JP2006266901A - Method for calculating orientation position - Google Patents
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Description
本発明は、高速で弾道飛行する砲弾等の目標を捕捉してこの捕捉情報から目標の発射位置または着弾位置等の標定位置を算出する標定レーダ装置における標定位置算出方法に関する。 The present invention relates to an orientation position calculation method in an orientation radar apparatus that captures a target such as a bullet that travels ballistically at high speed and calculates an orientation position such as a target launch position or landing position from the captured information.
レーダビームを走査することによってビーム幕を形成しておき、高速で弾道飛行する砲弾等の目標がこのビーム幕の中を通過したときの位置情報から目標の弾道経路を推定し、目標の発射位置または着弾位置(以下、標定位置と表わす)を算出する標定レーダ装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。この特許文献1に開示された標定レーダ装置においては、高低方向に幅の広いレーダビームを所定の速度で方位方向に走査を繰り返すことによってビーム幕を形成しておき、砲弾等の目標がこのビーム幕を通過している間にその目標に対して位置情報や時刻情報を含む複数点の捕捉情報を取得する。そして、これら取得した捕捉情報に基づいて標定位置を算出する。
A beam curtain is formed by scanning the radar beam, and the target ballistic path is estimated from the position information when a target such as a bullet that is trajectory flying at high speed passes through this beam curtain, and the target launch position Alternatively, an orientation radar device that calculates a landing position (hereinafter referred to as an orientation position) is known (see, for example, Patent Document 1). In the orientation radar device disclosed in
標定位置を算出する際には、まず、複数点の捕捉情報を得た区間における目標の弾道を推定するための弾道計算を行なう。この計算には、目標の弾道上の位置情報と速度情報が必要であるが、位置情報については、複数点の捕捉情報中の位置情報、すなわち目標の方向とその距離をそのまま使用し、速度情報については、例えば、隣り合う捕捉情報の中の位置情報及び時刻情報から得ている。そして、これら位置情報及び速度情報を用いて捕捉情報に対応した区間における弾道計算を行った後、得られた弾道を前後に辿ることによって標定位置を算出している。 When calculating the orientation position, first, trajectory calculation is performed to estimate the target trajectory in the section where the captured information of a plurality of points is obtained. This calculation requires position information and velocity information on the target trajectory. For position information, the position information in the captured information of multiple points, that is, the target direction and its distance are used as they are, and the velocity information Is obtained from, for example, position information and time information in adjacent captured information. Then, after performing ballistic calculation in the section corresponding to the captured information using these position information and velocity information, the orientation position is calculated by tracing the obtained trajectory back and forth.
この種の標定レーダ装置において、弾道計算及び目標の標定位置を算出する手法として、分弧法が知られている。分弧法においては、まず、複数点の目標の捕捉情報からその捕捉位置を結んだ弾道の近似曲線を算出し、その中点における位置及び速度ベクトルを得る。次に、これらを初期値として所定の時間間隔、すなわち分弧時間で目標の位置を順次演算する。そして、地表との高度差が既定値よりも小さくなった位置を標定位置としている。 In this type of orientation radar apparatus, the arc division method is known as a method for calculating the trajectory and the target orientation position. In the arc dividing method, first, an approximate curve of a trajectory connecting the capture positions is calculated from the capture information of a plurality of target points, and a position and velocity vector at the midpoint are obtained. Next, using these as initial values, the target position is sequentially calculated at a predetermined time interval, that is, the arcing time. And the position where the altitude difference with the ground surface became smaller than the predetermined value is set as the orientation position.
上述の分弧法を用いた標定位置算出方法の事例が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。この特許文献2の事例では、分弧時間を可変することによって、特に、標定位置の算出に要する時間の短縮を図っている。
ところで、砲弾は空気抵抗や風等を含む様々な影響を受けながら飛翔するため、飛翔軌跡は、必ずしも単純な放物弾道にはならない。またその影響の受け方は、砲弾の種類によっても異なり、弾道の推定をより複雑にしている。このため、上述のような弾道計算に基づいて、特に目標の発射位置に対する精度の良い位置標定結果を得るには、飛翔軌跡への様々な影響が少ないと考えられる発射直後、すなわち、できる限り発射位置の近くにおける目標の捕捉情報が必要となる。 By the way, since a shell flies while being affected by various effects including air resistance and wind, the flight trajectory is not necessarily a simple parabolic trajectory. In addition, how they are affected depends on the type of shell and makes the trajectory estimation more complicated. For this reason, in order to obtain a precise positioning result for the target launch position based on the trajectory calculation as described above, it is possible to launch as soon as possible after launch, that is, as much as possible. Target capture information near the location is required.
しかしながら、目標を発射位置近くで捕捉するには、レーダ装置の利得を高め、その探知距離をより長くする必要があり、特にアンテナ部を中心にしてレーダ装置の大型化が避けられなかった。また、大型化によって機動性も制約されていた。 However, in order to capture the target near the launch position, it is necessary to increase the gain of the radar device and make the detection distance longer. In particular, an increase in the size of the radar device is inevitable centering on the antenna portion. In addition, maneuverability was limited due to the increase in size.
本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、標定レーダ装置の規模を増大させることなく、良好な精度を有する標定位置算出方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide an orientation position calculation method having good accuracy without increasing the scale of the orientation radar device.
上記目的を達成するために、本発明の標定位置算出方法は、高速で弾道飛行する目標を捕捉してこの捕捉情報から前記目標の発射位置または着弾位置等の標定位置を算出する標定レーダ装置における標定位置算出方法であって、前記目標から反射されるレーダエコーを受信して複数の捕捉点における前記目標の捕捉位置情報を取得し、隣り合う前記捕捉点の捕捉位置情報からこれら捕捉点間における前記目標の速度ベクトルを順次算出し、隣り合う前記速度ベクトルから前記捕捉点間における加速度ベクトルを順次算出し、前記速度ベクトル及び加速度ベクトルに基づいて、前記目標に対する速度対空気抗力係数テーブル及び速度対偏流係数テーブルを生成し、最も遠方の前記捕捉点から分弧法により各分弧点における前記目標の空気抗力係数及び偏流係数をそれぞれ前記速度対空気抗力係数テーブル及び前記速度対偏流係数テーブルを参照して取得しながら弾道計算を行なって前記標定位置を算出することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an orientation position calculation method of the present invention is an orientation radar apparatus that captures a target flying at high speed and calculates an orientation position such as a launch position or a landing position of the target from the captured information. An orientation position calculation method, wherein a radar echo reflected from the target is received to acquire the target capture position information at a plurality of capture points, and between the capture points from the capture position information of the adjacent capture points The target velocity vector is sequentially calculated, the acceleration vector between the capture points is sequentially calculated from the adjacent velocity vectors, and the velocity-air drag coefficient table and the velocity pair for the target are calculated based on the velocity vector and the acceleration vector. A drift coefficient table is generated, and the target air drag coefficient at each arcing point is determined by the arc dividing method from the farthest capture point. And and calculates the orientation position is performed ballistic calculations while the drift coefficients respectively acquired by referring to the speed versus air drag coefficient table and the speed versus drift coefficient table.
本発明によれば、標定レーダ装置の規模を増大させることなく、良好な精度を有する標定位置算出方法を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain an orientation position calculation method having good accuracy without increasing the scale of the orientation radar apparatus.
以下に、本発明に係る標定位置算出方法を実施するための最良の形態について、図1乃至図7を参照して説明する。 The best mode for carrying out the orientation position calculation method according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
図1は、本発明に係る標定位置算出方法の一実施例を示すフローチャートである。また、図2は、この標定位置算出方法を適用して目標の標定位置を算出する場面の一例を示す概念図である。この図2では、高速で弾道飛行する砲弾1を標定レーダ装置2のレーダビーム3により複数の捕捉点(捕捉点1〜捕捉点m)で捕捉し、これらの捕捉位置情報に基づいて砲弾1の弾道4を推定して砲弾の発射位置5を算出する場面を例示している。以下、この図2に例示した場面における標定位置算出方法を図1のフローチャートを参照して説明する。
FIG. 1 is a flowchart showing an embodiment of the orientation position calculation method according to the present invention. FIG. 2 is a conceptual diagram showing an example of a scene in which the target position is calculated by applying this method. In FIG. 2, a
まず、標定レーダ装置2の形成したレーダビーム3内において、高速で弾道飛行する砲弾1を、m個の捕捉点(捕捉点1〜捕捉点m)で捕捉する。この捕捉結果は、各捕捉点毎に、捕捉位置情報として取得される。本実施例においては、捕捉位置情報は、捕捉点までの距離R、捕捉点の方位角θAZ及び仰角θEL、ならびに捕捉時刻tとしている。各捕捉点毎に取得したこれら捕捉位置情報をモデル化して図3に例示する(ST11)。
First, in a
次に、隣り合う捕捉点の捕捉位置情報から、これら2点間における速度ベクトルVnを順次算出し、V1〜V(m−1)を得る。上記した図3に、算出された速度ベクトルVnをモデル化して例示する(ST12)。さらに、隣り合う速度ベクトルから、これら2つの速度ベクトル間の加速度ベクトルαnを順次算出し、α1〜α(m−2)を得る。図3に、算出された速度ベクトルVn及び加速度ベクトルαnをあわせて例示する(ST13)。 Next, the velocity vector Vn between these two points is sequentially calculated from the capture position information of the adjacent capture points to obtain V 1 to V (m−1) . FIG. 3 illustrates the calculated velocity vector Vn as a model (ST12). Further, the acceleration vector αn between these two velocity vectors is sequentially calculated from adjacent velocity vectors to obtain α 1 to α (m−2) . FIG. 3 illustrates the calculated velocity vector Vn and acceleration vector αn together (ST13).
これに続けて、前ステップまでに算出された速度ベクトルVn及び加速度ベクトルαnに基づいて、砲弾1に対する速度対空気抗力係数テーブル及び速度対偏流係数テーブルを生成する。まず、速度対空気抗力係数テーブルの生成について、図4のフローチャートを参照して詳細に説明する。
Subsequently, based on the velocity vector Vn and the acceleration vector αn calculated up to the previous step, a velocity-to-air drag coefficient table and a velocity-to-drift coefficient table for the
図4は、速度対空気抗力係数テーブルの生成方法の一実施例を示すフローチャートである。ここではまず、直前のステップで算出された各加速度ベクトルα1〜α(m−2)毎に、所定の算出式に基づいて空気抗力を算出する(ST41)。次に、この算出結果を前出のST12のステップで得た捕捉区間(捕捉点1〜捕捉点m)での速度ベクトルV1〜V(m−1)に対応させて、実測値としての速度対空気抗力係数テーブルをグラフ化し、あらかじめ設定された速度対空気抗力係数テーブル上に描く。このときにグラフ化された結果を、図5にモデル化して示す。すなわち、図5において、あらかじめ設定された速度対空気抗力係数テーブル上に、速度ベクトルVnに対応した速度範囲に対する実測値としての空気抗力のグラフが、太実線で例示したように描かれる(ST42)。
FIG. 4 is a flowchart showing an embodiment of a method for generating a speed / air drag coefficient table. Here, first, for each acceleration vector α 1 to α (m−2) calculated in the immediately preceding step, an air drag is calculated based on a predetermined calculation formula (ST41). Next, this calculation result is made to correspond to the velocity vectors V 1 to V (m−1) in the capture section (
この実測値としてのグラフ(図5の太実線)を得た後、このグラフとあらかじめ設定された設定値のグラフ(図5の破線)との差を統計的な評価関数により評価することによって、あらかじめ設定された設定値に対する補正係数を算出する。このときの評価関数は、これら2つのグラフの差の分散を評価するものであり、捕捉区間を含め対象とする全速度区間においてこの分散を最小にするように補正係数が導出される(ST43)。 After obtaining the graph as the actual measurement value (thick solid line in FIG. 5), by evaluating the difference between this graph and the graph of the preset setting value (broken line in FIG. 5) using a statistical evaluation function, A correction coefficient for a preset setting value is calculated. The evaluation function at this time evaluates the variance of the difference between these two graphs, and the correction coefficient is derived so as to minimize this variance in the entire speed section including the acquisition section (ST43). .
そして、この補正係数をあらかじめ設定された速度対空気抗力係数テーブルに適用することによって、砲弾1に対する速度対空気抗力係数テーブルを生成する。図6に、あらかじめ設定された速度対空気抗力係数テーブルと、補正係数を適用することによって生成された砲弾1に対する速度対空気抗力係数テーブルとをグラフ化して例示する。図6において、破線で示されているのがあらかじめ設定された設定値のグラフであり、実線で示されているのがこれに補正係数を適用して生成された砲弾1に対する速度対空気抗力係数テーブルである(ST44)。
Then, by applying this correction coefficient to a preset velocity / air drag coefficient table, a velocity / air drag coefficient table for the
つぎに、速度対偏流係数テーブルの生成について、図7のフローチャートを参照して説明する。図7は、速度対偏流係数テーブルの生成方法の一実施例を示すフローチャートである。この図7のフローチャートが図4に例示した速度対空気抗力係数テーブルの生成方法のフローチャートと異なる点は、空気抗力に換えて、各加速度ベクトルα1〜α(m−2)から砲弾1の射方向に対する直角成分である偏流を算出するようにした点であり、偏流算出後は、図4と同様の方法によっている。
Next, the generation of the velocity versus drift coefficient table will be described with reference to the flowchart of FIG. FIG. 7 is a flowchart showing an embodiment of a method for generating a velocity versus drift coefficient table. The flow chart of FIG. 7 differs from the flow chart of the method for generating the velocity-to-air drag coefficient table illustrated in FIG. 4 in that, instead of the air drag, the firing of the
図7のフローチャートにおいて、まず、ST13のステップで算出された各加速度ベクトルα1〜α(m−2)毎に、所定の算出式に基づいて偏流を算出する(ST71)。次に、この算出結果を捕捉区間(捕捉点1〜捕捉点m)での速度ベクトルV1〜V(m−1)に対応させて、実測値としての速度対偏流係数テーブルをグラフ化し、あらかじめ設定された速度対偏流係数テーブル上に描く(ST72)。
In the flowchart of FIG. 7, first, for each acceleration vector α 1 to α (m−2) calculated in step ST13, a drift is calculated based on a predetermined calculation formula (ST71). Next, the calculation result is correlated with the velocity vectors V 1 to V (m−1) in the capture section (
この実測値としてのグラフを得た後、このグラフとあらかじめ設定された設定値のグラフとの差を統計的な評価関数により評価することによって、あらかじめ設定された設定値に対する補正係数を算出する。このときの評価関数は、これら2つのグラフの差の分散を評価するものであり、捕捉区間を含め対象とする全速度区間においてこの分散を最小にするように補正係数が導出される(ST73)。そして、この補正係数をあらかじめ設定された速度対偏流係数テーブルに適用することによって、砲弾1に対する速度対偏流係数テーブルが生成される(ST74)。
After obtaining the graph as the actual measurement value, the difference between the graph and the graph of the preset setting value is evaluated by a statistical evaluation function, thereby calculating a correction coefficient for the preset setting value. The evaluation function at this time evaluates the variance of the difference between these two graphs, and the correction coefficient is derived so as to minimize this variance in the entire speed section including the acquisition section (ST73). . Then, by applying this correction coefficient to a preset velocity versus drift coefficient table, a velocity versus drift coefficient table for the
このようにして、砲弾1に対する速度対空気抗力係数テーブル及び速度対偏流係数テーブルが生成される(ST14)。
In this manner, a velocity-to-air drag coefficient table and a velocity-to-drift coefficient table for the
この後は、分弧点の初期位置を設定して分弧法による弾道計算により弾道4の推定が開始される。本実施例では、計算を開始する分弧点の初期位置を、標定レーダ装置2から最も遠方の捕捉点である捕捉点1としている(ST15)。分弧法では、この初期位置から所定の間隔で各分弧点を設定後、上記したST14のステップにて生成した砲弾1に対する速度対空気抗力係数テーブル及び速度対偏流係数テーブルを適用した弾道方程式を用いて、これらのテーブルを参照しながら、初期位置から順次、各分弧点における砲弾1の位置座標を算出する。そして、算出した位置座標の標高が所定の範囲となった分弧点を、砲弾1の発射位置5として標定している(ST16)。
Thereafter, estimation of the
以上説明したように、本実施例によれば、標定レーダ装置による砲弾等の目標の捕捉位置情報から、この目標に対する空気抗力係数及び偏流係数を取得し、分弧法による弾道計算を行なう際に、弾道方程式にこれらの係数を適用しながら標定位置を算出している。これにより、砲弾等の目標の弾道をより正確に推定することができ、良好な精度を有する標定位置算出方法を得ることができる。 As described above, according to the present embodiment, the air drag coefficient and the drift coefficient for the target are acquired from the capture position information of the target such as a shell by the orientation radar apparatus, and the ballistic calculation by the arc division method is performed. The orientation position is calculated while applying these coefficients to the ballistic equation. Thereby, the trajectory of a target such as a shell can be estimated more accurately, and an orientation position calculation method having good accuracy can be obtained.
また、弾道をより正確に推定できることによって、特に標定位置として砲弾などの目標の発射位置を標定する場合、目標を発射位置近くで捕捉する必要がなくなり、標定レーダ装置に近い領域での捕捉位置情報を用いることができる。従って、標定レーダ装置の探知距離を延ばす必要がなくなる。これにより、標定レーダ装置の規模を増大させることなく、良好な精度を有する標定位置算出方法を得ることができる。 In addition, since the trajectory can be estimated more accurately, it is not necessary to capture the target close to the launch position, especially when the launch position of a target such as a shell is used as the orientation position. Can be used. Therefore, it is not necessary to extend the detection distance of the orientation radar device. Thereby, it is possible to obtain an orientation position calculation method having good accuracy without increasing the scale of the orientation radar apparatus.
1 砲弾
2 標定レーダ装置
3 レーダビーム
4 弾道
5 発射位置
1 Cannonball 2
Claims (5)
前記目標から反射されるレーダエコーを受信して複数の捕捉点における前記目標の捕捉位置情報を取得し、
隣り合う前記捕捉点の捕捉位置情報からこれら捕捉点間における前記目標の速度ベクトルを順次算出し、
隣り合う前記速度ベクトルから前記捕捉点間における加速度ベクトルを順次算出し、
前記速度ベクトル及び加速度ベクトルに基づいて、前記目標に対する速度対空気抗力係数テーブル及び速度対偏流係数テーブルを生成し、
最も遠方の前記捕捉点から分弧法により各分弧点における前記目標の空気抗力係数及び偏流係数をそれぞれ前記速度対空気抗力係数テーブル及び前記速度対偏流係数テーブルを参照して取得しながら弾道計算を行なって前記標定位置を算出することを特徴とする標定位置算出方法。 An orientation position calculation method in an orientation radar apparatus that captures a target flying at high speed and calculates an orientation position such as a launch position or a landing position of the target from this capture information,
Receiving radar echoes reflected from the target to obtain the target capture position information at a plurality of capture points;
Sequentially calculating the target velocity vector between these capture points from the capture position information of the adjacent capture points;
Sequentially calculating acceleration vectors between the capture points from the adjacent velocity vectors;
Based on the velocity vector and the acceleration vector, a velocity vs. air drag coefficient table and a velocity vs. drift coefficient table for the target are generated,
Ballistic calculation while acquiring the target air drag coefficient and drift coefficient at each arcing point from the farthest capture point by referring to the velocity vs. air drag coefficient table and the speed vs. drift coefficient table, respectively. To calculate the location position.
前記各加速度ベクトル毎に空気抗力を算出し、
この算出した空気抗力と前記速度ベクトルとからこの速度範囲における実測値としての速度対空気抗力係数テーブルを作成し、
この速度対空気抗力係数テーブルとあらかじめ設定された所定速度範囲における速度対空気抗力係数テーブルとの差を所定の評価関数により統計的に評価し、
この評価結果に基づいて算出された補正係数を前記あらかじめ設定された所定速度範囲における速度対空気抗力係数テーブルに対して適用することによって生成することを特徴とする請求項1に記載の標定位置算出方法。 When generating the velocity vs. air drag coefficient table,
Calculate air drag for each acceleration vector,
Create a velocity-air drag coefficient table as an actual measurement value in this speed range from the calculated air drag and the velocity vector,
Statistically evaluate the difference between the velocity-to-air drag coefficient table and the velocity-to-air drag coefficient table in a predetermined speed range set in advance using a predetermined evaluation function,
The orientation position calculation according to claim 1, wherein a correction coefficient calculated based on the evaluation result is generated by applying the correction coefficient to a speed-to-air drag coefficient table in the predetermined speed range set in advance. Method.
前記各加速度ベクトル毎に偏流を算出し、
この算出した偏流と前記速度ベクトルとからこの速度範囲における実測値としての速度対偏流係数テーブルを作成し、
この速度対偏流係数テーブルとあらかじめ設定された所定速度範囲における速度対偏流係数テーブルとの差を所定の評価関数により統計的に評価し、
の評価結果に基づいて算出された補正係数を前記あらかじめ設定された所定速度範囲における速度対偏流係数テーブルに対して適用することによって生成することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の標定位置算出方法。 When generating the velocity versus drift coefficient table,
Calculate the drift for each acceleration vector,
Create a velocity vs. drift coefficient table as an actual measurement value in this speed range from the calculated drift and the velocity vector,
Statistically evaluate the difference between the speed vs. drift coefficient table and the speed vs. drift coefficient table in a predetermined speed range set in advance using a predetermined evaluation function,
4. The method according to claim 1, wherein the correction coefficient calculated based on the evaluation result is applied to a speed vs. drift coefficient table in the preset predetermined speed range. The orientation position calculation method according to item 1.
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