スキャンしながら追跡

スキャンしながら追跡（TWS ）は、レーダーの動作モードの一種で、レーダーがパワーの一部を1つまたは複数のターゲット（最新のレーダーでは最大40個）の追跡に割り当て、残りのパワーをスキャンに割り当てる。^[1]これは、同等のレンジ・ウェイク・サーチ（RWS）、長距離捜索（LRS）、空中戦闘モード（ACM）、速度捜索・測距（VSR）、複合レーダーモード（CRM）と類似しているが、機能が異なっている。スキャンしながら追跡モードでは、レーダーは複数のターゲットを捕捉してロック/追跡すると同時に、周囲の空域のビューを提供する機能があり、パイロットやオペレーターがより良い状況認識を維持するのに役立つ。^[2]

初期の航空機搭載レーダー システムは、一般的には純粋な追跡システムとして動作し、専任のレーダー オペレーターが手動でシステムを「調整」して、航空機の前方の比較的狭い視野内でターゲットの位置を特定していました。検索領域は、さまざまな方法を使用して移動できます。通常は、大きなアンテナを必要とする低周波システムでは位相シフトまたはローブ スイッチング、マイクロ波周波数レーダーではレーダー ディッシュを移動します。交戦は、地上管制官がパイロットへの音声コマンドを使用して航空機をターゲットの大まかな領域に誘導することから始まり、航空機が射程内に入ると、レーダー オペレーターがパイロットに音声コマンドを提供して、最終アプローチのために航空機のレーダーがターゲットを検出します。ターゲットの探索と追跡の間には、実際の違いはありませんでした。

SCR-584 のような地上レーダーは、進化の初期段階でこのプロセスを自動化しました。検索モードでは、SCR-584 はアンテナを 360 度回転させ、反射波はプラン位置インジケータ(PPI) にプロットされます。これにより、オペレーターは、約 25 マイルの検出範囲内にあるターゲットと、レーダー バンに対するその方向を知ることができます。反射波の 1 つが興味深いと判断されると、レーダーは追跡モードに切り替わり、「ロックオン」されます。その後、レーダーは自動的にアンテナをターゲットに向け、B スコープディスプレイに正確な方向、高度、距離情報を表示します。オペレーターの作業負荷は大幅に軽減されました。

電子機器の進歩により、SCR-584 のような自動レーダーのサイズと重量が航空機に搭載できるほどに小型化されるのは時間の問題でした。これらは 1950 年代後半に登場し始め、1980 年代まで広く普及していました。

セミアクティブ レーダー ホーミングミサイルの導入により、ロックオンの概念が特に重要になりました。これらのミサイルは、発射機の独自のレーダーを使用してターゲットをレーダー信号で「ペイント」し、ミサイルはターゲットから反射される信号を聞き取ってホーミングします。安定した誘導信号を提供するには、レーダーをロックオンする必要があります。欠点は、レーダーが単一のターゲットを追跡するように設定されると、オペレーターは他のターゲットに関する情報を失うことです。これが、スキャンしながら追跡が解決しようとしている問題です。

従来のレーダー システムでは、ディスプレイは完全に電気的です。レーダー アンテナからの信号は増幅され、オシロスコープに直接送られて表示されます。ディスプレイ上の「ブリップ」とアンテナから受信される無線信号は 1 対 1 で対応しています。アンテナが特定の方向に向けられていない場合、その方向にあるターゲットからの信号は単に消えてしまいます。オペレーターがディスプレイを読み取りやすくするために、オシロスコープでは通常、ゆっくりと消える蛍光体を「メモリ」の粗い形式として使用していました。

スキャンしながら追跡するレーダーは、フェーズドアレイ レーダーとコンピュータ メモリ デバイスという 2 つの新しいテクノロジの導入によって可能になりました。フェーズドアレイ アンテナは、1960 年代に調整可能な高出力コヒーレント無線周波数発振器が導入されたことで実用化されました。一連のアンテナ間で位相をわずかにシフトすることで、結果として生じる付加信号を電子的に操作およびフォーカスできます。TWS の開発においてさらに重要だったのは、デジタル コンピュータとそれに関連するメモリの開発であり、これにより、レーダー データをスキャンごとに記憶できるようになりました。

TWS レーダーはディスプレイをアンテナから切り離し、信号をディスプレイではなくコンピュータに送信します。コンピュータは信号を解釈し、通常であればブリップの原因となるものすべてについて「トラック ファイル」を作成します。レーダーが次にそのエリアに戻ったときに、すべての戻りが元の記録と相関し、トラック ファイルは適宜更新または破棄されます。2 番目のシステムは、トラック ファイル内のデータをメモリから継続的に読み取り、これを一連の注釈付きアイコンとしてレーダーに表示します。直線追跡モードとは異なり、TWS レーダーは、各ターゲット識別/検出が新しいターゲットを定義するのか、すでに追跡されているターゲットに属するのかを認識するという追加の問題を解決する必要があります。^[3]

レーダーアンテナがターゲットに向けられていないときでもターゲットの位置がわかっているため、TWS レーダーは次回のスキャンで同じ空域に戻り、ターゲットに向けて追加のエネルギーをビームすることができます。したがって、従来のロックオンのようにレーダーがターゲットを常にペイントするわけではないにもかかわらず、ミサイルが追跡できるだけのエネルギーがその方向に送信されます。フェーズドアレイアンテナはここで役立ちます。アンテナがその方向にあるときに、ターゲットに直接向けなくても信号をターゲットに集中させることができます。つまり、アンテナが同じ方向を向いているときはいつでも、ターゲットをより長い時間ペイントできるということです。高度なフェーズドアレイレーダーではこれがさらに簡単になり、信号を継続的にターゲットに向けることができます。

しかし、史上初の実用化されたトラック・ウェイ・スキャン・レーダーは、パッシブ電子走査アレイでもアクティブ電子走査アレイ・レーダーでもなかった。実際には、ソ連製のミサイル誘導、目標検出、追跡レーダーであるB-200 ^[4]が初めて設計され、1953年にKB-1（現在はNPO Almazとして知られている）によって、 S-25（Sistema-25、英語での初期の名称はBerkut（ゴールデンイーグル））またはSA-1 Guild（NATOの名称）と呼ばれるマルチチャンネルの固定式対空ミサイルシステムの一部として開発された。このシステムは、モスクワ、特にクレムリンに対する米空軍の長距離戦略爆撃機^{[5] （特に}B-47や後にはB-52のような、成層圏飛行が可能で通常の対空砲が全く効かない爆撃機）による大規模な空襲に備えた防衛のみを目的としていた。

S-25は史上初のマルチチャンネルミサイルシステム（複数の標的を完全に同時に攻撃できる能力を持つ最初のシステム - 単一の砲台で最大20の標的、各標的に最大3発のミサイルを搭載）としても設計されたため、^[6]このような要求の厳しい任務を遂行できる適切なレーダーが必要となり、最終的に複数の異なる空中標的に対するミサイルの多重誘導を目的とした初の火器管制レーダーであるB-200が開発され、まさにそのTWS機能によってそれが実現されました。

B-200 の TWS 機能は、後発のフェーズドアレイ アンテナやマルチプロセッサ デジタル コンピュータ (当時はまだ存在していなかった) を使用する代わりに、実際には別の方法、つまりいわゆる「力ずくの攻撃」アプローチによって実現されました (B-200 は、多数のアナログ コンピュータと、重い発電機、調整装置、安定装置、換気装置の形をした独自の電源を備えた、非常に大きくかさばる電子機器^[7]を備えており、これらはすべて比較的大きなコンクリート バンカー内に配置されていました)。ソ連は、1954 年から 1956 年の間に、モスクワの周囲に 2 つの大きな同心円状のリングに 56 のレーダー サイト (S-25 ミサイル サイトの数と同じ) を設置しました。これは、2 つの対空防衛ラインを表し、各ラインには複数の S-25 サイト (そのうち 34 は外側のリングに、残りの 22 は内側のリングに配置) がありました。^[8]

B-200は3D、UHF、S/Eバンドのレーダーで、150kmの探知距離と、30個もの目標を同時に追跡する能力（そのうち20個にはS-25ミサイルを発射することも可能）を持ち、同時に新しい目標をスキャンしていた。^[9]これはそのような機能を備えた世界初のレーダーであったが、半世紀後に初めて、現代のロシアのS-400システム（その92N2射撃管制レーダーは、2発のミサイルで最大80個の異なる目標を同時に攻撃できる）に上回られた。B-200はまた、当時としては非常にユニークで先進的な設計と珍しい動作モードを特徴としていた。 2つの対称的なアンテナ（1つは方位監視用、もう1つは仰角監視用）で構成され、それぞれに2つの六角形のダイヤモンド形の ディスク（それぞれ高さ10メートル）があり、両方とも独自の軸の周りを互いに反対方向に回転し（プロペラまたは風車のように）、1分間に50回転も速く、目標のスキャンが可能でした。^[10] B-200はS-25とともに、ほぼ30年間（1955-1982）空襲に対するモスクワの主力防衛線として機能しましたが、主にS-25システム全体が完全に動かなかったため、後に自走式の長距離ミサイルシステムS-300 ^[11]（現在のS-400）に追い抜かれました。

B-200 は現代のフェーズドアレイ レーダーの範疇には入らないものの、今日のこのタイプのレーダーのほとんどが TWS 機能を共有しているため、史上初の近代的な射撃管制レーダー (ミサイル誘導を目的としたレーダー) であると考えられています。

西側では、最初の運用可能な TWS レーダーはイギリス海軍(RN)の984 型海軍レーダーであり、ソ連の B-200 地上設置型レーダーより 3 年遅れて登場し (1956 年)、この種のレーダーはわずか 3 台しか製造されませんでした (イギリス海軍の航空母艦 3 隻、HMS イーグル、ハーミーズ、ビクトリアス用) 。また 、 984型は火器管制レーダーではなかったため、ミサイルの誘導用ではなく、地上管制による迎撃と早期警戒レーダーを目的としたレーダーであったため、TWS 機能も必要でした。これは、複数の空中目標に対して航空機と交戦しながら、同時に新しい目標をスキャンする機能を備えた最初の西側諸国のレーダーでした。984 型は、史上初の海軍 TWS レーダーでもありました。

米国では、最初の追跡レーダー システムは、 1958 年に米国空軍向けに開発された半自動地上環境(SAGE) システムでした。SAGE では、最大数十機の航空機の追跡を開発および維持するために膨大なコンピュータが必要でした。初期の航空機搭載 TWS レーダーは、通常、スキャン中に 1 つのターゲットのみを追跡しました。最初の TWS 航空機搭載装置は、XF-108 レイピアのヒューズ エアクラフトAN/ASG-18で、1 つのターゲットを追跡できました。F6Dミサイラー用のウェスティングハウスAN/APQ-81はより先進的で、最大 8 つのターゲットを追跡できましたが、専用のオペレーターが必要でした。

デジタル コンピュータ、特にマイクロプロセッサが導入されて初めて、航空機搭載用 TWS は実用的になりました。TWS の開発は、通常、最終的に TWS を動かすマイクロプロセッサの開発に伴って行われました。F -14 トムキャットのAN/AWG-9はIntel 8080 を使用し、24 個のターゲットを追跡できました。

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