(57)【要約】【課題】  標定レーダ装置の規模を増大させることなく、良好な精度を有する標定位置算出方法を得る。【解決手段】  標定レーダ装置によって砲弾等の目標に対する複数の捕捉位置情報を取得し、これらの捕捉位置情報に基づいてこの目標に対する空気抗力係数及び偏流係数を算出し、分弧法による弾道計算を行なう際に、弾道方程式にこれら空気抗力係数及び偏流係数を適用しながら目標の標定位置を算出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速で弾道飛行する目標を捕捉してこの捕捉情報から前記目標の発射位置または着弾位置等の標定位置を算出する標定レーダ装置における標定位置算出方法であって、
前記目標から反射されるレーダエコーを受信して複数の捕捉点における前記目標の捕捉位置情報を取得し、
隣り合う前記捕捉点の捕捉位置情報からこれら捕捉点間における前記目標の速度ベクトルを順次算出し、
隣り合う前記速度ベクトルから前記捕捉点間における加速度ベクトルを順次算出し、
前記速度ベクトル及び加速度ベクトルに基づいて、前記目標に対する速度対空気抗力係数テーブル及び速度対偏流係数テーブルを生成し、
最も遠方の前記捕捉点から分弧法により各分弧点における前記目標の空気抗力係数及び偏流係数をそれぞれ前記速度対空気抗力係数テーブル及び前記速度対偏流係数テーブルを参照して取得しながら弾道計算を行なって前記標定位置を算出することを特徴とする標定位置算出方法。
【請求項２】
前記速度対空気抗力係数テーブルを生成する際は、
前記各加速度ベクトル毎に空気抗力を算出し、
この算出した空気抗力と前記速度ベクトルとからこの速度範囲における実測値としての速度対空気抗力係数テーブルを作成し、
この速度対空気抗力係数テーブルとあらかじめ設定された所定速度範囲における速度対空気抗力係数テーブルとの差を所定の評価関数により統計的に評価し、
この評価結果に基づいて算出された補正係数を前記あらかじめ設定された所定速度範囲における速度対空気抗力係数テーブルに対して適用することによって生成することを特徴とする請求項１に記載の標定位置算出方法。
【請求項３】
前記所定の評価関数は、前記速度範囲における実測値としての速度対空気抗力係数テーブルとあらかじめ設定された所定速度範囲における速度対空気抗力係数テーブルとの差の分散を最小にするものであることを特徴とする請求項２に記載の標定位置算出方法。
【請求項４】
前記速度対偏流係数テーブルを生成する際は、
前記各加速度ベクトル毎に偏流を算出し、
この算出した偏流と前記速度ベクトルとからこの速度範囲における実測値としての速度対偏流係数テーブルを作成し、
この速度対偏流係数テーブルとあらかじめ設定された所定速度範囲における速度対偏流係数テーブルとの差を所定の評価関数により統計的に評価し、
の評価結果に基づいて算出された補正係数を前記あらかじめ設定された所定速度範囲における速度対偏流係数テーブルに対して適用することによって生成することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の標定位置算出方法。
【請求項５】
前記所定の評価関数は、前記速度範囲における実測値としての速度対偏流係数テーブルとあらかじめ設定された所定速度範囲における速度対偏流係数テーブルとの差の分散を最小にするものであることを特徴とする請求項４に記載の標定位置算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速で弾道飛行する砲弾等の目標を捕捉してこの捕捉情報から目標の発射位置または着弾位置等の標定位置を算出する標定レーダ装置における標定位置算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダビームを走査することによってビーム幕を形成しておき、高速で弾道飛行する砲弾等の目標がこのビーム幕の中を通過したときの位置情報から目標の弾道経路を推定し、目標の発射位置または着弾位置（以下、標定位置と表わす）を算出する標定レーダ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に開示された標定レーダ装置においては、高低方向に幅の広いレーダビームを所定の速度で方位方向に走査を繰り返すことによってビーム幕を形成しておき、砲弾等の目標がこのビーム幕を通過している間にその目標に対して位置情報や時刻情報を含む複数点の捕捉情報を取得する。そして、これら取得した捕捉情報に基づいて標定位置を算出する。
【０００３】
標定位置を算出する際には、まず、複数点の捕捉情報を得た区間における目標の弾道を推定するための弾道計算を行なう。この計算には、目標の弾道上の位置情報と速度情報が必要であるが、位置情報については、複数点の捕捉情報中の位置情報、すなわち目標の方向とその距離をそのまま使用し、速度情報については、例えば、隣り合う捕捉情報の中の位置情報及び時刻情報から得ている。そして、これら位置情報及び速度情報を用いて捕捉情報に対応した区間における弾道計算を行った後、得られた弾道を前後に辿ることによって標定位置を算出している。
【０００４】
この種の標定レーダ装置において、弾道計算及び目標の標定位置を算出する手法として、分弧法が知られている。分弧法においては、まず、複数点の目標の捕捉情報からその捕捉位置を結んだ弾道の近似曲線を算出し、その中点における位置及び速度ベクトルを得る。次に、これらを初期値として所定の時間間隔、すなわち分弧時間で目標の位置を順次演算する。そして、地表との高度差が既定値よりも小さくなった位置を標定位置としている。
【０００５】
上述の分弧法を用いた標定位置算出方法の事例が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。この特許文献２の事例では、分弧時間を可変することによって、特に、標定位置の算出に要する時間の短縮を図っている。
【特許文献１】特開平９−１０１３６３号公報（第４ページ、図１）
【特許文献２】特開２００２−２７７５３５号公報（第５ページ、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、砲弾は空気抵抗や風等を含む様々な影響を受けながら飛翔するため、飛翔軌跡は、必ずしも単純な放物弾道にはならない。またその影響の受け方は、砲弾の種類によっても異なり、弾道の推定をより複雑にしている。このため、上述のような弾道計算に基づいて、特に目標の発射位置に対する精度の良い位置標定結果を得るには、飛翔軌跡への様々な影響が少ないと考えられる発射直後、すなわち、できる限り発射位置の近くにおける目標の捕捉情報が必要となる。
【０００７】
しかしながら、目標を発射位置近くで捕捉するには、レーダ装置の利得を高め、その探知距離をより長くする必要があり、特にアンテナ部を中心にしてレーダ装置の大型化が避けられなかった。また、大型化によって機動性も制約されていた。
【０００８】
本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、標定レーダ装置の規模を増大させることなく、良好な精度を有する標定位置算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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の標定位置算出方法は、高速で弾道飛行する目標を捕捉してこの捕捉情報から前記目標の発射位置または着弾位置等の標定位置を算出する標定レーダ装置における標定位置算出方法であって、前記目標から反射されるレーダエコーを受信して複数の捕捉点における前記目標の捕捉位置情報を取得し、隣り合う前記捕捉点の捕捉位置情報からこれら捕捉点間における前記目標の速度ベクトルを順次算出し、隣り合う前記速度ベクトルから前記捕捉点間における加速度ベクトルを順次算出し、前記速度ベクトル及び加速度ベクトルに基づいて、前記目標に対する速度対空気抗力係数テーブル及び速度対偏流係数テーブルを生成し、最も遠方の前記捕捉点から分弧法により各分弧点における前記目標の空気抗力係数及び偏流係数をそれぞれ前記速度対空気抗力係数テーブル及び前記速度対偏流係数テーブルを参照して取得しながら弾道計算を行なって前記標定位置を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、標定レーダ装置の規模を増大させることなく、良好な精度を有する標定位置算出方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明に係る標定位置算出方法を実施するための最良の形態について、図１乃至図７を参照して説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明に係る標定位置算出方法の一実施例を示すフローチャートである。また、図２は、この標定位置算出方法を適用して目標の標定位置を算出する場面の一例を示す概念図である。この図２では、高速で弾道飛行する砲弾１を標定レーダ装置２のレーダビーム３により複数の捕捉点（捕捉点１〜捕捉点ｍ）で捕捉し、これらの捕捉位置情報に基づいて砲弾１の弾道４を推定して砲弾の発射位置５を算出する場面を例示している。以下、この図２に例示した場面における標定位置算出方法を図１のフローチャートを参照して説明する。
【００１３】
まず、標定レーダ装置２の形成したレーダビーム３内において、高速で弾道飛行する砲弾１を、ｍ個の捕捉点（捕捉点１〜捕捉点ｍ）で捕捉する。この捕捉結果は、各捕捉点毎に、捕捉位置情報として取得される。本実施例においては、捕捉位置情報は、捕捉点までの距離Ｒ、捕捉点の方位角θＡＺ及び仰角θＥＬ、ならびに捕捉時刻ｔとしている。各捕捉点毎に取得したこれら捕捉位置情報をモデル化して図３に例示する（ＳＴ１１）。
【００１４】
次に、隣り合う捕捉点の捕捉位置情報から、これら２点間における速度ベクトルＶｎを順次算出し、Ｖ１〜Ｖ（ｍ−１）を得る。上記した図３に、算出された速度ベクトルＶｎをモデル化して例示する（ＳＴ１２）。さらに、隣り合う速度ベクトルから、これら２つの速度ベクトル間の加速度ベクトルαｎを順次算出し、α１〜α（ｍ−２）を得る。図３に、算出された速度ベクトルＶｎ及び加速度ベクトルαｎをあわせて例示する（ＳＴ１３）。
【００１５】
これに続けて、前ステップまでに算出された速度ベクトルＶｎ及び加速度ベクトルαｎに基づいて、砲弾１に対する速度対空気抗力係数テーブル及び速度対偏流係数テーブルを生成する。まず、速度対空気抗力係数テーブルの生成について、図４のフローチャートを参照して詳細に説明する。
【００１６】
図４は、速度対空気抗力係数テーブルの生成方法の一実施例を示すフローチャートである。ここではまず、直前のステップで算出された各加速度ベクトルα１〜α（ｍ−２）毎に、所定の算出式に基づいて空気抗力を算出する（ＳＴ４１）。次に、この算出結果を前出のＳＴ１２のステップで得た捕捉区間（捕捉点１〜捕捉点ｍ）での速度ベクトルＶ１〜Ｖ（ｍ−１）に対応させて、実測値としての速度対空気抗力係数テーブルをグラフ化し、あらかじめ設定された速度対空気抗力係数テーブル上に描く。このときにグラフ化された結果を、図５にモデル化して示す。すなわち、図５において、あらかじめ設定された速度対空気抗力係数テーブル上に、速度ベクトルＶｎに対応した速度範囲に対する実測値としての空気抗力のグラフが、太実線で例示したように描かれる（ＳＴ４２）。
【００１７】
この実測値としてのグラフ（図５の太実線）を得た後、このグラフとあらかじめ設定された設定値のグラフ（図５の破線）との差を統計的な評価関数により評価することによって、あらかじめ設定された設定値に対する補正係数を算出する。このときの評価関数は、これら２つのグラフの差の分散を評価するものであり、捕捉区間を含め対象とする全速度区間においてこの分散を最小にするように補正係数が導出される（ＳＴ４３）。
【００１８】
そして、この補正係数をあらかじめ設定された速度対空気抗力係数テーブルに適用することによって、砲弾１に対する速度対空気抗力係数テーブルを生成する。図６に、あらかじめ設定された速度対空気抗力係数テーブルと、補正係数を適用することによって生成された砲弾１に対する速度対空気抗力係数テーブルとをグラフ化して例示する。図６において、破線で示されているのがあらかじめ設定された設定値のグラフであり、実線で示されているのがこれに補正係数を適用して生成された砲弾１に対する速度対空気抗力係数テーブルである（ＳＴ４４）。
【００１９】
つぎに、速度対偏流係数テーブルの生成について、図７のフローチャートを参照して説明する。図７は、速度対偏流係数テーブルの生成方法の一実施例を示すフローチャートである。この図７のフローチャートが図４に例示した速度対空気抗力係数テーブルの生成方法のフローチャートと異なる点は、空気抗力に換えて、各加速度ベクトルα１〜α（ｍ−２）から砲弾１の射方向に対する直角成分である偏流を算出するようにした点であり、偏流算出後は、図４と同様の方法によっている。
【００２０】
図７のフローチャートにおいて、まず、ＳＴ１３のステップで算出された各加速度ベクトルα１〜α（ｍ−２）毎に、所定の算出式に基づいて偏流を算出する（ＳＴ７１）。次に、この算出結果を捕捉区間（捕捉点１〜捕捉点ｍ）での速度ベクトルＶ１〜Ｖ（ｍ−１）に対応させて、実測値としての速度対偏流係数テーブルをグラフ化し、あらかじめ設定された速度対偏流係数テーブル上に描く（ＳＴ７２）。
【００２１】
この実測値としてのグラフを得た後、このグラフとあらかじめ設定された設定値のグラフとの差を統計的な評価関数により評価することによって、あらかじめ設定された設定値に対する補正係数を算出する。このときの評価関数は、これら２つのグラフの差の分散を評価するものであり、捕捉区間を含め対象とする全速度区間においてこの分散を最小にするように補正係数が導出される（ＳＴ７３）。そして、この補正係数をあらかじめ設定された速度対偏流係数テーブルに適用することによって、砲弾１に対する速度対偏流係数テーブルが生成される（ＳＴ７４）。
【００２２】
このようにして、砲弾１に対する速度対空気抗力係数テーブル及び速度対偏流係数テーブルが生成される（ＳＴ１４）。
【００２３】
この後は、分弧点の初期位置を設定して分弧法による弾道計算により弾道４の推定が開始される。本実施例では、計算を開始する分弧点の初期位置を、標定レーダ装置２から最も遠方の捕捉点である捕捉点１としている（ＳＴ１５）。分弧法では、この初期位置から所定の間隔で各分弧点を設定後、上記したＳＴ１４のステップにて生成した砲弾１に対する速度対空気抗力係数テーブル及び速度対偏流係数テーブルを適用した弾道方程式を用いて、これらのテーブルを参照しながら、初期位置から順次、各分弧点における砲弾１の位置座標を算出する。そして、算出した位置座標の標高が所定の範囲となった分弧点を、砲弾１の発射位置５として標定している（ＳＴ１６）。
【００２４】
以上説明したように、本実施例によれば、標定レーダ装置による砲弾等の目標の捕捉位置情報から、この目標に対する空気抗力係数及び偏流係数を取得し、分弧法による弾道計算を行なう際に、弾道方程式にこれらの係数を適用しながら標定位置を算出している。これにより、砲弾等の目標の弾道をより正確に推定することができ、良好な精度を有する標定位置算出方法を得ることができる。
【００２５】
また、弾道をより正確に推定できることによって、特に標定位置として砲弾などの目標の発射位置を標定する場合、目標を発射位置近くで捕捉する必要がなくなり、標定レーダ装置に近い領域での捕捉位置情報を用いることができる。従って、標定レーダ装置の探知距離を延ばす必要がなくなる。これにより、標定レーダ装置の規模を増大させることなく、良好な精度を有する標定位置算出方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る標定位置算出方法の一実施例を示すフローチャート。
【図２】本発明に係る標定位置算出方法を適用して目標の標定位置を算出する場面の一例を示す概念図。
【図３】取得した捕捉位置情報、ならびにこれらから算出された速度ベクトル及び加速度ベクトルをモデル化して示す図。
【図４】速度対空気抗力係数テーブルの生成方法の一実施例を示すフローチャート。
【図５】実測値としての速度対空気抗力係数テーブルがあらかじめ設定された速度対空気抗力係数テーブル上にグラフ化された結果をモデル化して示す図。
【図６】あらかじめ設定された速度対空気抗力係数テーブルと、補正係数を適用することによって生成された砲弾１に対する速度対空気抗力係数テーブルとがグラフ化された結果をモデル化して示す図。
【図７】速度対偏流係数テーブルの生成方法の一実施例を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００２７】
１  砲弾
２  標定レーダ装置
３  レーダビーム
４  弾道
５  発射位置
【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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