JPH11271451A - 動く物体をレーザエネルギにより追跡する追跡システム及びその追跡方法 - Google Patents

動く物体をレーザエネルギにより追跡する追跡システム及びその追跡方法

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JPH11271451A JP10353380A JP35338098A JPH11271451A JP H11271451 A JPH11271451 A JP H11271451A JP 10353380 A JP10353380 A JP 10353380A JP 35338098 A JP35338098 A JP 35338098A JP H11271451 A JPH11271451 A JP H11271451A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 誤差及び干渉の問題点が生じ難いレーザビー
ムによって動く物体を追跡するためのシステム及び方
法、レーザ武器システムの殺生効果を試験する目的にて
動く標的におけるレーザビームの「命中」を独立的に評
価するシステム及び方法を提供する。 【解決手段】 レーザ追跡システムは、動く物体の表面
を走査し得るように２方向に振動するレーザエネルギビ
ーム６０を操縦する。レーザエネルギ検出器６４が標的
から反射したレーザエネルギを検出する。反射したエネ
ルギをフィルタリングして２方向への信号に対する振動
周波数を識別する。該信号を別個に分析して、レーザビ
ームに対する標的の位置を判断する。偏倚信号５５が発
生される。該偏倚信号により、レーザエネルギビームは
表面の半径に向けて操縦され、追跡装置の視界内で最大
の複合的な曲率半径を有する面に向けて操縦され、標的
１２、追跡した標的の上の位置に向けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本出願は、１９９６年４月２
日付けで出願された、同時係属の特許出願第０８／６３
１，６４５号の一部継続出願に基づくものである。
【０００２】本発明は、全体として、動く物体を追跡す
るシステム、より具体的には、非画像式のレーザ利用シ
ステム、及び標的とした物体を追跡し且つその物体に係
合するための方法並びにその標的への命中を識別するた
めの方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】全体として、軍事目的のためにロケット
又はミサイルのような標的とした動く物体を破壊し又は
作動不能にしようと試みて、その物体に係合する目的の
ため追跡すべく追跡システムが開発され且つ搭載されて
いる。一般的に言って、従来の追跡システムは、画像式
追跡装置と称されており、該追跡システムは、電子カメ
ラのような画像装置を採用し、該電子カメラが像を捕ら
えて、その像の一部分を選択し、次に、その像を該像の
フレームに対して固定しようとする。１つの追跡システ
ムによれば、１つの標的を捕獲する方法は、全体とし
て、該標的を探知することと、該標的を大きい視界の追
跡装置内に固定することと、次に、その標的の瞬間的な
測定値を狭小な視界の追跡装置に伝送することとから成
っている。一方、狭小な視界の追跡装置は、標的の像を
一般に追跡ゲートとして公知であるフレームの境界に対
して固定する。像がフレーム内に固定された状態にて、
サーボループの形態とされた電子回路が誤差信号を発生
し、この誤差信号により高パワーのレーザビーム又はそ
の他の武器は標的を追跡し且つ該標的を破壊しようとし
て標的に係合合する。
【０００４】従って、従来の画像式追跡装置は、全体と
して、近似的な位置を最初に探知し、次に、標的とした
物体の現在の瞬間的な位置を探知するため電子カメラの
ような１つ以上の画像装置を連続的に使用することを必
要とし且つそのかかる電子カメラを使用することに基づ
くものである。更に、幾つかの従来の画像式追跡装置
は、標的の速度情報を求めることを試み、その標的の予
想された発射を予見しようと努める。光学的に標的が定
められた武器において、公知の従来の画像式追跡装置
は、別個の高パワーのレーザビーム又はその他の武器係
合手段と関係付けられて、標的とされ且つ検出された物
体を破壊し又は作動不能にするためのその他の武器係合
手段と関係付けられる。この高パワーのレーザビーム武
器は、画像装置と独立的であり、典型的に、画像装置の
処理した像によって求められた最適な計算位置及び計算
速度ベクトルに応答して操縦され、標的における最適な
弱体領域に係合するような照準ずらし角度とされる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の画像式追跡シス
テムは、標的の位置を効果的に探知する一方、動く標的
を連続的に追跡し且つその標的に効果的に係合するため
の機能に関して多数の難点が存在する。第一に従来の画
像式アプローチ策によれば、係合するために使用される
高出力のレーザビームが画像装置と干渉し、このため、
追跡点を失わせ、これにより画像装置が標的とした物体
を追跡し損ねることになる。レーザビームが画像装置と
干渉する程度を少なくするため、高出力のレーザビーム
は、画像装置から位置ずらしすることができる。しかし
ながら、位置ずらししたレーザビームは、追跡スキーム
の全体に更なる誤差を生じさせる可能性があり、常に、
この干渉という問題を効果的に低減し又は解消し得ると
は限らない。第二に、レーザを効果的に向ける画像セン
サのデータを使用する能力は、センサの視線がレーザの
場の線と正確に照準規正されているかどうかによって決
まる。歴史的に見て、差し迫った環境条件下にて十分な
照準規正状態を保つことは、困難であった。第三に、従
来の画像式追跡装置は、全体として、その画像式追跡装
置自体の分解能に制限される。すなわち、標的が極めて
小さく且つ画像式追跡装置の分解能の限界以下であるな
らば、その標的上にて１つの固定点を得る能力は、その
追跡装置の分解能により制限を受ける可能性がある。従
って、従来の画像式追跡装置は、一般に、許容し得ない
程に大きい追跡誤差を生ずることなく、追跡装置の分解
能限界よりも小さい標的を追跡することはできない。分
解可能な標的の場合であってさえも、時間に対する追跡
角度の第二及び第三の誘導値、及び照準点のずらし位置
角度の誘導値に比例する追跡誤差は、特に、至近距離で
低空飛行する敵対物の場合、許容し得ない程に大きくな
る。その結果、効果的に追跡することのできる標的の寸
法が制限されることになる。矯正措置を採らないなら
ば、従来の高エネルギのレーザ武器の効果は制限され
る。その結果、一定のパワーに対して、十分な殺生能力
を実現するためにより長い作用持続時間が一般に必要と
され、これにより、防御範囲を短くし且つレーザの燃料
システムを更に消費することとなる。
【０００６】更に、方向決めシステムすなわち追跡シス
テムの妨害、又は高パワーのレーザビームの伝播は、レ
ーザビームが標的を見失うことになる可能性がある。同
様に、光学的に不均質な大気を通ってレーザビームが伝
播することは、レーザビームをその標的から離れる方向
に位置をずらすことにもなる。標的を追跡する従来の画
像装置は、係合する高パワーのレーザビーム武器から独
立している結果、レーザビームに対するかかる妨害が検
出されないままに過ぎる傾向がある。
【０００７】更に、標的におけるレーザビームの効果的
な殺生係合能力を判断することによりレーザ武器の追跡
システムの精度を効果的に決定する必要性がある。すな
わち、所定のレーザ武器の追跡システムの効果を判断す
るためには、特に、低パワーレーザを使用する予備的な
追跡試験において、動く標的におけるレーザビームの
「命中」数を得点して集計し得ることが望ましい。現
在、その標的を実際に破壊せずに、その効果を試験する
目的のため、動くミサイル物体に衝突するレーザビーム
の瞬間的な位置を独立的に評価する必要がある。
【０００８】従って、誤差及び干渉の問題点が生じ難い
レーザビームによって動く物体を追跡するためのシステ
ム及び方法を提供することが望ましい。
【０００９】十分な照準規正を有する画像式追跡装置か
ら独立した、高エネルギのレーザビームによって動く物
体を追跡しその物体に固定されるレーザビーム追跡シス
テムを提供することが更に望ましい。
【００１０】更に、画像式追跡装置の分解能と関係な
く、分解不能な標的を含む小さい標的を追跡することの
できる、かかるレーザ追跡装置を提供することも望まし
い。
【００１１】また、レーザ武器システムの殺生効果を試
験する目的のため、動く標的におけるレーザビームの
「命中」を独立的に評価するためシステム及び方法を提
供することも望ましい。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の教示に従って、
レーザエネルギによって動く物体を追跡するためのシス
テム及び方法が提供される。このシステムは、レーザエ
ネルギのビームを発生させるレーザ発生器と、標的とし
た動く物体を追跡し得るようにレーザエネルギのビーム
を操縦するビーム操縦装置とを備えている。このビーム
操縦装置は、好ましくは、２つの対角方向に向けて、レ
ーザエネルギのビームを振動状態に操縦する。この高パ
ワーのレーザビームは、第一の方向に向けて第一の振動
周波数にて振動し、また、第二の方向に向けて、第一の
振動周波数と識別可能である第二の振動周波数にて振動
する。望遠鏡が標的とした物体から反射されたレーザエ
ネルギを集め、また、検出器が受け取った反射エネルギ
の量を検出する。この検出されたエネルギは、各チャネ
ルに対して第一及び第二の振動周波数を分離するために
フィルタリングされる。フィルタリング後の信号は、各
チャネルに対するレーザミラー発生器から誘導された正
弦関数をそのチャネルに乗算することにより同期化状に
検出される。例えば、円筒状の標的の中心線上にビーム
の質量中心が正確に中心決めされたとき、その反射した
パワーは、振動周波数の調波のみを含むことが観察され
る。一方の側部に変位されたならば、振動周波数の成分
の振幅は、その変位に比例して増大し、信号が何れの側
部であるかを示す。ビームの質量中心が標的の中心線か
ら変位する量に比例して、反射し且つ受け取った同期化
状に検出されたパワーから偏倚信号が発生され、この信
号は、ビームの質量中心が衝突する側部に対応して、プ
ラス又はマイナスの符号を有する。これにより、ビーム
の操縦装置は、レーザビームを操縦して、そのビームを
標的上に中心決めし、これにより、標的とした物体を追
跡する。
【００１３】本発明の追跡システムは、物体の中心部分
を追跡するため質量中心追跡モードにて、又は、端縁を
検出し且つ追跡するため端縁追跡モードにて作動する。
質量中心追跡モードにおいて、レーザビームは、１つ又
は双方のチャネルにより走査された方向に対して、標的
とした物体の中心部分に固定される。端縁追跡モードに
おいて、集められた信号は、１つ又は双方のチャネルに
対して改変した従来の同期化検出技術を使用して処理さ
れて、その所定のチャネルに対して１つの端縁を識別し
且つその端縁に対して固定される。
【００１４】更に、標的の質量中心又は１つ以上の端縁
にて、標的を追跡するビームエネルギの一部分を利用
し、標的における別個の知られた弱体領域にビームのエ
ネルギの大部分を更に位置ずらしすることにより、本発
明の追跡システムを作動させることが可能である。この
位置ずらしは、時間的領域又は空間的領域の何れかにて
行うことができる。時間的領域において、この位置ずら
しは、追跡ループを閉じることと、ビームを所望の程度
だけ高周波数にて位置ずらしすることとを交互に行うこ
とにより、実現することができる。空間的領域におい
て、この位置ずらしは、ビームを既知のずらし角度によ
って大きい部分と小さい部分とに物理的に分割すること
により実現することができる。そのビームの低パワー部
分を使用して、追跡機能を達成することができる。この
アプローチ法は、本発明の追跡システムが、そのエネル
ギの大部分を係合に最適な弱体領域に集中させつつ、追
跡目的にとって最適である標的の端縁すなわち特徴部分
の追跡状態を保つことを可能にする。
【００１５】本発明の別の形態によれば、動く標的にお
けるレーザビームの「命中」を独立的に評価するための
システム及び方法を実現することができる。この試験方
法は、標的ミサイルにおける複数の帯域内に得点領域を
割り当てることを含む。その帯域の各々は、好ましく
は、反射ストリップを分離させる吸収性塗料が付与され
た、選択した数の反射ストリップを含んでいる。その領
域の各々は、１つの帯域を他の帯域から識別する異なる
数のストリップを有することになる。レーザエネルギ
は、ミサイル標的から反射されて、その係合領域は、ス
トリップの数及びミサイルの回転率の関数として判断さ
れる。
【００１６】
【発明の実施の形態】添付図面を参照しつつ以下の詳細
な説明を読むことにより、本発明の上記以外の目的及び
有利な点が当業者にとって明らかになるであろう。
【００１７】先ず、図１を参照すると、追跡角度の設定
状態がミサイル標的１２及び追跡システム１０に対して
定義されている。該追跡角度は、本発明の追跡システム
１０の説明に使用される選択したベクトルに関して定義
されている。ミサイル１２のような動く標的は、追跡シ
ステム１０からの瞬間的な距離Ｒにて低空飛行する状態
で示してある。該追跡システム１０は、陸上設置プラッ
トフォーム、空中プラットフォーム又は宇宙船プラット
フォームによって支持することができる。かかるプラッ
トフォームの全ては本発明の範囲に属するものである。
【００１８】標的ミサイル１２は、速度Ｖを有し、標的
角度及び照準規正角度は、全体として、デルタ（Δ）を
付して示した小さい微分角度と比べて大きい。また、追
跡装置１０と、ミサイル１２の前端の質量中心とにより
画成された照準点の視線ベクトル１４も図１に示してあ
る。追跡装置の視線ベクトル１６は、追跡装置１０及び
ミサイル１２の後端付近にて端縁−端縁点により画成さ
れる。また、ＨＥＬビーム軸線１５及び追跡装置の照準
規正ベクトル１７も示されている。
【００１９】システムの誤差εsyｓは、瞬間的なＨＥＬ
ビーム軸線１５と選択した照準点の視線ベクトル１４と
の差として定義した状態で示してある。追跡誤差ε
tracｋは、追跡装置の照準規正ベクトル１７と追跡装置
の視線ベクトル１６との差として定義されている。以下
に説明するように、本発明の追跡システム１０は、シス
テムの誤差εsyｓを低減し又は解消するものである。さ
もなければ、かかるシステムの誤差εｓｙｓは、標的の
不十分な分解能、測定したミサイルの速度ベクトル又は
角加速度に基づくミサイルの回転軸線の不十分な推定、
及び特に遠距離から至近距離への接近範囲付近にて生じ
る加速度誤差の発生率に起因して、従来の画像式追跡装
置に生じる可能性がある。
【００２０】図示した微分角度は、追跡装置の照準規正
ベクトル１７とＨＥＬビーム軸線１５との変位角度とし
て定義された高エネルギのレーザ（ＨＥＬ）レーザビー
ムの変位ΔθHEＬを含んでいる。この照準角度の差Δθ
aiｍは、追跡装置の視線ベクトル１６と照準点の視線ベ
クトル１４との変位角度として定義される。追跡装置の
照準規正変位θboreは、垂直軸線からの追跡装置の照準
規正ベクトル１７の変位角度として定義される一方、標
的角度θtargetは、垂直軸線からの追跡装置の視線ベク
トル１６の変位角度として定義される。
【００２１】図２を参照すると、本発明の追跡システム
１０は、従来の画像式追跡装置２０と一体とされた状態
で示してある。該従来の画像式追跡装置２０は、標的と
した物体の近似的な位置を最初に判断するため、本発明
の追跡システム１０と共に採用することができる。この
ことは、本発明の追跡システム１０の高パワーレーザビ
ームを標的の略付近に配置することを可能にし、また、
標的に係合して追跡及びその後の固定を可能にする十分
に接近した位置に配置することを可能にする。従来の画
像式追跡装置２０は、本発明と共に示してあるが、該追
跡装置１０は、画像式追跡装置２０と共に、又は該画像
式追跡装置２０なしに使用することができ、また、画像
式追跡装置２０に代えて、その他の形態の追跡装置を使
用することも可能であることを理解すべきである。
【００２２】図示した従来の画像式追跡装置２０は、電
子カメラ（図示せず）のような画像装置を含んでいる。
該画像式追跡装置は、太陽光線又は標的照射装置から反
射したエネルギ又は標的の熱エネルギからの反射エネル
ギの何れかである、標的からのエネルギを受け取る。該
画像式追跡装置２０は、像のフレーム内に１つの標的を
画成し、標的角度θtarget及び視準点Δθaiｍの変化を
求める。この標的角度θtargetは、追跡ループ２５から
求められた照準規正角度θboreと共に、加算器２２に入
力される。この合算により全体として追跡誤差εtracｋ
が設定され、この誤差は、第一のフィルタＬ（ｓ）２４
に入力される。照準点Δθaiｍの変化は、加算器２７を
介して追跡誤差εtracｋと共に加算され、その合算値
は、第二のフィルタＦ（ｓ）２８に入力され、この第二
のフィルタがΔθHEＬを求める。出力ΔθHEＬは、加算
器２６を介して第一のフィルタＬ（ｓ）２４の出力と合
算されて、レーザビームの角度θHEＬの推定値を求め
る。画像式追跡装置２０から得られたこの情報は、標的
とした物体の位置を略推定し得ることは有利なことであ
る。
【００２３】本発明の追跡システム１０は、二次元的に
標的を追跡することを可能にすることが好ましい。しか
しながら、本発明の教示に従って一次元的な標的の追跡
も採用可能である。図２に図示するように、Ｘ座標によ
り設定された第一の方向に向けて標的を追跡するため、
第一のサーボループ３０ｘが提供される。同様に、Ｙ座
標で設定された第二の方向に標的を追跡するため、第二
のサーボループ３０ｙが提供される。第一のサーボルー
プ３０ｘは、Ｘ座標に沿って質量中心追跡又は端縁追跡
を可能にする一方、第二のサーボループ３０ｙは、Ｙ座
標に沿って質量中心追跡又は端縁追跡を可能にする。好
適な実施の形態に従い、Ｘ座標及びＹ座標は、互いに対
角状であり、平行に且つ標的１２の回転軸線に対して垂
直に配置されることが好ましい。
【００２４】該追跡システム１０は、受容器の望遠鏡及
び帯域パスフィルタ５８を更に備えており、該フィルタ
は、比較的広い視界から散乱したレーザエネルギを受け
取る。この受容器望遠鏡及び帯域パスフィルタ５８は、
第一及び第二の個々の振動周波数をフィタリングして、
該当する振動周波数信号をそれぞれの第一及び第二のサ
ーボループ３０ｘ、３０ｙに送る。すなわち、第一の振
動周波数を含む信号は、望遠鏡及び帯域パスフィルタ５
８を介して漉されて、第一のサーボループ３０ｘに送ら
れる一方、第二の振動周波数信号は、同様に第二のサー
ボループ３０ｙに送られる。
【００２５】振動発生器３２ｘ、３２ｙに結合された像
の静止装置５６も図２に示してある。該像の静止装置５
６は、近似的な線形組み合わせを採用することにより、
Ｘ及びＹ発生器から２つの振動周波数信号を静止させ
て、対角状の振動周波数信号が好ましくは平行で且つ標
的の回転軸線に対して垂直となるようにする。像の静止
を実行するのに必要な角度の情報は、画像式追跡装置２
０から得ることができる。像の静止装置５６は、出力と
して、振動ミラードライブ５４に対し対応する対角状信
号Ｕ、Ｖを提供する。
【００２６】第一のサーボループ３０ｘ及び第二のサー
ボループ３０ｙは各々、指定された座標に対する信号を
処理する、同一のサーボ制御ループである。第一のサー
ボループ３０ｘについて説明すると、スイッチ４６ｘ
は、端縁追跡モードと質量中心追跡の何れかの作動モー
ドを選択する。端縁追跡モードにおいて、該追跡システ
ム１０は、Ｘ座標に沿って端縁を検出することを可能に
する一方、質量中心追跡の作動モードは、追跡システム
１０がＸ座標に沿って標的の中心部分を追跡することを
可能にする。１つの実施の形態に従い、Ｘ座標は、ミサ
イル標的１２の回転軸線として定義することができる。
【００２７】端縁追跡出力又は質量中心追跡の出力の何
れかを受け取る加算器４０ｘが第一のサーボループ３０
ｘ内に含まれている。更に、該加算器４０ｘは、包み込
んだループ経路の一部として光路ループ閉じ信号３８ｘ
を受け取る。加算器４０ｘにより提供された合算値は、
乗算器３４ｘに供給され、該乗算器は、第一の振動発生
器３２ｘからの信号にその合算値を掛ける。第一の振動
発生器３２ｘは、Ｘ座標に沿って振動信号に対する第一
の振動周波数を提供する。乗算器３４ｘの出力は、フィ
ルタＨ（ｓ）３６ｘに送られる一方、該フィルタは、光
路ループの閉じ信号３８ｘを提供する。その効果とし
て、フィルタ３６ｘは、積分及びフィルタリングを行う
ことを可能にする。別のフィルタＬＰ（ｓ）４２ｘは、
加算器４５に対する偏倚出力を提供する。
【００２８】第一のサーボループ３０ｘと同様に、第二
のサーボループ３０ｙは、端縁追跡モード４４ｙと質量
中心の追跡モードとの間で作動モードを切り換えるため
のスイッチ４６ｙを含んでいる。加算器４０ｙ、乗算器
３４ｙ及び第二の振動周波数を提供する振動発生器３２
ｙも含まれている。該第一及び第二の振動周波数は、互
いに識別可能ではあるが、その比を小さい整数まで小さ
くすることができないように調和しないことが好まし
い。フィルタＨ（ｓ）３６ｙは、同様に、積分及びフィ
ルタリングを可能にし、その結果は、光路ループの閉じ
信号３８ｙに沿って加算器４０ｙにフィードバックされ
る。更に、別のフィルタＬＰ（ｓ）４２ｙは加算器４０
ｙからの偏倚出力を加算器４５に提供する一方、該加算
器４５は、サーボループ３０ｘ、３０ｙの双方からの出
力を合算する。加算器４５からの出力は、画像式追跡装
置２０の出力と共に、加算器４９への入力として提供さ
れる。
【００２９】図３を参照すると、サーボループ３０ｘの
ような１つのサーボループが付与された一次元的に標的
を追跡する追跡システム１０が更に詳細に示してある。
高パワーのレーザビーム発生器５０は、高パワーのレー
ザビーム６０を忠実な方向決めミラー５２に集束して、
レーザビームが制御された状態にて標的１２に向けられ
るようにする。忠実な方向決めミラー５２は、ジンバル
（図示せず）に全体として取り付けられたサーボ制御式
方向決めミラーであり、該ジンバルは、偏倚信号５５に
応答して操縦される。レーザビーム６０が標的１２に係
合するか又は標的１２に極めて近接すると、標的１２か
らレーザエネルギが反射される。
【００３０】追跡システム１０は、全体として、比較的
広い視界からレーザエネルギを集め得るように配置され
た望遠鏡／検出器６４を更に備えている。望遠鏡／検出
器６４は十分に大きい視界を有するから、この望遠鏡／
検出器６４を正確に方向決めする必要はない。該望遠鏡
／検出器６４は、該望遠鏡が受け取った全散乱エネルギ
を検出し得るようなその焦点面に配置された検出器を有
する望遠鏡を備えることができる。該望遠鏡／検出器６
４は、共に集められた光の強さに比例する電気信号を発
生させる。望遠鏡／検出器６４は、帯域パスフィルタの
ようなフィルタを備えることが好ましい。該フィルタ
は、受け取るエネルギを高パワーのレーザビーム６０の
レーザ波長に制限する。また、該望遠鏡／検出器６４
は、特に、二次元的に追跡のために使用するとき、振動
周波数を分割する帯域パスフィルタを備えることも好ま
しい。
【００３１】望遠鏡／検出器６４からの電気的信号出力
は、増幅器６６を介して増幅され且つコンデンサＣ及び
抵抗器Ｒから成るＲ−Ｃ回路を通る。乗算器３４は、そ
の電気信号を振動発生器３２及び可変位相シフトブロッ
ク６９により発生された振動信号と混合させる。乗算器
３４の出力は、積分器及びフィルタ６８を通じて送られ
る。従って、所定のチャネルに対する漉された信号は、
その信号にレーザミラー振動発生器３２から得られた余
弦信号を掛けることにより同期化状態で検出され、積分
器及びフィルタ６８に送られる。該積分器及びフィルタ
６８の出力は振動発生器３２により発生された振動信号
と合算されて、偏倚信号を発生させる。該偏倚信号によ
り、忠実な操縦ミラー５２はその反射面をその偏倚信号
に比例する率にて動かし、対応する方向、すなわち振動
軸線に沿って偏倚信号又は誤差信号を無効にし得るよう
な方向に動かす。
【００３２】次に、図３に図示した一次元的な追跡配置
に関して追跡システム１０の作用について説明する。高
パワーレーザビーム発生器５０は、高パワーのレーザビ
ーム６０を発生させる。該レーザビームは、忠実な方向
決めミラー５２からミサイル１２のような標的に向けら
れる。上述したように、標的の近似的な位置を求めるた
めに最初に、従来の画像式追跡装置２０を採用し、これ
により、高パワーのレーザビーム６０を標的のミサイル
１２の略付近に配置することを可能にすることができ
る。図４を特に、参照すると、高パワーレーザビーム６
０は、ミサイル１２の回転軸線に対して垂直である、Ｙ
座標として示した、振動軸線に沿って振動の周波数に従
って振動する状態で示してある。該高パワーレーザビー
ム６０は、ミラーの駆動信号３２に応答して振動し、こ
れにより、その振動周波数に従って、Ｙ軸線に沿ってミ
サイル１２の本体部分を貫通して進む。レーザビーム６
０は、ミサイルの本体の短い寸法を横断するように周期
的に走査するように操縦され、これに応答して、図４の
右側に示した２つの検出波形７０ａ、７０ｂで示す反射
エネルギの信号を発生させる。これら２つの検出信号の
波形７０ａ、７０ｂは、レーザビーム６０の平均的なビ
ーム中心が標的１２の中心線に対して一側部にあるか又
は反対側側部にあるか否か（すなわち、上方か又は下方
か）に対応して互いに対し１８０°だけ位相が相違す
る。従って、ミラーのドライバに対するこの位相を検出
することで、追跡システム１０に対して高パワーのレー
ザビーム６０を上方に又は下方に操縦すべきか否かを知
らせることになる。
【００３３】従って、本発明のレーザ追跡システム１０
は、一次元的に又は二次元的に標的１２を横断するよう
に走査し、その標的から反射したエネルギを検出する。
この反射したエネルギを分析して、レーザビームに対す
る標的の位置を判断し、レーザビームを標的ミサイル１
２と接近して係合するようにするのに必要な偏倚信号を
決定する。一度、固定が為されたならば、振動振幅を持
続値まで低減させることができる。例えば、標的に対す
るある箇所が１０％の持続値であることは、１つの実施
の形態によれば満足し得るものである。軍事的な破壊目
的のため、高エネルギのレーザビーム６０には、標的ミ
サイル１２を迅速に作動不能にし又は破壊をもするのに
十分なエネルギを付与することができる。
【００３４】図５を参照すると、望遠鏡／検出器６４の
出力が示されており、一次元的に振動するかどうか点検
される。δは、ビームの半径単位にて測定した、標的の
中心線からレーザビームの中心が変位する程度を表す。
高パワーのレーザビーム６０を標的１２の中心に近づく
ように動かすに伴い、望遠鏡／検出器６４の出力の大き
さが増す。また、ビームが標的上にて中心決めされたと
きに残る、検出された信号は、δが０．０に等しいこと
によって証明される、時間の１／２であることを略示す
二次調波である。図５のプロットが０で続くならば、位
相が１８０°だけ変位する点を除いて、０．２、０．
４、０．８に等しいδで示した曲線が再現されよう。
【００３５】図６には、積分器及びフイルタ６８の出力
を示す誤差の特性曲線のプロット図が示してある。この
誤差信号は、０を経て進み、平均点なレーザビームの中
心が標的の中心線を貫通するとき、その方向を変える。
この誤差信号は、この場合、小さい振幅のとき、ビーム
半径の単位にて示した振動振幅に直接、比例する。この
相対的な誤差信号は、ビームの中心の変位部分が０を経
て進むとき有限に止まる勾配を有し、このことは、サー
ボ制御領域内にて基本的に、「デッド領域」が全く存在
せず、従って、一定の誤差が残らないことを意味する。
また、図示したレーザビームの捕獲範囲は、標的の中心
からビームの中心までの２つのビーム半径の捕獲範囲を
提供する。図５の線７４ａ、７４ｂは、ビームの直径の
分数として示した、振動振幅に対する２つの異なる値を
示す。
【００３６】質量中心の追跡モードに対する追跡システ
ム１０の作用について上記に説明した。微分課程を導入
することで図２Ａに示した振動発生器の出力を修正する
ことにより、標的の端縁を追跡するためにもこの着想を
適用することが可能であることも理解すべきである。追
跡システム１０による端縁から端縁及び質量中心−端縁
への追跡の例が図７に示してある。参照番号７６は、標
的ミサイル１２の先端部分に対する質量中心−端縁追跡
を示す。追跡システム１０は、端縁−端縁検出を識別す
るため、Ｘ座標及びＹ座標の双方にて１つの端縁を検出
する。参照番号７８は、標的ミサイル１２の先端部分に
対する質量中心−端縁の追跡を示す。この実施例におい
て、端縁の検出はＸ座標に沿って提供される間に、質量
中心の検出はＹ座標にて行われる。参照番号８０は、標
的ミサイル１２の後方部分付近の鋭角な部分に対して端
縁−端縁追跡を行うことを更に示す。標的とすることの
できる種々の物体の任意のものを追跡し且つその物体に
係合するため、本発明によって端縁及び質量中心の追跡
を種々に組み合わせることができることを理解すべきで
ある。
【００３７】十字線上に中心決めされた矩形の領域は、
高パワービーム６０が対角方向に向けて２つの異なる振
動周波数にて振動するとき、この高パワービーム６０の
質量中心により追跡されたリサジュー走査パターンであ
る。このリサジューパターンは、二次元的な振動追跡の
顕著な特徴である。
【００３８】効果として、この二次元的な追跡は、有限
な寸法の２方向標的に適用可能とされた検出課程中に高
密度で均一に充填した走査パターンを形成し得るように
２つの振動振幅が選択される走査を可能にする。種々の
標的の形状から散乱した信号の分析を各方向に向けて行
い、高パワーのレーザビーム６０を標的の所望の追跡端
縁又は質量中心と係合させるのに必要な対応した誤差信
号を求める。
【００３９】端縁の検出状態を更に示すため、図８に
は、同様の幅を有する平坦な矩形のストリップ及び円筒
体から成る標的から見たときに、受け取った信号の様子
が示してある。ビームの視線は、標的に近いが、標的に
接触してはいない。この矩形のストリップに対する標的
の応答は、信号８２によって示される一方、このための
端縁の微分応答は、信号８４により提供される。同様
に、その端縁の相違する波形は、信号８８により提供さ
れる一方、円筒体の標的の端縁走査は、信号８６により
提供される。従って、微分器を追加すれば、質量中心検
出器は端縁検出器に変換され、このため、一次元的な２
本の振動固定線が交差する点に標的の固定点を設定する
ためにこの着想が使用される。次に、図９に示すよう
に、端縁検出から誤差信号を得ることができる。
【００４０】これと代替的に、本発明の追跡システム１
０は、空間的又は時間的作動モードの何れかに従って位
置ずらし追跡を行うために具体化してもよい。図１０を
参照すると、参照番号１３０、１３２は、標的の質量中
心又は１つ以上の端縁にて標的を追跡するため、レーザ
ビームエネルギ６０の僅かな部分６０ａを利用する状態
が示し、また、多量、又は大部分６０ｂのレーザビーム
エネルギ６０を標的１２における別個の公知の弱体領域
に採用することが更に示してある。従って、レーザエネ
ルギの大部分６０ｂは、標的１２を略破壊しようと試み
て、標的１２の所望の領域に係合するように、所望の程
度だけ位置をずらす一方、レーザビームの低エネルギ部
分６０ａは、標的１２を追跡する。参照番号１３０で示
すように、低エネルギ部分６０ａは、標的１２の鼻部分
に対して質量中心−端縁を追跡する一方、高エネルギ部
分６０ｂは、標的１２の中間部分に向けて位置がずらさ
れる。参照番号１３２は、標的１２の後部付近にて鋭角
部分に対して低エネルギ部分６０ａにより端縁−端縁を
追跡する状態が示されている一方、高エネルギ部分６０
ｂは、標的１２の所望の中心領域に向けられる。
【００４１】所望のレーザビームの位置ずらしを実現す
るため、時間的又は空間的領域の何れか一方を採用する
ことができる。時間的領域内にて、追跡ループを閉じる
ことと、レーザビームを高周波数にて所望の程度だけ位
置ずらしすることとを交互に行うことにより、位置ずら
しを行うことができる。従って、時間的領域は、レーザ
ビームが標的領域と殺生領域との間にて交互に切り換わ
ることを可能にする。これを行うとき、レーザビーム
は、標的領域内にある際に、低エネルギレベルを有し、
殺生領域内にある際、高エネルギレベルに切り換わるよ
うにすることが好ましい。空間的領域内において、レー
ザエネルギの低エネルギ部分６０ａと高エネルギ部分６
０ｂとの間の位置ずれは、公知のずらし角度にてレーザ
ビームを大エネルギ部分と小エネルギ部分とに物理的に
分割することにより、達成することができ、このビーム
の低パワー部分を使用して、追跡機能を実現することが
好ましい。このアプローチ法は、本発明の追跡システム
１０が追跡目的にとって最適である、標的１２の一端縁
すなわち特徴部分の追跡を持続することを可能にする一
方、利用可能なエネルギの大部分を係合にとって最適で
ある弱体領域に向ける。時間的又は空間的領域の何れか
に対して、位置ずらしの程度は、係合にとって所望の領
域と、標的１２までの距離とに基づいて決定することの
できる位置ずらし角度によって提供することができる。
【００４２】図１１には、空間的領域に従ってレーザエ
ネルギを高エネルギ部分６０ｂと低エネルギ部分６０ａ
とに分割するために使用することのできるミラー組立体
１５４が示されている。該ミラー組立体１５４は、支持
支柱１７０を介して二次的な凸形ミラー組立体１６０に
一定の関係にて接続された一次的な凹形ミラー１５６の
組み合わせ体を備えている。この一次的ミラー１５６
は、高エネルギのレーザビーム６０を受け入れるために
形成された中心穴１５８を有している。この二次的ミラ
ー組立体１６０は、組立体１６０の中央部分にて中央の
ミラー取り付け部１６８を介して所定位置に固定された
凸形のミラー面１６４を有している。二次的なミラー組
立体１６０は、反射面１６４の外周の環状部分の周りに
形成された反射面１６２を更に備えている。環状の外側
反射面１６２は、複数の可動のピストンアクチュエータ
１６６を介して配置されている。１つの実施の形態によ
れば、４つのピストンアクチュエータがあれば十分であ
る。ピストンアクチュエータ１６６は、適当な振動周波
数をＸ及びＹ座標方向にて調整する低エネルギのレーザ
ビーム６０ａを提供し得るように、ミラー組立体１６０
に対する環状の外側反射面１６２の方向を変化させる。
【００４３】作動時、エネルギ６０のようなレーザエネ
ルギは、一次的ミラー１６６の中心穴１５８を通じて受
け取られる。該レーザエネルギは、二次的な凸形ミラー
面１６４から反射して、一次的ミラー１５６を充填し、
該一次的ミラーは、該エネルギを所望の方向に向けて集
束させて、高エネルギのビーム６０ｂを形成する。これ
と同時に、レーザエネルギは、二次的なミラー組立体１
６０の環状の外側反射面１６２から反射され且つ二次的
ミラー１６４の中央部分と独立的に、低エネルギビーム
６０ａにて一次的ミラー１５６から反射される。ピスト
ンアクチュエータ１６６の相対的な位置は、環状の光ビ
ーム６０ａを高パワービーム６０ｂ自体の主要部分から
ずらした位置にある、標的１２における異なる位置に向
けて集束させる。更に、該ピストンアクチュエータ１６
６は、上述したように、変位した環状ビームの焦点を振
動させるような仕方にて振動する。二次的ミラーの振動
方向及び傾動ずらし位置の双方は、マイクロラジアン範
囲にあることが可能となり、従って、その他のシステム
の必要条件に適合する標準的な無限遠像の望遠鏡の設計
が採用可能となる。
【００４４】従って、追跡位置におるビームパワーとず
らし係合位置にあるビームパワーとを空間的に又は時間
的に位置ずらしすることにより、追跡が為される。ビー
ムのパワーＰｆの一部分を使用して空間的領域内で追跡
することができる一方、ビームの追跡時間Ｔｐの周期的
部分Ｔｆ（ここで、Ｔｐは、ビームが追跡位置に再度達
する間の時間に等しい）を使用して、時間的領域内で追
跡することができる。時間的位置ずらしの場合、係合位
置を照射するのに費やした時間Ｔｆは、追跡時間すなわ
ち再到達時間Ｔｐの合計値よりも短い。空間的位置ずら
しの場合、追跡に使用されるビームパワーの一部分であ
るＰｆは、当然に、効率良く係合するためには、総ビー
ムパワーＰTotaｌと比べて小さくなければならない。
【００４５】空間的位置ずらしにおいて、ビーム部分又
はビームレット（Ｐｆ）は、方向決め追跡装置内にて係
合ビーム（ＰＴ−ＰＦ）から角度を付けて分離されてお
り、θoffsetを変化させることにより、所望の追跡位置
にて連続的に追跡する状態にて所望の係合位置を調節す
ることを可能にする。時間的位置ずらしにおいて、ビー
ムは、時間Ｔｆの間、その最適な追跡位置に固定され、
次に、時間ＴＰ−ＴＦに亙って、θoffsetだけ所望の係
合照準点への位置ずらしが為される。次に、このエネル
ギビームは、時間ＴＦに亙って所望の追跡点に戻り、切
り換えた時間サイクルを反復する。
【００４６】次に、図１２及び図１３を参照すると、レ
ーザ追跡システムの性能を評価する目的のため、赤外線
レーザビームが命中した「得点を数える」ときに使用さ
れるレーザ追跡システムが図示されている。追跡システ
ムは、誤差を生じる場合もあるため、レーザ追跡試験シ
ステム１００は、標的にレーザが命中した得点を数える
試験を行うための独立的な方法を提供する。特に、図９
を参照すると、追跡システム１０及びレーザビーム６０
に対するミサイル標的１２が示されている。本明細書に
記載した追跡システム１０は、全体として、高パワーの
レーザビームを提供する一方、レーザビームの追跡及び
係合を試験する目的のため、より低パワーのレーザビー
ムで十分であり且つこのより低パワーのレーザビームが
全体として好ましいことを理解すべきである。
【００４７】図１２には、ミサイル１２の正面部分の分
解図も示してある。この試験方法によれば、得点集計領
域が最初に設定され、また、得点帯域１０２、１０４、
１０６のような複数の帯域に分割される。得点帯域１０
２、１０４、１０６の各々は、その他の帯域におけるス
トリップの数と異なる独自の数の反射ストリップを含ん
でいる。１つの好適な実施の形態に従い、得点帯域１０
２、１０４、１０６は、レーザビームの予想される幅に
略等しい幅とされている。帯域の各々は、非反射領域１
０８により分離された所定の数の反射ストリップ１１０
を有している。図示した実施例に従い、得点帯域１０２
は３つの反射ストリップを有し、得点帯域１０４は４つ
の反射ストリップを有する一方、得点帯域１０６は５つ
の反射ストリップを有している。各帯域に対する反射ス
トリップ１１０は、該得点領域の各帯域の全体に亙って
ミサイルの外面に赤外線塗料を最初に塗装し、非反射領
域１０８を形成すべくＩＲ吸収塗料の領域を残して、反
射ストリップ１１０を形成し得るようにその吸収性塗料
を掻き取ることにより形成することができる。反射スト
リップ１１０及び非反射領域１０８は、ミサイル１２の
外周の得点帯域の周りで等間隔に且つミサイルの回転軸
線に対して平行に形成されることが好ましい。３つ、４
つ及び５つの反射ストリップを含む３つの特典帯域が得
点領域内に示してあるが、本発明の精神から逸脱せず
に、異なる数の得点帯域及び反射ストリップの種々の組
み合わせを採用することができることを理解すべきであ
る。
【００４８】レーザ追跡システムを試験するため、レー
ザビーム６０は、所定の追跡システムの作動に従ってミ
サイル１２の得点領域に集束させる。低パワーのレーザ
ビーム６０がミサイル１２の回転軸線に沿って集束する
に伴い、反射した戻りエネルギが簡単な望遠鏡１１４に
より取り上げられ且つ受け取られて、検出器１１６に集
束される。検出器１１６により検出された集束後のエネ
ルギは、電気信号として増幅器１１８に提供され、増幅
信号は周波数カウンタ１２０に送られる。該周波数カウ
ンタ１２０は、散乱したレーザ光線の変調周波数を提供
し、このレーザ光線は、プロセッサ１２２又はその他の
計算装置に送られて、得点領域内の何れの得点帯域にて
レーザビーム６０が追跡し且つ係合しているのか判断す
るようにすることが好ましい。
【００４９】レーザビーム６０が得点領域１０２、１０
４又は１０６の１つを打撃したとき、その反射したエネ
ルギは、反射ストリップ１１０の数にミサイルの回転率
を掛けた値に等しい率にて変調される。このミサイルの
回転率は、基準ストリップ又は利用可能であるならば、
独立的なレーダを監視することにより判断することがで
きる。基準ストリップの場合、該基準ストリップは、ミ
サイル１２の回転率を計数するために使用することので
きる独特の長さを有している。従って、プロセッサ１２
２は、その変調した周波数を集め且つその周波数をミサ
イルの所定の回転率にて割って、係合した領域内のスト
リップの数を判断し、このため、得点帯域１０２、１０
４又は１０６の何れかからエネルギが反射しているのか
を判断することができる。レーザ追跡試験システム１０
０は、特定の得点におけるレーザビームの実際の位置と
所望の追跡点とを比較し、所定の追跡システムにおける
全ての誤差を判断することができる。該追跡試験システ
ム１００は、画像式追跡装置の性能を評価する独立的な
手段を提供し、また、大気の効果及びビームの放射分布
状態の詳細によって影響されないことが好ましい。
【００５０】上述した追跡システムは、空中及び宇宙船
プラットフォームから遠方の弾道ミサイルの標的を追跡
するのに特に適している。空中のプラットフォームへの
適用例において、高パワーのレーザは、そのビームを標
的への経路を通じて比較的乱流の大気を通じて伝送し得
るものでなければならない。勿論、このビームは、空気
中の適用例において、乱流の大気を通過することによ
り、不良な組成となる。しかしながら、このシステムの
試験及び分析の結果、該システムはレーザビームの中心
を標的の最も鋭角な曲率半径に中心決めすることが分か
る。宇宙船系の適用例の場合、大気は問題とはならない
が、ナノラジアン単位の方向決め成分又は高パワーのレ
ーザビームは、宇宙船の振動によって妨害され易い。そ
の双方の適用例に上述したレーザのクロス本体及び追跡
システムは特に適している。特に空中のプラットフォー
ムの適用例において、該標的は、通常の方法にて空中の
追跡装置により捕獲される。頂部に配置されたミサイル
の黒体により、大きい円錐状の水柱（ｐｌｕｍｅ）とし
て像が形成される。リサジューパターンにて標的の領域
を走査するため、高パワーのレーザが使用される。高パ
ワーのレーザビームがリサジューパターンにて標的の領
域を走査するとき（すなわち、大きい振幅の走査のと
き）、高パワーのビームは約１００Ｈｚの２つの調和し
ない周波数にて２つの対角方向にも振動する。その結
果、硬い本体の標的からの後方散乱光線は、標的−円錐
状水柱の像を包含する視界状態にて簡単な望遠鏡によっ
て受け取られる。
【００５１】探査段階中、２つの振動周波数にて望遠鏡
の出力を同期化状態で検出することは、ビームがどの標
的を走査しているか否かを明らかにし、走査しているな
らば、走査方向に対する標的の方向を明らかにする。そ
の後、走査方向は、ミサイルの回転軸線に対して略垂直
となるように回転させる。次に、振動ミラーのドライバ
に対する散乱信号の位相を検出するため、同期化検出器
の出力を使用して、サーボループによりビームをミサイ
ルの中心線の上に固定する。次に、該サーボは、基本部
分を零にするように作動し、戻る信号の第二の調波を最
大にし、ビームが確実にミサイルの回転軸線に固定され
るようにする。最後に、空中の適用例の場合にのみ、標
的に固定された高パワーのレーザビームを大気を感知す
るビーコンとして使用する。干渉計又はハルトマン板に
より戻り相を検出することにより、出力するレーザビー
ムに対して補償的な位相補正を施して、その光輝を向上
させ且つ標的に付与される作用力を増大させることでき
る。これと代替的に、標的における光輝を向上させるた
め、コヒーレント適用型光学素子技術（ＣＯＡＴ）の変
形例を使用してもよい。ハルトマン板感知技術及びＣＯ
ＡＴ技術は文献に完全に記述されている。例えば、１９
９１年、ボストンのアカデミック・プレス・インコーポ
レーテッド（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ，Ｉｎ
ｃ．）からのＲ．Ｋ．タイソン（Ｔｙｓｏｎ）による
「適用型光学素子の原理（ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ
Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃｓ）」の６６−１５９
頁を参照するとよい。
【００５２】宇宙スペース系適用例の場合、該システム
は、高パワーのビームを大気を検出するビーコンとして
使用する必要はない点を除いて、同様の方法にて作動す
る。
【００５３】上述したように、図１０及び図１１に関連
して、高パワーのレーザビームは、高パワーのビーム及
び追跡点ビームのような２つのビームに分割することが
できる。かかる適用例において、ミサイルの先端部のよ
うな便宜な二次元的な追跡点を固定し、主ビームが本体
に沿ってずらした位置に配置された状態にて、追跡点ビ
ームが２つの振動周波数を使用するようにすることがで
きる。位置ずらしビーム又はビームの高パワー部分は、
比較的高精度まで制御することができるため、標的にお
ける高パワーのビーム箇所は、追跡ビーム自体と等しい
安定性を有することになる。
【００５４】本発明は、その特定の実施例に関して説明
したが、特許請求の範囲に記載された事項を除いて、何
ら限定を付すことを意図するものではない。当業者は、
本明細書及び図面を検討した後、本発明の精神から逸脱
せずに、その他の改変例を為すことが可能であることが
理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】追跡装置によりミサイル標的を追跡する角度の
定義を示す図である。
【図２】画像式追跡装置と一体に組み合わせた本発明の
追跡装置を示すブロック図である。
【図３】１つの実施の形態に従って一次元的な追跡を行
うための本発明の追跡システムを更に示す図である。
【図４】標的の中心線軸線に沿った一次元的な振動追跡
を示す図であり、ビームの質量中心が標的の中心線の上
方を進むときに検出された信号の位相変化を示す図であ
る。
【図５】ミサイルの中心点から一つの寸法に沿ったレー
ザビームの種々の変位に対する反射信号の大きさを示す
グラフである。
【図６】幾つかの振動振幅に対する相対的な誤差を示
す、誤差の特徴曲線（ビーム−質量中心−標的の中心線
の変位の関数としての誤差信号）を示す図である。
【図７】本発明による端縁及び質量中心追跡方法の可能
な種々の組み合わせによるミサイルの端縁追跡方法を示
す図である。
【図８】平坦な標的及び円筒状の標的の微分前及び微分
後の端縁検出のために受け取った信号を示す図である。
【図９】本発明の１つの実施の形態に従い端縁検出から
得られた誤差信号の図である。
【図１０】１つの代替的な実施の形態に従って時間的領
域又は空間的領域の何れかを使用してビームの２つのず
らし位置により追跡する状態を示す図である。
【図１１】代替的な実施の形態に従って空間的領域内に
て２つの位置ずらしビームを提供するため一次的ミラー
及び作動させた二次的ミラー組立体の側面図である。
【図１２】本発明のレーザ係合試験に従って試験ミサイ
ルを採用するレーザ追跡試験システムの概略図である。
【図１３】本発明のレーザ追跡試験システムを更に示す
ブロック図である。
【符号の説明】
１０ 追跡システム １２ ミサイル標的 １４ 照準点の視線ベクトル １５ ＨＥＬビーム
軸線 １６ 追跡装置の視線ベクトル １７ 追跡装置の照
準規正ベクトル ２０ 従来の画像式追跡装置 ２２、２６、２７
加算器 ２４ 第一のフィルタＬ ２５ 追跡ループ ２８ 第二のフィルタＦ ３０ｘ 第一のサー
ボループ ３０ｙ 第二のサーボループ ３２ｘ、３２ｙ 振
動発生器 ３４ｘ 乗算器 ３６ｘ フィルタＨ ３８ｘ 光ループの閉じ信号 ４０ｘ、４０ｙ 加
算器 ４２ｘ、４２ｙ フィルタＬＰ ４４ｙ 端縁追跡モ
ード ４５ 加算器 ４６ｘ、４６ｙ ス
イッチ ４９ 加算器 ５０ 高パワーレー
ザビーム発生器 ５２ 方向決めミラー ５４ 振動ミラード
ライブ ５５ 偏倚信号 ５６ 像の静止装置 ６０ 高パワーレーザビーム ６４ 望遠鏡／検出
器 ６６ 増幅器 ６８ フィルタ ６９ 可変位相シフトブロック ７０ａ、７０ｂ 検
出波形 ８２、８４、８６、８８ 信号

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 動く物体をレーザエネルギにより追跡す
    る追跡システムにおいて、 レーザエネルギビームを発生させるレーザ発生器と、 該レーザエネルギビームを操縦するビーム操縦装置と、 該ビーム操縦装置によりレーザエネルギビームを第一の
    周波数に従って第一の方向に振動させる第一の振動発生
    器と、 該ビーム操縦装置によりレーザエネルギビームを第二の
    周波数に従って第二の方向に振動させる第二の振動発生
    器と、 標的とした物体から反射したレーザエネルギを検出する
    レーザエネルギ検出器と、 検出されたレーザエネルギに応答して標的とした物体の
    最大の曲率半径を追跡し得るようにビーム操縦装置によ
    りレーザエネルギビームを操縦する偏倚信号を発生する
    手段とを備える、追跡システム。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の追跡システムにおい
    て、前記操縦したレーザエネルギビームが第一及び第二
    のビームに分割され、該第一のビームが標的とした物体
    を追跡し、該第二のビームが所望の領域に係合し得るよ
    うに第一のビームから位置ずらしされる、追跡システ
    ム。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載の追跡システムにおい
    て、前記第二のビームが前記所望の領域に集束される間
    に、前記第一のビームが、ピストン作動による反射面を
    介して第一及び第二の周波数に応答して操縦される、追
    跡システム。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の追跡システムにおい
    て、前記操縦したレーザエネルギビームが、標的とした
    物体を追跡するための追跡領域と、標的の上の所望の係
    合領域に係合するための位置ずらしした係合領域との間
    にて切り換えられる、追跡システム。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載の追跡システムにおい
    て、レーザエネルギビームが、追跡するときより低エネ
    ルギレベルを提供し、所望の係合領域に係合するときよ
    り高エネルギレベルを提供する、追跡システム。
  6. 【請求項６】 動く物体をレーザエネルギにより追跡す
    る追跡システムにおいて、 レーザエネルギビームを発生させるレーザ発生器と、 該レーザエネルギビームを操縦し且つ該ビームを第一の
    周波数にて第一の軸線に沿って振動させるビーム操縦装
    置と、 標的とした物体から反射したレーザエネルギを検出する
    レーザエネルギ検出器と、 検出されたレーザエネルギに応答して標的とした物体の
    最大の曲率半径を追跡し得るようにビーム操縦装置によ
    りレーザエネルギビームを操縦する偏倚信号を発生する
    手段とを備える、追跡システム。
  7. 【請求項７】 動く物体をレーザエネルギにより追跡す
    る追跡システムにおいて、 レーザエネルギを発生させるレーザ発生器と、 前記レーザエネルギの少なくとも幾分かが動く物体を追
    跡し、前記レーザエネルギの少なくとも幾分かが前記動
    く物体における所望の領域に係合するように、前記レー
    ザエネルギを操縦する手段と、 第一の周波数に従って第一の方向に追跡し得るように、
    前記操縦手段により前記レーザエネルギの少なくとも幾
    分かを振動させる第一の振動発生器と、 第二の周波数に従って第二の方向に追跡し得るように、
    前記操縦手段により前記レーザエネルギの少なくとも幾
    分かを振動させる第二の振動発生器と、 標的とした物体から反射したレーザエネルギを検出する
    レーザエネルギ検出器と、 検出されたレーザエネルギに応答して標的とした物体の
    最大の曲率半径を追跡し得るように、前記操縦装置によ
    り前記レーザエネルギの前記少なくとも幾分かが標的に
    係合するように操縦する信号を発生する手段とを備え
    る、追跡システム。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載の追跡システムにおい
    て、前記レーザエネルギが第一及び第二のビームに分割
    され、該第一のビームが標的とした物体を追跡し、該第
    二のビームが物体上の所望の領域に係合し得るように第
    一のビームから位置ずらしされる、追跡システム。
  9. 【請求項９】 請求項８に記載の追跡システムにおい
    て、前記操縦手段が前記第二のビームを提供する二次的
    ミラーと一定の関係にて配置された一次的ミラーを備
    え、該ミラーが、前記第一のビームを提供し得るように
    前記レーザエネルギの一部分を操縦する操縦可能な反射
    面を更に備える、追跡システム。
  10. 【請求項１０】 請求項９に記載の追跡システムにおい
    て、前記レーザエネルギが追跡位置と該追跡位置から位
    置ずらしした係合位置との間にて反復的に切り換えられ
    得るように、前記レーザエネルギが標的とした物体にお
    ける追跡領域と係合領域との間にて切り換えられる、追
    跡システム。
  11. 【請求項１１】 動く物体をレーザエネルギにより追跡
    する方法において、 レーザエネルギビームを発生させるステップと、 該ビームを第一の周波数に従って第一の方向に振動させ
    得るようにレーザエネルギビームを操縦するステップ
    と、 標的とした物体から反射したレーザエネルギを検出する
    ステップと、 前記検出されたレーザエネルギ及び前記第一の周波数に
    応答して偏倚信号を発生させるステップと、 標的とした物体の最大の曲率半径を追跡し得るように前
    記偏倚信号に応答してレーザエネルギビームを操縦する
    ステップとを備える、方法。
  12. 【請求項１２】 請求項１１に記載の方法において、レ
    ーザエネルギのビームを第二の周波数に従って第二の方
    向に操縦するステップと、 第一及び第２の周波数を分離させ得るように該検出した
    信号をフィルタリングするステップとを更に備える、方
    法。
  13. 【請求項１３】 動く物体をレーザエネルギにより追跡
    する方法において、レーザエネルギビームを発生させる
    ステップと、 レーザエネルギビームを第一の周波数に従って第一の軸
    線に沿って振動させ得るように該ビームを操縦するステ
    ップと、 レーザエネルギビームを第二の周波数に従って第二の軸
    線に沿って振動させ得るように該ビームを操縦するステ
    ップと、 標的とした物体から反射したレーザエネルギを検出する
    ステップと、 該検出されたレーザエネルギに応答して信号を発生させ
    るステップと、 前記第一の周波数を前記第２の周波数から識別し得るよ
    うに前記信号をフィルタリングするステップと、 標的とした物体の最大の曲率半径を追跡し且つ前記物体
    に前記レーザエネルギのビームが係合し得るように前記
    フィルタリングした信号に応答してレーザエネルギビー
    ムを操縦するステップとを備える、方法。
  14. 【請求項１４】 請求項１３に記載の方法において、前
    記レーザエネルギのビームを第一及び第二のビームに分
    割するステップと、該標的とした物体を該第一のビーム
    により追跡するステップと、該第一のビームから位置ず
    らしした前記第二のビームが所望の係合領域に係合する
    ようにするステップとを更に備える、方法。
  15. 【請求項１５】 請求項１４に記載の方法において、前
    記第一のビームが前記第二のビームよりも低エネルギレ
    ベルを有する、方法。
  16. 【請求項１６】 請求項１５に記載の方法において、前
    記レーザエネルギビームが追跡領域と該追跡領域から位
    置ずらしした係合領域との間にて切り換えられ、前記レ
    ーザエネルギビームが前記標的を追跡し、次に、時間を
    分割する仕方にて前記係合領域に切り換えられる、方
    法。
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