(57)【要約】【課題】  従来、電波センサーでは低高度を接近する目標を捕捉することが難しく、光学センサーでは遠距離の脅威を捕捉することが難しいため、低高度及び超音速で接近してくる目標を遠距離で対処することができないという問題があった。【解決手段】  高出力連続波レーザー光をパルス変換器によってパルス化し、レーザー放射器から遠方より接近する目標に対してパルス化されたレーザー光を照射して、反射レーザー光を光学センサーで受信する。この受信信号の解析情報を元にレーザー放射器を駆動して目標を追尾し、目標が所定距離に接近した際にパルス動作を停止して、追尾目標に対し高出力連続波レーザ光を照射することにより、低高度目標に対して遠距離で対処することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高出力レーザー光を発生する高出力レーザー発振器と、
上記高出力レーザー発振器により発生したレーザー光をパルス変調するパルス変換器と、
上記パルス変換器によりパルス変調されたレーザー光を空間に出射するレーザー光学系と、
上記レーザー光学系から出射され、目標で反射した反射レーザー光を受光し、目標を検出する受光器と、
上記受光器の検出目標が所定距離内に接近したときに、上記パルス変調器から連続光が出力されるように上記パルス変調器を制御する制御器と、
を備えたレーザー照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高出力レーザー光を空間に出射し、目標に照射するレーザー照射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ミサイルや航空機などの飛翔体の目標を、可視や赤外光などを検出する光波センサによりパッシブに探知し、探知した目標のテール部を抽出して目標を追尾した後、追尾目標の先頭部位を特定してレーザー光を照射することにより、その先頭部位を照準点として目標追尾を継続するレーザー照射装置が知られている。また、電波レーダを用いることで、遠距離に存在する目標を初期探知する装置も知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２９７５４号公報
【０００４】
また、光波センサにより捕捉及び追尾中の目標に対して高出力レーザー光を照射し、目標の動作、機能を停止させるか、もしくは破壊するレーザー照射装置として、レーザーガンシステムが知られている。このシステムにおいては、電波レーダを用いて遠距離に存在する目標を検出した後、光波センサにより目標を捕捉、追尾することで、所定の射程距離内に存在する目標に対し、高出力レーザー光を照射するための照準を合わせることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のレーザー照射装置は、電波レーダを用いて遠距離に存在する目標を探知する場合、レーダークラッタの影響により低高度で接近してくる目標の探知が難しかった。特に、レーザー照射装置を海面上で利用する場合、海面からのレーダクラッタの信号レベルが大きく、海面上を低空飛行する目標の探知が難しくなる。
【０００６】
また、光学センサは低高度に存在する物体でも捕捉可能であるが、パッシブセンサであるため遠距離にいる目標の捕捉ができなかった。そのため、低高度、超音速で接近してくる目標の発見が遅れ、遠域で目標に対処することができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、高出力レーザー光を用いて遠距離の目標を探知することで、低高度及び超音速で接近する目標を遠距離で対処可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によるレーザー照射装置は、高出力レーザー光を発生する高出力レーザー発振器と、上記高出力レーザー発振器により発生したレーザー光をパルス変調するパルス変換器と、上記パルス変換器によりパルス変調されたレーザー光を空間に出射するレーザー光学系と、上記レーザー光学系から出射され、目標で反射した反射レーザー光を受光し、目標を検出する受光器と、上記受光器の検出目標が所定距離内に接近したときに、上記パルス変調器から連続光が出力されるように上記パルス変調器を制御する制御器と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、低高度及び超音速で接近して来る目標についても、遠距離で捕捉及び追尾することができる。また、目標の捕捉及び追尾時に、目標にパルス変調されたレーザー光が照射された状態で、目標が所定距離に到達した時点でレーザー光を迅速に連続波光に変化させることができるため、目標への迅速な対処が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、本発明に係る実施の形態１のレーザー照射装置について、図を用いて説明する。
図１は、実施の形態１によるレーザー照射装置の構成を示す図である。
図において、レーザー照射装置は、光学補償を行うレーザ光学系１７と、光学センサ１８と、高出力レーザー光を発振する高出力レーザー発振器３と、パルス変換器２２と、受信信号処理器５とを備えている。レーザー光学系１７と光学センサ１８と駆動制御器６は、レーザー放射器９を構成する。また、光学センサ１８と受信信号処理器５は受光器を構成する。目標１００は、例えば十分遠方から接近してくる航空機やミサイル等の飛翔体である。レーザ光学系１７は目標１００に対しレーザー光２３を照射し、目標１００から反射して戻って来るレーザー反射光（以下、反射光）２４を受光する。パルス変換部２２は、高出力レーザー発振器３の出射口の先に配置され、入力されるレーザー光をパルス化して出力する機能を有する。また、パルス変換部２２は、その作動を停止することで、レーザー光を連続波のまま出力する機能も有する。
【００１１】
高出力レーザー発振器３は、励起用レーザ光源から射出されたレーザー光を、例えばレーザ媒質ガスの充填されたレーザ共振器に照射することで、連続波の高出力レーザー光（連続波レーザー光）を発振する。高出力レーザー発振器３から出力された連続波レーザー光は、パルス変換器２２に入力され、パルス変換部２２は連続波レーザー光をパルス波（パルスレーザ光）に変換する。レーザー光学系１７は、パルス変換部２２により変換されたパルスレーザ光を集光し、空間内の所望方向に放射する。レーザー放射器９は、レーザー光学系１７のレーザ出射方向（視軸方向）を直交２軸周りに回転可能に基台（図示せず）に軸支されており、例えば半球内の任意方向に存在する目標１００に向けて、レーザー光学系１７により集光されたパルスレーザ光２３を出射することができるように、駆動制御器６により走査駆動される。これによって、レーザー放射器９は、パルスレーザ光を出力するパルスレーザレーダとして機能する。
【００１２】
レーザー放射器９から目標１００に向け出射されたパルスレーザー光２３は、目標１００に照射されると、目標１００の表面にて反射され、その反射光２４の一部がレーザー放射器９の光学センサ１８にて受光される。このとき、光学センサ１８はレーザー光学系１７とともに直交２軸周りに回転し、光学センサ１８の受光面垂直方向はレーザー光学系１７の視軸方向に一致するように、レーザー放射器９に取り付けられている。光学センサ１８は、フォトダイオードのような光電素子を含む光電変換回路によって構成されている。光学センサ１８により受光した反射光２４は、光学センサ１８において光信号から電気信号に変換され、受信信号処理器５に出力される。受信信号処理器５は、光学センサ１８からの電気信号に基づいて、目標抽出および目標測距、目標測角のための信号処理を行って目標を探知し、探知した目標の存在方向や目標までの距離、速度を含む目標情報を求め、求めた目標情報を制御器３０に送信する。
【００１３】
制御器３０は、得られた目標情報を、制御器３０の所持する入出力装置である入出力コンソール４に送り、入出力コンソール４は操作者に対して目標情報を図示しない表示装置に表示する。制御器３０は、得られた目標情報に基づいて追尾フィルタや目標移動予測位置などの目標の追尾情報を求め、レーザー放射器９が目標を追尾するように、駆動制御器６に追尾制御信号を送る。駆動制御器６は、制御器３０からの追尾制御信号に基づいてレーザー放射器９を駆動制御して、レーザー放射器９から目標１００に向け出射されるパルスレーザー光２３が継続して目標に照射されるように、目標を追尾する。また、制御器３０は、受信信号処理器５から送出される目標情報に基づいて、目標１００がレーザー放射器９から所定距離（レーザーガン射程距離）以内に接近した場合、レーザー放射器９から連続波レーザー光が出力されるように、パルス変換器２２における変調動作を制御する。これによって、レーザー放射器９は高出力連続波レーザーを出力することで、目標に対して高エネルギーレーザーを照射するレーザーガンとして機能する。上述のレーザーガン射程距離とは、レーザー放射器９から連続波レーザー光が出力される際に、目標１００に減衰して到達する連続波レーザー光のエネルギー強度が、目標１００の動作、機能を停止させるか、もしくは破壊するのに十分な強度を確保するのに十分な距離として、操作者により適宜設定される。
【００１４】
このように、レーザー光をパルス化することでレーザーガンを測距機能に長けたレーザーレーダーとして機能させ、また大気減衰によるレーザーの出力低下に対しても、高出力レーザー発振器３から出力される高出力レーザーの特性を活かして、より遠方の探知及び測距を実現することが可能となる。すなわち、実施の形態１によるレーザー照射装置は、目標の探知、測距、追尾及びレーザーガン機能を有する。
【００１５】
また、光学センサ１８は、単体でも目標１００の捕捉及び追尾ができる。例えば、光学センサ１８は２次元画像検出素子で構成されることにより、その視線方向に存在する目標１００の画像を検出することができるので、その検出画像に基づいて目標１００のより精度の高い画像追尾を行うことができる。
【００１６】
なお、ここで説明するパルス変換器２２は、連続波をパルス化することができるものであればどのようなものでもよく、例えば電磁シャッターのようなものが挙げられる。電磁シャッターを用いる場合は、断続的にシャッターが閉じている間、レーザー光がシャッターにより遮蔽される。また、パルス変換器２２の作動が停止すれば、シャッターが開き、レーザー光が遮蔽されずに連続的にパルス変換器２２を通過することとなる。このとき、レーザー光がシャッターにより遮蔽され、シャッターに直接レーザー光が照射されることにより、シャッターが発熱する。このため、発熱によるシャッターの損傷を防止するように、シャッターにヒートシンクや冷却配管などの排熱及び冷却機能を設けておくと良い。
【００１７】
次に、実施の形態１によるレーザー照射装置の動作について説明する。
図２は、実施の形態１によるレーザー照射装置の処理動作の一例を示したフローチャートである。
まず、遠方や周囲に配置されたレーダ装置や、航空機に搭載されたレーダ装置などの外部装置から取得されたレーダ情報に基づいて、操作者が十分遠方から接近する目標１００の存在を認知し、接近する目標の概略位置や速度を示す目標接近情報を得る。
すると、操作者が入力する動作開始指令、又は目標接近情報の外部装置からの自動入力に応じて自動的に発生される起動指令に基づいて、レーザー照射装置がレーザーレーダー機能を用いた目標の探知を開始し、空間スキャンが開始される（ステップＳ１１０：パルスレーザーモード）。
【００１８】
この空間スキャンでは、パルス変換器２２にて高出力レーザー発振器３から発生する高出力連続レーザー光のパルス変調が行われる。これによって、高出力連続レーザー光がパルス化され、レーザー光学系１７を経由してレーザー放射器９から、十分遠方より接近してくる目標１００に向けて、パルスレーザー光２３が出射される。
このとき、レーザー放射器９は、駆動制御器６により目標が接近して来る方角付近で空間スキャンできるように駆動される。レーザー放射器９から出射されたパルスレーザー光２３は目標１００の表面で反射される。目標１００の表面で反射されたパルスレーザー光の反射波２０の一部は、光学センサ１８にて受信される。
【００１９】
光学センサ１８にて受信された受信信号は、受信信号処理器５へ送信され、受信信号処理器５にて処理された目標情報が制御器３０に送られる。制御器３０は、受信信号処理器５から入力された目標情報を分析し、受信信号処理器５で目標１００からの反射信号を検出できたか否かの判断を行う（ステップＳ１１１）。
この判断は、例えば予め得られた目標の概略存在位置の周辺位置（例えば所定半径以内）から、所定強度以上の反射信号が得られたか否かで判断する。
また、受信信号処理器５は、入出力コンソール４へ目標情報を送信し、目標１００の位置情報のリアルタイム出力を行う。
【００２０】
このとき、もし目標１００からの反射信号を検出できていない場合、ステップＳ１１０に戻り、目標１００の空間スキャンを継続する。
また、目標１００からの反射信号を検出できた場合、目標１００の捕捉及び追尾を開始し（ステップＳ１１２）、目標１００の位置までの測距を行う（ステップＳ１１３）。
その結果、ステップＳ１１３にて測距された距離は図示しない制御器３０の入出力コンソール４に表示され、操作者が、当該測距された距離がレーザーガンの射程距離以内であるかどうかの判断を、入出力コンソール４を通じて行い、その判断結果が制御器３０に伝達される（ステップＳ１１４）。
また、ステップＳ１１３にて測距された距離がレーザーガンの射程距離以内であるかどうかの判断を支援するため、入出力コンソール４が予め設定した基準射程距離との比較結果を表示し、判断結果の入力を促す操作指示表示を操作者に提供しても良い。
【００２１】
制御器３０に伝達される判断結果に基づいて、もし測距された距離がレーザーガンの射程距離内でない場合には、ステップＳ１１２へ戻り、目標追尾及び測距処理を継続して行う。
また、測距された距離がレーザーガンの射程距離内である場合には、制御器３０から動作停止指令が発生し、当該動作停止指令に基づいて、パルス変換器２２が作動を停止し、連続波によるレーザー光の出射が行われ、レーザーガンとしての機能が作動する（ステップＳ１１５：レーザーガンモード）。
このとき、射程距離以内に目標１００が接近したことが判明した時点で、レーザーレーダーによるアクティブな捕捉及び追尾が、光学センサー１８単体によるパッシブな捕捉及び追尾に切り替わる。
そして、レーザー放射器９は光学センサー１８で捕捉した目標に高出力の連続波レーザー光を照射し、数秒間の照射の後、目標の損傷又は破壊を行う（ステップＳ１１６）。
かくして、ステップＳ１１６が処理された後、再びステップＳ１１０に戻り、空間スキャンが開始される。
【００２２】
本実施の形態１によるレーザー照射装置は以上のように構成されるので、低高度及び超音速で接近してくる目標１００を遠距離で捕捉及び追尾することができる。また、捕捉及び追尾の時点で、既に目標１００にレーザーを照射している状態であるので、目標１００がレーザーガンの射程距離内に接近した時点で、目標１００に対して高出力レーザーを照射可能な状態へ迅速に移行することができる。このため、遠域での目標対処を可能にする。
【００２３】
また、本実施の形態１によれば、飛翔体発射システムのような他の射撃指揮装置との連接により、電波センサーで捕捉しにくい低高度及び超音速の目標情報を、飛翔体発射システムへ提供することができ、より精密な飛翔体誘導を行うことができる。特に、本実施の形態１によるレーザー照射装置を艦船に搭載することにより、高出力レーザーを利用してその防空域に侵入してくる目標を破壊することができるので、艦船から対空に向けて飛翔体を発射する飛翔体発射システムに対する補完システムを得ることができる。
【００２４】
さらに、光学センサーは低高度探知の可能なパッシブセンサーであり、その有効な探知範囲が数ｋｍ程度の近距離に限定されるのに対し、本実施の形態１によるレーザー照射装置はパルスレーザーモードを有しているので、レーザーガンを遠距離に存在している目標の探知補完手段として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る実施の形態１によるレーザー照射装置の構成を示す図である。
【図２】本発明に係るレーザー照射装置の処理の一例を説明するために示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２６】
３  高出力レーザー発振器、４  入出力コンソール、５  受信信号処理器、６  駆動制御器、９  レーザー放射器、１７  レーザー光学系、１８  光学センサー、２２  パルス変換器、３０  制御器。
【図１】
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【図２】
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