逆モノパルスシーカー

逆モノパルスシーカーはセミアクティブレーダーホーミングの一種で、以前の設計に比べて大きな利点がある。このシステムでは一度に3つの信号を比較できる電子機器が必要なため、この設計は1970年代初頭まで実質的には実現できなかった。最初の例の1つは、 1970年に就役したミグ25Pで使用されたソ連の R-40空対空ミサイル と、1978年に導入されたイギリス空軍のスカイフラッシュミサイルである。スカイフラッシュミサイルは、 AIM-7 スパローを改造したもので、オリジナルのレイセオン製シーカーをマルコーニ製のモノパルスモデルに置き換えたもので、続いてセレニア社によるイタリアのアスピデ向けの非常によく似た改造が行われた。アメリカ空軍はAIM-7 スパローのMモデルに同様の技術を採用し、このような設計は今日のセミアクティブ設計では一般的である。

セミアクティブ シーカーは、ターゲットに狙いを定めるために、発射機から発せられるレーダー信号の反射を頼りにしています。このような信号はターゲットからの円錐状の反射として視覚化でき、ミサイルはその円錐内のどこかにあればこの信号を感知します。ミサイルが弾頭の致死範囲内でターゲットに近づくには、ターゲットがその円錐状の領域内のどこにいるかを識別する何らかの方法が必要です。

この問題の従来の解決策は、円錐スキャンを使用することです。このシステムでは、受信機は 1 つの受信アンテナではなく、ミサイルの中心線または照準線の両側にわずかに向けられた 2 つの受信アンテナに接続されます。ターゲットがこれらの 2 つの射線のいずれかに沿っている場合、信号が強くなるように配置されています。ターゲットが片側、たとえば右側にある場合、右側のアンテナからの信号は左側のアンテナからの信号よりも強くなります。

ミサイルは、2 つの信号のうち強いほうの方向に向きを変えて誘導することができ、ターゲットに直接向けると、2 つの信号は等しくなります。2 次元で誘導するために、アンテナを回転させます。任意の瞬間に、2 つのアンテナは水平になり、シーカーはターゲットに向かって左または右に曲がるように指示します。次の瞬間には、アンテナは垂直になり、飛行を上下に調整します。このようにして、ミサイルは高速の円運動でターゲットを探します。これは通常、制御システムで平滑化され、安定した制御入力を提供します。

この追跡方法には多くの問題があります。まず、2 つのアンテナ間の信号強度の差がビーム内のターゲットの位置のみによるものであるという点です。ターゲットが雨の中を飛行している場合など、この方法が当てはまらない理由はいくつかあります。

この問題は、ミサイルが目標に近づくにつれて深刻になる。近距離では、回転する航空機のアンテナは一部しか見ることができなくなる。例えば、アンテナが12時の位置にあるときは航空機の垂直尾翼からの強い反射を受信するかもしれないが、3時の位置に達する頃には翼からの反射が優勢になるかもしれない。1回転する間に、信号は大きく変化する。これはグリントと呼ばれる効果である。この効果により、この方法の精度は最高でも約10メートル（33フィート）に制限され、このようなシーカーを備えたミサイルには非常に大きな弾頭が必要となる。

もう 1 つの深刻な問題は、シーカーが航空機から反射した信号と他の物体から反射した信号を区別できないことです。これは高高度での 1 対 1 の戦闘では大きな問題にはなりませんが、ミサイルが発射された航空機より下のターゲットに発射された場合、最終的には航空機からの反射と周囲の地面からの反射を区別できなくなる地点に近づきます。地面は航空機よりもはるかに大きいため、低高度で使用されているときは常にこの信号がシーカーを圧倒する可能性があります。これは、選択した距離外の信号をミュートするレンジ ゲートを使用してある程度対処できますが、ターゲットと地面までの距離が同じ場合は問題が発生します。

さらに、標的の航空機は、グリントと同じ効果を持つランダムな信号パルスを放出し、反射信号とジャマーからの信号の両方を感知するシーカーを混乱させ、それらを区別する方法をなくします。これにより、このようなシーカーは非常に簡単に「ジャミング」されます。代わりに、チャフはレーダーの視野内に複数の信号を作成し、シーカーは再びそれらを区別する方法がなくなります。

これらの問題の多くを回避する方法の 1 つは、モノパルス レーダー技術を使用することです。これらのシステムでは、レーダー信号はアンテナに送信される前に 2 つに分割されます。2 つのパスには、ターゲットで反射した後もそのまま残る何らかの形式のエンコードが含まれます。偏波は一般的な解決策です。その後、信号は再混合され、アンテナから送信されます。

2 つのアンテナは、ターゲットで反射された混合信号を受信します。次に、フィルターが受信信号を 2 つのコンポーネントに分割し、以前と同様に相対的な強度を比較できます。ただし、偏波の場合のように信号に方向性がある場合は、アンテナを回転させる必要はありません。信号間の差を使用して方向性を判断できます。実際のシステムでは、左右の比較に 2 つ、上下の比較に 2 つの合計 4 つのアンテナが使用されます。

この技術の主な利点は、地面からの反射によって信号の偏波がランダム化されることです。一部は「適切な」偏波で返されますが、大部分は受信機でフィルタリングされてしまいます。ターゲットの航空機から返される信号は、地面からの反射全体と比較するとごくわずかですが、フィルタリングすると再び見えるようになります。これにより、このようなレーダーは戦闘機の下のターゲットを追跡でき、「見下ろし、撃墜」機能が得られます。

フィルタリングにより、電子的対抗手段が効果的に機能することがはるかに困難になります。一致する極性を持つ信号のみがフィルタを通過するため、典型的な非偏波パルスは通常フィルタリングされます。このようなレーダーに対抗するには、妨害装置は信号の偏波を一致させるか、フィルタを通過するのに十分なエネルギーを持つ正しい偏波を持つ信号をランダムに送信する必要があります。

最後に、反射が大幅に減少します。反射が発生するのは、アンテナが一度に一方向にしか反応しないためで、アンテナが回転すると、航空機のさまざまな部分からの信号を検出します。モノパルス受信機は回転せず、常に全体の反射を検出します。異なる場所からの信号強度は依然として異なりますが、ミサイルが目標に近づいてもこれは変化しないため、ミサイルは継続的に方向を変えるように指示されることはありません。テストでは、スカイフラッシュミサイルの大部分が目標の航空機に直撃しましたが、元のAIM-7の円錐スキャンソリューションではミサイルを20〜30メートル（66〜98フィート）以内に収めていました。さらに、追跡カメラが目標を認識できるように選択された制限である1,000フィート（300メートル）の高度で飛行する航空機を攻撃することができました。これらのテストでは、この技術には実用的な高度の下限がないことが実証されました。

逆モノパルス シーカーの欠点は 2 つあります。1 つは、発射プラットフォームのレーダーにモノパルス エンコーディングが必要であることです。そうしないと、シーカーが処理する方向信号がなくなります。これにより、このようなミサイルは航空機に、シーカーが同調できる任意のレーダーで使用できるより汎用的な円錐スキャン システムよりも密接にリンクされます。さらに重要なのは、シーカーがより複雑で、より多くの電子機器が必要になることです。これは、真空管電子機器の時代には不可能で、1970 年代になってようやく実用化されました。たとえば、Skyflash 受信機には固定アンテナが 1 つありましたが、各「チャネル」に 1 つずつ、合計 4 つの受信機と、3 つの信号を生成するコンパレータ電子機器 (すべての信号の合計 1 つと、差 2 つ) が必要でした。

• リチャードソン、ダグ (1977 年 4 月 9 日)。「スカイ フラッシュ カウントダウン」。フライト インターナショナル。pp. 894–896。