JP2014092840A

JP2014092840A - 飛翔体誘導システム、飛翔体誘導信号発生回路、飛翔体誘導方法及び飛翔体誘導プログラム

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Publication number: JP2014092840A
Application number: JP2012241618A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ide; 宏井手
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2012-11-01
Filing date: 2012-11-01
Publication date: 2014-05-19

Abstract

【課題】飛翔経路全体に渡り各飛翔点においてシーカで発生する雑音を抑制し、飛翔経路の安定性を維持すること。
【解決手段】飛翔体誘導システムは、誤差角を固定値で倍率したジンバル角速度指令信号により追尾ループを行うシーカ部と、誤差角に基づいて誤差角の変化率を算出する誤差角処理部と、誤差角、ジンバル角速度指令信号及び誤差角の変化率に基づいて目標空間角及び目標空間角速度を算出する空間角算出部とを備え、空間角算出部は、目標空間角速度の積分値とジンバル角速度指令信号の積分値との差分から計算上の誤差角を算出し、シーカ部から出力された誤差角と計算上の誤差角との差分から目標空間角速度を算出し、ジンバル角速度指令信号と目標空間角速度との差分から誤差角変化量を算出し、誤差角の変化率と誤差角変化量との差分を用いて目標空間角速度を補正し、目標空間角速度及び目標空間角に基づいて当該飛翔体を目標へ誘導する。
【選択図】図１

Description

本発明は、飛翔体誘導システム、飛翔体誘導信号発生回路、飛翔体誘導方法及び飛翔体誘導プログラムに関し、特に、飛翔体に搭載され目標と会合するように飛翔体を誘導する光学センサを使用した飛翔体誘導システム、飛翔体誘導信号発生回路、飛翔体誘導方法及び飛翔体誘導プログラムに関する。

特許文献１には、角度誤差信号に含まれるノイズの影響を除去した誘導信号を得るための飛翔体の誘導制御装置に関する技術が開示されている。特許文献１にかかる誘導制御装置は、角度誤差信号に含まれるノイズの計算を行い、このノイズ計算値に応じて、追尾ループ時定数及びノイズフィルタ時定数を設定し、適切な帯域を確保した上で誘導信号を計算することにより、飛翔体の運動性能を確保しながらノイズの影響を除去した誘導信号を得る。

特許文献２には、飛翔体の誘導装置の角度追尾ループゲインと一次ノイズフィルタの時定数を適切な値で組み合わせる飛翔体の誘導装置に関する技術が開示されている。
特許文献２にかかる誘導装置は、一次ノイズフィルタの時定数を角度追尾ループゲインの逆数とし、ノイズを含む目視線角を入力としてノイズの除去された目視線角速度である誘導信号を出力する二次のカルマンフィルタのアルゴリズムを用いて角度追尾ループゲインを決定するものである。

特許文献３には、時定数可変低域通過フィルタとその時定数を制御する時定数制御器を有する目標追尾装置に関する技術が開示されている。特許文献３にかかる目標追尾装置は、目標の距離に応じて、時定数可変低域通過フィルタの時定数を変化させる。

特開平１１−２１８３９８号公報特開２００２−１９５７９９号公報特開昭６１−２７１４８１号公報

ここで、以下の場合には、誘導信号に含まれる雑音成分が増強されてしまうおそれがあるという問題点がある。その理由を、図を用いて説明する。まず初めに、図１７を用いて、飛翔体と各種角度との関係を説明する。飛翔体Ｍは、目標距離ｒに存在する特定の目標物と会合するために飛翔体速度Ｖｍで移動しているものとする。ここで、飛翔体機軸と空間基準角とのなす角を機軸空間角γとする。また、目標物が検出される方向である目視線と空間基準角とのなす角を目標空間角σとする。さらに、目標物を追尾するためのシーカ部の中心軸であるシーカ軸と空間基準角とのなす角をシーカ軸空間角σ_Hとする。これらから、飛翔体機軸とシーカ軸とのなす角をシーカ軸振れ角λとし、シーカ軸と目視線とのなす角を誤差角εとする。

続いて、２次元平面光学センサを使用した誘導装置９００を図１８及び図１９を参照して説明する。図１８は、関連技術にかかる飛翔体の誘導装置９００の構成を示すブロック図である。誘導装置９００は、シーカ部１と、倍率器２と、加算器３と、飛翔体操舵装置４と、機体固定センサ装置５とを備える。シーカ部１は、撮像部１−１と、誤差角検出器１−２と、倍率器１−３と、ジンバル機構１−４と、トルクモータ部１−５と、減算器１−６と、レートセンサ１−７と、ジンバル角度センサ１−８とを備える。

撮像部１−１は、目標空間角σの目標物をシーカ軸空間角σ_Ｈの方向で撮像する。撮像部１−１で撮像した画像信号は誤差角検出器１−２に接続されている。ここで、図１９は、撮像部１−１及び誤差角検出器１−２の構成を示すブロック図である。図１９では、撮像部１−１及び誤差角検出器１−２に光学センサを使用した場合を示す。撮像部１−１は、ドーム１４００１と、光学部１４００２と、光学フィルタ１４００３と、アレイセンサ１４００４と、プリアンプ部１４００５と、信号処理部１４００６とを備える。

目標からの光はドーム１４００１を通して光学部１４００２により、光学フィルタ１４００３により不要な波長の光を遮断した後、アレイセンサ１４００４上に結像される。アレイセンサ１４００４で結像画像が電気信号に変換され出力されプリアンプ部１４００５で増幅されて信号処理部１４００６へ出力される。信号処理部１４００６は、誤差角検出器１−２に適した画像出力信号に変換し、誤差角検出器１−２へ出力する。誤差角検出器１−２は、入力された画像信号から画像処理によりアレイセンサ１４００４上の目標の撮像位置を検出してシーカ軸との誤差角信号εとして出力する。

再び図１８を参照すると、倍率器１−３は、誤差角検出器１−２からの誤差角信号εをＫ_Ｈ倍する。その後、倍率器１−３は、Ｋ_Ｈ倍した誤差角信号εを誘導信号としてシーカ部１の外部に出力し、同時に、ジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍとして減算器１−６へ出力する。

減算器１−６の出力はトルクモータ部１−５に入力される。トルクモータ部１−５は、ジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍに基づき、ジンバル機構１−４に回転力を加え、ジンバル機構１−４に取り付いている撮像部１−１が旋回する。レートセンサ１−７は、ジンバル機構１−４の出力であるシーカ軸空間角σ_Ｈから撮像部１−１が旋回するジンバル角速度信号σ（・）_Ｈを検出し、減算器１−６へ出力する。また、ジンバル角度センサ１−８は、機軸空間角γとシーカ軸空間角σ_Ｈとの差分であるシーカ軸振れ角λを検出し、シーカ部１の外部に出力する。

倍率器２は、シーカ部１からの誘導信号を受け付け、あらかじめ定めた比例航法定数Ｎの倍率で乗算し、飛翔体旋回角速度コマンドγ（・）_ｃｏｍとして減算器３へ出力する。減算器３のもう一方の入力端には機体固定センサ装置５からの出力である飛翔体旋回角速度信号γ（・）が入力される。減算器３は、その減算結果を飛翔体操舵装置４へ出力する。飛翔体操舵装置４は、入力された演算結果に基づいて飛翔体旋回角速度コマンドγ（・）_ｃｏｍと旋回角速度が一致するように機体の操舵を行ない、飛翔体Ｍを旋回させる。

図２１は、関連技術にかかる２次元平面内での目標航跡と追尾航跡の例を示す図である。図２２は、図２１に対応する飛翔体旋回角速度コマンドγ（・）_ｃｏｍ及び比例航法倍率Ｎの波形の例を示す図である。但し、本例では、目標の航跡は倍率Ｋ_Ｈを「２０」とし、飛翔体の速度Ｖ_ｍと目標の速度Ｖ_ｔが一定で比率Ｐ＝Ｖ_ｍ／Ｖ_ｔが「２．０」となる条件とし、比例航法倍率Ｎは定数とし「３．０」固定としている。また、誤差角度検出器１−２からの誤差角信号ε出力の分解能を「０．２７３×１０^−３」ｒａｄとし、シーカ軸空間角λの揺れによる雑音成分をランダム性とし、その実効値を「０．３×１０^−３」ｒａｄとしている。

図２１によれば、本例のように比例航法倍率Ｎを定数として固定すると、目標からの距離が大きい場合、同じ目標の動きでも近距離に比べて飛翔体側から見た目標空間角σの変化率が小さいため、飛翔体旋回角速度コマンドγ（・）_ｃｏｍが小さくなる。特に追尾動作開始時点で遠距離であり飛翔体の方向と目標方向の角度に開きがある場合、図２１の１６００２に示すように航跡にふくらみを生じる。また、図２２を参照すると、飛翔体旋回角速度コマンドγ（・）_ｃｏｍは、１７００２に示すように、画像センサの配列素子数による量子化雑音が一様に重畳し、また、会合点付近で飛翔体の旋回加速度の増大が発生している。

このように、誘導装置９００では、ジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍにより比例航法における誘導信号として使用していた。しかし、近年では、前記構成例のように目標検知と追尾に画像処理の技術が採用されるようになっている。この場合、アレイセンサの素子数から定まる分解能に伴う量子化雑音が含まれる。このような場合、遠方目標の像がアレイセンサの１素子内に収まる状態では図２０の１５００１に示すような階段上の不連続な入出力特性となり、センサの配列素子数による連続性が得られる限界と、誘導装置９００のデジタル処理による信号の離散化を考慮しなければならなくなった。

例えば、与えられた同じ光学系で、飛翔体の運用条件の範囲の拡大するため、最大追尾角速度を大きくしようとする場合、または、応答性の向上のため追尾時定数を小さくしようとする場合、誤差角に対する比例定数に対応する倍率器１−３の倍率Ｋ_Ｈを大きくすることが考えられる。しかし、これにはシーカ部のジンバル制御の安定性を考慮する必要がある。この他、画像センサの配列素子数による連続性の限界による量子化雑音が拡大され顕著となる。それ故、飛翔体への操舵コマンドの連続性が失われるという問題がある。

また、飛翔体の航跡に俊敏性を持たせるため、倍率器１−３の倍率Ｋ_Ｈの増加に加えて、倍率器２に設定される比例航法定数に相当する倍率Ｎを大きく設定しようとすることが考えられる。しかし、この場合、更に拡大された量子化雑音の不連続性のために飛翔体に対しパルス状の大きな旋回加速度コマンドが発生する現象を無視できないという問題が発生する。

このように、誘導装置９００のような技術では、シーカの目標方向とジンバル空間角との誤差角によりジンバルを駆動する信号を発生して、これを比例航法における目標空間角速度を示す誘導信号として使用していた。そのため、運用条件を基に誘導信号中の雑音の大きさを考慮して、誘導飛翔体の運用上問題の発生しない範囲で誤差角に対する倍率Ｋ_Ｈおよび飛翔体の比例航法定数Ｎを見出して、ある程度固定的に運用するのが通常であった。それ故、運用条件に柔軟性を持たせるため、飛翔経路の各点において最適な比例航法定数を選び、変化させるようなダイナミックな動作を行うことは難しかった。

また、比例航法定数Ｎを一定とする上記技術によれば、追尾開始時点で飛翔体の方向と目標方向の角度に開きがあり、目標が遠距離にある場合飛翔経路のふくらみが顕著になる。また、目標の動き方と飛翔経路によっては図２２の１７００２に示すように会合点近傍でミスデスタンス増大につながる可能性のある非常に大きな旋回加速度が発生する可能性があった。

尚、この現象を軽減するためには誤差角に対する比例定数を小さく設定するか、得られた誘導信号に更に雑音成分を抑制するフィルタを設ける必要がある。しかし、比例定数を小さくする場合は、光学系視野の制約から最大追尾角速度の減少と追尾応答性の低下が発生する。また、フィルタを設ける場合も、フィルタにより誘導信号の応答特性が悪化し、結果として、運用条件範囲の拡大に限界を生じてしまう問題があった。

また、上述した特許文献１乃至３では、追尾ループの特性が変化し、追尾特性を最良の状態に固定できない。よって、特許文献１乃至３では、上述した問題を解決することはできない。

本発明は、上述した問題点を考慮してなされたものであり、飛翔経路全体に渡り各飛翔点においてシーカで発生する雑音を抑制し、飛翔経路の安定性を維持するための飛翔体誘導システム、飛翔体誘導信号発生回路、飛翔体誘導方法及び飛翔体誘導プログラムを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様にかかる飛翔体誘導システムは、
飛翔体の目標方向とシーカ軸とのなす角である誤差角を固定値で倍率したジンバル角速度指令信号により追尾ループを行うシーカ部と、
前記シーカ部から出力された誤差角に基づいて誤差角の変化率を算出する誤差角処理部と、
前記誤差角、前記ジンバル角速度指令信号及び前記誤差角の変化率に基づいて目標空間角及び目標空間角速度を算出する空間角算出部とを備え、
前記空間角算出部は、
前記目標空間角速度の積分値と前記ジンバル角速度指令信号の積分値との差分から計算上の誤差角を算出し、
前記シーカ部から出力された誤差角と前記計算上の誤差角との差分から前記目標空間角速度を算出し、
前記ジンバル角速度指令信号と前記目標空間角速度との差分から誤差角変化量を算出し、
前記誤差角の変化率と前記誤差角変化量との差分を用いて前記目標空間角速度を補正し、
前記目標空間角速度及び前記目標空間角に基づいて当該飛翔体を前記目標へ誘導する。

本発明の第２の態様にかかる飛翔体誘導信号発生回路は、
飛翔体の目標方向とシーカ軸とのなす角である誤差角と、当該誤差角を固定値で倍率したジンバル角速度指令信号と、当該誤差角に基づいて算出された誤差角の変化率とを受け付け、
前記ジンバル角速度指令信号に基づき計算上の誤差角を算出し、
前記受け付けた誤差角と前記計算上の誤差角との差分から当該飛翔体を前記目標へ誘導するための目標空間角速度を算出し、
前記目標空間角速度を積分して目標空間角を算出し、
前記ジンバル角速度指令信号の積分値と前記目標空間角との差分から前記計算上の誤差角を更新し、当該更新された誤差角を用いて前記目標空間角速度を更新し、
前記ジンバル角速度指令信号と前記目標空間角速度との差分から誤差角変化量を算出し、
前記誤差角の変化率と前記誤差角変化量との差分を用いて前記目標空間角速度を補正し、
前記目標空間角速度及び前記目標空間角を出力する。

本発明の第３の態様にかかる飛翔体誘導方法は、
飛翔体の目標方向とシーカ軸とのなす角である誤差角を検出し、
当該誤差角を固定値で倍率してジンバル角速度指令信号を生成し、
前記ジンバル角速度指令信号により追尾ループを行い、前記誤差角を更新し、
前記ジンバル角速度指令信号に基づき計算上の誤差角を算出し、
前記検出された誤差角と前記計算上の誤差角との差分から当該飛翔体を前記目標へ誘導するための目標空間角速度を算出し、
前記目標空間角速度を積分して目標空間角を算出し、
前記ジンバル角速度指令信号の積分値と前記目標空間角との差分から前記計算上の誤差角を更新し、
前記検出された誤差角に基づいて誤差角の変化率を算出し、
前記ジンバル角速度指令信号と前記目標空間角速度との差分から誤差角変化量を算出し、
前記誤差角の変化率と前記誤差角変化量との差分を用いて前記目標空間角速度を補正し、
前記目標空間角速度及び前記目標空間角に基づいて当該飛翔体を前記目標へ誘導する。

本発明の第４の態様にかかる飛翔体誘導プログラムは、
飛翔体の目標方向とシーカ軸とのなす角である誤差角を検出する処理と、
前記誤差角を固定値で倍率してジンバル角速度指令信号を生成する処理と、
前記ジンバル角速度指令信号により追尾ループを行い、前記誤差角を更新する処理と、
前記ジンバル角速度指令信号に基づき計算上の誤差角を算出する処理と、
前記検出された誤差角と前記計算上の誤差角との差分から当該飛翔体を前記目標へ誘導するための目標空間角速度を算出する処理と、
前記目標空間角速度を積分して目標空間角を算出する処理と、
前記ジンバル角速度指令信号の積分値と前記目標空間角との差分から前記計算上の誤差角を更新する処理と、
前記検出された誤差角に基づいて誤差角の変化率を算出する処理と、
前記ジンバル角速度指令信号と前記目標空間角速度との差分から誤差角変化量を算出する処理と、
前記誤差角の変化率と前記誤差角変化量との差分を用いて前記目標空間角速度を補正する処理と、
前記目標空間角速度及び前記目標空間角に基づいて当該飛翔体を前記目標へ誘導する処理と、
をコンピュータに実行させる。

本発明により、上述した問題点を考慮してなされたものであり、飛翔経路全体に渡り各飛翔点においてシーカで発生する雑音を抑制し、飛翔経路の安定性を維持するための飛翔体誘導システム、飛翔体誘導信号発生回路、飛翔体誘導方法及び飛翔体誘導プログラムを提供することができる。

本発明の実施の形態１にかかる飛翔体誘導システムの構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態１にかかる誤差角処理部の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態１にかかる積分器の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態１にかかる積分器の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態１にかかる飛翔体誘導方法における空間角算出部の処理（前半）の流れを示すフローチャートである。本発明の実施の形態１にかかる飛翔体誘導方法における空間角算出部の処理（後半）の流れを示すフローチャートである。本発明の実施の形態１にかかる動作応答例を示す図である。本発明の実施の形態２にかかる飛翔体誘導システムの構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態２にかかるシーカ部の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態２にかかるデジタルフィルタの構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態２にかかるカルマンフィルタ部の一部の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態２にかかるカルマンフィルタ部の一部の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態２にかかるカルマンフィルタ部から出力される誘導信号及び計算目標空間角の応答例を示す図である。本発明の実施の形態２にかかるカルマンフィルタ部から出力される誘導信号及び計算目標空間角の応答例を示す図である。本発明の実施の形態２にかかる目標航跡と追尾航跡の例を示す図である。本発明の実施の形態２にかかる飛翔体旋回角速度コマンド及び比例航法倍率の波形の例を示す図である。飛翔体と各種角度との関係を説明するための図である。関連技術にかかる飛翔体の誘導装置の構成を示すブロック図である。関連技術にかかる撮像部及び誤差角検出器の構成を示すブロック図である。関連技術にかかる誤差角の特性を説明するための図である。関連技術にかかる目標航跡と追尾航跡の例を示す図である。関連技術にかかる飛翔体旋回角速度コマンド及び比例航法倍率の波形の例を示す図である。

以下では、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略する。

＜発明の実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１にかかる飛翔体誘導システム１０００の構成を示すブロック図である。飛翔体誘導システム１０００は、シーカ部１と、誤差角処理部２００と、空間角算出部１００とを備える。

シーカ部１は、飛翔体の目標方向とシーカ軸とのなす角である誤差角を固定値で倍率したジンバル角速度指令信号により追尾ループを行う。シーカ部１は、図１８と同等の構成が適用できる。但し、固定値である倍率Ｋ_Ｈは、追尾ループの追尾時定数をサーボ系及び光学系を考慮した適切な値であるものとする。

誤差角処理部２００は、シーカ部１から出力された誤差角εに基づいて誤差角の変化率ε（・）を算出する。この場合、空間角算出部１００は、ジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍと目標空間角速度σ（・）＾との差分から誤差角変化量ε（・）＾を算出する。そして、空間角算出部１００は、誤差角の変化率ε（・）と誤差角変化量ε（・）＾との差分ｙｒを用いて目標空間角速度σ（・）＾を補正する。

図２は、本発明の実施の形態１にかかる誤差角処理部２００の構成を示すブロック図である。誤差角処理部２００は、１サンプル遅延１−９と、減算器１−１０と、倍率器１−１１とを備える。１サンプル遅延１−９は、誤差角検出器１−２からの誤差角信号εをデジタル値としてサンプリング間隔ΔＴで遅延する。減算器１−１０は、誤差角信号εから１サンプル遅延１−９の出力を減算して、倍率器１−１１へ出力する。倍率器１−１１は、減算器１−１０からの出力を１／ΔＴで倍率し、誤差角変化率信号ε（・）としてデジタル値で外部に出力する。

空間角算出部１００は、誤差角ε、ジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍ及び誤差角変化率信号ε（・）に基づいて目標空間角σ＾及び目標空間角速度σ（・）＾を算出する。特に、空間角算出部１００は、目標空間角速度σ（・）＾の積分値とジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍの積分値との差分から計算上の誤差角である計算誤差角ε＾を算出する。そして、空間角算出部１００は、シーカ部１から（誤差角処理部２００を経由して）出力された誤差角εと計算誤差角ε＾との差分ｙｐから目標空間角速度σ（・）＾を算出する。また、空間角算出部１００は、ジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍと目標空間角速度σ（・）＾との差分から誤差角変化量ε（・）＾を算出する。空間角算出部１００は、誤差角変化率信号ε（・）と誤差角変化量ε（・）＾との差分ｙｒを用いて目標空間角速度σ（・）＾を補正する。そして、飛翔体誘導システム１０００は、目標空間角速度σ（・）＾及び目標空間角σ＾に基づいて飛翔体を目標へ誘導する。

具体的には、空間角算出部１００は、減算器１０２と、減算器１０３と、減算器１０４と、積分器１０５と、積分器１０６と、倍率器１０７と、倍率器１０８と、減算器１０９と、加算器１１０とを備える。

誤差角処理部２００からの誤差角信号εは、減算器１０２の一方の入力端に接続されている。減算器１０２の出力端は倍率器１０７に接続され、その出力端は加算器１１０の一方の入力端に接続されている。

誤差角処理部２００からの誤差角変化率信号ε（・）は、減算器１０３の一方の入力端に接続されている。減算器１０３の出力は、倍率器１０８の入力端に接続され、その出力端は加算器１１０のもう一方の入力端に接続されている。加算器１１０の出力端は、空間角算出部１００の外部、積分器１０６及び減算器１０４の一方の入力端に接続されている。

シーカ部１からのジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍは、積分器１０５及び減算器１０４のもう一方の入力端に入力されおり、減算器１０４の出力は減算器１０３のもう一方の入力端に接続されている。積分器１０５の出力端と積分器１０６の出力端は減算器１０９の２つの入力端に接続され、その出力端は減算器１０２のもう一方の入力端に接続されている。積分器１０６の出力端については、空間角算出部１００の外部にも接続されている。積分器１０５の制御入力端には、飛翔体の発射タイミング信号Ｔｏが入力されている。

図３及び図４は、本発明の実施の形態２にかかる積分器１０５及び積分器１０６の構成を示すブロック図である。図３に示すように、積分器１０５は、１サンプル遅延５−１と、加算器５−２と、倍率器５−３と、加算器５−４と、１サンプル遅延５−５と、スイッチ５−６とを備える。積分器１０５の入力信号であるジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍは、加算器５−２および１サンプル遅延５−１の入力に接続されている。１サンプル遅延５−１の出力は、加算器５−２のもう一方の入力端に接続されている。加算器５−２の出力は、倍率器５−３に接続され、倍率器５−３の出力は加算器５−４の入力端に接続されている。加算器５−４の出力はスイッチ５−６の一方の入力端に接続されている。また、スイッチ５−６の制御入力端には外部からの発射タイミング信号Ｔｏが入力され、スイッチ５−６のもう一方の入力端には信号値「０」が常に入力されている。スイッチ５−６の出力は１サンプル遅延５−５の入力に接続されており、同時に、計算ジンバル空間角σ＾_Ｈとして積分器１０５の外部に出力している。１サンプル遅延５−５の出力については、加算器５−４のもう一方の入力端に接続されている。

図４に示すように、積分器１０６は、１サンプル遅延６−１と、倍率器６−２と、加算器６−３と、１サンプル遅延６−４とを備える。積分器１０６の入力信号である計算目標空間角速度σ（・）＾は、１サンプル遅延６−１に入力され、１サンプル遅延６−１の出力は倍率器６−２に接続されている。倍率器６−２の出力は加算器６−３の入力に接続され、加算器６−３の出力は計算目標空間角σ＾として積分器１０６の外部に出力されると同時に、１サンプル遅延６−４に入力されている。そして、１サンプル遅延６−４の出力は加算器６−３のもう一方の入力端に接続されている。

ここで、本発明の実施の形態１にかかるシーカ部１及び誤差角処理部２００の動作について説明する。まず、シーカ部１は、飛翔体の目標方向とシーカ軸とのなす角である誤差角εを検出する。次に、シーカ部１は、誤差角εを固定値Ｋ_Ｈで倍率してジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍを生成する。また、誤差角処理部２００は、検出された誤差角に基づいて誤差角の変化率を算出そして、シーカ部１は、ジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍにより追尾ループを行い、誤差角εを更新する。その後、誤差角の検出から追尾ループが繰り返される。また、誤差角処理部２００は、シーカ部１により検出された誤差角εに基づいて誤差角の変化率ε（・）を算出する。

図５及び図６は、本発明の実施の形態１にかかる飛翔体誘導方法における空間角算出部１００の処理の流れを示すフローチャートである。まず、空間角算出部１００は、計算上のジンバル空間角σ＾_Ｈと計算上の目標空間角σ＾の初期値を"０"とする（Ｓ１１）。次に、空間角算出部１００は、計算上のジンバル空間角σ＾_Ｈと計算上の目標空間角σ＾との差を求め、計算上の誤差角ε＾とする（Ｓ１２）。そして、空間角算出部１００は、シーカ部１で検出した誤差角ε、誤差角処理部２００が算出した誤差角変化率ε（・）及びシーカ部１における追尾ループのジンバル角速度指令σ（・）_ｃｏｍを入力する（Ｓ１３）。その後、空間角算出部１００は、シーカ部１で検出した誤差角εと計算上の誤差角ε＾の差である計算誤差角差分値ｙｐを求め、倍率Ｋ_ｐで固定倍率する（Ｓ１４）。

また、空間角算出部１００は、１サンプル過去のジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍと計算上の目標空間角速度σ（・）＾の差を求め、現在の計算上の誤差角変化率ε（・）＾とする（Ｓ１５）。そして、空間角算出部１００は、シーカ部１及び誤差角処理部２００からの誤差角変化率ε（・）と計算上の誤差角変化率ε（・）＾の差である計算誤差角変化量差分値ｙｒを求め、倍率Ｋ_ｒで固定倍率し、計算上の目標空間角補正値とする（Ｓ１６）。

その後、空間角算出部１００は、ステップＳ１４の結果とステップＳ１６の結果の和により計算上の目標空間角速度σ（・）＾とする（Ｓ１７）。そして、空間角算出部１００は、ステップＳ１７で得た計算上の目標空間角速度σ（・）＾を積分して、計算上の目標空間角σ＾とし、更新及び出力する（Ｓ１８）。

続いて、空間角算出部１００は、飛翔体Ｍが発射後であるか否かを判定する（Ｓ１９）。飛翔体Ｍが発射前である場合、空間角算出部１００は、ジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍの積分値を"０"に固定し、計算上のジンバル空間角σ＾_Ｈとして出力する（Ｓ２０）。そして、空間角算出部１００は、計算更新時間の間隔で待機する（Ｓ２５）。その後、ステップＳ１２へ戻る。

一方、ステップＳ１９において、飛翔体Ｍが発射後である場合、空間角算出部１００は、ジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍを積分して、計算上のジンバル空間角σ＾_Ｈとし更新及び出力する（Ｓ２１）。そして、空間角算出部１００は、計算上の目標空間角σ＾及び計算上の目標空間角速度σ（・）＾を誘導信号として出力する（Ｓ２２）。

そして、飛翔体Ｍを目標に誘導する（Ｓ２３）。空間角算出部１００は、飛翔体Ｍの誘導が終了したか否かを判定する（Ｓ２４）。飛翔体Ｍの誘導が終了していないと判定した場合、空間角算出部１００は、計算更新時間の間隔で待機する（Ｓ２５）。その後、ステップＳ１２へ戻る。一方、ステップＳ２４において、飛翔体Ｍの誘導が終了したと判定した場合、当該処理を終了する。

ここで、空間角算出部１００の動作を詳しく説明をする。まず、空間角算出部１００は、シーカ部１からのジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍについて、発射タイミング信号Ｔｏが入力された後、積分器１０５において積分されて計算ジンバル空間角σ＾_Ｈを得る。そして、減算器１０９は、計算ジンバル空間角σ＾_Ｈと、積分器１０６からの出力である計算目標空間角σ＾との差分を計算誤差角ε＾として出力する。減算器１０２は、計算誤差角ε＾と、シーカ部１からの誤差角信号εとの差分である計算誤差角差分値ｙｐを出力する。そして、倍率器１０７は、計算誤差角差分値ｙｐについてＫｐ倍して加算器１１０へ出力する。

一方、積分器１０６及び積分器１０５の入力側の値はそれぞれ、計算目標空間角σ＾の微分値及び計算ジンバル空間角σ＾_Ｈの微分値となっている。減算器１０４は、この二つの値の差分を計算上の誤差角の変化量である計算誤差角変化量ε（・）＾として出力する。減算器１０３は、シーカ部１からの誤差角変化率信号ε（・）と計算誤差角変化量ε（・）＾との差分である計算誤差角変化量差分値ｙｒを出力する。倍率器１０８は、計算誤差角変化量差分値ｙｒについてＫｒ倍して、加算器１１０へ出力する。加算器１１０は、倍率器１０７及び倍率器１０８の出力を加算して、積分器１０６の入力とし、計算目標空間角σ＾を変化させる。この変化はシーカ部１からの誤差角信号εに計算誤差角ε＾が一致するように動作する。

このようにして、シーカ部１で検出した誤差角信号ε、誤差角処理部２００で算出した誤差角変化率信号ε（・）、及びジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍから、計算により、積分器１０６の出力において目標空間角の値に常に一致するように動作する。従って、その入力側は目標空間角の微分値に対応していることになる。

さらに、図３及び図４を参照し、積分器１０５および積分器１０６の動作を説明する。１サンプル遅延５−１は、積分器１０５の入力信号であるジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍについて、サンプリング間隔ΔＴだけ過去のジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍを加算器５−２へ出力する。加算器５−２は、連続するサンプル間隔のジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍを加算し、倍率器５−３へ出力する。倍率器５−３は、ΔＴ／２倍して加算器５−４へ出力する。加算器５−４は、倍率器５−３の出力に、１サンプル遅延５−５による１サンプル過去の計算ジンバル空間角σ＾_Ｈ出力値を加算し、累積値としてスイッチ５−６へ出力する。

この動作により、ジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍに対しサンプリング間隔ΔＴによる台形積分が行われ、現在の計算ジンバル空間角σ＾_Ｈとしている。なお、１サンプル遅延５−５の入力については、スイッチ５−６により、飛翔体が発射され、発射タイミング信号Ｔｏが入力される時点までは「０」が入力される。そのため、積分器１０５の出力である計算ジンバル空間角σ＾_Ｈは、発射時点までは「０」に固定される。従って、発射時点のシーカ軸方向が発射後における計算上の空間基準角となる。

また、１サンプル遅延６−１は、積分器１０６の入力信号である計算目標空間角速度σ（・）＾について、１サンプル分遅延させて倍率器６−２へ出力する。倍率器６−２は、サンプリング間隔ΔＴだけ過去の計算目標空間角速度σ（・）＾をサンプリング間隔ΔＴ倍して、加算器６−３へ出力する。加算器６−３は、倍率器６−２の出力に１サンプル遅延６−４による１サンプル過去の計算目標空間角σ＾を加算し、累積値として外部へ出力する。この動作により、サンプリング間隔ΔＴだけ過去の計算目標空間角速度σ（・）＾によるオイラー積分が行われ、現在の計算目標空間角σ＾としている。

図７は、本発明の実施の形態１にかかる動作応答例を示す図である。図７では、一例として、空間角算出部１００からの計算目標空間角速度σ（・）＾出力について、サンプリング間隔ΔＴを１／１２０秒とし、倍率器１−３に設定する倍率Ｋ_Ｈを「１０」、空間角算出部１００の倍率器１０７に設定する倍率Ｋｐを「１００」、倍率器１０８に設定する倍率Ｋｒを「０．００５」、に設定した場合のシーカ部１への目標空間角σの動きに対する動作応答例を示している。

図７を参照すると、８０１に示す目標空間角σをシーカ部１入力した場合、シーカ部１からは８０２に示すジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍが出力される。また、空間角算出部１００の積分器１０５の出力からは、８０３に示す計算ジンバル空間角σ＾_Ｈが出力される。空間角算出部１００の計算ループ動作により、積分器１０６の入力端には８０４に示す計算目標空間角速度σ（・）＾の応答が得られる。

このように、飛翔体誘導システム１０００は、シーカ部１の倍率Ｋ_Ｈを追尾ループの追尾時定数をサーボ系及び光学系を考慮した適切な値で固定するため、誤差角ε及びジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍ内の雑音を抑制することができる。よって、飛翔経路全体に渡り各飛翔点においてシーカで発生する雑音を抑制し、飛翔経路の安定性を維持することができる。

空間角算出部１００は、以下のように飛翔体誘導信号発生回路と言い換えることができる。すなわち、飛翔体誘導信号発生回路は、飛翔体の目標方向とシーカ軸とのなす角である誤差角と、当該誤差角を固定値で倍率したジンバル角速度指令信号と、当該誤差角に基づいて算出された誤差角の変化率とを受け付け、前記ジンバル角速度指令信号に基づき計算上の誤差角を算出し、前記受け付けた誤差角と前記計算上の誤差角との差分から当該飛翔体を前記目標へ誘導するための目標空間角速度を算出し、前記目標空間角速度を積分して目標空間角を算出し、前記ジンバル角速度指令信号の積分値と前記目標空間角との差分から前記計算上の誤差角を更新し、当該更新された誤差角を用いて前記目標空間角速度を更新し、前記ジンバル角速度指令信号と前記目標空間角速度との差分から誤差角変化量を算出し、前記誤差角の変化率と前記誤差角変化量との差分を用いて前記目標空間角速度を補正し、前記目標空間角速度及び前記目標空間角を出力する。

このように、空間角算出部１００は、シーカ部１の追尾制御ループとは独立して、シーカ部１から得られる誤差角εを基に計算上で目標空間角速度σ（・）を得る手段といえる。そして、空間角算出部１００は、シーカ部１から得られる誤差角εから、その変化率ε（・）を得る手段を有する。また、計算上の目標空間角σ＾と、シーカ部１の追尾ループのジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍを積分して得られたシーカ軸空間角σＨとの差から計算誤差角ε＾を計算する手段を有する。また、空間角算出部１００は、シーカ部１から得られる誤差角εと計算誤差角ε＾の差分ｙｐを得て、大きな倍率Ｋｐで拡大する手段を有する。そして、空間角算出部１００は、この拡大した差分ｙｐを積分して計算上の目標空間角σ＾を更新する手段を有する。また、空間角算出部１００は、ジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍと拡大差分σ（・）＾との差分ε（・）＾を得て、シーカ部１から得られた誤差角の変化率ε（・）との差分を得て一定の比率Ｋｒで上述の差分σ（・）＾を補正する手段を有する。

上述の手段により、シーカ部１から得られた誤差角ε、誤差角変化率ε（・）及びジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍから計算上で飛翔体射出時を基準角とした計算目標空間角σ＾を得ることができ、計算目標空間角σ＾を得る積分演算前の値から目標空間角速度σ（・）＾を得ることができる。なお、シーカ部１から得られる誤差角εと計算で得られた誤差角ε＾の差分ｙｐの拡大率Ｋｐは、計算処理ループの安定性が崩れない範囲で大きな値の設定が可能で、実際の目標空間角との変化に対する遅れを飛翔体誘導の応答時間に対して無視できる程度小さくすることが可能である。

＜発明の実施の形態２＞
図８は、本発明の実施の形態２にかかる飛翔体誘導システム１００１の構成を示すブロック図である。飛翔体誘導システム１００１は、上述した実施の形態１にかかる飛翔体誘導システム１０００の変形例である。そのため、同等の構成については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

飛翔体誘導システム１００１は、シーカ部１ａと、空間角算出部１００と、目標距離出力装置１７と、飛翔体速度出力装置１８と、デジタルフィルタ１１と、カルマンフィルタ部１２と、乗算器１３と、減算器１５と、飛翔体操舵装置１４と、機体固定センサ装置１６とを備える。尚、空間角算出部１００は、実施の形態１と同等である。

シーカ部１ａは、シーカ部１の構成に誤差角処理部２００を追加したものである。図９は、本発明の実施の形態２にかかるシーカ部１ａの構成を示すブロック図である。シーカ部１ａは、撮像部１−１と、誤差角検出器１−２と、倍率器１−３と、ジンバル機構１−４と、トルクモータ部１−５と、減算器１−６と、レートセンサ１−７と、ジンバル角度センサ１−８と、１サンプル遅延１−９と、減算器１−１０と、倍率器１−１１とを備える。

撮像部１−１は、目標空間角σの目標物をシーカ軸空間角σ_Ｈの方向で撮像する。撮像部１−１で撮像した画像信号は誤差角検出器１−２に接続されている。誤差角検出器１−２からの誤差角信号εは、デジタル値としてサンプリング間隔ΔＴで遅延する１サンプル遅延１−９、減算器１−１０及び倍率器１−３に入力すると共にシーカ部１ａの外部に出力される。１サンプル遅延１−９の出力は減算器１−１０に入力され、その出力は倍率器１−１１に入力され、誤差角変化率信号ε（・）としてデジタル値でシーカ部１ａの外部に出力される。

倍率器１−３からのジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍは、デジタル値として減算器１−６に入力されると共にシーカ部１ａの外部に出力される。減算器１−６の出力は、トルクモータ部１−５に入力され、ジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍに基づきジンバル機構１−４に回転力が加えられ、ジンバル機構１−４に取り付いている撮像部１−１が旋回する。レートセンサ１−７は、ジンバル機構１−４の出力であるシーカ軸空間角σ_Ｈから撮像部１−１が旋回するジンバル角速度信号σ（・）_Ｈを検出し、減算器１−６へ出力する。また、ジンバル角度センサ１−８は、機軸空間角γとシーカ軸空間角σ_Ｈとの差分であるシーカ軸振れ角λを検出し、シーカ部１ａの外部に出力する。

ここで、シーカ部１ａにおける誤差角検出器１−２は、目標検出ロス信号ＬＯＤを外部へ出力する。図８に示すように、シーカ部１ａからのシーカ軸振れ角λ及び目標検出ロス信号ＬＯＤは、カルマンフィルタ部１２に入力される。

図１０は、本発明の実施の形態２にかかるデジタルフィルタ１１の構成を示すブロック図である。デジタルフィルタ１１は、１サンプル遅延群１１−１と、フィルタ係数乗算器群１１−２と、加算器１１−３とを備える。１サンプル遅延群１１−１は、デジタルフィルタ１１の入力である計算目標空間角速度σ（・）＾をσ（・）＾_ｉｎとして受け付ける。１サンプル遅延群１１−１の入力及び１サンプル遅延群１１−１の各１サンプル遅延の出力端は、フィルタ係数乗算器群１１−２の各入力に接続され、その出力は加算器１１−３の入力端群に接続されている。加算器１１−３の出力σ（・）＾_ｏｕｔは、デジタルフィルタ１１の計算目標空間角速度σ（・）＾として外部に接続されている。

図８を参照すると、目標距離出力装置１７の目標距離ｒ及び飛翔体速度出力装置１８の飛翔体速度Ｖｍ及びデジタルフィルタ１１からの出力である計算目標空間角速度σ（・）＾はデジタル値としてカルマンフィルタ部１２に入力している。

図１１及び図１２は、本発明の実施の形態２にかかるカルマンフィルタ部の一部の構成を示すブロック図である。図１１では、カルマンフィルタ部１２は、減算器１２−１と、状態変数更新スイッチ１２−２と、状態変数更新加算値算出１２−３と、加算器１２−４と、１計算サンプル遅延１２−５と、状態遷移演算１２−６と、観測変数変換１２−７と、観測変数変換１２−８と、加算器１２−１９と、状態変数予測補正計算１２−２０と、１サンプル遅延１２−２１とを備える。

カルマンフィルタ部１２に入力された計算目標空間角σ＾および計算目標空間角速度σ（・）＾は、観測値ｚ_ｋとして減算器１２−１で観測予測値ｚ＾_{ｋ｜ｋ−１}との差を取り、観測予測残余分ｙ~ｋを得て、状態変数更新スイッチ１２−２に値を渡す。状態変数更新スイッチ１２−２は、カルマンフィルタ部１２に入力される目標検出ロス信号ＬＯＤに応じて出力を"０"又は観測予測残余分ｙ~_ｋのいずれかに切り替える。状態変数更新スイッチ１２−２の出力は、状態変数更新加算値算出１２−３に入力され、その結果を加算器１２−４で状態変数予想値に加えて、状態変数値ｘ＾_ｋ｜ｋとする。そして、１計算サンプル遅延１２−５に設定すると共に、観測変数変換１２―８により観測値フィルタ出力値ｚ＾_ｋすなわち計算目標空間角σ＾および誘導信号σ（・）＾_ｏとして出力する。

１計算サンプル遅延１２−５からは１サンプル前の状態変数値ｘ＾_{ｋ−１｜ｋ−１}が出力され、状態遷移演算１２−６の出力を加算器１２−１９の一方の入力とする。状態変数予測補正計算１２−２０からの出力は加算器１２−１９のもう一方の入力となっている。なお、状態変数予測補正計算１２−２０には、１計算サンプルだけ前の飛翔体旋回角速度コマンドγ（・）_ｃｏｍが１サンプル遅延１２−２１を介して入力されている。加算器１２−１９から出力される状態変数予測値ｘ＾_{ｋ｜ｋ−１}は、加算器１２−４及び観測変数変換１２―７に値を渡される。観測変数変換１２―７からは減算器１２−１に対し、観測予測値ｚ＾_{ｋ｜ｋ−１}を出力する。

次に、状態変数更新加算値算出１２−３に設定するカルマンフィルタゲインＫ_ｋの算出フローの構成と状態変数予測補正計算１２−２０に設定するコマンド補正マトリクスＢ_ｋ−１の算出、および、カルマンフィルタ部１２から外部に出力される比例航法倍率Ｎフロー構成について図１２を参照して説明する。

図１２では、カルマンフィルタ部１２は、下限リミッタ１２−１７と、目標角速度動揺共分散算出１２−９と、予測残余成分共分散マトリクス算出１２−１０と、状態変数共分散予測値算出１２−１３と、１サンプル遅延１２−１４と、カルマンフィルタゲイン算出１２−１１と、コマンド補正マトリクス計算１２−１８と、比例航法倍率算出１２−１６と、状態変数共分散算出１２−１５とを備える。

観測マトリクスＨ_ｋは、予測残余成分共分散マトリクス算出１２−１０、カルマンフィルタゲイン算出１２−１１及び状態変数共分散算出１２−１５に入力される。観測誤差共分散マトリクスＲ_ｋは、予測残余成分共分散マトリクス算出１２−１０に入力される。目標距離ｒは、下限リミッタ１２−１７に入力され、その出力は、目標角速度動揺共分散算出１２−９、比例航法倍率算出１２−１６及びコマンド補正マトリクス計算１２−１８に入力される。カルマンフィルタ部１２に入力されるシーカ軸振れ角λ及び飛翔体速度Ｖｍの出力は、比例航法倍率算出１２−１６及びコマンド補正マトリクス計算１２−１８に入力されている。比例航法倍率算出１２−１６の出力である比例航法倍率Ｎは、カルマンフィルタ部１２の外部に出力される。コマンド補正マトリクス計算１２−１８の出力であるコマンド補正マトリクスＢ_ｋ−１は、図１１に示す状態変数予測値補正計算部１２−２０に設定される。目標角速度動揺共分散算出１２−９からの目標動揺共分散マトリクスＱ_ｋ−１及び状態遷移マトリクスＦ_{ｋ；ｋ−１}は、状態変数共分散予測値算出１２−１３に入力される。状態変数共分散予測値算出１２−１３の出力である状態変数共分散予測値Ｐ＾_{ｋ｜ｋ−１}は、予測残余成分共分散マトリクス算出１２−１０、カルマンフィルタゲイン算出１２−１１及び状態変数共分散算出１２−１５に出力される。予測残余成分共分散マトリクス算出１２−１０の出力である予測残余成分共分散マトリクスＳ_ｋは、カルマンフィルタゲイン算出１２−１１に出力される。カルマンフィルタゲイン算出１２−１１の出力であるカルマンフィルタゲインＫ_ｋは、図１１に示す状態変数更新加算値算出１２−３に設定されると共に比例航法倍率算出１２−１６及び状態変数共分散算出１２−１５に出力される。状態変数共分散算出１２−１５の出力である状態変数共分散マトリクスＰ＾_ｋ｜ｋは、１サンプル遅延１２−１４に出力され、その出力からは１サンプル前の状態変数共分散マトリクスであるＰ＾_{ｋ−１｜ｋ−１}が出力されて、状態変数共分散予測値算出１２−１３に戻される。

図８を参照すると、カルマンフィルタ部１２からの出力の誘導信号σ（・）＾_ｏ及び比例航法倍率Ｎは、乗算器１３の２つの入力端に接続されている。計算目標空間角σ＾_ｏは、飛翔体誘導システム１００１の外部へ出力しており、例えば、飛翔体射出前における目標位置表示装置、又は、目標と飛翔体の距離、相対速度を測定するためのレーダ装置のビームステアリング等で利用できるようにしている。乗算器１３の出力である飛翔体旋回角速度コマンドγ（・）_ｃｏｍは、減算器１５に入力されると共に、カルマンフィルタ部１２に入力されている。減算器１５のもう一方の入力端には、機体固定センサ装置１６からの出力である飛翔体旋回角速度信号γ（・）が入力され、その減算結果の出力は飛翔体操舵装置１４に入力される。

続いて、図８のシーカ部１ａの動作について図９により説明する。撮像部１−１は、目標空間角σとシーカ軸空間角σ_Ｈとの差の位置に目標を撮像し、その画像信号を誤差角度検出器１−２へ出力する。誤差角度検出器１−２は、目標画像の位置を検出し、画像中心の画面上の検出位置から誤差角信号εを得て、画像フレームのサンプリング間隔ΔＴごとに更新出力する。倍率器１−３は、誤差角信号εをＫ_Ｈ倍し、ジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍとして出力する。ジンバル機構に取り付いているレートセンサ１−７は、ジンバル機構の角速度を感知してジンバル角速度信号σ（・）_Ｈとして出力する。減算器１−６は、ジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍとジンバル角速度信号σ（・）_Ｈとの差をとり、トルクモータ部１−５に入力する。これにより、トルクモータ部１−５は、ジンバル機構１−４をジンバル角速度信号σ（・）_Ｈに一致するようにジンバル機構１−４を旋回させる動作をする。

誤差角度検出器１−２からの誤差角信号εは、１サンプル遅延回路１−９に入力される。減算器１−１０は、１サンプル遅延１−９の出力と現在の誤差角信号εとの差を倍率器１−１１へ出力する。倍率器１−１１は、減算器１−１０の出力を１／ΔＴ倍し、サンプリング間隔ΔＴ間の誤差角変化率の値を持った誤差角変化率信号ε（・）として出力する。また、誤差角度検出器１−２では、追尾動作中に目標位置を検出できない場合は、その間、目標検出ロス信号ＬＯＤを出力する。ジンバル角度センサ１−８は機体に固定されており、機軸空間角γに対するジンバル機構１−４のシーカ軸空間角σ_Hの差角を計測し、シーカ軸振れ角λとしてデジタル値でシーカ部１ａの外部に出力する。

このようにしてシーカ部１ａからは、検出した目標空間角σの動きに対応した誤差角信号ε、誤差角変化率信号ε（・）、ジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍ及びシーカ軸振れ角λが出力される。目標が検出できていない場合は、シーカ部１ａから目標検出ロス信号ＬＯＤが出力され誤差角信号εが無効であることを知らせる。

空間角算出部１００は、図１と同等の構成及び動作である。但し、積分器１０６の入力端の信号である計算目標空間角速度σ（・）＾はデジタルフィルタ１１に入力され、不要な高域成分を除去後、積分器１０６の出力端の信号である計算目標空間角σ＾と共にカルマンフィルタ部１２に入力される。

デジタルフィルタ１１は、入力信号の計算目標空間角速度σ（・）＾_ｉｎに対し、非巡回型の低域通過型のフィルタリング動作をして出力する。尚、デジタルフィルタ１１の構成は当事業者によく知られた技術であるため、動作の説明を省略する。

目標距離出力装置１７は、飛翔体に備えられた目標との距離の測定手段又は算出手段により目標距離ｒをカルマンフィルタ部１２に出力する。飛翔体速度出力装置１８では、飛翔体に備えられた測定手段により飛翔体速度Ｖｍをカルマンフィルタ部１２に出力する。

次に、図１１及び図１２を参照して、カルマンフィルタ部１２の動作を説明する。図１１において、カルマンフィルタ部１２に入力される計算目標空間角σ＾及び計算目標空間角速度σ（・）＾は観測値ｚ_ｋとして本計算フローに従って線形予測計算によるフィルタリングが行われ、観測値フィルタ出力値ｚ＾_ｋとして出力される。

状態変数予測値ｘ＾_{ｋ｜ｋ−１}には飛翔体の目標視線に直交する加速度成分の影響分を反映するため、飛翔体旋回角速度コマンドγ（・）_ｃｏｍを状態変数予測補正計算１２−２０により補正値を計算し、状態遷移演算１２−６からの出力に加算器１２−１９により加えている。

また、シーカ部１ａからの目標検出ロス信号ＬＯＤは、状態変数ｘ＾_ｋ｜ｋを更新する観測値残余成分ｙ~_ｋの値を強制的に「０」とする状態変数更新スイッチ１２−２に伝えられる。そして、目標が検出されていない場合、観測予測残余分ｙ~_ｋを強制的に「０」として、入力される観測値ｚ_ｋの如何に係わらず状態変数予測値ｘ＾_{ｋ｜ｋ−１}を更新せず、１サンプル前の状態変数を基本に飛翔体旋回角速度コマンドγ（・）_ｃｏｍ分の補正動作のみで線形予測計算動作を維持する。

状態変数更新加算値算出１２−３で使用されるカルマンフィルタゲインＫ_ｋと状態変数予測値補正計算部１２−２０で使用されるコマンド補正マトリクスＢ_ｋ−１は、それぞれ、図１２に示す比例航法倍率算出１２−１６とコマンド補正マトリクス計算１２−１８で算出される。

図１１に示す観測変数変換１２―７および１２−８に設定される観測マトリクスＨ_ｋは本発明の実施形態では、以下の式（１）に示す値に設定している。

状態遷移演算１２−６に設定される状態遷移マトリクスＦ_{ｋ；ｋ−１}は、追尾目標及び飛翔体に加速が無い状態を想定しており、慣性の法則から、計算のサンプリング間隔をΔＴとして、以下の式（２）に示す値に固定している。

図１２において、飛翔体速度出力装置１８からの飛翔体速度Ｖｍは、比例航法倍率算出１２−１６に入力され、目標距離出力装置１７からの目標距離ｒは、下限リミッタ１２−１７に入力される。下限リミッタ１２−１７においては、予測計算が安定的に行える限界の最小値を最小目標距離ｒ_ｍｉｎとした場合、それ以下とならないように以下の式（３）とする。

下限リミッタ１２−１７から出力される目標距離ｒは、目標角速度動揺共分散算出１２−９、比例航法倍率算出１２−１６及びコマンド補正マトリクス計算１２−１８に入力される。目標角速度動揺共分散算出１２−９では、追尾の対象となる目標の飛翔性能を考慮した目標空間角σと目標空間角速度σ（・）の分布範囲に対応したシステム動揺共分散マトリクスＱ_ｋ−１として状態変数共分散予測値算出１２−１３に出力する。比例航法倍率算出１２−１６では、入力された目標距離ｒ、飛翔体速度Ｖｍおよびカルマンフィルタゲイン算出１２−１１からのカルマンフィルタゲインＫ_ｋにより、安定な誘導制御応答が得られる比例航法倍率Ｎを出力する。

図１２において予測残余成分共分散マトリクス算出１２−１０、状態変数共分散算出１２−１５及びカルマンフィルタゲイン算出１２−１１において必要となる観測マトリクスＨ_ｋは前記式（１）に示す値である。

残余成分共分散マトリクス計算出１２−１０で必要となる観測誤差共分散マトリクスＲ_ｋは、計算目標空間角σ＾と計算目標空間角速度σ（・）＾に含まれるシーカ部１ａにおける誤差角変化率信号ε（・）と計算誤差角変化量ε（・）＾の観測で想定される誤差分布の共分散値を設定している。本発明の実施形態では、シーカ部１ａの光学系及びサーボ系制御のパラメータを固定するため、観測誤差共分散マトリクスＲ_ｋは固定としている。また、状態変数共分散予測値算出１２−１３に入力される状態遷移マトリクスＦ_{ｋ；ｋ−１}は前記式（２）を用いる。

次に、コマンド補正マトリクス計算１２−１８の動作について説明する。ここで、１サンプル前の飛翔体旋回角速度コマンドγ（・）_ｃｏｍによる目標空間角σ及び目標空間角速度σ（・）の変化分を考えると、目標方向と直交する加速度成分と目標距離から、サンプリング間隔ΔＴの間にほぼ、以下の式（４）の値だけ変動することが予測される。

また、観測マトリクスＨ_ｋが式（１）に示す通りであるため、飛翔体速度出力装置１８からの飛翔体速度Ｖｍ、目標距離出力装置１７からの目標距離ｒ及びシーカ部１ａからのシーカ軸振れ角λの値により、図１１に示す状態変数予測補正計算１２−２０に設定されるコマンド補正マトリクスＢ_ｋ−１をコマンド補正マトリクス計算１２−１８では、以下の式（５）として算出し、出力している。

次に、目標角速度動揺共分散算出１２−９の算出動作について説明する。本発明の実施形態で捕らえる目標空間角σの動きは、飛翔体側の動きと目標の動きで変動する。しかい、本発明の実施形態の用途を考えると、観測側からは目標の操縦に関するコマンドの内容を知り得ない。そのため、目標角速度動揺共分散算出１２−９においては、目標の飛翔旋回加速の性能と飛翔体側の動きの加速性能を想定した分布範囲で算出した目標動揺共分散マトリクスＱ_ｋ−１として状態変数共分散予測値算出１２−１３に入力する。

ここで、目標方向に対して直交する成分について目標が持つ加速分布変動の分散をｓ_ｔとする。そして、飛翔体側の加速変動の分散をｓ_ｍである場合、本発明の実施形態においては、最新サンプリングの瞬時において、目標の加速と飛翔体側の加速は独立に発生するものとして扱い、合成した加速の分散値ｓを、以下の式（６）により算出するものとする。

また、以下の式（７）により合成加速度動揺成分ａ、その変動幅標準偏差ａ~としている。

従って、シーカ部１ａから見た目標空間角σの角加速度をσ（・・）とした場合、その変動幅の標準偏差σ（・・）~を、以下の式（８）としている。

ここで、目標空間角σ及び目標空間角速度σ（・）のサンプリング間隔ΔＴの間に発生する変動成分は、以下の式（９）とすることができる。

そのため、目標空間角σと目標空間角速度σ（・）についてのサンプリング間隔ΔＴの間の変動成分Ｗ_ｋは、本発明の実施形態では、以下の式（１０）としている。

これは、目標の種類に対応させた数値テーブルを持ち、追尾開始前に追尾する目標に応じて選択し設定する。従って、目標動揺共分散マトリクスＱ_ｋ−１は、想定する追尾目標の目標方向と直交する加速度（目標の旋回加速度に相当）及び飛翔体側加速度の目標方向と直交成分について合成した変動分布に対応した変動成分の標準偏差値ａ~を用いて、以下の式（１１）としている。

このようにして、図８に示す目標距離出力装置１７から得られた目標距離ｒをもとに目標角速度動揺共分散算出１２−９において実施される。

次に、本発明の実施形態における観測誤差共分散マトリクスＲ_ｋの一設定例について説明する。本実施形態では、図８のシーカ部１ａに２次元のプラナーアレイの撮像素子を用いるものとする。そのため、撮像素子のサイズに起因する分解能により目標撮像位置の検出に量子化雑音誤差を生じることを想定した場合、シーカ部１ａから出力される誤差角εに目標空間角σの誤差分としてそのまま現れる。この量子化雑音誤差成分に追尾ループの雑音によるシーカ軸空間角σ_Ｈの揺らぎ成分に量子化雑音誤差分が加わって観測誤差から予め除去することができない変動成分なる。

いま、分解能幅をΔεとした場合、誤差角εの誤差分布はΔεの幅でほぼ一様の誤差発生確率密度分布を示すものとして扱う。従って、この誤差発生の分散値Ｓ_Δεは、以下の式（１２）とすることができる。

ここで、追尾ループ雑音によるシーカ軸空間角σ_Ｈの揺らぎ成分による分散値をＳ_Ｈとすれば、目標空間角σに含まれる雑音による全体の変動成分の標準偏差をｂ~_εとした場合、以下の式（１３）となる。

図８に示す空間角算出部１００からの出力である計算目標空間角速度σ（・）＾については、図４に示す積分器１０６の動作により、現在の空間角をσ＾_ｋとし、ｉサンプル前の空間角をσ＾_ｋ−ｉとした場合、以下の式（１４）となっている。

そのため、この値は図１０に示すデジタルフィルタ１１に入力されフィルタリング処理される。従って、その出力は、以下の式（１５）となっている。

従って、式（１４）を式（１５）に代入し整理すると、以下の式（１６）となる。

計算目標空間角速度σ（・）＾の変動分の標準偏差は、空間角算出部１００の応答の影響を無視した場合、式（１６）に示した変動成分についての標準偏差とすることができる。式（１６）により、各サンプル間の変動が独立であるとして、σ（・）＾_ｏｕｔｋの変動成分標準偏差ｃ~_ε（・）を、以下の式（１７）とする。

従って、計算目標空間角σ＾および計算目標空間角速度σ（・）＾の変動成分ｖ_ｋを以下の式（１８）とする。

この場合、観測誤差共分散マトリクスＲ_ｋは、以下の式（１９）となる。

ここで、式（１９）の１行目２列目及び２行目１列目の成分については、式（１６）に示す通り、式（１６）の第１項以外の成分は過去のサンプルであり、その変動成分が独立であることから値は「０」となるため、以下の式（２０）とすることができる。

式（１９）の１行目１列目及び２行目２列名の成分については、それぞれ以下の式（２１）及び式（２２）である。

従って、観測誤差共分散マトリクスＲ_ｋは本実施形態では、以下の式（２３）に設定している。

なお、図１１の状態変数予測補正計算１２−２０、図１２の目標角速度動揺共分散算出１２−９、比例航法倍率算出１２−１６、下限リミッタ１２−１７及びコマンド補正マトリクス計算１２−１８、を除いた部分については、通常の線形予測計算フィルタ（カルマンフィルタ）であり、当事業者にとってよく知られた技術であるため、動作の説明を省略する。

図１３及び図１４は、本発明の実施の形態２にかかるカルマンフィルタ部１２から出力される誘導信号σ（・）＾_ｏ及び計算目標空間角σ＾_ｏの応答例を示す図である。図１３は、シーカ部１ａが一点に固定され目標距離ｒが常に２５００ｍ一定で目標が目視線と直角方向に最大１５Ｇで加速後、１Ｇの加速で一定となる場合の応答例を示す。また、図１４は、図１３と同じ条件で目標距離ｒのみを２００ｍとした場合を示している。但し、本応答例では、シーカ部１ａについては、図９に示す倍率器１−１１に設定する倍率Ｋ_Ｈを「２０」、誤差角度検出器１−２からの誤差角信号εの出力の分解能を「０．２７３×１０^−３」ｒａｄとし、シーカ軸角の揺れによる雑音成分をランダム性とし、その実効値を「０．３×１０^−３」ｒａｄとしている。

また、サンプリング間隔ΔＴを１／１２０秒とし、空間角算出部１００の倍率器１０７に設定する倍率Ｋｐを「１００」、倍率器１０８に設定する倍率Ｋｒを「０．００５」に設定している。また、デジタルフィルタ１１のフィルタ係数乗算器群１１−２に設定しているフィルタ係数を、以下の式（２４）としている。そして、前記合成加速度動揺成分ａの変動幅標準偏差ａ~を「１７．０」Ｇ_ｒｍｓと置いている。

図１３又は図１４を参照すると、シーカ部１ａへの９０２に示す目標空間角速度を持つ目標空間角σ入力９０１に対し、シーカ部１ａからは、ジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍ９０３が出力される。そして、カルマンフィルタ部１２からは計算目標空間角σ＾_ｏ出力９０４及び誘導信号σ（・）＾_ｏ出力９０５に示す波形が出力される。

このようにして、カルマンフィルタ部１２では、目標距離ｒ、目標の飛翔性能を考慮した旋回加速度分布にマッチングさせて、誤差角変化率信号ε（・）と計算誤差角変化量ε（・）＾の観測に含まれる雑音成分を抑制した誘導信号の発生を可能としている。

図８において、カルマンフィルタ部１２の出力である計算目標空間角速度σ（・）＾_ｏ及び比例航法倍率Ｎは乗算器１３に入力される。また、乗算器１３は、計算目標空間角速度σ（・）＾_ｏをＮ倍して飛翔体旋回角速度コマンドγ（・）_ｃｏｍとして減算器１５へ出力する。飛翔体旋回角速度γ（・）は、機体固定センサ装置１６を通して減算器１５に帰還し、飛翔体操舵装置１４により飛翔体旋回角速度γ（・）が飛翔体旋回角速度コマンドγ（・）_ｃｏｍに一致するよう操舵制御される。

本発明の実施形態による図８に示す構成においては、誘導制御の飛翔体の応答特性は、シーカ部１ａの追尾応答の影響は無視することができる。それ故、目標距離ｒ、飛翔体速度Ｖｍ及び図１２に示すカルマンフィルタゲイン算出１２−１１からのカルマンフィルタゲインＫ_ｋの内Ｋ_ｋ22に依存することになる。飛翔体操舵装置１４の応答の遅れを無視し、飛翔体旋回角速度コマンドγ（・）_ｃｏｍによる線形予測補正の効果を無視すると、航跡に振動性を持たない誘導制御となる比例航法倍率Ｎは、以下の式（２５）が一つの目安となる。

従って、図１２の比例航法倍率算出１２−１６では、目標距離出力装置１７から得られた目標距離ｒと飛翔体速度出力装置１８からの飛翔体速度Ｖｍを入力し、以下の式（２６）の計算を実施して、カルマンフィルタゲインの変化、ミサイル速度の変化、目標距離の変化に対応させてその時点での安定制御の得られる比例航法倍率Ｎを時間的に刻々と変化させて出力する。

ただし、比例航法倍率算出１２−１６の出力は、本実施例では直角方向を越えた広範囲のシーカ軸振れ角λを想定し、以下の式（２７）及び式（２８）としている。

なお、前記式（２６）の倍率ｍ、式（２７）のＮ_ｍａｘおよびＮ_ｍｉｎは、本実施形態では固定値であるものとする。そして、これらの値は、飛翔体の運用範囲において、俊敏性を失わず航跡に過度なハンチングの発生しない応答が得られ、かつ、誘導信号に含まれる雑音レベルが実用的な範囲に収まる値を設定する。また、式（２８）のＡ_ｍａｘは式（２７）による値がこの値で制限されない範囲で大きな値とする。

ここで、図１５は、本発明の実施の形態２にかかる目標航跡と追尾航跡の例を示す図である。また、図１６は、本発明の実施の形態２にかかる飛翔体旋回角速度コマンド及び比例航法倍率の波形の例を示す図である。図１５及び図１６は、追尾動作開始時点で目標方向が飛翔体の機軸から約６０度だけ外れた方向となっている条件での２次元平面内での追尾航跡と、これに対応する飛翔体旋回角速度コマンドγ（・）_ｃｏｍおよび比例航法倍率Ｎの波形を示している。但し、本応答例ではシーカ部１ａ、空間角算出部１００、デジタルフィルタ１１及びカルマンフィルタ部１２について、前記図１３及び図１４に示す例と同設定とする。そして、前記式（２７）のｍの値を「１．３」、Ｎ_ｍａｘを「２０」、Ｎ_ｍｉｎを「２．０」とし、飛翔体の速度Ｖ_ｍと目標の速度Ｖ_ｔが一定で比率Ｐ＝Ｖ_ｍ／Ｖ_ｔが「２．０」となる条件としている。

図１５及び図１６を参照すると、図１５において１１００１に示す目標の航跡に対し、本例では、ほぼ１１００２に示す追尾航跡の応答が得られることを示している。つまり、図２１に比べてふくらみが抑制されている。この追尾動作中においては、図１２に示す比例航法倍率算出１２−１６の出力からは図１６中の１２００１に示す比例航法倍率Ｎが出力され、図８に示す乗算器１３からは図１６中の１２００２に示す出力される飛翔体旋回角速度コマンドγ（・）_ｃｏｍが出力される。

なお、図８において、目標距離出力装置１７、飛翔体速度出力装置１８、飛翔体操舵装置１４及び機体固定センサ装置１６は、従来技術によるものであり、本発明の範囲外であるため、動作の説明を省略する。

以上のように本発明の実施の形態は、シーカの追尾制御ループとは独立して、シーカから得られる誤差角を基に計算上で目標空間角速度を得る手段（手段―１）に加え、以下の（手段―２）及び（手段―３）をさらに有するものである。すなわち、（手段―２）とは、得られた空間角速度から、目標の飛翔性能加速度分布による角速度発生分布に整合し、且つ、サーボ動作雑音および、量子化雑音を考慮したカルマンフィルタによる雑音抑制手段といえる。また、（手段―３）とは、カルマンフィルタのフィルタゲイン、目標距離、飛翔体速度及び機体軸とジンバル光軸との角度をもとに、航跡の安定性が損なわれない範囲で俊敏性が得られる航法定数を算出し飛翔体の旋回角速度コマンドを出力する手段といえる。

そして、前記（手段−２）には、量子化雑音に関する観測雑音マトリクスと、予め調べた目標の飛翔加速度分布及び、飛翔体側の加速度分布を基に目標距離から目標空間角及び角速度の動揺に関する共分散マトリクスを計算する手段により得られた結果をカルマンフィルタゲインの計算に反映し、慣性の法則を考慮した線形予測計算によるフィルタリングを行って、誘導信号を出力する手段を有している。これにより、目標の飛翔加速度分布と飛翔体側の飛翔加速度分布に整合しつつ不要な雑音を抑圧するフィルタリングを可能とする効果がある。

また、前記（手段−３）には、飛翔体機軸に対するシーカ軸の角度、飛翔体速度、目標距離及び（手段―２）で得られたカルマンフィルタゲインにより、飛翔制御の安定性が確保できる比例航法定数を算出する手段を有し、得られた比例航法定数を前記（手段―２）の出力である誘導信号に乗算して飛翔体旋回角速度コマンドを生成し、出力する手段を有している。この手段により、フィルタリングの応答に対応させて、飛翔経路の安定性を維持しつつ最大の俊敏性を引き出す比例航法の飛翔体誘導が得られる効果がある。

以上説明したように、本発明の実施形態に係わる上述の手段によれば、シーカ部分と目標空間角速度を得る手段とは切り離されているため、目標空間角速度の応答特性の設定は独立で、シーカ部分の追尾諸特性を変更することなく自由に設定できる。これにより、シーカの追尾特性を最良点に固定し、得られた目標空間角速度を基に、目標の飛翔性能加速度分布による角速度発生分布に整合し、且つ、量子化雑音を考慮した線形予測計算によるカルマンフィルタにより時間的に刻々と変化する各飛翔位置での、目標の飛翔性能に整合しつつ雑音を抑制するフィルタリングが可能となって、旋回角速度コマンドの中の雑音を削減でき、その分、航法定数を大きくすることができる効果がある。

また、カルマンフィルタのフィルタゲイン、目標距離、飛翔体速度及び機体軸とジンバル光軸との角度をもとに、航跡の安定性が損なわれない範囲で俊敏性が得られる航法定数を刻々算出し飛翔体の旋回角速度コマンドを出力することが可能で、飛翔経路全体に渡り、各飛翔点においてシーカで発生する雑音を抑制し、飛翔経路の安定性を維持しつつ、最大の俊敏性を引き出す比例航法の飛翔体誘導が得られる効果があり、このため、目標の回避行動に伴う会合点近傍でミスデスタンスの増大に関係する飛翔体旋回加速度が急増する現象を軽減し、目標方向と飛翔体の射出方向を遠距離において大きくとっても目標との会合点までの航跡長の増大を抑える効果を持つことを特徴とし、従来技術に対して更なる運用条件範囲の拡大を行うことができる。

また、本発明の実施形態は以下のように言い換えることができる。すなわち、飛翔体誘導システム１００１は、飛翔体の進行方向とシーカ軸とのなす角であるシーカ軸振れ角λ、当該飛翔体と目標との距離ｒ及び当該飛翔体の速度Ｖｍを用いて目標空間角速度及び目標空間角から雑音成分を除去するフィルタ部をさらに備える。そして、飛翔体誘導システム１００１は、当該フィルタ部により雑音成分が除去された目標空間角速度及び目標空間角に基づいて当該飛翔体を目標へ誘導する。これにより、目標と自己との飛翔加速度分布の整合を取ることができる。

また、当該フィルタ部は、目標及び飛翔体の加速度分布に基づいて距離から目標空間角及び目標空間角速度の動揺に関する共分散マトリクスを算出し、共分散マトリクスと量子化雑音に関する観測雑音マトリクスとに基づいてフィルタゲインを算出し、フィルタゲインを用いて目標空間角速度及び目標空間角から雑音成分を除去する。

さらに、当該フィルタ部は、シーカ軸振れ角、距離、速度及びフィルタゲインに基づいて比例航法定数を算出し、フィルタ部により雑音成分が除去された目標空間角速度を比例航法定数により倍率して飛翔体旋回角速度コマンドを算出し、飛翔体旋回角速度コマンドに基づいて当該飛翔体を目標へ誘導すると共に、当該飛翔体旋回角速度コマンドをフィルタ部へ帰還させる。つまり、比例航法倍率を算出することで、航跡のふくらみが減少し、経路安定性維持及び俊敏性が確保される。また、会合点近傍でのミスデスタンスを減少し、飛翔体旋回加速度の急増を軽減、航跡長の増大を抑制することができる。

さらにまた、当該フィルタ部は、シーカ部において目標が検出されなかった場合、１サンプル前の状態変数と飛翔体旋回角速度コマンドとを用いて補正された値を雑音成分が除去された目標空間角速度及び目標空間角とする。これにより、例えば、目標検出ロス信号の通知に応じて、補正動作のみで線形予測計算動作を維持することができる。

また、当該フィルタ部は、距離の所定の下限値以上に保持する下限リミッタをさらに備える。これにより、予測計算を安定的に行うことができる。

以上説明したように、本発明においては、以下に記載するような効果を奏する。第１の効果はシーカ部から得られた目標方向との誤差角とジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍから計算上で目標空間角と目標空間角速度を得ることができる構成となっており、シーカ部分の追尾ループとは分離しているため、目標空間角速度算出の応答設定および、それに基づき発生する誘導信号の応答特性の設定がシーカの追尾ループに影響しなくなり、シーカ部分の追尾ループの諸特性を変更することなく自由に設定できる効果が得られることである。

第２の効果は計算上で目標空間角と目標空間角速度を得ることができる構成としており、得られた目標空間角と目標空間角速度に対して線形予測フィルタ（カルマンフィルタ）によるフィルタリングが可能で、刻々と変化する目標との距離と目標飛翔性能にフィルタリングを整合させることにより、飛翔体の誘導特性の低下を起こさない範囲で誘導信号に含まれる雑音成分を抑圧できることである。

第３の効果は、刻々と変化するフィルタ特性に対応させて、飛翔制御の安定性が確保できる範囲で大きな比例航法定数を出力する手段を設けているため、各飛翔点において第２の効果と併せて飛翔体旋回角速度コマンド中の雑音を増大させることなく、最大の俊敏性を引き出す比例航法の飛翔体誘導が得られる効果があり、このため、会合点近傍で目標の回避行動に伴う飛翔体旋回加速度が急増現象の可能性を軽減し、また、目標方向と飛翔体の射出方向を遠距離において大きくとっても目標との会合点までの航跡長の増大を抑えることができることである。

＜発明の実施の形態３＞
本発明の実施の形態３として、実施の形態２に変更を加えても良い。その場合、基本的構成は実施の形態２の通りである。しかし、前記式（６）の飛翔体側の加速変動の分散値s_mについては、追尾フェーズの段階に区分けした統計により数値を決定し、各フェーズの時間帯に対応させてダイナミックに数値を切り替える構成としてもよい。つまり、追尾フェーズによりその値が大きく変わることが容易に想定されるため、飛翔経路全体での統計から数値を設定・固定するのではなく、更に工夫を加えたものといえる。これにより、無駄な応答性を持つことに起因する誘導信号の雑音成分を軽減する効果が得られる。

図８に示す構成では、空間角算出部１００、デジタルフィルタ１１、カルマンフィルタ部１２及び乗算器１３は分離した構成となっているが、これらは全て共通のサンプリング間隔によるデジタル処理が可能であるため、これらを統合してひとつのＣＰＵによるプログラム処理としても良い。

＜その他の発明の実施の形態＞
本発明の実施の形態１乃至３では、図１又は図８に示す空間角算出部１００を保有している。そして、シーカ部１等からのジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍ、誤差角信号εおよび誤差角変化率信号ε（・）により、計算ループを用いて計算目標空間角σ＾と計算目標空間角速度σ（・）＾を得ることができる。この特徴により、飛翔体を誘導するための誘導信号にシーカ部１等の追尾応答特性が影響しない計算目標空間角速度σ（・）＾を使用することが可能となっている。

また、本発明の実施の形態２及び３では、更に、得られた計算目標空間角σ＾と計算目標空間角速度σ（・）＾に対しフィルタリングを行う図８に示すカルマンフィルタ部１２を保有する。また、図１２に示す目標角速度動揺共分散算出１２−９設けており計算目標空間角速度σ（・）＾に対し、目標距離ｒ、と目標の飛翔旋回加速分布にマッチングさせたシーカ部１ａに含まれる雑音成分の抑圧が可能となっている。

また、本発明の実施の形態２及び３では、図８に示すカルマンフィルタ部１２には図１２に示す比例航法倍率算出１２−１６を保有している。そして、これから得られる比例航法倍率の値により、目標との会合点に至る各点において可能な限り俊敏な飛翔制御を行えることを特徴としている。

以上の特徴から、本発明の実施の形態１乃至３では、追尾ループの追尾時定数をサーボ系及び光学系を考慮した適切な値に固定し、これとは独立して目標の飛翔性能にマッチングさせたシーカ部の雑音抑圧のフィルタリング動作を時々刻々と変化する目標までの距離、飛翔体速度に対応させて変化・設定できることが可能である。

また、本発明の実施の形態２及び３では、前記の通り変化・設定した応答特性に対応させて逐次適切な比例航法の比例定数を出力する手段を設けている。このため、誘導信号の雑音を抑制すると共に航跡の安定性を維持しつつ俊敏性が得られ、目標方向と飛翔体の射出方向を大きく取っても目標との会合点までの航跡の距離の増大を抑えることができることを特徴とする。また、目標の回避行動に伴う会合点近傍で飛翔体旋回加速度が急増する現象の軽減が可能である。

さらに、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、既に述べた本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。例えば、上述の実施の形態では、本発明をハードウェアの構成として説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、任意の処理を、ＣＰＵ（Central Processing Unit）にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。

上述の例において、プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＢＤ(Blu-ray(登録商標) Disc)、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。

（付記１）
飛翔体の目標方向とシーカ軸とのなす角である誤差角を固定値で倍率したジンバル角速度指令信号により追尾ループを行うシーカ部と、
前記シーカ部から出力された誤差角に基づいて誤差角の変化率を算出する誤差角処理部と、
前記誤差角、前記ジンバル角速度指令信号及び前記誤差角の変化率に基づいて目標空間角及び目標空間角速度を算出する空間角算出部とを備え、
前記空間角算出部は、
前記目標空間角速度の積分値と前記ジンバル角速度指令信号の積分値との差分から計算上の誤差角を算出し、
前記シーカ部から出力された誤差角と前記計算上の誤差角との差分から前記目標空間角速度を算出し、
前記ジンバル角速度指令信号と前記目標空間角速度との差分から誤差角変化量を算出し、
前記誤差角の変化率と前記誤差角変化量との差分を用いて前記目標空間角速度を補正し、
前記目標空間角速度及び前記目標空間角に基づいて当該飛翔体を前記目標へ誘導する飛翔体誘導システム。

（付記２）
前記飛翔体の進行方向と前記シーカ軸とのなす角であるシーカ軸振れ角、当該飛翔体と前記目標との距離及び当該飛翔体の速度を用いて前記目標空間角速度及び前記目標空間角から雑音成分を除去するフィルタ部をさらに備え、
前記フィルタ部により雑音成分が除去された前記目標空間角速度及び前記目標空間角に基づいて当該飛翔体を前記目標へ誘導する
ことを特徴とする付記１に記載の飛翔体誘導システム。

（付記３）
前記フィルタ部は、
前記目標及び前記飛翔体の加速度分布に基づいて前記距離から前記目標空間角及び前記目標空間角速度の動揺に関する共分散マトリクスを算出し、
前記共分散マトリクスと量子化雑音に関する観測雑音マトリクスとに基づいてフィルタゲインを算出し、
前記フィルタゲインを用いて前記目標空間角速度及び前記目標空間角から雑音成分を除去する
ことを特徴とする付記２に記載の飛翔体誘導システム。

（付記４）
前記フィルタ部は、
前記シーカ軸振れ角、前記距離、前記速度及び前記フィルタゲインに基づいて比例航法定数を算出し、
前記フィルタ部により雑音成分が除去された前記目標空間角速度を前記比例航法定数により倍率して飛翔体旋回角速度コマンドを算出し、
前記飛翔体旋回角速度コマンドに基づいて当該飛翔体を前記目標へ誘導すると共に、当該飛翔体旋回角速度コマンドを前記フィルタ部へ帰還させる
ことを特徴とする付記３に記載の飛翔体誘導システム。

（付記５）
前記フィルタ部は、
前記シーカ部において目標が検出されなかった場合、１サンプル前の状態変数と前記飛翔体旋回角速度コマンドとを用いて補正された値を前記雑音成分が除去された前記目標空間角速度及び前記目標空間角とする
ことを特徴とする付記４に記載の飛翔体誘導システム。

（付記６）
前記フィルタ部は、前記距離の所定の下限値以上に保持する下限リミッタをさらに備えることを特徴とする付記２乃至５のいずれか１項に記載の飛翔体誘導システム。

（付記７）
前記空間角算出部は、
前記シーカ部から出力された誤差角と前記計算上の誤差角との差分を所定値により倍率して前記目標空間角速度を算出し、
前記所定値は、計算処理ループの安定性が崩れない範囲で大きな値である
ことを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載の飛翔体誘導システム。

（付記８）
飛翔体の目標方向とシーカ軸とのなす角である誤差角と、当該誤差角を固定値で倍率したジンバル角速度指令信号と、当該誤差角に基づいて算出された誤差角の変化率とを受け付け、
前記ジンバル角速度指令信号に基づき計算上の誤差角を算出し、
前記受け付けた誤差角と前記計算上の誤差角との差分から当該飛翔体を前記目標へ誘導するための目標空間角速度を算出し、
前記目標空間角速度を積分して目標空間角を算出し、
前記ジンバル角速度指令信号の積分値と前記目標空間角との差分から前記計算上の誤差角を更新し、当該更新された誤差角を用いて前記目標空間角速度を更新し、
前記ジンバル角速度指令信号と前記目標空間角速度との差分から誤差角変化量を算出し、
前記誤差角の変化率と前記誤差角変化量との差分を用いて前記目標空間角速度を補正し、
前記目標空間角速度及び前記目標空間角を出力する
飛翔体誘導信号発生回路。

（付記９）
飛翔体の目標方向とシーカ軸とのなす角である誤差角を検出し、
当該誤差角を固定値で倍率してジンバル角速度指令信号を生成し、
前記ジンバル角速度指令信号により追尾ループを行い、前記誤差角を更新し、
前記ジンバル角速度指令信号に基づき計算上の誤差角を算出し、
前記検出された誤差角と前記計算上の誤差角との差分から当該飛翔体を前記目標へ誘導するための目標空間角速度を算出し、
前記目標空間角速度を積分して目標空間角を算出し、
前記ジンバル角速度指令信号の積分値と前記目標空間角との差分から前記計算上の誤差角を更新し、
前記検出された誤差角に基づいて誤差角の変化率を算出し、
前記ジンバル角速度指令信号と前記目標空間角速度との差分から誤差角変化量を算出し、
前記誤差角の変化率と前記誤差角変化量との差分を用いて前記目標空間角速度を補正し、
前記目標空間角速度及び前記目標空間角に基づいて当該飛翔体を前記目標へ誘導する
飛翔体誘導方法。

（付記１０）
飛翔体の目標方向とシーカ軸とのなす角である誤差角を検出する処理と、
前記誤差角を固定値で倍率してジンバル角速度指令信号を生成する処理と、
前記ジンバル角速度指令信号により追尾ループを行い、前記誤差角を更新する処理と、
前記ジンバル角速度指令信号に基づき計算上の誤差角を算出する処理と、
前記検出された誤差角と前記計算上の誤差角との差分から当該飛翔体を前記目標へ誘導するための目標空間角速度を算出する処理と、
前記目標空間角速度を積分して目標空間角を算出する処理と、
前記ジンバル角速度指令信号の積分値と前記目標空間角との差分から前記計算上の誤差角を更新する処理と、
前記検出された誤差角に基づいて誤差角の変化率を算出する処理と、
前記ジンバル角速度指令信号と前記目標空間角速度との差分から誤差角変化量を算出する処理と、
前記誤差角の変化率と前記誤差角変化量との差分を用いて前記目標空間角速度を補正する処理と、
前記目標空間角速度及び前記目標空間角に基づいて当該飛翔体を前記目標へ誘導する処理と、
をコンピュータに実行させる飛翔体誘導プログラム。

１０００飛翔体誘導システム
１００１飛翔体誘導システム
１シーカ部
１ａシーカ部
１−１撮像部
１−２誤差角検出器
１−３倍率器
１−４ジンバル機構
１−５トルクモータ部
１−６減算器
１−７レートセンサ
１−８ジンバル角度センサ
１−９１サンプル遅延
１−１０減算器
１−１１倍率器
２００誤差角処理部
１００空間角算出部
１０２減算器
１０３減算器
１０４減算器
１０５積分器
５−１１サンプル遅延
５−２加算器
５−３倍率器
５−４加算器
５−５１サンプル遅延
５−６スイッチ
１０６積分器
６−１１サンプル遅延
６−２倍率器
６−３加算器
６−４１サンプル遅延
１０７倍率器
１０８倍率器
１０９減算器
１１０加算器
１１デジタルフィルタ
１１−１１サンプル遅延群
１１−２フィルタ係数乗算器群
１１−３加算器
１２カルマンフィルタ部
１２−１減算器
１２−２状態変数更新スイッチ
１２−３状態変数更新加算値算出
１２−４加算器
１２−５１計算サンプル遅延
１２−６状態遷移演算
１２―７観測変数変換
１２―８観測変数変換
１２−９目標角速度動揺共分散算出
１２−１０予測残余成分共分散マトリクス算出
１２−１１カルマンフィルタゲイン算出
１２−１３状態変数共分散予測値算出
１２−１４１サンプル遅延
１２−１５状態変数共分散算出
１２−１６比例航法倍率算出
１２−１７下限リミッタ
１２−１８コマンド補正マトリクス計算
１２−１９加算器
１２−２０状態変数予測補正計算
１２−２１１サンプル遅延
１３乗算器
１４飛翔体操舵装置
１５減算器
１６機体固定センサ装置
１７目標距離出力装置
１８飛翔体速度出力装置
８０１目標空間角σの入力
８０２ジンバル角速度指令信号σ（・）_ｃｏｍの出力
８０３計算ジンバル空間角σ＾_Ｈの出力
８０４計算目標空間角速度σ（・）＾の応答
９００誘導装置
２倍率器
３加算器
４飛翔体操舵装置
５機体固定センサ装置
１４００１ドーム
１４００２光学部
１４００３光学フィルタ
１４００４アレイセンサ
１４００５プリアンプ部
１４００６信号処理部
Ｍ飛翔体
σ 目標空間角
σ_Ｈシーカ軸空間角
σ（・）_ｃｏｍジンバル角速度指令信号
σ＾計算目標空間角
σ＾_ｏ計算目標空間角
σ（・）目標空間角速度
σ（・）＾計算目標空間角速度
σ（・）＾_ｉｎ計算目標空間角速度
σ（・）＾_ｏｕｔ計算目標空間角速度
σ（・）_Ｈジンバル角速度信号
σ＾_Ｈ計算ジンバル空間角
σ（・）＾_ｏ誘導信号／計算目標空間角速度
ε 誤差角信号
ε（・）誤差角変化率信号
ε＾計算誤差角
ε（・）＾計算誤差角変化量
ｙｐ計算誤差角差分値
ｙｒ計算誤差角変化量差分値
ｒ目標距離
ｒ_ｍｉｎ最小目標距離
ΔＴサンプリング間隔
λ シーカ軸振れ角
ＬＯＤ目標検出ロス信号
Ｔｏ発射タイミング信号
Ｖｍ飛翔体速度
Ｖｔ目標速度
Ｋ_ｋカルマンフィルタゲイン
Ｋ_Ｈ倍率
Ｋ_ｐ倍率
Ｋ_ｒ倍率
ｍ倍率
Ｎ比例航法倍率
γ 機軸空間角
γ（・）飛翔体旋回角速度信号
γ（・）_ｃｏｍ飛翔体旋回角速度コマンド
Ｂ_ｋ−１コマンド補正マトリクス
Ｆ_{ｋ；ｋ−１} 状態遷移マトリクス
Ｈ_ｋ観測マトリクス
Ｐ＾_ｋ｜ｋ状態変数共分散マトリクス
Ｐ＾_{ｋ｜ｋ−１} 状態変数共分散予測値
Ｐ＾_{ｋ−１｜ｋ−１} １サンプル前の状態変数共分散マトリクス
Ｑ_ｋ−１目標動揺共分散マトリクス
Ｒ_ｋ観測誤差共分散マトリクス
Ｓ_ｋ予測残余成分共分散マトリクス
ｓ_ｔ加速分布変動の分散
ｓ_ｍ飛翔体側の加速変動の分散
ｓ合成した加速の分散値
ｘ＾_{ｋ｜ｋ−１} 状態変数予測値
ｘ＾_ｋ｜ｋ状態変数値
ｘ＾_{ｋ−１｜ｋ−１} 状態変数値
ｙ~_ｋ観測予測残余分
ｚ_ｋ観測値
ｚ＾_ｋ観測値フィルタ出力値
ｚ＾_{ｋ｜ｋ−１} 観測予測値
ａ合成加速度動揺成分
ａ~ 変動幅標準偏差
σ（・・）角加速度
σ（・・）~ 変動幅の標準偏差
Ｗ_ｋ変動成分
Δε 分解能幅
Ｓ_Δε 分散値
Ｓ_Ｈ分散値
ｂ~_ε 標準偏差
σ＾_ｋ現在の空間角
σ＾_ｋ−ｉ iサンプル前の空間角
ｃ~_ε（・）変動成分標準偏差
ｖ_ｋ変動成分

Claims

飛翔体の目標方向とシーカ軸とのなす角である誤差角を固定値で倍率したジンバル角速度指令信号により追尾ループを行うシーカ部と、
前記シーカ部から出力された誤差角に基づいて誤差角の変化率を算出する誤差角処理部と、
前記誤差角、前記ジンバル角速度指令信号及び前記誤差角の変化率に基づいて目標空間角及び目標空間角速度を算出する空間角算出部とを備え、
前記空間角算出部は、
前記目標空間角速度の積分値と前記ジンバル角速度指令信号の積分値との差分から計算上の誤差角を算出し、
前記シーカ部から出力された誤差角と前記計算上の誤差角との差分から前記目標空間角速度を算出し、
前記ジンバル角速度指令信号と前記目標空間角速度との差分から誤差角変化量を算出し、
前記誤差角の変化率と前記誤差角変化量との差分を用いて前記目標空間角速度を補正し、
前記目標空間角速度及び前記目標空間角に基づいて当該飛翔体を前記目標へ誘導する飛翔体誘導システム。
前記飛翔体の進行方向と前記シーカ軸とのなす角であるシーカ軸振れ角、当該飛翔体と前記目標との距離及び当該飛翔体の速度を用いて前記目標空間角速度及び前記目標空間角から雑音成分を除去するフィルタ部をさらに備え、
前記フィルタ部により雑音成分が除去された前記目標空間角速度及び前記目標空間角に基づいて当該飛翔体を前記目標へ誘導する
ことを特徴とする請求項１に記載の飛翔体誘導システム。
前記フィルタ部は、
前記目標及び前記飛翔体の加速度分布に基づいて前記距離から前記目標空間角及び前記目標空間角速度の動揺に関する共分散マトリクスを算出し、
前記共分散マトリクスと量子化雑音に関する観測雑音マトリクスとに基づいてフィルタゲインを算出し、
前記フィルタゲインを用いて前記目標空間角速度及び前記目標空間角から雑音成分を除去する
ことを特徴とする請求項２に記載の飛翔体誘導システム。
前記フィルタ部は、
前記シーカ軸振れ角、前記距離、前記速度及び前記フィルタゲインに基づいて比例航法定数を算出し、
前記フィルタ部により雑音成分が除去された前記目標空間角速度を前記比例航法定数により倍率して飛翔体旋回角速度コマンドを算出し、
前記飛翔体旋回角速度コマンドに基づいて当該飛翔体を前記目標へ誘導すると共に、当該飛翔体旋回角速度コマンドを前記フィルタ部へ帰還させる
ことを特徴とする請求項３に記載の飛翔体誘導システム。
前記フィルタ部は、
前記シーカ部において目標が検出されなかった場合、１サンプル前の状態変数と前記飛翔体旋回角速度コマンドとを用いて補正された値を前記雑音成分が除去された前記目標空間角速度及び前記目標空間角とする
ことを特徴とする請求項４に記載の飛翔体誘導システム。
前記フィルタ部は、前記距離の所定の下限値以上に保持する下限リミッタをさらに備えることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の飛翔体誘導システム。
前記空間角算出部は、
前記シーカ部から出力された誤差角と前記計算上の誤差角との差分を所定値により倍率して前記目標空間角速度を算出し、
前記所定値は、計算処理ループの安定性が崩れない範囲で大きな値である
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の飛翔体誘導システム。
飛翔体の目標方向とシーカ軸とのなす角である誤差角と、当該誤差角を固定値で倍率したジンバル角速度指令信号と、当該誤差角に基づいて算出された誤差角の変化率とを受け付け、
前記ジンバル角速度指令信号に基づき計算上の誤差角を算出し、
前記受け付けた誤差角と前記計算上の誤差角との差分から当該飛翔体を前記目標へ誘導するための目標空間角速度を算出し、
前記目標空間角速度を積分して目標空間角を算出し、
前記ジンバル角速度指令信号の積分値と前記目標空間角との差分から前記計算上の誤差角を更新し、当該更新された誤差角を用いて前記目標空間角速度を更新し、
前記ジンバル角速度指令信号と前記目標空間角速度との差分から誤差角変化量を算出し、
前記誤差角の変化率と前記誤差角変化量との差分を用いて前記目標空間角速度を補正し、
前記目標空間角速度及び前記目標空間角を出力する
飛翔体誘導信号発生回路。
飛翔体の目標方向とシーカ軸とのなす角である誤差角を検出し、
当該誤差角を固定値で倍率してジンバル角速度指令信号を生成し、
前記ジンバル角速度指令信号により追尾ループを行い、前記誤差角を更新し、
前記ジンバル角速度指令信号に基づき計算上の誤差角を算出し、
前記検出された誤差角と前記計算上の誤差角との差分から当該飛翔体を前記目標へ誘導するための目標空間角速度を算出し、
前記目標空間角速度を積分して目標空間角を算出し、
前記ジンバル角速度指令信号の積分値と前記目標空間角との差分から前記計算上の誤差角を更新し、
前記検出された誤差角に基づいて誤差角の変化率を算出し、
前記ジンバル角速度指令信号と前記目標空間角速度との差分から誤差角変化量を算出し、
前記誤差角の変化率と前記誤差角変化量との差分を用いて前記目標空間角速度を補正し、
前記目標空間角速度及び前記目標空間角に基づいて当該飛翔体を前記目標へ誘導する
飛翔体誘導方法。
飛翔体の目標方向とシーカ軸とのなす角である誤差角を検出する処理と、
前記誤差角を固定値で倍率してジンバル角速度指令信号を生成する処理と、
前記ジンバル角速度指令信号により追尾ループを行い、前記誤差角を更新する処理と、
前記ジンバル角速度指令信号に基づき計算上の誤差角を算出する処理と、
前記検出された誤差角と前記計算上の誤差角との差分から当該飛翔体を前記目標へ誘導するための目標空間角速度を算出する処理と、
前記目標空間角速度を積分して目標空間角を算出する処理と、
前記ジンバル角速度指令信号の積分値と前記目標空間角との差分から前記計算上の誤差角を更新する処理と、
前記検出された誤差角に基づいて誤差角の変化率を算出する処理と、
前記ジンバル角速度指令信号と前記目標空間角速度との差分から誤差角変化量を算出する処理と、
前記誤差角の変化率と前記誤差角変化量との差分を用いて前記目標空間角速度を補正する処理と、
前記目標空間角速度及び前記目標空間角に基づいて当該飛翔体を前記目標へ誘導する処理と、
をコンピュータに実行させる飛翔体誘導プログラム。