(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標へ誘導することを目的として飛しょう体の飛しょう経路を制御する誘導装置において、飛しょう体の速度、位置情報および目標の位置情報から目標との相対運動情報を計算する相対運動計算手段と、飛しょう体の速度指令を出力する速度指令計算器と、上記速度指令及び慣性装置より得られた飛しょう体の速度により速度制御用の加速度指令を生成する加速度指令計算手段と、
シーカまたは上記相対運動計算手段により計算された目標との相対運動情報を用いて加速度指令を生成する加速度指令計算機と、母機投入から上記シーカが目標をロックオンするまでの間は上記加速度指令計算手段による加速度指令を出力とし、ロックオン後は上記加速度指令計算機による加速度指令を出力とする切替処理を行い、制御装置へ出力する切替器とを備えることを特徴とした誘導装置。
【請求項２】
上記相対運動計算手段より得られた相対運動情報により目標とのクロスレンジを計算するクロスレンジ計算手段と、上記クロスレンジによりヨー方向の指令の符号を切替えて上記切替器に出力する符号切替手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の誘導装置。
【請求項３】
上記符号切替手段において目標との相対距離情報に基づき符号を切替えるクロスレンジの値を変更することを特徴とする請求項２記載の誘導装置。
【請求項４】
上記加速度指令計算手段において飛しょう体の速度および高度に応じて適切な加速度指令リミット計算を行うことを特徴とする請求項１記載の誘導装置。
【請求項５】
速度指令計算において目標との相対距離に応じて適切な速度指令計算を行うことを特徴とする請求項１記載の誘導装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機から投下され、目標に会合すべく飛行する飛しょう体の飛しょう経路を制御する誘導装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下に、当該飛しょう体の誘導装置の従来実施例を説明する。図９は誘導装置を搭載した飛しょう体の簡略化した構成例を示す。図において、１は飛しょう体の速度及び位置を検出する慣性装置、４は目標の相対位置、相対速度情報を検出するシーカ、３は飛しょう体の位置及び速度情報と目標位置情報から相対距離、平均接近速度、目視線角の時間変化を計算する相対運動計算手段、１０はシーカ４または相対運動計算手段３からの目標との平均接近速度、目視線角の時間変化からピッチ系及びヨー系の横加速度指令を計算する加速度指令計算器、１４は誘導飛しょう体の発生加速度を制御するために操舵翼１７の舵角指令を生成する制御装置、１６は制御装置１４より操舵翼舵角指令１５を受け操舵翼１７を駆動する操舵装置である。更に、１８は誘導装置全体、２１は飛しょう体全体を表す。
【０００３】
従来の誘導装置は上記のように構成される。つづいて飛しょう体２１を目標２２に誘導するまでのシーケンスについて説明する。目標に関する誘導は鉛直面内と水平面内の誘導により３次元的に定義されるが、両者は同じ構成となるため、鉛直面について説明する。なお、鉛直面内の信号をピッチ系、水平面内の信号をヨー系として定義する。図１０に示すように、上記の誘導装置を装備した飛しょう体２１が母機２０から投下され、目標２２に誘導されるとする。誘導を行う際には、目標へと向かうためのピッチ加速度指令ａｃｐおよびヨー加速度指令ａｃｙを加速度指令計算器１０において計算するが、この際には目標との相対位置、相対速度情報が必要である。シーカ４が目標の情報を検出可能な距離に達するまでの間は母機２０より与えられた目標位置情報及び慣性装置１による飛しょう体２１の位置及び速度情報から相対距離Ｒ、平均接近速度Ｖｃ、目視線角の時間変化sdp、sdyを相対運動計算手段３において数１により計算して用いる。
【０００４】
【数１】
0003885475.tif 000002
【０００５】
シーカ４が目標を検出した後はシーカ４が出力する相対距離、平均接近速度, 目視線角の時間変化を用いる。加速度指令計算器１０における加速度指令の計算手段としては種々の誘導則が考えられるが、比例航法を用いた場合には数２のようにして計算される。
【０００６】
【数２】
0003885475.tif 000003
【０００７】
制御装置１４においては、加速度指令計算機１０による加速度指令に基づき加速度を発生するような操舵指令を計算する。操舵装置１６においては操舵指令に対して実際に操舵翼１７を操舵する。これにより、飛しょう体の空力的姿勢が変化することにより、指令方向に加速度を発生し、誘導誤差が修正される。
【０００８】
ここで、会合する際の誘導飛しょう体２１と目標２２との相対距離の最小値をミスディスタンスという。ミスディスタンスを小さくすることにより目標２２の破壊確率が向上するため、ミスディスタンスが小さくなるような誘導を行なうことが目的とされる。シーカが目標を捕捉するまでの間は母機から得られた情報により目標へと誘導を行うため、真の目標との会合位置に対して速度方向に誤差を発生する可能性が高い。このため、シーカが目標を捕捉し、真の目標方向に近い情報が得られた後にこの誤差を修正する必要がある。ここでシーカが目標を捕捉し、目標の情報が得られる状態に移行することをロックオンと言い、ロックオンから会合までの時間を終末誘導時間と定義する。シーカが目標を捕捉可能な距離は特定の目標を対象とした場合にはほぼ一定値Ｒ１となる。したがって、飛しょう体の速度Ｖｍを一定とすると、終末誘導時間ｔｆは数３により計算できる。
【０００９】
【数３】
0003885475.tif 000004
【００１０】
図１１に一定の速度方向誤差に対して速度方向誤差により発生するミスディスタンスの会合させるまでの終末誘導時間による変化を示す。図より、会合させるまでの終末誘導時間が短くなるにつれてミスディスタンスが相対的に大きくなることが解かる。したがって、ミスディスタンスを小さくするためには適度な終末誘導時間が必要となる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
誘導飛しょう体２１において、終末誘導開始時の飛しょう速度が過大であると、限られた終末誘導距離を誘導し目標２２に会合させるまでの誘導時間が短くなってしまうため、終末誘導開始時の速度方向誤差を修正することが出来ず、目標２２の近傍を通過できないため誘導性能が劣化するという問題があった。
【００１２】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、母機２０から投下後終末誘導開始までの間に適当な速度範囲に速度を制御する手段を付加することにより、誘導飛しょう体２１の誘導性能を向上させることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第１の発明による誘導装置は、飛しょう体の速度、位置情報および目標の位置情報から目標との相対運動を計算する相対運動計算手段と、飛しょう体の速度指令を出力する速度指令計算器と、上記速度指令及び慣性装置より得られた飛しょう体の速度により速度制御用の加速度指令を生成する加速度指令計算手段と、上記相対運動計算手段により計算された相対運動情報を用いて加速度指令を生成する加速度指令計算機と、飛しょう体の速度情報に基づき上記加速度指令計算手段からの加速度指令と上記加速度指令計算機からの加速度指令とを切り替える切替器とを備えたものである。
【００１４】
また、第２の発明による誘導装置は、第１の発明による誘導装置の構成に加えて上記相対運動計算手段より得られた相対運動情報により目標とのクロスレンジを計算するクロスレンジ計算手段と、上記クロスレンジによりヨー方向の指令の符号を切替えて上記切替器に出力する符号切替手段とを備えたものである。
【００１５】
第３の発明による誘導装置は、第２の発明による誘導装置の構成の符号切替手段において相対距離情報の基づき符号を切替えるクロスレンジの値を変更する機能を設けたものである。
【００１６】
また、第４の発明による誘導装置は、第１の発明による誘導装置の構成の加速指令計算手段において飛しょう体の誘導制御系の安定性を確保するために飛しょう体の速度及び高度に応じて適切な加速度指令リミット計算を行うようにしたものである。
【００１７】
第５の発明による誘導装置は、第１の発明による誘導装置の構成の速度指令計算機において目標との相対距離に応じて速度指令計算を行う機能を設けたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下に、本発明を図面にしたがって説明する。図１は本発明による誘導装置を搭載した誘導飛しょう体２１の簡略化した構成例を示す。１は飛しょう体の速度及び位置を検出する慣性装置、２は加速度指令の切替器、３は飛しょう体の位置及び速度情報と目標位置情報から相対距離、平均接近速度、目視線角の時間変化を計算する相対運動計算手段、４は目標の相対位置及び相対速度情報を検出し、相対距離、平均接近速度、目視線角の時間変化を計算するシーカ、５は飛しょう体の速度指令を出力する速度指令計算器、６は速度指令及び速度により速度制御用の加速度指令を生成する加速度指令計算手段、１０はシーカ４または相対運動計算手段３からの目標との平均接近速度、目視線角の時間変化からピッチ系及びヨー系の横加速度指令を計算する加速度指令計算器、１４は誘導飛しょう体の発生加速度を制御するために操舵翼１７の舵角指令を生成する制御装置、１６は制御装置１４の操舵指令を受け操舵翼１７を駆動する操舵装置、１８は誘導装置全体、２１は飛しょう体全体を表す。
【００１９】
誘導装置は上記のように構成される。従来の実施例と同様にシーカが目標情報を検出可能な相対距離に達するまでは、相対運動計算手段３により計算した平均接近速度、目視線角の時間変化を用いて加速度指令計算器１０により加速度指令を計算する。速度指令計算器５においては、速度の上限値を指令値として出力するが、これは次のように計算する。目標とするミスディスタンスを実現するために必要な終末誘導時間をｔｆ１以上とすると、数３よりロックオン時から目標会合までの平均接近速度Ｖｃは数４の関係を満たす必要がある。
【００２０】
【数４】
0003885475.tif 000005
【００２１】
ここで目標の移動速度が飛しょう体２１の速度に比べて十分に遅い場合には接近速度と飛しょう体２１の速度はほぼ等しいとして近似できることから、数５により飛しょう速度の上限値Ｖｍ１を設定する。
【００２２】
【数５】
0003885475.tif 000006
【００２３】
続いて、数５による速度上限値Ｖｍ１と慣性装置１による速度情報Ｖｍから加速度指令計算手段６においてヨー系加速度指令ａｃｙ１を計算する。ここで速度に関する時間変化は、空気抵抗Ｄを用いて数６のような運動方程式で記述される。
【００２４】
【数６】
0003885475.tif 000007
【００２５】
また、揚力Ｌと空気抵抗Ｄの間には数７のような関係がある。
【００２６】
【数７】
0003885475.tif 000008
【００２７】
数６及び数７より速度を減少させるためには、抵抗を増大させる必要があり、抵抗を増大させるためには揚力を増大させる必要があることが分かる。揚力Ｌは水平面内の成分Ｌｈと鉛直面内の成分Ｌｖに分けることができるが、速度を低下させるために揚力を増加させた場合、目標との会合点に向かう経路を逸脱する可能性がある。特に鉛直面内の経路を変化させた場合には当初の経路よりも高度が上昇または下降し、大気密度が変化することにより空気抵抗が変化し、速度が増加または減少する可能性がある。そこで、本発明においては水平面内の揚力Ｌｈのみを制御することにより、速度制御を行なうものとする。具体的には、速度上限値Ｖｍ１および速度Ｖｍを用いて数８のようにヨー系加速度指令ａｃｙ１を計算する。
【００２８】
【数８】
0003885475.tif 000009
【００２９】
切替器２においては、母機投下からロックオンまでの間は加速度指令計算手段６によるヨー系加速度指令ａｃｙ１を出力とし、ロックオン後は加速度指令計算器１０によるヨー加速度指令ａｃｙを出力とする切替処理を行う。
【００３０】
数８によるヨー系加速度を発生することにより空気抵抗が増加し、速度が上限値Ｖｍ１を超過することを防止することができる。これにより、終末誘導時間をｔｆ１以上確保することが可能となる。
【００３１】
実施の形態２．
図３を用いて本発明の実施の形態２について説明する。図３は実施の形態２に基づく誘導装置を搭載した飛しょう体の構成を示すものである。１１は相対運動計算手段３と慣性装置１に基づき目標に対するクロスレンジを計算するクロスレンジ計算器、１２はクロスレンジ情報に基づき符号を反転させる符号切替器である。その他の構成品は実施の形態１に基づく誘導装置と同じである。
【００３２】
誘導装置は上記のように構成される。ここで、飛しょう体２１が母機２０を離脱してから目標へと誘導される間の水平面における軌跡の例を図４に示す。図４において、２３はクロスレンジによる符号切替を行わない場合の水平面における飛しょう経路、２４はクロスレンジによる符号切替を行った場合の水平面における飛しょう経路、２５は符号切替を生じるクロスレンジの上限を示す。
母機２０から飛しょう体２１が投下された地点を基準とし、目標２２の方向をダウンレンジ方向、直交する向きをクロスレンジ方向とし、各方向における飛しょう体２１と目標２２の距離をそれぞれダウンレンジおよびクロスレンジと定義する。実施の形態１と同様に速度を制御することを目的として、水平面に加速度を発生する場合を考えると、この際、数８により水平方向に加速度を発生させた場合には符号が常に正であるため、クロスレンジ方向の速度及びクロスレンジは単調に増加し、軌跡２３のような経路をとることになる。ロックオン後には、シーカの情報を用いて目標に対する速度方向誤差を修正する必要があるが、軌跡２３を通った場合には、水平方向に大きな速度誤差が発生する可能性がある。ロックオン後にこの誤差を収斂させることができない場合にはミスディスタンスが増大することにより誘導性能が劣化する。
【００３３】
実施の形態２に基づく誘導装置においては、クロスレンジ計算器において相対運動計算手段３の情報を用いてクロスレンジＣＲを数９により計算する。
【００３４】
【数９】
0003885475.tif 000010
【００３５】
符号切替器１２においてはクロスレンジＣＲの大きさとあらかじめ設定したスレッシュホルドＬＹより数１０により加速度指令ａｃｙ１’の符号を出力する。
【００３６】
【数１０】
0003885475.tif 000011
【００３７】
これにより、クロスレンジがＬＹを超えた場合に負の水平方向加速度ａｙが発生し、クロスレンジは減少する。また、クロスレンジがーＬＹを下回った場合には正の加速度ａｙが発生するためクロスレンジは増大する。よって、図４の２４のような軌跡をとることになり、ロックオン時の速度方向誤差が減少する。これにより、誘導性能が向上する。
【００３８】
実施の形態３．
図５を用いて本発明の実施の形態３について説明する。図５は実施の形態２に基づく誘導装置を搭載した飛しょう体の構成を示すものである。１２は実施の形態２と同じく符号切替器である。符号切替器１２においてはクロスレンジ計算器１１によるクロスレンジＣＲ及びスレッシュホルドＬＹにより数１０により加速度指令の符号を出力する。スレッシュホルドＬＹは相対距離Ｒにより数１１のように計算する。
【００３９】
【数１１】
0003885475.tif 000012
【００４０】
ここで、図４と同様の定義により水平面内の軌跡の例を図６に示す。図６において、２６はダウンレンジに応じて設定した符号切替を生じるクロスレンジの上限、２７はダウンレンジによらず符号切替の上限を一定とした場合の水平面における飛しょう経路、２８はダウンレンジにより符号切替の上限を変化させた場合の水平面における飛しょう経路を示す。
数１１によるＬＹは図６における２６のように相対距離Ｒが小さくなるに従って減少する。従って実施の形態２に基づく水平面内の軌跡が２７のようになるのに対して、２８のような軌跡となる。軌跡２７においてはロックオン時に目標に対して比較的大きな速度方向誤差を発生する可能性があるのに対して、数１１によりＬＹを計算した場合はＬＹが２６の如くなるため、軌跡２８のような経路となる。ＬＹは相対距離Ｒが小さいところで小さくなるように設定されているため、速度方向誤差は軌跡２７の場合と比べて小さくなる。これにより、誘導性能が向上する。
【００４１】
実施の形態４．
図７を用いて本発明の実施の形態４について説明する。図７は実施の形態４に基づく誘導装置を搭載した飛しょう体の構成を示すものである。１３は水平方向の加速度指令の出力の大きさをリミット値Ｌａｙ以下に制限するリミッタである。その他の構成は実施の形態１と同じである。ここで、飛しょう体２１が機体制御系の安定性を確保しつつ発生可能な横加速度の最大値Ｌａは速度Ｖｍおよび高度ｈにより数１２のように定められる。
【００４２】
【数１２】
0003885475.tif 000013
【００４３】
リミット値Ｌａｙはピッチ方向加速度指令ａｃｐｅおよびＬａにより数１３のように計算する。
【００４４】
【数１３】
0003885475.tif 000014
【００４５】
このようにＬａｙを定めることにより発生するヨー方向の加速度はＬａｙ以下となり、数１２より発生加速度はＬａ以下となる。よって飛しょう体２１が速度Ｖｍ、高度ｈにおいて機体制御系の安定性を保ちつつ発生可能な横加速度を超えるような加速度を発生することがなく、機体制御系の安定性を向上することができる。
【００４６】
実施の形態５．
図８を用いて本発明の実施の形態５について説明する。図８は実施の形態５に基づく誘導装置を搭載した飛しょう体の構成を示すものである。５は相対運動計算手段３からの相対距離情報Ｒに基づき速度指令Ｖｍｃを計算する速度指令計算器である。ここで、相対距離Ｒのところに飛しょう体２１がいるとすると目標を検知可能な距離Ｒ１まで飛行する間の速度減少量ＤＶは抵抗の平均値Ｄｂにより近似的に定まり、数１４で表される。
【００４７】
【数１４】
0003885475.tif 000015
【００４８】
Ｖｃは目標捕捉時の速度の上限Ｖｃ１及び数１３によるＤＶを用いて数１５のように計算する。
【００４９】
【数１５】
0003885475.tif 000016
【００５０】
Ｖｃ１をそのまま速度上限値の指令とした場合には、目標検知までに速度が更にＤＶ減少することにより速度が減少しすぎてしまう可能性がある。速度方向の誤差を修正するために発生可能な横加速度の最大値は速度のほぼ二乗に比例するため、速度が減少すると発生可能な横加速度は減少する。このため、速度が減少しすぎると速度方向の誤差を修正するために必要な横加速度を発生できなくなる可能性がある。数１４に基づき速度指令を計算することにより、目標捕捉までに速度がＤＶ減少しても速度方向を修正するために十分な速度を確保することが可能であり、誘導性能が向上する。
【００５１】
【発明の効果】
本発明による誘導装置は、以上のように構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
【００５２】
第１の発明によれば、ミスディスタンスを小さくするために必要な終末誘導時間を確保することが可能となり、誘導性能が向上する。
【００５３】
また、第２、第３の発明によれば、第１の発明による効果を保ちつつ水平面内の誘導誤差の発生を防止することが可能で、結果として誘導性能が向上する。
【００５４】
第４の発明によれば、第１の発明による効果を保ちつつ過大な加速度を発生することにより機体制御が不安定になることを防止することができる。
【００５５】
また、第５の発明によれば、第１の発明においてより適切な速度指令を用いることにより、速度が減少しすぎることを防止することが可能で、より遠方の目標に対して会合することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１による誘導制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】  本発明の実施の形態１による飛しょう体の誘導方法を示す図である。
【図３】  本発明の実施の形態２による誘導装置の構成を示すブロック図である。
【図４】 本発明の実施の形態２による水平面内の誘導を示す図である。
【図５】  本発明の実施の形態３による誘導装置の構成を示すブロック図である。
【図６】 本発明の実施の形態３による水平面内の誘導を示す図である。
【図７】  本発明の実施の形態４による誘導装置の構成を示すブロック図である。
【図８】  本発明の実施の形態５による誘導装置の構成を示すブロック図である。
【図９】  従来の形態による誘導装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】  速度方向誤差により発生するミスディスタンスと会合までの終末誘導時間との関係を示す図である。
【図１１】  誘導飛しょう体と目標との位置関係を示す図である。
【符号の説明】
１  慣性装置、２  切替器、３  相対運動計算手段、４  シーカー、５  速度指令計算器、６  加速度指令計算手段、７  ピッチ系慣性系加速度指令、８  バイアス加速度指令、９  スイッチ、１０  加速度指令計算器、１１  クロスレンジ計算器、１２  符号切替器、１３  リミッタ、１４  制御装置、１６  操舵装置、１７  操舵翼、１８  従来の誘導装置、１９  本発明による誘導装置、２０母機、２１  飛しょう体、２２  目標。
【図１】
0003885475.tif 000017
【図２】
0003885475.tif 000018
【図３】
0003885475.tif 000019
【図４】
0003885475.tif 000020
【図５】
0003885475.tif 000021
【図６】
0003885475.tif 000022
【図７】
0003885475.tif 000023
【図８】
0003885475.tif 000024
【図９】
0003885475.tif 000025
【図１０】
0003885475.tif 000026
【図１１】
0003885475.tif 000027