【コラム】

軍事とIT

193 アンテナ(9)艦艇用のアンテナは難しい

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前回、艦載電子戦装置の写真を掲載した。空の上では、戦闘機は戦闘機、電子戦機は電子戦機、と役割分担するのが普通だが、艦艇はさまざまな種類の電測兵装を一緒くたに積み込まなければならない難しさがある。つまり、レーダー、通信、電子戦などといった具合であり、しかもそれぞれが1種類では済まない。

設置するアンテナがたくさんある

実は飛行機にも共通する話だが、さまざまな種類のアンテナを同じプラットフォームに搭載しなければならない場合に、設置場所を決めるのはとても難しい作業。

なぜかというと、アンテナが何かの影になって電波の送受信を阻害するようになってはいけないからだ。さまざまな種類の電波が飛び交うので、それらが互いに干渉してもいけない。そしてもちろん、重量バランスのことも考えなければならない。

飛行機は空力的な要求も付いてくるので、これはこれで難しいのだが、艦艇だって負けては(?)いない。狭いスペースに多数のアンテナを設置する必要がある。しかも、高い場所の奪い合いが発生する。

飛行機は空を飛ぶものだから、もともと高い場所にいて、そこに取り付けたアンテナは何かの影にならない限りは広いカバー範囲を確保できる。ところが、艦艇は水面上にいるものだから、アンテナの設置位置が低いと、カバーできる距離が短くなってしまう。地球が丸いので、そうなる。

特に問題になるのがレーダーだ。当然ながら、高いところにある方が水平線が遠くなって、その分だけ覆域が広くなる(ここでは、送信出力やアンテナ利得の話は措いておくことにする)。

そして、艦艇が搭載しなければならないレーダーは1つではない。対空捜索レーダーもあれば、対水上レーダーもある。対水上レーダーと航海用レーダーを別々に搭載することも多い。そして、覆域が広いに越したことはないから、どのレーダー・アンテナも高いところに行きたがり、場所の奪い合いが発生する。

高所の奪い合いになる理由

というだけでは説得力がないから、いくつか数字を出してみよう。

高度5mのところを飛翔する対艦ミサイルがあったとする。それをどれぐらいの距離で探知できるか。レーダーのアンテナ設置位置が海面上5mなら18.2kmだが、10mに高めると22.0km、20mに高めると27.3kmに伸びる(ここでは、分解能の高低や海面反射除去の話はおいておくことにする)。

参考 : レーダーの仕組み | フルノのテクノロジー https://furuno.co.jp/technology/about/radar1.html

その対艦ミサイルの飛翔速度が時速900km(秒速250m)なら、アンテナ高さが5mの場合と20mの場合の探知可能距離の差(27.3-18.2=9.1km)は、飛翔時間に直すと36.4秒の差。つまり、レーダーのアンテナ設置位置を5mから20mにすると、発見して対応行動をとるための余裕時間が36.4秒増える計算になる。

そういう事情があるので「アンテナが高いところに行きたがる」のだが、大きく、かつ、重いアンテナを高いところに据え付けようとすれば、艦の重心が上がってしまう。また、そのアンテナを支える構造物が大きく、重くなるので、艦全体の重量も増やすし、さらに重心を上げる悪影響にもつながる。

そこで一般的には、小型で軽いTACAN(Tactical Air Navigation, UHFを使用)やデータリンクのアンテナは上の方に配置して、その下に対水上レーダーや航海用レーダーといった小型のレーダー、その下に大きく重い対空捜索レーダーを据え付けて、電子戦装置は上構の左右両舷、という配置をとる事例が多い。妥協の産物である。

海上自衛隊の護衛艦「おおなみ」のマスト。OPS-24対空捜索レーダーはマスト中断に設けたプラットフォームの上に載せている。その右斜め下にあるのが電子戦装置、左斜め下にあるお皿は射撃管制レーダー

しかし例外もあって、大きな対空捜索レーダーのアンテナを最上部に配置した例もある。

中国海軍の江凱(ジャンカイ)II型フリゲート。対空三次元レーダーをマストの最上部に近いところに配置した一例

艦艇用アンテナの課題

ところが、艦載レーダーにはさらに別の悩みがある。

海の上に浮かんでいるフネは、当然ながら揺れる。フネが揺れれば、そこに搭載しているレーダーのアンテナも揺れる。レーダーは「反射波が入ってきた方向 = 探知目標がいる方向」だから、受信した反射波の方向を漫然と探知目標の方向ということにしてしまうと、フネが揺れた状態では精確な探知はできない。

では、揺れるプラットフォームの影響をどうキャンセルするか。そこで考えられた方法は2種類あって、機械的にアンテナを安定化させる方法と、揺れを検出してシグナル処理の段階で揺れの影響をキャンセルする方法だ。

機械的にアンテナを安定させる方法はわかりやすい。例えば、フネが右に5度傾いたら、それを打ち消すためにアンテナを左に5度傾ければよろしい。

では、シグナル処理によってキャンセルするとはどういうことか。例えば、フネが右に5度傾いた状態であれば、アンテナの回転面(ここでは回転式アンテナを使うレーダーだということにしておく)が右に5度傾くわけだから、アンテナが向いている方向に応じて、ズレの量を計算できる(三角関数の問題である)。

その数字に基づいて、探知距離の方位に関する情報を計算し直す。これも三角関数の問題である。2次元レーダーなら方位だけ計算し直せばよいが、3次元レーダーだと高度も計算し直さなければならない。

ただ、コンピュータの処理能力が向上している昨今であれば、機械的にアンテナを安定化させるよりも、計算処理で解決する方が実現しやすく、かつ信頼性が高いと思われる。

ステルス・マスト

ここまでは非ステルス艦の話だったが、艦艇にもステルス性を持たせたいという要求が強まってきたため、従来のように「マストを立てて、その途中に架台を設けてアンテナを載せる」というわけにも行かなくなってきた。

折から、フェーズド・アレイ・レーダーという便利なものが登場したので、これを上部構造物の表面に埋め込んでしまえば、真っ平らになって凸凹が減るのでステルス性の観点からいって有利、という話になった。

それを突き詰めたのが米海軍の新型駆逐艦「ズムウォルト」、通称「ズムさん」である。1~2番艦は炭素繊維複合材、3番艦は鋼材で造った巨大な上部構造物の表面に、対空捜索レーダー、対水上レーダー、通信用アンテナ、電子戦装置のアンテナ、といったものをみんな平面アンテナにして埋め込んでしまった。

米海軍の新型駆逐艦「ズムウォルト」。のっぺりした上部構造の表面に、レーダー、電子戦、通信などのアンテナが埋め込まれている Photo : US Navy

そこまで極端でなくても、もっと普通の形をした上部構造物の上に平面構成の塔型マストを立てて、そこに平面アンテナを埋め込んだ事例もある。オランダ海軍のホランド級哨戒艦が装備しているタレス社製のI-Mastが典型例。

また、塔状のカバーの中にアンテナを収納する事例もある。米海軍のサンアントニオ級ドック型揚陸輸送艦が装備するA/EMS(Advanced Enclosed Mast/Sensor)など、導入事例が増えつつある。

5月に就役したばかりの、シンガポール海軍の新型哨戒艦「インディペンデンス」。円錐形の構造物の中にタレス製のNS100レーダーを収めてある。アンテナは回転式だが、外から見てもわからない

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インデックス

連載目次
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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