JP2009145168A - 目標追尾誘導装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光及び太陽クラッタ光の影響を低減して、シーカが安定した強度の反射光を検出することができ、これにより、レーザ照射機の寸法、質量増を抑えることができ、運搬や設置等の運用上の制限を無くすことができる目標追尾誘導装置及び方法を提供する。
【解決手段】目標１に対しレーザビーム３を照射し、その反射光４を赤外線シーカ１６で検出することにより、目標を捕捉し、目標方向に向けて飛翔体１４を飛翔させる。飛翔体１４は、赤外線シーカ１６の前面に設けられた直線偏光子１７（偏光フィルタ）と、直線偏光子１７を透過可能な直線偏光の偏光方向を送信する送信装置１８とを有する。さらに、レーザビーム照射装置１２で発生するレーザビーム２の直線偏光の偏光方向をレーザビームのまわりの回転可能な偏光方向回転装置２０と、回転後のレーザビーム３の偏光方向を飛翔体の偏光方向に一致させる偏光方向制御装置２４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽クラッタの影響を受けずに安定した強度のレーザ反射光を検出することができる目標追尾誘導装置及び方法に関する。

目標追尾誘導装置は、目標に向けてレーザビームを照射すると共に、この目標に向けて飛翔体を飛翔させ、目標で反射されたレーザビームのレーザ反射光を、飛翔体に搭載した近赤外シーカにより検出して目標を捕捉し、飛翔体の飛翔経路を修正して飛翔体を目標に向けて誘導する装置である。

かかる目標追尾誘導装置に関連する先行技術として、特許文献１、２が既に開示されている。

特許文献１の「目標追尾誘導システム及び目標追尾誘導方法」は、設備の簡素化を図った上で、飛翔体を確実に目標に向けて誘導させることを可能にすることを目的とする。
そのため、この発明では、図３に示すように、飛翔体５０において、目標Ｔに向かって赤外線レーザ照射装置５２から照射されているレーザビームＬＢの後方散乱光を赤外線センサにより検出し、システム制御部により赤外線センサによる検出結果からレーザビームＬＢの軌跡及び方向を求め、このレーザビームＬＢの軌跡及び方向と位置・速度センサにより検出される飛翔体５０の飛翔位置・速度情報とを比較照合して、レーザビームＬＢに対する飛翔体５０の飛翔位置及び飛翔方向を求め、このレーザビームＬＢの軌跡及び方向と飛翔位置及び飛翔方向とのずれに対応する誘導信号を生成して姿勢駆動部に与えることにより、飛翔体５０をレーザビームＬＢに近づけ、飛翔方向とレーザビーム方向とを略一致させるものである。

特許文献２の「シーカ角度分解能補正装置」は、目標体のシャープな映像が得られ、目標体の検知能力を向上させることを目的とする。
そのため、図４に示すように、このシーカ角度分解能補正装置は、ビーム指向角に対するビーム幅を小さくするΣ−ｋ＊Δ処理を行なうｋ値及びビーム指向角、遮蔽物の影響で変るエコーパルスの利得を２値化するしきい値レベルを予め取得し、蓄積しておくテーブル、蓄積したｋ値及びしきい値レベルで、Σ−ｋ＊Δ処理を行いビーム幅の広がりを一定にし、２値化により遮蔽物の影響を除去し、ビーム幅をブロッキング状態によらず一定にする補正手段を設けたものである。

特開２００２−９００９３号公報、「目標追尾誘導システム及び目標追尾誘導方法」 特開２００１−５１０５４号公報、「シーカ角度分解能補正装置」

上述したように従来の目標追尾誘導装置は、図５に模式的に示すように、目標６２に対しレーザ照射機６３からレーザビーム６４を照射し、その反射光６５を飛翔体に搭載される赤外線シーカ６６で検出することにより、目標の反射光を捕捉し、目標方向に向けて飛翔体６１を誘導するようになっている。

しかし、従来の目標追尾誘導装置では、本来検出したいレーザビーム６４の反射光６５以外に、太陽光６７及びその反射光（太陽クラッタ光）６７ａがシーカ６６に入射する。太陽光６７及び太陽クラッタ光６７ａは、シーカ６６におけるノイズ（ショットノイズ）となるため、シーカ６６で検出する信号の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が低下し、シーカの目標位置の検出精度が悪化する問題点があった。
また、これを補うために、レーザの高出力化が必要となり、装置の寸法・質量が増加するため、運用を制限してしまう問題点があった。

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明は太陽光及び太陽クラッタ光の影響を低減して、シーカが安定した強度の反射光を検出することができ、これにより、レーザ照射機の寸法、質量増を抑えることができ、運搬や設置等の運用上の制限を無くすことができる目標追尾誘導装置及び方法を提供することにある。

本発明によれば、目標に対しレーザビームを照射するレーザビーム照射装置と、
目標による前記レーザビームの反射光を検出する赤外線シーカを搭載した飛翔体とを備え、
目標に対しレーザビームを照射し、その反射光を前記赤外線シーカで検出して目標を捕捉し、飛翔体を目標方向に向けて誘導する目標追尾誘導装置であって、
前記飛翔体は、赤外線シーカの前面に設けられた直線偏光子と、該直線偏光子の姿勢信号を送信する姿勢送信装置とを有しており、
さらに、前記レーザビーム照射装置で発生するレーザビームの直線偏光の偏光方向をレーザビームまわりに回転可能な偏光方向回転装置と、前記姿勢信号を受信し、回転後のレーザビームの偏光方向を飛翔体の直線偏光子の偏光方向と一致させる偏光方向制御装置とを備える、ことを特徴とする目標追尾誘導装置が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記偏光方向回転装置は、偏光回転素子と、該偏光回転素子をレーザビームまわりに回転駆動する回転駆動装置とからなる。
前記偏光回転素子は、２分の１波長遅相子又は偏光回転子である、ことが好ましい。

また本発明によれば、目標に対しレーザビームを照射し、
目標による前記レーザビームの反射光を飛翔体に搭載した赤外線シーカで検出して目標を捕捉し、飛翔体を目標方向に向けて誘導する目標追尾誘導方法であって、
前記飛翔体は、赤外線シーカの前面に設けられた直線偏光子の姿勢信号を送信し、
前記姿勢信号を受信し、前記レーザビーム照射装置で発生するレーザビームの直線偏光の偏光方向をレーザビームまわりに回転可能な２分の１波長遅相子を回転させて、照射されるレーザビームの偏光方向を飛翔体のシーカが検出可能な前記偏光方向に調整する、ことを特徴とする目標追尾誘導方法が提供される。

上記本発明の装置及び方法によれば、レーザビーム照射装置で発生するレーザビームの直線偏光の偏光方向をレーザビームまわりに回転可能な偏光回転素子（２分の１波長遅相子又は偏光回転子）を回転させて、照射されるレーザビームの偏光方向を飛翔体のシーカが検出可能な偏光方向に調整するので、赤外線シーカで検出する光は、赤外線シーカの前面に設けられた直線偏光子（偏光フィルタ）を透過する光のみ、すなわち照射されたレーザビームの反射光と太陽光及び太陽クラッタ光の一部のみとなる。

すなわち、太陽光及び太陽クラッタ光は円偏光であるので、赤外線シーカの前面に設けられた直線偏光子（偏光フィルタ）によりこの直線偏光子と偏光方向が同一の偏光以外はすべてカットされる。このカット量は太陽光及び太陽クラッタ光の最大でほぼ半分に達するため、シーカで検出する信号の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が向上し、飛翔体の命中精度が向上するとともに、レーザ光の低出力化およびシーカの小型・軽量化が期待できる。
特にロールフリーのシーカにおいては、最大限の効果を得ることが可能となる。

以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。

図１は、本発明による目標追尾誘導装置の実施形態図であり、図２はその部分詳細図である。
図１において、本発明の目標追尾誘導装置１０は、レーザビーム照射装置１２、飛翔体１４、偏光方向回転装置２０および偏光方向制御装置２４を備える。

レーザビーム照射装置１２は、例えばレーザデジグネータであり、目標１に対しレーザビーム３を照射する。
レーザビーム照射装置１２は、図示しないレーダ装置と共に、例えば地上の固定位置、走行車両又は航空機に搭載される。レーダ装置は、レーダにより目標１を捕捉し、その結果に基づき、レーザビーム照射装置１２により、目標１に対しレーザビーム３を照射するようになっている。

飛翔体１４は、目標１によるレーザビーム３の反射光４を検出する赤外線シーカ１６を搭載している。
飛翔体１４は、赤外線シーカ１６の他に、図示しないアンテナ、位置・速度センサ、姿勢駆動装置、等を備え、飛翔体の位置・方向を演算し、飛翔体の位置・方向とレーザビーム３の軌跡及び方向とをほぼ一致させるように姿勢制御するようになっている。

さらに、飛翔体１４は、図２に示すように、赤外線シーカ１６の前面に設けられた直線偏光子１７（偏光フィルタ）と姿勢送信装置１８を備えている。
姿勢送信装置１８は、直線偏光子１７の姿勢信号、すなわち直線偏光子１７を透過可能な直線偏光（Ｓ波）の偏光方向を送信する。
なお飛翔体１４は、飛翔中にローリングしても、しなくてもよいが、特にローリングしないロールフリーであるのが好ましい。

この構成により図１に示す目標追尾誘導装置１０は、目標１に対しレーザビーム３を照射し、その反射光４を赤外線シーカ１６で検出することにより、目標１を捕捉し、目標方向に向けて飛翔体１４を誘導することができる。
また、直線偏光子１７（偏光フィルタ）を透過可能な直線偏光のみが赤外線シーカ１６で検出されるので、太陽光６７及び太陽クラッタ光６７ａに含まれる直線偏光子１７と偏光方向が同一の偏光以外はすべて除去することができる。
さらに、送信装置１８により直線偏光子１７を透過可能な直線偏光（Ｓ波）の偏光方向を送信するので、飛翔体１４の姿勢（偏光フィルタの向き）を遠隔位置で受信できる。

図２に示すように、偏光方向回転装置２０は、偏光回転素子２１と回転駆動装置２２とからなる。

偏光回転素子２１は、２分の１波長遅相子（２分の１波長板すなわちλ／２板）又は偏光回転子である。２分の１波長遅相子は、λ／２板光軸方向に対して角度αで入射した直線偏光を２θ回転させる機能を有する。偏光回転子は、直線偏光の偏光方向をレーザビーム３のまわりに角度αだけ回転させる機能を有する。角度αはレーザビーム２の偏光方向と偏光回転子の偏光方向とのなす角度である。

高出力レーザ照射機であるレーザビーム照射装置１２から照射されるレーザビーム２の偏光は直線偏光である。このレーザビーム２の偏光は偏光回転素子２１により、直線偏光の偏光方向を直線偏光のままでレーザビーム３のまわりに回転される。

回転駆動装置２２は、例えばパルスモータであり、偏光回転素子２１をレーザビーム３のまわりに回転駆動して、偏光回転素子２１を透過する直線偏光（すなわちレーザビーム３）の偏光方向を任意の方向に設定できるようになっている。

偏光方向制御装置２４は、例えばコンピュータ（ＰＣ）であり、飛翔体１４の姿勢（偏光フィルタの向き）を受信し、回転後のレーザビーム３の偏光方向を飛翔体の前記偏光方向（Ｓ波）に一致させるように回転駆動装置２２を制御する。

上述した装置を用い、本発明の目標追尾誘導方法では、目標１に対しレーザビーム３を照射し、
目標１によるレーザビーム３の反射光４を飛翔体１４に搭載した赤外線シーカ１６で検出することにより、目標１を捕捉し、目標方向に向けて飛翔体１４を飛翔させる。
また飛翔体１４は、赤外線シーカ１６の前面に設けられた直線偏光子１７（偏光フィルタ）を透過可能な直線偏光の偏光方向を送信する。
さらに、レーザビーム照射装置１２で発生するレーザビーム２の直線偏光の偏光方向をレーザビームまわりに回転可能な偏光回転素子２１を回転させて、照射されるレーザビーム３の偏光方向を飛翔体のシーカ１６が検出可能な偏光方向に調整する。

上述した本発明の装置及び方法によれば、レーザビーム照射装置１２で発生するレーザビーム２の直線偏光の偏光方向をレーザビームまわりに回転可能な偏光回転素子２１（２分の１波長遅相子又は偏光回転子）を回転させて、照射されるレーザビーム３の偏光方向を飛翔体のシーカが検出可能な偏光方向に調整するので、赤外線シーカ１６で検出する光は、赤外線シーカの前面に設けられた直線偏光子１７（偏光フィルタ）を透過する光のみ、すなわち照射されたレーザビーム３の反射光４と太陽光及び太陽クラッタ光の一部のみとなる。

すなわち、太陽光６７及び太陽クラッタ光６７ａは円偏光であるので、赤外線シーカ１６の前面に設けられた直線偏光子１７（偏光フィルタ）によりこの直線偏光子１７と偏光方向が同一の偏光以外はすべてカットされる。このカット量は太陽光及び太陽クラッタ光の最大でほぼ半分に達するため、シーカで検出する信号の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が向上し、飛翔体の命中精度が向上するとともに、レーザ光の低出力化およびシーカの小型・軽量化が期待できる。
特にロールフリーのシーカにおいては、最大限の効果を得ることが可能となる。

またＧＰＳ受信器等により飛翔体の位置情報を知ることで、飛翔体と目標の正確な位置関係に対応して偏光方向を調整することで、シーカはレーザ反射光を高効率に検出でき、更なる性能向上が期待できる。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。

本発明による目標追尾誘導装置の実施形態図である。 図１の部分詳細図である。 特許文献１の目標追尾誘導装置の模式図である。 特許文献２の「シーカ角度分解能補正装置」の模式図である。 従来の目標追尾誘導装置の模式図である。

符号の説明

１ 目標、２ レーザビーム（直線偏光）、
３ レーザビーム（直線偏光）、４ 反射光、
１０ 目標追尾誘導装置、１２ レーザビーム照射装置、
１４ 飛翔体、１６ 赤外線シーカ、
１７ 直線偏光子（偏光フィルタ）、１８ 送信装置、
２０ 偏光方向回転装置、２１ ２分の１波長遅相子（λ／２板）、
２２ 回転駆動装置、２４ 偏光方向制御装置（ＰＣ）

Claims (4)

1. 目標に対しレーザビームを照射するレーザビーム照射装置と、
   目標による前記レーザビームの反射光を検出する赤外線シーカを搭載した飛翔体とを備え、
   目標に対しレーザビームを照射し、その反射光を前記赤外線シーカで検出して目標を捕捉し、飛翔体を目標方向に向けて誘導する目標追尾誘導装置であって、
   前記飛翔体は、赤外線シーカの前面に設けられた直線偏光子と、該直線偏光子の姿勢信号を送信する姿勢送信装置とを有しており、
   さらに、前記レーザビーム照射装置で発生するレーザビームの直線偏光の偏光方向をレーザビームまわりに回転可能な偏光方向回転装置と、前記姿勢信号を受信し、回転後のレーザビームの偏光方向を飛翔体の直線偏光子の偏光方向と一致させる偏光方向制御装置とを備える、ことを特徴とする目標追尾誘導装置。
2. 前記偏光方向回転装置は、偏光回転素子と、該偏光回転素子をレーザビームまわりに回転駆動する回転駆動装置とからなる、ことを特徴とする請求項１に記載の目標追尾誘導装置。
3. 前記偏光回転素子は、２分の１波長遅相子又は偏光回転子である、ことを特徴とする請求項２に記載の目標追尾誘導装置。
4. 目標に対しレーザビームを照射し、
   目標による前記レーザビームの反射光を飛翔体に搭載した赤外線シーカで検出して目標を捕捉し、飛翔体を目標方向に向けて誘導する目標追尾誘導方法であって、
   前記飛翔体は、赤外線シーカの前面に設けられた直線偏光子の姿勢信号を送信し、
   前記姿勢信号を受信し、前記レーザビーム照射装置で発生するレーザビームの直線偏光の偏光方向をレーザビームまわりに回転可能な２分の１波長遅相子を回転させて、照射されるレーザビームの偏光方向を飛翔体のシーカが検出可能な前記偏光方向に調整する、ことを特徴とする目標追尾誘導方法。

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