フェーズドアレイレーダー

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アラスカ州にあるフェーズドアレイレーダー(PAVE PAWS英語版

フェーズドアレイレーダー英語: Phased Array Radar, PAR、位相配列レーダー)は、フェーズドアレイ型のアンテナを採用したレーダーのこと。フェーズドアレイ・アンテナは、アレイアンテナのうち、ビームの制御をアンテナ素子の励振係数の相対位相によって行うもののことを指す。電子走査アレイ: Electronically Scanned array, ESA)アンテナとほぼ共通の概念であるが、一部に、それぞれ片方の概念しか当てはまらないものもある[1]

原理[編集]

AN/SPS-39のような従来の3次元レーダーでは、ビーム走査方式として周波数走査(frequency scanning, FRESCAN)方式を採用していた。これは周波数を変化させることで各アンテナ素子の位相を擬似的に変化させてビームを走査するものであり、ビームの指向については比較的自由度が低かったため、多くの場合、垂直方向の走査のみをFRESCANとして、水平方向の走査はアンテナを直接指向する機械式としていた(AN/SPS-32のように両方ともFRESCANで行っていた例もある)[2]

これに対し、フェーズドアレイ・アンテナにおいては、その名の通り、位相そのものの制御による位相走査(phase scanning)方式が採用されている。これは、各アンテナ素子(放射素子)に移相器を接続し、移相量を制御することでビーム走査を行う方式である。移相器によって移相量を任意に設定できることから、FRESCAN方式と比して自由度が極めて大きくなっている[1]

フェーズドアレイ・アンテナでは、アンテナ素子・移相器と送信機・受信機の関係に応じて、パッシブ式とアクティブ式に大別できる[3]

パッシブ式[編集]

パッシブ式(パッシブ・フェーズドアレイ式、あるいはパッシブ電子走査アレイ(passive electronically scanned array, PESA)式)では、送信機と受信機は各アンテナに1組ずつしか備えられず、この送信機によるレーダー出力が、導波管によってそれぞれの放射素子(移相器とセットになっている)に分配されてゆく。このため、送信機はかなりの大出力となっており、またこの送信機に故障が生じるとレーダーとしての機能の喪失に直結する[3]

アクティブ式[編集]

アクティブ式(アクティブ・フェーズドアレイ式、あるいはアクティブ電子走査アレイ(Active electronically scanned array, AESA)式)は、アンテナ素子ごとに分散した送信機・受信機を備える方式である。それぞれのアンテナ素子からの送信電力は小さくても済むことから、半導体化されていることが多い[3]。この場合、放射素子が多数であるので、放射素子ごとか数個単位で、送信パス・受信パスそれぞれの移相を任意に調整できる移相器を含む送受信モジュール(T/Rモジュール)を配列する。これによってビームの指向制御を行うとともに、空間的に電力合成することにって等価的に大きな送信出力を得ることができる[4]

AESA式の場合、幾つかのT/Rモジュールが故障しても、レーダ全体への影響は軽微である。また半導体化によって個々のT/Rモジュールの信頼性も向上している[3][4]

代表的な機種[編集]

艦船用[編集]

原子力空母「エンタープライズ」の艦橋(1962年2月10日撮影)
艦橋の4面に設置された2種類のフェーズドアレイレーダーのうち、横長のレーダーがAN/SPS-32、縦長のレーダーがAN/SPS-33。

アメリカ合衆国の旗 アメリカ合衆国

アメリカ海軍初の艦載用フェーズドアレイレーダー(パッシブ式)。特徴的な大型の四角型艦橋の前後左右4面それぞれにAN/SPS-32AN/SPS-33の2種類のフェーズドアレイレーダーが設置されている。
原子力ミサイル巡洋艦「ロングビーチ」原子力空母「エンタープライズ」に搭載されていたが、整備性や信頼性に問題があったため1980年代には両艦から撤去され、その代替として従来型のAN/SPS-48 3次元レーダーAN/SPS-49 2次元レーダーが搭載された。
イージスシステム用の艦載パルス・レーダー(パッシブ式)。アメリカ海軍タイコンデロガ級ミサイル巡洋艦アーレイ・バーク級ミサイル駆逐艦海上自衛隊こんごう型あたご型護衛艦スペイン海軍アルバロ・デ・バサン級フリゲートノルウェー海軍フリチョフ・ナンセン級フリゲート韓国海軍世宗大王級駆逐艦に搭載。
アメリカ海軍のズムウォルト級ミサイル駆逐艦ジェラルド・R・フォード級航空母艦に搭載されているアクティブフェーズドアレイレーダー。複数の周波数帯(SバンドおよびXバンド)で動作するデュアルバンドレーダー(DBR: Dual Band Radar)である。

イギリスの旗 イギリス/イタリアの旗 イタリア/フランスの旗 フランス

フランス海軍フォルバン級駆逐艦と、イタリア海軍アンドレア・ドーリア級駆逐艦カルロ・ベルガミーニ級フリゲート・軽空母「カヴール」に搭載されているパッシブフェーズドアレイレーダー。

イギリスの旗 イギリス

イギリス海軍45型駆逐艦に搭載されているアクティブフェーズドアレイレーダー。

イスラエルの旗 イスラエル

4面固定式のアクティブフェーズドアレイレーダー。イスラエル海軍サール5型コルベットに近代化改修により追加装備されるほか、インド海軍コルカタ級駆逐艦に新造時から装備される。

オランダの旗 オランダ

ドイツ海軍ザクセン級フリゲートオランダ海軍デ・ゼーヴェン・プロヴィンシェン級フリゲートデンマーク海軍アイヴァー・ヒュイトフェルト級フリゲートに搭載されているアクテイブフェーズドアレイレーダー。4面でイージスより多い同時32目標に対応可能で、イルミネーター(送信機)としても1面で8目標を照射可能な「射撃指揮・照射兼用レーダー」である。
ヨーロッパ各国の防空艦や韓国海軍の独島級揚陸艦に搭載されている長距離捜索用アクティブフェーズドアレイレーダー。ヨーロッパ各国が防空艦用に開発した射撃指揮レーダー(上記のEMPAR、SAMPSON、APAR)は捜索距離に問題があるため、それを補完するために搭載されている。

フランスの旗 フランス

フランス海軍のアキテーヌ級駆逐艦シンガポール海軍フォーミダブル級フリゲートに搭載されている多用途パッシブフェーズドアレイレーダー。

日本の旗 日本

海上自衛隊の艦載用フェーズドアレイレーダー。3次元対空捜索用レーダーとしてしらね型護衛艦に搭載(パッシブ式)。
世界初の艦載用アクティブ・フェーズドアレイレーダー。あさぎり型護衛艦の「はまぎり」以降に搭載。むらさめ型護衛艦以降には、発展型のOPS-24Bを搭載(アクティブ式)。
海上自衛隊の艦載用パルス・レーダー。捜索・射撃指揮用と後に追加された照射用の二種で構成される。ひゅうが型護衛艦あきづき型護衛艦に搭載されている(アクティブ式・射撃管制装置として制式化)。派生型としてFCS-3から照射用レーダーと射撃管制機能を取り除き、機能を対空捜索と航空管制に限定したOPS-50があり、いずも型護衛艦に搭載されている。

ロシアの旗 ロシア

(NATOコードネーム: スカイ・ウォッチ)
アドミラル・クズネツォフバクーに搭載される艦載用フェーズドアレイレーダー。また、マルスパッサートの簡易型としてフォールム-2Mが存在し、こちらはワリヤーグに搭載された。

航空機用[編集]

アメリカ合衆国の旗 アメリカ合衆国

アメリカ空軍F-15用のパルス・ドップラー・レーダー(アクティブ式)。(V)2は一部のMSIP-2改修機に搭載される。(V)3はF-15の近代化改修(ゴールデンイーグル)とシンガポール空軍のF-15EおよびF-15SEに搭載される。
アメリカ空軍のF-22用のパルス・ドップラー・レーダー(アクティブ式)。
アメリカ海軍のF/A-18E/F用のパルス・ドップラー・レーダー(アクティブ式)。Block 2以降の機体に搭載され、搭載機は本レーダーを用いた簡易的な電子妨害を行うことも可能となる。
アラブ首長国連邦に輸出されるF-16E/F用のパルス・ドップラー・レーダー(アクティブ式)。
F-35に搭載されるパルス・ドップラー・レーダー(アクティブ式)。
アメリカ空軍のF-15Eに搭載される予定のパルス・ドップラー・レーダー(アクティブ式)。AN/APG-79をベースに改良し、射程拡大、目標同時追跡能力等の強化などが見込まれている。
B-1B用のレーダー (パッシブ式) 。
B-2に搭載されるレーダー 。当初はパッシブ式だったが、2002年よりアクティブ式のものが開発され搭載されている。
アメリカ空軍のE-3航空自衛隊E-767などの早期警戒管制機用パルス・ドップラー・レーダー(パッシブ式) 。
E-8に搭載されているレーダー (パッシブ式)。
ノースロップ・グラマン社が開発中のAESA。フル機能を備え、容易に既存のF-16へ搭載改修が可能としている。
レイセオン社が開発中のAESA。SABRと同じくフル機能を備え、容易にに搭載改修が可能としている。F/A-18A~D、EA-18G用とF-16用の2種類がある[5]
ノースロップ・グラマンが開発したF-15E用レーダー偵察ポッド。高解像度マッピング能力を持ち、目標捜索や戦闘損害評価が行える。B-52Hでも運用テストが行われている。

日本の旗 日本

航空自衛隊のF-2用のパルス・ドップラー・レーダー(アクティブ式)。世界で初めて量産戦闘機に装備されたアクティブ式フェーズドアレイレーダーである。発展型としてJ/APG-1を改修し探知距離を延長したJ/APG-2が存在する。
海上自衛隊のSH-60J哨戒ヘリコプター搭載の捜索用レーダー(アクティブ式) 。
海上自衛隊のP-1対潜哨戒機搭載の捜索用レーダー (アクティブ式) 。

イスラエルの旗 イスラエル

気球用捜索レーダー(アクティブ式)。
F-15MiG-29ミラージュ2000テジャスSu-30などの代替レーダー。最大64目標を同時追尾可能とされる(アクティブ式) 。
空中早期警戒管制 (AEW&C) 機用にIAIが開発したレーダーシステム (アクティブ式) 。ボーイング707に搭載されている。
EL/M-2075の発展型。ガルフストリームG550 CAEWに搭載されている。
EL/W-2085の発展型。インド空軍A-50EIに搭載されている。

フランスの旗 フランス

フランス空軍・フランス海軍のラファール用のパルス・ドップラー・レーダー(パッシブ式)。その他、アクティブ式のRBE2-AAも開発している。

イギリスの旗 イギリス/ドイツの旗 ドイツ/イタリアの旗 イタリア/スペインの旗 スペイン

ユーロファイターのトランシェ3Bより搭載予定のレーダー (アクティブ式) 。首振り機構を持つ。

イギリスの旗 イギリス/ドイツの旗 ドイツ/フランスの旗 フランス

ユーロファイターとラファール用の代替レーダー (アクティブ式) 。

イタリアの旗 イタリア/スウェーデンの旗 スウェーデン

グリペンNGに搭載されるレーダー (アクティブ式) 。首振り機構を持つ。

イタリアの旗 イタリア

ヘリコプター用搭載用レーダー (アクティブ式) 。

スウェーデンの旗 スウェーデン

エリクソンが開発したAEW&Cレーダー (アクティブ式) 。エンブラエル EMB-145英語版サーブ 2000サーブ 340に搭載されている。

ロシアの旗 ロシア

NATOコードネーム:フラッシュダンス)
ロシア空軍MiG-31に搭載されるレーダー(パッシブ式)。世界で初めて量産戦闘機に装備されたパッシブ式フェーズドアレイレーダーである。200kmの探知距離と広い走査角を持つ。
(NATOコードネーム:シードラゴン)
Su-34に搭載されるフェーズドアレイレーダー (パッシブ式) 。
Su-30MKI英語版/MKM英語版/MKAに搭載されるフェーズドアレイレーダー(パッシブ式)。派生型としてMiG-29M «9.15»用として開発されたバルス-29がある。
バルスの発展型でSu-35が搭載するパッシブ式のもの。基部に油圧式の首振り機構を持つ。
イールビスの発展型でT-50が搭載するアクティブ式のもの。派生型としてN036B-1-01B、N036L-1-01がある。
Su-27のN001 メーチやMiG-29のN019 ルービン英語版レーダーのアップグレード用フェーズドアレイレーダー (パッシブ式) 。
MiG-29UBT及びMiG-21用のアップグレード用フェーズドアレイレーダー (パッシブ式) 。搭載機の関係上この種のレーダーとしてはかなり小型である。
オサと同様の小型機用のレーダー。Su-35などの尾部に搭載する後方探知レーダーとして提案が行われていた (パッシブ式) 。
Su-27のレーダー換装用に開発されたフェーズドアレイレーダー (パッシブ式) 。
MiG-29のレーダー換装用に開発されたフェーズドアレイレーダー (パッシブ式) 。
Su-30MK3が搭載するフェーズドアレイレーダー (パッシブ式) 。
MiG-35が搭載するフェーズドアレイレーダー (アクティブ式) 。

地上用[編集]

アメリカ合衆国の旗 アメリカ合衆国

空軍の警戒管制レーダー。
陸軍・海兵隊の前線防空レーダー。
アクティブ式。
アクティブ式。
パッシブ式。
パトリオットミサイルのレーダー(アクティブ式)。

インドの旗 インド

中華人民共和国の旗 中国

KS-1英語版の管制レーダー(アクティブ式)。

日本の旗 日本

防衛庁(現・防衛省)が開発した地上設置型の警戒管制レーダー。旧称「FPS-XX」。将来警戒型で、ミサイル防衛の要となる。直径18mのドームに亀甲模様が刻まれた特異な形状から、通称「ガメラレーダー」とも呼ばれる。(アクティブ式)。

フランスの旗 フランス

アクティブ式。

ミサイルシーカー[編集]

以下のミサイルではスタンドオフレンジや自立誘導距離などの性能向上のためシーカー部にAESA方式のアンテナを搭載している。

日本の旗 日本

ロシアの旗 ロシア

気象用[編集]

2014年度配備予定。Xバンドを使い、10秒で全天を走査する(10秒かかる理由は、レーダー本体では水平方向の走査が構造上できず、アンテナを機械的に回転させて水平方向の走査を行うからである。)[6]。情報量が1カ所100Mbpsとなるので情報処理技術の開発が求められている[7][8]

脚注[編集]

  1. ^ a b 吉田孝 「第4章 アンテナ」『改訂 レーダ技術』 電子情報通信学会、1996年、93-151頁。ISBN 978-4885521393
  2. ^ Norman Friedman (1981). Naval Radar. Naval Institute Press. p. 165. ISBN 9780870219672. 
  3. ^ a b c d 吉田孝 「第11章 特殊なレーダ技術」『改訂 レーダ技術』 電子情報通信学会、1996年、273-298頁。ISBN 978-4885521393
  4. ^ a b 吉田孝 「第5章 レーダ送信機」『改訂 レーダ技術』 電子情報通信学会、1996年、152-174頁。ISBN 978-4885521393
  5. ^ レイセオン公式 (英語)
  6. ^ 128本のスロットアレイアンテナによる「デジタルビームフォーミング(DBF)」である。横倒しにした長さ2mのスロットアンテナを縦方向に128本並べ(サイズは約2m×2m、ビーム幅は約1度)、縦方向(仰角方向)に電子走査を行う1次元FAアンテナであり、解像度は1°である。半径15~60km、高度14kmまで観測できる。
  7. ^ 日本初 「フェーズドアレイ気象レーダ」を開発情報通信研究機構2013年8月31日
  8. ^ 「レーダー、竜巻検知速く」日本経済新聞2013年9月17日

関連項目[編集]