(57)【要約】【課題】目標のスペクトル情報を抽出して、そのおおよそのアスペクト角を推定することにより、目標の自機に対する脅威度（接近目標か、離遠目標か、自分にまっすぐ向いているのか、別の方向に向かっているのか）を判定する装置を得ることを目的とする。【解決手段】目標が放射する赤外線分光強度を分析することにより、目標の空力加熱、排気口、排気ガスの分光特性がどの程度含まれているかを調べ、そのアスペクト角を判定するようにした。【選択図】                図１
2004162942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３〜４μｍ帯に感度を持つ第１のセンサと、
４〜５ｍ帯に感度を持つ第２のセンサと、
８〜１２μｍ帯に感度を持つ第３のセンサと、
前記第１、第２、第３のセンサ出力を比較する信号強度比較回路を備える赤外線捜索追尾装置。
【請求項２】
赤外線を集光する集光光学系と、
前記集光光学系で集光された赤外線を３〜５μｍ帯と８〜１２μｍ帯とに分離する第１のダイクロックミラーと、
前記第１のダイロックミラーにより分離された３〜５μｍ帯の赤外線を３〜４μｍ帯と４〜５μｍ帯とに分離する第２のダイロックミラーと、
を備える請求項１に記載の赤外線捜索追尾装置。
【請求項３】
赤外線を集光する集光光学系と、
３〜４μｍ帯と、４〜５μｍ帯と、８〜１２μｍ帯とを選択的に透過するフィルタを備えた回転円盤と、
を備える請求項１に記載の赤外線捜索追尾装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、波長３〜５μｍ帯付近の赤外線及び波長８〜１２μｍ帯付近の赤外線を用いて対空目標を捜索・探知するための赤外線捜索追尾装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の赤外線捜索追尾装置は、入射赤外線を波長帯域にわたって、積分してしまっている。（例えば、非特許文献１参照）
【０００３】
【非特許文献１】
Ｒｏｎａｌｄ  Ｇ．  Ｄｒｉｇｇｅｒｓ，  Ｐａｕｌ  Ｃｏｘ，Ｔｉｍｏｔｈｙ  Ｅｄｗａｒｄｓ著、「Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏ  ｉｎｆｒａｒｅｄ  ａｎｄ  ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍｓ」Ａｒｔｅｃｈ  Ｈｏｕｓｅ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ出版、１９９９年Ｐ．３２１−３２３
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
目標が放射する赤外線には、目標前面が空力加熱により放射する赤外線、排気口が放射する赤外線、排気ガスが放射する赤外線があり、それぞれスペクトル特性が異なっている。従って、この赤外線スペクトル情報を得ることができれば目標機体のアスペクト角を知ることができる。しかし、従来の赤外線捜索追尾装置は、センサの感度波長帯域で赤外線を積分していたため、スペクトル情報は失われ目標のアスペクトは判断できなくなってしまっていた。そのため、目標の脅威度（接近目標か、離遠目標か、自分にまっすぐ向いているのか、別の方向に向かっているのか）が判定できず、適切な対処を行いにくいという問題があった。
【０００５】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、目標のスペクトル情報を抽出して、そのおおよそのアスペクト角を推定することにより、目標の自機に対する脅威度を判定する装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる赤外線捜索追尾装置は、３〜４μｍ帯に感度を持つ第１のセンサと、４〜５ｍ帯に感度を持つ第２のセンサと、８〜１２μｍ帯に感度を持つ第３のセンサと、前記第１、第２、第３のセンサ出力を比較する信号強度比較回路を備えるものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図について説明する。図１において１は目標からの赤外線を集光するための集光光学系、２は波長３〜５μｍ帯付近の赤外線と波長８〜１２μｍ帯付近の赤外線を分離する第１のダイクロックミラー、３は波長３〜５μｍ帯付近に感度のあるセンサであり、前記赤外線センサ３の前には第２のダイクロックミラー６が置かれている。前記第２のダイクロックミラーは波長３〜４μｍ帯付近と波長４〜５μｍ帯付近の光を分離する。
また、波長３〜４μｍ帯付近／波長４〜５μｍ帯付近／波長８〜１２μｍ帯付近の赤外線を電気信号に変換した場合の信号強度比較回路５が置かれており、各センサの信号出力が比較される。
【０００８】
次に動作について説明する。図２は、航空機の赤外線放射源を示したものである。航空機の赤外線放射源には８機体前面（空力加熱）、９排気口、１０排気ガスがある。図３は、１１が機体前面の赤外線放射の分光輝度特性、１２が排気口の赤外線放射分光輝度特性を示したものである。図４の１３は排気ガスの分光強度特性（相対値）を示したものである。ここから、機体の赤外線分光強度のスペクトル特性は図５のようになる。即ち、
（１）機体後方：高温の排気口内部が見える方向−波長３〜５μｍ帯の黒体放射が支配的
（２）斜め後方：排気口内部がわずかに見える方向−機体後方から見た場合に比べて波長３〜５μｍ帯の黒体放射の量が減り、排気ガスが放射する波長４〜４．５μｍ帯の選択放射が目立ち始める。
（３）斜め前方：機体の前方で排気ガスが見える範囲−排気ガスが放射する波長４〜４．５μｍ帯の選択放射と機体の空力加熱が放射する波長８〜１２μｍ帯の黒体放射の両方が観測できる。
（４）真正面：排気ガスが見えないため、機体の空力加熱による波長８〜１２μｍ帯の黒体放射が支配的になる。
波長３〜４μｍ帯付近／波長４〜５μｍ帯付近／波長８〜１２μｍ帯付近の各赤外線センサは地上で基準光源７を用いて較正しておくことにより目標の赤外線強度を推定することができる。この原理を以下に示す。基準光源は温度Ｔの黒体炉である。当該黒体炉から放射される赤外線放射強度は
【０００９】
波長３〜４μｍ帯：
【００１０】
【数１】
2004162942.tif 000003
【００１１】
波長４〜５μｍ帯：
【００１２】
【数２】
2004162942.tif 000004
【００１３】
波長８〜１２μｍ帯：
【００１４】
【数３】
2004162942.tif 000005
【００１５】
で与えられることが知られている。ただし、Ｗ（λ，Ｔ）はプランクの式であり、
【００１６】
【数４】
2004162942.tif 000006
【００１７】
で与えられる。ｃ１は第一放射定数（３．７４１５×１０＾４Ｗ／ｃｍ＾２μｍ）、Ｃ２は第二放射定数（１．４３９×１０＾４μｍＫ）、λは波長（μｍ）、Ａは黒体炉の光源面積（ｃｍ＾２）である。前記黒体炉を見た時の各センサ出力は
【００１８】
波長３〜４μｍ帯付近のセンサ出力：
【数５】
2004162942.tif 000007
【００１９】
波長４〜５μｍ帯付近のセンサ出力：
【００２０】
【数６】
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【００２１】
波長８〜１２μｍ帯付近のセンサ出力：
【数７】
2004162942.tif 000009
【００２２】
となる。ただし、式（５）、（６）、（７）においてＲ［ｃｍ］は較正時の黒体炉とセンサとの距離（Ｒは本来、波長３〜４μｍ帯付近／波長４〜５μｍ帯付近／波長８〜１２μｍ帯付近の各赤外線センサ毎に異なるが、各センサの離隔距離に比べて大きいため、その差は無視することができるとする）、Ｓ１（λ）［Ｖ・μｍ／Ｗ］は波長３〜５μｍ帯のセンサ分光感度、Ｓ２（λ）  ［Ｖ・μｍ／Ｗ］は波長８〜１２μｍ帯のセンサ分光感度である。ある較正温度Ｔｏの黒体炉を見た時のセンサ出力は波長３〜４μｍ帯付近／波長４〜５μｍ帯付近／波長８〜１２μｍ帯付近の各赤外線センサそれぞれでＮ１（Ｔ０），Ｎ２（Ｔ０），Ｎ３（Ｔ０）となる。当該値を信号処理の中で基準として記録しておき、任意の信号を受信した時にその信号出力と基準を比較することにより、受信信号源と黒体との強度比が算出できる。
即ち、
【００２３】
【数８】
2004162942.tif 000010
【００２４】
となり、目標輝度を推定することができる。ただし、λ１、λ２は波長３〜４μｍ帯付近／波長４〜５μｍ帯付近／波長８〜１２μｍ帯を代表する表記である。式（７）を用いて、目標の観測信号を換算すると目標のアスペクトに応じて、各センサの出力信号の大きさは、図６のような関係になる。即ち
目標を真後ろ（排気口の深奥部が見える方位）から観測している時：
波長３〜４μｍ帯出力信号＞波長４〜５μｍ帯出力信号＞波長８〜１２μｍ帯出力信号
目標の斜め後方（排気口の一部及び排気ガスが見える方位）から観測している時：
波長３〜４μｍ帯出力信号≒波長４〜５μｍ帯出力信号＞波長８〜１２μｍ帯出力信号
目標の斜め前方（排気ガスと空力加熱が見える方位）から観測している時：
波長３〜４μｍ帯出力信号≒０
波長４〜５μｍ帯出力信号＞波長８〜１２μｍ帯出力信号
目標が真正面（空力加熱のみが見える方位）を向いている時：
波長３〜４μｍ帯出力信号≒０
波長４〜５μｍ帯出力信号≒０
波長８〜１２μｍ帯出力信号＞０
の関係が成り立つ。９の信号強度比較回路でこの関係を判定し、目標のアスペクト角の推定を行うことができる。
【００２５】
また、目標特有のスペクトル情報を利用しているため、波長２μｍ以下に大きな分光強度を持つ太陽反射によるクラッタを除去し易くなり、誤探知を避ける効果も得られる。
【００２６】
また、波長３〜５μｍの赤外線を波長３〜４μｍ／波長４〜５μｍに分離するのにダイクロックミラーを利用したが、図７に示すように回転円盤の中に波長３〜５μｍ帯センサ付近を透過するフィルタ、波長３〜４μｍ帯を透過するフィルタ、波長４〜５μｍ帯を透過するフィルタを取り付けた円盤１４を回転させて前記で説明した関係を求めてもよい。
【００２７】
さらに、波長３〜５μｍ帯センサ３と波長８〜１２μｍ帯センサ４の２種類を用いたが、図８に示すように簡易的に波長３〜５μｍだけを用いてもよい。ただし、この場合は自分に対して真正面を向いている目標の探知が困難になる。
【００２８】
また、光学フィルタを取り付けた回転円盤７の代わりに、図９に示すように波長３〜５μｍ帯のセンサ３を２台置きダイクロックミラーで分離した波長３〜４μｍ帯と波長４〜５μｍ帯の赤外線を入射させてもよい。
【００２９】
また、波長３〜５μｍ帯センサの代わりに図１０に示すように波長３〜５μｍ帯を分光する分光強度計１８をおいて、分光強度特性を直接計測してもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、目標のスペクトル情報を抽出して、そのおおよそのアスペクト角を推定することにより、目標の自機に対する脅威度を判定する装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による赤外線捜索追尾装置の機能ブロック図である。
【図２】航空目標の主要な赤外線放射源を示す図である
【図３】航空機目標の前面と排気口の分光赤外線強度特性である。
【図４】航空機目標の排気ガスの分光強度特性である。
【図５】航空機目標の観測アスペクト角に応じた分光スペクトル強度の関係
である。
【図６】航空機目標の観測アスペクト角と波長帯域に応じた出力信号の関係
である。
【図７】この発明の赤外線捜索追尾装置の機能ブロック図である。
【図８】この発明の赤外線捜索追尾装置の機能ブロック図である。
【図９】この発明の赤外線捜索追尾装置の機能ブロック図である。
【図１０】この発明の赤外線捜索追尾装置の機能ブロック図である。
【符号の説明】
１  赤外線集光光学系
２  波長３〜５μｍ帯／波長８〜１２μｍ帯分離のための、第１のダイクロックミラー
３  波長３〜５μｍ帯センサ      ４  波長８〜１２μｍ帯センサ
５  波長３〜４μｍ帯信号／波長４〜５μｍ帯信号／波長８〜１２μｍ帯信号強度比較回路
６  波長３〜４μｍ帯／波長４〜５μｍ帯分離のための、第２のダイクロックミラー
７  較正用基準光源
８  航空機目標の空力加熱赤外線放射源
９  航空機目標の排気口赤外線放射源
１０  航空機目標の排気ガス赤外線放射源
１１  航空機目標の空力赤外線放射源の分光輝度特性
１２  航空機目標の排気口の分光輝度特性
１３  航空機目標の排気口の分光強度特性（相対値）
１４  波長３〜５μｍ帯／波長３〜４μｍ帯／波長４〜５μｍ帯透過フィルタを組み込んだ回転円盤
１５  波長３〜４μｍ帯信号／波長４〜５μｍ帯信号／信号強度比較回路
１６  波長３〜５μｍ帯分光強度計
【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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