JP2011190945A

JP2011190945A - 射撃管制装置

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Publication number: JP2011190945A
Application number: JP2010055533A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Furuki; 古木　　仁
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-03-12
Filing date: 2010-03-12
Publication date: 2011-09-29

Abstract

【課題】目標を追尾する追尾装置より目標の現在位置及び速度を受信し、目標の未来位置を予測し、射撃するための射撃装置の発射角を演算し、発射装置を制御する射撃管制装置において、防護点を含むより広範な領域へ侵入してくる目標に対しても、射撃装置の追従遅れによる射撃精度の劣化が起こらない管制装置を提供する。
【解決手段】射撃精度の劣化する要因を目標距離による射撃誤差と目標角速度による射撃誤差の２つとし、予測した目標軌道上の各点に対しそれぞれの射撃誤差を見積り、２つの射撃誤差から総合射撃誤差を推定し、予測した目標軌道上の命中精度が高い領域を推定し、表示器上に出力することで、オペレータが有効な射撃を行うことができるように支援する。
【選択図】図１

Description

本発明は、飛行目標を追尾し、追尾した飛行目標を射撃する射撃装置を制御するための射撃管制装置に関するものである。

従来、例えば砲の射撃管制装置として、飛行目標を追尾する追尾装置と、この追尾装置からの追尾信号を受けて飛行目標の現在位置及び速度を演算する目標諸元演算器と、この目標諸元演算器の出力を受けて飛行目標の未来位置及び未来位置に到るまでの時間を演算する未来位置演算器と、この未来位置演算器の出力を受けて未来位置に弾体を命中させるように、砲に与える発砲角を演算する発砲角演算器と、からなる射撃管制装置が示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６４−９０９９８号公報

従来の射撃管制装置は、図７に示すように砲が設置された場所（以下、防護点とよぶ）へ向かってくる目標を射撃することを主たる目的としていたため、発射方位角、仰角などの発砲角の変化は緩やかであり、発砲角演算器からの発砲角指令信号に対する射撃装置の追従遅れによる、射撃精度の劣化は問題とならなかった。このため、通常は目標までの距離が小さくなるほど命中精度は高くなると考えられていた。

一方、図８に示すように近年の射撃管制装置では、防護点のみならず、防護点を含むより広範な領域（以下、防護領域とよぶ）へ侵入してくる目標を高精度に射撃することが必要とされる。このような場合、防護点の側方を通過する目標（以下、側方通過目標と呼ぶ）への対応が必要となり、射撃装置の追従遅れによる射撃精度の劣化が問題となる。

特許文献１に示す従来の射撃管制装置では、目標の運動予測誤差による射撃精度の劣化具合を表示する処理が行われていた。しかし、追尾誤差に起因した目標距離が遠いほど大きくなる誤差要因による射撃誤差（目標距離による射撃誤差）と、図８に示すように目標が最接近点に近づき目標の角速度が増大するほど大きくなる誤差要因による射撃誤差（目標角速度による射撃誤差）との、２つの射撃誤差は明示的に表示されていなかった。このため、射撃装置の発砲タイミングはオペレータの目標距離に係わる判断のみに委ねられ、無駄撃ちや撃ち漏らしが発生するという問題があった。

本発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、目標距離による射撃誤差と目標角速度による射撃誤差を評価し、表示器を通じてオペレータに評価情報の提供を行うことによって、無駄撃ちや撃ち漏らしを低減させることを目的とする。

この発明による射撃管制装置は、目標の現在位置及び速度が入力され、当該入力情報に基いて目標に会合させるように射撃装置から射出される射出体の発射角を算出する射撃計算部と、上記入力情報に基いて上記目標の未来軌道を予測し、予測した未来軌道上の目標までの距離と目標の角速度に基いて、当該目標軌道上で上記射撃装置の射撃誤差が閾値以下となる有効射撃範囲を推定し、推定した有効射撃範囲を表示器に出力する交戦性計算部とを備えたものである。

この発明によれば、目標軌道上で射撃誤差が閾値以下となる有効射撃範囲を推定し、推定した有効射撃範囲を射撃管制装置のオペレータに提供することができるので、射撃装置の無駄撃ちや撃ち漏らしを低減することができる。

本発明に係る実施の形態１による射撃管制装置の構成を示す図である。目標運動と方位角の関係を示す図である。目標距離と射撃誤差の関係を示す図である。本発明に係る実施の形態１による表示器の表示例を示す図である。本発明に係る実施の形態２による射撃管制装置の構成を示す図である。本発明に係る実施の形態２による表示器の表示例を示す図である。従来の防護点に対する射撃対象目標の位置関係を説明する図である。防護領域と側方通過目標の位置関係を説明する図である。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１による射撃管制装置１００の構成を示す図である。図において、射撃管制装置１００は、射撃計算部１１０と、交戦性計算部１２０から構成されており、外部機器である追尾装置１０２と、射撃装置１０３と、表示器１０４に接続されている。外部機器であるレーダ１０１は、目標の探知及び捕捉を行い、捕捉した目標の存在する方向、目標までの距離、及び目標の速度を計測する。追尾装置１０２は、レーダ１０１により捕捉した目標を継続して追尾することで、追尾している目標の現在位置及び速度の計測を行い、計測した目標の現在位置及び速度を射撃管制装置１００に送信する。射撃管制装置１００の射撃計算部１１０は、複数の計算機により構成されており、追尾装置１０２から目標の現在位置及び速度を受信し、目標に命中させるべく時々刻々と射撃装置１０３から射出される射出体の発射角を算出することで、射出体の発射角制御を行う。射撃制御器１１３は、射撃装置１０３による射出体の射出制御を行う。射撃装置１０３は、砲やランチャ（発射装置）などによって構成され、砲弾のような射出体を射出する。また、射撃管制装置１００の交戦性計算部１２０は、目標の未来軌道を予測して、有効な射撃が実施できる時機を推定し、推定結果を表示器１０４に出力することで、有効射撃情報の表示を行うことができる。

射撃計算部１１０は、命中位置計算器１１１と、発射角計算器１１２と、射撃制御器１１３と、射撃装置１０３と、射表データ１３０が格納されたデータベースから構成される。命中位置計算器１１１は、目標の未来位置と、射出体が射出されてから目標の未来位置に到着するまでの予測時間を算出する。発射角計算器１１２は、目標の未来位置に射出体を命中させるための射出体の発射角を算出する。射撃制御器１１３は、射撃装置１０３の射出方向を、発射角計算器１１２により計算された発射角の方向に指向させる指向制御を行う。射表データ１３０は、命中位置計算器１１１、発射角計算器１１２、及び射撃制御器１１３がそれぞれ参照する参照用データによって構成される。射表データ１３０の参照用データは、例えば目標位置、火薬量、射出体の大きさ、風速や気圧や温度を含む気象条件、及び飛行時間と、発射角との対応関係を示すデータテーブルから構成される。

射撃計算部１１０の各構成の動作について更に説明する。
命中位置計算器１１１は、外部機器である追尾装置１０２から目標の現在位置、速度を受信し、受信データに基いて目標の未来位置と目標の未来位置に到着するまでの予測時間を予測する。命中位置計算器１１１は、予測した目標の未来位置を用いて射表データ１３０を索引し、目標未来位置までの射出体の飛行時間を得る。命中位置計算器１１１は、予測時間と、射表データ１３０から得られた射出体の飛行時間を比較し、一致しない場合は予測時刻をずらし、収束計算を行う。命中位置計算器１１１は、この収束計算により、目標と射出体の会合位置、及び現在時刻で発射した場合に射出体が会合位置に到着するまでの到着時間を算出する。

発射角計算器１１２は、命中位置計算器１１１から目標と発射体の会合位置の情報を受信し、会合位置を用いて射表データ１３０を索引し、射撃装置１０３の発射角を算出する。射撃制御器１１３は、発射角計算器１１２から発射角を受信し、発射角方向に射撃装置１０３の射出方向を指向させるための制御信号である発射角指令信号を、射撃装置１０３に送信する。

交戦性計算部１２０は、目標距離による射撃誤差評価器１２１と、目標角速度による射撃誤差評価器１２２と、射撃誤差推定器１２３と、有効射撃範囲決定器１２４と、参照用データである射表データ１３０の格納されたデータベースにより構成される。

ここで、命中精度を左右する誤差には、目標距離による射撃誤差と目標角速度による射撃誤差の２つがあり、目標距離による射撃誤差評価器１２１は目標距離に基いて射撃誤差を評価し、目標角速度による射撃誤差評価器１２２は目標角速度に基いて射撃誤差を評価する。射表データ１３０は、例えば目標位置、目標距離に対応した後述する分散による射撃誤差が格納されたデータテーブルから構成される。

目標距離による射撃誤差評価器１２１は、追尾装置１０２から目標の現在位置、速度を受信し、目標の未来軌道を予測して、目標未来軌道上の複数の点に対して射表データ１３０を用いて目標距離に応じた射撃誤差を推定し、推定した目標距離による射撃誤差を射撃誤差推定器１２３に送信する。

目標角速度による射撃誤差評価器１２２は、追尾装置１０２から目標の現在位置、速度を受信し、目標の未来軌道を予測して、目標未来軌道上の複数の点に対して内部に保持する砲性能や参考値を用いて目標角速度に応じた射撃誤差を推定し、推定した目標角速度による射撃誤差を射撃誤差推定器１２３に送信する。

射撃誤差推定器１２３は、目標距離による射撃誤差評価器１２１から目標距離による射撃誤差を、目標角速度による射撃誤差評価器１２２から目標角速度による射撃誤差を受信し、２つの誤差に対し重み付け加算を行うことで総合射撃誤差を推定し、推定した総合射撃誤差を有効射撃範囲決定器１２４に送信する。

有効射撃範囲決定器１２４は、射撃誤差推定器１２３から総合射撃誤差を受信し、総合射撃誤差が最も小さい位置（以下、最適射撃点とよぶ）、上記最適射撃点に目標が到達する時刻、及び上記最適射撃点に射出体（例えば砲弾）を到着させるべく発射を行うまでの残時間を算出し、算出結果を表示器１０４に送信する。

また、総合射撃誤差がしきい値以下となる領域（以下、有効射撃範囲とよぶ）、時間帯、目標が上記有効射撃範囲に進入する位置へ射出体（例えば砲弾）を到着させるべく発射を行うまでの残時間、及び目標が上記有効射撃範囲から脱出する位置へ射出体を到着させるべく発射を行うまでの残時間をそれぞれ算出し、算出結果を表示器１０４に送信する。

上記目標距離による射撃誤差の要因としては、レーダ１０１の特性に起因するものと射出体の運動特性に起因するものとがある。
レーダ１０１の特性に起因する射撃誤差は、目標距離が大きいほど目標の反射信号が微弱となりＳ／Ｎ低下を招いて観測精度が劣化すること、及び、レーダは目標角度を検出するため距離が大きいほど角度の観測誤差が目標位置の誤差に大きな影響を与えること、によって決定される。
射出体の運動特性に起因する射撃誤差は、発射時の力学的外乱による発射角のばらつきや射出体の個体差（以下、射出体の分散とよぶ）によるもの、及び、発射後の風速や気圧変化による着弾点のずれによるもの、により決定される。

ここで、レーダの特性に起因する射撃誤差は、レーダの送信電力や角度検出能力等の設計諸元により推定することができる。

また、射出体の運動特性に起因する射撃誤差のうち、射出体の分散に起因する射撃誤差は、射表データ１３０に記載されている射出体の分散表を使用して算出することができる。発射後の影響による射撃誤差は、空気力学的解析結果や種々の気象条件下での試射の結果から平均誤差を見積り、この平均誤差をもとに推定することができる。

図２は、目標運動と方位角の関係を示す図である。
目標角速度は、図２に示す防護点を原点、横軸にｘ、縦軸にｙをとり、ｙ軸と目標がなす角度を方位角Ｂｙとした場合の、方位角Ｂｙの時間微分である。
目標距離をＲ、目標速度をｖ、防護点と目標を結んだ直線と垂直な方向への目標速度ｖの射影成分をｖ_⊥とすると、目標角速度は、次式（１）に示すようになる。

上記目標角速度を示す式（１）から、目標角速度はｖ_⊥が大きくなるほど増大する。ここで、ｖ_⊥＝ｖｓｉｎ（Ｂｙ）によって求められる。

また、上記目標角速度を示す式（１）から、目標角速度は目標距離Ｒが小さくなるほど増大する。このため、防護点と目標の距離が最小となる最近接点において、目標角速度が最大となる。

目標角速度による射撃誤差の要因としては、射撃装置１０３（例えば砲）の射出口（例えば砲身）が発射角指令信号による制御目標発射角に対して追従遅れを生じることと、射撃装置１０３の射出口の旋回によって、射出体（例えば砲弾）に回転方向の速度成分が加わることによる発射速度ベクトルの変動による影響との、２つがある。射撃装置１０３の射出口の追従遅れは、射撃装置１０３の駆動制御部を構成するサーボ系の設計性能により決まる。また、発射速度ベクトルの変動は、速度成分の合成計算により求めた参考値をもとに推定する。

図３は、図２で示した運動する目標の距離を横軸にとり、縦軸にその時の射撃誤差をとった場合の、目標距離による射撃誤差、目標角速度による射撃誤差及び総合射撃誤差の関係を表したグラフである。

図３において、総合射撃誤差が最小となる点に相当する目標軌道上の位置が最適射撃点、総合射撃誤差がしきい値以下となる範囲に相当する目標軌道上の範囲が有効射撃範囲と定義する。また、目標角速度の曲線は、横軸である運動する目標の距離と右の縦軸である目標の角速度の関係を表している。図に示すように、総合射撃誤差は、推定した目標距離による射撃誤差と目標角速度による射撃誤差とを、目標距離毎に重み付け加算を取ることによって求められる。また、有効射撃範囲内となる時間帯は、目標が有効射撃範囲から脱出する位置へ射出体を到着させるべく発射を行う時間と、目標が有効射撃範囲に進入する位置へ射出体を到着させるべく発射を行う時間との時間差によって求められる。

表示器１０４は、射撃管制装置１００から目標位置、目標速度、最適射撃位置、上記最適射撃位置に目標が到達する時刻、及び上記最適射撃位置に射出体を到着させるべく発射を行うまでの残時間、上記有効射撃範囲、有効射撃範囲内となる時間帯、目標が上記有効射撃範囲に進入する位置へ射出体を到着させるべく発射を行うまでの残時間、及び目標が上記有効射撃範囲から脱出する位置へ射出体を到着させるべく発射を行うまでの残時間等の算出結果を受信し、受信した算出結果情報を表示する。

図４は、実施の形態１による表示器１０４の表示例を示す図である。目標軌道上に最適射撃位置を星印で示し、有効射撃範囲を両矢印で示している。オペレータは、表示器１０４の表示内容を見ることにより、各目標の有効射撃範囲と最適射撃位置を常に監視することができ、それにより射撃の適切な時機を判断することができる効果が得られる。本効果は、特に側方通過目標に対する無駄撃ちや撃ち漏らしの低減につながる。また、有効射撃範囲の前端に当たる有効射撃開始時間を予測することもできるので、防護点毎に目標に対する綿密な射撃タイミングのスケジューリングが可能となるため、より多くの目標に対し効果的な射撃を実施することが可能となる。

以上説明したとおり、実施の形態１による射撃管制装置は、目標の現在位置及び速度が入力され、当該入力情報に基いて目標に会合させるように射撃装置から射出される射出体の発射角を算出する射撃計算部１１０と、上記入力情報に基いて上記目標の未来軌道を予測し、予測した未来軌道上の目標までの距離と目標の角速度に基いて、当該目標軌道上で上記射撃装置の射撃誤差が閾値以下となる有効射撃範囲を推定し、推定した有効射撃範囲を表示器に出力する交戦性計算部１２０を備えたことを特徴とする。
なお、射撃計算部１１０及び交戦性計算部１２０は、目標距離に対応する発射角のデータと、目標距離及び目標角速度に対応する射撃誤差のデータを含む射撃装置に固有の射出表データ１３０がデータベース（記憶装置）に格納され、射撃計算部１１０は射出表データに基いて射出体の発射角を算出し、交戦性計算部は射出データに基いて射撃誤差を算出する。

また、射撃計算部１１０は、目標の現在位置及び速度の入力情報に基いて、目標の未来位置及び射出体が目標の未来位置に到着するまでの時間を時々刻々算出する命中位置計算器１１１と、上記目標の未来位置に会合させるための発射角を算出する発射角計算器１１２と、上記発射角に射撃装置を指向させる射撃制御器１１３とを備え、上記交戦性計算部１２０は、上記目標の現在位置及び速度の入力情報に基いて目標軌道を予測し、軌道上の複数の点に対して射出体の運動特性に起因する目標距離による射撃誤差を推定する第１の射撃誤差評価器（１２１）と、上記目標の現在位置及び速度の入力情報に基いて目標軌道を予測し、軌道上の複数の点に対し目標角速度による射撃装置の追従遅れによる射撃誤差を推定する第２の射撃誤差評価器（１２２）と、上記第１、第２の射撃評価器による射撃誤差の重み付け加算結果により、目標軌道上の各点に対し総合射撃誤差を推定する射撃誤差推定器１２３と、上記総合射撃誤差に基いて、目標軌道上で射撃誤差が閾値以下となる有効射撃範囲を算出し、算出した有効射撃範囲を表示器に出力する有効射撃範囲決定器１２４を備えたことを特徴とする。

このように構成されることで、目標軌道上で射撃誤差が閾値以下となる有効射撃範囲を推定し、推定した有効射撃範囲を射撃管制装置のオペレータに提供することができるので、射撃装置の無駄撃ちや撃ち漏らしを低減することができる。

実施の形態２．
図５は本発明に係る実施の形態２による射撃管制装置の構成を示す図である。本射撃管制装置は、実施の形態１による射撃管制装置１００に目標割当部１４０を付加するとともに、外部装置に通信装置１０５を付加したことを特徴とする。射撃管制装置１００は防護点毎に設けられ、各射撃管制装置１００は所轄の通信装置１０５にそれぞれ接続されている。また、外部装置であるレーダ１０１、追尾装置１０２は、射撃管制装置１００毎に設けられてもいいが、複数の射撃管制装置１００で共通のレーダ１０１及び追尾装置１０２に接続されていても良い。

目標割当部１４０は、射撃管制装置１００から、目標毎に算出された目標位置、目標速度、最適射撃位置、有効射撃範囲等の算出結果を受信し、受信した算出結果を通信装置１０５に送信する。

また、目標割当部１４０は、通信装置１０５から、他防護点の射撃管制装置１０７が目標毎に算出した目標位置、目標速度、最適射撃位置、有効射撃範囲等の算出結果を受信する。

目標割当部１４０は、通信装置１０５から得た他防護点の射撃管制装置１０７の算出結果を元に、上記最適射撃位置での目標及び防護点毎の総合射撃誤差または目標及び防護点毎の上記有効射撃範囲内となる時間帯の長さをコスト関数としてコストを求め、最適割当問題を解くことにより、複数の防護点にある各射撃装置１０３がいずれの目標を射撃することが最適となるのかを決める最適割当を決定する。

上記最適割当問題を解く方法の一例として、目標割当部１４０は、最適射撃位置での総合射撃誤差をコスト関数とする場合、全ての射撃装置１０３が対峙する全ての目標の総当り組合せについて上記コストを組み合わせ毎に算出し、全てのコストの和（全目標の総合射撃誤差の和）が最小となる組合せを選択する最適割当アルゴリズム（最適割当処理プログラム）を搭載している。

表示器１０４は、実施の形態１による表示内容に加え、他防護点の通信装置１０６に接続している射撃装置１０３の割当目標を表示する。この際、他防護点の割当目標を表示器１０４に表示するにあたり、自防護点の割当目標との混乱を防止するため、射撃装置１０３と割当目標との組合せ毎に、点線や強調線等の対応付けされて関連があることを明示する表示処理を行う。また、自防護点の割当目標のみ太線強調する、または割当目標に防護点ごとに採番した番号を付記するなどの表示処理を行うことにより、視認性を向上させると良い。

図６は、本発明に係る実施の形態２による表示器１０４の表示例を示す図である。図６の例では、表示器１０４は、他防護点にある射撃装置１０３が目標Ａに対して割当されていること表示している。防護点と割当された目標との関連線（点線）は、前記視認性向上のために各防護点と目標との関連を示す線である。

実施の形態２による射撃管制装置は、実施の形態１の効果に加え、通信装置１０５による通信網上にある全ての射撃管制装置について、射撃装置１０３のスケジューリング結果を共有することで、射撃装置１０３と割当目標との組み合わせ毎に総合射撃誤差を求め、総合射撃誤差が最小となるように最適割当処理を行うことで、防御領域全体での同一目標への射撃の重複を含む無駄撃ちや、目標の撃ち漏らしを低減する効果がある。

また、上記スケジューリングの共有により、防御領域における目標対処数を最大とする効果がある。

なお、上述では、射撃装置として砲を使用する場合を例に説明したが、本実施の形態１、２は、砲以外に、銃、誘導飛しょう体、高出力レーザービーム等を射撃装置として使用する場合にも適用することができる。

１００射撃管制装置、１０１レーダ、１０２追尾装置、１０３射撃装置、１０４表示器、１０５通信装置、１０６通信装置（他防護点）、１０７射撃管制装置（他防護点）、１１０射撃計算部、１１１命中位置計算器、１１２発射角計算器、１１３射撃制御器、１２０交戦性計算部、１２１目標距離による射撃誤差評価器（第１の射撃誤差評価器）、１２２目標角速度による射撃誤差評価器（第２の射撃誤差評価器）、１２３射撃誤差推定器、１２４有効射撃範囲決定器、１３０射表データ、１４０目標割当部。

Claims

目標の現在位置及び速度が入力され、当該入力情報に基いて目標に会合させるように射撃装置から射出される射出体の発射角を算出する射撃計算部と、
上記入力情報に基いて上記目標の未来軌道を予測し、予測した未来軌道上の目標までの距離と目標の角速度に基いて、当該目標軌道上で上記射撃装置の射撃誤差が閾値以下となる有効射撃範囲を推定し、推定した有効射撃範囲を表示器に出力する交戦性計算部と、
を備えた射撃管制装置。
上記射撃計算部及び交戦性計算部は、目標距離に対応する発射角のデータと、目標距離及び目標角速度に対応する射撃誤差のデータを含む射撃装置に固有の射出データが格納され、
射撃計算部は射出データに基いて射出体の発射角を算出し、
交戦性計算部は射出データに基いて射撃誤差を算出することを特徴とした請求項１記載の射撃管制装置。
上記射撃計算部は、
目標の現在位置及び速度の入力情報に基いて、目標の未来位置及び射出体が目標の未来位置に到着するまでの時間を時々刻々算出する命中位置計算器と、
上記目標の未来位置に会合させるための発射角を算出する発射角計算器と、
上記発射角に射撃装置を指向させる射撃制御器と、
を備え、
上記交戦性計算部は、
上記目標の現在位置及び速度の入力情報に基いて目標軌道を予測し、軌道上の複数の点に対して射出体の運動特性に起因する目標距離による射撃誤差を推定する第１の射撃誤差評価器と、
上記目標の現在位置及び速度の入力情報に基いて目標軌道を予測し、軌道上の複数の点に対し目標角速度による射撃装置の追従遅れによる射撃誤差を推定する第２の射撃誤差評価器と、
上記第１、第２の射撃評価器による射撃誤差の重み付け加算結果により、目標軌道上の各点に対し総合射撃誤差を推定する射撃誤差推定器と、
上記総合射撃誤差に基いて、目標軌道上で射撃誤差が閾値以下となる有効射撃範囲を算出し、算出した有効射撃範囲を表示器に出力する有効射撃範囲決定器と、
を備えたことを特徴とした請求項１または請求項２に記載の射撃管制装置。
通信装置を介して、上記有効射撃範囲決定器の算出結果を他射撃管制装置と共有し、任意の射撃装置と目標の組合せの中から、全ての組み合わせの射撃誤差の和が最小となる最適な組合せを選択し、選択結果を表示器に出力する目標割当器を備えたことを特徴とした請求項３記載の射撃管制装置。