JP2007205632A - 飛しょう体の誘導装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電波誘導において空間安定性能の良好な飛しょう体の誘導装置を提供すること。
【解決手段】所定の送信周期で電波を目標に向けて発射しその反射波を受信し、デジタルデータとして高速フーリエ変換し収集したデータを用いて計算して得た前記目標の誤差角と、慣性航法により求めた飛しょう体の姿勢角とから、目標への誘導を行う飛しょう体の誘導装置であって、前記収集するデータの送信周期に対するデータ取得時間の中心位置がデータ取得設定期間のほぼ中心位置になるように設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、目標に向かって飛翔する飛しょう体に搭載される誘導装置に関する。

飛しょう体の誘導装置において目標となる飛しょう体は常に移動している。電波の発射時点の目標位置と慣性航法からの姿勢角、速度により、通常、目標の位置は推測できる。しかし、目標からの反射波の受信を待たずに誘導装置から電波を発射するので、発射電波を識別するためにその送信周期は、例えば１４μｓ、１２μｓ、１０μｓの３通りに適宜、変更される。それゆえ、送信周期を変えたときに、上記のようにしてなされる目標の推定位置と電波を送信する方角とに誤差を生じてしまう。またこれが原因となって慣性航法装置とのデータ取得周期との間にずれが原因となって姿勢角にも誤差が生じ、これらが原因となり、従来の誘導装置ではその空間安定性能を低下させることになっていた。

なお、画像誘導における空間安定の技術は特許文献１に開示されているが、電波誘導に適用できるものではない。
特開平８−７５３９６号公報

本発明は上記のような従来の問題点にかんがみてなされたもので、電波誘導において空間安定性能の良好な飛しょう体の誘導装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１によれば、所定の送信周期で電波を目標に向けて発射しその反射波を受信し、デジタルデータとして高速フーリエ変換し収集したデータを用いて計算して得た前記目標の誤差角と、慣性航法により求めた飛しょう体の姿勢角とから、目標への誘導を行う飛しょう体の誘導装置であって、前記収集するデータの送信周期に対するデータ取得時間の中心位置がデータ取得設定期間のほぼ中心位置になるように設定することを特徴とする飛しょう体の誘導装置を提供する。

本発明によれば、電波誘導において空間安定性能の良好な飛しょう体の誘導装置が得られる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１に本発明一実施形態による飛しょう体の誘導装置の構成例を示す。

この装置は、電波を送受信するアンテナユニット１０１と、励振受信ユニット１０２と、信号制御部１０３と、信号処理部１０４と、誘導処理部１０５と、慣性航法装置１０６とを有する。

アンテナユニット１０１は、目標へ電波を送信し目標からの電波を受信するアンテナモジュールと、送受信した電波の授受を行う送受信回路とから成る。励振受信ユニット１０２は、アンテナモジュールで受信した受信信号を周波数変換する周波数変換部１１１と、電波送信部１１２からなる。

励振受信ユニット１０２の周波数変換部１１１にて変換された受信信号をアナログデジタル変換するＡ／Ｄ変換部１１３と、送信ディレイクロックとデジタル信号を収集するデータ収集部１１４と、送信制御部１１５とから成る。

信号処理部１０４は、データ収集部１１４で収集されたデータを入力して高速フーリエ変換（ＦＦＴ；Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）するＦＦＴ処理部１１６と、このＦＦＴ処理部１１６によりＦＦＴの処理結果から目標の検出を行い、その検出された位置から目標の位置を特定し目標との誤差角を計算する誤差情報計算部１１７ａと、ＦＦＴの処理結果からその検出された位置から目標までの相対距離を計算する相対距離計算部１１７ｂと、この相対距離計算部１１７ｂで計算された相対距離から電波の送信周期を計算する送信情報設定部１１８ａと、後述する角度追随処理部１２０から電波送信方向を受けて電波送信方向を設定する電波送信方向設定部１１８ｂとから成る。電波送信方向設定部１１８ｂから出力される電波送信方向はアンテナユニット１０１に送られ、このアンテナユニット１０１で電波の送信方向を制御する。

慣性航法装置１０６は、飛しょう体を検出し、飛しょう体の姿勢角などを計算する姿勢角計算部１１９を有する。誘導処理部１０５は、信号処理部１０４の誤差情報計算部１１７ａから出力された誤差角と、姿勢角計算部１１９にて計算された目標の姿勢角から、電波の送信方向を計算し空間安定制御を行う角度追随処理部１２０を有する。

信号処理部１０４の送信情報設定部１１８ａにて計算された送信周期は、ＰＲＩ（Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｅａｔ Ｉｎｔｅｒｖａｌ；送信周期）として、信号制御部１０３の送信制御部１１５に送られ、送信制御部１１５の出力は励振受信ユニット１０２の電波送信部１１２に送られている。

例えば６０ｍｓのデータ取得期間に、送信制御部１１５は、信号処理部１０４の送信情報設定部１１８ａからＰＲＩ（送信周期）を受け取る。例えばＰＲＩが１４μｓの時、送信制御部１１５は、ＰＲＩに沿って送信周期クロックを発生させ、励振受信ユニット１０２の電波送信部１１２に送る。

励振受信ユニット１０２の電波送信部１１２は、上記送信周期クロックにしたがって電波を発生させ、アンテナユニット１０１に電波を送る。アンテナユニット１０１は電波送信部１１２から送られてきた電波を目標に向けて放射する。

アンテナユニット１０１は、目標から反射してきた反射波を受信して、アンテナ全面の総和の反射波であるΣ系反射波と、アンテナ上下面の差の反射波であるΔＥＬ系反射波と、アンテナ左右面の差の反射波であるΔＡＺ反射波なる３系統受信し、励振受信ユニット１０２に送る。励振受信ユニット１０２の周波数変換部１１１では送られてきた３系統の反射波を周波数変換して、信号制御部１０３に送る。

信号制御部１０３のＡ／Ｄ変換部１１３では、３系統の反射波をＡ／Ｄ変換してデジタル信号に変換し、データ収集部１１４に送る。

データ収集部１１４では送られてきた３系統のデータを収集する。データ収集は、高速フーリエ変換に必要な個数、例えば４０９６個、収集する。４０９６個収集するのに必要な時間は、ＰＲＩ×収集数であるため、この場合は、４０９６×１４μｓ＝約５７ｍｓとなる。

ここで、データ処理期間に移行する。データ処理期間では、信号処理部１０４のＦＦＴ処理部１１６は信号制御部１０３のデータ収集部１１４からそれぞれ４０９６個の、上記３系統のデジタルデータを受け取り、ＦＦＴ処理を行う。

ＦＦＴ処理結果を受け取った誤差情報計算部１１７ａは、Σ系と２つのΔ系により、アンテナユニットが目標に向けて電波の送信方向と目標位置との誤差角を算出し、誘導処理部１０５に送る。また、相対距離計算部１１７ｂはΣ系から目標との相対距離を算出し、送信情報設定部１１８ａに送信する。送信情報設定部１１８ａはこの相対距離から次回のデータ収集期間において使用するＰＲＩを計算する。

誘導処理部１０５の角度追随処理部１２０は、信号処理部１０４の誤差情報計算部１１７ａから誤差角を受け取り、慣性航法装置１０６の姿勢角計算部１１９から、飛しょう体の姿勢角を受け取とる。角度追随処理部１２０は誤差角と姿勢角から電波送信方向を計算し、電波送信方向設定部１１８ｂに送る。

誤差情報計算部１１７ａから受け取った誤差角は、４０９６個取得した時の電波方向と目標位置との差であり、ＦＦＴ処理したことにより、誤差角が平均化されており、４０９６個取得した時間の半分の時間での誤差角となる。すなわち４０９６個取得するのに約５７ｍｓかかるので、収集開始から約２８．５ｍｓ時点での誤差角を得ることになる。また、角度追随処理部１２０において、慣性航法装置１０６の姿勢角計算部１１９から得た姿勢角は収集開始から２８．５ｍｓ時点での姿勢角が必要となるため、図示しないメモリ等に記憶しておく。

誘導処理部１０５で、飛しょう体の進行方向から目標位置の方角を計算し、電波を送信する方角を計算するとき、次のデータ取得期間での目標位置を推測する必要がある。

得られた誤差角がデータ取得開始から所定の時点でのデータであるので、残りのデータ取得期間とデータ処理期間のデータを補正する必要がある。

目標は常に移動している。推測されている目標位置は、発射時点での目標位置と慣性航法装置からの姿勢角、速度より自己位置が計算できるので、送信周期によって得られる相対距離により目標位置を推測できるが、送信周期は目標位置で１４μｓ、１２μｓなどに変化するため、従来のようにそのままにしておくと送信周期の変わり目では目標位置の推定に誤差が生じてしまい、電波を送信する方角と目標位置に誤差が生じることにより空間安定度を悪くしてしまう。

また、慣性航法装置１０６の姿勢角のデータ取得周期と信号処理部１０４の誤差情報計算部１１７ａから得た誤差角の時間が一致すればよいが、送信周期が１４μｓなどに変化するとき、従来の技術ではデータ取得に必要な時間が変化し、慣性航法装置１０６とのデータ取得周期にずれが生じ、姿勢角に誤差が生じてしまう。この誤差も、空間安定度を悪くする要因となる。

そこで、本発明のこの実施形態では、後で述べるように、補正された誤差角とデータ取得に必要な時間の半分の時点での姿勢角を使用して電波の放射方向を計算し、データ取得時間の中心をデータ取得設定期間の中心に合わせる。

以下、図２に示すフローチャートに従って、誘導装置の空間安定を行う誘導処理までのこの実施形態の動作を説明する。

スタートして、ステップＳ１１では、送信する電波の送信周期を設定する。信号処理部１０４の送信情報設定部１１８ａから、信号制御部１０３の送信制御部１１５に電波の送信周期が送られ、その送信周期で励振受信ユニット１０２が電波送信部１１２により電波を発生させアンテナユニット１０１へ送る。

ステップＳ１２では、アンテナユニット１０１から、目標へ向けて、電波を放射する。その後、ステップＳ１３では、アンテナユニット１０１により目標から反射した電波を受信する。

受信した反射波としては、アンテナ全面の総和の反射波、すなわちΣ系反射波と、アンテナ上下面の差の反射波、すなわちΔＥＬ系反射波と、アンテナ左右面の差の反射波、すなわちΔＡＺ反射波と３系統、受信し、励振受信ユニット２に送られる。

ステップＳ１４では、励振受信ユニット２の周波数変換部１１１がアンテナユニット１が受信した上記３つ反射波を受けて、周波数変換して反射波の周波数を下げる。次のステップＳ１５で、信号制御部１０３のＡ／Ｄ変換部１１３は、励振受信ユニット２の周波数変換部１１１から周波数変換された反射波を受けて、アナログ信号をデジタル信号に変換する。

次のステップＳ１６で、信号制御部１０３のデータ収集部１１４は、電波の送信周期から計算されるデータ取得ディレイ値だけデータ取得を遅らせて、データを取得する。このような遅延の処理を行うのは、データ収集部１１４においてである。

例えばΣ系反射波の場合のデータ取得とディレイ値の関係を図３に示す。同図において、電波の送信周期が１４μｓ、１２μｓ、１０μｓの３通りあるとし、データ取得の設定期間を６０ｍｓとしている。

データ取得を遅らせるのは、上述のように、電波を送信する方角と目標位置に誤差が生じることにより空間安定度を悪くする問題を解決するためである。具体的には、データ取得時間の中心位置をデータ取得設定期間の中心位置、すなわち３０ｍｓの位置にする。

電波の送信周期が変化すると、データの取得時間が変化するため、中心位置が異なる。そこで電波の送信周期毎にディレイ値を設けることで、送信周期が変化してもデータ取得時間の中心をデータ取得設定期間の６０ｍｓの中心位置に合わせる。この場合のディレイ値ＤＶは、次式で表される。

ＤＶ＝（６０ｍｓ−ＰＲＩ×４０９６）／２
すなわちディレイ値ＤＶは、データ取得設定期間である６０ｍｓから、データ取得時間、すなわち電波の送信周期×データ収集数４０９６を引いた時間を、２で割った値となる。

送信周期が、１４μｓ、１２μｓ、１０μｓのとき、ディレイ時間Ｄ１４、Ｄ１２，Ｄ１０は各々約１．５ｍｓ、５．５ｍｓ、９．５ｍｓとなる。

なお、上記では、Σ系の反射波について、データ取得設定時間とデータ取得時間の時間的位置関係の調整について述べた。ΔＥＬ系反射波とΔＡＺ系反射波についても同様にデータ取得時間を時間的に調整する。例えば、ΔＥＬ系反射波のデータ取得設定時間を６０ｍｓとし、ΔＡＺ系の反射波のデータ取得設定時間を例えば６０ｍｓとし、いずれの場合もデータ取得時間の中心位置がデータ取得設定時間のほぼ中心位置になるように、データ取得時間を時間的に調整する。

データ収集部１１４では、上記ディレイ値の分だけ遅らせてデータを取得し、信号処理部１０４へ送信する。

次のステップＳ１７では、信号処理部１０４が受信したデジタル信号をＦＦＴ処理部１１６においてＦＦＴ処理する。その後、誤差情報計算部１１７ａにより、Σ系反射波とΔＥＬ系反射波又はΔＡＺ反射波を比較することにより、電波の放射方向と目標位置との誤差角を計算し、誘導処理部１０５へ送る。また、相対距離計算部１１７ｂでΣ系反射波から目標相対距離を計算し、送信情報設定部１１８ａに送る。送信情報設定部１１８ａでは、相対距離計算部１１７ｂから送られてきた目標までの相対距離を受けて次の電波の送信周期を計算し、送信制御部１１５へ送る。また、ステップＳ１８で電波送信方向を計算した後、電波送信方向設定部１１８ｂは、角度追随処理部１２０から電波送信方向を受けて、電波送信方向をアンテナユニット１０１に送る。

次のステップＳ１８で、誘導処理部１０５の角度追随処理部１２０は、信号処理部１０４から送られてきた誤差角について次の電波送信時の目標位置を推測し、その角度に補正する。

慣性航法装置１０６の姿勢角計算部１１９は、誤差情報計算部１１７で計算された誤差角の時刻における姿勢角を計算する。このとき、データ収集部１１４においてなされた上記データ取得時間の調整も姿勢角の計算に考慮されることになる。慣性航法装置１０６は姿勢角計算部１１９において求めた飛しょう体の姿勢角を角度追随計算部１２０に送信する。角度追随処理部１２０は、空間安定処理として、補正した誤差角と姿勢角から次の電波の送信方向を計算する。

慣性航法装置１０６の姿勢角計算部１１９における姿勢角計算は、１０ｍｓや５ｍｓなどの周期で行っており、目標への電波方向の計算におけるよりも計算回数を多くする。この姿勢角計算においても、上述のようにデータ取得設定期間に対して、データ取得期間が中心位置にくるディレイ処理を行う。姿勢角計算部１１９で計算された姿勢角は、上記の周期で誘導処理部１０５に送られ、飛しょう体の姿勢制御に用いられる。

この姿勢制御は、飛しょう体の姿勢が乱れたとき正常の姿勢に戻す処理である、信号処理部１０４からの誤差角を使用した、角度追随処理部１２０で用いられる姿勢角は誤差角の中心と一致するときの姿勢角を誘導処理部１０５に記憶しておく。データの中心は既に決まっているのでそのときの姿勢角を姿勢制御の際に記憶しておく。

データ処理の後は、データ収集により得たデータを高速フーリエ変換し、ＦＦＴにより得られたデータから目標の位置の誤差角を求めると共に、慣性航法により飛しょう体の姿勢角を計算し、上記姿勢角を用いて飛しょう体の姿勢角の変化量を相殺する方向に電波の送信方向を空間安定化処理によって計算し、上記誤差角を用いて前記目標への電波送信方向を追随処理によって計算し、この追随処理及び上記空間安定化処理の結果から電波送信方向を計算し、姿勢角計算により求められた姿勢角と誤差情報計算により求めた誤差角から誘導処理を行う。

本発明のこの実施形態によれば、データ補正の精度が良いため、安定した空間安定化処理を行うことできる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々変形して実施可能である。

本発明一実施形態による飛しょう体の誘導装置の構成を示す図。 図１に示す誘導装置のデータ収集部において、データ取得設定時間内でデータ取得時間を調整することを説明するための図。 Σ系反射波の場合のデータ取得とディレイ値の関係を示す図。

符号の説明

１０１・・・アンテナユニット、
１０２・・・励振受信ユニット、
１０３・・・信号制御部、
１０４・・・信号処理部、
１０５・・・誘導処理部、
１０６・・・慣性航法装置、
１１１・・・周波数変換部、
１１２・・・電波送信部、
１１３・・・Ａ／Ｄ変換部、
１１４・・・データ収集部、
１１５・・・送信制御部、
１１６・・・ＦＦＴ処理部、
１１７ａ・・・誤差情報計算部、
１１７ｂ・・・相対距離計算部、
１１８ａ・・・送信情報設定部、
１１８ｂ・・・電波送信方向設定部、
１１９・・・姿勢角計算部、
１２０・・・角度追随処理部。

Claims (3)

1. 所定の送信周期で電波を目標に向けて発射しその反射波を受信し、デジタルデータとして高速フーリエ変換し収集したデータを用いて計算して得た前記目標の誤差角と、慣性航法により求めた飛しょう体の姿勢角とから、目標への誘導を行う飛しょう体の誘導装置であって、
   前記収集するデータの送信周期に対するデータ取得時間の中心位置がデータ取得設定期間のほぼ中心位置になるように設定することを特徴とする飛しょう体の誘導装置。
2. 目標に向けて所定の送信周期で電波を発射する送信手段と、
   前記目標からの反射波を受信する受信手段と、
   この受信手段により受信した反射波をＡＤ変換するＡＤ変換手段と、
   このＡＤ変換手段により変換された反射波のデジタルデータを用いるデータ取得時間の中心位置を、前記送信周期に応じたデータ取得設定時間に対し、前記データ取得設定時間のほぼ中心位置になるように設定して前記デジタルデータを収集するデータ収集手段と、
   このデータ収集手段により得たデータを高速フーリエ変換するＦＦＴ処理手段と、
   このＦＦＴ手段により得られたデータから前記目標の位置の誤差角を求める誤差情報計算手段と、
   慣性航法により飛しょう体の姿勢角を計算する姿勢角計算手段と、
   前記姿勢角を用いて前記飛しょう体の姿勢角の変化量を相殺する方向に電波の送信方向を計算する空間安定化処理手段と、
   前記誤差角を用いて前記目標への電波送信方向を計算する追随処理手段と、
   この追随処理手段及び前記空間安定化処理手段の結果から電波送信方向を計算する電波送信方向計算処理手段と、
   前記姿勢角計算手段により求められた前記姿勢角と前記誤差情報計算手段により求めた前記誤差角から誘導処理を行う誘導処理手段と、
   を有して成ることを特徴とする、飛しょう体の誘導装置。
3. 目標に所定の送信周期で電波を発射する送信手段と、
   前記目標からのΣ系反射波、ΔＥＬ系反射波、ΔＡＺ系反射波を受信する受信手段と、
   この受信手段により受信した前記Σ系反射波、前記ΔＥＬ系反射波及びΔＡＺ系反射波をＡＤ変換するＡＤ変換手段と、
   このＡＤ変換手段により変換された前記Σ系反射波、前記ΔＥＬ系反射波及びΔＡＺ系反射波のデジタルデータを用いるデータ取得時間の中心位置が、前記送信周期に応じたデータ取得設定時間に対して、前記データ取得設定時間のほぼ中心位置になるように各々設定して反射波のデータを収集するデータ収集手段と、
   このデータ収集手段により得たデータを高速フーリエ変換するＦＦＴ処理手段と、
   このＦＦＴ手段により得られたデータから前記目標の位置の誤差角を求める誤差情報計算手段と、
   慣性航法により飛しょう体の姿勢角を計算する姿勢角計算手段と、
   前記姿勢角を用いて前記飛しょう体の姿勢角の変化量を相殺する方向に電波の送信方向を計算する空間安定化処理手段と、
   前記誤差角を用いて前記目標への電波送信方向を計算する追随処理手段と、
   この追随処理手段及び前記空間安定化処理手段の結果から電波送信方向を計算する電波送信方向計算処理手段と、
   前記姿勢角計算手段により求められた前記姿勢角と前記誤差情報計算手段により求めた前記誤差角から誘導処理を行う誘導処理手段と、
   を有して成ることを特徴とする、飛しょう体の誘導装置。

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