JP2010169495A - 姿勢計算装置及び誘導装置及び姿勢計算装置の姿勢計算方法及び姿勢計算装置の姿勢計算プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】目標物周辺の地面の傾斜を正確に検出することができ、斜面に設定された目標物に対して予め想定された姿勢角で正確に到達することのできるように計算する姿勢計算装置を提供する。
【解決手段】目標座標取得部１２１が目標の２次元の位置座標である目標座標２０を取得し、ＤＥＭデータベース１２２が所定の領域内における複数の点の標高情報を含む３次元位置座標を記憶し、傾斜算出部１２３がＤＥＭデータベース１２２に記憶された３次元位置座標の中から、目標座標取得部１２１により取得された目標座標近傍の複数の３次元位置座標を目標周辺ＤＥＭデータ２１として取得し、傾斜算出部１２３が複数の目標周辺ＤＥＭデータ２１に基づいて、目標の周囲の領域の傾斜角２２を処理装置により算出し、姿勢角計算部１２４が傾斜算出部１２３により算出された傾斜角２２に基づいて、飛翔体の目標に対する姿勢を制御するための飛翔体の姿勢角２３を計算する。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、飛翔体が地面に到達する際の姿勢を計算する姿勢計算装置、姿勢計算装置を備える誘導装置及び姿勢計算装置の姿勢計算方法及び姿勢計算装置の姿勢計算プログラムに関するものである。

従来技術では、一定の領域に展開する複数の目標群に対し、目標が存在する地表面に着弾する直前に弾頭を破裂させ、弾頭断片を横方向または斜め前方方向に飛散させることにより、一定の領域に展開する複数の目標群を一度に攻撃することができる飛翔体がある。この技術では、飛翔体に搭載された姿勢角制御器等により、飛翔体と地表面（水平面）のなす角（弾着角）を直角に近い状態に制御して弾着させ、広範囲にわたって断片を飛散させることができる。これにより、広範囲にわたる複数の目標を攻撃することができ、飛翔体の攻撃の有効性を高めることができる。

複数目標に対する飛翔体の誘導性能を向上させる技術がある（特許文献１）。

また、飛翔体の経路角を制限する方法によってシースキマー目標に対する飛翔体の誘導性能を向上させる技術がある（特許文献２）。

特開２０００−０６５９２５号公報 特開平１１−２７１０００号公報

従来技術では、飛翔体の弾着角を水平面に対し直角に近い角度に誘導制御し、広範囲にわたって攻撃する方法が用いられている。このとき、地表面は水平であるという仮定のもとで飛翔体の姿勢制御を行っているため、目標が斜面に展開している場合には、従来技術の誘導制御では地表面の傾斜角によって弾着角が地表面に対して直角とならず、その結果、破裂させた断片が斜面によって遮られ、想定した範囲に飛散せずに断片飛散範囲が縮小し、攻撃範囲からはずれた目標ができてしまい、弾頭の威力が低下してしまう恐れがある。

なお、複数のレーザ距離センサを飛翔体の斜め前方方向に配置して、地表面までの距離を計測して地表面に対する相対傾斜を検出する手段も容易に考案できるが、姿勢角を制御するために要する時間を考慮すると、高出力のレーザ距離センサを複数搭載することが必要となり、また、地上構造物等を検出した場合には、傾斜を正確に検出することが困難であるという課題がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、目標物周辺の地面の傾斜を正確に検出することができ、斜面に設定された目標物に対しても想定した範囲に確実に弾着することのできるように誘導する誘導装置を提供することを目的とする。また、上記誘導装置を提供するために、目標周辺の領域の傾きを正確に算出するとともに、斜面に設定された目標に対して予め想定された物体の姿勢を正確に計算することのできる姿勢計算装置を提供することを目的とする。

本発明における姿勢計算装置は、
物体の目標に対する姿勢を計算する姿勢計算装置において、
前記目標の少なくとも２次元の位置座標である目標座標を入力する目標座標入力部と、
所定の領域内における複数の点の標高情報を含む３次元位置座標を記憶装置に記憶する位置標高情報記憶部と、
前記位置標高情報記憶部により記憶された前記３次元位置座標の中から、前記目標座標入力部により入力された前記目標座標近傍の複数の３次元位置座標を特定位置座標として処理装置により取得する特定位置座標取得部と、
前記特定位置座標取得部により取得された前記特定位置座標に基づいて、前記目標の周囲の領域の傾きを処理装置により算出する傾き算出部と、
前記傾き算出部により算出された前記目標の周囲の領域の傾きに基づいて、前記物体の目標に対する姿勢を処理装置により計算する姿勢計算部と
を備えることを特徴とする。

本発明における姿勢計算装置は、物体の目標に対する姿勢を計算する姿勢計算装置であって、目標座標入力部が前記目標の少なくとも２次元の位置座標である目標座標を入力し、位置標高情報記憶部が所定の領域内における複数の点の標高情報を含む３次元位置座標を記憶装置に記憶し、特定位置座標取得部が前記位置標高情報記憶部により記憶された前記３次元位置座標の中から、前記目標座標入力部により入力された前記目標座標近傍の複数の３次元位置座標を特定位置座標として処理装置により取得し、傾き算出部が前記特定位置座標取得部により取得された前記特定位置座標に基づいて、前記目標の周囲の領域の傾きを処理装置により算出し、姿勢計算部が前記傾き算出部により算出された前記目標の周囲の領域の傾きに基づいて、前記物体の目標に対する姿勢を処理装置により計算するので、目標周辺の領域の傾きを正確に算出することができ、斜面に設定された目標に対して予め想定された物体の姿勢を正確に計算することのできる姿勢計算装置を提供することができる。

飛翔体４と地表面（略水平面）２に展開する目標１（目標群）との関係を示す図である。 飛翔体４と地表面（斜面８）に展開する目標１（目標群）との関係を示す図である。 実施の形態１に係る飛翔体誘導装置１００の機能ブロック構成図である。 実施の形態１におけるＤＥＭデータベース１２２の情報構成の一例を示すモデル図である。 実施の形態１における姿勢計算装置１２０（あるいは姿勢計算装置１２０を備える誘導装置１２）のハードウェア資源の一例を示す図である。 実施の形態１における姿勢計算装置１２０の姿勢計算方法を示すフローチャートである。 図４のＤＥＭデータベース１２２の情報構造のモデル図において、実線の円Ａで囲まれた部分の拡大モデル図である。 目標周辺ＤＥＭデータ２１と目標座標２０（目標近傍領域）の傾きの関係を示す図である。 斜面８に直交する飛翔体４と地表面（斜面８）に展開する目標１（目標群）との関係を示す図である。

実施の形態１．
実施の形態１では、例えば、地面に着弾する直前に弾頭を破裂させ広範囲に弾頭断片を飛散させることにより、広範囲にわたって攻撃することを目的とした飛翔体等に搭載される飛翔体誘導装置について説明する。

図１は、飛翔体４と地表面（略水平面）２に展開する目標１（目標群）との関係の一例を示す図である。図２は、飛翔体４と傾斜した地表面（斜面８）に展開する目標１（目標群）との関係を示す他の例を示す図である。

図１に示すように、一定の領域に展開する複数の目標１に対し、目標１が存在する地表面（略水平面）２に着弾する直前に弾頭３を破裂させ、弾頭断片を横方向または斜め前方方向に飛散させることにより、一定の領域に展開する複数の目標１を一度に攻撃することができる飛翔体４がある。このとき、飛翔体４に搭載された飛翔体４の姿勢角を制御する姿勢角制御器等が、飛翔体４と地表面（略水平面）２のなす角（弾着角５）を直角に近い状態に制御して弾着させることにより、より広範囲にわたって断片を飛散させることでき、より広範囲にわたる複数の目標１を攻撃することができ、飛翔体４の攻撃の有効性を高めることができる。

図２に示すように、地表面が水平面に対して傾いている斜面８のような場合には、たとえ、飛翔体４を水平面に対して略直角方向から斜面８に到達（着弾）させたとしても、斜面８に対しては略直角方向から到達（着弾）することにはならない。つまり、飛翔体４を水平面に対して略直角の方向から誘導制御したとしても、地表面が水平であるという仮定のもとで飛翔体４の姿勢制御を行っているため、目標１が斜面８に展開している場合には、誘導を行うと地表面の傾斜角によって弾着角が地表面に対して直角とならず、その結果、破裂させた断片が地表面によって遮られ、想定した範囲に飛散せずに断片飛散範囲６が縮小し、攻撃範囲からはずれた目標７ができてしまい、弾頭の威力が低下してしまう。

このように、一定の領域に展開する複数の目標１に対して、地面に着弾する直前に弾頭を破裂させ目標に対して効果的に弾頭断片を飛散させる飛翔体４の場合には、着弾する直前（すなわち、弾頭断片を飛散させる時）の飛翔体４の姿勢により目標１に対する効果が異なってくる。すなわち、目標１（目標群）が展開している地表面の傾斜等によって、飛翔体４の最適な姿勢（効果的な姿勢）が異なってくる。

本実施の形態に係る飛翔体誘導装置、飛翔体誘導装置の備える誘導装置、誘導装置の備える姿勢計算装置は、飛翔体４の到達する地表面の傾斜を正確に検出し、飛翔体４の到達する際の最適な姿勢を導き出し、飛翔体４を誘導するための装置である。本実施の形態では、飛翔体４が着弾する地表面がどのような傾斜面であっても、その地表面に対して略垂直方向から到達するように誘導する飛翔体誘導装置について説明する。また、飛翔体４が地表面に対して垂直方向から到達するとは、飛翔体４が到達する直前において地表面に対して垂直方向から到達する姿勢（以下「地表面に対して垂直方向の姿勢」という）となるための姿勢角であることが必要である。したがって、飛翔体誘導装置は、飛翔体４が地表面に到達する直前において、飛翔体４が地表面に対して垂直方向の姿勢となる姿勢角を導き出すものである。

飛翔体４は、物体の一例である。本実施の形態では、物体の一例として飛翔体４について説明するが、物体は飛翔体に限られない。例えば、物体は、人工衛星のアンテナや地上（地表面の上方）に設置されるカメラ等でもよい。また、物体は飛翔していなくともよく、静止している物体でもよい。すなわち、物体は、その物体（物体の軸）が地表面に対してどのような姿勢（姿勢角）となるかを計算できるものであればよい。本実施の形態における姿勢計算装置は、物体（物体の軸）が地表面に対して所定の姿勢（姿勢角）となるように姿勢角を計算することができる装置である。

また、本実施の形態では、飛翔体（物体）が地表面に対して垂直方向の姿勢（地表面に対して垂直方向から到達する際の姿勢）を、算出すべき最適な姿勢としているが、それに限られず、どのような姿勢でも最適な姿勢として姿勢角を算出することができる。ここで、飛翔体４の姿勢角とは、例えば、重力の方向あるいは飛翔体４の有する任意の座標系に対する飛翔体４（物体）の軸の相対角度を意味し、ピッチ角θ（前後軸の回転角）とヨー角ψ（左右軸の回転角）とにより特定される角度である。

図３は、実施の形態１に係る飛翔体誘導装置１００の機能ブロック構成図である。図３を用いて、飛翔体４を最適な姿勢に誘導するための飛翔体誘導装置１００について説明する。

飛翔体誘導装置１００は、シーカ１０、目標指令受信部１１、誘導装置１２、制御装置１４、操舵装置１５を備える。

シーカ１０は、目標１を捜索追尾し、目標１に対する相対位置関係である目視線角、目視線角時間変化率および相対距離情報を検知し、検知した情報から目標の位置座標を出力する。あるいは、目標１の目視線角、目視線角時間変化率および相対距離情報等を検知し、検知した情報を目標の測角情報（目標測角情報）として出力する。

目標指令受信部１１は、地上管制局または飛翔体４を発射する母機からの目標指令情報を受信して出力する。

誘導装置１２は、シーカ１０からの目標の位置座標あるいは目標測角情報、あるいは、目標指令受信部１１から目標指令情報を入力し、飛翔体４の最適な姿勢角２３を計算し、姿勢角指令値２４として出力する。誘導装置１２は、姿勢計算装置１２０、指令出力部１３を備える。姿勢計算装置１２０は、指令出力部１３を備えていてもよい。その場合は、姿勢計算装置１２０は、誘導装置１２となる。

姿勢計算装置１２０は、目標座標取得部１２１（目標座標入力部）、ＤＥＭデータベース１２２（ＤＥＭ：Ｄｅｇｉｔａｌ Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ）（位置標高情報記憶部）、傾斜算出部１２３（特定位置座標取得部、傾き算出部）、姿勢角計算部１２４（姿勢計算部）を備える。

目標座標取得部１２１は、シーカ１０から目標測角情報を入力すると、例えばカルマンフィルタ等により、目標測角情報からノイズ成分を除去した誘導信号として、目視線角および目視線変化率および目標との相対距離を出力する。そして、出力した誘導信号（目視線角および目視線変化率および目標との相対距離）より目標の位置座標である目標座標２０を算出する。また、シーカ１０がノイズを除去した誘導信号から目標座標２０を求めてもよい。この場合は、目標座標取得部１２１は、シーカ１０から目標座標２０を入力する。

あるいは、目標座標取得部１２１は、目標指令受信部１１から目標指令情報を入力すると、入力した目標指令情報から母機等より与えられる目標の位置座標である目標座標２０を得る。目標座標取得部１２１は、目標座標２０を取得して出力する。ここで、目標座標２０は、少なくとも２次元の位置座標であり、３次元の位置座標でも良い。本実施の形態では、説明の簡単のため、目標座標２０は２次元であるものとする。

ＤＥＭデータベース１２２は、地表面（略水平面）２の標高に関するデータベースであり、測量によって計測された５０ｍ間隔の格子点に対する海抜高度のデータベースである。ＤＥＭデータベース１２２は、公開されており利用することが可能である。山間部等の短距離間で高度が大きく変化する地域を除き、このＤＥＭデータベース１２２を用いることで攻撃目標が展開されている領域の地表面の傾斜角２２を計算することができる。また、本実施の形態では、ＤＥＭデータベース１２２を利用しているが、所定の領域内における複数の点の位置情報と対応する標高情報とを含む３次元の位置座標情報（３次元位置座標）を記憶装置に記憶する位置標高情報記憶部であれば、ＤＥＭデータベース１２２でなくても構わない。

図４は、実施の形態１におけるＤＥＭデータベース１２２の情報構成の一例を示すモデル図である。図４に示すようにＤＥＭデータベース１２２は、各格子点の東方向位置を昇順に格納した１次元配列Ｘ〔ｊ〕（ｊ＝１，２，．．．，ｎ）と、北方向位置を昇順に格納した１次元配列Ｙ〔ｋ〕（ｋ＝１，２，．．．，ｍ）と、位置座標（Ｘ〔ｊ〕、Ｙ〔ｋ〕）における標高Ｚ〔ｊ，ｋ〕（ｊ＝１，２，．．．，ｎ；ｋ＝１，２，．．．，ｍ）からなる２次元配列Ｚ〔ｊ，ｋ〕とにより構成される。

ＤＥＭデータベース１２２の情報構造は、例えば、各座標値を要素とする３次元配列等の他の表現方法が考えられるが、本実施の形態では説明の簡単のため、前記の通り、東方向位置配列Ｘ〔ｊ〕、北方向位置配列Ｙ〔ｋ〕、標高方向２次元配列標高Ｚ〔ｊ，ｋ〕を用いる。すなわち、ＤＥＭデータベース１２２は、東方向位置１次元配列Ｘと北方向位置１次元配列Ｙと標高方向２次元配列Ｚとの３次元（Ｘ〔ｊ〕，Ｙ〔ｋ〕，Ｚ〔ｊ，ｋ〕）の情報を記憶するといえる。以下の説明では、ＤＥＭデータベース１２２に記憶されている３次元の情報を３次元位置座標情報（３次元位置座標）と呼ぶ。

３次元位置座標情報は、位置を表す２次元の位置座標（Ｘ〔ｊ〕，Ｙ〔ｋ〕）とその位置座標に対応する標高Ｚ〔ｊ，ｋ〕との２つの情報の組み合わせにより構成されていても良いし、標高を含む３次元の座標（Ｘ〔ｉ〕，Ｙ〔ｋ〕，Ｚ〔ｊ，ｋ〕）により表されていてもよい。また、目標座標２０の値は、ＤＥＭデータベース１２２の示す座標上の値（情報）として、目標座標２０（座標（Ｘｔ、Ｙｔ））と示される。

傾斜算出部１２３は、目標座標取得部１２１から２次元情報である目標座標２０（（座標（Ｘｔ、Ｙｔ））を入力し、入力した目標座標２０をもとにＤＥＭデータベース１２２から目標周辺の複数の３次元位置座標情報を取得する。傾斜算出部１２３は、ＤＥＭデータベース１２２に記憶された３次元位置座標情報の中から、目標座標取得部１２１により取得された目標座標２０近傍の複数の３次元位置座標情報を特定位置座標（目標周辺ＤＥＭデータ２１）として処理装置により取得して、取得された特定位置座標に基づいて、目標の周囲の領域の傾き（傾斜角２２）を処理装置により算出する。傾斜算出部１２３における目標周辺ＤＥＭデータ２１及び傾斜角２２の取得方法の詳細については、後述する。

姿勢角計算部１２４は、傾斜算出部１２３により算出された目標の周囲（近傍）の領域の傾き（傾斜角２２）を入力する。姿勢角計算部１２４は、入力した傾斜角２２に基づいて、飛翔体４の目標１（目標１近傍の領域）に対する最適な姿勢（姿勢角２３）を処理装置により計算する。姿勢角計算部１２４は、計算した姿勢角２３を出力する。

指令出力部１３は、姿勢計算装置１２０から姿勢角２３を入力して姿勢角指令値２４として、飛翔体４の回転制御・姿勢制御等を行う制御装置１４へ出力する。

制御装置１４は、姿勢角指令値２４を入力し、与えられた姿勢角指令値２４をもとに操舵装置１５を用いて、飛翔体４（機体）の姿勢角を制御し、地表面（略水平面）２あるいは傾斜した地表面（斜面８）に対し飛翔体４を直交させる。あるいは、制御装置１４は、姿勢角指令値２４を入力し、操舵装置１５を用いて、地表面（略水平面）２あるいは傾斜した地表面（斜面８）に対し、入力した姿勢角指令値２４にて指定された姿勢（姿勢角）で飛翔体４を到達させる。

図５は、実施の形態１における姿勢計算装置１２０（あるいは姿勢計算装置１２０を備える誘導装置１２）のハードウェア資源の一例を示す図である。
図５において、誘導装置１２／姿勢計算装置１２０は、プログラムを実行するＣＰＵ９１１（Ｃｅｎｔｒａｌ・Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ・Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサともいう）を備えている。ＣＰＵ９１１は、バス９１２を介してＲＯＭ９１３、ＲＡＭ９１４、通信ボード９１５、磁気ディスク装置９２０と接続され、これらのハードウェアデバイスを制御する。磁気ディスク装置９２０の代わりにその他の記憶装置（例えば、ＲＡＭやフラッシュメモリなどの半導体メモリ）を用いてもよい。
ＲＡＭ９１４は、揮発性メモリの一例である。ＲＯＭ９１３、磁気ディスク装置９２０の記憶媒体は、不揮発性メモリの一例である。これらは、記憶機器、記憶装置あるいは記憶部の一例である。また、入力データが記憶されている記憶機器は入力機器、入力装置あるいは入力部の一例であり、出力データが記憶される記憶機器は出力機器、出力装置あるいは出力部の一例である。
通信ボード９１５は、入出力機器、入出力装置あるいは入出力部の一例である。

通信ボード９１５は、有線または無線で、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、インターネット、ＩＳＤＮ等のＷＡＮ（ワイドエリアネットワーク）、電話回線などの通信網に接続されている。

磁気ディスク装置９２０には、ＯＳ９２１（オペレーティングシステム）、プログラム群９２３、ファイル群９２４が記憶されている。プログラム群９２３のプログラムは、ＣＰＵ９１１、ＯＳ９２１により実行される。

上記プログラム群９２３には、実施の形態において「〜部」として説明する機能を実行するプログラムが記憶されている。プログラムは、ＣＰＵ９１１により読み出され実行される。

ファイル群９２４には、実施の形態において、「〜部」の機能を実行した際の「〜の判定結果」、「〜の計算結果」、「〜の処理結果」などの結果データ、「〜部」の機能を実行するプログラム間で受け渡しするデータ、その他の情報やデータや信号値や変数値やパラメータが、「〜ファイル」や「〜データベース」の各項目として記憶されている。

「〜ファイル」や「〜データベース」は、ディスクやメモリなどの記録媒体に記憶される。ディスクやメモリなどの記憶媒体に記憶された情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、読み書き回路を介してＣＰＵ９１１によりメインメモリやキャッシュメモリに読み出され、抽出・検索・参照・比較・演算・計算・処理・出力・印刷・表示などのＣＰＵの動作に用いられる。抽出・検索・参照・比較・演算・計算・処理・出力・印刷・表示のＣＰＵの動作の間、情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、メインメモリやキャッシュメモリやバッファメモリに一時的に記憶される。
また、実施の形態において説明するフローチャートの矢印の部分は主としてデータや信号の入出力を示し、データや信号値は、ＲＡＭ９１４のメモリ、磁気ディスク装置９２０の磁気ディスク、その他の記録媒体に記録される。また、データや信号値は、バス９１２や信号線やケーブルその他の伝送媒体によりオンライン伝送される。

また、実施の形態において「〜部」として説明するものは、「〜回路」、「〜装置」、「〜機器」であってもよく、また、「〜ステップ」、「〜手順」、「〜処理」であってもよい。すなわち、「〜部」として説明するものは、ＲＯＭ９１３に記憶されたファームウェアで実現されていても構わない。或いは、ソフトウェアのみ、或いは、素子・デバイス・基板・配線などのハードウェアのみ、或いは、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせ、さらには、ファームウェアとの組み合わせで実施されても構わない。ファームウェアとソフトウェアは、プログラムとして、磁気ディスクやその他の記録媒体に記憶される。プログラムはＣＰＵ９１１により読み出され、ＣＰＵ９１１により実行される。すなわち、プログラムは、「〜部」としてコンピュータを機能させるものである。あるいは、「〜部」の手順や方法をコンピュータに実行させるものである。

図６は、実施の形態１における姿勢計算装置１２０の姿勢計算方法を示すフローチャートである。実施の形態１において、姿勢計算装置１２０が飛翔体４の最適な姿勢角２３を計算する姿勢計算方法について、図６に基づいて以下に説明する。姿勢計算装置１２０の各部は、以下に説明する処理を処理装置（ＣＰＵ）を用いて実行する。

＜目標座標入力（取得）処理：Ｓ１１０＞
目標座標取得部１２１は、シーカ１０から目標測角情報（目視線角および目視線変化率および目標との相対距離）を入力する。目標座標取得部１２１は、処理装置により、カルマンフィルタを用いて目標測角情報からノイズ成分を除去し、ノイズ成分を除去した誘導信号として、目視線角および目視線変化率および目標との相対距離を出力する。そして、目標座標取得部１２１は、出力した誘導信号（目視線角および目視線変化率および目標との相対距離）より目標の位置座標である目標座標２０を処理装置により算出し取得する。また、シーカ１０においてノイズを除去した誘導信号から目標座標２０を求める場合は、目標座標取得部１２１は、シーカ１０から目標座標２０を入力し取得する。

目標座標取得部１２１は、目標指令受信部１１から目標指令情報を入力する。目標座標取得部１２１は、目標指令情報を入力すると、処理装置により、目標指令情報に基づいて母機等より与えられる目標の位置座標である目標座標２０を取得する。

＜傾き算出処理（特定位置座標取得処理：Ｓ１１１）（傾斜角算出処理：Ｓ１１２）＞
傾斜算出部１２３は、目標座標取得部１２１から２次元の位置座標である目標座標２０（座標（Ｘｔ、Ｙｔ））を入力する。傾斜算出部１２３は、処理装置を用いて、ＤＥＭデータベース１２２から目標座標２０の周辺の複数の３次元位置座標情報である目標周辺ＤＥＭデータ２１を処理装置により取得する（Ｓ１１１）。傾斜算出部１２３は、後述するように、目標座標２０を囲む３つないし４つの頂点の位置座標とその位置座標に対応する標高情報とを目標周辺ＤＥＭデータ２１として処理装置を用いて取得するものとする。

傾斜算出部１２３は、取得した３つないし４つの目標周辺ＤＥＭデータ２１に基づいて、目標の近傍の領域（目標近傍領域）の傾き（傾斜角２２）を処理装置により算出する（Ｓ１１２）。

すなわち、傾斜算出部１２３は、シーカ１０ないし目標指令受信部１１より得られた目標座標２０（Ｘｔ，Ｙｔ）を包含するＤＥＭデータベース１２２内の格子点を頂点とする３角形領域３１ないし４角形領域３２を検索する。そして、傾斜算出部１２３は、検索した領域を特定する頂点座標の高度情報（標高情報）等から目標座標２０（Ｘｔ、Ｙｔ）（目標近傍領域）における傾斜角２２を計算する。

図７は、図４のＤＥＭデータベース１２２の情報構造のモデル図において、実線の円Ａで囲まれた部分の拡大モデル図である。図８は、目標周辺ＤＥＭデータ２１と目標近傍領域の傾きの関係を示す図である。図７及び図８を用いて、本実施の形態における傾斜算出部１２３の目標周辺ＤＥＭデータ２１（特定位置座標）の取得方法及び目標周辺ＤＥＭデータ２１から目標近傍領域の傾き（傾斜角２２）を計算する傾き計算方法について説明する。

図７に示すように、４つの頂点座標（Ｘ〔ｊ−１〕、Ｙ〔ｋ−１〕）、（Ｘ〔ｊ−１〕、Ｙ〔ｋ〕）、（Ｘ〔ｊ〕、Ｙ〔ｋ〕）、（Ｘ〔ｊ〕、Ｙ〔ｋ−１〕）により特定される４角形領域３２内に目標座標２０（Ｘｔ，Ｙｔ）が位置する場合、４角形領域３２の４つの頂点座標（Ｘ〔ｊ−１〕、Ｙ〔ｋ−１〕）、（Ｘ〔ｊ−１〕、Ｙ〔ｋ〕）、（Ｘ〔ｊ〕、Ｙ〔ｋ〕）、（Ｘ〔ｊ〕、Ｙ〔ｋ−１〕）と目標座標２０（Ｘｔ、Ｙｔ）とには以下の（式１）（式２）の関係が成り立つ。
Ｘ〔ｊ−１〕＜＝ Ｘｔ ＜ Ｘ〔ｊ〕 （式１）
Ｙ〔ｋ−１〕＜＝ Ｙｔ ＜ Ｙ〔ｋ〕 （式２）

傾斜算出部１２３は、目標座標２０（Ｘｔ、Ｙｔ）を包含する４角形領域３２（点線領域）を特定するために、処理装置を用いて、上記（式１）（式２）の関係式を満たす配列インデックスの組〔ｊ、ｋ〕を検索（取得）する。すなわち、傾斜算出部１２３は、目標座標２０が位置する４角形領域３２を特定する４つの頂点座標（Ｘ〔ｊ−１〕、Ｙ〔ｋ−１〕）、（Ｘ〔ｊ−１〕、Ｙ〔ｋ〕）、（Ｘ〔ｊ〕、Ｙ〔ｋ〕）、（Ｘ〔ｊ〕、Ｙ〔ｋ−１〕）を取得する。

さらに傾斜算出部１２３は、処理装置を用いて、検索（取得）した配列インデックスの組〔ｊ、ｋ〕より、目標座標２０を包含する４角形領域３２の各頂点の標高値Ｚ〔ｊ−１、ｋ−１〕、Ｚ〔ｊ、ｋ−１〕、Ｚ〔ｊ−１、ｋ〕、Ｚ〔ｊ、ｋ〕を取得する。これにより、傾斜算出部１２３は、目標座標２０を包含する４角形領域３２を特定する４つの各頂点の３次元位置座標情報（東方向位置１次元配列Ｘと北方向位置１次元配列Ｙと標高方向２次元配列Ｚとの３次元（Ｘ〔ｉ〕，Ｙ〔ｋ〕，Ｚ〔ｊ，ｋ〕）の情報）を、目標周辺ＤＥＭデータ２１（特定位置座標）として取得する。

ここでは、傾斜算出部１２３が目標座標２０を包含する領域として４角形領域３２（点線領域）を特定する処理について説明したが、図７に示すように目標座標２０を包含する領域として３角形領域３１（１点鎖線領域）を特定する３次元位置座標情報を取得してもよい。傾斜算出部１２３が３角形領域３１の頂点座標から３つの３次元位置座標領域を求める場合にも、上述した方法と同様の方法により取得することができる。

次に、図８を用いて、目標周辺ＤＥＭデータ２１から目標近傍領域の傾き（傾斜角２２）を計算する傾き計算方法について説明する。

傾斜算出部１２３は、処理装置により、目標座標２０を包含する４角形領域３２を特定する目標周辺ＤＥＭデータ２１を用いて傾斜角２２を計算する。まず、傾斜算出部１２３は、処理装置により、４角形領域３２の４つ頂点座標から４角形領域３２の各辺の傾斜ｄＸ１、ｄＸ２、ｄＹ１、ｄＹ２を算出する（（式３）〜（式６））。

ｄＸ１＝（Ｚ〔ｊ、ｋ−１〕−Ｚ〔ｊ−１、ｋ−１〕）／（Ｘ〔ｊ〕−Ｘ〔ｊ−１〕）（式３）
ｄＸ２＝（Ｚ〔ｊ、ｋ〕−Ｚ〔ｊ−１、ｋ〕）／（Ｘ〔ｊ〕−Ｘ〔ｊ−１〕）（式４）
ｄＹ１＝（Ｚ〔ｊ−１、ｋ〕−Ｚ〔ｊ−１、ｋ−１〕）／（Ｙ〔ｋ〕−Ｙ〔ｋ−１〕）（式５）
ｄＹ２＝（Ｚ〔ｊ、ｋ〕−Ｚ〔ｊ、ｋ−１〕）／（Ｙ〔ｋ〕−Ｙ〔ｋ−１〕）（式６）

傾斜算出部１２３は、処理装置により、４角形領域３２の各辺の傾斜ｄＸ１、ｄＸ２、ｄＹ１、ｄＹ２と、目標座標２０（Ｘｔ，Ｙｔ）における加重平均とによって、目標座標２０（目標近傍領域）におけるＸ方向傾斜ｄＸとＹ方向傾斜ｄＹを算出する（（式７）（式８））。

ｄＸ＝（ｄＸ２×（Ｙｔ―Ｙ〔ｋ−１〕）＋ｄＸ１×（Ｙ〔ｋ〕―Ｙｔ））／（Ｙ〔ｋ〕―Ｙ〔ｋ−１〕） （式７）
ｄＹ＝（ｄＹ２×（Ｘｔ―Ｘ〔ｊ−１〕）＋ｄＹ１×（Ｘ〔ｊ〕―Ｘｔ））／（Ｘ〔ｊ〕―Ｘ〔ｊ−１〕） （式８）

傾斜算出部１２３は、処理装置により、算出したＸ方向傾斜ｄＸとＹ方向傾斜ｄＹとの傾斜成分を用いて、目標座標２０（目標近傍領域）の傾斜角２２を計算する。傾斜算出部１２３は、処理装置により、得られたＸ方向傾斜ベクトル（１、０、ｄＸ）、Ｙ方向傾斜ベクトル（０、１、ｄＹ）の外積を計算し、Ｘ方向Ｙ方向傾斜ベクトルで張られる面の法線ベクトル（斜面法線ベクトル３４）を算出する。

傾斜算出部１２３は、処理装置により、斜面法線ベクトル３４と水平面とがなす角の余角を算出し傾斜角２２として出力する。具体的には、例えば、傾斜算出部１２３は、処理装置により、斜面法線ベクトル３４と水平面の法線ベクトルとの内積を計算し、斜面法線ベクトル３４と水平面の法線ベクトルとのなす角（すなわち、斜面法線ベクトル３４と水平面とがなす角の余角）を求める。傾斜算出部１２３は、処理装置により、求めた斜面法線ベクトル３４と水平面の法線ベクトルとのなす角（すなわち、斜面法線ベクトル３４と水平面とがなす角の余角）を傾斜角２２として出力する。

ここでは、傾斜算出部１２３が目標座標２０を包含する４角形領域３２を用いて、傾斜角２２を求める方法について説明した。傾斜算出部１２３は、目標座標２０を包含する３角形領域３１によって傾斜角２２を算出してもよい。

例えば、傾斜算出部１２３は、処理装置により、３角形領域３１の２辺を表すベクトルの外積を計算することによって３角形領域３１の面の法線ベクトルを求める。傾斜算出部１２３は、処理装置により、３角形領域３１の法線ベクトルと水平面とがなす角の余角を求め、３角形領域３１の法線ベクトルと水平面とがなす角の余角を傾斜角２２として算出する。したがって、傾斜算出部１２３の傾斜角算出方法においては、４角形領域３２を用いる方法の方が、３角形領域３１を用いる方法よりも算出される目標座標２０（目標近傍領域）の傾斜角２２の精度が高くなる。しかし、３角形領域３１を用いる方法の方が、姿勢計算装置１２０の処理速度は早くなると考えられる。

＜姿勢角計算処理：Ｓ１１３＞
姿勢角計算部１２４は、目標座標２０（目標近傍領域）の傾斜角２２を入力して、入力した傾斜角２２に基づいて、飛翔体４の姿勢が傾斜角２２の斜面８に対して直交する姿勢となる姿勢角２３を処理装置により計算する。例えば、図８に示すように、姿勢角計算部１２４は、傾斜角２２から求まる傾斜角２２の余角のＸ方向成分、Ｙ方向成分を飛翔体４の姿勢角２３として算出してもよい。姿勢角計算部１２４は、処理装置により計算した飛翔体４の姿勢角２３を出力する。

以上で、姿勢計算装置１２０の姿勢計算方法の各処理が終了する。

指令出力部１３は、処理装置により、姿勢計算装置１２０より姿勢角２３を入力し、入力した姿勢角２３に基づいて、飛翔体４の姿勢を制御するための姿勢角指令値２４を生成する。指令出力部１３は、生成した姿勢角指令値２４を飛翔体４の回転制御を行う制御装置１４へ出力する。

制御装置１４は、姿勢角指令値２４を入力し、入力した姿勢角指令値２４に基づいて、操舵装置１５を用いて、飛翔体４の姿勢を最適な姿勢に制御して地表面に着弾させる。

図９は、斜面８に直交する飛翔体４と地表面（斜面８）に展開する目標１（目標群）との関係を示す一例を示す図である。これにより、飛翔体４は、傾斜する地表面（斜面８）に到達（着弾）する直前には、斜面８に対し垂直方向から到達する姿勢となる姿勢角に制御され、斜面に対し直交して到達（着弾）する。

以上のように、本実施の形態に係る飛翔体誘導装置１００によれば、飛翔体４の着弾する目標近傍領域について、ＤＥＭデータベース１２２を用いて精度の高い地表面の傾斜（傾斜角２２）を算出することができる。そして、地表面に対して直交する飛翔体の姿勢角２３を精度の高い傾斜角２２に基づいて算出することができる。したがって、より高精度に弾着角５を垂直にすることができ、効果的に目標を広く断片飛散範囲６に納めることができ、その結果、弾頭の有効性が向上する。

また、本実施の形態の姿勢計算装置１２０において、目標座標取得部１２１、傾斜算出部１２３、姿勢角計算部１２４はそれぞれ独立した機能ブロックとして構成されているが、ひとつの機能ブロックとしてもよいし、どのような組み合わせで構成しても構わない。また、誘導装置１２は、姿勢計算装置１２０と指令出力部１３とにより構成されているが、姿勢計算装置１２０が指令出力部１３を備えても構わない。これらの機能ブロックは、他のどのような組み合わせで構成されても構わない。

１ 目標、２ 地表面（略水平面）、３ 弾頭、４ 飛翔体、５ 弾着角、６ 断片飛散範囲、７ 攻撃範囲からはずれた目標、８ 斜面、１０ シーカ、１１ 目標指令受信部、１２ 誘導装置、１３ 指令出力部、１４ 制御装置、１５ 操舵装置、２０ 目標座標、２１ 目標周辺ＤＥＭデータ、２２ 傾斜角、２３ 姿勢角、２４ 姿勢角指令値、３１ ３角形領域、３２ ４角形領域、３４ 斜面法線ベクトル、１２０ 姿勢計算装置、１２１ 目標座標取得部、１２２ ＤＥＭデータベース、１２３ 傾斜算出部、１２４ 姿勢角計算部、９１１ ＣＰＵ、９１２ バス、９１３ ＲＯＭ、９１４ ＲＡＭ、９１５ 通信ボード、９２０ 磁気ディスク装置、９２１ ＯＳ、９２３ プログラム群、９２４ ファイル群。

Claims (8)

1. 物体の目標に対する姿勢を計算する姿勢計算装置において、
   前記目標の少なくとも２次元の位置座標である目標座標を入力する目標座標入力部と、
   所定の領域内における複数の点の標高情報を含む３次元位置座標を記憶装置に記憶する位置標高情報記憶部と、
   前記位置標高情報記憶部により記憶された前記３次元位置座標の中から、前記目標座標入力部により入力された前記目標座標近傍の複数の３次元位置座標を特定位置座標として処理装置により取得する特定位置座標取得部と、
   前記特定位置座標取得部により取得された前記特定位置座標に基づいて、前記目標の周囲の領域の傾きを処理装置により算出する傾き算出部と、
   前記傾き算出部により算出された前記目標の周囲の領域の傾きに基づいて、前記物体の目標に対する姿勢を処理装置により計算する姿勢計算部と
   を備えることを特徴とする姿勢計算装置。
2. 前記姿勢計算部は、
   前記物体である飛翔体の前記目標に対する姿勢であって、前記飛翔体が前記目標に到達するときの特定の姿勢を計算する
   ことを特徴とする請求項１に記載の姿勢計算装置。
3. 前記姿勢計算部は、
   前記飛翔体が前記目標の周囲の領域に対して略垂直方向から到達するように、前記特定の姿勢を計算する
   ことを特徴とする請求項２に記載の姿勢計算装置。
4. 前記特定位置座標取得部は、
   前記３次元位置座標の中から、前記目標座標を含む領域を特定する少なくとも３つの３次元位置座標を前記特定位置座標として取得することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の姿勢計算装置。
5. 前記特定位置座標取得部は、
   ３つの３次元位置座標を頂点とする３角形の前記領域と、４つの３次元位置座標を頂点とする４角形の前記領域とのいずれかを特定する前記位置特定座標を取得することを特徴とする請求項４に記載の姿勢計算装置。
6. 飛翔体が特定の姿勢で目標に到達するように誘導する誘導装置であって、
   前記目標の少なくとも２次元の位置座標である目標座標を入力する目標座標入力部と、
   所定の領域内における複数の点の標高情報を含む３次元位置座標を記憶装置に記憶する位置標高情報記憶部と、
   前記位置標高情報記憶部により記憶された前記３次元位置座標の中から、前記目標座標入力部により入力された前記目標座標近傍の複数の３次元位置座標を特定位置座標として処理装置により取得する特定位置座標取得部と、
   前記特定位置座標取得部により取得された前記特定位置座標に基づいて、前記目標の周囲の領域の傾きを処理装置により算出する傾き算出部と、
   前記傾き算出部により算出された前記目標の周囲の領域の傾きに基づいて、前記飛翔体が前記目標の周囲の領域に対して略垂直方向から到達するように、前記特定の姿勢を処理装置により計算する姿勢計算部と、
   前記姿勢計算部により計算された前記特定の姿勢を出力する姿勢出力部と
   と備えることを特徴とする誘導装置。
7. 物体の目標に対する姿勢を計算する姿勢計算装置であって、所定の領域内における複数の点の標高情報を含む３次元位置座標を記憶する位置標高情報記憶部を備える姿勢計算装置の姿勢計算方法において、
   目標座標入力部が、前記目標の少なくとも２次元の位置座標である目標座標を入力する目標座標入力ステップと、
   特定位置座標取得部が、前記位置標高情報記憶部により記憶された前記３次元位置座標の中から、前記目標座標入力ステップにより入力された前記目標座標近傍の複数の３次元位置座標を特定位置座標として処理装置により取得する特定位置座標取得ステップと、
   傾き算出部が、前記特定位置座標取得ステップにより取得された前記特定位置座標に基づいて、前記目標の周囲の領域の傾きを処理装置により算出する傾き算出ステップと、
   姿勢計算部が、前記傾き算出ステップにより算出された前記目標の周囲の領域の傾きに基づいて、前記物体の目標に対する姿勢を処理装置により計算する姿勢計算ステップと
   を備えることを特徴とする姿勢計算装置の姿勢計算方法。
8. 物体の目標に対する姿勢を計算する姿勢計算装置であって、所定の領域内における複数の点の標高情報を含む３次元位置座標を記憶する位置標高情報記憶部を備えるコンピュータである姿勢計算装置に実行させる姿勢計算プログラムにおいて、
   前記目標の少なくとも２次元の位置座標である目標座標を入力する目標座標入力処理と、
   前記位置標高情報記憶部に記憶された前記３次元位置座標の中から、前記目標座標入力処理により入力された前記目標座標近傍の複数の３次元位置座標を特定位置座標として取得する特定位置座標取得処理と、
   前記特定位置座標取得処理により取得された前記特定位置座標に基づいて、前記目標の周囲の領域の傾きを処理装置により算出する傾き算出処理と、
   前記傾き算出処理により算出された前記目標の周囲の領域の傾きに基づいて、前記物体の目標に対する姿勢を処理装置により計算する姿勢計算処理と
   を上記コンピュータである姿勢計算装置に実行させることを特徴とする姿勢計算装置の姿勢計算プログラム。

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