JP2010032090A

JP2010032090A - 飛しょう体の誘導方法及び誘導装置

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Publication number: JP2010032090A
Application number: JP2008193592A
Authority: JP
Inventors: Junichi Uchida; 惇一内田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-07-28
Filing date: 2008-07-28
Publication date: 2010-02-12
Anticipated expiration: 2028-07-28
Also published as: JP5272560B2

Abstract

【課題】目標の類別に応じた最適な飛しょう経路を飛行させることのできる飛しょう体の誘導方法を提供する。
【解決手段】目標の位置、速度及び種類を表す情報からなる目標情報を取得するステップと、目標の種類情報に基づき、飛しょう体１が、目標と会合するまでの飛しょう時間を最短とする飛しょう経路、あるいは目標に会合する際の残速を最大とする飛しょう経路のいづれの経路をとるかを選択するステップと、選択した飛しょう経路に対応し、所定の位置に到達するまでの飛しょう時間と発射直後の旋回方向とを表にした射表を取得するステップと、目標の位置と速度と射表とから、目標と飛しょう体とが会合する会合点を算出するステップと、会合点に基づき射表から旋回方向を抽出するステップと、発射直後の飛しょう体の旋回方向が抽出した旋回方向となるように飛しょう体を制御するステップとを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、飛しょう体を目標に向けて誘導する飛しょう体の誘導方法に関するものである。より詳しくは、固体燃料を用いたＴＶＣ（ＴｈｒｕｓｔＶｅｃｔｏｒＣｏｎｔｒｏｌ：推力方向制御）誘導飛しょう体の誘導方法に関するものであり、初期旋回方向を制御することにより最適な飛しょう経路を飛行させることを可能とする誘導方法に関するものである。

目標に向けて飛しょう体を誘導する飛しょう体の誘導方法としては、例えば発射地点から最終目標点までの飛しょう経路データとして一つあるいは複数の空間上の中間目標点を予め設定し、発射地点から最初の中間目標点までは、その最初の中間目標点を誘導目標点として比例航法等の特定のアルゴリズムにより飛しょう体を誘導し、最初の中間目標点に対し特定の距離まで飛しょう体が近づいたならば誘導目標点を次の中間目標点または最終目標点に切り替えた上で上記と同様のアルゴリズムにより順次飛しょう体を誘導するものがある。その結果、誘導用のデータを記憶する記憶装置の容量を小さくすることが可能となる（例えば、特許文献１参照）。

特開平４−１５４９８号公報（第１項、第２図）

飛しょう体の誘導においては、高機動目標や巡航ミサイル等の多種の目標に対処可能な能力を備えることが望まれる。目標との会合時点における飛しょう体の速度である存速は、飛しょう体が発生することのできる旋回加速度に大きな影響を与えるため、存速が低下すると目標との会合に必要な旋回加速度を発生させられず、目標との会合が不可能となる場合がある。特に、高機動目標(回避運動を行う目標、例えば航空機など)と会合するためには、飛しょう体が発生させなくてはならない旋回加速度が大きくなるため、高い存速が求められる。目標の類別によって、目標との会合時に満たすべき存速および掩護すべき範囲は異なるため、これら条件を満たす飛しょう経路を飛行するように誘導する必要がある。
しかしながら上述の制御方法においては、一つの最終目標点に対し一組の飛しょう経路データしか設定されていないため、目標の類別に応じた最適な飛しょう経路へと飛しょう体を誘導することができないという課題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、目標の類別に応じた最適な飛しょう経路を飛行させることのできる誘導方法を得ることを目的とする。

この発明による誘導方法は、目標の位置、速度、種類を表す情報からなる目標情報を取得するステップと、前記種類を表す情報に基づき、飛しょう体が、前記目標と会合するまでの飛しょう時間を最短とする飛しょう経路、あるいは前記目標に会合する際の残速を最大とする飛しょう経路のいづれの飛しょう経路をとるかを選択するステップと、選択した前記飛しょう経路に対応し、所定の位置に到達するまでの飛しょう時間と発射直後に前記飛しょう体が向くべき旋回方向とを表にした射表を取得するステップと、前記目標の位置と速度と前記射表とから、前記目標と前記飛しょう体とが会合する会合点を算出するステップと、前記会合点に基づき、前記射表から前記旋回方向を抽出するステップと、発射直後の飛しょう体の旋回方向が抽出した前記旋回方向と一致するように前記飛しょう体を制御するステップとを備える。

この発明によれば、目標の類別に応じた最適な飛しょう経路を飛行させることができ、精度良く目標に会合することができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１の誘導方法を図参照して説明する。図１はＴＶＣ誘導飛しょう体の誘導方法を説明する図であり、誘導システムとしてＴＶＣ誘導飛しょう体１と、ＴＶＣ誘導飛しょう体１を発射する発射機２と、発射機２側に装備された発射制御装置３と、レーダ４から構成される。
５はＴＶＣによる初期旋回が終了した後のＴＶＣ誘導飛しょう体を表しており、γcはＴＶＣによる姿勢変更終了後にＴＶＣ誘導飛しょう体が取るべき飛行方向（初期旋回方向γc）、６はＴＶＣ誘導飛しょう体と目標７との予想会合点、８は発射制御装置３とレーダ４の間の通信を媒介するデータリンクである。

図２は、ＴＶＣ誘導飛しょう体１と発射制御装置３の概略構成を示すブロック図である。なお、ＴＶＣ誘導飛しょう体１では、ＴＶＣ以外の操舵翼等を用いた制御部等は省略している。
発射制御装置３は、飛しょう体の初期旋回方向を演算する初期旋回方向演算装置１３と伝送処理装置１４と記憶装置１５とからなる。
伝送処理装置１４は、レーダ４から少なくとも目標７の位置、速度、方向および目標７の種類（航空機、巡航ミサイル、空対地ミサイルなど）を表す目標情報を、データリンク８を介して受信する。
記憶装置１５には、空間上の点となる目標点とこの目標点に到達するまでの飛しょう時間を最短とする飛しょう経路を飛行させるための初期旋回方向γｃとが関連付けられた射表（以下、飛しょう時間を最短とする射表１００という）が記憶されている。また、記憶装置１５には、目標点とこの目標点への到達時の存速を最大とする飛しょう経路を飛行させるための初期旋回方向γｃが関連付けられた射表（以下、存速を最大とする射表１０１という）とが保存されている。

図３に飛しょう時間を最短とする射表１００の一例を示す。
図３（ａ）は、発射機２からの高度（縦軸）と水平距離（横軸）で示される地点までの飛しょう時間が最短となる時間を表にしたものであり、図３（ｂ）はそのときの初期旋回方向γcを、図３（ａ）の高度、水平距離と関連付けて表に表したものである。例えば、発射機２から水平距離ｘ２[ｋｍ]、高度ｈ２[ｋｍ]の地点に、飛しょう体１が到達する最短の飛しょう時間はt22_a[s]であり、そのときの飛しょう体１がとるべき初期旋回方向γcはγ22_a[deg]であることを示している。
図３（ａ）、（ｂ）の結果は、飛しょう体１の諸元に基づき最適化手法等により予め演算されるものであり、飛しょう体１の機種が変われば当然に、図３の内容も異なったものである。なお、設定した初期旋回方向γcの向きで発射した飛しょう体１は、その後、例えば比例航法などにより目的とする地点に向かって飛しょうする。

図４に存速を最大とする射表１０１の一例を示す。
図４（ａ）は、発射機２からの高度（縦軸）と水平距離（横軸）で示される地点に存速が最大となるように飛しょうしたときの飛しょう時間を表にしたものである。図４（ｂ）はそのときの初期旋回方向γcを、図４（ａ）の高度、水平距離と関連付けて表に表したものである。例えば、発射機２から水平距離ｘ２[ｋｍ]、高度ｈ２[ｋｍ]の地点に向けて、飛しょう体１の存速が最大となるように飛しょうするときの初期旋回方向γcはγ22_bであり、飛しょう体１がその地点に到達するまでの飛しょう時間はt22_b[s]となる。
図４（ａ）、（ｂ）の結果は、飛しょう体１の諸元に基づき最適化手法等により予め演算されるものであり、飛しょう体１の機種が変われば当然に図４の内容も異なったものとなる。
存速を大きくするため、ＴＶＣ誘導飛しょう体１はまず空気抵抗の少ない上空に向けて飛び出し、空気抵抗の少ない空間を飛しょうする。その後、目標地点に近づいた時点で高度を下げるようにすることで存速を大きくすることができる。このため、図３で説明した飛しょう時間を最短とする場合の飛しょう経路と比べると、遠回りをすることになり、所定の地点到達までの飛しょう時間は余計に要することになる。
なお、設定した初期旋回方向γcで発射した飛しょう体１は、その後、比例航法などの航法計算により目的とする地点に向かって飛しょうする。

レーダ４は目標を検出して、その目標の位置、速度、方向および目標７の種類（航空機、巡航ミサイル、空対地ミサイルなど）を表す目標情報を、データリンク８を介して送信する。レーダ４は検出した目標７の種類を、大きさや速度に基づき判断する。

初期旋回方向演算装置１３は、伝送処理装置１４からの類別情報に基づいて、目標の種類及び目標の回避運動の有無を推定する。
初期旋回方向演算装置１３は、目標の種類とその目標の回避運動の可能性の大小を経験的に対応付けした対応表を持っており、レーダ４から送られてくる目標とこの対応表により、目標の回避運動の有無を判断する。
例えば目標が航空機の場合、飛しょう体１が接近していることを目視により察知し、あるいは航空機に搭載したレーダ４などで察知した場合、飛しょう体を回避するための旋回運動を行う可能性が高いと判断する。
一方、目標が巡航ミサイルや空対地ミサイルなどの場合は、向かってくる飛しょう体の接近を察知する手段を持たず、回避運動を行わない可能性が高いと判断する。
そして、記憶装置１５に保存された射表から目標の回避運動の有無に応じた適切な射表を一つ選択し、選択された射表と目標情報に基づいて初期旋回方向γｃを演算する。

制御指令値演算装置１１は、初期旋回方向演算装置１３からの初期旋回方向γｃと慣性航法装置１２からのＴＶＣ誘導飛しょう体１の速度及び姿勢データに基づいてアクチュエータ指令値を演算する。ＴＶＣアクチュエータ１０は制御指令値演算装置１１からのアクチュエータ指令値に追従して動作し、推力発生部９の推力方向を偏向させてＴＶＣ誘導飛しょう体１にモーメント及び推力を発生させる。

次に、図５を参照し、本実施の形態のＴＶＣ誘導飛しょう体の誘導方法動作を説明する。
まず、レーダ４は目標７を捕捉し、目標７の位置、速度および類別を含む情報を目標情報として得る（図５のＳ００１）。
レーダ４は目標７の目標情報を発射制御装置３へ送信する（Ｓ００２）。

発射制御装置３の伝送処理装置１４は、レーダ４からの目標情報を受けると、この目標情報を初期旋回方向演算装置１３に出力する。
初期旋回方向演算装置１３は目標情報に含まれる類別情報に基づいて目標が回避運動を行うのか否かを推定する（Ｓ００３）。回避運動を行うか否かの判断は、先に説明したように、初期旋回方向演算装置１３は目標の種類とその目標の回避運動の可能性の大小を経験的に対応付けした対応表を持っており、レーダ４から送られてくる目標とこの対応表により、目標の回避運動の有無を判断する（Ｓ００４）。

目標が回避運動を行うと推定された場合、初期旋回方向演算装置１３は記憶装置１５に保存されている射表のうち存速を最大とする射表１０１（図４）を選択する（Ｓ００５）。
一方、Ｓ００４において、目標が回避運動を行わないと推定された場合は、記憶装置１５に保存されている射表のうち飛しょう時間を最短とする射表１０１（図３）を選択する（Ｓ００６）。
これは、回避運動を行う目標に対処する場合は、目標の避運動へ追従するために目標との会合までに高い存速を保持しておくことが必要とされることによる。また、回避運動を行わない目標に対処する場合は存速を犠牲にしてでもできるだけ早く目標へと到達して要撃範囲を拡大することが必要とされるためである。

次に、初期旋回方向演算装置１３は選択された射表および目標情報に基づいて予想会合点６および初期旋回方向γｃを演算する（Ｓ００７）。
初期旋回方向演算装置１３は目標情報から、目標７の位置と速度とその進行方向を得る。初期旋回方向演算装置１３は目標の位置、速度、方向を一定として、所定時間後の目標の位置を算出でき、一方、選択された射表からは、算出した目標位置に到達するまでの飛しょう時間を知ることができる。予想会合点６は、Ｓ００５あるいはＳ００６で選択した射表１００または１０１と、レーダが取得した目標の位置と速度と向きの情報をもとに演算される。予想会合点６は、ＴＶＣ誘導飛しょう体１が飛しょう時間および目標７がその目標に到達するのに要する時間のそれぞれが等しくなる空間上の点として求められる。なお、予想会合点６（水平距離、高度）の演算プログラムは予め初期旋回方向演算装置１３に格納されており、予想会合点６は射表１００、１０１の水平距離と高度を補完することにより、精度よく算出することができる。
次いで、初期旋回方向演算装置１３は、飛しょう時間を最短とする射表を選択している場合には図３（ｂ）を、あるいは、存速を最大とする射表を選択している場合には図４（ｂ）を用いて、予想会合点６に対する初期旋回方向γｃを演算する（Ｓ００７）。

初期旋回方向γｃをＴＶＣ誘導飛しょう体１の制御指令値演算装置１１へ入力し、ＴＶＣ誘導飛しょう体１を発射する（Ｓ００８）。
発射後、ＴＶＣ誘導飛しょう体１は、旋回方向が初期旋回方向γｃとなるように姿勢制御を開始する。具体的には、制御指令値演算装置１１は初期旋回方向γｃおよび慣性航法装置１２からのＴＶＣ誘導飛しょう体１の飛行方向、姿勢情報に基づいてアクチュエータ指令値を演算し、ＴＶＣアクチュエータ１０へアクチュエータ指令値を入力してＴＶＣ誘導飛しょう体１にモーメント及び推力を発生させる。これにより、ＴＶＣ誘導飛しょう体１の飛行方向が初期旋回方向γｃと一致するように制御される（Ｓ００９）。
その後ＴＶＣ誘導飛しょう体１は、例えば比例航法によって目標７に向けて飛しょうする（Ｓ０１０）。

以上のように本実施の形態によれば、目標７の類別に応じ、ＴＶＣ誘導飛しょう体１を最適な飛しょう経路をとるように誘導することが可能となる。

図６は、本実施の形態のＴＶＣ誘導飛しょう体１が、目標７の類別に応じてとる飛しょう経路を説明する図である。
回避運動を行う目標７に対しては、目標７への到達時の存速が最大となる飛しょう経路をとることとなるため、目標７が回避運動を行った際にも残速が大きいために、進路変更が可能で目標７への衝突確率が向上する。
また、回避運動を行わない目標７に対しては、目標７へ到達するまでの飛しょう時間が最短となる飛しょう経路を取ることとなるため、要撃範囲を拡大させることができる。

なお、上記の実施例ではレーダが地上にある場合について例示したが、発射制御装置との通信が可能であるならばレーダは海上あるいは航空機上にあってもよい。また、上記の実施例では発射プラットフォームが地上にあり、目標７が空中にある場合について例示したが、発射プラットフォームは水上艦あるいは航空機上にあってもよく、また目標７も地上あるいは海上にあってもよい。さらに、ＴＶＣによる姿勢変更後の航法についても、比例航法以外の他の航法を用いてもよい。

実施の形態１のＴＶＣ誘導飛しょう体の誘導方法を説明する図である。実施の形態１のＴＶＣ誘導飛しょう体１と発射制御装置３の概略構成を示すブロック図である実施の形態１の飛しょう時間を最短とする射表の一例である。実施の形態１の存速を最大とする射表の一例である。実施の形態１の動作を説明するフローチャートである。実施の形態１のＴＶＣ誘導飛しょう体１が目標７の類別に応じてとる飛しょう経路を説明する図である。

符号の説明

１ＴＶＣ誘導飛しょう体、２発射機、３発射制御装置、４レーダ、５ＴＶＣによる姿勢変更後のＴＶＣ誘導飛しょう体、６予想会合点、７目標点、８データリンク、９推力発生部、１０ＴＶＣアクチュエータ、１１制御指令値演算装置、１２慣性航法装置、１３初期旋回方向演算装置、１４伝送処理装置、１５記憶装置、１００飛しょう時間を最短とする射表、１０１存速を最大とする射表

Claims

目標の位置、速度、種類を表す情報からなる目標情報を取得するステップと、
前記種類を表す情報に基づき、飛しょう体が、前記目標と会合するまでの飛しょう時間を最短とする飛しょう経路、あるいは前記目標に会合する際の残速を最大とする飛しょう経路のいづれの飛しょう経路をとるかを選択するステップと、
選択した前記飛しょう経路に対応し、所定の位置に到達するまでの飛しょう時間と発射直後に前記飛しょう体が向くべき旋回方向とを表にした射表を取得するステップと、
前記目標の位置と速度と前記射表とから、前記目標と前記飛しょう体とが会合する会合点を算出するステップと、
前記会合点に基づき、前記射表から前記旋回方向を抽出するステップと、
発射直後の飛しょう体の旋回方向が抽出した前記旋回方向と一致するように前記飛しょう体を制御するステップと、
を備えることを特徴とする飛しょう体の誘導方法。
目標の位置、速度、種類を表す情報からなる目標情報を取得する伝送処理手段と、
飛しょう体が、目標と会合するまでの飛しょう時間を最短とする飛しょう経路をとる場合に、所定の位置に到達するまでの飛しょう時間と発射直後に前記飛しょう体が向くべき旋回方向とを表にした射表、及び、飛しょう体が、目標に会合する際の残速を最大とする飛しょう経路をとる場合に、所定の位置に到達するまでの飛しょう時間と発射直後に前記飛しょう体が向くべき旋回方向とを表にした射表、を記憶する記憶手段と、
前記目標情報に基づきいずれかの前記飛しょう経路を選択し、選択した当該飛しょう経路に対応する前記射表と、前記目標の位置、速度とから前記目標と前記飛しょう体とが会合する会合点を算出し、当該会合点に基づき前記射表から前記旋回方向を抽出し、発射直後の飛しょう体の旋回方向を抽出した前記旋回方向と一致するように制御する演算装置と、
を備えることを特徴とする誘導装置。