JP4773038B2 - ミサイル攻撃に対する航空機の保護のための方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ミサイルの攻撃に対する航空機の保護に関し、特に、ミサイルのような敵のターゲットに対して位置決定、識別、および追跡動作を行う方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機に発射されたミサイルは通常は光学的探索装置またはレーダによって誘導される。種々の形式の探索装置の中で、赤外線光探索装置は航空機防御に対して最大の問題を生じる。レーダ探索装置と異なって、赤外線探索装置は受動的であり、ミサイルの発射前には検出できる信号を放射しない。それ故、パイロットはミサイルの発射前にそれらの存在を警戒することは少ない。赤外線誘導ミサイルシステム比較的廉価であり、人間が携帯できる装置として広く利用可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
航空機上に搭載されてミサイル、特に赤外線誘導ミサイルの攻撃を検出してミサイルの攻撃に対する対抗動作を行うために使用されるセンサシステムおよび対抗手段の開発に努力が注がれている。センサシステムは対抗手段が効果的に動作できる時間が得られるようにできるだけ遠距離で比較的小型のミサイルの赤外線による兆候を有効に検出しなければならない。１つの方法では、広角の２色の凝視(staring) 型センサシステムが提案され攻撃の検出において特に有効であると考えられている。この方法はその低い解像度によって制限される。すなわち、遠距離にある潜在的なターゲットを検出する能力が低く、画像のしみや検出技術の不完全による影響を受け易いことによって制限される。さらに、システムの検出および警戒用の部品はシステムの対抗手段の部品と共に集積しなければならない。
【０００４】
ミサイルによる攻撃等に対して航空機の防御のための改良された方法が必要とされている。本発明はこのような必要性を満足させ、さらに関連する利点を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ミサイルの攻撃に対して航空機を防御するための方法および装置を提供する。この方法では探索、検出、および識別装置を指向性対抗装置と共に組合わせて集積する。探索は潜在的ターゲットを識別するために大きい角度範囲にわたって高い解像度で行われる。潜在的ターゲットを発見したとき、狭角の観察が行われて潜在的ターゲットが敵であるか否かが決定される。そのターゲットが敵であれば、指向性対抗装置は探索装置のジンバル上に取付けられているために敵のターゲットに指向されており、敵のターゲットに対して利用できる。装置全体は小さい形態に適合し、その動作は完全に自動化されている。
【０００６】
本発明の航空機自己防御システムは、ジンバルプラットホームと、ジンバルプラットホームから入力信号を受取り、ジンバルプラットホームへ探索装置命令を供給するジンバルプラットホームサーボ制御装置とを備えている。レンズ／検出器装置はジンバルプラットホーム上に設置されている。レンズ／検出器装置は、出力信号を有する２色赤外線検出器と、指向方向からの情景エネルギ入力を有し、広角レンズ出力ビームを２色赤外線検出器上に焦点を結ばせる広角レンズ系と、指向方向からの情景エネルギ入力を有し、狭角レンズ出力ビームを２色赤外線検出器上に焦点を結ばせる狭角レンズ系とを有している。レンズ／検出器装置はまた、広角レンズ出力ビームと狭角レンズ出力ビームとを入力として有し、光スイッチ出力ビームを出力する制御可能な光スイッチと、光スイッチ出力ビームを２色赤外線検出器の第１のカラー領域に入射する第１のカラービームと２色赤外線検出器の第２のカラー領域に入射する第２のカラービームとに分割するビームスプリッタ（好ましくはダイクロイック反射器）とを具備している。指向性対抗装置（好ましくは入来するミサイル攻撃の探索装置を混乱させるレーザ）はジンバルプラットホーム上に設置され、指向方向に照準される。電子装置はジンバルプラットホームから分離されて別の位置に設置され、２色赤外線検出器の出力信号を受取り、その出力信号を解析してジンバルプラットホームサーボ制御装置、２色赤外線検出器および光スイッチに命令信号を与えるように構成されている。電子装置は追跡論理装置を含んでいることが好ましく、その追跡論理装置は動作の探索モードではジンバルプラットホームサーボ制御装置に命令して反復的に段階的な凝視追跡動作モードを行わせる。
【０００７】
航空機を防御する方法は、制御可能なジンバル上に設置された己防御システムを使用する。その自己防御システムは、広角レンズ系と、狭角レンズ系と、広角レンズ系または狭角レンズ系から選択的に情景エネルギを受取る２色分離器と、２色分離器から２つのカラーの情景エネルギを受取る２色赤外線検出器とを具備しているレンズ／検出器装置を備えている。自己防御システムはまた指向性対抗装置を具備している。上記のような装置は集積された装置として構成されることが好ましい。本発明の方法は、レンズ／検出器装置を使用して反復ステップによってターゲットを探索し、その反復ステップは、凝視モードで赤外線検出器を使用して広角レンズ系を通して情景の観察される部分を観察し、潜在的なターゲットの存在について情景の観察された部分を解析し、潜在的なターゲットが発見されない場合には、情景の新しい部分へジンバルの指向方向を歩進させ、その後、潜在的なターゲットが解析ステップにおいてターゲット位置に位置されるまで観察、解析、ジンバルの歩進の各ステップを反復させる。探索ステップでターゲット位置に潜在的なターゲットが発見されたとき、本発明の方法は、レンズ／検出器装置を狭角レンズ系に切換えてそれにより２色赤外線検出器が狭角レンズ系を通してターゲット位置で潜在的なターゲットを観察し、潜在的なターゲットの性質により敵であるか否かを決定する。潜在的なターゲットが敵でないと決定されたときには、探索ステップが反復される。潜在的なターゲットが敵であると決定されたときには、敵であるターゲットに照準されている指向性対抗装置を動作させる。指向性対抗装置のターゲットにおける照準はターゲット追跡が必要である限り狭角モードで維持される。
【０００８】
この段階的凝視方法は、レンズ／検出器が関係する視野を段階的に横切り、観察が獲得および識別プロセス中広角から狭角に変更されるために通常の凝視システムよりも実質的に大きい解像度を得ることができる。センサは潜在的ターゲットの最初の獲得を行うために広角モードで使用され、その後、さらにターゲットを識別して決定するために狭角モードに切換えられる。この装置は自動的に動作し、航空機自身による別の誘導は必要ない。
【０００９】
本発明の好ましい特徴および利点は、例示として本発明の原理を示す添付図面を参照にした以下の好ましい実施形態の詳細な説明から明らになるであろう。しかしながら、本発明の技術的範囲はこの好ましい実施形態に限定されるものではない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１には本発明の好ましい実施形態の航空機の自己防御システム20が示されている。自己防御システム20はジンバルプラットホーム22を備えており、その上にいくつかの他の素子が取付けられている。ジンバルプラットホーム22はロール／ノッド、ｘ−ｙあるいは高低・方位ジンバルのような任意の動作可能な形式のものでよい。ジンバルプラットホーム22の位置は閉ループサーボシステムによって制御される。ジンバルプラットホームサーボ制御装置24はジンバルプラットホーム22から入力信号26を受信し、ジンバルプラットホーム22へ安定化命令および制御信号28を出力する。
【００１１】
レンズ／検出器装置30はジンバルプラットホーム22上に設置され、ジンバルプラットホーム22の運動により指向方向が調整される。このレンズ／検出器装置30は情景のイメージを伝送する出力信号34を出力する２色赤外線検出器32を備えている。この検出器32は赤外線焦点平面アレイ（ＦＰＡ）検出器であることが好ましく、その構造は技術的に知られている。用語“２色”とは、検出器が感応する赤外線波長帯域内の２つの異なったカラーの光を処理することができることを意味している。これは、検出器に入射する広帯域スペクトル光から２つの異なった特定の波長で検出器が分離された出力信号を生成できなければならないことを意味するものではない。
【００１２】
レンズ／検出器装置30は２つの異なったレンズ系および検出器32へ入力するためにそれらの１つを選択する手段を備えている。広角（広い視野すなわちＷＦＯＶ）レンズ系36は指向方向38と平行な情景エネルギ入力ビーム37を有し、広角レンズ出力ビーム40の焦点を２色赤外線検出器32上に結ぶように構成されている。狭角（狭い視野すなわちＮＦＯＶ）レンズ系42は指向方向38からの情景エネルギ入力ビーム43を有し、狭角レンズ出力ビーム44の焦点を２色赤外線検出器32上に結ぶように構成されている。
【００１３】
制御可能な光スイッチ46は入力として広角レンズ出力ビーム40と狭角レンズ出力ビーム44を供給され、光スイッチ出力ビーム48を出力する。光スイッチ46は反射鏡50として示されており、その反射鏡50はモータ52によってビーム通路中へ移動可能に構成されている。反射鏡50が引戻された位置にあるとき、広角レンズ出力ビーム40が検出器32に導かれる。反射鏡50が光路を阻止するように移動されたとき、狭角レンズ出力ビーム44が検出器32に反射される。
【００１４】
ビームスプリッタ54は光スイッチ出力ビーム48を２色赤外線検出器32の第１のカラー領域58に入射する第１のカラービーム56と２色赤外線検出器32の第２のカラー領域62に入射する第２のカラービーム60とに分割する。ビームスプリッタ54は動作可能な任意の形式のものでよい。ダイクロイックビームスプリッタが好ましいが、反射鏡およびフィルタで構成された通常のビームスプリッタも使用可能である。
【００１５】
指向性対抗装置64はジンバルプラットホーム22上に取付けられ、指向方向38に照準された出力ビーム66を有する。したがって、指向性対抗装置64の出力ビーム66はレンズ系36，42に対する各入力ビーム37，43と同軸的な照準方向である。実際の装置では、各ビーム37，43，66間の最大の分離距離はせいぜい数インチ程度であり、それ故それらは同軸または共通直線である。指向性対抗装置64は動作可能な任意の形式のものでよい。ミサイルの探索検出器を妨害するレーザが好ましい。
【００１６】
レンズ／検出器装置30のための電子装置70はジンバルプラットホーム22からは分離されて設置されている。電子装置70はターゲット弁別装置72を備え、それは２色赤外線検出器32によって生成された２つの異なるカラーのイメージを伝送する出力信号34を受取り、出力信号34を解析してイメージ中の潜在的ターゲットを識別する。例えばターゲット弁別装置はデジタルフィルタ処理によりイメージからクラッタを除去し、潜在的ターゲットである可能性のある特徴を識別する。ターゲット弁別を行うための技術は他の目的では技術的に知られており、本発明の特徴とする構成要素ではない。ターゲット弁別装置72はこの情報を獲得／追跡論理装置74に供給し、獲得／追跡論理装置74もまた電子装置70の一部分である。獲得／追跡論理装置74はレンズ／検出器装置30は潜在的ターゲットをさらに正確に照準するように指令し、必要に応じてさらに正確な識別を可能にする動作モードに切換える。獲得／追跡論理装置74はサーボ制御装置24に設定点命令信号76を与えて、ジンバルプラットホーム22に潜在的ターゲットを指向方向38を照準するように制御させる。獲得／追跡論理装置74はまた光スイッチ47に命令信号78を送って狭角レンズ出力44に切替えさせる。潜在的ターゲットはそれによりさらに良好に識別されることができる。
【００１７】
狭角モードで得られる付加的な情報に基づいて、獲得／追跡論理装置74は検査しているターゲットが敵であるか否かを決定する。そのような技術は別の目的で技術的にすでに知られており、本発明の特徴とする構成要素ではない。敵であると判断されたときには、獲得／追跡論理装置74は命令信号80により指向性対抗装置を付勢する。
【００１８】
図２は航空機を防御するために使用される本発明の方法をさらに詳しく示している。制御可能なジンバル上に設置された自己防御システムがステップ90で準備される。自己防御システムは、広角レンズ系と、狭角レンズ系と、広角レンズ系または狭角レンズ系から選択的に情景エネルギを受取る２色分離器と、２色分離器から２つのカラーの情景エネルギを受取る２色赤外線検出器とを具備しているレンズ／検出器装置と、指向性対抗装置とを具備している。上述のような自己防御システム20が好ましく、その素子について以下説明する。
【００１９】
装置はレンズ／検出器装置30を使用して反復ステップによってターゲットを探索し、その反復ステップは、ステップ92で凝視モードで赤外線検出器32を使用して広角モードで広角レンズ系36を通して情景の一部分を観察する。情景の観察部分は潜在的ターゲットの存在について解析される。潜在的ターゲットが発見されない場合には、ステップ94で情景の新しい部分へジンバルが歩進される。観察ステップ（ステップ92）、歩進ステップ（ステップ94）は解析ステップでターゲット位置に潜在的なターゲットが位置するまで反復される。
【００２０】
ステップ92および94の段階的な走査方法は、高い空間的解像度が維持されながら関係する非常に広い視野を可能にするので特に有効である。走査ラスターの１例が図３に示されている。ジンバルプラットホーム22は示されているようにパターン１，２等で順次歩進され、歩進された各角度位置で情景の凝視観察を行うのに十分な時間歩進は一時的に停止される。ラスターは位置３２で示される最後の位置に到達したときに反復される。本発明者により現在好ましいと考えられる設計では、検出器32は全体で５０度×５０度の視野を有するが、２色を観察するために５０度×２５度の視野に制限される。各凝視ステップ92中の積分時間は約０．５ミリ秒である。検出器32が読取っているとき、ジンバルプラットホームはラスター上の次の位置へ歩進する。イメージは各歩進で４８度移動し、それによりジンバルの指向等における何らかのエラーを考慮に入れて２度のオーバーラップが与えられる。結果として、自己防御システムをステップ96に移動させる潜在的ターゲットの識別がないならば、約０．５秒で２．２πステラジアンにわたる完全なカバーを達成することができる。検出器32中の５１２×５１２ＦＰＡアレイにより、画素の寸法は１．４ミリラジアンである。約０．５ミリ秒の積分時間に対して、約２２ｋｍの典型的なミサイルの検出距離が期待される。
【００２１】
ステップ92の探索ステップでターゲット位置に潜在的なターゲットが発見されたとき、レンズ／検出器装置を狭角レンズ系42（ＮＦＯＶモード）に切換えて潜在的ターゲット位置の方向に指向方向を照準することによりステップ96でターゲットが識別され、それにより入力ビーム43が潜在的ターゲット位置から受信される。２色赤外線検出器は狭角レンズ系42を通してターゲット位置の潜在的なターゲットを観察する。電子装置70が使用されて潜在的なターゲットの性質を評価して敵でないか敵であるかが決定される。この評価は、潜在的なターゲットの赤外線シグネチュアおよび放射、そのサイズ、その移動パターンのような他のアプリケーションに対して技術的に知られている技術により行うことができる。潜在的なターゲットが敵でないと決定されたとき、ステップ92の探索ステップが符号98のように反復される。
【００２２】
潜在的なターゲットが敵であると決定されたとき、指向性対抗装置64がステップ98で付勢される。ビーム43が受けられる同じ方向の指向方向38にその出力ビーム66が照準されているために指向性対抗装置64はすでに敵であるターゲットに向けて照準されている。ターゲットが識別され、指向性対抗装置64が付勢される状態で、命令76が使用されてジンバルプラットホーム22にターゲットを追跡させ、それにより指向性対抗装置の指向方向66はターゲットにロックされたままである。ターゲットの処置により新しい探索が開始され、符号100 に示されるようにステップ92に戻る。
【００２３】
以上、本発明の好ましい実施形態を例示として詳細に説明したが、種々の変更および強化が本発明の技術的範囲を逸脱することなく可能である。したがって、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載以外には限定されない
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による装置のブロック図。
【図２】 航空機を防御するための方法のフロー図。
【図３】 典型的な段階的凝視パターンの説明図。

Claims (7)

1. ジンバルプラットホームと、
   ジンバルプラットホームから入力信号を受取り、ジンバルプラットホームへ安定化命令を供給するジンバルプラットホームサーボ制御装置と、
   ジンバルプラットホーム上に設置されているレンズ／検出器装置と、
   ジンバルプラットホーム上に設置され、指向方向を照準している指向性対抗装置と、
   ジンバルプラットホームから分離されて設置されている電子装置とを備え、
   前記レンズ／検出器装置は、
   出力信号を有する２色赤外線検出器と、
   指向方向から情景からのエネルギが入力され、広角レンズ出力ビームを２色赤外線検出器上に焦点を結ばせる広角レンズ系と、
   指向方向から情景からのエネルギが入力され、狭角レンズ出力ビームを２色赤外線検出器上に焦点を結ばせる狭角レンズ系と、
   広角レンズ出力ビームと狭角レンズ出力ビームとを入力として有し、光スイッチ出力ビームを出力する制御可能な光スイッチと、
   光スイッチ出力ビームを２色赤外線検出器の第１のカラー領域に入射する第１のカラービームと２色赤外線検出器の第２のカラー領域に入射する第２のカラービームとに分割するビームスプリッタとを具備しており、
   前記電子装置は２色赤外線検出器の出力信号を受取り、その出力信号を解析してジンバルプラットホームサーボ制御装置および光スイッチに命令信号を与えるように構成されている航空機自己防御システム。
2. ビームスプリッタはダイクロイック反射器を含んでいる請求項１記載の自己防御システム。
3. 指向性対抗装置はレーザを含んでいる請求項１記載の自己防御システム。
4. 電子装置は追跡論理装置を含み、その追跡論理装置は、探索モードではジンバルプラットホームサーボ制御装置に命令して反復的に段階的な凝視追跡動作モードを行わせる請求項１記載の自己防御システム。
5. 制御可能なジンバル上に自己防御システムを設置し、
   その自己防御システムは、
   広角レンズ系と、狭角レンズ系と、広角レンズ系または狭角レンズ系から選択的に情景からのエネルギを受取る２色分離器と、２色分離器から２つのカラーの情景からのエネルギを受取る２色赤外線検出器とを具備しているレンズ／検出器装置と、
   指向性対抗装置とを具備し、
   レンズ／検出器装置を使用して反復ステップによってターゲットを探索し、
   その反復ステップは、
   凝視モードで赤外線検出器を使用して広角レンズ系を通して情景のある部分を観察し、
   潜在的なターゲットの存在について前記情景のある部分を解析し、潜在的なターゲットが発見されない場合には、
   情景の新しい部分へジンバルを歩進させ、その後、
   潜在的なターゲットが解析ステップにおいてターゲット位置に位置されるまで観察、解析、およびジンバルの歩進の各ステップを反復させ、
   探索ステップでターゲット位置に潜在的なターゲットが発見されたとき、
   レンズ／検出器装置を狭角レンズ系に切換えてそれにより２色赤外線検出器が狭角レンズ系を通してターゲット位置で潜在的なターゲットを観察し、
   潜在的なターゲットの性質を敵でないか敵かを決定し、
   潜在的なターゲットが敵でないと決定されたとき、探索ステップを反復し、
   潜在的なターゲットが敵であると決定されたとき、敵であるターゲットに向けて指向性対抗装置を動作させる航空機の防御方法。
6. 前記自己防御システムは、
   ジンバルプラットホームと、
   ジンバルプラットホームから入力信号を受取り、ジンバルプラットホームへ安定化命令を供給するジンバルプラットホームサーボ制御装置と、
   ジンバルプラットホーム上に設置されているレンズ／検出器装置と、
   ジンバルプラットホーム上に設置され、指向方向を照準している指向性対抗装置と、
   ジンバルプラットホームから分離されて設置されている電子装置とを備え、
   前記レンズ／検出器装置は、
   出力信号を有する２色赤外線検出器と、
   指向方向から情景からのエネルギが入力され、広角レンズ出力ビームを２色赤外線検出器上に焦点を結ばせる広角レンズ系と、
   指向方向から情景からのエネルギが入力され、狭角レンズ出力ビームを２色赤外線検出器上に焦点を結ばせる狭角レンズ系と、
   広角レンズ出力ビームと狭角レンズ出力ビームとを入力として有し、光スイッチ出力ビームを出力する制御可能な光スイッチと、
   光スイッチ出力ビームを２色赤外線検出器の第１のカラー領域に入射する第１のカラービームと２色赤外線検出器の第２のカラー領域に入射する第２のカラービームとに分割するビームスプリッタとを具備しており、
   前記電子装置は２色赤外線検出器の出力信号を受取り、その出力信号を解析してジンバルプラットホームサーボ制御装置および光スイッチに命令信号を与えるように構成されている請求項５記載の方法。
7. 前記指向性対抗装置はレーザを含んでいる請求項５記載の方法。

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