(57)【要約】【課題】誘導飛しょう体と目標とが会合に至るまでの距離が長くなることを抑制する誘導信号の初期値の算出方法、および該算出方法を用いた航法計算装置を得ること。【解決手段】本発明に係る誘導信号の初期値の算出方法は、航法計算装置における誘導信号の初期値の算出方法であって、目標の旋回運動を考慮した、誘導飛しょう体と目標との予想会合位置および予想会合時間を射撃管制装置から受信する第１のステップと、予想会合位置および予想会合時間を用いて誘導信号の初期値を算出する第２のステップと、第２のステップで算出された初期値を用いて最終的な誘導信号を算出する第３のステップとを含むことを特徴とする。【選択図】図３
2019143922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航法計算装置における誘導信号の初期値の算出方法であって、
目標の旋回運動を考慮した、誘導飛しょう体と目標との予想会合位置および予想会合時間を射撃管制装置から受信する第１のステップと、
前記予想会合位置および前記予想会合時間を用いて誘導信号の初期値を算出する第２のステップと、
前記第２のステップで算出された初期値を用いて最終的な誘導信号を算出する第３のステップと、
を含むことを特徴とする誘導信号の初期値の算出方法。
【請求項２】
前記第２のステップは、
前記予想会合位置および前記予想会合時間を用いて、慣性座標における前記誘導飛しょう体の速度の平均値、および前記誘導飛しょう体の目視線を基準とした座標における前記平均値を算出することを特徴とする請求項１に記載の誘導信号の初期値の算出方法。
【請求項３】
目標の旋回運動を考慮した、誘導飛しょう体と目標との予想会合位置および予想会合時間を射撃管制装置から受信する第１の受信部と、
前記予想会合位置および前記予想会合時間を用いて誘導信号の初期値を算出する初期化部と、
前記初期化部によって算出された初期値を用いて最終的な誘導信号を算出する推定フィルタ部と、
を備えることを特徴とする航法計算装置。
【請求項４】
前記初期化部は、
前記予想会合位置および前記予想会合時間を用いて、慣性座標における前記誘導飛しょう体の速度の平均値、および前記誘導飛しょう体の目視線を基準とした座標における前記平均値を算出することを特徴とする請求項３に記載の航法計算装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は目標を検出、捕捉し目標に向かって飛しょうする誘導飛しょう体の誘導制御における誘導信号の初期値の算出方法、および該算出方法を用いた航法計算装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導飛しょう体に搭載されるレーダは、目標の角度および目標の進行方向を検出する。また、誘導飛しょう体に搭載されるレーダは、目標の角度および目標の進行方向から、該レーダが搭載される誘導飛しょう体の加速度の指令値を決定する。目標の角度および目標の進行方向の時間変化をフィルタリングした、誘導飛しょう体の加速度の指令値の信号は、誘導信号と呼ばれる。誘導信号は、誘導飛しょう体と目標とが会合する終末誘導のために、レーダから誘導飛しょう体に送信される。誘導信号および誘導信号の初期値は、レーダに搭載される航法計算装置によって算出される。誘導信号の初期値は、先見情報から得た、目標の位置および目標の速度から算出されることが一般的である。先見情報は、誘導飛しょう体を射撃管制する射撃管制装置が生成する。
【０００３】
誘導飛しょう体の終末誘導には、比例航法を用いることが一般的である。比例航法とは、誘導飛しょう体の目標に対する目視線角および目視線方向を、一定に保ちながら飛しょうする航法である。目視線角とは、誘導飛しょう体の目標への目視線と、誘導飛しょう体の機軸とがなす角である。従来の誘導飛しょう体の終末誘導時の誘導信号の初期値は、目標相対速度の目視線直交成分を目視線距離で除した値となる。目標相対速度の目視線直交成分および目視線距離は、射撃管制装置による先見情報、および誘導飛しょう体に搭載される慣性装置を用いて算出される。目標相対速度とは、誘導飛しょう体と目標との相対速度である。目視線直交成分とは、目視線に直交する目標相対速度の成分である。誘導信号の初期値算出後の誘導信号は、目標の追尾情報を基に、レーダに備わる推定フィルタにより、算出される。
【０００４】
特許文献１は、目標の位置、目標の速度、および目標の加速度を用いて推定フィルタにより算出された誘導信号を用いて、誘導飛しょう体を目標へ向けて誘導する航法計算装置を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、誘導飛しょう体の目標が、攻撃対象を持つミサイルのようなものであるとき、誘導飛しょう体が、目標の攻撃対象に接近するタイミングで、目標が急速に旋回する場合がある。誘導飛しょう体は、目標の位置、目標の速度、および目標の加速度に基づいた誘導信号の初期値を設定した場合、目標の速度ベクトルの変化に対して推定フィルタによる追従が間に合わず、会合に至るまでの距離が長くなるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、誘導飛しょう体と目標とが会合に至るまでの距離が長くなることを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る誘導信号の初期値の算出方法は、航法計算装置における誘導信号の初期値の算出方法であって、目標の旋回運動を考慮した、誘導飛しょう体と目標との予想会合位置および予想会合時間を射撃管制装置から受信する第１のステップと、予想会合位置および予想会合時間を用いて誘導信号の初期値を算出する第２のステップと、第２のステップで算出された初期値を用いて最終的な誘導信号を算出する第３のステップとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、誘導飛しょう体と目標とが会合に至るまでの距離が長くなることを抑制するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態に係る航法計算装置の機能ブロックを示す図
【図２】実施の形態に係る制御回路の構成例を示す図
【図３】実施の形態に係る誘導飛しょう体と目標との終末誘導の関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態に係る誘導信号の初期値の算出方法、および該算出方法を用いた航法計算装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態．
図１は、実施の形態に係る航法計算装置の機能ブロックを示す図である。航法計算装置１００は、初期化部１と、慣性装置２と、第１の受信部３と、第２の受信部４と、ノイズ算出部５と、角速度センサ部６と、追尾ゲイン部７と、推定フィルタ部８と、を備える。航法計算装置１００は、誘導飛しょう体に搭載されるレーダに搭載される。航法計算装置１００は、外部装置５００との間で通信を行う。外部装置５００は射撃管制装置を備える。
【００１３】
初期化部１は、誘導信号の初期値を算出する。慣性装置２は、誘導飛しょう体の自己位置および自己姿勢を検出し、初期化部１に、検出した結果を送信する。第１の受信部３は、目標の旋回運動を考慮した誘導飛しょう体と目標との予想会合位置および予想会合時間を、外部装置５００の射撃管制装置から受信する。射撃管制装置は、先見情報を基に目標の旋回運動を考慮する。先見情報とは例えば、射撃管制装置が目標を追尾し、目標の運動を予測して生成した情報である。また、第１の受信部３は、予想会合位置および予想会合時間を初期化部１へ送信する。射撃管制装置は、例えば地上または航空機に設置されており、誘導飛しょう体を射撃管制し、航法計算装置１００が誘導飛しょう体を目標へ誘導するために必要な情報を提供する。射撃管制装置は、目標の追尾により目標の位置の情報を生成するとともに、目標の旋回運動を考慮した誘導飛しょう体と目標との予想会合位置および予想会合時間を生成する。
【００１４】
第２の受信部４は、目標の位置の情報を外部装置５００の射撃管制装置から受信する。また、第２の受信部４は、初期化部１に目標の位置の情報を送信する。ノイズ算出部５は、目標の受信電力を用いて目視線角の角度誤差のノイズを算出する。また、ノイズ算出部５は、角度誤差のノイズの算出結果を推定フィルタ部８に送信する。角速度センサ部６は、誘導飛しょう体の動揺に対しての姿勢角速度を検出し、姿勢角速度からビーム指向角を算出する。また、角速度センサ部６は、算出したビーム指向角を推定フィルタ部８に送信する。追尾ゲイン部７は、ノイズ算出部５が算出した角度誤差のノイズを用いて角度誤差に対する追尾ゲインを算出する。また、追尾ゲイン部７は、算出した追尾ゲインを推定フィルタ部８に送信する。推定フィルタ部８は、初期化部１から受信した誘導信号の初期値と、ノイズ算出部５から受信した角度誤差のノイズと、角速度センサ部６から受信したビーム指向角と、追尾ゲイン部７から受信した追尾ゲインとを用いて、最終的な誘導信号を算出する。
【００１５】
推定フィルタ部８は、カルマンフィルタ、あるいはこれに類似したフィルタを用いることが一般的である。推定フィルタ部８は、誘導飛しょう体シーカが追尾している目標の目視線角の時間変化を用いて誘導信号を算出する。推定フィルタ部８により算出された誘導信号は、誘導飛しょう体の加速度制御の指令値計算に用いられる。誘導飛しょう体シーカは、誘導飛しょう体に搭載されて、目標を探索する装置である。
【００１６】
実施の形態に係る航法計算装置１００のハードウェア構成について説明する。初期化部１、ノイズ算出部５、角速度センサ部６、追尾ゲイン部７、および推定フィルタ部８は、各処理を行う電子回路である処理回路により実現される。第１の受信部３および第２の受信部４は、受信機である。
【００１７】
本処理回路は、専用のハードウェアであっても、メモリ及びメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Central  Processing  Unit、中央演算装置）を備える制御回路であってもよい。ここでメモリとは、例えば、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、フラッシュメモリなどの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスクなどが該当する。本処理回路がＣＰＵを備える制御回路である場合、この制御回路は例えば、図２に示す構成の制御回路２００となる。
【００１８】
図２に示すように、制御回路２００は、ＣＰＵであるプロセッサ２００ａと、メモリ２００ｂとを備える。図２に示す制御回路２００により実現される場合、プロセッサ２００ａがメモリ２００ｂに記憶された、各処理に対応するプログラムを読みだして実行することにより実現される。また、メモリ２００ｂは、プロセッサ２００ａが実施する各処理における一時メモリとしても使用される。
【００１９】
本処理回路が、専用のハードウェアである場合、処理回路は、例えば、ＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）、ＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）、またはこれらを組み合わせたものである。
【００２０】
本実施の形態による初期化部１が、誘導信号の初期値を算出する一連の動作について具体的に説明する。
【００２１】
初期化部１は、誘導飛しょう体の終末誘導の開始時から、誘導飛しょう体と目標との会合までの、誘導飛しょう体の速度の平均値に関する第１の値を算出する。第１の値は、第１の受信部３が射撃管制装置から受信した、目標の予想会合位置と、慣性装置２が検出した、誘導飛しょう体の位置との差を、誘導飛しょう体と目標とが予想会合位置に到達するまでの時間で割った商である。具体的に初期化部１は、式（１）により第１の値を算出する。
【００２２】
【数１】
2019143922.tif 000003
【００２３】
第１の値は、慣性座標における値である。第１の値を誘導信号の初期値にするためには、目視線を基準とした座標の値に変換する必要がある。第１の値を誘導信号の初期値とするために、まずは、初期化部１は、慣性装置２により算出された、誘導飛しょう体の自己姿勢の機軸直交座標の方向余弦行列を用い、誘導飛しょう体の機軸を基準とした機軸直交座標における、誘導飛しょう体の機軸から見た目標の方向を、式（２）により算出する。
【００２４】
【数２】
2019143922.tif 000004
【００２５】
初期化部１は、式（３）により、目視線軸座標の方向余弦行列を算出する。
【００２６】
【数３】
2019143922.tif 000005
【００２７】
初期化部１は、式（４）により、機軸直交座標の方向余弦行列と、目視線軸座標の方向余弦行列と、第１の値とを乗ずることにより、目視線を基準とした座標における第１の値を算出する。以下では、誘導飛しょう体の目視線を基準とした座標における第１の値を、第２の値と呼ぶ。
【００２８】
【数４】
2019143922.tif 000006
【００２９】
初期化部１は、第２の値を、ピッチ系の誘導信号の初期値およびヨー系の誘導信号の初期値に分けて、式（５）によりピッチ系の誘導信号の初期値、およびヨー系の誘導信号の初期値をそれぞれ算出する。
【００３０】
【数５】
2019143922.tif 000007
【００３１】
以上説明したように、本実施の形態に係る誘導信号の初期化の方法で算出された誘導信号の初期値は、第１の受信部３が射撃管制装置から受信した目標の予想会合位置および予想到達時間を用いて算出されるため、終末誘導開始時の目標の速度を用いずに、予想会合位置に向けた、誘導飛しょう体の誘導が可能となる。
【００３２】
図３は、実施の形態に係る誘導飛しょう体１０と目標２０との終末誘導の関係を示す図である。本実施の形態では、初期化部１は、慣性装置２で得る飛しょう体の自己位置および自己姿勢の情報と、第２の受信部４で得る目標２０の位置と、角速度センサ部６で得るビーム指向角とを用いて誘導信号の初期値を算出する。また、これらに加えて、初期化部１は、第１の受信部３が射撃管制装置から受信する予想会合位置、および予想会合時間を用い、誘導信号の初期値を算出する。つまり、初期化部１は、目標２０の速度を用いず、射撃管制装置が予測した、誘導飛しょう体１０と目標２０との予想会合位置および予想会合時間を、誘導信号の初期値の算出に用いることができる。このため、初期化部１は、誘導信号の初期値を算出する時に、先見情報により目標２０が高速旋回することを把握している場合、高速旋回前の目標２０の速度を用いずに誘導信号の初期値を算出することができる。このため、誘導飛しょう体１０と目標２０とが接近するときの距離が長くなることを抑制することができる。また、誘導飛しょう体は、高速旋回前の目標２０の速度を用いずに誘導信号の初期値を算出することができるため、目標２０の速度ベクトルの変化に対して推定フィルタによる追従の遅れを抑制でき、会合に至るまでの距離が長くなることを抑制できる。
【００３３】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１  初期化部、２  慣性装置、３  第１の受信部、４  第２の受信部、５  ノイズ算出部、６  角速度センサ部、７  追尾ゲイン部、８  推定フィルタ部、１０  誘導飛しょう体、２０  目標、１００  航法計算装置、２００  制御回路、２００ａ  プロセッサ、２００ｂ  メモリ、５００  外部装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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