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JPH11118929A - 標的追尾用レーザ指示装置 - Google Patents

標的追尾用レーザ指示装置

Info

Publication number
JPH11118929A
JPH11118929A JP10205458A JP20545898A JPH11118929A JP H11118929 A JPH11118929 A JP H11118929A JP 10205458 A JP10205458 A JP 10205458A JP 20545898 A JP20545898 A JP 20545898A JP H11118929 A JPH11118929 A JP H11118929A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
target
laser energy
tracking system
incident
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10205458A
Other languages
English (en)
Inventor
Peter M Livingston
エム リヴィングストン ピーター
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Original Assignee
TRW Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TRW Inc filed Critical TRW Inc
Publication of JPH11118929A publication Critical patent/JPH11118929A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41J—TARGETS; TARGET RANGES; BULLET CATCHERS
    • F41J5/00—Target indicating systems; Target-hit or score detecting systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/66—Tracking systems using electromagnetic waves other than radio waves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/14—Indirect aiming means
    • F41G3/145—Indirect aiming means using a target illuminator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/14—Indirect aiming means
    • F41G3/16—Sighting devices adapted for indirect laying of fire
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/46—Indirect determination of position data
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G11/00—Details of sighting or aiming apparatus; Accessories
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/26—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying
    • F41G3/2616—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying using a light emitting device

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 標的を仕留めるまで所望の標的照準点を維持
することを可能にするレー指示装置を使用する自己参照
イメージング追尾システムを提供する。 【解決手段】 レーザ追尾システム１０は、レーザエネ
ルギのビームを生成するレーザ発生器と、ある探索パタ
ーンでレーザエネルギのビームを舵取りするビーム舵取
り装置と、標的物体１１から反射したレーザエネルギを
受信し、それに応答してビーム舵取り装置に探索パター
ンを縮小せしめる受信デバイス１６とを含む。システム
は閉ループ方法により絶えず更新される追尾データを使
用して標的物体を正確に追尾する。システムは潜在的な
標的の脆弱な特色を探知してロックオンできる。システ
ムは操作員の介在を必要とせずに所望の照準点を無期限
に維持できる。この照準点の維持により、弾丸発射及び
飛翔中の追尾システムと標的との相対運動に拘わらず、
関連武器は標的を不能化させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に言えば、
移動物体を追尾するシステムに関し、詳しく述べれば、
標的を仕留めるまで所望の標的照準点を維持することを
可能にするレーザ指示装置（デジグネータ）を使用する
自己参照イメージング追尾装置（トラッカ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】標的照準点を指示する( デジグネート)
ために、レーザ指示装置を使用することは公知である。
若干のレーザ指示ユニットは充分に小さく、ピストルま
たはライフルの銃身上に取付けることができる。しかし
ながら、戦車または航空機のような標的上の照準点を指
示するために使用されるより大型のクラスの指示装置も
存在している。これらの指示装置の場合、標的が戦場を
移動するにつれて、標的上の固定された場所に、または
その付近に照準点を維持する手段が必要である。特に、
弾丸を発射するまでの少なくともある時間長にわたっ
て、標的上の照準点にレーザ指示を与え続けることは臨
界的である。従来の追尾システムにおいては、操作手が
レーザで照準点を指示し続けることが多い。
【０００３】米国特許出願第 08/631,645 号 " Laser C
ross Body Tracking System and Method "、及び米国特
許出願第 08/760,434 号 " Laser Cross Body in Featu
re Curvature Tracker "に記載のシステムのような、自
己参照方法を使用する非イメージング・レーザ指示用追
尾装置を使用することもできる。非イメージング・自己
参照追尾装置が、バーニヤ( vernier ) 追尾装置、即ち
イメージ追尾装置の不完全な動作によって生ずる残留イ
メージジッタを修正する追尾装置として現在開発されて
いる。非イメージング追尾装置には、小型砲の弾丸また
は誘導巡行ミサイルのような困難な標的を追跡する主た
る任務が負わされている。非イメージング・自己参照追
尾装置は、レーザビームを使用して、典型的には円筒形
のミサイルハウジングのような反射性の湾曲した表面上
に見られるきらめき( glint ) スポットを探索して保持
する。
【０００４】非イメージングレーザ照準デバイスを、追
尾システムと組合わせることができる。しかしながら、
これらの技術を組合わせた従来のシステムは非自己参照
開ループ方法を使用しており、重大な限界に悩まされて
いる。従来のデバイスは、弾丸が飛翔中に標的イメージ
・レーザビームきらめき照準点を維持するには、典型的
にはパイロットまたは操作員を必要とする。代替とし
て、照準点の位置は、追尾装置が追跡し、記録した標的
のそれまでの運動に基づいて推論しなければならない。
従来のデバイスでは、標的を追尾することが困難である
場合、標的の脆弱な（無防備な）部分を選択することは
できないことが多い。更に別のシステムは、追尾システ
ムまたは標的の相対運動によって生ずる照準点誤差を修
正することはできない。自己参照レーザ照準器を使用す
るシステムでさえ、きらめき点が遮蔽されるか、または
それ以外に妨害された場合に、標的のロックを失うこと
になり易い。
【０００５】
【発明の概要】従って、本発明の好ましい実施例は、上
述した諸問題を解消するレーザをベースとする自己参照
追尾装置を提供することである。本発明のレーザ追尾シ
ステムは、標的の脆弱な部分を探索し、そこにロックす
るレーザビーム指示装置を使用する。標的にロックオン
した後に、レーザ指示追尾システムは閉ループ方式で絶
えず位置誤差信号を生成する。これらの誤差信号によっ
て、レーザ追尾システムに対する標的の相対運動によっ
て生ずるレーザ指示装置の照準点誤差を瞬時に修正する
ことができる。瞬時・閉ループ照準点修正により、レー
ザ追尾システムは、発射された弾丸がレーザスポット上
に「到達」( home in ) するまで、レーザ指示装置ビー
ムを標的上の固定点に維持させることができる。更に、
これらの長所は、最小の操作員介在及び制御で得られ
る。
【０００６】好ましい実施例のレーザ追尾システムは、
レーザエネルギのビームを生成するレーザ発生器と、レ
ーザエネルギのビームをある探索パターンで運動させる
ようにレーザエネルギのビームを舵取りする高速舵取り
鏡と、標的にした物体（以下に標的物体という）から反
射したレーザエネルギを受信し、反射したレーザエネル
ギに応答して高速ビーム舵取り鏡の探索パターンを変化
させる受信デバイスとを含んでいる。好ましい実施例に
関連する追尾方法は、レーザエネルギのビームを生成す
るステップと、レーザエネルギのビームをある探索パタ
ーンで舵取りするステップと、標的物体から反射したレ
ーザエネルギから形成された命中（ヒット）スポットを
検出するステップと、命中スポットの検出に応答して探
索パターンのサイズを縮小させるステップと、縮小され
た探索パターンを標的物体の命中スポットに対応する特
色上に集束させるステップとを含んでいる。
【０００７】当分野に精通していれば、以下の添付図面
に基づく詳細な説明及び特許請求の範囲から、本発明の
他の目的及び長所が明白になるであろう。
【０００８】
【実施例】図１に、レーザ追尾システム１０と、反射性
の脆弱点きらめきスポット１２を有する標的物体１１と
の間の関係を示す。レーザ追尾システム１０は、レーザ
送信機１４及び受信機望遠鏡１６を含んでいる。レーザ
送信機１４は、レーザ送信機１４と受信機望遠鏡１６の
ボアサイト( boresights )が平行になるように受信機望
遠鏡１６に取付けられている。公知のように、レーザ送
信機１４及び受信機望遠鏡１６は一緒に、方位・仰角
（または左右・上下）回転ジンバルマウント１８上に取
付けられている。動作中、操作員またはパイロットは、
レーザ送信機１４が生成したレーザビームＴを、標的物
体１１のような標的が位置するかも知れない前線の一般
的領域に向ける。レーザ追尾システム１０は詳細探索モ
ードを開始する。このモード中、レーザ送信機１４は、
異なる周波数で直交方向にレーザビームをディザさせる
探索パターンで、危険を感ずる領域を横切って掃引す
る。この探索パターンは、リサージュ探索パターンであ
ることが好ましい。レーザビームＴが、標的物体１１の
脆弱なきらめき点１２のような反射性の湾曲表面を通過
すると、受信機望遠鏡１６はこの「命中スポット」情報
を反射したレーザエネルギＲとして受信し、レーザ追尾
システム１０はある「命中」を記録する。前線で危険を
感ずる領域において、レーザ追尾システムは、各々が潜
在的な標的の存在を表している幾つかの命中を記録する
かも知れない。レーザビームＴをある探索パターンでデ
ィザさせることを、普通の追尾システムのレーダの使用
にリンクさせることができる。
【０００９】危険を感ずる領域における記録された命中
を調べ、もし標的がそこにいるらしいと決定すれば、操
作員はレーザ追尾システム１０を捕捉・ロックモードに
入れる。この動作モードにおいては、広域探索中に受信
機望遠鏡１６が脆弱点きらめき１２のようなきらめきを
検出すると、レーザ送信機１４は探索パターンのサイズ
を極端に縮小させる。きらめきを検出した後に、レーザ
追尾装置１０は、方位・仰角ジンバルマウントを駆動
し、縮小された探索パターンを標的物体１１の脆弱点き
らめき１２上に集束させる。捕捉・ロックモード中に、
レーザ追尾システム１０は標的物体１１の中心情報を収
集するためのイメージング技術をも使用する。レーザ追
尾システム１０が脆弱点きらめき１２上にロックオンさ
れ、標的物体１１のイメージ中心を捕捉した後は、受信
機望遠鏡１６は標的物体１１からきらめき及び中心情報
を受信し続ける。レーザ追尾システム１０内に含まれる
位置感知デバイスが、レーザ追尾システム１０と標的物
体１１との間の相対運動に対応する誤差信号を発生す
る。レーザ追尾システム１０はこの誤差情報を使用し、
レーザ追尾システム１０が標的物体１１を正確に追尾す
るように方位・仰角ジンバルマウント１８を回転させ
る。
【００１０】レーザ追尾システムの動作範囲は、天候状
態と、選択したレーザビームＴの波長とに依存しよう。
大気吸収と大気の乱れとの間で最良のトレードオフを与
えるのは、中間赤外帯域（ 3.5乃至 4.0ミクロン）の波
長である。しかしながら、この選択は、戦場における使
用によって課せられるパワー及びパッケージング要求に
よって制限されよう。図２に、レーザ追尾システム１０
と標的物体１１との間の関係をより詳細に示している。
この図を参照してレーザ追尾システムの動作を説明する
に当たって、操作員が捕捉・ロック動作モードを動作可
能にしたものとする。図２に示すように、レーザ送信機
１４及び受信機望遠鏡１６は一緒に取付けられ、方位・
仰角ジンバルマウント１８（図１）によって回転させら
れる。レーザ２２はレーザエネルギのビームＴを生成
し、ビームＴが高速舵取り鏡２４上に入射するように、
ビームＴを向ける。舵取り鏡２４は、レーザ送信機１４
から発するレーザビームＴが出力レンズ２６を通過する
ように、レーザビームＴを反射させる。高速舵取り鏡２
４は、レーザ追尾システム１０内のディザ生成回路（詳
細は後述する）に応答し、高周波数の二次元探索パター
ンでレーザエネルギのビームＴを直交的にディザさせ
る。
【００１１】高速舵取り鏡２４によってその探索パター
ンでディザされたレーザビームＴは標的物体１１の脆弱
点きらめき１２のような標的物体の反射性表面に入射し
始める。レーザビームＴは脆弱点きらめき１２から反射
レーザエネルギＲとして反射され、受信機望遠鏡１６に
よって受信される。反射レーザエネルギＲは、受信用レ
ンズ２８を通して受信機望遠鏡１６に入る。受信用レン
ズ２８は反射レーザエネルギＲを集め、それをビームス
プリッタ３０へ導く。ビームスプリッタ３０は、反射レ
ーザエネルギＲを分割する。反射レーザエネルギＲの第
１の部分はビームスプリッタ３０から位置センサ３２へ
送られ、反射レーザエネルギＲの第２の部分は狭帯域フ
ィルタ３４へ送られる。狭帯域フィルタは到来した光の
選択された周波数をディザ回路３６へ送り、ディザ回路
３６は反射レーザエネルギＲの存在を検出して駆動信号
を高速舵取り鏡２４へ供給する。狭帯域フィルタ３４は
周波数選択性であり、外来光を排除し、レーザ送信機１
４が生成したレーザビームＴの周波数を中心とするある
周波数範囲だけを通過させる。ディザ回路３６は高速舵
取り鏡２４へ駆動信号を供給して、レーザビームＴをリ
サージュ探索パターンで舵取りさせる。ディザ回路３６
は、標的物体１１上の脆弱点きらめき１２から反射した
レーザエネルギＲを検出するようにも動作する。
【００１２】脆弱点きらめき１２が受信機望遠鏡１６に
よって受信され、ディザ回路３６によって検出される
と、ディザ回路３６は舵取り鏡２４に供給するディザ駆
動信号の振幅を極端に減少させることによって応答す
る。それにより、高速舵取り鏡２４は、元のパターンよ
りも遙かに小さい探索パターンでレーザビームＴを舵取
りする。縮小探索パターンの直径は、脆弱点きらめき１
２におけるビーム直径のほぼ半分、またはそれ以下にす
べきである。次いで、位置センサ３２が方位・仰角ジン
バルマウント１８に対する脆弱点きらめき１２の位置を
検出し、差分舵取り信号を供給する。レーザ追尾システ
ム１０は、縮小された探索パターンを検出された脆弱点
きらめき１２上に集束させるように回転する。システム
が脆弱点きらめき１２にロックオンした後に、受信機望
遠鏡１６は公知のイメージング方法を使用して脆弱点き
らめき１２を含む標的物体１１の中心を捕捉する。もし
脆弱点きらめき１２が何等かの理由で遮られるか、また
は不明瞭になったりすれば受信機望遠鏡１６はきらめき
を受信しなくなるので、ディザ回路３６は高速舵取り鏡
２４へ信号を送り、新しい脆弱点きらめき１２を探索し
て捕捉するためにより大きいパターンを再開させる。
【００１３】前述したように、方位・仰角ジンバルマウ
ント１８は空間におけるレーザ追尾システム１０の向き
を制御し、位置センサ３２は駆動信号を方位・仰角ジン
バルマウント１８へ供給してレーザ追尾システム１０を
再配向させる。詳しく述べれば、位置センサ３２が標的
物体１１に対するレーザ追尾システム１０の位置が変化
したことを検出すると、位置センサ３２は駆動信号をジ
ンバルマウント１８に供給し、レーザ追尾システム１０
を空間的に再配向させる。位置センサ３２の動作の詳細
については、図４を参照して後述する。図３に、デザリ
ング信号を検出し、生成するために使用されるディザ回
路の詳細を示す。この回路は、米国特許出願第 08/631,
645 号 " Laser Cross Body Tracking System and Meth
od "に開示されている回路と類似している。図示のよう
に、Ｘチャネル５４とＹチャネル５６とは同一である。
反射レーザエネルギＲは受信機望遠鏡１６によって集め
られ、狭帯域光学フィルタ３４を通過した後にディザ検
出器３８へ通される。検出されたディザ信号は乗算器４
０に印加され、Ｘ（Ｙ）方向の基本ディザ信号に対応す
る周波数ｆ1 （ｆ2 ）で動作するディザ発生器４２から
の信号と組合わされる。この積はラッチングスイッチ４
６へ送られる。ラッチングスイッチ４６が閉じるか否か
は、ディザ周波数の第２高調波の存在に依存する。ディ
ザ周波数逓倍器４４はディザ周波数の第２高調波を発生
し、ディザ周波数逓倍器４４によって駆動される乗算器
４０において入力信号の部分と乗算される。ラッチング
スイッチ４６の論理は、脆弱点きらめき１２をロックオ
ンしたことを表す第２高調波の存在を検出するとラッチ
ングスイッチ４６が閉じるようになっている。ラッチン
グスイッチ４６は、きらめきのロックオンが瞬間的に消
えたことを表すように第２高調波が瞬間的にドロップア
ウトした時に、大きいリサージュ探索サイクルが再開さ
れるのを防ぐのに役立つ。この積はラッチングスイッチ
４６から積分器４８及びドライバ増幅器５０へ印加され
る。この積は、加算増幅器５２において元の基本ディザ
信号と加算される。受信器望遠鏡が脆弱点きらめきから
反射したレーザエネルギＲを受信すると、送信されるレ
ーザエネルギのビームＴの探索パターンが縮小される。
以上のように、ディザ回路３６は、潜在的な標的を探索
するために始めは大きい探索パターンを生成する。次い
で、脆弱点きらめき１２のようなきらめきを検出する
と、ディザ回路３６はより小さい探索パターンを生成
し、究極的にはこれが標的物体のきらめき特色上に集束
される。
【００１４】図４は、図２に概要を示した位置センサ３
２の詳細を示している。先ず図２を参照する。受信用レ
ンズ２８は標的物体１１の脆弱点きらめき１２から反射
したレーザエネルギＲを集める。受信機望遠鏡は、標的
物体１１のイメージ中心（図示してない）も捕捉する。
イメージエネルギ及び脆弱点きらめき１２から反射した
レーザエネルギＲは受信機望遠鏡１６に入り、ビームス
プリッタ３０を通過した後に位置センサ３２によって受
信される。さて図４を参照する。イメージエネルギ及び
脆弱点きらめき１２から反射したレーザエネルギＲは位
置センサ入力レンズ５８を通過し、レーザ及びイメージ
放射を象限検出器６０上に集束させる。事実上、象限検
出器６０はイメージ中心を決定する。象限検出器６０
は、それぞれ差分増幅器６２及び６４に電気的に接続さ
れている。差分増幅器６２及び６４はそれぞれ方位差駆
動増幅器６６及び仰角差駆動増幅器６８に電気的に接続
されている。位置センサ３２は、レーザ追尾システムが
標的物体１１を直接指し示している時に、心合わせした
視線Ｃとイメージ及びきらめき情報を含む到来光線とが
なす角θが名目的に０になるように、受信機望遠鏡１６
内に配向されている。象限検出器６０は、標的物体１１
のイメージ中心及び脆弱点きらめき１２から反射したレ
ーザエネルギＲを検出するように動作可能である。もし
イメージ視線が心合わせした視線Ｃからある角度θだけ
ずれれば、象限検出器６０上の非対称イメージスポット
中心分布によって差分舵取り信号が発生する。差分舵取
り信号は、ジンバルマウント１８及び標的物体１１に対
する位置センサ３２の向きに依存してＸ成分及びＹ成分
に分解される。分解された差分舵取り信号成分は、差分
増幅器６２及び６４へ供給され、次いで方位・仰角ジン
バルマウント１８を駆動するために駆動増幅器６６及び
６８へ印加される。レーザ追尾システム１０が名目的に
標的物体１１に心合わせされると、差分舵取り信号は０
になる。従って、方位・仰角ジンバルマウント１８は、
レーザ追尾システム１０を駆動して標的を指し示させ、
それによってレーザ追尾システム１０と標的物体１１と
の間の相対運動を自動的に調整する。
【００１５】図５、６、及び７を参照して、レーザ追尾
システム１０の動作を更に明らかにする。これらの流れ
図は、本発明のレーザ追尾システムに関連する方法のモ
デルとして示されている。これらの流れ図は、提示する
レーザ追尾方法に不可欠のステップを示してはいるが、
これらのステップは必要に応じて順序を入替えたり、他
のステップと組合わせたりすることができることを理解
されたい。図５は、操作員がレーザ追尾システムに指令
して、レーザ追尾システムが脆弱点きらめき１２のよう
なきらめきスポットを捕捉するモードにするステップの
詳細を示している。操作員は先ず、標的物体が位置する
かも知れない前線の領域または部分にレーザ追尾システ
ムを向ける。ステップ７０において、レーザビームＴが
レーザ追尾システムによって大きい探索パターン、好ま
しくはリサージュ正弦状探索パターンでディザされる。
ステップ７２において、レーザ追尾システム１０は、レ
ーザビームＴがその探索パターンの途中で反射性の湾曲
した表面に入射すると発生する、危険を感ずる領域内の
「命中」を記録する。次いで操作員は危険を感ずる領域
に関して記録された命中に関するデータを調べ、ステッ
プ７４えは、レーザ追尾システム１０を「捕捉モード」
にするか否かの決定を行う。操作員が「捕捉モード」を
動作可能にしない限り、レーザ追尾システムはレーザビ
ームＴがその探索を続行するにつれて、ステップ７２に
おいて命中を記録し続ける。ステップ７６に示すよう
に、探索中のどの点においても操作員はレーザ追尾シス
テム１０を「捕捉モード」にすることを選択できる。
「捕捉モード」にある時のレーザ追尾システム１０の動
作を図６に示す。
【００１６】図６は、レーザ追尾システム１０が反射性
湾曲表面、またはきらめきスポットを探知してそれにロ
ックオンし、追尾する「捕捉モード」中のレーザ追尾シ
ステム１０の動作を示している。ステップ７８におい
て、レーザ追尾システム１０は、大きい探索パターンで
レーザビームＴをディザさせ続ける。ステップ８０にお
いて、レーザ追尾システム１０はレーザビームを大きい
探索パターンでディザさせながら、レーザ送信機１４の
ボアサイトの近傍の反射性湾曲表面、またはきらめきス
ポットを探索する。ステップ８２においてきらめきが検
出されると、ステップ８４においてレーザ追尾システム
は直ちに探索パターンの振幅を縮小させる。ステップ８
６において、位置センサ３２が差分舵取り信号を生成
し、縮小された探索パターンが検出したきらめきスポッ
ト上に集束するように、方位・仰角ジンバルを駆動して
レーザ追尾システム１０を再配向させる。一旦レーザ追
尾システム１０が検出されたきらめきを名目的に狙う
と、ステップ８８においてレーザ追尾システム１０は検
出されたきらめきスポットを含む物体のイメージ中心を
捕捉し、次いでシステムはステップ９０においてロック
モードに入る。「ロックモード」中のシステムの動作を
図７に示す。
【００１７】図７は、システムが標的物体１１の脆弱点
きらめき１２のようなきらめきスポットを検出し、それ
にロックオンした時のレーザ追尾システムの動作の流れ
図である。ステップ９２において、レーザ追尾システム
１０は「捕捉モード」中に確立された照準点を維持す
る。この点において、位置センサ３２の心合わせした視
線Ｃは、検出したきらめきスポット及び標的物体１１の
イメージ中心上に名目的に心合わせされている。この名
目的に心合わせされた状態においては、方位・仰角ジン
バル１８に送られる差分舵取り信号は０である。ステッ
プ９４においてもし標的を仕留めていれば、ステップ９
６においてシステムは「ロックモード」から出て、再び
「操作員選択モード」へ入る。標的を仕留めていなけれ
ば、どの時点においても操作員は、システムの「ロック
モード」を外し、再度「操作員選択モード」へ入ること
を選択できる。ステップ９８において、レーザ追尾シス
テムは、検出したきらめきが不明瞭になるか、遮蔽され
るか、またはそれ以外に消えたか否かを決定し、もし消
えていればレーザ追尾システムは、ステップ１００にお
いて「捕捉モード」に再び入る。前述したように、ディ
ザ回路３６内のラッチングスイッチ４６の論理は、もし
きらめきが短時間の間消えても、探索サイクルの再開を
防ぐようになっている。きらめきが消えるか、または不
明瞭になれば、ステップ１０２においてレーザ追尾シス
テムは、照準点が確立されてから、標的・追尾システム
に相対運動があったか否かを決定する。もしイメージ中
心、またはレーザ命中スポットが、心合わせした視線Ｃ
からある角度θだけずれていれば、ステップ１０４にお
いて位置センサ３２は差分舵取り信号を生成し、方位・
仰角ジンバル１８を駆動して検出した位置誤差を０に減
少させる。もし位置誤差がなければ、レーザ追尾システ
ムは単にステップ９２におけるように、所望照準点を維
持するだけである。ステップ１０４が完了すると、レー
ザ追尾システムは再び標的物体１１上に名目的に心合わ
せされ、システムはステップ９２において照準点を維持
するように戻って「ロックモード」に保たれる。
【００１８】要約すれば、本レーザ追尾システムは、標
的物体を追尾する改善されたデバイス及び方法を提供す
る。追尾システムは、潜在的な標的に関して危険を感ず
る領域を探索するレーザビーム指示装置を使用する。潜
在的な標的を検出するとレーザ追尾システムは、レーザ
ビーム指示の探索パターンを変え、それを潜在的な標的
の脆弱な特色上に集束させる。レーザ指示の他に、追尾
システムはイメージング方法をも使用して標的物体のイ
メージ中心をロックする。標的にロックオンした後は、
レーザ追尾システムは閉ループ方式で位置誤差信号を絶
えず生成し、標的を仕留めてしまうまで、操作員の介在
を必要とせずに所望の照準点を自動的に維持することを
可能にする。以上に、本発明をその好ましい実施例に関
して特定的に説明したが、特許請求の範囲から逸脱する
ことなく、変形及び変更を実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザ追尾システムと標的物体との間
の関係を示す図である。
【図２】図１に示す追尾システム及び標的物体のより詳
細な図である。
【図３】レーザ追尾システムに使用されるディザ生成・
検出回路の回路図である。
【図４】レーザ追尾システムに使用される位置感知デバ
イスを示す図である。
【図５】「操作員選択モード」にある時のレーザ追尾シ
ステムの動作を説明する流れ図である。
【図６】「捕捉モード」にある時のレーザ追尾システム
の動作を説明する流れ図である。
【図７】「ロックモード」にある時のレーザ追尾システ
ムの動作を説明する流れ図である。
【符号の説明】
１０ レーザ追尾システム １１ 標的物体 １２ きらめきスポット １４ レーザ送信機 １６ 受信機望遠鏡 １８ 方位・仰角ジンバルマウント ２２ レーザ ２４ 高速舵取り鏡 ２６ 出力レンズ ２８ 受信用レンズ ３０ ビームスプリッタ ３２ 位置センサ ３４ 狭帯域フィルタ ３６ ディザ回路 ３８ ディザ検出器 ４０ 乗算器 ４２ ディザ発生器 ４４ ディザ周波数逓倍器 ４６ ラッチングスイッチ ４８ 積分器 ５０ ドライバ増幅器 ５２ 加算増幅器 ５４ Ｘチャネル ５６ Ｙチャネル ５８ 位置センサ入力レンズ ６０ 象限検出器 ６２、６４ 差分増幅器 ６６ 方位差駆動増幅器 ６８ 仰角差駆動増幅器

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザ標的追尾システムにおいて、 レーザエネルギのビームを生成するレーザ発生器と、 上記レーザエネルギのビームを舵取りし、且つ上記レー
    ザエネルギのビームをある探索パターンで運動させるビ
    ーム舵取り装置と、 標的物体から反射したレーザエネルギを受信し、上記反
    射したレーザエネルギに応答して上記ビーム舵取り装置
    に上記探索パターンを変化せしめる受信デバイスと、 を備えていることを特徴とするレーザ標的追尾システ
    ム。
  2. 【請求項２】 上記受信デバイスに結合され、上記受信
    デバイスによって生成された駆動信号に応答して上記レ
    ーザ追尾システムを回転させるように動作可能な駆動デ
    バイスを更に備えている請求項１に記載のシステム。
  3. 【請求項３】 上記ビーム舵取り装置は、上記レーザエ
    ネルギのビームを振動させるように上記レーザエネルギ
    のビームを舵取りする請求項１に記載のシステム。
  4. 【請求項４】 上記ビーム舵取り装置に上記レーザエネ
    ルギのビームを第１の方向にディザせしめる第１のディ
    ザ発生器と、上記ビーム舵取り装置に上記レーザエネル
    ギのビームを第２の方向にディザせしめる第２のディザ
    発生器とを更に備えている請求項３に記載のシステム。
  5. 【請求項５】 上記受信デバイスは、 標的追尾情報を含む入射エネルギビームを受信し、上記
    入射エネルギビームと参照軸との間の角変位を決定する
    ように動作可能な位置センサと、 上記入射エネルギビームを受信し、上記入射エネルギビ
    ーム内の上記反射したレーザエネルギの存在に応答する
    きらめき検出器と、を備えている請求項２に記載のシス
    テム。
  6. 【請求項６】 上記位置センサは、上記入射エネルギビ
    ームが上記反射したレーザエネルギを含んでいると応答
    する請求項５に記載のシステム。
  7. 【請求項７】 上記入射エネルギビームを、別々の成分
    に分離して上記位置センサ及び上記きらめき検出器に供
    給するビームスプリッタを更に備えている請求項５に記
    載のシステム。
  8. 【請求項８】 上記位置センサは上記角変位に対応する
    誤差信号を生成し、それによって上記駆動デバイスに上
    記レーザ追尾システムを回転せしめて上記角変位を０に
    駆動する請求項５に記載のシステム。
  9. 【請求項９】 上記きらめき検出器及び上記位置センサ
    は、上記探索パターンのサイズを集合的に縮小させ、上
    記探索パターンを上記標的物体の検出された特色上に集
    束させるように動作する請求項５に記載のシステム。
  10. 【請求項１０】 上記きらめき検出器は、上記入射エネ
    ルギビーム内に上記反射したレーザエネルギが検出され
    ると、上記探索パターンのサイズを縮小せしめる請求項
    ５に記載のシステム。
  11. 【請求項１１】 上記入射エネルギビームが上記きらめ
    き検出器によって受信される前に、上記入射エネルギビ
    ームを処理する周波数選択性フィルタを更に備えている
    請求項５に記載のシステム。
  12. 【請求項１２】 上記位置センサは、上記入射エネルギ
    ビームが標的物体中心情報を含んでいると応答する請求
    項５に記載のシステム。
  13. 【請求項１３】 位置センサにおいて、 標的追尾情報を含む入射放射ビームを感知する検出デバ
    イスと、 入射点において上記入射ビームを上記検出デバイスの表
    面上に集束させる入力レンズと、 上記入射点と上記検出デバイスの上記表面上に位置する
    参照点との間の距離を測定することによって、参照軸か
    らの上記入射ビームの角変位を測定する測定デバイス
    と、を備えていることを特徴とする位置センサ。
  14. 【請求項１４】 上記測定デバイスは、上記距離を直交
    座標に分解するように動作可能である請求項１３に記載
    の位置センサ。
  15. 【請求項１５】 上記測定デバイスは、上記距離を上記
    参照点と上記入射点との間の電位として測定する請求項
    １４に記載の位置センサ。
  16. 【請求項１６】 レーザをベースとする追尾方法におい
    て、 レーザエネルギのビームを生成するステップと、 上記レーザエネルギのビームをある探索パターンで舵取
    りするステップと、 標的物体から反射したレーザエネルギから形成される命
    中スポットを検出するステップと、 上記命中スポットを検出する上記ステップに応答し、上
    記探索パターンのサイズを縮小させるステップと、 上記縮小させた探索パターンを、上記標的物体の上記命
    中スポットに対応する特色上に集束させるステップと、
    を備えていることを特徴とする方法。
  17. 【請求項１７】 上記縮小させた探索パターンを集束さ
    せる上記ステップは、 上記命中スポットと参照軸との間の角変位を測定するス
    テップと、 上記角変位に対応する誤差信号を生成するステップと、 上記誤差信号を０に減少させるように上記追尾デバイス
    を配向するステップと、を備えている請求項１６に記載
    の方法。
  18. 【請求項１８】 上記標的物体上の標的中心を検出する
    ステップを更に備えている請求項１６に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 上記集束ステップは、 上記標的中心と参照軸との間の角変位を測定するステッ
    プと、 上記角変位に対応する誤差信号を生成するステップと、 上記誤差信号を０に減少させるように上記追尾デバイス
    を配向するステップと、を備えている請求項１８に記載
    の方法。
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