日本、レーダーとIRSTの複合センサーにより探知距離の拡大を実現

UP-C3
UP-C3
Credit: Japanese Defense Ministry

防衛省は、新型の複合センサーシステムを用いることで、ステルス機・弾道ミサイル・巡航ミサイルに対する探知距離が20%拡大したことを明らかにした。

赤外線とレーダーを複合したセンサーシステムは、長時間飛行を行う偵察機向けに検討されていることは明らかだが、そのような開発計画に関する発表はない。しかし、この技術は確実に次期戦闘機にも用いられるだろう。なぜなら、F-35もこのような複合センサー運用能力を持っているからだ。 

この試験を行うにあたり、防衛省はUP-3C試験機の機体上部に大型のIRSTターレットを、下部に側方監視レーダーを搭載した。防衛装備庁は2012年度から2021年度にかけて「電波・光波複合センサシステムの研究」として計画を実施中だ。

同庁によると、IRSTは弾道ミサイル探知に中波赤外線を、ステルス機の探知・追尾に長波赤外線を使用している。レーダーはSバンドを使用し、窒化ガリウム技術も用いられたもので、UP-3Cの左舷側に搭載されている。

2019年3月までの試験報告では、レーダーが微弱な信号をも捉えることによる探知距離の拡大が、試験目的のひとつとして挙げられていた。ただし、これは偽目標の増加にもつながる。そこで、そのレーダー反応をIRSTがダブルチェックし、偽目標を除去するという方式を採用しており、これは他国でも用いられている方法だ。

同庁は「S/N比(信号対雑音比)は3dB低減された」と語っている。おそらくこれは通常のレーダーと比較してのことだと思われるが、その機種は明らかにされていない。

また、同庁は試験により探知距離が20%伸びたことが確認されたとしている。その中での3dBのS/N比低減というのは、様々な要素からレーダーの探知距離を計算する際に用いられる、レーダー方程式による理論値とほぼ一致する。

このような複合センサーの利点は、それぞれの弱点を相互に補完できることだ。レーダーは距離測定の精度が高い反面、方位測定の精度が低いことに対し、IRSTは正反対の特徴を持っている。これらを統合することで、それぞれを個別に用いるよりもはるかに高い精度で目標を探知することができる。しかし、IRSTは気象条件の制約を受け、レーダーは母機の被探知により攻撃を受けるリスクがある。

その反対の運用、つまりIRSTが探知した微弱な反応をレーダーでダブルチェックしたかどうかについては触れられていない。目標がステルス機の場合、レーダーより先にIRSTが探知することもあるため、これは要求として一般的なものだ。もし片方のセンサーがスキャン中に反応を示した場合、もう片方のセンサーをその方向に連続指向させることで高精度の目標情報を得ることも可能で、逆に何も存在しないことを確認することもできる。

今回の試験では、パッシブレーダーとしての作動原理も評価された。一般的に、パッシブレーダーモードとは自機のレーダーからは発信せず、空中にすでに存在するテレビ用電波などの反射波を受信するモードだ。2012年に行われた計画概要説明の際、複数のレーダーからの反射波を用いる機能の存在が説明されており、今回試験されたのはこの機能だと考えられる。

防衛装備庁は、複数の地上ステーションを用いることでパッシブレーダーモードの精度向上が可能であると述べた。ただし、今回の試験はあくまで理論検証であることを強調しており、詳細は明らかにしていない。

同庁によれば、IRSTは日本製の標的ロケットに対して非常に良い結果を示した。2012年の計画概要によると、2007年にハワイで模擬弾道ミサイルの探知に成功した富士通製のIRST・エアボスが、今回試験されたIRSTの原形とみられる。変更点のひとつは、弾道ミサイル弾頭の探知能力向上を目的とした長波赤外線に対応したことだ。以前は中波赤外線のみが使用されていた。

この複合センサーシステムでは探知前追尾技術が用いられていることを、同庁は明らかにしている。これは、標的の前方に架空の軌道を設定し、その飛行経路が妥当であるかを検証する技術だ。

日本は、このような複合センサーを搭載し、長時間飛行が可能なプラットフォームを3機種保有している。川崎C-2輸送機とP-1哨戒機、そして三菱スペースジェットだ。P-1は今回の試験に使用されたUP-3Cと同等の機体サイズであることから有力候補となるが、航空自衛隊では運用されていない機種のため、事前の運用準備が必要だ。もちろん、無人機への搭載が望ましいだろう。

なお、次期戦闘機は2030年代中盤に運用開始予定だ。

以上は、Bradley Perrett が Aviation Week & Space Technologyいた記事です。 Aviation Week & Space Technology は、豊富な経験と人脈を持った専門家により、最新トレンドや最適な状況判断、ポリシー・要求仕様・予算に関する充実した情報を継続的にお届けします。 Aviation Week & Space Technology をもっと知りたい場合、こちらをクリックして下さい。 

The Japanese defense ministry has reported a 20% improvement in detection range with a fused sensor system for use against stealth aircraft and ballistic and cruise missiles.

The infrared and radar system is evidently intended for a contemplated long-endurance surveillance aircraft, though no such development program is in published planning. The technology is surely also a candidate for Japan’s Next-Generation Fighter, especially since the Lockheed Martin F-35 Lightning already has such composite functionality. 

To test the technology, Japan has fitted a Lockheed Martin UP-3C trials aircraft with a large infrared-search-and-track turret (IRST) in a dorsal position and a ventrally mounted side-looking radar. The ministry’s Acquisition, Technology and Logistics Agency (ATLA) is running the program from the fiscal year beginning in April 2012 to fiscal 2021. Its name can be translated as Composite Radio and Light Sensor System.

ATLA said the system’s IRST operates in medium wavelengths to search for ballistic missiles and in long wavelengths to track them and to search for and track stealth aircraft. The radar uses the S band, has gallium-nitride technology and faces to the left of the UP-3C.

Reporting on testing up to March 2019, the agency described a specific objective of seeing whether the system could detect targets farther away by making the radar accept fainter signals—which also meant allowing it to generate more false targets. The IRST was used to check detections and reject false ones. This idea has been applied in other countries.

ATLA said the accepted signal-to-noise ratio was reduced by 3 dB—presumably from the normal operating level of the radar, which was not named.

The evaluations confirmed that targets could be detected at 20% greater ranges, ATLA said. For a 3 dB reduction in accepted signal-to-noise ratio, that is about the theoretical result from the radar equation, a standard formula that relates detection range with various factors.

A further advantage of fusing such sensors is that radars are precise in range but not in direction, whereas IRST’s have the opposite characteristics. Together, they can far more precisely locate a target than either can do separately. But the IRST needs satisfactory atmospheric conditions, while radar operation must not expose the carrying aircraft to detection and attack.

The agency did not say whether the system also worked in the other direction, with the radar verifying the IRST detections achieved from weak signals. This seems to be a likely requirement, since a stealth aircraft’s infrared emissions may well be detected before its radar reflections can be. If one sensor made a detection in scanning, it could cue the other to stare in the target’s direction until good data were acquired—or nothing found.

The tests also validated theoretical principles for sensor operation as a passive radar. The term usually refers to a mode in which a radar detects a target’s reflections of radio frequency energy that happens to be present, such as television transmissions. Outlining the program in 2012, the ministry described this function as using emissions from radars, which seems to suggest a cooperating source.

Accuracy in passive-radar mode can be improved by using multiple ground stations, ATLA said, evidently referring to the transmitters. The agency stressed that this was only a theoretical evaluation. It did not elaborate.

The IRST showed very good results against Japanese rockets used in the trials, ATLA said. The 2012 program outline suggested that the turret would be derived from Airboss, a Fujitsu IRST that was used to detect a ballistic missile target off Hawaii in December 2007. One change was the addition of long-wavelength capability for better detection of ballistic missile warheads; formerly the sensor operated in only medium wavelengths.

The fused sensor system used the track-before-detect technique, ATLA said. This is a process in which imaginary tracks are projected ahead of a target to work out whether its apparent movement is plausible.

Japan has three aircraft types that could serve as long-endurance carriers of such a system: the Kawasaki Heavy Industries C-2 airlifter and P-1 maritime patroller; and the Mitsubishi Aircraft SpaceJet regional jet. Since the P-1 has a fuselage similar in size to that of the UP-3C used for the trials, it should be a likely candidate—though it would be a new type for the Japan Air Self-Defense Force, which would presumably field the operational system. An unmanned aircraft could be preferred.

The NGF is supposed to enter service in the mid-2030s.