JP2002081900A - 誘導装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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、母機から
投下後終末誘導開始までの間に適当な速度範囲に飛しょ
う速度を制御する手段を付加することにより、飛しょう
体の誘導性能を向上させることを目的とする。 【解決手段】 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３と、飛しょう体の速度指令を出力する速度指令
計算器５と、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６と、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器１０
と、加速度指令の切替器２とを備える。

Description

【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１
７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】

【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】

【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２
２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】

【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】

【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】

【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】

【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】

【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ａｃ
ｙ１を計算する。

【００２８】

【数８】

【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】

【００３５】符号切替器１２においてはクロスレンジＣ
Ｒ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】

【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１
０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】

【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。Ｌ
Ｙ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】

【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】

【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】

【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】

【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Ｄ
Ｖ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、１
１ 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。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【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、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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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。