JPH08320374A - 戦術弾道ミサイル早期警戒レーダーと、それを用いた防衛システム及び制御方法 - Google Patents

戦術弾道ミサイル早期警戒レーダーと、それを用いた防衛システム及び制御方法

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JPH08320374A
JPH08320374A JP8112758A JP11275896A JPH08320374A JP H08320374 A JPH08320374 A JP H08320374A JP 8112758 A JP8112758 A JP 8112758A JP 11275896 A JP11275896 A JP 11275896A JP H08320374 A JPH08320374 A JP H08320374A
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radar
scanning
defense
elevation
detection
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Walter Millward Gerald
ウオルター ミルワード ジエラルド
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    • G—PHYSICS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 飛来するミサイル探知するため必要とされて
いる、従来の戦術弾道ミサイル（ＴＢＭ）早期警戒レー
ダーに関して、射程距離と方位角方向と仰角方向の空間
の範囲は非常に大きい。これは、レーダーの設計者に非
常に重い要求を課しており、、結果的に大規模で、非常
に大きな出力を持ちしかもと、可動性の悪いレーダーと
なり、その結果ＡＲＭや他の防衛制圧システムの攻撃を
受け易い状態となってる。本発明は、設計の問題と無防
備となる状態に関する問題の両方を相当に解決した効果
的なＴＢＭ早期警戒レーダーを、最新の技術を用いて提
供することである。 【解決手段】上記記載は、防衛区域（２）の先端部を越
えてレーダー（１）を動かすことによって達成される。
向上した仰角方向の走査要求は、従来の装置と比べて５
０％以上長い探知時間を短縮できる、距離に適応した走
査技術によって更に補償される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は、弾道ミサイルによる攻撃の早期
警戒に適応したレーダーシステムと、それを対戦術弾道
ミサイル防衛システム（ＡＴＭＢ）に組込むことに関す
る。
【０００２】飛来するミサイルを探知するため必要とさ
れている、従来の戦術弾道ミサイル（ＴＢＭ）早期警戒
レーダーに関して、射程距離と方位角方向と仰角方向の
空間の範囲は非常に大きい。これは、レーダーの設計者
に非常に大きな要求を課しており、結果的に大規模で、
非常に大きな出力を持ち、しかも可動性悪いレーダーと
なっており、その結果ＡＲＭと他の防衛制圧システムの
攻撃を受け易い状態となっている。本発明は、設計と攻
撃を受け易いという両方の問題を相当解決して、ＴＢＭ
早期警戒レーダーをより好ましいものに近づけることを
目的としている。
【０００３】レーダーが防衛区域の後方に配置されてい
る、地上配備型のＴＢＭ早期警戒システムにおいて、探
知が必要な範囲では、打ち上げられた高い軌道のミサイ
ルの仰角は、８０゜までに達し得、低い軌道のミサイル
仰角は、１０゜程度となり得る。適当な時間内で、探知
領域を網羅できる充分高い走査率を維持するために、レ
ーダーが適切な探知範囲を達成するため、極めて高い等
価放射出力(Equivale-nt Radiated Power)（ＥＲＰ）を
有しなければならない。
【０００４】短距離ミサイルの場合、仰角が広いという
問題は水平線上を飛来するような低空のミサイルを探知
するため、水平（または防壁）を使用することによっ
て、解決され得る。しかし、極めて強力なレーダーを使
用しない限り、より長い射程距離のミサイルはレーダー
ビームの距離を越えて上昇し、そしてミサイルがレーダ
ービームの頂部まで降下してくるまで、探知されること
がないので、通常は応戦に間に合わない。更に、仰角を
低くし、探知距離を長くして、でミサイルを探知する試
みは、必要とされる方位角方向の探知角を広げ、小さな
仰角探知角から得られる利点を大きく低減する。
【０００５】探知可能な高度範囲を増すため、探知レー
ダーは脅威の方向から遠く離れた、防衛区域から更に後
方に移され得る。しかし、レーダーと防衛区域の間との
距離は、レーダーＥＲＰに必要とされる付加的な探知範
囲の性能を示していることは、明らかである。仰角走査
能力の制限された高度探査能力を備えるレーダーにとっ
て、これは通常、ある程度のＴＢＭ探知能力をもたらす
唯一の手段である。
【０００６】より大きなＥＲＰ及び（または）休止時間
が、軌道の設定に関して、より柔軟性を持つ、かなり長
距離のＴＢＭを迎撃するため追跡される時、以下のよう
な付加的で重要な不利な点を伴う。
【０００７】ａ）レーダーは、増々大きくなり、従って
より扱い難く、移動し難くなる。 ｂ）大きなレーダーは、容易に発見され易く、従来の航
空機の攻撃または視界の外の兵器(visual stand-off we
apon)によって攻撃され易い標的となる。 ｃ）大規模なＥＰＲ設備は、レーダーを対長距離レーダ
ーミサイルに対して無防備にさせる。 ｄ）特に、水平方向の防壁探知装置を使用している場合
には、レーダーは低い仰角の従来の電子逆探知装置（Ｅ
ＣＭ）を搭載した航空機に対して無防備である。
【０００８】現在、対象となっている攻撃側ＴＢＭ（最
大射程距離２、０００km）の場合、発射軌道に対して、
再突入速度(re-entry velocities)は４km/Sec迄であり
得る。しかし、低い軌道では、大気抵抗(atomospheric
drag)が実際の降下角度を限定する。従って、低い軌道
で３km/Sec超過することはあり得ない。比較的高いミサ
イル標的仰角では、ミサイルがレーダービーム内を通過
する時間は、この平面内の走査するのには充分ではな
い。しかし低い仰角では、この様なことは起こらない。
【００１０】低い標的の仰角で、能力が限定されるとい
う問題は、仰角方向と、方位角方向にビームを走査する
ことによって、解決され得る。
【００１１】しかし、高い仰角に比べて、低い仰角で
は、標的ミサイルの直線距離が、非常に短いため、低い
仰角の標的の場合の受信電力は、大きくなる。従って、
標的探知の確率のどんな劣化も被ることなしに、（低い
仰角で）ビーム走査速度を向上させることが可能であ
る。この提案により、早期警戒レーダーの全体的な探知
時間を短縮できるという利点がもたらされる。
【００１２】従って、本発明によるレーダーシステム
は、レーダービームを発生する手段と、ビームが仰角ま
たは方位角あるいは、仰角と方位角の両方の関数とし
て、走査速度が変化するような、可変速度でビームを走
査する探査する手段とを有している。
【００１３】このように所与パルス繰り返し数と送くる
パワーは、レーダートランシーバーの標的探知距離は、
動作設備に適応して、調整される。
【００１４】この様なレーダーシステムは、有利には、
対弾道ミサイル防衛システムに組み込まれ、防衛区域と
弾道ミサイルの攻撃を受ける方向との間に配備される。
好ましい実施例では、方位角方向と仰角方向の両方向に
おいて、ビームは走査され、標的探知距離の関数として
走査速度は変えられる。
【００１５】一つの実施例においては、走査速度は標的
探知距離の４乗の逆関数として、変えられる。
【００１６】従って、レーダーの探知範囲は、空間で標
的通過平面を設定し、前記探知範囲は高い仰角度より低
い仰角度の方がより短くなる。
【００１７】標的通過平面は、攻撃をレーダーで探知す
る時、発射システムが優れた迎撃をするための時間を充
分とれるように、関連する兵器発射システムから充分離
れて配置される。
【００１８】本発明は、従来の航空機の攻撃に対して、
通常の垂直方向の配置より、攻撃されにくい水平方向に
アンテナを配置（いわゆる平面状に）している。この目
立たない配置はまた、例えば基地内で、補強も容易とな
る。また、可動ランド、海または空のプラットホームに
設置することは容易となる。加えて、ビームが攻撃して
来る方向より相当離れて、ある角度に向けられ得ること
も、ＥＣＭに対して無防備な状態を大きく改善する。
【実施例】
【００１９】以下、単に例として添付図面を参照して、
本発明のいくつかの実施例について説明する。
【００２０】図１は、第１の実施例を示す概略図であ
る。図２は、第１の実施例を幾何学的に示している図で
ある。図３は、第１の実施例のある性能特性を示すグラ
フである。図４は、本発明の第２の実施例を示す概略図
である。図５は、第２の実施例を幾何学的に示す図であ
る。図６は、第２の実施例の複数の構成部分を示すブロ
ック図である。図７は、大２の実施例の性能を示すグラ
フである。
【００２１】図１において、レーダートランシーバー１
は防衛区域２と脅威の方向３との間の地上に配置され
る。脅威は、図面では各々異なった軌道の三つの弾道ミ
サイル４ａ、４ｂ、４ｃで示されている。兵器発射シス
テム５は防衛区域２に隣接して配置される。
【００２２】放射線状の円錐状ビームはレーダー１から
放射される。ビームは高い仰角に設定され、防衛区域の
方向に傾いており、そして全ての可能なミサイルの軌道
が通過するように、充分な範囲を有している。ビーム
は、可変速度で方位角において走査される。レーダービ
ーム６と兵器発射システム５（と防衛区域２）との間の
間隔は、そこから発射される対弾道兵器の迎撃能力によ
って決められる。
【００２３】ビーム６の端部６ａは、走査される際に、
標的の通過平面を画定している。
【００２４】図１の実施例の基本的な（平らな地上の）
幾何学的な構成は、図２に示されている。ここでは、レ
ーダートランシーバー１と防衛区域２は、距離Ｒnだけ
隔てられている。所与えられる方位角におけるレーダー
の有効範囲能力は、５００km＝Ｒmaxであると仮定され
る。
【００２５】本発明は、レーダー１から傾斜して伸びて
いる範囲Ｒrにおけるミサイル４ｂがビーム６中を通過
する距離Ｌは、以下のようにを決めることができる。
【００２６】Ｅmaxが最大ミサイル仰角８０゜であると
して、Ｅmaxから角度Ｇ１とＧ２が決まる。 sin（Ｂ１m）＝Ｒn・sin（Ｅmax）／Ｒmax Ｇ１＝１８０−Ｅmax−Ｂ１m Ｇ２＝Ｇ１−Ｔｈ（Ｔｈはビームの幅） 仰角Ｅではレーダーから伸びる傾斜距離Ｒrにおいて通
常の場合、 Ｂ１＝１８０−Ｅ−Ｇ１ Ｂ２＝Ｂ１＋Ｔｈ （ＲS＋Ｌ）＝Ｒn・sin（Ｇ１）／sin（Ｂ１） Ｒs＝Ｒn・sin（Ｇ２）／sin（Ｂ２） Ｌ＝Ｒn・sin（Ｇ１）／sin（Ｂ１）−sin（Ｇ２）／si
n（Ｂ２）） が得られる。図３は、各々Ｒn＝５０km及びレーダー垂
直ビーム幅Ｔｈ＝１０゜〜５０゜におけるＬとＥとの関
係を示す。図３は、Ｌが、ＲnまたはＴｈのどちらにも
特に影響され易くはないことが分かる。
【００２７】図３に示されているように、高い仰角と低
い仰角の標的での距離Ｌの大きさを比べると、低い軌道
のミサイルが、ビーム中を通過する距離（または通過時
間）は、このような場合、レーダーの探知確率を重大に
制限がされるように、充分短くされ得る。
【００２８】この問題を解決するため、図４の実施例の
ような仰角で、ビームは走査される。
【００２９】図４においては、図１の実施例と関連し
て、水平方向指向性レーダーは防衛区域２と脅威の方向
３との間に配置される。区域２は、その隣に位置する兵
器発射システム５によって守られ、また脅威は、異なる
軌道の三つのＴＢＭ４ａ、４ｂ、４ｃによって示されて
いる。
【００３０】第１の実施例と対照的に、図４のレーダー
ビーム６は方位角と仰角において可変な速度で走査され
る。走査の総体仰角は θで示されている。
【００３１】図４には、トランシーバー１の標的探知範
囲は輪郭７によって示され、この輪郭の部分７ａは、標
的通過平面を表わしている。輪郭７はレーダー１の有効
な走査区域を包囲している。
【００３２】所与範囲性能においては、図４のレーダー
は平均して、従来のレーダーより小さな等価放射電力Eq
ivalent Radiated Power（ＥＰＲ）で済む。しかし戦術
弾道ミサイルは、きわめて高速で飛行するので、最初の
探知から目標に命中するまでの時間は、攻撃で一息つく
より非常に短い。従って、早期警戒レーダーが、飛来す
るＴＢＭを走査するのに要する時間は、重大である。そ
の性能を測る手段として、本発明では走査領域の与えら
れた一定のレーダーＥＲＰを走査する時間を使用する。
【００３３】商率Ｐ／Ｓ＝Ｃ を一定に維持し、ここで、Ｐは受信電力で、Ｓは走査速
度である。
【００３４】すなわち、もし標的ミサイルが接近して
も、素早く走査できる。これは、本発明が、探知と範囲
の関係が一定の確率であることを意味している。
【００３５】現在、ＰはＲ4に逆比例し、Ｒ4は距離の４
乗、すなわちレーダーとミサイルとの間の距離である。 ゆえにＰ＝Ｋ／Ｒ4、Ｋは定数 ゆえにＫ＝（Ｓ・Ｒ4）＝Ｃ ゆえにＳ＝Ｋ／（Ｃ・Ｒ4） （角度を成す区域を探知に要する）時間Ｔ＝（角度を成す区域）／Ｓ ＝（ＢV×ＢH×Ｃ×Ｒ4）／Ｋ（１） であり、ここで、ＢVは垂直方向探知仰角、ＢHは水平方
向探知方位角である。
【００３６】従って、基準レーダーに対して、どのレー
ダーの探知時間は、ＣとＫが分からなくても、求められ
得る。
【００３７】従って、図４のビーム６の走査速度は一定
ではなく、標的の通過平面に対する範囲の４乗の逆数に
比例して変化するとされている。
【００３８】図４のレーダーの幾何学的構成を、図５に
示しす。
【００３９】図４のレーダー（ｘは正）を、既存のレー
ダー（ｘは負）と比較するため、図５には（方位角走査
の中心における）通常の仰角平面の幾何学的構成が示さ
れ得る。標的通過平面７ａの任意の点までの、距離ＲP
は以下のように計算され得る。
【００４０】Ｈａ＝ＲｋＯａ・Sin（Ｔａ） Ｈｉ＝ＲｋＯｉ・Sin（Ｔｉ） Ｈａ＝ＲｋＯａ・Cos（Ｔａ）−Ｒｔ／２ Ｒｉ＝ＲｋＯｉ・Cos（Ｔｉ）＋Ｒｔ／２ Ｐａ＝Ａｒｃtan（Ｈａ／（ｘ−Ｒａ）） Ｐｉ＝Ａｒｃtan（Ｈｉ／（Ｒｉ−ｘ）） ここでｘはレーダー１と、防衛区域２の最接近した位置
との間の距離である。 Ｒｘ＝Ｈｉ・（Ｒｉ−Ｒａ）／（Ｈａ−Ｈｉ）） Ｓｉ＝Ａｒｃtan（Ｈｉ／Ｒｘ） ｗ＝１８０−Ｐ−Ｓｉ Ｒp＝Sin（Ｓｉ）・（Ｒｉ−ｘ＋Ｒｘ）／Sin（ｗ） 同様に計算した方位角の値をいれて、 Ｒｐ＝sin（Ｓｉ）・（Ｒｉ−ｘ＋Ｒｘ）／（sin（ｗ）cos（ａ））（２） ここでａは走査の中心に対する方位角である。
【００４１】従って、通過平面（すなわち、方位角平面
に含んでいる）における全ての地点までの距離は計算さ
れ得る。こうして得られ得る平均距離Ｒの線形の近似値
は、以下に示すように、全体の走査時間と性能の程度を
計算するために使用され得る。
【００４２】図４の対弾道ミサイル防衛システムの動
作、特にレーダー１の動作と以下、図６を参照して説明
する。
【００４３】レーダーは、方位角方向と仰角方向におい
てビームを走査するため、二次元位相アレイアンテナ８
を備えている。
【００４４】パルスレーダー信号は、信号発信器９によ
ってアンテナ８に供給され、ビーム操作制御信号は、方
位角方向走査制御モジュール１０と仰角方向探査制御モ
ジュール１１からアンテナ８に供給される。従来の受信
回路１２は、アンテナ８を介して受信されるレーダー返
送信号を処理する。
【００４５】防衛区域及びビーム走査角に対するレーダ
ーの最適な位置と、供給される電力と、パルス繰り返し
周波数とはすべて感知される脅威の特徴と兵器発射シス
テムの能力に関連して決定される。更に、標的通過平面
の位置に対するシステムの幾何学的なパラメータと、レ
ーダーに関連する姿勢が決められ、そして演算モジュー
ル１３に記憶される。
【００４６】動作中において、方位角方向と仰角方向の
走査制御モジュール１０、１１は、必要な探知範囲が網
羅されるように、予め選択された制御範囲の間でビーム
を走査する。方位角と仰角の瞬時値は、モジュール１
０、１１によって演算モジュール１３へ送られ、式
（２）より標的通過平面までの距離ＲPの値が計算され
る。そして演算モジュール１３は、ＲP の計算値の４乗
の逆数に従って、走査速度パラメータを調整する。従っ
て、方位角、仰角方向の走査制御モジュール１０、１１
は、走査速度を修正する。
【００４７】レーダーレシーバーによる標的ミサイルを
探知した時、兵器発射システムは警戒体制をとる。追跡
レーダー（図示せず）は、発射される防衛兵器を支援し
て飛来するＴＢＭを手際よく迎撃するように配備され得
る。
【００４８】脅威側のＴＢＭと防衛側のＡＴＢＭシステ
ムの一例を下記に記載する。
【００４９】最初にＴＢＭを探知してからＡＴＢＭミサ
イル発射までのシステムの応動時間は、３０秒とされ
る。
【００５０】必要な探知距離最大限度必要とされる探知
距離（ＡＴＢＭミサイル発射装置からの）は、ＡＴＢＭ
ミサイルの性能の関数である。
【００５１】仰角Ｅ（Ｓ（Ｅ））、高度３０km、での最
大のミサイル迎撃傾斜射程距離Ｓ Ｓ（８０）＝３０．１km Ｓ（４５）＝４２．５km Ｓ（１０）＝１７２ km Ｓ（１０）はＡＴＢＭの最大射程距離を越える。すなわ
ちＳ（１０）＝１００kmである。 ＡＴＢＭの相応した
発射時間(fly-out times)Ｆ（Ｅ） Ｆ（８０）＝１２秒 Ｆ（４５）＝１７秒 Ｆ（１０）＝４０秒 最初の探知から迎撃までの総時間Ｔ（Ｅ） Ｔ（８０）＝４２秒 Ｔ（４５）＝４７秒 Ｔ（１０）＝７０秒 前記の場合でＴＢＭの飛行する距離Ｒ（Ｅ） Ｒ（８０）＝１６８km Ｒ（４５）＝１４１km Ｒ（１０）＝１０５km 最大探知距離Ｄ（Ｅ）＝Ｒ（Ｅ）＋Ｓ（Ｅ）：− Ｄ（８０）＝１９８km Ｄ（４５）＝１８４km Ｄ（１０）＝２０５km
【００５２】全体の走査仰角θは、図４のレーダーの場
合の方が、従来のほとんどの探知レーダー（標的区域を
越えて、敵の脅威方向から遠くはなれて配置されてい
る）の場合より、幾分大きいが、これは射程距離に対応
する走査設備によって更に補償される。
【００５３】前記の式（１）、（２）を使って、任意の
基準レーダーに関する走査時間の変化を計算できる。
【００５４】図７に、距離ｘがｘ＝−２００kmからｘ＝
＋２００kmまで変化する時の（図５参照）、走査時間に
おけるdBの変化を示している。任意の二つの場合も差異
によりdBにおけるそれらの間の探知時間は実際に変化
し、例えばレーダーは＋５０kmで（すなわち、標的区域
の先端部で）、従来のレーダーより−５０kmで（すなわ
ち標的区域の後端部で）の約３．５dB良好である。従っ
て、その半分以下の時間で、必要な領域を探知できる。
標的区域の前５０kmにレーダを設置することによって、
探知時間は、−５０kmでの値の２０％に短縮され得る。
【００５５】更に、従来のレーダーの場合、地球の曲率
が弾道の低い短距離を隠してしまうのに対して、予想さ
れる全てのＴＢＭの航跡が探知されるという利点があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例を示す概略図。
【図２】第１の実施例を幾何学的に示している図。
【図３】第１の実施例のある性能特性を示すグラフ
【図４】本発明の第２の実施例を示す概略図。
【図５】第２の実施例を幾何学的に示す図である。
【図６】第２の実施例の複数の構成部分を示すブロック
図。
【図７】第２の実施例の性能を示すグラフ。
【符号の説明】
１ レーダービーム ２ 防衛区域 ３ 脅威の方向 ４ａ 弾道ミサイル ４ｂ 弾道ミサイル ４ｃ 弾道ミサイル ５ 兵器発射システム ６ レーダービーム ６ａ レーダービーム端部 ７ 輪郭 ７ａ 標的通過平面 ８ 二次元位相アレイアンテナ ９ 信号発生器 １０ 方位方向走査制御モジュール １１ 仰角方向走査制御モジュール １２ 受信回路 １３ 演算モジュール Ｒｎ 距離 Ｒｒ 範囲 Ｒmax レーダーの有効範囲能力 Ｌ 距離 Ｇ１ 角度 Ｇ２ 角度 Ｔｈ ビーム幅 θ 仰角 Ｐ 受信電力 Ｓ 走査速度／射程距離 Ｔ 時間 ＢV 垂直方向探知仰角 ＢH 水平方向探知仰角 ｘ 距離 ａ 方位角 Ｄ（Ｅ） 最大探知距離 Ｅ (Ｓ(Ｅ))仰角 Ｆ（Ｅ） 発射時間 Ｒ（Ｅ） ＴＢＭの飛行距離 Ｔ（Ｅ） 探知から迎撃までの総時間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジエラルド ウオルター ミルワード イギリス国 ブリストル ビイエス12 ７ キユダブリユ，フイルトン，ピー．オー. ボツクス ５，ブリテツシユ エアロスペ ース パブリツク リミテツド カンパニ ー ダイナミツクス デイビイジヨン

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ビームを発生する手段（８、９）と、仰
    角方向にビームを可変な速度で走査する手段（１０）を
    有し、走査速度はビームの仰角の関数として変えられる
    ことを特徴とする、レーダーシステム。
  2. 【請求項２】 ビームを発生する手段（８、９）と、方
    位方向にビームを可変速度で走査する手段（１１）とを
    有し、探知速度がビームの方位角の関数として変えられ
    ることを特徴とするレーダーシステム。
  3. 【請求項３】 全体の走査中、発信されたビームの走査
    速度の変化させることよって、レーダー（１）の標的探
    知距離（ＲP）を制御することを特徴とする手段。
  4. 【請求項４】 防衛区域（２）と弾道ミサイルが攻撃し
    て来る方向（３）との間に配置される、請求項１または
    ２に記載のレーダー（１）を備えることを特徴とする、
    対弾道ミサイル防衛システム。
  5. 【請求項５】 レーダー（１）が、標的探知距離
    （ＲP）の関数として、変化する速度でビームを走査す
    る手段（１０、１１）を備える請求項４に記載の対弾道
    ミサイル防衛システム。
  6. 【請求項６】 ビームの走査速度が、標的探知距離（Ｒ
    P）の４乗の逆数に比例して変化する、請求項５に記載
    の対弾道ミサイル防衛システム。
JP8112758A 1995-05-03 1996-05-07 戦術弾道ミサイル早期警戒レーダーと、それを用いた防衛システム及び制御方法 Pending JPH08320374A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB9508973:6 1995-05-03
GBGB9508973.6A GB9508973D0 (en) 1995-05-03 1995-05-03 Tactical ballistic missile early warning radar and defence system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH08320374A true JPH08320374A (ja) 1996-12-03

Family

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