(57)【要約】【課題】  システムの大型化等を招くことなく、飛しょう体の命中精度を改善し、かつ標的検出距離の延伸を図ったセミアクティブレーザ誘導システムを提供する。【解決手段】  レーザ照射手段１からのレーザ光Ｌｐを標的Ｘに照射し、当該標的Ｘで反射された反射光Ｌｒを検出して標的Ｘの目標角を演算し、この目標角に基づいて飛しょう体を誘導制御するセミアクティブレーザ誘導システムにおいて、レーザ照射手段１は照射するレーザ光Ｌｐを標的Ｘに対して走査するとともに、その走査角に対応してレーザ光Ｌｐのパルス周期を変化する変調機能を備え、飛しょう体１０は検出した反射光Ｌｒを復調して得られるパルス周期から走査角を認識し、この走査角から補正角を求めて検出した反射光の入射角を補正して標的Ｘに対する目標角を得る機能を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ照射手段からのレーザ光を標的に照射し、当該標的で反射された反射光を検出して標的の目標角を演算し、当該目標角に基づいて飛しょう体を誘導制御するセミアクティブレーザ誘導システムにおいて、前記レーザ照射手段は、照射するレーザ光を標的に対して走査するとともに、その走査角に対応して前記レーザ光を変調する機能を備え、前記飛しょう体は、検出した反射光を復調して前記走査角を認識し、この走査角から補正角を求め、この補正角に基づいて当該検出した反射光の入射角を補正して標的に対する目標角を得る機能を備えることを特徴とするセミアクティブレーザ誘導システム。
【請求項２】
レーザ照射手段からのレーザ光を標的に照射し、当該標的で反射された反射光を検出して標的の目標角を演算し、当該目標角に基づいて飛しょう体を誘導制御するセミアクティブレーザ誘導システムにおいて、前記レーザ照射手段は、照射するレーザ光を標的に対して走査するとともに、その走査角に対応して前記レーザ光を変調する走査制御手段を備え、前記飛しょう体は、前記検出した反射光を復調して前記走査角を認識し、この走査角から補正角を求める補正角演算手段と、検出した反射光の入射角を前記補正角で補正して目標角を得る目標角演算手段と、得られた目標角に基づいて飛しょう体を標的に向けて誘導制御する誘導制御手段とを備えることを特徴とするセミアクティブレーザ誘導システム。
【請求項３】
前記レーザ照射手段は、レーザ光を標的の一部を照射するのに十分なビーム径に絞り、当該レーザ光を標的の広い領域にわたって走査するように構成したことを特徴とする請求項２に記載のセミアクティブレーザ誘導システム。
【請求項４】
前記レーザ照射手段はパルス状のレーザ光を照射し、前記走査制御手段は当該レーザ光の走査角に応じて当該レーザ光のパルス周期を変化させることを特徴とする請求項２又は３に記載のセミアクティブレーザ誘導システム。
【請求項５】
前記レーザ照射手段は照射するレーザ光を標的に対して照準した照準軸の周囲を円運動するように走査することを特徴とする請求項３又は４に記載のセミアクティブレーザ誘導システム。
【請求項６】
前記レーザ照射手段は、レーザ光を発光するレーザ発振器と、前記レーザ光を標的に対して走査させる光学走査器と、前記光学走査器での走査角を制御するとともに、前記レーザ発振器で発光されるレーザ光のパルス周期を前記走査角に対応して変化制御する走査制御器とを備えることを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載のセミアクティブレーザ誘導システム。
【請求項７】
前記飛しょう体は、標的で反射した反射光を検出するレーザ光検出器と、検出した反射光の入射角を検出する入射角検出器と、検出した反射光のパルス周期から走査角を認識し、この走査角から補正角を演算するパルス周期検出器と、前記入射角と補正角とで標的に対する目標角を演算する目標角演算器と、前記目標角に基づいて飛しょう体を標的に向けて誘導させる制御を行う誘導制御演算器とを備えることを特徴とする請求項２ないし６のいずれかに記載のセミアクティブレーザ誘導システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は標的へ向けてレーザ光を照射し、その反射光を検出して飛しょう体を標的に誘導するセミアクティブレーザ誘導システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
標的へ向けてレーザ光を照射し、その反射光を検出して飛しょう体を標的に誘導するセミアクティブレーザ誘導システムにおいて、飛しょう体をピンポイントで標的へ命中させるためには飛しょう体における標的の検出精度を高めることが必要であり、この検出精度を高めるためには、理論的にはレーザ光のビーム径をできるだけ小さく絞った状態で標的へ照射し、標的で反射された当該レーザ光を飛しょう体において検出することが好ましい。すなわち、標的が拡散面（拡散反射面、あるいは多数の微小平面からなる非平面な鏡面）で構成されている場合には標的で反射されるレーザ光が広い範囲に向けて反射されるため、飛しょう体においてレーザ光を検出する確率が高くなり、検出したレーザ光に基づいて標的を位置検出することが可能となる。この場合、反射したレーザ光は標的のレーザ光が照射された狭い面積部分からの反射光であるため、当該反射レーザ光の反射点を高精度に検出でき、結果として標的の位置検出精度を高めることができる。しかし、標的が鏡面（平坦な鏡面）の場合にはレーザ光が一方向へのみ反射するため、任意の方向から飛来する飛しょう体では僅かな反射光しか得られないことが多く、当該反射したレーザ光を確実に検出することが困難になる。特許文献１では、標的の検出精度を高めるために反射レーザ光を２次元アレイセンサに結像し、当該センサの各画素の出力に基づいて標的の検出を行う技術を提案しているが、標的からの反射レーザ光が僅かな場合には有効な画素出力を得ることが難しく、高精度の検出が困難になる。
【特許文献１】特開２００２−１３９２９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のセミアクティブレーザ誘導システムにおいては、標的で反射されるレーザ光を検出して飛しょう体の命中精度を高めるために次の手法が提案されている。第一の手法は、実際の標的は鏡面部位と拡散面部位が局所的に混在することが多いことに鑑み、レーザ光のビーム径をある程度拡げることにより、標的の局所的な表面状態に関わらず安定した反射光を得るようにする。ただし、この手法の場合、レーザビーム径が広いため命中精度が低下する問題がある。また、拡散反射した部分からの反射光しか飛しょう体側に入射しないため、標的遠方からは反射光を検出できず、標的の検出可能距離が短くなるという問題もある。第二の手法は、レーザビーム径を理想的な大きさに絞った上で、レーザ照射点を適時移動する方法であり、具体的には次のようなものである。まず、標的までの距離が遠く、反射光の検出が困難な誘導初期段階においては、標的近傍の拡散反射が得られそうな部分にレーザを照射する。次に、飛しょう体が標的に近づいていた時点で、レーザ照射点を徐々に本来の標的中心に移動させ、僅かな拡散反射光を検出して誘導するものである。ただし、この方法の場合には、誘導初期段階でのレーザ照射点をどこにすべきか、また本来の標的にレーザ照射点を移動するタイミングをいつにするかなど、運用方法が難しいという問題がある。また第三の手法として、誘導初期段階ではレーザビーム径を拡げ、飛しょう体が目標近傍に近づいた時点でレーザビーム径を絞る方法もあるが、この方法においても、標的遠方から反射光を検出することが困難であり、またビーム径の変更タイミングが難しいという問題も残る。また、標的の検出可能距離を延伸するための方法として、レーザ照射器を高出力化することや飛しょう体の検知器を高感度化することも考えられるが、これらは装置の大型化や高価格化を招いてしまう。
【０００４】
本発明の目的は、システムの大型化・高価格化や操作方法の煩雑化を招くことなく、簡単な手段で飛しょう体の命中精度を改善し、かつ標的検出距離の延伸を図ったセミアクティブレーザ誘導システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、レーザ照射手段からのレーザ光を標的に照射し、当該標的で反射された反射光を検出して標的の目標角を演算し、当該目標角に基づいて飛しょう体を誘導制御するセミアクティブレーザ誘導システムにおいて、レーザ照射手段は照射するレーザ光を標的に対して走査するとともに、その走査角に対応してレーザ光を変調する機能を備え、飛しょう体は検出した反射光を復調して走査角を認識し、この走査角から補正角を求め、この補正角に基づいて当該検出した反射光の入射角を補正して標的に対する目標角を得る機能を備えることを特徴とする。
【０００６】
具体的には、レーザ照射手段は照射するレーザ光を標的に対して走査するとともに、その走査角に対応してレーザ光を変調する走査制御手段を備えており、飛しょう体は検出した反射光を復調して走査角を認識し、この走査角から補正角を求める補正角演算手段と、検出した反射光の入射角を補正角で補正して目標角を得る目標角演算手段と、得られた目標角に基づいて飛しょう体を標的に向けて誘導制御する誘導制御手段とを備えることを特徴とする。特に本発明においては、レーザ照射手段は、レーザ光を標的の一部を照射するのに十分なビーム径に絞り、当該レーザ光を標的の広い領域にわたって走査するように構成する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、レーザ照射手段において標的に向けて照射するレーザ光を走査することで、レーザ光のビーム径を絞っても標的の広い部分に対してレーザ光を照射させることができ、標的の拡散面で反射された部分で反射された反射光はビーム径の絞られたレーザ光として飛しょう体で検出されることになり、飛しょう体において高い光度で反射光を検出することができる。また、飛しょう体においては変調された反射光に基づいて走査角を認識し、この走査角から補正角を得るとともに補正角で入射角を補正して標的に対する目標角を得ることができるので、標的の検出精度を高めることができる。これにより、レーザビーム径が大きすぎることに伴う命中精度の低下がなくなり、飛しょう体の命中精度を向上することができる。さらに、レーザ光を走査することにより、標的が小さい場合でもレーザ光を照射させることが容易であり、また標的の広い範囲にレーザ光を照射するので、飛しょう体が標的から遠方に存在する場合でも反射光を検出する確率が高くなる。そのため、レーザ照射点を高精度に設定したり、あるいはレーザ照射点を微細に制御する必要はなく、またレーザ光を常時照射することで照射タイミングを制御する必要もない。さらに、飛しょう体の標的までの距離の違いにかかわらずレーザ照射器は一定のビーム径のレーザ光を照射していればよいので、飛しょう体と標的との距離に応じてビーム径を変化制御する必要もない。これにより、システムの大型化や高価格化が回避でき、その一方で標的検出距離の延伸が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の好ましい形態としては、レーザ照射手段はパルス状のレーザ光を照射し、走査制御手段は当該レーザ光の走査角に応じて当該レーザ光のパルス周期を変化させるようにする。また、レーザ照射手段は照射するレーザ光を標的に対して照準した照準軸の周囲を円運動するように走査する。
【０００９】
本発明のより好ましい形態として、レーザ照射手段は、レーザ光を発光するレーザ発振器と、レーザ光を標的に対して走査させる光学走査器と、光学走査器での走査角を制御するとともにレーザ発振器で発光されるレーザ光のパルス周期を走査角に対応して変化制御する走査制御器とを備える。また、飛しょう体は、標的で反射した反射光を検出するレーザ光検出器と、検出した反射光の入射角を検出する入射角検出器と、検出した反射光のパルス周期から走査角を認識し、この走査角から補正角を演算するパルス周期検出器と、入射角と補正角とで標的に対する目標角を演算する目標角演算器と、目標角に基づいて飛しょう体を標的に向けて誘導させる制御を行う誘導制御演算器とを備える。
【実施例１】
【００１０】
次に、本発明の実施例１を図面を参照して説明する。図１は本発明システムの概念構成を示す図である。図１において、レーザ照射器１は標的Ｘに向けてレーザ光を照射するためのものであり、ここでは、図には表れない照準眼鏡などにより標的Ｘの中心に照準され、当該標的Ｘに向けてレーザ光を走査しながら照射する。飛しょう体１０は標的８で反射したレーザ光を検出して標的Ｘの方位を演算し、この方位に基づいて誘導制御されながら当該標的Ｘに向けて飛しょうされるものである。
【００１１】
前記レーザ照射器１は、レーザ発振器２、光学走査器３、走査制御器４により構成されている。レーザ発振器２はパルス状のレーザ光Ｌｐを発振するものであり、そのパルスタイミングは走査制御器４から出力されるレーザ発振トリガ信号Ｓｔによって制御されている。光学走査器３はレーザ発振器２から出力されたレーザ光Ｌｐの光軸を走査するための光学機構であり、走査制御器４から出力される走査角制御信号Ｓｓによって走査角が制御される。ここで、後述するように、前記走査制御器４は標的Ｘに向けられている照準軸Ｏｘを基準とし、この照準軸Ｏｘを中心にして円運動するようにレーザ光Ｌｐの走査を行っており、前記走査角制御信号Ｓｓにおける走査角は照準軸Ｏｘに対する２次元角となる。また、前記走査制御器４は前記走査角の変化に基づいて前記レーザ発振トリガ信号Ｓｔに当該走査角の情報を含ませており、レーザ発振器２ではこの走査角の変化に追従して前記パルス周期を変化させる変調を行っている。
【００１２】
飛しょう体１０は、レーザ光検出器１１、入射角検出器１２、補正角演算器１３、目標角演算器１４、誘導制御演算器１５を備えている。入射角検出器１２はレーザ光検出器１１で標的Ｘからの反射光Ｌｒを検出し、当該検出した反射光Ｌｒの入射角を検出して入射角信号Ｓａを目標角演算器１４へ出力する。この入射角の検出としては、例えばレーザ光検出器１１を結像レンズと２次元センサで構成し、この２次元センサでの受光位置と光軸との偏位量から検出することが可能である。補正角演算器１２はレーザ光検出器１１で検出した反射光Ｌｒを光電変換して得られた電気的なパルス信号を復調する。ここでは得られたパルス信号のパルスタイミングの周期を検出し、基準周期に対する検出周期の変位量に基づいて走査角を認識し、この認識した走査角から補正角を演算し、この補正角の補正角信号Ｓｂを目標角演算器１４へ出力する。目標角演算器１４は、入射角信号Ｓａと補正角信号Ｓｂに基づいて標的Ｘの中心方向を演算して目標角信号Ｓｃを誘導制御演算器１５へ出力する。誘導制御演算器１５は入力された目標角信号Ｓｘを現在の飛しょう方向と比較し、両者が一致するように飛しょう体１０を操向することで標的Ｘの方向へ誘導制御する誘導制御信号を出力する。飛しょう体はこの誘導制御信号に基づいて図には表れない推進系や操舵系等を含む誘導制御部を制御し、標的に向けられる。なお、これらの推進系や操舵系のような機体制御のための誘導制御部の構成については既に広くしられているのでここでは詳細な説明は省略する。
【００１３】
以上の構成の実施例１の動作を説明する。ここで、飛しょう体１０においてはレーザ照射器１の位置と、飛しょう体自身の現在の位置を常時認識することが可能である。レーザ照射器１は照準眼鏡などにより飛しょう体１０を命中させたい標的Ｘの特定箇所、通常では標的Ｘの中心部位に照準されている。そして、走査制御器４からレーザ発振トリガ信号Ｓｔをレーザ発振器２に出力すると、レーザ発振器２はレーザ光Ｌｐを発光する。一方、走査制御器４は光学走査器３に対して走査角制御信号Ｓｓを出力しており、光学走査器３はこの走査角制御信号Ｓｓに基づいて標的Ｘに対して照準された光軸、すなわち照準軸Ｏｘの周囲を円運動するように、すなわち照準軸Ｏｘの回りに円錐状に走査制御する。
【００１４】
図２（ａ）は標的Ｘに照射されるレーザ光Ｌｐの走査状態を示す図であり、レーザ照射器１が標的Ｘに対して設定した照準軸Ｏｘを中心にしてレーザ光Ｌｐの照射光軸Ａｘを円運動させており、照準軸Ｏｘと照射光軸Ａｘのなす角度を走査角とし、ここでは２次元方向の走査角θ（ｘ，ｙ）として定義される。また、これと同時に走査制御器４は出力した走査角制御信号Ｓｓに対応する変調信号、ここではパルス周期の情報を前記レーザ発振トリガ信号Ｓｔに重畳させているので、レーザ発振器２で発光されるレーザ光Ｌｐは走査角に基づいて変調されることになり、ここでは走査角に追従してレーザ光Ｌｐのパルス周期を変化している。例えば、図２（ｂ）に簡略例示するように、走査角θ（ｘ，ｙ）が照準軸Ｏｘに一致する場合には走査角を０°としてレーザ光Ｌｐのパルス周期を所定の基準周期とし、走査角θ（ｘ，ｙ）が照準軸Ｏｘに対して０°以外の角度になったときには、走査角θ（ｘ，ｙ）に対応したパルス周期に変化させる。ここではパルス周期を長くしているが、短くしてもよい。その上で走査制御器４はこのパルス周期の情報を含むレーザ発振トリガ信号Ｓｔをレーザ発振器２に出力し、レーザ発振器２で発振されるレーザ光Ｌｐのパルス周期はこのレーザ発振トリガ信号Ｓｔに対応して変調される。
【００１５】
一方、飛しょう体１０においては、入射角検出器１２はレーザ光検出器１１で検出した反射光Ｌｒの入射角を検出する。これにより、入射角検出器１２は標的Ｘで反射された反射光が入射されてくる方向を検出し、その角度情報を入射角信号Ｓａとして目標角演算器１４へ出力する。また、これと同時に、補正角演算器１３ではレーザ光検出器１１で検出した反射光Ｌｒのパルス周期を検出し、この検出したパルス周期を事前に設定されている基準周期と比較してその変位量を演算し、さらにこの変位量からレーザ照射器１において照射しているレーザ光Ｌｐの走査角を演算し、この走査角から得られる補正角の角度情報を補正角信号Ｓｂとして目標角演算器１４へ出力する。目標角演算器１４では入射角信号Ｓａから得られる入射角について走査角を用いて補正演算を行うことで、標的の本来の照準位置、すなわち標的の中心方向を演算し、目標角信号Ｓｃとして誘導制御演算器１５へ出力する。
【００１６】
例えば、図３では説明を簡単にするために垂直方向の角度について示しているが、レーザ照射器１が標的Ｘの中心に向けた照準軸Ｏｘに対して上方に走査角θｙでレーザ光Ｌｐを照射したときに標的Ｘの一部で反射した反射光Ｌｒを飛しょう体１０が検出したとする。飛しょう体１０の入射角検出器１１では飛しょう体１０の現在の飛しょう方向に対する角度として入射角θａを検出する。また、これと同時に飛しょう体１０は補正角演算器１２において当該反射光Ｌｐの復調を行い、当該反射光Ｌｒのパルス周期を得て、当該パルス周期に対応するレーザ照射器１でのレーザ光Ｌｐの走査角θｙの情報を得る。そして、標的Ｘとレーザ照射器１との距離と、そのときの走査角θｙとから三角法を用いてレーザ照射器１が照準としている標的Ｘの中心からレーザ光Ｌｐが実際に照射されている点、すなわち反射光Ｌｒの反射点の変位長を演算する。さらに、この変位長と、飛しょう体１０から標的Ｘまでの距離とで三角法により補正角θｂを得る。したがって、目標角演算器１４では、それぞれ入力される入射角θａと補正角θｂとに基づいて演算を行うことにより、この場合には両者を加算する演算を行うことで標的Ｘの中心に向けた方向である目標角θｃが得られる。
【００１７】
飛しょう体１０の誘導制御演算器１５では、この目標角θｃを情報とする目標角信号Ｓｃに基づいて飛しょう体１０を標的Ｘの方向へ誘導制御するための信号を生成し、これを図には示していない誘導制御部に出力する。さらに、飛しょう体１０はこの誘導制御部において誘導制御信号に基づいて飛しょう方向を修正することで標的Ｘに向けて誘導制御することになる。なお、誘導制御演算器１５の詳細な動作、及び誘導制御部の構成及び動作については既に広く知られているのでここでは説明は省略する。
【００１８】
したがって、実施例１では、レーザ照射器１において標的Ｘに向けて照射するレーザ光Ｌｐのビーム径を絞っても照準軸Ｏｘの回りに走査を行うので標的Ｘの広い部分、通常では標的Ｘのほぼ全面に対してレーザ光Ｌｐを照射させることができる。このため、標的Ｘに局所的な鏡面或いは拡散面の表面状態が存在している場合において、レーザ光Ｌｐが鏡面に照射されて反射された場合に飛しょう体１０に向けた方向の反射光が得られず飛しょう体１０で検出できない場合があったとしても、拡散面で反射された部分では反射光はビーム径の絞られたレーザ光として飛しょう体１０で検出されるため、飛しょう体１０において高い光度で反射光Ｌｒを検出することができる。また、飛しょう体１０においては変調された反射光Ｌｒに基づいて走査角θｙを認識し、この走査角θｙから補正角θｂを得るとともにこの補正角θｂで入射角θａを補正して標的Ｘに対する目標角θｃを得ることができるので、標的Ｘの検出精度を高めることができる。これにより、レーザビーム径が大きすぎることに伴う命中精度の低下がなくなり、飛しょう体の命中精度を向上することができる。
【００１９】
また、実施例１では、レーザ照射器１は照準軸Ｏｘに対して所要の範囲でレーザ光Ｌｐを走査しているので、標的Ｘが小さい場合でもレーザ光を照射させることが容易であり、また標的Ｘの広い範囲にレーザ光を照射するので、飛しょう体１０が標的Ｘから遠方に存在する場合でも反射光Ｌｒを検出する確率が高くなる。そのため、レーザ照射器１でレーザ照射点を高精度に設定したり、あるいはレーザ照射点を微細に制御する必要はなく、またレーザ光を常時照射することで照射タイミングを制御する必要もない。さらに、実施例１では、飛しょう体１０の標的Ｘまでの距離の違いにかかわらずレーザ照射器１は一定のビーム径のレーザ光を照射していればよいので、飛しょう体１０と標的Ｘとの距離に応じてビーム径を変化制御する必要もない。これにより、システムの大型化や高価格化が回避でき、その一方で標的検出距離の延伸が可能になる。
【００２０】
なお、飛しょう体１０が標的Ｘの遠方に存在する段階においては、レーザ照射器１でのレーザ光Ｌｐの走査によって標的Ｘからの反射光Ｌｒが大きな広がり範囲となって走査されるため、飛しょう体１０において検出する反射光Ｌｒが断続的になる場合がある。しかし、一般に飛しょう体１０が標的Ｘの遠方を飛しょうしている段階では、機体を高速に誘導制御する必要がないため、検出する信号が断続的になっても大きな問題とはならない。飛しょう体１０が標的Ｘに接近すると、標的Ｘからの反射光Ｌｒの広がり範囲も小さくなるため、仮に検出する反射光が断続する場合でも断時間は短くなり、最終的には連続して検出することができるようになり高い精度での誘導制御が可能になる。
【００２１】
実施例１では、レーザ照射器での走査角に追従してパルス周期を変化させる変調を行っているが、パルス幅やパルス位相、あるいはパルスディーティ比等の変調を行うようにしてもよい。また、実施例１ではレーザ照射器での走査として照準方向に向けられた基準軸の回りで円運動するように走査を行っているが、標的の照射面に対してＸＹ方向（縦横方向）に走査を行うことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明システム概念構成図である。
【図２】標的に対するレーザ光の走査状態と走査角に対するパルス周期の関係を示す図である。
【図３】走査角と入射角と補正角及び目標角を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  レーザ照射器
２  レーザ発振器
３  光学走査器
４  走査制御器
１０  飛しょう体
１１  レーザ光検出器
１２  入射角検出器
１３  補正角演算器
１４  目標角演算器
１５  誘導制御演算器
Ｘ  標的
Ｌｐ  レーザ光
Ｌｒ  反射光
θａ  入射角
θｂ  補正角
θｃ  目標角
θ（ｘ，ｙ）  走査角
Ｏｘ  照準軸
Ａｘ  照射光軸
【図１】
2009210175.tif 000003
【図２】
2009210175.tif 000004
【図３】
2009210175.tif 000005