JP3035522B2 - 二色性能動追尾装置 - Google Patents
二色性能動追尾装置Info
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- F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
- F41G3/00—Aiming or laying means
- F41G3/14—Indirect aiming means
- F41G3/16—Sighting devices adapted for indirect laying of fire
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/66—Tracking systems using electromagnetic waves other than radio waves
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F41—WEAPONS
- F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
- F41G11/00—Details of sighting or aiming apparatus; Accessories
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- F41—WEAPONS
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- F41G3/00—Aiming or laying means
- F41G3/22—Aiming or laying means for vehicle-borne armament, e.g. on aircraft
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- F41H13/0043—Directed energy weapons, i.e. devices that direct a beam of high energy content toward a target for incapacitating or destroying the target
- F41H13/005—Directed energy weapons, i.e. devices that direct a beam of high energy content toward a target for incapacitating or destroying the target the high-energy beam being a laser beam
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- G01S17/87—Combinations of systems using electromagnetic waves other than radio waves
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的にはレーザ
ビームと共に移動物体を追尾するシステムに関し、詳し
く述べれば、標的とレーザ命中（ヒット）スポットとを
別々にイメージさせて共通座標系内において標的に対し
て直接関係付け（即ち参照させ）、それによって標的を
仕留めるまでレーザ武器を所望の標的照準点にロックさ
せ、維持することを可能にする自己参照イメージング追
尾装置（トラッカ）に関する。
ビームと共に移動物体を追尾するシステムに関し、詳し
く述べれば、標的とレーザ命中（ヒット）スポットとを
別々にイメージさせて共通座標系内において標的に対し
て直接関係付け（即ち参照させ）、それによって標的を
仕留めるまでレーザ武器を所望の標的照準点にロックさ
せ、維持することを可能にする自己参照イメージング追
尾装置（トラッカ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】イメージ追尾装置は、飛行中のミサイル
を無能にするために、レーザまたは他の武器類と共に使
用されることが多い。現在の普通のイメージ追尾装置
は、レーザビームを所望の標的照準点に導くために非自
己参照計画だけを使用している。実際には、これは、追
尾装置がミサイルを追尾する時の追尾装置の視線から、
空間におけるレーザビームの方向を推論することを意味
している。イメージング・非自己参照技術を使用する追
尾装置は、典型的には、電子カメラのような１つまたは
それ以上のイメージングデバイスを使用し、先ず標的に
された物体の近似、即ち広視野（ＷＦＯＶ）位置を決定
し、次に瞬時、即ち狭視野（ＮＦＯＶ）位置を決定す
る。追尾装置は、ＮＦＯＶトラックゲート内に標的イメ
ージを捕捉した後に、サーボループの制御の下にその標
的を追尾する。殆どの場合、追尾装置はビーム照準器内
のジンバル上に物理的に取付けられている。従って、も
し照準器及び追尾装置が適切にボアサイトされて( bore
sighted ) いれば、照準器の視線もその標的を追尾す
る。
を無能にするために、レーザまたは他の武器類と共に使
用されることが多い。現在の普通のイメージ追尾装置
は、レーザビームを所望の標的照準点に導くために非自
己参照計画だけを使用している。実際には、これは、追
尾装置がミサイルを追尾する時の追尾装置の視線から、
空間におけるレーザビームの方向を推論することを意味
している。イメージング・非自己参照技術を使用する追
尾装置は、典型的には、電子カメラのような１つまたは
それ以上のイメージングデバイスを使用し、先ず標的に
された物体の近似、即ち広視野（ＷＦＯＶ）位置を決定
し、次に瞬時、即ち狭視野（ＮＦＯＶ）位置を決定す
る。追尾装置は、ＮＦＯＶトラックゲート内に標的イメ
ージを捕捉した後に、サーボループの制御の下にその標
的を追尾する。殆どの場合、追尾装置はビーム照準器内
のジンバル上に物理的に取付けられている。従って、も
し照準器及び追尾装置が適切にボアサイトされて( bore
sighted ) いれば、照準器の視線もその標的を追尾す
る。
【０００３】普通のイメージング・非自己参照追尾装置
の標的探知機能は充分であることが多いが、これらのシ
ステムには多くの限界が存在している。例えば、媒体波
前向き赤外線（ＦＬＩＲ）に基づく追尾装置では、物体
上のレーザ命中スポットからの瞬時非鏡面戻りが屡々カ
メラを盲目にしたり、または輝くレーザ命中スポットを
受け入れるために、少なくともカメラの自動利得制御が
カメラ利得を低下させるので全ての標的イメージ情報が
失われるというように、標的と係合させるために使用さ
れるレーザ武器が追尾装置イメージングシステムに干渉
することが多い。典型的には、レーザ反射パワーは、標
的の熱シグネチャよりも 40 乃至 60 ｄＢ程度は大き
い。更に、長波ＦＬＩＲの基づくシステムにおいても、
加熱された弾頭からの輝く熱エネルギがこれらのシステ
ムを盲目にするので、これらのシステムの標的物体追尾
は不能にされる。
の標的探知機能は充分であることが多いが、これらのシ
ステムには多くの限界が存在している。例えば、媒体波
前向き赤外線（ＦＬＩＲ）に基づく追尾装置では、物体
上のレーザ命中スポットからの瞬時非鏡面戻りが屡々カ
メラを盲目にしたり、または輝くレーザ命中スポットを
受け入れるために、少なくともカメラの自動利得制御が
カメラ利得を低下させるので全ての標的イメージ情報が
失われるというように、標的と係合させるために使用さ
れるレーザ武器が追尾装置イメージングシステムに干渉
することが多い。典型的には、レーザ反射パワーは、標
的の熱シグネチャよりも 40 乃至 60 ｄＢ程度は大き
い。更に、長波ＦＬＩＲの基づくシステムにおいても、
加熱された弾頭からの輝く熱エネルギがこれらのシステ
ムを盲目にするので、これらのシステムの標的物体追尾
は不能にされる。
【０００４】上述した諸問題の解決法は、レーザ照準点
を狭視野（ＮＦＯＶ）の外側に選択すること、または短
波赤外（ＳＷＩＲ）追尾帯を能動照射に使用してレーザ
の戻りをＮＦＯＶ ＳＷＩＲカメラには不可視にするこ
とを含む。しかしながら、もしレーザ照準点をＮＦＯＶ
の視野外に選択すれば、レーザビームの照準をフィード
フォワード推定によって決定しなければならない。この
ように照準点を選択することは、ミサイルのノーズキル
( nose-kill ) の確率を推定し、また前述したような推
定雑音を受け易いので望ましくない。代替として、もし
短波長赤外追尾帯を使用するのであれば、この場合もレ
ーザビーム照準はフィードフォワード推定によって行わ
なければならない。このような計画は、追尾装置が大気
妨害を受ける可能性を高める。
を狭視野（ＮＦＯＶ）の外側に選択すること、または短
波赤外（ＳＷＩＲ）追尾帯を能動照射に使用してレーザ
の戻りをＮＦＯＶ ＳＷＩＲカメラには不可視にするこ
とを含む。しかしながら、もしレーザ照準点をＮＦＯＶ
の視野外に選択すれば、レーザビームの照準をフィード
フォワード推定によって決定しなければならない。この
ように照準点を選択することは、ミサイルのノーズキル
( nose-kill ) の確率を推定し、また前述したような推
定雑音を受け易いので望ましくない。代替として、もし
短波長赤外追尾帯を使用するのであれば、この場合もレ
ーザビーム照準はフィードフォワード推定によって行わ
なければならない。このような計画は、追尾装置が大気
妨害を受ける可能性を高める。
【０００５】更に、非自己参照イメージング追尾装置で
は、追尾装置の視線をレーザ武器の視線と正確にボアサ
イトさせなければならない。これらのシステムの設計の
ために、不利な環境条件の下では正確なボアサイトの維
持が困難であることが分かっている。自己参照追尾装置
は、追尾装置の視線方向ではなく、標的イメージ自体に
対してレーザビーム瞬時位置を関係付けることによっ
て、上述した普通のイメージング・非自己参照追尾装置
の限界を解消する。また、自己参照追尾装置は、レーザ
武器と同軸である必要はない視線を有しており、それに
よってシステムのジンバルの重量を実質的に最小にし、
またシステムの送信光学装置を簡易化する。米国特許出
願第 08/631,645 号 " Laser Crossbody Tracking Syst
em and Method " 、及び米国特許出願第 08/760,434 号
" Laser Crossbody and Feature Curvature Tracker "
に開示されているシステムのような非イメージング・自
己参照追尾装置が知られている。
は、追尾装置の視線をレーザ武器の視線と正確にボアサ
イトさせなければならない。これらのシステムの設計の
ために、不利な環境条件の下では正確なボアサイトの維
持が困難であることが分かっている。自己参照追尾装置
は、追尾装置の視線方向ではなく、標的イメージ自体に
対してレーザビーム瞬時位置を関係付けることによっ
て、上述した普通のイメージング・非自己参照追尾装置
の限界を解消する。また、自己参照追尾装置は、レーザ
武器と同軸である必要はない視線を有しており、それに
よってシステムのジンバルの重量を実質的に最小にし、
またシステムの送信光学装置を簡易化する。米国特許出
願第 08/631,645 号 " Laser Crossbody Tracking Syst
em and Method " 、及び米国特許出願第 08/760,434 号
" Laser Crossbody and Feature Curvature Tracker "
に開示されているシステムのような非イメージング・自
己参照追尾装置が知られている。
【０００６】非イメージング・自己参照追尾装置が、バ
ーニヤ( vernier ) 追尾装置、即ちイメージ追尾装置の
不完全な動作によってもたらされる残留イメージジッタ
を修正する追尾装置として、現在開発されている。例え
ば、非イメージング追尾装置には、小型砲の弾丸または
誘導巡行ミサイルのような困難な標的に対して主要な追
尾任務が課せられている。非イメージング・自己参照追
尾装置は、レーザビーム自体を使用して円筒形ミサイル
のロール軸のようなきらめき( glint ) を探知し、そこ
に保持する。従って、標的上へのレーザビームの位置決
めは、ジッタ方向における、及び非イメージング追尾装
置の追尾帯域幅内の追尾装置ジッタには無関係になる。
非イメージング・自己参照システムは、イメージング・
非自己参照システムに対して若干の長所を呈するが、そ
れでもその技術に改良の余地がある。例えば、意のまま
に所望標的照準点（その点にきらめきが存在しようと、
しまいと）上にロックさせ、その照準点上に保持するこ
とができるイメージング・自己参照レーザビーム追尾装
置に対する要望が存在している。更に、同じ大気通路を
通して標的の位置に対するレーザビーム位置を測定する
ことによって、大気光学系の乱れに対して最大の耐雑音
特性を与えるイメージング・自己参照追尾装置に対する
要望も存在している。また、標的自体に対する標的上の
実際のレーザ命中スポット位置を測定することによっ
て、普通の開いたループ追尾装置に伴う推定照準点のず
れに関連する照準誤差を減少乃至は排除するイメージン
グ・自己参照追尾装置に対する要望も存在している。
ーニヤ( vernier ) 追尾装置、即ちイメージ追尾装置の
不完全な動作によってもたらされる残留イメージジッタ
を修正する追尾装置として、現在開発されている。例え
ば、非イメージング追尾装置には、小型砲の弾丸または
誘導巡行ミサイルのような困難な標的に対して主要な追
尾任務が課せられている。非イメージング・自己参照追
尾装置は、レーザビーム自体を使用して円筒形ミサイル
のロール軸のようなきらめき( glint ) を探知し、そこ
に保持する。従って、標的上へのレーザビームの位置決
めは、ジッタ方向における、及び非イメージング追尾装
置の追尾帯域幅内の追尾装置ジッタには無関係になる。
非イメージング・自己参照システムは、イメージング・
非自己参照システムに対して若干の長所を呈するが、そ
れでもその技術に改良の余地がある。例えば、意のまま
に所望標的照準点（その点にきらめきが存在しようと、
しまいと）上にロックさせ、その照準点上に保持するこ
とができるイメージング・自己参照レーザビーム追尾装
置に対する要望が存在している。更に、同じ大気通路を
通して標的の位置に対するレーザビーム位置を測定する
ことによって、大気光学系の乱れに対して最大の耐雑音
特性を与えるイメージング・自己参照追尾装置に対する
要望も存在している。また、標的自体に対する標的上の
実際のレーザ命中スポット位置を測定することによっ
て、普通の開いたループ追尾装置に伴う推定照準点のず
れに関連する照準誤差を減少乃至は排除するイメージン
グ・自己参照追尾装置に対する要望も存在している。
【０００７】
【発明の概要】従って、本発明の追尾装置は、高パワー
レーザビーム閉ループ追尾システムによって、標的照準
点の選択、及び追尾点のずれの計算を提供する。本発明
には２つの変形が存在する。変形１においては、追尾装
置付近に取付けられたパルス化近赤外帯域照明レーザが
ミサイル本体を照明し、追尾装置が受ける時のそのイメ
ージを強化する。追尾装置内には２つの検出器アレイが
存在する。一方のアレイは照明装置に関連付けられた近
赤外放射には感応するが、レーザに関連付けられた中間
赤外放射には不感応であり、第２のアレイは中間赤外放
射には感応するが、標的イメージが決定される近赤外放
射には不感応である。第２の変形においては、中間赤外
帯域は２つの副帯域に分割される。一方の副帯域は全て
のレーザ線を含み、他方の副帯域は大気吸収によって決
定される帯域限界まで伸びる。典型的には、帯域は
（ａ）レーザ：３−４μｍ、（ｂ）標的イメージ：４−
4.5 μｍである。これらの副帯域は標的イメージ光路内
に配置されているブロッキングフィルタによって作られ
る。何れの変形からのイメージ及びレーザ命中スポット
も、光学装置の選択及び検出器アレイに課せられた物理
的制約によってコレジスタされ( coregistered )、次い
で共通座標系内において標的及び命中スポット中心情報
が関係付けられ、それによってイメージ中心までのレー
ザ命中中心ベクトル距離が容易に決定される。所望のレ
ーザ照準点はその同一座標系内に転記することもでき、
従って、レーザ命中スポットとレーザ照準点との間のベ
クトル距離に感応するサーボループ配列が作動し、レー
ザ命中スポットを指定されたレーザ照準点へ駆動する。
レーザビーム閉ループ追尾システムによって、標的照準
点の選択、及び追尾点のずれの計算を提供する。本発明
には２つの変形が存在する。変形１においては、追尾装
置付近に取付けられたパルス化近赤外帯域照明レーザが
ミサイル本体を照明し、追尾装置が受ける時のそのイメ
ージを強化する。追尾装置内には２つの検出器アレイが
存在する。一方のアレイは照明装置に関連付けられた近
赤外放射には感応するが、レーザに関連付けられた中間
赤外放射には不感応であり、第２のアレイは中間赤外放
射には感応するが、標的イメージが決定される近赤外放
射には不感応である。第２の変形においては、中間赤外
帯域は２つの副帯域に分割される。一方の副帯域は全て
のレーザ線を含み、他方の副帯域は大気吸収によって決
定される帯域限界まで伸びる。典型的には、帯域は
（ａ）レーザ：３−４μｍ、（ｂ）標的イメージ：４−
4.5 μｍである。これらの副帯域は標的イメージ光路内
に配置されているブロッキングフィルタによって作られ
る。何れの変形からのイメージ及びレーザ命中スポット
も、光学装置の選択及び検出器アレイに課せられた物理
的制約によってコレジスタされ( coregistered )、次い
で共通座標系内において標的及び命中スポット中心情報
が関係付けられ、それによってイメージ中心までのレー
ザ命中中心ベクトル距離が容易に決定される。所望のレ
ーザ照準点はその同一座標系内に転記することもでき、
従って、レーザ命中スポットとレーザ照準点との間のベ
クトル距離に感応するサーボループ配列が作動し、レー
ザ命中スポットを指定されたレーザ照準点へ駆動する。
【０００８】詳述すれば、本発明の変形１は、第１の波
長の放射で標的を照明する標的照明装置を含む標的追尾
装置である。レーザ武器は、第２の波長を有する放射か
らなるレーザビームを生成する。レーザビームは標的と
係合し、標的上にレーザビーム命中スポットを形成す
る。光学サブシステムは、照明された標的及び命中スポ
ットの両者を受け、検出する。コントローラは、検出し
た標的及び命中スポット位置に応答してレーザビームを
舵取りするようにプログラムされている。本発明の変形
２は、標的放射及びレーザ命中スポット放射を別々にイ
メージする光学サブシステムを含む標的追尾装置であ
る。光学サブシステム内に組み込まれたブロッキングフ
ィルタは、標的放射波長の放射だけを第１の検出器へ送
り、標的命中スポット波長の放射だけを第２の検出器へ
送るようになっている。ブロッキングフィルタは、変形
１において使用している標的照明装置の必要性を排除す
る。次いでコントローラは、検出した標的及び標的命中
スポット位置に応答して、レーザ武器が生成したレーザ
ビームを舵取りする。
長の放射で標的を照明する標的照明装置を含む標的追尾
装置である。レーザ武器は、第２の波長を有する放射か
らなるレーザビームを生成する。レーザビームは標的と
係合し、標的上にレーザビーム命中スポットを形成す
る。光学サブシステムは、照明された標的及び命中スポ
ットの両者を受け、検出する。コントローラは、検出し
た標的及び命中スポット位置に応答してレーザビームを
舵取りするようにプログラムされている。本発明の変形
２は、標的放射及びレーザ命中スポット放射を別々にイ
メージする光学サブシステムを含む標的追尾装置であ
る。光学サブシステム内に組み込まれたブロッキングフ
ィルタは、標的放射波長の放射だけを第１の検出器へ送
り、標的命中スポット波長の放射だけを第２の検出器へ
送るようになっている。ブロッキングフィルタは、変形
１において使用している標的照明装置の必要性を排除す
る。次いでコントローラは、検出した標的及び標的命中
スポット位置に応答して、レーザ武器が生成したレーザ
ビームを舵取りする。
【０００９】更に、本発明は標的を追尾する方法を提供
する。本方法は、標的上に照準点を選択するステップ
と、第１の波長を有する放射で標的を照明するステップ
と、第２の波長のレーザビームを標的と係合させて標的
上にレーザビーム命中スポットを形成させるステップ
と、照明した標的及びレーザビーム命中スポットを同時
にイメージさせるステップと、標的照準点とレーザビー
ム命中スポットとの間の計算された距離に基づいてレー
ザビームを標的照準点へ舵取りするステップとを含んで
いる。
する。本方法は、標的上に照準点を選択するステップ
と、第１の波長を有する放射で標的を照明するステップ
と、第２の波長のレーザビームを標的と係合させて標的
上にレーザビーム命中スポットを形成させるステップ
と、照明した標的及びレーザビーム命中スポットを同時
にイメージさせるステップと、標的照準点とレーザビー
ム命中スポットとの間の計算された距離に基づいてレー
ザビームを標的照準点へ舵取りするステップとを含んで
いる。
【００１０】
【実施例】図１Ａは、本発明の第１の好ましい実施例に
よるミサイル追尾装置１０を示している。追尾装置は、
レーザ武器１２が発生したレーザビーム１４を舵取りし
てミサイル１６のような標的と係合させるために、レー
ザ武器１２と共に実現されている。追尾装置は、先ずそ
の視野内に標的をロックし、次いで十字線１８によって
指示された所望の標的照準点と実際のレーザビーム標的
係合点（レーザビーム命中スポットという）との間の差
を０に駆動し、それによって標的破壊の確立を高める。
以下に説明するように、本発明の追尾装置は、変形１及
び変形２と称する２つの考え得る実施例の一方を使用し
て、ミサイル情報の損失を最小にするようにミサイル１
６及びレーザビーム命中スポット２０の両者をイメージ
する。図１Ａに示すように、変形１では、システムは、
好ましくは近赤外帯域で動作する照明レーザ２２を含
む。レーザ２２は、一連の短い光パルス２３Ａを用いて
ミサイル１６を照明する。照明レーザ２２は、その短い
パルス幅イメージゲーティングによって、反射した放射
２３Ａ内に含まれるミサイル１６のイメージを強調し、
イメージへのバックグラウンド干渉を最小にする。反射
した放射２３Ａは標的命中スポット２０から反射した放
射２４と共に、入力放射ビーム２５を形成する。
よるミサイル追尾装置１０を示している。追尾装置は、
レーザ武器１２が発生したレーザビーム１４を舵取りし
てミサイル１６のような標的と係合させるために、レー
ザ武器１２と共に実現されている。追尾装置は、先ずそ
の視野内に標的をロックし、次いで十字線１８によって
指示された所望の標的照準点と実際のレーザビーム標的
係合点（レーザビーム命中スポットという）との間の差
を０に駆動し、それによって標的破壊の確立を高める。
以下に説明するように、本発明の追尾装置は、変形１及
び変形２と称する２つの考え得る実施例の一方を使用し
て、ミサイル情報の損失を最小にするようにミサイル１
６及びレーザビーム命中スポット２０の両者をイメージ
する。図１Ａに示すように、変形１では、システムは、
好ましくは近赤外帯域で動作する照明レーザ２２を含
む。レーザ２２は、一連の短い光パルス２３Ａを用いて
ミサイル１６を照明する。照明レーザ２２は、その短い
パルス幅イメージゲーティングによって、反射した放射
２３Ａ内に含まれるミサイル１６のイメージを強調し、
イメージへのバックグラウンド干渉を最小にする。反射
した放射２３Ａは標的命中スポット２０から反射した放
射２４と共に、入力放射ビーム２５を形成する。
【００１１】更に図１Ａを参照する。入力放射２５は受
信光学装置２６上に入射する。入射放射内に含まれるミ
サイルからの放射は例えば 1.54 ミクロンであるのに対
して、レーザからの放射は例えば 3.80 ミクロンであり
得る。しかしながら以下に説明するように、追跡装置イ
メージャが特定波長の放射だけをイメージする限りにお
いては、これらの波長は任意である。放射２５は追尾光
学装置３０へ送られ、光学装置３０はミサイル１６から
の放射、及びレーザビーム命中スポット２０からの放射
を以下に説明する手法で分離する。追尾光学装置３０が
生成する電気出力は追尾電子装置３２へ供給される。レ
ーザのパルス化中だけ動作可能にされる追尾電子装置
は、追尾光学装置３０からの信号情報を処理し、相応す
るビーム舵取り命令３４をレーザ武器１２へ出力する。
信光学装置２６上に入射する。入射放射内に含まれるミ
サイルからの放射は例えば 1.54 ミクロンであるのに対
して、レーザからの放射は例えば 3.80 ミクロンであり
得る。しかしながら以下に説明するように、追跡装置イ
メージャが特定波長の放射だけをイメージする限りにお
いては、これらの波長は任意である。放射２５は追尾光
学装置３０へ送られ、光学装置３０はミサイル１６から
の放射、及びレーザビーム命中スポット２０からの放射
を以下に説明する手法で分離する。追尾光学装置３０が
生成する電気出力は追尾電子装置３２へ供給される。レ
ーザのパルス化中だけ動作可能にされる追尾電子装置
は、追尾光学装置３０からの信号情報を処理し、相応す
るビーム舵取り命令３４をレーザ武器１２へ出力する。
【００１２】図２Ａに、追尾光学装置３０を詳細に示
す。入力放射２５は、入力光学装置によって再平行化レ
ンズ３６上に集束される。再平行化レンズ３６は、平行
化された入力ビームを二色性ビームスプリッタ４０上へ
送る。二色性ビームスプリッタ４０は、平行化された入
力放射ビーム２５を第１放射ビーム４２と、第２放射ビ
ーム４４とに分割する。第１放射ビームは、レーザビー
ム１４の波長の放射だけを通過させることができるバン
ドパスフィルタ４６を通過する。濾波された放射は、検
出器イメージング用レンズ５０を通過して焦平面検出器
アレイ５２上に合焦させられる。好ましくは、焦平面検
出器アレイ５２は電荷結合デバイス（ＣＣＤ）検出器の
アレイであり、アレイ内の各検出器はそれに入射する全
ての放射に比例的に感応する。検出器アレイ５２は、好
ましくは、第１放射ビームのレベルに従って調整される
関連利得を含む。
す。入力放射２５は、入力光学装置によって再平行化レ
ンズ３６上に集束される。再平行化レンズ３６は、平行
化された入力ビームを二色性ビームスプリッタ４０上へ
送る。二色性ビームスプリッタ４０は、平行化された入
力放射ビーム２５を第１放射ビーム４２と、第２放射ビ
ーム４４とに分割する。第１放射ビームは、レーザビー
ム１４の波長の放射だけを通過させることができるバン
ドパスフィルタ４６を通過する。濾波された放射は、検
出器イメージング用レンズ５０を通過して焦平面検出器
アレイ５２上に合焦させられる。好ましくは、焦平面検
出器アレイ５２は電荷結合デバイス（ＣＣＤ）検出器の
アレイであり、アレイ内の各検出器はそれに入射する全
ての放射に比例的に感応する。検出器アレイ５２は、好
ましくは、第１放射ビームのレベルに従って調整される
関連利得を含む。
【００１３】引き続き図２Ａを参照する。第２放射ビー
ム４４はビームスプリッタ４０から出力され、第２集束
レンズ５４を通過する。第２集束レンズ５４は、ビーム
を第２検出器アレイ５８（上記アレイ５２と類似した型
のアレイ）上に合焦させる。アレイ５８は、それに入射
する全ての放射ビーム４４の信号レベルに対応する電気
信号をライン６０上に出力する。図１Ａに、本発明の第
２の好ましい実施例による、即ち変形２のミサイル追尾
装置１０’を示す。追尾装置１０’は、図１Ａに示す追
尾装置１０と同一の成分を含み、追尾装置１０と同じよ
うに動作する。しかしながら、追尾装置１０’は照明レ
ーザを含んでいない。図２Ｂに示すように、追尾光学サ
ブシステム３０’は、ビームスプリッタ４０’と第２集
束レンズ５４’との間にブロッキングフィルタ５３’を
使用して、標的放射の波長の放射２３Ｂ’だけを通過さ
せる。更に検出器アレイ５２’は、レーザ放射の波長の
放射にだけ感応するように同調されている型である。同
様に、検出器アレイ５８’は、イメージ波長の放射にだ
け感応する型である。標的１６’は図１Ａに示す標的１
６のようには輝かず、標的放射２３Ｂ’は標的１６のよ
うな発光強度を有していないことがあり得るが、変形２
は照明レーザ２２の必要性を排除している。
ム４４はビームスプリッタ４０から出力され、第２集束
レンズ５４を通過する。第２集束レンズ５４は、ビーム
を第２検出器アレイ５８（上記アレイ５２と類似した型
のアレイ）上に合焦させる。アレイ５８は、それに入射
する全ての放射ビーム４４の信号レベルに対応する電気
信号をライン６０上に出力する。図１Ａに、本発明の第
２の好ましい実施例による、即ち変形２のミサイル追尾
装置１０’を示す。追尾装置１０’は、図１Ａに示す追
尾装置１０と同一の成分を含み、追尾装置１０と同じよ
うに動作する。しかしながら、追尾装置１０’は照明レ
ーザを含んでいない。図２Ｂに示すように、追尾光学サ
ブシステム３０’は、ビームスプリッタ４０’と第２集
束レンズ５４’との間にブロッキングフィルタ５３’を
使用して、標的放射の波長の放射２３Ｂ’だけを通過さ
せる。更に検出器アレイ５２’は、レーザ放射の波長の
放射にだけ感応するように同調されている型である。同
様に、検出器アレイ５８’は、イメージ波長の放射にだ
け感応する型である。標的１６’は図１Ａに示す標的１
６のようには輝かず、標的放射２３Ｂ’は標的１６のよ
うな発光強度を有していないことがあり得るが、変形２
は照明レーザ２２の必要性を排除している。
【００１４】図２Ａ及び２Ｂを参照する。オートコリメ
ータのような市販されている型のアラインメント組立体
が、アレイ５２及び５８のコレジストレーションを維持
するので、イメージを共通の座標系内において互いに同
一に関係付けることができる。従って、個々のイメージ
が生成されるにつれて、レーザビーム命中スポットと所
望の標的照準点との間の差ベクトルを、共通座標系に対
して計算することができる。追尾電子装置はこのベクト
ル差を０にするように、普通のプログラミング技術によ
ってプログラムされている。次いで、レーザビームは所
望の標的照準点へサーボ制御され、標的と係合する目的
でそこに保持される。本発明の追尾装置に関連している
入力光学装置は、標的及びレーザビームイメージの両者
をシステムの視野内に捕捉し、本発明の追尾装置によっ
て成功裏に処理できるように設計されている。従って、
入力光学装置３６は反射性であるか、または二色性屈折
素子でなければならない。
ータのような市販されている型のアラインメント組立体
が、アレイ５２及び５８のコレジストレーションを維持
するので、イメージを共通の座標系内において互いに同
一に関係付けることができる。従って、個々のイメージ
が生成されるにつれて、レーザビーム命中スポットと所
望の標的照準点との間の差ベクトルを、共通座標系に対
して計算することができる。追尾電子装置はこのベクト
ル差を０にするように、普通のプログラミング技術によ
ってプログラムされている。次いで、レーザビームは所
望の標的照準点へサーボ制御され、標的と係合する目的
でそこに保持される。本発明の追尾装置に関連している
入力光学装置は、標的及びレーザビームイメージの両者
をシステムの視野内に捕捉し、本発明の追尾装置によっ
て成功裏に処理できるように設計されている。従って、
入力光学装置３６は反射性であるか、または二色性屈折
素子でなければならない。
【００１５】以下に図３及び４を参照して、変形１及び
変形２の検出器アレイ５２、５８によって生成された電
気信号のコレジストレーションを説明する。図３に、検
出器アレイ５２によって生成されるイメージを示す。生
成されたイメージ８０は、ミサイル標的本体から散乱さ
れたレーザビーム放射によって形成されたレーザビーム
命中スポットに対応する。図示のように、ミサイル自体
のイメージはバンドパスフィルタのしきい値レベルより
低いレベルにあるので、検出器アレイ５２によってイメ
ージされることはない。フィルタは、ミサイル本体の熱
い金属から生ずる黒体エネルギを減少させるために、好
ましくは、レーザ安定度に依存して可能な限り狭くす
る。好ましくは、狭帯域光学フィルタは、もしレーザが
複数の線を有していれば、フィルタの中心を最強レーザ
線に合わせる。
変形２の検出器アレイ５２、５８によって生成された電
気信号のコレジストレーションを説明する。図３に、検
出器アレイ５２によって生成されるイメージを示す。生
成されたイメージ８０は、ミサイル標的本体から散乱さ
れたレーザビーム放射によって形成されたレーザビーム
命中スポットに対応する。図示のように、ミサイル自体
のイメージはバンドパスフィルタのしきい値レベルより
低いレベルにあるので、検出器アレイ５２によってイメ
ージされることはない。フィルタは、ミサイル本体の熱
い金属から生ずる黒体エネルギを減少させるために、好
ましくは、レーザ安定度に依存して可能な限り狭くす
る。好ましくは、狭帯域光学フィルタは、もしレーザが
複数の線を有していれば、フィルタの中心を最強レーザ
線に合わせる。
【００１６】アレイ５２、５８は、図３に８２で示され
ている所与の画素が、両アレイにおいて同一の相対位置
を占めるように、アラインメントシステムによって整列
させられることは理解されよう。ミサイル標的本体上の
瞬時レーザビーム位置に対する対応位置も８４で示され
ている。同様に、変形１においては検出器アレイ５８
は、レーザビーム命中スポットを形成している放射より
も短い関連波長を有する放射からミサイルイメージを検
出する。変形２においては、レーザ波長はブロッキング
フィルタによってブロックされる。従って、図３に示す
ように、レーザビーム命中スポットは検出器アレイ５８
によってイメージされない。図４に、反射したレーザビ
ーム命中スポット８０を再度示す。標的照準点は８８で
示されている。追尾電子装置はアレイ５２、５８からの
電気信号出力を処理し、レーザビーム命中スポット８０
と標的照準点８８との間の空間的差を表す変位ベクトル
８９を決定する。アレイ５２、５８はコレジスタされて
いるから、全てのアレイに共通する検出器素子サイズの
一部分について変位ベクトル８９を決定することができ
る。従って、電子装置システムは、閉じたループ制御の
下にレーザビームをミサイル本体上のどの位置にも導く
ことができ、追尾電子装置は常にレーザビームをミサイ
ルの中線に維持し続ける。以上のように、本発明は、ミ
サイル本体から発したきらめき、または他の必要な標的
検出手段を必要とせずに、閉じたループ制御の下に、ミ
サイル上のどの点をもレーザで狙う能力を提供する。
ている所与の画素が、両アレイにおいて同一の相対位置
を占めるように、アラインメントシステムによって整列
させられることは理解されよう。ミサイル標的本体上の
瞬時レーザビーム位置に対する対応位置も８４で示され
ている。同様に、変形１においては検出器アレイ５８
は、レーザビーム命中スポットを形成している放射より
も短い関連波長を有する放射からミサイルイメージを検
出する。変形２においては、レーザ波長はブロッキング
フィルタによってブロックされる。従って、図３に示す
ように、レーザビーム命中スポットは検出器アレイ５８
によってイメージされない。図４に、反射したレーザビ
ーム命中スポット８０を再度示す。標的照準点は８８で
示されている。追尾電子装置はアレイ５２、５８からの
電気信号出力を処理し、レーザビーム命中スポット８０
と標的照準点８８との間の空間的差を表す変位ベクトル
８９を決定する。アレイ５２、５８はコレジスタされて
いるから、全てのアレイに共通する検出器素子サイズの
一部分について変位ベクトル８９を決定することができ
る。従って、電子装置システムは、閉じたループ制御の
下にレーザビームをミサイル本体上のどの位置にも導く
ことができ、追尾電子装置は常にレーザビームをミサイ
ルの中線に維持し続ける。以上のように、本発明は、ミ
サイル本体から発したきらめき、または他の必要な標的
検出手段を必要とせずに、閉じたループ制御の下に、ミ
サイル上のどの点をもレーザで狙う能力を提供する。
【００１７】図５は本発明の追尾装置に関連する方法の
流れ図９０である。ステップ９２において、追尾装置は
入力放射を受ける。ステップ９４において、追尾装置の
ビームスプリッタは入力放射を、レーザビーム命中スポ
ットにおいてミサイルから反射したレーザ放射の第１ビ
ームと、ミサイル本体から発する標的放射の第２ビーム
とに分割する。ステップ９６において、第１ビームが検
出器アレイ５２上にイメージされ、検出した命中スポッ
トに対応する電気信号が生成される。ステップ９８にお
いては、第２ビームが検出器アレイ５８上にイメージさ
れ、検出したミサイル本体に対応する電気信号が生成さ
れる。ステップ１００において、アラインメント組立体
によるコレジストレーションによって、レーザ命中スポ
ット及びミサイル本体の別々のイメージングに起因する
追尾誤差を最小にすることができる。ステップ１０２に
おいて追尾装置は、上述した追尾ソフトウェアによっ
て、イメージさせた命中スポット及びミサイルシグネチ
ャを解析し、標的中心を計算する。ステップ１０４にお
いては、追尾装置は、命中スポットが所望の標的照準点
から変化したか否かを決定する。もし命中点が標的照準
点から変化していれば、ステップ１０６において追尾装
置は、命中スポットと照準点との間の距離が０になるよ
うにレーザビームを舵取りする。もし命中点が標的照準
点と一致していれば、その後に照準点から命中スポット
がずれたことを追尾装置が検出するまで、本方法は休止
する。
流れ図９０である。ステップ９２において、追尾装置は
入力放射を受ける。ステップ９４において、追尾装置の
ビームスプリッタは入力放射を、レーザビーム命中スポ
ットにおいてミサイルから反射したレーザ放射の第１ビ
ームと、ミサイル本体から発する標的放射の第２ビーム
とに分割する。ステップ９６において、第１ビームが検
出器アレイ５２上にイメージされ、検出した命中スポッ
トに対応する電気信号が生成される。ステップ９８にお
いては、第２ビームが検出器アレイ５８上にイメージさ
れ、検出したミサイル本体に対応する電気信号が生成さ
れる。ステップ１００において、アラインメント組立体
によるコレジストレーションによって、レーザ命中スポ
ット及びミサイル本体の別々のイメージングに起因する
追尾誤差を最小にすることができる。ステップ１０２に
おいて追尾装置は、上述した追尾ソフトウェアによっ
て、イメージさせた命中スポット及びミサイルシグネチ
ャを解析し、標的中心を計算する。ステップ１０４にお
いては、追尾装置は、命中スポットが所望の標的照準点
から変化したか否かを決定する。もし命中点が標的照準
点から変化していれば、ステップ１０６において追尾装
置は、命中スポットと照準点との間の距離が０になるよ
うにレーザビームを舵取りする。もし命中点が標的照準
点と一致していれば、その後に照準点から命中スポット
がずれたことを追尾装置が検出するまで、本方法は休止
する。
【００１８】以上の説明から、本発明の追尾装置は、
（ａ）その視野内に標的を捕捉して保持し、（ｂ）閉じ
たループ制御の下に、レーザビームを所望の標的位置に
配置させるように動作することが理解されたであろう。
従って、本発明の追尾装置は、ミサイルまたは他の標的
をどのようなアスペクト角ででもレーザ武器で攻撃でき
るようにする。更に、本追尾装置は、追尾装置が照明レ
ーザの波長か（変形１）、またはブロッキングフィルタ
が通過させる光波長（変形２）で標的をイメージし、他
の全ての波長は考察から排除するので、燃焼の残滓及び
システムを惑わすような他の源には不感応である。ま
た、本発明の追尾装置はスタンドアロン式追尾装置であ
り、それによってレーザビームと同じ大気チューブを通
して動作させる必要はない。本発明の追尾装置は自己参
照式であり、従って標的自体に対するレーザビームの瞬
時位置を測定する。本発明の追尾装置は、既存のレーザ
武器追尾装置に安価に後付けできることを意図してい
る。
（ａ）その視野内に標的を捕捉して保持し、（ｂ）閉じ
たループ制御の下に、レーザビームを所望の標的位置に
配置させるように動作することが理解されたであろう。
従って、本発明の追尾装置は、ミサイルまたは他の標的
をどのようなアスペクト角ででもレーザ武器で攻撃でき
るようにする。更に、本追尾装置は、追尾装置が照明レ
ーザの波長か（変形１）、またはブロッキングフィルタ
が通過させる光波長（変形２）で標的をイメージし、他
の全ての波長は考察から排除するので、燃焼の残滓及び
システムを惑わすような他の源には不感応である。ま
た、本発明の追尾装置はスタンドアロン式追尾装置であ
り、それによってレーザビームと同じ大気チューブを通
して動作させる必要はない。本発明の追尾装置は自己参
照式であり、従って標的自体に対するレーザビームの瞬
時位置を測定する。本発明の追尾装置は、既存のレーザ
武器追尾装置に安価に後付けできることを意図してい
る。
【００１９】当分野に精通していれば、以上の説明、添
付図面、特許請求の範囲の検討から他の多くの長所が明
白であろう。
付図面、特許請求の範囲の検討から他の多くの長所が明
白であろう。
【図１Ａ】本発明の好ましい実施例による追尾装置のブ
ロック線図である。
ロック線図である。
【図１Ｂ】本発明の第２の好ましい実施例による追尾装
置のブロック線図である。
置のブロック線図である。
【図２Ａ】図１Ａの第１の好ましい実施例の光学サブシ
ステムの成分を詳細に示す図である。
ステムの成分を詳細に示す図である。
【図２Ｂ】図１Ｂの第２の好ましい実施例の光学サブシ
ステムの成分を詳細に示す図である。
ステムの成分を詳細に示す図である。
【図３】図２Ａ、図２Ｂに示す光学サブシステムの検出
器アレイによって検出されるイメージを示す図である。
器アレイによって検出されるイメージを示す図である。
【図４】図２Ａ、図２Ｂに示す光学サブシステムの検出
器アレイによって検出されるイメージを示す図である。
器アレイによって検出されるイメージを示す図である。
【図５】本発明の追尾装置の動作に関連する方法の流れ
図である。
図である。
１０ ミサイル追尾装置 １２ レーザ武器 １４ レーザビーム １６ ミサイル １８ 十字線 ２０ レーザビーム命中スポット ２２ 照明レーザ ２４ 標的命中スポットからの反射放射 ２５ 入力放射ビーム ２６ 受信光学装置 ３０ 追尾光学装置 ３２ 追尾電子装置 ３６ 再平行化レンズ ４０ 二色性ビームスプリッタ ４２ 第１放射ビーム ４４ 第２放射ビーム ４６ バンドパスフィルタ ５０ イメージングレンズ ５２ 焦平面検出器アレイ ５４ 第２集束レンズ ５８ 第２検出器アレイ ８０ レーザビーム命中スポット ８２ 画素 ８４ 瞬時レーザビーム位置 ８８ 標的照準点 ８９ 変位ベクトル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F41G 1/00 F41G 3/00 G01S 17/66
Claims (12)
- 【請求項１】 標的追尾装置において、 標的と係合してその上にビーム命中スポットを形成させ
る第１放射ビームを生成する武器と、 上記標的を第２放射ビームで照明する標的照射装置と、 上記ビーム命中スポット及び上記標的を受け、それらを
別々にイメージする光学サブシステムと、 上記イメージしたビーム命中スポット及び標的からの情
報に応答して上記第１放射ビームを所望の標的照準点へ
舵取りするようにプログラムされているコントローラ
と、 を備えていることを特徴とする標的追尾装置。 - 【請求項２】 上記光学サブシステムは、 上記ビーム命中スポットから及び上記標的からの両方の
放射を通過させる入力と、 上記放射を、上記ビーム命中スポットからの放射及び上
記標的からの放射に分割するビームスプリッタと、 上記ビーム命中スポット及び上記標的をそれぞれイメー
ジし、それらに応答して電気信号を生成する第１及び第
２の検出器と、 を備えている請求項１に記載の標的追尾装置。 - 【請求項３】 上記入力及び上記ビームスプリッタの両
方に光学的に結合され、到来する放射を上記ビームスプ
リッタ上に集束させる再平行化レンズを更に備えている
請求項２に記載の標的追尾装置。 - 【請求項４】 光学的に上記ビームスプリッタと上記第
１の検出器との間に配置され、上記分離された第１放射
ビームを上記第１の検出器上にイメージさせるイメージ
ングレンズを更に備えている請求項２に記載の標的追尾
装置。 - 【請求項５】 上記ビーム命中スポットからの放射と光
学的に結合されている狭帯域フィルタを更に備え、上記
狭帯域フィルタは上記イメージングレンズと上記ビーム
スプリッタとの間に配置されていて、上記命中スポット
からの放射の波長の放射だけを通過させる請求項４に記
載の標的追尾装置。 - 【請求項６】 上記ビームスプリッタは、二色性ビーム
スプリッタからなる請求項２に記載の標的追尾装置。 - 【請求項７】 上記ビームスプリッタと上記第２の検出
器との間にあって上記標的からの放射と作動的に結合さ
れ、上記標的からの放射を拡大して上記標的からの第２
放射ビームを上記第２の検出器上に投影する第２のイメ
ージングレンズを更に備えている請求項２に記載の標的
追尾装置。 - 【請求項８】 選択された標的を追尾する方法におい
て、 標的上の照準点を選択するステップと、 第１の波長を有する放射で上記標的を照明するステップ
と、 第２の波長のレーザビームを上記標的に係合させ、その
上にレーザビーム命中スポットを形成させるステップ
と、 上記照明された標的と、上記標的上に形成された上記レ
ーザビーム命中スポットの両方を同時に、且つ別々にイ
メージさせるステップと、 選択された標的照準点と上記レーザビーム命中スポット
との間の計算された差に基づいて上記レーザビームを上
記標的照準点へ舵取りするステップと、 を備えていることを特徴とする方法。 - 【請求項９】 標的追尾装置において、 標的と係合してその上にビーム命中スポットを形成させ
る第１放射ビームを生成する武器と、 上記標的及び上記ビーム命中スポットの両方を受けて別
々にイメージする光学サブシステムと、 を備え、 上記光学サブシステムは、標的放射波長の放射を通過さ
せて上記標的及び上記ビーム命中スポットを別々にイメ
ージさせるようにするブロッキングフィルタを含み、 上記標的追尾装置は、 上記イメージした標的及びビーム命中スポットから生成
された情報に応答して上記第１放射ビームを所望の標的
照準点へ舵取りするようにプログラムされているコント
ローラと、 を更に備えていることを特徴とする標的追尾装置。 - 【請求項１０】 上記光学サブシステムは、 上記第１放射ビーム及び上記標的放射を通過させる入力
と、 上記放射を、上記標的放射波長の放射を、上記ビーム命
中スポット波長の放射から分割するビームスプリッタ
と、 上記標的放射波長における標的イメージ及び上記ビーム
命中スポット波長におけるビーム命中スポットイメージ
を検出し、それらに応答して電気信号を生成する第１及
び第２の検出器と、 を備えている請求項９に記載の標的追尾装置。 - 【請求項１１】 上記第１の検出器は上記ビーム命中ス
ポット波長の放射だけを検出し、上記第２の検出器は上
記標的放射波長の放射だけを検出するようになっている
請求項１０に記載の標的追尾装置。 - 【請求項１２】 選択された標的を追尾する方法におい
て、 標的上の照準点を選択するステップと、 レーザビームを上記標的に係合させ、その上にレーザビ
ーム命中スポットを形成させるステップと、 上記標的からの放射を第１の検出器アレイへ通過させる
ステップと、 上記レーザビーム命中スポットからの放射を第２の検出
器アレイへ通過させるステップと、 上記標的と、上記レーザビーム命中スポットの両方を上
記第１及び第２の検出器アレイ上に同時に、且つ別々に
イメージさせるステップと、 選択された標的照準点と上記レーザビーム命中スポット
との間の計算された差に基づいて上記レーザビームを上
記標的照準点へ舵取りするステップと、 を備えていることを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/919413 | 1997-08-27 | ||
| US08/919,413 US6021975A (en) | 1997-08-27 | 1997-08-27 | Dichroic active tracker |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11153398A JPH11153398A (ja) | 1999-06-08 |
| JP3035522B2 true JP3035522B2 (ja) | 2000-04-24 |
Family
ID=25442035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10205459A Expired - Lifetime JP3035522B2 (ja) | 1997-08-27 | 1998-07-21 | 二色性能動追尾装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6021975A (ja) |
| EP (1) | EP0899585A3 (ja) |
| JP (1) | JP3035522B2 (ja) |
| KR (1) | KR19990023897A (ja) |
| CA (1) | CA2243753C (ja) |
Families Citing this family (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5900620A (en) * | 1997-08-27 | 1999-05-04 | Trw Inc. | Magic mirror hot spot tracker |
| US6343766B1 (en) * | 1997-08-27 | 2002-02-05 | Trw Inc. | Shared aperture dichroic active tracker with background subtraction |
| US6145784A (en) * | 1997-08-27 | 2000-11-14 | Trw Inc. | Shared aperture dichroic active tracker with background subtraction |
| US7384650B2 (en) * | 1999-11-24 | 2008-06-10 | Agile Therapeutics, Inc. | Skin permeation enhancement composition for transdermal hormone delivery system |
| IL133835A (en) * | 1999-12-30 | 2003-10-31 | Rafael Armament Dev Authority | In-flight boresight |
| US6700108B2 (en) | 2001-11-01 | 2004-03-02 | Northrop Grumman Corporation | Means for protecting optical focal plane sensor arrays against excessive irradiation |
| US6903343B2 (en) * | 2001-11-20 | 2005-06-07 | Lockheed Martin Corporation | Lightweight laser designator ranger flir optics |
| IL149683A0 (en) * | 2002-05-15 | 2003-07-31 | Rafael Armament Dev Authority | Method and system for detecting and determining successful interception of missiles |
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