(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標に会合すべく飛しょう体を誘導する誘導装置において、前記飛しょう体の目標に対する相対位置関係を検知し目視線角および相対距離情報を出力するシーカと、上記シーカから出力された目視線角に基づき誘導信号を出力する誘導信号出力手段と、飛しょう体の高度を出力する高度出力手段と、上記高度出力および当該相対距離に基づき飛しょう体と目標との会合前に海没または近接信管が海面の影響により誤作動しないよう海面へと誘導する方向の誘導信号を制限するよう設定した誘導信号リミット値を用いて上記誘導信号に対する出力の制限を行い制限付き誘導信号を出力するリミット回路と、上記制限付き誘導信号に基づき加速度指令を計算する加速度指令信号出力手段とを備えることを特徴とする誘導装置。
【請求項２】
目標に会合すべく飛しょう体を誘導する誘導装置において、前記飛しょう体の目標に対する相対位置関係を検知し目視線角および相対距離情報を出力するシーカと、上記シーカから出力された目視線角に基づき誘導信号を出力する誘導信号出力手段と、飛しょう体の高度を出力する高度出力手段と、上記高度出力および当該相対距離に基づき飛しょう体と目標との会合前に海没または近接信管が海面の影響により誤作動しないよう海面へと誘導する方向の誘導信号を制限するよう設定した誘導信号リミット値を用いて上記誘導信号に対する出力の制限を行い制限付き誘導信号を出力するリミット回路と、飛しょう体の高度と誘導信号と相対距離に基づいて目標が海面に近い高度を飛しょうしているか否かを判定し、この判定結果に応じて上記誘導信号出力手段と上記リミット回路からの制限付き誘導信号との何れかを選択し出力する切替スイッチと、上記切替スイッチからの出力信号に基づき加速度指令を計算する加速度指令信号出力手段とを備えることを特徴とする誘導装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動する航空機またはミサイル等の目標に対して飛しょう体を誘導する飛しょう体の誘導装置、特に海面に近い高度を飛しょうするシースキマー目標に対する飛しょう体の誘導精度劣化を補償する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の誘導制御法としては比例航法が用いられている。以下にこの航法の説明を行う。図４は、従来の方式による誘導装置を示すブロック図である。図４において２０は目標を追跡する飛しょう体、２１は目標、４１は飛しょう体２０内に搭載された従来の誘導装置である。また、１は目標２１を捜索追尾するシーカである。２は誘導信号出力手段としてのカルマンフィルタであり、これによりシーカ１で検出した測角情報からノイズ成分を除去した誘導信号として目視線変化率σ’ph，σ’yhを出力する。４および５は加速度指令出力手段としてのアンプである。以下に従来の誘導装置における加速度指令の計算法を説明するが、説明を簡単にするために２次元の面内で説明する。図５において、２０は飛しょう体、２１は目標であり、この飛しょう体２０、目標２１のそれぞれの速度ベクトルを〔Ｖ〕、〔Ｖｔ〕とする。飛しょう体２０と目標２１とを結ぶ線を目視線２３と呼ぶ。水平面を基準として慣性座標系に固定した基準線２２をとり、これを基準とした飛しょう体の経路角、目視線２３の角度をそれぞれγ、σとする。飛しょう体２０は空気力、推力等を用いて進行方向γに垂直な加速度ベクトル〔ａ〕を発生し、飛しょう体２０を目標２１に会合させる。比例航法においてはこの加速度ベクトル〔ａ〕の大きさａを数１により計算する。
【０００３】
【数１】
0003879240.tif 000002
【０００４】
ここで、Ｖｃは飛しょう体２０と目標２１との接近速度、Ｎｅは実行航法定数、σ’は目視線の時間変化率である。これにより飛しょう体２０の経路角変化率は目視線変化率σ’に比例し、この関係を保つ限り必ず飛しょう体２０は目標２１に会合する。図６はこの様子を示したもので、今、飛しょう体２０、目標２１がそれぞれＭ，Ｔの位置にあり、目標２１がＴＰ上を定速で進む場合、飛しょう体２０はＭＰ上を三角形ＰＭＴと相似関係を保ちつつ直進してＰ点で会合する。目標２１が回避行動を行いＰ１Ｔ１上を運動する場合、飛しょう体２０がＭ１より式１にしたがって加速度運動を行えば、飛しょう体２０の軌跡はＰ１Ｍ１上を進みＰ１点に会合する。
【０００５】
会合時には、目標の近傍を通過したか否かを飛しょう体２０に搭載された近接信管が判定する。近接信管は、最も近傍にある物体の距離を測定し、この距離が目標を弾頭により破壊できる距離より小さい場合に目標の近傍を通過したと判定し、弾頭に起爆信号を送る。これにより目標を破壊することができ、誘導の目的は達成される。飛しょう体２０と目標２１と会合する際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うことが目標とされる。
【０００６】
目視線変化率等の誘導信号出力手段としては一例として、カルマンフィルタ１４が用いられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の誘導装置では目標がシースキマー目標である場合に海面に誘導誤差により目標２１と会合する前に飛しょう体２０が海没し、誘導性能が劣化する危険性があった。ここでシースキマー目標とは、極めて海面に近い一定の高度を水平に飛しょうする目標のことである。
【０００８】
図７を用いてシースキマー目標における誘導性能の劣化について説明する。説明を簡単にするため、海面と目標との位置関係が誘導精度に影響する鉛直面内において説明を行う。図７において、Ｍは飛しょう体２０の位置を、Ｔは目標２１の位置を示す。誘導の目的は、高度ｈｔを水平に飛しょうする目標２１に対して飛しょう体２０を誘導しミスディスタンスを最小とすることである。誘導誤差は、誘導計算の時間遅れや誘導信号ノイズ等の要因により生じるものであり、目標２１を中心に誘導信号ノイズ等の分散により定義される分散ｒm の正規分布状に発生すると考えることができる。図７において、目標２１を中心にした半径３ｒm の円に対して飛しょう体２０から引いた接線の交点をＡおよびＢとするとき、上記誘導誤差が分散ｒm の正規分布状に発生することから９９％以上の確率でこの円と交差する。このとき、飛しょう体２０は目標２１の上方に誘導された場合にＴＡ上を、下方に誘導された場合にＴＢ上を通過する。また、点Ｃは目標２１の下方に誘導されＢＴ上を通過する場合に海面３０とミスディスタンスが等しくなる点である。ＣＢ上を通るような軌道に飛しょう体２０が誘導された場合には、目標と会合する前に飛しょう体２０が海面に落下したり、飛しょう体に搭載されている近接信管が海面を検知することにより目標２１を正しく検知することができないため、誘導性能が低下する。
【０００９】
本発明は、かかる課題を解決するためのものであり、誘導信号に目標の高度に応じた適切なリミットを設けることにより飛しょう体２０の海没または近接信管の誤作動を回避し、誘導性能を向上させることを目的とする。
【００１０】
【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、目標２１に会合すべく飛しょう体を誘導する誘導装置において、前記飛しょう体の目標に対する目視線角等の情報に基づき目標運動を検知するシーカと、このシーカの出力に基づき誘導信号を出力する誘導信号出力手段と、飛しょう体の高度を出力する高度出力手段と、当該誘導信号および当該高度出力に基づき目標の高度を推定し誘導信号に対する出力の制限を行い制限付き誘導信号を出力するリミット装置と、当該制限付き誘導信号に基づき加速度指令を計算する加速度指令信号出力手段とを備えた誘導装置とした。
【００１１】
第２の発明による誘導装置は、第１の発明の誘導装置に目標がシースキマー目標であるかどうかを判定し、この結果に応じて適切な航法則を使用するように切り替えるスイッチ回路１８を付加した誘導装置とした。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、本発明を図面にしたがって説明する。図１において２０は目標を追跡する飛しょう体、２１は目標、４０は飛しょう体２０内に搭載された誘導装置である。また、１は目標２１を捜索追尾するシーカ、２は誘導信号出力手段としてのカルマンフィルタであり、これによりシーカ１で検出した測角情報からノイズ成分を除去した誘導信号として目視線角σp-h および目視線変化率σp-h ，σ’y-h および飛しょう体２０と目標２１との相対距離Ｒを出力する。６は飛しょう体２０の高度ｈｍを出力する高度計測手段としての高度計、３はシーカ１で検出した目標２１との相対距離Ｒとカルマンフィルタ１４より出力された目視線角σp-h と高度計６から出力された高度ｈｍより適当な誘導信号のリミット値Ｌp を計算し、目視線変化率σ’p-h に対して制限付きの目視線変化率σ’p-h2を出力するリミット回路、４および５は加速度指令出力手段としてのアンプである。
【００１３】
図３を用いてリミット回路３の動作を説明する。リミット回路においては、シーカ１で検出した目標２１との相対距離Ｒとカルマンフィルタ１４より出力された目視線角σp-h と高度計６から出力された高度ｈｍおよびあらかじめ適当に設定した高度の下限値ｈｍｉｎより誘導信号のリミット値Ｌp を数２により計算する。ここで下限値ｈｍｉｎは、目標２１が飛行可能な高度は、海面の影響を考えると数ｍ程度以上であるので、これより低い高度に設定する。
【００１４】
【数２】
0003879240.tif 000003
【００１５】
目視線角に対するリミット値Ｌｐは、図３に示すように会合時にＬｐ以上の大きさの目視線角σp をとった場合に飛しょう体２０が目標２１の近傍を通過する際にＤ点より海面側を通過し、結果的に海没するか海面３０を近接信管が検知してしまうリミット値であることを意味している。
【００１６】
上記の問題を避けるためにリミット値Ｌｐ以上の大きさの目視線角になるような目視線変化率が発生した場合にこれをリミットにより制限し、上記の問題が生じるような位置ＢＤに飛しょう体を誘導するような加速度指令を発生しないようにする。具体的には、数３により目視線変化率を制限する。
【００１７】
【数３】
0003879240.tif 000004
【００１８】
このようなリミット回路３より出力された目視線変化率σ’p-h2および目視線変化率σ’y-h を用いてアンプ４および５において数４のように加速度指令を計算する。
【００１９】
【数４】
0003879240.tif 000005
【００２０】
数４は、目視線変化率に対して相対速度Ｖｃと航法定数Ｎｅを乗じたものであり、従来の比例航法と同様の式である。したがって、目視線変化率を０にするような誘導を行い結果として、目視線角を一定にするような誘導が行われる。この時、リミット回路３により目視線角にＬｐの制限が課されているため、図３において飛しょう体２０は、ＴＤまたはＡＴの範囲に誘導される。海没や近接信管の誤作動により、誘導性能が低下するのはＤＢに誘導された場合であるので、結果として誘導性能を向上することができる。
【００２１】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２について図２を用いて説明する。本発明は、発明の実施の形態１による誘導装置に目標がシースキマー目標であるかどうかを判定し、この結果に応じて適切な航法則を使用するように切り替えるスイッチ回路７を加えたものである。スイッチ回路７においては、シーカ１より出力された目標相対距離Ｒおよびカルマンフィルタ２より出力された目視線角σ’p-h および高度計６からの飛しょう体２０の高度ｈｍを用いて目標高度ｈｔを数５により計算する。
【００２２】
【数５】
0003879240.tif 000006
【００２３】
数５により計算した目標高度の推算値ｈｔが適当に設定したある閾値ｈｍｉｎ２と数６により比較する。ただし、ｈｍｉｎ２は、飛しょう体２０における誘導誤差が判定結果を誤らせないように誘導精度より充分大きな値を設定する。
【００２４】
【数６】
0003879240.tif 000007
【００２５】
数６が真の場合には、目標２１がシースキマー目標であると判定し、リミット回路３より出力された目視線変化率σ’p-h2をスイッチ回路７の出力σ’p-h3とする。また、数６が偽である場合には目標２１が非シースキマー目標であると判断し、カルマンフィルタ２より出力された目視線変化率σ’p-h をスイッチ回路７の出力σ’p-h3とする。このσ’p-h3を用いて加速度指令信号を数７のように計算する。
【００２６】
【数７】
0003879240.tif 000008
【００２７】
【発明の効果】
第１の発明によれば、従来の誘導装置に加えて目視線変化率に対するリミット回路を付加することにより、海面に極めて近い高度を飛行している目標に対して海没または近接信管の誤作動を防止することが可能であり、誘導性能を向上させることが可能である。
【００２８】
また、第２の発明によれば、第１の発明に加えて目標が海面にシースキマー目標であるかどうかを判定して誘導則を切り替えるスイッチ回路を付加することにより、高度計に一定の誤差が含まれる場合においても、上記の２種類の目標に応じて適切な誘導を行うことが可能である。結果として、シースキマー目標に対して誘導性能を向上し、かつ非シースキマー目標に対して従来の航法と同等の誘導性能を維持することが可能である。
【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２による誘導装置の構成を示すブロック図である。
【図３】  本発明の実施の形態１における目視線角に関するリミットの効果を示す図である。
【図４】  従来の誘導装置の構成を示す図である。
【図５】  飛しょう体を目標に対して会合させようとする場合の幾何学的な関係を示す図である。
【図６】  比例航法を用いて飛しょう体を目標に対して会合させようとする場合の会合までの運動の様子を示す図である。
【図７】  従来の誘導装置を搭載した飛しょう体を海面に極めて近い高度を飛しょうする目標に対して会合させようとする場合の幾何学的な関係を示す図である。
【符号の説明】
１  シーカ、２  カルマンフィルタ、３  リミット回路、４  アンプ、５  アンプ、６  高度計、７  スイッチ回路、２０  飛しょう体、２１  目標、２２  目視線の基準線（水平基準）、２３  目視線、２４  目標が旋回しない時の飛しょう体の経路、２５  旋回しない目標の経路、２６  旋回した場合の目標の経路、２７  目標が旋回した時の飛しょう体の経路、３０  海面、４０  本発明の誘導装置、４１  従来の誘導装置。
【図１】
0003879240.tif 000009
【図２】
0003879240.tif 000010
【図３】
0003879240.tif 000011
【図４】
0003879240.tif 000012
【図５】
0003879240.tif 000013
【図６】
0003879240.tif 000014
【図７】
0003879240.tif 000015