JP2010014433A

JP2010014433A - 誘導装置

Info

Publication number: JP2010014433A
Application number: JP2008172509A
Authority: JP
Inventors: Makoto Hara; 誠原; Hitoshi Isomura; 仁磯村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-07-01
Filing date: 2008-07-01
Publication date: 2010-01-21
Anticipated expiration: 2028-07-01
Also published as: JP5245582B2

Abstract

【課題】自らは電波を放射せずにレーダなどの電波源からの電波を受信して、この受信信号に対して追尾する誘導装置において、継続的に電波を受信できるかどうかは電波源の挙動次第であり、目標が消失し追尾が継続できない場合がある。目標が消失した要因としては、電波源が周波数を変更し受信帯域幅外の周波数になった可能性や、レーダのスキャン周期の影響で受信電力が低下している可能性等が考えられるが、前者、後者を同時に捜索することが非常に困難である。
【解決手段】ＳＵＭ系受信帯域とＤＩＦ系受信帯域を別々に制御することで、異なる周波数帯域を同時に捜索することを可能とする。これにより、電波源からの電波放射状況の影響が軽減され捜索性能が向上するとともに、追尾時間が長くなることになるため、誘導性能の向上が可能となる。
【選択図】図１

Description

この発明は自らは電波を放射せずにレーダなどの電波源からの電波を受信して、この受信信号から追尾する目標信号を検出し、目標に向けて飛しょう体を誘導する誘導装置に関するものである。

従来の誘導装置は、目標に向けて電波を送信し、目標からの反射信号を受信して、この受信信号に目標検出処理を行ない、目標信号を検出し、角度情報、速度情報、距離情報を得て、飛しょう体を目標に向けて誘導している。このような誘導装置の一例として、誘導装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２１５２３９号公報

しかしながら、自らは電波を放射せず、目標のレーダなどの電波源からの電波を受信しこの受信信号に対して追尾する誘導装置では、継続的に電波を受信できるか否か電波源の挙動次第であり目標が消失し追尾が継続できない場合が起こり得る。目標が消失する要因として、電波源が周波数を変更し受信帯域幅外の周波数になった可能性やレーダのスキャン周期の影響で受信電力が低下している可能性等が挙げられるが、目標の電波源がこのような挙動をした場合は、目標を捜索し追尾することが非常に困難となる。

この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、目標の電波源が周波数を変更し受信帯域幅外の周波数になった場合やレーダのスキャン周期の影響で受信電力が低下している場合であっても目標の捜索を可能として、目標を継続的に追尾して誘導する誘導装置を得ることを目的とする。

この発明の誘導装置は、目標が発する電波を受信して前記目標に向けて飛しょう体を誘導する誘導装置であって、目標が発する電波を上下左右の４象現に分割したアンテナで受信するアンテナ部と、前記４象現のアンテナで各々受信した電力を加算したＳＵＭ信号と、前記４象現のアンテナのうち上下あるいは左右のアンテナで各々受信した電力を減算したＤＩＦ信号と、を出力するモノパルス比較部と、前記ＳＵＭ信号を所定の周波数を有するＳＵＭ信号用ローカル信号でダウンコンバートするＳＵＭ用受信部と、前記ＤＩＦ信号を所定の周波数を有するＤＩＦ信号用ローカル信号でダウンコンバートするＤＩＦ用受信部と、ダウンコンバート後の前記ＳＵＭ信号とＤＩＦ信号との比に基づき前記目標に対する角度の角度誤差を算出する目標検出部と、前記角度誤差に基づき誘導信号を計算する誘導信号計算部と装置全体の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記目標検出部が目標を検出している間は、前記ＳＵＭ信号用ローカル信号の周波数と前記ＤＩＦ信号用ローカル信号の周波数とを同一周波数に設定して誘導信号計算部に対して前記誘導信号を算出させ、前記目標検出部が目標を検出できない場合は、前記ＤＩＦ信号用ローカル信号の周波数を前記ＳＵＭ信号用ローカル信号の周波数と異なる周波数に設定して前記目標検出部に対して目標を捜索させる。

この発明の誘導装置によれば、目標の電波源が周波数を変更し受信帯域幅外の周波数になった場合やレーダのスキャン周期の影響で受信電力が低下している場合であっても、目標を継続的に追尾して、目標に向けて誘導することができる。

実施の形態１．
以下、図を用いてこの発明の係わる実施の形態１について説明する。
図１はこの発明の誘導装置の実施の形態１を示す構成図である。図１において、誘導装置１は飛しょう体等に搭載され、目標２からの反射波の信号を受信しモノパルス演算によりこれらの受信信号から電力の和（以下、ＳＵＭ信号という）及び２種類の差（以下、ＤＩＦ信号という）を取得し、これらＳＵＭ信号とＤＩＦ信号に基づき目標２に向けて誘導する。なお、モノパルス演算によりＳＵＭ信号とＤＩＦ信号を出力する手法については例えば特許文献２（特開2002-55160号公報）等に記載がありその詳細は省略する。

本実施の形態の誘導装置１は、ＳＵＭ信号用のローカル信号を出力するＳＵＭ系用局部発振部３と、ＤＩＦ信号用のローカル信号を出力するＤＩＦ系用局部発振部４と、目標からの信号を受信するアンテナ部５、アンテナ部５で受信した４象現の信号の和と差をとることで、ＳＵＭ信号及びＤＩＦ信号を生成するモノパルス比較部６と、モノパルス比較部６からのＳＵＭ信号及びＤＩＦ信号の出力を切換える受信信号切換え部７と、受信信号切換え部７からの信号をＳＵＭ系用局部発振部３から出力されるＳＵＭ系用ローカル信号で周波数変換及び増幅をしてビデオ信号を出力するＳＵＭ系用受信部８と、受信信号切換え部７からの信号をＤＩＦ系用局部発振部４から出力されるＤＩＦ系用ローカル信号で周波数変換及び増幅をしてビデオ信号を出力するＤＩＦ系用受信部９と、ＳＵＭ系用受信部８からのＳＵＭ系のビデオ信号をディジタル信号に変換するＳＵＭ系用Ａ／Ｄ変換部１０と、ＤＩＦ系用受信部９からのＤＩＦ系のビデオ信号をディジタル信号に変換するＤＩＦ系用Ａ／Ｄ変換部１１と、ＳＵＭ系用Ａ／Ｄ変換部１０、及び、ＤＩＦ系用Ａ／Ｄ変換部１１から入力されるディジタル信号に変換されたビデオ信号から目標の検出を行う目標検出部１２と、検出した目標信号から角度情報を計算し誘導装置を目標に向けて誘導するための誘導信号を出力する誘導信号計算部１３と、誘導装置全体の動作を制御する制御部１４から構成される。

目標からの電波を受信した誘導装置１は、モノパルス比較部６が出力するＳＵＭ信号とＤＩＦ信号の比（＝Ｒｅ（ＤＩＦ/ＳＵＭ））を算出して目標への角度誤差εを取得し、この角度誤差εに基づき、飛しょう体を目標に向けて誘導する。

次に、誘導装置１の動作について図を参照して説明する。
図２は目標の電波源の信号（以下、目標信号という）到来状況を説明する図である。また図４は、誘導装置１が目標２を追尾する追尾フローを説明する図である。
図２（ａ）は目標信号の周波数が受信帯域内にあって飛しょう体の誘導装置１が目標信号を検出可能な状態を示している。
初期設定では、ＳＵＭ系受信帯域とＤＩＦ系受信帯域は一致するよう設定されている。モノパルス比較部６はアンテナ部５のアンテナを上下左右の４象現に分割して、各象現の電力を加算することでＳＵＭ系信号を作り出すことや上下の象現または左右の象現の電力を減算することでＤＩＦ系信号を作り出す処理を行う部分であり、アンテナ部５が受信した（Ｓ００１）電波を元にモノパルス比較処理を行い、算出したＳＵＭ系信号とＤＩＦ系信号を受信信号切替部７に出力する（Ｓ００２）。
受信信号切替部７の切替スイッチ７はＤＩＦ信号を受信する側に接続されており、ＳＵＭ系用受信部８はＳＵＭ信号を受信し、ＤＩＦ系用受信部９がＤＩＦ信号を受信する。

ＳＵＭ系用受信部８は、ＳＵＭ信号をＳＵＭ系用局部発振部３が出力するＳＵＭ系用ローカル信号とミキシングすることでダウンコンバートする（Ｓ００３）。ＳＵＭ系用局部発振部３では、他に設けたレーダ装置等が取得した目標信号に関する事前の周波数情報（ｆ0）に基づき、予め制御部１４によって発振周波数（ｆ0）が設定されている。
ＳＵＭ系用Ａ／Ｄ変換部１０はダウンコンバート後の信号をサンプリングしデジタルデータに変換する（Ｓ００４）。

目標検出部１２はＳＵＭ系用Ａ／Ｄ変換部１０が出力するＡ／Ｄ変換後のデータについてＦＦＴ処理を行い（Ｓ００５）、目標検出処理を開始し、ドップラ周波数を算出して目標２の相対速度等を取得する（Ｓ００６）。
ステップＳ００６において目標２が検出されればこの追尾フローを継続し、目標２が検出されなければ、後で説明する捜索フロー（図５）に移行する。

一方、ＤＩＦ系用受信部９は、ＤＩＦ信号をＤＩＦ系用局部発振部４が出力するＤＩＦ系用ローカル信号とミキシングすることでダウンコンバートする（Ｓ００８）。ＤＩＦ系用局部発振部４では、ＳＵＭ系用局部発振部３と同じく、他に設けたレーダ装置等が取得した目標信号に関する事前の周波数情報（ｆ0）に基づき、予め制御部１４によって発振周波数（ｆ0）が設定されている。
ＤＩＦ系用Ａ／Ｄ変換部１１はダウンコンバート後の信号をサンプリングしデジタルデータに変換する（Ｓ００９）。
目標検出部１２はＤＩＦ系用Ａ／Ｄ変換部１１が出力するＡ／Ｄ変換後のデータについてＦＦＴ処理を行う（Ｓ０１０）。

次に目標検出部１２は、ＳＵＭ系及びＤＩＦ系のＦＦＴデータからモノパルス演算を実施し、目標の角度誤差を算出する（Ｓ０１１）。
具体的には、モノパルス比較器出力のＳＵＭ系信号（Σ）とＤＩＦ系信号（Δ）を使用し、ε＝Ｒｅ（Σ／Δ）により角度誤差（ε）を算出する。

誘導信号計算部１３は角度誤差をもとに誘導信号を計算し、飛しょう体を目標２に向けて誘導する。
目標検出部１２が目標を検出している間は、上記のように図４のステップＳ００１〜Ｓ０１１の工程を繰り返し、継続することで、飛しょう体を誘導することができる。

一方、ステップＳ００７において目標２が検出できなくなると、目標信号を捜索するため捜索フローに移行する。

次に、追尾フローにおいて目標２が検出できないときに、目標を捜索する目標捜索方法について説明する。
目標追尾を開始した時点で目標２が検出できない原因として主に次の２つの可能性が考えられる。１つは相手目標の電波源がＳＵＭ系受信帯域幅外の周波数である可能性であり、他の１つはレーダのスキャン周期の影響で受信電力が低下している可能性である。
また、目標を追尾中に、今まで検出できていた目標２が検出できなくなった原因としても上記２つの可能性が考えられる。すなわち、相手目標の電波源が周波数を変更しＳＵＭ系受信帯域幅外の周波数になった可能性であり（図２（ｂ）参照）、他の１つは、レーダのスキャン周期の影響で受信電力が低下している可能性である（図２（ｃ）参照）。

目標２が目標検出部１２で検出できない場合の対応として、目標の電波源の周波数が変更され受信帯域外となったことが原因であると仮定すると（図２（ｂ））、受信帯域を走査し、現在の受信帯域外の帯域で目標の電波源の周波数を捜索することが挙げられる。しかしながら、目標検出ができない真の要因が目標の電波源が電波を送信するスキャン周期が変更されたことであれば、受信帯域を走査して目標の電波源の周波数を捜索する方法では目標からの電波を検出すること難しい。
一方、スキャン周囲が変更されたことが原因であると仮定すると（図２（ｃ））、対策として電波の積分時間を長く設定することが挙げられる。しかしながら、真の要因が目標の周波数が変更され受信帯域外となったことであれば、電波の積分時間を長く設定する方法では目標を検出することはできない。

そこで、本実施の形態では、ＳＵＭ系の受信帯域は固定、ＤＩＦ系の受信帯域は可変として目標２の捜索を実施する。
図５は本実施の形態の捜索フローを説明する図である。
追尾フローにおいて目標検出ができない場合（図４のＳ００７）、捜索フローに移行する。受信信号切替部７の切替スイッチ７をＳＵＭ信号を受信する側に接続し、ＤＩＦ系のローカル信号の周波数を変更する（Ｓ１０１）。周波数の変更は、例えば、隣接する周波数帯域から順に、徐々に離れた周波数帯域に設定していく方法や、他に設けたレーダ装置からの情報で、変更された周波数帯域が想定される場合はその周波数を優先的に設定する等により行う。
ＳＵＭ系の受信帯域は固定とし、ＤＩＦ系の受信帯域のみを変更した設定で、受信した電波について（Ｓ１０２）モノパルス比較を行い、ＳＵＭ信号とＤＩＦ信号を出力する（Ｓ１０３）。

ＳＵＭ系用受信部８は、固定周波数のＳＵＭ系用ローカル信号とミキシングしてダウンコンバートする（Ｓ１０４）。ＳＵＭ系用Ａ／Ｄ変換部１０はダウンコンバートした信号をデジタルデータに変換し、目標検出部１２はこのデジタルデータをＦＦＴ変換（Ｓ１０６）した後の信号について目標検出を行う。ＳＵＭ系用受信部８と平行して、ＤＩＦ系用受信部９は、先に周波数を変更（Ｓ１０１）したローカル信号とミキシングすることでダウンコンバートする（Ｓ１０８）。ＤＩＦ系用Ａ／Ｄ変換部１１はデジタルデータに変換し（Ｓ１０９）、目標検出部１２はこのデジタルデータをＦＦＴ変換（Ｓ１１０）した後の信号について目標検出を行う（Ｓ１１１）。

目標検出部１２は、ＳＵＭ信号に基づいて実施した目標検出処理（Ｓ１０７）結果と、ＤＩＦ信号に基づいて実施した目標検出処理（Ｓ１１１）結果において、一方の目標検出処理により目標を検出したか否かを判定する（Ｓ１１２）。判定の結果、目標の検出がなければ、ＤＩＦ系用ローカル信号の周波数を変更する（Ｓ１１４）。周波数の変更は、Ｓ１０１のステップと同様に、例えば、隣接する周波数帯域から順に、徐々に離れた周波数帯域に設定していく方法や、他に設けたレーダ装置からの情報で、変更された周波数帯域が想定される場合はその周波数を優先的に設定する等により行う。周波数変更後にステップＳ１０２に移行し、ステップＳ１１２まで同じ処理を行う。
一方、ステップＳ１１２の判定において、一方の目標検出処理により目標を検出した場合は目標検出のあった周波数を抽出し、ＳＵＭ系用局部発振部３及びＤＩＦ系用局部発振部４の周波数をこの抽出した周波数に設定する（Ｓ１１３）。例えば、周波数を変更したＤＩＦ系用局部発振部４が出力するＤＩＦ系用ローカル信号でダウンコンバートした信号に基づき目標を検出した場合は、ＳＵＭ系用局部発振部３及びＤＩＦ系用局部発振部４の周波数をこの抽出した周波数に設定する。このタイミングで、受信信号切替部７の切替スイッチ７をＤＩＦ信号を受信する側に接続し直す。

このようにして、ＳＵＭ系用局部発振部３及びＤＩＦ系用局部発振部４の周波数を目標を検出した周波数に設定すると、再び、図４で示す追尾フローのＳ００１のステップに移行する。
目標を検出したのち再び追尾フローに移行すると、図４のステップＳ００１以降のフローに従い処理され、目標検出部１２は角度誤差εを算出する。そして、誘導信号計算部１３は角度誤差εを用いて飛しょう体を目標２に向けて誘導する誘導信号を計算する。

このように本実施の形態の誘導装置によれば、目標２の電波放射状況の影響を軽減し捜索性能を向上することが可能となる。また、捜索性能が向上することは即ち追尾時間が長くなることになるため、誘導性能が向上する。

実施の形態１における誘導装置のブロック図である。実施の形態１における誘導装置が目標を追尾中の電波の到来状況を示す図である。実施の形態１における誘導装置が目標を捜索中の電波の到来状況を示す図である。実施の形態１の誘導装置が目標を追尾する追尾フローを説明する図である。実施の形態１の誘導装置が目標を捜索する捜索フローを説明する図である。

符号の説明

１誘導装置、２目標、３ＳＵＭ系用局部発振部、４ＤＩＦ系用局部発振部、５アンテナ部、６モノパルス比較部、７受信信号切換え部、８ＳＵＭ系用受信部、９ＤＩＦ系用受信部、１０ＳＵＭ系用Ａ／Ｄ変換部、１１ＤＩＦ系用Ａ／Ｄ変換部、１２目標検出部、１３誘導信号計算部、１４地表面

Claims

目標が発する電波を受信して前記目標に向けて飛しょう体を誘導する誘導装置であって、
目標が発する電波を上下左右の４象現に分割したアンテナで受信するアンテナ部と、
前記４象現のアンテナで各々受信した電力を加算したＳＵＭ信号と、前記４象現のアンテナのうち上下あるいは左右のアンテナで各々受信した電力を減算したＤＩＦ信号と、を出力するモノパルス比較部と、
前記ＳＵＭ信号を所定の周波数を有するＳＵＭ信号用ローカル信号でダウンコンバートするＳＵＭ用受信部と、
前記ＤＩＦ信号を所定の周波数を有するＤＩＦ信号用ローカル信号でダウンコンバートするＤＩＦ用受信部と、
ダウンコンバート後の前記ＳＵＭ信号とＤＩＦ信号との比に基づき前記目標に対する角度の角度誤差を算出する目標検出部と、
前記角度誤差に基づき誘導信号を計算する誘導信号計算部と
装置全体の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記目標検出部が目標を検出している間は、前記ＳＵＭ信号用ローカル信号の周波数と前記ＤＩＦ信号用ローカル信号の周波数とを同一周波数に設定して誘導信号計算部に対して前記誘導信号を算出させ、
前記目標検出部が目標を検出できない場合は、前記ＤＩＦ信号用ローカル信号の周波数を前記ＳＵＭ信号用ローカル信号の周波数と異なる周波数に設定して前記目標検出部に対して目標を捜索させることを特徴とする誘導装置。
前記ＤＩＦ用受信部が受信する信号を、前記ＳＵＭ信号あるいは前記ＤＩＦ信号に切り替えるスイッチを有する受信信号切替部を備え、
前記受信信号切替部は、前記目標検出部が目標を検出している間は前記スイッチを前記ＤＩＦ信号に切り換え、前記目標検出部が目標を検出できない場合は前記スイッチを前記ＳＵＭ信号に切り換えることを特徴とする請求項１記載の誘導装置。