(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標物が存在する目標位置を、飛しょう体に対する相対的な位置として推定して、目標物に到達するように飛しょうする飛しょう体に搭載され、前記目標位置を推定するための装置であって、
飛しょう体の飛しょう状態に基づいて、慣性航法演算によって目標位置を推定する演算手段と、
演算手段によって推定される目標位置の方向に存在し、目標物であると推定される物体までの距離を計測する計測手段と、
演算手段によって推定される目標位置の方向を撮像する撮像手段とを含み、
演算手段は、慣性航法演算によって推定される目標位置までの距離と、計測手段によって計測される前記物体までの距離とに基づいて、推定される目標位置を補正するとともに、撮像手段によって撮像される画像のうち、補正した目標位置の方向に相当する位置近傍の画像範囲だけを画像処理して、目標物を識別することを特徴とする目標位置の推定装置。
【請求項２】
地表面上の目標物が存在する目標位置を、飛しょう体に対する相対的な位置として推定して、目標物に到達するように飛しょうする飛しょう体に搭載され、前記目標位置を推定するための装置であって、
発射直前における飛しょう体から目標物までの相対的距離である目標標定距離を記憶する目標標定距離記憶部と、
飛しょう体の加速度および角速度を検出する慣性センサと、
慣性センサによって検出される加速度および角速度から飛しょう距離を演算し、目標標定距離から飛しょう距離を減算することによって、目標位置を推定する演算手段と、
演算手段によって推定される目標位置の方向の地表面までの距離を計測する計測手段と、
演算手段によって推定される目標位置の方向を撮像する撮像手段とを含み、
演算手段は、慣性航法演算によって推定される目標位置までの距離と、計測手段によって計測される前記地表面までの距離とに基づいて、これらの距離のずれが小さくなるように、推定される目標位置の方向を補正し、その方向の地表面の位置を目標位置とするように補正するとともに、撮像手段によって撮像される画像のうち、補正した目標位置の方向に相当する位置近傍の画像範囲だけを画像処理して、目標物を識別することを特徴とする目標位置の推定装置。
【請求項３】
目標物は地表面上の物体であり、
演算手段によって目標物が識別されるまでの目標物を探索するとき、前記計測手段は、演算手段によって演算される目標位置の方向の地表面までの距離を計測することを特徴とする請求項１または２記載の目標位置の推定装置。
【請求項４】
演算手段によって画像中に複数の目標物の候補が抽出されているとき、前記計測手段は、各目標物の候補までの距離をそれぞれ計測することを特徴とする請求項１または２記載の目標位置の推定装置。
【請求項５】
演算手段によって識別された目標物に対し、ホーミング飛しょうしているとき、前記計測手段は、目標物までの距離を計測することを特徴とする請求項１または２記載の目標位置の推定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、飛しょう体に搭載され、飛しょう体が到達すべき目標物の存在する位置を推定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
目標物に向けて飛しょうすべき飛しょう体は、目標物が存在する位置の飛しょう体に対する方向（以下、「目標方向」という）を推定し、最終的に目標物に到達するように飛しょうしている。目標物が存在すべき方向を推定する装置の従来の技術として、慣性航法の演算結果だけに基づいて推定する装置がある。この装置は、センサによって加速度および角速度を検出して、飛しょう体の現在位置および機軸方向を演算して求め、この演算結果と目標物の位置情報にだけ基づいて飛しょう体に対する目標物の方向を推定している。
【０００３】
また他の従来の技術の装置では、撮像された画像を処理して目標物の画像が得られたときには、この画像に基づいて目標物をロックオンして追尾し、雲への進入などによって画像が得られなくなってロックオフしたときには、ロックオフする直前の目標物の画像からの情報をホールド処理し、これに基づいて慣性航法の演算結果で目標方向を推定している。
【０００４】
さらにまた他の従来の技術として、特開平７−１８０９９６に示される装置がある。この装置では、追尾目標（目標物）を撮像部（撮像手段）によって撮像するとともに、その目標像（目標物の画像）と撮像部までの相対距離を測定し、目標像に対してその相対距離および寸法から目標像の寸法を算出して、算出された寸法と追尾目標の寸法を算出して、目標像が追尾目標か否かを判定している。
【０００５】
さらにまた他の従来の技術として、特開平１０−１３２９３５に示される装置がある。この地上に設けられる装置では、その上空を飛しょうする追尾目標を画像追尾することによって追尾目標の方位角を計測するとともに、レーザ測距器によって計測した追尾目標までの距離を計測することによって、追尾目標の空間的な位置を計測する装置であって、広がり角の小さいレーザ光を追尾目標に向けることができるように、レーザ指向角可変装置を設けてレーザ光を撮像された画像内の追尾目標の方向へ指向させている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
慣性航法の演算結果だけに基づいて目標位置を推定する装置では、加速度および角速度を検出するセンサの誤差ならびに飛しょう体発射時の発射角誤差などの初期誤差が目標位置の推定に直接影響し、推定精度は極めて低い。また画像処理によって目標物の識別をしている装置では、目標物が識別できているときには、画像追尾しているが、この画像追尾中に雲に進入して目標物の画像追尾ができなくなったとき、目標位置の推定精度が低いので、雲からでても再びロックロンすることが困難である。つまりロックオフする前の情報は、慣性航法演算結果と、画像処理による目標位置の方向だけであり、これに基づく目標位置の３次元的な位置の推定精度は、低くなってしまう。したがって雲に進入する直前に推定している位置も誤差が大きいので、雲中を飛しょうしているときに慣性航法演算結果だけ推定され、雲からでたときに推定されている目標位置は、当然精度が低くなってしまう。さらに、画像追尾した目標物への命中直前に、目標物の画像拡大により追尾画像の分離現象が発生した場合において、目標位置の推定精度が低いために、分離現象の同一目標判定が困難となっている。
【０００７】
また特開平７−１８０９９６に示される装置では、追尾目標の方向と相対距離によって、追尾目標の相対位置を３次元的に推定することが可能であるけれども、目標像が得られて始めて、すなわち追尾目標からの情報が得られて始めて、追尾目標の相対位置を推定することができるのである。したがってこの装置では、目標探索時の目標との相対位置の推定は困難である。また目標を追尾中に雲に進入して、目標の撮像ができなくなると、雲中において追尾ができないだけでなく、雲からでても再び画像追尾（ロックオン）することが極めて困難となる。
【０００８】
さらに特開平１０−１３２９３５に示される装置では、特開平７−１８０９９６の装置と同様に、追尾目標の探索は、困難である。またこの装置は地上に設置される装置であり、目標物に到達するように飛しょうできるように構成されておらず、仮にこの装置を飛しょう体に搭載したとしても、目標物を探索し、その目標物に到達するように飛しょうすることができない。
【０００９】
本発明の目的は、目標物からの画像情報が得られなくても目標位置を高い精度で推定することができる目標位置の推定装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、目標物が存在する目標位置を、飛しょう体に対する相対的な位置として推定して、目標物に到達するように飛しょうする飛しょう体に搭載され、前記目標位置を推定するための装置であって、
飛しょう体の飛しょう状態に基づいて、慣性航法演算によって目標位置を推定する演算手段と、
演算手段によって推定される目標位置の方向に存在し、目標物であると推定される物体までの距離を計測する計測手段と、
演算手段によって推定される目標位置の方向を撮像する撮像手段とを含み、
演算手段は、慣性航法演算によって推定される目標位置までの距離と、計測手段によって計測される前記物体までの距離とに基づいて、推定される目標位置を補正するとともに、撮像手段によって撮像される画像のうち、補正した目標位置の方向に相当する位置近傍の画像範囲だけを画像処理して、目標物を識別することを特徴とする目標位置の推定装置である。
【００１１】
本発明に従えば、演算手段は、飛しょう体の飛しょう状態に基づいて目標位置を演算することが可能であり、演算される目標位置の方向に存在する物体までの距離を計測し、この計測される距離に基づいて、演算によって求められる目標位置を補正することができる。換言すれば、目標位置の演算結果が誤差を含んでいるか否かを判断することができ、誤差を含んでいるときには、演算される目標位置を計測結果に基づいて補正して、誤差を無くす、または小さくすることができる。これによって目標物からの情報、たとえば目標物の画像などの情報がなくても、目標位置を高精度に推定することができる。したがって飛しょう体は、目標物を確実の捕捉するように飛しょうすることができる。
さらに演算される目標位置の方向を撮像手段によって撮像し、演算手段によって画像を処理して目標物を識別することができる。これによって目標物が識別されると、この目標物の画像に基づいて、目標位置の方向を正確に求めることができ、目標位置を正確に推定することができる。演算手段によって画像を処理するにあたって、撮像して得られる画像全体を処理するのではなく、画像中の補正した目標位置の方向に相当する位置近傍の画像範囲だけを画像処理する。したがって画像処理演算の処理範囲を小さくすることができ、目標物の候補の抽出精度を高くすることができる。
【００１２】
請求項２記載の本発明は、地表面上の目標物が存在する目標位置を、飛しょう体に対する相対的な位置として推定して、目標物に到達するように飛しょうする飛しょう体に搭載され、前記目標位置を推定するための装置であって、
発射直前における飛しょう体から目標物までの相対的距離である目標標定距離を記憶する目標標定距離記憶部と、
飛しょう体の加速度および角速度を検出する慣性センサと、
慣性センサによって検出される加速度および角速度から飛しょう距離を演算し、目標標定距離から飛しょう距離を減算することによって、目標位置を推定する演算手段と、
演算手段によって推定される目標位置の方向の地表面までの距離を計測する計測手段と、
演算手段によって推定される目標位置の方向を撮像する撮像手段とを含み、
演算手段は、慣性航法演算によって推定される目標位置までの距離と、計測手段によって計測される前記地表面までの距離とに基づいて、これらの距離のずれが小さくなるように、推定される目標位置の方向を補正し、その方向の地表面の位置を目標位置とするように補正するとともに、撮像手段によって撮像される画像のうち、補正した目標位置の方向に相当する位置近傍の画像範囲だけを画像処理して、目標物を識別することを特徴とする目標位置の推定装置である。
【００１３】
本発明に従えば、演算手段は、飛しょう体の飛しょう状態に基づいて目標位置を演算することが可能であり、演算される目標位置の方向に存在する物体までの距離を計測し、この計測される距離に基づいて、演算によって求められる目標位置を補正することができる。換言すれば、目標位置の演算結果が誤差を含んでいるか否かを判断することができ、誤差を含んでいるときには、演算される目標位置を計測結果に基づいて補正して、誤差を無くす、または小さくすることができる。これによって地表面上の目標物からの情報、たとえば地表面上の目標物の画像などの情報がなくても、目標位置を高精度に推定することができる。したがって飛しょう体は、地表面上の目標物を確実の捕捉するように飛しょうすることができる。
さらに演算される目標位置の方向を撮像手段によって撮像し、演算手段によって画像を処理して地表面上の目標物を識別することができる。これによって目標物が識別されると、この目標物の画像に基づいて、目標位置の方向を正確に求めることができ、目標位置を正確に推定することができる。演算手段によって画像を処理するにあたって、撮像して得られる画像全体を処理するのではなく、画像中の補正した目標位置の方向に相当する位置近傍の画像範囲だけを画像処理する。したがって画像処理演算の処理範囲を小さくすることができ、地表面上の目標物の候補の抽出精度を高くすることができる。
【００１４】
請求項３記載の本発明は、目標物は地表面上の物体であり、
演算手段によって目標物が識別されるまでの目標物を探索するとき、前記計測手段は、演算手段によって演算される目標位置の方向の地表面までの距離を計測することを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、演算手段によって目標物が識別されるまでの目標物を探索するとき、計測手段によって演算される目標位置の方向の地表面までの距離を計測する。地表面に存在する目標物は、目標物までの距離と背景物である地表面までの距離とに大きな差がなく、計測結果による目標位置の補正を確実に行うことができる。
【００１６】
請求項４記載の本発明は、演算手段によって画像中に複数の目標物の候補が抽出されているとき、前記計測手段は、各目標物の候補までの距離をそれぞれ計測することを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、演算手段によって画像中に複数の目標物の候補が抽出されているとき、計測手段によって各目標物の候補までの距離をそれぞれ計測することによって、各目標物の候補の相対位置をより正確に求めて、目標物を高い精度で識別することができる。また各目標物の候補までの距離を正確に把握することによって、各目標物の候補までの相対距離が、後続の動作を正確に行うために必要な最近接距離になるまで、目標物の識別処理が可能であり、これによっても識別精度を高くすることができる。
【００１８】
請求項５記載の本発明は、演算手段によって識別された目標物に対し、ホーミング飛しょうしているとき、前記計測手段は、目標物までの距離を計測することを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、演算手段によって目標物が識別された状態で飛しょうしているとき、計測手段によって目標物までの距離を計測しているので、このような目標物が識別された状態においても目標物のまでの相対距離を正確に把握し、目標物の相対位置を正確に推定することができる。これによって目標物を画像追尾している状態から、たとえば飛しょう体が雲に進入するなどして画像追尾ができなくなって目標位置演算手段による演算だけによって目標位置を推定する状態になっても、この状態における目標位置の推定は、画像追尾中に得た正確な相対位置に基づいて推定することができるので、極めて高い精度で目標位置を推定することができる。したがって飛しょう体が雲からでるなどして、目標位置の方向の撮像が可能になったときに、目標物を容易に識別することができ、再び画像追尾状態に容易に復帰することができる。さらに、画像追尾した目標物への命中直前に、目標物の画像拡大により追尾画像の分離現象が発生した場合において、計測手段によって得られた極めて高精度の目標物との相対距離に基づいた目標画像サイズ演算結果によって、分離画像の同一目標判定が可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態の目標位置の推定装置１の構成を示すブロック図であり、図２は飛しょう体２が飛しょうしている状態を示す斜視図である。推定装置１は、たとえば発射装置３から発射され、目標物４が存在する相対的な目標位置を推定し、目標物４に向けて飛しょうするための飛しょう体２などに搭載される。無人である飛しょう体２は、ＬＯＡＬ（Ｌｏｃｋ  Ｏｎ  Ａｆｔｅｒ  Ｌａｕｎｃｈ）型の飛しょう体であって、発射装置３から発射された後に、空中で目標物４を発見して自動制御によって追尾（ロックオン）し、目標物４に向けて誘導される。飛しょう体２を目標物４に誘導するためには、目標物４が存在する目標位置を推定する必要があり、飛しょう体２に推定装置１が備えられる。本実施の形態では、発射装置３は地表面上に設けられ、また目標物４も地表面にある物体である。
【００２１】
推定装置１は、飛しょう体２の飛しょう状態に基づいて目標位置を演算する演算手段５と、演算される目標位置の方向に存在する物体までの距離を計測する測距ユニット６とを含む。演算手段５は、目標方向推定演算回路７を有し、この目標方向推定演算回路７によって、演算される目標位置と計測される距離とに基づいて演算される目標位置の方向（目標方向）を補正する。さらに具体的には、推定装置１は、計測手段である前記測距ユニット６と、慣性センサ８と、目標標定距離記憶部９と、測距指令回路１０と、慣性航法演算回路１１と、画像処理演算回路１２、目標方向推定演算回路７と、ジンバル制御演算回路１３と、撮像部１４と、ジンバル機構部１５とを含む。演算手段５は、目標方向推定演算回路７と、画像処理演算回路１２と、測距指令回路１０と、慣性航法演算回路１１と、ジンバル制御演算回路１３とを含んで構成される。
【００２２】
測距ユニット６は、レーザ測距ユニットであって、レーザ光を送信し、送信したレーザ光の反射レーザ光を受信することによって、送信してから受信するまでの時間に基づいて、飛しょう体２からレーザ光が反射した物体までの距離を計測することができる。測距方向は、測距ユニット６自身の姿勢に依存するものである。つまり、測距ユニット６の姿勢によってレーザ光の送信方向が変化し、計測される距離もレーザ反射地点に対応した値を出力する。
【００２３】
慣性センサ８は、飛しょう体２の加速度および角速度を検出する。慣性センサ８では、この慣性センサ８自身の取付け軸に基づいた直交３軸方向の加速度および直交３軸まわりの角速度を検出することができる。
【００２４】
慣性航法演算回路１１は、慣性センサ８によって検出される加速度および角速度が与えられ、飛しょう体２の飛しょう中の飛しょう距離および飛しょう姿勢角を主に求める。具体的に述べると、慣性航法演算回路１１では、慣性センサ８から入力される慣性センサ取付け軸に基づく直交３軸まわりの角速度と、目標標定距離記憶部９に記憶される飛しょう体２の発射直前の飛しょう体姿勢角初期値を基に飛しょう中の飛しょう姿勢角を演算する。慣性航法演算回路１１では、さらに、演算された姿勢角を用いて、慣性センサ８から入力される慣性センサ取付け軸に基づく直交３軸方向の加速度を予め定められた慣性系の直交３軸方向の加速度に変換、すなわち座標に変換し、積分処理することにより、飛しょう距離を演算する。この飛しょう距離は、飛しょう体２の発射地点からの直線的な移動距離となる。求められる移動距離は、慣性系の直交３軸方向のそれぞれの距離として求められる。
【００２５】
目標標定距離記憶部９には、発射直前における発射装置３に装填された状態の飛しょう体２から目標物４までの相対的距離が目標標定距離として記憶され、さらに加えて飛しょう体姿勢角初期値などの情報が記憶されている。これらの情報は、発射直前に目標標定機能を有する装置において計測され、発射装置３から与えられて記憶される情報である。目標標定距離は、発射地点における鉛直方向に垂直な平面に沿った直線距離である。演算手段５は、また、減算回路２０を有しており、この減算回路２０には、目標標定距離記憶部９が目標標定距離を与えられるとともに、慣性航法演算回路１１から発射後の飛しょう距離の発射地点における鉛直方向に垂直な平面に沿った成分（以下、水平成分という）が与えられる。減算回路２０では、目標標定距離から発射後の飛しょう距離の水平成分をベクトル減算し、飛しょう中における目標位置と飛しょう体２との発射地点における鉛直方向に垂直な平面に沿った相対距離Ｌが推定演算される。
【００２６】
慣性航法演算回路１１では、飛しょう体２が地表面上に置かれた発射装置３から発射され、また目標物４が地表面上の物体であることから、目標位置は、発射地点における鉛直方向に垂直かつ発射地点を含む平面に存在するとし、発射後の飛しょう距離の発射地点における鉛直方向成分を飛しょう高度Ｈとして推定演算している。この飛しょう高度Ｈは、飛しょう中における目標位置と飛しょう体との発射地点における鉛直方向の相対距離を表している。これらの演算相対距離Ｌおよび飛しょう高度Ｈは、飛しょう体２からの相対的な目標位置を表しており、目標方向推定演算回路７に与えられる。
【００２７】
測距ユニット６は、測距指令回路１０から測距トリガが与えられると、レーザ光を送信し、そのレーザ光の反射レーザ光を受信して距離を計測する。測距指令回路１０から測距ユニット６に与えられる測距トリガは、慣性航法演算回路１１にも同時に与えられる。慣性航法演算回路１１では、測距トリガが与えられた時点、したがって測距計測が開始された時点からの飛しょう距離が演算される。
【００２８】
演算手段５は、また、減算回路２１を有しており、この減算回路２１には、測距ユニット６から計測された距離を示す測距データが与えられるとともに、測距計測が開始されてからの飛しょう距離が与えられる。減算回路では、測距データから測距計測開始後の飛しょう距離をベクトル減算し、測距データを更新する間の飛しょう距離を慣性航法演算により補間し、測距距離Ｒを演算する。この補間処理により、測距ユニット６の高い測距データ更新レートは必要とされなくなる。換言すると、測距ユニット６による計測値をそのまま用いるのではなく、飛しょう体２の移動を考慮して測距距離Ｒを求めることによって、より正確に現在の飛しょう体２からレーザが反射した物体までの距離を計測に基づいて求めることができる。特に飛しょう体２が高速で飛しょうする場合には、単位時間あたりの飛しょう体の移動距離が大きくなるので、このような演算を行うことによって、この移動距離の影響を可及的に抑え、極めて高い精度で測距距離Ｒを求めることができる。演算結果の測距距離Ｒは、目標方向推定演算回路７および画像処理演算回路１２に与えられる。
【００２９】
目標方向推定演算回路７は、撮像方向演算と、目標方向演算と、目標方向誤差演算とを行う。撮像方向演算は、飛しょう中に実際に撮像部１４によって撮像されている方向と慣性系水平面との角度を撮像方向θＲとして求める演算であり、ジンバル機構部１５に撮像部１４と同軸上に載置されている測距ユニット６の計測値を用いて計算される。具体的には、測距ユニット６の計算値を補間した測距距離Ｒと慣性航法演算回路１１の出力である飛しょう高度Ｈを用いた式（１）によって求める。
【００３０】
θＲ  ＝  ｔａｎ−１｛Ｈ／√（Ｒ２−Ｈ２）｝                  …（１）
目標方向演算は、慣性航法演算のみによって演算される目標位置方向と慣性系水平面との角度を目標方向θＬとして求める演算である。つまり、慣性航法演算により推定された相対的な目標位置の方向の推定演算である。具体的には、慣性航法演算回路１１から出力される演算相対距離Ｌと飛しょう高度Ｈを用いた式（２）によって求める。
【００３１】
θＬ  ＝  ｔａｎ−１（Ｈ／Ｌ）                              …（２）
目標方向誤差演算は、実際の撮像方向と慣性航法演算による目標位置推定方向との差である目標方向誤差αを求める演算である。具体的には、上記の撮像方向θＲと目標方向θＬを用いた式（３）によって求める。
【００３２】
α  ＝  θＲ  −  θＬ                                      …（３）
ここで、撮像方向演算において、慣性航法演算による飛しょう高度Ｈが用いられているが、目標方向演算においても同様にこの飛しょう高度Ｈが用いられており、なおかつ、目標方向誤差演算において撮像方向θＲと目標方向θＬの差分計算を行っていることから、慣性航法演算結果である飛しょう高度Ｈを撮像方向演算に用いても、目標方向誤差αへの影響は相殺され、充分使用できるものとなる。
【００３３】
画像処理演算回路１２は、赤外線画像を得るための撮像手段である撮像部１４によって撮像される画像を処理して目標物４を識別する処理を行うための識別手段である。画像処理演算回路１２は、得られた画像から明暗および形状などに基づき目標物の候補の抽出を行い、抽出された目標物の候補に対して、目標物の候補の数、目標物の候補が存在する撮像方向からの角度などを算出する。また、抽出された目標物の候補それぞれに対する測距距離Ｒを入力することにより、精度の高い相対的な距離も得られる。これらの目標物の候補の明暗、形状、距離などに基づいて、画像処理演算回路１２は目標物４の識別処理を行う。
【００３４】
さらに、画像処理演算回路１２は、目標物４が識別された後に、撮像部１４から得られた目標物４の画像に対して、ロックオンし画像追尾処理を行うことを指令し、これに基づいて後述のように飛しょう体２をホーミング飛しょうさせ、目標物４に飛しょう体２を誘導することができる。このホーミング飛しょう中においても、目標物４と飛しょう体２の測距距離Ｒを用いることにより、より精度の高い目標サイズ推定ができ、飛しょう体２が目標物４に近接することによる目標画像拡大時の安定した画像追尾が得られる。画像処理演算回路１２は、飛しょう体２にホーミング飛しょうさせるために、目標物の候補および目標物４に対する画像追尾指令をジンバル制御演算回路１３に与える。
【００３５】
ジンバル制御演算回路１３は、目標方向推定演算回路７からの目標方向誤差αを用いて撮像方向の誤差を補正するためにジンバル制御演算を行う。また、画像処理演算回路１２からの画像追尾指令を用いて、目標物の候補および目標物４の画像が撮像画像中心にくるようにジンバル制御演算を行う。具体的には、ジンバル制御演算回路１３は、画像処理演算回路１２から、目標物の候補および目標物の画像が撮像画像全体の画像中心に配置されるように指令する画像追尾指令が与えられていないときには、目標方向推定演算回路７から与えられる目標方向誤差αをなくすようにジンバル機構部１５を動作させるためのたとえばモータの回転角などを演算し、画像追尾指令が与えられているときには、この画像追尾指令に基づいて、目標物および目標物の候補を画像追尾するように、ジンバル機構部１５を動作させるための演算を行う。この演算結果をジンバル機構部１５に与えることにより、ジンバル機構部１５の撮像部１４および測距ユニット６が搭載されるジンバルが駆動し、ジンバルに載置されている撮像部１４および測距ユニット６の撮像方向および測距方向が変化する。
【００３６】
図３は、飛しょう体２の一例の構成の概要を示すブロック図である。図３に示すように、飛しょう体２は、上述のような構成の目標位置の推定装置１と、弾頭部１６と、推進部１７と、操舵部１８などを含んで構成されている。弾頭部１６は、目標物４が破壊するための火薬、および起爆回路を有しており、飛しょう体２が目標物に到達したときに爆発する。推進部１７は、飛しょう体２の機軸方向前方（図３の左方）への推進力を発生させ、この推進力によって飛しょう体２は飛しょうすることができる。操舵部１８は、飛しょう体２の機体に設けられる舵を操作し、飛しょう体２の姿勢角を変更することができる。このように姿勢角を変えて飛しょう方向を変更することができる。飛しょう体２は、推進部１７によって発射装置３から射ち出され、慣性航法演算に基づいて飛しょうしながら、目標物４を探索するために撮像部１４によって画像を得る。ここで、測距ユニット６を計測手段として用いた目標方向の推定装置１による目標方向の補正を行い、目標物４を識別する。識別した目標物に対しロックオンし、誘導制御指令を操舵部１８に与えて飛しょう体２をホーミング飛しょうさせ、弾頭部１６によって目標物４を破壊する。推定装置１の演算手段５は、図示しない誘導制御演算回路を有しており、この誘導制御演算回路は、画像処理演算回路１２から目標物の画像追尾指令が与えられていないときは、慣性航法演算回路１１から与えられる相対距離Ｌおよび飛しょう高度Ｈに基づいて、舵の操作量を演算し、操舵指令として操舵部に与え、目標物の画像追尾指令が与えられているときは、画像処理演算回路１２から与えられる。目標物４を画像中心に撮像し続けるように、舵の操作量を演算し、操舵指令として操舵部に与え、飛しょう体２が誘導される。
【００３７】
このような実施の形態では、演算手段５は、飛しょう体２の飛しょう状態に応じて変化する加速度や角速度を慣性センサ８から得ることにより、目標位置を演算することが可能であり、相対的な目標位置を慣性航法演算だけによって求めることができる。しかし、この慣性航法演算のみによる方法では、慣性センサ８の精度、ジンバル機構部１５の角度誤差、飛しょう体２の発射前の初期角度誤差などの影響を直接受ける。そこで、さらに演算された目標位置の方向に存在する物体までの距離を計測し、この計測される距離に基づいて、演算によって求められる目標位置を補正することができる。換言すれば、慣性航法演算のみによって求められた目標位置の演算結果が誤差を含んでいるか否かを判断することができ、誤差を含んでいるときには補正して、誤差を極力小さくすることができる。したがって、飛しょう体２は目標物４を確実に捕捉することができるように飛しょうすることができる。
【００３８】
また、撮像手段である撮像部１４によって撮像された画像から目標物の候補を抽出した後に、各目標物の候補に対する距離を計測することにより、識別手段である画像処理演算回路１２で行われる目標物４の識別処理において、精度の高い演算が可能となる。
【００３９】
図４は目標物４の探索状態における飛しょう体２を示す側面図であり、図５は撮像手段である撮像部１４による画像を示す図である。飛しょう体２が発射装置３から発射されてから、地表面上の目標物４が飛しょう体２の識別手段によって識別されるまでの間、飛しょう体２に搭載された測距ユニット６は撮像方向の地表面までの距離を計測し、目標方向を補正する。つまり、慣性航法演算に基づく方向を撮像しているけれども、慣性センサ８の誤差、ジンバル機構部１５の角度誤差、飛しょう体２の発射前の初期角度誤差などによって慣性航法演算上の相対距離と測距ユニット６を用いて計測した実際の計測距離とにずれが発生する。この場合、目標物４が実際に存在する位置４２ではない位置４０を中心とした画像を撮像している。つまり、撮像部１４が載置されているジンバル機構部１５の向きが位置４０を向いている。このとき、撮像部１４と同軸上に載置されている測距ユニット６によって位置４０との距離を計測することによって、目標位置推定演算を行い、目標物４が実際に存在する位置４２に近づいた位置４１の方向となるように目標推定位置を補正することができる。したがって、測距ユニット６を用いた飛しょう中の撮像方向の距離計測をしない場合に比べて、目標位置の推定精度が高くなるので、目標物の候補を抽出処理するための画像処理演算の処理範囲を、距離を計測しない場合の範囲Ｓ１に比べて、小さい範囲Ｓ２とすることができ、目標物４の抽出精度を向上することができる。
【００４０】
図６は複数の目標物の候補が抽出されたときの飛しょう体２の飛しょう状態を示す側面図であり、図７は撮像手段である撮像部１４による画像を示す図である。図７は、各目標物の候補６０〜６２がそれぞれの撮像方向となるような方向６３〜６５を撮像部１４が向いた状態の画像である。撮像手段である撮像部１４から得た画像の中から、識別手段である画像処理演算回路１２によって複数の目標物の候補６０〜６２が抽出されているとき、図７（１）に示すように、まずは撮像方向上に目標物の候補６０が存在するように、ジンバル機構部１５を変位させることによって、撮像部１４および測距ユニット６を方向６３に向け、測距ユニット６によって目標物の候補６０との距離を計測する。目標物の候補６１，６２についても同様にして距離を計測する。つまり、図７（２）に示すように撮像方向を目標物の候補６１に向けて、測距ユニット６を方向６４に向けて距離を計測し、さらに図７（３）に示すように撮像方向の目標物の候補６１に向けて、測距ユニット６を方向６５に向けて距離を計測する。これによって、各目標物の候補６０〜６２の相対距離をより正確に求めて、識別手段である画像演算処理を用いることにより、目標物４をより正確に識別することができる。また、目標物の候補までの相対距離を高い精度で把握することにより、後続の動作であるホーミング飛しょうの開始を最近接距離になるまで待つことができる。つまり、目標物を識別処理する区間が多く取れ、識別精度を高くすることができる。
【００４１】
図８は、目標物４が識別されてホーミング飛しょうしている状態の飛しょう体２を示す側面図である。飛しょう体２は、識別手段によって目標物４が識別されて、画像に基づく画像ホーミング誘導に切換えられる。このような範囲Ｓ３を飛しょうしている状態においても、飛しょう体２は測距ユニット６を計測手段として目標物４までの距離を計測する。このように、目標物４が識別された後のホーミング飛しょうにおいても、目標物４までの相対距離を正確に把握することによって、目標物４が画像追尾しているロックオン状態から、たとえば範囲Ｓ４を飛しょうしている飛しょう体２が雲８０に進入したり、またはフレアおよび煙幕などによる画像妨害の状態になって画像追尾ができないロックオフ状態になっても、ロックオン状態にて得た正確な距離計測値に基づいた慣性演算を行うことにより、極めて高い精度で目標位置を推定することができる。したがって、飛しょう体２が雲８０からでるなどして、範囲Ｓ５の画像が得られる状態に復帰したときに、高い精度で目標物４を捕捉することが可能となり、再び画像ホーミング誘導に復帰することができる。
【００４２】
上述の実施の形態は、本発明の例に過ぎず、構成を変更することが可能である。たとえば、撮像手段としての撮像部１４は、赤外線画像を得るものだけでなく、可視画像を得る手段でもよい。また、距離の計測手段としての測距ユニット６は、レーザによるものだけではなく、電波などにより距離を計測する手段でもよい。
【００４３】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、演算手段は、飛しょう体の飛しょう状態に基づいて目標位置を演算することが可能であり、目標物からの画像情報が得られなくても、飛しょう状態に基づいて目標位置の推定が可能である。さらに演算される目標位置の方向に存在する物体までの距離を計測し、この計測される距離に基づいて、演算によって求められる目標位置を補正することができる。換言すれば、目標位置の演算結果が誤差を含んでいるか否かを判断することができ、誤差を含んでいるときには、演算される目標位置を計測結果に基づいて補正して、誤差をなくす、または小さくすることができる。これによって目標物からの情報、たとえば目標物の画像などの情報がなくても、目標位置を高精度に推定することができる。したがって飛しょう体は、目標物を確実に捕捉するように飛しょうすることができる。
また演算される目標位置の方向を撮像手段によって撮像し、演算手段によって画像処理して目標物を識別することができるので、目標物が識別されると、この目標物の画像に基づいて、目標位置の方向を正確に求めることができ、目標位置を正確に推定することができる。しかも撮像して得られる画像全体を処理するのではなく、画像中の補正した目標位置の方向に相当する位置近傍の画像範囲だけを画像処理する。したがって画像処理演算の処理範囲を小さくすることができ、目標物の候補の抽出精度を高くすることができる。
【００４４】
請求項２記載の本発明によれば、演算手段は、飛しょう体の飛しょう状態に基づいて目標位置を演算することが可能であり、目標物からの画像情報が得られなくても、飛しょう状態に基づいて目標位置の推定が可能である。さらに演算される目標位置の方向に存在する物体までの距離を計測し、この計測される距離に基づいて、演算によって求められる目標位置を補正することができる。換言すれば、目標位置の演算結果が誤差を含んでいるか否かを判断することができ、誤差を含んでいるときには、演算される目標位置を計測結果に基づいて補正して、誤差をなくす、または小さくすることができる。これによって地表面上の目標物からの情報、たとえば地表面上の目標物の画像などの情報がなくても、目標位置を高精度に推定することができる。したがって飛しょう体は、地表面上の目標物を確実に捕捉するように飛しょうすることができる。
また演算される目標位置の方向を撮像手段によって撮像し、演算手段によって画像処理して地表面上の目標物を識別することができるので、地表面上の目標物が識別されると、この地表面上の目標物の画像に基づいて、目標位置の方向を正確に求めることができ、目標位置を正確に推定することができる。しかも撮像して得られる画像全体を処理するのではなく、画像中の補正した目標位置の方向に相当する位置近傍の画像範囲だけを画像処理する。したがって画像処理演算の処理範囲を小さくすることができ、目標物の候補の抽出精度を高くすることができる。
【００４５】
請求項３記載の本発明によれば、演算手段によって目標物が識別されるまでの目標物を探索するとき、計測手段によって演算される目標位置の方向の地表面までの距離を計測する。地表面に存在する目標物は、目標物までの距離と背景物である地表面までの距離とに大きな差がなく、計測結果による目標位置の補正を確実に行うことができる。
【００４６】
請求項４記載の本発明によれば、演算手段によって画像中に複数の目標物の候補が抽出されているとき、計測手段によって各目標物の候補までの距離をそれぞれ計測することによって、各目標物の候補の相対位置をより正確に求めて、目標物を高い精度で識別することができる。また各目標物の候補までの距離を正確に把握することによって、各目標物の候補までの相対距離が、後続の動作を正確に行うために必要な最近接距離になるまで、目標物の識別処理が可能であり、これによっても識別精度を高くすることができる。
【００４７】
請求項５記載の本発明よれば、演算手段によって識別された目標物に対し、ホーミング飛しょうしているとき、計測手段によって目標物までの距離を計測しているので、このような目標物が識別された状態においても目標物のまでの相対距離を正確に把握し、目標物の相対位置を正確に推定することができる。これによって目標物を画像追尾している状態から、たとえば飛しょう体が雲に進入するなどして画像追尾ができなくなって目標位置演算手段による演算だけによって目標位置を推定する状態になっても、この状態における目標位置の推定は、画像追尾中に得た正確な相対位置に基づいて推定することができるので、極めて高い精度で目標位置を推定することができる。したがって飛しょう体が雲からでるなどして、目標位置の方向の撮像が可能になったときに、目標物を容易に識別することができ、再び画像追尾状態に容易に復帰することができる。さらに、画像追尾した目標物への命中直前に、目標物の画像拡大により追尾画像の分離現象が発生した場合において、計測手段によって得られた極めて高精度の目標物との相対距離に基づいた目標画像サイズ演算結果によって、分離画像の同一目標判定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の目標位置の推定装置１の構成を示すブロック図である。
【図２】飛しょう体２の飛しょう状態を示す斜視図である。
【図３】飛しょう体２の一例の構成を示すブロック図である。
【図４】探索状態における飛しょう体２の飛しょう状態を示す側面図である。
【図５】図４の飛しょう状態における撮像部１４による画像を示す図である。
【図６】複数の目標物の候補が抽出された状態における飛しょう体２の飛しょう状態を示す側面図である。
【図７】図６の飛しょう状態における撮像部１４による画像を示す図である。
【図８】ホーミング飛しょう状態における飛しょう体２の飛しょう状態を示す側面図である。
【符号の説明】
１  目標位置の推定装置
２  飛しょう体
３  発射装置
４  目標物
５  演算手段
６  測距ユニット
７  目標方向推定演算回路
８  慣性センサ
９  目標標定距離記憶部
１０  測距指令回路
１１  慣性航法演算回路
１２  画像処理演算回路
１３  ジンバル制御演算回路
１４  撮像部
１５  ジンバル機構部
１６  弾頭部
１７  推進部
１８  操舵部
２０，２１  減算回路
４０  撮像方向中心の位置（慣性航法演算のみによる目標推定位置）
４１  測距により計測された距離に基づいた補正後の目標推定位置
４２  実際の目標物が存在する位置
６０  目標物の候補（１つ目）
６１  目標物の候補（２つ目）
６２  目標物の候補（３つ目）
６３  目標物の候補（１つ目）の方向
６４  目標物の候補（２つ目）の方向
６５  目標物の候補（３つ目）の方向
Ｓ１  慣性航法演算のみによる場合の目標物を抽出するための画像処理範囲
Ｓ２  測距ユニットの計測値を用いた場合の目標物を抽出するための画像処理
Ｓ３  ホーミング飛しょう時のロックオン状態の区間
Ｓ４  ホーミング飛しょう時のロックオフ状態の区間
Ｓ５  ホーミング飛しょう時の再ロックオン状態の区間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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