赤外線ホーミング

赤外線ホーミングは、ターゲットからの赤外線(IR)光放射を利用してシームレスに追跡するパッシブ兵器誘導システムです。 ^[1]赤外線シーキングを使用するミサイルは、赤外線が熱い物体から強く放射されるため、「熱シーカー」と呼ばれることがよくあります。人、車のエンジン、航空機など多くの物体は熱を生成して放出するため、背景にある物体と比較して 赤外線波長の光で特に目立ちます。

赤外線シーカーは受動的な装置であり、レーダーとは異なり、目標を追跡しているという兆候を示さない。そのため、前方監視赤外線または類似のキューイングシステムと組み合わせて使用​​すれば、視覚による遭遇時または長距離での奇襲攻撃に適している。熱シーカーは非常に効果的で、 1984年から2009年までの米国の空中戦での損失の90％は、赤外線ホーミングミサイルによって引き起こされた。^[2]ただし、熱シーカーにはいくつかの単純な対抗手段があり、最も有名なのは、目標の後ろにフレアを投下して偽の熱源を作ることである。これは、パイロットがミサイルに気付いていて、時間通りに対抗手段を展開した場合にのみ有効である。現代のシーカーは高度化しており、これらの対抗手段はますます効果がなくなってきている。

最初の IR デバイスは、第二次世界大戦中に実験されました。戦争中、ドイツの技術者は熱追尾ミサイルと近接信管に取り組んでいましたが、戦争が終わる前に開発を完了する時間がありませんでした。本当に実用的な設計が可能になったのは、戦争中に円錐走査と小型真空管が導入されたときでした。対空 IR システムは 1940 年代後半に本格的に始まりましたが、電子機器とロケット工学の分野全体が非常に新しいものであったため、最初の例が 1950 年代半ばに配備されるまでにかなりの開発が必要でした。初期の例には大きな制限があり、1960 年代の戦闘での成功率は非常に低かったです。1970 年代と 1980 年代に開発された新世代のシステムは大きな進歩を遂げ、殺傷力が大幅に向上しました。1990 年代以降の最新の例は、視野(FOV) 外の背後にあるターゲットを攻撃したり、地上の車両を見つけたりする機能を備えています。

IRシーカーは、多くの半自動照準線誘導（SACLOS）兵器の基礎にもなっている。この用途では、シーカーは発射装置の誘導可能なプラットフォーム上に搭載され、オペレーターは小型望遠鏡を使用して手動でターゲットの大まかな方向にシーカーを向け続ける。シーカーはターゲットではなくミサイルを追跡し、多くの場合フレアの助けを借りてクリーンな信号を提供する。同じ誘導信号が生成され、細いワイヤまたは無線信号を介してミサイルに送信され、ミサイルをオペレーターの望遠鏡の中心に誘導する。この種のSACLOSシステムは、対戦車ミサイルと地対空ミサイルの両方に使用されているほか、他の用途にも使用されている。

熱追尾ミサイルの先端または頭部に搭載された赤外線センサーパッケージはシーカーヘッドと呼ばれている。空対空赤外線誘導ミサイル発射のNATO略号はFox Twoである。^[3]

赤外線を当てると電子を放出する特定の物質の能力は、1901年にインドの博学者ジャガディッシュ・チャンドラ・ボースによって発見されていた。彼は方鉛鉱（現在は硫化鉛、PbSとして知られている）でその効果を見出していた。当時はほとんど応用例がなく、彼は1904年の特許を失効させた。^[4] 1917年、セオドア・ケースは、後にムービートーン音響システムとなる研究の一環として、タリウムと硫黄の混合物ははるかに感度が高いが、電気的に非常に不安定であり、実用的な検出器としてはほとんど役に立たないことを発見した。^{[5]それでも、それは}米国海軍によって安全な通信システムとしてしばらくの間使用されていた。 ^[6]

1930年にAg-O-Cs（銀-酸素-セシウム）光電子増倍管が導入され、方鉛鉱の層を光電陰極として組み合わせることで、赤外線検出の初めての実用的なソリューションが提供されました。方鉛鉱から放出された信号を増幅することで、光電子増倍管は長距離の高温物体の検出に使用できる有用な出力を生み出しました。^{[5]これは多くの国で開発のきっかけとなり、特に英国とドイツでは}夜間爆撃機の検出の問題に対する潜在的な解決策と見なされました。

英国では研究がゆっくりと進み、キャベンディッシュ研究所の主要研究チームでさえ、レーダーのほうが優れた解決策であることが明らかになってからは特に、他のプロジェクトに取り組みたいと表明していた。しかし、ティザード委員会でウィンストン・チャーチルのお気に入りだったフレデリック・リンデマンは、IRへの取り組みを続け、レーダー開発を推進していた委員会の仕事をますます妨害するようになった。最終的に委員会は解散して再編され、リンデマンは名簿から外れ、^[7]無線の専門家として有名なエドワード・ビクター・アップルトンが彼のポストに就いた。^[8]

ドイツでは、レーダー研究は英国ほどの支援を受けられず、1930年代を通じて赤外線開発と競合していた。赤外線研究は主にベルリン大学のエドガー・クッチャーが主導し^[9]、AEGと共同で研究を進めた^[5]。 1940年までに彼らは1つの解決策、スパナー・アングル（大まかに言えば「のぞき魔システム」）の開発に成功した。これはパイロットの前に置かれた光電子増倍管と、出力を赤外線範囲に制限するフィルターを取り付けた大型サーチライトで構成されていた。これは短距離で標的を視認するのに十分な光を提供し、スパナー・アングルは少数のメッサーシュミット Bf 110とドルニエ Do 17 夜間戦闘機に取り付けられた。これらは実際にはほとんど役に立たないことが判明し、パイロットは標的が200メートル（660フィート）まで見えなくなることが多いと不満を漏らした。その距離なら、いずれにしても標的は見えていたはずだった。^[10] 1942年までにドイツの空中レーダーシステムが改良されたため、わずか15機が製造され、撤去された。^[11]

AEGは戦車に使用するために同じシステムに取り組んでおり、戦争を通じていくつかのモデルを配備し、1943年からFG 1250の限定生産を開始しました。 ^{[5]この作業は、夜間使用のために}StG 44アサルトライフルに使用されたZielgerät 1229 Vampirライフルスコープで最高潮に達しました。^[12]

前述の装置はすべて探知機であり、シーカーではない。これらは目標の大まかな方向を示す信号、または後期の装置の場合は画像を生成する。誘導は画像を見るオペレーターによる完全な手動操作だった。ドイツでは戦時中、対空用と対艦用の両方の真の自動シーカー システムを開発する努力が何度も行われた。これらの装置は戦争が終わった時点でまだ開発中だった。いくつかは使用可能だったが、ミサイル機体との統合作業は行われておらず、実際の兵器が使用可能になるまでには相当の努力が残っていた。それでも、1944 年夏のドイツ航空省への報告書では、これらの装置はレーダーや音響方式に基づく競合システムよりもはるかに優れていると述べられていた。^[13]

パッシブIRホーミングの利点を認識したこの研究プログラムは、ターゲットからの放射を考慮したいくつかの理論的研究から始まりました。これにより、ピストンエンジン航空機からのIR出力の大部分が3〜4.5マイクロメートルの間であるという実用的な発見につながりました。排気も強力な放射源でしたが、空気中で急速に冷却されたため、誤った追跡ターゲットとなることはありませんでした。^[14]大気の減衰についても研究が行われ、空気は一般に可視光よりもIRに対して透明ですが、水蒸気と二酸化炭素の存在により、透過性が急激に低下することが示されました。^[15]最後に、雲からの反射など、IRの背景源の問題も検討され、これが空全体で非常に大きく変化する方法が問題であると結論付けられました。^[16]この研究は、IRシーカーが5キロメートル（3.1マイル）の距離から3発爆撃機を約1⁄10度の精度で追跡できることを示唆しており、^[17] IRシーカーは非常に望ましい装置となっている。

クッチャーのチームは、キールのエレトロアコースティック社（ハンブルク）と共同で、ブローム・アンド・フォス BV 143 滑空爆弾に搭載して自動発射・放り投げ対艦ミサイルを製造する準備を進めていたシステムを開発しました。より高度なバージョンでは、爆撃手がシーカーを軸外に向けることで、直接飛行せずに横のターゲットにロックオンできるようになりました。しかし、これには、爆弾が最初に投下されたときに、空気力学的表面で簡単に制御できないほどゆっくりと移動し、ターゲットがシーカーの視界から外れてしまうという問題がありました。この問題に対処するために、安定したプラットフォームが開発されていました。同社はまた、ミサイルの中心線から放射状に外側を向く追加の検出器を配置することで、機能する赤外線近接信管を開発しました。これは、ミサイルがターゲットを通過したときに信号強度が低下し始めたときに作動します。2つの別々のセンサーの代わりに、両方のタスクに単一のセンサーを使用する作業がありました。^[18]

他の企業もエレトロアコースティックの研究を取り上げ、独自のスキャン方法を考案した。ウィーンのAEGとケプカは、2枚の可動プレートを水平または垂直に連続スキャンするシステムを使用し、画像が消えたタイミング（AEG）または再び現れたタイミング（ケプカ）でターゲットの位置を判定した。ケプカ・マドリッド・システムの瞬間視野（IFOV）は約1.8度で、20度のパターン全体をスキャンした。ミサイル内のシーカー全体の動きと組み合わせると、100度もの角度で追跡できた。ラインメタル・ボルジグとAEGの別のチームは、回転ディスク・システムのさまざまなバリエーションを開発した。^[19]

戦後、ドイツの開発が広く知られるようになると、PbSセンサーをベースにしたシーカーを開発するさまざまな研究プロジェクトが始まった。これらは、戦争中に開発された技術と組み合わされ、本来的に不正確なレーダーシステム、特に円錐スキャンシステムの精度を向上させた。アメリカ陸軍航空隊（USAAF）によって開発されたそのようなシステムの1つは「サントラッカー」として知られ、大陸間弾道ミサイルの誘導システムとして開発されていた。このシステムのテストは、1948年のレイクミードボーイングB-29墜落につながった。^[20]

USAAFのプロジェクトMX-798は、赤外線追跡ミサイルとして1946年にヒューズ・エアクラフト社に発注された。この設計では、単純なレチクルシーカーと、飛行中のロールを制御するアクティブシステムを使用していた。これは翌年、超音速バージョンを要求するMX-904に置き換えられた。この段階では、爆撃機の後端にある長い管から後方に発射される防御兵器というコンセプトだった。1949年4月、ファイアーバードミサイルプロジェクトはキャンセルされ、MX-904は前方発射の戦闘機兵器に方向転換された。^[21]最初のテスト発射は1949年に始まり、AAM-A-2（空対空ミサイル、空軍、モデル2）の名称とファルコンという名前が与えられた。 IRとセミアクティブレーダーホーミング（SARH）バージョンは両方とも1956年に就役し、 1962年以降はAIM-4ファルコンとして知られるようになった。ファルコンは複雑なシステムで、特に近接信管がないため性能が限られており、ベトナム戦争のローリングサンダー作戦では54回の発射で撃墜率はわずか9％だった。^[22]しかし、この比較的低い成功率は、これらすべての撃墜が直撃であることを考慮すると理解できるはずであり、他のアメリカのAAMによるすべての撃墜がそうであったわけではない。

MX-798と同じ1946年に、ウィリアム・B・マクリーンは海軍兵器試験所（現在は海軍航空兵器ステーション・チャイナレイクとして知られる）で同様の概念の研究を始めた。彼は3年間を費やしてさまざまな設計を検討し、ファルコンよりもかなり単純な設計に落ち着いた。彼のチームは実行可能と思われる設計ができあがると、それを新しく導入されたズーニ5インチロケットに取り付けようとし始めた。彼らは1951年にそれを発表し、翌年正式なプロジェクトとなった。ウォリー・シラーは研究室を訪れ、シーカーが自分のタバコを追うのを見たことを回想している。^{[23]ミサイルは地元のヘビにちなんで}サイドワインダー と名付けられた。この名前には2つ目の意味があり、サイドワインダーはマムシ科の毒ヘビで熱で狩りをし、ミサイルと似たような波打つパターンで動く。^[24]サイドワインダーは1957年に就役し、ベトナム戦争中に広く使用された。これはファルコンよりも優れた兵器であることが判明した。Bモデルは14%の撃墜率を達成し、射程距離がはるかに長いDモデルは19%を達成した。その性能と低コストにより、空軍もこれを採用した。^{[22] [25]}

米国以外で最初に作られた熱追跡機は、英国のデ・ハビランド・ファイアストリークだった。開発はOR.1056レッドホークとして始まったが、これは先進的すぎるとみなされ、1951年に修正されたコンセプトがOR.1117として発表され、コード名ブルージェイが与えられた。対爆撃機兵器として設計されたブルージェイは、米国の同等の機体よりも大きく、はるかに重く、高速で飛行したが、航続距離はほぼ同じだった。ブルージェイは、性能を向上させるために無水アンモニアで-180°C (-292.0°F) まで冷却された、PbTeを使用したより先進的な追跡機を持っていた。特徴的な点の1つは、より一般的な半球形のドームでは氷が積もることが判明したために選択された、ファセット加工されたノーズコーンだった。最初のテスト発射は1955年に行われ、1958年8月にイギリス空軍で就役した。 ^[26]

フランスのR.510プロジェクトはファイアストリークより遅れて始まり、1957年に試験運用に入ったが、すぐにレーダーホーミングバージョンのR.511に置き換えられた。どちらもあまり効果的ではなく、射程距離も3km程度と短かった。どちらも1962年にフランス初の効果的な設計であるR.530に置き換えられた。 ^[27]

ソ連は1961年に最初の赤外線ホーミングミサイルであるヴィンペルK-13を導入した。これは1958年の第二次台湾海峡危機で中国のミグ17の翼に引っかかったサイドワインダーをリバースエンジニアリングした後のことである。K-13は広く輸出され、戦争中ずっとベトナム上空で同種のミサイルと対峙した。K-13は、誘導システムと信管が頻繁に故障し、ベースとなったAIM-9Bよりも信頼性が低いことが判明した。^[22]

ベトナム戦争で既存のミサイル設計の性能がひどいことが明らかになると、その問題に対処するための取り組みがいくつか開始された。米国では、サイドワインダーのマイナーアップグレードができるだけ早く実施されたが、より広範にはパイロットに適切な交戦技術が教えられ、ミサイルの音が聞こえたらすぐに発射せず、発射後もミサイルが追跡を続けられる位置に移動するようにした。この問題は、理想的とは言えない位置から発射された場合でも目標に命中する新しいミサイルを開発する取り組みにもつながった。英国ではこれがSRAAMプロジェクトにつながったが、最終的には絶えず変化する要件の犠牲となった。^[28]米国の2つのプログラム、AIM-82とAIM-95 Agileも同様の運命をたどった。^[29]

1970年代には新しいシーカー設計が登場し始め、一連のより高度なミサイルが誕生した。サイドワインダーの大幅なアップグレードが始まり、あらゆる角度から追跡できる感度の高いシーカーが搭載され、ミサイルは初めて全方位に対応できるようになった。これは新しいスキャンパターンと組み合わされ、混乱を招く光源（雲に反射する太陽など）を排除し、目標への誘導を改善するのに役立った。その結果生まれたL型のうち少数がフォークランド紛争への参加直前に急いで英国に送られ、そこで82%の撃墜率を達成した。ミスの原因は一般的に目標機が射程外を飛行していたことだった。^{[23]サイドワインダーBと}R.550マジックを装備したアルゼンチン機は後方からしか射撃できなかったため、英国のパイロットは常に真っ直ぐ飛んでいくことでこれを避けた。L型は非常に効果的だったため、航空機は急いでフレア対策を追加し、フレアをよりよく排除するためにM型にさらに小さなアップグレードが行われた。^{[要出典] L モデルと M モデルは、}冷戦時代の終わりまで西側諸国の空軍の主力機となり続けました。

ソ連はR-73でさらに大きな進歩を遂げ、K-13やその他のミサイルを大幅に改良した設計に置き換えた。このミサイルは、シーカーの視界から完全に外れた標的に発射する能力を導入した。発射後、ミサイルはランチャーが示す方向に自ら向きを変え、ロックオンを試みる。ヘルメットに取り付けられた照準器と組み合わせると、発射機が最初に標的に向けなくてもミサイルを指示して狙うことができる。これは戦闘で大きな利点をもたらすことが証明され、西側諸国の大きな懸念を引き起こした。^[30]

R-73 問題の解決策は当初、R-73 の性能とイメージング シーカーを組み合わせた汎欧州設計のASRAAMになる予定でした。広範囲にわたる合意により、米国は ASRAAM を新しい短距離ミサイルに採用し、欧州はAMRAAM を中距離兵器として採用することに合意しました。しかし、ASRAAM はすぐに手に負えない遅延に陥りました。これは、加盟国がそれぞれ異なる性能基準の方が重要であると判断したためです。米国は最終的にこのプログラムから撤退し、代わりに ASRAAM 用に開発された新しいシーカーをサイドワインダーの別のバージョンである AIM-9X に採用しました。^[要出典]これにより、その寿命が大幅に延びたため、現在の航空機が退役するまでにほぼ 1 世紀にわたって運用されることになります。ASRAAM は最終的に、多くの欧州軍に採用されたミサイルを実現し、同じ技術の多くが中国の PL-10 やイスラエルのPython-5にも採用されています。^[要出典]

オリジナルのサイドワインダーと同じ基本原理に基づき、コンベアは1955年に小型携帯式ミサイル（MANPADS）の研究を開始し、これがFIM-43レッドアイとして登場した。1961年に試験に入ったが、予備設計は性能が低いことが判明し、その後いくつかの主要なアップグレードが行われた。ブロックIIIバージョンが生産されたのは1968年になってからだった。^[31]

ソ連は1964年にほぼ同一の兵器であるストレラ1とストレラ2の開発を開始した。これらの開発ははるかに順調に進み、9K32ストレラ2はレッドアイよりも開発期間が短く、1968年に配備された。^[32]元々は競合する設計であったが、9K31ストレラ1は車両への搭載のために大幅に大型化され、ほぼ同時期に配備された。英国は1975年にブローパイプの開発を開始したが、シーカーをミサイル自体ではなく発射装置に取り付けた。シーカーは標的とミサイルの両方を感知し、無線リンクを介してミサイルに修正情報を送信する。これらの初期の兵器は効果がなく、ブローパイプはほぼすべての戦闘で失敗し、^[33]レッドアイはややましな結果となった。ストレラ2はより優れ、中東とベトナムで多くの勝利を収めた。^[34]

レッドアイの大規模なアップグレードプログラムは、1967年にレッドアイIIとして開始されました。テストは1975年まで開始されず、現在FIM-92スティンガーと改名された最初の納入は1978年に始まりました。1983年にBモデルに改良されたロゼットシーカーが追加され、その後いくつかの追加のアップグレードが続きました。ソビエト・アフガニスタン戦争に送られ、ソビエトヘリコプターに対する成功率は79％であると主張しましたが、^[35]これは議論の余地があります。^[36]ソビエトも同様に独自のバージョンを改良し、 1974年に9K34ストレラ3、1983年に大幅に改良されたデュアル周波数9K38イグラ、2004年にイグラSを導入しました。 ^[30]

赤外線センサーに使用される主な材料は、硫化鉛 (II) (PbS)、アンチモン化インジウム(InSb)、テルル化水銀カドミウム(HgCdTe) の 3 つです。古いセンサーでは PbS が使用され、新しいセンサーでは InSb または HgCdTe が使用される傾向があります。いずれも冷却すると感度が高まり、より低温の物体を検出できるため、性能が向上します。

初期の赤外線シーカーは、ジェットエンジンの二酸化炭素排出物の 4.2 マイクロメートル放出物など、波長の短い赤外線放射の検出に最も効果的でした。このため、主に尾行追跡のシナリオで有効でした。このシナリオでは、排気ガスが見え、ミサイルの接近によって排気ガスも航空機に向かっています。戦闘では、パイロットはシーカーがターゲットを見つけるとすぐに射撃しようとし、ターゲットのエンジンがすぐに見えなくなるか、ミサイルの視界から飛び出すような角度で発射したため、これらは非常に効果がありませんでした。このようなシーカーは 3 ～ 5 マイクロメートルの範囲に最も敏感で、現在では単色シーカーと呼ばれています。これにより、排気ガスだけでなく、大気による吸収が少ないため、機体自体のようなより暗い光源を検出できる、より長い 8 ～ 13 マイクロメートルの波長範囲にも敏感な新しいシーカーが生まれました。このような設計は「全方位」ミサイルとして知られています。現代のシーカーは複数の検出器を組み合わせており、2色システムと呼ばれています。

全方位シーカーは、航空機の前面と側面から来る低レベルの信号にロックオンするために必要な高感度を得るために、冷却を必要とする傾向があります。センサー内部の背景熱、または空気力学的に加熱されたセンサーウィンドウは、ターゲットからセンサーに入る弱い信号を圧倒する可能性があります。(カメラのCCDにも同様の問題があり、高温になると「ノイズ」がはるかに多くなります。) AIM-9M サイドワインダーやスティンガーなどの最新の全方位ミサイルは、より長い距離とすべての方位でターゲットにロックオンするために、アルゴンなどの圧縮ガスを使用してセンサーを冷却します。(AIM-9J や初期モデルのR-60などの一部は、ペルチェ熱電冷却器を使用しました。)

初期のシーカーの検出器は方向性がほとんどなく、おそらく 100 度以上の非常に広い視野 (FOV) からの光を受け入れます。その FOV 内のどこにターゲットがあっても、同じ出力信号が生成されます。シーカーの目的はターゲットを弾頭の致死半径内に収めることであるため、検出器には FOV を狭い角度に狭める何らかのシステムが装備されている必要があります。これは通常、何らかの 望遠鏡の焦点に検出器を配置することで実現されます。

これにより、パフォーマンス要件が相反するという問題が生じます。FOV が狭くなると、シーカーの精度が高まり、背景の光源も排除されて追跡性能が向上します。ただし、FOV を制限しすぎると、ターゲットが FOV から外れてシーカーから見失う可能性があります。致死半径への誘導に効果的であるためには、追跡角度はおそらく 1 度が理想的ですが、ターゲットを安全に継続的に追跡するには、10 度以上の FOV が望まれます。^{[引用が必要]}

この状況により、比較的広い視野角を使用して簡単に追跡できるようにし、受信した信号を何らかの方法で処理して誘導の精度を高める設計が数多く採用されています。通常、シーカー アセンブリ全体がジンバルシステムに取り付けられ、広い角度でターゲットを追跡できます。また、シーカーとミサイル航空機の間の角度を使用して誘導補正が行われます。

これにより、検出器が見る角度である瞬間視野（IFOV）と、追跡角度またはオフボアサイト能力とも呼ばれる全視野（シーカーアセンブリ全体の動きを含む）の概念が生まれます。アセンブリは瞬時に移動できないため、ミサイルの飛行ラインを横切って急速に移動するターゲットはIFOVから失われる可能性があり、これにより追跡速度の概念が生まれます。追跡速度は通常、1秒あたりの度数で表されます。

最も初期のドイツ製シーカーのいくつかはリニアスキャン方式を採用しており、垂直および水平のスリットを検出器の前で前後に動かしたり、マドリッドの場合は2枚の金属羽根を傾けて信号を多少遮断したりしていた。閃光を受信した時刻とその時のスキャナーの位置を比較することで、垂直および水平の角度のずれを判定できる。^[19]しかし、これらのシーカーには、視野角がスリット（または不透明バー）の物理的なサイズによって決まるという大きな欠点もある。スリットを小さくしすぎるとターゲットからの画像が小さすぎて有効な信号が生成されず、大きくしすぎると不正確になる。このため、リニアスキャナーには本来精度の限界がある。さらに、二重の往復運動は複雑で機械的に信頼性が低く、通常は2つの別々の検出器を使用する必要がある。

初期のシーカーのほとんどは、いわゆるスピンスキャン、チョッパー、またはレチクルシーカーを使用していました。これらは、一連の不透明なセグメントが描かれた透明なプレートで構成され、IR検出器の前に置かれました。プレートは一定の速度で回転し、ターゲットの画像が定期的に中断、つまりチョップされます。^[37]

戦時中に開発されたハンブルク方式は最も単純で、理解しやすい方式である。そのヘリは半分が黒く塗られ、もう半分は透明のままであった。 ^[38]

この説明では、ディスクがセンサーから見て時計回りに回転していると仮定します。回転中の暗い半分と明るい半分の間の線が水平になり、透明な側が上になる点を12時の位置と呼びます。光電セルはディスクの後ろの12時の位置に配置されています。^[38]

ターゲットはミサイルの真上にあります。ディスクが9時の方向にあるとき、センサーはターゲットを視認し始めます。ヘリの透明部分がターゲットに垂直に揃うと、12時の方向が見え始めます。ヘリが3時の方向に到達するまで、センサーはターゲットを視認し続けます。^[38]

信号発生器は、ディスクの回転速度と同じ周波数のAC波形を生成します。波形が12時の位置で最大の正電圧点に達するようにタイミングが調整されています。したがって、ターゲットがセンサーに見える期間中、AC波形は正電圧期間にあり、ゼロから最大値まで変化し、再びゼロに戻ります。^[38]

ターゲットが消えると、センサーはAC信号の出力を反転するスイッチを作動させます。たとえば、ディスクが3時の位置に到達してターゲットが消えると、スイッチが作動します。これは、元のAC波形が波形の負の電圧部分を開始するのと同じ瞬間であるため、スイッチはこれを正に反転します。ディスクが9時の位置に到達すると、セルは再び切り替わり、信号は反転しなくなり、再び正の位相に入ります。このセルからの出力は、常に正の半正弦波の連続です。この信号はその後平滑化されてDC出力を生成し、制御システムに送信されてミサイルに上向きの指令を出します。^[38]

3 時の位置に 2 番目のセルを配置すると、システムが完成します。この場合、切り替えは 9 時と 3 時の位置ではなく、12 時と 6 時の位置で行われます。同じターゲットを考えると、この場合、波形は 12 時に最大の正のポイントに達したときに負に切り替わります。回転中にこのプロセスを実行すると、一連の切り取られた正と負の正弦波が発生します。これを同じ平滑化システムを通過すると、出力はゼロになります。これは、ミサイルが左または右に修正する必要がないことを意味します。たとえば、ターゲットが右に移動すると、平滑化システムからの信号はますます正になり、右への修正が増加することを示します。実際には、2 番目の光電セルは必要ありません。代わりに、電気遅延または最初の基準信号と 90 度位相がずれた 2 番目の基準信号を使用して、1 つの光電セルから両方の信号を抽出できます。^[38]

このシステムは、時計の文字盤の周りの角度、つまり方位に敏感な信号を生成しますが、ターゲットとミサイルの中心線の間の角度、つまり角度オフセット（または角度誤差）には敏感ではありません。これは、ターゲットがミサイルに対して非常にゆっくりと移動し、ミサイルがターゲットに素早く位置合わせされる対艦ミサイルには必要ありませんでした。速度が高く、よりスムーズな制御動作が望まれる空対空での使用には適していませんでした。この場合、システムはわずかに変更され、変調ディスクはカーディオイドパターンになり、中心線からの距離に応じて信号をより長くまたはより短く遮断しました。他のシステムでは、放射状のスリットを備えた2番目のスキャンディスクを使用して、2番目の出力回路から同じ結果を提供しました。^[39]

AEG は戦時中にさらに進んだシステムを開発し、これが戦後のほとんどの実験の基礎となった。この場合、ディスクには一連の不透明領域がパターン化されており、多くの場合、ピザのスライス パターンを形成する一連の放射状の縞模様となっている。ハンブルグと同様に、ディスクの回転周波数に一致する AC 信号が生成された。ただし、この場合、信号は角度によってオン/オフになるのではなく、非常に高速に継続的にトリガーされる。これにより、一連のパルスが生成され、平滑化されて、テスト信号と同じ周波数の 2 番目の AC 信号が生成されますが、その位相はディスクに対するターゲットの実際の位置によって制御されます。2 つの信号の位相を比較することで、垂直補正と水平補正の両方を 1 つの信号から決定できます。サイドワインダー プログラムの一部として大きな改良が行われ、出力がパイロットのヘッドセットに送られ、ターゲットがシーカーに見えることを示すミサイル トーンと呼ばれる一種のうなり音が生成されました。^[40]

初期のシステムでは、この信号は操縦翼面に直接送られ、ミサイルを元の位置に戻すために急速なフリック動作を引き起こした。この制御システムは「バンバン」と呼ばれていた。バンバン制御は、特にターゲットが中心線に近づき、制御が実際の効果なしに前後にフリックし続ける場合、空気力学的に極めて非効率である。このため、これらの出力を平滑化するか、角度のずれを測定して制御にも入力することが望まれる。これは、同じディスクと光学系の物理的配置に関する作業で実現できる。放射状のバー間の物理的距離はディスクの外側の位置で大きくなるため、光電セル上のターゲットの画像も大きくなり、したがって出力が大きくなる。ディスクの中心に近づくにつれて信号が次第に遮断されるように光学系を配置すると、結果として生じる出力信号の振幅は角度のずれに応じて変化する。しかし、ミサイルがターゲットに近づくにつれて振幅も変化するため、これはそれ自体では完全なシステムではなく、何らかの形の自動ゲイン制御が望まれることが多い。^[40]

スピンスキャンシステムは、雲や熱い砂漠の砂から反射する太陽光のような広範囲の光源からの信号を排除することができる。これを実現するために、レチクルの半分をストライプではなく 50% 透過色で覆うように変更する。このようなシステムからの出力は、回転の半分は正弦波、残りの半分は一定信号である。固定出力は、空の全体的な照明に応じて変化する。雲のように複数のセグメントにまたがる広範囲のターゲットも固定信号を引き起こし、固定信号に近い信号はすべてフィルタリングされる。^{[40] [37]}

スピンスキャンシステムの重大な問題は、ターゲットが中心付近にあるときに信号がゼロに低下することです。これは、その小さな画像でも、中心で狭くなるにつれていくつかのセグメントをカバーし、フィルターで除去されるほど拡張されたソースに似た信号を生成するためです。これにより、このようなシーカーはフレアに対して非常に敏感になります。フレアは航空機から遠ざかるため、航空機がほとんどまたはまったく信号を提供していないときに、ますます増加する信号を生成します。さらに、ミサイルがターゲットに近づくと、相対角度の小さな変化でミサイルがこの中心のヌル領域から外れ、再び制御入力を引き起こし始めます。バンバンコントローラーでは、このような設計は、接近の最後の瞬間に過剰反応し始める傾向があり、大きなミス距離を引き起こし、より大きな弾頭を必要とします。^[37]

基本的なスピンスキャンの概念を大幅に改良したものが、円錐スキャナまたはコンスキャンである。この配置では、固定レチクルが検出器の前に置かれ、両方が小さなカセグレン反射望遠鏡の焦点に配置される。望遠鏡の副鏡はわずかに軸から外れて向けられ、回転する。これにより、レチクル自体が回転するのではなく、ターゲットの画像がレチクルの周りを回転する。^[41]

例として、シーカーのミラーが 5 度傾いていて、ミサイルが現在ミサイルの正面にあるターゲットを追跡しているシステムを考えてみましょう。ミラーが回転すると、ターゲットの画像が反対方向に反射されるため、この場合、画像はレチクルの中心線から 5 度離れた円を描いて移動します。つまり、中心にあるターゲットでも、レチクルのマークを通過するときに変化する信号を生成します。この同じ瞬間、スピンスキャン システムは、中心のヌルで一定の出力を生成します。フレアはコンスキャン シーカーによってまだ見え、混乱を引き起こしますが、フレアがヌル ポイントを離れるときにスピンスキャンの場合のようにターゲット信号を圧倒することはなくなります。^[41]

ターゲットの方位の抽出はスピンスキャンシステムと同じ方法で行われ、出力信号をミラーを回転させるモーターによって生成される参照信号と比較します。ただし、角度のずれの抽出はやや複雑です。スピンスキャンシステムでは、出力信号の強度を増減することで角度をエンコードするのはパルス間の時間の長さです。これは、画像が常にレチクルのほぼ中央にあるコンスキャンシステムでは発生しません。代わりに、1スキャンサイクルの時間にわたってパルスが変化する方法で角度が明らかになります。^[42]

中心線から左に10度の位置にあるターゲットを考えてみましょう。ミラーを左に向けると、ターゲットはミラーの中心に近いように見えるため、レチクルの中心線から左に5度離れた位置に像が投影されます。ミラーが回転して真上を向くと、ターゲットの相対角度はゼロになり、像は中心線から下方向に5度の位置に表示されます。また、右に向けると、左に15度の位置に表示されます。^[42]

レチクルの角度ずれにより出力パルスの長さが変化するため、ミキサーに送られるこの信号は周波数変調(FM) され、スピンサイクルにわたって上下する。この情報はその後、誘導のために制御システムで抽出される。コンスキャンシステムの主な利点の 1 つは、FM 信号が角度ずれに比例することである。これにより、制御面をスムーズに動かすためのシンプルなソリューションが提供され、はるかに効率的な空力特性が得られる。これにより、精度も大幅に向上する。ターゲットに接近するスピンスキャンミサイルは、ターゲットがセンターラインに出入りするときに継続的に信号を受け、バンバン制御によってミサイルの方向が乱れるが、コンスキャンの FM 信号はこの影響を排除し、円形誤差確率(CEP) を 1 メートルまで改善する。^[41]

ほとんどのコンスキャン システムでは、ターゲット イメージをレチクルの端にできるだけ近づけようとします。これは、ターゲットが移動したときに出力信号に最も大きな変化が生じるためです。ただし、ミラーがターゲットから離れた方向に向けられると、ターゲットがレチクルから完全に外れてしまうこともよくあります。これに対処するために、レチクルの中心には 50% 透過パターンが描かれており、イメージがレチクルを通過すると出力が固定されます。ただし、ミラーが移動するため、この期間は短く、ミラーが再びターゲットに向けられると通常の中断スキャンが開始されます。シーカーは、イメージがこの領域にあるかどうかを知ることができます。これは、イメージがシーカーから完全に外れて信号が消えるポイントの真反対で発生するためです。この点を通過していることがわかっているときに信号を調べると、スピンスキャン シーカーと同じ AM 信号が生成されます。したがって、追加の電子機器とタイマーのコストで、コンスキャン システムはターゲットが軸から外れている場合でも追跡を維持できます。これは、スピンスキャン システムの限られた視野に対するもう 1 つの大きな利点です。^[42]

クロスアレイシーカーは、検出器自体の物理的な配置を通じて、コンスキャンシステムのレチクルの動作をシミュレートします。従来の光電セルは通常円形ですが、構築技術、特に固体製造の改良により、任意の形状で構築できるようになりました。クロスアレイシステムでは、（通常）4つの長方形の検出器が十字形（+）に配置されます。スキャンはコンスキャンと同じように実行され、ターゲットの画像が各検出器を順番にスキャンします。^[43]

FOV の中心にあるターゲットの場合、画像は検出器の周りを一周し、同じ相対点で交差します。これにより、各検出器からの信号は、特定の時点で同一のパルスになります。ただし、ターゲットが中心にない場合、画像のパスは前と同様にオフセットされます。この場合、離れた検出器間の距離によって信号の再出現間の遅延が異なり、中心線から遠い画像では長くなり、近い画像では短くなります。ミラーに接続された回路は、コンスキャンの場合と同様に、この推定信号を制御として生成します。検出器の信号を制御信号と比較すると、必要な補正が生成されます。^[43]

この設計の利点は、フレアの排除が大幅に改善されることです。検出器は左右に薄いため、望遠鏡のミラー配置に関係なく、実質的に非常に狭い視野を持っています。発射時に、ターゲットの位置はシーカーのメモリにエンコードされ、シーカーは信号が検出器を通過するのをいつ見るかを決定します。それ以降は、制御信号によって決定された短い期間外に到着する信号はすべて拒否できます。フレアは放出後すぐに空中で停止する傾向があるため、スキャナーのゲートからすぐに消えます。^[43]このようなシステムを偽装する唯一の方法は、フレアを継続的に放出して常に航空機の近くにあるようにするか、牽引式フレアを使用することです。

ロゼットシーカーは擬似イメージャーとも呼ばれ、コンスキャンシステムの機械的レイアウトの多くを使用していますが、より複雑なパターンを作成するために別のミラーまたはプリズムを追加し、ロゼットを描きます。^[44]コンスキャンの固定角度と比較して、ロゼットパターンは画像をより広い角度にスキャンします。ドライブシャフト上のセンサーは、サンプルFM信号を生成するミキサーに送られます。この信号をシーカーからの信号と混合すると動きが除去され、コンスキャンからの信号と同一の出力信号が生成されます。大きな利点は、ロゼットシーカーがより広い範囲の空をスキャンするため、ターゲットが視野から外れにくくなることです。^[43]

ロゼットスキャンの欠点は、非常に複雑な出力を生成することです。シーカーの視野内にある物体は、空をスキャンする際に完全に別々の信号を生成します。システムは、ターゲット、フレア、太陽、地面を異なる時間に見る可能性があります。この情報を処理してターゲットを抽出するために、個々の信号がコンピューターのメモリに送信されます。完全なスキャン期間中、これにより2D画像が生成されるため、疑似イメージャーと呼ばれます。^[43]これによりシステムはより複雑になりますが、結果として得られる画像ははるかに多くの情報を提供します。フレアはサイズが小さいため、雲はサイズが大きいため、などを認識して拒否できます。^[44]

現代の熱追尾ミサイルはイメージング赤外線（IIR）を使用しており、IR/UVセンサーは焦点面アレイであり、デジタルカメラの電荷結合素子（CCD）のように赤外線で画像を作成できる。これはより多くの信号処理を必要とするが、はるかに正確で、デコイで騙されにくい。フレア耐性が高いことに加えて、新しいシーカーは、熱追尾ミサイルを回避するためのもう1つの一般的なトリックである太陽にロックオンするように騙される可能性も低い。高度な画像処理技術を使用することで、ターゲットの形状を使用して最も脆弱な部分を見つけ、ミサイルをそこに向けて操縦することができる。^[45] AIM-9XサイドワインダーやASRAAMなどのすべての西側諸国の短距離空対空ミサイルは、中国のPL-10 SRAAM、台湾のTC-1、イスラエルのPython-5、ロシアのR-74M/M2と同様に、イメージング赤外線シーカーを使用している。

IR シーカーを打ち破るには、フレアまたは IR ジャマーを使用するという 2 つの主な方法があります。

初期のシーカーはターゲットを画像化せず、視野内にあるものはすべて出力を生成します。ターゲットからフレアが放出されると、視野内に2番目の信号が現れ、2番目の角度出力が生成され、シーカーが代わりにフレアに狙いを定める可能性が高まります。初期のスピンスキャンシーカーに対しては、ターゲットからの信号が中間コースを通じて最小限に抑えられるため、フレアからのかすかな信号でも確認および追跡できるため、これは非常に効果的でした。もちろん、これが発生すると、フレアは視界から消え、航空機が再び見えるようになります。ただし、この間に航空機が視野から外れると（これは急速に発生します）、ミサイルはターゲットを再捕捉できなくなります。

フレアの問題に対する解決策の 1 つは、デュアル周波数シーカーを使用することです。初期のシーカーは、航空機の非常に高温の部分とジェット排気ガスに敏感な単一の検出器を使用していたため、追尾攻撃シナリオに適していました。ミサイルがどの角度からでも追跡できるように、他の周波数でもはるかに感度の高い新しい検出器が追加されました。これにより、フレアを区別する方法が生まれました。2 つのシーカーは、ターゲット航空機の異なる場所 (航空機自体と排気ガス) を検出しましたが、フレアは両方の周波数で同じポイントに現れました。これにより、これらを排除できました。

デジタル処理では、より複雑なシステム、特に交差アレイシーカーやロゼットシーカーが使用されました。これらは瞬間視野（IFOV）が非常に狭いため、デスクトップスキャナと同じ方法で処理して画像を生成することができました。スキャンごとにターゲットの位置を記憶することにより、ターゲットに対して高速で移動するオブジェクトを排除できます。これはシネマティックフィルタリングとして知られています。^[46]同じプロセスがイメージングシステムでも使用されており、スキャンするのではなく直接イメージングし、角度サイズを直接測定することで小さなターゲットを排除する機能も備えています。

初期のシーカーシステムは、信号受信のタイミングによってターゲットの角度を決定しました。このため、シーカーレチクルがセンサーを覆っているときでも見えるほど強力な偽信号を発することで妨害を受けやすくなっています。AN /ALQ-144のような初期の妨害装置は、加熱されたシリコンカーバイドのブロックを赤外線源として使用し、回転するレンズセットで囲み、一連の点として画像を空を掃引する送信します。現代のバージョンでは、より一般的には、高速回転ミラーに赤外線レーザーを照射します。ビームがシーカーを照らすと、光のフラッシュが順序どおりに表示されず、角度を計算するために使用されるタイミングパターンが乱れます。成功すると、IR 妨害装置はミサイルをランダムに飛び回らせます。^[47]

IRジャマーは、測定にタイミングに依存しないため、現代の画像シーカーに対してははるかに効果が低い。これらの場合、ジャマーはターゲットと同じ場所に追加の信号を提供するため、有害となる可能性がある。一部の現代のシステムでは、強力な信号でミサイルを誘導するために、ジャマーを曳航式対抗ポッドに配置するようになったが、現代の画像処理システムではこれが効果的でなくなり、ポッドを可能な限り元の航空機に似せる必要があるため、設計がさらに複雑になる可能性がある。^[47]

より現代的なレーザーベースの技術では、スキャンを省略し、代わりに他の検出方法を使用してミサイルを識別し、レーザーを直接ミサイルに向けます。これにより、シーカーは継続的に盲目にされ、最新の画像シーカーに対しても有効です。これらの指向性赤外線対抗手段( DIRCM ) は非常に効果的ですが、非常に高価で、一般に、貨物機やヘリコプターなど、操縦していない航空機にのみ適しています。その実装は、オフ周波数信号を除去するためにイメージャーの前にフィルターを配置することでさらに複雑になり、レーザーをシーカーの周波数に調整するか、範囲をスキャンする必要があります。ミサイル内のノーズコーンやフィルターを光学的に損傷するのに十分なパワーを持つシステムの開発も行われていますが、これは現在の能力を超えています。^[47]

ほとんどの赤外線誘導ミサイルは、シーカーがジンバルに取り付けられています。これにより、ミサイルがターゲットに向いていないときにセンサーをターゲットに向けることができます。これは、主に 2 つの理由で重要です。1 つは、発射前および発射中に、ミサイルが常にターゲットに向けられているとは限らないことです。代わりに、パイロットまたはオペレーターは、レーダー、ヘルメットに取り付けられた照準器、光学照準器、または航空機またはミサイル発射装置の先端を直接ターゲットに向けることによって、シーカーをターゲットに向けます。シーカーがターゲットを見て認識すると、オペレーターにその旨が伝えられ、オペレーターは通常、シーカーを「解放」します (シーカーはターゲットを追跡できます)。この時点以降、航空機または発射プラットフォームが移動しても、シーカーはターゲットにロックされたままになります。武器が発射されると、モーターが作動してフィンが移動方向を制御できるほどの速度に達するまで、武器は向いている方向を制御できない場合があります。それまでは、ジンバル シーカーはターゲットを独立して追跡できる必要があります。

最後に、ミサイルが確実に制御され、標的を迎撃する途中であっても、おそらく標的を直接狙うことはない。標的が発射台に向かって直接移動したり、発射台から離れて移動したりしない限り、標的を迎撃するための最短経路は、標的をまっすぐ狙っている経路ではない。標的はミサイルの視界に対して横方向に動いているからである。オリジナルの熱追尾ミサイルは、単に標的に向かって追跡するだけで、これは非効率的だった。新しいミサイルはよりスマートで、ジンバル式シーカーヘッドと比例誘導と呼ばれるものを組み合わせて使用​​し、振動を回避して効率的な迎撃経路を飛行する。

• 赤外線対策
• 指向性赤外線対策
• 赤外線による捜索と追跡

• チャン、ティン・リー（1994 年 9 月）。赤外線ミサイル対抗手段（技術レポート）。海軍大学院。
• Deuerle, Craig (2003)。「レチクルベースのミサイルシーカー」。Driggers, Ronald (編) 著。光工学百科事典。CRC Press。pp. 2400–2408。ISBN 9780824742522。
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• ホルウェイ、ドン (2013 年 3 月)。「Fox Two!」航空史。
• Kutzscher, Edgar (1957)。「赤外線ホーミング装置の物理的および技術的開発」。Benecke, T、Quick, A (編)。ドイツの誘導ミサイル開発の歴史。NATO。
• Neri, Filippo (2006)。電子防衛システム入門。SciTech Publishing。
• Rogalski, Antonio (2000)。赤外線検出器。CRC Press。

• 熱追尾ミサイル誘導
• サイドワインダーの物語