電体の内部の埋設物または空洞を観測する。

図２は、観測装置１の機能構成を示すブロック図である。図２に示すように、観測装置１は、波動データ記憶部２、前処理部３、高分解能化処理部４、不要波抑圧処理部５、目標検出処理部６および出力データ記憶部７を備える。
波動データ記憶部２は、レーダ装置１ａから入力した上記波動データを記憶する記憶部である。波動データ記憶部２に記憶された波動データは、前処理部３に転送される。
前処理部３は、波動データ記憶部２から転送された波動データから直流成分を除去し、コントラストを補正する。例えば、前処理部３は、波動データからスラントレンジ方向の直流成分を除去し、続いてアジマス方向の直流成分を除去し、さらにコントラスト補正を行う。これらの前処理を施すことにより、誘電体を電磁波が透過したときの波動の減衰が補正される。

高分解能化処理部４は、前処理部３によって処理された波動データを高分解能化する。
例えば、高分解能化処理部４は、前処理が施された波動データを周波数空間のデータに変換し、周波数空間上で波動データの波面を球面形状に補償し、さらに、波動伝達方向を直交化させるストルト補間を施してから、実空間のデータに変換する。
不要波抑圧処理部５は、高分解能化処理部４によって高分解能化された波動データを周波数空間のデータに変換し、周波数空間に変換した波動データの不要波を抑圧する。
例えば、不要波抑圧処理部５は、波動データをフーリエ変換して得られた周波数空間の波動データの周波数成分のうち、閾値よりも低い周波数成分を除去して、実空間のデータに逆フーリエ変換する。上記閾値は、誘電体に照射された電磁波の中心周波数、ビーム幅および照射間隔に基づいて設定される。

目標検出処理部６は、不要波抑圧処理部５によって不要波が抑圧された波動データから誘電体の内部の目標に応じた信号を検出する。
例えば、目標検出処理部６は、不要波が抑圧された後の波動データが示す信号から強度が目標検出用閾値を超える信号を検出し、検出した信号から二値化データを生成する。
二値化データは目標検出処理部６の出力データである。上記目標検出用閾値は、不要波抑圧処理に使用された閾値に基づいて算出される。
出力データ記憶部７は、目標検出処理部６から入力した出力データを記憶する記憶部である。

波動データ記憶部２および出力データ記憶部７は、観測装置１とは別に設けられた外部記憶装置において実現されてもよい。この構成では、レーダ装置１ａからの波動データが外部記憶装置における波動データ記憶部２に記憶され、観測装置１は、この外部記憶装置から波動データを読み出す。また、観測装置１で得られた出力データは、外部記憶装置における出力データ記憶部７に記憶される。
すなわち、実施の形態１に係る観測装置１では、波動データ記憶部２および出力データ記憶部７が必須の構成ではなく省略してもよい。

図３Ａは、観測装置１の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図３Ｂは、観測装置１の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。図３Ａおよび図３Ｂにおいて、入力用記憶装置１００は、観測装置１に入力するデータを記憶する記憶装置であり、図１に示した波動データ記憶部２である。
出力用記憶装置１０１は、観測装置１により生成された出力データを記憶する記憶装置であり、図１に示した出力データ記憶部７である。

観測装置１における前処理部３、高分解能化処理部４、不要波抑圧処理部５および目標検出処理部６の各機能は、処理回路により実現される。すなわち、観測装置１は、これらの機能を実行するための処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアであってもメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよい。

処理回路が図３Ａに示す専用のハードウェアの処理回路１０２の場合、処理回路１０２は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）またはこれらを組み合わせたものが該当する。
観測装置１における前処理部３、高分解能化処理部４、不要波抑圧処理部５および目標検出処理部６の各機能をそれぞれ処理回路で実現してもよいし、各機能をまとめて１つの処理回路で実現してもよい。

処理回路が図３Ｂに示すプロセッサ１０３である場合、前処理部３、高分解能化処理部４、不要波抑圧処理部５および目標検出処理部６の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ１０４に格納される。

プロセッサ１０３は、メモリ１０４に格納されたプログラムを読み出して実行することにより各機能を実現する。すなわち、観測装置１は、処理回路により実行されるときに、図４に示すステップＳＴ１からステップＳＴ４の処理が結果的に実行されるプログラムを格納するためのメモリ１０４を備える。
また、これらのプログラムは、前処理部３、高分解能化処理部４、不要波抑圧処理部５および目標検出処理部６の手順または方法をコンピュータに実行させるものである。

ここで、メモリは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ＥＰＲＯＭ）などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）などが該当する。

また、前処理部３、高分解能化処理部４、不要波抑圧処理部５および目標検出処理部６の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。例えば、前処理部３および高分解能化処理部４は、専用のハードウェアの処理回路でその機能を実現し、不要波抑圧処理部５および目標検出処理部６については、プロセッサ１０３がメモリ１０４に格納されたプログラム実行することにより、その機能を実現する。
このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせによって前述の機能を実現することができる。

次に動作について説明する。
図４は、観測装置１の動作を示すフローチャートであり、波動データに前処理を施して目標である埋設物を検出するまでの一連の処理を示している。
まず、前処理部３は、波動データ記憶部２から転送された波動データに前処理を行う（ステップＳＴ１）。前処理には、スラントレンジ方向の直流成分の除去、アジマス方向の直流成分の除去およびコントラスト補正がある。これらの処理の詳細は図５および図６を用いて後述する。

次に、高分解能化処理部４は、前処理部３により前処理された波動データを高分解能化する（ステップＳＴ２）。高分解能化処理には、波動データのフーリエ変換、波動データの波面の補償、ストルト補間、逆フーリエ変換がある。これらの処理の詳細は図７および図８を用いて後述する。

不要波抑圧処理部５は、高分解能化処理部４により処理された波動データを周波数空間のデータに変換してから不要波を抑圧する（ステップＳＴ３）。例えば、周波数空間のデータに変換された波動データの周波数成分のうち、閾値よりも低い周波数成分が不要波として除去される。不要波抑圧処理の詳細は図９および図１０を用いて後述する。

目標検出処理部６は、不要波抑圧処理部５により処理された波動データから誘電体内部の埋設物に応じた信号を検出する（ステップＳＴ４）。不要波が抑圧された波動データが示す信号のうち、目標検出用閾値を超える強度の信号が目標の信号として検出される。
目標検出処理の詳細は、図９から図１１を用いて後述する。

図５は、波動データの観測の概要を示す図であり、図１に示したレーダ装置１ａによる波動データ観測の概要を示している。観測系１０において、観測対象の誘電体は、誘電率ε_ｒ，１を有する空間２１である。レーダ装置１ａが備える送受信機１１〜１４は、空間２１の誘電率ε_ｒ，１よりも低い誘電率ε_ｒ，０（ε_ｒ，０＜ε_ｒ，１）を有する空間２０に配置されている。破線で示した領域２２は、埋設物２４が埋設された誘電体の空間２１の内部を含む領域である。埋設物２４は、誘電率ε_ｒ，２を有する。

送受信器１１〜１４は、空間２１に向けてパルス状の電磁波１５〜１８を照射する。
領域２２において、電磁波１５〜１８は、誘電率が異なる空間２０と空間２１との境界面２３で散乱し、誘電率が異なる空間２１と埋設物２４との境界面２５で散乱する。送受信機１１〜１４は、境界面２３，２５で散乱した電磁波１５〜１８を受信する。
レーダ装置１ａは、受信した電磁波１５〜１８の情報に基づいて、境界面２３，２５で散乱した電磁波を示す二次元データ（波動データ）を生成して観測装置１に出力する。
なお、図５では、レーダ装置１ａがｘ軸方向に並んだ複数の送受信機を用いて観測する場合を示したが、レーダ装置１ａは、１つの送受信機をアジマス方向（図５のｘ軸方向）に移動させながら観測する構成であってもよい。

次に前処理の詳細を説明する。
図６は、前処理部３の動作を示すフローチャートである。
前処理部３は、波動データ記憶部２から転送された波動データを入力すると、入力した波動データからスラントレンジ方向の直流成分を除去する（ステップＳＴ１ａ）。
例えば、前処理部３は、波動データｓ（ｘ，ｔ）が固定小数点型データである場合を考慮して、スラントレンジ方向の直流成分ｓ_ＤＣ，ｔ（ｘ，ｔ）を、下記式（１）を用いて推定する。続いて、前処理部３は、下記式（２）を用いて、波動データｓ（ｘ，ｔ）からスラントレンジ方向の直流成分ｓ_ＤＣ，ｔ（ｘ，ｔ）を除去する。
下記式（１）において、Ｔ_ＰＲＩは、レーダ装置１ａが電磁波を送信するパルス繰り返し周期である。下記式（２）において、波動データｓ_０，ｔ（ｘ，ｔ）は、上記直流成分ｓ_ＤＣ，ｔ（ｘ，ｔ）を除去した波動データである。

次に、前処理部３は、上記直流成分ｓ_ＤＣ，ｔ（ｘ，ｔ）を除去した波動データから、アジマス方向の直流成分を除去する（ステップＳＴ２ａ）。例えば、前処理部３は、波動データｓ（ｘ，ｔ）が固定小数点型データである場合を考慮し、アジマス方向の直流成分ｓ_ＤＣ，ｘ（ｘ，ｔ）を、下記式（３）を用いて推定する。前処理部３は、下記式（４）を用いて、スラントレンジ方向の直流成分を除去した波動データｓ_０，ｔ（ｘ，ｔ）からアジマス方向の直流成分ｓ_ＤＣ，ｘ（ｘ，ｔ）を除去する。
下記式（３）において、Ｌ_ｘはアジマス方向の開口長である。下記式（４）において、波動データｓ_{０，ｔ，ｘ}（ｘ，ｔ）は、スラントレンジ方向の直流成分とアジマス方向の直流成分とを除去した波動データである。
なお、ｘ軸［−Ｌ_ｘ／２，Ｌ_ｘ／２］はアジマス方向であり、ｔ軸［０，Ｔ_ｐｒｉ］はスラントレンジ方向、ｚ軸［−Ｌ_ｚ／２，Ｌ_ｚ／２］はエレベーション方向である。

最後に、前処理部３は、波動データのコントラストを補正する（ステップＳＴ３ａ）。これにより、誘電体を電磁波が透過したときの波動データの減衰が補正される。
例えば、前処理部３は、誘電体を透過したときの波動データｓ_{０，ｔ，ｘ}（ｘ，ｔ）の減衰を考慮して、下記式（５）に示すコントラスト補正関数ｓ_{ＣＮＴ，ｔ，ｘ}（ｘ，ｔ）を定義する。次に、前処理部３は、波動データｓ_{０，ｔ，ｘ}（ｘ，ｔ）に対して、下記式（６）を用いたコントラスト補正を行う。
下記式（５）において、Ｔ_ｏｂｓは全てのアジマス時間（スロウタイム）である。
下記式（６）において、波動データｓ_ＰＲＥ（ｘ，ｔ）は、上記のコントラスト補正が行われた波動データである。

次に高分解能化処理の詳細を説明する。
図７は、高分解能化処理部４の動作を示すフローチャートである。
高分解能化処理部４は、下記式（７）を用いて波動データｓ_ＰＲＥ（ｘ，ｔ）に対して二次元高速フーリエ変換（以下、二次元ＦＦＴと記載する）を実施する（ステップＳＴ１ｂ）。下記式（７）において、波動データＳ_ＰＲＥ（ｋ_ｘ，ｋｔ）は、周波数空間の波動データであり、ｃは光の速度である。

次に、高分解能化処理部４は、周波数空間で波動データの波面を球面形状に補償する、いわゆるアジマス一括圧縮を実施する（ステップＳＴ２ｂ）。例えば、高分解能化処理部４は、波動データＳ_ＰＲＥ（ｋ_ｘ，ｋｔ）に対して、下記式（８）に従ったアジマス一括圧縮を実施する。アジマス一括圧縮によって、波動データＳ_ＰＲＥ（ｋ_ｘ，ｋ）の波面が揃えられ、波動データの像をフォーカスさせた波動データＳ_ＢＵＬＫ（ｋ_ｘ，ｋ）が得られる。ただし、下記式（８）において、Ｒ_０はフォーカス距離であり、例えば、下記式（９）で定義される。ｋ_ｚは、下記式（１０）で定義される波数である。

続いて、高分解能化処理部４は、波動データＳ_ＢＵＬＫ（ｋ_ｘ，ｋ）の波動伝達方向を直交化させるストルト補間を実施する（ステップＳＴ３ｂ）。
ストルト補間は、波動データＳ_ＢＵＬＫ（ｋ_ｘ，ｋ）における波動空間（ｋ_ｘ，ｋ）を（ｋ_ｘ，ｋ_ｚ）に変換する処理である。波動データＳ_ＳＡＲ（ｋ_ｘ，ｋ_ｚ）は、ストルト補間によって得られた波動データである。

高分解能化処理部４は、下記式（１１）を用いて波動データＳ_ＳＡＲ（ｋ_ｘ，ｋ_ｚ）に対して、二次元逆高速フーリエ変換（以下、二次元ＩＦＦＴと記載する）を実施する（ステップＳＴ４ｂ）。なお、下記式（１１）において、波動データＩ_ＳＡＲ（ｘ，ｚ）は実空間の波動データである。下記式（１１）では波動データＳ_ＳＡＲ（ｋ_ｘ，ｋ_ｚ）に対してアジマス方向（ｘ軸）およびエレベーション方向（ｚ軸）の二次元にＩＦＦＴを実施することになる。

図８は高分解能化された波動データＩ_ＳＡＲ（ｘ，ｚ）の例を示す図であり、波動データＩ_ＳＡＲ（ｘ，ｚ）を波動データ２６と記載している。波動データ２６は、例えば、図５に示した領域２２を観測して得られたデータである。波動データ２６における不要波信号Ｂ１を示す画像は、図５に示した境界面２３での散乱波に起因するものであり、波動データ２６における埋設物信号Ａ１を示す画像は、図５に示した境界面２５での散乱波に起因する。波動データ２６における不要波信号Ｂ１〜Ｂ５を示す画像は、埋設物信号Ａ１以外の散乱波に起因するものであり、それぞれがアジマス方向に層状に広がった画像となる。

埋設物信号Ａ１は、埋設物または空洞で散乱された電磁波に起因する信号である。このため、埋設物信号Ａ１が示す画像は、波動データの画像において、層状に広がった不要波信号Ｂ１〜Ｂ５が示す画像に比べて十分に狭い領域、すなわち局所的に存在する。
実施の形態１に係る観測装置１は、図９および図１０を用いて後述する不要波抑圧処理を波動データに施すことで、不要波信号Ｂ１〜Ｂ５のような埋設物信号Ａ１以外の不要波を抑圧する。これにより、埋設物の検出効率が改善する。

特に、高分解能化処理部４が、前処理部３によって前処理された波動データに対して、二次元フーリエ変換を実施し、変換後の波動データにアジマス一括圧縮を実施し、さらに波動伝達方向を直交化させる補間を実施する、いわゆる二次元合成開口処理を実施する。
これによって、波動の局所性が向上し、埋設物の位置推定精度が向上し、不要波までも高分解能で観測することが可能となる。

二次元合成開口処理はＯｍｅｇａ−Ｋ方式であるが、これに限定されるものではない。例えば、Ｒａｎｇｅ Ｄｏｐｐｌｅｒ方式またはＢａｃｋ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ方式であってもよい。ステップＳＴ３ｂでストルト補間を実施したが、例えば、ｓｉｎｃ補間またはキュービック補間を実施してもよい。

図７のステップＳＴ４ｂにおいて、アジマス方向（ｘ軸）およびエレベーション方向（ｚ軸）の二次元にＩＦＦＴを波動データに実施して、二次元合成開口処理を実施した後の波動データ２６を得ていた。ステップＳＴ４ｂの処理を省略し、代わりにステップＳＴ１ｂで実施したアジマス方向のＦＦＴをエレベーション方向のＩＦＦＴとして実施してもよい。

次に不要波抑圧処理および目標検出処理の詳細を説明する。
図９は不要波抑圧処理部５および目標検出処理部６の動作を示すフローチャートである。不要波抑圧処理部５は、高分解能化処理部４から入力した波動データＩ_ＳＡＲ（ｘ，ｚ）に対してアジマス方向のＦＦＴを実施する（ステップＳＴ１ｃ）。これにより、実空間の波動データが周波数空間のデータに変換される。
例えば、不要波抑圧処理部５は、波動データＩ_ＳＡＲ（ｘ，ｚ）に対して下記式（１２）に従ったアジマス方向のＦＦＴを実施することにより、アジマス周波数空間の波動データＳ_ＳＡＲ（ｋ_ｘ，ｚ）に変換する。

不要波抑圧処理部５は、アジマス周波数空間の波動データＳ_ＳＡＲ（ｋ_ｘ，ｚ）に対してハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を適用する（ステップＳＴ２ｃ）。
例えば、不要波抑圧処理部５は、下記式（１３）で示すＨＰＦを適用することにより、波動データＳ_ＳＡＲ（ｋ_ｘ，ｚ）から、ＨＰＦのカットオフ周波数ｆ_ｘ以下の低周波数成分（｜ｋ_ｘ｜≦ｆ_ｘ）を除去する。このカットオフ周波数ｆ_ｘが不要波抑圧用の閾値である。

上記低周波数成分が、図８に示した層状に広がりをもつ不要波信号Ｂ１〜Ｂ５である。
波動データＳ_{ＳＡＲ，ＲＥＭＯＶＥ}（ｋ_ｘ，ｚ）は、波動データＳ_ＳＡＲ（ｋ_ｘ，ｚ）からカットオフ周波数ｆ_ｘ以下の低周波数成分を除去した後の波動データである。

前述したＨＰＦ処理は、フーリエ変換の不確定性原理を利用している。
例えば、図１０に示すように、実空間で層状に広がる不要波信号は、実空間で局所的に存在する埋設物信号よりも、周波数空間では低周波かつ狭帯域となる。
一方、実空間で局所的に存在する埋設物信号は、実空間で層状に広がる不要波信号よりも、周波数空間では広帯域となる。従って、波動データにアジマス方向のｘ軸上でＦＦＴを実施して周波数空間のデータに変換し、周波数軸上で指定したカットオフ周波数以下を遮断するＨＰＦを適用する。これにより、埋設物信号が有する周波数よりも低周波である不要波を抑圧することができる。

ステップＳＴ２ｃのＨＰＦ処理で使用されたカットオフ周波数ｆ_ｘは、レーダ装置情報に基づいて不要波抑圧処理部５によって算出される。レーダ装置情報には、誘電体に照射された電磁波の中心周波数、ビーム幅および照射間隔が含まれる。
例えば、不要波抑圧処理部５は、レーダ装置情報に基づいてアジマス方向の開口長Ｌ_ｘを算出して、下記式（１３−１）からカットオフ周波数ｆ_ｘを算出する。
不要波抑圧処理部５は、このように算出したカットオフ周波数ｆ_ｘをＨＰＦに設定する（ステップＳＴ３ｃ）。また、不要波抑圧処理部５は、カットオフ周波数ｆ_ｘを目標検出処理部６に出力する。

次に、不要波抑圧処理部５は、不要波を抑圧した波動データＳ_ＳＡＲ（ｋ_ｘ，ｚ）に対してアジマス方向にＩＦＦＴ処理を実施する（ステップＳＴ４ｃ）。これにより、周波数空間の波動データが実空間のデータに変換される。
例えば、不要波抑圧処理部５は、不要波が抑圧されたアジマス周波数空間の波動データＳ_{ＳＡＲ，ＲＥＭＯＶＥ}（ｋ_ｘ，ｚ）に対して、下記式（１４）に従ったＩＦＦＴを実施することにより、不要波が抑圧された波動データＩ_{ＳＡＲ，ＲＥＭＯＶＥ}（ｘ，ｚ）に変換する。
不要波抑圧処理部５は、不要波が抑圧された波動データＩ_{ＳＡＲ，ＲＥＭＯＶＥ}（ｘ，ｚ）とステップＳＴ３ｃで算出したカットオフ周波数ｆ_ｘを目標検出処理部６へ出力する。

図９に示したステップＳＴ１ｃおよびステップＳＴ４ｃにおいて、アジマス方向のみのＦＦＴおよびＩＦＦＴを実施したが、これは、アジマス方向に層状に広がる不要波を低負荷で、かつ、効率よく抑圧するためである。
エレベーション方向（ｚ軸）に層状に広がる不要波を抑圧対象とする場合は、ステップＳＴ１ｃおよびステップＳＴ４ｃの処理において、エレベーション方向の二次元ＦＦＴと二次元ＩＦＦＴとを実施してもよい。

目標検出処理部６は、不要波抑圧処理部５から入力したカットオフ周波数ｆ_ｘを用い、下記式（１５）および下記式（１６）に従って目標検出用の閾値Ｔを算出する（ステップＳＴ１ｄ）。Ａ_ｘは、埋設物信号の電力損失係数であり、下記式（１６）に従って算出される。Ｂ_ｘは、図５に示した埋設物２４のアジマス軸（ｘ軸）に対応する周波数上の帯域を示している。Ｔ_ｏｒｉは初期設定における初期閾値であり、例えば、振幅正規化後の波動データでは、初期閾値Ｔ_ｏｒｉを２とすれば、標準偏差√２に相当する。

目標検出処理部６は、不要波が抑圧された実空間の波動データのうち、目標検出用の閾値Ｔを超える信号のみを検出する（ステップＳＴ２ｄ）。例えば、目標検出処理部６は、不要波が抑圧された実空間の波動データＩ_{ＳＡＲ，ＲＥＭＯＶＥ}（ｘ，ｚ）が示す信号のうち、閾値Ｔを超える信号［Ｉ_{ＳＡＲ，ＲＥＭＯＶＥ}（ｘ，ｚ）≧Ｔ］のみを検出する。これにより、二値化データＩ_{ＢＩＮＡＲＩ}（ｘ，ｚ）が得られる。

図１１は、観測装置１よる最終的な観測データの一例を示す図であり、観測データは、目標検出処理部６により得られた二値化データＩ_{ＢＩＮＡＲＩ}（ｘ，ｚ）である。
図１１において、二値化データ２７は二値化データＩ_{ＢＩＮＡＲＩ}（ｘ，ｚ）であり、図５に示した領域２２の観測データに相当する。埋設物信号Ａ２は、図８に示した波動データ２６における埋設物信号Ａ１から不要波を抑圧して目標検出処理を実施した信号である。二値化データ２７における不要波信号Ｂ６，Ｂ７は、カットオフ周波数ｆ_ｘよりも高周波数の信号であり、抑圧されずに残留した不要波である。
二値化データ２７における埋設物信号Ａ２を示す画像面積は、波動データ２６における埋設物信号Ａ１の画像面積に比べて狭い。これは、不要波を抑圧することで、周波数領域で広帯域となる埋設物信号の低周波成分が除去され、電力損失が生じたためである。

以上のように、実施の形態１に係る観測装置１において、前処理部３は、観測対象の誘電体に照射されて散乱した電磁波が二次元画像で表された波動データから直流成分を除去し、コントラストを補正する。高分解能化処理部４は、前処理部３によって処理された波動データを高分解能化する。不要波抑圧処理部５は、高分解能化処理部４によって処理された波動データを周波数空間のデータに変換し、周波数空間に変換した波動データの不要波を抑圧する。目標検出処理部６は、不要波抑圧処理部５によって不要波が抑圧された波動データから誘電体の内部の目標に応じた信号を検出する。
波動データが高分解能化されてから、波動データに残留する不要波が抑圧されるので、埋設物以外に起因した不要波を抑圧し、埋設物の検出効率を高めることができる。

実施の形態１に係る観測装置１において、不要波抑圧処理部５は、高分解能化処理部４によって高分解能化された波動データを周波数空間のデータにフーリエ変換し、周波数空間の波動データの周波数成分のうち、閾値よりも低い周波数成分を不要波として除去してから実空間のデータに逆フーリエ変換する。これにより、高分解能化された波動データのうちから、波動データに残留する不要波を抑圧することができる。

実施の形態１に係る観測装置１において、不要波抑圧処理部５は、誘電体に照射された電磁波の中心周波数、ビーム幅および照射間隔に基づいて上記閾値を設定する。これにより、埋設物以外に起因した不要波を適切に抑圧することができる。

実施の形態１に係る観測装置１において、目標検出処理部６は、上記閾値から目標検出用閾値Ｔを算出し、波動データが示す信号のうち、目標検出用閾値を超える信号を誘電体の内部の目標に応じた信号として検出する。これにより、目標に応じた信号を精度よく検出することができる。

なお、本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

この発明に係る観測装置は、誘電体の内部に生じた不要波を抑圧して高分解能で目標を観測することができるので、地雷探査、地中の空洞などの埋設物探査、構造物の内部診断などに好適である。

１ 観測装置、１ａ レーダ装置、１ｂ 台車、２ 波動データ記憶部、３ 前処理部、４ 高分解能化処理部、５ 不要波抑圧処理部、６ 目標検出処理部、７ 出力データ記憶部、１０ 観測系、１１〜１４ 送受信機、１５〜１８ 電磁波、２０，２１ 空間、２２ 領域、２３，２５ 境界面、２４ 埋設物、２６ 波動データ、２７ 二値化データ、１００ 入力用記憶装置、１０１ 出力用記憶装置、１０２ 処理回路、１０３ プロセッサ、１０４ メモリ。

Claims (3)

1. 誘電体に照射されて散乱した電磁波が二次元画像で表された波動データから直流成分を除去し、コントラストを補正する前処理部と、
   前記前処理部によって処理された波動データを高分解能化する高分解能化処理部と、
   前記高分解能化処理部によって処理された波動データを周波数空間のデータに変換し、周波数空間に変換した波動データの不要波を抑圧する不要波抑圧処理部と、
   前記不要波抑圧処理部によって不要波が抑圧された波動データから前記誘電体の内部の目標に応じた信号を検出する目標検出処理部と
   を備え、
   前記不要波抑圧処理部は、前記高分解能化処理部によって高分解能化された波動データを周波数空間のデータにフーリエ変換し、周波数空間の波動データの周波数成分のうち、閾値よりも低い周波数成分を不要波として除去してから実空間のデータに逆フーリエ変換し、
   前記目標検出処理部は、前記閾値および前記目標のアジマス軸に対応する周波数上の帯域から目標検出用閾値を算出し、波動データが示す信号のうち、前記目標検出用閾値を超える信号を前記誘電体の内部の目標に応じた信号として検出する
   ことを特徴とする観測装置。
2. 前記不要波抑圧処理部は、前記誘電体に電磁波を照射しながら移動するレーダ装置としてのアジマス開口長を算出し、前記アジマス開口長を用いて前記閾値を設定すること
   を特徴とする請求項１記載の観測装置。
3. 前処理部が、誘電体に照射されて散乱した電磁波が二次元画像で表された波動データから直流成分を除去し、コントラストを補正するステップと、
   高分解能化処理部が、前記前処理部によって処理された波動データを高分解能化するステップと、
   不要波抑圧処理部が、前記高分解能化処理部によって処理された波動データを周波数空間のデータに変換し、周波数空間に変換した波動データの不要波を抑圧するステップと、
   目標検出処理部が、前記不要波抑圧処理部によって不要波が抑圧された波動データから前記誘電体の内部の目標に応じた信号を検出するステップと
   を備え、
   前記不要波抑圧処理部は、前記高分解能化処理部によって高分解能化された波動データを周波数空間のデータにフーリエ変換し、周波数空間の波動データの周波数成分のうち、閾値よりも低い周波数成分を不要波として除去してから実空間のデータに逆フーリエ変換し、
   前記目標検出処理部は、前記閾値および前記目標のアジマス軸に対応する周波数上の帯域から目標検出用閾値を算出し、波動データが示す信号のうち、前記目標検出用閾値を超える信号を前記誘電体の内部の目標に応じた信号として検出する
   ことを特徴とする観測方法。

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