(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
砲身（１３）から標的に向けて発射されるプログラム可能な発射体（１８）の爆発のための信管の時限を決定する方法であって、下記の過程（ｉ）〜（iv）を含む該決定方法：
（ｉ）砲口での発射体の実測速度（Ｖｍ）を測定し、
（ii）砲身から標的までの衝突距離（ＲＴ）を標的に関するセンサーデータから決定し、
（iii）発射体の衝突点（Ｒｆ）と爆発点（Ｐｚ）との間の予め決定された爆発距離（Ｄｚ）を、該衝突距離から引き算し、次いで
（ｉｖ）補正された爆発時間（Ｔｚ（Ｖｍ））を、次式に従って、砲口での発射体の測定速度の関数として計算する：
Ｔｚ（Ｖｍ）＝Ｔｚ＋Ｋ＊（Ｖｍ−Ｖｏ）
但し、上記の式において、Ｖｏは発射体の砲口での平均速度を示し、Ｔｚは発射体の砲口での平均速度に対応する公称爆発時間を示し、Ｋは次式１０で表される補正因子を示す：
【数５３】
0004008520.tif 000041
式中、ＴＧは発射体のリード飛行時間を示し、ｔｏは発射体の砲口通過時間を示し、ｐＧは発射体の位置を示し、ｖｏは砲身方向における発射体の初期リード速度の成分量を示し、ｖＧは発射体の速度を示し、ωは回転面に対して垂直方向の回転を示す。
【請求項２】
下記の手順によってＫを計算することを含む請求項１記載の方法：
次式１で表される定義および発射体の初速度による発射体の位置の導関数から出発し、
【数１】
0004008520.tif 000042
次式２で表される直線的弾道特性：
【数２】
0004008520.tif 000043
並びに次式で表される弾道学的解：
【数３】
0004008520.tif 000044
および次式３で表される攻撃条件を仮定し：
【数４】
0004008520.tif 000045
補正因子（Ｋ）を発射体の飛行時間（ＴＧ）、砲身角（α，λ）およびリード速度と関係させ、
式３を時間ｔ０で微分することによって次式４を得る：
【数５】
0004008520.tif 000046
【外１】
0004008520.tif 000047
【数６】
0004008520.tif 000048
式４．１において次式で表される項を無視し：
【数７】
0004008520.tif 000049
式４．１における導関数Ｄ３を次式５で定義し：
【数８】
0004008520.tif 000050
砲身（１３）の射角を無視すると、次の２つの式がほぼ成り立つ：
【数９】
0004008520.tif 000051
【数１０】
0004008520.tif 000052
従って、式５は次式のように書き換えられる：
【数１１】
0004008520.tif 000053
【外２】
0004008520.tif 000054
【数１２】
0004008520.tif 000055
直線的弾道特性において、発射体の速度が標的方向とほぼ平行であると仮定する、即ち、次式７が成り立つとすると：
【数１３】
0004008520.tif 000056
式４から次式８が得られる：
【数１４】
0004008520.tif 000057
（式８は、標的速度が２つの直交成分に分かれることを示す）
式２を式１に代入して次の定義を考慮すると：
【数１５】
0004008520.tif 000058
【数１６】
0004008520.tif 000059
次式が得られる：
【数１７】
0004008520.tif 000060
ｐＧ、ｖＧおよびｖＺの定義を考慮すると次式が得られる：
【数１８】
0004008520.tif 000061
同様にして、式７および式８から次式が得られる：
【数１９】
0004008520.tif 000062
従って、次式９が得られる：
【数２０】
0004008520.tif 000063
式９をｖ２Ｇ／（１＋∂ＴＧ（ｔ０）／∂ｔ０）２で約分することによって、Ｋは次式１０で表される：
【数２１】
0004008520.tif 000064
前記の式中の記号の意義は次の通りである：
【外３】
0004008520.tif 000065
ｖ０・・・・・・・・砲身方向における発射体の初期リード速度の成分量を示す。
ｖｍ・・・・・・・・砲身方向における発射体の有効初期速度の成分量を示す。
ＴＧ・・・・・・・  発射体のリード飛行時間を示す。
ｔ＊・・・・・・・・  発射体の飛行時間
ｔ０・・・・・・・・  発射体の砲口通過時間
【請求項３】
下記の手順によってＫを決定することを含む請求項２記載の方法：
【外４】
0004008520.tif 000066
【数２２】
0004008520.tif 000067
【数２３】
0004008520.tif 000068
［式１１および式１２において、ｑは次式：
【数２４】
0004008520.tif 000069
【外５】
0004008520.tif 000070
式１１および式１２を式１０に代入することによって次式を得る：
【数２５】
0004008520.tif 000071
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はプログラム可能な発射体の爆発時間(disaggregation  time)の決定法に関する。この場合、計算は少なくとも、センサーデータから決定される標的までの衝突距離、砲身の砲口での発射体の速度および発射体の衝突点と爆発点との間の予め決定された最適爆発距離に基づいておこなわれる。
【０００２】
【従来の技術】
砲身の砲口に配設された発射体速度測定装置を具備する装置が知られている(ヨーロッパ特許出願第０ ３００ ２５５号明細書参照)。この測定装置は、相互に所定の間隔で配設された２つのトロイダルコイルから成る。発射体が２つのトロイダルコイル内を通過する間に発生する磁束が変化するので、各々のトロイダルコイル内においてはパルスが立て続けに発生する。これらのパルスは電子的評価装置へ供給され、該装置内においては、パルスの時間間隔とトロイダルコイル間の距離から発射体の速度が計算される。発射体内に配設されたレシーバーコイルと協動する速度測定用トランスミッタコイルは、発射体の移動方向に対して後方に配設される。レシーバーコイルは高域フィルターを介してカウタンーに接続され、該カウタンーの出力側は時限信管に接続される。爆発時間は発射体の計算速度と標的までの衝突距離から計算され、該計算値は測定装置内を通過後の発射体へ誘導的に直接送信される。時間信管はこの爆発時間によって、標的の領域内で発射体が爆発するようにセットされる。
【０００３】
副発射体(sub−projectile)を伴う発射体(一次および二次弾道特性を有する発射体)を使用する場合には、例えば、オリコン−コントラベス社(Ｏerikon−Ｃontraves  company)(チューリッヒ)から発行されているパンフレット「ＯＣ ２０５２ d ９４」に記載されているように、爆発時に副発射体が発射された後で該副発射体が発生させる雲によって予想標的領域が覆われるならば、攻撃標的を多撃弾によって破壊させることが可能となる。この種の発射体の爆発過程においては、副発射体を保有する部分は分離されており、予め決められた破壊点において炸裂する。発射された副発射体は発射体の回転によってもたらされるスピン安定化飛行経路を描き、円錐の円のほぼ半円状カーブ上に均等に分布するので、高い確率での攻撃がおこなわれる。
【０００４】
しかしながら、上記の装置を用いることによっては、常に高い確率での攻撃や撃墜が達成できるとは限らない。何故ならば、爆発距離が、例えば、発射体の速度の変動および／または非現実的な計算値の使用によってばらつくからである。爆発距離をより長くすれば攻撃または撃墜の範囲を広くすることができるが、副発射体の密度が低下する。これとは逆に、爆発距離をより短くすれば、副発射体の密度はより高くなるが、攻撃または撃墜の範囲が狭くなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記のような問題点をもたらすことなく、攻撃または撃墜を最高の確率で達成するための技術に関するものであって、プログラム可能な発射体の爆発時間を決定する方法を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、この発明は、少なくとも、センサーデータから決定される標的までの衝突距離（ＲＴ）、砲身（１３）の砲口で実際に測定される発射体の速度（Ｖｍ）および発射体（１８）の衝突点（Ｒｆ）と爆発点（Ｐｚ）との間の予め決定された爆発距離（Ｄｚ）に基づく計算によって、プログラム可能な発射体の爆発時間（Ｔｚ）を決定する方法において、
次式：
Ｔｚ（Ｖｍ）＝Ｔｚ＋Ｋ＊（Ｖｍ−ＶＯｖ）
［式中、Ｔｚ（Ｖｍ）は補正された爆発時間を示し、Ｋは補正因子を示し、ＶＯｖは発射体のリード速度を示す］
を用いてＴｚを補正することによってＤｚを一定に維持することを特徴とする、該発射体の爆発時間決定法に関する。
【０００７】
この場合、発射体の爆発点と標的との衝突点との間の最適な爆発距離は爆発時間の補正によって一定に維持される。この補正は、速度差を掛けた補正因子を爆発時間に加算することによっておこなわれる。発射体の速度差は、発射体の実際に測定される速度とリード速度の差から得られる。発射体のリード速度は発射体の連続的な多数の先行速度(previous  velocity)の平均値から計算される。
【０００８】
本発明によって得られる利点は、所定の爆発距離が発射体の実際に測定される速度に左右されないことであり、これによって、最高の攻撃確率または撃墜確率を連続的に達成することが可能となる。爆発時間を補正するために提案される補正因子は、兵器を制御するための衝突点に関する発射要因、即ち、砲身角（α，λ）および発射体の衝突時間（Ｔｆ）とリード速度（ＶＯｖ）に基づくだけである。既存の兵器制御システムにこの手段を最低限のコストで組み込むことが可能である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図に基づく実施態様によって詳述する。
図１は、本発明による兵器制御システムの模式図である。
図２は、測定およびプログラム装置の縦断面である。
図３は、爆発距離の関数としての副発射体の分布図である。
図４は、図１に示す兵器制御システムの異なった模式図である。
【００１０】
図１において、発射制御装置および砲はそれぞれ(１)および(２)で示される。発射制御装置(１)は標的(４)を探知するためのサーチセンサー(３)、該サーチセンサーに接続されたセンサーであって、３−Ｄ標的追跡と３−Ｄ標的測量のための追跡センサー(５)および発射制御コンピュータ(６)から構成される。発射制御コンピュータ(６)は少なくとも１つのメインフィルター(７)とリードコンピュータユニット(９)を具備する。メインフィルター(７)の入力側は追跡センサー(５)に接続され、出力側はリードコンピュータユニット(９)に接続される。この場合、メインフィルター(７)は、追跡センサー(５)から受信する３−Ｄ標的データ、例えば、標的の位置、速度および加速度等を評価された標的データ(Ｚ)としてリードコンピュータユニット(９)へ送信する。気象学的データは別のインプット(Ｍe)を介してリードコンピュータユニット(９)へ供給される。個々の接合もしくは接続に関する識別子(identifier)の意義はこれらの機能によって以下に詳述する。
【００１１】
砲(２)のコンピュータは評価回路(１０)、更新コンピュータユニット(１１)および補正コンピュータユニット(１２)を有する。評価回路(１０)の入力側は砲身(１３)の砲口上に配設された発射体速度の測定装置(１４)に接続され、出力側はリードコンピュータユニット(９)と更新コンピュータユニット(１１)に接続される(該測定装置は図２に基づいて以下で詳述する)。更新コンピュータユニット(１１)の入力側はリードコンピュータユニット(９)と補正コンピュータユニット(１２)に接続され、出力側は測定装置(１４)に組み込まれたプログラミングエレメントに接続される。補正コンピュータユニット(１２)の入力側はリードコンピュータユニット(９)に接続され、出力側は更新コンピュータユニット(１１)に接続される。発射命令に応答する発射装置(１６)と砲サーボ装置(１５)もリードコンピュータユニット(９)に接続される。発射制御装置(１)と砲(２)の接続部はデータ伝送装置(１７)に接続される。コンピュータユニット(１０)、(１１)および(１２)の間の個々の接続並びに発射制御装置(１)と砲(２)の間の接続に関する識別子の意義はこれらの機能によって以下に詳述する。発射体のプログラミング段階および爆発時の状態をそれぞれ(１８)および(１８')で示す。発射体(１８)は一次および二次弾道特性を有するプログラム可能な発射体であって、該発射体には発射火薬、時限信管および副発射体(１９)が装填される。
【００１２】
図２において、砲身(１３)の砲口に固定された支持管(２０)は３つの部材(２１)、(２２)および(２３)から成る。発射体の速度を測定するためのトロイドコイル(２４)および(２５)はそれぞれ第１部材(２１)と第２部材(２２)の間および第２部材(２２)と第３部材(２３)の間に配設される。コイル体(２６)内部に収容されたトランスミッタコイル(２７)は第３部材(２３)(プログラミング部とも呼ばれる)に固定される。支持管(２０)の固定法および３つの部材(２１)、(２２)および(２３)の相互間の固定法についてはここではこれ以上説明しない。測定を妨げる磁場を遮蔽するために、軟鉄製ロッド(３０)が支持管(２０)の周辺部に配設される。発射体(１８)はレシーバーコイル(３１)を具備しており、該レシーバーコイルはフィルター(３２)とカウンター(３３)を介して時限信管(３４)に接続される。発射体(１８)がトロイドコイル(２４)および(２５)を通過する間に、各トロイドコイル内ではパルスが立て続けに発生する。これらのパルスは評価回路(１０)へ供給され(図１参照)、該回路内においては、パルス間の入力順の距離およびトロイドコイル(２４)と(２５)の間の距離(a)から発射体の速度が計算される。この発射体の速度を考慮することにより、爆発時間が計算される(これについては以下において詳述する)。該計算値は発射体(１８)の通過時にトランスミッタコイル(２７)によってレシーバコイル(３１)へディジタル形態で誘導的に伝送されてカウタンー(３２)のセッティングに利用される。
【００１３】
図３において、発射体(１８)の爆発点は(Ｐz)で示される。図３には、爆発点(Ｐz)からの距離に応じて円錐体(Ｃ)の遠近法で示す環状表面(Ｆ１)、(Ｆ２)、(Ｆ３)および(Ｆ４)のほぼ半円状のカーブ上に均等に分布した状態で発射された副発射体が図示される。爆発点(Ｐz)からのメートル単位の距離(m)を第１横座標I上にプロットし、表面(Ｆ１)、(Ｆ２)、(Ｆ３)および(Ｆ４)の大きさ(平方メートル単位)とその直径(メートル単位)を横座標IIに示す。例えば、１５２個の副発射体を具備する典型的な発射体の場合について、円錐体(Ｃ)の初期頂点角を１０度とし、第２横座標II上にプロットした値を該距離の関数として図示する。環状表面(Ｆ１)、(Ｆ２)、(Ｆ３)および(Ｆ４)上に分布する副発射体の密度は距離と共に低下し、ここで選択した条件下においては、副発射体の密度は６４個／m2、１６個／m2、７個／m2および４個／m2の順で低下する。後の計算の基礎となる予決爆発距離(Ｄz)を例えば、２０mとすると、例えば直径が３.５mの標的領域は１m2あたり１６個の副発射体で覆われる。
【００１４】
図４においては、攻撃対象となる標的は(４)および(４')で示される。(４)および(４')はそれぞれ発射体との衝突位置および発射体と衝突する前の位置を示す。
【００１５】
前述の装置の操作法を以下に説明する。リードコンピュータユニット（９）は気象学的データを考慮した上で、一次および二次弾道特性を有する発射体の標的データ（Ｚ）およびリード速度（ＶＯｖ）から衝突距離（ＲＴ）を計算する。
例えば、リード速度（ＶＯｖ）はデータ伝送装置（１７）を介して供給される多数の発射体速度（Ｖｍ）の平均値から形成される（これらの値は実際に測定される発射体速度（Ｖｍ）よりも優先する）。
【００１６】
その時の爆発距離(Ｄz)に基づき、衝突時間(Ｔf)の関数である発射体速度Ｖg(Ｔf)を考慮することにより、発射体の爆発時間(Ｔz)を次式から決定することができる:
Ｄz＝Ｖg(Ｔf)*ts    および    Ｔz＝Ｔf−ts
この場合、Ｖg(Ｔf)は弾道学的近似計算から決定することができ、Ｔzは発射体の爆発点(Ｐz)までの飛行時間を示し、tsは爆発点(Ｐz)から衝突点(Ｐf)への発射体の方向へ飛行する副発射体の飛行時間を示す(図３および図４)参照。
【００１７】
リードコンピュータユニット（９）は砲身の方位角（α）と射角（λ）も探知する。α、λ、ＴｚもしくはＴｆおよびＶＯｖの値は衝突点に関する発射データ要素としてデータ伝送装置（１７）を介して補正コンピュータユニット（１２）へ伝送される。発射要素αおよびλは砲サーボ装置（１５）へ伝送され、発射要素ＶＯｖ、ＴｆもしくはＴｚは更新コンピュータユニット（１１）へ伝送される。
【００１８】
上記の計算はクロック方式で繰り返しておこなわれるので、個々の実際のクロック周期（clock period）（ｉ）におけるその時の有効時間に対してはα、λ、ＴｚおよびＶＯｖの新しいデータが得られる。
クロック値間の実際の時間（ｔ）に対して内挿または外挿をそれぞれおこなう。
【００１９】
各々のクロック周期（ｉ）の開始時において、発射データ要素α、λ、ＴｚもしくはＴｆおよびＶＯｖに関する最新のデータに基づいて補正コンピュータユニット（１２）で補正因子（Ｋ）を計算する。この計算の目的および補正因子（Ｋ）に関する条件付き方程式の展開について以下に詳述する。
【００２０】
補正因子(Ｋ)は次式(１)で定義される:
【数２６】
0004008520.tif 000002
【外６】
0004008520.tif 000003
【数２７】
0004008520.tif 000004
【外７】
0004008520.tif 000005
【数２８】
0004008520.tif 000006
この場合、攻撃条件は次式３で表される:
【数２９】
0004008520.tif 000007
【００２１】
t0による式３の導関数は次式４で表される:
【数３０】
0004008520.tif 000008
【外８】
0004008520.tif 000009
【数３１】
0004008520.tif 000010
一般的な理論によれば、所定の前提条件下においては式４.１中の一部の表式は次の様になる。
【数３２】
0004008520.tif 000011
【外９】
0004008520.tif 000012
【数３３】
0004008520.tif 000013
導関数の一般的な定義によれば、式４.１におけるＤ3に関しては次式５が適用される:
【数３４】
0004008520.tif 000014
砲身(１３)の射角が無視できるならば、次式が成り立つ:
【数３５】
0004008520.tif 000015
従って、次の近似式が成り立つ:
【数３６】
0004008520.tif 000016
【００２２】
【外１０】
0004008520.tif 000017
従って、式５は次式のように書き換えられる：
【数３７】
0004008520.tif 000018
【外１１】
0004008520.tif 000019
【数３８】
0004008520.tif 000020
直線的弾道特性において、発射体の速度が標的方向とほぼ平行であると仮定する、即ち、次式７が成り立つと仮定すると：
【数３９】
0004008520.tif 000021
式４から次式８が得られる：
【数４０】
0004008520.tif 000022
（式８は、標的速度が２つの直交成分に分かれることを示す）
式２を式１に代入して次の定義を考慮すると：
【数４１】
0004008520.tif 000023
【数４２】
0004008520.tif 000024
次式が得られる：
【数４３】
0004008520.tif 000025
ｐＧ、ｖＧおよびｖｚの定義を考慮すると次式が得られる：
【数４４】
0004008520.tif 000026
【数４５】
0004008520.tif 000027
従って、式７および式８から次式９が得られる：
【数４６】
0004008520.tif 000028
式９をｖ２Ｇ／（１＋∂ＴＧ（ｔ０）／∂ｔ０）２で約分することによって補正因子Ｋは次式１０で表される。
【数４７】
0004008520.tif 000029
【００２３】
【外１２】
0004008520.tif 000030
これらは飛行時間の一次関数であり、砲射の射角に関しては二次であり、無視することは可能である。これらの値を決定するためには、例えば、ダントニオ（d'Antonio）による解を応用することができる。これによって、次式１１および１２が得られる：
【数４８】
0004008520.tif 000031
【数４９】
0004008520.tif 000032
式１１および式１２において、ｑは次式：
【数５０】
0004008520.tif 000033
【外１３】
0004008520.tif 000034
式１１および式１２を式１０に代入することによって、補正因子（Ｋ）は次式で表される：
【数５１】
0004008520.tif 000035
【外１４】
0004008520.tif 000036
【００２４】
本明細書に記載の式中の記号の意義は次の通りである。
【外１５】
0004008520.tif 000037
Ｉd   … … … … …  ユニホームマトリックス
・  … … … … …  スカラーまたはマトリックスの乗法
【外１６】
0004008520.tif 000038
limh→oＡ(h) … …   hに関する式Ａの０までのリミット
inftＭ  … … … …   全てのtにわたる量Ｍの下限
【外１７】
0004008520.tif 000039
v0    … … … … …  発射体の初期リード速度の砲身方向の成分の量
ｖm   … … … … …  発射体の有効初速度の砲身方向の成分の量
ＴＧ  … … … … …  発射体のリード飛行時間
t*    … … … … …  発射体の飛行時間
t0    … … … … …  発射体の砲口経過時間
【００２５】
補正コンピュータユニット（１２）から伝送される補正因子（Ｋ）、評価回路（１０）から伝送される発射体の実測速度（Ｖｍ）およびリードコンピュータユニット（９）から伝送される爆発時間（Ｔｚ）とリード速度（ＶＯｖ）に基づいて、更新コンピュータユニット（１１）は次式から補正された爆発時間（Ｔｚ（Ｖｍ））を計算する。
Ｔｚ（Ｖｍ）＝Ｔｚ＋Ｋ＊（Ｖｍ−ＶＯｖ）
補正された爆発時間（Ｔｚ（Ｖｍ））は、有効時間によって左右される実際のその時の時間（ｔ）まで内挿または外挿される。新たに計算された爆発時間（Ｔｚ（Ｖｍ，ｔ））は測定装置（１４）のプログラミングユニット（２３）のトランスミッタコイル（２７）へ伝送された後、飛行する発射体（１８）へ伝送される（これについては図２に関連して先に説明した）。
【００２６】
爆発距離(Ｄz)(図３および図４参照)は、発射体の速度の変動に左右されることなく、爆発時間(Ｔz)の補正によって一定に維持することができるので、標的に対する最高の攻撃確率または撃墜確率を達成することが可能となる。
直線的弾道特性を仮定するときには、式２の代りに次式を用いることも可能である:
【数５２】
0004008520.tif 000040
短弾道特性に関するフォール角(fall  angle)を考慮するならば、この一次の式を用いることによって補正因子(Ｋ)に対して同じ結果が得られる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、プログラム可能な発射体の爆発距離を、発射体の速度の変動に左右されることなく爆発時間の補正によって一定に維持することができるので、標的に対する最高の攻撃確率または撃墜確率を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による兵器制御システムの模式図である。
【図２】  測定およびプログラム装置の縦断面図である。
【図３】  爆発距離の関数としての副発射体の分布図である。
【図４】  図１に示す兵器制御システムの異なった模式図である。
【符号の説明】
１      発射制御装置
２      砲
３      サーチセンサー
４      標的
５      追跡センサー
６      発射制御コンピュータ
７      メインフィルター
９      リードコンピュータユニット
１０      評価回路
１１      更新コンピュータユニット
１２      補正コンピュータユニット
１３      砲身
１４      測定装置
１５      砲サーボ装置
１６      発射装置
１７      データ伝送装置
１８      発射体
１８’    発射体
１９      副発射体
２０      支持管
２１      第１部材
２２      第２部材
２３      第３部材
２４      トロイドコイル
２５      トロイドコイル
２６      コイル体
２７      トランスミッタコイル
２８      ライン
２９      ライン
３０      軟鉄ロッド
３１      レシーバコイル
３２      フィルター
３３      カウンター
３４      時限信管
ａ        距離
Ｐｚ      爆発点の位置
Ｆ１−Ｆ４    環状表面
Ｃ        円錐体
Ｉ        第１横座標
ＩＩ      第２横座標
Ｄｚ      爆発距離
ＲＴ      衝突距離
ＶＯｖ    リード速度
Ｖｍ      実測速度
Ｔｚ      爆発時間
ｔｓ      副発射体の飛行時間
Ｐｆ      衝突点
α        砲身の方位角
λ        砲身の射角
Ｔｆ      衝突時間
ＴＧ      飛行時間
Ｔｚ(Ｖｍ)    補正爆発時間
Ｍｅ      気象学的データのインプット
Ｚ        標的データ
【図１】
0004008520.tif 000072
【図２】
0004008520.tif 000073
【図３】
0004008520.tif 000074
【図４】
0004008520.tif 000075