JP2008122008A

JP2008122008A - ターゲット捕捉用ジンバル装置

Info

Publication number: JP2008122008A
Application number: JP2006307569A
Authority: JP
Inventors: Yuji Furuta; 裕二古田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-11-14
Filing date: 2006-11-14
Publication date: 2008-05-29

Abstract

【課題】構成を簡単化して製作性を向上すること。また、小型化の実現を図り、特にターゲット捕捉装置に搭載して用いるに好適するターゲット捕捉用ジンバル装置を提供すること。
【解決手段】ターゲット捕捉用ジンバル装置２０は、複数のステータが配置されたジンバル装置本体支持部２８と、このジンバル装置本体支持部２８に支持されるジンバル装置本体２１とを備える。ジンバル装置本体２１は、ジンバル装置本体支持部２８に支持された際に、複数のステータ２２ａに対向配置されるロータ２３と、ターゲット側から発する赤外光ｘを受光してターゲットの方位を検知する検知器方向検出部２５と、この検知器方向検出部２５により検出した赤外光ｘのレベルに応じて検知器方向検出部２５の向きをターゲット方向に制御するロータ制御手段２７とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、航空機や車両等の移動体および地上設置型のターゲット捕捉装置に搭載され、ミサイル誘導装置として使用するに適するターゲット捕捉用ジンバル装置に係るもので、特に、装置構造の簡単化および小型化を図り製作性および実用性を向上したターゲット捕捉用ジンバル装置に関する。

従来この種のターゲット捕捉用ジンバル装置として、ジンバル装置本体に光ビーム走査手段を搭載し、ターゲットとなる例えば移動体から発する赤外光を受光してターゲット捕捉するようにしたターゲット捕捉用ジンバル装置が実用化されている（例えば、特許文献１）。この種のターゲット捕捉用ジンバル装置について、図５を参照して説明する。

図５に示すターゲット捕捉用ジンバル装置１は、ジンバル装置本体２に光ビーム走査手段３を搭載し、ターゲットとなる例えば移動体（図示せず）から発する赤外光ａを受光してターゲット捕捉するようにしたものが実用化されている。

ターゲット捕捉用ジンバル装置１のジンバル装置本体２は、Ｕ字型枠体４と、このＵ字型枠体４の基部４ａを下方側から回動自在に支持する支軸装置５と、Ｕ字型枠体４のＵ字部分に跨って設けられる支軸６に支持される光ビーム走査手段３と、支軸６に一端が固定されたレバー７と、このレバー７の自由端側を支軸６回りに回動させるレバー回動手段８を備えている。支軸装置５は、下端部にＸ軸超音波モータ９が設けられ、この超音波モータ９の回動駆動力によりＵ字型枠体４全体を軸回りに回動駆動できるようになっている。

一方、レバー回動手段８は、レバー７を支軸６回りに回動させる第１の回動ネジ１０と、この回動ネジ１０に回動駆動力を付与する第２の回動ネジ１１と、この回動ネジ１１に回動駆動力を付与するＹ軸超音波モータ１２とが備えられる。第１の回動ネジ１０は、頭部に歯車１０ａを備える。第２の回動ネジ１１には、頭部に歯車１０ａに噛み合う歯車１１ａを備えている。また、光ビーム走査手段３は、前方に光ビームａをターゲットに向け放射する光ビーム発生器１３と、ターゲット側から反射してくる光ビームａを受ける受光検知器１４と、この受光検知器１５にて得られた受光データを受信してターゲット方位に対する光ビームａの放射方位の誤差を検出して補正信号を生成する図示しない制御装置を備え、制御装置からの制御信号をＸ軸超音波モータ９およびＹ軸超音波モータ１２側に送信するようにしている。

従って光ビーム走査手段３は、ターゲットに対して追尾（捕捉）することができるようになっている。
特開平１−９６７０８号公報

従来のターゲット捕捉用ジンバル装置１によれば、ターゲット捕捉用ジンバル装置１のジンバル装置本体２として、Ｕ字型枠体４と、このＵ字型枠体４の基部４ａを下方側から回動自在に支持する支軸装置５と、Ｕ字型枠体４のＵ字部分に跨って設けられる支軸６が設けられ、また、支軸６には一端が固定されたレバー７、このレバー７の自由端側を支軸６回りに回動させるレバー回動手段８が備えられ、更には、レバー回動手段８には、Ｘ軸超音波モータ９およびＹ軸超音波モータ１２が備えられた多数の部品にて構成されたものであるので、構成が複雑になることに加えて構造が大掛かりとなるため、製作性が良好でなく、それ故作動故障の原因にもなる虞があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、構成を簡単化して製作性を向上させることにより、作動故障の可能性を低減させること。また、同時に小型化の実現を図り、特に飛翔体等の移動体へ搭載して用いるに好適するターゲット捕捉用ジンバル装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明によれば、ターゲット捕捉装置に搭載されるターゲット捕捉用ジンバル装置であって、ターゲット捕捉用ジンバル装置は、複数のステータが配置されたジンバル装置本体支持部と、このジンバル装置本体支持部に支持されるジンバル装置本体とを備え、前記ジンバル装置本体は、前記ジンバル装置本体支持部に支持された際に、前記複数のステータに対向配置されるロータと、ターゲット側から発する赤外光を受光してターゲットの方位を検知する検知器方向検出部と、前記検知器方向検出部により検出した赤外光のレベルに応じて前記検知器方向検出部の向きをターゲット方向に制御するロータ制御手段とを具備したことを特徴とするターゲット捕捉用ジンバル装置を提供する。

本発明によれば、ジンバル装置本体の構成を簡単化して小型化を図ることができるので、特にターゲット捕捉装置に搭載して用いるに好適なターゲット捕捉用ジンバル装置を提供することができる。また、ジンバル装置本体自体の小型化によるコスト低減を図ることができる。

本発明にかかるターゲット捕捉用ジンバル装置の実施形態について、添付図面を参照して説明する。

図１は、本発明のターゲット捕捉用ジンバル装置２０を搭載したターゲット捕捉装置としての飛翔体Ｍを示す側面図である。図２は、図１のＡ部の拡大断面図である。図３は、本発明のターゲット捕捉用ジンバル装置２０の機能を説明する概要図である。図４は、本発明のターゲット捕捉用ジンバル装置２０の向きとターゲット実位置との誤差の関係を座標表示する説明図である。

図１に示すターゲット捕捉用ジンバル装置（以下、ジンバル装置という。）２０は、ターゲット捕捉装置である、例えば誘導ミサイル装置Ｍの前方に設置される。誘導ミサイル装置Ｍは、その外郭壁体である胴体部Ｍ１および飛翔方向先端部に設けられるドーム部Ｍ２とから構成される。ドーム部Ｍ２は、赤外光透過性を有する一方で誘導ミサイル装置Ｍの飛翔時に前方よりかかる風圧や塵の衝突等の外力から防護し得る構成になっており、ジンバル装置２０は、このドーム部Ｍ２内に設置される。

図２に示すように、ジンバル装置２０は、ドーム部Ｍ２内の最前部に設置されるジンバル装置本体２１と、このジンバル装置本体２１を回動自在に保持し、胴体部Ｍ１またはドーム部Ｍ２内に設けられるステータ群２２とから構成される。

ジンバル装置本体２１は、図２および図３に示すように、ステータ群２２に対してジンバル装置本体２１の周縁に設けられるロータ２３による２次元（アジマス方向およびエレベーション方向）方向に回動可能に設けられる。また、ジンバル装置本体２１は、球状且つ中空に形成されたステータ群２２に対向配置され、回動自在に設けられる球状のロータ２３と、ターゲット側から発する赤外光を受光する赤外光検知器２４と、この赤外光検知器２４の方位に応じてステータ群２２の各ステータ２２ａから出力される磁気データｇ１〜ｇ４を入力して方位データｇ５を生成する検知器方向検出部２５と、この検知器方向検出部２５から出力される方位データｇ５を入力すると共に赤外光検知器２４の画像処理機能にて画像処理された結果、得られた座標データｄを入力してターゲット方向の誤差を検出して差分データｇ６を出力する誤差検出部２６と、この誤差検出部２６により検出したターゲット方向の誤差を補正するように作動するロータ制御手段であるロータ駆動超音波モータ２７とから構成される。

また、ジンバル装置本体２１は、ステータ群２２側に対して２次元方向に回動可能にすることができる。具体的には、図２に示すように、ターゲット（図示せず）が発する赤外光ｘを受光する方位に設けられる赤外光検知器２４により、受光した赤外光の強度レベルに応じて画像処理によりターゲット方位（位置）を認知すると同時に、ステータ群２２およびロータ２３とによる球面アクチュエータ機能が得られる。

また、ロータ駆動超音波モータ２７は、誤差検出部２６側から出力される差分データｄを入力してロータ２３へ作用力を付与することができる。

ステータ群２２は、ジンバル装置本体２１の球状のロータ２３を円周方向から保持させるように複数、例えば図３に示すように、４つのステータ２２ａが設けられる。４つのステータ２２ａの各々は、図示しない磁気センサが内蔵され、図３に示すように、それぞれのステータ２２ａから磁気データｇ１〜ｇ４が検知器方向検出部２５へ出力されるようになっている。ロータ２３は、ステータ群２２により円周方向から保持され、ロータ駆動超音波モータ２７の駆動により、図２および図３に示すように、アジマス軸ＡＺおよびエレベーション軸ＥＬを回動中心として２次元方向に回動可能になっている。このように、ステータ群２２とロータ２３との組み合わせ構成によって、ステータ群２２は、ロータ２３に対して回転型表面振動子の作用をなし、超音波モータの原理によって、ロータ２３に対して振動を加えることができる。

赤外光検知器２４は、図示しないＣＣＤ受光部を有する画像処理機能を備えたもので、図４に示すように、ターゲット捕捉目標位置Ｐに対して、ＣＣＤ受光部に写し出されたターゲット実位置Ｐ´がＸ，Ｙ軸座標上にずれ位置Δｘ，Δｙとして座標データｄを取得し、誤差検出部２６側に出力されるようになっている。

検知器方向検出部２５は、ステータ群２２の各ステータ２２ａから得られる磁気データｇ１〜ｇ４に基づき、赤外光検知器２４の方位を検知することができる。すなわち、磁気データｇ１〜ｇ４の値が全て同じであれば、赤外光検知器２４はジンバル装置本体２１の正面を向いていることになる。また、例えば磁気データｇ１，ｇ２の値が他のｇ３，ｇ４よりも高ければ、磁気データｇ１，ｇ２を出力するステータ２２ａの側へ高さの差分だけ傾いた状態になっていることを示す。

次に、誤差検出部２６は、ロータ２３の一部をくり抜いて成形されたジンバル装置本体支持部２８に保持される。この誤差検出部２６は、検知器方向検出部２５から出力する方位データｇ５および赤外光検知器２４から出力されるターゲット実位置Ｐ´の座標データｄを入力して、このターゲット実位置Ｐ´とターゲット捕捉目標位置Ｐの座標差を差分データｇ５として生成するものである。

ロータ駆動超音波モータ２７は、図３に示すように、誤差検出部２６から出力される差分データｇ５を入力することにより、ステータ群２２に対する付加電圧ｅを制御し、ロータ２３に対して種々の進行波を発生させて、ロータ２３を２次元方向に回動制御し得るようになっている。従って、このロータ駆動超音波モータ２７の制御により、ジンバル装置本体２１の正面を赤外光の受光方位に向けることができる。

次にターゲット捕捉用ジンバル装置２０の作用について説明する。ターゲット捕捉用ジンバル装置２０が、誘導ミサイル装置Ｍに搭載して用いられた場合を想定して説明する。

誘導ミサイル装置Ｍが図示しないミサイル搭載航空機のターゲット側から発せられた赤外光を受光すると、ターゲット捕捉用ジンバル装置２０が駆動を開始する。ターゲット捕捉用ジンバル装置２０が駆動すると、ジンバル装置本体２１の赤外光検知器２４が、図１および図２の矢視方向から入射する赤外光ｘを受光する。赤外光ｘを受光した赤外光検知器２４は、ターゲット実位置Ｐ´がＸ，Ｙ軸座標上のずれ位置Δｘ，Δｙの座標データｄを取得し、誤差検出部２６側に出力する。

一方、ステータ群２２の各ステータ２２ａから磁気データｇ１〜ｇ４を入力した検知器方向検出部２５は、磁気データｇ１〜ｇ４を方位データｇ５に変換して誤差検出部２６側へ出力する。方位データｇ５を入力した誤差検出部２６は、検知器方向検出部２５から出力する方位データｇ５および赤外光検知器２４から出力されるターゲット実位置Ｐ´の座標データｄを入力して、このターゲット実位置Ｐ´とターゲット捕捉目標位置Ｐの座標差を差分データｇ６として生成し、ロータ駆動超音波モータ２７側へ出力する。

次に、ロータ駆動超音波モータ２７は、図３に示すように、誤差検出部２６から出力される差分データｇ６を入力することにより、ステータ群２２に対する付加電圧ｅを制御し、ロータ２３に対して種々の進行波を発生させる。

このように、ロータ駆動超音波モータ２７の制御により、ロータ２３を２次元方向に回動制御して、ジンバル装置本体２１の正面をターゲット実位置Ｐ´に向かわせることができる。従って、ターゲット捕捉用ジンバル装置２０によれば、ターゲットに対して照準を合わせるに際して、高い検出レベルが得られることと相俟って球面アクチュエータの作動が的確であり、また、ターゲットが移動した際にもロータ駆動超音波モータ２７の制御により的確に捕捉することが可能となる。

また、ターゲット捕捉用ジンバル装置２０の構成によれば、ジンバル装置本体２１単体の構成が簡素であり、比較的小型に製作することができる。更には、誘導ミサイル装置Ｍ側とは別個に製作した後、誘導ミサイル装置Ｍ側に組み込めばよいので、組み立てが容易である一方で、組み立て後の複雑な作動調整が特に必要ではないので、ターゲット捕捉装置に搭載して用いるに好適するターゲット捕捉用ジンバル装置を提供することができる。

また、ターゲット捕捉用ジンバル装置２０によれば、誤差検出部２６およびロータ駆動超音波モータ２７をジンバル装置本体２１側に設置した構成にしたが、必ずしもジンバル装置本体２１側に設置する必要はなく、少なくとも一方を誘導ミサイル装置Ｍのドーム部Ｍ２内の他の部位あるいは胴体部Ｍ１内に設置した構成にしてもよい。この構成を採用した場合には、ジンバル装置本体２１としてより小型化することができる。

なお、ターゲット捕捉用ジンバル装置２０の上述した実施形態によれば、ターゲット捕捉用ジンバル装置２０の設置体であるターゲット捕捉装置として、例えば誘導ミサイル装置Ｍについて説明したが、この誘導ミサイル装置Ｍを装備する設備として船舶や車両等の移動体であったり、更には地上設置型または地上移動型のランチャー対応型のターゲット捕捉装置全般に適用することができることは勿論である。

本発明のターゲット捕捉用ジンバル装置を搭載した飛翔体を示す側面図。図１のＡ部の拡大断面図。本発明のターゲット捕捉用ジンバル装置の機能を説明する概要図。本発明のターゲット捕捉用ジンバル装置（検知器方向検出部）の向きとターゲット実位置との誤差の関係を座標表示する説明図。従来のターゲット捕捉用ジンバル装置の概要を示す斜視図。

符号の説明

Ｍ誘導ミサイル装置（ターゲット捕捉装置）
Ｍ１胴体部
Ｍ２ドーム部
２０ターゲット捕捉用ジンバル装置
２１ジンバル装置本体
２２ステータ群
２２ａステータ
２３ロータ
２４赤外光検知器
２５検知器方向検出部
２６誤差検出部
２７ロータ制御手段（ロータ駆動超音波モータ）
２８ジンバル装置本体支持部
ｄ座標データ
ｅ画像処理データ
ｇ１〜ｇ４磁気データ
ｇ５方位データ
ｇ６差分データ
Ｐターゲット捕捉目標位置
Ｐ´ ターゲット実位置
ｘ赤外光

Claims

ターゲット捕捉装置に搭載されるターゲット捕捉用ジンバル装置であって、
ターゲット捕捉用ジンバル装置は、複数のステータが配置されたジンバル装置本体支持部と、このジンバル装置本体支持部に支持されるジンバル装置本体とを備え、
前記ジンバル装置本体は、前記ジンバル装置本体支持部に支持された際に、前記複数のステータに対向配置されるロータと、
ターゲット側から発する赤外光を受光してターゲットの方位を検知する検知器方向検出部と、
前記検知器方向検出部により検出した赤外光のレベルに応じて前記検知器方向検出部の向きをターゲット方向に制御するロータ制御手段とを具備したことを特徴とするターゲット捕捉用ジンバル装置。
前記ターゲット捕捉装置は、誘導ミサイル装置であることを特徴とする請求項１記載のターゲット捕捉用ジンバル装置。
前記ロータ制御手段は、ターゲット捕捉装置のドーム部内の他の部位あるいは胴体部内に設置したことを特徴とする請求項１記載のターゲット捕捉用ジンバル装置。