【コラム】

軍事とIT

183 アンテナいろいろ(2)レーダーのアンテナ・その1

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前回は総論だったが、今回からは分野別(用途別)に、実際にどんなアンテナが使われているか、という話を書いてみよう。登場した順番からすると通信のほうが先だが、「華」がある話題ということで(?)レーダーの話を先に取り上げる。

レーダーによる探知

いまさら説明するまでもなかろうが、レーダーは電波を使って空中の目標を探知する機器である。ちなみに、水中では電波が透過しないので使えない。

送信した電波が何かに当たって返ってきた時に(これを後方散乱という)探知が成立する。送信から受信までの所要時間を2で割ると、送信した電波が探知目標に到達するまでの時間がわかるので、それと電波の速度(秒速30万km)に基づいて距離を計算できる。

だから、レーダーは基本的にパルス波、つまり間欠的な送信を行う。電波を短時間だけ出して、反射波が戻ってくるかどうか聞き耳を立てて……というサイクルの繰り返しだ。

では、方位はどうするかというと、送信・受信を行ったときのアンテナの向きから判断することができる。ということは、レーダーで使用するアンテナには指向性がなければならない。

特定の方向にだけ電波を出して、特定の方向から来た電波だけを受信するのでなければ、探知目標の方位を精確に割り出すことができない。言い換えれば、四方八方に均等に電波を出す無指向性(omnidirectional)アンテナはレーダーに使えないことになる。

用途・機能の違いとアンテナの選択

レーダーの用途によって、求められる機能に違いが生じる。捜索・監視用のレーダーであれば、全周を均等に見る必要がある。しかし用途によっては、特定の方位だけをカバーできれば済む場合もある。旅客機の機首に付いている気象レーダーや、ミサイル誘導用のレーダーがそれだ。当然、カバーする範囲の違いはアンテナの種類にも影響する。

なお、対空用レーダーの場合、方位と距離だけでは話が済まない。空を飛ぶ物体の高度はさまざまだから、もしも可能であれば高度まで知りたい。

そこで3次元レーダーというものが登場した。受信した反射波の仰角を調べて距離の情報を加味することで、目標の高度を計算するレーダーである。単純に考えればsin関数の問題だが、遠距離になると地球の丸みを計算に入れなければならないので、話はいくらか複雑になる。

3次元レーダーを実現するには、上下方向にビームを振る仕組みが必要になるので、これもアンテナの選択に影響する。

海上自衛隊の汎用護衛艦で広く使われているOPS-24対空3次元レーダー。上下方向の捜索はビームの向きを変える方法で、水平方向の捜索はアンテナ自体の回転によって行う

一方、海面上を捜索するレーダーであれば、相手は海面という単一平面の上にいるという前提だから、距離と方位だけわかればよい。いわゆる2次元レーダーで、こちらのほうがシンプルだ。どっちみち水平線より向こう側は見えないのだから、カバーすべき距離はさほど大きくならない。

なお、2次元レーダーと2次レーダーは別物である。2次レーダーとは、電波で誰何して応答を受け取る機器のことで、機能も動作内容もまるで違う。軍用レーダーで敵味方識別に用いるIFF(Identification Friend or Foe)は典型的な二次レーダーだが、民間機では敵味方識別の代わりに便名などの情報を送ってくる。

おなじみ「FlightRadar24」で表示している便名などの情報も、二次レーダーによって得られたものであるかもしれない。最近はADS-B(Automatic Dependent Surveillance - Broadcast)を使う方が多いかもしれないが。

リフレクタ・アンテナ

リフレクタ・アンテナとは、反射器に輻射器から電波をぶつけて反射させる形で送受信を行うアンテナの総称だ。使用する反射器の形状により、パラボラ・アンテナ、カセグレン・アンテナ、成形ビームアンテナ、といった分類がある。

そのうちパラボラ・アンテナとは、放物曲面を持つ反射器を使用するもの。指向性が強いところはレーダーに向いている。パラボラ・アンテナ以外にも反射器を持つアンテナがいろいろあるので、「反射器がある = パラボラ・アンテナ」とは限らない。

昔は対空捜索レーダーでもリフレクタ・アンテナが多用されたが、近年の軍用レーダーでは艦載用のミサイル誘導レーダーぐらいだろうか。ミサイル誘導レーダーとは別に捜索レーダーがあり、捜索レーダーが捕捉した目標の中から交戦の対象を選び出す。その情報をミサイル誘導レーダーに送り、ミサイル誘導レーダーを指示された目標に指向して、追尾やミサイルの誘導を行うわけだ。

このような動作をするから、ミサイル誘導レーダーには広範囲を捜索する能力は求められない。その一方で、目標を捕捉・追尾したり、誘導用の電波照射を行ったりする場面で高い精確さが求められるので、高い周波数の電波(その方が分解能が高い)と、指向性が強いアンテナの組み合わせが必要になる。

リフレクタ・アンテナの殿堂(?)とでも言えそうなのが、旧ソ連で開発されたM-1ヴォルナ艦対空ミサイル・システムだ。使用する射撃指揮装置はNATOコードネームを「ピール・グループ」というが、縦長のリフレクタを持つアンテナと横長のリフレクタを持つアンテナが並んでいる複雑な構成だ。前者は上下方向、後者は水平方向を受け持つのだろうと推察される。

M-1システムで使用するミサイルは指令誘導方式なので、目標を追尾するためのレーダー、それに向けて発射したミサイルを追尾するレーダー、そしてミサイルに指令を送るためのアンテナが必要になる。それらをひとまとめにして旋回・俯仰が可能な形にしたら、こんなものができあがってしまった。

インド海軍のラージプート級駆逐艦が装備する、M-1ヴォルナ(SA-N-1ゴア)艦対空ミサイル用の「ピール・グループ」ミサイル誘導レーダー。リフレクタが真円ではなく楕円なのは、上下方向と水平方向で別々のアンテナを用意している関係だろう

サーチ・パターンとアンテナの関係

レーダーの探知精度(分解能)は、ビームが細く、パルスが短い方が優れている。しかし、細いビームで広い範囲を捜索しようとすると、ビームを振って回らなければならない。

後の回で取り上げるように、アンテナを動かさないでビームの向きだけを変えられるアンテナもあるが、分かりやすいのはアンテナの向きを変えてビームの方向を変える方法だ。では、どういう形でビームを振って走査するか。

例えば、戦闘機の機首に付いている射撃管制レーダーは、捜索用のレーダーも兼ねている。捜索モードにセットした場合には広い範囲を捜索しなければならないから、スパイラル・スキャン、あるいはバー・スキャンといった方法を使う。

スパイラル・スキャンは、どちらかというと昔の戦闘機が使っていた方法で、前方の空間を螺旋状に走査する。この方法を使う戦闘機用レーダーは、パラボラ・アンテナを使っていたようだ。

捜索して目標を捕捉したら、交戦対象となる探知目標を選び出して、ロックオンする。すると、指示された目標だけを連続的に追尾するパターンに移行する。そこで登場するのがコニカル・スキャンで、狭い範囲に的を絞り、指示された目標だけを捜索・追尾する。その際のビームの範囲が細長い円錐形になるので、この名称がある。

対するバー・スキャンは、水平の「バー」を単位にして、右から左、あるいは左から右に向けて走査して、それを上下方向に積み重ねる。CRTディスプレイのラスター・スキャンと似ている。1970年代以降に登場した戦闘機用レーダーはたいてい、平面上のプレイナー・アレイ・アンテナを使っていて、バー・スキャンを行う。

目標を捕捉して追尾モードに移行したら、指示された目標に的を絞って狭い範囲だけを捜索するのは、こちらも同じだ。

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インデックス

連載目次
第214回 光学センサー機器(5)陸戦用の暗視装置
第213回 光学センサー機器(4)艦艇用のEO/IRセンサー
第212回 光学センサー(3)EO/IRセンサーとレーザー目標指示器の一体化
第211回 光学センサー機器(2)NOCTIS IN DIES(夜を昼に変える)
第210回 光学センサー機器(1)光学センサーとは
第209回 特別編・地震観測技術と核実験監視の関係
第208回 特別編・システム屋さんから見たイージス・アショアの利点
第207回 ソナー(11)水測予察と音響処理
第206回 ソナー(10)被探知を避けるためのあれこれ
第205回 ソナー(9)哨戒機とソノブイ・その2
第204回 ソナー(8)哨戒機とソノブイ・その1
第203回 ソナー(7)電纜敷設艦と海洋観測艦
第202回 ソナー(6)曳航ソナーの方位アンビと多局化
第201回 ソナー(5)SOSUSとSURTASS
第200回 ソナー(4)可変深度ソナーVDS(Variable Depth Sonar)
第199回 ソナー(3)パッシブ・ソナーの構造に関する基本
第198回 ソナー(2)アクティブ・ソナーの構造に関する基本
第197回 ソナー(1)ソナーの種類と用途
第196回 特別編・F-35の量産を支えるグローバル・サプライチェーン
第195回 特別編・カール・グスタフ無反動砲
第194回 アンテナ(10)巨大なアンテナ - 「象のオリ」「スペース・フェンス」
第193回 アンテナ(9)艦艇用のアンテナは難しい
第192回 アンテナいろいろ(8)電子戦機器のアンテナ
第191回 アンテナいろいろ(7)潜水艦の通信
第190回 弾道ミサイル発射の探知手段いろいろ(2)
第188回 弾道ミサイル発射の探知手段いろいろ(1)
第187回 アンテナ(6)衛星のアンテナ
第186回 アンテナいろいろ(5)通信機器のアンテナ
第185回 アンテナいろいろ(4)レーダーのアンテナ・その3
第184回 アンテナいろいろ(3)レーダーのアンテナ・その2
第183回 アンテナいろいろ(2)レーダーのアンテナ・その1
第182回 アンテナいろいろ(1)アンテナの重要性
第181回 マン・マシン・インタフェース(6)カラー表示とモノクロ表示
第180回 マン・マシン・インタフェース(5)ポインティングとスマホ化
第179回 マン・マシン・インタフェース(4)どう操作するか
第178回 マン・マシン・インターフェイス(3)情報の見せ方・その2
第177回 マン・マシン・インタフェース(2)情報の見せ方(その1)
第176回 マン・マシン・インタフェース(1)インタフェースの良し悪しは重要
第175回 人工衛星(9)データ中継衛星と衛星間通信
第174回 人工衛星(8)データの受信・解析・配信
第173回 人工衛星(7)衛星管制網と衛星管制システム
第172回 人工衛星(6)UAVと衛星の関係
第171回 延命改修(7)形態管理
第170回 延命改修(6)ミサイルの場合
第169回 延命改修(5)艦艇の場合
第168回 延命改修(4)輸送機の場合
第167回 延命改修(3)AWACS機の場合 - E-3Cセントリーの機内を紹介
第166回 延命改修(2)F-15の場合
第165回 延命改修(1)総論
第164回 特集F-35(6)短距離離陸・垂直着陸を容易に実現
第163回 特集F-35(5)ソフトウェアの開発と飛行諸元の制限
第162回 特集F-35(4)不思議の国のALIS
第161回 特集F-35(3)CNIとデータリンク
第160回 特集F-35(2)EO-DASとHMD
第159回 特集F-35(1)精緻な組み立て工程
第158回 平成29年度概算要求における情報通信系の話題
第157回 装甲戦闘車両とIT(12)車両の無人化と自動走行
第156回 装甲戦闘車両とIT(11)IEDジャマー
第155回 装甲戦闘車両とIT(10)周辺監視用カメラなど
第154回 装甲戦闘車両とIT(9)アクティブ自衛システム
第153回 装甲戦闘車両とIT(8)砲弾と信管
第152回 装甲戦闘車両とIT(7)ネットワーク化とユーザー・インタフェース
第151回 装甲戦闘車両とIT(6)FBCB2とBFTとBMS
第150回 装甲戦闘車両とIT(5)指揮車という名のAFV
第149回 装甲戦闘車両(AFV)とIT(4)IED対応のアクティブ座席
第148回 装甲戦闘車両(AFV)とIT(3)砲兵の射撃統制装置
第146回 装甲戦闘車両(AFV)とIT(2)戦車の射撃統制装置
第145回 装甲戦闘車両(AFV)とIT(1)行進間射撃
第144回 X-2と将来戦闘機(10)運用構想と技術の関係
第143回 X-2と将来戦闘機(9)機内空間設計と3D CAD
第142回 X-2と将来戦闘機(8)FBWか、FBLか
第141回 X-2と将来戦闘機(7)データリンク
第140回 X-2と将来戦闘機(6)モデリングとシミュレーション
第139回 X-2と将来戦闘機(5)カウンター・ステルス
第138回 X-2と将来戦闘機(4)クラウド・シューティング
第137回 実はハイテクな救難ヘリコプター
第136回 X-2と将来戦闘機(3)スマート・スキン
第135回 X-2と将来戦闘機(2)推力・飛行統合制御[2]
第133回 X-2と将来戦闘機(1)推力・飛行統合制御[1]
第132回 軍事作戦と通信(5)通信とコンピュータの関わり
第130回 軍事作戦と通信(4)国立暗号博物館訪問記
第129回 軍事作戦と暗号(3)暗号の機械化
第128回 軍事作戦と通信(2)コードとサイファー
第127回 軍事作戦と通信(1)通信手段いろいろ
第126回 人工衛星(5)早期警戒衛星
第125回 人工衛星(4)測位衛星(航法衛星)
第124回 人工衛星(3)偵察衛星
第123回 人工衛星(2)通信衛星
第122回 人工衛星(1)軍事衛星の種類いろいろ
第121回 防空とIT(7)エネルギー兵器の場合
第120回 防空とIT(6)IAMD(防空とミサイル防衛の統合)
第119回 防空とIT(5)艦隊防空[その2]
第118回 防空とIT(4)艦隊防空[その1]
第117回 防空とIT(3)野戦防空
第116回 防空とIT(2)防空システムのコンピュータ化
第115回 防空とIT(1)第二次世界大戦における防空システム
第114回 米海軍イージス艦を見る(4)戦闘システムの形態管理
第113回 米海軍イージス艦を見る(3)艦橋の更新
第112回 米海軍イージス艦を見る(2)戦闘システムの更新
第111回 米海軍イージス艦を見る(1)「変わるもの」と「変えてはいけないもの」
第110回 電子戦とIT(10)蔵出し写真館・艦艇編
第109回 電子戦とIT(9)蔵出し写真館・飛行機編
第108回 電子戦とIT(8)電子戦装置の自動化
第107回 電子戦とIT(7)艦艇の電子戦装備
第106回 電子戦とIT(6)その他の電子戦
第105回 電子戦とIT(5)自衛用電子戦装備
第104回 電子戦とIT(4)ECCM
第103回 電子戦とIT(3)ECMとCOMJAM
第102回 電子戦とIT(2)脅威ライブラリ
第101回 電子戦とIT(1)電子戦とはなんぞや
第100回 水中戦とIT(9)ソノブイ・オペレーション
第99回 水中戦とIT(8) 潜水艦の目標運動解析(2)
第98回 水中戦とIT(7) 潜水艦の目標運動解析(1)
第97回 水中戦とIT(6)港湾警備・ダイバー探知
第96回 水中戦とIT(5)嫌らしい機雷
第95回 水中戦とIT(4)機雷戦その2
第94回 水中戦とIT(3)機雷戦その1
第93回 水中戦とIT(2)魚雷避けに関するいろいろ
第92回 水中戦とIT(1)水中戦とは?
第91回 艦艇のシステム化(6)タンクと電子制御
第90回 艦艇のシステム化(5)フネの中における通信手段
第89回 艦艇のシステム化(4)ズムウォルト級とTSCE-I
第88回 艦艇のシステム化(3)省人化とダメコン
第87回 艦艇のシステム化(2)指揮管制装置とは
第86回 艦艇のシステム化(1)システム艦とは
第85回 射撃管制(6)対地・対艦ミサイル
第84回 射撃管制(5)対空ミサイル
第83回 射撃管制(4)砲兵に特有の事情
第82回 射撃管制(3)機関銃・機関砲・火砲その3
第81回 射撃管制(2)機関銃・機関砲・火砲その2
第80回 射撃管制(1)機関銃・機関砲・火砲その1
第79回 相互運用性(5)相互運用性実現の足を引っ張るのは?
第78回 相互運用性(4)物資補給の相互運用性
第77回 相互運用性(3)情報システムの相互運用性
第76回 相互運用性(2)通信分野の相互運用性
第75回 相互運用性(1)相互運用性とは
第74回 不正規戦とIT(8)NATOが演習にソーシャル・メディアを取り込む
第73回 不正規戦とIT(7)国境線の侵入監視や港湾警備
第72回 不正規戦とIT(6)不正規戦と電子戦
第71回 不正規戦とIT(5)コミュニケーションに翻訳ツール
第70回 不正規戦とIT(4)民心掌握とIT
第69回 不正規戦とIT(3)通信を利用した追跡・捕捉
第68回 不正規戦とIT(2)コミュニケーション手段としてのIT
第67回 不正規戦とIT(1)宣伝戦とインターネット
第66回 衛星携帯電話も使いよう
第65回 個人用装備のIT化(5)無線機をめぐる話・いろいろ!?
第64回 個人用装備のIT化(4)個人用武器の精密誘導化
第63回 個人用装備のIT化(3)個人用情報端末機器のあれこれ
第62回 個人用装備のIT化(2) 個人レベルの通信網はどうするか
第61回 個人用装備のIT化(1) 個人レベルの情報武装
第60回 サイバー防衛(8) ソーシャル・エンジニアリング
第59回 サイバー防衛(7) サプライチェーンという戦場
第58回 サイバー防衛(6) オープンな場も戦場になる
第57回 サイバー防衛(5) 弱者の最強兵器
第56回 サイバー防衛(4) アクティブ・ディフェンス
第55回 サイバー防衛(3) 攻撃手段いろいろ
第54回 サイバー防衛(2) サイバー攻撃の動機・手段・内容
第53回 サイバー防衛(1) サイバー攻撃・サイバー防衛とは
第52回 軍事におけるシミュレーションの利用(6) 負傷者治療の巻
第51回 軍事におけるシミュレーションの利用(5) 計測とデブリの巻
第50回 軍事におけるシミュレーションの利用(4) 海の巻
第49回 軍事におけるシミュレーションの利用(3) 陸の巻
第48回 軍事におけるシミュレーションの利用(2) 空の巻
第47回 軍事におけるシミュレーションの利用(1) RDT&Eの巻
第46回 情報活動とIT(6) 情報戦とサイバー戦
第45回 情報活動とIT(5) 情報資料の配信と利用
第44回 情報活動とIT(4) 情報を管理するためのシステムに求められる課題
第43回 情報活動とIT(3) ELINT・COMINT・SIGINT
第42回 情報活動とIT(2) 画像情報のデジタル化
第41回 情報活動とIT(1) なぜ情報活動が必要か
第40回 軍艦・海戦とIT (6) 艦艇の設計・建造とIT
第39回 軍艦・海戦とIT (5) ダメージコントロール
第38回 軍艦・海戦とIT (4) ウェポンシステムとオープンアーキテクチャ
第37回 軍艦・海戦とIT (3) データリンクによるネットワーク化
第36回 軍艦・海戦とIT (2) 艦内ネットワークの整理統合
第35回 軍艦・海戦とIT (1) システム艦ってなに?
第34回 警戒監視体制の構築とIT(6) IT化と人手の使い分け
第33回 警戒監視体制の構築とIT(5) 宇宙空間とサイバー空間
第32回 警戒監視体制の構築とIT(4) 陸の警戒監視
第31回 警戒監視体制の構築とIT(3) 海の警戒監視
第30回 警戒監視体制の構築とIT(2) 空の警戒監視
第29回 警戒監視体制の構築とIT(1) 警戒監視とITの関わり
第28回 指揮統制・指揮管制とIT(4) : 関連する要素技術とまとめ
第27回 指揮統制・指揮管制とIT(3) 軍艦の戦闘指揮所
第26回 指揮統制・指揮管制とIT(2) 特定任務分野の指揮管制
第25回 指揮統制・指揮管制とIT(1) 戦略・作戦レベルの指揮統制
第24回 陸戦とIT(6) 兵站業務とIT活用
第23回 陸戦とIT(5) 地雷やIEDの探知もハイテク化
第22回 陸戦とIT(4) IT化と電源の問題
第21回 陸戦とIT(3) 陸戦と通信網
第20回 陸戦とIT(2) 陸戦兵器の精密誘導化
第19回 陸戦とIT(1) 陸戦における状況認識
第18回 UAVとモジュラー設計
第17回 UAVによる映像情報の収集とデータ処理
第16回 無人戦闘機は実現可能か?
第15回 UAVと有人機の空域共有問題
第14回 武装UAVのオペレーション
第13回 無人偵察機(UAV)に関する基本と武装化の経緯
第12回 Build a Little, Test a Little and Learn a Lot
第11回 イージス・アショアとモジュール化と相互運用性
第10回 ミサイル防衛に必要な通信網とネットワーク化交戦
第9回 イージス艦のベースラインと能力向上
第8回 イージス艦とはそもそも何か
第7回 弾道ミサイル防衛とC2BMC
第6回 F-35ライトニングIIの操縦システム
第5回 F-35ライトニングIIの兵站支援
第4回 F-35ライトニングIIのソフトウェア
第3回 F-35ライトニングIIとネットワーク中心戦
第2回 F-35ライトニングIIの"眼"
第1回 F-35ライトニングIIは何が違う?

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