JP4096539B2

JP4096539B2 - 複合追尾センサ装置

Info

Publication number: JP4096539B2
Application number: JP2001295093A
Authority: JP
Inventors: 徳也勝又
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2021-09-26
Also published as: JP2003098255A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空中目標に対して火力を発揮する射撃統制システムについて、母機から発射された小型な飛しょう目標に対する射撃統制システムの目標捕捉性能を向上させる技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、レーダを主センサとする周知の射撃統制システムを説明する図である。追尾レーダ装置１は、送信した送信電波２が空中目標３に入射され反射された反射電波４を追尾レーダ装置１で受信することにより、追尾レーダ装置１と空中目標３との相対距離及び旋回角、俯仰角の３諸元から成る目標追尾データ５を出力する。射撃計算装置６は目標追尾データ５を入力として射撃計算することで、見越し角指令データ７を火力システム８へ出力する。これによって、火力システム８は空中目標３に火器を指向することができ、対処が可能となる。
【０００３】
次に、母機から発射された小型な飛しょう目標に対する従来の目標捕捉方法を、図８及び図９を用いて説明する。
図８は、追尾レーダ装置１が母機目標８を追尾している時に、母機目標８から発射された小型な飛しょう目標９を捕捉する方法を説明している。この追尾レーダ装置１は、図７に示した追尾レーダ装置１と同じものである。
【０００４】
すなわち、追尾レーダ装置１は、母機目標８が追尾ビーム１０内にいるとき、母機目標８に対応する母機目標信号１１を取得することができる。この場合、母機目標８に対する捕捉・追尾処理方法として、追尾レーダ装置１の距離及び角度分解能よりも精度のよい目標追尾データ５を得るために、母機目標信号１１に対して母機目標追尾ゲート１２を設けるという、追尾ゲート処理が一般的に利用されている。また、飛しょう目標９の捕捉・追尾処理方法も同様に、追尾レーダ装置１が取得する飛しょう目標９の飛しょう目標信号１３に対して飛しょう目標追尾ゲート１４を設ける。
【０００５】
さらに、追尾レーダ装置１は、母機目標８から発射された飛しょう目標９を捕捉するためには、追尾レーダ装置が追尾している母機目標８用の母機目標追尾ゲート１２と追尾レーダ装置１との間に飛しょう目標追尾ゲート１４を設ければ、追尾レーダ装置１に向けて発射された飛しょう目標９の飛しょう目標信号１３が飛しょう目標追尾ゲート１４内に進入することにより、飛しょう目標９への目標捕捉が可能となる。
【０００６】
ここで、目標捕捉・追尾処理の動作について説明する。
図９について、追尾レーダ装置１及び送信電波２、反射電波４、目標追尾データ５、射撃計算装置６は図７と同じであり、母機目標８及び飛しょう目標９は図８と同じである。追尾レーダ装置１は、飛しょう目標９を捕捉するための構成となっている。
【０００７】
この追尾レーダ装置１は、レーダ装置１５と捕捉・追尾処理部１７とから成る。
まず、レーダ装置１５は、受信した反射電波４に基づいて得た母機目標信号１１及び飛しょう目標信号１３を含むレーダ受信信号１６を捕捉・追尾処理部１７へ出力する。続いて、捕捉・追尾処理部１７は、受取ったレーダ受信信号１６の母機目標信号１１及び飛しょう目標信号１３に対して母機目標追尾ゲート１２及び飛しょう目標追尾ゲート１４を発生させて追尾ゲート処理をし、当該追尾ゲート処理したレーダ受信信号１６をフィルタリング処理して目標追尾データ５として射撃計算装置６に出力する。また、捕捉・追尾処理部１７は、受取ったレーダ受信信号１６に基づいて追尾ビーム・ステアリング指令信号１８をレーダ装置１５に出力し、追尾ビーム１０内に飛しょう目標９が存在するように制御する。レーダ装置１５は入力した追尾ビーム・ステアリング指令信号１８を元に追尾ビーム１０をステアリングすることで、飛しょう目標９への目標捕捉が可能となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、飛しょう目標９が低空を飛しょうした場合の目標捕捉処理の問題が発生するので、この問題について図８を用いて説明する。図８において、母機目標追尾ゲート１２及び飛しょう目標追尾ゲート１４内にあるクラッタ反射信号１９は、グランド２０から反射された反射電波を追尾レーダ装置１が受信した信号である。
【０００９】
すなわち、追尾レーダ装置１は、母機目標８を追尾中に、飛しょう目標追尾ゲート１４内にレーダ受信信号１６が入力されると、捕捉処理を実行する。従って、追尾レーダ装置１は、飛しょう目標追尾ゲート１４内に、飛しょう目標信号１３が進入する前にクラッタ反射信号１９が存在していれば、クラッタ反射信号１９に対して捕捉処理を実行してしまう。
【００１０】
このため、クラッタ反射信号１９の対策として、追尾ゲート処理の前に既存の各種クラッタ抑圧処理でクラッタ反射信号１９を抑圧する手段も考えられるが、低空になればなるほどクラッタ反射信号１９の信号強度が大きくなるため、信号強度の小さい飛しょう目標９からの飛しょう目標信号１３との分別が困難となり、飛しょう目標９とは異なる信号に対して目標捕捉処理をしてしまうという課題があった。
【００１１】
また、飛しょう目標９が追尾レーダ装置１以外の目標に向けて発射された場合、目標捕捉処理につき問題が発生するので、この問題について図１０を用いて説明する。図１０において、地上目標２１は、母機目標８が飛しょう目標９で対処されようとしている目標である。
【００１２】
すなわち、母機目標８から追尾レーダ装置１以外の地上目標２１に対して発射された飛しょう目標９に対して、追尾レーダ装置１と地上目標２１との位置関係によっては、飛しょう目標９が追尾ビーム１０から外れるため飛しょう目標追尾ゲート１４内に進入しない場合がある。この場合、追尾レーダ装置１は、飛しょう目標９を捕捉できなくなってしまう。
【００１３】
対策として、飛しょう目標追尾ゲート１４を母機追尾ゲート１２に近付ければ、飛しょう目標追尾ゲート１４を母機追尾ゲート１２に進入する可能性が大きくなるが、飛しょう目標追尾ゲート１４を母機目標追尾ゲート１２に近付けすぎると、飛しょう目標追尾ゲート１４に母機目標信号１１が入力されてしまうので、近付けるには限界がある。よって、飛しょう目標追尾ゲート１４内に飛しょう目標９が進入しないような飛しょうをする場合には、飛しょう目標追尾ゲート１４内に信号が存在しない場合があるため、飛しょう目標９への目標捕捉は不可能という課題があった。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明は、第１の追尾目標と、当該第１の追尾目標に取付けられた第２の追尾目標とに向けて追尾ビームを照射するレーダ装置と、第１の追尾目標から発射された第２の追尾目標によって放射されるプルームを検出するＥＯセンサと、ＥＯセンサからの検出結果に基づいてレーダ装置からの追尾目標の検出信号を出力する捕捉処理部と、捕捉処理部からの検出信号に基づいてレーダ装置を制御して、追尾目標を捕捉及び追尾処理する捕捉追尾処理部とを備えるようにしたものである。
【００１５】
また、この発明は、捕捉処理部は、ＥＯセンサがプルームの検出を行っていない際のレーダ装置からの検出信号の信号レベルを基準値として設定し、レーダ装置からの検出信号が基準値よりも高い場合に、当該検出信号を捕捉処理部に出力するようにしたものである。
【００１６】
また、この発明は、第１の追尾目標と、当該第１の追尾目標に取付けられた第２の追尾目標とに向けて追尾ビームを照射するレーダ装置と、第１の追尾目標から発射された第２の追尾目標によって放射されるプルームを検出し、当該検出したプルームを連続して測角することにより目標追尾データを出力するＥＯセンサと、ＥＯセンサからの目標追尾データに基づいてレーダ装置を制御して、追尾目標を捕捉及び追尾処理する捕捉追尾処理部とを備えるようにしたものである。
【００１７】
また、この発明は、ＥＯセンサによる検出領域に、レーダ装置による追尾ビームが重なり合うようにしたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明による複合追尾センサ装置の実施の形態１の構成図である。
図１において、複合追尾センサ装置２２は、レーダ装置１５と捕捉・追尾処理部１７とから成る追尾レーダ装置１と、光波センサであるＥＯ(Electro Optical)センサ２３と、捕捉処理部２４とから構成されている。具体的に、本実施の形態のＥＯセンサ２３としては、赤外線を検出するＩＲ(Infrared)カメラを用いている。因みに、ＥＯセンサ２３としては、紫外線を検出するＵＶ(Ultra Violet)カメラ等を用いるようにしても良い。
【００１９】
まず、ＥＯセンサ２３は、第１の追尾目標である母機目標８と第２の追尾目標である飛しょう目標９とを見ており、母機目標８に取付けられた飛しょう目標９が発射する際に当該飛しょう目標９から放射されるプルーム２５を検出することにより、飛しょう目標９が発射されたことを示す発射検出信号２７を捕捉処理部２４へ出力するものである。実際上、ＥＯセンサ２３は、プルーム２５から放射される反射赤外波２６を検出することにより、プルーム２５の検出を行っている。因みに、プルームとは、飛しょう体の推進薬が燃焼したときに空中に放射される高温度のガスである。
【００２０】
また、捕捉処理部２４は、ＥＯセンサ２３からの発射検出信号２７とレーダ装置１５からのレーダ受信信号１６とを入力し、発射検出信号２７に基づいて、当該レーダ信号１６のうち飛しょう目標追尾ゲート１４部分をマスクしたレーダ信号（以下、所望レーダ受信信号２８と呼ぶ）を捕捉・追尾処理部１７へ出力する。すなわち、捕捉処理部２４は、目標追尾ゲート１４（図２）には飛しょう目標９の飛しょう目標信号１３のみを通過させることとなる。他の構成については、従来の技術との相違は無い。
【００２１】
次に、実施の形態１に示す複合追尾センサ装置の動作について、図２を用いて説明する。
図２において、２９はＥＯセンサ２３の撮像範囲であり、９’は母機から発射された直後の飛しょう目標９である。追尾レーダ装置１が設けた母機目標追尾ゲート１２によって母機目標８を追尾している時、追尾ビーム１０に角度スレーブしたＥＯセンサ２３を用意することで、母機目標８方向にＥＯセンサ２３の撮像範囲２９を指向することができる。母機目標８が発射した飛しょう目標９’が放射するプルーム２５をＥＯセンサ２３で検出して発射検出信号２７を取得することで、飛しょう目標９に対する母機からの発射判定が可能となる。
【００２２】
ここでＥＯセンサ２３は、プルーム２５を検出する方法として、複数毎の画像を比較し、その差によって目標を検出するという一般的な画像処理を用いている。すなわち、ＥＯセンサ２３は、母機目標８をすでに追尾しており、取得した複数枚の画像情報を用意して母機目標８の占有する画素どうしを比較する。プルーム信号は母機目標よりも信号レベルが高いために画素の信号レベルの変化量が大きなものとなるため、ＥＯセンサ２３は、かかる比較の結果に基づいて、プルーム信号を目標信号として検出することができる。
【００２３】
因みに、ＥＯセンサ２３がプルームを撮像したときの撮像画像３５の一例としては、図３に示すとおりである。すなわち、遠方にある小型な飛しょう体から放射されるプルーム２５は、ＥＯセンサ２３で撮像すると、放射する目標が小型でありかつ遠方にあるがために占有画素数が少なく、かつ、高温であるために信号強度レベルが高いという特徴がある。この場合、ＥＯセンサ２３で取得した目標信号と不要信号とを含む撮像画像情報から目標信号を検出するためは、目標信号と不要信号とを分類することが必要である。
ノイズ３６に対する対処方法としては、ノイズ３６は時間及び空間的に相関性が無いのに対し、目標信号は常に同じ画素で信号を出力しているため、ＥＯセンサ２３で取得した複数枚の画像情報を用意して画素どうしを比較することで、常に輝度の高い信号を目標信号として分類するという画像処理を行っている。
また、クラッタ３７に対する対処方法としては、クラッタ３７は一般的に画像に対する占有画素数が多いのに対し、目標信号は占有画素数が少ないため、ある画素数以下の信号を目標信号として分類するという画像処理を行っている。
【００２４】
そして、捕捉・追尾処理部１７は、ＥＯセンサ２３を利用した発射判定結果を利用することで、飛しょう目標追尾ゲート１４内に、クラッタ等によって発生する信号が存在しても発射判定結果が「発射前」、すなわち発射検出信号２７が出力されない状態であれば捕捉処理へ移行しないようにし、「発射後」、すなわち発射検出信号２７が出力された状態であれば新規に飛しょう目標追尾ゲート１４内に発生した信号に対して捕捉処理へ移行する。
従って、捕捉・追尾処理部１７は、受取ったレーダ受信信号１６に基づいて追尾ビーム・ステアリング指令信号１８をレーダ装置１５に出力し、追尾ビーム１０内に飛しょう目標９が存在するように当該レーダ装置１５を制御する。
【００２５】
次に、捕捉処理部２４の動作について、図４を用いて説明する。
まず、捕捉処理部２４は、レーダ装置１５から入力したレーダ受信信号１６に対して、飛しょう目標追尾ゲート１４内のレーダ受信信号１６を検出する（ステップＳＰ１）。
【００２６】
続いて、捕捉処理部２４は、ＥＯセンサ２３から入力した発射検出信号２７がＯＮ（発射検出信号が出力された状態）かＯＦＦ（発射検出信号が出力されない状態）かを判断し（ステップＳＰ２）、ＯＦＦと判断した場合、すなわち、母機目標８から飛しょう目標９が発射されていない場合には、飛しょう目標追尾ゲート１４内のレーダ受信信号１６はクラッタ反射信号１９であると考えられるため、レーダ受信信号１６の信号レベルを検出し、その信号レベルを、飛しょう目標信号１３とクラッタ反射信号１９との分別を可能とする検出判定レベル（基準値）として設定する（ステップＳＰ３）。
さらに、捕捉処理部２４は、レーダ受信信号１６に対して飛しょう目標追尾ゲート内の信号をマスク処理し（ステップＳＰ４）、当該マスク処理した所望レーダ受信信号２８を捕捉・追尾処理部１７へ出力することで、捕捉処理を実行させなくする。
【００２７】
一方、捕捉処理部２４は、ＥＯセンサ２３から入力した発射検出信号２７がＯＮと判断した場合、すなわち、母機目標８から飛しょう目標９が発射された場合には、続いて、レーダ受信信号１６が検出判定レベルを越えたかを判定する（ステップＳＰ５）。ここで、レーダ受信信号１６が検出判定レベルを越えていない場合は、飛しょう目標９が発射されたが飛しょう目標追尾ゲート１４まで飛しょう目標が飛しょうしていないと考えられるため、捕捉処理部２４は、レーダ受信信号１６に対して飛しょう目標追尾ゲート内の信号をマスクした所望レーダ受信信号２８を捕捉・追尾処理部１７へ出力することで、捕捉処理を実行させなくする。また、レーダ受信信号１６が検出判定レベルを越えた場合は、飛しょう目標追尾ゲート１４に飛しょう目標９が進入したと考えられるため、捕捉処理部２４は、レーダ受信信号１６そのままを所望レーダ受信信号２８として捕捉・追尾処理部１７へ出力することで、捕捉処理を実行することができる。
【００２８】
参考例．図５はこの発明による複合追尾センサ装置の実施の形態１の構成図である。図５において、複合追尾センサ装置２２は、図７に示す追尾レーダ装置１と、当該追尾レーダ装置１の捕捉・追尾処理部１７に設けられたＥＯセンサ２３とから構成されている。そして、ＥＯセンサ２３は、母機目標８と飛しょう目標９と母機目標８から飛しょう目標９の発射時に生じるプルーム２５から放射された反射赤外波２６を入力してプルーム２５を検出し、検出結果に基づいてプルーム２５を測角して得た目標角度追尾データ３０を捕捉・追尾処理部１７へ出力する。実際上、ＥＯセンサ２３は、プルーム２５を側角する場合、当該ＥＯセンサ２３自身が向いている方向と、ＥＯセンサ２３が撮像した画面におけるプルーム２５の位置とに基づいて、プルーム２５に対する角度を測角する。そして、ＥＯセンサ２３は、連続して測角した角度を、目標角度追尾データ３０として捕捉・追尾処理部１７へ出力する。また、捕捉・追尾処理部１７は、目標角度追尾データ３０に従い、追尾ビーム・ステアリング指令信号１８をレーダ装置１５へ出力し、追尾ビーム１０内に飛しょう目標９が存在するように当該レーダ装置１５を制御する。
【００２９】
次に、この参考例に示す複合追尾センサ装置の動作を図６を用いて説明する。図６において、追尾レーダ装置１が設けた母機目標追尾ゲート１２によって母機目標８を追尾している時、追尾ビーム１０にＥＯセンサ２３を角度スレーブすることにより、母機目標８方向にＥＯセンサ２３の撮像範囲２９を指向する。
【００３０】
そして、ＥＯセンサ２３は、母機目標８が発射して飛行する飛しょう目標９’のプルーム２５を飛しょう目標９’’のプルーム２５’まで連続して測角していくことにより、プルーム２５に対する目標角度追尾データ３０を追尾レーダ装置１に出力する。続いて、追尾レーダ装置１の捕捉・追尾処理部１７は、受取った目標角度追尾データ３０に従って追尾ビーム１０を１０’→１０のようにステアリングさせることにより、飛しょう目標９を追尾ビーム１０内に確保できる。
かくして、追尾レーダ装置１は、飛しょう目標追尾ゲート１４内に飛しょう目標９が進入することにより、飛しょう目標信号１３を取得することができ、追尾レーダ装置１の追尾範囲外に存在する地上目標２１に対しても、母機目標２５から発射された飛しょう目標９の捕捉が可能となる。
【００３１】
【発明の効果】
この発明によれば、母機目標から発射され、かつ、低空を飛しょうする飛しょう目標に対する目標捕捉が可能となる。
【００３２】
また、この発明によれば、レーダ装置からの検出信号のうち、追尾目標が含まれた検出信号のみを捕捉・追尾処理部に出力することができ、捕捉・追尾処理部の負荷を低減することができる。
【００３３】
また、この参考例によれば、母機目標から追尾レーダ装置以外の目標に向けて発射された飛しょう目標に対する目標捕捉が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による実施の形態１の複合追尾センサ装置を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１に示す複合追尾センサ装置の動作の説明に供する略線図である。
【図３】ＥＯセンサが撮像する画像情報の略線図である。
【図４】この発明による捕捉処理部２４の実施の形態１の動作を示すフローチャートである。
【図５】参考例の複合追尾センサ装置を示すブロック図である。
【図６】参考例の複合追尾センサ装置の動作を説明する略線図である。
【図７】従来の射撃統制システムを説明するブロック図である。
【図８】従来の目標捕捉技術について、追尾目標から発射された飛しょう目標に対する目標捕捉の方法を説明し、かつ、飛しょう目標が低空を飛しょうした場合の課題を説明する略線図である。
【図９】従来の目標捕捉技術について、追尾目標から発射された飛しょう目標に対する目標捕捉の動作を説明するブロック図である。
【図１０】従来の目標捕捉技術について、飛しょう目標が追尾ゲートを外れた場合の課題を説明する略線図である。
【符号の説明】
１追尾レーダ装置、２送信電波、３空中目標、４反射電波、５目標追尾データ、６射撃計算装置、７見越し角データ、８母機目標、９飛しょう目標、１０追尾ビーム、１１母機目標信号、１２母機目標追尾ゲート、１３飛しょう目標信号、１４飛しょう目標追尾ゲート、１５レーダ装置、１６レーダ受信信号、１７捕捉・追尾処理部、１８追尾ビーム・ステアリング指令信号、１９クラッタ反射信号、２０グランド、２１地上目標、２２複合追尾センサ装置、２３ＥＯセンサ、２４捕捉処理部、２５プルーム、２６反射赤外波、２７発射検出信号、２８所望レーダ受信信号、２９撮像範囲、３０目標角度追尾データ、３５撮像画像、３６ノイズ、３７クラッタ。

Claims

第１の追尾目標と、当該第１の追尾目標に取付けられた第２の追尾目標とに向けて電波を送信し、上記第１の追尾目標と上記第２の追尾目標で反射された反射電波に基づいて取得したレーダ受信信号を出力するレーダ装置と、
上記第１の追尾目標から発射された上記第２の追尾目標によって放射されるプルームを検出すると発射検出信号を出力するＥＯセンサと、
上記発射検出信号を検出しない間は上記第２の追尾目標に対して設けた目標追尾ゲート内に存在する上記レーダ受信信号のレベルを検出してそのレベルを判定基準値として設定し、上記発射検出信号を検出すると上記目標追尾ゲート内に存在する上記レーダ装置からの上記レーダ受信信号のレベルと上記判定基準値とを比較し、当該レーダ受信信号のレベルが上記判定基準値を超えたと判定すると上記レーダ受信信号を捕捉追尾処理部に出力する捕捉処理部と、
上記目標追尾ゲート内に存在する、上記捕捉処理部からの上記レーダ受信信号を信号処理して上記第２の追尾目標を捕捉する捕捉追尾処理部と、
を備えることを特徴とする複合追尾センサ装置。