光波ホーミング誘導

本項では、光波を媒体としたホーミング誘導について述べる防衛技術ジャーナル編集部。

1. 原理
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光波のうち、可視光と紫外線は太陽光からの反射というかたちで使用されるため、日中しか使用できない久野。可視光は、指令誘導と組み合わせた複合誘導としての画像誘導に用いられることがある防衛技術ジャーナル編集部。紫外線のみを使用した誘導装置はないが、ハイブリッド方式として使われている例はあり、目標識別に効果がある久野。

これに対し、赤外線は昼間だけでなく、太陽のない夜間でも使用することができる。全ての物体は分子運動によって熱を発生し、外部に放射しているが、赤外線利用にとって好都合なことは、地上物体の放射するエネルギーの波長帯が赤外線領域にあることである。通常、赤外線誘導はパッシブ方式で使われるが、下記のようにレーザーを用いたセミアクティブ方式で使われる場合もある久野。

なお、パッシブ方式で運用される赤外線装置は、目標の捜索または追尾を行うときにエネルギーの放射を行わないので、秘匿性が高く、兵器として適している久野。従来は対空ミサイルで主用されており、アメリカ軍の過去25年間の被撃墜の90%は赤外線誘導ミサイルによる撃墜とされる。また、検知波長の変化や誘導システムの進歩に伴い、対艦ミサイルや対戦車ミサイルへの採用例も出始めている防衛技術ジャーナル編集部。

なお、赤外線誘導の空対空ミサイル発射のためのNATOの略式コードは//Fox Two//である。

1.1. 分類
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ホーミング誘導であることから、飛翔経路としては比例航法Proportional navigation}}が用いられる久野。

ホーミング誘導は、目標の情報を得る手段によって、ミサイルに搭載する受信機のみで誘導を行うパッシブ方式、ミサイル外部の目標照射エネルギーの反射を利用するセミアクティブ方式、送受信装置をミサイルに搭載するアクティブ方式とに三分類されるが久野、媒体に通常の光波を使用する場合、大気による減衰が大きいことから、パッシブ方式のみに使用される。一方、レーザーであれば収束性・指向性に優れていることから、目標に対して照射されることもあるが防衛技術ジャーナル編集部、アクティブ方式でレーザーを搭載する方式は実戦配備に至っておらずname=ALH、セミアクティブに限られる久野。

処理方式としては、目標を、点状の赤外線放射源の分散、すなわち画像として扱う場合と、一つの大きな赤外線放射源、すなわち点として扱う場合の2方式がある。このうち点として処理するものとしては、レティクル方式と四分割方式があるが久野、四分割方式はレーザ誘導でのみ用いられており防衛技術ジャーナル編集部、レーザ誘導で最も一般的な処理方式となっている久野。

この結果、センサ部の方式としては上記のような様々な方式の組み合わせが想定されるものの、実際の実装としては、古典的な赤外線誘導で用いられるレティクル方式、イメージ方式、レーザー誘導方式にほぼ大別できる久野。またこのほか、指令誘導と組み合わせた複合誘導として、可視光による画像誘導も行われる防衛技術ジャーナル編集部。

1.2. 媒体と目標の特性
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物体からの熱放射には、プランクの法則、キルヒホッフの法則、シュテファン＝ボルツマンの法則、ウィーンの変位則の4つの法則があてはまり久野、放射される赤外線の周波数は、その温度に規定されるアダミー。しかしその様々な波長の赤外線のなかで軍事利用されているのは、大気の透過率の高いものと、検知器の利用できるものが合致した特定の波長帯であり、おおむね、可視より少し長い波長から12マイクロメートルまでに限られる久野。

車両・艦艇 数度程度高い車体/船体と、やや高温の機関部から構成されており、約10µmをピークとする放射がある。アスペクト角によって放射強度が大きく変化するほか、特に長距離での捕捉においては地球の曲率の影響を強く受ける防衛技術ジャーナル編集部。 背景は地表、海面等から構成されており、コントラストが比較的小さく、クラッターの影響が大きい防衛技術ジャーナル編集部。 航空機・巡航ミサイル 航空機では、多くの場合、機体の後部において高温のジェットエンジンやその排気による放射が、また前縁を中心に機体全体において空力加熱による放射がある。
排気によるもの: 機体後部の排気口の3マイクロメートル程度をピークとして、後方に排出されるジェット排気においては、加熱された二酸化炭素ガスを中心として、5µm程度までの赤外線が放射される。
空力加熱によるもの: ほぼ10µm帯に相当する。 背景は空や雲、地平線/水平線などにより構成されており、比較的大きなコントラストがある。 なお赤外線は、周波数の特性上、電波よりも大気圏内での透過性が低い。このことから、旧西側諸国においては、視程外射程のAAMにはレーダー誘導を、視程内射程のミサイルにはIRH誘導を採用していることが多い。一方、旧東側諸国においては、標的の回避を困難にして命中確率を向上させるために、レーダー誘導と赤外線誘導の2種のミサイルを同時に発射する戦法をとることから、視程外射程のAAMにもIRH誘導を採用している場合があるガンストン。 弾道ミサイル 大気圏再突入時、再突入体は極超音速となることから、空力加熱により数千度以上に加熱され、短い波長の放射を多く出す。

2. 赤外線誘導 
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赤外線誘導は、目標が発する赤外線を赤外線センサによって捉え、目標を追尾して命中させる誘導方式防衛省。目標を点状の赤外線源として処理する場合において、レティクル追尾は、古くから赤外線誘導装置において用いられてきた方式である久野。この方式では、目標が発した赤外線は光学系を通じてまずレティクルに入射したのち、検知器において信号を発生する久野。

2.1. レティクル
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レティクルは、円形の光学材料のうえに赤外線の透過・不透過の模様を描いたものであり久野、目標熱源からのエネルギーをシーカーとの相対的な目標の位置に応じて変調するために用いられるアダミー。

最初期に用いられていたのが朝日レティクルである。その表面の半分以上は50％の透過率であり、残りの半分は、透明な楔形と不透明な楔形を交互に持つアダミー。このレティクルを、検知器の前で一定の回転数で回転させることによって、標的の像を周期的に遮断して振幅変調信号を取り出すことができ久野、検知セルに入るIRエネルギーは、レティクルの変化部分が目標を通過するときに、デューティサイクル50パーセントの方形波パターンをもつ。目標の方向がレティクルの中心に近づくと、透明の楔形部分が狭くなることで、そのエネルギーが減少することから、誤差信号は操舵誤差角とともに変化するアダミー。

より複雑なレティクルとして用いられるようになったのが車輪レティクルであるアダミー。これはレティクルを固定し、円錐走査パターンで動くように光学系を回転させて、像の軌跡がちょうどレティクルの半分になるようにするものである。目標が軸上にあるときは信号のon-offの時間が同じであるが、軸から上にずれるとon-offの時間に差が出ることから、周波数変調信号を取り出すことができる。同じ原理でレティクル回転式とすることもあるが、この場合は模様に工夫が必要となる久野。

またこのほかにも、多周波レティクルや湾曲スポークレティクルなどがあるアダミー。

2.2. 検知器
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レティクル追尾方式の場合、シーカーの視野に対応した面積の単一の検知素子が用いられる防衛技術ジャーナル編集部。ここで用いられる赤外線センサには、大別して、熱型検知器と量子型検知器の2種類がある久野。

熱型検知器 もっとも初期のIRH誘導システムは、硫化鉛フォトレジスタによる赤外線センサを採用していた。検知波長はおおむね1〜3マイクロメートルの近・短波長赤外帯域であり、これは、ジェット排気口の赤外線放射帯域におおむね相当する。このため、このシステムは主として対空ミサイルに用いられたが、追尾点の明瞭な視界を得て効果的に追尾するには、ミサイルは航空機の後方から接近する必要があったアダミー。 このシステムは必ずしも冷却する必要はなかったが、PbS検知器を導入した最初期のミサイルにあたるアメリカのサイドワインダーの場合、熱雑音を低減して感度を向上させるため、AIM-9D型以降ではセンサーを冷却する措置が導入されるようになったRogalski。 量子型検知器 上記のように、実用化の面では熱型検知器が先行したものの、応答速度が遅く、検出能力が低いという問題があったことから、量子型検知器の実用化とともに、ミサイルシーカーの大部分はこちらに移行した久野。 受光素子としてはアンチモン化インジウムやセレン化鉛フォトダイオードなどが用いられる。この赤外線センサは、PbSによるものより波長が長い中波長赤外帯域を検知することができた防衛技術ジャーナル編集部アダミー。 これによって、排気口そのものではなく、ここから排出されたプルームの探知が可能となった。プルームへの探知はアスペクト依存性が大きいとはいえ、機体のほぼ全周に渡って捕捉でき、全方位交戦能力を実現できたアダミー。また、フレアへの耐性も優れていた防衛技術ジャーナル編集部。 また続いて実用化されたテルル化カドミウム水銀を用いた赤外線センサであれば、中波長赤外線に加えて、長波長赤外線にも対応できた。この2波長センサは空気力学的に加熱された航空機外板や常温の目標を追尾できたほか、赤外線妨害技術への抗堪性向上効果もあったアダミー。

3. 赤外線画像誘導方式
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画像誘導方式も、赤外線を利用するという観点からは昔ながらのレティクル方式と大差はなく、感度の計算や追尾距離なども同様に扱うことができる。しかし、目標を赤外線の点の集合として扱うレティクル方式と比べて、広がりのある点の分散として扱う画像誘導方式には多くの利点がある久野。

画像を得る方式には、単素子あるいは列素子を機械走査と組み合わせる方式と、面素子や撮像管による電子走査との2通りがある。単素子で像を得るためには縦・横方向ともに光学系で走査する必要があり久野、ラスタースキャンが古典的であるアダミー}。走査方法として、多面体の鏡を横方向に回転し、縦方向は平面鏡の往復運動でこのような走査を実現できる{久野}。またロゼットパターンでのスキャンを行う場合もある{防衛技術ジャーナル編集部}。

電子走査で像を得る面素子{Staring array}の場合、目標と背景の像は素子面に焦点を結ぶ。多素子になればなるほど視野角が広くなり、周辺では収差により像がぼけてくる傾向がある。ミサイルの用途として、素子数は必ずしも多ければ多いほどよいわけではない{久野}。文献によっては、捕捉距離において目標のエネルギーを受信可能なピクセル数として約20という数を挙げているものもある。また素子数が多すぎると処理に要する時間が長くなりすぎるという問題もあり、64×64素子あるいは128×128素子が通常用いられる{久野}。

4. レーザー誘導
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{レーザー誘導}}レーザー誘導は、レーザー目標指示装置から目標に対してレーザー光を照射し、目標からの反射光をミサイルのシーカーで捉えることで、その方向へミサイルを誘導する方式である{防衛省}。すなわち、基本的にはセミアクティブ方式に限られる{久野}。また本項で扱うホーミング誘導のほか、指令誘導として行われることもある{久野}。

レーザーは通常パルス波を用いるが、発振方式の関係から、パルス幅は10から100ナノ秒程度と狭くなる。この短い時間に走査する必要上、レティクル追尾方式では回転が間に合わず、四分割方式の検知器が使用される{久野}。これは4つの象限に分割された検知器によって目標像を分割して受光し、各素子間のエネルギー分布から目標の方向を識別するものである。目標が光軸上にあれば4つの素子は各々同じ出力となり、光軸からずれるに従い、素子の出力も変化する{久野}。この方式は検出系は非常に簡単だが、背景を抑圧する能力がないため、レーザー誘導でのみ用いられているものである{防衛技術ジャーナル編集部}。

5. 対抗策
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パッシブ式、セミアクティブ式共にフレアやAN/ALQ-144や{汎用赤外線妨害計画}の一環として指向性赤外線妨害装置や民間航空機用では民間航空機ミサイル保護システムのフライト・ガードやノースロップ・グラマン・ガーディアンのような光波妨害技術によって無力化が可能。

6. 主な赤外線誘導弾
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6.1. 空対地誘導弾
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ケ号爆弾

6.2. 空対空誘導弾
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AIM-4C/D 
ファイアストリーク
サイドワインダー
R-60

6.3. 携帯型地対空誘導弾
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FIM-43
9K32
9K34
9K38 イグラ
FIM-92 スティンガー
HN-5
91式携帯地対空誘導弾
ミストラル
HN-6

7. 脚注
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7.1. 注釈
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7.2. 出典
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{2}}

8. 参考文献
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{first=Antoni}
{和書}
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{和書}
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{authorlink=防衛省}
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