(57)【要約】  移動するターゲットの検出および／または追跡用のアクティブシーカーシステムが開示される。システムは、システムから出力される照射ビームを生成する照射モジュールと、出力ビームの視野（ＦＯＶ）の立体角を整形する光学アセンブリと、１以上のスキャンサイクルを実行するために、スキャン軸を中心に出力ビームの出力光路を角度偏向するように適合された光路スキャンモジュールと、ビームの出力光路の周りの特定の視野から到来する、ビームのスペクトル領域で光をイメージングするように適合されたイメージングモジュールとを備える。場合により、出力光ビームの立体角は、ビームの特定の横方向に沿って延びる細長いＦＯＶ断面を有するように整形され、出力光路は、ビームの細長いＦＯＶを掃引して、一次元スキャンで所望の対象領域（ＦＯＲ）をカバーするように、ビームの細長いＦＯＶの長軸を横切る方向に角度偏向される。いくつかの実施例では、システムは、ターゲットを検出し追跡するためにＦＯＲを監視するように適合される。監視は、光ビームのＦＯＶがＦＯＲよりも小さい範囲に設定され、ＦＯＲがスキャンイメージングモードで撮像されるターゲット検出ステージを含み得る。監視は、追跡されるターゲットに関する特定の推定特性に従って１以上のイメージングパラメータが調整されるターゲット追跡ステージを含み得る。【選択図】図１Ａ
2020533559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクティブシーカーシステムであって、
システムの出力光路に沿って伝搬する光ビームを生成するように構成され動作可能な照射モジュールと、
前記出力光路から到来する光ビームのスペクトル領域で光をイメージングするように動作可能なイメージングモジュールと、
特定の視野を照射するために前記出力光路を横断する特定の横軸に沿って延びる細長い断面を有する出力光ビームを形成するように前記光ビームを整形するように適合されたビーム整形器を備える光学アセンブリと、
前記細長い出力光ビームの視野を掃引して対象領域（ＦＯＲ）をカバーすることにより、一次元スキャンサイクルを実行するために、スキャン軸を中心に前記出力光路の方向を角度偏向するように構成され動作可能な光路スキャンモジュールと、を備えることを特徴とするアクティブシーカーシステム。
【請求項２】
前記ビーム整形器は、前記細長い出力光ビームの視野が、幅の広い横方向寸法と幅の狭い横方向寸法の間の横方向アスペクト比が４０のオーダーの線形となるように、前記光ビームを整形するように構成され動作可能である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記細長い出力光ビームは、前記ＦＯＲの第１の横方向寸法をカバーするように延在し、前記光路スキャンモジュールは、前記一次元スキャンサイクルを、当該一次元スキャンサイクルで画像化されたＦＯＲの第２の寸法をカバーするように前記光ビームを掃引するために、前記出力光路の方向を偏向させて前記スキャン軸の周りの特定の角度範囲をスキャンすることによって、実行するように構成され動作可能である、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記イメージングシステムに接続可能であり、一次元スキャンサイクル中に前記イメージングシステムによってキャプチャされた一連の画像を受け取り、当該画像を処理して前記光ビームによって照射されたターゲットを検出することによって、ターゲットを探すために前記対象領域を監視するように構成され動作可能な制御システムを備え、前記検出は、前記ターゲットから反射／散乱された前記光ビームのリターン光が、前記一連の画像のうちの１以上の画像の１以上のピクセルによってキャプチャされたかどうかを判定することを含む、請求項１乃至３のいずれかに記載のシステム。
【請求項５】
前記制御システムが、前記ピクセルによってキャプチャされた光の強度が特定の所定の信号対雑音比（ＳＮＲ）閾値を超えるかどうかを判定することによって、前記１以上のピクセルを判定するように構成され動作可能である、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記ターゲットから反射／散乱され、少なくとも１つの画像内の前記１以上のピクセルによってキャプチャされるリターン光の強度は、τおよび１／Ｒの関数であり、ここでＲはイメージングモジュールとターゲットの間の距離、τは少なくとも１つの画像の露出時間であり、前記コントローラは、前記スキャン中のターゲットの距離Ｒの変化を推定し、当該距離の変化を用いて前記画像の露出時間τを動的に調整し、それにより、前記ターゲット検出のＳＮＲが所定の閾値より上になるように最適化しながら、前記スキャンサイクルの合計時間Ｔを短縮するように適合される、請求項４または５に記載のシステム。
【請求項７】
前記ターゲットから散乱され、前記一連の画像の前記１以上のピクセルによってキャプチャされるリターン光の強度は、Ｔ／（Ｒ４＊Ｑ）に比例し、ここでＲは前記イメージングモジュールと前記ターゲットの間の距離、Ωはスキャンサイクルによってカバーされる全対象領域（ＦＯＲ）の立体角、Ｔはスキャンサイクルの継続時間であり、前記コントローラは、前記ターゲットを追跡するための複数のスキャンサイクルを実行しながら、スキャンサイクルの持続時間Ｔおよび前記スキャンサイクルで走査されるＦＯＲの立体角Ωのうちの少なくとも１つを動的に調整するように適合されている、請求項５または６に記載のシステム。
【請求項８】
前記ターゲットの追跡中に、前記コントローラが、ターゲットの前記距離Ｒが短くなるにつれて、スキャンサイクルの持続時間Ｔを動的に短縮し、それにより、一次元スキャンサイクルのそれぞれにおいてスキャンされるＦＯＲフレームのフレームレート１／Ｔを動的に最適化するように適合されている、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記コントローラが、前記ターゲットの追跡中にターゲットの角速度を特定し、１つまたは複数のスキャンサイクルによってカバーされるＦＯＲの立体角Ωを動的に調整し、それによって前記追跡の敏捷性を最適化するように適合されている、請求項７または８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記イメージングシステムが一次元光検出器アレイを備え、前記イメージングシステムが、前記細長い出力光ビームの視野を前記一次元光検出器アレイ上にイメージングするように構成されている、請求項１乃至９のいずれかに記載のシステム。
【請求項１１】
前記イメージングシステムが二次元光検出器アレイを備える、請求項１乃至９のいずれかに記載のシステム。
【請求項１２】
前記イメージングシステムが、前記照射モジュールの視野よりも大きい視野を有して構成され、それにより、前記細長い出力光ビームによって照射された視野を前記二次元光検出器アレイのピクセルのサブセット上にイメージングする、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記二次元光検出器アレイによってキャプチャされた画像を処理して、前記ピクセルのサブセットによってキャプチャされた光強度のパラメータを、前記二次元光検出器アレイの他のピクセルによって測定された光強度に関連する対応するノイズ関連パラメータと比較することにより、ターゲットの誤検出を判定するように適合された誤警報プロセッサを備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記ノイズ関連パラメータは、平均バックグラウンドクラッタレベルおよび当該クラッタの標準偏差に関連する勾配、前記画像における構造体の推定サイズ、および前記画像間の比較、の１つ以上を用いて推定される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記スキャン軸は、前記出力光路を横切る横軸である、請求項１乃至１３のいずれかに記載のシステム。
【請求項１６】
前記スキャン軸は、前記特定の横軸に直交しない、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記スキャン軸は、前記特定の横軸に平行である、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記光路スキャンモジュールが、出力光路の方向の前記角度偏向を実行するように構成され動作可能な、前記スキャン軸を中心に回転可能なジンバルを備える、請求項１乃至１７のいずれかに記載のシステム。
【請求項１９】
前記ジンバルが、前記スキャン軸を中心に回転するための作動モジュールを備える、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記イメージングモジュールが前記ジンバルに取り付けられている、請求項１８または１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記イメージングモジュールが前記ジンバルの外部にあり、それに対して固定のイメージング光路を有し、前記光学アセンブリが、前記ジンバル上に配置され、前記イメージングモジュールによる画像化のために、前記出力光路から到来する光を前記固定のイメージング光路に沿って伝搬するように方向付けるように構成され動作可能である１以上のイメージング光学素子を備える、請求項１８または１９に記載のシステム。
【請求項２２】
前記照射モジュールは前記ジンバルに取り付けられる、請求項１５乃至２０のいずれかに記載のシステム。
【請求項２３】
前記照射モジュールが前記ジンバルの外部にあり、前記光ビームが前記照射モジュールから発する固定の光投射光路を有し、前記光学アセンブリが、前記ジンバル上に配置され、前記固定の光投影光路から到来する前記光ビームを前記出力光路に沿って伝搬するように方向づけるように構成され動作可能な１以上の光指向光学素子を備える、請求項１５乃至２０のいずれかに記載のシステム。
【請求項２４】
前記光路スキャンモジュールが、出力光路の方向の前記角度偏向を実行するように構成され動作可能な１以上のスキャン光偏向器を備える、請求項１乃至１８のいずれかに記載のシステム。
【請求項２５】
前記１以上のスキャン光偏向器が、少なくとも１つのＭＥＭ操縦ミラーを備える、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記照射モジュールが、前記光ビームが前記照射モジュールから発する固定の光投影光路を有し、前記光学モジュールは、前記投影光路からの光を前記１以上のスキャン光偏向器によって規定される出力光路に沿って伝播するように方向付ける１以上の光学素子を備える、請求項２４または２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記イメージングモジュールが、それに沿って到来する光をイメージングするための固定のイメージング光路を有し、前記光学モジュールは、前記１以上のスキャン光偏向器によって規定される出力光路から到来する光を方向付け、前記イメージングモジュールによるイメージングのために前記イメージング光路に沿って伝播させるための１以上の光学素子を備える、請求項２４乃至２６のいずれかに記載のシステム。
【請求項２８】
前記ターゲットが検出されると、前記制御システムは、前記システムを担持するプラットフォームを前記ターゲットに向けて操縦するためのターゲット追跡ステージを開始するように構成され動作可能である、請求項４に記載のシステム。
【請求項２９】
前記ターゲット追跡ステージ中に、前記制御システムは、前記一次元スキャンの動作を停止し、出力光ビームが前記ターゲットを連続的に照射するように前方方向に向けられ、前記出力光ビームの断面の横アスペクト比が１のオーダー、１〜２の範囲内となり、前記出力光の視野の立体角が拡大され前記ターゲットの角度範囲をカバーするように前記出力光ビームの断面を調整するように前記ビーム整形モジュールを動作させるスナップショット動作モードを開始する、請求項２５に記載のシステム。
【請求項３０】
前記ビーム整形モジュールが、出力光ビームの横方向アスペクト比を調整するように構成され動作可能な光学素子を備える、請求項２８または２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記ビーム整形モジュールが、前記光ビームの視野を拡大するように構成され動作可能な調整可能なビーム拡大器を備える、請求項２８乃至３０のいずれかに記載のシステム。
【請求項３２】
前記ターゲット追跡ステージ中に、前記制御システムは、前記イメージングモジュールによってキャプチャされた画像を処理して、前記ターゲットから戻る光によって照らされたピクセル数を推定し、このピクセル数が所定の閾値を超えると判断したら、前記ビーム拡大器モジュールを操作して光ビームおよび前記イメージングアセンブリの視野を拡大する、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記制御システムは、前記プラットフォームの操縦モジュールに接続可能であり、前記操縦モジュールを動作させて前記プラットフォームを前記ターゲットに向けて操縦するように構成され動作可能な操縦コントローラを備える、請求項２８乃至３３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３４】
前記操縦コントローラは、前記イメージングモジュールによって取得された画像を処理し、連続した画像において前記ターゲットから戻る光に照らされたピクセルのアイデンティティ間の変動を最小限にし、それにより、ターゲットに対する前記プラットフォームの角速度を最小化して、前記プラットフォームをターゲットに向けるように前記操縦モジュールを操作するように適合された閉ループコントローラを備える、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
アクティブシーカーシステムであって、
当該システムの出力光路に沿って伝搬する照射ビームを生成するように構成され動作可能な照射モジュールと、
前記システムの出力光路に沿って伝搬する光ビームの視野（ＦＯＶ）立体角を調整して、調整されたＦＯＶを有する出力光ビームを形成するように適合されたビーム整形器を備える光学アセンブリと、
前記出力光路の周りの特定のＦＯＶから到来する光ビームのスペクトル領域で光をイメージングするように動作可能なイメージングモジュールと、
１以上のスキャンサイクルを実行するために、スキャン軸の周りの前記出力光路の方向を角度偏向するように構成され動作可能な光路スキャンモジュールと、
ターゲットを検出および追跡するために、対象領域（ＦＯＲ）を監視するように、前記光学アセンブリ、前記イメージングモジュール、および前記光路スキャンモジュールを動作させるように構成され動作可能な制御システムであって、前記監視は、所定のＦＯＲ内で前記ターゲットを検出するためのターゲット検出ステージを実行することを含み、当該ターゲット検出ステージは、
（ｉ）前記ＦＯＲを第１の範囲に設定するステップと、
（ｉｉ）前記光学アセンブリを操作して、前記光ビームのＦＯＶを前記ＦＯＲよりも小さい範囲に調整するステップと、
（ｉｉｉ）前記スキャンモジュールと前記イメージングシステムとをスキャンイメージングモードで動作させて、前記照射ビームでＦＯＲをスキャンし、前記ＦＯＲの異なる区画の複数の画像を取り込むことにより、ＦＯＲフレーム画像データを取得するステップと、
（ｉｖ）前記複数の画像を処理して、その中でターゲットを示す画像ピクセルを同定し、それによってターゲットを検出するステップとを含み、
ターゲットを検出したら、当該ターゲットを追跡するターゲット追跡ステージを実行する、制御システムとを備えることを特徴とするアクティブシーカーシステム。
【請求項３６】
前記ステップ（ｉｉｉ）において、前記制御システムは、前記複数の画像の取り込み中に前記複数の画像の露出時間を動的に調整し、それによって前記ターゲットの検出に必要な時間を最適化するように構成され動作可能である、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記露出時間が、前記検出ステージ中の前記ターゲットの推定距離に基づいて調整される、請求項３６に記載のシステム。
【請求項３８】
前記追跡ステージを実行することは、ＦＯＲを示す複数のＦＯＲフレーム画像データを連続的にキャプチャするステップと、前記ＦＯＲフレーム画像データのうちの各ＦＯＲフレーム画像データを処理してその中のターゲットを同定するステップとを含み、前記コントローラは、前記追跡中に１つまたは複数のＦＯＲフレーム画像データをキャプチャする以下のパラメータの少なくとも１つを動的に調整するように適合されている、請求項３５〜３７のいずれかに記載のシステム：
（ｉ）各ＦＯＲフレーム画像にキャプチャされるＦＯＲの立体角範囲データ；
（ｉｉ）ＦＯＲフレーム画像データの前記連続的なキャプチャにおけるフレームレート１／Ｔ；
（ｉｉｉ）ＦＯＲフレーム画像データをキャプチャするために選択されるイメージングモードであって、スキャンイメージングモードとスナップショットイメージングモードのうちの１つとして選択されるイメージングモード。
【請求項３９】
特定のＦＯＲフレーム画像データをキャプチャするＦＯＲの立体角範囲は、先行するＦＯＲフレーム画像データに現れるターゲットの推定角速度に基づいて調整される、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４０】
特定のＦＯＲフレーム画像データをキャプチャするためのフレームレート１／Ｔは、先行するＦＯＲフレーム画像データにおけるターゲットの推定ＳＮＲに基づいて調整される、請求項３８または３９に記載のシステム。
【請求項４１】
特定のＦＯＲフレーム画像データを取り込むために選択されるイメージングモードは、前記ターゲットの推定距離に基づいて調整される、請求項３８または３９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
シーカーヘッド（以下、シーカーとも呼ぶ）は、通常、ミサイルなどの移動型プラットフォームに取り付けられたガイダンスシステムであり、ターゲットから戻った放射線（例えば、照射および／または反射／散乱された放射線）を捕捉／画像化し、捕捉／画像化された放射線を処理することにより、ターゲットを検出し、その後、ターゲットを追跡するものである。  
【背景技術】
【０００２】
シーカーヘッドは、放射ビームでターゲットをアクティブに照射しないパッシブシーカーと、一般にターゲットを照射するための放射線源を含むアクティブシーカーの２つの主要なタイプに分けることができる。
【０００３】
パッシブシーカーヘッドの例が、例えば米国特許５，３８９，７９１号に開示されており、これは、広いＦＯＶとともに、画像スミアが大幅に低減された改善を有する従来のレート安定型ＩＲシーカーを開示している。この改善には、シーカーセンサの光学系アセンブリの前段に円形の光学くさびを回転可能に取り付けたことが含まれる。シーカーの回転センサによって生成された一次スキャンベクトルと、回転ウェッジによって生成された二次スキャンベクトルの組み合わせにより、センサ単独の場合よりも広いＦＯＶを持つスキャンパターンが生成されると同時に、複数ポイントで空間スキャン速度がゼロまたはほぼゼロとなる。このようなポイントにより、画像スミアが殆どまたはまったくない「スナップショット」データを収集することができる。
【０００４】
パッシブシーカータイプの欠点は、ターゲットからの信号放出（強度）をインターセプターで制御することができず、ターゲットの放射率、ターゲットの温度、ターゲットの軌道など、予測できない多くのパラメータに依存する可能性があることである。従って、これらのタイプのシーカーヘッドの信号対雑音比（ＳＮＲ）は比較的低くなる。これは、パッシブシーカーは一般に放射線源を有さず、ターゲットをアクティブに照射することなく、ターゲットからの放射線の放出／散乱／反射を検出するようにのみ構成されているためである。
【０００５】
以下の説明では、ＳＮＲという用語は、信号強度と、検出器の機器ノイズおよび検出器によるバックグラウンド（例えば、クラッタ）放射感知の両方との比を示すために使用されることに留意されたい。この欠点は、特に、角速度の高いターゲットを追跡するために非常に俊敏な検出と追跡が必要な場合（ターゲットが高速であるか、またはミス距離が大きいため）、このような場合は検出が高速（短い露出時間）で実行される必要があるため、顕著になり、これにより各画像で取得された信号強度、従ってＳＮＲは劣る可能性があり、パッシブシーカーによる信頼性の高い検出および／または追跡を妨げる可能性がある。
【０００６】
場合によっては、パッシブシーカーの欠点を克服するために、一般的に放射線検出器に加えて放射線源（例えば光源）も有するアクティブシーカーが使用される。放射線源は、ターゲットをアクティブに照射するために使用され、十分な放射強度がターゲットから戻る。従って、アクティブシーカーは、ターゲットがアクティブシーカーヘッドによってアクティブに照射され、ターゲットから戻る信号の強度、従ってＳＮＲがパッシブシーカーシステムで得られるものよりもはるかに高くなるため、通常、追跡性能が向上する。
【０００７】
アクティブシーカーシステムの例は、例えば、米国特許第５，２００，６０６号に開示されており、これは、発出された送出レーザービームが通過し、戻り反射ビームを検出器アレイに反射する開口付ミラーを開示する。また、米国特許第４，０２４，３９２号では、アクティブレーザーシーカーを提供するために広角にわたってジンバルシステムの瞬時視野と一致するレーザービーム出力を有するジンバル付アクティブ光学システムが開示されている。
【発明の概要】
【０００８】
上述したように、アクティブシーカーヘッド（アクティブシーカー）は、移動するターゲットの検出と追跡、特に高速で移動するターゲット（例えば、高い角速度を有するターゲット）について信頼性が高く機敏な検出と追跡が必要な場合に、従来から用いられている。
【０００９】
従来のアクティブシーカーの主な欠点は、ターゲットを所望の短い検出時間Ｔで確実に検出するために、対象領域（ＦＯＲ）、つまりターゲットが予想される立体角全体を照射するために強力な放射線源が必要であるという事実から生じる。その結果、強力な放射線源を使用する必要があるため、シーカーヘッドを搭載したプラットフォーム（ミサイルなど）が搭載するシーカーヘッドのペイロードにも、放射線源に電力供給するための比較的大きくて重い電源を含める必要がある。従って、アクティブシーカーヘッドのペイロード（シーカーヘッド自体とその電源を含む）の重量および任意でサイズも、機敏なプラットフォーム（迎撃機など）に載せるには重く／大きくなりすぎる。これは、アクティブシーカーヘッドを使用できるプラットフォームとミッションに厳しい制限となる（例えば、アクティブシーカーヘッドを搭載するプラットフォームのサイズや、このプラットフォームのミッション航続時間による）。
【００１０】
本発明は、従来のアクティブシーカーヘッドシステムの上記欠点を改善するための新規なアクティブシーカーヘッドシステムおよび方法を提供する。有利なことに、強力な放射線源を搭載する要件が、本発明のシーカーヘッドシステムおよび方法によって実質的に緩和される。
【００１１】
本発明は、高速移動するターゲットへの確実な追跡を達成するために、異なるおよび／または動的に調整されたイメージング露出／積分時間τ、および／または、異なるおよび／または動的に調整された合計ＦＯＲフレームキャプチャ時間（ＦＣＴ）を有する、異なる放射線照射スキームを、システムの検出および追跡動作のさまざまな段階で使用する必要があるという発明者の理解に基づいている。これに関して、本明細書では、高速移動ターゲットという用語は、シーカーの基準フレームから観察した場合の、プラットフォーム（例えば、要撃機）に対して大きな角速度を達成し得るターゲットを示すのに用いられることに留意されたい。このため、露出時間τおよび／または積分時間という用語は、画像を取り込むためのイメージングモジュールの露出時間を示すために本明細書で互換的に用いられることを理解されたい。ＦＯＲフレームキャプチャ時間および／またはＦＯＲキャプチャ時間（本明細書ではＦＣＴとも略される）という用語は、本書では、ＦＯＲ全体を示す画像データをキャプチャするのに必要な合計時間を示すのに用いられる。スナップショットモードで動作している場合、ＦＯＲ全体が単一の画像でキャプチャされるため、ＦＯＲフレームキャプチャ時間（ＦＣＴ）Ｔは実際には露出時間τに等しくなる。ただし、スキャンモードで動作している場合、ＦＯＲ全体をカバーするためにＭ個の画像が取得されるため、この場合、ＦＯＲフレームキャプチャ時間（ＦＣＴ）はＭ画像の露出時間τの合計になり得る（露出時間は異なり、本発明に従って動的に調整される場合がある）。
【００１２】
従って、本発明の様々な実施形態によれば、アクティブシーカーヘッドは、システムの動作段階（例えば、ターゲット検出ステージおよび／またはターゲット追跡ステージ）に従って、および／またはシーカーヘッドからのターゲットの距離に応じて、ターゲットが照射されイメージングされる照射およびイメージングスキームの様々なパラメータを動的に調整するように構成され動作可能である。調整されるパラメータは、例えば、照度、ＦＯＲ（Ω）、イメージング露出時間（τ）、ＦＣＴ（Ｔ）などを含み得る。
【００１３】
これに関し、以下を留意されたい。本明細書では、用語ＦＣＴは、システムがＦＯＲ全体をカバーする画像を取得する間の合計時間（Ｔ）を示すのに用いられる。この画像のセット（ＦＯＲキャプチャサイクルごと）は、ここではＦＯＲフレームデータ／画像と呼ばれる。ＦＯＲフレームデータは、スキャンイメージングの手法で取得できる。この場合、ＦＯＲフレームの情報は、１のスキャンサイクル中にキャプチャされた異なるＦＯＶのいくつかの（例えば、Ｍ個の）画像でなる。代替的または追加的に、ＦＯＲフレームデータは、スナップショットイメージングの手法によって取得することができ、その場合、検出フレームの情報は、通常、ＦＯＶがＦＯＲ以上である１つのスナップショット画像から構成される。対象領域（ＦＯＲ）という用語は、本明細書では、各フレーム期間に撮像される立体角全体を示すのに用いられる。本明細書では、照射およびイメージングモードという用語は、ターゲットの存在が期待されるＦＯＲのＦＯＲフレーム画像を取り込むために使用される照射およびイメージング技術を示すのに用いられる。これには、スナップショットイメージングモードとスキャンイメージングモードが含まれる。
【００１４】
スナップショットイメージングモードでは、システムはフレームレートで動作する。これにより、各フレーム周期で、ＦＯＲ全体が放射照射（illumination radiation）によって同時に殺到（flood）し、ＦＯＲ全体のスナップショットが検出器／イメージャでキャプチャされる。この場合、投影された放射照射の立体角視野（ＦＯＶ）はＦＯＲ全体をカバーするように設定されているため、ＦＯＲの立体角以上である。従って、このモードでは、イメージングシステムのＦＯＶもＦＯＲと同じかそれ以上に設定される。
【００１５】
本明細書では、視野（ＦＯＶ）という用語は、イメージングおよび／または照射の立体角を一般的に示すのに用いられることに留意されたい。本発明によるシステムの様々な実装例では、イメージングのＦＯＶと照射のＦＯＶは同様でない場合があり、より具体的には、異なる範囲／立体角を有する場合がある。このため、イメージングＦＯＶ（本書ではＩ−ＦＯＶと示される）は、イメージングシステムの合計ＦＯＶである。照射ビームの立体角である照射ＦＯＶは、Ｌ−ＦＯＶと呼ばれる。
【００１６】
スキャンイメージングモードでは、放射照射は、ＦＯＲよりも大幅に小さい視野（ＦＯＶ）立体角を持つＦＯＲに投影される。この場合、フレーム期間は、ＦＯＲ全体をカバーするために放射照射がスキャンされるスキャンサイクルに対応する。スキャンサイクルの各「ステップ」で、イメージャ／検出器が放射照射のビームによって照射されるＦＯＲの少なくとも一部（つまり、少なくとも照射ビームのＦＯＶと重複するＦＯＲの部分）をキャプチャするように動作する特定の「積分期間」が続く。従って、スキャンサイクルの終わりに、ＦＯＲ全体にわたってスキャンされた照射ビームの反射／散乱から得られる放射応答（反射／散乱）を示す検出フレーム情報を集合的に構成する複数の画像が得られる。
【００１７】
このため、本発明の様々な実施形態によれば、（１）照射およびイメージングモード；（２）フレームレート；（３）ＦＯＲの立体角のうちの１以上である上記のパラメータの１以上は、照射を最適化するために、および／または、より具体的にはシステム動作中にターゲットからの応答として返される放射のＳＮＲを最適化するために、システムの動作中に動的に調整される。
【００１８】
例えば、いくつかの実施形態によれば、システムは、検出モードと追跡モードの２つの動作モードで構成され動作可能である。検出モードでは、シーカーヘッドに対するターゲットの位置に関する情報はまったくないか、または近似情報（例えば、リモートレーダーシステムなどの外部ソースから提供される）のみであり得る。この場合、ターゲットがシーカーヘッドからかなり離れているという仮定の下で、シーカーヘッドはスキャンイメージングモードで動作し、システムの所定の照射／放射源（所定の出力強度を有する）について、ターゲットから戻る信号のＳＮＲが最適化される（例えば、最大化される）。このモードでは照射ビームのＦＯＶがＦＯＲよりもかなり小さいため、スキャンイメージングモードはこの場合のＳＮＲを最適化する。このため、ターゲットに当たる放射照射のフラックス、ひいてはターゲットから戻ってくる（反射／散乱された）照射の瞬間強度も、スキャンモードで動作しているときはより強くなる。その結果、受信したＳＮＲが向上する。
【００１９】
より具体的には、本発明の発明者らは、所与のフレームレート、（所与のスキャンサイクル期間中の）照射パワーＰ（システムの照射モジュールの総出力）について得られるＳＮＲの点で、スナップショットイメージングモードと比較した場合にスキャンイメージングモードが有利であることに気付いた。これは、スキャンモードにおける各スキャンサイクル（フレームレートに対して１であるフレーム期間Ｔの間）で、ＦＯＲの一連の画像（例えば、Ｍ個の画像）が取得され、ここで各画像は短い積分時間（ここでは露出時間とも呼ばれる）τにわたって取得／積分されるため、すべてのＭ個の露出時間の合計はＴに等しくなる（露出時間は必ずしも等しくはない）。従って、スナップショットイメージングモードと比較して、画像内に収集されるノイズＮ（つまり、クラッタノイズとおそらく機器ノイズ）は、フレーム周期τ〜Ｔに一致する積分時間τにわたって単一の画像が取得されるスナップショットイメージングモードと比較して少ない。一方、スキャンモードでは、取り込まれる各画像の積分時間τ中に、（スキャンモードでは照射器のＦＯＶである）ＦＯＲの立体角Ωの一部のみが照射される。この部分は、照射器のＦＯＶの立体角φであり、ＦＯＲの立体角Ωの最大Ｍ倍小さくなる場合があり、Ω〜Μφ（ＦＯＲをカバーするのにＭ個の画像が使用されるため）となり、したがって照射器のパワーＰである場合、スキャンモードでは、フラックス（単位面積に伝達されるパワー）は最大Ｍ倍になる。
【００２０】
積分時間が短いことのもう１つの利点は、ターゲットが各フレームで検出器のより少ないピクセルを交差することで、ＳＮＲを改善する効果がある。ターゲットは、シーカーに対する角速度のために、露出時間中に検出器のピクセルを交差し得る。
【００２１】
スキャンイメージングモードは、ＳＮＲの点で有利となり得るが、いくつかの場合／シナリオでは、スキャンは、特に移動するターゲットを追跡する場合に、いくつかの不都合を有する。これは、特に高速スキャンが利用される場合のスキャンイメージングモードでは、スキャンのジッターとしての副作用（例えば、振動やその他の外乱による）や、いわゆるローリングシャッター効果が発生する可能性があり、これによりターゲットの検出と位置特定の精度が低下する場合がある。さらに、高速スキャンでは、スキャンジンバル／ミラーを動作させ、振動に対して安定させるために高速モータが必要になる。これらは大きな電力を消費する可能性があり（重い／大きな電源が必要となり）、従って、比較的小さく機敏なプラットフォームに取り付けるシーカーヘッドでの使用にはあまり適さない。さらに、高速で移動するターゲットの検出と追跡に関しては、スキャンの効果が低くなる場合がある。これは特に、スキャンのいわゆるローリングシャッター効果によるものである。
【００２２】
より具体的には、ローリングシャッター効果は、システムに対する（（例えば、シーカーヘッドを搭載するプラットフォームに対して大きい場合に）シーカーヘッドに対する）ターゲットの角速度が大きい場合に生じ得る。これは、画像スキャンがＦＯＲの異なる部分の一連の画像をキャプチャする一方で、ＦＯＲ内の高速移動ターゲット（角速度が高い）は、例えば、積分時間τ１にターゲットがＦＯＲのＦＯＶ−Ｂ部分にあり、時間τ２にスキャンニングがＦＯＲのＦＯＶ−Ｂ部分へと移動して照射およびイメージングするが、ターゲットはＦＯＶ−Ａに既に移動してしまっている場合である。従って、スキャンのローリングシャッター効果のために、ターゲットがシステムに対して高い角速度で移動している場合は、高速スキャンを回避することが望ましい場合がある。これに関して、「ローリングシャッター効果／アーチファクト」の用語は、本書ではスキャンニングに関する作用を示すために使用され、様々な実施形態でグローバルおよび／またはローリングシャッターの動作用に構成され動作可能なイメージングセンサの特定のシャッター／読み出し動作には関するものではないことを理解すべきである。
【００２３】
本発明は、単独または組み合わせで、スキャンイメージングモードの上記不都合を軽減することを可能とし、同時に、スキャンイメージングモードのＳＮＲの利点を得て、それほどパワフルでなく、従って小さくて軽い照射モジュールおよび電源を利用可能ないくつかの技術を提供するものである。
【００２４】
いくつかの実装例によれば、本発明のシーカーは、一次元スキャンモードで動作してＦＯＲをカバーするように構成される。この場合、細長い照射ビーム（例えば、断面のアスペクト比が約４０）で、そのアスペクト比の長い方の寸法（通常はビームの横方向スキャン、またはその光路に実質的に平行な軸上のビーム断面の回転など）を横切る（例えば、直交する）１方向にスキャンする。細長いビームで一次元スキャンを用いることは、典型的なスポット状ビームの二次元スキャン（例えば、ラスタスキャンなど）に勝るいくつかの利点がある。これは、通常、照射ビームのスポットが非常に速く移動する「高速」スキャン軸と、ビームスポットが低速で移動する「低速」スキャン軸を持つ二次元スキャンがあり、一次元スキャンでは「高速」スキャン軸に沿ってスキャンする必要性がなくなるためである（この１Ｄスキャンの場合、「高速」軸のスパン全体が照射され、スキャンの各画像のスナップショットにキャプチャされる）。これにより、高速軸に沿ってスキャンを実行するために高速スキャンアクチュエータ（ジンバルモータなど）を使用する必要性が減少する。これは、この場合、システムが、ビーム断面の広い面／寸法が各スキャンでＦＯＲの角度スパンの一次元全体をカバーする一方で、各スキャンステップで細長い照射ビームのＦＯＶ全体をカバーするＦＯＶを有するスナップショット画像をキャプチャする、ＦＯＲにわたる細長い照射ビームの一次元スキャンを利用するためである。従って、ＦＯＲの一次元アクティブ走査が使用される本発明のシーカーヘッドの実施形態は、高速かつ強力なスキャンアクチュエータを必要とせず、より遅くて強力でないアクチュエータ（ジンバルモータ）、すなわち、さらに小型で軽いバッテリ／エネルギ源のみを含むことができる。さらに、低速の一次元スキャンを利用すると、ジッター効果のスキャンも軽減される。
【００２５】
さらに加えて、一次元スキャンニングは、ローリングシャッター効果の点でも有利である。特にこの場合、ローリングシャッター効果は一次元のスキャン軸に沿ってのみ生じるが、細長いビームが一次元のみに沿ってＦＯＲを掃引し、これによりＦＯＲ内にターゲットがある可能性を減らしてスキャンニングから消失させるため、このスキャン軸に沿ったローリングシャッター効果のアーチファクトは小さく、それほど重要ではない。
【００２６】
さらに、本発明のいくつかの実施形態によれば、シーカーヘッドに対するターゲットの角速度が比較的小さいと予想される好ましいスキャン方向に沿って一次元スキャンが実行される。これは、ターゲットの角速度に大きく依存する上記のローリングシャッター効果を改善／低減し、従って、ターゲットの検出および追跡におけるシステムの信頼性を改善する。実際に、システムのいくつかの実装例では、スキャン方向は（例えばシーカーヘッドのコントローラによって）制御／調整できるため、好ましい方向に調整できるが、他の実施形態では、スキャン方向は固定的に好ましい方向に設定される。例えば、多くの場合、水平方向／平面でのターゲットの速度は、垂直速度よりもはるかに大きいと予想される。従って、シーカーヘッドに対する水平軸（ヨー平面内）のターゲットの角速度も、ターゲットの角速度がシーカーヘッドに対する垂直軸（ピッチ平面内）で取得できる可能な値と比較して高くなる可能性がある。従って、いくつかの実施形態では、スキャン方向は、垂直方向（ピッチ方向のスキャンニング）になるように設定／調整／制御され、それにより、照射ビームは、水平（ヨー方向）に細長い形状にされる。これにより、水平／ヨー平面のターゲットの角速度が原因で発生する可能性のあるローリングシャッター効果が実質的に排除される。
【００２７】
上記の様々な実施形態で説明したように、スキャンイメージングモードは、ターゲットが検出された後も継続され得ることに留意されたい。例えば、ターゲットの距離が大きく、スナップショットイメージングモードで十分なＳＮＲを取得できない限り、スキャンイメージングモードを実行することができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、ターゲットが検出されると、追跡モード中に、（１）照射およびイメージングモード；（２）露出時間τ；（３）フレームレート  １／Ｔ；（４）ＦＯＲの立体角、の様々なパラメータは、追跡動作中に、照射を最適化するため、および／またはより具体的にはターゲットからの応答として戻される放射のＳＮＲを最適化するために、さらにフレームレート１／Ｔも最適化し、したがってターゲット追跡の俊敏性を最適化するために、追跡動作モード中に（例えば、ターゲットの距離や速度に基づいて）動的に調整することができる。さらに、一次元スキャンが採用される場合、スキャンニングのローリングシャッター効果を軽減／低減するために、一次元スキャンの方向は、シーカーヘッドに対するターゲットの角速度に基づいて、上記のように動的に調整され得る。
【００２８】
このように、システムは、例えば、スナップショットイメージングモードで動作している場合でも、システムの所与の照射器について、ターゲットから戻された放射のＳＮＲが十分に高くなる（すなわち、特定の必要なＳＮＲ閾値以上になる）ように、ターゲットが十分に近くなるまで、スキャンイメージングモードで動作し続けることができる。
【００２９】
この目的のために、本発明のいくつかの実施形態によれば、ターゲットが十分に近く、従って、ＦＯＲのより大きな部分を占め、十分に高いＳＮＲをもたらす場合、システムのコントローラは、照射およびイメージングの動作モードをスナップショットモードに変更する。システムに対するターゲットの角速度は、ターゲットが近づくにつれて高い値に達するため、これは有利である。
【００３０】
従って、スナップショットモードでの動作では、スキャンのローリングシャッター効果が回避され、信頼性の高い追跡を提供する。このモードでは、照射ビームのＦＯＶが拡張／調整され（例えば、ビーム拡張器を使用）、ＦＯＲ全体が同時にカバー／フラッディングされ、イメージングのＦＯＶも、少なくとも照射ビームのＦＯＶをカバーするように調整される。従って、スキャンする必要なしに、ＦＯＲ全体の画像が連続的に取り込まれる。後述するように、ターゲットからのＳＮＲに応じて、ＳＮＲが特定の最小閾値レベルより上に維持されている限り、ターゲットが近づくと、イメージングのフレームレートＴが動的に調整／増加される。これにより、シーカーヘッドに対して高い角速度で移動している近接ターゲットの追跡の俊敏性を向上させることができる。
【００３１】
代替的または追加的に、いくつかの実施形態によれば、システムは、システムからのターゲットの予想距離に応じて（および／または、検出モードか追跡モードかのシステムの動作モードに従って）システムが動作するフレームレートを動的に調整するように構成され動作可能である。実際、ターゲットが遠くなるほど、システムのＦＯＲの立体角の占める部分は小さくなる。実際、所与の照射強度フラックスについて、検出器／画像によって受け取られる戻り（散乱フラックス）は、Ｒ−４に比例し、ここでＲはターゲットまでの距離である。従って、本発明のいくつかの実施形態によれば、イメージング（スキャンモードであれスナップショットモードであれ）のフレームレートは、約Ｒ４に比例するように調整され、所定の強度の照射ビームについて、ターゲットからの十分な反射信号（十分な強度）が、検出器／イメージャで収集される。これにより、ターゲットが様々な距離にあっても、ターゲットからの検出信号のＳＮＲが動的に最適化（安定化）される。
【００３２】
この点に関して、実際には、ターゲットから戻る放射線の強度は、ターゲットの距離だけでなく、ターゲットのサイズ、またはより具体的には対象分野をカバーするターゲットの断面積にも依存する可能性があることに留意されたい。このために、いくつかの実施形態では、フレームレートは、ターゲットから戻る（散乱／反射される）放射によって照明される検出器ピクセルの推定／判定された数に従って調整される。これは、照らされたピクセルの数が実際には、ＦＯＲ内のターゲットのサイズ（断面投影）とターゲットの距離の両方を示すためである。
【００３３】
さらに、いくつかの実施形態では、ＦＯＲの立体角自体は、システムの動作中に、例えば、システムの動作モードに応じて、および／またはターゲットの距離あるいはターゲットから戻る放射によって照射される検出器ピクセルの数に応じて動的に調整される。より具体的には、例えば、システムの検出動作モード中に（ターゲットが検索され、まだ検出／識別されていない）、システムのＦＯＲは、比較的大きな立体角（例えば、６ｅ−６〜５０ｅ−６ステラジアンの範囲内）をカバーするように設定され、各フレーム期間中に大きなＦＯＲがターゲットの検索でカバーされる。ターゲットが検出されたら（すなわち、追跡操作モード中）、システムのＦＯＲは、移動するターゲットが確実にＦＯＲ内に維持されて継続的に追跡できるのに十分な大きさである限り、実質的に小さい立体角をカバーするように設定されてよい。これに関して、ＦＯＲが小さいほど、所定の照射器（例えば、システムの放射源／光源）からの照射フラックスが高くなるため、特定のターゲット距離、特定のフレームレートについて、ターゲットから戻って検出器によってキャプチャされる信号のＳＮＲが向上することに注意されたい。従って、これにより、比較的広い距離範囲からでも追跡に必要なターゲットの照射を達成しつつ、高いフレームレートを用いて所望のＳＮＲを得るか、システムに低電力の照明源を含めることができる。
【００３４】
これに関して、一般に、ターゲットが遠いほど（シーカーヘッドシステムからの距離が大きいほど）、システムに対するターゲットの角速度が小さくなる場合があり（ターゲットが特定の速度である場合）、従って、後続のＦＯＲフレームキャプチャサイクルでターゲットがシーカーヘッドのＦＯＲ内に留まるようにするには、より小さいＦＯＲが必要である。従って、いくつかの実装例では、追跡モード中に、システムは、システムからのターゲットの推定距離に従って、および／またはシステムに対するターゲットの角速度に従って（ターゲットの角速度は、例えば、連続するフレーム間でのターゲット位置変化を比較することによって推定することができる）、ＦＯＲを変化させるように動作する。一般に、ターゲットがシステムに近づいたり、相対角速度が増加したりするにつれて、ＦＯＲは大きな立体角をカバーするように調整される。コントローラは、追跡モード中にＦＯＲを動的に調整し、典型的にはターゲットが近づくと立体角を増大させて、（１）ターゲットが連続するフレーム内のＦＯＲ内に確実に留まり、（２）好ましくは（システムの制限内で）殆どの検出モードの間（つまり、ターゲットがシステムに非常に接近するまで）、ターゲット全体が各フレームでキャプチャされるようにする。
【００３５】
本発明のさらに別の態様によれば、システムは、ターゲットを取り巻く環境におけるクラッタ放射量を評価するための手段を提供し利用することによって、ターゲット検出のＳＮＲをさらに改善するように構成され動作可能である。このため、いくつかの実施形態によれば、イメージャおよび照射ビームは、実質的に重なり合う視野ＦＯＶをカバーするように向けられ、一方、イメージャのＦＯＶは、少なくともスキャンイメージングモード中は、照射ビームのＦＯＶよりも大きくさらに照射ビームのＦＯＶを超えて延びるように調整／構成される。従って、ターゲットから戻る放射の信号は、ＦＯＶが投影された照射ビームのＦＯＶと重複する検出器のピクセルからのみ提供されることが期待される（ターゲットからの信号は、ターゲットから反射される照射ビームの放射に基づくため）。ＦＯＶが照射ビームのＦＯＶと重複しない他のピクセルは、クラッタ放射のみを感知すると見なされる（これらのピクセルは、ターゲットから反射／散乱されている照射ビーム放射を受信できないため）。従って、いくつかの実装例によれば、コントローラは、Ｌ−ＦＯＶ外のいくつかのピクセルを処理して、レベルクラッタノイズを推定する。
【００３６】
従って、本発明の１つの主要な態様によれば、新規かつ進歩的なアクティブシーカーシステムおよび方法が提供される。この側面のアクティブシーカーシステム／方法は：
システムの出力光路に沿って伝搬する照射ビームを生成するように構成され動作可能な照射モジュールと；
システムの出力光路に沿って伝搬する調整された視野（ＦＯＶ）を有する出力光ビームを形成するために光ビームのＦＯＶ立体角を調整するように適合されたビーム整形器を含む光学アセンブリと；
出力光路の周りの特定のＦＯＶから到来する光ビームのスペクトル領域（spectral regime）で光を画像化するように動作可能なイメージングモジュールと：
１以上のスキャンサイクルを実行するために、スキャン軸の周りの出力光路の方向を角度的に偏向するように構成され動作可能な光路スキャンモジュールと；
ターゲットの検出および追跡のために対象領域（ＦＯＲ）を監視するための、光学アセンブリ、イメージングモジュール、および光路スキャンモジュールを操作するように構成され動作可能な制御システムとを含む。本発明のこの態様によれば、監視は、所定のＦＯＲ内でターゲットを検出するためのターゲット検出ステージを実行することを含み、当該ターゲット検出ステージは、
（ｉ）ＦＯＲを最初の範囲に設定するステップと；
（ｉｉ）光学アセンブリを操作して、光ビームのＦＯＶを当該ＦＯＶよりも小さい範囲に調整するステップと；
（ｉｉｉ）スキャンモジュールおよびイメージングシステムをスキャンイメージングモードで動作させて、ＦＯＲを照射ビームでスキャンし、ＦＯＲの異なる区画の複数の画像を取り込むことによって、ＦＯＲフレーム画像データを取得するステップと；
（ｉｖ）前記複数の画像を処理して、その中でターゲットを示す画像ピクセルを識別し、それによってターゲットを検出するステップとを含む。
【００３７】
いくつかの実施形態では、前記動作（ｉｉｉ）において、制御システムは、複数の画像のキャプチャ中に複数の画像の露出時間を動的に調整し、それによってターゲット検出に必要な時間を最適化するように構成され動作可能である。例えば、露出時間は、検出ステージ中のターゲットの推定距離に基づいて動的に調整されてもよい。
【００３８】
いくつかの実装例によれば、ターゲットを検出したら、システムは、ターゲットを追跡するためのターゲット追跡ステージを実行する。いくつかの実施形態では、追跡ステージの実行は、ＦＯＲを示す複数のＦＯＲフレーム画像データを連続的にキャプチャするステップと、複数のＦＯＲフレーム画像データの各ＦＯＲフレーム画像データを処理してその中のターゲットを識別するステップとを含む。コントローラは、追跡中に１以上のＦＯＲフレーム画像データをキャプチャする以下のパラメータの少なくとも１つを動的に調整するように適合される。
（ｉ）各ＦＯＲフレーム画像データでキャプチャされるＦＯＲの立体角の範囲；
（ｉｉ）ＦＯＲフレーム画像データの連続キャプチャのフレームレート１／Ｔ；
（ｉｉｉ）ＦＯＲフレーム画像データをキャプチャするために選択されたイメージングモード。選択されたイメージングモードは、スキャンイメージングモードとスナップショットイメージングモードのうちの１つであり得る。
【００３９】
いくつかの実装例によれば、特定のＦＯＲフレーム画像データをキャプチャするＦＯＲの立体角の範囲は、先行するＦＯＲフレーム画像データに現れているターゲットの推定される角速度に基づいて調整される。
【００４０】
いくつかの実装例によれば、特定のＦＯＲフレーム画像データをキャプチャするためのフレームレート１／Ｔは、先行するＦＯＲフレーム画像データにおけるターゲットの推定されたＳＮＲに基づいて調整される。
【００４１】
いくつかの実装例によれば、特定のＦＯＲフレーム画像データをキャプチャするために選択されたイメージングモードは、推定されるターゲットの距離に基づいて調整される。
【００４２】
本発明のさらに別の主要な態様によれば、新規かつ進歩的なアクティブシーカーシステムおよび方法が提供される。この態様のアクティブシーカーシステム／方法は：
システムの出力光路に沿って伝搬する光ビームを生成するように構成され動作可能な商社モジュールと；
出力光路から到来する光ビームのスペクトル領域で光を画像化するように動作可能なイメージングモジュールと；
光ビームを整形して、特定の視野を照射するために出力光路を横切る特定の横軸に沿って延びる細長い断面を有する出力光ビームを形成するように適合されたビーム整形器を備える光学アセンブリと；
対象領域（ＦＯＲ）をカバーするように細長い出力光ビームの視野を掃引することにより、スキャン軸を中心に出力光路の方向を角度偏向して一次元スキャンサイクルを実行するように構成され動作可能な光路スキャンモジュールとを含む。
【００４３】
いくつかの実施形態によれば、ビーム整形器は、細長い出力光ビームの視野が、細長い光ビームの広い横寸法と狭い横寸法の間が約４０の横アスペクト比である線形を有するように、光ビームを整形するように構成され動作可能である。代替的または追加的に、いくつかの実施形態によれば、細長い出力光ビームは、ＦＯＲの第１の横方向寸法をカバーするように延びる。光路スキャンモジュールは、光ビームを掃引して一次元スキャンサイクルで画像化されるＦＯＲの第２の寸法をカバーするように、スキャン軸を中心に特定の角度範囲をスキャンすることにより、出力光路の方向を偏向して一次元スキャンサイクルを実行するように構成され動作可能である。
【００４４】
いくつかの実施形態では、システムは、イメージングシステムに接続可能であり、一次元スキャンサイクル中にイメージングシステムにキャプチャされた一連の画像を受信することによってターゲットを探すために対象領域を監視するように構成され動作可能な制御システムを含む。制御システムは、画像を処理して光ビームに照射されたターゲットを検出するよるように適合されている。この検出ステップは、ターゲットから反射／散乱された光線のリターン光が、一連の画像内の少なくとも１つの画像の１以上のピクセルにキャプチャされたかどうかを判定するステップを含む。例えば、制御システムは、これらのピクセルでキャプチャされた光の強度が特定の予め定められた信号対雑音比（ＳＮＲ）閾値を超えるかどうかを判定することによって、１以上のピクセルを判定するように構成され動作可能である。
【００４５】
これに関し、ターゲットから反射／散乱され、少なくとも１つの画像の１以上のピクセルでキャプチャされたリターン光の強度は、一般にτと１／Ｒの関数であり、ここでＲはイメージングモジュールとターゲット間の距離であり、τは少１以上の画像の露出時間である。いくつかの実施形態によれば、コントローラは、スキャン中のターゲットの距離Ｒの変化を推定し、距離の変化を用いて画像の露出時間τを動的に調整し、それによりスキャンサイクルの合計時間Ｔを短縮しつつターゲット検出のＳＮＲを所定の閾値を超えるように最適化するように適合される。
【００４６】
より具体的には、いくつかのケースでは、ターゲットから散乱して一連の画像の１以上のピクセルでキャプチャされるリターン光の強度は、一般にＴ／（Ｒ４＊Ω）に比例し、ここでＲはイメージングモジュールとターゲット間の距離であり、Ωはスキャンサイクルでカバーされる全対象領域（ＦＯＲ）の立体角、Ｔはスキャンサイクルの継続時間である。このために、いくつかの実施形態によれば、コントローラは、ターゲットを追跡するための複数のスキャンサイクルを実行するとともに、スキャンサイクルの持続時間Ｔと、スキャンサイクル中にスキャンされるＦＯＲの立体角Ωとの少なくとも１つを動的に調整するように適合される。
【００４７】
例えば、ターゲットの追跡中、コントローラは、ターゲットの距離Ｒが短くなるにつれて、スキャンサイクルの継続時間Ｔを動的に短縮し、それにより、一次元スキャンサイクル中にそれぞれスキャンされるＦＯＲフレームのフレームレート１／Ｔを動的に最適化する。代替的または追加的に、コントローラは、ターゲットの追跡中に当該ターゲットの角速度を特定し、１またはそれ以上のスキャンサイクルによってカバーされるＦＯＲの立体角Ωを動的に調整して、当該追跡の敏捷性を最適化するように適合される。
【００４８】
いくつかの実施形態によれば、システムは、一次元光検出器アレイを含み、イメージングシステムは、細長い出力光ビームの視野を一次元光検出器アレイ上に画像化するように構成される。
【００４９】
あるいは、イメージングシステムは二次元光検出器アレイを含み、好ましくはイメージングシステムは照射モジュールの視野よりも大きい視野を有して構成され、それにより細長い出力光ビームに照射された視野を二次元光検出器アレイのピクセルのサブセットに画像化する。この目的のために、システムは、二次元光検出器アレイにキャプチャされた画像を処理し、ピクセルのサブセットにキャプチャされた光強度のパラメータを、二次元光検出器アレイの他のピクセルで測定された光強度に関する対応するノイズ関連パラメータと比較することによって、ターゲットの誤検出を決定するように適合されたノイズ推定モジュール（例えば、誤警報プロセッサ）を含むことができる。ノイズ関連パラメータは、例えば、クラッタの標準偏差に関連する平均背景クラッタレベルおよび勾配、画像内の構造体の推定サイズ、画像間の比較、の１つまたは複数に基づいて推定することができる。
【００５０】
本発明の様々な実施形態によれば、一次元スキャンのスキャン軸は、システムの出力光路を横切る横軸である。スキャン軸は一般に、（対象領域上でビームを掃引するために）照射ビームの細長い断面がそれに沿って延びる特定の横軸と直交しておらず、好ましくは照射ビームの細長い断面の特定の横軸と平行であり得る。
【００５１】
例えば、本発明のいくつかの実施形態によれば、光路スキャンモジュールは、出力光路の方向の角度偏向を実行するように構成され動作可能なスキャン軸の周りで回転可能なジンバルを備える。このジンバルは、スキャン軸を中心に回転する作動モジュールを備える。
【００５２】
様々な実装例において、イメージングモジュールは、ジンバルに（例えば、直接的に）搭載されてもよく、あるいはイメージングモジュールは、ジンバルの外部に存在し（そしてジンバルに対して固定のイメージング光路を有し）てもよい。後者の場合、システムの光学アセンブリは、ジンバル上に配置され、出力光路から到来する光を固定のイメージング光路に沿って伝搬させてイメージングモジュールに画像化させるように構成され動作可能な１以上のイメージング光学素子を含むことができる。
【００５３】
様々な実装例において、照射モジュールは、ジンバルに（例えば、直接）取り付けられてもよく、あるいは照射モジュールは、ジンバルの外部に存在し、光線がこれに沿って照射モジュールから発出する固定の光投影光路を有してもよい。後者の場合、光学アセンブリは、ジンバル上に配置され、固定の光投影光路から到来する光ビームを出力光路に沿って伝搬するように誘導するように構成され動作する１以上の光誘導光学素子を含み得る。
【００５４】
ジンバル使用の代替または追加として、光路スキャンモジュールは、出力光路の方向の角度偏向を実行するように構成され動作可能な１以上のスキャン光偏向器を含むことができる。例えば、１以上のスキャン光偏向器は、少なくとも１つのＭＥＭステアリングミラーを含む。
【００５５】
このため、いくつかの実装例では、照射モジュールは、これに沿って光ビームが照射モジュールから発出する固定の光投影光路を有することができ、光学アセンブリは、投影光路からの光を、１以上のスキャン光偏向器に規定される出力光路に沿って伝搬するように案内するための１以上の光学素子を含むことができる。代替的または追加的に、イメージングモジュールは、それに沿って到来する光を画像化するための固定のイメージング光路を有してもよく、光学アセンブリは、１以上のスキャン光偏向器によって規定される出力光路から到来する光を方向づけ、イメージングモジュールによる画像化のためにイメージング光路に沿って伝搬させるための１以上の光学素子を含み得る。
【００５６】
本発明の様々な実施形態によれば、ターゲットが検出されると、制御システムは、システムをターゲットの方へ運ぶプラットフォームを操縦するためのターゲット追跡ステージを開始するように構成され動作可能である。
【００５７】
一部の実施形態では、ターゲット追跡ステージ中に、制御システムは一次元スキャンニング動作を停止し、出力光ビームがターゲットを連続的に照射するために順方向に向けられるスナップショット動作モードを開始し、ビーム整形モジュールを操作して、出力光ビームの断面の横方向アスペクト比が１のオーダー（例えば、１から２の範囲内）となり、出力光ビームの視野の立体角が拡大してターゲットの角度範囲をカバーするように、出力光ビームの断面を調整する。この目的のために、ビーム整形モジュールは、出力光ビームの横方向アスペクト比を調整するように構成され動作可能な光学素子を備える。また、ビーム整形モジュールは、光ビームの視野を拡大するように構成されかつ動作可能な調整可能なビーム拡大器を備え得る。
【００５８】
いくつかの実装形態では、ターゲット追跡ステージ中に、制御システムは、イメージングモジュールによってキャプチャされた画像を処理して、ターゲットから戻る光によって照射されたピクセル数を推定し、このピクセル数が所定の閾値を超えると判断したら、ビーム拡張モジュールを操作して、光ビームとイメージングアセンブリの視野を拡大する。
【００５９】
いくつかの実施形態によれば、制御システムは、プラットフォームの操縦モジュールに接続可能であり、ターゲットに向かってプラットフォームを操縦するための操縦モジュールを操作するように構成され動作可能な操縦コントローラを備える。操縦コントローラは、例えば、連続する画像内でターゲットから戻る光に照らされるピクセルのアイデンティティ間の変動を最小限に抑え、それによってターゲットに対するプラットフォームの角速度を最小限に抑え、プラットフォームをターゲットへと向けるために、イメージングモジュールで取得された画像を処理し、操縦モジュールを操作するように適合された閉ループコントローラを備えることができる。
【００６０】
本発明の他の態様および利点が、図面を参照して以下により詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
本明細書で開示される主題をよりよく理解し、それが実際にどのように実施され得るかを例示するために、実施形態が、添付の図面を参照して、非限定的な例としてのみここで説明される。
【図１Ａ】図１Ａは、本発明のいくつかの実施形態によるアクティブシーカーシステム１００のブロック図を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａのシステムで使用される制御ユニットの構成を例示している。
【図２】図２Ａおよび図２Ｂは、それぞれ、ターゲットを検出するターゲット検出フェーズと、ターゲットが検出された後にターゲットを追跡するために実行される追跡フェーズとにおける制御ユニットの動作フローチャートを例示している。
【図３】図３は、スキャンモードからスナップショットモードに切り替える際のシステム動作の一例の概略図である。
【図４】図４Ａおよび４Ｂは、それぞれ、２つの異なるスキャン時間におけるイメージングモジュールのＦＯＶを例示する。
【図５】図５Ａ〜５Ｃは、一次元スキャナによって実行される異なるスキャンモードの例を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
図１Ａ〜１Ｂは、本発明のいくつかの実施形態による、アクティブシーカーシステム１００を示すブロック図である。
【００６３】
アクティブシーカーシステム１００は、照射モジュール１１０と、ビーム整形アセンブリ１３０と、スキャンモジュール１４０と、イメージングモジュール１２０と、コントローラ１５０（本明細書では、制御システム／ユニットと互換的に呼ばれる）とを備える。
【００６４】
照射モジュール１１０は、出力光路ＯＰに沿ってシステム１００から伝搬する出力ビームＯＢを整形するために、出力光路ＯＰに向かって伝搬する放射ビームＬＢを生成するように構成される。放射ビームは、典型的には光ビーム、すなわち可視、ＩＲ、または他の領域の光であるが、無線周波数（ＲＦ）などの電磁放射の非光学ビームであってもよい。イメージングモジュール１２０は、照射モジュールによって生成された放射ビームＬＢのスペクトル領域の放射を画像化するように構成される。実際、本書で言及されるイメージングモジュールは、典型的には、放射ビームＬＢの光学領域で動作可能なイメージャである。しかしながら、一般に、イメージングモジュール１２０はまた、他のスペクトル領域（例えば、非光学領域）の放射を画像化するように動作してもよく、例えば、イメージングモジュール１２０は、ＲＦ領域の放射を画像化するように動作可能な１以上のアンテナモジュール（例えば、アンテナアレイ）のセットを備えてもよい。ビーム整形アセンブリ１３０は、放射ビームＬＢを整形して、少なくともそのＦＯＶを変更し、場合によってはイメージングモジュールのＦＯＶも変更するように構成された１以上のビーム整形器を備える。ビーム整形アセンブリ１３０は、スナップショット動作モードではＦＯＶがＦＯＲ全体をカバーし、一方でスキャン動作モードでは出力ビームのＦＯＶは（およびイメージングのＦＯＶも）ＦＯＲの一部のみをカバーするように、出力ビームおよび場合によってはイメージングモジュールのＦＯＶを調整するように構成され動作可能である。スキャンモジュール１４０は、通常はスキャンモードで動作し、一次元スキャンを実行するために、少なくとも１つのスキャン軸／角度を中心に光路ＯＰの方向を角度偏向するように構成される。この目的のために、スキャンモジュール１４０は、出力ビームＯＢの視野を掃引して、対象領域ＦＯＲをカバーするように構成され動作可能である。
【００６５】
本発明のいくつかの実施形態では、イメージングモジュールおよび照射モジュールの光路は、別々であってもよいことに留意されたい（例えば、間隔を空けて共整列された光路）。また、光学アセンブリ（例えば、ビーム整形モジュールおよび／または他の光学モジュール）は、イメージングモジュールと照射モジュールで異なる／別個の光学アセンブリであってもよい（任意で、いくつかの光学素子はイメージングと照射の双方の光路に沿って含められてもよい。
【００６６】
このため、本発明のいくつかの実施形態によれば、照射モジュール１１０およびイメージングモジュール１２０の両方の光学／伝搬・軸／経路は、スキャンモジュールに結合され、その結果、スキャン動作中、これらの光学／伝搬経路の両方は、ＦＯＲをスキャンするためにスキャンモジュールによって共に偏向される。例えば、本発明の一実施形態によれば、スキャンモジュール１４０は、照射およびイメージングモジュール１１０、１２０の両方が設置／提供されるアクチュエータブルジンバル（例えば、適切なスキャンアクチュエータを備えた１軸ジンバル）を備える。従って、ジンバルを作動させると、照射モジュール１１０およびイメージングモジュール１２０の両方の光路が偏向されて、ＦＯＲをスキャン（すなわち、照射および画像化）する。代替的または追加的に、照射およびイメージングモジュール１１０、１２０、またはそれらの一方は、ジンバルに直接設けられなくてもよいが、代わりに、ジンバルは、照射および／またはイメージングモジュール１１０および１２０の光路を、スキャンモジュールによってスキャンされる出力光路ＯＰに結合するように適合されたミラー／偏向器を備える。
【００６７】
いくつかの実施形態では、ビーム整形アセンブリ１３０は、出力ビームＯＢの断面のアスペクト比を変更することなく、以下Ｌ−ＦＯＶと示される出力ビームＯＢのＦＯＶにグローバル調整を適用するように構成され動作可能である少なくとも１つのグローバルビーム整形器１３０．１を含む（例えば、Ｌ−ＦＯＶの立体角φ全体を拡大／縮小するため）。いくつかの実施形態では、グローバルビーム整形器１３０．１は、照射光路のみに沿って配置されるので（イメージングモジュールの光路には沿っていない）、より単純な（非イメージングタイプの）ビーム整形光学素子を使用できる。あるいは、いくつかの実施形態では、イメージングモジュール１２０の光路もグローバルビーム整形器１３０．１を通り、結果としてＬ−ＦＯＶ調整のグローバル調整がイメージングモジュールのＦＯＶも調整することとなり、これは以下Ｉ−ＦＯＶと呼ばれる。上記および下記でより詳細に説明するように、いくつかの実施形態では、イメージングモジュールのＦＯＶ、Ｉ−ＦＯＶは、出力ビームＯＢのＦＯＶ、Ｌ−ＦＯＶよりも大きく維持され、その結果、イメージングモジュールにキャプチャされた画像は、ターゲットから戻ってきた（反射／散乱された）出力ビームＯＢの放射の信号／画像／集合が存在しないはずの領域も含むが、これらの領域では、クラッタ放射とおそらく機器ノイズのみが検出／イメージング／収集される。従って、これらの領域は、ターゲット応答のＳＮＲに影響を及ぼしている可能性があるグローバルノイズ／クラッタの評価に役立ち、それによってＳＮＲの改善を可能にする。この目的のために、イメージングモジュールは、照射器よりも広いスペクトル領域を有し得る。イメージングモジュールはまた、出力光路よりも広いＦＯＶ、すなわち、出力光路だけでなく到来する光／放射を画像化してもよい。
【００６８】
いくつかの実施形態では、ビーム整形アセンブリ１３０は、出力ビームＯＢのＦＯＶのアスペクト比に非対称の調整、Ｌ−ＦＯＶを適用するように構成され動作可能である少なくとも１つの非対称ビーム整形器１３０．２を備える。以上および以下で詳述するように、非対称ビーム整形器１３０．２は、細長いアスペクト比の間で照射ビームのアスペクト比を変更して、いわゆる線形断面、すなわち光路を横切る横軸に沿って延びる細長い断面、を有する出力ビームＯＢを形成するように構成され動作可能である。この場合、出力ビームＯＢは細長い断面で視野Ｌ−ＦＯＶを照射する。任意で、非対称ビーム整形器は、ビームのアスペクト比が４０：１になるように出力ビームＯＢを整形するように構成されている（例えば、このアスペクト比は１０〜５０の範囲内で、広い軸に対するビームの角度範囲は、１ミリラド〜１０ミリラドの範囲内である）。好ましくは、この場合、出力ビームＯＢのＦＯＶは、出力ビームＯＢの断面の長辺／横寸法の幅が少なくともターゲットが検出／追跡されるべきＦＯＲの幅と同じとなり、一方で断面の短辺／横寸法の幅はＦＯＲよりも小さくなるように調整される。これにより、１回の一次元スキャンでＦＯＲ全体をスキャンすることができる。
【００６９】
いくつかの実施形態では、ビーム整形アセンブリ１３０はまた、イメージングＦＯＶ、Ｉ−ＦＯＶの立体角に対して、照射ＦＯＶ、Ｌ−ＦＯＶの立体角を拡大／収縮するように構成され動作可能なビーム拡張モジュール１３０．３を備える。これは、イメージングＦＯＶ、Ｉ−ＦＯＶが照射ＦＯＶ、Ｌ−ＦＯＶよりも大きくなるようにイメージングおよび／または照射ＦＯＶを調整し、それにより、以上および以下に詳述するように、ノイズ／クラッタ推定を改善するために利用することができる。あるいは、システム１００は、ＦＯＶ比の特定の調整なしに、イメージングＦＯＶ、Ｉ−ＦＯＶが本質的に照射ＦＯＶ、Ｌ−ＦＯＶよりも大きく設定されるように構成されてもよいことに留意されたい。
【００７０】
従って、いくつかの実施形態によれば、スキャンモジュール１４０は、１つのスキャン軸（通常、横方向のスキャン軸）を中心に光路ＯＰの方向を角度偏向して、一次元スキャンを実行するように構成される。この目的のために、スキャンモジュール１４０は、出力ビームの視野Ｌ−ＦＯＶを、好ましくはイメージングの視野Ｉ−ＦＯＶと共に掃引して、対象領域ＦＯＲをカバーするように構成される。この場合、スキャンモジュールは、出力ビームとイメージングの光路を偏向するために偏向ミラーが取り付けられたジンバルか、イメージングモジュール１２０および／または照射モジュール１１０が直接取り付けられたジンバルを備える。
【００７１】
さらに、任意選択的にいくつかの実施形態では、スキャンモジュール１４０は、非対称ビーム整形器１３０．２および／またはジンバルに結合されて、軸を中心に（例えば、その光軸周りに）非対称ビーム整形器を回転させ、したがって線形の出力ビームを回転させてＦＯＲをスキャンできるようにする回転アクチュエータを備えることができる。
【００７２】
上記のように、システム１００は、２つのフェーズで動作するように適合されている。第１のフェーズ、すなわちターゲット検出フェーズ／ステージでは、システムは、比較的大きなＦＯＲ内でターゲットを検索および検出するように動作する。第２のフェーズでは、システムはターゲットを追跡するように動作する。いくつかの実施形態によれば、システムは、スキャンイメージングモードとスナップショットモードの２つの動作モードで動作できる。以下に詳述するように、一部の実装例では、システムは検出フェーズ中はスキャンモードで動作し、追跡フェーズ中は２つのモードで動作し、すなわち最初はスキャンモードで動作し、その後スナップショットモードで動作するように切り替わるように構成されている（例えば、ターゲットが近づいていると判断したとき）。コントローラ１５０は、ターゲットのＳＮＲを最適化するために（例えば、ＳＮＲを特定の閾値レベルより上に維持するために）２つのステージ／フェーズでシステムの動作を制御および／または調整しながら、検出および／または追跡の敏捷性（速度／レートおよび／または柔軟性）を調整して、ＳＮＲと俊敏性を向上させたうえで高速移動するターゲットの検出と追跡を実現し、一方で必要な照射電力を削減し、したがってシステムの重量とサイズを削減する。このため、コントローラ１５０は、照射およびイメージングパラメータを調整するとともに、イメージングおよび照射モードを選択するように構成され動作可能である。場合によっては、画像化はスナップショットモードで行われ、他の場合では、画像化はスキャンモードで行われ、それにより、スキャンモジュールは、例えば一次元スキャンを繰り返し（例えば、周期的に）実行するように構成される。これを行うために、ＦＯＲがサイクルごとにカバーされるように、スキャンモジュール１４０が出力光路の方向を特定の角度１１１だけ偏向するので、ＦＯＲはサイクルごとに一度スキャンされる。
【００７３】
図１Ｂは、システム１００のブロック図であり、コントローラ１５０の異なるモジュールと、それらがシステム１００の他のモジュールにどのように接続されるかを、より詳細かつ明確な態様で示す。コントローラは、通常、コンピュータ化されたシステム、またはコンピュータ化されたシステムとアナログ／電子の回路モジュールの組み合わせであり、図示されているモジュール１５１〜１５９は、ソフトウェア実装モジュール、ハードウェアモジュール、電子回路および／または上記の任意の組み合わせとして実装することができる。
【００７４】
図２Ａ、２Ｂを参照すると、本発明のいくつかの実施形態に従って実行されるコントローラ１５０とシステム１００の動作方法１０００をより詳細に示すフローチャートであり、ターゲットが検出されるターゲット検出フェーズ（図２Ａに示す１１００）と、ターゲットが検出された後に当該ターゲットを追跡するために実行される追跡フェーズ（図２Ｂに示す１２００）である。
【００７５】
より具体的に、図２Ａに示される検出フェーズ１１００に移ると、例えば、以下の動作が実行される：
任意で、動作１１１０において、検出および追跡されるターゲットのコース位置を示す入力データが、例えば、システム１０００の外部のレーダーシステムなどの外部ソースから受信される。この場合、システム１０００（例えば、操縦コントローラ１５９）は、プラットフォーム操縦モジュールを操作して（オプションの動作１１１５を参照）、プラットフォームをターゲットのコース位置に向けることができる。
【００７６】
このため、ターゲットの検出の開始前に、シーカーはＬＯＳ方向を取得する。これは、インストールされているスタートラッカーか、独自の検出カメラによって実装されるスタートラッカーを使用して行うことができる。ＬＯＳを測定する別の選択肢はジャイロである（これについては以下に詳述する）。次に、１１１５において、シーカーは、その見通し線（line of sight：ＬＯＳ）を索敵領域方向に向ける（ＦＯＲの方向、例えば、ＦＯＲのエッジに向けて）。照射ビームが索敵領域全体（つまり、ＦＯＲ）と誤って位置合わせされている場合、いくつかの事前調整が実行される場合がある（例えば、図５Ｂを参照して図示および説明されているように）。
【００７７】
動作１１１７において、ターゲットまでの距離Ｒおよびターゲットまでのプラットフォームの接近速度（closing velocity）ＶＣが推定される（例えば、上記動作１１１０で得られたデータに基づいて）。これに関して、接近速度という用語は、プラットフォームとターゲットとの間の半径方向の速度を指す（または、言い換えれば、ターゲットまでの距離の変化率ｄＲ／ｄｔを指す）ことに留意されたい。
【００７８】
方法１０００に関して後述するように、次に照射器がオンになり、ターゲットの検出および追跡が開始される。ＦＣＴ（例えば、フレームレートＦＲ＝１／Ｔ）、およびカメラの露出時間τは、時間が経過するにつれて動的に調整される。これにより、シーカーとターゲットの距離が短くなるにつれて、検出される信号が強くなる。ＦＯＲまたはその一部をキャプチャする各画像について、画像分析アルゴリズムが実行され、閾値を超える強度を有する放射（例えば、放射フラッシュ）が画像内の検出対象領域に到達したかが判定される。検出された場合はターゲットが検出され、そうでない場合は、ターゲットが検出されるまでターゲット検出フェーズが続行される。
【００７９】
ターゲット検出フェーズが続くと、シーカーシステム１００は、ターゲットがまだ発見されていないという情報に基づいて、ターゲットの予測／予想位置を再計算し、プラットフォームの操作を最小限に抑え、その後、修正操作が実行される。
【００８０】
ターゲットの検出後、追跡フェーズ１２００を参照して以下に説明するように、シーカーはターゲットの照射と追跡を続けながら、検出された信号が強くなりすぎた場合にＦＯＲの立体角を調整（拡大）し、および／または、イメージングモジュールの露出時間（すなわち積分時間）τを短縮して、画像の飽和を防ぐ。ある段階で、シーカーに対するターゲットの立体角が照射器立体角よりも大きくなると、照射器のビーム整形器がビーム形状を調整する。
【００８１】
検出ステージに戻ると、ターゲットがまだ検出されていないこのステージで、動作１１２０を実行することができる（例えば、ターゲットの効果的な検索のために、ＦＯＲ制御モジュール１５５によって、システムのＦＯＲパラメータを特定の初期の大きな範囲に設定／調整する）。初期の大きなＦＯＲ範囲は、例えばΩ〜６ｅ−６〜５０ｅ−６ステラジアンの範囲に設定することができる。
【００８２】
さらに、コントローラ１５０によって、検出モードでターゲットからの信号のＳＮＲを最適化するため動作１１３０が実行される（ターゲットが離れていると考えられるため、大きな範囲内でターゲットを検出できるように、ＦＯＲが最大に設定される）。この目的を達成すべく、十分に高いＳＮＲを操作するために、このステージでイメージングモード制御モジュール１５７は動作１１３２を実行し、照射およびイメージングモードをスキャンイメージングモードに設定する。これが上述のように（スナップショットモードと比較して）改善されたＳＮＲを提供する。このために、イメージングモード制御モジュール１５７は、動作１１３２．２を実行し、ビーム整形器１３０を操作して、角度範囲（φ）照射ビームＦＯＶ、Ｌ−ＦＯＶを、ＦＯＲの角度範囲Ωよりも小さくなるように調整する：φ＜＜Ω。また、任意で、ＦＣＴ制御モジュール１５６が動作１１３７（特に１１３７．２と１１３７．４）を実行して、フレーム内のターゲットの予想されるＳＮＲに基づいて、１またはそれ以上のフレームごとにイメージャの露出時間を動的に調整し、ＦＯＲ全体をカバーする画像をキャプチャするのに必要な時間Ｔを低減／最適化する（Ｔは、ここではＦＯＲキャプチャ時間（ＦＣＴ）および／またはスキャンサイクル時間と呼ばれる）。
【００８３】
任意で、ＳＮＲをさらに向上させるために、スキャンに関連するローリングシャッター効果を低減または排除しつつ、イメージングモード制御モジュール１５７は動作１１３２．４を実行し、非対称ビーム整形器１３０．２を操作して、出力ビームＯＢの断面が（線状に）細長くなり、ＦＯＲ全体の一次元スキャンを実行するのに適するような照射ビームＯＢのアスペクト比（図３のＡＲ）を調整する。この場合、幅（ビームの長辺）はＦＯＲの幅と一致するため、ＦＯＲ全体を単一の一次元スキャンで掃引することができる。
【００８４】
さらに任意で、イメージングモード制御モジュール１５７は動作１１３２．６を実行して、ビーム整形器モジュール１３０、特にビーム拡張器モジュール１３０．３を操作して、イメージングＦＯＶ、照射ビームＦＯＶ、Ｌ−ＦＯＶに対するＩ−ＦＯＶの角度範囲（立体角）の比率を、イメージングＦＯＶが照射ビームＬ−ＦＯＶのＦＯＶよりも大きくなるように設定／調整することができる。上述のように、このとき、Ｉ−ＦＯＶからキャプチャされた画像の所定のいくらかの部分が本質的に、ターゲットからの出力ビームの放射照射の反射／散乱によって影響されない。従って、後述するように、そのような画像を受信すると、ノイズ推定器１５３が、画像のこれらの部分を処理して、環境から戻るノイズ／クラッタのレベルを推定し、それによってターゲットの信号のＳＮＲを推定／改善すること、および／または、コンスタントＦＡＲ（ＣＦＡＲ）などの誤報率（ＦＡＲ）モジュールを用いて、クラッタ／ノイズレベルが高い可能性のある検出誤報を排除／低減／除外することが可能となる。
【００８５】
このように、上記のパラメータ（例えばＦＯＲ、τ、Ｔ、Ｉ−ＦＯＶ、Ｌ−ＦＯＶ、および／またはＡＲ）を設定したら、イメージングモード制御モジュール１５７は動作１１３５を実行して、光路スキャンモジュール１４０を動作させてＦＯＲをスキャンしながら、スキャンサイクル（ＦＣＴ）の持続時間Ｔを最適化／低減し、さらに動作１１３７を実行して、各スキャンサイクルで複数の画像、例えばＭ個の画像を取得／キャプチャするように画像モジュール１２０を操作し、これにより各スキャンサイクルで照射されるＦＯＲ全体を示す画像データが取得される。任意で、上述のように、動作１１３５．２が実行され、光路スキャンモジュール１４０を操作して一次元スキャンが実行される。
【００８６】
各スキャンサイクルにおいて、当該スキャンサイクル中にキャプチャされたＦＯＲのＭ個の取得画像を示すデータが、ターゲット検出モジュール１５２によって処理され、ターゲットが検出される。
【００８７】
任意で、イメージングモード制御モジュール１５７は、ＳＮＲを許容可能な閾値レベルより上に維持しながら、ＦＯＲのキャプチャ継続時間（ＦＣＴ）を最適化／低減するために、Ｍ個の画像のうちの１つ１つの画像の露出時間τを動的に調整する。これは、例えば、Ｍ個の画像の露出時間を動的に最適化／低減するために、スキャンサイクル中に取得されるＭ個の画像の１つまたはいくつかごとにオプションの動作１１３７．２と１１３７．４を実行することによって達成することができる。具体的には、動作１１３７．２では、イメージングモード制御モジュール１５７が、ターゲットまでの距離Ｒを推定する。この距離Ｒは、例えば、上記の動作１１１７で得られた当初距離Ｒと接近速度ＶＣ、ならびにその動作からの経過時間に基づいて推定することができる。上記のように、ターゲットのＳＮＲは一般に１／Ｒの関数である（例えば、理論的には１／Ｒ４に比例する）。従って、動作１１３７．２では、ターゲットの距離の減少／変化によるＳＮＲの予想される改善／変化が推定される。動作１１３７．４では、スキャンサイクル中にキャプチャされるべきＭ個の画像に続く１つまたは複数の露出時間τが、ＳＮＲの変化／改善に従って設定／調整される。より具体的には、ＳＮＲは露出時間τの関数であり、従って１１３７．２で（ターゲットの接近距離のために）続く画像でＳＮＲの改善が期待されると判断されたら、その後、次の画像の露出時間τは短くされ、このためＳＮＲを許容可能な閾値より少し上に保ちながら、ＦＯＲのキャプチャ時間（ＦＣＴ）が短縮される。
【００８８】
スキャンサイクル中に取得されるＭ個の画像の露出時間τの動的調整を行うと、スキャンコントローラ（スキャンモジュール）１４０は、スキャンサイクル中に、変化するスキャン速度（例えばスキャン角速度）で動作することを理解されたい。これは、それにより、Ｍ個の画像をそれぞれ取り込むのに必要なそれぞれの位置での十分な露出時間｛τ｝がかかる時間依存の走査プロファイルをもたらす。
【００８９】
検出モジュール１５２は、動作１１３９を実行して、Ｍ個の画像に関連するデータを処理し、ターゲットから反射／散乱された放射を識別し、ターゲットの場所を決定する。これは、例えば、これらの画像内でノイズよりも強度が十分に大きいピクセルを特定したり、および／または、１以上の画像のピクセル強度の相互相関や内部相関を特定する画像分析アルゴリズム（例えば、統計的画像分析）を利用したりすることで実現される。
【００９０】
このため、任意で、ＦＯＲフレーム画像プロセッサ１５１は、イメージングモジュール１２０から受け取った画像を、それぞれの画像が取得されるときに照射されているイメージングＦＯＶ、Ｉ−ＦＯＶの領域に関連する画像セグメント（すなわち、これらのＦＯＶが照射ビームＯＢのＬ−ＦＯＶと重複する画像のセグメント）（これらは本書で「ターゲット表示画像セグメント」と呼ばれる）と、それぞれの画像のキャプチャ時に照射されないイメージングＦＯＶ、Ｉ−ＦＯＶの領域に関連するセグメント（本明細書では「クラッタ表示画像セグメント」と呼ばれる）と、にセグメント化する。任意で、ＦＯＲフレーム画像プロセッサは、動作１１３５．２を実行し、「クラッタ表示画像セグメント」すなわち照射のＬ−ＦＯＶ外である画像セグメントを用いて、それらをノイズ推定モジュール１５３に提供する。後者は、これらの画像セグメントを処理してグローバルノイズ／クラッタの値を評価し、それにより、照射のＬ−ＦＯＶと重複する画像部分のターゲット検出のＳＮＲを改善し、および／または、例えばＣＦＡＲ技術を用いた誤検出（誤警報）を低減する。任意で、ＦＯＲフレーム画像プロセッサはまた、光学スキャンモジュール１４０から、および／またはイメージングモード制御モジュール１５７から、ＦＯＲの座標に対するスキャンサイクル中に得られたＭ個の画像のそれぞれの座標を示すデータであって、より具体的には、ＦＯＲ内のターゲットを示す画像セグメントのそれぞれの座標を示すデータを受け取り、当該ターゲットを示す画像セグメントをそれぞれの座標に基づいて合体させ、すなわち連結して、当該スキャンサイクル中に画像化されたＦＯＲ領域を示すＦＯＲの画像フレームを取得する、スキャニング緩和モジュール１５１．２を備える。次に、後者は、このようにして得られたＦＯＲの画像フレームに基づいてＦＯＲ内のターゲットの位置を検出するための上記の動作１１３９を実行するために検出モジュール１５２に提供される。
【００９１】
ターゲットが検出されると、システム１００は、図２Ｂに示される追跡フェーズ１２００へと進む。この追跡フェーズでは、コントローラは、ターゲットを追跡するための以下の操作を繰り返し実行する。
【００９２】
動作１２１０において、コントローラ１５０が検出されたターゲット位置を示すデータを取得し、任意で、動作１２１５において、操縦コントローラ１５９がプラットフォームの操縦コントローラを操作するためにそのデータを利用して、プラットフォームを操縦してターゲットに向けて誘導する。
【００９３】
このため、プラットフォームをターゲットへとナビゲート（操作）するために、操縦コントローラは、連続する画像内でターゲットから戻る光に照らされる個々のピクセル間のばらつきを最小限に抑え、それによってターゲットに対するプラットフォームの角速度を最小限に抑え、プラットフォームをターゲットに向けるために、操縦モジュール用に処理されたＦＯＲフレーム画像に基づいて動作するように構成された閉ループコントローラを備えることができる。
【００９４】
ターゲットを追跡しながら、コントローラ１５０、より具体的にはイメージングモード制御モジュール１５７は、動作１２２０を繰り返し実行し、ＦＣＴ  Ｔで（スキャンモードかスナップショットのいずれかで）ＦＯＲ全体の画像を示すＦＯＲフレームデータを取得する。最初に、少なくとも追跡フェーズの最初に、スキャンイメージングモードを介してＦＯＲフレームデータが取得される。この場合、上述の動作１１３２、１１３５、および１１３９、ならびに任意でそれらのサブ動作を実行して、スキャンイメージングモードでターゲットを追跡および位置特定することができる。典型的には、追跡ステージを開始するとき、ＦＯＲは検出ステージのＦＯＲと比較して減少しており、照射Ｌ−ＦＯＶの視野はＦＯＲと揃っているが、ＦＯＲより僅かに小さい場合もある。
【００９５】
一般に、以下でより詳細に説明するように、ある段階で、イメージングモード制御モジュール１５７は、イメージングモードをスナップショットモードに変更してもよい。この場合、イメージングモード制御モジュール１５７は、ビーム整形器を以下のように動作させる。
【００９６】
非対称ビーム整形器１３２．２は、ビームの断面をスポット状ビーム（すなわち、１：１のオーダーのアスペクト比ＡＲを有する）に調整する。グローバルビーム整形器１３２．１は、照射ＦＯＶ、Ｌ−ＦＯＶがＦＯＲ全体と重なるように（必要に応じて）調整される（これにより、イメージングＦＯＶ、Ｉ−ＦＯＶもこの段階で調整できる。または、これもＦＯＲ全体をカバーするように演繹的に設定される）。従って、イメージングモジュールは、各ＦＯＲフレーム持続時間ＴでＦＯＲ全体をキャプチャする単一の画像を取得するように動作し、したがって画像の積分時間τは約τ〜Τに設定される。次に、各ＦＯＲフレームイメージングサイクルでイメージングモジュール１２０に取得されたＦＯＲ画像は、任意でＦＯＲフレーム画像プロセッサ１５１に提供され、これがＦＯＲの単一画像に対して動作１１３９を実行するように適合されている。特に、スナップショット軽減モジュール１５１．１は、照射されているＦＯＲ全体を示すセグメント（ターゲット表示画像セグメント）と、ＦＯＲ外のセグメント（クラッタ表示画像セグメント）とに画像をセグメント化するように動作する。ターゲット表示画像セグメントは、次に、ＦＯＲ内のターゲットの位置を検出するためにターゲット検出モジュールに提供され、クラッタ表示画像セグメントは、上記のように、ノイズ／クラッタの全体レベルを推定するためのノイズ推定器１５３に提供される。
【００９７】
追跡時（例えば、各ＦＯＲフレームイメージングサイクルで、あるいはそうでなくても時々、例えば数サイクルごとに）、コントローラ１５０は動作１２３０を実行し、ＦＯＲフレーム画像／データに現れる追跡ターゲットのパラメータを繰り返しモニタし、それに応じて、ＦＯＲ、Ｉ−ＦＯＶ、Ｌ−ＦＯＶ、ＦＣＴ（Ｔ）、露出時間τ、および／またはイメージングモード（スキャンモードまたはスナップショットモード）などの１以上の追跡パラメータを調整する。以下では、フレームレート（ＦＲ）という用語は、（スキャンモードまたはスナップショットモードで）ＦＯＲフレームが取得されるレート１／Ｔを示すのに用いられる。
【００９８】
任意で、コントローラ１５０は、動作１２３１を実行して、ターゲットのＳＮＲを特定／推定する。例えば、コントローラ１５０は、ターゲットが現れた最近（例えば最後）の１以上のＦＯＲフレームのピクセルを処理して、ターゲットが検出されたＳＮＲを特定する。例えば、これらのピクセルの強度が全体的なノイズ／クラッタの値を上回っている度合い、および検出がどの程度顕著で／信頼性があるかを判断することが、例えば、ノイズの推定によって決定され得るこのようなパラメータに基づいて、（時間的および／または空間的）ノイズの標準偏差／揮発度に考慮される（例えば、１以上のサイクル中に取得されたクラッタイメージングセグメントが考慮される）。信頼性の高い検出と追跡を保証するために、ターゲットのＳＮＲ（Ｔ−ＳＮＲ）は特定のＳＮＲ閾値（ＳＮＲ−ＴＨ）より上に維持する必要があるが、ＳＮＲが閾値よりも高い場合、追跡の俊敏性は向上しうる（例えば、閾値より上に維持される限り、ＳＮＲをいくらか低下させてもフレームレート１／Ｔを増大する）。
【００９９】
また、任意で、コントローラ１５０は動作１２３２を実行して、プラットフォームに対する（システム１００に対する）ターゲットの角速度を特定／推定する。例えば、コントローラ１５０は、ターゲットが最近（例えば最後）の２以上のＦＯＲフレームにそれぞれ現れたＦＯＲ内の位置（座標）を処理して、ＦＯＲ内でのプラットフォームに対するターゲットの横方向（例えば垂直および／または水平）速度を特定することができ、これがターゲットの相対角速度に関連する。角速度が高いと、ターゲットを確実に追跡してターゲットがＦＯＲフレームから失われないようにするために、ＦＯＲ立体角を大きくする必要があることに注意されたい。典型的には、ターゲットが近ければ近いほど、プラットフォームに対するその角速度が高くなり、従ってより大きいＦＯＲ立体角が必要となり、これを以降にＲ−ＦＯＲという。
【０１００】
この目的のために、任意の動作１２３４では、ターゲットを確実に追跡するために、コントローラ１５０（例えば、ＦＯＲ制御モジュール１５５）は、システムのＦＯＲ範囲を必要に応じて必要なＲ−ＦＯＲに調整する（これは監視された角速度およびＳＮＲに基づいて決定される）。これは、各ＦＯＲフレームのキャプチャ時に（ＦＯＲフレーム取り込みサイクルの各期間Ｔ中に）、（スナップショットモードまたはスキャンモードで）必要なＦＯＲをカバーするようにビーム整形モジュールおよび／またはスキャンモジュールを調整することで実行できる。
【０１０１】
これに関連して、所与のフレームレートＴおよび所与のイメージングモード（スキャンまたはスナップショット）について、ＳＮＲは、ＦＯＲを拡張すると低下し、ＦＯＲをより小さな範囲に設定すると増大することを理解されたい。従って、ＦＯＲの必要な立体角、Ｒ−ＦＯＲを決定すると、予想されるターゲットのＳＮＲ、Ｅ−ＳＮＲは、ターゲットが次のＦＯＲフレームで検出されると予想されるＳＮＲであり、コントローラ１５０によって推定され得る。従って、動作１２３３において、コントローラ１５０（例えば、フレームレート制御モジュール１５６）は任意で、上記の１２３１および１２３２で先行するＦＯＲフレームにおけるターゲットのモニタされた角速度とＳＮＲに基づいて、フレームレートＦＲ＝１／Ｔを調整してもよい。
【０１０２】
これにより、ターゲットがシステムに接近する／近づくにつれて、通常は俊敏性が向上する（すなわち、フレームレートが高くなる）。これは、ターゲットの角速度、従って必要なＦＯＲ立体角も増加するが、ターゲットが近づくにつれて、ターゲットからの戻り放射の量もＲ−４の係数で増加するためである。従って、この技術を利用すると、ターゲットが近づくにつれてより俊敏なトラッキングが動的に調整され、高速移動するターゲットの追跡を改善することができる。
【０１０３】
任意で、動作１２３５において、コントローラ１５０（例えば、イメージングモード制御モジュール１５７）は、モニタされた角速度とＳＮＲに基づいて照射およびイメージングモードを選択するように動作する。これに関して、イメージングモード制御モジュール１５７は、角速度とＳＮＲに応じて、例えば、スキャンモードの動作を続行するか、スナップショットモードの動作を開始するかを決定してもよい。ターゲットからの予想されるＳＮＲが十分に高い（例えば、閾値を十分に上回っている）一方で、ターゲットが高い角速度で動いている場合（ターゲットが比較的近接している場合など）、イメージングモード制御モジュール１５７はスナップショットモードに切り替わることができ、これは、スキャンモードよりも多少低いＳＮＲに関連付けられるが、スキャンに関連付けられるローリングシャッターのアーチファクトによる影響は少ないか殆どない。
【０１０４】
それにもかかわらず、いくつかの実施形態によれば、予想されるＳＮＲがスナップショットモードでの動作を要しない場合、イメージングモード制御モジュール１５７は、任意の動作を実行１２３６することにより、ローリングシャッターのアーチファクトを軽減／低減し、このようなアーチファクトを軽減するためのスキャンスキームを適切に調整する。例えば一次元スキャンを伴う場合、イメージングモード制御モジュールは、ＦＯＲ内のターゲットの角速度の方向を特定し、好ましくは一次元スキャン方向（スキャン軸）を調整して、ローリングシャッター効果がＦＯＲフレームから減少／抑制されるようにターゲットの角速度の方向とほぼ直行するようにする。これは、ビーム整形モジュールを操作して細長いスキャンビームをほぼ角速度の方向に位置合わせしながら、スキャンモジュールのジンバルアセンブリを操作して垂直方向にスキャンすることで達成することができる。そのような調整は、スキャンモジュール（ジンバル）１４０および／または非対称ビーム整形モジュール１３０．２に接続可能な、光路の長手軸の周りでそれらの向きを変更する回転アクチュエータを備えるシステムの実施形態において可能である。
【０１０５】
上述のパラメータを調整したら、コントローラ１４０は、選択されたイメージングおよび照射モードならびにフレームレートおよびＦＯＲ範囲で、次のＦＯＲフレームを取得するためにシステムを繰り返し操作する動作１２４０を実行し続ける。動作１２５０において、コントローラ１５０は、次のＦＯＲフレームをさらに処理してターゲットを同定し、ターゲットに到達するか別の指示があるまで、動作１２００を継続する。
【０１０６】
図３は、ターゲットがシステムに近づいたときに、動作が一次元スキャンモードからスナップショットモードに制御可能に切り替え可能なシーカーシステムを例示している。図に示されるように、光源（レーザー装置）１１０は、光路に沿って伝播しビーム整形器と相互作用してシステムの動作モードに望ましい断面積を有する出力光ビームをもたらす特定の固定ビーム形状の光ビームを生成する。スキャンモードＣＳ−ＭＯＤ−Ｉでは、ビームは、特定の視野を照射するために出力光路を横切る特定の横軸に沿って延びる細長い断面を有する。スナップショットモードＣＳ−ＭＯＤ−ＩＩでは、ビームはＦＯＲをカバーするスポット形状を有する。スキャンモードでは、ビーム整形器１３０は、細長い出力光ビームの視野が、細長い光ビームの幅広い横方向寸法と狭い横方向寸法の間で、例えば約４０の横方向アスペクト比（例えば、このアスペクト比は１０〜５０の範囲内であり、その広い軸に対するビームの角度範囲は１〜１０ミリラドの範囲内であり得る）の線形を有するように、光ビームを整形するように動作する。光路スキャニングモジュールは多くのサイクルの一次元スキャンを実行し、各サイクルにおいて、スキャン軸の周りで特定の角度範囲／セグメントをスキャンするために出力光路の方向が偏向され、これにより光ビームを掃引して各一次元スキャンサイクルで照射されイメージングされるスキャンフレームのＦＯＲが照射される。スキャン軸は、出力光路を横切る横軸であり、水平、垂直、または回転軸である場合がある。スキャン軸は特定の横軸に直交せず、例えば、特定の横軸に平行であってもよい。
【０１０７】
この目的のために、上述のように、制御システム１５０は監視ステージを実行して、ターゲットから反射／散乱された光ビームのリターン光を１以上のピクセルでキャプチャすることによって、各一次元スキャンサイクル中にイメージングシステムによってキャプチャされた一連の画像を受け取り、これらの画像を処理して、光ビームで照らされたターゲットが１以上のピクセルで検出されるかどうかを判定することにより、ターゲット検索において対象領域を監視する。
【０１０８】
このため、コントローラ１５０は、特定の所定の信号対雑音比（ＳＮＲ）閾値を有して事前にプログラムされ、ピクセルにキャプチャされた光の強度がこの閾値を超えるかどうかを判定する。リターン光の強度はターゲットから反射／散乱されたものであり、１以上のピクセルによってキャプチャされ、これはτ／Ｒ４に比例する（Ｒはイメージングモジュールとターゲットの間の距離であり、τはＭ個のフレームそれぞれの露出時間である）。
【０１０９】
コントローラ１５０は、ターゲットの距離Ｒが短くなるにつれて、追跡の機敏性を改善するように、一次元スキャンサイクルの持続時間Ｔを動的に短縮するように動作する。これにより、一次元スキャンサイクル中に走査されるスキャンフレームのフレームレート１／Ｔが最適化される。これは、スキャン中にキャプチャされた画像の露出時間を実際に短縮（動的に調整）することで実現することができる。距離Ｒは、ターゲットの位置と速度の以前の測定値（レーダーやＩＲセンサなどの他のシステムで行われる）をターゲットの状態ベクトル予測モデルに適用し、要撃機自身の位置を測定することによって推定できる。これも上述したように、イメージングシステムは一次元光検出器アレイを備え、細長い出力光ビームの視野を一次元光検出器アレイ上に画像化するように構成されてもよい。代替的に、イメージングシステムは二次元光検出器アレイを備え、細長い出力光ビームに照射された視野を、二次元光検出器アレイのピクセルのサブセット（図４Ａ、４ＢのＳＳ）上に画像化するように構成されてもよい。この場合、この特定のサブセットでスペクトル線フィルタを使用して、ノイズレベルを低減することができる。誤警報プロセッサを使用して、二次元光検出器アレイによってキャプチャされた画像を処理し、このピクセルのサブセットによって取得された光強度パラメータを、二次元光検出器アレイの他のピクセルによって測定された光強度に関連する、対応するノイズ関連パラメータと比較することによって、誤警報を判定するようにしてもよい。ノイズ関連のパラメータには、バックグラウンドの一定のレベルと勾配、および／または、構造体のサイズ、および／または以前の画像との比較、クラッタなどがある。
【０１１０】
図４Ａおよび４Ｂは、それぞれ２つの異なるスキャン時間におけるイメージングモジュールのＦＯＶを示す。図では、大きな長方形が合計ＦＯＶ、Ｉ−ＦＯＶを表し、大きな破線の楕円は、捜索領域全体ＦＯＲである。小さな細長い暗い楕円は、小さな捜索領域を定義するスキャンモード断面ＣＳ−ＭＯＤ−Ｉの照射ビームである。小さな捜索領域の周りの小さな長方形（ＳＳ）は検出対象領域であり、これは検出信号が可能な検出器の最小領域である（小さな捜索領域からある程度の限界まで）。レーザーはＦＯＶの他の領域を照射することはないため、ＦＯＶの他の領域からのターゲット検出は不可能である（照射器とイメージングモジュールは固定されている）。上述のように、この小さな長方形は、誤警報の検出と分析するデータが少ないことを意味する。検出時のバックグラウンドノイズをさらに低減するために、この小さな長方形に、照射器の波長に適合する狭いスペクトルフィルタを取り付けてもよい。このようなフィルタは、ターゲット信号に影響を与えることなく、残留バックグラウンドノイズ（迷光、星など）を低減する。
【０１１１】
図４Ａは、捜索領域全体が全ＦＯＶの中央にあり、小さな捜索領域が捜索領域中央全体の水平方向のスライスである場合を示す。図４Ｂの状況は、ジンバルが上向きにスキャンされた後の、後のスキャンステージで到達する。この段階では、小さな捜索領域は、捜索領域全体の上部領域の狭いスライスである。この場合も、検出ＲＯＩ（ＳＳ）は検出器の同じ位置に配置される。
【０１１２】
一般に、ジンバルユニットはペイロードを関連する方向に向け、そのＬＯＳを安定させることに留意されたい。本発明では、ジンバルはスキャンにも使用される。ジンバルに複数の自由度がある場合、他のスキャンオプションが可能となる。これに関連して、図５Ａ−５Ｃを参照する。図５Ａは、細長い捜索領域全体がイメージングモジュールの基準フレームに対して回転された場合を示す。基準フレーム内で単一の上下スキャンは、この捜索領域全体のスキャンとならない。このため、図５Ｂに示すように、ジンバルを（基準フレームに対する）ある回転自由度で用い、その後、上下の自由度で用いる（回転は、要撃機によっても行えることに留意されたい）。図５Ｃは、上下および左右の自由度の同時使用を示し、これにより、基準フレームと整列していなくても、捜索領域全体をスキャンすることができる。スキャン方向／軸は破線の斜線でマークされている。
【０１１３】
従って、光路スキャンモジュールは、スキャン軸を中心に回転可能なジンバルを備え、出力光路の方向の角度偏向を提供することができる。ジンバルは、スキャン軸を中心に回転するための作動モジュールを備えてもよい。イメージングモジュールはジンバルに搭載することができる。照射モジュールおよびイメージングモジュールの両方が可動のジンバルに取り付けられてもよい。
【０１１４】
一般に、イメージングモジュールは、ジンバルの外部にあって、それに対して固定のイメージング光路を有し得る。この場合、光学アセンブリは、ジンバル上に配置され出力光路から到来する光を、イメージングモジュールによる画像化のために固定のイメージング光路に沿って伝搬するように向ける１以上のイメージング光学素子を備える。同様に、照射モジュールは、ジンバルの外部にあって、それに沿って光ビームが照射モジュールから発する固定の投光光路を有してもよい。この場合、光学アセンブリは、固定の光投影光路からトライする光ビームを出力光路に沿って伝搬するように方向付けるためにジンバルに配置された１以上の光配向用光学素子を備える。
【０１１５】
スキャンモジュールは、出力光路の方向の角度偏向を提供するスキャン光偏向器を備えることができる。この目的のために、ＭＥＭ操縦ミラーを用いることができる。
【０１１６】
また、照射モジュールは、光ビームが照射モジュールから発する固定の投光光路を有して構成されてもよく、および／またはイメージングモジュールは、固定のイメージング光路を有して構成されてもよいことを留意されたい。従って、光モジュールは、投影光路からの光をスキャン光偏向器によって規定される出力光路に沿って伝搬するように方向付け、および／または、スキャン光偏向器によって規定された出力光路から到来する光を、イメージング光路に沿って伝搬するように方向付けるための光学素子を備える。
【０１１７】
上述のように、制御システム１５０は監視ステージを実行し、光ビームに照射されたターゲットが一連の画像内のピクセルで検出されるかどうかを判定する。制御システム１５０はさらに、ターゲットを検出したら、システムを担持するプラットフォームをターゲットに向けて操縦するためのターゲット追跡ステージを開始するように構成されてもよい。このターゲット追跡ステージ中、制御システム１５０は、一次元スキャン動作を停止し、それにより、出力光ビームが連続的に前方方向に向けられ、その結果、このステージ中にターゲットが連続的に照射されるように動作する。また、制御システムは、ビーム整形モジュールを操作して、出力光ビームの断面の横方向アスペクト比が１のオーダーとなり、出力光ビームのＦＯＶの立体角が拡大するように、出力光ビームの断面を調整することにより、出力光ビームを追跡用光ビームとして整形する。この目的のために、ビーム整形モジュールは、出力光ビームの横方向アスペクト比を調整するように構成され動作可能な光学素子と、光ビームのＦＯＶを拡張するための調整可能なビーム拡張器とを備える。
【０１１８】
制御システムは、ターゲット追跡ステージ中にイメージングモジュールによってキャプチャされた画像を処理して、ターゲットから戻る光によって照射されたピクセル数を推定し、このピクセル数が所定の閾値を超えたことを同定すると、ビーム拡張器を操作してＦＯＶを拡張するように構成される。
【０１１９】
上述のように、制御システムは、プラットフォームをターゲットに向けて操縦するための操縦モジュールを操作するために、プラットフォームの操縦モジュールに接続可能な操縦コントローラ１５９を含むことができる。このため、操縦コントローラには、イメージングモジュールによって取得された画像を処理し、連続する画像内でターゲットから戻る光に照らされるピクセルの強度間の変動を最小限に抑え、それによってターゲットに対するプラットフォームの角速度を最小限にしてプラットフォームをターゲットに向けるように操縦モジュールを操作するための閉ループコントローラが含まれる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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