JP2006029754A - 飛翔体追尾方法及び飛翔体追尾装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 自機に向かって飛来するミサイルなどの飛翔体を発射後の早い時期に探知し、継続的に追尾することが可能な飛翔体追尾方法及び飛翔体追尾装置を得る。
【解決手段】 紫外線センサを設け、自機に向かって飛来するミサイルなどの飛翔体を、この飛翔体のプルームが発する紫外線を検出することにより、パッシブな手法でかつ早期に初期探知する。また、初期探知した飛翔体の赤外線画像を撮像して飛翔体のテール部を抽出後、このテール部から飛翔体の進行方向にレーザビーム光を照射することによって飛翔体のシーカ搭載位置を捕捉し、これを照準点としてレーザビーム光による飛翔体の追尾を継続する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、航空機等に搭載され、自機に向かって飛来する飛翔体を探知して継続的に追尾する飛翔体追尾方法及び飛翔体追尾装置に関する。

近年、ミサイル等の飛翔体の誘導技術が高度化し、地対空ミサイル（ＳＡＭ）や空対空ミサイル（ＡＡＭ）等の高性能化が著しい。このため、これら飛翔体の対象目標とされる例えば航空機側でも、自機を守るためには、飛翔体の接近を早期に探知・追尾して被弾を回避するための防御手段を必要とする。

従来から、遠方にある目標を探知・追尾する装置として、電波を用いたレーダ装置や光波による探知追尾装置が知られている。レーダ装置では、装置自ら電波を放射し目標からの反射波を受信することで、目標の方向や距離等の目標情報を得ている。また、光波による探知追尾装置では、パッシブな方式とアクティブな方式がある。パッシブな方式では、装置自らが光波を放射することなく、目標が自発的に放射する赤外光や紫外光、あるいは目標によって散乱・反射された太陽光などを検出して目標の方向情報を取得する。一方、アクティブな方式では、例えばレーザ波などの光波を放射し、目標からの反射光を受光することで、目標の方向や距離等の目標情報を得ている。

航空機による活動では、自機が相手方に発見されずに行動できることが望まれる。レーダ装置等、自ら電波を放射する装置では、対象目標を捜索・探知するために、継続的に電波を放射するが、この放射した電波により自機の存在を相手方に知られることになる。従って、航空機に搭載して飛翔体の接近を探知追尾する装置では、光波による手法が活用されることが多い。特に、自機に接近する飛翔体の初期探知には、各種光学センサを用いて対象の飛翔体が放射する光波を検知するパッシブな方式が用いられることが多い。

このように、各種光学センサを用いて自機に接近するミサイル等の目標を検出する目標検出装置の事例が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に開示された事例では、目標が発する赤外線を検出する赤外線センサと、目標から排出されるガスであるプルームが発する紫外線を検出する紫外線センサとを有しており、赤外線センサによる２次元赤外線画像から検出された目標候補について紫外線センサにより目標の判定を行なっている。
特開平９−１９７０３４号公報（第７頁、図１）

自機に向かって飛来するミサイル等の飛翔体を、機上においてパッシブな手法により早期に初期探知するには、飛翔体から排出されるプルームに含まれる各種光波を発射直後に探知することが有効である。そして、その後に素早く飛翔体本体を捕捉し追尾することで、被弾を回避するための様々な防御手段や対抗手段を講ずることが可能となる。

しかしながら、前出のＳＡＭやＡＡＭでは、プルームは飛翔体の飛行中に継続して排出されるわけではなく、発射直後の短時間だけ発せられてその後は消滅する。このため、飛翔体のプルームの位置を継続的に捉えることは困難であった。

また、飛翔体のプルームの位置を特定できたとしても、プルーム自体は、飛翔体のテールから排出されるガスであり、プルームの位置が必ずしも飛翔体本体の位置と一致するとは限らない。このため、可視光を含む光学センサによる飛翔体の捕捉情報を例えば他の光学処理系に移管するなどして、プルーム消滅後も飛翔体本体を捕捉し追尾を継続させる場合においても、必ずしも対象の飛翔体を確実に捕捉することができなかった。

本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、自機に向かって飛来するミサイルなどの飛翔体を発射後の早い時期に探知し、継続的に追尾することが可能な飛翔体追尾方法及び飛翔体追尾装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の飛翔体追尾方法は、飛翔体を探知し、この飛翔体の所定部位を照準点としてレーザビーム光により追尾する飛翔体追尾方法であって、前記飛翔体の発する光波を検出してその到来方向データを取得し、前記到来方向データに基づき赤外線画像センサを指向させて前記飛翔体の発するプルームを含む前記飛翔体の赤外線画像を撮像し、この赤外線画像から前記飛翔体のテール部の方向データを取得するとともに前記飛翔体の進行方向ベクトルを抽出し、あらかじめ設定された飛翔体属性データに基づいて、前記飛翔体のテール部の方向から前記飛翔体の進行方向ベクトルの方向に向けた前記レーザビーム光の走査範囲を算出し、この走査範囲に前記レーザビーム光を照射してその反射光を受光し、前記反射光から前記飛翔体の所定部位の方向を捕捉して照準点とするとともにこの照準点の方向データを取得し、前記照準点の方向データに基づいて前記レーザビーム光の照射及びその反射光の受光を継続し前記照準点を追尾することを特徴とする。

また、本発明の飛翔体追尾装置は、飛翔体の発する光波を検出しその到来方向データを取得する光波検出手段と、前記到来方向データに基づいて赤外線画像センサを指向させ前記飛翔体の発するプルームを含む前記飛翔体の赤外線画像を撮像する撮像手段と、この赤外線画像から前記飛翔体のテール部の方向データを取得するとともに前記飛翔体の進行方向ベクトルを抽出する画像処理手段と、あらかじめ設定された飛翔体属性データならびに前記画像処理手段からの前記飛翔体のテール部の方向データ及び前記飛翔体の進行方向ベクトルに基づいて算出した走査範囲にレーザビーム光を照射し、その反射光を受光して照準点とする前記飛翔体の所定部位を捕捉するとともにこの照準点の方向データを取得する照準点捕捉手段と、前記照準点の方向データに基づいて前記レーザビーム光の照射及びその反射光の受光を継続し前記照準点を追尾する照準点追尾手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、自機に向かって飛来するミサイルなどの飛翔体を、この飛翔体発射後の早い時期に探知でき、プルームの消滅後も継続してこの飛翔体を追尾することが可能な飛翔体追尾方法及び飛翔体追尾装置を得ることができる。

以下に、本発明に係る飛翔体追尾方法及び飛翔体追尾装置を実施するための最良の形態について、図１乃至図３を参照して説明する。

図１は、本発明に係る飛翔体追尾装置の一実施例を示すブロック図である。この飛翔体追尾装置は、図１に示すように、光波センサ部１、赤外線カメラ２、画像処理部３、レーザ受発光部４、及び追尾処理部５から構成されている。

光波センサ部１は、光波センサを有しており、飛来する飛翔体が発する光波を検出してその到来方位角データ（ＡＺ）、及び到来伏角データ（ＥＬ）を取得し、これらを光波の到来方向データとして追尾処理部５に送出する。本実施例においては、光波センサは、飛翔体から排出されるプルームが発する紫外線を検出できるように、紫外線領域を検知することが可能な素子を用いている。

赤外線カメラ２は、２次元の赤外線撮像素子を有し、追尾処理部５から指示される方向に指向して視野内に捉えた赤外線画像を画像処理部３に送出する。画像処理部３は、赤外線カメラ２で捉えた飛翔体の赤外線画像から、飛翔体のテール部の方向データを取得するとともに進行方向ベクトルを抽出し、これらを追尾処理部５に送出する。

レーザ受発光部４は、追尾処理部５からの制御に基づいて、所定の方向及びタイミングでレーザビーム光を照射するとともにその反射光を受光して反射光データを取得する。ここに、レーザ受発光部４は、レーザ発光器４１、レーザ指向器４２、及びレーザ受光器４３を有している。

レーザ発光器４１は、所定のタイミングでレーザ光を発光し、レーザ指向器４２は、レーザ発光器４１からのレーザ光を追尾処理部５から指示される方向にレーザビーム光として指向させる。また、レーザ指向器４２は、反射光の受光方向を追尾処理部５から指示される方向に指向させ、レーザ受光器４３は、指向方向からの反射光を受光して反射光データを追尾処理部５に送出する。

追尾処理部５は、画像処理部３から受けとった飛翔体のテール部の方向データ及び進行方向ベクトルに基づいてレーザ受発光部４を制御し、飛翔体の所定部位を照準点として捕捉するとともに、レーザ受発光部４に対する制御を継続してこの照準点を追尾する。本実施例においては、照準点とする飛翔体の所定部位は、この飛翔体に搭載されたシーカの位置としている。

同時に、飛翔体の赤外線画像も継続して撮像できるように、赤外線カメラ２を飛翔体の方向に指向させる。さらに、追尾処理部５には、あらかじめ対象とする飛翔体に関する属性データが設定されている。本実施例においては、属性データとして、対象とする飛翔体の先端からテールまでの長さのデータが設定されている。

次に、前述の図１、ならびに図２のフローチャート、及び図３の説明図を参照して、上述のように構成された本発明に係る飛翔体追尾装置の動作を説明する。ここでは、一例として、自航空機に向かって飛来するミサイル等の飛翔体が発する光波を探知後、この飛翔体の所定部位としてシーカ搭載位置を特定し、このシーカ搭載位置を照準点としてレーザビーム光で追尾する場合について説明する。

この飛翔体追尾装置を搭載した自機に向けてミサイル等の飛翔体が発射され、接近してくると、まず光波センサ部１は、この飛翔体の排出するプルームから発せられる紫外線を検出する（ＳＴ１）。続いて自機から見たこの紫外線の到来する方位角データ（ＡＺ）、及び伏角データ（ＥＬ）を取得する。取得されたこれらのデータは、光波の到来方向データとして追尾処理部５に送出され、追尾処理部５は、これらを取り込む（ＳＴ２）。

追尾処理部５は、この取り込んだ光波の到来方向データに従って、赤外線カメラ２がこの光波の到来方向に指向するように、赤外線カメラ２に対して指向方向を指示するための制御信号を送出する。このときに、追尾処理部５から送出される制御信号には、赤外線カメラ２がプルームを含む飛翔体全体をその視野内に的確に捉えることができる方向に指向するように、例えば、直前の赤外線画像から算出したプルームの重心の方向に基づいた、赤外線カメラ２の指向方向を微調整する成分が加えられる（ＳＴ３）。

このようにして飛翔体の方向に指向した赤外線カメラ２は、プルームを含む飛翔体全体を視野内に捉えてその赤外線画像を撮像する。この赤外線画像は、画像処理部３に送出される（ＳＴ４）。

画像処理部３では、赤外線カメラ２からの赤外線画像を受けとると、この赤外線画像から飛翔体のテール部の方向データを取得し、進行方向ベクトルを抽出する処理を行なう。本実施例においては、これらの処理は、赤外線画像に撮像された飛翔体の撮像方向の変化に対する輝度レベルの変化量に基づいて行なうが、このときの動作を図３を参照して詳述する。

まず、受けとった赤外線画像から、プルームを含む飛翔体の撮像方向に対する輝度レベルを抽出する。このときの抽出結果の一例をモデル化して図３に示す。図３は、簡単のため、飛翔体は赤外線画像内に水平方向に撮像されているものとして、プルームを含む飛翔体の方位角方向に対する輝度レベルをグラフ化して示したものである。

図３において、横軸は方位角、縦軸は輝度レベルを表し、曲線ＡＢは、抽出した輝度レベルである。プルームを含む飛翔体を撮像したときの輝度レベルは、次のような特徴を持つ。すなわち、プルームは全体的に高輝度であり、中でも飛翔体本体のテール部付近が最も高く、テール部から離れるにつれて低下していく。また、飛翔体本体はプルームに比較して全体的に低輝度であり、飛翔体のテール部から先端部に向かって低下していく。従って、撮像方向（図３では横軸の方位角方向）の変化に対して輝度レベルが大きく変化している方向がプルームと飛翔体本体との境界と考えることができ、また、その両側での全体的な輝度レベルからプルーム側と飛翔体本体側とを判別し、飛翔体の進行方向を特定できる。

従って、輝度レベルを抽出して図３に例示した曲線ＡＢを得た後は、この図３において曲線ＡＢの輝度レベルが大きく変化している部分で、かつ輝度レベルの最も低いＣ点の方位角（ＡＺｔ）を読みとる。そして、これを飛翔体のテール部の方向データとする（ＳＴ５）。

さらに、Ｃ点での両側における曲線ＡＢの輝度レベルを比較して飛翔体の進行方向ベクトルを抽出する。すなわち、図３においては、Ｃ点から全体的に輝度レベルの低いＡ側の方向（方位角方向とした横軸を左方向）を飛翔体の進行方向ベクトルとしている。そして、この飛翔体の進行方向ベクトルと、前述のＳＴ５のステップで取得された飛翔体のテール部の方向データは、画像処理部３から追尾処理部５に送出される（ＳＴ６）。

追尾処理部５では、画像処理部３から受けとったこれらデータに基づいて、レーザ受発光部４により飛翔体の所定部位、すなわちシーカの搭載位置を捕捉するため、まず、レーザ受発光部４が発するレーザビーム光の走査範囲を算出する。飛翔体のシーカは、その本体の先端付近に搭載されることが多い。画像処理部３からは、飛翔体のテール部の方向データを受けとっているが、これは必ずしもシーカの搭載位置には一致しない。

このため、レーザ受発光部４が発するレーザビーム光を、飛翔体のテール部から飛翔体の進行方向ベクトルの方向に走査することで、照準点であるシーカ搭載位置を確実に捕捉する。そして、このときの走査範囲は、あらかじめ設定された飛翔体の属性データに基づいて飛翔体に対する見込み角を考慮したこの飛翔体の長さを求め、この長さに相当する角度範囲としている。算出された走査範囲は、追尾処理部５からレーザ受発光部４に送出される（ＳＴ７）。

次に、走査範囲を受けとったレーザ受発光部４は、この走査範囲に所定のステップでレーザビーム光の照射を開始し、その反射光を受光する。受光結果は、反射光データとして追尾処理部５に送出される（ＳＴ８）。

照射されたレーザビーム光は、飛翔体に搭載されたシーカ位置でのみ反射する。従って、追尾処理部５では、レーザ受発光部４で受光した反射光の強度に基づいて飛翔体のシーカ搭載位置を捕捉し、その方向データを取得して照準点とする（ＳＴ９）。

この後、追尾処理部５は、この照準点の方向に継続してレーザビーム光を照射するようにレーザ受発光部４を制御する。そして、レーザ受発光部４から送られてくる反射光データに基づいて、レーザビーム光が常に照準点に照射されるようにレーザ受発光部４に対する制御を継続することで、この照準点を追尾する。同時に、赤外線カメラ２による飛翔体の赤外線画像も継続して撮像できるように、赤外線カメラ２に対して、撮像方向をこの追尾中の照準点の方向に指向させるための制御信号を送出する（ＳＴ１０）。そして、追尾終了の指示がなされるまで、照準点の追尾が継続される（ＳＴ１１）。

以上説明したように、本実施例においては、自機に向かって飛来するミサイルなどの飛翔体を、この飛翔体のプルームが発する紫外線を検出することにより、パッシブな手法で初期探知している。これにより、接近する飛翔体を早期に探知することができ、被弾を回避するための様々な手段を講ずる時間的な余裕を得ることができる。

また、初期探知した飛翔体の赤外線画像を撮像して飛翔体のテール部を抽出後、このテール部から飛翔体の進行方向にレーザビーム光を照射することによって飛翔体のシーカ搭載位置を捕捉し、これを照準点としてレーザビーム光を照射し、飛翔体の追尾を継続している。これにより、初期探知後は、飛翔体が排出するプルームではなく飛翔体のシーカ搭載位置に照準点を設けて追尾しているので、プルームの消滅後も継続的かつ安定に飛翔体を追尾することができる。

さらに、例えば飛翔体の追尾動作と飛翔体への妨害光の照射を連動させるなど、追尾中において取得される各種情報を有効に活用することにより、被弾を回避するための手段をより効果的に実施することができる。

なお、本実施例においては、照準点を飛翔体のシーカ搭載位置として説明したが、これを飛翔体本体の他の部位とすることも可能である。

本発明に係る飛翔体追尾装置の一実施例を示すブロック図。 本発明に係る飛翔体追尾装置の動作を説明するためのフローチャート。 赤外線画像から抽出した撮像方向に対するプルームを含む飛翔体の輝度レベルのグラフの一例をモデル化して示す説明図。

符号の説明

１ 光波センサ部
２ 赤外線カメラ
３ 画像処理部
４ レーザ受発光部
５ 追尾処理部

Claims (10)

1. 飛翔体を探知し、この飛翔体の所定部位を照準点としてレーザビーム光により追尾する飛翔体追尾方法であって、
   前記飛翔体の発する光波を検出してその到来方向データを取得し、
   前記到来方向データに基づき赤外線画像センサを指向させて前記飛翔体の発するプルームを含む前記飛翔体の赤外線画像を撮像し、
   この赤外線画像から前記飛翔体のテール部の方向データを取得するとともに前記飛翔体の進行方向ベクトルを抽出し、
   あらかじめ設定された飛翔体属性データに基づいて、前記飛翔体のテール部の方向から前記飛翔体の進行方向ベクトルの方向に向けた前記レーザビーム光の走査範囲を算出し、
   この走査範囲に前記レーザビーム光を照射してその反射光を受光し、
   前記反射光から前記飛翔体の所定部位の方向を捕捉して照準点とするとともにこの照準点の方向データを取得し、
   前記照準点の方向データに基づいて前記レーザビーム光の照射及びその反射光の受光を継続し前記照準点を追尾することを特徴とする飛翔体追尾方法。
2. 前記検出する光波は、前記飛翔体のプルームが発する紫外線であることを特徴とする請求項１に記載の飛翔体追尾方法。
3. 前記飛翔体のテール部の方向データの取得及び進行方向ベクトルの抽出は、前記赤外線画像における前記飛翔体の輝度レベルに基づいて行なわれることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の飛翔体追尾方法。
4. 前記あらかじめ設定された飛翔体属性データは、前記飛翔体の長さを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の飛翔体追尾方法。
5. 前記飛翔体の所定部位は、前記飛翔体に搭載されたシーカの位置であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の飛翔体追尾方法。
6. 飛翔体の発する光波を検出しその到来方向データを取得する光波検出手段と、
   前記到来方向データに基づいて赤外線画像センサを指向させ前記飛翔体の発するプルームを含む前記飛翔体の赤外線画像を撮像する撮像手段と、
   この赤外線画像から前記飛翔体のテール部の方向データを取得するとともに前記飛翔体の進行方向ベクトルを抽出する画像処理手段と、
   あらかじめ設定された飛翔体属性データならびに前記画像処理手段からの前記飛翔体のテール部の方向データ及び前記飛翔体の進行方向ベクトルに基づいて算出した走査範囲にレーザビーム光を照射し、その反射光を受光して照準点とする前記飛翔体の所定部位を捕捉するとともにこの照準点の方向データを取得する照準点捕捉手段と、
   前記照準点の方向データに基づいて前記レーザビーム光の照射及びその反射光の受光を継続し前記照準点を追尾する照準点追尾手段を有することを特徴とする飛翔体追尾装置。
7. 前記光波検出手段において検出する光波は、前記飛翔体のプルームが発する紫外線であることを特徴とする請求項６に記載の飛翔体追尾装置。
8. 前記画像処理手段における前記飛翔体のテール部の方向データの取得及び進行方向ベクトルの抽出は、前記撮像手段からの赤外線画像における前記飛翔体の輝度レベルに基づいて行なわれることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の飛翔体追尾装置。
9. 前記あらかじめ設定された飛翔体属性データは、前記飛翔体の長さを含むことを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載の飛翔体追尾装置。
10. 前記飛翔体の所定部位は、前記飛翔体に搭載されたシーカの位置であることを特徴とする請求項６乃至請求項９のいずれか１項に記載の飛翔体追尾装置。

Images