(57)【要約】  本発明は、大きな脅威範囲で動作するための自律管理能力および運動範囲を有する多数の破壊ビークル16を含んでいるＭＫＶ迎撃装置10を提供する。各ＫＶはその固有のＫＶ配備と指定されたマスターＫＶにより割当てられた決定されたターゲット体積に対するターゲット交戦を自己管理することができる。少なくとも１つのＫＶはミッションプランの分離後における更新を必要とせずに全てのＫＶの分離後を管理することができるマスターである。自律能力および増加された運動範囲はブースタのより効率的な使用と脅威のより効率的な交戦を行う。【選択図】図１
2009535595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲットを迎撃するための多弾頭破壊ビークル（ＭＫＶ）迎撃装置（10）において、
弾頭軌跡上に迎撃装置を発射するためブーストおよび姿勢制御を行うように構成されたブースタ段（12）と、
複数の自律破壊ビークル（ＫＶ）（16）と、
ターゲットクラウドと交戦するためのミッションプランを有するＫＶを発射し展開して配備する期間中にＫＶをサポートするように構成されるキャリアビークル（ＣＶ）アダプタ（14）と、
ミッションプランの更新を受信し、ＫＶの配備およびターゲット交戦についてのミッション情報を送信するためにＣＶまたは１つの指定されたマスターＫＶ上の双方向の空対地データリンク（48、50、110、111）とを具備し、前記各自律ＫＶは、
他のＫＶと通信するための双方向の空対地データリンク（100）と、
ＫＶの位置および方位を決定するように構成された慣性測定サブシステム（101）と、
ミッションプランからの明白なターゲット割当てをサポートするためにターゲットクラウドの決定されたターゲット体積を画像化し弁別を行うように構成された受動センササブシステム（104）と、
挿入エラーを除去し、決定されたターゲット体積を追求するための運動範囲を有するダイバート姿勢制御システム（ＤＡＣＳ）（106）と、
その固有のＫＶ配備と、指定されたマスターＫＶにより割当てられた決定されたターゲット体積に対するターゲット交戦を自己管理することができる誘導装置（108）とを具備し、
少なくとも１つの前記ＫＶ誘導装置（108）はターゲットクラウドを迎撃するミッションプランを実行するために前記指定されたマスターＫＶとして分離後のＫＶ配備とターゲット交戦とを管理するように構成されているＭＫＶ迎撃装置。
【請求項２】
前記アダプタはＫＶ上の受動センサ（112）を冷却するために、ＫＶの分離後の残留する上昇期間中に前記各ＫＶ上にアイスブロックを形成するように構成されたクライオ冷却システム（52）を支持している請求項１記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項３】
前記アダプタはさらに上昇期間中に電力をＫＶへ供給する信号調整装置（34）と、
ターゲットクラウドと交戦するためのミッションプランを受信し処理し、ターゲットクラウドの指定されたターゲット体積を各ＫＶに割当て、少なくとも１つの指定されたマスターＫＶの分離前のミッションプラン全体を送るプロセッサ（46）をサポートする請求項１および２記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項４】
前記慣性測定システムはターゲット画像のフレーム毎に追跡するデータを提供し、各ＫＶはさらに、
雑音を減少されたターゲット画像を生成し前記雑音の減少されたターゲット画像中のオブジェクトを検出するために受動センサシステムにより捕捉された多数のターゲット画像を運動補償し時間的に平均するために既存のフレーム毎に追跡するデータを使用するビデオプロセッサ（170）と、
雑音の減少されたターゲットを既存のターゲット追跡と相関するためにフレーム毎に追跡データを使用する追跡装置（170）とを具備している請求項１記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項５】
各ＫＶの誘導装置は指定されたマスターＫＶとして分離後のＫＶの配備およびターゲット交戦を管理するように構成されている請求項１および２記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項６】
前記双方向の空対地リンクはＣＶアダプタ（14）上に設けられている請求項１記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項７】
ターゲットを迎撃するための多弾頭破壊ビークル（ＭＫＶ）迎撃装置において、
弾頭軌跡上に迎撃装置を発射するためにブーストおよび姿勢制御を行うように構成されたブースタ段（12）と、
複数の自律破壊ビークル（ＫＶ）（16）と、
ターゲットクラウドと交戦するためのミッションプランを有するＫＶを発射し展開して配備する期間中にＫＶをサポートするように構成されているキャリアビークル（ＣＶ）（14）とを具備し、
前記各ＫＶは運動範囲を与える推進システムと、指定されたマスターＫＶとしてミッションプランにしたがって分離後のＫＶ配備およびターゲット交戦を自律的に管理し、ミッションプランの分離後における更新を必要とせずに指定されたマスターＫＶにより割当てられた決定されたターゲット体積についてのその固有のＫＶ配備およびターゲット交戦を自己管理するための誘導システムを有する多弾頭破壊ビークル（ＭＫＶ）迎撃装置。
【請求項８】
前記ＣＶ（14）は推進および、挿入エラーを除去する感知能力を含んでいない請求項７記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項９】
前記ＣＶは、
ＫＶ上の受動センサを冷却するために、分離後にＫＶと共に残留する上昇期間中に前記各ＫＶ上にアイスブロックを形成するように構成されたクライオ冷却システム（52）と、
上昇期間中に電力をＫＶへ供給する信号調整装置（34）と、
ターゲットクラウドと交戦するためのミッションプランを受信して処理し、ターゲットクラウドの指定されたターゲット体積を各ＫＶに割当て、ミッションプラン全体を少なくとも１つの指定されたマスターＫＶに分離前に送るプロセッサ（46）とを具備している請求項７記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項１０】
分離後、前記指定されたマスターＫＶ（16）はＣＶを介してミッションプランに対する任意の更新を受信し、ＫＶ配備を更新して他のＫＶへ送信し、他のＫＶは挿入エラーを軽減し決定されたターゲット体積を捕捉するために挿入燃焼を行う請求項７記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項１１】
前記指定されたマスターＫＶ（16）は決定されたターゲット体積についてのデータを配備されたＫＶから受信し、ＫＶ配備を更新して、それを他のＫＶへ送信し、他のＫＶはその後決定されたターゲット体積の最終的な交戦を自己管理する請求項１０記載のＭＫＶ迎撃装置。
【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】
本出願は米国暫定特許出願第60/777,880号明細書（発明の名称“Interceptor System and Method Using Multiple Unitary-Capable Kill Vehicles on a Single Booster”、2006年３月１日出願）の優先権の特典を主張しており、この特許文献の内容はここで参考文献として含まれている。
【０００３】
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飛翔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。
【０００４】
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密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非常に良好な正確度でターゲットに衝突しなければならない。
【０００５】
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区域を照射する。好ましい波長範囲はいわゆるミリメートル波長範囲であり、３−８ｍｍが適切である。ターゲット区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。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中に含まれているものと同じ検出器であることが好ましい。
【０００６】
レイセオン社は弾道ミサイルの位置の決定、追跡、衝突のために設計された運動エネルギシステムの最新技術を表している単一の破壊ビークルシステムの分野に参入している。単一の迎撃装置は単一の破壊ビークル（ＫＶ）を含んでいる。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エンドゲーム機能をサポートするための大きい開口の光学センサを有する。
【０００７】
多数の独立して目標を定める再突入ビークル（ＭＩＲＶ）と進歩したおとり手段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。多数の破壊ビークル（ＭＫＶ）の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を配備し既存のコマンド、制御、通信インフラストラクチャおよび組込み試験（ＢＩＴ）手順との適合を維持するためにブースタ段の既存のベースを使用することが強く要望されている。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。
【０００８】
追求している１つの概念は、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を輸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。例えば双方向の空対地データリンクはＫＶと地上局との間の距離により定められ、センサが適切な検出距離と解像度をもつ能力は開口の寸法に比例し、焦点面アセンブリ（ＦＰＡ）クライオ冷却システムは比較的固定されている。これらの決定的なサブシステムの質量／電力／体積の要求は実質的な性能のペナルティなしには単により小さく作られることができない。
【０００９】
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、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号明細書には多数のサブ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されている。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サブ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】
【００１０】
本発明はそれぞれが大きな脅威クラウド範囲を実行するための運動範囲を有している多数の自律破壊ビークル（Ａ−ＭＫＶ）を含んでいるＭＫＶ迎撃装置を提供する。増加された運動範囲はブースタのより効率的な使用と脅威のより効率的な交戦を可能にする。多数の自律ＫＶにより与えられる冗長性は単一点の故障の発生を減少させる。
【００１１】
十分に冗長な構造では、各自律ＫＶには、ターゲットクラウドに交戦するためにＫＶクラウド全体を展開して配備するのを管理する能力と、ターゲットクラウド全体に到達するための捕捉およびダイバート能力と、ターゲットクラウドの決定された体積と交戦しミッションプランからのターゲットの明白な割当てをサポートするためにその割当てられたミッションを自己管理する弁別および追跡能力とが適切に与えられる。クラウドを管理できるＫＶ数またはクラウド全体に到達できるＫＶ数を制限することによって与えられる冗長を少なくすることができる。ミッションプランの実行はターゲットクラウドの位置とターゲット弁別におけるミッションの更新によって強化されるが、これらの更新の受信の故障は完全なミッションの故障ではなく性能の大きな劣化を招く。
【００１２】
既存のブースタ能力によりサポートされる有効な質量／電力／体積の予算、即ち許容予定範囲内で大きな運動範囲をＭＫＶ迎撃装置に与えるために、システムおよび個々のＫＶ機能の革新的な再割当ておよびそれらの質量／電力／体積要求を必要とする。ＫＶは分離されないアダプタから配備される。通常アダプタの質量は挿入エラーをなくすためにセンサまたは推進能力のいずれかをアダプタに与えないことによってＣＶに関して減少される。単一の双方向の空対地データリンクはＫＶと地上との間の通信に使用され、局部的な空対空データリンクはＫＶ間での通信に使用される。分離前に行われたクライオ冷却、電力およびプロセッサ動作はアダプタで中央化されそれによって各ＫＶの質量要求を減少させる。これらの能力は通常のＫＶと特定のブースタとの間でインターフェースするように設計されているアダプタにおいて適切に与えられる。最後に、各ＫＶの弁別要求は簡単なおとりまたは塵に限定され、ＫＶは精密な弁別を行うことを要求されず、それはセンサおよび処理要求を減少させる。単一のＫＶとは異なって多数のＫＶは本物のターゲットのように見える任意のオブジェクトを破壊することにより曖昧さを減少できる。
【００１３】
本発明の第１の特徴では、少なくとも１つの、適切には多数の、好ましくは全てのＫＶがミッションプランを実行するための分離後のＫＶの配備とターゲットの交戦を管理することのできる誘導システムを有している。初期のミッションプランがアップロードされると、ＫＶは自律的に機能することができ、何等の外部コマンドおよび制御もなしにミッションプランを実行することができる。ミッションプランの実行はターゲットクラウドの位置またはターゲットの弁別に関して更新された情報から恩恵を得ることができるが、このような情報の受信に失敗することは完全なミッションの失敗ではなく大きな劣化を生じるだけである。指定されたマスターＫＶは各ＫＶをターゲットクラウドの決定されたターゲット体積に割当て、位置、ターゲット弁別等の任意の関連する情報をＫＶへ送信する。各ＫＶはその後迎撃装置の挿入エラーを補正するのに必要な任意のダイバート操作を行い、決定されたターゲット体積を捕捉し、そのミッションプランを実行する。多数のＫＶは同じターゲット体積に割り当てられることができ、ＫＶは新しい情報が地上から受信されるとき、またはマスターが個々のＫＶにより集められたターゲットクラウドについての情報を統合するときに再度タスクが与えられることができる。この「ネットワーク中心化」方法は効率的にターゲットクラウドを迎撃するためにマスターＫＶがＫＶクラウドを展開させて配備することを可能にする。
【００１４】
本発明の第２の特徴では、単一のＫＶに存在する空対地データリンクは多数の各ＫＶで複製されない。その代わりに単一のトランシーバがＫＶまたはアダプタの一方に配置され、それによって迎撃装置と全ての個々のＫＶではなくても大部分のＫＶの質量／電力／体積の要求を減少させる。トランシーバがアダプタ上に配置されるならば、そのアダプタには更新されたミッションプランを少なくとも指定されたマスターＫＶへ送信しミッション情報を受信するための空対空データリンクも設けられる。トランシーバが１つのＫＶ上に位置されるならば、そのＫＶは適切に最初に指定されたマスターＫＶである。増加された質量／電力／体積を補償するため、そのＫＶに与えられる推進材料は少なくてもよく、ターゲットクラウドの最も近い部分を割当てられることができる。
【００１５】
本発明の第３の特徴では、センサクライオ冷却システムの大部分が各ＫＶからアダプタへ移動される。クライオ冷却は各ＫＶに搭載された赤外線受動センサの性能を保持するために必要とされる。アダプタには加圧される気体ボトル、弁等が設けられ、これらは迎撃装置の上昇段期間中に各ＫＶ上に固体−気体アイスブロックを生成するように構成されている。アイスブロックはＫＶの分離後も存在し、ミッション期間中にセンサ温度を維持する。これは各ＫＶの質量／電力／体積の要求を減少する。
【００１６】
本発明の第４の特徴では、アダプタに搭載されたバッテリは迎撃装置の発射および上昇段階中にＫＶを付勢するために使用される。アダプタ上に大きなバッテリを設けることは各ＫＶ上のバッテリが小さくなることを可能にする。
【００１７】
本発明の第５の特徴では、アダプタに搭載されたプロセッサはアップロードされたミッションプランおよび任意の早期の更新または付加的な情報を受信し、上昇期間中に指定されたマスターＫＶまたは全てのＫＶへ分配するように情報を処理する。結果として、ＫＶは分離に近い上昇段階で後に付勢されることができ、したがって電力を保存し、ヒートシンクの質量を減少させることができる。
【００１８】
本発明の第６の特徴では、単一のＫＶよりも小さい開口を有する受動センサが設けられる。検出距離および解像度は開口の寸法によって大体定められる。検出距離はセンサにより捕捉された多数のフレームを整列し、その後時間的に平均することにより強化される。時間的な平均化はセンサの雑音を減少し、それによって効率的な信号対雑音比を増加し、それによって検出距離を増加する。ＫＶに搭載された慣性計器は画像の既存のターゲット追跡との相関をサポートするためにターゲット画像のフレーム毎の整列を行う。この既存の追跡データは時間的な積分のために画像フレームを整列するための必要な運動補償を行うために使用される。減少された解像度の受動センサは精密なおとりを弁別する能力を保持しないが、多数のＫＶが全体的に改良された破壊性能を可能にするために配備される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。  
本発明は大きな脅威範囲を動作するための自律管理能力および運動範囲を有する多数の破壊ビークルを含んでいるＡ−ＭＫＶ迎撃装置を提供する。各ＫＶはその固有のＫＶ配備と指定されたマスターＫＶにより割当てられた決定されたターゲット体積に対するターゲット交戦を自己管理することができる。少なくとも１つのＫＶはミッションプラン分離後に対する更新を必要とせずに全てのＫＶの分離後を管理することができるマスターである。自律能力および増加された運動距離範囲はブースタのより効率的な使用と脅威に対する効率的な交戦を行う。多数の自律ＫＶにより与えられる冗長性は単一点の故障の発生を減少させる。
【００２０】
迎撃装置システムはターゲットクラウドの捕捉、オブジェクトの解像度、確かなオブジェクトの追跡、ターゲットオブジェクトの弁別およびターゲットの弾頭のホーミングを含めたエンドゲーム機能を実行しなければならない。特定の脅威、あるいは好ましくは迎撃装置と個々のＫＶの質量／体積／電力（“ＭＶＰ”）予算における制約を受ける脅威の範囲に対するこれらのエンドゲーム機能を確実に実行することができる迎撃システムを提供する試みが行われている。ＭＶＰ予算は既存のインフラストラクチャおよびブースト段を使用するための物理学的、経済学的、要望により決定される。迎撃装置を発射するブースト能力とＫＶを迎撃ターゲットにダイバートする推進能力は質量に正比例する。ブーストおよび推進能力が制約されないならば、多数の単一のＫＶは非常に大きいリフト段により運搬されることができるが、これは実現可能ではない。したがって迎撃装置システムを通してエンドゲーム機能を割当てる方法とそれに対応したＭＶＰ予算を割当てる方法についての挑戦が行われている。
【００２１】
性能上の理由で、ＭＫＶ迎撃装置の各ＫＶにおける単一のＫＶの自律管理および運動範囲能力を維持することが望ましい。「自律」はミッションプランに対する更新または付加的な情報或いは外部待ち行列分離後であることを必要とせずに、ミッションプランを実行する単一のＫＶの能力を指している。ＭＫＶの文脈では、自律はミッションプランを実行するための配備を管理するＭＫＶの集合的な能力と、決定されたターゲット体積を遂行する個々の能力を指している。このような更新または付加的な情報は役立つ可能性があるが、必要とされるわけではなく、それがなくても完全なミッションの故障を招かないが、性能能力の大きな劣化を生じる可能性がある。自律管理は単一のＫＶを必要とし、したがって各ＭＫＶはその位置および方位を決定し、決定されたターゲット体積を捕捉し、挿入エラーを除去し、「運動範囲」と共に割当てられたターゲットを解像し、迎撃のためにダイバートする能力を有する。
【００２２】
前述したように、単一のＫＶは実質的に性能のペナルティなく多数のＫＶのＭＶＰ予算を満たすために単に最小化されることができない。同時係属出願の米国特許出願第11/286,760号明細書（発明の名称“Multiple Kill Vehicle (MKV) Interceptor and Method for Intercepting Exo and Endo-Atmospheric Targets”2005年11月23日）ではターゲット捕捉、初期追跡、ＣＶにおける弁別のエンドゲーム機能を中央化し、各ＫＶへのターミナルホーミングの機能を分配する。ＣＶはＬＷＩＲ受動センサとＥ／Ｏアクチブセンサとを搭載する。各ＫＶにはＳＷＩＲまたはＭＷＩＲ受動センサが設けられている。この方法は単一のＫＶの自律管理能力を保有せず、ＣＶがターミナルホーミングのために最終的なハンドオーバーをする前に失われたならば、ＫＶはその割当てられたミッションを完了できない。さらにＣＶはアクチブに各ＫＶに合図を送る程度に十分近くに存在している間にターゲットスペース全体を撮像できなければならないので、ＫＶクラウドの運動範囲は限定される。
【００２３】
本発明は各ＫＶが単一のＫＶ迎撃装置の自律管理能力と運動範囲（検出距離およびダイバート操作）を維持するＡ−ＭＫＶ迎撃装置を提供する。これはより大きな開口の光学系の実効距離を与えることができる各ＫＶにおけるビデオ処理を行うことにより、クライオ冷却、空対地通信、分離前電力、アダプタ上での処理、受動センサ体積の減少のような機能を中央化することによって各ＫＶの質量を減少することにより実現される。各ＫＶは指定されたマスターにより割当てられた決定されたターゲット体積を実行するためにその配備を自己管理できる。少なくとも１つ、好ましくは全てのＫＶがミッションプランを実行するために全てのＫＶの配備を管理する「マスターケパブル」である。さらにより多くの破壊がブースタ毎に行われるので、各ＫＶが単一のＫＶの精密な弁別を行うことは現在必要とされていない。これはセンサおよび処理の要求、したがって体積を減少させる。最低でも、各ＫＶは割当てられたターゲットを選択し迎撃するために決定されたターゲット体積中のオブジェクトを解像できなければならない。各ＫＶは脅威を与える弾道軌跡にはないオブジェクトを識別し排除する能力ももたなければならない。さらに各ＫＶは簡単なおとりおよび塵を弁別できることが好ましい。
【００２４】
減少された弁別要求は発展する脅威の評価から生じる。単一のＫＶおよび前記同時係属出願中のＭＫＶ迎撃装置のような開発中の現在のミサイル防衛システムは多弾頭各個誘導弾道弾（ＭＩＲＶ）と高い精度のおとりを有する多くのミサイルを同時に発射できる敵と交戦するように構成されている。可能性のあるターゲットの完全な数とおとりの精密さは同数のＫＶにより反撃されることができない。その結果として迎撃装置システムは選択されたターゲットを管理可能な数まで減少させるためにターゲットクラウドから実際のターゲットを選択する精密な弁別能力を必要とする。進化する脅威の評価は、ＭＩＲＶにより少数のミサイルしか発射できない限定された能力を有する敵が初歩的なおとり能力しかもたないことについて行われる。このシナリオでは、ミサイル防衛システムは全ての可能なターゲットまたはターゲットと思われる少なくとも任意の目標を迎撃できる。これは性能の要求、したがってセンサ能力の大部分を減少させる。脅威が再度さらに増加した弁別能力を必要とするように発展するならば、本発明は各ＫＶに搭載されたセンサ能力を増加し、センサの進歩と質量を増加させずに必要な弁別を行うためのおよび処理技術を使用して適合するための他の機能を割当てることによりまたは弁別情報を別のソースから受信することによりこれらの要求に適合することができる。
【００２５】
ＭＫＶ迎撃装置は本発明の技術的範囲外の多くの機能を含んでいる非常に複雑なシステムである。したがって、アダプタ、ＫＶ、捕捉および誘導方法の図および説明は明瞭さと簡潔にする目的で本発明の主題に限定されている。他の機能は運動エネルギ迎撃装置を使用するミサイル防衛システムの当業者によく知られている。
【００２６】
［Ａ−ＭＫＶ迎撃装置およびアダプタ］  
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は多段ブースタ12を含んでおり、そのうちの第３段だけがこの実施形態に示され、さらに非分離のアダプタ14、最初にキャリアビークルおよびシュラウド18中に保管されている複数の自律ＫＶ16を含んでいる。ブースタの第３段12は迎撃装置を弾道迎撃軌跡へ操作する。迎撃装置が地球の大気圏を出るならば、発射期間中に迎撃装置を汚染、周囲の空気力学的圧力、加熱から保護するシュラウドが放棄される。第３段のブースタ12もアダプタ14も挿入エラーを除去するダイバート能力或いはターゲットを捕捉または弁別する任意のセンサ能力を含んでいない。第３段のブースタとアダプタは基本的にＫＶを任意の迎撃装置のパス上に発射し、上昇分離前の期間中にある機能を行うための単なる輸送手段（バス）である。
【００２７】
迎撃装置の第３段のブースタは、姿勢制御システム20と、慣性測定装置（ＩＭＵ）22と、弾道迎撃軌跡に沿って飛行するときに迎撃装置を適切な方向に向けた状態を維持するためのミッションプロセッサ24とを含んでいる。ミッションプロセッサはまた予め発射されたアダプタと通信し、組込み試験（ＢＩＴ）を行い、初期ミッションプランと上昇期間中に受信された任意の更新とを通信リンク26を介してアダプタへアップロードする。初期ミッションプランは衛星、レーダ、その他のセンサからの入力により地上で公式化され、ターゲットクラウドの位置および方向を最小にする。初期プランまたはそのプランに対する更新は位置および飛行方向情報を精巧にし続け、ターゲットの数、ターゲットの弁別、ターゲットの優先順位に関する情報を提供する。バッテリ28と電力調節装置30は電力をミッションプロセッサ24とアダプタへ供給する。ブースタはまた運動追跡アルゴリズムを開始するための第１の運動を含んでいる複数のエネーブルメントコマンド、同期された時間クロック、分離の準備を行うためＫＶを付勢するためのセーフを提供し、ブースタは燃焼され、安全に分離する。ブースタはまたアダプタに結合されたアンテナ32を含んでいる。
【００２８】
アダプタ14は発射および上昇期間中にＫＶ16をサポートする機械的サポート構造33を含み、ターゲットクラウドと交戦するために挿入点でミッションプランによりそれらを配備する。典型的な単一ＫＶ  ＣＶはミッションプランをアップロードしＢＩＴを行うために連結手段35を介してＫＶへまたはＫＶからのデータを通過するための信号調整装置（ＳＣＵ）34と、ＫＶが上昇期間中に地上と通信することを可能にするアンテナ36と、アクチュエイタ駆動装置38と、配備のためにＫＶを物理的に解放する解放機構40と、連結手段35が破壊されてＫＶが分離されるときを検出する解放センサ44とを含んでいる。
【００２９】
本発明では、上昇中の分離前の期間中に行われることができる付加的な機能はアダプタ14で中央化されている。ＳＣＵ34にはＢＩＴ、発射、上昇期間中にＫＶの付勢に使用されるバッテリ45が設けられている。これは配備されるとミッションを完了することを必要とされる各ＫＶ上のバッテリの寸法を減少させる。ＳＣＵ34には初期ミッションプランと、ターゲットクラウドの決定されたターゲット体積に特別なＫＶを割当てるため任意の更新分離前処理をするプロセッサ46が設けられる。このプロセッサはまた最も最近のミッションプランを少なくとも１つの指定されたマスターＫＶと適切に全てのマスターケパブルＫＶに分離前に転送する。結果として分離において各ＫＶはそれが遂行することができるその固有のミッションプランを有する。この方法はＫＶが上昇期間中に付勢を遅延することを可能にし、それによって電力とヒートシンク質量とを節減する。
【００３０】
ミッションプランの発射後および分離後の更新を継続し、ＫＶの状態情報とミッションの遂行を受信するために、迎撃装置には双方向の空対地データリンク（Ｔｘ／Ｒｘ）が設けられなければならない。標準的な単一のＫＶでは、１つのＫＶにＴｘ／Ｒｘが設けられ、地上局との直接的な双方向リンクを維持する。Ｔｘ／Ｒｘは約４ｋｇの質量を有し、これは単一のＫＶで管理可能であるが、多数のＫＶがＭＶＰ予算の制約を満たすための重さではない。したがって本発明は単一の双方向の空対地通信ノードを使用する。図２に示されているように、このノードはアダプタまたはブースタの第３段上にＴｘ／Ｒｘ48とアンテナ50を具備することができる。この場合、アダプタはアンテナ36により与えられた双方向の空対空データリンクを介して指定されたマスターＫＶと通信する。アンテナ36はＴｘ／Ｒｘ48を介して地上リンクへ変換するためＳＣＵに接続される。ＫＶははるかに少ない質量を有する局部的な空対空データリンクを介して相互に通信する。後述するようにノードは代わりにＫＶの１つに置かれてもよい。単一のノードの使用は必要な全ての通信帯域幅を提供するが、単一点の故障を生じる。このような故障の結果は各ＫＶの自律能力と、現在のミッションプランを遂行するＫＶの能力により改善される。ノードの損失は完全なミッションの故障を生じないが、性能における大きな劣化を生じる。
【００３１】
図２乃至４に示されているように、別の変化が受動センサクライオ冷却システムの大部分をＫＶからアダプタへ移動している。クライオ冷却システム52は上昇期間中に各ＫＶ上の固体−気体のアイスブロックを生成し、これは分離するときＫＶと共に存在し、ミッション期間中にセンサ温度を維持する。クライオ冷却システム52はガスボトル54、アクチュエイタ駆動装置38およびアクチュエイタ58を介してＳＣＵ34により制御される１対の冗長弁56、冷却材を気体マニホルド62へ運ぶ冷却材ライン60を含み、この気体マニホルド62はアイスブロックを形成するためにアダプタおよび解放機構40を通って多数のＫＶまで延在する。アイスブロックが形成されると、ＫＶ配備の前にＳＣＵは冷却材ライン64を切断するためにアクチュエイタ駆動装置38とアクチュエイタ66によってラインカッター68を付勢する。図３の（ａ）にも示されているように、ＳＣＵ、バッテリ、Ｔｘ／Ｒｘは電子装置70中に含まれている。
【００３２】
現在考慮されている通常のＫＶは既存の多段または恐らく単一段のブースタを有する多くの異なる迎撃装置構造で使用されるために構築されている。これに適合するためにアダプタはＫＶへ通常のインターフェースを与えるために各タイプのブースタ用に特別に設計されることができる。その代わりに、第３の段はアダプタの機能を含むように再設計されることができるが、ブースタの大きな設定されたベースが存在する。
【００３３】
［自律ＫＶ］  
自律ＫＶ16の１実施形態が図５−６に示されている。標準的な単一のＫＶの質量の半分未満、その体積の半分未満であるが、自律ＫＶは管理能力と、最低でも割当てられたターゲットを解像し迎撃し、適切に単なるおとりを排除するためのミッションおよび弁別能力を遂行するための単一のＫＶの運動範囲を提供する。結果として、現在の多段ブースタは約７個のＫＶを運搬しより大きなターゲットスペースを遂行しより多くのターゲットと交戦するのに十分なリフト能力を有する。これは単一のＫＶ迎撃装置および従来のＭＫＶ概念よりも優れた多大な動作、価格および性能の利点を与える。
【００３４】
自律破壊ビークル（ＫＶ）16は他のＫＶと通信するための双方向の空対空のデータリンクを提供する通信システム100と、ＫＶの位置および方位を決定するための随意選択的な（ＫＶの位置の改良された位置確認を行う）ＩＭＵ102およびＧＰＳ103とを含んでいる慣性測定システム101と、ターゲットクラウドの決定されたターゲット体積を撮像しミッションプランからのターゲットの明白な割当てをサポートするための弁別を行うように構成されている受動センサシステム104と、挿入エラーを除去し、決定されたターゲット体積を遂行するため運動範囲を有するダイバート姿勢制御システム（ＤＡＣＳ）106と、指定されたマスターＫＶとして分離後のＫＶ配備およびターゲットの交戦を管理し、その固有のＫＶ配備と指定されたマスターＫＶにより割当てられた決定されたターゲット体積のためのターゲット交戦を自己管理するように構成されている誘導装置108とを含んでいる。ＫＶはＫＶを付勢するためのバッテリ109も含んでいる。現在考慮されているように、各ＫＶの誘導装置はＫＶクラウドの配備を管理する「マスターケパブル」であり、ミッションの適切な遂行のための冗長を与える。しかしながら最小の要求は少なくとも１つのＫＶがマスターケパブルであることである。
【００３５】
さらに現在考えられているように、通信システム100はパッチアンテナ105を介して他のＫＶおよびアダプタとの局部的な空対空通信だけを行う。しかしながら、前述したように空対地通信ノードはＫＶの１つに位置されることができる。図７の（ａ）に示されているように受動センサシステム104は除去され、双方向の空対地データリンク110と置換される。ＫＶは自律ＫＶとほぼ同じ体積および質量を有するが、センサ能力を持たない。このＫＶはＫＶクラウドを管理するための指定されたマスターとして使用されることができるがターゲットの迎撃はできない。ＫＶは他のＫＶから伝送されたセンサ情報に基づいてターゲットクラウドへ飛行することができる。図７の（ｂ）に示されているように、双方向の空対地データリンク111はキャリアビークルの背後に付加される。推進システム専用の質量および体積は通信ノードの付加的な質量を補償するために減少されることができる。このＫＶは少ないダイバート要求でターゲットを迎撃するために使用されることができる。
【００３６】
［受動センサシステム］  
受動センサシステム104は受動ＬＷＩＲセンサを提供する１または２色の焦点面アレイＦＰＡを含んでいる。単色のＦＰＡはオブジェクトを解像し割当てられたターゲットを迎撃するのに適している。第２の色はＫＶが簡単なおとりを不確かであるとして除去することを可能にする。第２のＦＰＡはさらに弁別を改良するために含まれることができる。受動ＬＷＩＲ捕捉およびターゲットクラウドからの本物のターゲットの弁別のための特別な方法は技術で知られており、本発明の技術的範囲外の技術である。しかしながら本発明の特徴は効率的な信号対雑音比をブーストするために感知された画像を処理することである（図８参照）。ＦＰＡの小さい開口は単一のＫＶ上の大きな開口と同じターゲットを捕捉するための運動範囲を与えることができる。
【００３７】
ＦＰＡ112は固体−気体アイスブロックが上昇期間中に形成される貯蔵器114の前面に配置される。クライオ冷却材はアダプタからクライオライン116を介してアイスブロックを形成する熱交換器118へ運ばれる。クライオ冷却はこの応用では有用な赤外線センサの性能のために必要とされている。ＫＶ上のクライオシステムの重量は４．５Ｋｇから約４００グラムに減少される。アダプタ上のガスボトルおよび他のコンポーネントを中央化することは顕著に質量を節約する。
【００３８】
ターゲットクラウドをＦＰＡ112に投影する光学システムは例えば直径６インチのミラーである１次ミラー122および２次ミラー124を支持する第１の望遠鏡構造120と、３次ミラー128および４次ミラー130を支持し第１の望遠鏡構造の内部の第２の望遠鏡構造126と、４次ミラーの前方に「視野絞り」を形成する４次ミラー130の穴132と、ウィンドウ134およびコールドバッフル136とを具備する。１次ミラー122は第２の望遠鏡構造が延在する環状形状を有し、３次ミラー128はコールドバッフルが延在する環状形状を有している。光学系のカバー138は光学システムをカバーしている。
【００３９】
光は左から右へ入り、１次ミラー122へ入射し、その光は１次ミラー122で反射されて左へ戻され、２次ミラー124へ集中され、この２次ミラー124はさらに光を反射して右へフィールドストップ132へ戻される。フィールドストップおよびバッフルはセンサが指向されているところ、例えばターゲットクラウドから発しない全ての外光を遮断するように動作する。フィールドストップを通過する光は３次ミラー128まで拡大し、３次ミラー128で光は反射されて左へ戻され、フィールドストップ周辺の４次ミラー130に集中され、この４次ミラー130はさらに光を右へ反射し、ウィンドウ134へ集中させる。光はコールドバッフル136を通ってＦＰＡ112へ進む。
【００４０】
ＦＰＡはセンサ電子装置140と、ビデオセンサデータを誘導装置へ返送するデジタルビデオケーブル142へ結合される。センサ電子装置140はクロックおよびバイアス信号をＦＰＡへ提供し、ＦＰＡからのアナログビデオを誘導装置により使用されるデジタルビデオ信号へ変換する。
【００４１】
［ＤＡＣＳ］  
推進システムすなわちＤＡＣ106は挿入エラーを除去してターゲットクラウドの少なくとも決定されたターゲット体積および必要ならばクラウドの適切な任意の部分を実行するために姿勢制御およびダイバート操作能力の両者を与えられる。ダイバートシステムはそれぞれ燃料タンク150および酸化剤タンク152を含む双推進システムである。４つのヘリウムタンク154は燃料／酸化剤をタンクからスラスタ156へ押出し、微細姿勢スラスタ158を点火するために使用される。ダイバートスラスタは挿入エラーを除去するダイバート操作と、ターゲットに衝突するための高速度のダイバートを与える。姿勢スラスタはダイバートスラスタが点火されるときに姿勢を維持するために使用される高レベルのスラスタ160を含んでいる。微細姿勢スラスタ158はダイバートスラスタが発火されていないときの姿勢に微細な修正を行うために使用される。自律ＫＶは単一のＫＶよりも非常に小さい質量を有するが、これはＫＶ質量に対する燃料および酸化剤の質量を調節することにより同じダイバート能力を維持する。したがって７−８ＭＫＶ迎撃装置が非常に大きいターゲットクラウドをアドレスすることができる。
【００４２】
［誘導装置］  
誘導装置108はヒートシンク174により分離されている第１および第２のカード170と172を含んでいる。第１のカードはビデオプロセッサおよび一般的プロセッサを含むことができる。第２のカードは電力調節と、起爆管および推進制御のための高電流駆動装置を含むことができる。一般的プロセッサはＩＭＵ測定およびセンサビデオからの追跡処理とＤＡＣの通信および制御を行う。一般的プロセッサはまたＫＶ配備を管理し、決定されたターゲット体積を遂行するためにＫＶを自己管理するために指定されたマスターとして動作する能力を提供する。一般的プロセッサは各ＫＶのＢＩＴを内部で処理することができ、単一のＫＶと同じインターフェースを維持するために単一の全般的な健康状態を地上局へ報告する。
【００４３】
ビデオプロセッサはセンサ電子装置からデジタルビデオを受信し、ビデオの各画素の特有のオフセットおよびスケールファクタ補正を適用することによりビデオを補正する。ビデオプロセッサはさらに、動作可能ではない画素からの信号を除去し、追跡される潜在的なオブジェクトを識別するために残りの動作可能な画素をしきい値処理する。ビデオプロセッサは特有の潜在的なオブジェクトを識別するために各しきい値の交差を局部化する。ビデオプロセッサはさらに各潜在的なオブジェクトの位置および放射強度を一般的プロセッサへ伝達する。
【００４４】
一般的プロセッサは潜在的なオブジェクトと記録上の既存の追跡と比較し、不変のオブジェクトの既存の追跡情報を更新する。一般的プロセッサはいずれのオブジェクトが潜在的な脅威であるかを決定するために各不変のオブジェクトの追跡ファイルの情報についての特徴を計算する。一般的プロセッサはその後、ＫＶが所望のオブジェクトを迎撃することを可能にするＫＶ軌跡を評価し、所望のオブジェクトを迎撃するようにその軌跡を変更するためダイバートスラスタを点火する。
【００４５】
図８は感知されたビデオの効率的なＳＮＲをブーストし、したがってセンサの効率的な検出距離または「範囲」を増加するために本発明により変更されたオブジェクトを検出し追跡するようにビデオおよび一般的プロセッサにより実行される標準的なビデオ追跡アルゴリズムを示している。重要なステップはオブジェクトを捕捉し、解像し、弁別し、優先順位を定め、最終的に追跡する「オブジェクト検出」である。開口サイズは単一のＫＶのものよりも小さいので、少数の光子が集められ、検出範囲は減少される。効率的な開口寸法はセンサ雑音を減少させ、したがってＳＮＲを増加させるために一時的にビデオフレームを平均することにより増加されることができる。これを効率的に行うため、フレームはフレームからフレームへセンサとオブジェクトの相対運動のために補償されなければならない。弾道軌跡上の２つのオブジェクト（ターゲットとＫＶ）の相互への接近速度では、これは通常は難しい挑戦である。しかしながら、オブジェクトを「追跡」するために、誘導システムは新しい観察を既存の不変のオブジェクトトラックに相関するためにそれぞれの捕捉されたフレームにおける必要とされる運動補償データを生成しなければならない。このデータはしたがって標準的なビデオ追跡アルゴリズムから取出され、本体からセンサへ、その後ビデオ座標へ変換される。標準的なアルゴリズムに対する変更は破線で示されている。この簡単なｘ、ｙ変換（長距離のターゲットは点放射源として現れ、したがって回転／スケーリングは必要とされない）はその後フレーム積分器に与えられる。結果として、フレームのＳＮＲは連続的なフレームをシフトおよび付加するためにＫＶ上に付加的なハードウェアおよび最小の処理なしに約２−３倍に顕著に改良される。
【００４６】
ベースラインビデオ追跡アルゴリズムは本体追跡チャンネル（線200の上部）とセンサチャンネル（線200の下部）を含んでいる。一般的プロセッサは本体追跡チャンネルに対するデータおよびアルゴリズムを処理し、ビデオプロセッサはセンサチャンネルに対するセンサデータおよびアルゴリズムを処理する。
【００４７】
本体追跡チャンネルは慣性測定202をＩＭＵから受信し、それを温度、湿度、非直交性等について補償し（ステップ204）、ＫＶナビゲーションアルゴリズムへ入力し（ステップ206）、それは初期ＫＶ状態208（位置および方位と発射時間）と、その現在位置および方位を与えるようにＫＶの軌跡を積分するため更新されたＩＭＵ測定とを使用する。それと並行して、初期ターゲット状態212が迎撃装置へアップロードされたならば、ターゲット状態伝播アルゴリズム（ステップ210）は例えばターゲットパスを予測するためのカルマンフィルタと、その後のトラック更新236を使用する。ＫＶナビゲーションおよびターゲット状態伝播アルゴリズムの出力はＫＶおよびターゲット214の相対的な慣性状態を与える。この相対的な慣性状態はその後中心視線（ＬＯＳ）座標系に変換される（ステップ216）。この変換は「経歴」フレームを変換し、それによってこれらは現在のフレームと一致し、同じオブジェクトは同じ場所に現れ、追跡を可能にし、新しいオブジェクトならば新しい追跡が開始されることを可能にする。
【００４８】
示されているようにセンサチャンネルはデジタルビデオ222aと222bの２つのチャンネルを発生する２色の電子光学センサ220を含んでいる。各チャンネルはその後利得、オフセット等について補償される（ステップ224aと224b）。ベースラインアルゴリズムでは、オブジェクト検出（ステップ226aと226b）は各ビデオフレームについてフレーム中の明るい点を検出するために行われ、オブジェクト数、オブジェクトの寸法、フレームの各オブジェクトの位置を決定しようとする。各フレームにはオブジェクト情報がタグ付けされる。フレームはそのビデオ座標スペースからセンサ座標スペースへ変換され（ステップ228aと228b）、その後本体の中心座標スペースへ変換される（ステップ230）。２（以上の）チャンネルからの情報は融合され（ステップ232）、既存のオブジェクトトラックとの相関のために追跡装置へ送られる。追跡装置は追跡アルゴリズムを実行するために現在のフレームと運動補償された経歴フレームのオブジェクト検出情報を使用し（ステップ234）、１以上のオブジェクトトラック236を更新する。一般的プロセッサはその後追跡された各オブジェクトの特性を抽出するためにターゲット弁別アルゴリズムを実行し、最も可能性のある、または最高の優先順位のターゲットを選択する（ステップ240）。本発明の特徴では、弁別決定およびターゲット選択を増加するかまたはオーバーライドする可能性がある情報が空対地通信ノードを介して地上局から、またはマスターＫＶから与えられることができる（ステップ242）。例えば地上局は他のセンサからの付加的および良好な情報を有することができる。マスターＫＶは他の配備されたＫＶからの情報を有することができ、情報を合成して全てのＫＶのターゲット選択と優先順位を調整する。ターゲット選択および優先順位決定はその後、選択されたターゲットを遂行するために誘導装置へ移行される。
【００４９】
本発明によれば、ステップ216で１以上（典型的に３乃至３０フレーム）の（各色に対する）運動補償された経歴フレームが、ステップ230とステップ228aおよび228bの変換を通して戻されることにより本体中心座標システムからビデオ座標システムへ返送される（ステップ244）。現在および経歴フレームはフレームのＳＮＲを改良するために積分され（ステップ246aと246b）、オブジェクト検出アルゴリズムへ送られる。フレームの積分は各ビデオフレームに対する積分されたフレームを出力するスライディングウィンドウであってもよく、または全システム設計に応じて各Ｎ個のビデオフレームの積分されたフレームを出力できる。ＳＮＲの改良はセンサとＫＶの効率的な捕捉範囲を増加することによって非常に確実にオブジェクトを検出するオブジェクト検出アルゴリズム能力を強化する。
【００５０】
［質量予算］  
図５に示されている自律ＫＶと本発明による図１に示されている迎撃装置（“Ａ−ＭＫＶ”）を標準的な単一のＫＶ（“ＵＫＶ”）の単一のＫＶと同時係属出願の別のＭＫＶ迎撃装置（“ＣＶ−ＫＶ”）に対して比較した質量予算が図９の表300に示されている。表の上部は単一のＫＶの比較を示し、下部はＣＶまたはアダプタと（ブースタ段を除く）１以上のＫＶを含めた全体的な迎撃装置ペイロードの比較を示している。
【００５１】
Ａ−ＭＫＶの開発において、比較可能な自律能力と運動範囲を維持し、簡単なおとりの弁別能力を保有しながら、ＵＫＶの質量は６６．２３ｋｇから２９．１６ｋｇまで減少されている。Ａ−ＭＫＶは、クライオガス供給においてアダプタについての機能を中央化することにより４ｋｇ、受動ＥＯセンサで３．４ｋｇ（３の代わりに１ＦＰＡと８インチの代わりに６インチの開口）、誘導装置で３ｋｇ（処理するＦＰＡを少なくし、上昇期間中の手段のオン切換えを遅延し、熱負荷を少なくする）、電池で０．４０ｋｇ（上昇期間中にアダプタ電池を使用して）、通信で２ｋｇ（空対地システムの代わりに局部的な空対空通信システムで置換する）減少される。付加的な質量節約はハーネス、ＩＭＵ、遠隔測定、およびバラストで実現されている。ＧＰＳ能力の付加は０．２３ｋｇ付加する。最大の質量節約はこれらの変更を推進システムを通して縦続させることにより得られる。表に示されているように、ＵＫＶ推進システムは３３．４６ｋｇであり、一方Ａ−ＭＫＶ推進システムは１６．０５ｋｇに過ぎず、その質量は約半分である。クライオガス供給の顕著な例外によって、総ＫＶ重量の割合としての質量はほぼＡ−ＭＫＶおよびＵＫＶで同じである。Ａ−ＭＫＶ迎撃装置はこの例では７つのＫＶを発射して配備するので、Ａ−ＭＫＶの迎撃装置の全質量（３０３．８２ｋｇ）はＵＫＶ（９６．７３）よりもかなり大きい。結果として、実行可能な体積はＵＫＶの体積の約７倍である。さらに迎撃装置の質量は非常に大きいが、これは既存のブースタ段の３５０ｋｇ容量内である。
【００５２】
Ａ−ＭＫＶを、捕捉および弁別センサ能力をＣＶに中央化したＣＶ−ＫＶと比較すると、ＣＶ−ＫＶは１１．６５ｋｇに過ぎないことが注目される。しかしながらＣＶ−ＫＶはミッションプランの分離後に自律して動作できず、限定された運動範囲を有するという性能ペナルティを有する。ブースタは２倍多くのＫＶを発射することができるが、実行可能な体積は各ＫＶの運動範囲が限定されているためにＡ−ＭＫＶよりも非常に少ない。さらに個々のＣＶ−ＫＶで見られる質量の節約はＣＶセンサとターゲット指示子に関連される大きい体積と、挿入エラーを軽減するために必要とされる推進により相殺される。
【００５３】
［既存のインフラストラクチャおよび組込み試験（ＢＩＴ）との適合性］  
迎撃装置アーキテクチャのこのような変化は、既存の発射サイロおよび飛行中の通信アーキテクチャおよび単一のＫＶ用に設計されたインターフェースで確認されるように考えられる。しかしながら多数の自律ＫＶを有する提案されたＭＫＶ迎撃装置は完全な適合能力を与えることができる。インフラストラクチャはＭＫＶ迎撃装置設計によりサポートされる付加的な能力を与えるように更新されることができる。
【００５４】
サイロでは、発射インターフェース装置は迎撃装置上の１つの単一のＫＶに連絡するように構成される。これに適合するために、アダプタは発射インターフェース装置と、発射前および上昇相期間中に他のＫＶまたは全てのＫＶへ連絡する指定されたマスターＫＶに連絡するように構成される。分離後では、指定されたマスターはアダプタまたはマスターＫＶのいずれかに位置される空対地ノードを介して地上と連絡する。単一のマスターは全ての地上通信を調整し、異なるＫＶから受信されたデータを融合し、決定されたターゲット体積および特別なターゲットにＫＶを割当てる。最初に指定されたＫＶが失われるならば、多数から全てのＫＶはマスターケパブルであるように構成される。宇宙通信ノードがアダプタ上に存在するならば、代わりのマスターＫＶは同じ能力を保持する。宇宙通信ノードが最初に指定されたＫＶに位置されるならば、ミッションプランへの更新を受信する能力は失われるが、マスターＫＶは既存のミッションプランを実行するために全てのＫＶを依然として配備することができる。宇宙通信ノードに関連される単一点の故障は他のＫＶ上の冗長スペース通信ノードを提供することにより改善されることができる。しかしながら図７の（ａ）および（ｂ）で前述されているように、現在の構造では、宇宙通信ノードを含めることはセンサシステムを除去し、ＫＶの運動範囲を減少するかまたは通信ＫＶの質量を増加させる。
【００５５】
発射インターフェース装置との適合能力を維持するために、ＭＫＶ迎撃装置の１実施形態は発射前のＢＩＴ中に全てのＫＶを含めない。典型的に、この試験はシステムの全ての素子が発射前に動作順序になっていることを確実にする。試験をＫＶのサブセットに限定することは発射前のシーケンスのこの段階の期間中にブースタに与えられる外部パワーを制限することにより強く要求される。ＫＶのサブセットだけを試験する効果は最小である。第１に、全てのシステムレベルの単一点の故障は依然としてチェックされる。チェックされない素子はこれらが多数のＫＶ上にあるので本質的に冗長である。これらの素子中の故障は減少されたシステム能力を生むが故障を完了しない。さらに、全てのＫＶは通常の発射前ＢＩＴに加えて規則的なスケジュールでサブセットのＫＶを回転することにより試験されることができる。その代わりに、アダプタプロセッサは各ＫＶでＢＩＴを実行し全てのＫＶの全般的な健全な状態を報告するように構成されることができる。
【００５６】
［ＭＨＶ迎撃装置ミッションシーケンス］  
前述のＭＫＶ迎撃装置を使用して大気圏外のターゲットを迎撃するためのＭＨＶ迎撃装置ミッションシーケンスは図１０乃至１３に示されている。
【００５７】
図１０に示されているように、敵のミサイル400は弾頭軌跡402上で味方のターゲットに向けて発射される。ＭＩＲＶ弾頭404はブースト段406と、通常は弾道軌跡をたどるターゲットクラウド412の多数の再突入ビークルＲＶ（ターゲット）408と精密でないおとり、チャフ（chaff；妨害片）等から分離する。ターゲットは大気中に再突入する時に偶然に、またはミサイル防衛システムに対抗するために意図的にこの軌跡から偏差することができる。
【００５８】
ミサイル防衛システムは多数の外部システム、例えばミサイルの発射を検出し、その脅威を評価し、外部のターゲットキュー（弾道軌跡、捕捉のための時間、ＲＶ数等）を決定する衛星414、レーダ装置416、その他のセンサプラットフォーム等を含んでいる。防衛システムは発射前にパワーアップと迎撃装置のＢＩＴを開始するためにサイロ（または複数のサイロ）418に結合（engage）する。サイロの発射インターフェース装置はパワーアップし、ブースタ、アダプタ、ＫＶに対して連続してＢＩＴを行い（ステップ420、422、424）、その一方で並行して各素子が迎撃装置432についてのＢＩＴをパスしたときブースタ、アダプタ、ＫＶミッションデータをロードする（ステップ426、428、430）。ＫＶミッションデータのロードは、決定されたターゲット体積に対応するために各ＫＶで、およびミッションプラン全体を遂行するため少なくとも１つのマスターＫＶでアダプタプロセッサにより行われる割当てを含んでいる。サイロは外部ターゲットキューに基づいて初期迎撃装置軌道436に沿って迎撃装置432を発射するように第１段のブースタを点火する（ステップ434）。迎撃装置は地上ベースのレーダ装置438により適切に追跡され、そのダイバートおよびＡＣＳシステムと結合し、初期迎撃軌道上に迎撃装置を位置させる。飛び立つと、迎撃装置は第１のブースタ段を落とし、次に第２のブースタ段を落とし、シュラウドを放棄する。
【００５９】
地上局440はターゲットクラウドの位置についての最新情報、ターゲット弁別情報等、およびブースタ、アダプタ、ＫＶに対する迎撃装置へのアップリンク更新されたミッションプランを得るために衛星414、レーダ装置416および438、およびその他のセンサプラットフォームから情報を集め続ける（ステップ442、444、446）。上昇期間中、アダプタのクライオ冷却システムは各ＫＶの固体−気体アイスブロックを形成するために付勢される（ステップ448）。第３段のブースタの燃焼が終了すると（ステップ450）、アダプタはＫＶ452を解放し（ステップ454）、これらをアダプタおよび相互から安全に離して展開するために分離のための燃焼を行う（ステップ456）。
【００６０】
展開されると、地上局440はアダプタ458上の宇宙通信ノードを介して別の更新をマスターＫＶ460へ送信する（ステップ462）。現在指定されたマスターＫＶが認識されず、またはその存在が確認されないならば、次のマスターケパブルＫＶがそのようにして指定される。マスターＫＶ460は配備プランを公式化し、それを各他のＫＶ452へ送信する（ステップ464）。各ＫＶおよびＫＶクラウドの「自律」能力の重要な特徴は、ミッションプランを最も効率的に遂行するための配備プランの公式化である。ＫＶクラウドおよび個々のＫＶの展開は地上局またはアダプタにより制御されるのではなく、ＫＶ自体により制御される。アップロードされたミッションプランはターゲットクラウドを捕捉するためにＫＶに対する十分な情報を提供するためにのみ必要とされる。マスターＫＶはクラウドの最も重要なメンバーを破壊するためにＫＶを最適に配備する方法を決定する。
【００６１】
このローカルネットワークの中央管理は変化する状況および新しい情報に適合し、ミッションの遂行を最適化するようにＫＶの能力を強化する。各ＫＶの展開配備のプランは単に決定されたターゲット体積の座標であることができ、または地上からアップリンクされマスターで利用可能な情報にしたがって定められたターゲット体積内に特別なターゲット情報を含むことができる。
【００６２】
図１２に示されているように、各ＫＶはターゲットクラウド412の任意の部分を処理するための運動範囲を有する。これはより多くのまたはより高い優先順位のターゲットを有するクラウドの一部分により多くのＫＶを割当て、または付加的な情報が集められるときＫＶに再度タスクを与えるためにより大きなフレキシブル性をマスターＫＶに与える。さらに、マスターＫＶはターゲットの局部化および特にターゲットの弁別を改良するために個々のＫＶからのセンサ情報を合成することができる。各ＫＶは大きい単一のＫＶよりも弁別能力が劣っていてもよいが、ＫＶクラウドはより良好な能力を有することができる。このタイプの「連携交戦」は脅威を処理するためにＫＶを効率的に配備するのに非常に強力である。
【００６３】
ＫＶの配備プランが受信されると、各ＫＶは迎撃装置の任意の挿入エラーを緩和するために挿入バーンを行う（ステップ466）。ＫＶはそれ自体をそれらの決定されたターゲット体積を捕捉するために方位を与えられ（ステップ468）、割当てられたターゲットを捕捉するためにデータを集める（ステップ470）。ＫＶはそれぞれのターゲット体積についてのトラックおよび弁別情報をマスターＫＶへ返送し（ステップ472）、マスターＫＶは配備プランを更新し（ステップ474）、それをＫＶへ送信する（ステップ476）。このプロセスは時間が許す限り、１回以上反復されることができる。マスターＫＶが失われたならば、次の指定されたマスターＫＶがその役目を行う。任意のマスターとの接触が失われたならば、ＫＶはそれらの最後に更新された配備プランを実行する。この点で、図１３に示されているように各ＫＶはそのターゲット478をその決定されたターゲット体積480から選択し（ステップ482）、迎撃装置483へのターミナルホーミングを行う（ステップ484）。特定のターゲットはマスターにより割当てられることができ、それによってスレーブＫＶはオブジェクトを解像し、それが割当てられ他オブジェクトに衝突しなければならないだけである。反対に、ＫＶは体積において最良のターゲットを迎撃するように命令されることができ、この場合ＫＶは幾らかの弁別を行わなければならない。地上局により与えられおよび／またはマスターＫＶにより合成されたターゲットの局部化情報が十分に良好であるならば、決定されたターゲット体積はターゲットだけが含まれるように十分小さくてもよい。
【００６４】
本発明の幾つかの例示的な実施形態を示し説明したが、変形及び別の実施形態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】
【００６５】
【図１】ブースタ段、ブースタにより打ち上げられるキャリアビークル、解放されるようにキャリアビークルにより支持される複数の自律ＫＶを含んでいるＭＫＶ迎撃装置の概略図。
【図２】ＫＶとインターフェースするアダプタの概略的なブロック図。
【図３】アダプタの概略図。
【図４】分離前のＫＶの上にアイスブロックを形成するためのアダプタクライオシステムの概略図。
【図５】ＫＶの１実施形態を示す図。
【図６】ＫＶ上のコンポーネントを示す図。
【図７】空対地データリンクを含むように変形されたＫＶの別の実施形態の概略図。
【図８】感知された画像の運動を補償し一時的に平均するために既存の追跡情報を使用するビデオ処理システムのブロック図。
【図９】単一のＫＶ、ＣＶ上の捕捉／弁別センサを有するＭＫＶ、本発明のＡ−ＭＫＶの特別な総予算を比較している図表。
【図１０】Ａ−ＭＫＶ迎撃装置のミッションシーケンスを示す図。
【図１１】Ａ−ＭＫＶ迎撃装置のミッションシーケンスのフローチャート。
【図１２】ＫＶクラウドおよび個々のＫＶの運動距離を示す図。
【図１３】ターゲットクラウドのその決定されたターゲット体積で交戦するためにダイバートする単一のＫＶを示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年2月9日(2009.2.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲットを迎撃するための多弾頭破壊ビークル（ＭＫＶ）迎撃装置において、
弾頭軌跡上に迎撃装置を発射するためブーストおよび姿勢制御を行うように構成されたブースタ段と、
複数の自律破壊ビークル（ＫＶ）と、
アダプタとを具備し、そのアダプタは、
ターゲットクラウドと交戦するためのミッションプランを有するＫＶを発射し展開して配備する期間中にＫＶをサポートするように構成されるサポート構造と、
ミッションプランの更新を受信し、ＫＶの配備およびターゲット交戦についてのミッション情報を送信するための双方向の空対地データリンクと、
ミッションプランを少なくとも１つの指定されたマスターＫＶへ送信し、前記ミッション情報を受信するための双方向の空対空データリンクとを具備し、
前記各自律ＫＶは、
他のＫＶと通信するための双方向の空対空データリンクと、
ＫＶの位置および方位を決定するように構成された慣性測定サブシステムと、
ミッションプランからの明白なターゲット割当てをサポートするためにターゲットクラウドの決定されたターゲット体積を画像化し弁別を行うように構成された受動センササブシステムと、
挿入エラーを除去し、決定されたターゲット体積を追求するための運動範囲を有するダイバート姿勢制御システム（ＤＡＣＳ）と、
前記指定されたマスターＫＶとして分離後のＫＶ配備とターゲット交戦とを管理し、その固有のＫＶ配備と、指定されたマスターＫＶにより割当てられた決定されたターゲット体積に対するターゲット交戦を自己管理することができる誘導装置とを具備しているＭＫＶ迎撃装置。
【請求項２】
前記アダプタは推進および、挿入エラーを除去するように動作する感知能力を含んでいない請求項１記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項３】
前記アダプタはＫＶ上の受動センサを冷却するために、ＫＶの分離後の残留する上昇期間中に前記各ＫＶ上にアイスブロックを形成するように構成されたクライオ冷却システムを支持している請求項１記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項４】
前記アダプタは上昇期間中に電力をＫＶへ供給する信号調整装置をサポートする請求項１記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項５】
前記アダプタはターゲットクラウドと交戦するためのミッションプランを受信し処理し、ターゲットクラウドの指定されたターゲット体積を各ＫＶに割当て、少なくとも１つの指定されたマスターＫＶの分離前のミッションプラン全体を送るプロセッサをサポートする請求項１記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項６】
前記プロセッサは各ＫＶで組込み試験（ＢＩＴ）を行い、単一の全般的な健康状態を返送する請求項５記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項７】
前記慣性測定システムはターゲット画像のフレーム毎に追跡するデータを提供し、各ＫＶはさらに、
雑音を減少されたターゲット画像を生成し前記雑音の減少されたターゲット画像中のオブジェクトを検出するために受動センサシステムにより捕捉された多数のターゲット画像を運動補償し時間的に平均するために既存のフレーム毎に追跡するデータを使用するビデオプロセッサと、
雑音の減少されたターゲット画像を既存のターゲット追跡と相関するためにフレーム毎に追跡データを使用する追跡装置とを具備している請求項１記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項８】
分離後、前記指定されたマスターＫＶはアダプタを介してミッションプランに対する任意の更新を受信し、ＫＶ配備を更新して他のＫＶへ送信し、他のＫＶは挿入エラーを軽減し決定されたターゲット体積を捕捉するために挿入燃焼を行う請求項１記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項９】
前記指定されたマスターＫＶは決定されたターゲット体積についてのデータを配備されたＫＶから受信し、ＫＶ配備を更新して、それを他のＫＶへ送信し、他のＫＶはその後決定されたターゲット体積の最終的な交戦を自己管理する請求項８記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項１０】
ターゲットを迎撃するための多弾頭破壊ビークル（ＭＫＶ）迎撃装置において、
弾頭軌跡上に迎撃装置を発射するためブーストおよび姿勢制御を行うように構成されたブースタ段と、
複数の自律破壊ビークル（ＫＶ）と、
ターゲットクラウドと交戦するためのミッションプランを有するＫＶを発射し展開して配備する期間中にＫＶをサポートするように構成されるアダプタと、
ミッションプランの更新を受信し、ＫＶの配備およびターゲット交戦についてのミッション情報を送信するためにアダプタまたは１つの前記指定されたマスターＫＶ上の双方向の空対地データリンクとを具備し、前記各自律ＫＶは、
他のＫＶと通信するための双方向の空対空データリンクと、
ＫＶの位置および方位を決定するように構成された慣性測定サブシステムと、
ミッションプランからの明白なターゲット割当てをサポートするためにターゲットクラウドの決定されたターゲット体積を画像化し弁別を行うように構成された受動センササブシステムと、
挿入エラーを除去し、決定されたターゲット体積を追求するための運動範囲を有するダイバート姿勢制御システム（ＤＡＣＳ）と、
その固有のＫＶ配備と、指定されたマスターＫＶにより割当てられた決定されたターゲット体積に対するターゲット交戦を自己管理することができる誘導装置とを具備し、
少なくとも１つの前記ＫＶ誘導装置はターゲットクラウドを迎撃するミッションプランを実行するために前記指定されたマスターＫＶとして分離後のＫＶ配備とターゲット交戦とを管理するように構成されているＭＫＶ迎撃装置。
【請求項１１】
前記アダプタはＫＶ上の受動センサを冷却するために、ＫＶの分離後の残留する上昇期間中に前記各ＫＶ上にアイスブロックを形成するように構成されたクライオ冷却システムと、上昇期間中に電力をＫＶへ供給する信号調整装置と、
ターゲットクラウドと交戦するためのミッションプランを受信し処理し、ターゲットクラウドの指定されたターゲット体積を各ＫＶに割当て、少なくとも１つの指定されたマスターＫＶの分離前のミッションプラン全体を送るプロセッサをサポートする請求項１０記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項１２】
複数の前記ＫＶの誘導装置は指定されたマスターＫＶとして分離後のＫＶの配備およびターゲット交戦を管理するように構成されている請求項１０記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項１３】
前記双方向の空対地リンクは最初に指定されたマスターＫＶ）上に設けられている請求項１０記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項１４】
ターゲットを迎撃するための多弾頭破壊ビークル（ＭＫＶ）迎撃装置において、
弾頭軌跡上に迎撃装置を発射するためにブーストおよび姿勢制御を行うように構成されたブースタ段と、
それぞれ受動センサを有し、ミッションプランを実行するために分離後のＫＶ配備とターゲット交戦とを管理するように構成されている複数の自律破壊ビークル（ＫＶ）とを具備し、前記アダプタは、
ＫＶを発射し展開して配備する期間中にＫＶを支持するように構成されている支持構造と、
ＫＶ上の受動センサを冷却するために、ＫＶの分離後の残留する上昇期間中に前記各ＫＶ上にアイスブロックを形成するように構成されたクライオ冷却システムとを含んでいる多弾頭破壊ビークル（ＭＫＶ）迎撃装置。
【請求項１５】
前記アダプタはさらに上昇期間中に電力をＫＶへ供給する信号調整装置を具備している請求項１４記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項１６】
前記アダプタはさらにターゲットクラウドと交戦するためのミッションプランを受信し処理し、ターゲットクラウドの指定されたターゲット体積を各ＫＶに割当て、少なくとも１つの指定されたマスターＫＶの分離前のミッションプラン全体を送るプロセッサを具備している請求項１４記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項１７】
ターゲットを迎撃するための多弾頭破壊ビークル（ＭＫＶ）迎撃装置において、
弾頭軌跡上に迎撃装置を発射するためにブーストおよび姿勢制御を行うように構成されたブースタ段（12）と、
複数の自律破壊ビークル（ＫＶ）（16）と、
ターゲットクラウドと交戦するためのミッションプランを有するＫＶを発射し展開して配備する期間中にＫＶをサポートするように構成されているアダプタとを具備し、
前記各ＫＶは到達範囲を与える推進システムと、指定されたマスターＫＶとしてミッションプランにしたがって分離後のＫＶ配備およびターゲット交戦を自律的に管理し、ミッションプランの分離後における更新を必要とせずに指定されたマスターＫＶにより割当てられた決定されたターゲット体積についてのその固有のＫＶ配備およびターゲット交戦を自己管理するための誘導システムを有する多弾頭破壊ビークル（ＭＫＶ）迎撃装置。
【請求項１８】
前記アダプタは推進手段および、挿入エラーを除去するように動作する感知能力を含んでいない請求項１７記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項１９】
前記アダプタは、
ＫＶ上の受動センサを冷却するために、分離後にＫＶと共に残留する上昇期間中に前記各ＫＶ上にアイスブロックを形成するように構成されたクライオ冷却システムと、
上昇期間中に電力をＫＶへ供給する信号調整装置と、
ターゲットクラウドと交戦するためのミッションプランを受信して処理し、ターゲットクラウドの指定されたターゲット体積を各ＫＶに割当て、ミッションプラン全体を少なくとも１つの指定されたマスターＫＶに分離前に送るプロセッサとを具備している請求項１７記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項２０】
分離後、前記指定されたマスターＫＶはアダプタを介してミッションプランに対する任意の更新を受信し、ＫＶ配備を更新して他のＫＶへ送信し、それらの他のＫＶは挿入エラーを軽減し決定されたターゲット体積を捕捉するために挿入燃焼を行う請求項１７記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項２１】
前記指定されたマスターＫＶは決定されたターゲット体積についてのデータを配備されたＫＶから受信し、ＫＶ配備を更新して、それを他のＫＶへ送信し、送られた他のＫＶはその後決定されたターゲット体積の最終的な交戦を自己管理する請求項２０記載のＭＫＶ迎撃装置。
【請求項２２】
他のＫＶと通信するための双方向の空対空データリンクと、
ＫＶの位置および方位を決定するように構成された慣性測定サブシステムと、
ミッションプランからの明白なターゲット割当てをサポートするためにターゲットクラウドの決定されたターゲット体積を画像化し弁別を行うように構成された受動センササブシステムと、
挿入エラーを除去し、決定されたターゲット体積を追求するための運動範囲を有するダイバート姿勢制御システム（ＤＡＣＳ）と、
前記指定されたマスターＫＶとして分離後のＫＶ配備とターゲット交戦とを管理し、その固有のＫＶ配備と、指定されたマスターＫＶにより割当てられた決定されたターゲット体積に対するターゲット交戦を自己管理することができる誘導装置とを具備している自律破壊ビークル（ＫＶ）。
【請求項２３】
前記受動センサシステムに隣接する貯蔵器と、
前記貯蔵器に結合される熱交換器と、
上昇期間中に前記貯蔵器中にアイスブロックを形成するためにクライオガスを受取る入力結合装置とをさらに具備している請求項２２記載のＫＶ。
【請求項２４】
前記慣性測定システムはターゲット画像のフレーム毎に追跡するデータを提供し、各ＫＶはさらに、
雑音を減少されたターゲット画像を生成し前記雑音の減少されたターゲット画像中のオブジェクトを検出するために受動センサシステムにより捕捉された多数のターゲット画像を運動補償し時間的に平均するために既存のフレーム毎に追跡するデータを使用するビデオプロセッサと、
雑音の減少されたターゲット画像を既存のターゲット追跡と相関するためにフレーム毎に追跡データを使用する追跡装置とを具備している請求項２２記載のＫＶ。
【国際調査報告】
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