(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空中を飛しょうする目標に対して電波を送信し、前記目標によって反射された第１の反射波、及び前記第１の反射波が地表又は海面によって反射された第２の反射波の少なくともいずれか一方を受信する複数のアンテナ素子を具備する送受信手段と、
モノパルス測角のための第１の形態又は到来方向推定のための第２の形態に応じて、前記複数のアンテナ素子の配列を複数の領域に分割して、領域毎に受信した反射波の受信電力を合成する電力合成手段と、
前記目標の方位角及び高低角の少なくとのいずれか一方を、前記第１の形態で分割された複数の領域の受信電力に基づいて、モノパルス測角によって検出する第１の角度検出手段と、
前記第２の形態で分割された複数の領域の受信電力から、前記第１の反射波と前記第２の反射波を到来方向推定によって分離し、前記目標の高低角を検出する第２の角度検出手段と、
前記目標との相対距離を、前記複数の領域の合計受信電力に基づいて算出する距離算出手段と、
前記距離算出手段が算出した相対距離が所定の距離以上である場合は、前記第１の角度検出手段に前記目標の方位角及び高低角を検出させ、前記相対距離が所定の距離未満である場合は、前記第１の角度検出手段による前記目標の方位角の検出と、前記第２の角度検出手段による前記目標の高低角の検出とを交互に行なわせる検出制御手段と、
前記第１又は第２の角度検出手段が検出した前記目標の方位角及び高低角に基づいて、前記目標の方向を算出する方向算出手段と、
前記方向算出手段が算出した前記目標の方向に基づいて飛しょう体の操舵信号を生成する操舵信号生成手段と、
を具備する誘導装置。
【請求項２】
前記第１の形態において、前記複数のアンテナ素子の配置は上下左右に４等分され、
前記第２の形態において、前記複数のアンテナ素子の配置は縦列に４つの領域に分割される請求項１に記載の誘導装置。
【請求項３】
前記相対距離が所定の距離未満である場合に、前記検出制御手段は、前記電力合成手段による電力の合成形態を前記第１の形態と第２の形態で切換えて、前記第１の角度検出手段による前記目標の方位角の検出と、前記第２の角度検出手段による前記目標の高低角の検出とを交互に行なわせる請求項１に記載の誘導装置。
【請求項４】
前記第１の反射波及び前記第２の反射波のいずれか一方が前記送受信手段によって受信された場合に、前記第２の角度検出手段は、以前の検出で到来方向推定によって検出された前記目標の高低角から高低角の予測値を推定する請求項１に記載の誘導装置。
【請求項５】
前記第１の反射波及び前記第２の反射波が前記送受信手段によって受信されない場合、前記第２の角度検出手段は、前記第１の角度検出手段のモノパルス測角によって検出される高低角を前記目標の高低角として設定する請求項１に記載の誘導装置。
【請求項６】
前記第１の反射波及び前記第２の反射波が前記送受信手段によって受信された場合に、前記第２の角度検出手段は、前記第１の反射波及び前記第２の反射波のうち上側の反射波を前記飛しょう体の慣性情報に基づいて判定し、当該上側の反射波から、前記目標の高低角を検出する請求項１に記載の誘導装置。
【請求項７】
前記飛しょう体は、当該飛しょう体の姿勢角及び位置を含む慣性情報を測定する測定手段を具備し、
前記第２の角度検出手段は、前記慣性情報に基づいて上下方向を判定する請求項６に記載の誘導装置。
【請求項８】
前記複数のアンテナ素子の配置は、８つの領域に分割され、
前記電力合成手段は、前記８つの領域それぞれにおいて受信電力を合成し、前記第１の形態又は前記第２の形態に応じて合成結果を演算する請求項１に記載の誘導装置。
【請求項９】
複数のアンテナ素子によって、空中を飛しょうする目標に対して電波を送信し、前記目標によって反射された第１の反射波、及び前記第１の反射波が地表又は海面によって反射された第２の反射波の少なくともいずれか一方を受信する送受信ステップと、
モノパルス測角のための第１の形態又は到来方向推定のための第２の形態に応じて、前記複数のアンテナ素子の配列を複数の領域に分割して、領域毎に受信した反射波の受信電力を合成する電力合成ステップと、
前記目標の方位角及び高低角の少なくとのいずれか一方を、前記第１の形態で分割された複数の領域の受信電力に基づいて、モノパルス測角によって検出する第１の角度検出ステップと、
前記第２の形態で分割された複数の領域の受信電力から、前記第１の反射波と前記第２の反射波を到来方向推定によって分離し、前記目標の高低角を検出する第２の角度検出ステップと、
前記目標との相対距離を、前記複数の領域の合計受信電力に基づいて算出する距離算出ステップと、
前記算出された相対距離が所定の距離以上である場合は、前記第１の角度検出ステップによる前記目標の方位角及び高低角の検出を行なわせ、前記相対距離が所定の距離未満である場合は、前記第１の角度検出ステップによる前記目標の方位角の検出と、前記第２の角度検出ステップによる前記目標の高低角の検出とを交互に行なわせる検出制御ステップと、
前記第１又は第２の角度検出ステップにより検出された前記目標の方位角及び高低角に基づいて、前記目標の方向を算出する方向算出ステップと、
を具備する目標検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛しょう体のための誘導装置及び目標検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
低空を飛しょうする目標を電波により追跡する飛しょう体では、飛しょう体に搭載された誘導装置で目標から反射された反射波と地表や海面で反射された反射波をともに受信する。誘導装置が通常のモノパルス測角方式を使用している場合、目標からの反射波と地表（又は海面）からの反射波とが合成されて受信される。このため、合成状況によっては、目標の方向の検出結果が目標からの反射波と地表（又は海面）からの反射波の間で大きく変動する。
【０００３】
地表（又は海面）からの反射波に近い方向を目標の方向として検出した場合、その方向は地表面以下の方向となる。従って、飛しょう体の高度が低い場合には、当該飛しょう体が地表に衝突する危険がある。飛しょう体が地表に衝突するのを避けるためには、目標からの反射波と地表（又は海面）からの反射波を分離して検出する必要がある。例えば非特許文献１には、複数の波が到来する場合に到来波数を判定し、それぞれの波の到来方向を推定する到来方向推定方法が記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】山田著「高分解能到来波推定法の基礎と実際」，アンテナ・伝搬における設計・解析手法ワークショップ（第３３回），p.92，電子情報通信学会，2006年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら上述の到来方向推定方法は、リニアアレーアンテナへ適用されるものであり、目標の方位角及び高低角を常時検出することができない。また、受信波の強度がある程度大きくないと到来方向推定方法は利用できない。このため、低空で飛行する目標を精度よく追跡することができない。
【０００６】
本発明は、前記のような問題に鑑みなされたもので、目標の方向を常時検出することができる誘導装置及び目標検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態に係る誘導装置は、空中を飛しょうする目標に対して電波を送信し、前記目標によって反射された第１の反射波、及び前記第１の反射波が地表又は海面によって反射された第２の反射波の少なくともいずれか一方を受信する複数のアンテナ素子を具備する送受信手段と、モノパルス測角のための第１の形態又は到来方向推定のための第２の形態に応じて、前記複数のアンテナ素子の配列を複数の領域に分割して、領域毎に受信した反射波の受信電力を合成する電力合成手段と、前記目標の方位角及び高低角の少なくとのいずれか一方を、前記第１の形態で分割された複数の領域の受信電力に基づいて、モノパルス測角によって検出する第１の角度検出手段と、前記第２の形態で分割された複数の領域の受信電力から、前記第１の反射波と前記第２の反射波を到来方向推定によって分離し、前記目標の高低角を検出する第２の角度検出手段と、前記目標との相対距離を、前記複数の領域の合計受信電力に基づいて算出する距離算出手段と、前記距離算出手段が算出した相対距離が所定の距離以上である場合は、前記第１の角度検出手段に前記目標の方位角及び高低角を検出させ、前記相対距離が所定の距離未満である場合は、前記第１の角度検出手段による前記目標の方位角の検出と、前記第２の角度検出手段による前記目標の高低角の検出とを交互に行なわせる検出制御手段と、前記第１又は第２の角度検出手段が検出した前記目標の方位角及び高低角に基づいて、前記目標の方向を算出する方向算出手段と、前記方向算出手段が算出した前記目標の方向に基づいて飛しょう体の操舵信号を生成する操舵信号生成手段を具備する。
【０００８】
また、本発明の一実施形態に係る目標検出方法は、複数のアンテナ素子によって、空中を飛しょうする目標に対して電波を送信し、前記目標によって反射された第１の反射波、及び前記第１の反射波が地表又は海面によって反射された第２の反射波の少なくともいずれか一方を受信する送受信ステップと、モノパルス測角のための第１の形態又は到来方向推定のための第２の形態に応じて、前記複数のアンテナ素子の配列を複数の領域に分割して、領域毎に受信した反射波の受信電力を合成する電力合成ステップと、前記目標の方位角及び高低角の少なくとのいずれか一方を、前記第１の形態で分割された複数の領域の受信電力に基づいて、モノパルス測角によって検出する第１の角度検出ステップと、前記第２の形態で分割された複数の領域の受信電力から、前記第１の反射波と前記第２の反射波を到来方向推定によって分離し、前記目標の高低角を検出する第２の角度検出ステップと、前記目標との相対距離を、前記複数の領域の合計受信電力に基づいて算出する距離算出ステップと、前記算出された相対距離が所定の距離以上である場合は、前記第１の角度検出ステップによる前記目標の方位角及び高低角の検出を行なわせ、前記相対距離が所定の距離未満である場合は、前記第１の角度検出ステップによる前記目標の方位角の検出と、前記第２の角度検出ステップによる前記目標の高低角の検出とを交互に行なわせる検出制御ステップと、前記第１又は第２の角度検出ステップにより検出された前記目標の方位角及び高低角に基づいて、前記目標の方向を算出する方向算出ステップを具備する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、目標との相対距離が所定の距離未満である場合に、第２の形態で合成された受信電力からの到来方向推定による目標の高低角の検出と、第１の形態で合成された受信電力からのモノパルス測角による目標の方位角の検出とを交互に行なわせるため、目標の方向を常時検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る誘導装置を搭載した飛しょう体による目標捕捉の一例を示す模式図。
【図２】第１の実施形態に係る誘導装置の詳細構成を示すブロック図。
【図３】モノパルス測角を行なう際の電力合成の一例を示す図。
【図４】到来方向推定を行なう際の電力合成の一例を示す図。
【図５】第１の実施形態に係るモノパルス測角形態を示す図。
【図６】第１の実施形態に係る到来方向推定形態を示す図。
【図７】第１の実施形態において目標との距離に応じて測定モードが切り替えられる様子を示す模式図。
【図８】信号処理部の動作手順を示すフローチャート。
【図９】通常測角モードにおける測角手順を示すフローチャート。
【図１０】高精度測角モードにおける測角手順を示すフローチャート。
【図１１】第２の実施形態に係る誘導装置の詳細構成を示すブロック図。
【図１２】第２の実施形態に係る分配合成器による電力合成の単位を示す図。
【図１３】第２の実施形態に係るモノパルス測角形態を示す図。
【図１４】第２の実施形態に係る到来方向推定形態を示す図
【図１５】第２の実施形態において目標との距離に応じて測定モードが切り替えられる様子を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明による誘導装置の実施の形態を説明する。
【００１２】
第１の実施形態
図１は、本発明の第１の実施形態に係る誘導装置を搭載した飛しょう体による目標捕捉の一例を示す模式図である。
【００１３】
飛しょう体２は誘導装置３及び操舵装置４を備えており、空中を飛しょうする目標１の位置を検出し、追随する。誘導装置３は、飛しょう体２が目標１の方向へ飛しょうするための誘導信号を出力する。操舵装置４は、当該誘導信号に従い、目標１の方向へ飛しょう体２の姿勢を変える操舵制御を行なう。
【００１４】
誘導装置３は電波（送信波）を空中へ送出し、目標１からの反射電波を受信する。受信された反射波から、目標１と飛しょう体２の間の距離、目標１の方向等が検出される。
【００１５】
目標１が、例えば地表から数十メートル程度の低空を飛しょうしている場合、目標１にからの反射電波が更に地面又は海面で反射されることがある（マルチパス）。このような場合、誘導装置３は、目標１から直接反射された反射電波（直接反射波）と、地面等から反射された反射電波（地上反射波）の両方を受信する。
【００１６】
誘導装置３が地上反射波を受信してしまうと、地表又は海面に対して目標１とは対称の位置にある目標の虚像の位置（図１においてθ１＝θ２）、すなわち地表以下又は海面以下の位置が目標１の位置として誤検出される恐れがある。地表以下等の、目標１の実際の位置よりも低い位置が目標１の位置として誤検出されると、誘導装置３が出力する誘導信号も目標１の実際の位置よりも低い位置を示してしまい、操舵装置４は目標１よりも低空を目指して飛しょう体２を操舵してしまう。このため、マッハ単位の速度で飛しょうする飛しょう体２は、地表面あるいは海面に衝突しかねない。このような衝突を防止するため、本実施形態に係る誘導装置３は、直接反射波と地上反射波とを分離して受信する機能を有する。
【００１７】
図２は、第１の実施形態に係る誘導装置の詳細構成を示すブロック図である。
【００１８】
誘導装置３は、アンテナ部５、高周波部１０、信号処理部１１及び慣性計測部１９を具備する。
【００１９】
アンテナ部５は、フェーズドアレイアンテナによって形成されている。アンテナ部５は、複数の電子走査アンテナ素子６−１〜６−Ｎを具備し、それぞれのアンテナ素子に対応して送受信モジュール７−１〜７−Ｎを備えている。アンテナ素子６−１〜６−Ｎは、例えば図５及び図６に示すように、２次元配列されている。
【００２０】
アンテナ部５はまた、移相量制御器８と切換型分配合成器９を具備する。移相量制御器８は、送受信モジュール７−１〜７−Ｎに移相量を設定する。送受信モジュール７−１〜７−Ｎは、設定された移相量に基づいて所定の方向にビームを形成して、アンテナ素子６−１〜６−Ｎを介して電波の送信と受信を行う。切換型分配合成器９は、送受信モジュール７−１〜７−Ｎの受信電力の合成の形態を、信号処理部１１からの切換信号に基づいて切り換える。切り換えに応じた４系統の受信信号が、高周波部１０に出力される。
【００２１】
高周波部１０は、切換型分配合成器９から出力された４系統の受信信号それぞれをＧＨｚ単位の無線周波数からＭＨｚ単位の中間周波数にまで周波数変換して、信号処理部１１に出力する。
【００２２】
慣性計測部１９は、例えば角速度センサと加速度センサを備え、飛しょう体２の慣性計測情報（角速度や加速度）を計測する。
【００２３】
信号出力部１１は、プロセッサ、プログラムメモリ及びワークメモリを備え（図示省略）、プロセッサがプログラムメモリに記憶された所定のプログラムを実行することで、以下に述べるような各部の機能を実現する。
【００２４】
信号処理部１１は、電力合成演算器１２、目標検出演算器１３、測角形態切換器１４、受信データ処理器１５、誤差角演算器１６と１７、目標方向演算器１８、位置姿勢演算器２０、ビーム指示角演算器２１、移相量演算器２２、及び操舵指令信号生成器２３を具備している。
【００２５】
位置姿勢演算器２０は、慣性計測部１９が計測した飛しょう体２の慣性計測情報（角速度や加速度）に基づいて、飛しょう体２の飛行位置及び姿勢角を算出する。
【００２６】
受信データ処理器１５はＡ／Ｄ変換器を備えており、当該Ａ／Ｄ変換器は、高周波部１０から入力する受信信号をデジタル信号に変換する。
【００２７】
電力合成演算器１２は、デジタル変換された４系統の受信電力を合成する。目標検出演算器１３は、合成した受信電力値が所定のレベル以上であるか否かを判定する。受信電力値が所定のレベルに満たなければ、受信された信号はノイズであるとする。一方、受信電力値が所定のレベル以上であれば、目標１からの反射波が測定されていると見なされる。受信電力値が所定のレベル以上であれば、目標検出演算器１３はデータサンプルのタイミング等に基づいて、飛しょう体２から目標１までの相対距離を算出する。測角形態切換器１４は、目標１との相対距離の情報に基づいて測角モードの切換えを切換型分配器９及び受信データ処理器１５に指示する。
【００２８】
受信データ処理器１５は、測角形態切換器１４からの指示に応じて、誤差角演算器（モノパルス）１６、誤差角演算器（到来方向推定）１７のいずれかに、高周波部１１から入力する４系統の受信信号を出力する。
【００２９】
誤差角演算器１６は、モノパルス測角に従う演算を実施して方位方向の誤差角（方位角）、高低方向の誤差角（高低角）を算出する。
【００３０】
一方、誤差角演算器（到来方向推定）１７は、到来方向推定法（ＭＯＤＥ(method of direction estimation)法又はＭＵＳＩＣ(multiple signal classification)法）によって高低方向の誤差角を算出する。直接反射波及び地表反射波を含む２波の反射波が受信された場合、誤差角演算器１７は、それぞれの反射波についての誤差角を算出する。誤差角演算器１７は、位置姿勢演算器２０から得られた飛しょう体２の位置及び姿勢角に基づいて、得られた誤差角のうち上空側の角度を目標１の高低角として推定し選択する。
【００３１】
目標方向角演算器１８は、誤差角演算器１６又は誤差角演算器１７から出力される方位角と高低角に基づいて目標１の方向を算出する。ビーム指示角演算器２１は新たにビームを向けるべき方向を算出し、移相量演算器２２はアンテナ部５に設定する移相量データを算出し、アンテナ部５へ出力する。
【００３２】
操舵指令信号生成器２３は、飛しょう体２の飛しょう方向を目標１の方向へ誘導するための誘導信号（操舵指令信号）を生成し、操舵装置４に出力する。
【００３３】
次に、以上のように構成された誘導装置３の動作について説明する。
【００３４】
図３は、モノパルス測角を行なう際の電力合成の一例を示す図である。
【００３５】
モノパルス測角は、目標１の高低角及び方位角の測定に用いられる。モノパルス測角の際には、アンテナ部５のアンテナ素子６−１〜６−Ｎの配列が上下及び左右に等分（４象限配列）される。図５に示すように、右上の領域５１１に含まれるアンテナ素子を第１素子群、左上の領域５１２に含まれるアンテナ素子を第２素子群、左下の領域５１３に含まれるアンテナ素子を第３素子群、右下の領域５１４に含まれるアンテナ素子を第４素子群とする。切換型分配合成器９は、素子群ごとに受信電力を合成し、４系統の受信信号を生成する。誤差角演算器１６は、この受信信号から目標１の方位角及び高低角を検出する。
【００３６】
図４は、到来方向推定を行なう際の電力合成の一例を示す図である。
【００３７】
到来方向推定は、直接反射波と地表反射波を分離し、目標１の高低角を推定するために用いられる。到来方向推定の際には、アンテナ部５のアンテナ素子６−１〜６−Ｎの配列が縦方向に４つの領域５２１〜５２４に分割（４縦型配列）される。図６に示すように、最上部の領域５２１に含まれるアンテナ素子を第１素子群、上から２番目の領域５２２に含まれるアンテナ素子を第２素子群、上から３番目の領域５１３に含まれるアンテナ素子を第３素子群、最下部の領域５１４に含まれるアンテナ素子を第４素子群とする。切換型分配合成器９は、素子群ごとに受信電力を合成し、４系統の受信信号を生成する。誤差角演算器１７は、この受信信号から到来方向推定処理（ＭＵＳＩＣ法やＭＯＤＥ法）によって目標反射波及び地表反射波を検出し、上側の反射波から目標１の高低角を検出する。到来方向推定により、直接反射波と地表反射波とを分離して検出することができる。
【００３８】
図７は、第１の実施形態において目標との距離に応じて測定モードが切り替えられる様子を示す模式図である。
【００３９】
飛しょう体２は、数十ｃｍ以下のサイズの小型の装置として構成されており、フェーズドアレイアンテナ方式のアンテナ部５を前方部分に搭載している。低空を飛行する目標１が遠方にあり、飛しょう体２との相対距離が大きい場合には、通常測角モードによる誤差角の検出が行なわれる。通常測角モードでは、１検出期間において受信された受信信号から、モノパルス測角（図３及び図５参照）による高低角及び方位角の検出が行なわれる。
【００４０】
飛しょう体２が低空で飛行する目標１に接近し（例えば目標１との距離が最初に検出された距離から１／２程度）、飛しょう体２自身の飛行高度が低下したら（例えば数十メートル）、高精度測角モードによる誤差角の検出が行なわれる。高精度測角モードでは、１検出期間が前後に分割され、到来方向推定形態（図４及び図６参照）によって電力合成が成され、誤差角演算器１７が高低角を検出した後、モノパルス測角（図３及び図５参照）によって電力合成が成され、誤差角演算器１６が方位角を検出する。目標１の高低角の検出には地上反射波の影響が顕著に生じるが、アンテナ素子６−１〜６−Ｎを領域５２１〜５２４に縦列に配分して到来方向推定処理を行うことで、目標反射波と地表反射波とを分離して高低角を検出することができる。一方、目標１の方位角の検出には地上反射波の影響はほとんど無い。このため方位角の検出は、モノパルス測角によって行なわれる。
【００４１】
このように、本実施形態に係る誘導装置３では、飛しょう体２が低空で飛行する目標１に接近したら、フェーズドアレイアンテナの電力合成形態を切換えて、高低角（到来方向推定）と方位角（モノパルス）を交互に検出する。これによって、低空で飛行する目標に対して、高精度な検出を継続可能とすることができる。
【００４２】
次に、信号処理部１１の動作手順について説明する。
【００４３】
図８は、信号処理部１１の動作手順を示すフローチャートである。
【００４４】
まず、慣性計測部１９が計測した慣性情報（角速度、加速度）が位置姿勢演算器２０に入力し（ステップＳ８０１）、位置姿勢演算器２０は、当該慣性情報に基づいて飛しょう体２の位置及び姿勢角を算出する（ステップＳ８０２）。
【００４５】
切換型分配合成器９の設定に従ってモノパルス測角形態又は到来方向推定形態で合成された４系統の受信信号は、受信データ処理部１５を介して電力合成演算器１２に入力する（ステップＳ８０３）。電力合成演算器１２は、当該４系統の受信信号を加算し、受信信号の合計電力を計算する（ステップＳ８０５）。この受信信号の合計電力が所定の値以上である場合に、目標１からの反射波が検出されたと判断される。目標１からの反射波が検出されたら、目標検出演算器１３は、送信波を送出してから反射波を受信するまでに要した時間に基づいて目標１との相対距離を算出する。受信信号の合計電力が所定値に満たない場合には、ステップＳ８０１に戻って上記のステップＳ８０１からＳ８０４の処理を繰り返してもよい。
【００４６】
測角形態切換器１４は、算出された目標１との相対距離が所定の距離以上であるか否かを判定する（ステップＳ８０７）。相対距離が所定の距離以上であれば、測角形態切換器１４は、通常測角モードでの測角を切換型分配合成器９及び受信データ処理器１５に指示する（ステップＳ８０８）。一方、相対距離が所定の距離未満であれば、測角形態切換器１４は、高精度測定モードでの測角を切換型分配器９及び受信データ処理器１５に指示する（ステップＳ８０９）。
【００４７】
図９は、通常測角モードにおける測角手順を示すフローチャートである。
【００４８】
通常測角モードが指定されると、受信データ処理器１５は、モノパルス測角形態（図３及び図５参照）による４系統の受信信号を誤差角演算器１６に出力する。誤差角演算器１６は、第２素子群（左上の領域５１２）と第３素子群（左下の領域５１３）の受信電力の和と、第１素子群（右上の領域５１１）と第４素子群（右下の領域５１４）の受信電力の和との差分を算出し、当該差分から目標１の方位角を算出する（ステップＳ９０１）。また、誤差角演算器１６は、第１素子群（右上の領域５１１）と第２素子群（左上の領域５１２）の受信電力の和と、第３素子群（左下の領域５１３）と第４素子群（右下の領域５１４）の受信電力の和との差分を算出し、当該差分から目標１の高低角を算出する（ステップＳ９０２）。
【００４９】
なお、図９では目標１の方位角の測定（ステップＳ９０１）の後に高低角の測定（ステップＳ９０２）が行なわれているが、逆に目標１の高低角が測定された後に方位角が測定されてもよい。目標１の方位角及び高低角が測定されたら、フローは後述する図８のステップＳ８１０に進む。
【００５０】
図１０は、高精度測角モードにおける測角手順を示すフローチャートである。
【００５１】
高精度測角モードが指定されると、受信データ処理器１５は、到来方向推定形態（図４及び図６参照）による４系統の受信信号を誤差角演算器１７に出力する。誤差角演算器１７は、ＭＵＳＩＣ法またはＭＯＤＥ法により到来方向推定計算を実施して高低方向の誤差角を算出する（ステップＳ１００１）。
【００５２】
誤差角演算器１７は、検出された電波の数（受信された反射波の数）を判定する（ステップＳ１００２）。２波の電波が受信されている場合、目標反射波と地上反射波が共に検出されていると判定され、誤差角演算器１７はワークメモリにおいて２波判定フラグを“入”に設定する（ステップＳ１００３）。誤差角演算器１７は、位置姿勢演算器２０が算出した飛しょう体２の位置及び姿勢角を取得する（ステップＳ１００４）。この位置及び姿勢角と、前回の検出期間に得られたビーム指示角に基づいて、２波のうち上側を示す電波が目標反射波とされ、誤差角演算器１７は、目標反射波の誤差角を目標１の高低角として選択する（ステップＳ１００５）。
【００５３】
１波の電波が受信されている場合、電力変動等の影響で２波が検出されなかったものと判断され、誤差角算出器１７は２波判定フラグの設定を判定する（ステップＳ１００６）。２波判定フラグの設定が“入”になっている場合、既に２波検出を実施しているので、前回までの２波検出で上側目標と判定して得られた高低角の値をもとに予測フィルタ（αβフィルタ、カルマンフィルタ等）を適用して高低角の予測値を推定する（ステップＳ１００７）。２波判定フラグの設定が“切”になっている場合は、まだ２波検出が成されていないので、誤差角算出器１７はステップＳ１００１で算出された誤差角を目標１の高低角として選択する（ステップＳ１００８）。
【００５４】
電波が１波も受信されていない場合には、同様に、電力変動等の影響で２波が検出されなかったものと判断され、誤差角算出器１７は２波判定フラグの設定を判定する（ステップＳ１００９）。２波判定フラグの設定が“入”になっている場合、前回の測角処理で得られた高低角に予測フィルタ（αβフィルタ、カルマンフィルタ等）を適用して高低角の予測値を推定する（ステップＳ１０１０）。２波判定フラグの設定が“切”になっている場合、誤差角算出器１７は、通常測角モードのモノパルス測角形態による高低角の検出結果も含めた前回までの測角処理結果から、予測フィルタを適用して高低角を予測し、目標１の高低角として選択する（ステップＳ１０１１）。
【００５５】
目標１の高低角が選択されたら、測角形態切換器１４によって測角形態がモノパルス測角形態（図３及び図５参照）に切換えられる。誤差角演算器１６は、モノパルス測角形態による４系統の受信信号から目標１の方位角を算出する（ステップＳ１０１２）。目標１の方位角及び高低角が測定されたら、フローは図８のステップＳ８１０に進む。
【００５６】
ステップＳ８０８又はステップＳ８０９の処理により目標１の方位角及び高低角が算出されたら、目標方向角演算器１８が当該方位角と高低角、飛しょう体２の姿勢角、及び前回の検出期間に得られたビーム指示角に基づいて目標１の方向（目標方向角）を算出する（ステップＳ８１０）。そして、目標方向角に基づいて新たにビームを向けるべきビーム指示角をビーム指示角演算器２１が算出し、当該ビーム指示角に送信波ビームを射出するのに必要な移相量データを移相量演算器２２が算出する（ステップＳ８１１）。算出された移相量データは、アンテナ部５へ出力される（ステップＳ８１２）。
【００５７】
また、操舵指令信号生成器２３は、誤差角に基づいて操舵指令信号を生成し（ステップＳ８１３）、操舵装置４に出力する（ステップＳ８１４）。その後、フローはステップＳ８０１に戻り、同様の測定が繰り返される。
【００５８】
以上のように、本実施形態に係る誘導装置３によれば、飛しょう体２が目標１に接近したら、直接反射波のみを捕捉して追跡することができる。
【００５９】
アンテナ部５は、位相制御によるフェーズドアレイアンテナ方式を利用し、通常の測角（モノパルス測角）と到来方向推定による測角をともに実施できるように、アンテナ素子６−１〜６−Ｎの電力合成形態を切換えられる切換型合成分配器９を具備する。切換型合成分配器９による電力合成形態は、信号処理部１１からの制御信号に応じて切換え可能となる。信号処理部１１は、目標１の方位角及び高低角の検出のために、モノパルス測角を行なう信号処理部（誤差角演算器１６）と到来方向推定を行なう信号処理部（誤差角演算器１７）を有する信号処理を具備することで、小型の飛しょう体２においても一連の機能が実現可能となる。
【００６０】
誘導装置３では、目標１と飛しょう体２が接近したら、高低角方向の角度検出に到来方向推定処理を適用して直接反射波と地表反射波とを分離して検出することができる。また、直接反射波と地表反射波を分離して検出した後、慣性情報に基づいて上下方向が推定される。これによって直接反射波の方向が推定され、目標１の方向が推定できる。
【００６１】
また、本実施形態によれば、電力変動等の電波環境要因により直接反射波と目標反射波を分離して検出できない場合であっても、既検出情報をもとに目標１の方向を推定するため、追跡を継続することができる。
【００６２】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態で第１の実施形態と対応する部分は対応する参照数字を付して詳細な説明は省略する。
【００６３】
第１の実施形態では、飛しょう体２が小型で、受信系統の実装は４系統に限られていたが、実装規模に余裕があるときには、第２の実施形態のように受信系統を８系統としてもよい。
【００６４】
第２の実施形態
第２の実施形態に係る誘導装置を搭載した飛しょう体による目標捕捉の例も、図１において示される。
【００６５】
図１１は、第２の実施形態に係る誘導装置の詳細構成を示すブロック図である。
【００６６】
誘導装置３は、第１の実施形態と同様に、アンテナ部５、高周波部１０、信号処理部１１及び慣性計測部１９を具備する。
【００６７】
アンテナ部５は、第１の実施形態と同様に、フェーズドアレイアンテナによって形成され、複数の電子走査アンテナ素子６−１〜６−Ｎと、それぞれのアンテナ素子に対応して送受信モジュール７−１〜７−Ｎを備えている。アンテナ素子６−１〜６−Ｎは、図５及び図６に示すように２次元配列されている。
【００６８】
アンテナ部５はまた、移相量制御器８と分配合成器９０を具備する。本実施形態に係る分配合成器９０は、送受信モジュール７−１〜７−Ｎの受信電力を合成して８系統の受信信号を生成する。
【００６９】
図１２は、第２の実施形態に係る分配合成器９０による電力合成の単位を示す。図１２に示すように、アンテナ部５のアンテナ素子６−１〜６−Ｎの配列は、左右に等分され、左右領域はそれぞれ縦型に４つの領域に分割される。すなわち、アンテナ素子６−１〜６−Ｎの配列は合計８つの領域に分割される。分割された各領域は、８つの部分アンテナＡ〜Ｈを構成する。分配合成器９０は、各部分アンテナに含まれるアンテナ素子の受信電力を合計して、８系統の受信信号を生成し、高周波部１０に出力する。
【００７０】
高周波部１０は、分配合成器９０から出力された８系統の受信信号それぞれをＧＨｚ単位の無線周波数からＭＨｚ単位の中間周波数にまで周波数変換して、信号処理部１１に出力する。
【００７１】
慣性計測部１９は、例えば角速度センサと加速度センサを備え、飛しょう体２の慣性計測情報（角速度や加速度）を計測する。
【００７２】
第２の実施形態に係る信号処理部１１は、電力合成演算器１２、目標検出演算器１３、受信データ処理器１５、誤差角演算器１６と１７、目標方向演算器１８、位置姿勢演算器２０、ビーム指示角演算器２１、移相量演算器２２、及び操舵指令信号生成器２３を具備している。
【００７３】
電力合成演算器１２は、デジタル変換された８系統の受信電力を合成する。目標検出演算器１３は、合成した受信電力値が所定のレベル以上であるか否かを判定する。受信電力値が所定のレベルに満たなければ、受信された信号はノイズであるとする。一方、受信電力値が所定のレベル以上であれば、目標１からの反射波が測定されていると見なされる。受信電力値が所定のレベル以上であれば、目標検出演算器１３は飛しょう体２から目標１までの相対距離を算出する。
【００７４】
受信データ処理器１５は、高周波部１１から入力する８系統の受信信号に基づいて４系統ずつの信号を生成して、誤差角演算器（モノパルス）１６及び誤差角演算器（到来方向推定）１７に出力する。
【００７５】
誤差角演算器１６は、モノパルス測角に従う演算を実施して方位方向の誤差角（方位角）、高低方向の誤差角（高低角）を算出する。
【００７６】
モノパルス測角は、第１の実施形態と同様に、目標１の高低角及び方位角の測定に用いられる。モノパルス測角の際には、アンテナ部５のアンテナ素子６−１〜６−Ｎの配列が第１の実施形態と同様に、上下及び左右に等分（４象限配列）される。
【００７７】
すなわち、図１３に示すように、部分アンテナＥ及び部分アンテナＦのアンテナ素子が右上の第１素子群を、部分アンテナＡ及び部分アンテナＢのアンテナ素子が左上の第２素子群を、部分アンテナＣ及び部分アンテナＤのアンテナ素子が左下の第３素子群を、部分アンテナＧ及び部分アンテナＨのアンテナ素子が右下の第４素子群を構成する。分配合成器９は、素子群ごとに受信電力を合成し、４系統の受信信号を生成する。誤差角演算器１６は、この受信信号から目標１の方位角及び高低角を検出する。
【００７８】
誤差角演算器（到来方向推定）１７は、到来方向推定法（ＭＯＤＥ法又はＭＵＳＩＣ法）によって高低方向の誤差角を算出する。
【００７９】
到来方向推定は、第１の実施形態と同様に、直接反射波と地表反射波を分離し、目標１の高低角を推定するために用いられる。到来方向推定の際には、アンテナ部５のアンテナ素子６−１〜６−Ｎが、第１の実施形態と同様に、縦方向に４つの領域に分割（４縦型配列）される。
【００８０】
すなわち、図１４に示すように、部分アンテナＡ及び部分アンテナＥのアンテナ素子が最上部の第１素子群を、部分アンテナＢ及び部分アンテナＦのアンテナ素子が上から２番目の第２素子群を、部分アンテナＣ及び部分アンテナＧのアンテナ素子が上から３番目の第３素子群を、部分アンテナＤ及び部分アンテナＨのアンテナ素子が最下部の第４素子群を構成する。分配合成器９０は、素子群ごとに受信電力を合成し、４系統の受信信号を生成する。誤差角演算器１７は、この受信信号から到来方向推定処理（ＭＵＳＩＣ法やＭＯＤＥ法）によって目標反射波及び地表反射波を検出し、上側の反射波から目標１の高低角を検出する。到来方向推定により、目標反射波と地表反射波とを分離して検出することができる。
【００８１】
目標方向角演算器１８は、誤差角演算器１６及び誤差角演算器１７から出力される方位角と高低角に基づいて目標１の方向を算出する。ビーム指示角演算器２１は新たにビームを向けるべき方向を算出し、移相量演算器２２はアンテナ部５に設定する移相量データを算出し、アンテナ部５へ出力する。
【００８２】
操舵指令信号生成器２３は、飛しょう体２の飛しょう方向を目標１の方向へ誘導するための誘導信号（操舵指令信号）を生成し、操舵装置４に出力する。
【００８３】
図１５は、第２の実施形態において目標との距離に応じて測定モードが切り替えられる様子を示す模式図である。
【００８４】
低空を飛行する目標１が遠方にあり、飛しょう体２との相対距離が大きい場合には、通常測角モードによる誤差角の検出が行なわれる。通常測角モードでは、第１の実施形態と同様に、１検出期間において受信された受信信号から、モノパルス測角による高低角及び方位角の検出が行なわれる。
【００８５】
飛しょう体２が低空で飛行する目標１に接近し、飛しょう体２自身の飛行高度が低下したら、高精度測角モードによる誤差角の検出が行なわれる。第２の実施形態に係る高精度測角モードでは、１検出期間において受信された受信信号から、到来方向推定形態による高低角とモノパルス測角による方位角とを共に検出することができる。
【００８６】
このように、本実施形態に係る誘導装置では、信号処理部１１に入力する８系統の受信信号を演算するだけでモノパルス測角（４象限配列）と到来方向推定（４縦型配列）を行なうことができる。従って、合成分配器を切換型に構成する必要がなくなる。また、１検出期間の受信信号によってモノパルス測角と到来方向推定の同時処理が可能となる。
【００８７】
本願発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、前記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、１つの実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されたり、幾つかの実施形態に示される構成要件が組み合わされても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除されたり組み合わされた構成が発明として抽出され得るものである。
【符号の説明】
【００８８】
１…目標、２…飛しょう体、３…誘導装置、４…操舵装置、５…アンテナ部、６−１〜６−Ｎ…アンテナ素子、７−１〜７−Ｎ…送受信モジュール、８…移相量制御器、９…切換型分配合成器、１０…高周波部、１１…信号処理部、１２…電力合成演算器、１３…目標検出演算器、１４…測角形態切換器、１５…受信データ処理器、１６、１７…誤差角演算器、１８…目標方向演算器、１９…慣性計測部、２０…位置姿勢演算器、２１…ビーム指示角演算器、２２…移相量演算器、２３…操舵指令信号生成部。
【図１】
0005380267.tif 000002
【図２】
0005380267.tif 000003
【図３】
0005380267.tif 000004
【図４】
0005380267.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005380267.tif 000007
【図７】
0005380267.tif 000008
【図８】
0005380267.tif 000009
【図９】
0005380267.tif 000010
【図１０】
0005380267.tif 000011
【図１１】
0005380267.tif 000012
【図１２】
0005380267.tif 000013
【図１３】
0005380267.tif 000014
【図１４】
0005380267.tif 000015
【図１５】
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