(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機(1)の機体(4)に搭載後離脱し自立航法を行う飛翔体(3)が前記航空機(1)に携行されている状態で、前記飛翔体(3)の少なくとも電源投入、初期化操作及び慣性航法装置(11)の初期化に関するデータの送信を前記航空機(1)側の操作盤(22)から無線で行うようにした飛翔体における初期化方法において、
前記機体(4)側からＧＰＳ受信機(8)からのＧＰＳ信号(8a)を用いて前記飛翔体(3)の慣性航法装置(11)の初期化を行う場合、前記ＧＰＳ信号(8a)に基づくＧＰＳ速度(31)及びＧＰＳ位置(32)がカルマンフィルター(33)に入力されて処理された補正量(34)を初期化データとして用い、前記慣性航法装置(11)の真方位位置算出(35)を行う際にＧＰＳトラック信号(30)を用いトルキングレート算出(36)及び角速度(37)からクォータニオン積算(38)によって方向余弦算出(39)を行って姿勢・方位算出(40)を行い、
前記方向余弦算出(39)と加速度(41)による座標変換(42)によって得た座標と補正速度(43)によって速度算出(44)が行われ、この速度算出(44)による速度が前記ＧＰＳ速度(31)と比較されて誤差速度(45)として前記カルマンフィルター(33)に入力されると共に、前記真方位位置算出(35)の真方位及び位置と前記ＧＰＳ位置(32)とが比較されて誤差位置(46)が前記カルマンフィルター(33)に入力されて処理され、前記データの送信及び受信は２．４〜２．４８ギガヘルツの周波数帯域を用いた無線手段(20)で行うことを特徴とする飛翔体における初期化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、飛翔体における初期化方法に関し、特に、航空機搭載型飛翔体は、敵地制圧、敵海制圧、敵空制圧、模擬標的等様々な形態で使用され、空対空、空対地ミサイルにおいては航空機に搭載され敵地近傍において発射することがその運用効率、機動性、コスト、自己防衛の観点から非常に有効である。その際、飛翔体に対する動作指令を行うことは、ミッション上必要不可欠なものであり、初期化は通常飛翔体への指令入力、或いは航法装置への初期位置の入力、慣性航法装置の姿勢角、方位角、位置、速度の初期化データを供給するために航空機搭載型飛翔体においては必ず必要な操作或いはシーケンスである。本発明は、航空機に搭載されて携行中の無人の飛翔体に対して、２．４ギガヘルツを中心とする周波数帯域の「ブルートゥース」方式等の無線手段によって電源投入、初期化操作及び慣性航法装置の初期化等に関するデータの送信を航空機側から飛翔体に対して行い、さらにＧＰＳ受信機のトラック信号を慣性航法装置の初期方位角として用いることにより、慣性航法装置の初期化を効率よく行うための新規な改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、用いられていたように、この種の航空機に搭載後離脱し、自立航法を行うようにした飛翔体においては、この飛翔体が航空機に携行されている時に、航空機に搭載されたデータバス等とコネクタ等の電気的結合手段を介して飛翔体に接続させ、飛翔体の動作コマンド、初期値データ、目標位置、その他飛翔体の航法に必要なデータを全て入力するようにしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の飛翔体への各種データの入力は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、これまで飛翔体を搭載していない航空機に飛翔体を搭載させるようにするためには、機体の大幅な改修を行わなければならず、多大な費用と時間を必要としてきた。
また、この航空機と飛翔体との間のデータの送・受信を行うための電気的結合手段に接続された制御用操作盤を航空機のコックピット内に設置することは、狭いコックピット内で障害となり、飛翔体の円滑な運用に多大な悪影響を与えることになっていた。
【０００４】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、航空機の機体改修をすることなく航空機搭載型飛翔体への指令、初期化データの供給を可能にし、それらの費用、期間を最小にすると共に、同時に設置されたＧＰＳ受信機により機体の航法データを取得し飛翔体の慣性装置に送信することにより、飛行途中で慣性装置の初期化を可能にすることで、例え飛翔体が航空機の翼下に置かれ、ＧＰＳ信号が受信できなくても機体の航法データを用い初期化を行うことができるようにした飛翔体における初期化方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による飛翔体における初期化方法は、航空機の機体に搭載後離脱し自立航法を行う飛翔体が前記航空機に携行されている状態で、前記飛翔体の少なくとも電源投入、初期化操作及び慣性航法装置の初期化に関するデータの送信を前記航空機側の操作盤から無線で行うようにした飛翔体における初期化方法において、
前記機体側からＧＰＳ受信機からのＧＰＳ信号を用いて前記飛翔体の慣性航法装置の初期化を行う場合、前記ＧＰＳ信号に基づくＧＰＳ速度及びＧＰＳ位置がカルマンフィルターに入力されて処理された補正量を初期化データとして用い、前記慣性航法装置の真方位位置算出を行う際にＧＰＳトラック信号を用いトルキングレート算出及び角速度からクォータニオン積算によって方向余弦算出を行って姿勢・方位算出を行い、
前記方向余弦算出と加速度による座標変換によって得た座標と補正速度によって速度算出が行われ、この速度算出による速度が前記ＧＰＳ速度と比較されて誤差速度として前記カルマンフィルターに入力されると共に、前記真方位位置算出の真方位及び位置と前記ＧＰＳ位置とが比較されて誤差位置が前記カルマンフィルターに入力されて処理され、前記データの送信及び受信は２．４〜２．４８ギガヘルツの周波数帯域を用いた無線手段で行う方法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による飛翔体における初期化方法の好適な実施の形態について説明する。まず、本発明の概略について述べる。
本発明は、飛翔体特に航空機搭載後離脱し自立航法を行う飛翔体において飛翔体が航空機に携行されている状態で飛翔体の電源投入、初期化操作、内蔵慣性航法装置の初期化等のデータを送信する方法において、それらの送信を「ブルートゥース」等の無線手段により行うことを特徴とする初期化手段である。また、その無線装置にＧＰＳアンテナ、ＧＰＳ受信機を取り付け、パイロット席の任意の場所に設置することにより、ＧＰＳ信号を飛翔体に送信すると、飛翔体内部の慣性航法装置は、そのＧＰＳ信号を用いて離脱前に飛翔体の姿勢・方位・速度・位置を計算する。これにより慣性センサ等の誤差をあらかじめ推定することが可能になる。さらにその際の初期設定においてＧＰＳのトラック信号を慣性航法装置の初期方位角として使用することにより、慣性航法装置の初期化が効率よく行われるようにするための方法である。
すなわち、図１で示される構成は、ジェット戦闘機等の航空機１の翼２の翼下にミサイル等の飛翔体３が発射時に離脱して飛行することができるように携行されている状態を示している。
前記航空機１の機体４のコックピット５内には、周知の商標名「ブルートゥース」方式による２．４〜２．４８ギガヘルツの周波数帯域を送受信帯域として用いるブルートゥース発信機６、ＧＰＳアンテナ７及びＧＰＳ受信機８が設けられている。
【０００７】
前記飛翔体３には、前記「ブルートゥース」発信機６と同様に構成された「ブルートゥース」受信機９、飛行制御コンピュータ１０、慣性航法装置１１、ＧＰＳアンテナ１２及びＧＰＳ受信機１３が設けられている。
前記ＧＰＳアンテナ１２及びＧＰＳ受信機１３は、前記飛翔体３が翼２の下側に取付けられているため、この翼２の陰にかくれることになり、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ衛星信号は受信不可の状態に構成されている。尚、前述の「ブルートゥース」発信機６及び「ブルートゥース」受信機９によって航空機１と飛翔体３間のデータの伝送（「ブルートゥース」方式の無線送受信では、約１０ｍ位しか送受信距離がなく、他の電子機器への影響も少なく安定して用いることができる）に使用される無線手段２０を構成し、この無線手段２０はブルートゥース方式のみではなく他の周知の無線を用いることもできる。
【０００８】
前記コックピット５側においては、「ブルートゥース」発信機６がＣＰＵ２１と接続されていると共に、このＣＰＵ２１にはコックピット５内のパイロットの頭上位置等に設けられたキーボード等からなる操作盤２２が設けられている。
前記操作盤２２の操作により、ＣＰＵ２１を介して飛翔体３側に対してデータの送信を行うことができるように構成されている。
【０００９】
前記飛翔体３における「ブルートゥース」受信機９は慣性航法装置１１に接続された飛行制御コンピュータ１０と接続され、ＧＰＳアンテナ１２と接続されたＧＰＳ受信機１３と前記飛行制御コンピュータ１０が接続されている。
【００１０】
次に、前述の構成においてＧＰＳ信号による飛翔体３側の慣性航法装置１１の初期化を行う場合について述べる。
まず、飛翔体３を携行した航空機１が飛翔体３の予定発射空域に近づいたとき、機体４に搭載された操作盤２２に電源が入れられる。この操作盤２２は前述の無線化によって非常に小型軽量であるので、可搬であると共にコックピット５内、例えばパイロット頭部や肩部等への脱着も容易化され飛翔体３の運用効率を高めることができる。まずＧＰＳ受信機８によりその位置が計測された後、「ブルートゥース」発信機６により飛翔体３に対しての電源投入コマンドが送信される。これにより飛翔体３に電源が投入されると同時に操作盤２２からの初期化コマンドとＧＰＳ受信データが飛翔体３に送信される。飛翔体３内部の慣性航法装置１１は操作盤２２からのＧＰＳデータを用いて、飛翔体３の姿勢・方位・速度・位置を複合航法演算により算出する。このとき初期方位角は、ＧＰＳトラック信号３０を用い、図３に示すようにそれぞれＧＰＳ速度３１・ＧＰＳ位置３２を観測値としてカルマンフィルター３３等を用いて初期化データを高精度に検出する。この際、使用する慣性センサの精度はこのアルゴリズムにより誤差推定が可能であるので比較的安価なジャイロにおいても飛翔体３の初期化が可能になる。初期化終了後操作盤２２からの分離指令により飛翔体３が機体４から分離され自立航法によりそのミッションを遂行する。
【００１１】
尚、前述のＧＰＳ受信機８からのＧＰＳ信号８ａを用いた飛翔体３の慣性航法装置１１の初期化の動作は図３に示される通りである。すなわち、前述したように、ＧＰＳ速度３１及びＧＰＳ位置３２がカルマンフィルター３３に入力されて処理されることにより補正量３４が得られて初期化データとして用いられるが、真方位，位置算出３５を行う際にＧＰＳトラック信号３０を真方位位置算出３５に入力し、トルキングレート算出３６及び角速度３７からクォータニオン積算３８によって方向余弦算出３９を行い、姿勢・方位算出４０を行っている。
【００１２】
前記方向余弦算出３９と加速度４１による座標変換４２によって得た座標と補正速度４３によって速度算出４４が行われ、この速度算出による速度がＧＰＳ速度３１と比較されて誤差速度４５として前記カルマンフィルター３３に入力されると共に、真方位，位置算出３５の真方位，位置とＧＰＳ位置３２とが比較されて誤差位置４６が前記カルマンフィルター３３に入力されて処理されている。尚、前述の無線手段２０を用いた初期化のみではなく、飛翔体の発射前の自己点検結果を航空機側で確認する双方向通信も可能である。この無線手段２０には赤外線通信も用いることができる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明による飛翔体における初期化方法は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、本発明により、航空機と飛翔体間のデータ送信を無線で行い、かつ、航空機側のＧＰＳ信号を飛翔体側の慣性航法装置へ送信できるため、航空機搭載後離脱され自立航法を行う飛翔体においてその携行する航空機側の機体の改修を行うことなく、飛翔体の動作指令等のコマンドや慣性航法装置の初期化データを送信することができる。またＧＰＳ等のデータをその送信データとすることにより、飛翔体の分離前に慣性航法装置の初期化データが得られるため、比較的安価な慣性センサによっても高精度な姿勢・方位・速度・位置等のデータを得る事ができる。また、その際ＧＰＳ信号のトラック信号を慣性航法装置の初期方位角として使用することにより、慣性航法装置の初期化を効率よく行うことができる。さらに飛翔体内「ブルートゥース」受信機は、図示しない飛翔体内「ブルートゥース」送信機との間の信号授受にも共用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による飛翔体における初期化方法を示す概略構成図である。
【図２】  図１の要部の構成を具体的に示すブロック図である。
【図３】  図２の慣性航法装置の初期化を示すブロック図である。
【符号の説明】
１    航空機
３    飛翔体
４    機体
６    「ブルートゥース」発信機
８    ＧＰＳ受信機
８ａ    ＧＰＳ信号
９    「ブルートゥース」受信機
１１    慣性航法装置
２０    無線手段
２２    操作盤
３０    ＧＰＳトラック信号
３１    ＧＰＳ速度
３２    ＧＰＳ位置
３３    カルマンフィルター
３４    補正量
３５    真方位位置算出
３６    トルキングレート算出
３７    角速度
３８    クォータニオン積算
３９    方向余弦算出
４０    姿勢・方位算出
４１    加速度
４２    座標変換
４３    補正速度
４４    速度算出
４５    誤差速度
４６    誤差位置
【図１】
0003914413.tif 000002
【図２】
0003914413.tif 000003
【図３】
0003914413.tif 000004