(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビームを追跡目標に照射し、第１の方向の信号と第２の方向の信号とを交互に前記追跡目標から受信するアンテナユニットと、
機体の姿勢変化のレートをサンプリングして機体レートを出力するレートセンサと、
前記第１の方向の信号と前記第２の方向の信号とから第１のタイミング及び第２のタイミングにて検出した第１の方向の補正前推定目視線角と第２の方向の補正前推定目視線角を算出し、前記機体レートと前記ビームのビーム指向角と前記第１のタイミングから前記第２のタイミングまでの時間間隔とから推定目視線角の変動量を算出し、前記変動量により前記第１の方向の補正前推定目視線角と前記第２の方向の補正前推定目視線角とを補正して第１の方向の推定目視線角と前記第２の方向の推定目視線角とを算出し、前記第１の推定目視線角と前記第２の推定目視線角とから誘導信号を算出するシーカ制御ユニットと、
を備える飛しょう体の誘導装置。
【請求項２】
ビームを追跡目標に照射し、第１の方向の信号と第２の方向の信号とを交互に前記追跡目標から受信するアンテナユニットと、
機体の姿勢変化のレートをサンプリングして機体レートを出力するレートセンサと、
第１のタイミングにおいて前記第１の方向の信号から第１の方向の誤差角を検出し、第２のタイミングにおいて前記第２の方向の信号から第２の方向の誤差角を検出し、前記第１の方向の誤差角と前記第２の方向の誤差角とから第１の方向の補正前推定目視線角と第２の方向の補正前推定目視線角を算出し、前記機体レートと前記ビームのビーム指向角と前記第１のタイミングから前記第２のタイミングまでの時間間隔とから第１の方向の推定目視線角の変動量と第２の方向の推定目視線角の変動量とを算出し、前記第１の方向の補正前推定目視線角を第２の方向の推定目視線角の変動量により補正して第１の推定目視線角を算出し、前記第２の方向の補正前推定目視線角を第１の方向の推定目視線角の変動量により補正して第２の推定目視線角を算出し、前記第１の推定目視線角と前記第２の推定目視線角とから誘導信号を算出するシーカ制御ユニットと、
を備える飛しょう体の誘導装置。
【請求項３】
前記シーカ制御ユニットは、
前記第１の方向の補正前推定目視線角から前記第２の方向の推定目視線角の変動量を差し引いて前記第１の推定目視線角を算出し、
前記第２の方向の補正前推定目視線角に前記第１の方向の推定目視線角の変動量を加算して前記第２の推定目視線角を算出し、
前記第１の推定目視線角と前記第２の推定目視線角とから誘導信号を算出する
請求項１又は請求項２に記載の飛しょう体の誘導装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、飛しょう体の誘導装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の飛しょう体誘導装置における電波シーカにおいてはレーダの受信系統がアジマス方向、エレベーション方向に対し、各１系統ずつ用意されていた。アジマス方向の誤差角とエレベーション方向の誤差角とはそれぞれ別の系統にて同時に測角されていた。このため、誘導信号を算出する際のアジマス方向の測角信号とエレベーション方向の測角信号との同期は確保されていた。
【０００３】
しかし近時では、コストを低く抑えるために受信系統を１系統にし、アジマス方向の測角とエレベーション方向の測角を交互に切り替えて受信する方式（以下、ＡＺＥＬ切替測角方式と呼ぶ。）がとられるようになった。
【０００４】
エレベーション方向の誤差角をサンプリングするタイミングにおいては、エレベーション方向の誤差角ε＾ＥＬ（ｎ−１，１）と、レートセンサによってサンプリングされた姿勢角θ＾Ｍ（ｎ−１，１，０）とビーム指向角θＢ（ｎ−１）とを取得できる。また、アジマス方向の誤差角をサンプリングするタイミングにおいては、アジマス方向の誤差角ε＾ＡＺ（ｎ−１，３）と、レートセンサによってサンプリングされた姿勢角θ＾Ｍ（ｎ−１，３，０）とビーム指向角θＢ（ｎ−１）とを取得できる。
【０００５】
しかし、正確な測角に必要なε＾ＡＺ（ｎ−１，１）とε＾ＥＬ（ｎ−１，３）とは取得できない。このため、飛しょう体ロール時に空間安定性が劣化するという問題点があった。
【０００６】
そこで、出願人は先の出願（特許文献２）において、１回目の第１の方向の誤差角の検出と２回目の第１の方向の誤差角の検出の間に、１回目の第２の方向の誤差角の検出と２回目の第２の方向の誤差角の検出を行い、１回目に検出した第１の方向の誤差角と２回目に検出した第１の方向の誤差角との相加平均を基準時間Ｔにおける第１の方向の誤差角とし、１回目に検出した第２の方向の誤差角と２回目に検出した第２の方向の誤差角との相加平均を基準時間Ｔにおける第２の方向の誤差角とする誘導装置を提案した。
【０００７】
この誘導装置は、機体にロールが起きても空間安定性が劣化しにくいという効果を奏するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２０５６３２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３９２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、先の出願（特許文献２）の図８のグラフ３４０に示すように、この誘導装置においてはまだ微細なゆれが生じている。
【００１０】
従って、飛しょう体ロール時の空間安定性の劣化をさらに改善したＡＺＥＬ切替測角方式の飛しょう体の誘導装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明の一実施形態はビームを追跡目標に照射し、第１の方向の信号と第２の方向の信号とを交互に追跡目標から受信するアンテナユニットと、機体の姿勢変化のレートをサンプリングして機体レートを出力するレートセンサと、第１の方向の信号と第２の方向の信号とから異なるタイミングにて検出した第１の方向の補正前推定目視線角と第２の方向の補正前推定目視線角を算出し、機体レートとビーム指向角と第１のタイミングから第２のタイミングまでの時間間隔とから推定目視線角の変動量を算出し、変動量により第１の方向の補正前推定目視線角と第２の方向の補正前推定目視線角とを補正して第１の方向の推定目視線角と第２の方向の推定目視線角とを算出し、第１の推定目視線角と第２の推定目視線角とから誘導信号を算出するシーカ制御ユニットと、を備える飛しょう体の誘導装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態における飛しょう体誘導装置の概要を示すブロック図である。
【図２】本実施形態における誘導装置の信号伝達を示す図である。
【図３】本実施形態における誘導装置における信号の取得タイミングを示した図である。
【図４】本実施形態における誘導装置の誘導信号算出処理の手順を示す図である。
【図５】本実施形態におけるシミュレーションの条件を表す図である。
【図６】追跡目標の目視線角を示す図である。
【図７】飛しょう体の運動を示す図である。
【図８】従来の誘導装置におけるシミュレーション結果である。
【図９】本実施形態におけるシミュレーション結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明による飛しょう体誘導装置の一実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。
【００１４】
本実施形態の飛しょう体誘導装置１００は、ビームを追跡目標に照射し、第１の方向の信号と第２の方向の信号とを交互に追跡目標から受信するアンテナユニットと、機体の姿勢変化のレートをサンプリングして機体レートを出力するレートセンサと、第１の方向の信号と第２の方向の信号とから異なるタイミングにて検出した第１の方向の補正前推定目視線角と第２の方向の補正前推定目視線角を算出し、機体レートとビーム指向角と第１のタイミングから第２のタイミングまでの時間間隔とから推定目視線角の変動量を算出し、変動量により第１の方向の補正前推定目視線角と第２の方向の補正前推定目視線角とを補正して第１の方向の推定目視線角と第２の方向の推定目視線角とを算出し、第１の推定目視線角と第２の推定目視線角とから誘導信号を算出するシーカ制御ユニットと、を備える。
【００１５】
図１は本実施形態の飛しょう体誘導装置１００（以下、誘導装置１００と呼ぶ。）の概要を示すブロック図である。図１に示すように、誘導装置１００は電波を送受信するアンテナユニット１０１と、アジマス方向の信号とエレベーション方向の信号とを交互に切り替えて受信する励振受信ユニット１０２と、受信した信号を処理し、誘導信号を出力するシーカ制御ユニット１０３と、誘導信号に従って翼を操舵する操舵装置１０６と、飛しょう体の姿勢変化をサンプリングするレートセンサ１０７と、を備える。また、シーカ制御ユニット１０３は信号処理回路１０４と、誘導処理回路１０５と、を備える。
【００１６】
励振受信ユニット１０２はアンテナユニット１０１によって受信した信号をアジマス方向の信号であるΔＡＺ信号とエレベーション方向の信号であるΔＥＬ信号とに一定周期で切り替えて信号処理回路１０４に出力する。また、励振受信ユニット１０２は連続したΣ信号を信号処理回路１０４に出力する。
【００１７】
信号処理回路１０４はΔＡＺ信号とΔＥＬ信号とを基にアジマス方向の誤差角である誤差角ＡＺとエレベーション方向の誤差角である誤差角ＥＬとを算出し、誘導処理回路１０５に出力する。
【００１８】
レートセンサ１０７は機体の姿勢変化であるレートをサンプリングして機体レートとして誘導処理回路１０５に出力する。
【００１９】
誘導処理回路１０５は機体レート及び誤差角ＡＺと誤差角ＥＬと機体レートとビーム指向角とから推定目視線角とその微分値である誘導信号を算出する。誘導処理回路１０５は誘導信号を、飛しょう体制御系を介して操舵信号に換算し、操舵装置１０６に出力する。
【００２０】
誘導処理回路１０５は推定目視線角を、機体レートを用いて機体座標系に変換し、追跡目標に照射するビームの指向角であるビーム指向角を算出する。誘導処理回路１０５はビーム指向角を信号処理回路１０４に出力する。信号処理回路１０４はビーム指向角を位相信号としてアンテナユニット１０１に出力する。
【００２１】
図２は誘導装置１００の信号伝達を示す図である。＾は観測値を、・は微分値を表す。図２に示すように、誘導装置１００はアンテナユニット１０１にて受信した誤差角信号を誤差角検出特性の伝達特性である誤差角検出特性ＧＳ１１０を介してε＾として検出する。また、誘導装置１００は機体レートをレート検出特性の伝達関数ＧＲＳ１１１を介してθＭ・＾として検出する。
【００２２】
信号の時間を一致させるために、ビーム指向角θＢ及びθＭ・＾には誤差角検出特性模擬特性の伝達関数である誤差角検出特性モデルＧＳ’１１２が、ε＾とθＢの加算値にはレート検出模擬特性の伝達関数であるレート検出特性モデルＧＲＳ’１１３が、それぞれ挿入される。これらの伝達関数から次の式（１）を導くことができる。
【００２３】
σ・＾＝ＧＧＳ（ＧＲＳ’（ＧＳε+ＧＳ’θＢ）+ＧＳ’ＧＲＳθＭ）・・・（１）
ＧＧＳは不完全微分の伝達関数である。式（１）は誘導信号を算出する式である。ここで、ＧＳ≒ＧＳ’、ＧＲＳ≒ＧＲＳ’であれば式（１）は次の式（２）のようにあらわすことができる。
【００２４】
σ・＾＝ＧＧＳＧＲＳＧＳ（ε+θＢ+θＭ）＝ＧＧＳＧＲＳＧＳσ・・・（２）
式（２）より、ＧＳ＝ＧＳ’、ＧＲＳ＝ＧＲＳ’のとき、誘導信号σ・＾は目視線角σのみの入力関数となっていることが分かる。
【００２５】
一方、誘導信号の空間安定度Ａは次の（３）式であらわせる。
【数１】
0005468529.tif 000002
【００２６】
従って、ＧＳ＝ＧＳ’、ＧＲＳ＝ＧＲＳ’であれば誘導信号にθＭ・の入力はないため、空間安定度Ａは理論上−∞となる。しかし、実際にはＧＳ＝ＧＳ’、ＧＲＳ＝ＧＲＳ’を成立させることは困難であり、ある程度の影響が残存する。
【００２７】
ＡＺＥＬ切替測角方式ではこのうちＧＳ＝ＧＳ’が成立しない。しかし、通常アジマス方向の信号とエレベーション方向の信号とが同期している場合、ＧＳ＝ＧＳ’を近似的に満たすことは可能である。
【００２８】
次の式（４）において、Ｍはオイラー座標変換マトリックスである。
【数２】
0005468529.tif 000003
【００２９】
しかし、アジマス方向の信号とエレベーション方向の信号が切り替えて取得され、かつロールが発生した場合にはアジマス方向（ヨー姿勢角）、エレベーション方向（ピッチ姿勢角）をいずれの時間にも合わせることができないため、ＧＳ＝ＧＳ’を満たすことができなくなる。
【００３０】
ここで、誤差角ＥＬの測角タイミングでは誤差角εＥＬ＾、ビーム指向角θＢ、及び機体姿勢角θＭ＾は存在するが、誤差角εＡＺ＾に関しては測角されない。
【００３１】
また、誤差角ＡＺの測角タイミングでは誤差角εＡＺ＾、ビーム指向角θＢ、及び機体姿勢角θＭ＾は存在するが、誤差角εＥＬ＾に関しては測角されない。
【００３２】
このため、基本的に信号が独立したものとして観測されるロール角が０°以外の場合は（４）式の計算が厳密に行えないため、推定目視線角及び誘導信号の算出における時間の整合性に著しいずれが生じ、（３）式の空間安定性Ａが著しく劣化する。
【００３３】
この問題を回避するため、本実施形態においては次のような解決方法をとる。図３は本実施形態の誘導装置１００における信号の取得タイミングを示した図である。ここで、ビーム指向角はビーム指向タイミングＮが変更された時点で切り替わり、区間内は一定であるものとする。
【００３４】
ΔＥＬの間にエレベーション方向の誤差角が複数回測定され、平均値がε＾ＥＬとして検出される。また、ΔＡＺの間にアジマス方向の誤差角が複数回測定され、平均値がε＾ＡＺとして検出される。
【００３５】
レート及び姿勢角の検出は、誤差角を検出するタイミングを４等分した時間間隔であるレート検出タイミングにおいて継続的に行われる。ΔＥＬの間にエレベーション方向のレート及び姿勢角が検出され、ΔＡＺの間にアジマス方向のレート及び姿勢角が検出される。
【００３６】
検出後、信号処理回路１０４によって後述の処理が行われ、誘導処理回路１０５に出力される。また、誘導処理回路１０５は、レートセンサ１０７からレート及び姿勢角を入力し、これらに基づいて後述の処理を行い、誘導信号を出力する。
【００３７】
図４は、本実施形態の誘導装置１００の誘導信号算出処理の手順を示す図である。図４に示すように、ステップ４０１において誘導装置１００は信号処理回路１０４によりアンテナユニット１０１が受信した誤差角を検出する。
【００３８】
具体的には、信号処理回路１０４は、ビーム指向タイミングＮがｎ-１であり、誤差角検出タイミングＭが１のときにエレベーション方向の誤差角ε＾ＥＬ（ｎ−１，１）を検出し、ビーム指向タイミングＮがｎ-１であり、誤差角検出タイミングＭが３のときにアジマス方向の誤差角ε＾ＡＺ（ｎ−１，３）を検出する。信号処理回路１０４はε＾ＥＬ（ｎ−１，１）とε＾ＡＺ（ｎ−１，３）を誘導処理回路１０５に出力する。
【００３９】
誘導処理回路１０５は、誤差角検出タイミングＭが１のときのアジマス方向の誤差角ε＾ＡＺ（ｎ−１，１）の代わりにε＾ＡＺ（ｎ−１，３）を、ビーム指向タイミングＮがｎ-１であり、誤差角検出タイミングＭが３のときのエレベーション方向の誤差角ε＾ＥＬ（ｎ−１，３）の代わりにε＾ＥＬ（ｎ−１，１）をメモリに格納する。
【００４０】
ステップ４０２において、誘導処理回路１０５はビーム指向タイミングＮがｎ-１であり、誤差角検出タイミングＭが１のタイミングにおけるエレベーション方向の補正前推定目視線ベクトルσ＾ＥＬ（ｎ）と、ビーム指向タイミングＮがｎ-１であり、誤差角検出タイミングＭが３のタイミングにおけるアジマス方向の補正前推定目視線ベクトルσ＾ＡＺ（ｎ）と、を算出する。
【００４１】
具体的には、誘導処理回路１０５はε＾ＥＬ（ｎ−１，１）とε＾ＡＺ（ｎ−１，３）を以下の（５）式に従って座標変換してσ＾ＥＬ（ｎ）を求め、ε＾ＥＬ（ｎ−１，１）とε＾ＡＺ（ｎ−１，３）を以下の（６）式に従って座標変換してσ＾ＡＺ（ｎ）を求める。
【数３】
0005468529.tif 000004
【００４２】
補正前推定目視線角ベクトルは次の（７）式によって表すことができるものとする。
【数４】
0005468529.tif 000005
【００４３】
上記の補正前推定目視線角は誤差角検出タイミングＭが１から３の間の変動量を含んでいる。従ってこの変動量を算出し、補正する必要がある。
【００４４】
ステップ４０３において、誘導処理回路１０５は、推定目視線角のエレベーション方向の変動量Δσ＾ＥＬ（ｎ）、及びアジマス方向の変動量Δσ＾ＡＺ（ｎ）を算出する。
【００４５】
上記の各タイミングにおける目視線角、すなわち目標の動きに急激な変化がないと仮定すると、推定目視線角の変動はほぼ機体の姿勢角の変動と等価であると考えてよい。
【００４６】
従って、Δσ＾ＥＬ（ｎ）は以下の（８）式にて、またΔσ＾ＡＺ（ｎ）は以下の（９）式にて、誤差角検出タイミングＭが２の時のビーム指示角及び機体レートを用いて表わすことができる。
【００４７】
Δσ＾ＥＬ（ｎ）＝（エレベーション方向の角速度）（ｎ-１，２，０）×Δｔ
＝（−Ｐ（ｎ−１，２，０）・ｃｏｓθＢＡＺ（ｎ−１）＋Ｑ（ｎ−１，２，０）・ｃｏｓθＢＡＺ（ｎ−１））・ｓｉｎφ（ｎ−１，２，０）×Δｔ  ・・・  （８）
Δσ＾ＡＺ（ｎ）＝（アジマス方向の角速度）（ｎ-１，２，０）×Δｔ
＝（Ｒ（ｎ−１，２，０）＋（Ｐ（ｎ−１，２，０）・ｓｉｎθＢＡＺ（ｎ−１）＋Ｑ（ｎ−１，２，０）・ｃｏｓθＢＡＺ（ｎ−１））・ｔａｎθＢＥＬ（ｎ−１））・ｓｉｎφ（ｎ−１，２，０）×Δｔ  ・・・  （９）
ここで、Ｐは機体のピッチレート、Ｒは機体のロールレート、Ｑは機体のヨーレートであり、Δｔはε＾ＥＬ（ｎ−１，１）とε＾ＡＺ（ｎ−１，３）の検出タイミングの時間間隔、θＢＥＬはエレベーション方向のビーム指示角、θＢＡＺはアジマス方向のビーム指示角である。
【００４８】
ステップ４０４において、誘導処理回路１０５は算出した変動量により補正前推定目視線角を補正し、推定目視線角を算出する。
【００４９】
すなわち、誘導処理回路１０５は以下の（１０）式によりエレベーション方向の推定目視線角を、また（１１）式によりアジマス方向の推定目視線角を算出する。
【００５０】
σ＾’ＥＬ（ｎ）＝σ＾ＥＬ（ｎ）−Δσ＾ＡＺ（ｎ）  ・・・  （１０）
σ＾’ＡＺ（ｎ）＝σ＾ＡＺ（ｎ）＋Δσ＾ＥＬ（ｎ）  ・・・  （１１）
ステップ４０５において、誘導処理回路１０５は推定目視線角から誘導信号を算出する。具体的には、誘導処理回路１０５はエレベーション方向の誘導信号σ＾・ＥＬ（ｎ）とアジマス方向の誘導信号σ＾・ＡＺ（ｎ）を、時定数をもった微分関数によって不完全微分値を算出することにより、以下の（１２）式及び（１３）式を用いて算出する。
【数５】
0005468529.tif 000006
【００５１】
ここで、本実施形態の効果について説明する。図５はシミュレーションの条件を表す図である。図５において、追跡目標２００に向かって飛しょう体２１０を誘導する場合についてシミュレーションを行う。Ｘは飛しょう体２１０の進行方向、Ｙはエレベーション方向（ＥＬ）、Ｚはアジマス方向（ＡＺ）を示す。
【００５２】
図６は追跡目標の目視線角を示す図である。図６において、グラフ３１０はアジマス方向の目視線角、グラフ３１１はエレベーション方向の目視線角を表す。追跡目標２００はアジマス方向に一定の角速度にて移動しているものとする。
【００５３】
図７は飛しょう体２１０の運動を示す図である。図７において、グラフ３２０はピッチ姿勢角を示し、一定の周期で動揺しているものとする。また、グラフ３２１はヨー方向の運動を表す。ヨー方向には運動していないものとする。グラフ３２２は時計回りの方向にロールする時間間隔を示す。グラフ３２３は反時計回りにロールする時間間隔を示す。
【００５４】
図８は従来の誘導装置におけるシミュレーション結果である。図８において、グラフ３３０はアジマス方向の誘導信号、グラフ３３１はエレベーション方向の誘導信号を示す。図８に示すように、飛しょう体２１０の機体がロールしている間Ｌはアジマス方向の誘導信号にピッチ方向の動揺の影響が出てきてしまい、空間安定性が劣化している。
【００５５】
図９は本実施形態におけるシミュレーション結果である。図９において、グラフ３４０はアジマス方向の誘導信号、グラフ３４１はエレベーション方向の誘導信号を示す。図９に示すように、飛しょう体２１０の機体がロールしている間Ｌにおいてもアジマス方向の誘導信号にピッチ方向の動揺の影響がほとんど現れず、空間安定性が劣化していない。
【００５６】
また、先の出願（特許文献２）の図８のグラフ３４０に示すような微細なゆれも消失している。
【００５７】
以上述べたように、本実施形態の誘導装置１００は、第１のタイミングにおいて検出した第１の方向の誤差角と第２のタイミングにおいて検出した第２の方向の誤差角から第１の方向の補正前推定目視線角を算出し、第１のタイミングにおいて検出した第１の方向の誤差角と第２のタイミングにおいて検出した第２の方向の誤差角から第２の方向の補正前推定目視線角を算出し、機体レートとビーム指向角と第１のタイミングから第２のタイミングまでの時間間隔とから第１の方向の推定目視線角の変動量と第２の方向の推定目視線角の変動量とを算出し、第１の方向の補正前推定目視線角から第２の方向の変動量を差し引いて第１の推定目視線角を算出し、第２の方向の補正前推定目視線角に第１の方向の変動量を加算して第２の推定目視線角を算出し、第１の推定目視線角と第２の推定目視線角とから誘導信号を算出する。
【００５８】
このため、機体にロールが起きても空間安定性がさらに安定するという効果がある。
【００５９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６０】
１００：誘導装置、
１０１：アンテナユニット、
１０２：励振受信ユニット、
１０３：シーカ制御ユニット、
１０４：信号処理回路、
１０５：誘導処理回路、
１０６：操舵装置、
１０７：レートセンサ。
【図１】
0005468529.tif 000007
【図２】
0005468529.tif 000008
【図３】
0005468529.tif 000009
【図４】
0005468529.tif 000010
【図５】
0005468529.tif 000011
【図６】
0005468529.tif 000012
【図７】
0005468529.tif 000013
【図８】
0005468529.tif 000014
【図９】
0005468529.tif 000015