JP2008224114A - 飛しょう体の誘導装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 飛しょう体が射程延伸航法を行う場合、射程延伸航法加速度指令として従来のように一定加速度指令を一定時間出力し、誘導加速度指令に加えて加速度指令とする方式では、発射時の発射装置の角度や風などの外乱の影響により姿勢角が変化した場合、飛しょう中の姿勢角が不安定になる可能性があった。
【解決手段】 射程延伸航法指令をトリガとして、飛しょう体の飛しょう時間と飛しょう体姿勢角と飛しょう体の規範姿勢角とを用いて射程延伸航法加速度指令を出力し、射程延伸航法加速度指令をもとに飛しょう体の姿勢角を制御する。補正された飛しょう体の姿勢角を検出し、それを前述の飛しょう体姿勢角として改めて入力することで、フィードバックにより飛しょう体の姿勢角を補正する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、目標物体に向かって誘導飛しょうする飛しょう体の誘導装置に関するものである。

従来の射程延伸航法を採用する飛しょう体においては、発射時における飛しょう体と目標物体との相対距離や速度や高度などから射程延伸航法の初期条件を定め、発射後はその初期条件に従い、上向きの一定加速度指令を射程延伸航法用加速度指令として一定時間出力し、射程延伸航法を行わない場合の誘導用加速度指令に付加して飛しょう加速度指令としていた（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−２１１３９６号公報（第２〜３頁、第１２図）

しかしながら、この様な従来方式では、飛しょう中の飛しょう体の姿勢角が射程延伸航法の加速度指令計算にフィードバックされないため、発射時の発射装置、例えば母機の角度や、風などの外乱の影響により、飛しょう体の姿勢角が変化した場合、飛しょう体の姿勢角が不安定になる可能性があった。そこで本発明では、上記姿勢角の変化に対して姿勢角を補正することを目的とする。

本発明における飛しょう体の誘導装置は、
飛しょう体を発射する位置及び速度及び高度等の情報と、目標となる定点または物体の位置及び速度及び高度等の情報をもとに射程延伸航法を用いる条件に合致した場合に射程延伸航法指令を出力する発射装置と、
前記飛しょう体の飛しょう時間と前記飛しょう体姿勢角を検出出力する飛しょう体情報取得装置と、
前記飛しょう体の規範姿勢角を出力する規範姿勢角計算装置と、
前記発射装置より射程延伸航法指令が出力された場合には、前記規範姿勢角計算装置から出力される規範姿勢角と前記飛しょう体情報取得装置から出力される飛しょう体姿勢角及び飛しょう時間をもとに、射程延伸航法加速度指令を出力する射程延伸航法加速度指令計算装置と、
前記射程延伸航法加速度指令計算装置から出力される射程延伸航法加速度指令をもとに前記飛しょう体の姿勢角を制御する飛しょう制御装置と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、射程延伸航法加速度指令計算装置において、飛しょう体の姿勢角をフィードバックした射程延伸航法加速度指令を出力して補正するため、従来の方式と比べ、発射時の母機の角度や風などの外乱による飛しょう体の姿勢角の変化に対して、最適な姿勢角に補正することができる。

実施の形態１．
図１を用いて実施の形態１の構成を説明する。図１は、射程延伸航法加速度指令計算装置を含む飛しょう体と上記飛しょう体を発射する母機の構成図である。図１において、１１は飛しょう体、１２は飛しょう体を搭載し発射する航空機であり、以下母機と呼ぶ。

飛しょう体１１は、目標情報取得装置１３と、目標情報計算装置１４と、飛しょう体情報取得装置１５と、誘導加速度指令計算装置１６と、射程延伸航法加速度指令計算装置１７と、規範姿勢角計算装置１８と、加速度指令計算装置１９と、飛しょう制御装置２０と、により構成される。

母機１２は、母機目標情報取得装置２１と、射撃管制装置２２と、により構成される。また射撃管制装置２２は、初期条件計算装置２３と、射程延伸指令装置２４と、により構成される。

次に図１について、具体的な動作を説明する。母機目標情報取得装置２１は、発射前に、飛しょう体１１と会合させる目標物体に関する情報、例えば目標物体の位置、速度、高度等の情報を目標情報３１として出力する。また母機目標情報取得装置２１は、母機１２の位置、速度、高度等の情報を母機情報３２として出力する。なお母機目標情報取得装置２１は、例えば、レーダ等を用いて目標情報３１を取得する。また母機目標情報取得装置２１は、例えば、母機の制御部等に対してセンサを用いて母機情報３２を取得する。

飛しょう体１１が母機１２より発射する前に、射撃管制装置２２には、上記目標情報３１と母機情報３２を入力させる。射撃管制装置２２のうち初期条件計算装置２３は、入力された目標情報３１と母機情報３２をもとに、飛しょう体１１の発射時に、母機１２から飛しょう体１１に与える母機情報や目標情報などの発射初期条件３３を計算する。

また射撃管制装置２２のうち射程延伸指令装置２４は、入力された目標情報３１と母機情報３２をもとに、射程延伸航法指令３４を出力するか否か判定する。上記判定として、目標情報３１と母機情報３２をもとに算出した母機１２に対する目標物体の相対距離に対して所定の閾値を設定し、母機１２に対する目標物体の相対距離が所定の閾値より長ければ、射程延伸航法指令３４を出力する。

母機１２より飛しょう体１１が発射した後、飛しょう体１１では、目標情報取得装置１３より出力される目標情報３５と、飛しょう体情報取得装置１５より出力される飛しょう体情報３６を目標情報計算装置１４に入力する。なお目標情報取得装置１３は、例えば、レーダ等を用いて飛しょう体１１から見た目標物体に関する位置や速度や高度等を取得し、目標情報３５として出力する。また飛しょう体情報取得装置１５は、例えば、飛しょう体１１の制御部等に対してセンサを用いて飛しょう体１１に関する位置や速度や高度等を取得し、飛しょう体情報３６として出力する。

目標情報計算装置１４では、目標情報取得装置１３より出力された目標情報３５と、飛しょう体情報取得装置１５より出力された飛しょう体情報３６を入力し、目標情報３７と飛しょう体情報３８を出力する。上記目標情報計算装置１４で行われる計算としては、例えば、飛しょう体１１と目標物体の相対距離や接近速度や見越し角の計算などを行う。これらの計算結果を含めて、目標情報計算装置１４より目標情報３７と飛しょう体情報３８を出力する。

なお目標情報計算装置１４から出力する目標情報３７は、母機１２から飛しょう体１１が発射した直後、または目標情報取得装置１３が目標物体を検出するまでの間、または目標物体を見失うことにより目標情報取得装置１３から目標情報３５が出力されない場合に、母機１２から出力される発射初期条件３３に含まれる目標情報を用いて、目標物体と飛しょう体との相対距離や接近速度や飛しょう体１１から見た目標物体の見越し角を求め、目標情報３７として出力させてもよい。

また目標情報計算装置１４に記憶素子等を設けて、目標情報取得装置１３が過去に出力した目標情報３５を記憶させ、発射初期条件３３を用いる代わりに、過去の目標情報３５を参照して計算を行い、目標情報３７を出力させるようにしてもよい。

更に目標情報取得装置１３が目標物体を検出した場合などは、目標情報３５をそのまま目標情報３７として出力してもよい。

同様に目標情報計算装置１４から出力する飛しょう体情報３８は、母機１２から飛しょう体１１が発射した直後は、飛しょう体１１の位置や速度や高度等と母機１２の位置や速度や高度等がほとんど同じであることから、母機１２から出力される発射初期条件３３に含まれる母機情報を用いて、目標情報計算装置１４より飛しょう体情報３８として出力してもよい。

また故障等何らかの原因により、飛しょう体情報取得装置１５より飛しょう体情報３６が出力されない場合も、同様にして発射初期条件３３に含まれる母機情報を用いて計算を行い、飛しょう体情報３８を出力させてもよい。

また目標情報計算装置１４に記憶素子等を設けて、飛しょう体情報取得装置１５が過去に出力した飛しょう体情報３６を記憶させ、発射初期条件３３を用いる代わりに、過去の飛しょう体情報３６を参照して計算を行い、飛しょう体情報３８を出力させるようにしてもよい。

更に発射後、飛しょう体情報取得装置１５が正常動作している場合は、飛しょう体情報３６をそのまま飛しょう体情報３８として出力してもよい。

誘導加速度指令計算装置１６は、目標情報計算装置１４から出力される目標情報３７と飛しょう体情報３８をもとに、目標物体と飛しょう体１１が会合するように誘導するための誘導加速度指令３９を出力する。

一方、飛しょう体情報取得装置１５より出力される飛しょう時間４０と、飛しょう体情報取得装置１５より検出出力される飛しょう体姿勢角４１は、射程延伸航法加速度指令計算装置１７に入力される。また規範姿勢角計算装置１８より、飛しょう体１１の規範姿勢角４２が射程延伸航法加速度指令計算装置１７に入力される。

射程延伸航法加速度指令計算装置１７では、発射時に母機１２の射程延伸指令装置２４から射程延伸航法指令３４が出力された場合、射程延伸航法指令３４をトリガとして、入力される飛しょう時間４０と飛しょう体姿勢角４１と規範姿勢角４２を用いて射程延伸航法加速度指令４３を出力する。

加速度指令計算装置１９は、誘導加速度指令計算装置１６より出力される誘導加速度指令３９と、射程延伸航法加速度指令計算装置１７より出力される射程延伸航法加速度指令４３を加算し、飛しょう加速度指令４４として飛しょう制御装置２０に出力する。

飛しょう制御装置２０では、加速度指令計算装置１９より出力された飛しょう加速度指令４４をもとに、飛しょう体１１の姿勢角も含めて飛しょう体１１の制御を行う。

次に、本発明の特徴である射程延伸航法加速度指令計算装置１７の動作について説明する。

規範姿勢角計算装置１８からは、以下の数１のｇ（ｔ）を時刻ｔにおける飛しょう体１１の規範姿勢角４２として出力する。

また、時刻ｔでの飛しょう体１１の進行方向に対する鉛直成分の姿勢角を飛しょう体姿勢角４１として飛しょう体情報取得装置１５より出力する。飛しょう体姿勢角４１と規範姿勢角４２を用いて、射程延伸航法加速度指令計算装置１７では、数２のように射程延伸航法加速度指令４３を計算し、出力する。

ここで、Ｐ_ｍａｘは射程延伸航法時の最大ピッチ角、ｔ０は飛しょう開始時刻、ｔ１は最高高度到達時刻、πは円周率、φはｔ０における初期規範姿勢角である。また、ｗは比例係数、Ｐ_ｔは時刻ｔでの飛しょう体姿勢角４１である。

図２は、飛しょう時刻ｔにおける規範姿勢角４２と飛しょう体１１の時刻ｔにおける姿勢角を表した図である。５２は飛しょう時刻ｔにおける規範姿勢角４２であり、数１のｇ（ｔ）である。

図２に示した飛しょう時刻ｔにおける飛しょう体姿勢角５４は、規範姿勢角４２に対して更に上方を向いているため、規範姿勢角４２に補正するためには、飛しょう体１１を下方に向けるよう指令を出力しなくてはならない。それが数２である。図２の５３は、射程延伸航法加速度指令４３の向きを示しており、数２により飛しょう体１１が下方に向くように指令が出力される。

この射程延伸航法加速度指令４３を用いて、飛しょう体１１の姿勢角を規範姿勢角４２となるように補正する。飛しょう制御装置２０に入力される飛しょう加速度指令４４は、射程延伸航法加速度指令４３が含まれているため、飛しょう制御装置２０を動作させることにより飛しょう体１１の姿勢角が補正される。

時刻ｔの後、飛しょう体情報取得装置１５は、補正されたはずの飛しょう体１１の姿勢角を計測する。計測された姿勢角は飛しょう体情報取得装置１５より飛しょう体姿勢角４１として出力され、上記のように飛しょう時間４０と規範姿勢角４２とともに射程延伸航法加速度指令計算装置１７にて補正信号である射程延伸航法加速度指令４３を計算出力する。

このように、射程延伸航法加速度指令４３を含む飛しょう加速度指令４４を用いて飛しょう体１１の姿勢角を補正し、その姿勢角を飛しょう体情報取得装置１５で計測し、計測結果を用いて射程延伸航法加速度指令４３を計算し補正する、というフィードバック制御を行うことにより、飛しょう体１１の姿勢角を規範姿勢角４２となるように制御する。

図３は、規範姿勢角計算装置１８が出力する飛しょう体１１の規範姿勢角４２を示した図である。

図３において、ｔ０は飛しょう開始時刻、ｔ１は最高高度到達時刻、ｔ２は射程延伸航法終了時刻を表している。射程延伸航法加速度指令４３は、飛しょう時刻ｔがｔ０からｔ２までの間、出力する。なお設定された高度に達するために、射程延伸航法を行う時間は発射前の飛しょう体１１の高度によって異なる。従って、初期規範姿勢角φ、最高高度到達時刻ｔ１、及び射程延伸航法終了時刻ｔ２は発射時に決定される。

従って図３に示したように、最高高度到達時刻ｔ１を過ぎた後も、射程延伸航法終了時刻ｔ２となるまで姿勢角の補正制御を行うこととなる。このようにすることで、最高高度到達時に飛しょう体１１の姿勢角の補正を止める場合と比較して、飛しょう体１１が目標物体に向かって下方に進む場合でも、地表水平方向より下向きの規範姿勢角を出力して飛しょう体１１の姿勢角を補正させているため、より正確に飛しょう体１１を目標物体に会合させることができる。

上記実施の形態１によれば、図１に示すように、射程延伸航法加速度指令計算装置１７において、飛しょう体１１の姿勢角をフィードバックした射程延伸航法加速度指令４３を出力して補正するため、従来の方式と比べ、発射時の母機１２の角度や風などの外乱による飛しょう体１１の姿勢角の変化に対して、最適な姿勢角に補正することができる。

また上記実施の形態１によれば、規範姿勢角４２を上に凸の関数とすることで、最高高度到達時刻後に下向きの射程延伸航法加速度指令４３を出力することができ、より正確に飛しょう体１１を目標物体に会合させることができる。

なお実施の形態１においては、飛しょう体１１と会合させるものは目標物体としたが、物体に限定する必要はなく、目標となる定点であってもよい。

また実施の形態１においては、飛しょう体１１を搭載する航空機である母機１２を用いて説明を行った。しかし、飛しょう体１１の発射装置は母機１２に限定する必要はなく、発射台等を用いてもよい。その場合、発射装置は母機１２の構成要素を含むことにより、同様の動作及び効果を得ることができる。

また規範姿勢角に従って飛しょう体が飛しょうした場合、飛しょう体は時刻ｔ１を最高高度として上に凸な軌跡を描く。従って飛しょう体の描く軌跡が上に凸となる関数であるならば、三角関数に限定する必要はなく、多項式等の関数を用いてもよい。

本発明の実施の形態１における射程延伸航法加速度指令計算装置を含む飛しょう体誘導装置の全体構成を示す図である。 本発明の実施の形態１における飛しょう時刻ｔでの規範姿勢角４２と飛しょう体１１の姿勢角を表した図である。 本発明の実施の形態１における規範姿勢角計算装置１８が出力する規範姿勢角４２を示した図である。

符号の説明

１１．飛しょう体
１２．母機
１３．目標情報取得装置
１４．目標情報計算装置
１５．飛しょう体情報取得装置
１６．誘導加速度指令計算装置
１７．射程延伸航法加速度指令計算装置
１８．規範姿勢角計算装置
１９．加速度指令計算装置
２０．飛しょう制御装置
２１．母機目標情報取得装置
２２．射撃管制装置
２３．初期条件計算装置
２４．射程延伸指令装置
３１．目標情報
３２．母機情報
３３．発射初期条件
３４．射程延伸航法指令
３５．目標情報
３６．飛しょう体情報
３７．目標情報
３８．飛しょう体情報
３９．誘導加速度指令
４０．飛しょう時間
４１．飛しょう体姿勢角
４２．規範姿勢角
４３．射程延伸航法加速度指令
４４．飛しょう加速度指令
５２．飛しょう時刻ｔにおける規範姿勢角
５３．射程延伸航法加速度指令の向き
５４．飛しょう時刻ｔにおける飛しょう体姿勢角

Claims (3)

1. 飛しょう体を発射する位置及び速度及び高度等の情報と、目標となる定点または物体の位置及び速度及び高度等の情報をもとに射程延伸航法を用いる条件に合致した場合に射程延伸航法指令を出力する発射装置と、
   前記飛しょう体の飛しょう時間と前記飛しょう体姿勢角を検出出力する飛しょう体情報取得装置と、
   前記飛しょう体の規範姿勢角を出力する規範姿勢角計算装置と、
   前記発射装置より射程延伸航法指令が出力された場合には、前記規範姿勢角計算装置から出力される規範姿勢角と前記飛しょう体情報取得装置から出力される飛しょう体姿勢角及び飛しょう時間をもとに、射程延伸航法加速度指令を出力する射程延伸航法加速度指令計算装置と、
   前記射程延伸航法加速度指令計算装置から出力される射程延伸航法加速度指令をもとに前記飛しょう体の姿勢角を制御する飛しょう制御装置と、
   を備えることを特徴とする飛しょう体の誘導装置。
2. 発射装置の位置及び速度及び高度等の発射装置情報と、目標となる定点または物体の位置及び速度及び高度等の目標情報を得る発射装置目標情報取得装置と、
   前記発射装置目標情報取得装置から出力される目標情報と発射装置情報を用いて、射程延伸航法を用いる条件に合致した場合に射程延伸航法指令を出力する射程延伸指令装置と、
   前記発射装置目標情報取得装置から出力される目標情報と発射装置情報を用いて、発射時に飛しょう体に与える発射初期条件を計算する初期条件計算装置と、
   を有する発射装置と、
   前記目標となる定点または物体の位置及び速度及び高度等の目標情報を出力する目標情報取得装置と、
   前記飛しょう体の位置及び速度及び高度等の飛しょう体情報、及び飛しょう時間と前記飛しょう体の姿勢角を出力する飛しょう体情報取得装置と、
   前記目標情報取得装置から出力される目標情報または前記飛しょう体情報取得装置から出力される飛しょう体情報または前記初期条件計算装置から出力される発射初期条件をもとに、目標情報及び飛しょう体情報を出力する目標情報計算装置と、
   前記目標情報計算装置から出力される目標情報及び飛しょう体情報をもとに、前記飛しょう体を前記目標に誘導する誘導加速度指令を出力する誘導加速度指令計算装置と、
   前記飛しょう体の規範姿勢角を出力する規範姿勢角計算装置と、
   前記射程延伸指令装置より射程延伸航法指令が出力された場合には、前記規範姿勢角計算装置から出力される規範姿勢角と前記飛しょう体情報取得装置から出力される飛しょう体姿勢角及び飛しょう時間をもとに、射程延伸航法加速度指令を出力する射程延伸航法加速度指令計算装置と、
   前記射程延伸航法加速度指令計算装置から出力される射程延伸航法加速度指令と前記誘導加速度指令計算装置から出力される誘導加速度指令とを加算して飛しょう加速度指令を出力する加速度指令計算装置と、
   前記加速度指令計算装置より出力される飛しょう加速度指令に従い、前記飛しょう体を制御する飛しょう制御装置と、
   を有する飛しょう体と、
   を備えることを特徴とする飛しょう体の誘導装置。
3. 前記規範姿勢角計算装置は、飛しょう体の描く軌跡が上に凸となる前記飛しょう体の規範姿勢角を計算し、前記飛しょう体が最高高度に到達してから射程延伸航法終了時刻まで地表水平方向より下向きの規範姿勢角を出力することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の飛しょう体の誘導装置。

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