大気圏外および内気圏のターゲットを迎撃するための多数の破壊ビークル（ＭＫＶ）迎撃装置及び方法
ＣＶ12とＫＶ14との間でタスクを共有することにより、ＭＫＶ迎撃装置10は多数のターゲットを迎撃し破壊することができる価格が効率的なミサイル防衛システムを提供する。全てのＫＶのターゲット捕捉および弁別と中間軌道誘導を行うためにＣＶ上に捕捉及び弁別センサと制御センサ38を配置することは単一の迎撃装置を「最小化」しようとすることに関連する重量と複雑性の問題を回避する。各ＫＶにおける短帯域の結像センサの配置はコマンド誘導システムに関連される潜在性、解像度、帯域幅の問題を克服し、各ＫＶが所望される目標点を正確に選択し、目標に命中させるためその軌道を維持することを可能にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はミサイル防衛システムに関し、特に運動エネルギ破壊ビークルを使用して大気圏外のミサイルを迎撃し破壊するためのシステムに関するがそれに限定されない。
【背景技術】
【０００２】
通常の爆発物、化学的、生物的又は核弾頭を備えた弾道ミサイルは以前のソビエト連邦およびテロリスト国およびテロリストグループからの米国に対する脅威が実際問題化し、増加していることを表している。大量破壊兵器（ＷＭＤ）の製造とそれらの数百から数千マイルの転送の両者に必要とされる技術は米国の敵によって利用可能であり、積極的に模索されている。
【０００３】
幾つかの新型のミサイル防衛システムは米国国防総省の支部により開発中である。これらのシステムは入来する（ターゲット）ミサイル、弾頭、再突入ビークル等を破壊するために（迎撃）ミサイルを使用する。爆破破砕システムはターゲットと迎撃装置との衝突の直ぐ前に高パワーの爆発物を爆発させる。運動エネルギシステムはターゲットを破壊するための迎撃装置の運動エネルギのみに依存する。両システムはターゲットを捕捉し追跡するために非常に精巧な誘導システムを必要とする。特に運動エネルギシステムは良好な正確度でターゲットに衝突しなければならない。
【０００４】
Ahlstromによる米国特許第4,738,411号および第4,796,834号明細書はターゲット方向へ爆発物の発射体を誘導するための技術を開示している。4,738,411号明細書では、弾倉には電磁放射によりターゲットを照射する手段を備えた送信発射体と、受動的又は純粋に受信ホーミング装置を備えた爆発発射体とが搭載されている。その飛行の最終段階の期間中、送信発射体は電磁エネルギによりターゲット域を照射する。好ましい波長範囲はいわゆるミリメートル波長範囲、適切には３−８ｍｍである。ターゲット領域内の任意のターゲットから反射されたエネルギは爆発発射体により受信され、ターゲット方向へ発射体を誘導するために使用される。ｍｍ帯域はターゲットを検出し、恐らくターゲットに命中するには適切であるが、ターゲット上の特定の目標位置を選択するには不適切である。4,796,834号明細書では、各爆発発射体は迎射手段と受動受信機を含んでいる。先頭の発射体はターゲットを受動的に検出し、その後照射する。後方の発射体は照射されたターゲットからの反射エネルギを検出し、それにしたがってその軌道を補正する。先頭の発射体が地面に衝突するとき、後方の発射体は妨害を感知し、それ自体を受動検出へリセットする。ターゲット自身の放射が検出されるとき、受動シグナチャは最終的な誘導のために使用される。照射源を付勢する検出装置はターゲット追跡装置に含まれるものと同じ検出器であることが好ましい。
【０００５】
レイセオン社のＥＫＶ（大気圏外破壊ビークル）システムは弾道ミサイルの位置決め、追跡、衝突のために設計された現在の運動エネルギシステムの最新技術を表している。ＥＫＶは単一の破壊ビークル（ＫＶ）を含む単一の迎撃装置である。迎撃装置は多段ロケットブースター上で発射される。破壊ビークルの現在のバージョンはターゲット複合体の捕捉、目標の解像度、確かな目標の追跡、ターゲット物体の弁別、ターゲット弾頭への誘導を含んでいる終盤機能をサポートするための光学センサを有する。
【０００６】
多数の独立して目標を定める再突入ビークル（ＭＩＲＶ）を備えたミサイルの配備は多数の破壊ビークルを展開することができる迎撃装置を開発させる一因となる。マルチ破壊ビークル（ＭＫＶ）迎撃装置はキャリアビークル（ＣＶ）と多数のＫＶを含んでいる。ＭＫＶ迎撃装置の開発は単一の迎撃装置により遭遇する全ての問題に加えて、多数のターゲットを捕捉し、追跡し、迎撃するため重量、最小化、制御帯域幅の特有の問題を提示する。したがって効率的なＭＫＶ迎撃装置はまだ開発されておらず、配備されていない。
【０００７】
追求している１つの概念は、ＥＫＶのような既存の単一の迎撃装置を単に最小化することである。この方法では、各ＫＶはターゲットを弁別し衝突するように誘導を行うために必要とされる全てのインテリジェンスを含んでいる。ＣＶは発射から解放までＫＶを移送するための単なるバスである。残念ながら、全ての機能を小型で軽量のＫＶへ「最小化する」能力は最新技術を超えており、基本的な物理的制約のために実現可能ではない。
【０００８】
別の概念は、全てのＫＶが衝突するようにＣＶから「コマンド誘導する」ことである。この方法では、ターゲットを弁別し衝突するように誘導を行うために必要な全てのインテリジェンスがＣＶに設けられる。ＫＶは最小の機能性、典型的にはＣＶにより送信される飛行方向コマンドに応答する受信機及びアクチュエイタのみを含んでいる。米国特許第4,925,129号明細書は多数の副発射体を含む誘導発射体を含んだミサイル防衛システムについて記載している。レーダ追跡装置が比較的長距離のターゲットの方向へ発射体を誘導するために使用される。発射体上の光学的追跡装置は比較的短距離のターゲットを追跡し、ターゲットを迎撃するように副発射体を誘導するための誘導コマンドを発生するために使用される。概念的には魅力的であるが、コマンド誘導は全てのターゲットを光学的追跡装置の光視野内に維持するためのＣＶの離隔距離に関連される貧弱なターゲット解像度と潜在性を受け、これによって目標点の選択と最終的な誘導が不正確になる。最近の研究は正確な目標の選択と目標に命中するための最終的な誘導が運動エネルギシステムの成功に対して臨界的であることを示している。さらに、ＣＶは全てのターゲットを同時に追跡するのに十分な帯域幅をもたなければならない。
【発明の開示】
【発明の要約】
【０００９】
本発明はＣＶまたは個々のＫＶの設計に過大負担をかけずに、正確な目標で多数のターゲットを捕捉し追跡し迎撃することのできるＭＫＶ迎撃装置を提供する。これはＣＶとＫＶ間で多数の入来するターゲットを捕捉し、追跡し、迎撃するために必要とされるタスクを分配することによって実現される。
【００１０】
１実施形態では、ＭＫＶ迎撃装置はＣＶと、入来するターゲットを迎撃するために解放されるＣＶ中に最初に蓄えられた複数のＫＶを具備している。ＣＶはターゲットを捕捉し追跡し、解放されたＫＶの事前ハンドオーバーへ飛行方向コマンドを提供するための第１のセンササブシステムを含んでいる。各ＫＶはターゲットの事後ハンドオーバーにおける所望の目標点を選択し、最終的な迎撃のため目標点に追跡を維持するための結像センササブシステムを含んでいる。全てのＫＶの捕捉および中間軌道誘導を行うためにＣＶに第１のセンササブシステムを配置することによって単一の迎撃装置を「最小化」しようとする試みに関係する重量及び複雑性の問題を回避される。各ＫＶにおける結像センサの配置はコマンド誘導システムに関連される潜在性、解像度、広視野、帯域幅の問題を克服する。
【００１１】
別の実施形態では、結像センササブシステムはターゲットまでの距離がある距離であるときハンドオーバーにおいて目標点を選択するためにターゲットの形状及び方向を使用するようにターゲット上に十分な独立した画素を提供する短い波長帯域の結像センサであることが好ましい。このような短い波長帯域の結像センサは適切に受動的なシグナチャを検出できず、したがって外部照射と組合せて使用されなければならない。好ましい実施形態では、外部照射は短いパルスにされ、結像センサは暗電流を抑制しＳＮＲを改良するために非常に狭いウィンドウでゲートされる。
【００１２】
別の実施形態では、ターゲット弁別はＣＶにおいて中心化され、ハンドオーバーでＫＶと共有される。ＣＶの第１のセンササブシステムは外部のキューに基づいてターゲットの初期的な捕捉及び弁別のための受動弁別センササブシステムと、ターゲットをアクチブに追跡し、解放されたＫＶの事前ハンドオーバーへ先頭コマンドを提供するための制御センササブシステムを含んでいる。ＫＶは好ましくはＣＶの前に配備され、先頭コマンドを決定するために制御センササブシステムがＫＶとターゲットの両者を追跡することを可能にする。ターゲットまでの幾らかの距離において、ターゲットの指定及び追跡はその後、個々のＫＶにハンドオーバーされる。中央化されたターゲット弁別と「中間軌道」誘導は重量と複雑性の両者を減少する。
【００１３】
別の実施形態では、ＣＶは時間シーケンスで各ターゲットを照射することによってターゲット指定と追跡情報を各ＫＶへハンドオーバーする。データはそのターゲットを探す時間及び場所をその結像センサに伝えるために前もって各ＫＶへアップリンクされる。ＫＶはターゲットを捕捉して事後ハンドオーバー追跡を開始するために指定されたターゲットからの反射シグナチャを観察する。
【００１４】
さらに別の実施形態では、ＣＶとＫＶは半アクチブ追跡を使用して事後ハンドオーバー誘導を行うために共に動作する。ＣＶはターゲットを照射するために制御センサのソースを使用し、ＫＶの結像センサは反射信号を検出する。ＫＶセンサの減少されたターゲットまでの距離と組み合わせたＣＶソースのパワー及びビーム指向の正確性は非常に正確な追跡を提供する。
【００１５】
さらに別の実施形態では、ＫＶはＣＶおよび他のＫＶから安全に逸れるかおよび／またはターゲット方向への軌道を捕捉するために逸れるためのそれらの方向について十分に知らずにＣＶから解放される。各ＫＶは十分に１度×２０度のスターフィールドを通して狭いＦＯＶ可視センサを連続的に掃引するスピンを開始し、初期方向を決定するために結像されたスターフィールドを予め記憶されたスターマップに対して整合する。これは解放機構を簡単にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明のこれら及び他の特徴と利点は添付図面を伴った好ましい実施形態の以下の詳細な説明から当業者に明白であろう。
本発明はターゲットの迎撃のための小型の破壊ビークル（ＭＫＶ）迎撃装置を開示している。ここで説明されている特定のＭＫＶ迎撃装置は大気圏外の迎撃装置である。原理的には適用可能であるが、大気圏では大気抵抗によって異なるＣＶとＫＶ設計を必要とする。
【００１７】
概要として、入来するターゲットの存在が検出され、早期警報システムにより戦場の管理システムに通報され、ＭＫＶ迎撃装置はターゲットを迎撃するためにパス上に発射される。ターゲットクラウドまである距離の位置で、ＣＶはＫＶを解放し、好ましくはこれらをＣＶの前方に波で配備する。例示的なＣＶは外部のキューに基づいて受動的に実際のターゲットを捕捉し弁別し、追跡を改良するＬＷＩＲ弁別及び捕捉センササブシステムと、ターゲットおよびＫＶをアクチブに追跡し、ＫＶの事前ハンドオーバーをコマンド誘導する短い波長帯域の制御センササブシステムを含んでいる。ＣＶは時間シーケンスで各ターゲットを照射することによってターゲット指定およびトラック情報を各ＫＶへハンドオーバーする。その結像センサに対してそのターゲットを探す時間と場所を通知するために、データは前もって各ＫＶへアップリンクで送信される。ＫＶはターゲットを捕捉し事後ハンドオーバー追跡を開始するために指定されたターゲットからの反射シグナチャを観察する。各ＫＶは所望の目標点を選択し、最終的な迎撃のための目標点に軌道を維持するためにその結像センササブシステムを使用する。結像センサは外部ソースにより照射されるターゲットから反射される反射シグナチャを検出する短い波長帯域の適切なシグナチャである。
【００１８】
ＣＶとＫＶとの間でタスクを共有することにより、ＭＫＶ迎撃装置は多数のターゲットを迎撃し破壊することができる価格が効率的なミサイル防衛システムを提供する。ターゲット捕捉及び弁別と全てのＫＶに対する中間軌道誘導を行うための第１のセンササブシステムをＣＶ上に配置することによって単一の迎撃装置を「小型」にしようとすることに関連する重量および複雑性の問題を回避することができる。各ＫＶに結像センサを配置することによりコマンド誘導システムに関連した潜在性、解像度、帯域幅問題を克服し、各ＫＶが所望の目標点を正確に選択し、目標点に命中する軌道を維持することが可能になる。
【００１９】
ＭＫＶ迎撃装置は本発明の技術的範囲外の多くの機能を含む非常に複雑なシステムである。結果として、ＣＶ、ＫＶの図及び説明と、弁別、捕捉、誘導の方法は説明を簡明にする目的で本発明の主題に限定される。その他の機能は運動エネルギ迎撃装置を使用してミサイル防衛システムの技術に関する当業者には周知である。
【００２０】
図１および２に示されているように、例示的なＭＫＶ迎撃装置10はキャリアビークル（ＣＶ）12と、そのキャリアビークルに最初は収納されている複数のＫＶ14を含んでいる。地上ベースのシステムでは、迎撃装置は多段ブースターを使用して発射される。キック段ダイバート16は迎撃装置をブースターの最後の段から分離し、迎撃装置を正規の迎撃装置軌道へ誘導する。キック段は迎撃装置の重心を通る軸の方向及び軸から横にそれる能力を含むことができる。姿勢制御システムは重心からオフセットされたヨー、ピッチ、ロール制御を行う多数のスラスタ18を含んでいる。タンク20はダイバート段およびＡＣＳスラスタの推進を与える。迎撃装置が地上の大気圏から出ると、迎撃装置を発射中の汚染物、空気力学的圧力、加熱から保護するシュラウドは放棄される。外部通信リンク24は迎撃装置外の任意のソースと通信するために使用される。慣性測定装置（ＩＭＵ）26はスター固定初期化後のＣＶの位置と姿勢を計算するためにプロセッサ28へ与えられる横方向加速度と角速度を測定する。
【００２１】
ＫＶはＫＶの保持及び解放機構30によりＣＶ中に蓄えられ、その後ＣＶから解放される。通常の解放機構はこれらがＫＶの解放前の整列を解放されたＫＶへ移行させるように構成するためにかなり複雑である。これはかなりの制御情報がＣＶとＫＶと精巧な解放機構との間で交換されることを必要とする。好ましい実施形態では、解放機構にはＫＶの慣性基準を維持する必要性はない。したがって、解放機構30は解放チップオフ速度を制約するための繁雑な誘導機構のない簡単なスプリング力またはガス圧力機構であることができる。ＫＶは未知又はあまりよく知られていないスピン速度又は方向の大まかに制御された分離速度で適切に分離される。以下説明するように、ＫＶはそれらがＣＶから安全に逸れることを可能にするためにＣＶへのそれらの方向と、それらがターゲット方向への軌道を捕捉するようにそらされることを可能にするためにそれらの慣性基準を再度捕捉するように制御される。ＫＶは軌道を捕捉する知識をもたないか、またはＣＶから逸れるための知識しか有していない状態で解放されることができる。この方法はより簡単な解放機構30を使用する。しかしながら、通常の中央の解放機構も使用されることができる。
【００２２】
弁別及び捕捉センササブシステム32はＣＶの内部に取付けられている。弁別光学装置34はセンサがこの特定の実施形態では側方監視であるように光路を折り曲げることができる。光学装置は固定されたミラーまたはジンバル式ミラーシステムであってもよい。ジンバル式ミラーシステムは大きい広視野（ＦＯＲ）を結像するためにある角度にわたってセンサの視野（ＦＯＶ）36を掃引する。外部システムにより提供されるキューはアクチブ感知を可能にするのに十分に正確ではなく、レーザ照射装置のＦＯＲは非常に狭いためにターゲットを捕捉できない。それ故、捕捉及び弁別センサには、受動的な検出のために比較的大きいＦＯＲを有する長波長のＩＲ（ＬＷＩＲ）センサが適している。センサは回折を限定されたシステムで必要とされる感度と解像度の両者を提供するために適切に大きい開口を有している。開口の寸法のために、センサは非常に重くなり、したがってＣＶにおける捕捉及び弁別を中心化することはＫＶの負担を非常に減少させる。センサはおとり、チャフ等から真のターゲットを弁別し、真のターゲットに対する追跡情報を向上する。
【００２３】
制御センササブシステム38は実際のターゲットの改善された追跡情報を受信し、追跡がＫＶにハンドオーバーされるまでＫＶをコマンド誘導するようにアクチブな中間軌道追跡を行う。制御センササブシステム38は典型的には１０Ｗ未満の短い波長帯域のレーザ40と、ＦＯＲ43にわたってレーザのＦＯＶを動かす機敏で非常に正確なビーム指向システム（ＢＰＳ）42と、角度／角度／距離（ＡＡＲ）短い波長帯域のＩＲ受信機44と、かなり長い距離およびサービスの異なる動作モードにわたって制御センサが多数のターゲットを正確に追跡することを可能にする制御装置46とを含んでいる。中間軌道追跡では、潜在性、ターゲット解像度、更新速度は臨界的ではない。またこれらの距離において、レーザの関係しているフィールドは容易に全てのターゲットをカバーする。
【００２４】
制御センササブシステム38は幾つかの異なるタスクを実行するために適切に構成される。
【００２５】
ＫＶ捕捉：制御装置46は低パワーのパルスビームを放射するようにレーザを制御し、ビームを可能な限り最大の程度まで拡張しＫＶが位置されることができるサーチ空間を掃引するようにＢＰＳ42を制御する。パワーは距離が非常に短く、ＫＶ反射シグナチャが増加されることにより低いが、これは拡張されたビームに対して平衡される。ＫＶが発見されるときＣＶは追跡を開始する。このモードはＫＶが最初に制御センサのＦＯＲ内にそれ自体を置くようにダイバートしなければならない場合にＫＶからＣＶはの初期視線を設定するために使用される。
【００２６】
ＫＶ追跡：制御装置46は広ビームで非常に低いパワーのパルス（近距離およびＫＶからの増加された反射のため）を放射するようにレーザ40を制御し、これはビームをＫＶ上に維持するのに必要な更新速度を減少する。ＦＯＲは解放直後が最大であり、ＣＶ−ＫＶ分離が増加するにしたがって減少する。ＢＰＳ42は最近の追跡情報を使用し、１つのターゲットから次のターゲットへ移動する。ＡＡＲ受信機44は各照射ターゲットからの反射シグナチャを検出し、その情報をプロセッサ28へ転送し、プロセッサ28は追跡情報を更新する。ＫＶ追跡は典型的にターゲット追跡前に開始し、ＫＶへハンドオーバーするまで継続する。
【００２７】
ターゲット捕捉：捕捉／弁別センササブシステム32は実際のターゲットの改善された追跡情報を制御センササブシステム38へハンドオーバーする。制御装置46はレーザ40を指向する場所をＢＰＳ42へ通知する。改善された追跡情報は依然としてレーザの狭いＦＯＶと比較するとき比較的粗く、それ故ＢＰＳはターゲットを追跡するようにサーチする必要がある。レーザはターゲットまでの距離及びターゲットの断面のために狭いビーム内で最高のパルスパワーを放射するように制御される。最初に、レーザはＣＶがターゲットクラウドに近づく程成長する全てのターゲットを小さいＦＯＲが照射することを必要とする。レーザにより逐次的にターゲットを捕捉することが可能である（即ちそれらの間の多重化）。
【００２８】
ターゲット追跡：レーザはターゲットまでの距離とターゲット断面により狭いビーム内で最高のパルスパワーを放射するように制御される。最初に、レーザはＣＶがターゲットクラウドに近づくとき成長する全てのターゲットを小さいＦＯＲが照射することを必要とする。ＢＰＳは最後に更新されたターゲットの追跡に基づいて制御される。必要とされる更新速度は追跡状態が設定された後、制御距離クロージャのために再度増加するまで減少する。制御装置はターゲットとＫＶを追跡するためにＢＰＳとレーザを多重化する。
【００２９】
ＫＶアップリンク／ＰＰＭ：制御装置46はＣＶからＫＶへハンドオーバーデータを送信するために多数のパルスについてＫＶ上でレーザを維持する。１実施形態では、データはパルス位置変調（ＰＰＭ）され、その場合隣接パルス間の間隔はデータの符合化に使用される。
【００３０】
ハンドオーバー指定：制御装置46は各ターゲットをレーザで照射するようにレーザ40に指令するためにＢＰＳ42を制御する（反射信号は指定されたＫＶにより検出される）。制御装置はレーザの角度不確定内の任意のターゲットがＫＶ検出のタイミング不確定内ではないように逐次的に適切にターゲットをレーザで照射する。より小さい受信開口のＲ４損失対ＣＶ捕捉（ＣＶがターゲットに近づき、ＫＶは依然として近づき、光はターゲットからＫＶへ反射される）では、パルス電力の要求はシステムの詳細に応じて大きくなるか小さくなる。幾つかの実施形態では、これが開始するときＫＶ追跡が中断される可能性がある。最高の反射では最も狭いビームによって得られる。
【００３１】
ＳＡ追跡照射：前述の説明と同じＲ４損失が生じるが、（ＫＶが良好な目標点を測定できるように）ターゲットのシルエット全体を照射するように距離が近づけられるときビームを膨張させる。
【００３２】
試験モードでは、幾つかのＫＶが検査ポッド48と置換され、検査ポッド48はＣＶ上にとどまり、ＫＶの公称上のＣＷ照射を提供し、それによってＫＶの後面の電気的に変調された逆反射装置はパワー又はリソースを顕著に配置せずに毎秒数ｍビットをＣＶへ戻るデータリンクへ提供できる。検査ポッドは反射された信号を受信し、遠隔測定受信局へ送信するためにこれらを再フォーマットし、再変調する。ＫＶは典型的に電気的に変調された逆反射装置を使用してこの再変調を行う。これは同じコンポーネントがＫＶ追跡のシグナチャ増加手段として作用することを可能にし、大きな重量またはパワーの影響をＫＶに与えずに全帯域幅の検査データリンクがＫＶに含まれることを可能にする。
【００３３】
図３及び４に示されているように、例示的なＫＶ14はＫＶを制御し、レーザアップリンク受信機64を介してＣＶからデータを受信するためのアビオニクス電子装置63の一部としてプロセッサ62を取付けられたシャーシ60を含んでいる。バッテリ66は電力をＫＶに供給する。ＩＭＵ68はスター固定初期化後のＫＶの位置および姿勢を計算するためにプロセッサ62に与えられる横方向加速度と角速度を測定する。遠隔測定（ＴＭ）変調された逆反射装置70はＫＶのＣＶ追跡を助けるためのＫＶシグナチャの増加と前述の検査データリンクの変調を行う。
【００３４】
各ＫＶは結像センササブシステム72を含んでいる。所望の目標点を選択するためにターゲットまでの距離がある距離になったときの事後ハンドオーバーでターゲット上に十分な独立画素を提供するために、結像センサは典型的なハンドオーバー距離での受動捕捉に適さない帯域で検出しなければならない。これらの距離範囲における受動的な捕捉は捕捉及び弁別に使用されるＬＷＩＲセンサのような長い波長のセンサを必要とする。ここで説明されている例示的な実施形態では、結像センササブシステム72は短い波長帯域のセンサ、適切なものとしては通常、典型的なターゲットの受動検出ができない１ミクロンの波長帯域と呼ばれる約２００ｎｍ乃至１．６μｍの可視および／またはほぼ可視の帯域の非冷却のＦＰＡを具備している。これらの短い波長帯域の結像センサは人工のソース(太陽ではない)により「外部照射」されなければならない。太陽は適切な照射ソースであるが、常に利用可能ではない。結像センサは日よけ74により太陽光の迷光から遮蔽される。外部照射は帯域がＫＶ結像センサとオーバーラップするＣＶ上のレーザにより、ＣＶ上の異なるソースまたは各ＫＶ上の照射装置によって半アクチブに与えられることができる。結像センササブシステムはその指定され照射されたターゲットからの反射信号を検出し、そのデータをプロセッサ62へ転送する。プロセッサはターゲット追跡を更新し、ＫＶの飛行方向を更新されたターゲット軌道へ調節するためにダイバートおよび姿勢制御システム（ＤＡＣＳ）76を制御する。燃料タンク78はＤＡＣＳスラスタに燃料を補給し、燃料加圧装置（pressurant）80は燃料タンク内の圧力を維持する。
【００３５】
各ＫＶは比較的小さく、典型的には約３０ｃｍ（約１フィート）の長さであり、ある場合には２ｋｇ程度の軽量である。しかしながら非常に高い近接速度では、ターゲット上の目標点が適切に選択されてＫＶが目標点上のターゲットに正確に命中するならば、ＫＶは入来する弾頭を破壊するのに十分なかなりの運動エネルギを有している。各ＫＶ上に短い波長帯域の結像センサを含めることによって、正確に目標点を決定し、命中する最終的な追跡を行うのに十分なターゲットの高い解像度画像を提供する。
【００３６】
前述のＭＫＶ迎撃装置を使用して大気圏外ターゲットを迎撃するための１つの例示的な実施形態が図５乃至１２に示されており、（１）発射及び解放前の誘導と、（２）ＫＶ解放およびダイバートと、（３）ターゲットの捕捉及び弁別と、（４）アクチブな中間軌道追跡と、（５）ＫＶへのハンドオーバーと、（６）半アクチブな追跡（随意選択的）と、（７）目標点選択及び最終的な誘導の各段階を含んでいる。
【００３７】
［発射及び解放前の誘導］
図５に示されているように、敵のミサイル90が弾道軌跡92上で味方のターゲットに向けて発射される。ＭＩＲＶ弾頭94はほぼ弾道軌跡をたどるターゲットクラウド102のブースト段96と多数のＲＶ（ターゲット）98とおとり、チャフ等100から分離する。ターゲットは意図的ではなく大気圏に再突入するとき、または意図的にミサイル防衛システムを妨害するときにこの軌跡から逸れることができる。
【００３８】
ミサイル防衛システムはミサイルの発射を検出し、その脅威を評価し、外部ターゲットのキュー104（弾道軌跡、迎撃までの時間、ＲＶの数等）を決定する複数の外部システムを含んでいる。防衛システムはそれらの外部ターゲットキューに基づいて初期迎撃軌道108に沿って１（またはそれ以上の）ＭＫＶ迎撃装置106を発射する。発射されると、迎撃装置はブースター段110を落とし、シュラウドを放棄する。迎撃装置は適切に地上ベースのレーダ設備112によって適切に追跡され、迎撃装置を初期迎撃装置軌道に置くためにそのダイバートおよびＡＣＳシステムと結合する。
【００３９】
［ＫＶ解放及びダイバート］
初期迎撃軌道108が設定されると、図６ａおよび図６ｂのように、ＣＶ114は外部システムから初期ターゲット指定を受信し、またはキュー（ステップ116）はＫＶ118を解放する（ステップ120）。ＣＶは照射ソース、適切なものはＣＶ周囲の幾つかの簡単なＬＥＤ124を付勢し（ステップ122）、ＫＶアップリンクセンサがＣＶを「観察」しその相対位置と主要な方向を決定することを可能にする。１つの構成では、光はパターンで点滅し、それによって非結像センサが別々にＣＶ上の各点への角度を測定することができる。通常、早期にＣＶとは別にＫＶを有し、迎撃装置が地球大気圏外に出ると、推進を保持するようにＣＶから所望の分離を実現するのに十分な時間をＫＶに与えることが好ましい。ＫＶは典型的に全て同時に解放されず、一度に１つのリングが解放されることが好ましい。これは他の利点間の衝突の危険性を最少にする。
【００４０】
図７の（ａ）に示されているように、ＫＶ118は相互にまたはＣＶに衝突する危険なしに安全に逸れるかおよび／またはターゲット方向への軌道を捕捉するために逸れることができるには十分な情報がない状態で解放される。この方向についての知識がないことによってさらに、方向が認められることができる前にＫＶが横に逸れることを必要とするＧＰＳ操作再整列のようなより一般的な整列方法が除外される。ＫＶは典型的に制御された分離速度を有するが、スピン速度又は方向については未知又は不十分にしか知られていない。代わりにＣＶとＫＶは標準的な中央技術及び、慣性基準及び飛行方向を維持するための技術でよく知られているより複雑な解放機構を使用して構成されることができる。
【００４１】
図７の（ｂ）に示されているように、ＫＶはオンに付勢され(ステップ126）、ＣＶ照射においてスターを見つけるためにスピンを開始する（ステップ128）。各ＫＶは連続して数秒間に３６度程度の角度を通して視線に対して垂直にその狭いＦＯＶ結像センササブシステム72を掃引する。これは初期の方向にかかわりなく少なくとも１度×２０度の占有されていないスター130のスワスのカバーを保証する。センサは地球132、月134、ＣＶまたは他のＫＶの結像を生成することができる。これらのスワスは当業者によく知られている画像処理技術を使用してスターパターンから容易に弁別され除去される。任意のスターで開始し、随意な選択方向で＋／−でＦＯＶを掃引すると、スターの与えられた＃を含むために必要なＦＯＲの長さ（対ＦＯＶ）が図７の（ｃ）の表136に示されている。示されているように、全ての１度×２０度のスワスは合理的なＫＶスピン速度で通常の非冷却の焦点面アレイ（ＦＰＡ）により検出可能な（６．５等級またはそれ以上の明るさ）少なくとも１０個のスターを含んでいる。全てのこのようなスターのマップはプロセッサメモリ中で容易に固定される。各ＫＶは通常の技術を使用して予め記憶されたスターマップに対して照合することにより慣性方向を決定するため少なくとも１０個のスターのそのスワスを使用する（ステップ138）。技術で知られているように、５つのスターが正確な方向の一致を決定するのに十分である（Kayser-Threde）。各ＫＶはまたＣＶからの照射を使用してＣＶへのその方向を決定する（ステップ140）。
【００４２】
それらの慣性基準とＣＶへの方向を使用して、ＫＶはそれらの初期的なターゲットダイバートコマンドを受信するようにＣＶから制御センサのＦＯＲへ逸れるためにＤＡＣＳ76を使用する（ステップ142）。これはまたＣＶがＫＶを追跡することを可能にし、コマンド誘導の誤差を減少させる。各ＫＶは図７の（ｄ）に示されているようにその広いＦＯＶアップリンク受信機64をＣＶへ向け、各ＫＶのＣＶからの初期的なコマンドのアップリンクを待機する（ステップ144）。この方法は個々の各ＫＶがパワーアップにおいて組込み試験（ＢＩＴ）をパスしたか否かについてＣＶに通知するための別のデータリンクの必要をなくす。パスしたＫＶだけが制御センサのＦＯＶ中へ逸れる。現れないＫＶは失敗である。
【００４３】
ＣＶの制御センササブシステム38はＫＶを捕捉し（ステップ146）、外部キューからの初期追跡に基づいてＫＶにターゲット区域の方向への初期的なダイバートを命令する（ステップ148）。多くの場合、ＫＶはターゲットに到着する波を数秒間離すように命令される。幾つかのケースでは、ＫＶは弁別センサの捕捉の前に改められた地上キューに基づいて更新されたコマンドを与えられることができる。これらのステップはダイバートの要求を最少にするために可能な限り早期に正しい方向で移動する全てのＫＶを得るために「ターゲット捕捉及び弁別」前に適切に行われるが後で行われることもできる。特に図１に示されているＣＶ構造では、迎撃装置はターゲット方向の横へ飛行し、側方監視制御センササブシステム38とＡＣＱ／ＤＩＳＣセンササブシステム32は図８に示されているようにＫＶとターゲットを観察する。
【００４４】
［ターゲット捕捉及び弁別］
ＣＶのＬＷＩＲ受動的捕捉及び弁別センササブシステム32は図８に示されているようにＦＯＶ149内でターゲットを捕捉し、ターゲット弁別およびトラックキューを改善する（ステップ150）。ターゲットクラウドから実際のターゲットの受動的なＬＷＩＲ捕捉および弁別のための方法は技術で知られており、本発明の技術的範囲外の事項である。しかしながら捕捉及び弁別機能のＣＶにおける中心化は非常にＫＶの設計を簡単にし、ターゲット弁別及び指定プロセスの複雑性を減少させる。
【００４５】
［アクチブな中間軌道誘導］
候補ターゲットが捕捉され、それらの軌道情報が改善されると、ＣＶの制御センササブシステム38は狭いＦＯＶ151パルスレーザビーム152でターゲットをアクチブに追跡し、ＫＶをコマンド誘導する（ステップ154）。捕捉及び追跡を行うためにアクチブな追跡を使用することは概念的に可能であるが、非常に難しい。レーザのＦＯＶは非常に狭く、したがって外部キューにより提供される比較的大まかな追跡情報に基づいてターゲットを結像することは困難である。さらに、ターゲットクラウド中の全ての潜在的なターゲットのアクチブな追跡はＢＰＳの能力に重い負担を負わせる。それ故比較的広いＦＯＶの受動的ＬＷＩＲセンサが捕捉及び弁別により適している。図８に示されているように、ＣＶは誘導コマンド中の誤差源をなくすためにターゲット98とＫＶ118の両者をアクチブに追跡する。
【００４６】
［ターゲット指定および追跡のＫＶへのハンドオーバー］
幾つかのターゲットまでの距離で、一次追跡の責任がＣＶから個々のＫＶへ移行される（「ハンドオーバー」）。ターゲットまでの距離は感度（開口サイズ）とＫＶ結像センサの解像能力、（ＳＡハンドオーバーのための）ＣＶ照射装置のパワー、または受動ハンドオーバーのためのターゲット強度により決定される。
【００４７】
１つの選択肢は、両者の受動ハンドオーバーを行い、目標点選択と最終的な誘導のための適切な解像を行うためにＫＶでＭＷＩＲ結像センサを使用することである（ステップ156）。ＭＷＩＲセンサは非常に近いハンドオーバー距離で地球の影（暗さ）において受動的に捕捉することしかできない。別の選択肢はＬＷＩＲセンサへ最初にハンドオーバーすることであり、これは非常に長い距離で捕捉でき、適切な目標点解像度を与えるためにＭＷＩＲを転移する。これらの場合、ＫＶの結像センササブシステム72は短い波長帯域のセンサの代わりにＭＷＩＲセンサと、恐らくＬＷＩＲセンサを含む。この選択肢は“Enhanced Multiple Kill Vehicle (MKV) Interceptor for Intercepting Exo and Endo-Atmospheric Targets”と題する同時係属出願の明細書中に詳細に説明されている。短い波長帯域の結像センサは太陽光により照射されるならば、かなりの距離におけるハンドオーバーでターゲットを捕捉でき目標点の選択を行うことができる。
【００４８】
別の選択肢は各ＫＶに対するターゲットの指定と、現在の追跡のハンドオーバーの両者を行うためＣＶの制御センササブシステム38とＫＶの結像センサ72を使用することである。これは制御センサレーザ40の放射帯域がＫＶの結像センサ72の検出帯域とオーバーラップしているので可能にされる。ＣＶは特定の時間に特定の方向でターゲット指定を探すようにＫＶを誘導することによりハンドオーバーを開始する（ステップ158）。ＣＶ制御センササブシステムは図９に示されているようにターゲットを指定するためにパルス化されたビーム160によりターゲットを照射し（ステップ162）、ＫＶはそれらの指定されたターゲットから反射信号164を検出し、追跡動作に入る（ステップ165）。図１０の（ａ）に示されているように、特定のＫＶは反射信号を検出するために「指定ウィンドウ」166内でその指定されたターゲットを探す。この方法は受動ＣＶとＫＶセンサとの間の整合の検出から生じる複雑性及び潜在的な失敗を効率的になくす。
【００４９】
誤った指定の確率を減少するために、ターゲットはタイプライターのキーボードのレイアウトのようなＱＷＥＲＴＹ走査順で照射される。図１０の（ｂ）に示されているようにＱＷＥＲＴＹ走査はターゲットを１，２，３，４，５，．．．の順で指定し、それによって結像センサのＦＯＶ168の角度の不確実範囲内の任意のターゲットは指定のタイミングの不確実範囲内ではなくなる。タイプライターのように、これは一時的に空間的に近い動作を分離する。
【００５０】
別の普通の方法は各ＫＶにそのＦＯＶ内の近くの照射「ピング」を検出させ、ターゲット指定を決定するためにその情報をアップリンクで送信されたデータに相関させることである。
【００５１】
［半アクチブの事後ハンドオーバー後の追跡］
多くの応用では、迎撃するための最終的な誘導に入る前に、ターゲットを照射する（ステップ170）ためのＣＶの制御センサレーザとＢＰＳと、反射信号を検出し追跡を更新する（ステップ172）ための各ＫＶの結像センササブシステムを使用してターゲットを「半アクチブに」追跡することが所望される。半アクチブな追跡はＣＶの強力なレーザと機敏なＢＰＳの利点をＫＶの画像センサのターゲットまでの距離（解像度、潜在性）の利点の組合わされた利点を提供する。各ＫＶ上の誘導軌道の更新とのこの組合わせはより正確な追跡を与える。
【００５２】
［目標点選択および迎撃のための最終的な追跡］
十分な正確性でターゲット上の目標点の選択を可能にし、選択された目標点に命中するようにターゲットを追跡するために、例示的な実施形態では外部照射174の人工のソース173は図１１に示されているようにターゲットを照射する。反射信号176はその後適切なＫＶにより検出される。外部照射は適切な「短いパルス」にされ、結像センサは暗電流を抑制するためにゲートされ、ＳＮＲを改良する。
【００５３】
回折が限定されたシステムでは、所定の開口サイズに対して、解像度を増加する唯一の実際的な方法は、より短い波長のセンサを使用することである（センサの動きに基づく超解像方法が提案されているが、このような高いダイナミック環境では適切でない）。ＫＶはそのような大きな重量をサポートすることはできるが、これは開口をかなり小さい直径に限定し、したがって短い波長帯域のセンサになる。これらの短い波長帯域のセンサはミサイル防衛システムで予測される温度範囲のターゲットの受動的なシグナチャを検出できず、したがって外部照射を必要とする。
【００５４】
図１２の（ａ）に示されているように、２乃至３インチの所定の開口サイズに対して、０．９６ミクロンの結像センサはターゲットの形状及び方向の両者を解像するためにターゲット上に十分な独立した画素180を生成する。比較として、同じ開口サイズを有する８ミクロンのセンサは大部分のシステムに典型的である図１２の（ｂ）に示されているような画像中心を決定するためにターゲット上に十分な画素182だけを生成する。しかしながら最近の研究では中心に基づいた誘導が最適ではなく、ターゲットの破壊に不十分である可能性があることを示されている。それ故、特定の目標点を定めてＫＶをその衝突する目標点に誘導することができるようにターゲットを解像することが非常に重要となっている。また比較としてＣＶに位置されている０．９６ミクロンの結像センサはその非常に大きい隔離距離のために図１２（ｃ）に示されているようにターゲット上に非常に少数の画素184だけを結像する。これは画像の中心の目標点を決定するのにのみ適切である。
【００５５】
外部照射174のソース173は通常、迎撃装置上のどこかの場所に位置される。１実施形態では、ソースはＣＶ上に位置される。特に、制御センサのレーザ（またはより一般的にはフラッシュランプのようなソース）は便利なソースである。ＫＶは解像度とターゲットまでの距離が許すときターゲット上の正確な目標点を決定し（ステップ186）、ＫＶは反射信号を処理し、迎撃するように誘導する（ステップ188）。追跡プロセスは特定の目標点の選択とその目標点に衝突するための最終的な追跡を除いて「半アクチブな追跡」と同じである。この方法はターゲットを指定するためにＣＶの高いパワーのレーザと機敏なＢＰＳを再使用する利点を有する。潜在的な欠点はＣＶがレーザとＢＰＳのＦＯＲ内に全てのターゲットを維持するために隔離されなければならないことである。別の実施形態では、ソース173は“Enhanced Multiple Kill Vehicle (MKV) Interceptor for Intercepting Exo and Endo-Atmospheric Targets”と題する同時係属米国特許出願明細書に詳細にも説明されているように「ヘッドランプ」として各ＫＶ上に取付けられる。このヘッドランプは非常に低いパワーであり、存在していても限定された指向システムだけを有する。この場合、各ＫＶはアクチブにターゲットを追跡し、目標点を選択し、迎撃する（ステップ190）。
【００５６】
本発明の幾つかの例示的な実施形態を示し説明したが、変形及び代わりの実施形骸が当業者により行われるであろう。このような変形及び代わりの実施形態が考慮され、特許請求の範囲で規定されているように本発明の技術的範囲から逸脱せずに行われることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】ブースター段と、ブースターによりロフトされるキャリアビークルと、最初にキャリアビークルに蓄えられその後ターゲットの迎撃のために解放される複数のＫＶとを含んでいるＭＫＶ迎撃装置の簡略図。
【図２】キャリアビークルのハードウェアコンポーネントの簡単化されたブロック図。
【図３】ＫＶの１実施形態を示す図。
【図４】ＫＶのハードウェアコンポーネントの簡単化されたブロック図。
【図５】多数の大気圏外のターゲットを迎撃するためのＭＫＶ迎撃装置発射の概略図。
【図６ａ】迎撃するためのターゲット指定からのＣＶとＫＶの動作のフローチャート。
【図６ｂ】迎撃するためのターゲット指定からのＣＶとＫＶの動作のフローチャート。
【図７】ＫＶの解放と、ＫＶの方位を捕捉するための開始されたスピンと、所定のスワスで捕捉される最少数のスターと、ＣＶへのデータリンク受信機の整列を示す図。
【図８】中間軌道誘導事前ハンドオーバーのためのＫＶ及びターゲットのＣＶ追跡を示す図。
【図９】ターゲットまでの距離がＫＶによる自律捕捉に十分近くなるまでセミアクチブ追跡を助けるためにＫＶへのハンドオーバーと事後ハンドオーバーを促すためのターゲットのＣＶレーザ指定を示す図。
【図１０】レーザ指定と、ＫＶの結像センサのゲーティングと、ハンドオーバーを促すためのＱＷＥＲＴＹ走査のタイミング図。
【図１１】外部照射におけるＫＶの機上結像センサによる目標点の選択及び最終誘導を示す図。
【図１２】ＫＶの短い波長帯域の結像センサと、ＣＶの長い波長帯域の弁別センサの所定の開口寸法の代表的なターゲットのセンサ画像と、典型的な隔離距離に設けられた所定の短い波長帯域のセンサの図。
【技術分野】
【０００１】
本発明はミサイル防衛システムに関し、特に運動エネルギ破壊ビークルを使用して大気圏外のミサイルを迎撃し破壊するためのシステムに関するがそれに限定されない。
【背景技術】
【０００２】
通常の爆発物、化学的、生物的又は核弾頭を備えた弾道ミサイルは以前のソビエト連邦およびテロリスト国およびテロリストグループからの米国に対する脅威が実際問題化し、増加していることを表している。大量破壊兵器（ＷＭＤ）の製造とそれらの数百から数千マイルの転送の両者に必要とされる技術は米国の敵によって利用可能であり、積極的に模索されている。
【０００３】
幾つかの新型のミサイル防衛システムは米国国防総省の支部により開発中である。これらのシステムは入来する（ターゲット）ミサイル、弾頭、再突入ビークル等を破壊するために（迎撃）ミサイルを使用する。爆破破砕システムはターゲットと迎撃装置との衝突の直ぐ前に高パワーの爆発物を爆発させる。運動エネルギシステムはターゲットを破壊するための迎撃装置の運動エネルギのみに依存する。両システムはターゲットを捕捉し追跡するために非常に精巧な誘導システムを必要とする。特に運動エネルギシステムは良好な正確度でターゲットに衝突しなければならない。
【０００４】
Ahlstromによる米国特許第4,738,411号および第4,796,834号明細書はターゲット方向へ爆発物の発射体を誘導するための技術を開示している。4,738,411号明細書では、弾倉には電磁放射によりターゲットを照射する手段を備えた送信発射体と、受動的又は純粋に受信ホーミング装置を備えた爆発発射体とが搭載されている。その飛行の最終段階の期間中、送信発射体は電磁エネルギによりターゲット域を照射する。好ましい波長範囲はいわゆるミリメートル波長範囲、適切には３−８ｍｍである。ターゲット領域内の任意のターゲットから反射されたエネルギは爆発発射体により受信され、ターゲット方向へ発射体を誘導するために使用される。ｍｍ帯域はターゲットを検出し、恐らくターゲットに命中するには適切であるが、ターゲット上の特定の目標位置を選択するには不適切である。4,796,834号明細書では、各爆発発射体は迎射手段と受動受信機を含んでいる。先頭の発射体はターゲットを受動的に検出し、その後照射する。後方の発射体は照射されたターゲットからの反射エネルギを検出し、それにしたがってその軌道を補正する。先頭の発射体が地面に衝突するとき、後方の発射体は妨害を感知し、それ自体を受動検出へリセットする。ターゲット自身の放射が検出されるとき、受動シグナチャは最終的な誘導のために使用される。照射源を付勢する検出装置はターゲット追跡装置に含まれるものと同じ検出器であることが好ましい。
【０００５】
レイセオン社のＥＫＶ（大気圏外破壊ビークル）システムは弾道ミサイルの位置決め、追跡、衝突のために設計された現在の運動エネルギシステムの最新技術を表している。ＥＫＶは単一の破壊ビークル（ＫＶ）を含む単一の迎撃装置である。迎撃装置は多段ロケットブースター上で発射される。破壊ビークルの現在のバージョンはターゲット複合体の捕捉、目標の解像度、確かな目標の追跡、ターゲット物体の弁別、ターゲット弾頭への誘導を含んでいる終盤機能をサポートするための光学センサを有する。
【０００６】
多数の独立して目標を定める再突入ビークル（ＭＩＲＶ）を備えたミサイルの配備は多数の破壊ビークルを展開することができる迎撃装置を開発させる一因となる。マルチ破壊ビークル（ＭＫＶ）迎撃装置はキャリアビークル（ＣＶ）と多数のＫＶを含んでいる。ＭＫＶ迎撃装置の開発は単一の迎撃装置により遭遇する全ての問題に加えて、多数のターゲットを捕捉し、追跡し、迎撃するため重量、最小化、制御帯域幅の特有の問題を提示する。したがって効率的なＭＫＶ迎撃装置はまだ開発されておらず、配備されていない。
【０００７】
追求している１つの概念は、ＥＫＶのような既存の単一の迎撃装置を単に最小化することである。この方法では、各ＫＶはターゲットを弁別し衝突するように誘導を行うために必要とされる全てのインテリジェンスを含んでいる。ＣＶは発射から解放までＫＶを移送するための単なるバスである。残念ながら、全ての機能を小型で軽量のＫＶへ「最小化する」能力は最新技術を超えており、基本的な物理的制約のために実現可能ではない。
【０００８】
別の概念は、全てのＫＶが衝突するようにＣＶから「コマンド誘導する」ことである。この方法では、ターゲットを弁別し衝突するように誘導を行うために必要な全てのインテリジェンスがＣＶに設けられる。ＫＶは最小の機能性、典型的にはＣＶにより送信される飛行方向コマンドに応答する受信機及びアクチュエイタのみを含んでいる。米国特許第4,925,129号明細書は多数の副発射体を含む誘導発射体を含んだミサイル防衛システムについて記載している。レーダ追跡装置が比較的長距離のターゲットの方向へ発射体を誘導するために使用される。発射体上の光学的追跡装置は比較的短距離のターゲットを追跡し、ターゲットを迎撃するように副発射体を誘導するための誘導コマンドを発生するために使用される。概念的には魅力的であるが、コマンド誘導は全てのターゲットを光学的追跡装置の光視野内に維持するためのＣＶの離隔距離に関連される貧弱なターゲット解像度と潜在性を受け、これによって目標点の選択と最終的な誘導が不正確になる。最近の研究は正確な目標の選択と目標に命中するための最終的な誘導が運動エネルギシステムの成功に対して臨界的であることを示している。さらに、ＣＶは全てのターゲットを同時に追跡するのに十分な帯域幅をもたなければならない。
【発明の開示】
【発明の要約】
【０００９】
本発明はＣＶまたは個々のＫＶの設計に過大負担をかけずに、正確な目標で多数のターゲットを捕捉し追跡し迎撃することのできるＭＫＶ迎撃装置を提供する。これはＣＶとＫＶ間で多数の入来するターゲットを捕捉し、追跡し、迎撃するために必要とされるタスクを分配することによって実現される。
【００１０】
１実施形態では、ＭＫＶ迎撃装置はＣＶと、入来するターゲットを迎撃するために解放されるＣＶ中に最初に蓄えられた複数のＫＶを具備している。ＣＶはターゲットを捕捉し追跡し、解放されたＫＶの事前ハンドオーバーへ飛行方向コマンドを提供するための第１のセンササブシステムを含んでいる。各ＫＶはターゲットの事後ハンドオーバーにおける所望の目標点を選択し、最終的な迎撃のため目標点に追跡を維持するための結像センササブシステムを含んでいる。全てのＫＶの捕捉および中間軌道誘導を行うためにＣＶに第１のセンササブシステムを配置することによって単一の迎撃装置を「最小化」しようとする試みに関係する重量及び複雑性の問題を回避される。各ＫＶにおける結像センサの配置はコマンド誘導システムに関連される潜在性、解像度、広視野、帯域幅の問題を克服する。
【００１１】
別の実施形態では、結像センササブシステムはターゲットまでの距離がある距離であるときハンドオーバーにおいて目標点を選択するためにターゲットの形状及び方向を使用するようにターゲット上に十分な独立した画素を提供する短い波長帯域の結像センサであることが好ましい。このような短い波長帯域の結像センサは適切に受動的なシグナチャを検出できず、したがって外部照射と組合せて使用されなければならない。好ましい実施形態では、外部照射は短いパルスにされ、結像センサは暗電流を抑制しＳＮＲを改良するために非常に狭いウィンドウでゲートされる。
【００１２】
別の実施形態では、ターゲット弁別はＣＶにおいて中心化され、ハンドオーバーでＫＶと共有される。ＣＶの第１のセンササブシステムは外部のキューに基づいてターゲットの初期的な捕捉及び弁別のための受動弁別センササブシステムと、ターゲットをアクチブに追跡し、解放されたＫＶの事前ハンドオーバーへ先頭コマンドを提供するための制御センササブシステムを含んでいる。ＫＶは好ましくはＣＶの前に配備され、先頭コマンドを決定するために制御センササブシステムがＫＶとターゲットの両者を追跡することを可能にする。ターゲットまでの幾らかの距離において、ターゲットの指定及び追跡はその後、個々のＫＶにハンドオーバーされる。中央化されたターゲット弁別と「中間軌道」誘導は重量と複雑性の両者を減少する。
【００１３】
別の実施形態では、ＣＶは時間シーケンスで各ターゲットを照射することによってターゲット指定と追跡情報を各ＫＶへハンドオーバーする。データはそのターゲットを探す時間及び場所をその結像センサに伝えるために前もって各ＫＶへアップリンクされる。ＫＶはターゲットを捕捉して事後ハンドオーバー追跡を開始するために指定されたターゲットからの反射シグナチャを観察する。
【００１４】
さらに別の実施形態では、ＣＶとＫＶは半アクチブ追跡を使用して事後ハンドオーバー誘導を行うために共に動作する。ＣＶはターゲットを照射するために制御センサのソースを使用し、ＫＶの結像センサは反射信号を検出する。ＫＶセンサの減少されたターゲットまでの距離と組み合わせたＣＶソースのパワー及びビーム指向の正確性は非常に正確な追跡を提供する。
【００１５】
さらに別の実施形態では、ＫＶはＣＶおよび他のＫＶから安全に逸れるかおよび／またはターゲット方向への軌道を捕捉するために逸れるためのそれらの方向について十分に知らずにＣＶから解放される。各ＫＶは十分に１度×２０度のスターフィールドを通して狭いＦＯＶ可視センサを連続的に掃引するスピンを開始し、初期方向を決定するために結像されたスターフィールドを予め記憶されたスターマップに対して整合する。これは解放機構を簡単にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明のこれら及び他の特徴と利点は添付図面を伴った好ましい実施形態の以下の詳細な説明から当業者に明白であろう。
本発明はターゲットの迎撃のための小型の破壊ビークル（ＭＫＶ）迎撃装置を開示している。ここで説明されている特定のＭＫＶ迎撃装置は大気圏外の迎撃装置である。原理的には適用可能であるが、大気圏では大気抵抗によって異なるＣＶとＫＶ設計を必要とする。
【００１７】
概要として、入来するターゲットの存在が検出され、早期警報システムにより戦場の管理システムに通報され、ＭＫＶ迎撃装置はターゲットを迎撃するためにパス上に発射される。ターゲットクラウドまである距離の位置で、ＣＶはＫＶを解放し、好ましくはこれらをＣＶの前方に波で配備する。例示的なＣＶは外部のキューに基づいて受動的に実際のターゲットを捕捉し弁別し、追跡を改良するＬＷＩＲ弁別及び捕捉センササブシステムと、ターゲットおよびＫＶをアクチブに追跡し、ＫＶの事前ハンドオーバーをコマンド誘導する短い波長帯域の制御センササブシステムを含んでいる。ＣＶは時間シーケンスで各ターゲットを照射することによってターゲット指定およびトラック情報を各ＫＶへハンドオーバーする。その結像センサに対してそのターゲットを探す時間と場所を通知するために、データは前もって各ＫＶへアップリンクで送信される。ＫＶはターゲットを捕捉し事後ハンドオーバー追跡を開始するために指定されたターゲットからの反射シグナチャを観察する。各ＫＶは所望の目標点を選択し、最終的な迎撃のための目標点に軌道を維持するためにその結像センササブシステムを使用する。結像センサは外部ソースにより照射されるターゲットから反射される反射シグナチャを検出する短い波長帯域の適切なシグナチャである。
【００１８】
ＣＶとＫＶとの間でタスクを共有することにより、ＭＫＶ迎撃装置は多数のターゲットを迎撃し破壊することができる価格が効率的なミサイル防衛システムを提供する。ターゲット捕捉及び弁別と全てのＫＶに対する中間軌道誘導を行うための第１のセンササブシステムをＣＶ上に配置することによって単一の迎撃装置を「小型」にしようとすることに関連する重量および複雑性の問題を回避することができる。各ＫＶに結像センサを配置することによりコマンド誘導システムに関連した潜在性、解像度、帯域幅問題を克服し、各ＫＶが所望の目標点を正確に選択し、目標点に命中する軌道を維持することが可能になる。
【００１９】
ＭＫＶ迎撃装置は本発明の技術的範囲外の多くの機能を含む非常に複雑なシステムである。結果として、ＣＶ、ＫＶの図及び説明と、弁別、捕捉、誘導の方法は説明を簡明にする目的で本発明の主題に限定される。その他の機能は運動エネルギ迎撃装置を使用してミサイル防衛システムの技術に関する当業者には周知である。
【００２０】
図１および２に示されているように、例示的なＭＫＶ迎撃装置10はキャリアビークル（ＣＶ）12と、そのキャリアビークルに最初は収納されている複数のＫＶ14を含んでいる。地上ベースのシステムでは、迎撃装置は多段ブースターを使用して発射される。キック段ダイバート16は迎撃装置をブースターの最後の段から分離し、迎撃装置を正規の迎撃装置軌道へ誘導する。キック段は迎撃装置の重心を通る軸の方向及び軸から横にそれる能力を含むことができる。姿勢制御システムは重心からオフセットされたヨー、ピッチ、ロール制御を行う多数のスラスタ18を含んでいる。タンク20はダイバート段およびＡＣＳスラスタの推進を与える。迎撃装置が地上の大気圏から出ると、迎撃装置を発射中の汚染物、空気力学的圧力、加熱から保護するシュラウドは放棄される。外部通信リンク24は迎撃装置外の任意のソースと通信するために使用される。慣性測定装置（ＩＭＵ）26はスター固定初期化後のＣＶの位置と姿勢を計算するためにプロセッサ28へ与えられる横方向加速度と角速度を測定する。
【００２１】
ＫＶはＫＶの保持及び解放機構30によりＣＶ中に蓄えられ、その後ＣＶから解放される。通常の解放機構はこれらがＫＶの解放前の整列を解放されたＫＶへ移行させるように構成するためにかなり複雑である。これはかなりの制御情報がＣＶとＫＶと精巧な解放機構との間で交換されることを必要とする。好ましい実施形態では、解放機構にはＫＶの慣性基準を維持する必要性はない。したがって、解放機構30は解放チップオフ速度を制約するための繁雑な誘導機構のない簡単なスプリング力またはガス圧力機構であることができる。ＫＶは未知又はあまりよく知られていないスピン速度又は方向の大まかに制御された分離速度で適切に分離される。以下説明するように、ＫＶはそれらがＣＶから安全に逸れることを可能にするためにＣＶへのそれらの方向と、それらがターゲット方向への軌道を捕捉するようにそらされることを可能にするためにそれらの慣性基準を再度捕捉するように制御される。ＫＶは軌道を捕捉する知識をもたないか、またはＣＶから逸れるための知識しか有していない状態で解放されることができる。この方法はより簡単な解放機構30を使用する。しかしながら、通常の中央の解放機構も使用されることができる。
【００２２】
弁別及び捕捉センササブシステム32はＣＶの内部に取付けられている。弁別光学装置34はセンサがこの特定の実施形態では側方監視であるように光路を折り曲げることができる。光学装置は固定されたミラーまたはジンバル式ミラーシステムであってもよい。ジンバル式ミラーシステムは大きい広視野（ＦＯＲ）を結像するためにある角度にわたってセンサの視野（ＦＯＶ）36を掃引する。外部システムにより提供されるキューはアクチブ感知を可能にするのに十分に正確ではなく、レーザ照射装置のＦＯＲは非常に狭いためにターゲットを捕捉できない。それ故、捕捉及び弁別センサには、受動的な検出のために比較的大きいＦＯＲを有する長波長のＩＲ（ＬＷＩＲ）センサが適している。センサは回折を限定されたシステムで必要とされる感度と解像度の両者を提供するために適切に大きい開口を有している。開口の寸法のために、センサは非常に重くなり、したがってＣＶにおける捕捉及び弁別を中心化することはＫＶの負担を非常に減少させる。センサはおとり、チャフ等から真のターゲットを弁別し、真のターゲットに対する追跡情報を向上する。
【００２３】
制御センササブシステム38は実際のターゲットの改善された追跡情報を受信し、追跡がＫＶにハンドオーバーされるまでＫＶをコマンド誘導するようにアクチブな中間軌道追跡を行う。制御センササブシステム38は典型的には１０Ｗ未満の短い波長帯域のレーザ40と、ＦＯＲ43にわたってレーザのＦＯＶを動かす機敏で非常に正確なビーム指向システム（ＢＰＳ）42と、角度／角度／距離（ＡＡＲ）短い波長帯域のＩＲ受信機44と、かなり長い距離およびサービスの異なる動作モードにわたって制御センサが多数のターゲットを正確に追跡することを可能にする制御装置46とを含んでいる。中間軌道追跡では、潜在性、ターゲット解像度、更新速度は臨界的ではない。またこれらの距離において、レーザの関係しているフィールドは容易に全てのターゲットをカバーする。
【００２４】
制御センササブシステム38は幾つかの異なるタスクを実行するために適切に構成される。
【００２５】
ＫＶ捕捉：制御装置46は低パワーのパルスビームを放射するようにレーザを制御し、ビームを可能な限り最大の程度まで拡張しＫＶが位置されることができるサーチ空間を掃引するようにＢＰＳ42を制御する。パワーは距離が非常に短く、ＫＶ反射シグナチャが増加されることにより低いが、これは拡張されたビームに対して平衡される。ＫＶが発見されるときＣＶは追跡を開始する。このモードはＫＶが最初に制御センサのＦＯＲ内にそれ自体を置くようにダイバートしなければならない場合にＫＶからＣＶはの初期視線を設定するために使用される。
【００２６】
ＫＶ追跡：制御装置46は広ビームで非常に低いパワーのパルス（近距離およびＫＶからの増加された反射のため）を放射するようにレーザ40を制御し、これはビームをＫＶ上に維持するのに必要な更新速度を減少する。ＦＯＲは解放直後が最大であり、ＣＶ−ＫＶ分離が増加するにしたがって減少する。ＢＰＳ42は最近の追跡情報を使用し、１つのターゲットから次のターゲットへ移動する。ＡＡＲ受信機44は各照射ターゲットからの反射シグナチャを検出し、その情報をプロセッサ28へ転送し、プロセッサ28は追跡情報を更新する。ＫＶ追跡は典型的にターゲット追跡前に開始し、ＫＶへハンドオーバーするまで継続する。
【００２７】
ターゲット捕捉：捕捉／弁別センササブシステム32は実際のターゲットの改善された追跡情報を制御センササブシステム38へハンドオーバーする。制御装置46はレーザ40を指向する場所をＢＰＳ42へ通知する。改善された追跡情報は依然としてレーザの狭いＦＯＶと比較するとき比較的粗く、それ故ＢＰＳはターゲットを追跡するようにサーチする必要がある。レーザはターゲットまでの距離及びターゲットの断面のために狭いビーム内で最高のパルスパワーを放射するように制御される。最初に、レーザはＣＶがターゲットクラウドに近づく程成長する全てのターゲットを小さいＦＯＲが照射することを必要とする。レーザにより逐次的にターゲットを捕捉することが可能である（即ちそれらの間の多重化）。
【００２８】
ターゲット追跡：レーザはターゲットまでの距離とターゲット断面により狭いビーム内で最高のパルスパワーを放射するように制御される。最初に、レーザはＣＶがターゲットクラウドに近づくとき成長する全てのターゲットを小さいＦＯＲが照射することを必要とする。ＢＰＳは最後に更新されたターゲットの追跡に基づいて制御される。必要とされる更新速度は追跡状態が設定された後、制御距離クロージャのために再度増加するまで減少する。制御装置はターゲットとＫＶを追跡するためにＢＰＳとレーザを多重化する。
【００２９】
ＫＶアップリンク／ＰＰＭ：制御装置46はＣＶからＫＶへハンドオーバーデータを送信するために多数のパルスについてＫＶ上でレーザを維持する。１実施形態では、データはパルス位置変調（ＰＰＭ）され、その場合隣接パルス間の間隔はデータの符合化に使用される。
【００３０】
ハンドオーバー指定：制御装置46は各ターゲットをレーザで照射するようにレーザ40に指令するためにＢＰＳ42を制御する（反射信号は指定されたＫＶにより検出される）。制御装置はレーザの角度不確定内の任意のターゲットがＫＶ検出のタイミング不確定内ではないように逐次的に適切にターゲットをレーザで照射する。より小さい受信開口のＲ４損失対ＣＶ捕捉（ＣＶがターゲットに近づき、ＫＶは依然として近づき、光はターゲットからＫＶへ反射される）では、パルス電力の要求はシステムの詳細に応じて大きくなるか小さくなる。幾つかの実施形態では、これが開始するときＫＶ追跡が中断される可能性がある。最高の反射では最も狭いビームによって得られる。
【００３１】
ＳＡ追跡照射：前述の説明と同じＲ４損失が生じるが、（ＫＶが良好な目標点を測定できるように）ターゲットのシルエット全体を照射するように距離が近づけられるときビームを膨張させる。
【００３２】
試験モードでは、幾つかのＫＶが検査ポッド48と置換され、検査ポッド48はＣＶ上にとどまり、ＫＶの公称上のＣＷ照射を提供し、それによってＫＶの後面の電気的に変調された逆反射装置はパワー又はリソースを顕著に配置せずに毎秒数ｍビットをＣＶへ戻るデータリンクへ提供できる。検査ポッドは反射された信号を受信し、遠隔測定受信局へ送信するためにこれらを再フォーマットし、再変調する。ＫＶは典型的に電気的に変調された逆反射装置を使用してこの再変調を行う。これは同じコンポーネントがＫＶ追跡のシグナチャ増加手段として作用することを可能にし、大きな重量またはパワーの影響をＫＶに与えずに全帯域幅の検査データリンクがＫＶに含まれることを可能にする。
【００３３】
図３及び４に示されているように、例示的なＫＶ14はＫＶを制御し、レーザアップリンク受信機64を介してＣＶからデータを受信するためのアビオニクス電子装置63の一部としてプロセッサ62を取付けられたシャーシ60を含んでいる。バッテリ66は電力をＫＶに供給する。ＩＭＵ68はスター固定初期化後のＫＶの位置および姿勢を計算するためにプロセッサ62に与えられる横方向加速度と角速度を測定する。遠隔測定（ＴＭ）変調された逆反射装置70はＫＶのＣＶ追跡を助けるためのＫＶシグナチャの増加と前述の検査データリンクの変調を行う。
【００３４】
各ＫＶは結像センササブシステム72を含んでいる。所望の目標点を選択するためにターゲットまでの距離がある距離になったときの事後ハンドオーバーでターゲット上に十分な独立画素を提供するために、結像センサは典型的なハンドオーバー距離での受動捕捉に適さない帯域で検出しなければならない。これらの距離範囲における受動的な捕捉は捕捉及び弁別に使用されるＬＷＩＲセンサのような長い波長のセンサを必要とする。ここで説明されている例示的な実施形態では、結像センササブシステム72は短い波長帯域のセンサ、適切なものとしては通常、典型的なターゲットの受動検出ができない１ミクロンの波長帯域と呼ばれる約２００ｎｍ乃至１．６μｍの可視および／またはほぼ可視の帯域の非冷却のＦＰＡを具備している。これらの短い波長帯域の結像センサは人工のソース(太陽ではない)により「外部照射」されなければならない。太陽は適切な照射ソースであるが、常に利用可能ではない。結像センサは日よけ74により太陽光の迷光から遮蔽される。外部照射は帯域がＫＶ結像センサとオーバーラップするＣＶ上のレーザにより、ＣＶ上の異なるソースまたは各ＫＶ上の照射装置によって半アクチブに与えられることができる。結像センササブシステムはその指定され照射されたターゲットからの反射信号を検出し、そのデータをプロセッサ62へ転送する。プロセッサはターゲット追跡を更新し、ＫＶの飛行方向を更新されたターゲット軌道へ調節するためにダイバートおよび姿勢制御システム（ＤＡＣＳ）76を制御する。燃料タンク78はＤＡＣＳスラスタに燃料を補給し、燃料加圧装置（pressurant）80は燃料タンク内の圧力を維持する。
【００３５】
各ＫＶは比較的小さく、典型的には約３０ｃｍ（約１フィート）の長さであり、ある場合には２ｋｇ程度の軽量である。しかしながら非常に高い近接速度では、ターゲット上の目標点が適切に選択されてＫＶが目標点上のターゲットに正確に命中するならば、ＫＶは入来する弾頭を破壊するのに十分なかなりの運動エネルギを有している。各ＫＶ上に短い波長帯域の結像センサを含めることによって、正確に目標点を決定し、命中する最終的な追跡を行うのに十分なターゲットの高い解像度画像を提供する。
【００３６】
前述のＭＫＶ迎撃装置を使用して大気圏外ターゲットを迎撃するための１つの例示的な実施形態が図５乃至１２に示されており、（１）発射及び解放前の誘導と、（２）ＫＶ解放およびダイバートと、（３）ターゲットの捕捉及び弁別と、（４）アクチブな中間軌道追跡と、（５）ＫＶへのハンドオーバーと、（６）半アクチブな追跡（随意選択的）と、（７）目標点選択及び最終的な誘導の各段階を含んでいる。
【００３７】
［発射及び解放前の誘導］
図５に示されているように、敵のミサイル90が弾道軌跡92上で味方のターゲットに向けて発射される。ＭＩＲＶ弾頭94はほぼ弾道軌跡をたどるターゲットクラウド102のブースト段96と多数のＲＶ（ターゲット）98とおとり、チャフ等100から分離する。ターゲットは意図的ではなく大気圏に再突入するとき、または意図的にミサイル防衛システムを妨害するときにこの軌跡から逸れることができる。
【００３８】
ミサイル防衛システムはミサイルの発射を検出し、その脅威を評価し、外部ターゲットのキュー104（弾道軌跡、迎撃までの時間、ＲＶの数等）を決定する複数の外部システムを含んでいる。防衛システムはそれらの外部ターゲットキューに基づいて初期迎撃軌道108に沿って１（またはそれ以上の）ＭＫＶ迎撃装置106を発射する。発射されると、迎撃装置はブースター段110を落とし、シュラウドを放棄する。迎撃装置は適切に地上ベースのレーダ設備112によって適切に追跡され、迎撃装置を初期迎撃装置軌道に置くためにそのダイバートおよびＡＣＳシステムと結合する。
【００３９】
［ＫＶ解放及びダイバート］
初期迎撃軌道108が設定されると、図６ａおよび図６ｂのように、ＣＶ114は外部システムから初期ターゲット指定を受信し、またはキュー（ステップ116）はＫＶ118を解放する（ステップ120）。ＣＶは照射ソース、適切なものはＣＶ周囲の幾つかの簡単なＬＥＤ124を付勢し（ステップ122）、ＫＶアップリンクセンサがＣＶを「観察」しその相対位置と主要な方向を決定することを可能にする。１つの構成では、光はパターンで点滅し、それによって非結像センサが別々にＣＶ上の各点への角度を測定することができる。通常、早期にＣＶとは別にＫＶを有し、迎撃装置が地球大気圏外に出ると、推進を保持するようにＣＶから所望の分離を実現するのに十分な時間をＫＶに与えることが好ましい。ＫＶは典型的に全て同時に解放されず、一度に１つのリングが解放されることが好ましい。これは他の利点間の衝突の危険性を最少にする。
【００４０】
図７の（ａ）に示されているように、ＫＶ118は相互にまたはＣＶに衝突する危険なしに安全に逸れるかおよび／またはターゲット方向への軌道を捕捉するために逸れることができるには十分な情報がない状態で解放される。この方向についての知識がないことによってさらに、方向が認められることができる前にＫＶが横に逸れることを必要とするＧＰＳ操作再整列のようなより一般的な整列方法が除外される。ＫＶは典型的に制御された分離速度を有するが、スピン速度又は方向については未知又は不十分にしか知られていない。代わりにＣＶとＫＶは標準的な中央技術及び、慣性基準及び飛行方向を維持するための技術でよく知られているより複雑な解放機構を使用して構成されることができる。
【００４１】
図７の（ｂ）に示されているように、ＫＶはオンに付勢され(ステップ126）、ＣＶ照射においてスターを見つけるためにスピンを開始する（ステップ128）。各ＫＶは連続して数秒間に３６度程度の角度を通して視線に対して垂直にその狭いＦＯＶ結像センササブシステム72を掃引する。これは初期の方向にかかわりなく少なくとも１度×２０度の占有されていないスター130のスワスのカバーを保証する。センサは地球132、月134、ＣＶまたは他のＫＶの結像を生成することができる。これらのスワスは当業者によく知られている画像処理技術を使用してスターパターンから容易に弁別され除去される。任意のスターで開始し、随意な選択方向で＋／−でＦＯＶを掃引すると、スターの与えられた＃を含むために必要なＦＯＲの長さ（対ＦＯＶ）が図７の（ｃ）の表136に示されている。示されているように、全ての１度×２０度のスワスは合理的なＫＶスピン速度で通常の非冷却の焦点面アレイ（ＦＰＡ）により検出可能な（６．５等級またはそれ以上の明るさ）少なくとも１０個のスターを含んでいる。全てのこのようなスターのマップはプロセッサメモリ中で容易に固定される。各ＫＶは通常の技術を使用して予め記憶されたスターマップに対して照合することにより慣性方向を決定するため少なくとも１０個のスターのそのスワスを使用する（ステップ138）。技術で知られているように、５つのスターが正確な方向の一致を決定するのに十分である（Kayser-Threde）。各ＫＶはまたＣＶからの照射を使用してＣＶへのその方向を決定する（ステップ140）。
【００４２】
それらの慣性基準とＣＶへの方向を使用して、ＫＶはそれらの初期的なターゲットダイバートコマンドを受信するようにＣＶから制御センサのＦＯＲへ逸れるためにＤＡＣＳ76を使用する（ステップ142）。これはまたＣＶがＫＶを追跡することを可能にし、コマンド誘導の誤差を減少させる。各ＫＶは図７の（ｄ）に示されているようにその広いＦＯＶアップリンク受信機64をＣＶへ向け、各ＫＶのＣＶからの初期的なコマンドのアップリンクを待機する（ステップ144）。この方法は個々の各ＫＶがパワーアップにおいて組込み試験（ＢＩＴ）をパスしたか否かについてＣＶに通知するための別のデータリンクの必要をなくす。パスしたＫＶだけが制御センサのＦＯＶ中へ逸れる。現れないＫＶは失敗である。
【００４３】
ＣＶの制御センササブシステム38はＫＶを捕捉し（ステップ146）、外部キューからの初期追跡に基づいてＫＶにターゲット区域の方向への初期的なダイバートを命令する（ステップ148）。多くの場合、ＫＶはターゲットに到着する波を数秒間離すように命令される。幾つかのケースでは、ＫＶは弁別センサの捕捉の前に改められた地上キューに基づいて更新されたコマンドを与えられることができる。これらのステップはダイバートの要求を最少にするために可能な限り早期に正しい方向で移動する全てのＫＶを得るために「ターゲット捕捉及び弁別」前に適切に行われるが後で行われることもできる。特に図１に示されているＣＶ構造では、迎撃装置はターゲット方向の横へ飛行し、側方監視制御センササブシステム38とＡＣＱ／ＤＩＳＣセンササブシステム32は図８に示されているようにＫＶとターゲットを観察する。
【００４４】
［ターゲット捕捉及び弁別］
ＣＶのＬＷＩＲ受動的捕捉及び弁別センササブシステム32は図８に示されているようにＦＯＶ149内でターゲットを捕捉し、ターゲット弁別およびトラックキューを改善する（ステップ150）。ターゲットクラウドから実際のターゲットの受動的なＬＷＩＲ捕捉および弁別のための方法は技術で知られており、本発明の技術的範囲外の事項である。しかしながら捕捉及び弁別機能のＣＶにおける中心化は非常にＫＶの設計を簡単にし、ターゲット弁別及び指定プロセスの複雑性を減少させる。
【００４５】
［アクチブな中間軌道誘導］
候補ターゲットが捕捉され、それらの軌道情報が改善されると、ＣＶの制御センササブシステム38は狭いＦＯＶ151パルスレーザビーム152でターゲットをアクチブに追跡し、ＫＶをコマンド誘導する（ステップ154）。捕捉及び追跡を行うためにアクチブな追跡を使用することは概念的に可能であるが、非常に難しい。レーザのＦＯＶは非常に狭く、したがって外部キューにより提供される比較的大まかな追跡情報に基づいてターゲットを結像することは困難である。さらに、ターゲットクラウド中の全ての潜在的なターゲットのアクチブな追跡はＢＰＳの能力に重い負担を負わせる。それ故比較的広いＦＯＶの受動的ＬＷＩＲセンサが捕捉及び弁別により適している。図８に示されているように、ＣＶは誘導コマンド中の誤差源をなくすためにターゲット98とＫＶ118の両者をアクチブに追跡する。
【００４６】
［ターゲット指定および追跡のＫＶへのハンドオーバー］
幾つかのターゲットまでの距離で、一次追跡の責任がＣＶから個々のＫＶへ移行される（「ハンドオーバー」）。ターゲットまでの距離は感度（開口サイズ）とＫＶ結像センサの解像能力、（ＳＡハンドオーバーのための）ＣＶ照射装置のパワー、または受動ハンドオーバーのためのターゲット強度により決定される。
【００４７】
１つの選択肢は、両者の受動ハンドオーバーを行い、目標点選択と最終的な誘導のための適切な解像を行うためにＫＶでＭＷＩＲ結像センサを使用することである（ステップ156）。ＭＷＩＲセンサは非常に近いハンドオーバー距離で地球の影（暗さ）において受動的に捕捉することしかできない。別の選択肢はＬＷＩＲセンサへ最初にハンドオーバーすることであり、これは非常に長い距離で捕捉でき、適切な目標点解像度を与えるためにＭＷＩＲを転移する。これらの場合、ＫＶの結像センササブシステム72は短い波長帯域のセンサの代わりにＭＷＩＲセンサと、恐らくＬＷＩＲセンサを含む。この選択肢は“Enhanced Multiple Kill Vehicle (MKV) Interceptor for Intercepting Exo and Endo-Atmospheric Targets”と題する同時係属出願の明細書中に詳細に説明されている。短い波長帯域の結像センサは太陽光により照射されるならば、かなりの距離におけるハンドオーバーでターゲットを捕捉でき目標点の選択を行うことができる。
【００４８】
別の選択肢は各ＫＶに対するターゲットの指定と、現在の追跡のハンドオーバーの両者を行うためＣＶの制御センササブシステム38とＫＶの結像センサ72を使用することである。これは制御センサレーザ40の放射帯域がＫＶの結像センサ72の検出帯域とオーバーラップしているので可能にされる。ＣＶは特定の時間に特定の方向でターゲット指定を探すようにＫＶを誘導することによりハンドオーバーを開始する（ステップ158）。ＣＶ制御センササブシステムは図９に示されているようにターゲットを指定するためにパルス化されたビーム160によりターゲットを照射し（ステップ162）、ＫＶはそれらの指定されたターゲットから反射信号164を検出し、追跡動作に入る（ステップ165）。図１０の（ａ）に示されているように、特定のＫＶは反射信号を検出するために「指定ウィンドウ」166内でその指定されたターゲットを探す。この方法は受動ＣＶとＫＶセンサとの間の整合の検出から生じる複雑性及び潜在的な失敗を効率的になくす。
【００４９】
誤った指定の確率を減少するために、ターゲットはタイプライターのキーボードのレイアウトのようなＱＷＥＲＴＹ走査順で照射される。図１０の（ｂ）に示されているようにＱＷＥＲＴＹ走査はターゲットを１，２，３，４，５，．．．の順で指定し、それによって結像センサのＦＯＶ168の角度の不確実範囲内の任意のターゲットは指定のタイミングの不確実範囲内ではなくなる。タイプライターのように、これは一時的に空間的に近い動作を分離する。
【００５０】
別の普通の方法は各ＫＶにそのＦＯＶ内の近くの照射「ピング」を検出させ、ターゲット指定を決定するためにその情報をアップリンクで送信されたデータに相関させることである。
【００５１】
［半アクチブの事後ハンドオーバー後の追跡］
多くの応用では、迎撃するための最終的な誘導に入る前に、ターゲットを照射する（ステップ170）ためのＣＶの制御センサレーザとＢＰＳと、反射信号を検出し追跡を更新する（ステップ172）ための各ＫＶの結像センササブシステムを使用してターゲットを「半アクチブに」追跡することが所望される。半アクチブな追跡はＣＶの強力なレーザと機敏なＢＰＳの利点をＫＶの画像センサのターゲットまでの距離（解像度、潜在性）の利点の組合わされた利点を提供する。各ＫＶ上の誘導軌道の更新とのこの組合わせはより正確な追跡を与える。
【００５２】
［目標点選択および迎撃のための最終的な追跡］
十分な正確性でターゲット上の目標点の選択を可能にし、選択された目標点に命中するようにターゲットを追跡するために、例示的な実施形態では外部照射174の人工のソース173は図１１に示されているようにターゲットを照射する。反射信号176はその後適切なＫＶにより検出される。外部照射は適切な「短いパルス」にされ、結像センサは暗電流を抑制するためにゲートされ、ＳＮＲを改良する。
【００５３】
回折が限定されたシステムでは、所定の開口サイズに対して、解像度を増加する唯一の実際的な方法は、より短い波長のセンサを使用することである（センサの動きに基づく超解像方法が提案されているが、このような高いダイナミック環境では適切でない）。ＫＶはそのような大きな重量をサポートすることはできるが、これは開口をかなり小さい直径に限定し、したがって短い波長帯域のセンサになる。これらの短い波長帯域のセンサはミサイル防衛システムで予測される温度範囲のターゲットの受動的なシグナチャを検出できず、したがって外部照射を必要とする。
【００５４】
図１２の（ａ）に示されているように、２乃至３インチの所定の開口サイズに対して、０．９６ミクロンの結像センサはターゲットの形状及び方向の両者を解像するためにターゲット上に十分な独立した画素180を生成する。比較として、同じ開口サイズを有する８ミクロンのセンサは大部分のシステムに典型的である図１２の（ｂ）に示されているような画像中心を決定するためにターゲット上に十分な画素182だけを生成する。しかしながら最近の研究では中心に基づいた誘導が最適ではなく、ターゲットの破壊に不十分である可能性があることを示されている。それ故、特定の目標点を定めてＫＶをその衝突する目標点に誘導することができるようにターゲットを解像することが非常に重要となっている。また比較としてＣＶに位置されている０．９６ミクロンの結像センサはその非常に大きい隔離距離のために図１２（ｃ）に示されているようにターゲット上に非常に少数の画素184だけを結像する。これは画像の中心の目標点を決定するのにのみ適切である。
【００５５】
外部照射174のソース173は通常、迎撃装置上のどこかの場所に位置される。１実施形態では、ソースはＣＶ上に位置される。特に、制御センサのレーザ（またはより一般的にはフラッシュランプのようなソース）は便利なソースである。ＫＶは解像度とターゲットまでの距離が許すときターゲット上の正確な目標点を決定し（ステップ186）、ＫＶは反射信号を処理し、迎撃するように誘導する（ステップ188）。追跡プロセスは特定の目標点の選択とその目標点に衝突するための最終的な追跡を除いて「半アクチブな追跡」と同じである。この方法はターゲットを指定するためにＣＶの高いパワーのレーザと機敏なＢＰＳを再使用する利点を有する。潜在的な欠点はＣＶがレーザとＢＰＳのＦＯＲ内に全てのターゲットを維持するために隔離されなければならないことである。別の実施形態では、ソース173は“Enhanced Multiple Kill Vehicle (MKV) Interceptor for Intercepting Exo and Endo-Atmospheric Targets”と題する同時係属米国特許出願明細書に詳細にも説明されているように「ヘッドランプ」として各ＫＶ上に取付けられる。このヘッドランプは非常に低いパワーであり、存在していても限定された指向システムだけを有する。この場合、各ＫＶはアクチブにターゲットを追跡し、目標点を選択し、迎撃する（ステップ190）。
【００５６】
本発明の幾つかの例示的な実施形態を示し説明したが、変形及び代わりの実施形骸が当業者により行われるであろう。このような変形及び代わりの実施形態が考慮され、特許請求の範囲で規定されているように本発明の技術的範囲から逸脱せずに行われることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】ブースター段と、ブースターによりロフトされるキャリアビークルと、最初にキャリアビークルに蓄えられその後ターゲットの迎撃のために解放される複数のＫＶとを含んでいるＭＫＶ迎撃装置の簡略図。
【図２】キャリアビークルのハードウェアコンポーネントの簡単化されたブロック図。
【図３】ＫＶの１実施形態を示す図。
【図４】ＫＶのハードウェアコンポーネントの簡単化されたブロック図。
【図５】多数の大気圏外のターゲットを迎撃するためのＭＫＶ迎撃装置発射の概略図。
【図６ａ】迎撃するためのターゲット指定からのＣＶとＫＶの動作のフローチャート。
【図６ｂ】迎撃するためのターゲット指定からのＣＶとＫＶの動作のフローチャート。
【図７】ＫＶの解放と、ＫＶの方位を捕捉するための開始されたスピンと、所定のスワスで捕捉される最少数のスターと、ＣＶへのデータリンク受信機の整列を示す図。
【図８】中間軌道誘導事前ハンドオーバーのためのＫＶ及びターゲットのＣＶ追跡を示す図。
【図９】ターゲットまでの距離がＫＶによる自律捕捉に十分近くなるまでセミアクチブ追跡を助けるためにＫＶへのハンドオーバーと事後ハンドオーバーを促すためのターゲットのＣＶレーザ指定を示す図。
【図１０】レーザ指定と、ＫＶの結像センサのゲーティングと、ハンドオーバーを促すためのＱＷＥＲＴＹ走査のタイミング図。
【図１１】外部照射におけるＫＶの機上結像センサによる目標点の選択及び最終誘導を示す図。
【図１２】ＫＶの短い波長帯域の結像センサと、ＣＶの長い波長帯域の弁別センサの所定の開口寸法の代表的なターゲットのセンサ画像と、典型的な隔離距離に設けられた所定の短い波長帯域のセンサの図。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリアビークル（ＣＶ）（12）と、
ターゲットを迎撃するために解放するための前記キャリアビークルに最初に収納されている複数の破壊ビークル（ＫＶ）（14）とを具備し、
前記ＣＶは前記ターゲットを追跡し、解放されたＫＶの事前ハンドオーバーをコマンド誘導するための第１のセンササブシステム（32、38）を含んでおり、
前記各ＫＶはターゲットの事後ハンドオーバーにおける所望の目標点を選択し、最終的に迎撃するための目標点についての追跡を維持するために十分な解像度を有する第２のセンササブシステム（72）を含んでいるターゲットの迎撃のための多数の破壊ビークル（ＭＤＶ）迎撃装置（10）。
【請求項２】
前記ＣＶの第１のセンササブシステムは、
ターゲットクラウドから候補ターゲットを弁別し、前記各ＫＶに対して候補ターゲットの１つを指定するための受動的な捕捉及び弁別センサシステム（32）と、
ターゲットをアクチブに照射し、解放されたＫＶをコマンド誘導するために反射信号を検出する制御センササブシステム（38）を具備している請求項１記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項３】
ＣＶはＫＶを解放する機構（30）を含み、各ＫＶはＦＯＶ幅に比較して非常に長いスターフィールド領域を通して狭いＦＯＶの可視センサを連続的に掃引するスピンを開始し、初期方向を決定するために結像されたスターフィールド（130）を使用する請求項１記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項４】
ＣＶはデータを各ＫＶへアップリンクして、反射シグナチャ（164）を探す時間と場所について誘導し、時間シーケンスで各ターゲットを照射（162）することによりターゲット指定及び初期追跡を各前記ＫＶへハンドオーバーし、各前記ＫＶは指定された時間に指定された方向でそのターゲットを探すようにその第２のセンササブシステムを制御する請求項１記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項５】
ＫＶの第２のセンササブシステムは十分に短い波長の検出帯域を有する結像センサを含んでおり、あるターゲットまでの距離がある距離であるとき事後ハンドオーバーが目標点を選択するためにターゲット（98）上に十分な独立した画素（180）を提供する請求項１記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項６】
結像センサは目標点を選択するためにターゲットの形状と方向を使用するのにターゲット上に十分な独立した画素を提供する請求項５記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項７】
さらに、ターゲットを照射（174）するための外部照射の人工ソース（173）をさらに具備し、前記各ＫＶの結像センサはその照射されたターゲットの反射シグナチャを検出する請求項５記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項８】
外部照射はパルス状にされ、ＫＶの第２のセンササブシステムは外部照射を受けたターゲットを検出するためにゲートされる請求項７記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項９】
破壊ビークルの飛行方向を制御するためのダイバートおよび姿勢制御システム（ＤＡＣＳ）（76）と、
外部ソースにより照射されるターゲットからの反射信号を検出するための短い波長帯域の結像センササブシステム（72）と、
ターゲット上の所望の目標点を選択し、最終的な迎撃のために目標点に追跡を維持するようにＤＡＣＳを制御するように反射信号を処理するプロセッサ（62）とを具備しているＭＫＶ迎撃装置（10）によって使用される破壊ビークル（ＫＶ）（14）。
【請求項１０】
短い波長帯域の結像センササブシステムは目標点を選択するためにターゲットの形状および方向を使用するために十分な独立した画素（180）を提供する請求項９記載のＫＶ。
【請求項１】
キャリアビークル（ＣＶ）（12）と、
ターゲットを迎撃するために解放するための前記キャリアビークルに最初に収納されている複数の破壊ビークル（ＫＶ）（14）とを具備し、
前記ＣＶは前記ターゲットを追跡し、解放されたＫＶの事前ハンドオーバーをコマンド誘導するための第１のセンササブシステム（32、38）を含んでおり、
前記各ＫＶはターゲットの事後ハンドオーバーにおける所望の目標点を選択し、最終的に迎撃するための目標点についての追跡を維持するために十分な解像度を有する第２のセンササブシステム（72）を含んでいるターゲットの迎撃のための多数の破壊ビークル（ＭＤＶ）迎撃装置（10）。
【請求項２】
前記ＣＶの第１のセンササブシステムは、
ターゲットクラウドから候補ターゲットを弁別し、前記各ＫＶに対して候補ターゲットの１つを指定するための受動的な捕捉及び弁別センサシステム（32）と、
ターゲットをアクチブに照射し、解放されたＫＶをコマンド誘導するために反射信号を検出する制御センササブシステム（38）を具備している請求項１記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項３】
ＣＶはＫＶを解放する機構（30）を含み、各ＫＶはＦＯＶ幅に比較して非常に長いスターフィールド領域を通して狭いＦＯＶの可視センサを連続的に掃引するスピンを開始し、初期方向を決定するために結像されたスターフィールド（130）を使用する請求項１記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項４】
ＣＶはデータを各ＫＶへアップリンクして、反射シグナチャ（164）を探す時間と場所について誘導し、時間シーケンスで各ターゲットを照射（162）することによりターゲット指定及び初期追跡を各前記ＫＶへハンドオーバーし、各前記ＫＶは指定された時間に指定された方向でそのターゲットを探すようにその第２のセンササブシステムを制御する請求項１記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項５】
ＫＶの第２のセンササブシステムは十分に短い波長の検出帯域を有する結像センサを含んでおり、あるターゲットまでの距離がある距離であるとき事後ハンドオーバーが目標点を選択するためにターゲット（98）上に十分な独立した画素（180）を提供する請求項１記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項６】
結像センサは目標点を選択するためにターゲットの形状と方向を使用するのにターゲット上に十分な独立した画素を提供する請求項５記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項７】
さらに、ターゲットを照射（174）するための外部照射の人工ソース（173）をさらに具備し、前記各ＫＶの結像センサはその照射されたターゲットの反射シグナチャを検出する請求項５記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項８】
外部照射はパルス状にされ、ＫＶの第２のセンササブシステムは外部照射を受けたターゲットを検出するためにゲートされる請求項７記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項９】
破壊ビークルの飛行方向を制御するためのダイバートおよび姿勢制御システム（ＤＡＣＳ）（76）と、
外部ソースにより照射されるターゲットからの反射信号を検出するための短い波長帯域の結像センササブシステム（72）と、
ターゲット上の所望の目標点を選択し、最終的な迎撃のために目標点に追跡を維持するようにＤＡＣＳを制御するように反射信号を処理するプロセッサ（62）とを具備しているＭＫＶ迎撃装置（10）によって使用される破壊ビークル（ＫＶ）（14）。
【請求項１０】
短い波長帯域の結像センササブシステムは目標点を選択するためにターゲットの形状および方向を使用するために十分な独立した画素（180）を提供する請求項９記載のＫＶ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公表番号】特表２００９−５３３６３８（Ｐ２００９−５３３６３８Ａ）
【公表日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５５３４５７（Ｐ２００８−５５３４５７）
【出願日】平成１９年１月２９日（２００７．１．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０６１２０２
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０４５５８２
【国際公開日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【出願人】（５０３４５５３６３）レイセオン カンパニー (244)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月２９日（２００７．１．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０６１２０２
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０４５５８２
【国際公開日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【出願人】（５０３４５５３６３）レイセオン カンパニー (244)
【Ｆターム（参考）】
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