JPH04505659A - 目標に向かって移動するミサイルを感知するためのシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、目標に向かって移動するミサイルの接近を感知するためのシステム に関するものであり、より特定的には（しかし、排他的ではなく）、システムの 検査のために目標に接近するミサイルの軌道およびはずれ距離を決定するための システムに関するものである。このようなシステムは一般的に「スコアリングシ ステム（ｓｃｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ）」と呼ばれる。ミサイルは、空対空ミサ イル、地対空ミサイル、および海対空ミサイルのようないかなる高速発射体でも あり得る。目標は、静止している、空中の、または水上のものてあり得るが、好 ましくは航空機、戦車または他の移動する運搬具である。

発明の背景 無線送信に依存するいくつかのスコアリングシステムが今までに開発されている 。これらは、ミサイルが受動反射器または散乱器として働く場合、ミサイルおよ び目標の両方の上に装置を必要とするシステム（協働システムと呼ばれる）と、 全く目標上だけに適合されるシステム（非協働システムと呼ばれる）とに分割さ れ得る。この発明は非協働システムに関するものである。

米国特許第４０５７７０８号は、航空機の形式の目標に対するミサイル軌道の最 小はずれ距離および三次元座標を測定する既知の非協働システムを開示する。こ のシステムは４０ナノ秒の持続期間を存するパルスを使用する。各送信パルスは 連続的な継続発振信号をゲートゲーティングすることによって抽出され、したが ってこの送信パルスはいくつかの発振からなる。ミサイルによって反射されるパ ルスは航空機の受信器によって受信されるが、ミサイルの存在の正確な探知は不 可能である。これは、第１に航空機の外皮からの反射によるマルチパス効果のた めてあり、第２に機首の垂直安定板または尾翼のようなミサイル上の多数の散乱 器で受信信号を正確に識別することか困難であるからである。送信パルスの性質 はこれらの異なる特徴の解決を可能にしない。

発明の開示 この発明に従って、目標に向かって移動するミサイルの接近を感知するためのシ ステムが提供され、このシステムは、連続する送信パルスを送信するための目標 上の送信手段と、ミサイルによって反射されるパルスを受信するための目標上の 受信手段と、連続する時間ウィンドの間受信手段で受信される反射パルスをサン プリングするための目標上のゲート手段とを含み、時間ウィンドの各々は送信手 段からミサイルへ予め定められた距離を進み、かつそこから受信手段に戻るパル スに対応する予め定められた時間遅延だけ対応する送信パルスの送信時間に関し て遅らされ、それによって受信手段からのサンプリングされた信号は前記予め定 められた時間遅延に対応するレンジで目標を取囲む概念エンベロープにミサイル か入ってくるまたは離れていくのを表示し、このシステムはさらに、サンプリン グされた信号に応答し、かつミサイルの接近を計算する処理手段を含み、各送信 パルスはパルスの周波数帯幅において意味のある送信出力のないレベルから始ま り、パワーピークまて急上昇し、それによってサンプリングされた信号は反射パ ルスを表示し、意味のある出力のないレベルでの反射を表示しない。

このエンベロープは焦点として送信手段および受信手段を有する楕円体であるこ とか理解される。

各送信パルスは、好ましくは４ナノ秒より短い持続期間を存し、各パルスはパワ ーピークまで急上昇した後、急降下し、対向する極性のパワーピークに向かって 上昇を続け、その結果パルス全体は実質的に正弦形をなす。

この発明に従った最も簡単なシステムにおいて、送信手段は単一の送信器を含み 、受信手段は単一の受信器を含む。

このシステムはスカラ結果を与える、すなわちミサイルか概念エンベロープに突 入したかどうかを空間的突入位置に関する情報をそれ以上与えずに感知する。ベ クトル結果を与える、すなわち三次元表示のレンジを与えるシステムは、目標上 の異なる位置に置かれる少なくとも３つの受信器を必要とする。このようなシス テムはミサイルの軌道および最小のはずれ距離を計算することかできる。実際の ベクトルシステムはある程度の冗長性を導入するために最低３つより多くの受信 器を名目的に有し、説明されるへき好ましい実施例は２つの送信器を含み、各々 が対応する群の４つの受信器と協働する。

ゲート手段は好ましくはゲートパルスを発生し、受信手段で反射パルスをサンプ リングする。ゲートパルスは極めて短い持続期間（典型的には７００ピコ秒のオ ーダ）であり、ミサイルの予め定められた範囲に対応する予め定められた時間遅 延後発生されるように正確に時間法めされる。

ミサイルからの直接反射は常にマルチパス信号の前に受信手段に到着する。サン プリングされた信号が極めて短い持続期間の送信パルスの初期ピークの直接反射 から生じる応答に先立って応答を示さないという事実とともに、このことはマル チパスの問題を回避し、ミサイルの異なる部分からの反射の分解を可能にする。

この発明に従ったシステムは添付の図面の図１ないし１９を参照して例示によっ てこれより説明される。

図１は、２つの送信器および８つの受信器を育する目標の航空機に適用されるシ ステムを図式的に示す。

図２は、２つの送信器によって送信されるパルスを示す。

図３は、図２と比較した標準レーダパルスを示す。

図４は、マルチパス効果かいかにして起こる。かを示す。

図５は、この発明のシステムかいかにマルチパスの問題を克服するかを示す。

図６は、各送信パルスの周波数に対する相対的出力のプロットである。

図７は、航空機上のシステムの部分のブロック回路図である。

図８は、２つの送信器の１つと、８つの受信器の１つとを示すブロック回路図で ある。

図９は、代表的受信器での反射パルスのレンジゲートを示すタイミング図である 。

図１０は、受信器からの出力信号がいかに処理されるかを示す。

図１１は、理想的なミサイル「サイン（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）」、すなわちミサ イルから反射された信号を示す。

図１２は、２つの受信器の各々の４つのレンジゲートからの出力を示す。

図１３は、１つの送信器と協働する３つの受信器に関する３つの領域ゲートエン ベロープを示す。

図１４は、地上のシステムの部分を示す。

図１５は、１群のレンジゲートエンベロープに交差するミサイルトラックを示す 。

図１６は、図１６ａないし１６ｄからなるシステムのブロック図である。

好ましい実施例の詳細な説明 このシステムは、システムを検査するために目標航空機１０（図Ｉ）に接近する ミサイルの軌道およびはずれ距離を決定する。このシステムは非協働的であり、 航空機ＩＯは２つの送信器１２および１４と８つの受信器１６．１８．２０．２ ２．２４．２６．２８、および３０とを支える。

送信器Ｉ２は航空機の機体の頂上に取付けられ、４つの受信器１６．１８．２０ および２２と協働して航空機ＩＯの上の半球を監視する。送信器１４は航空機の 機体の底面に取付けられ、４つの受信器２４．２６．２８および３０と協働して 航空機１０の下の半球を監視する。各送信器】２または１４は連続する電磁パル スを送信し、これはミサイルか接近するとミサイルによって反射され、その反射 パルスは対応する群の４つの受信器によって検出される。受信器によって検出さ れた信号はしたがって、ミサイルの軌道を表わし、この情報は図Ｉの３４に示さ れるように遠隔測定送信器３２によって、地上局４０ヘハードワイヤリング３８ によって結合される地上配置された遠隔測定受信器３６に送信される。

図２は、４２で送信器１２によって送信されるパルスと、４４て送信器１４によ って送信されるパルスとを示す。パルス４２および４４は同一であるか、（原型 の送信器に関する曖昧さを避けるために）インターリーブされる、すなわち交互 のシーケンスで送信される。各パルス４２または４４は２ナノ秒の持続期間を有 し、連続パルスの間に２５０ナノ秒の時間Ｔかある。

各送信パルス４２または４４は本質的にはｌサイクルの正弦波であり、本来図６ のような出カスベクトルを有するか、４６で示されるような不連続性はない。こ のスペクトルの個々の部分は図６の４６で示される遠隔操作制御フィルタリング のような他のシステムの干渉を避けるためにフィルタされる。パルス反復周波数 はその適用に従ってＩＭＨｚないし１０ＭＨｚに変化される。

各送信パルス４２または４４の重要な特性は、パルスの持続期間がミサイル上の （機首および機尾のような）多数の散乱器を分解するだけ十分に短く、かつマル チパスを分解するだけ十分に短いということである。波形の最初のピークはこの ピークの前の（パルスの周波数帯における）いかなるエネルギと比較しても極め て大きく、このシステムを典型的なレーダーパルス（図３）から再度区別し、そ れによっていかなる受信信号もこの１サイクルのエネルギから発しているとして 明確に規定される。

図３は、図２と対比するための典型的なレーダーパルスを示す。このパルスは５ ０の主パルスピークの前の領域４８に重要な送信出力を存する。図３の送信パル スが連続発振を有するため、受信パルスはマルチパス干渉およびミサイルの異な る部分からの分解されない反射によって引き起こされる混乱したピークである。

図４および５は、この発明かマルチパスの問題をいかに克服するかを１つの送信 器１２およびＩっの受信器２２を存する航空機ＩＯの簡略化された例示において 示す。送信パルス５２は、各々図２の４２で示される形状を育し、ミサイル５４ から反射され、受信器２２によって受信される反射信号５６を形成する。破＃Ｉ ５８はマルチパスの例を示し、ミサイルからの信号は受信器２２に到達する前に 航空機１０の水平尾翼６０によって反射される。各パルス４２または４４の極め て短い持続期間、およびパルスが１サイクルに近く、その帯域幅において意味の ある出力のないレベルからパワービークへ急上昇するという事実は、多重反射か らの信号が分解されるのを可能にし、かつミサイル上の異なる物体（たとえば機 首および機尾）からの反射か分解されるのを可能にする。

たとえば図５は、ミサイルの機首からのパルスの反射によって引き起こされる第 １の領域６２て、かつミサイルの機尾からのパルスの反射によって引き起こされ る第２の領域６４て、かつミサイルの機首および機尾のそれぞれからのマルチパ ス反射によって引き起こされるさらなる領域６６および６８て著しい振幅を有す るようなこの発明の理想的な受信信号を示す。

このシステムの空輸装置、すなわち航空機ＩＯ上の装置は図７に図式的に示され る。

２つの送信器１２および１４の各々に関連するのは、４つの受信器１６．１８． ２０および２２、ならびに２４．２６．２８および３０のアンテナである。上部 トランシーバ７０は上部送信器１２によって送信されたパルスを発生し、上部受 信器１６．１８．２０および２２によって受信された４つの波形を処理する。下 部トランソーバフ２は下部送信器１４ならびに下部受信器２４．２６．２８およ び３０に関して類似の機能を行なう。

上部トランシーバ７０はタイマシーケンサ８２（図８）にマスタクロックを含む 。マスタクロックは反復方形波を発生し、その立ち上がり縁は上部トランスミッ タ１２をトリガし、パルス４２を発生する。反復方形波は下部トランシーバ７２ のタイマシーケンサも通過し、方形波の下降縁は下部送信器１４をトリガし、パ ルス４４を発生する。

２つのトランシーバ７０および７２からの処理データはデータフォーマツタ７４ を通過し、そこでデジタル化され、直列データの流れに組立られ、図１の送信器 ３２に集合的に均等の遠隔測定アンテナ７８および８０によって地上に送信する ために遠隔測定パッケージ７６に送られる。

図８は各トランシーバ７０または７２の構成を示す。

個々のトランシーバ７０または７２は、安定した発振器によって送信パルス発生 器８４を反復的かつ規則的にトリガするタイマシーケンサ８２によって制御され る。送信パルスは帯域消去フィルタ８６によってフィルタされ、航空機システム の干渉を防止する。フィルタされたパルスは送信器１２（または１４）のアンテ ナによって送信される。

各受信器（たとえば１６）はフィルタされ（この場合４００ＭＨｚで２０ＭＨｚ の広域フィルタ８８）、遠隔操作制御を拒絶し、バイパスまたはローパスフィル タ９０および９２によって３００ＭＨｚないし１００１００Ｏへの帯域限定信号 にフィルタされる信号を受信する。この信号は９４て増幅され、それぞれのレン ジゲートまたはサンプラ９６．９８．１００および１０２においてパルス送信後 の正確な遅れてゲート手段によってサンプリングされる。この例ではタイマシー ケンサによって規定されるサンプリングの瞬間でレシーバごとに４つのサンプラ かある。サンプリングされた波形は１０４てローパスフィルタされ、フォーマツ タ７４へ送られる。

図８に示されるように、破線境界１０６内の成分は８つの受信器の各々ごとに一 回、すなわち８回反復される。

トランシーバの動作は、２つの送信器１２および１４の各々に対する１つの受信 器の連続イベントを示す図９から理解される。送信後の４つのサンプリングパル スの遅延は航空機の設備に依存する。この例では、レンジゲートは各連続サンプ リングパルスの間の５０ナノ秒の時ＭＶＩ隔に対応して７．５ｍＳ　１５ｍ、２ ２．５ｍおよび３０ｍ名目レンジである。２つの送信の間の間隔は送信器１４か らの送信前にレンジ４て送信器１２からの信号を受信する必要条件によって決定 される。図示されるサンプリング過程は与えられる送信器に関連する４つの受信 器の各々のために反復される。それゆえ、送信器１２からの各送信パルス４２の ために、４つの受信器１６．１８．２０および２２の各々から４つの信号かあり 、送信器１４からの各送信パルス４４のために、４つの受信器２４．２６．２８ および３０の各々から４つの信号かあり、合計３２信号を作る。

サンプラ９６は、送信器１２からのパルス４２の送信から５０ナノ秒の予め定め られた遅延後、第１のサンプリングパルス（図９のレンジｌに示される）を発生 し、これは送信器１２からミサイルへの経路における合計１５メートルにわたる パルスに対応し、したかってミサイルから対応する受信器への反射パルスとして 発生される。それゆえこのサンプリングパルスの時間持続期間の間の受信器での 反射パルスの受信は、楕円体の形状の焦点として送信器および受信器を含む概念 エンベロープまたは外郭をミサイルが突き抜けたことを意味する。残りのサンプ リングパルス（レンジ２、レンジ３、およびレンジ４）は、より大きい概念エン ベロープまたは外郭に対応する、より長い時間遅延（１００，１５０および２０ ０ナノ秒）でサンプラ９８、＋００および１０２によって発生される。各々の場 合、サンプリングパルスは正確に時間法めされ、短い持続期間（７００ピコ秒） であり、その結果ミサイルからの反射パルスの受信はサンプリングパルスの極め て短い時間ウィンドの間明確に分解され、かつ送信パルス後のサンプリングパル スの時間遅延（５０，１００，１５０または２００すノ秒）に対応する予め定め られたエンベロープをミサイルか突き抜けると確実に検出され得る。４つのゲー トパルスの類似シーケンスが受信器１４によるパルス４４の送信からの類似する 時間遅延の後発生される。

図１０を参照すると、２つのトランシーバ７０および７２からの２ｘ１６音声周 波数出力（前述の３２信号から抽出される）かフォーマツタに送られ、信号コン ディショナによってフィルタされかつ増幅され、それによって信号は＋５ボルト の間にあり、個々のチャネルはアナログ−デジタル変換器に送られ、ｌＯヒツト デジタルワードに変換される。これらのワードは図７の遠隔測定パッケージ７６ への供給のために直列ピットの流れにフォーマット化される。

図１１は、機首および機尾のそれぞれからの別々の散乱波形を有する理想的なミ サイルサインを示す。波形の持続期間および間隔はミサイルの長さに依存し、図 示される場合はおよそ２メ一トル長のミサイルのものである。

図１２は、２つの受信器の各々に対する４つのレンジゲート（５，１０，１５、 および２０メートル）からの出力を示す。独特の双曲線かミサイルの接近および 後退を囲んでいる。図示される記録は高分解能レーダかミサイルの散乱から分解 する著しいマルチパスエコーを示す。図１２ＧＤ左縁６１はミサイルかスコアリ ング帯に到着する前の瞬間に対応する。ミサイルはまず６３においてＲｘ３　２ ０ｍで探知され、続いてより短いレンジ６５．６７および６９において探知され る。機首および機尾からの別々の反射は７１および７３に見られることかできる 。この信号の中間部はマルチパス７５に対応し、ミサイルは各レンジゲート７７ ．７９．８１．および８３を順に離れる。

図１３は、１つの送信器１２および３つの受信器１６、】８および２０を有する 簡略化されたシステムを示す。各受信器および送信器は焦点として送信器および 受信器を有する楕円形の概念エンベロープまたは外郭１１２．１】４および１１ ６をそれぞれ規定する。各外郭は対応する受信器の特定のレンジゲートに対応す る。ミサイル５４が外郭を突き抜けるまでレンジゲートで信号はみとめられない 。

図示されるレンジゲートは他のレンジおよび他の受信器のレンジゲートによって 増大され、ミサイルがその軌道によって決定されるシーケンス（図５を参照）で 横切る航空機を取囲む外郭に３２のレンジゲートを与える。

図１４は、遠隔測定受信器３６および地上局４０の構成要素を示す。

遠隔測定データはダウンリンク受信器１１８およびそれとまったく同一の受信器 １２０て受信され、解読される。

（両方の受信器１１８および１２０からのデータはすべてその後の分析のために ＨＤＤＲテープ１２２に記録される。

）データの流れはフレームシンクロナイザ１２４によって分析され、これはフレ ーム同期ワードを位置決めし、データをフレームに分割する。受信チャネルの１ つはシステムのだめにｇｏ／ｎｏ　ｇｏ表示を与える実時間システムヘルス（ｈ ｅａｌｔｈ）モニタ１２８によって監視するためにソースセレクタ＋２６によっ て選択される。レンジインタフェース１３０は時間、点弧イベントおよび音声通 信のような記録システムにレンジデータを多重化する。

分析するためにデータはＤＭＡインタフェース制御装置１３２を介して再生され 、データはクイック・ルック（Ｑｕｉｃｋ　Ｌｏｏｋ）プロセッサ１３４のメモ リに打ち出される。クイック・ルック・プロセッサ１３４はデータをチャートレ コーダ１３６に打ち出しく８つの受信器の各々の図１２のピクチャーのシーケン ス）、試験の迅速な評価を可能にする。

このデータはトラック再構成設備による詳細な分析のためにコンピュータ互換可 能テープ＋３８に送信される。

図１５において、ミサイルトラック１４０はシステムの異なるレンジゲートに対 応する一群のエンベロープを横切るように示される。重要な点は、異なる受信器 に関するレンジゲートの横断か同時に起こらないということである。

ミサイルの軌道は直線にモデル化され、その出発点および速度は観察されるレン ジゲート交差時間を発生するように選択される。ミサイルの（機首および機尾の ような）別々の特徴が検出されると、これらの異なる特徴は普通の速度で移動し 、これらの点の間の長さは物理的長さの値に拘制される。

したかって、このアルゴリズムは次の関数を最小にする。

この式において、 Ｘｌ　検出時間での検出されたミサイルの特徴の位置Ｐ　ミサイルから反射され たパルスを送信した送信器の位置 Ｒ検出を行なう受信器の位置 ｄ　検出を行なうレンジゲートのレンジＩＩ　ＩＩ　ベクトルのユークリッド規 準である。

この合計はミサイルのすべての検出について行なわれる。

図１６は、ブロック形式のシステムのシーケンスを示す。

図１６　ａを参照すると、パルスの発生１４２は２ＭＨｚ周波数での２ナノ秒パ ルスの発生（図８の８４）に対応する。

１４４でのフィルタリングは航空機システムを干渉する周波数スペクトルの部分 を取除き、図８のフィルタ８６に対応する。送信１４６は対応する送信器１２ま たはＩ４からのパルスのシーケンスの放射であり、反射１４８はミサイルからの 反射である。受信１５０は対応する受信器による受信であり、フィルタリング１ ５２は図８のフィルタ８８．９０および９２に対応する（遠隔操作テレコマンド のような）干渉源を拒絶する。増幅１５４は図８の増幅器９４の処理に対応し、 サンプリング１．５６は図８の９６．９８．１００および１０２で行なわれるレ ンジゲートサンプリングに対応する。

図＋６ｂを参照すると、フィルタリング１５８はハンドノイズを拒絶しくフィル タ１０４に対応する）、変換Ｉ６０は信号をアナログからデジタルフォーマット に変換する（フォーマツタ７４におけるアナログからデジタル変換に対応する） 。フォーマツティング１６２は直列ビットの流れの３２の受信チャネルからのデ ータの収集を含み、暗号化１６４は地上局へ送信するデータを準備する。これら の信号は、図Ｉの機能３４に対応する１７０て地上に送信される前に１６６で変 調され、１６８で増幅される。

図１６ｃを参照すると、データは図１の遠隔測定受信器３６によって地上で受信 される（１７２）。残りの機能は地上で実行され、図１６ｃおよび１６ｄのブロ ックの説明に示されるとおりである。

説明されるシステムはミサイルのピッチおよび偏揺角も測定し、それは（機首お よび機尾のような）ミサイルの２つの独立した散乱器のトラックから抽出される 。

説明されるシステムはより多くのレンジゲートをシステムに加えることによって 曲線軌道を測定するように拡大されてもよい。

Ｔ　Ｔ　Ｔ 特表千４−５０５６５９　（７） 国際調査報告 ｌＡｍＲｊｌｌｅＭｉｌ＾＊＊ｂ、ａ＋□＊？ＩＩｅＰＣＴ／ＧＢ９０１００６ ０）国際調査報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．連続する送信パルスを送信するための目標上の送信手段と、ミサイルによっ て反射されるパルスを受信するための目標上の受信手段と、送信手段からミサイ ルヘの予め 定められた距離を進みかつそこから受信手段に戻るパルスに対応す る予め定められた時間遅延だけ対応する送信パルスの送信時間に関してその各々 が遅延される、連続する時間ウィンドの間受信手段で受信される反射パルスをサ ンプリングし、それによって受信手段からのサンプリングされた信号は前記予め 定められた時間遅延に対応するレンジで目標を取囲む概念エンベロープにミサイ ルが入ってくるまたは出ていくのを示す、目標上のゲート手段と、サンプリング された信号に応答し、かつミサイルの接近を計算する処理手段とを含み、各送信 パルスはパルスの周波数帯域幅の意味のある送信出力のないレベルから開始し、 パワーピークまで急上昇し、その結果サンプリングされた信号は反射パルスを表 わし、意味のある出力のないレベルでの反射を示さない、目標に向かって移動す るミサイルの接近を感知するためのシステム。
2. ２．　各パルスは４ナノ秒よりも短い時間持続期間を有する、請求項１に記載の システム。
3. ３．　各パルスはパワーピークヘの前記急上昇の後、急降下し、対向する極性の パワーピークまで上昇を続け、その結果パルス全体が実質的に正弦形である、請 求項１または２に記載のシステム。
4. ４．　ゲート手段は前記時間ウィンドに対応する持続期間を各々有するゲートパ ルスを発生する、前述の請求項のいずれかに記載のシステム。
5. ５．　各ゲートパルスは実質的に７００ピコ秒の持続期間を有する、請求項４に 記載のシステム。
6. ６．　ゲート手段は受信手段で反射パルスのサンプリング動作を複数の異なる時 間遅延で行ない、それによって受信手段からサンプリングされた信号はそれぞれ の時間遅延に対応する大きさを有する複数の概念エンベロープにミサイルが入っ てくるまたは出ていくのを示す、請求項４または５に記載のシステム。
7. ７．　送信手段は単一の送信器を含み、受信手段は単一の受信器を含む、前述の 請求項のいずれかに記載のシステム。
8. ８．　単一の送信器または単一の受信器は同じ位置に置かれるか、または互いに 近接して置かれ、それによってそのエンベロープまたは各エンベロープが送信器 および受信器を中心にした球形または球形に極めて近い形である、請求項７に記 載のシステム。
9. ９．　受信手段は目標上の異なる位置に置かれる複数の受信器を含み、各受信器 は同一の送信器と関連し、各々は各時間遅延に関して対応する概念エンベロープ ヘの上昇を与える、請求項１ないし６のいずれかに記載のシステム。
10. １０．　送信手段は目標上の異なる位置に置かれる２つの送信器を含み、２つの 送信器からの送信パルスはインターリーブされ、それによってパルスが交互のシ ーケンスで送信器から発生される、請求項１ないし６または９のいずれかに記載 のシステム。