JP3142881B2 - 誘導発射体により使用されるインパルスレーダ誘導装置および方法 - Google Patents

誘導発射体により使用されるインパルスレーダ誘導装置および方法

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JP3142881B2 JP11520278A JP52027899A JP3142881B2 JP 3142881 B2 JP3142881 B2 JP 3142881B2 JP 11520278 A JP11520278 A JP 11520278A JP 52027899 A JP52027899 A JP 52027899A JP 3142881 B2 JP3142881 B2 JP 3142881B2
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    • F41G7/305—Details for spin-stabilized missiles

Description

【発明の詳細な説明】 背景 本発明は、一般にインパルスレーダ誘導システムおよ
び方法に関し、とくに、回転誘導発射体によって使用さ
れるインパルスレーダ誘導システムおよび方法に関す
る。
スピニング、すなわち縦軸を中心とする回転をしなが
ら飛翔する弾丸やミサイルのような回転発射体のロール
角を測定する従来の手段は、一般に３つのカテゴリーの
１つに入る。第１のカテゴリーでは、発射体がロールジ
ャイロスコープと、そのロール角を発射制御システムに
通信するための送信機とを具備している。この一例は、
スウェーデンのボファーズ・ウエポンズ・システムズ社
によって現在開発中の砲弾（artillery round）概念で
ある。
第２のカテゴリーでは、発射体がレーダまたはレーザ
のいずれにより使用される偏光反射器を具備している。
受取られた反射光の偏光角度がロール角を示す。しかし
ながら、この方法では、180゜のロールの曖昧性が発生
する。したがって、発射体はその半分の飛行期間のあい
だ誤方向に偏向するように命令されることになる。
第３のカテゴリーは、発射体がその発射後に高速カメ
ラにより短時間で映像化され、そのロール角が決定され
る。偏光反射が使用され、次のロールをカウントして追
跡を維持する。これは非常に複雑な方法であり、発射体
の飛行中にデータ流が中断された場合に失敗する。
したがって、本発明の目的は、上記に概説した方法の
制限を克服する、誘導される発射体により使用される改
善された誘導装置および方法を提供することである。本
発明の別の目的は、非対称的な波形を使用して、回転発
射体の瞬間的なロール角を決定し、かつ発射体の180゜
のロールの曖昧性の問題を解決する、上述の回転誘導発
射体によって使用されるインパルスレーダ誘導装置およ
び方法を提供することである。
発明の概要 上記およびその他の目的を満足するために、本発明
は、回転発射体により使用される改善されたインパルス
レーダ誘導システムおよび方法を提供する。本発明は、
全天候型レーダを使用して、たとえば回転発射体、銃
弾、ミサイル、または砲弾の飛行を追跡する方法および
装置を提供する。インパルスレーダ（追跡装置）は、新
しいインパルス波形および回転発射体上の反射器によっ
て回転発射体の瞬間的なロール角をその飛行中に測定す
る。この発射体は、側面噴射スラスタのような操縦装置
と、命令を受取るためのデータリンクとして使用される
受信機とを備えている。回転発射体のターミナルにおけ
る操縦は、操縦装置またはスラスタに対して１以上の特
定のロール角で噴射し、発射体の飛行方向をターゲット
に向けて偏向するように命令することによって行われ
る。
本発明の目的は、回転する命令誘導される発射体のた
めの全天候型の長距離制御システムを提供することであ
る。このような発射体は、それらが探索装置または複雑
な搭載コンピュータを必要としないため、非常に廉価に
することができる。さらに、回転発射体は、任意の方向
に操縦するために単一の偏向スラスタしか必要としな
い。これは、適切なロール角でスラスタを噴射できるた
めである。多くの用途において、スラスタは、最初の発
射エラーを補正するためにその飛行の終わりごろに一度
噴射されればよい（単噴射スラスタ）。
したがって、本発明は、発射体のロール角をその飛行
中の任意の時点に測定する簡単なレーダ手段を提供す
る。本発明は、全天候型誘導銃弾により米国陸軍の在庫
調査表の中のファランクス銃システムの性能を高めるた
めに使用されてもよい。
本発明は、この明細書の背景技術において概説された
ボファーズ・ウエポンズ・システムズ社の砲弾概念を改
良する。本発明は簡単で廉価であり、かつ正確度が高
い。本発明により、着弾散布パターンのばらつきがはる
かに少ない砲弾が可能になり、これによって砲弾が従来
技術のシステムより効果的なものになる。
本発明は、非常に小さい誘導弾システムの開発を可能
にし、このシステムは敵のミサイル攻撃に対する自衛の
ために使用されてもよい。用途は地上車両の防衛から航
空機の自衛までの広い範囲に及んでいる。
図面の簡単な説明 以下の詳細な説明および添付図面を参照することによ
って本発明の種々の特徴および利点が容易に理解される
であろう。なお、図面において、同じ参照符号は同じ構
造素子を示している。
図１は、本発明の原理による回転する誘導発射体によ
って使用されるインパルスレーダ誘導発射システムおよ
び方法を示す。
図２は、本発明の原理によるインパルスレーダにおい
て使用されるインパルスレーダ波形を示す。
図３は、図２に示されているインパルスレーダ波形を
反射するために使用され、回転する誘導発射体のロール
方位（orientation）の曖昧性を解決する誘導発射体上
で使用される反射アンテナを示す。
図4aおよび4bは、本発明の原理による回転発射体をタ
ーゲットに誘導する１つの方法を示す。
詳細な説明 図面を参照すると、図１は、本発明の原理による回転
する誘導発射体11によって使用されるインパルスレーダ
誘導発射システム10および方法30を示す。図１は、たと
えば発射装置12からターゲット13に向かって発射された
回転する銃弾11、ミサイルまたは火砲発射体11であり、
本発明の原理によるインパルスレーダ14または追跡装置
14を使用してターゲット13に誘導される回転誘導発射体
11を示す。誘導発射システム10には、回転発射体11の飛
行中にその回転を追跡する手段と、回転発射体11をター
ミナル操縦する手段とが必要である。追跡はマイクロ波
またはレーザレーダ14によって行われ、このレーダ14
は、データリンクの一部として使用される回転発射体11
上の受信機15と通信する。ターミナル操縦は、回転発射
体11上の側面噴射スラスタ16によって行われる。回転発
射体11のターミナル操縦は、スラスタ16に対して１以上
の特定のロール角で噴射し、回転発射体11の飛行方向を
ターゲットに向けて偏向するように命令することによっ
て行われる。
一般に、回転発射体11を偏向させるために、単一のス
ラスタ16が１回以上噴射される。発射装置12上またはレ
ーダ14の位置にある追跡装置17は、スラスタ16を噴射す
るのに適した飛翔距離（fly−out range）および方向を
計算する。追跡装置17と回転発射体11との間のデータリ
ンクを使用して、回転発射体11が適切なロール角に回転
したときに噴射するようにスラスタ16が命令される。
スラスタ16の噴射の制御における基本的な問題は、回
転発射体11の瞬間的なロール角を決定することである。
偏光された放射線の伝送または反射を使用する種々の方
式が提案されており、この明細書の背景部分に概説され
ている。偏光方法に関する基本的な問題は、ロール角の
探知における180゜の曖昧性である。たとえば、偏光軸
が垂直である場合、スラスタ16が真上または真下を向い
ているかどうかを決定することは不可能である。場合に
よっては、回転発射体11をその発射装置12からの短い距
離のところで映像化して、その飛行の残りの期間中回転
数をカウントするために偏光回転を使用することができ
る。映像化方法は複雑であり、必ずしも実用的であると
は限らない。
従来の方法に固有の問題を克服するために、本発明
は、回転発射体11の偏光測定値の180゜のロール角の曖
昧性を解決する手段を提供する。特有の非対称的な波形
21が利用され、これらは、超広帯域の短いパルスをそれ
らの個々のスペクトル成分から合成することによって生
成される。このような合成された超広帯域の短いパルス
22は、たとえば本出願人に権利が譲渡されている米国特
許第5,146,616号明細書および第5,239,309号明細書に開
示されている技術を使用して生成されることができる。
とくに、偏光の曖昧性の解決、すなわち回転発射体11
の真方位（orientation）は、図２に示されている電界
時間ヒストリを有する一連の反復する短いパルスを放射
することによって決定されることが認められている。こ
の非対称的な波形21は、比較的強いが短い正の電界パル
ス23と、このパルスに後続する比較的弱いが長い負の電
界ベースライン24とを有している。この時間ヒストリを
有する複数のパルス22を、レーダ14の一部分である直線
偏波アンテナ25（図３）から放射することによって、正
のパルス中に上方を指向し、負のパルス中に下方を指向
する電界を生じさせることができる。
誘電発射体11を正確に制御するために、この発射体11
は、図３に示されているスイッチングダイオード27を備
えた反射ダイポールアンテナ26を具備している。反射ダ
イポールアンテナ26およびスイッチングダイオード27
は、発射体11と共に回転またはスピンする。とくに、図
３は、図２に示されている非対称的なインパルスレーダ
波形21を反射させるために使用される回転発射体11上で
使用される反射ダイポールアンテナ26を示している。反
射された波形21は、回転発射体11のロール方位の曖昧性
を解決するように処理される。
図２に示されている非対称的な波形21の電界パルス23
がダイオード27の導電方向に沿って整列されたとき、ダ
イポールアンテナ26の半分が電気的に接続される。この
状況において、ダイポールアンテナ26からの全反射信号
は強い。アンテナ26およびダイオード27が電界パルス23
に対して直交するように整列されたとき、散乱強度は非
常に小さいか、あるいは弱く、全反射信号は弱い。ダイ
オード27が電界パルス23に対して逆並列に整列されたと
き、ダイオード27は逆バイアスされ、アンテナ26の２つ
の半分は遮断される。この逆バイアス状態において、ア
ンテナ26の散乱強度はパルス23に対して小さいがゼロで
はない。
アンテナ26およびダイオード27により生成された反射
信号強度を使用することによって、回転発射体11の180
゜のロールの曖昧性が解決される。反射された信号、お
よびとくに反射された信号の３つの状態、すなわち強
い、弱いおよびほとんどゼロを監視することによって回
転発射体11のロール角を追跡するために、マイクロ波イ
ンパルスレーダ14のようなレーダ14が使用される。この
追跡は全ての天候状況において、および長距離の見通し
線で行われてもよい。
図4aおよび4bを参照すると、それらは、回転する誘導
発射体11をターゲット13に向かって誘導する本発明の原
理による１つの方法30を示している。この方法30は以下
のステップから構成されている。回転発射体11は、ター
ゲット13に向かって発射される31。発射体11は、命令信
号を受信するための受信機15と、この受信機15によって
受信された命令信号に応答し、回転発射体11をターゲッ
ト13に向けてターミナル操縦する操縦手段16と、および
ダイポールアンテナ26の各半分の間に配置されたスイッ
チングダイオード27を含む反射ダイポールアンテナ26と
を含んでいる。回転発射体11の飛翔距離および操縦手段
16がこの発射体をターゲット13に向かって誘導するよう
に動作される方向が計算される32。
回転発射体11の回転は、直線偏波された非対称的な波
形21を回転発射体11に向かって放射する34ことによって
その飛行中に追跡され33、この非対称的な波形21は、比
較的弱くて長い負の電界ベースライン24が後続する比較
的強くて短い正の電界パルス23を有する一連の繰返しパ
ルス22を含む。非対称的な波形21の電界パルス23がダイ
オード27の導電方向に沿って整列された場合、比較的強
い反射信号がダイポールアンテナ26から反射され35、ア
ンテナ26およびダイオード27が電界パルス23に対して直
交するように整列された場合、比較的弱い反射信号が反
射され36、ダイオード27が電界パルス23に対して逆並列
に整列され、またアンテナ26の各半分が遮断されるよう
にダイオード27が逆バイアスされた場合、小さいがゼロ
ではない反射信号が反射される37。
ダイポールアンテナ26から反射された反射信号は、回
転発射体11のロール方位を示す信号を発生するように処
理され38、ここにおいて、比較的強い反射信号が発射体
11の予め規定された角方位を示し、比較的弱い反射信号
が発射体11の予め規定された角方位に180゜対向した角
方位を示し、小さいがゼロではない反射信号が発射体11
の予め規定された角方位に直交する角方位を示す。操縦
手段16は、処理された反射信号から導出された特定のロ
ール角に向かって回転発射体11を偏向し、この回転発射
体11がターゲット13に誘導されるようにその飛行方向を
変化させるように命令される39。
以上、回転発射体の瞬間的なロール角を決定し、発射
体の180゜のロールの曖昧性を解決するために非対称的
な波形を使用する回転する誘導発射体によって使用され
るインパルスレーダ誘導装置および方法を開示してき
た。記載されている実施形態は、本発明の原理の適用を
表す多数の特定の実施形態のいくつかの単なる一例に過
ぎないことが理解されるであろう。明らかに、当業者
は、本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々および
その他の装置を容易に考案することができる。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−148498（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−18207（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F41G 7/30 G01S 13/88

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】回転発射体（11）を誘導するインパルスレ
    ーダ誘導発射システムにおいて、 命令を受信する受信機（15）と、この受信機（15）によ
    って受信された命令信号に応答して回転発射体をターミ
    ナル操縦する操縦手段（16）と、ダイポールアンテナの
    各半分の間に設けられたスイッチングダイオード（27）
    を有する反射ダイポールアンテナ（26）とを備えている
    回転発射体（11）と、 ターゲット（13）に向かって回転発射体を発射する発射
    装置（12）と、 追跡装置（17）とを具備し、 前記追跡装置（17）は、 回転発射体の飛翔距離と、操縦手段（16）が発射体をタ
    ーゲットに誘導するために動作されるべき方向とを計算
    し、 直線偏波された非対称的な波形（21）を回転発射体に向
    かって放射することによって回転発射体の飛行中にその
    回転を追跡し、この放射される波形（21）は比較的弱く
    て長い負の電界ベースライン（24）が後続する比較的強
    くて短い正の電界パルス（23）を有する一連の繰返しパ
    ルス（22）を含み、 ダイポールアンテナから反射された信号を処理して、回
    転発射体11のロール方位を示す信号を発生し、それによ
    って非対称的な波形の電界パルスがダイオードの導電方
    向に沿って整列されたとき、比較的強い信号がダイポー
    ルアンテナから反射され、アンテナおよびダイポールが
    電界パルスに対して直交するように整列されたとき、比
    較的弱い信号が反射され、ダイオードが電界パルスに対
    して逆並列に整列され、アンテナの各半分が遮断される
    ようにダイオードが逆バイアスされたとき、小さいがゼ
    ロではない信号が反射され、 処理された反射信号から導出された特定のロール角にお
    いて回転発射体を偏向させ、この回転発射体がターゲッ
    トに誘導されるようにその飛行方向を変化させるように
    操縦手段に命令する（39）ことを特徴とするインパルス
    レーダ誘導発射システム。
  2. 【請求項２】回転発射体（11）は、回転する銃弾（11）
    であることを特徴とする請求項１記載のシステム。
  3. 【請求項３】回転発射体（11）は、回転するミサイル
    （11）であることを特徴とする請求項１記載のシステ
    ム。
  4. 【請求項４】回転発射体（11）は、回転する砲弾（11）
    であることを特徴とする請求項３記載のシステム。
  5. 【請求項５】追跡手段（17）は、マイクロ波レーダ（1
    4）であることを特徴とする請求項１記載のシステム。
  6. 【請求項６】追跡手段（17）は、レーザレーダ（14）で
    あることを特徴とする請求項１記載のシステム。
  7. 【請求項７】操縦手段（16）は、側面噴射スラスタ（1
    6）であることを特徴とする請求項１記載のシステム。
  8. 【請求項８】操縦手段（16）は、回転発射体（11）が適
    切なロール角に回転したときに噴射するように指令され
    ることを特徴とする請求項１記載のシステム。
  9. 【請求項９】非対称的な波形（21）は、それらの個々の
    スペクトル成分から超広帯域の短いパルスを合成するこ
    とによって生成されることを特徴とする請求項１記載の
    システム。
  10. 【請求項１０】追跡手段（17）は、直線偏波アンテナ
    （25）であることを特徴とする請求項１記載のシステ
    ム。
  11. 【請求項１１】回転誘導発射体（11）をターゲットに向
    けて誘導する方法において、 命令信号を受信する受信機（15）と、この受信機によっ
    て受信された命令信号に応答して回転発射体をターゲッ
    トに向けてターミナル操縦させる操縦手段（16）と、ダ
    イポールアンテナの各半分の間に配置されたスイッチン
    グダイオード（27）を含む反射ダイポールアンテナ（2
    6）とを含む回転発射体（11）をターゲット（13）に向
    けて発射し（31）、 回転発射体の飛翔距離と、操縦手段がこの発射体をター
    ゲットに向かって誘導するように動作される方向とを計
    算し（32）、 回転発射体の回転をその飛行中追跡し（33）、 この追跡において、直線偏波された非対称的な波形（2
    1）を回転発射体に向かって放射し（34）、この非対称
    的な波形（21）は、比較的弱くて長い負の電界ベースラ
    イン（24）が後続する比較的強くて短い正の電界パルス
    （23）を有する一連の繰返しパルス（22）を含み、 非対称的な波形の電界パルスがダイオードの導電方向に
    沿って整列された場合、比較的強い反射信号がダイポー
    ルアンテナから反射され（35）、アンテナおよびダイオ
    ードが電界パルスに対して直交するように整列された場
    合、比較的弱い反射信号が反射され（36）、ダイオード
    が電界パルスに対して逆並列に整列され、またアンテナ
    の各半分が遮断されるようにダイオードが逆バイアスさ
    れた場合、小さいがゼロではない反射信号が反射され
    （37）、 回転発射体のロール方位を示す信号を発生するようにダ
    イポールアンテナ26から反射された反射信号を処理し
    （38）、その処理において比較的強い反射信号が発射体
    の予め規定された角方位を示し、比較的弱い反射信号が
    発射体の予め規定された角方位に対して180゜の角方位
    を示し、小さいがゼロではない反射信号が発射体の予め
    規定された角方位に直交する角方位を示し、 処理された反射信号から導出された特定のロール角にお
    いて回転発射体を偏向し、この回転発射体がターゲット
    に誘導されるようにその飛行方向を変化させるように操
    縦手段16に命令する（39）ステップを含んでいることを
    特徴とする方法。
  12. 【請求項１２】直線偏波された非対称的な波形（21）を
    放射する（34）ステップは、 超広帯域の短いパルスをそれらの個々のスペクトル成分
    から合成して、非対称な波形（21）を形成し、 合成された超広帯域の短いパルスを直線偏波し、 直線偏波された合成された超広帯域の短いパルスを放射
    するステップを含んでいることを特徴とする請求項11記
    載の方法（30）。
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