JP2013190383A

JP2013190383A - 誘導装置

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Publication number: JP2013190383A
Application number: JP2012058447A
Authority: JP
Inventors: Ryo Kawabuchi; 亮川渕; Chikafusa Nonaka; 親房野中
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2013-09-26
Anticipated expiration: 2032-03-15
Also published as: JP5900051B2

Abstract

【課題】背景クラッタに埋もれた目標に対し、遠距離ではＤＢＳ（Doppler Beam Sharpening）処理を用いた電波シーカで、また近距離では光波シーカで取得した目標位置情をもとに誘導信号を生成する誘導装置において、電波シーカによる誘導から光波シーカへ切り替えた際に、目標の周囲の信号強度の大きな背景クラッタを目標と誤検出する課題があった。
【解決手段】ＤＢＳ処理により高分解能化が可能な遠距離の時点で、光波シーカの追尾ゲート計算部は、電波シーカの目標位置推定部で生成した目標推定位置情報をもとに目標と背景クラッタを弁別する追尾ゲートを生成する。ＤＢＳの高分解能化が不可能な近距離となった時点で、先に生成しておいた追尾ゲートを目標位置推定部から出力された目標の相対距離情報で補正し、目標画像抽出部で生成した目標抽出画像に適用することで目標情報のみを抽出する。
【選択図】図１

Description

この発明は、移動体を目標に向けて誘導する誘導装置、あるいは目標を追尾する追尾装置に関するものである。

移動体、例えば飛しょう体を目標へと誘導する誘導装置においては、複雑背景下に存在する目標に対処するために、目標と目標以外の背景を高精度で分離し、飛しょう体を目標に対して精密に誘導することが望まれる。
条件の厳しいクラッタ環境下で目標をミサイルシーカで検出し追尾する誘導装置として、目標との距離が遠距離においては、電波シーカによるＤＢＳ（ＤｏｐｐｌｅｒＢｅａｍＳｈａｒｐｅｎｉｎｇ）処理を用いて目標抽出、目標識別および目標への誘導を実施し、目標が飛しょう体と正対しＤＢＳの高分解能化が不可能となる近距離においては、光波シーカによる目標抽出、誘導信号へ切り替えるものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−６５９２５号公報（図３１）

従来の誘導装置では、電波シーカによる誘導から光波シーカへ切り替えた際に建物等の周囲の信号強度の大きい背景クラッタを目標と誤検出し、背景クラッタに向けた誤った誘導信号を出力することがあるという課題がある。

この発明は係る課題を解決するためになされたもので、条件の厳しいクラッタ環境下においても、目標に向けて精度良く飛しょう体を誘導可能な誘導装置を提供することを目的とする。

この発明に係る誘導装置は、電波の送受信によって取得した目標情報をもとに誘導信号を出力する電波シーカと、光学画像として取得した目標情報をもとに誘導信号を出力する光波シーカを備え、前記光波シーカは、前記電波シーカが推定した目標位置の情報に基づき目標と背景クラッタを弁別する追尾ゲートを生成し、前記追尾ゲートを前記光学画像に適用して目標を抽出する。

この発明は、ＤＢＳの高分解能化ができない目標近距離において、背景クラッタに埋もれた目標の情報を精度良く検出可能で、目標に向けて精度よく誘導可能な誘導装置を提供できる。

実施の形態１に係る誘導装置の構成を示すブロック図である。実施の形態１に係る誘導装置の運用を示す図である。実施の形態１に係る誘導装置の誘導処理フローを示す図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の構成を示すブロック図である。
飛しょう体１は、目標２に向けた誘導信号を出力する誘導装置３を備えている。誘導装置３は、電波の送受信によって取得した目標情報をもとに誘導信号を出力する電波シーカ４と、光学画像として取得した目標情報をもとに誘導信号を出力する光波シーカ１７と、電波シーカ４と光波シーカ１７とで誘導信号を切り替える誘導信号切換部２２を備える。

電波シーカ４は、送信周波数信号とローカル信号を生成するエキサイタ部５、送信周波数信号を増幅した送信信号を出力する送信部６、送信信号を予め定められたＰＲＩ（ＰｕｌｓｅＲｅｐｅｔａｔｉｏｎＩｎｔｅｒｖａｌ）のタイミングで送受信の信号を切り換える送受信切換部７、送信波を空間へ送信し、目標からの反射波を受信するアンテナ８、アンテナ８から出力され送受信切換部７を経由した時系列の受信信号をエキサイタ部５から出力されたローカル信号で位相検波し、目標及び背景クラッタの振幅、位置情報を含む時系列のビデオ信号に変換する受信部９、受信部からのビデオ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部１０、ＰＲＩ毎のＡ／Ｄ変換部１０から出力されたデジタル信号を、外部からの自機速度及び動揺信号１１によって位相補償し、周波数変換した目標の振幅、距離、周波数の情報を含んだデジタルマップを抽出するＤＢＳ処理部１２、ＤＢＳ処理器１１から出力されたデジタルマップより目標２と背景クラッタを弁別、目標情報のみを抽出する目標抽出部１３、目標情報から相対角度を計算する測角演算部１４、目標情報及び相対角度から目標推定位置情報（相対距離及び相対角度情報）を生成する目標位置推定部１５、目標推定位置情報から飛しょう体１を目標２に向けて誘導するための誘導信号を生成する誘導計算部１６を備える。

光波シーカ１７は、目標２及び背景から放出される光エネルギーを測定する光波センサ１８、光波センサ１８からの出力のピークを目標抽出画像として検出する目標画像抽出部１９、目標抽出画像に対して、電波シーカ４の目標位置推定部１４からの目標推定位置情報（相対距離及び相対角度情報）をもとに背景クラッタを除外する追尾ゲートを生成し、目標位置情報のみを抽出する追尾ゲート計算部２０、追尾ゲート計算部２０から出力された目標位置情報から誘導信号を生成する誘導計算部２１を備える。

誘導信号切換部２２は、電波シーカ４及び光波シーカ１７からの誘導信号を切換え、飛しょう体１の制御系へ出力する。
なお、飛しょう体１に搭載されている誘導装置３以外の機器については記載を省略している。また、飛しょう体は、移動体の一例である。

以下、図２、図３を参照しながら、実施の形態１に係る誘導装置の動作を説明する。
図２はこの発明に係る誘導装置の運用を説明する図である。図３は誘導処理の処理フローを説明する図である。なお、目標２は固定の静止物でも、移動可能な移動物であってもよい。
図２には誘導装置３を搭載した飛しょう体１が、初期位置２４から飛しょう経路２３に沿って、固定（静止状態）または低速移動中の目標２に向けて誘導されることを示したものである。目標２の周囲には島２７や建造物２８等があり、背景クラッタとなる。また、飛しょう経路２３上には、処理モードが遷移する遷移点２５、２６がマークされている。
ここで、初期位置２４〜遷移点２５の間は、飛しょう体１が目標２から遠方にある状況で相対距離が遠距離である場合（遠距離モード）、遷移点２５〜遷移点２６の間は、飛しょう体１が目標２に近づきつつある状況で相対距離が中距離である場合（中距離モード）、遷移点２６〜目標２の間は、飛しょう体１が目標２に接近している状況で相対距離が近距離である場合（近距離モード）として、以下では説明をする。
飛しょう体１は、誘導装置３が周期的に図３に示す処理フローを実行し誘導信号を出力することにより目標２に向けて誘導される。

ここでは、まず、飛しょう体１が初期位置２４から遷移点２５の間にあって、目標２に対して遠距離にある状況における誘導装置３の処理フローについて説明する。

図３の誘導処理フローにおけるステップＳ００１（以下、単に「Ｓ００１」とする。他についても同様の表記とする）において、処理モードを選択する。処理モードは、目標までの相対距離を基準として選択される。
初期状態において、飛しょう体１は初期位置２４に位置しているため、初期処理モードである遠距離モードを選択してＳ００２に移る（Ｓ００１）。
次に、エキサイタ部５で生成した送信周波数信号を送信部６で増幅し、送受信切換部７を経て、アンテナ８から目標２に向けて送信波を送信する（Ｓ００２）。
次に、Ｓ００２で送信した送信波が目標２あるいは背景クラッタで反射された反射波をアンテナ８で受信する。送受信切換部７を経由した時系列の受信信号をエキサイタ部５から出力されたローカル信号で位相検波する。目標及び背景クラッタの振幅、位置情報を含む時系列のビデオ信号に変換後、Ａ／Ｄ変換部１０でデジタル信号に変換し、ＤＢＳ処理部１２へ出力する（Ｓ００３）。

ここで、再度、処理モードを選択する（Ｓ００４）。
目標までの相対距離が近距離の場合はＳ００６に移る。
飛しょう体１が近距離の位置に至っていないとき、すなわち目標２までの相対距離が遠距離又は中距離の場合はＳ００５に移って、ＤＢＳ処理を行う。
Ｓ００５においては、ＤＢＳ処理部１２は、ＰＲＩ毎のデジタル信号を自機速度及び動揺信号１１によって位相補償し、周波数変換した目標の振幅、距離、周波数の情報を含んだデジタルマップを生成する。

次に、目標抽出部１３は、ＤＢＳ処理器１１から出力されたデジタルマップから目標２と島２７や建造物２８の背景クラッタを弁別し、目標情報を抽出する（Ｓ００６）。

Ｓ００６で目標抽出処理が終わると、Ｓ００７で処理モードを選択する。
目標までの相対距離が近距離の場合はＳ００９に移る。
飛しょう体１が近距離の位置に至っていないとき、すなわち目標２までの相対距離が遠距離又は中距離の場合はＳ００８に移って、測角演算部１４において目標２の相対角度を計算する（Ｓ００８）。

次に、目標位置推定部１５は、相対距離及び相対角度情報からなる目標２の目標推定位置情報を生成する（Ｓ００９）。

目標位置推定部１５で目標２の目標推定位置情報の生成が終わると、Ｓ０１０で処理モードを選択する。
目標までの相対距離が近距離の場合はＳ０１２に移る。
飛しょう体１が近距離の位置に至っていないとき、すなわち目標２までの相対距離が遠距離又は中距離の場合はＳ０１１に移って、モード判定を行う（Ｓ０１１）。
モード判定においては、目標までの相対距離及びＤＢＳによる角度分解能の閾値を設定し、目標までの相対距離がこの閾値を下回るか、または角度分解能が閾値を超えた場合には、遠距離モードから中距離モードへ移行する。例えば、遷移点２５においては角度分解能が閾値を越えて遠距離モードから中距離モードへ移行する。

Ｓ０１１でのモード判定が終わると、Ｓ０１２で処理モードを選択する。
目標２までの相対距離が遠距離の場合はＳ０１３に移る。
目標２までの相対距離が中距離又は近距離の場合はＳ０１７に移る。

目標２までの相対距離が遠距離の場合、誘導計算部１６は目標推定位置情報を用いて飛しょう体１を目標２に向けて誘導するための誘導信号を生成する（Ｓ０１３）。

次に、誘導信号切換部２２は、遠距離モードで電波シーカから得た誘導信号を飛しょう体１の制御系へ出力する（Ｓ０１４）。

このように、飛しょう体１が初期位置２４から遷移点２５の間にあって目標２に対して遠距離にある状況では、電波シーカから得た誘導信号に基づいて、飛しょう体１は目標に向けて誘導される。

次に、飛しょう体１が目標２にある程度接近して、目標２まで距離が遠距離から中距離に移った状況、すなわち飛しょう体１が遷移点２５〜遷移点２６の間を飛しょうする状況（中距離モード）での処理フローについて説明する。

中距離モードでは、電波シーカ１４での誘導計算と並行して、光波シーカ１７での誘導計算も開始する。
Ｓ００１の処理モードの選択では、中距離から近距離のモードを追加で選択する。すなわち、Ｓ００２以降の処理と並行してＳ０１５以降の処理も実行する。

まず、Ｓ００２以降の処理としては、遠距離モードと同様に、Ｓ００３、Ｓ００４、Ｓ００５、Ｓ００６、Ｓ００７、Ｓ００８、Ｓ００９、Ｓ０１０のフローを実行する。

Ｓ０１０の処理が終わると、次にモード判定を行う（Ｓ０１１）。
モード判定においては、目標までの相対距離及びＤＢＳによる角度分解能の閾値を設定する。目標までの相対距離がこの閾値を下回るか、または角度分解能が閾値を超えた場合には、中距離モードから近距離モードへ移行する。例えば、遷移点２６においては角度分解能が閾値を越えて中距離モードから近距離モードへ移行する。
目標までの相対距離がこの閾値以上であり、角度分解能が閾値以下である場合には、中距離モードを維持する。

次に、Ｓ０１２では、中距離モードであればＳ０１７で使用する目標２の目標推定位置情報、すなわち、相対距離及び相対角度情報を誘導計算部１６と追尾ゲート計算部２０へ出力する（Ｓ０１２）。
目標推定位置情報を出力した後、Ｓ０１３へすすむ。

誘導計算部１６において、目標推定位置情報を用いて飛しょう体１を目標２に向けて誘導するための誘導信号を生成する（Ｓ０１３）。

次に、誘導信号切換部２２は、中距離モードの間は電波シーカの誘導計算部１６から出力された誘導信号を飛しょう体１の制御系へ出力する（Ｓ０１４）。
飛しょう体１が初期位置２５から遷移点２６の間にあって目標２に対して中距離にある状況では、電波シーカから得た誘導信号に基づいて、飛しょう体１は目標に向けて誘導される。

中距離モードにおいては、電波シーカ４による誘導計算と並行して光波シーカ１７による誘導計算を行うが、以下では、Ｓ００１の処理モードの選択で追加された光波シーカ１７による処理フロー（Ｓ０１５〜Ｓ０１８）について説明する。

Ｓ０１５では、光波センサ１８で目標２及び背景クラッタから放出される光エネルギーを測定する（Ｓ０１５）。
次に、目標画像抽出部１９は、光波センサ１７からの出力のピークを目標抽出画像として検出する（Ｓ０１６）。

次に、追尾ゲート計算部２０は、Ｓ０１６で検出した目標抽出画像に対して、Ｓ０１２で出力された目標推定位置情報（すなわち、相対距離及び相対角度情報）に基づき、背景クラッタ（図２では、島２７や建造物２８）を除外する追尾ゲートを生成し、目標抽出画像から目標位置情報のみを抽出する（Ｓ０１７）。

誘導計算部２１は、Ｓ０１７で抽出した目標位置情報に基づき誘導信号を生成し、誘導信号切換部２２へ出力する。

誘導信号切換部２２は、中距離モードの間は、先に説明したように電波シーカの誘導計算部１６から出力された誘導信号の方を選択する。そして、電波シーカの誘導計算部１６から出力された誘導信号を飛しょう体１の制御系へ出力する（Ｓ０１４）。
飛しょう体１は、電波シーカから得た誘導信号に基づいて、飛しょう体１は目標に向けて誘導される。

次に、飛しょう体１が目標２に接近して目標２までの距離が中距離から近距離に移った状況、すなわち飛しょう体１が遷移点２６〜目標２の間を飛しょうする状況（近距離モード）での処理フローについて説明する。先に述べたように、近距離においてはＤＢＳ処理による高分解能化が不可能となり、光波シーカによる目標抽出、誘導信号へ切り替える必要がある。

近距離モードでは、中距離モードと同様に電波シーカ１４での誘導計算と並行して、光波シーカ１７での誘導計算も開始する。
Ｓ００１の処理モードの選択では近距離モードを選択し、Ｓ００２以降の処理と並行してＳ０１５以降の処理を実行する。

中距離モードと同様の処理をした（Ｓ００２、Ｓ００３）のち、Ｓ００４では近距離モードを選択してＳ００６に移る（Ｓ００４）。

次に、目標抽出部１３は、Ａ／Ｄ変換部１０から出力された時系列のビデオ信号を距離変換した距離情報を含む２次元振幅距離情報を生成する（Ｓ００６）。

次に、近距離モードを選択してＳ００９に移る（Ｓ００７）。

目標位置推定部１５は、目標２の相対距離情報を生成する（Ｓ００９）。

近距離モードを選択してＳ０１２に移る（Ｓ０１０）。

目標位置推定部１５は目標２の相対距離情報を、誘導計算部１６及び追尾ゲート計算部２０へ出力する。出力後、Ｓ０１７に移る。

一方、Ｓ０１５以降の光波シーカ１７の処理では、光波センサ１８は、目標２及び背景クラッタ（図２では、島２７や建造物２８）から放出される光エネルギーを測定する（Ｓ０１５）。

目標画像抽出部１９は、光波センサ１７からの出力のピークを目標抽出画像として検出する（Ｓ０１６）。

追尾ゲート計算部２０は、先の中距離モードの間に作成した追尾ゲートを、Ｓ０１２の工程で出力された相対距離情報を用いて補正する。
そして、補正した追尾ゲートを用いて、目標抽出画像から背景クラッタ（島２７や建造物２８）を除外し目標位置情報を抽出するゲート処理を行う（Ｓ０１７）。

次に、誘導計算部２１は、ゲート処理を施し抽出した目標位置情報に基づき、誘導信号を生成する。生成した誘導信号を、誘導信号切換部２２に出力する（Ｓ０１８）。

誘導信号切換部２２は、近距離モードでは光波シーカ１７の誘導計算部２１から出力された誘導信号を飛しょう体１の制御系へ出力する（Ｓ０１４）。
飛しょう体１は、光波シーカ１７から得た誘導信号に基づいて目標に向けて誘導される。

以上のように、本発明に係る誘導装置は電波シーカ４と光波シーカ１７を有し、光波シーカ１７は追尾ゲート計算部２０を備えるようにした。追尾ゲート計算部２０は、電波シーカ１７で求めた目標までの目標推定位置情報又は相対距離情報に基づいて追尾ゲートを設定する。そして、目標抽出画像にゲート処理を行うことで、目標抽出画像から背景クラッタ（例えば、島２７や建造物２８）を除外して目標２の信号のみを抽出するようにした。
従来の誘導装置では、目標までの距離が近距離となり、誘導信号を電波シーカから光波シーカに切り替えた際に、光波シーカは切り替え直後に光波シーカで得た画像から、目標周囲の信号強度の大きな背景クラッタ（建物等）を目標と誤検出する可能性があり課題となっていた。
本発明に係る誘導装置ではこのような誤検出を抑制することができ、目標に向けて精度の高い誘導を行うことができる。

１飛しょう体、２目標、３誘導装置、４電波シーカ、５エキサイタ部、６送信部、７送受信切換部、８アンテナ、９受信部、１０Ａ／Ｄ変換部、１１自機速度及び動揺信号、１２ＤＢＳ処理部、１３目標抽出部、１４測角演算部、１５目標位置推定部、１６誘導計算部、１７光波シーカ、１８光波センサ部、１９目標画像抽出部、２０追尾ゲート計算部、２１誘導計算部、２２誘導信号切換部、２３飛しょう経路、２４飛しょう体の初期位置、２５処理モード遷移点（長距離モードから中距離モードへの遷移点）、２６処理モード遷移点（中距離モードから近距離モードへの遷移点）、２７背景クラッタ、２８背景クラッタ。

Claims

電波の送受信によって取得した目標情報をもとに誘導信号を出力する電波シーカと、光学画像として取得した目標情報をもとに誘導信号を出力する光波シーカを備え、
前記光波シーカは、前記電波シーカが推定した目標位置の情報に基づき目標と背景クラッタを弁別する追尾ゲートを生成し、前記追尾ゲートを前記光学画像に適用して目標を抽出することを特徴とする誘導装置。
電波の送受信によって取得した目標情報をもとに誘導信号を出力する電波シーカと、光学画像として取得した目標情報をもとに誘導信号を出力する光波シーカと、誘導信号切換部を備え、
目標までの相対距離で遠距離、中距離、近距離に区分けして、
前記遠距離の場合は、前記電波シーカが動作し、前記誘導信号切換部は前記電波シーカが生成する誘導信号を選択して前記誘導装置の誘導信号として出力し、
前記中距離の場合は、前記電波シーカと前記光波シーカが動作し、前記電波シーカが誘導信号を生成すると共に、前記光波シーカは前記電波シーカが推定した目標位置の情報に基づき目標と背景クラッタを弁別する追尾ゲートを生成し、前記追尾ゲートを前記光学画像に適用して目標を抽出し、前記誘導信号切換部は前記電波シーカが生成する誘導信号を選択して前記誘導装置の誘導信号として出力し、
前記近距離の場合は、前記電波シーカと前記光波シーカが動作し、前記電波シーカが目標位置を抽出すると共に、前記光波シーカは前記電波シーカが推定した目標位置の情報に基づき目標と背景クラッタを弁別する追尾ゲートを補正し、前記追尾ゲートを前記光学画像に適用して抽出した目標に基づき誘導信号を生成し、前記誘導信号切換部は前記光波シーカが生成する誘導信号を選択して前記誘導装置の誘導信号として出力することを特徴とする誘導装置。
前記電波シーカはＤＢＳ（ＤｏｐｐｌｅｒＢｅａｍＳｈａｒｐｅｎｉｎｇ）処理により目標情報を取得し、
前記誘導信号切換部は、前記遠距離から前記中距離への切換、また、前記中距離から前記近距離への切換判断を、得られた計算値と予め設定した前記相対距離の閾値および前記ＤＢＳによる角度分解能の閾値の比較により行うことを特徴とする請求項２記載の誘導装置。