(57)【要約】【課題】複数種類の物理量を非同期に測定して得られた測定値に基づいて、誤差が含まれない演算結果を得ることができる演算装置を、提供する。【解決手段】受信後処理部４は、受信処理部３から測定値［α］が入力される度に、その入力時刻を示す時間情報［ｔα］を時刻発生部２から取得し、一周期前に入力されていた測定値［α´］及びその入力時刻を示す時刻情報をメモリ５から読み出し、変化率［ｄα］を算出して、それらをメモリ５に上書きする。演算前処理部６は、メモリ５から各データを読み出し、それらデータを読み出した時刻［ｔｎ］を時刻発生部２から取得し、これらの情報に基づいて演算（２）を実行することによって推定データ［αｎ］を算出し、算出された推定データ［αｎ］を演算処理部７へ出力する。αｎ＝α＋ｄα（ｔｎ−ｔα）    ・・・（２）【選択図】    図２
2004301376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時々刻々と変化する複数種類の物理量を夫々非同期に測定することによって得られた測定値に基づいて、所定の演算を実行する演算装置であって、
前記複数種類の物理量についての測定値を、夫々の測定時点において、個別に受信する受信部と、
前記物理量の種類毎に、夫々、前記受信部が前記測定値を受信する度に、その測定値をその受信時点を示す時間情報に対応付けてメモリに記憶するとともに、当該測定値と当該受信時点の直前の時点を示す時間情報に対応つけて記憶されていた測定値との差分，及び、当該受信時点とその直前の時点との時間差に基づいて前記測定値の変化率を算出し、この変化率をも当該測定値に対応付けて前記メモリに記憶する第一演算部と、
所定タイミングにおいて、前記物理量の種類毎に、前記メモリから最新の時点を示す時間情報，及びこの時間情報に対応した測定値及び変化率を読み出し、前記時間情報が示す時間から前記所定タイミングまでの経過時間と前記変化率との積を前記測定値に加えることによって前記所定タイミングにおける推定値を算出する第二演算部と、
前記物理量の各種類毎に算出された推定値に基づいて前記所定の演算を実行する第三演算部とを備える
ことを特徴とする演算装置。
【請求項２】
前記時点としての時刻を示す前記時間情報を発生する内部時計を更に備えることを特徴とする請求項１記載の演算装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、時々刻々と変化する複数種類の物理量を夫々非同期に測定することによって得られた測定値に基づいて、所定の演算を実行する演算装置に、関する。
【０００２】
【従来の技術】
ある種の装置を制御するためには、その装置の動作に関連する複数種類の物理量を夫々測定し、それらの測定値に対して所定の演算を実行することにより、制御の目標値を算出しなければならない。例えば、射撃姿勢（即ち、砲塔における砲身の姿勢）を数値制御することができる砲塔があるが、この砲塔を制御するための制御装置は、砲塔の制御の目的値として、ターゲットの未来位置において当該ターゲットに砲弾を命中させるための旋回角指令値と俯仰角指令値とを、算出しなければならない。ここで、旋回角指令値とは、砲身の、砲塔に対して設定されている垂直基準面からの角度を指定するための情報のことであり、俯仰角指令値とは、砲身の、砲塔に対して設定されている水平基準面からの角度を指定するための情報のことである。
【０００３】
そして、そのような砲塔が、運動するプラットフォーム（車両や船舶等）に搭載されている場合には、これら各制御目標値を算出するために、ＬＯＳ（Ｌｉｎｅ  ｏｆ  Ｓｉｇｈｔ：砲塔とターゲットとを結ぶ線）の旋回方位角，俯仰方位角，砲塔（プラットフォーム）からターゲットまでの直線距離，プラットフォームのロール，ピッチ，ヨー，移動速度，等の物理量が必要となる。このうち、旋回方位角，俯仰方位角，直線距離（以下、「見かけのターゲット情報」と総称する）は、プラットフォームに搭載されたレーダーによって一括して測定され、プラットフォームのロール，ピッチ，ヨー（以下、「動揺運動情報」と総称する）は、各動揺運動の方向に配置された３個のジャイロによって測定され、プラットフォームの移動速度は、プラットフォームに搭載された速度計によって測定される。このような各種物理量の測定や、測定された各物理量に基づく旋回角指令値及び俯仰角指令値の算出については、例えば、下記特許文献に開示がなされている。
【０００４】
ところで、上述した各種物理量を測定するための各観測装置（見かけのターゲット情報を測定するためのレーダー，動揺運動情報を測定するためのジャイロ，プラットフォームの移動速度を測定するための速度計）としては、砲身の制御のために専用に設計されたものである必要は必ずしもなく、他の目的のために元々プラットフォームに備えられたものを流用することが可能である。
【０００５】
図５は、このように、他の目的のために元々プラットフォームに備えられていた各種観測装置（レーダ［観測装置Ａ］１０４，速度計［観測装置Ｂ］１０５，ジャイロ［観測装置Ｃ］１０６）を流用し、これら各種観測装置によって測定された各種物理量（レーダ１０４によって測定された見かけのターゲット情報，速度計１０５によって測定された移動速度，ジャイロ１０６によって測定された動揺運動情報）に基づいて砲塔の旋回角指令値及び俯仰角指令値を算出する射撃演算装置１００の構成を示すブロック図である。図５に示されるように、レーダ（観測装置Ａ）は、３秒周期で、見かけのターゲット情報［ａ］を測定して射撃演算装置１００に入力し、速度計（観測装置Ｂ）は、１秒周期でプラットフォームの移動速度を測定して射撃演算装置１００に入力し、ジャイロ（観測装置Ｃ）は０．１秒周期でプラットフォームの動揺運動情報［ｃ］を測定して射撃演算装置１００に入力する。射撃演算装置１００内では、受信処理部１０１が、各観測装置からの各種物理量を受信する毎に、受信した物理量を一旦メモリ１０２に格納（上書き）する。このようにして夫々のタイミング及び周期でメモリ１０２に格納された各種物理量は、射撃演算装置１００内での作動周期（０．０１秒）毎に、演算処理部１０３によって一括して読み取られる。そして、演算処理部１０３は、一括して読み取った各種物理量に基づいて砲塔の旋回角指令値と俯仰角指令値を算出し、砲塔を駆動するための図示せぬ砲塔サーボ部へ通知する。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３３０３９７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、プラットフォームに元々設置されているこれら観測装置Ａ〜Ｃは、夫々が独立して動作している物であるため、これらによって測定された各種物理量が射撃演算装置１００に入力されるタイミング（周期）は、観測装置毎にバラバラである。このようにバラバラの時点において夫々測定された各種物理量が演算処理部１０３によって一括して読み出されて、それらがあたかも同時に測定されたものとして同一回の演算に用いられてしまうと、それらは、ある時点における状態を示している訳ではないので、当然に、その演算結果に誤差をもたらしてしまう。しかも、これら各物理量毎の入力周期は、射撃演算装置１００の演算処理部１０３がこれら各物理量を一括して読み出す周期よりも遙かに長いので、演算処理部１０３は同じ物理量を何度も繰り返して読み出すことになるので、演算のタイミングによっては、これら物理量が古すぎるものとなってしまうことがあり、そのような場合には、算出された旋回角指令値及び俯仰角指令値が大きな誤差を包含してしまうことになる。
【０００８】
そこで、図６に示すように、射撃演算装置１００内に同期信号発生部１０７を設けて各観測装置Ａ〜Ｃにおける物理量の送信の周期を射撃演算装置１００の作動周期に同期させる方法も採られている。このような方法によれば、各観測装置Ａ〜Ｃ及び射撃演算装置１００を同期させて動かすことによって、物理量の時間的なズレをなくすことができるため、ターゲットの未来位置を算出する際の誤差を小さく抑えることができる。
【０００９】
しかしながらこのような方法を採用するためには、夫々独立して製造された観測装置Ａ〜Ｃを同期信号発生部１０７が出力する同期信号に従って測定を行うように構成し直さねばならず（即ち、再設計及び改造等をしなければならず）、莫大な費用がかかってしまう。
【００１０】
本発明は、上記した従来の問題点を解決し、時々刻々と変化する複数種類の物理量を夫々非同期に測定することによって得られた測定値に基づいて、それら物理量が同時に測定された場合と比較して殆ど誤差が含まれない演算結果を得ることができる演算装置の提供を、課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために案出された本発明による演算装置は、以下のように構成されている。即ち、時々刻々と変化する複数種類の物理量を夫々非同期に測定することによって得られた測定値に基づいて、所定の演算を実行する演算装置であって、前記複数種類の物理量についての測定値を、夫々の測定時点において、個別に受信する受信部と、前記物理量の種類毎に、夫々、前記受信部が前記測定値を受信する度に、その測定値をその受信時点を示す時間情報に対応付けてメモリに記憶するとともに、当該測定値と当該受信時点の直前の時点を示す時間情報に対応つけて記憶されていた測定値との差分，及び、当該受信時点とその直前の時点との時間差に基づいて前記測定値の変化率を算出し、この変化率をも当該測定値に対応付けて前記メモリに記憶する第一演算部と、所定タイミングにおいて、前記物理量の種類毎に、前記メモリから最新の時点を示す時間情報，及びこの時間情報に対応した測定値及び変化率を読み出し、前記時間情報が示す時間から前記所定タイミングまでの経過時間と前記変化率との積を前記測定値に加えることによって前記所定タイミングにおける推定値を算出する第二演算部と、前記物理量の各種類毎に算出された推定値に基づいて前記所定の演算を実行する第三演算部とを備えることを特徴としている。
【００１２】
このように構成されると、各種類の物理量の測定値がそのまま用いられて演算が実行されるのではなく、物理量の種類毎に、測定値と、その測定値の時間に対する変化率と、その測定値を受信部が受信してから第二演算部によって読み出されるまでに経過した時間とに基づいて第二演算部が推定値を算出した後で、各種類の物理量について算出された推定値を用いて第三演算部が所定の演算を実行するので、各種類の物理量についての測定の周期及びタイミングが異なる場合であっても、第三演算部によって実行された演算の結果には、殆ど誤差が含まれない。
【００１３】
なお、第一演算部及び第二演算部は、ハードウェアタイマやソフトウェアタイマのような内部時計が発生する時刻そのものを表す情報を、時間情報として用いても良いし、周期的に発生するパルスをカウントするカウンタが発生するカウンタ値を、時間情報として用いても良い。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参考にして詳細に説明する。本実施形態は、本発明による演算装置を、車両に搭載された砲塔を数値制御するための目標値を算出する射撃演算装置１として実施した例である。
【００１５】
図１は、このような射撃演算装置１が搭載された車両１０を、模式的に示す図である。図１に示されるように、この射撃演算装置１は、プラットフォームとしての車両１０に搭載された観測装置Ａ，観測装置Ｂ，及び観測装置Ｃと夫々接続されており、それら観測装置から得られた複数種類の物理量についての測定値であるデータを元に、０．０１秒毎の作動周期（以下、「演算周期」とする）で演算を実行し、その演算結果（目標値としての旋回角指令値及び俯仰角指令値）を、砲塔１２の旋回角と俯仰角を数値制御する砲塔サーボ部１１へと送信する。なお、このような射撃演算装置１は、他のどの様なプラットフォーム（船舶，飛行機等）に搭載されて用いられても良いが、本実施形態においては、図１に模式的に示したように、装甲車等の車両１０に搭載されて使用されるものとする。なお、図１における破線ｌは、水平面に平行な線である。
【００１６】
観測装置Ａは、車両１０とターゲットＥとの間の直線距離を測定するレーダーであり、３秒周期で、直線距離の測定を行い、測定した直線距離を示す測定値［α］を射撃演算装置１へ送信する。
【００１７】
観測装置Ｂは、車両１０の移動速度を測定する速度計であって、１秒周期で、移動速度の測定を行い、測定した移動速度を示す測定値［β］を演算装置１へ送信する。
【００１８】
観測装置Ｃは、車両１０の傾斜角θを測定するジャイロであって、０．１秒周期で、傾斜角θの測定を行い、測定した傾斜角θを示す測定値［γ］を射撃演算装置１へ送信する。
【００１９】
以下、図２乃至図４を用いて、この射撃演算装置１の内部構成及び動作例を説明する。
【００２０】
図２は、この射撃演算装置１の構成を概略的に示すブロック図である。図２に示されるように、この射撃演算装置１は、時刻発生部２（内部時計に相当），受信処理部３（受信部に相当），受信後処理部４（第一演算部に相当），メモリ５，演算前処理部６（第二演算部に相当），及び演算処理部７（第三演算部に相当）とを備えている。
【００２１】
時刻発生部２は、常にその内部で自律的に時刻情報［ｔ］を生成するハードウェアタイマであり、生成した時刻情報［ｔ］を、受信後処理部４及び演算前処理部６へ通知する。
【００２２】
受信処理部３は、観測装置Ａ〜Ｃから入力された測定値［α］〜［γ］を受信する回路（Ｉ／Ｏ）であり、何れかの測定値［α］〜［γ］を受信する毎に、直ちに受信後処理部４へ入力する。
【００２３】
受信後処理部４は、ＣＰＵ及びＲＯＭを備えた回路であって、そのＲＯＭ内には、ＣＰＵによって実行される受信後処理プログラムが格納されている。なお、この受信後処理プログラムが実行されたＣＰＵは、各測定値［α］〜［γ］に対して夫々独立して処理を行うが、説明が煩雑になるのを避けるため、ここでは測定値［α］に関する処理のみを説明する。
【００２４】
受信処理部３から受信後処理部４へ測定値［α］が入力されると、受信後処理部４のＣＰＵは、受信後処理プログラムに従って図３のフローチャートに示す処理を実行する。具体的には、受信後処理部４のＣＰＵは、受信処理部３から測定値［α］が入力されると、時刻発生部２からその測定値［α］が入力された時刻を示す情報（受信時点を示す時間情報）［ｔα］を取得し（Ｓ０１）、また、その測定値［α］よりも一周期前に入力されて、受信後処理部４によってメモリ５に記憶された直前の測定値［α´］及び、この直前の測定値［α´］を取得した時刻を示す情報（直前の時点を示す時間情報）［ｔα´］をメモリ５から取得する（Ｓ０２）。そして、これらの数値に基づいて、以下の演算（１）
ｄα＝（α−α´）／（ｔα−ｔα´）      ・・・（１）
を実行することにより、単位時間あたりの変化率［ｄα］を計算する（Ｓ０３）。その後、受信後処理部４のＣＰＵは、受信処理部３から入力された測定値［α］，Ｓ０１にて取得された時間情報［ｔα］，及び、Ｓ０３にて算出した変化率［ｄα］を、順次メモリ５に格納（上書き）する（Ｓ０４）。
【００２５】
受信後処理部４のＣＰＵは、観測装置Ｂから受信処理部３を介して入力された測定値［β］，及び観測装置Ｃから受信処理部３を介して入力された測定値［γ］に対しても、同様の処理を行う。
【００２６】
メモリ５は、受信後処理部４から入力されたデータ（即ち、測定値［α］，時間情報［ｔα］，変化率［ｄα］，測定値［β］，この測定値［β］を受信した時刻を示す時間情報［ｔβ］，この測定値［β］の単位時間当たりの変化率［ｄβ］，測定値［γ］，この測定値［γ］を受信した時刻を示す時間情報［ｔγ］，この測定値［γ］の単位時間当たりの変化率［ｄγ］）を記憶する記憶部であり、各データは、受信後処理部４によって順次上書きされる。なお、メモリ５に記憶されたデータは、受信後処理部４及び演算前処理部６の両方によって読み取られる。
【００２７】
演算前処理部６は、ＣＰＵ及びＲＯＭを備えた回路であって、そのＲＯＭ内には、ＣＰＵによって実行される演算前処理プログラムが格納されている。なお、この演算前処理プログラムが実行されたＣＰＵは、メモリ５に記憶されている全てのデータ群（即ち、測定値［α］，時間情報［ｔα］及び変化率［ｄα］からなるデータ群，測定値［β］，時間情報［ｔβ］及び変化率［ｄβ］からなるデータ群，測定値［γ］，時間情報［ｔγ］及び変化率［ｄγ］からなるデータ群）に対して同じ処理を実質的に並行に実行するが、説明が煩雑になるのを避けるため、ここでは一つのデータ群（測定値［α］，時間情報［ｔα］及び変化率［ｄα］）に対する処理のみを説明する。
【００２８】
上述した演算周期に従って、図示せぬ上位装置からトリガ信号を受信すると（即ち、所定タイミングになると）、演算前処理部６のＣＰＵは、この演算前処理プログラムに従って図４のフローチャートに示す処理を実行する。具体的には、まず、演算前処理部６のＣＰＵは、時刻発生部２から現在時刻を示す情報（最新の時点を示す時間情報）［ｔｎ］を取得するとともに、受信後処理部４によってメモリ５に上書きれている測定値［α］，時間情報［ｔα］及び変化率［ｄα］を読み出す（Ｓ１１）。そして、以下の演算（２）
αｎ＝α＋ｄα（ｔｎ−ｔα）    ・・・（２）
を実行することにより、現在の時刻［ｔｎ］における直線距離を推定した推定値［αｎ］を、算出する（Ｓ１２）。その後、演算前処理部６のＣＰＵは、その算出結果（推定値［αｎ］）を演算処理部７へ通知する（Ｓ１３）。演算前処理部６のＣＰＵは、データ群（測定値［β］，時間情報［ｔβ］及び変化率［ｄβ］）及びデータ群（測定値［γ］，時間情報［ｔγ］及び変化率［ｄγ］）に対しても、実質的に並行に、上述したのと同じ処理を実行することによって、現在の時刻［ｔｎ］における移動速度の推定値［βｎ］，及び、現在の時刻［ｔｎ］における傾斜角θの推定値［γｎ］を算出し、夫々演算処理部７へ通知する。
【００２９】
演算処理部７は、演算前処理部６から通知された各推定値（［αｎ］，［βｎ］，［γｎ］）を用いて、所定の演算を実行することによって、砲塔１２の旋回角指令値及び俯仰角指令値を算出する。なお、演算処理部７は、実際には、砲塔１２の旋回角指令値及び俯仰角指令値を算出するためには、他のパラメータをも必要とする場合がある。例えば、測定装置の一種である赤外線測定装置によって測定される測定値（物理量）であるＬＯＳの旋回方位角や俯仰方位角，観測装置Ｃとは別のジャイロによって夫々測定される測定値（物理量）であるロールやヨーである。これらの測定値についても、受信処理部４及び演算前処理部６が上述した処理を実行することによって、夫々の推定値が算出されて、それらの推定値が、演算処理部７による旋回角指令値及び俯仰角指令値の算出のためのパラメータとして用いられる。演算処理部７は、以上のようにして算出された砲塔１２の旋回角指令値及び俯仰角指令値を、砲塔１２の姿勢を数値制御する際における目標値として、砲塔サーボ部１１へ向けて出力する。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態によると、演算処理部７において演算に用いられる各推定値（［αｎ］〜［γｎ］）は、各観測装置Ａ〜Ｃによって夫々測定された測定値（［α］〜［γ］）と、その変化率（［ｄα］〜［ｄγ］）と、そのデータが受信処理部３（及び受信後処理部４）によって受信された時刻（［ｔα］〜［ｔγ］）から演算前処理部６によって演算が行われる時点の時刻［ｔｎ］までの経過時間とを基に、算出されている。即ち、ある種類の測定値（［α］〜［γ］）がメモリ５に書き込まれてから同じ種類の次の測定値（［α］〜［γ］）が上書きされるまでの間においては、演算前処理部６は、メモリ５から読み出した測定値（［α］〜［γ］）に、その測定値（［α］〜［γ］）の現在時刻［ｔｎ］までの変化量（経過時間と変化率との積）を加算して、その推定値（［αｎ］〜［γｎ］）を求める。従って、夫々の観測装置ごとに異なる周期で，また、射撃演算装置１の演算周期とも異なる周期でメモリ５に記憶される各測定値を、射撃演算装置１の演算周期に従って一括して読み出して演算を行っても、演算結果に含まれる各測定値の古さに因る誤差を、極力小さく抑えることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の演算装置によれば、時々刻々と変化する複数種類の物理量を夫々非同期に測定することによって得られた測定値に基づくにも拘わらず、それら物理量が同時に測定された場合と比較して殆ど誤差が含まれない演算結果を、得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の射撃演算装置が搭載された車両を、模式的に示す図
【図２】本発明の射撃演算装置の概略的な構成図
【図３】受信後処理部内のＣＰＵが実行する処理を示すフローチャート
【図４】演算前処理部内のＣＰＵが実行する処理を示すフローチャート
【図５】従来の射撃演算装置の概略的な構成図
【図６】従来の射撃演算装置の概略的な構成図
【符号の説明】
１          射撃演算装置
２          時刻発生部
３          受信処理部
４          受信後処理部
５          メモリ
６          演算前処理部
７          演算処理部
【図１】
2004301376.tif 000003
【図２】
2004301376.tif 000004
【図３】
2004301376.tif 000005
【図４】
2004301376.tif 000006
【図５】
2004301376.tif 000007
【図６】
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