JP2023037618A - 敵対的光学構成要素を検出するための光学検出システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】周囲を不必要な危険にさらすことなく敵対的光学構成要素５０を検出するための光学検出システムを提供する。【解決手段】システムは、光学部品構成要素５０を走査するために又は標的スプーフィングを提供することによってジャマーとして作用するために、光路１１５に沿って調整可能なレーザ・ビームを提供するように構成されたレーザ・ユニット１１０と、光路１１５のための単一開口１２０と、光学構成要素５０におけるレーザ・ビームの再帰反射を単一開口１２０を通して検出するように構成された検出器１３０と、敵対的光学構成要素５０の潜在的候補を単一開口１２０を通して検出するためのカメラ１４０とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、敵対的光学構成要素を検出するための光学検出（ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）システム及び方法に関し、詳細には、限定された危険エリアを提供する検出不可能な光学部品検出（ｏｐｔｉｃ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）システムに関する。

光学部品検出システムは、潜望鏡、武器ステーション、ライフルスコープ、又は同等のシステムなどの敵対的光学システムから戻ってくる再帰反射信号の検出によって敵対的な光学部品構成要素又は光学部品システムを検出するように設計されたレーザ・ベースのシステムである。このため、光学部品検出システムは、数キロメートル範囲の距離で敵対的光学システムを見つけるために、一定の空間角度にわたって狭い連続波ＣＷ（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ）又は一定のビーム幅のパルス変調レーザ・ビームを短時間で走査し得る。

これらの光学部品検出システムの設計は、敵対的光学システムを大きな空間角度（注視視野（ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｒｅｇａｒｄ））でより長い距離にわたって短時間で検出しなければならない。このようなシステムの注視視野は、例として、対称戦争のシナリオでは方位角で９０°から１２０°まで、仰角で１５°から４５°までを対象範囲とし、都市での非対称紛争のシナリオではそれ以上を対象範囲とし得る。距離範囲は、数１００ｍ（例えば、敵対的な射撃攻撃）から最大で数キロメートル（例えば、ミサイル攻撃）までに及び得る。上記で定義された空間角度内で何らかの敵対的光学システムを見つけるために必要な走査時間は、わずか数秒又は数分の１秒でなければならない。このようなシステムは、ＶＩＳ（ｖｉｓｕａｌ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒａｎｇｅ：可視スペクトル範囲）、ＮＩＲ（ｎｅａｒ ｉｎｆｒａ－ｒｅｄ：近赤外）、及び／又はＳＷＩＲ（ｓｈｏｒｔ ｗａｖｅ ｉｎｆｒａ－ｒｅｄ：短波赤外）などの波長帯域内でより高い大気透過率を提供する膨大なレーザ出力を必要とする。

レーザ信号は、光学部品検出システムから敵対的光学部品システムまでと検出器へ戻るまでとの２回大気中を流れるため、システム検出器の感度は非常に高くなければならない。結果として、長距離の場合、少なくとも距離のマイナス４乗に比例する距離依存性に従うと、検出すべき再帰反射信号は、放出されたレーザ信号よりも桁違いに低い可能性がある（ここでは大気減衰は無視される）。

上記のような従来の光学部品検出システムには以下の欠点がある。
－ 適切なレーザは、数１００ｍ又はそれ以上の危険エリアを伴い回ってくる目に安全でないレーザである。
－ これらのレーザ波長は、標準的なレーザ警告器システムによって検出可能であり、したがって、光学部品検出システムは動作中に検出可能である。
－ 高速な走査は、システムに角度方向ごとにより長い積分時間が必要になる固有の誤警報低減メカニズムを妨げる（したがって、あまりにも多くの誤警報が検出され、その結果、オペレータ要員にとって許容できない作業負荷／ストレスが生じる場合、このようなシステムは使用されない可能性がある）。
－ 高出力レーザと非常に高感度の検出能力とを同時に提供する走査型電気光学システムは、少なくとも２つの開口を有し、サイズ及び重量が大きく、したがって、システムが広い注視視野を対象範囲とするために障害物のない高い位置を必要とする場合、プラットフォームへの統合が困難になる。

したがって、サイズ、重量、及び電力（ＳＷａＰ：ｓｉｚｅ， ｗｅｉｇｈｔ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ）の点で最適化され且つそれぞれのプラットフォームの動的条件下でその性能を発揮できるほどに十分な機敏性を提供する非常にコンパクトな設計によって地上ベースの、飛行する、又は遊泳するプラットフォームへの統合を可能にする光学部品検出システムが求められている。

上述の問題の少なくともいくつかは、請求項１に記載の光学検出システム及び請求項１４に記載の検出するための方法によって解決される。従属請求項は、独立請求項の主題のさらなる有利な実現について言及している。

本発明は、周囲を不必要な危険にさらすことなく敵対的光学構成要素を検出するための光学検出システムに関する。システムは、レーザ・ユニットと、光路のための（単一）開口と、検出器と、カメラ（例えば、監視カメラ）とを含む。レーザ・ユニットは、敵対的光学構成要素を走査するために又は標的スプーフィングを提供することによってジャマーとして作用するために、光路に沿って調整可能なレーザ・ビームを提供するように構成される。検出器は、敵対的光学構成要素におけるレーザ・ビームの再帰反射を単一開口を通して検出するように構成される。カメラは、敵対的光学構成要素の潜在的候補を単一開口を通して検出するように構成される。次いで、検出器は候補を検証し得る。

したがって、レーザ・ユニットは、関心領域の中へレーザ・ビームを照射し、レーザ・ビームは最終的に、光学構成要素によって（例えば、レンズ又はガラス・パネルによって）反射され得る。これらの再帰反射は、検出器（又はカメラ）によって、使用される周波数若しくは信号シグネチャ又は信号変調（例えば、特定のパルス・パターン）を分析することによって検出され得る。レーザ・ユニットにおける調整は、様々なパラメータに関連し得る。同様に、カメラも、様々なスペクトル範囲で画像を捕捉するのに好適であり得る。カメラは、可視スペクトルで動作し得る。任意選択として、カメラは同様に、赤外又は任意の他のスペクトル範囲において高感度であり得る（例えば、ＩＲ画像を捕捉するため）。

例えば、レーザ・ユニットは、レーザ・ビームの発散を調整して、光路内の物体へのエネルギーの影響を適応させるように構成される。追加として又は代替として、レーザ・ユニットは、特に中赤外帯域１レーザとして作用することによって大気中の散乱を低減するように且つ／又は特に帯域４ａ／４ｂレーザとして作用することによってソフト・キル対策として作用するように、レーザ・ビームの波長を選択するように構成され得る。スペクトル帯域は、可視スペクトル（ＶＩＳ）が約４００ｎｍから７５０ｎｍの間、近赤外（ＮＩＲ）が約７５０ｎｍから９５０ｎｍの間、短波赤外（ＳＷＩＲ）が約９５０ｎｍから２．５００ｎｍの間であるように定義され得る。さらに、目に安全な帯域は、例えば、約１．５００ｎｍ又は２．５００ｎｍである。

中赤外帯域１レーザは、大気中で散乱しないか又はほとんど散乱せず、その結果この放射が第三者によって容易に検出されないという利点を有する。さらなる実施例によれば、レーザ・ユニットは、帯域１レーザ放射の少なくとも一部を帯域４ａ／４ｂレーザ放射に変換するように構成され、したがって、検出システムは、検出モードと対策モードとの間で容易に切り替わり得る。

実施例によれば、レーザ・ビームの発散は、適応型の光学部品若しくはレンズ又は他の光学デバイスを使用して調整され得る。レーザ・ビーム内のエネルギー密度も、複数のレンズを介してビームの幅を（増加又は減少させるために）変更するレーザ・ビーム拡張器によって変更され得る。選択される発散が用途に依存することが理解される。例えば、ジャマーとして利用されるレーザは、より小さい発散を有し得るのに対して、走査器として利用されるレーザは、（例えば、目の安全を確保するために）より大きい発散を有し得る。より長い距離の光学部品検出は、より小さいビーム発散を利用し得るのに対して、レーザのより大きい発散は、より短い距離でより大きい角度の検索エリアをより高速に対象範囲とすることを可能にする。実施例によれば、発散の調整は、クラスの個別のセット（例えば、安全性クラス）から選択され得るか、又は（決定された距離に関連付けて）継続的に変更され得る。

任意選択として、検出器は、他のレーザ源を検出するように、具体的にはレーザ誘導ミサイルを検出するように構成される。検出器はまた、任意の検出された他の光源又はレーザ源の方向情報又は位置情報を提供し得る。同様に、カメラは、他の光源若しくはレーザ源を検出するように、且つ／又はその位置若しくはその照射方向を決定するように構成され得る。

任意選択として、カメラは、標的識別に好適であり且つ標的追跡を可能にするためのマルチスペクトル・カメラを含む。追加として又は代替として、カメラは、光学検出システムと敵対的光学構成要素との間の距離を決定することが可能な３Ｄカメラであり得る。

実施例によれば、カメラは、様々な波長で画像を捕捉するように構成され得る。カメラは、例えば、様々な周波数を感知することができ且つミラー又はスペクトル・ビーム・スプリッタを通して画像を受信し得る様々な撮像構成要素を含み得る。

このために、カメラ及び／検出器は、飛行時間センサを含み得るか、又は他のレーザ源を経時的に追跡して（例えば、視差距離測定によって）その距離を決定し得る。これを容易にするために、レーザ・ユニットは、一連のパルスを含むパルス・レーザを送信し得、検出器及び／又はカメラは、再帰反射信号の移動距離による位相シフトを測定して、測定された位相シフトに基づいて光学構成要素までの距離を評価するように構成され得る。

任意選択として、光学検出システムは、単一開口を覆うように取り付けられた透明ドーム・ヘッドを含む。さらに、１つ又は複数のミラーが、ドーム・ヘッド内に取り付けられ得、光路の対象範囲エリアを以下の角度領域、すなわち、
－ 方位角：±６０°、±９０°、３６０°サラウンド・ビュー
－ 仰角：±１０°、±１５°、最大１５°、最大４５°、最大９０°、最大１２０°
のうちの少なくとも１つで実現するように構成され得る。

ミラーは、水平面内で回転可能であり得、対象範囲エリアが仰角方向にも広がるように傾斜可能である。具体的には、ミラーは、対象範囲エリアが実際には超半球状であるように、光学検出システムの上の半球だけでなく水平面より下の特定の角度範囲も対象範囲とするように構成されたジンバルを表し得る。ミラーは存在しても存在しなくてもよい。任意選択として、単一開口、レーザ・ユニット、検出器、及びカメラは、上記の定義された角度領域を対象範囲とする透明ドーム・ヘッド内のジンバルを利用することによって、ともに回転可能且つ傾斜可能である。したがって、さらなる実施例は、任意選択のミラー又は単一開口、レーザ・ユニット、検出器、及びカメラを１つのユニットとして回転させることによって所望の対象範囲エリアを提供するためのジンバル又はジンバル・アダプタを含む。

任意選択として、光学検出システムは、光路を、単一開口からレーザ・ユニット、検出器、及びカメラまでの少なくとも２つ又は３つの副経路に分割するように構成された１つ又は複数の部分透明ミラーを含む。

任意選択として、光学検出システムは制御ユニットを含む。制御ユニットは、
－ レーザ・ユニットのレーザ・ビームを調整すること、
－ 所望の対象範囲エリアを走査するために、回転可能なミラーを傾斜及び／又は回転させること、
－ カメラによって捕捉された画像の処理、
－ 検出器の検出信号を処理すること、
－ ＳＡＳによって記録された画像を利用して、記録された画像内の潜在的な敵対的構成要素を、検出された再帰反射によって真の敵対的構成要素であると検証することによって、１つ若しくはいくつかの人工知能アルゴリズム又は他の種類の画像処理方法を実装すること（したがって、再帰反射による敵対的光学構成要素の検証は、ＳＡＳの画像処理における学習として使用され得る）
のうちの少なくとも１つのために構成され得る。

任意選択として、制御ユニットは、カメラによって捕捉された画像内の物体検出を実行し、物体検出に基づいてレーザ・ビームの発散を調整するようにさらに構成される。

任意選択として、光学検出システムは、以下の構成要素、すなわち、状況認識システムＳＡＳ、警告器ユニット、戦闘管理システム、追加のセンサ及び／又はエフェクタのうちの少なくとも１つに結合される。この結合のために、光学検出システムは、これらの構成要素へのインターフェースを含み得、インターフェースは、無線若しくは有線であり得るか、或いはプラグ又は他の取り外し可能な若しくは一時的な接続によって実装され得る。制御ユニットは、検出器ユニットから若しくはカメラから受信されたデータ（又は検出器ユニットから若しくはカメラから導出されたデータ）を利用可能にする又は少なくとも１つの構成要素に転送するようにさらに構成され得る。ＳＡＳは、光学検出システムの周囲を捕捉することが可能なカメラ又は他の知覚センサを含み得る。

さらなる実施例によれば、光学検出システムは、ＳＡＳから周囲に関するコンテキスト・データとして情報を受信し得、それに基づいて、制御ユニットは、検出システムの周囲の特定のエリアを走査するように、レーザ・ユニット及び／又はミラー及び／又はジンバルを制御し得る。したがって、光学検出システムは、具体的にはコンテキスト・ベースの走査を提供し得る。ＳＡＳに加えて、警告ユニット及び／又は戦闘管理システムもコンテキスト・データを提供し得、実施例によれば、コンテキスト・データは、光学検出システムが敵対的光学構成要素を検出又は検証するために使用されることになる。

任意選択として、制御ユニットは、以下の機能、すなわち、
－ （例えば、レーザ・ユニットを利用した）レーザ・ベースの対策
－ （例えば、カメラを利用した）状況認識機能、
－ レーザ・ユニットを制御することによるレーザ・ベースの通信、
－ 光学構成要素までの距離を決定するための測距アプリケーションを提供すること、
－ 送信レーザ信号が受信信号とは異なる時間スロットで送信されるように、レーザ・ユニットを時間多重化方式で制御すること（レーザ・パルスは、異なる時間インスタンスで伝播するので干渉しない）
のうちの少なくとも１つを可能にするように構成される。

任意選択として、制御ユニットは、レーザ・ユニットによって放出されるレーザ・ビームの発散を脅威分類に基づいて調整するようにさらに構成され、脅威分類は、少なくとも光学構成要素の距離に依存し得る。脅威に基づく発散は、（例えば、所定の設定値未満の）近距離の場合は最大１０、２０、３０、若しくは５０ｍｒａｄ、又は（設定値を超える）より遠距離の場合は１ｍｒａｄ未満であり得る。設定値は、２００ｍ、又は３００ｍ、又は５００ｍ、又は１ｋｍ、又は任意の他の値であり得る。

さらなる実施例は、前述の少なくとも１つの光学検出システムを有する軍用車両、具体的には戦車の潜望鏡に取り付けるのに好適なアタッチメントに関する。

さらなる実施例は、周囲を不必要な危険にさらすことなく敵対的光学構成要素を検出するための方法に関する。方法は、レーザ・ユニットと、光路用の（単一）開口と、検出器と、カメラとを有するシステムを利用する。方法は、
－ 光学部品構成要素を走査するために又は標的スプーフィングを提供することによってジャマーとして作用するために、光路に沿って調整可能なレーザ・ビームを単一開口を通して送信するステップと、
－ 検出器ユニットによって、光学構成要素におけるレーザ・ビームの再帰反射を単一開口を通して検出するステップと、
－ カメラによって、敵対的光学構成要素の潜在的候補を単一開口を通して検出するステップと
を含む。

この方法は、さらなる方法ステップとして、光学検出システムに関連して前述したすべての機能を含み得る。

実施例は、いくつかの利点を提供することによって、上述の問題のうちの少なくともいくつかを解決する。

システムの設計は、前述の偵察アプリケーションに加えて、レーザ・ベースの対策（例えば、赤外（ＩＲ）ジャミング及び／若しくはダズリング、ダメージング）、並びに／又は状況認識機能（例えば、測距、標的設定、及び／若しくは追跡）、並びに／又はレーザ・ベースの通信（例えば、情報伝送用レーザ・ユニットを変調することによる通信、及びカメラ／検出器によって受信された信号を復調することによる通信）などの１つ又は複数の追加の拡張アプリケーションを可能にする方法で構築される。したがって、実施例は、（例えば、潜望鏡上又は潜望鏡内の）非常に高い場所での統合を提供することによって、主要なプラットフォーム統合を実現する。統合には、障害物のない大きな注視視野を必要とするいくつかの電気光学機能が含まれる。

さらに、実施例は、オープン・アーキテクチャ標準、例えばＮＧＶＡ（ＮＡＴＯ ｇｅｎｅｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ：汎用車両アーキテクチャ）に従うインターフェースなどの十分な論理インターフェースを提供する。追加として又は代替として、偵察、状況認識、ＢＭＳ、及び／又は警告センサ・システムからのアラートからの事前選別及び／又は事後選別された情報を利用することによって走査時間及び誤警報率を削減することを目的に、さらなるセンサ、エフェクタ、及び／又は戦闘管理システム（ＢＭＳ：ｂａｔｔｌｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ）が統合され得る。

以下では、添付の図面を参照して、本発明の様々な実施例を単に実例として説明する。

本発明の一実施例による光学検出システムを示す図である。 例示的な戦車の潜望鏡における図１のシステムの適用例を示す図である。 実施例による光学構成要素を検出するための方法の概略流れ図である。

次に、いくつかの実例が図示された添付の図面を参照して、様々な実例についてより詳しく説明する。

したがって、実例は様々な修正及び代替形式が可能であるが、本明細書では図内の例示的な実例について詳細に説明する。しかしながら、実例を開示された特定の形式に限定することは意図しておらず、反対に、実例が本開示の範囲内に入るすべての修正、均等物、及び代替物を網羅するものであることが理解されるべきである。図の説明全体を通して、同様の番号は同様又は類似の要素を指す。

要素が別の要素に「接続される」又は「結合される」と言及されている場合、その要素は他の要素に直接接続若しくは結合され得るか又は介在する要素が存在し得ることが理解されよう。対照的に、要素が別の要素に「直接接続される」又は「直接結合される」と言及されている場合、介在要素は存在しない。要素間の関係を説明するために使用される他の単語（例えば、「間」対「直接の間」、「隣接する」対「直接隣接する」など）も、同様に解釈されるべきである。

本明細書で使用される専門用語は、例示的な実例を説明することのみを目的としており、限定することを意図していない。単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、本明細書で使用される場合、文脈上特に明記されていない限り複数形も含むことを意図している。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、及び／又は「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用される場合、記載された特徴、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を明示しているが、１つ又は複数の他の機能、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／若しくはそれらのグループの存在又は追加を排除するものではないことがさらに理解されよう。

別段の定義がない限り、本明細書で使用される（技術用語及び科学用語を含む）すべての用語は、実例が属する当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。用語、例えば一般的に使用される辞書で定義されている用語は、関連技術の文脈におけるそれらの意味と一致する意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書で明示的に定義されていない限り、理想化された又は過度に形式的な意味で解釈されるものではないことがさらに理解されよう。

図１は、周囲を不必要な危険にさらすことなく敵対的光学構成要素５０（例えば、ライフルスコープ）を検出するための光学検出システム１００を示す。システム１００は、光路１１５に沿って調整可能なレーザ・ビーム又は送信信号Ｔｘを提供するように構成されたレーザ・ユニット１１０を含む。レーザ・ビームＴｘは、光学部品構成要素５０を走査するために、又は標的スプーフィングを提供することによってジャマーとして作用するために、又はレーザ・ベースの通信を提供するために利用され得る。システム１００は、光路１１５のための単一開口１２０と、光学構成要素５０におけるレーザ・ビームＴｘの再帰反射又は受信信号Ｒｘを単一開口１２０を通して検出するように構成された検出器１３０とをさらに含む。最後に、システム１００は、敵対的光学構成要素５０の潜在的候補を単一開口１２０を通して検出するためのカメラ１４０を含む。

図１に示す実施例は、ミラー１６０を備えた透明光学ヘッド１５０をさらに含み、ミラー１６０は、水平面内及び仰角に対して（すなわち、垂直方向に）送信信号Ｔｘの方向を調整するように構成される。ミラー１６０は、水平面内で回転され且つ水平面に対して傾斜され得る回転可能なミラーを含み得る。この実施例のシステム１００は、受信信号Ｒｘを３つの光路、すなわちレーザ・ユニット１１０に戻る第１の経路１１５ａと、検出器１３０への第２の経路１１５ｂと、カメラ１４０への第３の経路１１５ｃとに分割する少なくとも２つの部分透明又は半透性ミラー１７０をさらに含む。

ミラー１６０が、レーザ・ビームを所望の方向に方向付けるための１つの選択肢に過ぎないことが理解される。別の実施例によれば、ジンバルを使用して、レーザ・ユニット１１０、単一開口、検出器１３０、及びカメラ１４０を含むシステム全体がともに回転され得るその場合、ミラー１６０は存在しなくてもよい。したがって、さらなる実施例によれば、光学検出システム１００は、レーザ・ビームを所望の方向（対象範囲エリア）に方向付けるためのジンバル又はジンバル・アダプタを含み得る。

したがって、受信信号Ｒｘは、最初に光学ヘッド１５０に入り、ミラー１６０によって反射され、単一開口１２０に入る。その後、受信信号Ｒｘは、第１の部分透明ミラー１７０において部分的に反射され、透過部分はレーザ・ユニット１１０に伝播する。反射部分は、透過された一部分が検出器１３０へ進み反射部分がカメラ１４０へ進むように、第２の部分透明ミラー１７０においてさらに分割される。したがって、レーザ・ユニット１１０が送信信号Ｔｘを送信すると、送信信号Ｔｘは、第１のミラー１７０を通過し、続いて単一開口１２０を通過してミラー１６０に到達し、ここで風景の中へ反射される。最終的に、送信信号Ｔｘは、（敵対的）光学構成要素５０において再帰反射される。次いで、再帰反射信号は、受信信号Ｒｘとして伝播して光学検出システム１００に戻り、ミラー１６０によって単一開口１２０の中へ反射され、第１のミラー１７０によって（部分的に）反射される。続いて、受信信号Ｒｘ（又はその残りの部分）は、ある部分が検出器１３０に送信され別の部分がカメラ１４０に送信されるように、第２のミラー１７０によって分割される。検出器１３０は、再帰反射を検出するのに対して、カメラ１３０は、反射だけでなく光学構成要素５０の周りの風景も描写する画像を提供することができる。

カメラ１３０が、レーザ・ユニット１１０によって送信された送信信号Ｔｘとは独立して風景から画像を捕捉するように構成され得ることが理解される。また、カメラ１３０は、レーザ・ユニット１１０が動作していないときも動作し得る。同様に、カメラ１３０は、送信信号Ｔｘが送信されない他の領域からも画像を捕捉し得る。

実施例によれば、光学検出システム１００は、送信信号Ｔｘ及び受信信号Ｒｘに関して時間多重化を提供することも可能である。例えば、レーザ・ユニット１１０は、風景の中に送信される一連の光パルスを送信することができる。光パルスの幅及び／又はパルスの周波数は、通常の検出領域（例えば、最大で１０ｋｍ又は２０ｋｍまで）内では単一パルスのみが光路に沿って伝播するように構成され得、その結果、検出器１３０による受信信号Ｒｘの受信後にのみ、別の送信信号がレーザ・ユニット１１０によって生成され、風景の中に照射される。これにより、送信信号及び受信信号のために単一の信号線を使用できるという利点が得られる。時間多重化により、送信信号Ｔｘと受信信号Ｒｘとの間で干渉が発生しないことが保証される。さらに、レーザ・ユニット１１０は、送信信号Ｔｘを検出器１３０にも転送し得、その結果、検出器は、送信信号Ｔｘを受信信号Ｒｘと混合して、両者間の位相シフトを決定し、システム１００から光学構成要素５０までの距離情報を決定することができる。これが、検出された敵対的光学構成要素５０までの距離を決定する一つの可能な方法に過ぎないことが理解される。

さらなる実施例は、距離測定のために他の方法を使用する。脅威５０の潜在的物体までの距離を決定することによって、距離に基づいてレーザ・ビーム発散を調整することが可能であり、その結果、潜在的危険領域も減少する。

さらなる実施例によれば、光学検出システム１００は、周囲のコンテキスト・ベースの走査を可能にするための他の構成要素に結合される。追加の構成要素は、特に、状況認識システムＳＡＳ２１０、警告ユニット２２０、戦闘管理システムＢＭＳ２３０、並びに他のセンサ及び／又はさらなるエフェクタ２４０を含み得る。これらの追加の構成要素は、光学検出システム１００が追加の構成要素によって提供される追加の情報に基づいて走査を調整できるように、追加の情報を光学検出システム１００に提供し得る。

例えば、ＳＡＳ２１０は、周囲を走査し、対象の又は危険な潜在的物体が位置している可能性がある方向についての指示を提供する１つ又は複数のカメラを含み得る。同様に、戦闘管理システム２３０は、周囲の危険な潜在的物体に関する情報を共有し得る同様の光学検出システムを有する協力メンバーに関するさらなる情報を提供することを可能にし得る。したがって、光学検出システムのそれぞれが、すべての光学構成要素５０を走査する必要はなく、すでに識別された光学構成要素５０に関する情報（例えば、位置又は方向）を取得し得る。同様に、光学検出システム１００は、（ミサイル又は銃口からの発砲炎のような）潜在的脅威をすでに識別している警告ユニット２２０からデータを受信することができる。光学検出システム１００は、このコンテキスト情報に基づいて走査を特定の関心領域に方向付け得る。最後に、追加のセンサ及びエフェクタは、待ち行列型検索（ｑｕｅｕｅｄ ｓｅａｒｃｈ）を可能にするためのさらなるデータを提供し得る。

実施例によれば、光学検出システム１００は、ＳＡＳ２１０、ＢＭＳ２３０、及び／又は警告システム２２０のための少なくとも１つの専用インターフェースを含み得る。その結果、ある一定の注視視野を走査するための時間の最適化に関して、（例えば、協力している参加者と組み合わせた）システム全体の性能が向上し得る。これにより、事前に選別された情報から利益を得ることができる。

例えば、ＳＡＳ２１０は、光学部品検出システム１００が、ＳＡＳ２１０によって命令されるコンテキスト・ベースの走査を実現することによって完全自律モードで実行されることを可能にする。このようなコンテキスト・ベースの走査は、ＳＡＳ２１０のビデオ画像のセマンティック・セグメンテーションによって実現され得、画像は、関心エリアと非関心エリアとに分割され、その結果、構造化された地平線が得られることにより、走査時間の大幅な短縮につながる可能性がある。

さらに、このようなコンテキスト・ベースの走査は、敵及び味方のエリア内の注視視野全体を分割する拡張現実データなどのＢＭＳ２３０から来る動作情報を使用することによってさらに最適化され得、この場合もやはり走査時間が短縮される。

さらなる実施例によれば、さらに、警報方向を提供する少なくとも１つの警告センサ２２０（ミサイル、レーダ、及び／又はレーザ警告器など）によって走査エリアの優先順位付けが実現され得る。

図２は、図示の戦車などの軍用車両の潜望鏡６０に取り付けるのに好適である、光学検出システム１００を含むアタッチメントの実施例を示す。前述のように、統合光学検出システム１００は、再帰反射によって敵対的光学構成要素５０を検出するように構成される。光学構成要素５０は、送信信号Ｔｘを反射する任意のものであり得る。具体的には、これは、ライフルスコープ、又は潜望鏡、又はレーザ誘導式のミサイル若しくは武器用の武器ステーション、又は他の光学偵察デバイスであり得る。

特に、光学部品検出システム１００の実施例は、潜望鏡のボア照準（ｂｏｒｅ ｓｉｇｈｔ）方向とは無関係に動作することが可能であり、例えば都市のシナリオで動作されたとき、非常に高い仰角の走査を可能にする。したがって、そのような設備は、方位角で（ほぼ）３６０°、仰角で典型的には９０°～１１０°（超半球型ＦｏＲ）を対象範囲とする注視視野ＦｏＲ１６５での光学部品検出システム１００の動作を可能にする。言い換えれば、検出エリア１６５は、水平面の上方及び（部分的に）下方の領域も対象範囲とし得る。

さらなる実施例によれば、レーザ・ユニット１１０は、第三者によって認識不可能であるように中赤外帯域１レーザによって提供される。この効果は、中赤外波長が空気中でほとんど散乱せず、したがって、特にすでに存在している自然背景放射を考慮した場合、側面からほとんど検出不可能であることにより実現される。

さらに、中赤外ジャマー及び／又はダズラーを例示的なターレットに統合する目的で、レーザ・ユニット１１０は、中赤外帯域１レーザの一部を帯域４ａ／ｂスペクトルに変換するように構成され得、その結果、同じハードウェアを介して非常に短時間で光学部品検出システム１００によって識別された潜在的脅威の方向に、ソフト・キル対策を開始することができる。

さらなる実施例によれば、レーザ・サブシステム（レーザ・ユニット１１０）は、多波長レーザ源を備え得るか又はそのような源に結合してもよく、レーザ信号を送信すること又は以下の特定の波長による光学部品検出を実現することを特徴とし得る。
－ 大気透過帯域に適合する
－ 市場で入手可能な標準的なレーザ警告システムによって検出不可能である
－ 目により安全である
－ 中波赤外アプリケーション（ＭＩＤ ＩＲ）に向けて拡張可能である

さらなる実施例によれば、光学部品検出システム１００は、ジャミング及び／又はダズリングに加えて又はその代わりに、別の特徴としてレーザ通信機能を統合することができ、この通信では、レーザ・ユニット１１０は送信信号Ｔｘの送信機として作用し、検出器１３０は受信機として作用する。通信は、本明細書に記載の光学検出システム又は他のレーザ通信デバイスを同様に装備した他の協力している（味方の）参加者とともに実行され得る。このために、レーザ・ユニット１１０の変調は、情報を送信信号Ｔｘに符号化するように又は受信信号Ｒｘから情報を復号するように適切に調整される。

実施例は、非常にコンパクトな設計を可能にする。具体的には、光学検出システム１００は、小型で、最終的に障害物のない高所に設置されるように、例えば陸上車両の潜望鏡の上部に取り付けられる程度に十分に軽量である小型光学ジンバル・システムを含むか又は表し得る（図２参照）。

実施例の利点の態様は、以下のように要約され得る。

光学部品検出システム１００は、１つの単一開口１２０のみを有する光学ヘッドとして設計され得る。高出力レーザ信号Ｔｘが送信され、再帰反射信号Ｒｘが上述の開口１２０を通して検出される。さらに、カメラ１４０は、例えば、標的追跡の目的でシーンを撮像するためにこの開口１２０を通して見ているマルチスペクトル・カメラであり得る。レーザ・ビーム、再帰反射検出器１３０、及びカメラ１４０の視野の中心軸は、送信信号Ｔｘ及び受信信号Ｒｘが、追跡誤差よりもはるかに小さい位置合せ誤差でカメラ１４０のボア照準に方向付けられるような方法で互いに位置合せされ得る。

実施例の特定の利点は、レーザ・ユニット１１０、検出器１３０、及びカメラ１４０が、透明ドーム１５０の下に設置されたコンパクトで機敏性の高いジンバル１６０によって実現され得る一方で、レーザ・ユニット１１０、再帰反射検出器１３０、及びカメラ１４０がプラットフォームに対して固定されて設置されるという点に関連する。回転可能なミラー又はジンバルは、レーザ・ビーム幅のわずか数分の１（例えば、１／１０）の追跡誤差で動的標的に対してボア照準を安定させるのに十分な帯域幅を提供する。この追跡誤差は、運搬プラットフォーム（戦車など）及び標的が動的に移動している場合でも、経時的に９５％に（ほぼ完全に）維持される。

さらなる実施例によれば、レーザ・ユニット１１０は、高出力レーザ信号Ｔｘを送信することが可能であり、検出器１３０は、例えば送信信号Ｔｘと受信信号Ｒｘとを１つの同軸チャネルを介して干渉なく送信するために、インテリジェントな光学設計（すなわち、ゴースト像の低減）及び時間領域多重化によって再帰反射信号Ｒｘなどの非常に低出力の信号を検出することが可能である。

さらなる実施例によれば、光学検出システム１００は、例えば５０ｍから数キロメートル（例えば、最大で３ｋｍ、５ｋｍ、又は１０ｋｍ以上）までの距離で測距することが可能なレーザ測距アプリケーションの実装を可能にする。測距アプリケーションを利用して、光学部品検出システム１００によって見出された標的距離を推定することができる。さらに、測距アプリケーションを使用して、識別済みの標的を、プラットフォーム自体の位置を考慮することによってジオ・リファレンス（ｇｅｏ－ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）することができる。そうするために、実施例では、慣性測定ユニットが装備され得る。さらなる実施例では、慣性データはプラットフォームによって与えられ得る。別の実施例によれば、スマートなレーザ・エネルギー管理のために、測距アプリケーションを使用してレーザ発散を調整することができる。

さらなる実施例によれば、前述のレーザ・エネルギー管理は、必要なレーザ出力を維持し、これによりレーザ危険エリアを低く維持しながら、様々な射程体制（ｒａｎｇｅ ｒｅｇｉｍｅ）及び様々な動作条件下で現れる様々な脅威を対象範囲とするように適合され得る。例えば、ライフル・スコープ、無人航空機（ＵＡＶ：ｕｎｍａｎｎｅｄ ａｅｒｉａｌ ｖｅｈｉｃｌｅ）、又は狙撃者からの再帰反射は、通常、最終的により高い評価角度での近距離のシナリオで予想されるのに対して、武器ステーションから又は外国製戦車の照準器からの反射は、より平坦な角度で、より遠距離であることが予想される。実施例は、この脅威の分類を考慮に入れて、レーザ発散を近距離のシナリオでは数１０ｍｒａｄに、数キロメートル距離のシナリオでは１ｍｒａｄの何分の一かになるように自動的に又は動作構成によって調整する。

さらなる実施例によれば、適応性のあるレーザ発散調整、及び走査時間のすべての削減努力は、レーザ・ビーム発散の低減、及びこれとともにレーザ出力の低減を可能にし、最終的に、動作上の有用性の重要な前提条件であるレーザ危険エリアを最小限に抑える。例えば、ＳＡＳ２１０、ＢＭＳ２３０、及び警告センサ２２０を活用する場合、少なくとも５倍の危険距離の最適化を実現することができる。

ＢＭＳ２３０が光学部品検出システム１００に接続される場合、実施例は、例えば、光学部品検出システム１００と、関連する戦車群のいくつかの他の光学部品検出システムとの協調動作モードを可能にする。各光学部品検出システムは、マルチＵＡＶ攻撃などの負荷攻撃での動作に耐えるために、命令されたセグメント内の大きな注視視野のうちの一部を走査し得る。

光学部品検出システム１００をセンサ・エフェクタ・ネットワークとインターフェースすることの別の利点は、実質的な誤警報の低減を可能にするコンテキスト・ベースの警報確定によって与えられる。実施例によれば、検出された再帰反射の周囲のシーンは、画像処理又は画像分析アルゴリズムによって自動的に分析され得る。例えば、人工知能アルゴリズムは、光学部品検出システム１００が再帰反射による警報を発したときにＳＡＳ２１０によって記録されたそれぞれの画像を利用し得る。したがって、実施例は、明確な誤警報を拒否することができ、正しい警報を確定することができる。

さらなる実施例によれば、光学検出システム１００は、光学検出システム１００の上述の機能のうちの少なくとも１つを実施するために以下の構成要素、すなわちレーザ・ユニット１１０、ミラー／ジンバル１６０、カメラ１４０、検出器１３０などのうちの１つ又は複数を制御するように構成された制御ユニットを含む。

図３は、実施例による、光学構成要素５０を検出するための方法の概略流れ図を示す。方法は、レーザ・ユニット１１０と、光路１１５のための単一開口１２０と、検出器１３０と、監視カメラ１４０とを含む図１のシステム１００を利用し得る。方法は、（少なくとも、）
－ 光学部品構成要素５０を走査するために又は標的スプーフィングを提供することによってジャマーとして作用するために、光路１１５に沿って調整可能なレーザ・ビームＲｘを単一開口１２０を通して送信するステップＳ１１０と、
－ 検出器ユニット１３０によって、光学構成要素５０におけるレーザ・ビームの再帰反射Ｒｘを単一開口１２０を通して検出するステップＳ１２０と、
－ 監視カメラ１４０によって、敵対的光学構成要素５０の潜在的候補を単一開口１２０を通して検出するステップＳ１３０と
を含む。

光学検出システムに関連して説明した機能のすべてが、さらなる方法ステップによって実施され得ることが理解される。

実施例は、以下の利点を提供する。
－ 光学部品検出システム１００の高度な統合を伴う低ＳＷａＰ様設計
－ ハードウェア及びソフトウェアを共通に使用する１つの光学開口を通した拡張ソフト・キル対策及び／又はレーザ通信
－ 個々のシステムの機能の総数よりも多くの機能性を提供する（多目的ソリューション）
－ 光学部品検出は第三者には認識不可能である（偵察が不可能である）
－ 光学部品検出をセンサ・エフェクタ情報ネットワークに統合することにより、走査時間に関してシステムが最適化される
－ レーザ出力の必要性及びレーザの危険範囲が減少する
－ ネットワーク・ソリューションは、誤警報の効率的且つ自動的な削減を提供する
－ 完全自律型システムが実現可能である
－ オペレータの作業負担が軽減され、そのようなシステムの有用性が向上する

説明及び図面は、本開示の原理を示しているに過ぎない。したがって、当業者であれば、本明細書では明示的に説明も図示もされていないが本開示の原理を具現化するとともに本開示の範囲内に含まれる様々な構成を考案できることが理解されよう。

５０ （敵対的）光学構成要素
６０ 潜望鏡
１１０ レーザ・ユニット
１１５ 光路
１２０ 単一開口
１３０ 検出器
１４０ 監視カメラ
１５０ ドーム・ヘッド
１６０ 回転可能／傾斜可能なミラー又はジンバル
１６５ 対象範囲エリア又は注視視野
１７０ （部分透明）ミラー
２１０ 状況認識システム
２２０ 警告デバイス
２３０ 戦闘管理システム
２４０ センサ及び／又はエフェクタ
Ｔｘ 送信信号
Ｒｘ 受信信号

Claims (14)

1. 周囲を不必要な危険にさらすことなく敵対的光学構成要素（５０）を検出するための光学検出システム（１００）であって、
   前記光学構成要素（５０）を走査するために又は標的スプーフィングを提供することによってジャマーとして作用するために、光路（１１５）に沿って調整可能なレーザ・ビーム（Ｔｘ）を提供するように構成されたレーザ・ユニット（１１０）と、
   前記光路（１１５）のための単一開口（１２０）と、
   前記敵対的光学構成要素（５０）における前記レーザ・ビーム（Ｔｘ）の再帰反射（Ｒｘ）を前記単一開口（１２０）を通して検出するように構成された検出器（１３０）と、
   前記敵対的光学構成要素（５０）の潜在的候補を前記単一開口（１２０）を通して検出するためのカメラ（１４０）と
   を含む、光学検出システム。
2. 前記レーザ・ユニット（１１０）が、前記レーザ・ビーム（Ｔｘ）の発散を調整して、前記光路（１１５）内の物体へのエネルギーの影響を適応させるように構成されている、請求項１に記載の光学検出システム（１００）。
3. 前記レーザ・ユニット（１１０）が、
   － 特に中赤外帯域１レーザとして作用することによって大気中の散乱を低減するように、且つ／又は
   － 特に帯域４ａ／４ｂレーザとして作用することによってソフト・キル対策として作用するように
   前記レーザ・ビームの波長を選択するように構成されている、請求項１又は請求項２に記載の光学検出システム（１００）。
4. 前記検出器（１３０）が、他のレーザ源を検出する、具体的にはレーザ誘導ミサイルを検出するように、且つ／又は任意の検出された他のレーザ源の方向情報若しくは位置情報を提供するように構成されている、請求項１から３までのいずれか一項に記載の光学検出システム（１００）。
5. 前記カメラ（１４０）が、標的識別に好適であり且つ標的追跡を可能にするためのマルチスペクトル・カメラを含む、請求項１から４までのいずれか一項に記載の光学検出システム（１００）。
6. 前記単一開口（１２０）を覆うように取り付けられた透明ドーム・ヘッド（１５０）と、
   前記ドーム・ヘッド（１５０）内に取り付けられ、前記光路の対象範囲エリアを以下の角度領域、すなわち、
   － 方位角：±６０°、±９０°、３６０°サラウンド・ビュー
   － 仰角：±１０°、±１５°、最大１５°、最大４５°、最大９０°、最大１２０°
   のうちの少なくとも１つで可能にするように構成されたミラー（１６０）と
   をさらに含む、請求項１から５までのいずれか一項に記載の光学検出システム（１００）。
7. 前記光路（１１５）を、前記単一開口（１２０）と前記レーザ・ユニット（１１０）との間、前記単一開口（１２０）と前記検出器（１３０）との間、及び前記単一開口（１２０）と前記カメラ（１４０）との間の３つの副経路（１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ）に分割するように構成された１つ又は複数の部分透明ミラー（１７０）をさらに含む、請求項１から６までのいずれか一項に記載の光学検出システム（１００）。
8. － 前記レーザ・ユニット（１１０）の前記レーザ・ビームを調整すること、
   － 所望の対象範囲エリアを走査するために前記ミラー（１６０）を傾斜及び回転させること、
   － 前記カメラ（１４０）によって捕捉された画像を処理すること、
   － 前記検出器（１３０）の検出信号を処理すること、
   － ＳＡＳ（２１０）によって記録された画像を利用して、前記記録された画像内の潜在的な敵対的構成要素を、検出された再帰反射によって真の敵対的構成要素であると検証することによって、人工知能アルゴリズム又は他の種類の画像処理方法を実装すること
   のうちの少なくとも１つのために構成された制御ユニットをさらに含む、請求項１から７までのいずれか一項に記載の光学検出システム（１００）。
9. 前記制御ユニットが、前記カメラ（１４０）によって捕捉された前記画像内で物体検出を実行し、前記物体検出に基づいて前記レーザ・ビームの前記発散を調整するようにさらに構成されている、請求項８に記載の光学検出システム（１００）。
10. 前記光学検出システム（１００）が、以下の構成要素、すなわち、状況認識システムＳＡＳ、（２１０）、警告器ユニット（２２０）、戦闘管理システム（２３０）、追加のセンサ及び／又はエフェクタ（２４０）のうちの少なくとも１つに結合され、
    前記制御ユニットが、前記検出器ユニット（１３０）から若しくは前記カメラ（１４０）からのデータ、又は前記検出器ユニット（１３０）から若しくは前記カメラ（１４０）から導出されたデータを前記少なくとも１つの構成要素（２１０、２２０、２３０、２４０）にとって利用可能にするようにさらに構成され、且つ／或いは
    前記制御ユニットが、前記少なくとも１つの構成要素（２１０、２２０、２３０、２４０）から風景についてのコンテキスト・データを受信して、前記受信したコンテキスト・データに基づいて前記光学構成要素又は他の物体に関する検索を提供するようにさらに構成されている、請求項８又は請求項９に記載の光学検出システム（１００）。
11. 前記制御ユニットが、以下の機能、すなわち、
    － レーザ・ベースの対策、
    － 状況認識機能、
    － 前記レーザ・ユニット（１１０）を制御することによるレーザ・ベースの通信、
    － 前記光学構成要素（５０）までの距離を決定するための測距アプリケーションの提供、
    － 前記送信レーザ信号（Ｔｘ）が前記受信信号（Ｒｘ）とは異なる時間スロットで送信されるように前記レーザ・ユニット（１１０）の時間多重化方式での制御
    のうちの少なくとも１つを可能にするようにさらに構成されている、請求項８から１０までのいずれか一項に記載の光学検出システム（１００）。
12. 前記制御ユニットが、前記レーザ・ユニット（１１０）によって放出される前記レーザ・ビームの前記発散を脅威分類に基づいて調整するようにさらに構成され、前記脅威分類が、少なくとも前記光学構成要素（５０）の前記距離に依存する、請求項１１に記載の光学検出システム（１００）。
13. 請求項１から１２までのいずれか一項に記載の光学検出システム（１００）を有する軍用車両、具体的には戦車の潜望鏡に取り付けるのに好適なアタッチメント。
14. レーザ・ユニット（１１０）と、光路（１１５）のための単一開口（１２０）と、検出器（１３０）と、カメラ（１４０）とを有するシステム（１００）を利用することによって、周囲を不必要な危険にさらすことなく敵対的光学構成要素（５０）を検出するための方法であって、
    前記光学構成要素（５０）を走査するために又は標的スプーフィングを提供することによってジャマーとして作用するために、前記光路（１１５）に沿って調整可能なレーザ・ビーム（Ｔｘ）を前記単一開口（１２０）を通して送信するステップ（Ｓ１１０）と、
    検出器ユニット（１３０）によって、前記光学構成要素（５０）における前記レーザ・ビームの再帰反射（Ｒｘ）を前記単一開口（１２０）を通して検出するステップ（Ｓ１２０）と、
    カメラ（１４０）によって、前記敵対的光学構成要素（５０）の潜在的候補を前記単一開口（１１５）を通して検出するステップ（Ｓ１３０）と
    を含む、方法。

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