JP2001526767A - 近接物体検出用の掃引距離ゲート付きレーダシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 コンクリート、土の中、壁の背後に埋められるか空気中にある補強用鋼鉄製棒、管ほかの物体などの近接物体の位置を特定できる費用効率の良い超広帯域レーダシステム（３２）。超広帯域レーダパルス列を搬送波なしで送出し、その送出波が媒質の変化点、すなわち空気から金属へのまたはコンクリートから金属への変化点に遭遇した度ごとに生ずる反射パルスエネルギーをシステム（３２）で検出する。この反射エネルギーを検出し可視的に表示する。距離ゲートを連続的に変動させて、この装置からターゲットの反射エネルギーの潜在的検出点までの距離が変わるようにする。この走査の深さを連続的に掃引することによって、操作者はこの装置を表面沿いに二次元的に動かすだけで、その表面の内部または背後に多様な深さで埋め込まれ、または隠されている物体を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】 近接物体検出用の掃引距離ゲート付きレーダシステム発明の背景 発明の分野 この発明はレーダシステムに関し、より詳細には、コンクリート、土の中や壁 の背後に埋め込まれた補強用の鋼鉄の棒、管などの近接物体の所在の特定ほかの 用途に用いられる近距離用の廉価なレーダシステムに関する。 従来技術の説明 コンクリート、土の中や壁の中などに埋め込まれた補強用の鋼鉄の棒（補強棒 ）、管ほかの物体の所在を特定できる費用効率の高いシステムが求められている 。これら物体の所在を特定する種々の装置及びシステムが現在使われているが、 それらはすべて性能に限界があるか非常に費用がかかるかのいずれかである。 カリフォルニア州キャンベル所在のジルコンコーポレーションは、プラスター ボードの背後の木製および金属製植込みボルトの所在の特定のための電子式植込 みボルトセンサであって、プラスターボード、ベニア合板など他の材料の背後奥 行き１インチ乃至１．５インチまでの植込みボルトを検出できるセンサを現在製 造している。 ローレンス・リバモア国立研究所（ＬＬＮＬ）は植込みボルト検出型装置の製 造に応用できる超広帯域（ＵＷＢ）レーダ技術を開発した。ここに参照してこの 明細書に組み入れる１９９３年９月３日提出のトーマス エドワード マッキュア ン発明の米国特許出願第０８／０５８，３９８号「インパルスレーダ式植込みボ ルト検出装置」を参照されたい。 また、同様にここに参照してこの明細書に組み入れる１９９２年９月３日提出 のトーマス エドワード マッキュアン発明の米国特許出願第０８／０４４，７１ ７号「超広帯域動き検出装置」、および１９９２年９月１日提出の同発明者によ る米国特許出願第０８／０４４，７５４号「超広帯域信号用の差動受信装置」も 参照されたい。密度の変化を容量性負荷を通じて検出することによっているジル コン社製品と異なり、本願図１に示した上記ＬＬＮＬの技術は超広帯域レーダパ ルス列を搬送波なしで発射し、媒質の変化点、すなわち以下ターゲットという空 気・金属管またはコンクリート・金属間変化点に遭遇した発射パルス波頭に起因 する反射パルスのエネルギーを検出する。この反射エネルギーを検出して可視的 に表示する。 ＬＬＮＬ技術では送波アンテナ１４に接続したステップ発生器１２の駆動用１ ＭＨｚ発振器から高速パルス（通常は１００乃至１０００ｐｓ幅）を発生する。 別個の受波アンテナ１６がサンプラ回路１８に接続してあり、この回路１８を第 ２のステップ発生器２０の駆動用の固定距離遅延発生器２２により遅延を受けた 遅延送波パルスでゲートオンする。すなわち、受波装置（表示装置２６に接続し た増幅および背景減算回路２４に信号を供給するサンプラ回路１８を含む）は送 波パルス発生後の一定時間遅延で反射エネルギーを「捜す」のである。これがレ ーダ分野で周知のいわゆる「距離ゲート」を形成する。 この固定距離ゲートによって、装置から固定の物理的距離にある物体の検出が 、(a)当該装置の距離ゲート遅延、(b)パルスエネルギーの通過媒体、および(c) 光の速度から可能になる。 プラスターボードの背後にある壁植込みボルトの検出などかなり固定的で反復 可能な状況では、家屋などの建築の技術では変動をほとんど生じないので、距離 ゲート遅延時間は固定できる。しかし、上述のように多様な検出用途が要求され る場合は固定距離ユニットでは不十分であることがわかった。操作者による手動 の距離ゲート制御とすることもできるが、そのためには、(a)全面を垂直および 水平の両面で物理的に走査すること、(b)走査を要する各点で距離ゲート制御を 変えること、(c)これら距離ゲート設定点の各々で新たな背景減算（再較正）を 行うことが必要になる。これは手数のかかる誤りを生じやすい操作である。発明の概要 この発明は超広帯域レーダに対する従来技術の固定距離ゲート遅延手法を、距 離ゲート遅延を連続的に変化させること、すなわち装置からターゲット反射エネ ルギーの潜在的検出点までの距離を変化させることによって改良する。操作の「 深さ」を連続的に変化させることによって、ある面の内部または背後の多様な深 さで埋め込まれもしくは隠されまたはそれ以外の形で検出装置から隔てられてい る物体の検出を、その面全体にわたって二次元的に検出装置を動かすだけで操 作者は行うことができる。 これを達成するために本発明の発明者はいくつかの技術的問題を見出すととも に解決した。まず、距離ゲート遅延の如何なる値においても、ある量のランダム な反射エネルギーが受波アンテナに戻されることがわかった。この「クラッタ」 は有限の送受波アンテナ構造と回路分離に主として起因する。費用の嵩むマイク ロ波技術に依ることなく費用効率の良い解決を達成するために、一定量のクラッ タは許容する。図１の従来技術の「背景減算」回路は較正の際に単一回減算を行 い、これら残余の不要な反射信号、すなわち単一の固定距離ゲート遅延ではプラ スターボードの操作など如何なる物理的向きでもかなり一定となる反射信号を除 去または減算する。 しかし、距離ゲートを連続的に変動させると、その距離ゲート掃引と同期して 「背景クラッタ」が連続的に変動することが判った。これを克服するために、こ の発明では距離ゲートを小さい刻み目のステップ状にして、各ステップで固有の 背景除去値を検出し初期較正ルーチンで蓄積する。コンクリート壁の操作など任 意の物理的検出環境で一旦採取したのち、これら蓄積された背景値を各距離ゲー トステップで読み出してその特定の距離設定での実際の反射信号から減算し、コ ンクリート中の埋込補強用棒の検出など「較正ずみ」状態との反射エネルギー変 動だけを表示処理に委ねる。 距離ゲートの掃引について見出された第２の問題は「ターゲット」からの反射 エネルギーが、無線周波数波の伝搬について周知のとおり、距離の２乗で減少す る（パルス送波エネルギーは一定として）ことである。したがって、距離ゲート 遅延の２乗に比例して変動する利得は反射エネルギーの振幅から変動する検出距 離を除去するのに含める。反射エネルギーの量は反射を生じているターゲットの 大きさおよび材料を示すのでこの点は重要である。 第３に、距離ゲート遅延を距離ゲート掃引制御と直接正比例して変動させるこ とが望ましいと判った。これによって、直接較正の際に検出装置から目標物まで の「深さ」の表示が得られる。較正ずみの深さ読み出し値を得るには補正因子も 必要であると判断された。パルス伝搬媒質の誘電率（ｅ_R）は伝搬速度にｅ_Rの平 方根で影響する。したがって、検出装置から反射物体までの実際の深さまたは距 離を得るには次の計算による処理を用いる。 Ｄ＝(．５)(ｔ_D)(Ｃ)(ｅ_R)^1/2 ここでＤ＝アンテナからターゲットまでの距離、 ｔ_D＝パルスの往復伝搬遅延時間、 ｅ_R＝媒質のバルク誘電率、 Ｃ＝光の速度 係数．５は送波アンテナから目標物までの往きと受波アンテナへの帰りとのパル スの「往復」であるために必要となる。 要約すると、この発明による掃引距離ゲートシステムは、従来技術による固定 距離ゲート式装置に必要な構成部分および対応方法以外に、リニア距離ゲート時 間、距離に応じて補正される利得、および多数点背景減算を含む。 ここに開示する超広帯域システムは２ＭＨｚから１０乃至１５ＧＨｚの範囲内 で２ＭＨｚの各倍数の周波数の高調波を伴って動作するが、これは限定的ではな い。図面の簡単な説明 図１は従来技術の固定距離ゲートレーダシステムを示す。 図２はこの発明による掃引距離ゲート付き超広帯域レーダシステムのブロック 図を示す。 図３は図２のシステムの掃引距離ゲート付きシステムタイミングを図解する波 形を示す。 図４は図２のシステムにおいて用いる表示装置の線図である。 図５Ａ、５Ｂおよび５Ｃはこの発明による特殊な検出状態に対応する表示例を 示す。 図６はこの発明による電圧制御遅延発生器を示す。 図７はこの発明によるアンテナ構成を示す。 図８はこの発明による送波器を示す。 図９はこの発明による受波器を示す。 発明の詳細な説明 この発明による上述の種々の特徴はアナログ回路やディジタル回路や例えばマ イクロプロセッサで実行されるソフトウェアの組合せにより達成される。図２は これら特徴を含むシステム３２の一つの実施例を示す。 ２ＭＨｚ主発振器３６は二つの経路、すなわち電圧制御可変遅延回路３８経由 で送出パルス発生器４０に至る第１の経路と、固定遅延回路４２経由で受波パル ス発生器４４に至る第２の経路との二つの経路を駆動する。固定遅延回路４２は 可変素子なしの可変遅延回路３８と同じである。（後述の説明、図６参照）。 電圧制御可変遅延回路３８は受波パルス発生器４４を基準とした送波パルスの 時間の変動を可能にし、Ｄ−Ａ変換器（Ｄ／Ａ）５０が慣用のマイクロプロセッ サ５２による制御の下に変動電圧を生ずる。次に、この構成は最小遅延時間から 最大遅延時間まで連続的に変動する時間遅延を生じさせ、掃引距離を生成する。 通常の掃引周波数は１００Ｈｚである。 受波経路における固定遅延は最大送波遅延以上に設定する。そうすると、送波 パルス発生器４０と受波パルス発生器４４との間のタイミング関係で検出装置に よる捜査対象の距離範囲が定まる。 図３は装置３２の種々の個所の出力信号を示す波形でこのタイミングを図解し ている。図２および図３に示した構成は、送出パルス時間を固定し受波ゲート時 間を可変にした従来慣用のレーダシステムのものと反対である（慣用の構成をこ の発明に利用できるが好ましい実施例ではない）。受波遅延を慣用技術のとおり 掃引すると、高利得増幅器に伴う外部信号結合およびサンプラ保持コンデンサ５ ６における「低下」に起因する追加の背景クラッタが生じ、距離掃引制御電圧の 位相被変調複製成分を発生して好ましくないことが判った。代わりに送出パルス を変動させるとこれらの問題は解消される。 図３を参照すると、時点ｔ_D1およびｔ_D2はそれぞれ送波側電圧制御パルス遅延 ３８の最小値および最大値である。受波パルス遅延４２はｔ_D3に固定してある。 したがって、最大距離はｔ_D3−ｔ_D2＝ｔ_D4（零に等しい場合もある）で設定され る。最大距離はｔ_D3−ｔ_D1で設定される。送波遅延は、電圧制御可変遅延回路３ ８を駆動するＤ−Ａ変換器５０経由でマイクロコントローラ５２がこれら限界値 間で規定する任意の値をとり得る。 動作中には、送波パルス発生器４０と受波パルス発生器４４との間の遅延が送 波パルスの往復送行時間と等しくなってターゲットなしを反映すると、受波サン プラ５４を反射波成分の到着と同時にオンにして、サンプルしホールドした信号 を増幅器５８で増幅する。 実際の検出の前に較正を行い背景「クラッタ」を除くようにする。Ｄ−Ａ変換 器５０からの有限距離ゲート制御電圧ごとに、電圧制御可変利得回路６２の利得 をその前に決定された設定のＤ−Ａ変換器経由で設定し、増幅器５８のオフセッ ト電圧制御駆動用のオフセットＤ−Ａ変換器６６を、Ａ−Ｄ変換器７０の出力が 距離範囲中点になるまで連続近似ルーチン（またはマイクロコントローラ５２常 駐の他のサーチルーチン）で変動させる。次に、オフセットＤ−Ａ変換器６６を 駆動するオフセット２進数（値）をマイクロコントローラ５２のメモリに蓄積し 、距離ゲートＤ−Ａ変換器５０を適切な利得制御Ｄ−Ａ変換器６４の２進数（値 ）とともに次の値にステップさせる。このオフセットＤ−Ａ変換サーチルーチン を繰り返し、その数字を保存する。この処理を、距離ゲート制御設定全部をこの ようにして処理し終えるまで繰り返す（マイクロプロセッサ／マイクロコントロ ーラ５２によってこれを達成するソフトウェアルーチンを書くのは当業者の能力 の範囲内のことである点を理解されたい）。可変利得回路６２は電圧制御により 利得を変動させる任意の回路でよい。装置３２はこのルーチンの実行中は面との 関係で物理的に安定であって上記面に向けられていなければならない（この較正 処理は、適切な自明の改変を加えて、送波器でなく受波器を距離掃引する超広帯 域レーダシステムに適用できる）。 初期較正ののち通常の操作を開始できる。距離ゲートＤ−Ａ変換器５０の各設 定点ごとに、その距離に関連するオフセットＤ−Ａ変換器６６および利得Ｄ−Ａ 変換器６４の設定をマイクロコントローラ５２で読み出す。どの距離設定でも反 射がない場合は、それまでの背景分がオフセットＤ−Ａ変換器６６で減算される ので、Ａ−Ｄ変換器７０の出力は常に目盛中心にある。しかし、ある距離および 距離ゲート設定におけるターゲットを表す反射がある場合は、Ａ−Ｄ変換器７０ の出力は目盛中心でなく他の値となる。この目盛中心からの差をマイクロコント ローラ５２で処理し図形表示装置７４に表示する。 表示装置 上述のシステムはある距離の値と一義的に関連する反射の強さに関係する数を Ａ−Ｄ変換器７０から生ずる。したがって、表示装置７４（例えば、ＬＣＤほか の慣用の表示装置）には二つの可視的表示情報、すなわち、振幅および距離情報 がある。被走査表面全面にわたって装置３２を物理的に動かすことは操作者が行 い、その表面に対する装置の位置それぞれに一義的に関連する表示を得る。すな わち、操作者はＸＹ座標の物理的制御を行い（すなわち表面内の走査を行い）、 装置３２が距離ゲートで電子的にＺ軸方向（すなわち、被走査表面の内部、背後 への）走査を行う（「表面」は構造そのものである必要はなく空気と接する装置 ３２表面でもよい）。表示装置上での振幅の変化は被走査物体の体積（Ｘ、Ｙお よびＺ）内の一義的点と関連づけることができ、その体積の内部に埋め込まれ隠 されている物体の大きさおよび材料が振幅で表示される。 ＸＹ軸方向の走査はすべて操作者が行うので、表示装置７４は操作者による混 同または誤解の防止のためにＸ軸またはＹ軸方向の動きへの偏りを反映してはな らない。図４は図２の表示装置７４の例として二つの軸の情報、すなわち距離（ 最小値から最大値まで）および振幅（中心線の両側で零から最大値まで）情報を 示す。表示装置７４は上記装置３２に物理的にとり付けてあり、装置３２の使用 中は被走査表面に直交している。したがって、表示装置７４はその表面上の物理 的位置で走査した体積の断面の表示を生ずる。振幅情報の表示は、一つの実施例 では、Ｘ−Ｙ軸方向偏りの消去のために中心線についての「鏡像化」表示である 。図５Ａ、５Ｂ、５Ｃはいくつかの表示例を示す。 図５Ａは被走査体積が装置３２による走査距離範囲内に均質な材料のみを含む 場合の本装置の表示７４を示す。 図５Ｂは上記体積の深さＤ１の点での補強棒の検出を示し、その深さを表す位 置Ｄ１’表示に示されている。 図５Ｃは図５Ｂと同様の図であって、より大きい深さＤ２の点での補強棒の検 出を示し、位置Ｄ２’の表示７４に示されている。 走査する距離ゲート数値の数、振幅Ａ−Ｄ変換器７０の精細度、表示７４の画 素数、距離の深さその他のシステムパラメータは用途に適合するように変えるこ とができる。 距離ゲート直線性 上述のとおり、較正ずみの距離表示を得るには、距離ゲート（または電圧制御 可変遅延）が可変遅延Ｄ−Ａ変換器５０への所与の２進数に相関していなければ ならない。電圧制御可変遅延３８の電圧対遅延関数が線型である場合は、Ｄ−Ａ 変換器５０の出力は所要距離達成用に目盛づけするだけでよい。しかし、所要遅 延がごく小さい（通常は空気中の５フィートの距離を往復伝搬するのに等しい10 ｎｓ最大値以下）ので、この電圧制御可変遅延を得る簡便方法（図６参照）では 高速論理素子８０、８２（ＨＣおよびＡＣなどの論理回路群のバッファ、インバ ータなどのゲート）を用いている。抵抗器Ｒ２への制御電圧を変えることによっ てこの遅延を僅かに変動させることができる。しかし、電圧対遅延伝達関数は線 型ではない。 代わりにアナログ鋸歯状波発生器などからの直線性鋸歯状波電圧で制御電圧入 力５０を駆動する場合は時間対電圧伝達関数を線型にする手段（図示してない） を設けなければならない。 しかし、図２に示したシステムブロック図において、遅延制御Ｄ−Ａ変換器５ ０への２進数（値）を図６の回路の非直線性の補正のために直線性２進数系列以 外のものに変形することもできる。この直線性補正はマイクロコントローラ５０ 常駐ソフトウェアの一部であり、装置３２の所与の設計に関して特定の型の論理 素子、回路素子定数などに対し一旦定まると他のすべての装置についても同じで ある。 誘電率補正 上述のとおり、被走査バルク材料の誘電率はパルス伝搬時間を左右するのでこ の発明においては較正ずみ「深さ」表示の実現のための図２の参照数字８６で考 慮に入れてある。 種々の材料の誘電率は周知であり、ロータリースイッチ、キーパッドなど（図 示してない）マイクロコントローラ５２への任意の慣用の入力装置８６を、上述 の距離（深さ）測定用にマイクロコントローラ５２が用いる適切な定数の選択用 に用いることができる。種々の材料およびそれらのｅ_Rの範囲１（空気）乃至８ ０（水）でほとんど全部の潜在的用途に対応できる。種々の材料およびそれらの ｅ_Rの値を印刷した表を装置３２の外側に貼り付けるほか、コンクリート、１／ ２"プラスターボード、タイル屋根など頻繁に利用する種々の用途の選択用の操 作者操作スイッチ位置を設ける。これによって操作者による装置３２の操作を単 純化する。 アンテナ 図１の従来技術の装置は空胴も電磁界分離も備えない地表上のモノポールアン テナを用いている。 送波アンテナと受波アンテナとを他の要件の許容範囲内でできるだけ分離して 、受波装置が反射波よりもずっと大きい送波パルスに対処する必要がないように するのが望ましいことを本発明の発明者は見出した。また、最も明確な距離測定 を実現するために、送出パルスはリンギングのほとんど、または全くない単一パ ルスにしてある。 広帯域アンテナ構成がこれを達成することを見出した。図７はこの発明の実施 例のアンテナ構成である。送波モノポール８８および受波モノポール９０を金属 の囲い部材９８の中の互いに別個の方形空胴にそれぞれ配置し、これら空胴で分 離と半広帯域を形成するようにする。 終端抵抗器Ｒ１、Ｒ２およびＲ３（図６中の同じ符号のものとは別）をリンギ ングが最小になるように選ぶ。寸法１１、１２、１３はそれぞれ２．０インチ、 １．５インチ、および１．０インチである。モノポール８８、９０（図８および 図９参照）の長さ１４、１５はそれぞれ１．２インチおよび１．２インチである 。 図８は送波パルス発生器４０と図７の送波モノポール８８および終端部品Ｒ１ 、Ｒ２およびＣ３を示す。パルス発生器４０は７ＧＨｚ以上のｆ_T値（ユニット 利得遮断周波数）のトランジスタＱ１を有する。トランジスタＱ１のベースは図 示のとおりコンデンサ経由で図２の可変遅延発生器３８に接続してある。 図９は、受波器サンプラと固定遅延回路４２の駆動するパルス発生トランジス タＱ２を備えるその関連パルス発生器４４とのほかに、図７に示すような終端ト ランジスタＲ３付きの受波モノポール９０を示す。トランジスタＱ１はトランジ スタＱ２と同様である。サンプラ５4は二つのショットキーダイオードＤ１およ びＤ２を備える。保持コンデンサ５６の一方の端子は図２の増幅器５８に接続す る。図８および図９に示した部品の定数は例示であって限定的ではないことを理 解されたい。 ここに用いたモノポールアンテナは、直線偏波を与えてあり、補強棒などの棒 状物体の検出を試みる場合はアンテナ８８、９０の軸を補強棒の長さ方向と平行 にして検出出力を最大にするようにしなければならない。装置３２をアンテナ８ ８、９０の軸と補強棒の長さとが直角になるように９０度回転させると、反射信 号は最小になる。この性質は媒質（すなわちコンクリート）内の補強棒の向きの 判定に有用であるが、操作者がこのパラメータを知っていることと複数回転軸で 探索することとを要する。 受波器および送波器の両方に周知の円偏波アンテナ（図示してない）を用いた 場合は、棒状ターゲットの種々の回転方向位置を円偏波が区別しないのでそのタ ーゲットの向きは問題にならない。 もう一つのアンテナの例（図示してない）は、反射波強度を下げることなくタ ーゲットの種々の向きを許容する円偏波アンテナを用いる。 ターゲットがアンテナ空胴前面以上の大きさの材料表面（金属板など）である 場合は、アンテナの円偏波（ＣＰ）はなんらの有利な点ももたらさず、ＣＰ型ア ンテナ構成が周知のとおり生ずるアンテナあたり３ｄＢの損失を生ずる。したが って、所与の検出状況の選択には意図するターゲットの物理的形状を考慮に入れ る必要があり、したがって、この発明によると種々のアンテナを適用できる。 この発明によるシステムおよび方法は上述の特定の用途に限られず、物体検出 のための建築分野に限定されないこれ以外の用途もある。例えば、保安システム 、交通管制（例えば、他車両ほかの物体への接近の検出用に車両に設置するため ）の目的、および低廉なシステムが重要な比較的短い距離（２００フィート以内 ）での物体の検出を要する上記以外の用途で本装置に比較的近接する空中に位置 する物体の検出に応用できる。この記載は例示的であって限定的ではない。当業 者にはこれら以外の変形が自明であり、それら変形は添付請求の範囲の範囲内に 含めることを意図するものである。

【手続補正書】特許法第１８４条の４第４項 【提出日】平成８年１月１７日（１９９６．１．１７） 【補正内容】 （頁第１１−１３） 請求の範囲 １．連続可変遅延回路で駆動される信号送波器と、 固定時間遅延回路で駆動され前記送波器の送波した信号を近接ターゲットから の反射ののちに受波するように配置してある受波器とを含み、 前記送波器のパルス時間が可変であり、前記受波器のゲート時間が固定である 近接ターゲット検出に適合した掃引送波器距離超広帯域レーダシステム。 ３．前記送波器が２ＭＨｚと約１０ＧＨｚとの間の周波数範囲でその範囲内の固 定間隔の高調波を伴って送波する請求項１記載のシステム。 ４．前記可変遅延を予め定めた刻み目のステップ状にする手段と、 前記刻み目の各々において前記ターゲットからの反射波でなくクラッタである 背景信号の受信量を判定する手段と、 前記各刻み目における前記背景信号の前記判定された量を蓄積する手段と、 特定の可変遅延で受波した信号を前記蓄積した量で補正する手段と をさらに含む請求項１記載のシステム。 ５．前記受波器に接続した第１のアンテナ素子であって、抵抗性負荷を伴い導体 壁を有する第１の方形空胴内に配置した第１のモノポールである第１のアンテナ 素子をさらに含む請求項１記載のシステム。 ６．前記受波器に接続した第２のアンテナ素子であって、抵抗性負荷を伴い導体 壁を有する第２の方形空胴内に配置した第２のモノポールである第２のアンテナ 素子をさらに含む請求項５記載のシステム。 ７．前記送波器に接続した円偏波アンテナ素子をさらに含む請求項１記載のシス テム。 ８．前記受波器に接続した円偏波アンテナ素子をさらに含む請求項１記載のシス テム。 ９．二つの方形空胴を画し各々が導体壁を有し各々の内部に抵抗性負荷を伴うモ ノポールをとり付けた導電性囲い部材をさらに含み、前記モノポールの一方が前 記受波器および送波器の各々に接続されている請求項１記載のシステム。 １０．前記受波器に作動可能な形で接続され、第１の次元で前記システムからの ターゲットの距離を示し第２の次元で前記受波信号の振幅を示す表示装置をさら に含む請求項１記載のシステム。 １１．前記表示装置が前記表示装置の中心線について対称的な距離および振幅の 画像をさらに表示する請求項１０記載のシステム。 １２．前記ターゲットの周囲の特定の誘電率を表す手段と、 前記表された誘電率を用いて前記システムからの前記ターゲットの距離を判定 する手段と をさらに含む請求項１記載のシステム。 １３．ターゲットまでの特定の距離のあらゆる値に関係する利得への補正値を決 定する手段と、 前記受波信号に適用する前記利得に前記補正値を適用する手段と、 前記受波信号を前記補正ずみの利得と表示しそれによって前記ターゲットの大 きさと材料とを示す手段と をさらに含む請求項１記載のシステム。 １４．前記可変遅延が 前記第２の論理ゲートの入力端子に接続した出力端子を有する第１の論理ゲー トを含み、 前記第２の論理ゲートの前記入力端子に可変電圧を接続した 請求項１記載のシステム。 １５．近接ターゲット検出に適合した距離走査式超広帯域レーダシステムであっ て、 約２ＭＨｚ乃至約１０ＧＨｚの範囲内の複数の周波数でパルスを送出する送波 器と、 前記送出された信号を前記ターゲットからの反射ののちに受波するように配置 した受波器と を含み、前記受波器を連続可変遅延で駆動し前記システムからの前記ターゲット の距離を判定するシステム。 １６．近接ターゲットの検出に適合した距離走査式超広帯域レーダシステムであ って、 信号送波器と、 前記送波器の送出した前記信号を前記ターゲットからの反射ののちに受波する ように配置した受波器と、 前記送波信号および受波信号の選ばれた一方を掃引する可変遅延と、 予め定めた刻み目で前記可変迎延にステップを与える手段と、 各刻み目において前記ターゲットからの反射でなくクラッタである背景信号の 受波値を判定する手段と、 各刻み目についての前記背景信号の前記判定した量を蓄積する手段と、 特定の可変遅延における受波信号を前記蓄積した量で補正する手段と を含むシステム。 １７．近接ターゲットの検出に適合した掃引距離超広帯域レーダシステムであっ て、 連続的可変遅延回路により駆動する信号送波器と、 前記送波器の送出した信号を前記近接ターゲットからの反射ののちに受波する ように配置した受波器と、 前記可変遅延回路に予め定めた刻み目のステップを与える手段と、 前記刻み目の各々において前記ターゲットからの反射でなくクラッタである背 景信号の受波量を判定する手段と、 前記刻み目の各々について前記背景信号の前記判定した量を蓄積する手段と、 特定の可変遅延での受波信号を前記蓄積した量で補正する手段と を含むシステム。 １８．表面の背後に位置する物体を検出する方法であっって、 前記表面にレーダ受波／送波装置を当てる過程と、 前記レーダ受波／送波装置から一連のレーダパルスを前記表面に送波する過程 と、 前記送波されたレーダパルスを前記物体からの反射ののちに前記装置において 受波する過程と、 前記送波と前記レーダパルスの受波との間で距離ゲート遅延を連続的に掃引す る過程と、 前記装置を前記表面上の二つの方向で前記表面上の複数の位置に動かす過程と 、 前記物体の前記表面からの深さおよび前記物体の大きさを各位置においてその 位置における前記レーダパルスの前記距離ゲート遅延から表示する過程と を含む方法。 １９．前記距離ゲート遅延を連続的に掃引する過程が 前記レーダパルスを固定の時間遅延で受波する過程と、 前記レーダパルスの前記送波のゲート時間を変化させる過程と を含む請求項１８記載の方法。 ２０．前記レーダパルスの各々が少なくとも２ＭＨｚから１０ＧＨｚの範囲の複 数の周波数で１０００ｐｓ以下の時間長を有する超広帯域パルスである請求項１ ８記載の方法。 ２１．前記連続的に掃引する過程が周波数約１００Ｈｚで過小遅延から最大遅延 まで掃引することを含む請求項１８記載の方法。 ２２．前記距離ゲート遅延に予め定めた刻み目でステップを与える過程と、 各刻み目においてランダムな反射エネルギーの背景信号の受波量を判定する過 程と、 各刻み目について前記背景信号の前記判定した受波量を蓄積する過程と、 特定の距離ゲートにおける前記受波パルスを前記蓄積した受波量で補正する過 程と をさらに含む請求項１８記載の方法。 ２３．前記物体の周囲の特定の誘電率を指示する過程と、 指示された誘電率を用いて前記物体の前記表面からの深さを判定する過程とを さらに含む請求項１８記載の方法。 ２４．前記物体の前記表面からの深さのあらゆる値に関する利得補正値を決める 過程と、 前記受波パルスへの適用利得に前記利得補正値を適用する過程と をさらに含み、 前記指示する過程が前記補正ずみの利得を用い、それによって前記物体の大き さおよび材料を表示する 請求項１８記載の方法。 ２５．前記遅延が前記受波器に接続されたマイクロコントローラによる制御の下 で可変である請求項１５記載のレーダシステム。 ２６．近接ターゲットの検出に適合した掃引距離超広帯域レーダシステムであっ て、 超広帯域無線周波数パルスを送波する送波器であって、前記ターゲットの前記 システムからの距離の判定のために連続的可変遅延により駆動される送波器と、 前記送出パルスを前記ターゲットによる反射ののちに受波するように配置した 受波器と を含むレーダシステム。 ２７．前記遅延が前記送波器に接続したマイクロコントローラによる制御の下で 可変である請求項２６記載のレーダシステム。 【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成８年４月１日（１９９６．４．１） 【補正内容】 （頁第１１−１３） 請求の範囲 １．連続可変遅延回路で駆動される信号送波器と、 固定時間遅延回路で駆動され前記送波器の送波した信号を近接ターゲットから の反射ののちに受波するように配置してある受波器とを含み、 前記送波器のゲート時間が可変であり、前記受波器のゲート時間が固定である 近接ターゲット検出に適合した掃引送波器距離レーダシステム。 ３．前記送波器が２ＭＨｚと約１０ＧＨｚとの間の周波数範囲でその範囲内の固 定間隔の高調波を伴って送波する請求項１記載のシステム。 ４．前記可変時間遅延を予め定めた刻み目のステップ状にする手段と、 前記刻み目の各々において背景信号の受信量を判定する手段と、 前記各刻み目における前記背景信号の前記判定された量を蓄積する手段と、 特定の可変遅延で受波した信号を前記蓄積した量で補正する手段と をさらに含む請求項１記載のシステム。 ５．前記受波器に接続した第１のアンテナ素子であって、抵抗性負荷を伴い導体 壁を有する第１の方形空胴内に配置した第１のモノポールである第１のアンテナ 素子をさらに含む請求項１記載のシステム。 ６．前記受波器に接続した第２のアンテナ素子であって、抵抗性負荷を伴い導体 壁を有する第２の方形空胴内に配置した第２のモノポールである第２のアンテナ 素子をさらに含む請求項５記載のシステム。 ７．前記送波器に接続した円偏波アンテナ素子をさらに含む請求項１記載のシス テム。 ８．前記受波器に接続した円偏波アンテナ素子をさらに含む請求項１記載のシス テム。 ９．二つの方形空胴を画し各々が導体壁を有し各々の内部に抵抗性負荷を伴うモ ノポールをとり付けた導電性囲い部材をさらに宮み、前記モノポールの一方が前 記受波器および送波器の各々に接続されている請求項１記載のシステム。 １０．前記受波器に作動可能な形で接続され、第１の次元で前記システムからの ターゲットの距離を示し第２の次元で前記受波信号の振幅を示す表示装置をさら に含む請求項１記載のシステム。 １１．前記表示装置が前記衷示装置の中心線について対称的な距離および振幅の 画像をさらに表示する請求項１０記載のシステム。 １２．前記ターゲットの周囲の特定の誘電率を表す手段と、 前記表された誘電率を用いて前記システムからの前記ターゲットの距離を判定 する手段と をさらに含む請求項１記載のシステム。 １３．ターゲットまでの特定の距離のあらゆる値に関係する利得への補正値を決 定する手段と、 前記受波信号に適用する前記利得に前記利得補正値を適用する手段と、 前記受波信号を前記補正ずみの利得と表示しそれによって前記ターゲットの大 きさと材料とを示す手段と をさらに含む請求項１記載のシステム。 １４．前記可変遅延が 前記第２の論理ゲートの入力端子に接続した出力端子を有する第１の論理ゲー トを含み、 前記第２の論理ゲートの前記入力端子に可変電圧を接続した 請求項１記載のシステム。 １５．近接ターゲット検出に適合した距離走査式レーダシステムであって、 約２ＭＨｚ乃至約１０ＧＨｚの範囲内の複数の周波数でパルスを送出する送波 器と、 前記送出された信号を前記ターゲットからの反射ののちに受波するように配置 した受波器と を含み、前記受波器を連続可変遅延で駆動し前記システムからの前記ターゲット の距離を判定するシステム。 １６．近接ターゲットの検出に適合した距離走査式レーダシステムであって、 信号送波器と、 前記送波器の送出した前記信号を前記ターゲットからの反射ののちに受波する ように配置した受波器と、 前記送波信号および受波信号の選ばれた一方を掃引する可変遅延と、 予め定めた刻み目で前記可変遅延にステップを与える手段と、 各刻み目において背景信号の受波値を判定する手段と、 各刻み目についての前記背景信号の前記判定した量を蓄積する手段と、 特定の可変遅延における受波信号を前記蓄積した量で補正する手段と を含むシステム。 １７．近接ターゲットの検出に適合した掃引距離レーダシステムであって、 連続的可変遅延回路により駆動する信号送波器と、 前記送波器の送出した信号を前記近接ターゲットからの反射ののちに受波する ように配置した受波器と、 前記可変遅延回路に予め定めた刻み目のステップを与える手段と、 前記刻み目の各々において前記ターゲットからの反射でなくクラッタである背 景信号の受波量を判定する手段と、 前記刻み目の各々について前記背景信号の前記判定した量を蓄積する手段と、 特定の可変遅延での受波信号を前記蓄積した量で補正する手段と を含むシステム。 １８．表面の背後に位置する物体を検出する方法であっって、 前記表面にレーダ装置を当てる過程と、 前記レーダ装置から一連のレーダパルスを前記表面に送波する過程と、 前記送波されたレーダパルスを前記物体からの反射ののちに前記レーダ装置に おいて受波する過程と、 前記送波と前記レーダパルスの受波との間で距囃ゲート遅延を連続的に掃引す る過程と、 前記レーダ装置を前記表面上で前記表面上の複数の位置に動かす過程と、 前記物体の前記表面からの深さおよび前記物体の大きさを各位置においてその 位置における前記レーダパルスの前記距離ゲート遅延から表示する過程と を含む方法。 １９．前記距離ゲート遅延を連続的に掃引する過程が 前記レーダパルスを固定の時間遅延で受波する過程と、 前記レーダパルスの送波のゲート時間を変化させる過程と を含む請求項１８記載の方法。 ２０．前記レーダパルスの各々が少なくとも２ＭＨｚから１０ＧＨｚの範囲の複 数の周波数で１０００ｐｓ以下の時間長を有する超広帯域パルスである請求項１ ８記載の方法。 ２１．前記連続的に掃引する過程が周波数約１００Ｈｚで過小遅延から最大遅延 まで掃引することを含む請求項１８記載の方法。 ２２．前記距離ゲート遅延に予め定めた刻み目でステップを与える過程と、 各刻み目において背景信号の受波量を判定する過程と、 各刻み目について前記背景信号の前記判定した受波量を蓄積する過程と、 特定の距離ゲートにおける前記受波パルスを前記蓄積した受波量で補正する過 程と をさらに含む請求項１８記載の方法。 ２３．前記物体の周囲の特定の誘電率を指示する過程と、 指示された誘電率を用いて前記物体の前記表面からの深さを判定する過程と をさらに含む請求項１８記載の方法。 ２４．前記物体の前記表面からの深さのあらゆる値に関する利得補正値を決める 過程と、 前記受波パルスへの適用利得に前記利得補正値を適用する過程と をさらに含み、 前記指示する過程が前記補正ずみの利得を用い、それによって前記物体の大き さおよび材料を表示する 請求項１８記載の方法。 ２５．前記遅延が前記受波器に接続されたマイクロコントローラによる制御の下 で可変である請求項１５記載のレーダシステム。 ２６．近接ターゲットの検出に適合した掃引距離超広帯域レーダシステムであっ て、 超広帯域無線周波数パルスを送波する送波器であって、前記ターゲットの前記 システムからの距離の判定のために連続的可変遅延により駆動される送波器と、 前記送出パルスを前記ターゲットによる反射ののちに受波するように配置した 受波器と を含むレーダシステム。 ２７．前記遅延が前記送波器に接続したマイクロコントローラによる制御の下で 可変である請求項２６記載のレーダシステム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．連続可変遅延回路で駆動される信号送波器と、 前記送波器の送波した信号を近接ターゲットからの反射ののちに受波するよう に配置してある受波器とを含み、 前記可変遅延回路が前記遅延の量を決定する可変電圧の電圧源を含む 近接ターゲット検出に適合した掃引距離超広帯域レーダシステム。 ２．前記受波器が固定遅延で駆動される請求項１記載のシステム。 ３．前記送波器が２ＭＨｚと約１０ＧＨｚとの間の周波数範囲でその範囲内の固 定間隔の高調波を伴って送波する請求項１記載のシステム。 ４．前記可変遅延を予め定めた刻み目のステップ状にする手段と、 前記刻み目の各々において背景信号の受信量を判定する手段と、 前記各刻み目における前記背景信号の前記判定された量を蓄積する手段と、 特定の可変遅延で受波した信号を前記蓄積した量で補正する手段と をさらに含む請求項１記載のシステム。 ５．前記受波器に接続した第１のアンテナ素子であって、導体壁を有する第１の 方形空胴内に配置したモノポールである第１のアンテナ素子をさらに含む請求項 １記載のシステム。 ６．前記受波器に接続した第２のアンテナ素子であって、導体壁を有する第２の 方形空胴内に配置したモノポールである第２のアンテナ素子をさらに含む請求項 ５記載のシステム。 ７．前記送波器に接続した円偏波アンテナ素子をさらに含む請求項１記載のシス テム。 ８．前記受波器に接続した円偏波アンテナ素子をさらに含む請求項１記載のシス テム。 ９．二つの方形空胴を画する導電性囲い部材と、各空胴にとり付けられ一方が前 記受波器および送波器の各々に接続されているモノポールとをさらに含む請求項 １記載のシステム。 １０．前記受波器に作動可能な形で接続され、第１の次元で前記システムからの ターゲットの距離を示し第２の次元で前記受波信号の振幅を示す表示装置をさら に含む請求項１記載のシステム。 １１．前記表示装置が前記表示装置の中心線について対称的な距離および振幅の 画像をさらに表示する請求項１０記載のシステム。 １２．前記ターゲットの周囲の特定の誘電率を表す手段と、 前記表された誘電率を用いて前記装置からの前記ターゲットの距離を判定する 手段と をさらに含む請求項１記載のシステム。 １３．特定の距離のあらゆる値において前記可変遅延の２乗に関係する利得への 補正値を決定する手段と、 前記受波信号に適用する前記利得に前記補正値を適用する手段と をさらに含む請求項１記載のシステム。 １４．前記可変遅延が 前記第２の論理ゲートの入力端子に接続した出力端子を有する第１の論理ゲー トを含み、 前記第２の論理ゲートの前記入力端子に可変電圧を接続した 請求項１記載のシステム。 １５．近接ターゲット検出に適合した距離走査式超広帯域レーダシステムであっ て、 約２ＭＨｚ乃至約１０ＧＨｚの範囲内の一定の周波数間隔で互いに隔たった複 数の周波数で信号を送出する送波器と、 前記送出された信号を前記ターゲットからの反射ののちに受波するように配置 した受波器と を含み、前記受波器を可変遅延で駆動し前記システムからの前記ターゲットの距 離を判定するシステム。 １６．近接ターゲットの検出に適合した距離走査式超広帯域レーダシステムであ って、 信号送波器と、 前記送波器の送出した前記信号を前記ターゲットからの反射ののちに受波する ように配置した受波器と、 前記送波信号および受波信号の選ばれた一方を掃引する可変遅延と、 予め定めた刻み目で前記可変遅延にステップを与える手段と、 各刻み目において背景信号の受波値を判定する手段と、 各刻み目についての前記背景信号の前記判定した量を蓄積する手段と、 特定の可変遅延における受波信号を前記蓄積した量で補正する手段と を含むシステム。