JP2013029223A - 超小型誘導飛しょう体、超小型誘導飛しょう体の誘導システム - Google Patents

Abstract

【課題】射撃の弾のような小型の飛しょう体では、操舵機構や操舵翼等を搭載することが物理的に難しい。このため小型の飛しょう体を目標に向けて精度良く誘導することが困難であった。
【解決手段】ロールスピンしながら飛しょうする飛しょう体内部に簡単な重心移動手段を備える。重心位置を前後に移動することで、飛しょう体のトリム状態を変化させ、旋回加速度を発生させる機能を付加する。更に、一次元の走査のみを行う小型光学センサなどの検出用センサを機体内部に備え、外部から目標に照射したレーザー光の反射波を検知することで目標を補足する。捕捉した目標情報に基づき、コリオリ効果等の補償を行った上で、飛しょう体を目標に向けて誘導するために必要な加速度を発生させるための重心移動指令計算を行い、重心移動により飛しょう体を制御することで目標へ誘導し命中させる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、胴径が数ｍｍ〜数十ｍｍ程度の超小型誘導飛しょう体に関するものである。より詳しくは、射撃の弾のように極めて小型で通常の飛しょう体が搭載するような操舵翼等を備えることが難しい超小型誘導飛しょう体に関するものである。

従来、飛しょう体の姿勢に関し、スピン安定性を利用することで飛しょう体の姿勢を安定化する手法が提案されてきた（例えば、特許文献１参照）。

特表２００１−５１６００８号公報

一般的な飛しょう体では、目標情報を二次元測角手段(シーカ)により検知し、この信号と慣性センサの出力信号を用いて誘導制御計算を行い、飛しょう体を目標に会合させるよう経路を修正するための操舵指令を計算する。そして、この操舵指令に基づき操舵アクチュエータを駆動して、空力舵面を回転させることにより機体を制御する。
しかしながら、胴径が数ｍｍ〜数十ｍｍ程度の超小型誘導飛しょう体においては、通常の飛しょう体に搭載されるような操舵機構、操舵翼、センサを搭載することが物理的に困難である。

このような小型の飛しょう体の場合、目標に狙いを定めた後、無制御で飛しょうさせることが一般的ではあるが、目標が遠方の場合は、風の影響や重力による高度低下を予測して射撃を行う必要があり、小型の飛しょう体を目標へ的中させることが難しいという課題があった。
目標に命中させる射撃の技術を習得した人材の育成には一般に費用と時間が必要である。射撃の技術を習得した場合でも、例えば目標が遠方にある場合などは、命中精度が低下し、大量の弾を準備しておく必要がある。そのため、射撃の確度と経済性の両面に課題があった。

この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、胴径が数ｍｍ〜数十ｍｍ程度の超小型誘導飛しょう体であっても、飛しょうする軌道を制御可能な超小型誘導飛しょう体を提供することを目標とする。

この発明に係る超小型誘導飛しょう体は、ロールスピンしながら目標に向けて飛しょうする超小型誘導飛しょう体であって、前記超小型誘導飛しょう体の重心位置を変化させる重心変化手段と、前記目標への角度情報と前記ロールスピンの回転速度を計算する計算部とを備え、前記計算部は、前記目標への角度情報と前記回転速度に基き、前記重心位置の変化量を算出して前記重心変化手段に出力し、前記重心変化手段は前記変化量に基づき前記重心位置を変化させることにより、目標に向かう。

この発明に係る超小型誘導飛しょう体によれば、胴径が２０ｍｍ程度の極めて小型の飛しょう体であっても、遠方の目標に向けて精度よく命中させることが可能となる。

この発明の実施の形態１に係る超小型誘導飛しょう体とその誘導システムの機器構成例である。 この発明の実施の形態２に係る超小型誘導飛しょう体とその誘導システムの機器構成例である。 この発明の実施の形態１、２に係る超小型誘導飛しょう体が旋回する原理を説明する図である。

実施の形態１．
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態について説明する。
なお、本発明における超小型誘導飛しょう体１０は通常の射撃の弾のように、ロール軸周りにスピンしながら発射されるものとする。

図３は、この発明に係る超小型誘導飛しょう体１０を意図した方向に旋回させることができる原理を説明する図である。
図３（ａ）は、超小型誘導飛しょう体１０の重心位置を基準位置１３から前方に移動させて重心１４で示す位置としたときの状態を示した図である。図３（ｂ）は、超小型誘導飛しょう体１０の重心位置を基準位置１３から後方に移動させて重心１４で示す位置としたときの状態を示した図である。

図３（ａ）において、重心位置が前方の重心１４の位置にある超小型誘導飛しょう体１０は速度１１で矢印方向に飛しょうする。図３（ａ）に示すように、速度１１を持つ飛しょう体の機体重心１４をある基準位置１３に対して前方に移動させると、スピン安定及び空力的復元力により迎角１２が小さくなり、飛しょう体１０は真っ直ぐ飛しょうする。

一方、図３（ｂ）に示すように、重心１４を基準位置１３に対して後方に移動させると、空力的復元力が低下して迎角１２が大きくなって揚力が発生し、これにより飛しょう体１０は旋回加速度１５を生じ旋回する。
このようにコリオリ効果等の補償を行った上で、重心移動を適切なタイミングで行うことにより、簡便な手段で機体を旋回させることが可能となる。

次に、実施の形態１に係る飛しょう体１０を目標８０に向けて飛しょうさせる方法を説明する。

図１（ａ）は、実施の形態１に係る超小型誘導飛しょう体１０とその誘導システムの機器構成の一例を示した図である。図１（ｂ）は、実施の形態１に係る超小型誘導飛しょう体１０を前方から見た図である。

図１において、超小型誘導飛しょう体１０は、誘導制御計算機２０と、重心変化手段３０と、検出用センサ（測角センサ）４０を備える。飛しょう体１０の表層に設けられた検出センサ４０の正面部分には、スリット５０を備える。
レーザー源６０はレーザー光７０を出射する。

超小型誘導飛しょう体１０を目標８０に向けて発射する際、レーザー源６０を動作させ、目標８０に向けてレーザー光７０を照射する。
次に、レーザー光７０で照射された照射ポイントを狙って超小型誘導飛しょう体１０を発射する。

飛しょう体１０の表層に設けられた検出センサ４０は、正面部分に設けられたスリット５０を通して、目標８０で反射されたレーザー光７０の反射光を検知する。
検出センサ４０は検知した検知信号を誘導制御計算機２０に出力する。

超小型誘導飛しょう体１０を発射した後も、レーザー源６０は目標８０に向けてレーザー光７０を照射し続ける。
超小型誘導飛しょう体１０は、目標８０に向けて発射された後も目標８０で反射されたレーザ源の反射光をスリット５０を通して検出用センサ４０で検知し、検知された検知信号を誘導制御計算機２０に出力する。

超小型誘導飛しょう体１０は先に記載したようにロールスピンしながら飛しょうする。誘導制御計算機２０は、目標から反射したレーザー光７０を２回以上検出することで、超小型誘導飛しょう体１０の回転速度を算出する。また、誘導制御計算機２０は、目標から反射したレーザー光の検出タイミングにより、目標に対する角度情報を算出する。

誘導制御計算機２０は、コリオリ効果や飛しょう体１０の回転速度を考慮した旋回指令と出力遅延時間を計算し、適切なタイミングで重心変化手段３０に重心変化指令を出力する。
重心変化手段３０は、重心変化指令に基き重心位置を変化させる。超小型誘導飛しょう体１０は、図３で説明した原理により、飛しょう体１０は旋回指令に応じた旋回を行う。

このように、レーザー源６０が目標８０に向けてレーザー光７０を照射し続けることで、超小型誘導飛しょう体１０の検出用センサ４０はスリット５０を通して目標８０での反射光を受光する。誘導制御計算機２０は反射光を受光することで超小型誘導飛しょう体１０の回転速度を算出し、この回転速度と目標に対する角度情報を用いて適切なタイミングで重心変化手段３０に重心変化指令を出力することで、目標８０の方向に向けて超小型誘導飛しょう体１０を目標方向に旋回させることができる。このようにして、誘導制御計算機２０は超小型誘導飛しょう体１０の旋回方向を制御することで、超小型誘導飛しょう体１０を目標８０に向けて誘導し、命中させることができる。

ここで、重心変化手段３０としては、様々な方法が考えられるが、例えば、電磁力で駆動可能な物体を内包した筒状の物体を飛しょう体１０内の機軸方向に配し、この電磁力で駆動可能な物体を電磁力で短時間に駆動することで、重心１４を前後に変化させることが可能である。

なお、誘導制御計算機２０、重心変化手段３０および検出用センサ４０に電源を供給する電源供給手段としては、小型の１次電池を使用することができる。１次電池のほかにも、例えば、電源用に小型のキャパシタを配し、発射時に発射装置側から瞬時に充電することで、飛しょう中の電源を賄う方法も考えられる。

また、重心変化のために移動させる質量物体として、誘導制御計算機２０や検出用センサ４０の電源となる電池や、誘導制御計算機２０を用いることも考えられる。これにより、重量増加を抑えた軽量の飛しょう体を得ることができる。

以上のように、実施の形態１に係る超小型誘導飛しょう体１０は、誘導制御計算機２０と、重心変化手段３０と、検出用センサ４０を備え、検出用センサ４０の正面部分にはスリット５０を設けるようにした。
飛しょうする目標物である目標８０に向けては、予めレーザ光源６０によりレーザ光７０を照射する。
超小型誘導飛しょう体１０は、目標８０に照射されたレーザ光７０の照射ポイントに向けて発射される。
超小型誘導飛しょう体１０を発射した後も、レーザー光７０を目標８０に照射し続けることで、超小型誘導飛しょう体１０は、目標８０で反射されたレーザ源の反射光をスリット５０を通して検出用センサ４０で検知し、検知信号が誘導制御計算機２０に入力される。
飛しょう体１０は先に記載したようにロールスピンしており、目標から反射したレーザー光７０を２回以上検出すると、誘導制御計算機２０内で飛しょう体１０の回転速度が推定される。
誘導制御計算機２０は、コリオリ効果や飛しょう体１０の回転速度を考慮した旋回指令と出力遅延時間を計算し、適切なタイミングで重心変化手段３０に重心変化指令を出力する。
誘導制御計算機２０は、飛しょう体１０の回転速度を考慮した旋回指令と出力遅延時間を計算し、適切なタイミングで重心変化手段３０に重心変化指令を出力する。

これにより、例えば胴径が２０ｍｍ程度の極めて小型の飛しょう体を、重心移動ができて、遠方の目標に向けて高精度に誘導することが可能となる。

実施の形態２．
実施の形態１では目標８０が静止物であることを想定していたが、実施の形態２では、目標が移動体である場合について説明する。
以下、図を用いて、実施の形態２に係る超小型誘導飛しょう体及びその誘導システムについて説明する。

図２は、実施の形態２に係る超小型誘導飛しょう体の誘導システムの構成例を示した図である。
実施の形態２に係る超小型誘導飛しょう体については、実施の形態１に係る超小型誘導飛しょう体と同じ構成である。ここで、実施の形態１ではレーザー源６０を手動操作等により目標方向に位置合わせをしてレーザー光７０を照射していたが、実施の形態２では、このレーザー光７０の照射方向を移動体である目標８１に向けて自動追尾するようにする。

自動追尾を行うため、例えば、可視カメラまたは赤外線カメラ等を備えた追尾装置９０を、レーザー源６０に追加する。
追尾装置９０を動作することで、飛しょう体１０を発射する際にロックオンした目標８１が移動していた場合も、追尾装置の指令により常に照射するレーザー７０が移動目標８１を捕らえることができる。
このようにして目標８１が移動する場合であっても、飛しょう体１０は常にレーザーの反射光を検知できるため、上記の実施の形態１と同様に飛しょう体１０を移動目標８１に向けて誘導することが可能となり、命中精度を向上させることができる。

１０ 超小型誘導飛しょう体、１１ 主流線方向、１２ 迎角、１３ 基準位置、１４ 重心、１５ 旋回加速度、１６ 回転運動、２０ 誘導制御計算機、３０ 重心変化手段、４０ 検出用センサ、５０ スリット、６０ レーザー源、７０ レーザー光、８０ 目標、８１ 移動目標、９０ 追尾装置。

Claims (5)

1. ロールスピンしながら目標に向けて飛しょうする超小型誘導飛しょう体であって、
   前記超小型誘導飛しょう体の重心位置を変化させる重心変化手段と、
   前記目標への角度情報と前記ロールスピンの回転速度を計算する計算部とを備え、
   前記計算部は、前記角度情報と前記回転速度に基き、前記重心位置の変化量を算出して前記重心変化手段に出力し、
   前記重心変化手段は前記変化量に基づき前記重心位置を変化させることを特徴とする超小型誘導飛しょう体。
2. 前記目標で反射された反射光を前記超小型誘導飛しょう体の機体表面に設けられたスリットを通して検知する検出センサを備え、
   前記計算部は、前記スリットを通して前記反射光を検知する検知タイミングに基づき前記角度情報を算出し、また、前記反射光を繰り返し検知する時間間隔に基き前記回転速度を計算することを特徴とする請求項１記載の超小型誘導飛しょう体。
3. 前記重心変化手段は、前記超小型誘導飛しょう体の機軸方向に配された筒と、前記筒の中を電磁力により移動可能な物体と、前記電磁力を発生させる電磁力発生手段とからなることを特徴とする請求項１、２いずれか記載の超小型誘導飛しょう体。
4. 目標に向けてレーザー光を照射するレーザー光源と、前記目標で反射された反射光を検知する前記請求項１乃至３のいずれか記載の超小型誘導飛しょう体と、からなることを特徴とする超小型誘導飛しょう体の誘導システム。
5. 前記目標は移動体であり、
   前記レーザ光源は前記目標を追尾する追尾機能を備えることを特徴とする請求項４記載の超小型誘導飛しょう体の誘導システム。

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