JP2000171199A - パッシブ弾着標定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安全性に優れ、低コストで簡易な構成にて弾
着の発光検出と爆音検出を行い弾着観測距離を自動的に
計測するパッシブ弾着標定装置。 【解決手段】 砲弾の弾着時に発生する弾着発光と爆音
をパッシブセンサにより検出する手段と、発光検出から
爆音到達までの計測時間と音速度とから弾着観測距離を
算出する手段とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、砲弾の弾着観測
が必要であるシステムにおいて用いられる観測地点から
の距離又は弾着位置を標定するためのパッシブ弾着標定
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図８はパッシブ弾着標定装置が適用され
るシステムの一例を示す。このシステムは、火砲７５か
ら発射された砲弾７６が弾着点５４に到達した時、観測
地点に設置されたパッシブ標定装置７４によって弾着観
測距離２３を観測するために用いられる。

【０００３】図９は従来の弾着標定装置を示す構成図で
ある。図において４は砲弾の弾着点５４方向からの入射
光２を撮像する撮像カメラ、５８は撮像カメラ４からの
ビデオ信号９を入力とし、観測状況５９を表示出力する
観測状況表示器、５６は観測指令６１の入力を受け弾着
点５４までの距離を測距レーザ光５５を発射し計測レー
ザ弾着距離６０を出力するレーザ測遠器、８は撮像カメ
ラ４とレーザ測遠器５６を各々カメラ位置調整機構５及
びレーザ位置調整機構５７を介して搭載し、方向制御指
令６２により可動する搭載架台である。

【０００４】従来の弾着標定装置は上記のように構成さ
れ、次のように動作する。撮像カメラ４の入射光２方向
である視軸方向と、レーザ測遠器５６の測距レーザ光５
５方向であるレーザ光軸は、搭載架台８上にて同一方向
を指向するようにカメラ位置調整機構５及びレーザ位置
調整機構５７を介して取り付けられる。従って、弾着点
５４を含む入射光２を撮像カメラ４にて撮像し、観測状
況表示器５８出力の観測状況５９から弾着点５４を観測
し、観測された弾着点５４方向となるように方向制御指
令６２を入力し搭載架台８を可動させ、その後、測距指
令６１を入力することによりレーザ測遠器５６からレー
ザ弾着観測距離６０が計測できる。

【０００５】図１０は、従来の弾着標定装置の操作方法
を示す図である。図１０において７７は撮像カメラ４の
視軸方向と一致するように方向調整されたレーザ光軸方
向である。図１０（ａ）は弾着時の観測状況５９を示す
ものであり、観測された弾着点５４は、レーザ光軸方向
７７とずれた位置にあることを示す。図１０（ｂ）は、
レーザ測遠器５６の計測を可能とするため、方向制御指
令６２により搭載架台８を可動させ、観測された弾着点
５４とレーザ光軸方向７７を一致させた状況を示すもの
である。このように、従来の弾着標定装置では、弾着時
に弾着点５４を観測状況５９から検出し、レーザ光軸方
向７７を弾着点５４方向と一致させるよう搭載架台８を
可動させた後、レーザ測遠器５６によりレーザ弾着観測
距離６０の計測を行うものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の弾
着標定装置では、撮像カメラ４により観測した弾着点方
向に対して、長距離計測が可能なアクティブな観測手段
であるレーザ測遠器５６を利用するものである。長距離
計測が可能なレーザ測遠器５６は出力が大きく誤検知、
誤動作時の人身に対する安全性の面から、撮像カメラ４
の観測した弾着点方向の検出から距離測定までの自動化
が困難であるため、操作員が操作を行う必要があるとい
った問題があった。又、距離測定のためにはレーザ光軸
方向７７を精密に弾着点方向に合わせるための操作及び
構成が必要であり、長距離計測が可能なレーザ測遠器５
６と合わせ、高価な装置となるといった問題があった。

【０００７】この発明はかかる問題点を解決するために
なされたものであり、砲弾が弾着する時に発生する弾着
発光と爆音を利用するためのセンサとして低コストな撮
像カメラ及びマイクを適用することで指向性制約の少な
い簡易な構成を可能とし、パッシブ型センサの適用によ
り安全性上の問題を解消することで、低コスト、取り扱
いが容易な簡易な構成及び自動計測を可能とすることを
目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の発明によるパッシ
ブ弾着標定装置は、撮像カメラから出力されるビデオ信
号から弾着発光の輝点を検出する手段と、弾着発光時に
発せられる爆発音を標定マイクを用いて観測する爆音観
測手段と、標定マイクから出力される音響信号から爆音
を検出する手段と、撮像カメラと標定マイクを位置調整
機構を介して搭載する搭載手段と、輝点検出時刻から爆
音検出時刻までの時間を計測する時間計測手段と、検出
時刻誤差を補正する計測時間補正手段と、計測時間と音
速度から弾着観測距離を算出する手段と、観測結果を表
示する表示手段とを設けたものである。

【０００９】又、第２の発明によるパッシブ弾着標定装
置は、大気温度により変化する大気の音響伝搬速度を自
動的に得るための大気温検出手段と、大気温による音速
度を算出する音速度演算手段とを設けたものである。

【００１０】又、第３の発明によるパッシブ弾着標定装
置は、撮像カメラから出力されるビデオ信号から弾着発
光の輝点を検出する手段と、弾着発光時に発せられる爆
発音を標定マイクを用いて観測する爆音観測手段と、標
定マイクから出力される音響信号から爆音を検出する手
段と、撮像カメラと標定マイクを位置調整機構を介して
搭載する搭載手段と、輝点検出時刻から爆音検出時刻ま
での時間を計測する時間計測手段と、検出時刻誤差を補
正する計測時間補正手段と、計測時間と音速度から弾着
観測距離を算出する手段と、搭載手段の位置及び方位を
検出する手段とを距離の離れた位置に２台有し、一方で
観測された観測距離、位置及び方位を他方へ伝送するた
めのデータ伝送手段と、両方の観測距離、位置及び方位
から弾着位置を標定する弾着位置標定手段と、観測結果
を表示する表示手段とを設けたものである。

【００１１】又、第４の発明によるパッシブ弾着標定装
置は、距離の離れた位置に設置する２台のパッシブ弾着
標定装置の一方の輝点検出時刻を他方の時間計測開始信
号として用いるための検出タイミングを伝送するタイミ
ング信号伝送手段と、検出タイミングの伝送遅延を補正
するためのトリガ伝送遅延補正手段とを設けたものであ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１を示す構成図である。図において２，４，
９，５，８は、上記従来装置と同一のものである。１は
弾着発光、６は弾着発光時に発生する入射音響３を入力
し音響信号１２を出力する標定マイクであり、概略の指
向方位を調整するためのマイク位置調整機構７を介して
搭載架台８に取り付けられる。１０はビデオ信号９から
弾着発光１を検出し、弾着発光の検出タイミング時刻で
ある検出開始トリガ信号１１を出力する輝点検出回路、
１３は音響信号１２から爆音を検出し、爆音の検出タイ
ミング時刻である検出停止トリガ信号１４を出力する爆
音検出回路、１５は検出開始トリガ信号１１の入力から
検出停止トリガ１４の入力があるまでの時間を計測し計
測時間１６を出力するカウンター、１７は検出遅延時間
の含まれる計測時間１６を補正し爆音到達時間１８を出
力する計測時間補正回路、２１は設定入力２０により設
定された音速度を記憶し音速度２２を出力する音速度テ
ーブル、１９は爆音到達時間１８と音速度２２を乗算し
弾着観測距離２３を出力する乗算器、２４は観測結果を
表示する表示器である。

【００１３】上記のように構成されたパッシブ弾着標定
装置の動作を説明する。観測を行う場合、ほぼ同一方向
を指向するように取り付けられた撮像カメラ４と標定マ
イク６を搭載する搭載架台を弾着点方向に概略指向する
ように設定しておく。弾着が起こると入射光２の中に弾
着発光１が発生し、撮像カメラ４の任意の画像位置での
弾着発光１による輝点発生を輝点検出回路１０で検出
し、弾着発光の検出タイミング時刻である検出開始トリ
ガ信号１１をカウンター１５に出力し、カウンター１５
は弾着発光発生から爆音が到着するまでの計測時間の計
測を開始する。弾着発光時に発生する爆音は大気の音響
伝搬速度にて弾着発光１から遅れて入射音響３として標
定マイク６に入力され、爆音の到達を爆音検出回路１３
で検出し、爆音の検出タイミング時刻である検出停止ト
リガ信号１４をカウンター１５に出力する。カウンター
１５は、検出停止トリガ信号１４の入力を受け時間計測
を停止し、開始から停止までの時間を計測時間１６とし
て出力する。計測時間補正回路１７にて計測時間１６に
対して検出遅延時間の補正を行うことで爆音到達時間１
８を得ることができる。弾着観測距離２３をＲ、爆音到
達時間１８をＴ、音速度２２をＶとすると、弾着観測距
離２３は次式により求められる。

【００１４】

【数１】

【００１５】従って、爆音到達時間１８と予め設定され
た音速度２２を乗算器１９にて乗算することにより弾着
観測距離２３が求められ、観測結果として弾着観測距離
２３が表示器２４に表示される。このようにして弾着の
発光及び爆音の検出により弾着の観測距離を自動的に計
測可能とするパッシブ弾着標定装置が構成される。

【００１６】図５を用いて爆音到達時間の処理方法を説
明する。図において６３は輝点計測時間軸、６４は観測
輝度レベル軸、６８は音響計測時間軸、６９は観測音響
レベル軸である。輝点検出回路１０では、撮像カメラ４
上のある画素の時間軸方向に変化するビデオ信号９の入
力を受け、ある輝度レベルに達すると輝点を検出するよ
うに動作し、輝点検出点６５で検出を行う。爆音検出回
路１３では、時間軸方向に変化する音響信号１２の入力
を受け、ある音響レベルに達すると爆音を検出するよう
に動作し、爆音検出点７０で検出を行う。輝点検出点６
５と爆音検出点７０との検出時刻差がカウンター１５に
より計測時間１６として計測される。ところが、実際の
発光は発光開始点６６であり、又、実際の爆音到達は爆
音到達開始点７１であり、検出時刻には各々輝点検出遅
延時間６７及び爆音検出遅延時間７２が発生している。
従って、発光輝度特性、爆音音響特性及び回路の検出遅
延特性を考慮し計測時間補正回路１７では得られた計測
時間１６に対して遅延時間の補正を行い爆音到達時間１
８を出力するように動作する。このようにして爆音到達
時間１８の観測精度の向上を図っている。

【００１７】実施の形態２．図２はこの発明の実施の形
態２を示す構成図である。図において１，２，３，４，
５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４，
１５，１６，１７，１８，１９，２３，２４は図１と同
一のものである。２６は大気２５の大気温度２７を計測
する大気温センサ、２８は大気温度２７から音速度２２
を求める音速度演算回路である。

【００１８】上記のように構成されたパッシブ弾着標定
装置の動作を説明する。大気での音響伝搬速度は大気温
度に依存して変化するものであり、一般的に音速度をＶ
（ｍ／ｓ）、大気温をθ（℃）とすると、音速度２２は
次式により求められる。

【００１９】

【数２】

【００２０】従って、観測時刻での大気温を大気温セン
サ２６で入手し、音速度演算回路２８にて求める音速度
２２と爆音到達時間１８とを乗算器で乗算し弾着観測距
離２３を求めることで、大気温による音速度の変動性に
対応可能なパッシブ弾着標定装置が構成される。

【００２１】実施の形態３．図３はこの発明の実施の形
態３を示す構成図である。図において１，４，５，６，
７，８，１０，１３，１５，１７，１９，２０，２１，
２２，２４は図１と同一のものである。又、２９は入射
光Ａ、３０は入射音響Ａ、３１はビデオ信号Ａ、３２は
検出開始トリガＡ、３３は音響信号Ａ、３４は検出停止
トリガ信号Ａ、３５は計測時間Ａ、３６は爆音到達時間
Ａ、３７は弾着観測距離Ａ、３８は入射光Ｂ、３９は入
射音響Ｂ、４０はビデオ信号Ｂ、４１は検出開始トリガ
Ｂ、４２は音響信号Ｂ、４３は検出停止トリガ信号Ｂ、
４４は計測時間Ｂ、４５は爆音到達時間Ｂ、４６は弾着
観測距離Ｂ、４７は位置方位センサ、４８は位置、方位
Ａ、４９は位置、方位Ｂ、５０はデータ伝送装置、５１
は弾着位置標定演算回路、５２は弾着標定位置である。
又、方位センサ４７、データ伝送装置５０、弾着位置標
定演算回路５１を除く構成は、実施の形態１の構成を２
台としたもので、各構成の入出力信号をＡ，Ｂを付けて
区別するが、物理的な意味、動作は同一のものである。

【００２２】上記のように構成されたパッシブ弾着標定
装置の動作を説明する。２台の別々の位置において搭載
架台８上の撮像カメラ４及び標定マイク６へ入力される
各々の入射光Ａ２９、入射光Ｂ３８、入射音響Ａ３０及
び入射音響Ｂ３９から、実施の形態１と同様な動作によ
り各々の弾着観測距離Ａ３７及び弾着観測距離Ｂ４６を
得ることができる。又、各々の観測位置と方位は位置セ
ンサ４７で計測され、弾着観測距離Ａ３７と位置、方位
Ａ４８の入力とデータ伝送装置５０を介して入力される
他方の弾着観測距離Ｂ４６及び位置、方位Ｂ４９とから
弾着位置標定演算回路５１は弾着標定位置５２を算出
し、観測結果として弾着標定位置５２が表示器２４に表
示される。

【００２３】図７に弾着標定位置の算出処理方法を示
す。弾着標定位置５２は、一方の観測位置における位
置、方位Ａ４８からの弾着観測距離Ａ３７と他方の観測
位置における位置、方位Ｂからの弾着観測距離Ｂ４６と
の交点として求めることができる。

【００２４】このようにして弾着の発光及び爆音の検出
により弾着点の位置標定を自動的に計測可能とするパッ
シブ弾着標定装置が構成される。

【００２５】実施の形態４．図４はこの発明の実施の形
態４を示す構成図である。図において５２はトリガ伝送
遅延補正回路であり、実施の形態３の他方の計測時間補
正回路１７と置き換えたものである。又、実施の形態３
の他方の撮像カメラ４及び輝点検出回路１０を除いたも
のである。７８は一方の輝点検出回路１０からの検出開
始トリガ信号３２を他方のカウンター１５へ伝送するた
めのタイミング信号伝送装置であり、その他は実施の形
態３と同一のものである。

【００２６】上記のように構成されたパッシブ弾着標定
装置の動作を説明する。弾着発光１は、別々の位置にお
いても同時に観測されるものであることから、各々の計
測時間Ａ３５、計測時間Ｂ４４の計測開始信号として一
方の輝点検出回路１０から出力される検出開始トリガ信
号Ａ３２を用いることで、実施の形態３に対して一方の
撮像カメラ４及び輝点検出回路１０を削除することが可
能となる。この場合、検出開始トリガ信号Ａ３２が伝送
系であるタイミング信号伝送装置７８を介して一方のカ
ウンター１５の計測時間開始信号となるため、トリガ伝
送遅延補正回路５２により計測時間Ｂ４４に対して伝送
遅延時間を補正した爆音到達時間Ｂ４５を求める。

【００２７】図６は図５で説明した爆音到達時間の処理
に対して、伝送遅延を含めた場合の爆音到達時間の処理
の方法を示すものである。検出開始トリガ信号Ａ３２を
伝送される側の計測時間Ｂ４４は伝送系の処理及び伝送
遅延時間である検出開始トリガ伝送遅延時間７３で示す
時間分、本来の計測開始時刻から遅れている。又、図５
で説明した輝点検出遅延時間６７及び爆音検出遅延時間
７２が発生している。従って、トリガ伝送遅延補正回路
５２は、計測時間Ｂ４４に対して検出開始トリガ伝送遅
延時間７３、輝点検出遅延時間６７及び爆音検出遅延時
間７２を補正し、爆音到達時間Ｂ４５を出力するように
動作する。

【００２８】実施の形態３と同様にして各々で得られた
弾着観測距離Ａ３７と位置、方位Ａ４８と弾着観測距離
Ｂ４６及び位置、方位Ｂ４９とから弾着位置標定演算回
路５１は弾着標定位置５２を算出し、観測結果として弾
着標定位置５２が表示器２４に表示される。このように
して弾着の発光及び爆音の検出により弾着点の位置標定
を自動的に計測可能とするパッシブ弾着標定装置が構成
される。

【００２９】

【発明の効果】第１の発明によれば、砲弾が弾着する時
に発生する弾着発光と爆音を利用するためのセンサとし
て低コストな撮像カメラ及びマイクを適用することで指
向性制約の少ない簡易な構成を可能とし、パッシブ型セ
ンサの適用により安全性に優れ、低コストで取り扱い容
易な簡易な構成にて弾着観測距離の自動計測が可能とな
る。

【００３０】又、第２の発明によれば、観測誤差の要因
となる大気温による音速度の変動性に対応することか
ら、観測精度の高い弾着観測距離の自動計測が可能とな
る。

【００３１】又、第３の発明によれば、別々の観測位置
においてパッシブ型センサを用いて各々の弾着観測距
離、観測位置、観測方位を計測し、それらを統合するこ
とにより弾着標定位置の自動計測が可能となる。

【００３２】又、第４の発明によれば、一つの撮像カメ
ラのみを使用し別々の観測位置における各々の弾着観測
距離、観測位置、観測方位の計測を可能とし、それらを
統合することにより低コストで簡易な構成にて弾着標定
位置の自動計測が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明によるパッシブ弾着標定装置の実施
の形態１を示す図である。

【図２】 この発明によるパッシブ弾着標定装置の実施
の形態２を示す図である。

【図３】 この発明によるパッシブ弾着標定装置の実施
の形態３を示す図である。

【図４】 この発明によるパッシブ弾着標定装置の実施
の形態４を示す図である。

【図５】 この発明の爆音到達時間の処理方法を示す図
である。

【図６】 この発明の伝送遅延を含めた爆音到達時間の
処理方法を示す図である。

【図７】 この発明の弾着標定位置の処理方法を示す図
である。

【図８】 パッシブ弾着標定装置が適用されるシステム
例を示す図である。

【図９】 従来の弾着標定装置を示す図である。

【図１０】 従来の弾着標定装置の操作方法を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 弾着発光、２ 入射光、３ 入射音響、４ 撮像カ
メラ、５ カメラ位置調整機構、６ 標定マイク、７
マイク位置調整機構、８ 搭載架台、９ ビデオ信号、
１０ 輝点検出回路、１１ 検出開始トリガ信号、１２
音響信号、１３ 爆音検出回路、１４ 検出停止トリ
ガ信号、１５ カウンター、１６ 計測時間、１７ 計
測時間補正回路、１８ 爆音到達時間、１９ 乗算器、
２０ 設定入力、２１ 音速度テーブル、２２ 音速
度、２３ 弾着観測距離、２４ 表示器、２５ 大気、
２６ 大気温センサ、２７ 大気温度、２８ 音速度演
算回路、２９ 入射光Ａ、３０ 入射音響Ａ、３１ ビ
デオ信号Ａ、３２ 検出開始トリガ信号Ａ、３３ 音響
信号Ａ、３４ 検出停止トリガ信号Ａ、３５ 計測時間
Ａ、３６ 爆音到達時間Ａ、３７ 弾着観測距離Ａ、３
８ 入射光Ｂ、３９入射音響Ｂ、４０ ビデオ信号Ｂ、
４１ 検出開始トリガ信号Ｂ、４２ 音響信号Ｂ、４３
検出停止トリガ信号Ｂ、４４ 計測時間Ｂ、４５ 爆
音到達時間Ｂ、４６ 弾着観測距離Ｂ、４７ 位置方位
センサ、４８ 位置、方位Ａ、４９位置、方位Ｂ、５０
データ伝送装置、５１ 弾着位置標定演算回路、５２
弾着標定位置、５３ トリガ伝送遅延補正回路、５４
弾着点、５５ 測距レーザ光、５６ レーザ測遠器、
５７ レーザ位置調整機構、５８ 観測状況表示器、５
９ 観測状況、６０ レーザ弾着観測距離、６１ 測距
指令、６２ 方向制御指令、６３ 輝点計測時間軸、６
４ 観測輝度レベル軸、６５ 輝点検出点、６６ 発光
開始点、６７ 輝点検出遅延時間、６８ 音響計測時間
軸、６９ 観測音響レベル軸、７０ 爆音検出点、７１
爆音到達開始点、７２ 爆音検出遅延時間、７３ 検
出開始トリガ伝送遅延時間、７４ パッシブ弾着標定装
置、７５火砲、７６ 砲弾、７７ レーザ光軸方向、７
８ タイミング信号伝送装置。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 砲弾の弾着発光をパッシブに検出する撮
   像カメラと、弾着発光時に発生する爆音をパッシブに検
   出する標定マイクと、上記撮像カメラの撮像方向位置を
   調整するカメラ位置調整機構と、上記標定マイクのマイ
   ク指向方向を調整するマイク位置調整機構と、上記撮像
   カメラ及び標定マイクを搭載する搭載架台と、上記撮像
   カメラから出力されるビデオ信号から輝点を検出し検出
   タイミングを出力する輝点検出回路と、上記標定マイク
   から出力される音響信号から爆音を検出し検出タイミン
   グを出力する爆音検出回路と、上記輝点検出回路出力タ
   イミングから上記爆音検出回路出力タイミングまでの時
   間を計測するカウンターと、上記カウンター出力時間を
   補正する計測時間補正回路と、大気の音響伝搬速度を記
   録した音速度テーブルと、上記計測時間補正回路出力と
   上記音速度テーブル出力とを乗算する乗算器と、観測結
   果を表示する表示器とを備えたことを特徴とするパッシ
   ブ弾着標定装置。
2. 【請求項２】 大気温度を計測する大気温センサと、上
   記大気温センサ出力の大気温度から音速度を算出する音
   速度演算回路とを備えたことを特徴とする請求項１記載
   のパッシブ弾着標定装置。
3. 【請求項３】 上記撮像カメラと、上記標定マイクと、
   上記カメラ位置調整機構と、上記マイク位置調整機構
   と、上記搭載架台と、上記輝点検出回路と、上記爆音検
   出回路と、上記カウンターと、上記計測時間補正回路
   と、上記音速度テーブルと、上記乗算器と、上記搭載架
   台の位置と方位を検出する位置方位センサとを距離の離
   れた位置に２台有し、一方の観測距離及び位置方位を他
   方へ伝送するためのデータ伝送装置と、両方の観測距離
   及び位置方位から弾着位置を標定する弾着位置標定演算
   回路と、観測結果を表示する表示器とを備えたことを特
   徴とする請求項１記載のパッシブ弾着標定装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載のパッシブ弾着標定装置の
   一方の上記輝点検出回路からの検出タイミングを他方の
   上記カウンターの時間計測開始信号として用いるための
   検出タイミングを伝送するタイミング信号伝送装置と、
   検出タイミングの伝送遅延を補正するためのトリガ伝送
   遅延補正回路とを備えたことを特徴とする請求項３記載
   のパッシブ弾着標定装置。