JP2000514173A - 埋設された物体を破壊する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 埋設された物体20を破壊するための装置20は地中に少なくとも部分的に埋設された物体20の存在および位置を検出するように動作可能なセンサ28と、地中に弾丸32を発射するように動作可能な銃30を含む銃システムと、標的システム26によって決定された埋設された物体20の存在および位置に応答する銃の照準を定める制御システム34とを含む。センサ28は望ましくは銃システムによって発射された弾丸32の存在および位置を検出し、および銃ポインターが弾丸32の位置に応答する。センサ28は埋設された物体20の存在を検出し、制御システム34は埋設された物体20に銃30の照準を定め、銃30は弾丸32を発射する。センサ28は埋設された物体20の近くを通過するとき埋設された物体20と弾丸32との相対位置を検出し、制御システム34はより前の射撃がはずれた場合に銃30の照準を修正し、銃30は修正された照準により別の弾丸32を発射する。

Description

【発明の詳細な説明】 埋設された物体を破壊する方法および装置 ［発明の技術的背景］ 本発明は埋設された物体の破壊、特に閉ループ制御システムを有する銃砲によ るそれらの破壊に関するものである。 地雷、仕掛け地雷、爆破されていない爆弾および地中の表面の数フィート下に 埋められたその他の武器（ひとまとめにして“埋設された物体”）が多数の軍隊 により侵略軍を安価に防壁し、侵略を妨げるものとして広く使用される。そのよ うな埋設された物体の除去あるいは破壊は地雷の埋められた領域に侵入している 対抗する敵軍にとっては重要な問題である。不幸にも、戦闘が終わってから、爆 破されていない埋設された爆弾のような予め配置された埋設された物体あるいは 他の武器が注意深く取り除かれるが、その場所に活性状態で残っていることがま れにある。世界中の多くの国民が以前に戦闘があった領域でこのような爆発物の 爆発によって毎年、殺傷され、地雷原を取り除くことが重要な人道主義的な関心 事となっている。 軍事的な立場では、地雷原はしばしば完全に避けられ、あるいは地雷を避けな がら、地雷原を通過して移動する軍人を許可するために地図を作成される。もし 埋設された物体を破壊する必要がある場合、いくつかの技術が利用できる。１つ の方法には、重い鎖が地雷原を通過する２台のタンクによって地表面を横切って 引っ張られ、埋められた地雷を爆破しようと試みる。この方法は“高性能な地雷 ”が例えば地雷上の第３の車両の通過のようなある条件下でのみ爆発するようプ ログラムされる可能性がある場合に対処できない欠点を有する。別の方法は、１ 度検出されると、地雷はゆっくり不確かな手順であるが、爆発するまでライフル で爆発される。さらにもう１つの方法は、地雷は個々に掘り起こされ、および適 所で爆発されあるいは計画的に爆発される処理場所へ運ばれる。この方法は作業 員を負傷させる危険性がある。 埋設された物体を処理する既存の技術は適用に限界があり、欠点を有する。そ れ故地雷、その他の埋められた兵器を処分する改良された方法が必要とされてい る。本発明はこの必要性を満たし、さらに関連した利点を提供する。 ［発明の要約］ 本発明は地中の約３フィートまでの深さに埋設された物体を取り除く方法およ び装置を提供する。その技術は埋設された標的物体をすばやく効率的に破壊し、 作業者の危険性がなく、妥当な最小限のコストで行われる。装置は戦闘が終わっ てから軍の作戦に使用するためにあるいは地雷原を除去する民間人によって容易 にパッケージされる。 本発明に従って、埋設された物体を破壊する装置は、地中に少なくとも部分的 に埋設された物体の存在および位置を検出する動作可能なセンサを含む標的シス テムと、弾丸を地中に発射するように動作可能な銃を含む銃システムと、および 標的システムによって決定された物体の存在および位置に応答して銃の照準を定 める制御システムとを具備する。センサはさらに銃システムによって発射された 弾丸の存在と位置を検出し、制御システムが銃の照準を修正する弾丸の軌跡およ び／あるいは位置に応答することが好ましい。 センサは磁力計アレイのような受動センサ、あるいは地中に浸透するレーダー 、あるいは音響（ソナー）トランシーバ、あるいはいくつかのタイプのセンサを 結合する能動センサである。センサは望ましくは地表面の下０以上から約３フィ ートまでの深さの物体を検出するように動作可能である。標的システムはさらに 任意にセンサを支持する走査駆動装置を含む。標的システム、銃システム、制御 システムは好ましくは埋められた地雷を有する領域を通って移動するための移動 性を提供する地上の車両のようなビーグルに取り付けられる。 装置は通常埋設された物体の予想される位置から後退した距離で動作され、そ の結果埋設された物体の爆発は装置およびそれを支持するビーグルに損傷を与え ない。発射体、すなわち弾丸が比較的浅い角度でより高密度の媒体に入り込むと 、有効な屈折および地中の石のような小さい物体によって、発射された弾丸は地 中に入るにつれて、角度が偏向される。これらの効果は部分的にしか予想できな い。埋設された物体付近の弾丸の動きを追跡し、埋設された物体に関連する弾丸 の軌跡に応答する銃を再照準する制御システムのためのセンサの能力はこの方法 によ り埋設された物体を急速に、比較的低コストで破壊することが重要である。この 装置は開ループモードまたは閉ループモードで動作され、閉ループモードでは弾 丸の軌道は銃の照準を再設定するために使用されない。フィードバック制御モー ドの閉ループは、弾丸の軌道は銃の照準をさらに正確にするために使用される。 弾丸は運動的作用をする弾丸あるいは化学的機能を有する弾丸のようなどのよ うな作用のタイプでも可能である。弾丸が埋設された物体に命中したときの強い 衝撃によって破砕されて、反応性のある充填材料を地雷を爆発させるようにに散 乱させることが好ましい。地雷が効力を失ったことを視覚で確認できるようにす る爆発のような化学反応および運動反応をするように爆発させる。 本発明は軍の作戦および戦闘行為が終わった後の、埋設された危険な爆薬の除 去の両方の重要な進歩を与える。埋設された物体の大部分はその場所で処理され 、作業者に危険がなく比較的安い実用的な値段で処理される。本発明のその他の 特徴および利点はさらに例によって本発明の原理に示される添付される図面と以 下の詳細な説明に関連してさらに容易に記述から明らかである。本発明の技術的 範囲はこの好ましい実施例に制限されない。 ［図面の簡単な説明］ 図１は埋設された物体を破壊するための装置の概略図を示す。 図２は標的システム概略図を示す。 図３は制御システムの概略図を示す。 図４は図１の実施例の埋設された物体の標的システムおよび銃システムの幾何 学的な関係のダイアグラムを示す。 図５は閉ループ動作において銃システム、制御システム、および標的システム の要素の相互関係のブロックダイアグラムを示す。 図６はシステムが閉ループタイプで動作される場合の標的を破壊するブロック フローダイアグラムを示す。 図７は本方法で動作可能な弾丸の概略断面図を示す。 ［好ましい実施例の詳細な説明］ 図１は概略的に地雷、仕掛け地雷、不発爆弾、その他の兵器、あるいは他の物 体のような地表面の下に埋設されている埋設された物体22を破壊するための装置 20を示している。物体22は完全にあるいは部分的に埋設される。典型的には表面 24の下０フィート以上３フィート未満の深さに埋設される。 装置20はその埋設された物体22その他の物体の存在および位置を検出するセン サ28を有する標的システム26と、弾丸のような発射体32を発射する銃30とを備え ており、図１に示されるその１つが埋設された物体22を衝撃を与えて破壊するこ とが可能である。制御システム34は標的システム26からの情報を受信し、埋設さ れた物体22の方向に銃30を向ける。標的システム26、銃30および制御システム34 の共通動作は続いてより詳細に説明される。銃30は通常マスト36の上部に図示の ケース中のセンサ28から離れた位置に据え付けられる。装置20は好ましくは残り の素子が設置されたトラックのような有人または無人の車両38を含む。その結果 、装置20は物体22に近接された位置に移動されるが、物体22の破壊が装置20を傷 つけないよう物体22から十分に離される。 標的システム26は任意の動作可能なタイプであり、標的システムの要求された 構成要素は選択されたタイプに依存する。標的システムはレーザに基く標的シス テムではなくてもよい。レーザのビームは地中に侵入しない。図２は通常ここで 使用される標的システムが示されている。センサ28は検知される物体の存在およ び位置、特に物体を破壊するための発射体すなわち弾丸および破壊される埋設さ れた物体のタイプに応答するよう選択される。センサ28は地中に侵入する無線周 波数レーダトランシーバあるいは音響（ソナー）トランシーバを含む。センサ28 には磁力計アレイのような受動センサも含まれる。このようなセンサの構造およ び動作は他の応用ではよく知られている。 標的システムは様々なタイプの埋設された物体の位置を決定するために共同す るような方法で２あるいはそれ以上の個々のタイプのセンサを使用することもで きる。例えば音響トランシーバは、比較的広範囲で、低い正確度の決定に使用さ れ、中距離用の決定には地中に侵入するレーダトランシーバが使用され、埋設さ れた位置の至近距離における正確な決定をするために磁力計アレイが使用される 。多数のセンサによって生成されたデータは標的システムに関して比較的遠距離 および近距離で埋設された物体のマップ作成のために合成させる。 センサ28は受信器40および能動センサの場合にのみ、送信器42を含む（磁力計 アレイのような受動センサは送信器を有さない）。受信器40および存在する場合 の送信器42はセンサ28を所望の方向へ向けるために走査モータ46によって移動さ れる支柱44上に設置されている。走査モータ46はドライバ48によって命令される 。ドライバ48は潜在的なターゲットである埋設された物体の位置が決定されるま で車両38の前方および側方へセンサ28を走査し、その後埋設された物体を破壊す るために銃の的を定めるように通常プログラムされる。このように標的システム は埋設された物体の最初の位置および埋設された物体を破壊する正確な情報を提 供し、あるいは他の情報源から初期位置情報が提供される。 受信器40によって集められたデータは信号プロセッサ50に供給され、埋設され た物体22および弾丸32の形の特徴を識別するために処理される。信号プロセッサ 50は一般的にセンサ28に関する位置を提供するのに十分な情報であるデカルト（ ｘ，ｙ，ｚ）座標かまたは球（γ，θ，Φ）座標における目的の物体の位置を出 力として有する。信号プロセッサ50はさらに標的物体の方向へ正確にセンサ28の 的を定めるためにドライバ48の信号を提供する。図２に示される標的システムが 一般的である。特定のタイプのセンサは標的システムの各々の特別な形態を要求 する。例えば音響センサは地表面に接触する送信器42および受信器40を必要とす る。 銃30は５０口径銃あるいは２０ミリメートルキャノン砲のような弾丸発射装置である 。発射体すなわち弾丸の利用は埋設された物体の大多数を破壊するための最も費 用効率の良い方法として選択される。銃30は選択された角度方向の的を定めるこ とのできるジンバルを備えた、モータで駆動される支柱52上に設置される。 弾丸32は埋設された物体を破壊するよう設計された任意のタイプのものである 。弾丸は本来不活性なので、埋設された物体に衝突すると、分裂および運動エネ ルギーによって破壊される。弾丸は埋設された物体に衝突すると爆発するように 爆発物を含んでいてもよい。さらに好ましいのは化学薬品を含み、埋設された物 体内に含まれる爆発材料に接触するよう分散されるとき、弾丸は埋設された物体 に含まれる爆薬と化学反応より爆発して破壊することである。後者のアプローチ が好ましいので、埋設された物体の破壊の明確な視覚的な確認を必要とする。運 動 により殺傷する弾丸および爆発する弾丸の場合、埋設された石のような物体に命 中したときの衝撃は爆発装置に衝撃を与えると誤解され、化学薬品を含む弾丸は 、化学薬品と爆発物との間の反応が行われるように埋設された爆発装置に衝撃を 与え、侵入する場合のみ、爆発が起こる。 図７は好ましい型の弾丸90を示す。弾丸は通常の弾丸の形を有し、物体に衝撃 を与えた状況で破片になるよう設計されるケース92を含んでいる。分裂を促進す るために、分裂溝94が鋳物の外表面上に設けられる。空洞96はケース92内に設け られ、爆発状の化学反応を生じる埋設された物体の爆発材料と反応する化学薬品 で充填される。好ましい化学薬品はリチウム過塩素酸塩酸化剤のような強酸化剤 である。動作において、弾丸90が埋設された物体に衝突すると、破砕され、空洞 内に含まれる化学薬品を散乱させる。もし物体が爆発装置であれば、一般に同様 に部分的に破砕される。弾丸からの化学薬品は化学的に爆発装置の破砕によって 露出される爆発材料に反応する。その結果爆発に類似した化学反応が生じる。観 察者は地雷あるいはその他の爆発装置が破壊されることを視覚的に確認すること ができる。他方では、もしも地下の物体が岩石その他の不活性物体ならば、弾丸 は破砕され、化学薬品を散乱させるが、爆発状の化学反応は生じない。 制御システム34が、図３で示されるように、標的システム26の信号プロセッサ 50からの情報を受信する変位プロセッサ54を含み、その情報は埋設された物体22 の位置について、閉ループ動作で、発射された弾丸32の位置である。変位プロセ ッサ54は埋設された物体22の位置と、埋設された物体の深さに達する発射された 弾丸32を比較し、それらの位置の差を決定する。この差は照準プロセッサ56に与 えられ、標的の埋設された物体に近接するよう次の発射された弾丸の照準を補正 する銃支持台52へ与えられて角度補正を決定する。最終的にこのフィードバック 照準手順により発射された投射物の１つが埋設物体に衝突してそれを破壊する。 変位プロセッサ54および照準プロセッサ56は検討を明瞭にするための別々のプロ セッサとして示されているが、実際には変位決定と照準の決定は単一のマイクロ プロセッサによって行われることが好ましい。 図４は単純にした形で、装置20の動作の閉ループモードでフィードバックを使 用した幾何学上の関係を示す。この図はセンサおよび銃の下降角度に関連し、方 位角の照準は類似した形で達成される。この例で選択されたセンサ28はアクチブ な地中に侵入できるレーダであるが、類似した研究がアクチブ音響センサおよび 磁力計アレイのような別のセンサのタイプについても行われる。埋設された物体 22に対するセンサ28からの水平距離ＬはＬ＝ｒｃｏｓθ_gtであり、ｒは物体の照 準線距離であり、θ_gtは水平線に関して物体に対するセンサの照準線の下降角度 である。ｒおよびθ_stの値はセンサ28のデータを使用する信号プロセッサ50によ って決定される。物体22のセンサ28から垂直距離ｈはｈ＝ｒｓｉｎθ_stである。 銃が標的の埋設された物体の照準線のための下向きにされる下降角度θ_gtはθ_gt ＝ｔａｎ^-1（（ｈ＋ａ）／Ｌ）であり、ここで、ａはマスト36上のセンサ28と銃 30との垂直分離距離である。銃は図３に関しては記述されたこれらの関係および 制御処置を通してセンサを従動させる。 発射された第１の弾丸は標的の埋設された物体をその銃固有の不正確さ、地面 に入った弾丸の偏向によってまたはその他の理由によってミスする場合が通常で ある。しかし、地面を透過するレーダセンサは弾丸のコースにしたがって、埋設 された標的物体に衝撃を与えるよう要求されるより近くに次の弾丸の行路を持っ てくるように銃の照準を修正する。図４では、ねらい損ねた弾丸32の位置がＬ_p ＝ｒ_pｃｏｓθ_spおよびｈ_p＝ｒ_pｓｉｎθ_spおよびθ_gp＝ｔａｎ^-1（（ｈ_p＋ａ） ／Ｌ_p）によって与えられ、下付き文字ｐはねらい損ねた弾丸を示す。照準補正 δθ_gが次の弾丸が埋設された標的物体に衝撃を与え、上記に与えられた関係か ら正確に決定されるよう銃の照準方向を修正するように要求された角度変化であ る。 図５は閉ループフィードバック動作モードの装置の適切な素子の関係を図示す る。センサ28は識別し、信号プロセッサ50中の標的位置60および弾丸位置62を得 るために埋設された標的物体22および弾丸32について情報を集める。この情報は 埋設された物体22および弾丸32の相対位置の差を決定するために変位プロセッサ に提供される。この結果得られた情報は照準プロセッサ56に与えられ、上の例の ように角度照準補正δθ_gを決定し、次の射撃のための銃の再照準を定めるよう に銃支持台52に与えられる。 図６は埋設された物体が本発明の方法を使用して位置を決定され、破壊される 全体の方法を示している。標的システム26はステップ70のように埋設された標的 物体の最初の位置を定める走査モードで動作される。一度標的物体の位置が決定 され、識別されると、銃は上記に記述された方法に従って最初に照準を定め（ス テップ72）、弾丸が発射される（ステップ74）。弾丸の位置が連続的に決定され る（ステップ76）。弾丸が埋設された物体の地中の深さを通過するとき、弾丸お よび物体の位置が比較される（ステップ78）。もしも、弾丸が埋設された物体に 命中しなければ（ステップ80）、銃の照準はステップ78からの比較情報を使用し て補正され、別の弾丸が発射される（ステップ74）。このシーケンスは次の発射 された弾丸が埋設された物体に命中して破壊するまで続く。その時、ステップ80 で標的システム26は破壊されるべき次の埋設された標的物体を探す走査モードを 再開する。 同じ手順およびハードウエアは装置が開ループ型で動作された場合、弾丸の行 路上に情報がないが命中するまで、標的物体に向けて発射する。以下の変形によ り、ステップ76、78は省略され、銃の再照準が埋設された物体が破壊されるまで ランダムに、段階的に、あるいは別の態様で行われる。 以上、本発明の特定の例が説明の目的で詳細に記載されたが、種々の修正およ び変更が本発明の意図および技術的範囲から逸脱せずに行われる。従って、本発 明は添付クレームによって以外は制限されない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）少なくとも部分的に地中に埋設された物体の存在および位置を検出するよ うに動作可能なセンサを含む標的システムと、 地中に発射体を発射するように動作可能な銃を含む銃システムと、 標的システムによって決定された物体の存在および位置に応答して銃の照準を 定める制御システムを具備していることを特徴とする埋設された物体を破壊する 装置。 （２）さらにセンサが銃システムによって発射された発射体の存在および位置を 検出し、制御システムは標的システムによって決定された発射体の位置に応答す る請求項１記載の装置。 （３）センサは受動センサを具備している請求項１記載の装置。 （４）センサは磁力計アレイを具備している請求項１記載の装置。 （５）センサは能動センサを具備している請求項１記載の装置。 （６）センサは地中を透過するレーダを具備している請求項１記載の装置。 （７）センサは能動音響センサを具備している請求項１記載の装置。 （８）センサは地中を透過するレーダ、能動音響センサ、および磁力計からなる 群から選択された少なくとも２つのタイプのセンサを具備していることを特徴と する請求項１記載の装置。 （９）標的システムはさらにセンサを支持する走査駆動装置を含んでいる請求項 １記載の装置。 （１０）さらに標的システム、銃システム、および制御システムが取付けられた ビーグルを具備している請求項１記載の装置。 （１１）発射体は空洞および空洞中の化学反応剤を有している請求項１記載の装 置。 （１２）埋設された標的物体存在および位置を検出し、 標的物体の銃を照準し、 銃から標的物体へ向けて発射体を発射し、 地中を通過するときの弾丸の位置を検出し、 弾丸の位置を検出するステップに応答する銃の照準を修正し、 銃から標的物体へ第２の発射体を発射することを特徴とする埋設された標的物 体を破壊する方法。 （１３）地中を通過すると第２の発射体の位置を検出し、 第２の発射体の位置を検出するステップに応答して銃の照準を修正し、 銃から標的物体へ向けて第３の発射体を発射する付加するステップをさらに有 する請求項１２記載の方法。